Шпиндельный узел

Шпиндельный узел

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. .ШПИНДЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ, содер жащий шпиндель, установленный в корпусе в радиальных опорах и упорном подшипнике жидкостного трения, имеющем зоны давления, подклю15енные к g% /////л г с (////М 6 / внешнему источнику давления, и дополнительное устройство восприятия о,се8ой нагрузки, отличающийс я тем, что,с целью повышения нагрузочных характеристик в осевом направлении и надежности, устройство восприятия осевой нагрузки выполнено в виде гидроцилиндра, соединенного с внешним источником давления посредством введенного в устройство гидравлического регулятора давления, имеющего управляющие полости, которые соединены с зонами давления упорного подшипника, 2. Узел по п,1, о т л и ч а ю - . щ и и с я тем, что гидроцилиндр размещен в корпусе шпиндельного узла и снабжен по меньшей мере одним поршнем , который закреплен на шпинделе. г f г г,д I/JX./I / //у /////,

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11)

З(51) F 16 С 32/06 // 8 23 8 19/02.

ГОСУДАРСТЭЕННЫЙ .НОМИТЕТ СССР

ПО.ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ с

Н А8ТОРСНОМУ С8ИДЕТЕЛЬСТВУ (54) (57) 1 ..ШПИНДЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ, содержащий шпиндель, установленный в корпусе в радиальных опорах и упорном

1 подшипнике жидкостного трения, имеющем зоны давления, подключенные к (21) 3473768/25-08 (22) 27,05.82 (46) 30.10.83. Бюл. N 40 (72) М.А.Шиманович, Ю.М.Жедь и lO.Â..Ñìèðíîâ (71) Московс)(ий станкостроительный завод "Красный пролетарий" им.А.И.Ефремова и Московский станкоинструментальный институт. (53) 621 941(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

tt 574559, кл. F 16 С 32/06, 1974 (прототип). внешнему источнику давления, и дополнительное устройство восприятия осевой нагрузки, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что,с целью повью)ения на" грузочных характеристик в осевом ю направлении и надежности, устройство восприятия осевой нагрузки выполнено в виде гидроцилиндра, соединенного с BHBIUHHM источником давления посредством введенного в устройство гидравлического регулятора давления, имеющего управляющие полости, которые соединены с зонами давления упорного подшипника.

2. Узел по п,1, о т л и ч а ю - . шийся тем, что гидроцилиндр раз" мещен в корпусе шпиндельного узла и снабжен по меньшей мере одним порш-, нем, который закреплен на шпинделе.

1 10

Изобретение относится к станкостроению и может быть использовано в шпиндельных узлах металлорежущих станков, имеющих упорные подшипники жидкостного трения.

Известен шпиндельный узел, содержащий шпиндель, уотановленный в корпу се .в радиальных опорах и упорном подшипнике жидкостного трения, например гидростатическом, имеющбм зоны давления, подключенные к внешнему ис- точнику давления, и дополнительное устройство восприятия осевой нагрузки Я .

В известном узле дополнительное устройство восприятия осевой нагрузки образовано системой приемных камер, через которые. зоны давления упорного подшипника, в данном случае несущие карманы, соединены с внешним источником давления. Однако несущая способность и жесткость в осевом направлении ограничена площадью торцов упорного подшипника и давлением источника смазки. Конструкции шпиндельных узлов станков и источников давления не позволяют увеличивать габариты подшипника и давление настолько, чтобы они обеспечивали резкое повышение воспринимаемых, осевых нагрузок, что не позволяет повысить режимы обработки и надеж" ность

Цель изобретения - повышение нагрузочных характеристик в осевом направлении и надежности.

Указанная цель достигается тем, что в шпиндельном узле, содержащем шпиндель, установленный в корпусе в радиальных опорах и упорном под.шипнике жидкостного трения, имеющем зоны давления, подключенные к внешнему источнику давления, и дополнительное устройство восприятия осевой нагрузки, последнее выполнено в виде. гидравлического цилиндра, соединенного с внешним источником давления посредством введенного в устройство гидравлического регулятора давления, имеющего управляющие полости, которые соединены с зонами давления упорного подшипника.

Гидравлический цилиндр целесообразно разместить в корпусе шпиндельного узла и снабдить по меньшей мере одним

Поршнем, котдрый закреплен на шпинде" пе.

51 340 2

Гидроцилиндр может быть выполнен либо однополостным (одностороннего действия), либо двуполостным (двуполостного действия), а регулятор давления может представлять собой делитель или сумматор расхода, делитель давления, гидравлический мост либо регулируемое сопротивление.

На фиг.l изображен шпиндельный узел, разрез; на фиг.2 - гидравли5

l0 ческий регулятор давления, разрез на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг.4 — разрез Б-Б на фиг. 1.

В корпусе l шпиндельного узла (фиг. l) в упорном подшипнике 2 жидкостного трения с внешним источником давления смазки, в данном случае в гидростатическом с несущими карманами 3 и 4 (радиальные подшипники в данном случае тоже гидростати15

20 ческие, хотя могут быть любыми,например качения), расположен шпиндель

5, Питание гидростатических подшипников на фиг.l не показано. В шпиндельном узле выполнен образован25 ный корпусом 1 с установленной в нем втулкой 6 заднего шпиндельного радиального подшипника и шпинделем

5 с установленными на нем поршнями .З0 7 и 8, разгрузочный осевой гидроцилиндр, Поршни 7 и 8 могут быть отделены от втулки 6 радиальным уплотняющим зазором. Рабочие полости 9 и

l0 этого гидроцилиндра соединены

35 с гидравлическим регулятором 11 дав5 ления в этик полостях, управляемым в функции осевой нагрузки Р на шпиндель.

Регулятор 11 соединен с внешним источником давления Рн среды (жидкости или40 газа и связан с упорным" подшипником 2 шпинделя, выполненнымв видедатчика осевой нагрузки P. В данномслучае по- лости управления регулятора 11 соединены спротивоположными несущими кармана45 ми 3и .4 упорного гидростатическогоподшипника шпинделя, разность давления

1 в которых пропорциональна осевой нагрузке Р на шпиндель. Регулятор ll давления может быть любым, например может быть образован управляемыми

50 а функции осевой нагрузки р насосами.

На фиг,2 показан гидравлический регулятор давления в виде делителя расхода, снабженного полостями управления.

В корпусе 12 делителя на герметичных дисковых мембранах 13 и 14 между кольцеобразными соплами 15 и 16, распертыми дистанционным кольцом 17, 340

»О

55 з 1051 подвешена дискообразная заслонка 18.

Пакет деталеи 13-17 сжат в корпусе

12 вдоль оси крышками 19 и 20. Дросселирующие щели делителя высотой Ь» и h образованы торцами сопел 15 и

16 и заслонки 18, Входная полость 21 делителя. соединена с источником давления Ри среды. Выходные полости

22 и 23 делителя соединены соответственно с рабочими полостями 9 и 10 разгрузочного гидроцилиндра..Сопротивления дросселирующих щелей делителя и уплотняющих зазоров полостей 9 и 10 образуют мостовую схему, в диагональ которой включены полости

9 и 10 . Полости 24 и 25 управления делителя, образов анные,крышками 19 и 20 и мембранами 13 и 14 соединены соответственно с несущими карманами

4 и 3 упорного подшипника 2 шпинделя 5..Шпиндельный узел работает следую» щим образом.

При осевой нагрузке Р=О давления

1 в карманах 3 и 4 упорного подшипника равны и взаимоуравновешены. Давления в полостях 9 и 10 разгрузочного гидроцилиндра тоже равны и уравновешены, потому что заслонка 18 находится в среднеи положении (h» = h2), а величины сопротивления уплотняющих зазоров поршней 7 и 8 тоже равны, т.е. разность давлений в диагонали моста равна нулю.

Осевую нагрузку Р на шпиндель 5 уравновешивает разность давлений в зазорах упорного подшипника 2. Эта разность давлений в карманах 3 и 4 подшипника пропорциональна нагрузке

P и действует на регулятор 11. В данном случае эта разность давлений действует в полостях 24 и 25 управления делителя расхода на мембраны

13 и 14 и смещает заслонку 18 при показанном направлении силы Р налево. При этбм зазор Ь» уменьшается, а зазор Ь2 увеличивается и, соответственно, давление в полости 9 гидроцилиндра падает, а в полости 10 увеличивается, Таким образом, осевую нагрузку Р на шпиндель уравновешивает не только разность давлений в карманах 3 и 4 упорного подшипника 2 шпинделя 5, но и разность давлений в полостях 9 и 10 гидроцилиндра, который разгружает упорный подшипник

2, повышая его нагрузочные характеристики - жесткость и несущую способность, В ряде случаев в станках преобладает осевая нагрузка одного направления, например на шпиндель в токарных. В этих случаях разгрузочный цилиндр целесообразно выполнять одно- стороннего действия, например без полости 9, а в качестве регулятора давления в таком цилиндре можно.использовать делитель расхода, например вышеописанной конструкции. Для этого выходные полости 22 и 23 делителя соединяют с полостью 10 цилиндра. В этом случае узел работает. следующим образом.

При отсутствии йагрузки (Р=О) за". слонка занимает близкое к среднему положение (h»= h< = h).При этом сопротивление двух включенных параллельно на входе в полость l 0 гидроцилиндра щелей делителя будет максимально и равно Р = —, где R=K/h и в полости

l2

10 установится некоторое давление Р, которое вызовет со стороны цилиндра действие íà шпиндель 5 некоторой силы, направленной (фиг.1) направо, т,е. навстречу ожидаемой осевой на. грузке P. При действии ожидаемой нагрузки P на шпиндель разность давлений в карманах 3 и 4 подшипника, действуя на мембраны делителя, сместит заслонку 18 налево. При этом по мере увеличения силы P и смещения заслонки 18 величина вышеупомя35 нутого сопротивления Rg будет падать до значения Rg ;>= К/(1 » + hg) ь

=К/Sh, когда заслонка 18 упрется в сопло 15 и станет Ь» =О, à И2= 2й, 40 т.е. Вф! R< ;„=, T.e. под действием силы P сопротивление R может уменьшиться в »» раза . Поэтому, если значения h < + h и зазора поршня выбраны так, что при Р О, P<= 1/3 Р1», 45 то за счет подбора жесткости мембран

l3 и l4 можно à любого значения Р обеспечить Р» = 2/3 Pl» и таким образом обеспечить уравновешивание осевой силы Р не только за счет разности дав50 лений в упорном подшипнике, но и путем увеличения давления Р», т.е. разгрузить подшипник за счет этого давления.

Регулятор (фиг.2) можно исполь зовать для управления давлением только в полости 10 разгрузочного цилиндра (однополостного), применяя его в качестве делителя расхода

1051340 без параллельного соединения его сопротивлений, Для этого просто закрывают выход из полости 22, оставляя полость 23 регулятора соединенной с полостью 10 разгрузочного цилиндра. 8 исходном положении (P„= О, P -=-О) за счет подбора длин элементов пакета деталей, образующих регулятор, например за счет длин сопел 15 и 16, заслонку 18 устанавливают вбли- 10 зи торца сопла 16(11 «0$, При включении давления Р и действия -силы Р заслонка 18 под действием разности давлений в карманах 3 и 4, соединен-. ных соответственно с полостями 25 и 15

24, начнет смещаться налево тем больше, чем больше сила .Р. При Р = 0

6 0 и, .следовательно, давление в полости 10 Р = О, 8 пределе при заданном максимальном значении Р за" 20 слонка 18 упрется в торец сопла 15 и станет 4 = 24, т.е. сопротивление щели h< упадет до своего минимального предела и давление Р4 станет мак-. симальным, обеспечив предельную раз- 25 грузку упорного подшипника.

Давлением в одной полости 10 можно управлять, используя этот же регулятор в качестве делителя давления.

Для этОГО ПОЛОсть 21 соединяют c . .ПО" 30 лостью 10, полость 23 - с источником давления Р„, а полость 22 - со сливом.

Исходное Р=О положение заслонки

18 - у торца сопла 16 (h 0j. При действии силы Р заслонка 18 смещает- 35 ся налево, изменяя соотношение

h /h1 так, что при P=0 давление в полостях 21 и 1 0 будет практически равно нулю, а при максимальных значениях P и смещении заслонки 18 бу- 40 дет h - =2h и давление Р4- Рн,. Таким образом по мере увеличения нагрузки

Р будет увеличиваться и давление в полости 10 разгрузочного гидроцилиндра, разгружая. упорный подшипник 45 и побышая его жесткость при действии нагрузки P.

Аналогично другой такой же регу. лятор в качестве делителя давления можно включить для управления давлением в .лолости 9 разгрузочного гид50 роцилиндра, если она есть. Для этого его полост ь 21 соеди няют с полостью

, полость 22 - с источником давления Р,1, а полость 23 - со сливом..

При этом в исходном Р=О положении заслонки обоих регуляторов занимают среднее положение.(h < = h < = h) и сопротивление обоих регуляторов образуют мостовую схему., в диагонал торого,включен двухполостной 9 и 10 разгрузочный гидроцилиыдр. При Р=О давления в полос-тях 9 и 10 равны.

С ростом P разность давлений в несущих карманах будет смещать заслонки регуляторов так, что разность давлений в полостях 9 и 10 будет компенсировать силу P.

Оба регулятора можно объединить в одном корпусе и их заслонки посадить на общий стержень .

В ряде случаев повышения радиальной жесткости шпинделя s опорах упорный гидростатический подшипник выполняют мн< гокарманным Фиг.3 и 4) .

Иногокарманным является по сути и аэростатический упорный подшипник с питанием через сопла. При действии на шпиндель в таком подшипнике одно.временно осевой и радиальной сил давления в противоположных карманах, например 4 и 3, подшипника из-за радиального прогиба шпинделя могут " быть неравны при P О и равны при

Р ф О. 8 таком подшипнике в этих условиях пропорциональной осевой нагрузке будет разность давлений в противоположных карманах, смещенных диаметрально, потому что перекосы поверхностей в их зоне при радиальном прогибе. шпинделя будут одинаковыми. В принципе забор давлений для контроля осевой нагрузки на упорный подшипник с внешним источником давления гидро- или аэростатический необязательно осуществлять из карманов.

Более выгодно, с точки зрения надежности шпиндельного узла и его динамических качеств, контролировать нагрузку по давлению не в карманах, а. на перемычках, окружающих карманы, особенно это относится к аэростатическим опорам, так как давление на перемычках всегда пропорционально давлению в кармане и нагрузке на опору. Поэтому для выполнения подшипника в качестве датчика нагрузки

Р достаточно соединить с полостями управления две диаметрально смещенные точки flpoTNBofloflowHHx зазоров подшипника с внешним источником давления. Это исключает паде ни е давлений в карманах иэ-за разрыва соединительных линий, т. е. повынает надежность узла. Это же как бы вводит сопротивление между карманом подшипника и полостью управления дели1051340

Составитель И .Пащенко

Редактор H Безродная Техред А.Бабинец Корректор С.Патрушева

Заказ 8641/38 Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.; д. М5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

/ телем, что повышает динамические качества системы, исключая возникновение автоколебаний в ней.

Использование изобретения позволяет увеличить несущую способность и жесткость в осевом направлении, а также резко повысить надежность работы шпиндельных узлов токарных и других станков с преобла дающей осевой нагрузкой.

1 Рн

Ри. 2