Электрошпиндель

Электрошпиндель

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: область машиностроения , преимущественно для оснащения прецизионных внутришлифовальных станков. Сущность изобретения: в корпусе 1 установлен вал-ротор 3, несущий на консоли 4 оправку 5 со шлифовальным кругом и установленный в передней 6 и задней опорах . Ра диально-упорные шарикоподшипники 7 и 8 передней опоры имеют разные номинальные углы контакта и /fc . При этом угол контакта тел качения радиально-упорного подшипника 7, установленного со стороны консоли 4 вала 3 шпинделя, меньше угла контакта /% последующего подшипника, то есть f$z 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ пО изОБРетениям и ОткРытиям

ПРИ ГКНТ СССР

ОЙИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (54) ЭЛЕКТРОШПИНДЕЛЬ 1 ф ф

О !

Н

7

I

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4943417/08 (22) 05.03.91 (46) 30.12.92. Бюл. М 48 (71) Белорусский политехнический институт (72) Н.Т.Чинченя, П.А.Удовидчик, В.Г.Смирнов, В.Т.Минченя и T.Ã.Ïàëàçíèê (56) Авторское свидетельство СССР

М 231289, кл. В 23 В 19/02,,1966.

Авторское свидетельство СССР

М 456707, кл. В 24 В 41/04, 1972.

Авторское свидетельство СССР

М 1200004, кл, F 16 С 25/06, 1984... Ж 1784407 А1 (я)5 В 23 В 19/02 // В 24 В 41/04

2 (57) Использование: область машиностроения, преимущественно для оснащения прецизионных внутришлифовальных станков.

Сущность изобретения: в корпусе 1 установлен вал-ротор 3, несущий на консоли 4 оправку 5 со шлифовальным кругом и установленный в передней 6 и задней опорах, Радиально-упорные шарйкоподшипники 7 и 8 передней опоры имеют разные номинальные углы контакта Р1 и Д . При этом угол контакта Р1 тел качения радиально-.упорного подшипника 7, установленного со стороны консоли 4 вала 3 шпинделя, меньше угла контакта Д последующего подшипника, то есть Р1 <Д . 1 ил, 1784407

3 4

Изобретение относится к области ма- проекции сйлы резания в плоскости, першиностроения и может быть использовано пендикулярной оси шпинделя (11; .. преимущественно для оснащения прецизи- Конструкция шпинделя обеспечивает онных внутришлифовальных станков. высокую жесткость корпуса в направлении

Основной эксплуатацйонной характе- 5 действия силы резания. Это обеспечивает ристикой качества электрошпинделя, опре- низкую вибростойкость шпинделя в направделяющей возможность его использования лении максимальной жесткости корпуса. для прецизионного внутреннего шлифова- Однако изготовление опор в форме ования, является точность вращения; т.е. вели- ла йетехнологичйо, кроме того, износ элечины колебаний (вибраций) вала-ротора 10 "ментов опор приводит к потере жесткости и электрошпинделя при его вращении, други- виброактивности, так как регулировка жесми словами — его виброактивйость под на- ткости опор и.система компенсации износа грузкой и в режиме xoiiîñòîãá õîßà." не предусмотрены. Вследствие названных

Виброактивность электрошпийделя oil - недостатков известные-опоры не нашли шиределяют, нарядуc êà÷åñòâîìизготовления 15 рокого йрименения"Для внутришлифовальшарикоподшипниковых опор, качеством ных электрошпинделей, сборки и балансировки вала- ротора, также Известен шпиндель, содержащий кор и конструктивные- параметры шпийделя, в" пус, переднвю и заднюю опоры, собранные частности тип, размер и схема установки на ширйкоподшипниках, вал-рот6р и"уст- шарикоподшипников ойор шпинделя, 8 20 ройство создания осевого натяга, при этом большей Стейени это относитСя-к конструк- " подшипники качания опор различаются по ции передней опоры, йепосредственйо при- массе и количеству тел качения, а устройстближенной к консоли вала-ротора с —. воосевого натяга"выполненов видепростаабразивным йнструментом.: --: - . вочных колец (2). - -:... Широкое" прйменение в конструкциях 25 Благодаря использованию в опоре подotlQp ýëåêòðîøïèíäåëåé получили радиаль- шипников с разными массами и количестно-упорные. шарикоподшипники, способ-: вом тел качения исключается Синхроннбе ные воспринимать как радиальные нагрузки "- вращение шариков подшипников, входя- от усилий резания и дисбаланса ротора, так" щих в опору, Зто снижает виброактивность и осевые †. от усилий резания, предвари- 30 опоры. тел ьного осевогб Натяга otiop электрошпин- " 0днако радиальная" жесткость и виброделя и термических воздействий; "::": - " . устойчивость опор дос.гйгается сложным и

Виброактивность переднейопбры алек- трудоемким путем, а именно: применением диально-упорных шарикоподшипниках, 35 ст

" "определяется хлесткостью корпуса опоры и шипников, ограничивающих быстроходность распределением радиальной и осевой на- шпинделя, установкой большого колйчества грузок между отдельными шарикоподшип-:- точно изготовлейных и тщательно подониками опоры, Соотношение радиальной и браннйх"по высоте проставочных колец для осевой нагрузок в радиально-упорном ша- 40 создания предварительного oceaoro натяга рикоподшипнике определяется таким кон- между подшипнйками, структивным параметром подШипника, как - - :- : —.- - Недостатком "известного шпинделя явугол контакта тел ка ения. Правильный вы- " ля ется и т о, что же ст ка я система создайия бор жесткости корпуса опоры; консоли вала-: предварительного осевог6 натяга простаротора, схемы расположения подшипников и 45 вочными кольцами"привОдит при незначиих конструктивных параметрбв позволяет тельном износе элементов подшипников к получить необходимый мйнимум виброак - быстрой утрате первоначальной жесткости, тивности и достаточную"долговечйость пре- 3 следовательно, и к снижению виброактивцизионных . внутришлифовальных ности. электрошпинделей., .. . . . 50 Наиболее близким к предлагаемому яв-

Известен электрошпийдель, содержа- ляется электрошпиндель, содержащий корщий корпус, переднюю и задйюю ойоры, пус, передн toto и заднюю опоры, собранные на радйально-упорных шарико- выполненные на радиально-упорных шари. подшипниках, вал-ротор, устройство для со- коподшипниках, внутренние кольца котозданияосевогонатяга шарикоподшипников 55 рых жестко укреплены на валу шпинделя, опор, обмотку стагора и магнйтопроводы наружные кольца подшипников передней статораи ротора, приэтом элементы корпу-- опоры жестко укреплены в корпусе, а засапереднейопоры выполнены ввидеовала дней опоры выполнены плавающими и и установлены так, что ось максимальной снабжены узлом для создания предварижесткости опор-совпадает с направлением тельного осевого натяга (3), 1784407

Известный шпиндель прост по конст- Такое выполйение электрошпинделя рукции, не сложейв изготовлении, обладает обеспечивает перераспределение осевой и . достаточной быстроходностью, так как со-.. радиальной нагрузок между шарикоподдержит в опорах по два радиально- упорных: шипниками передней опоры. при этом по шарикоподшипника одинакового типораз; 5 мере снижения радиальной грузоподъемномера Узел предварительного натяга поэво:- - сти подшипников увеличивается их осевая ляет установить и производить ;; грузоподъемность. подрегулировку осевого "натяга шарйкопод-: ...,. Таким образом, достигается равнонагшипйиков опор, тем самым обеспечить тре- -: .Руженность (равнопрочность) всех подшипбуемый низкий уровейь виброактивности 10 йиков передней: опоры, обеспечивающая ческйх нагрузок {например; при: врезйом "роустойчивости, без снижеййя долговечно шлифовании дорожек колец подщипников) сти опоры. требуемый низкий уровень .виброактивно- " =:: Ha чертеже показан общий вид электрости шпинделя достигается при достаточно 15 шпинделя, высоких величинах предварительного oce- Электрошпиндель содержит корпус 1 с вото натяга, что снижает долговечность, обмоткой статора 2, вал-ротор3, несущий на, при больщих значениях осевого натяга при "гом, переднюю 6 и заднюю (на чертеже не :резании происходит неодинаковое нагру-" 20 показана) опоры..Передняя опора 6 выпол в :ый со стор они койсол и "шпинделя .:и нии величины осевого натята увеличивается 25 стко закреплены, в- корпусе 1 шпинделя.

-., требуемый уровень волнистости и граHHQ; . тельного осевого натяга подшипников опор стй обрабатываемой поверхности. :,,,.":;, (на чертеже не tiîêàçàí). известного шпинделя является недостаточ- 30 ки 7 и 8 передней опоры имеют разные ноная виброустойчивость и долговечйость;. минальные углы контакта Р1 иД . При этом

Целью изобретения является снижеййе угол контакта"Р1 тел качения радиальновиброактивности и повышение долго4ечно- упорного йодшйпника 7; установленного со, сти путем выргавнйвания нагруЖенности сторойы консоли 4 вала 3 шпинделя, меньвсех подшипников передней опоры, " 35 ше угла контакта j% последующего подшйпника, т.е. Р1 <Р2

Укаэанная цель достигается тем; что в .. 3лектрошпиндель работает следующим . . электрошпинделе, содержащем .корйУс. образом. вал-ротор, переднюЮ и заднюю опоРы, каж-:; —: Перед началом эксйлуатации устанавдаяиз которых выполнена по крайней мере 40 ливают предварительный осевой натяг раиз двух радиально-упорных" шарикопод- ". диально-упорных шарйкоподшипникОв, шипников, внутренние кольца которых жес- опор с помощью узла предварительного натко укреплены на валу- роторе. наРужные . тяга,установленногоузадйей опоры шпинкольца Шарикоподшипников передней опо- деля.— Величина усилия предварительного ры жестко укреплены в корпусе; а Задней 45 осевогонатяга выбирается взависимостиот опоры выйолненй плаваЮщйми, йа электРо-: усилий реэайия . шпийдель установлен узел для создания усилиепредварительногоосевогонатяпредварительного осевого натяга радиаль- га Q радиально-упорных Ыарикоподшипно-упорных шарикоподшипников опор, йе- ников передней опоры электрошпиндЕля .: Редняя опора комплектуется 50 должно быть достаточным для обеСпечения

:радиально-упорными подшипйикаМи одина- контактирования всех шарйков радиальноковой размерности, но имеющими разнйе упорных шарикоподшипников: даже при йоминальные углы контакта тел качения, воздействии ма1<Симальных усилий внеш. пРи этом в переднюю опору со стороны Кон ней нагрузки, т,е. Радиальной составляюсолишпинделяустановлен радиально-упор- 55 щей усилия резания Rð, Зто обусловлено ный шарйкоподшипник с минимальным тем, что внешняя нагрузка вызывает асим- углом контакта тел качения, а последую- метрию распределения нагруженности тел щие шарикоподшипники передней опоры качения по периметру беговой дорожки, доимеют монотонно увеличивающиеся углы . полнительно нагружая сектор А радиальноконтакта тел качения.

1784407 упорйого подшипника 7, нагруженный втом подшипник, не способный воспринимать же направлении, что и внешняя нагрузка Рр, радиальные нагрузки.

"и разгружая сектор Б; нагружейный ради- Таким образом, устанавливая в пере альной нагрузкой; вызвайной усилиями днюю опору радиально-упорные шарико предварительйого натяга в противополож- 5 подшипники с минймальным углом

oîì направлении. Таким образом, радиаль- KOHTBKTBI8f у первого от консоли шпинделя ная на груженн"ость"" . от усилий подшипника 7 и увеличения углы контакта у предварительного натяга должна быть вы- последующих подшипников 8, т.е, при-. со ше, чем указанное усилие разгрузки, чтобы блюдении условия pj <Д (Д и т,д, обес coxpàíèòüKoI òàKT eарйков и беговых доро- 10 печивается- вйполнение" закона, при жек в разгруженном секторе Б. Рекоменду- котором осевая нагруженность каждого поется выбирать величину осевого -Уси ия следующего подшипника 8 передней опоры предварительного натяга .: .: ::: - больше осевой нагруженности предыдущеQo=1,7 RqtgР,:": -= ;.:::, -. - .. : :.:: го подшипника7;-г тельйото натяга шарикоподшипников; " ем усилия определяет закон распределейия

Rp -" Радиальная составлЯющая УСилий радиальнОй нагРУжейнОСтИ подшиПНикав резания;,:-,- .. ::- :, "" - ..:::. .: - ",: передней опоры Rj> Rg> Взит.д. (в нашем

j8 - угол контакта тел качения Р/У ша- -. случае Вт > Яз, где Ят, R8 — радиальные на рикоподшипнлков, -:,".:: ., .. .,,""-," .. 20 гружейнос

При приложении внешйей нагрузки от . Подбирая подшипники по углу контакта усилий резания к консбли электрошпинделя вводим закон р1 <Д <рз и.т.д. (в нашем наибольшая доля радиалънбй на1 рузки прй- . случае фу <фз), в результате обеспечиваем ходится на первый подшипйик 7 пеРедней. выполнейие условия Q1 (Q2 < Q3 и т.д, (в опоры 6, наиболее приближенйой к абра- 25 нашем:случае Йт < Qa), т.e . обеспечивается зйвному инструменту, т.е; точки йриложе- " "выравниванйенагруженностивсехподшип"ния внешней- нагрузки. На каждый . ников передней опоры, а это обеспечит rioпоследующий подшипник 8 доля" р>диаль- внушение дблговечности опоры. Крометого, ной нагрузки уменьшается (в сбответствии . имеется возможность увеличить осевой наС линией упругого изгиба консоли. 4. шпин- Э0 тяг Q, не вызывая перегрузку первого подделя)..Следовательно," радйальная нагру- шйпника опорй, и обеспечить требуемую женность подшипников передней опоры . высокую радиальную жесткость первого уменьшается по мере удаления от консоли . (первых) подшипника передней опоры и вала-ротора.::"::; " -. " "" -: ..::. ::.::,,:, -:-: .", большую осевую жесткость последующих

Чтобы обесйечить"равнопрочность всех Э5 подшипникбв опоры. подшипников опоры, при которой достига- С величйной утлэ контакта связайа у рв. ется наибольшая долгбвечность опоры, не- диально-упорйых шарикоподшипников и обходимо по мере уменьшения радиальной частога вращения сепараторов (шариков), нагруженности подшипника -увеличивать при этом его осевую нагруженность. Другими слова- 40.. ":: ми, в соответствии с законом- pacripeqene- -:" ": " - ":р ния - радиальной йагруженности по с 2 " D 4, подшипникам передней опоры, ойределяемым упругой деформацией консоли 4 и ва- " где "а1"-" "частота вращения вала ротора; ла-ротора 3 в пределах расположения 45 . > „э „ш и передней опоры, подбирая подшипники с > — средний диаметр по центрам тел сООтветствующими конструктивными парэ- качения. метрами, обеспечивать изменение осевой р угол контакта тел качения. нагруженнос™ подшипников по Обратному Частота вращения шпинделей неодина .Эакену т.e. ho мере сййжениЯ Радиальной 50 кова, следовательно, шарики в подшипнииагруженйости Увеличивать соответственно ках перадней оп Оры будут вращаться осе ую нагруженность со ранЯЯ общУю на несинхронно, что позволит избежать нежегРУженность. Это УдаетсЯ сделать, подби- лательнйх явлений в опоре. Зто также

РаЯ ПОДшипники по акомУ констРУктивномУ уменьшает виброактивность Опоры и повыпараметрУ, как Угол контакта тел качениЯР, 55 шает точность вращения.

При/=0 подшипник вообще ие восприни- Таким Образом, предложенная констмает осевых Усилий, т,к. С4 = О. По меРе рукцияэлектрошпинделяобеспечиваетсниУвеличениЯ Угла Р долЯ осевой нагрузки жение виброэктивности и повышение увеличивается и прй p = имеем йпорный . долговечности шпинделя и не требует при

Составитель Н.Минченя

Техред М.Моргентал . Корректор Л,Ливринц

Редактор Т,Егорова

Заказ.4337 . Тираж::,-: .. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035; Москва, Ж-35,.Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101

9 1784407 10 внедрении существенных изменений в кон- предварительного осевого натяга подшипструкции серийных электрошпинделей. кро- ников опор шпинделя: о т л.и ч а ю шийся ме организации измерения углов контакта тем, что, с целью снижения:виброактивноподшипников при комплектовании опор.. стй и повышения долговечности путем;вы5 равнивания " "нагруженности.:.: всех

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я подшипников переднфй .опоры, последняя

Злектрошпиндель, содержащий кор- выполнена каждая из которых выполнена по крайней сти, но"имеющих разные "номинальные углы мере из двух радиальйо-упорных шарико- 10 контакта тел "кюения, при:-этом:со стороны подшипников, внутренние кольца которых консоли шпинделя, установлен радиальноные кольца шарикоподшипников передней: ным утлом контакта -тел качения, а: опоры жестко закреплены в корпусе; а -за-: последующие iuàðèêîïîäùÔïíèêè. пере-. торыми : взаимодействует - . узел щиеся углы контакта:тел качения .