SU908580A1 - Шпиндельный узел - Google Patents

Description

(54) ШПИНДЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ

1

Изобретение относитс  к станкостроению и может найти применение, главным образом в скоростных шпиндельных узлах шлифовальных станков..

Известен шпиндельный узел, содержащий шпиндель, расположенный в опорах корпуса, и установленный на шпинделе ведомый элемент - шкив ременной передачи или ведомую полумуфту. Шпиндельный узел содержит также потребители воздуха, такие как пневмоуплотнени , воздушное охлаждение и т. п., питаюшиес  от внешнего источника сжатого воздуха, например от заводской пневмомагистрали 1.

Недостатки известного устройства заключаютс  в необходимости подвода коммуникаций от внешнего источника сжатого воздуха и наличи  специальных устройств дл  удалени  из воздуха влаги и загр знений . Это влечет к усложнению конструкции и снижает эксплуатационные качества узла.

Цель изобретени  - упрощение конструкции узла и повышение его эксплуатационной надежности.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в шпиндельном узле источник подачи воздуха к потребител м вьшолнен в виде воздушнего насоса, полость нагнетани  которого образована корпусом и элементом привода вращени  шпиндел , и по меньшей мере на поверхности одного из них, отделенной от обращенной к ней поверхности другого уплотн ющим зазором, выполнены нагнетательные канавки, сообщенные с воздухозаборными каналами воздушного насоса.

С целью очистки подаваемого воздуха воздухозаборные каналы направлены к оси щпиндел  и по меньшей мере часть их по10 верхности образована поверхностью элемента привода вращени  шпиндел .

Дл  создани  осевого нат га в опорах щпиндел , а также обеспечени  его осевых перемещений целесообразно нагнетательные канавки выполнить по меньшей мере на од15 ной из обращенных друг к другу цилиндрических поверхностей корпуса н элемента привода вращени  щпиндел , образующих пару цилиндр-поршень.

На фиг. 1 изображен предлагаемый узел

Claims (3)

1. 20 с воздушным насосом, образованным торцами шкива и корпусом шпиндельного узла; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. I; на фиг. 3 - развертка уплотнени  с канавкой; на фиг. 4 - насос, образованный цилиндрическими поверхност ми корпуса шкива; на фиг. 5 - развертка части цилиндрической поверхности корпуса с нагнетательными канавками; на фиг. 6 - вариант исполнени  воздухозаборных каналов. Шпиндельный узел шлифовального станка состоит из корпуса 1, на котором в подшипниках (не показаны) расположен шпиндель 2 со шлифовальным кругом 3. На шпинделе закреплен ведомый шкив 4 ременной передачи привода вращени . В корпусе 1 выполнены бесконтактные пневмоуплотнени  подшипников шпиндел  2, образованные кольцевыми канавками 5 и 6, соединенными между собой каналами 7. В шпиндельном узле выполнен воздушный насос, образованный корпусом 1 и шкивом 4, между которыми заключена полость 8 нагнетани  насоса , отделенна  от окружающей среды уплотн ющим зазором 9 между торцами шкива 4 и корпуса 1. На торце шкива 3 в зазоре 9 имеютс  равномерно распределенные по окружности нагнетательные канавки 10, выполненные в данном случае в виде спиральных канавок, направленных от периферии к оси вращени  шпиндел  2 навстречу вращению, направление которого указано стрелкой (фиг. 2). Глубина hj канавок 10 соизмерима с высотой hi зазора 9, например hi h2 1 мм. Ширина канавок соизмерима с шириной перемычки между ними. Оптимальный угол встречи канавок с окружностью rt 18°. Аналогичные каналы противоположного направлени  можно выполнить и на торце корпуса 1. Полость 8 каналами 11 через зазор 12 уплотнени  соединена с канавкой 6 уплотнени  заднего подшипника. Канавки 5 и 6 уплотнений зазорами 13 соединены с дренажными полост ми 14 уплотнений . Воздухозаборник насоса образован наружными кромками торцов шкива 4 и корпуса 1 и направлен к оси вращени  шпиндел 
2. 2. Шпиндельный узел работает следуюшим образом. При вращении шпиндел  2 со шкивом 4 воздух из окружающей среды нагнетательными канавками 10 подаетс  в полость 8. При этом благодар  тому, что частично воздухозаборник насоса образован наружной кромкой щкива 4 и направлен к оси вращени  шпиндел  2, воздух в зоне воздухозаборника закручиваетс  и содержащиес  в нем загр знени , более плотные, чем воздух , отбрасываютс  центробежными силами наружу и не попадают в воздухозаборник. Из полости 8 по каналам 11 и через зазор 12 воздух попадает в канавку 6, откуда по каналам 7 поступает в канавку 5. Вытека  из канавок 5 и 6 по зазорам 13 в дренажные канавки 14, воздух предотвращает утечки смазки наружу, и, вытека  из канавки 5 наружу, предотвращает попадание загр знений из рабочей зоны станка в подщипники . Дл  регулировани  давлени  воздуха полость нагнетани  воздуха можно соединить с окружающей средой через регулировочное сопротивление 15 (фиг. 1). Дл  усилени  эффекта прокачки воздуха поверхности , образующие зазоры, смежные с канавками 5 и уплотнений, можно снабдить насосными канавками (фиг. 3). Это винтовые канавки 16 и 17, направленные из канавки 5 в сторону вращени  щпиндел  2 (показано стрелкой) под углом ci 18°, имеют глубину, соизмеримую с зазором, и поэтому выкачивают воздух из канавки 5, усилива  работу уплотнений и помога  работе воздущного насоса. В другом варианте выполнени  шпиндельного узла (фиг. 4) шпиндель 2 расположен в корпусе 1 в гидростатических подщипниках с бесконтактными пневмоуплотнени ми . На чертеже показан только задний радиально-упорный подшипник с осевым 18 и радиальным 19 несущими карманами (подвод смазки не показан), соединенными со сливом дренажной полостью 14 и бесконтактным пневмоуплотнением. На шпинделе 2 установлен щкив 4, образующий с корпусом воздушный насос. Полость 8 нагнетани  отделена от окружающей среды уплотн ющим зазором 9, образованным наружной цилиндрической поверхностью корпуса 1 и внутренней цилиндрической поверхностью шкива 4. На наружной цилиндрической поверхности корпуса выполнены винтовые нагнетательные канавки 10 (фиг. 5), направленные в полость нагнетани  в сторону вращени  шпиндел  (показано стрелкой). Величина зазора 9 равна, например, hi h2 0,03 мм. Ширина канавок соизмерима с шириной перемычек между ними. Оптимал ный угол наклона 4 18°. Такие же канавки, только противоположного направлени , можно выполнить и на внутренней поверхности шкива. Воздухозаборный канал 20 образован торцами 21 корпуса 1 и торцами 22 шкива 4 и направлен к оси вращени  щпиндел . Узел (фиг. 4) работает следующим образом . При вращении шпиндел  канавки 10 нагнетают воздух в полость 8. При этом воздух раскручиваетс  поверхностью 22 шкива 4 в воздухозаборнике 20 и центробежными силами очищаетс  от загр знений. Из полости 8 через зазор между шпинделем 2 и корпусом 1 воздух проходит в дренажную канавку, преп тству  вытеканию смазки наружу и выталкива  ее из канавки на слив. Здесь полость 8 служит канавкой бесконтактного уплотнени , одновременно  вл  сь рабочей полостью силового пневмоцилиндра, образованного шкивом 4 и корпусом 1. При этом сила давлени  воздуха в полости 8 стремитс  сместить щпиндель 2 со шкивом вдоль оси вправо, осуществл   силовое замыкание незамкнутого упорного гидростатического подшипника шпиндел -2 и уравновешиваетс  силой давлени  масла в кармане 18. Поскольку частота вращени  скоростного шпиндел  высока (до 30000 об/мин), велика и окружна  скорость в зазоре, например 100 м/с, поэтому давление воздуха в полости 8 может быть большим, например 10 кгс/см. Образованный таким образом пнеймоцилиндр может служить и приводом осевых перемещений (осцилл ции) шпиндел  2, если полость 8 соединить с атмосферой через устройство управлени . На фиг. 6 показан вариант выполнени  р да воздухозаборных каналов 22 в виде сверлений, целиком выполненных в установленном на шпинделе 2 шкиве 4. В этом случае выполн етс  кольцева  полость 23 всасывани , из которой выход т противоположно направленные нагнетательные канавки, возвращающие часть воздуха в окружающую атмосферу, и кaнaвки, нагнетающие воздух в полость 8. При этом воздух лучше очищаетс  центробежными силами. Таким образом, работа уплотнений и других потребителей воздуха не зависит от внешних источников сжатого воздуха, что упрощает конструкцию и повыщает эксплуатаци онные качества узла. Кроме того, воздух не надо очищать от загр знений и влаги специальными устройствами. Давление воздуха автоматически выключаетс  при остановке шпиндел , что экономит энергетические ресурсы. Формула изобретени  1. Шпиндельный узел, содержащий установленный в опорах корпуса шпиндель, зафуг . f

   Фаг. г

   ф1/г.д Крепленный на нем элемент привода его вращени , потребители воздуха, например бесконтактные пневмоуплотнени  опор, подключенные к источнику подачи воздуха, отличающийс  тем, что, с целью упрощени  конструкции и повышени  эксплуатационной надежности, источник подачи воздуха выполнен в виде воздушного насоса, полость нагнетани  которого образована корпусом узла и элементом привода вращени  шпиндел , и на поверхности по меньшей мере одного из них, отделенной от обращенной к ней поверхности другого уплотн ющим зазором, выполнены нагнетательные канавки сообщенные с воздухозаборными каналами воздущного насоса. 2.Узел по п. 1, отличающийс  тем, что, с целью очистки подаваемого воздуха, воздухозаборные каналы направлены к оси шпиндел  и по меньшей мере часть их поверхности образована поверхностью элемента привода вращени  шпиндел .
3. 3.Узел по пп. 1 и 2, отличающийс  те.м, что, с цел1/ю создани  осевого нат га в опорах шпиндел , а также обеспечени  его осевых перемещений, нагнетательные канавки выполнены по меньщей мере на одной из цилиндрических поверхностей корпуса и элемента привода вращени  шпиндел . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Разработка и применение гидростатических опор в металлорежущих станках. Обзор. М., НИИМАШ, 1972, с . 79, 84, рис.31, 33. Л4/ // Г 9 фцг. ф1/г.6