Газовое уплотнение

 

1. ГАЗОВОЕ УПЛОТНЕНИЕ, преимущественно гидростатических опор, имеющее уплотняющие зазоры с уплоТН5пощими поясками, дренажную канавку, соединенную каналом со сливом, и уплотняющую канавку, расположенную между окружающей средой и дренажной канавкой и соединенную с источником сжатого воздуха, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности уплотнения, длины уплотняющих зазоров выбирают из соотношения Р, и/или высоты этих зазоров из соотноN2 - M шения . Г bi 12 где , - длина уплотняющего зазора между уплотняющей канавкой и окружающей средой; ij, - длина уплотняющего зазора между уплотняющей и дренаж ной канавками, высота уплотняющего зазора между уплотняющей канавкой и окружающей средой; высота уплотняющего зазора между уплотняющей и дренажной канавками, 2.Уплотнение по п. 1, отличающееся тем, что, с целью i повышения механической прочности уплотняющего пояска, на пояске между уплотняющей канавкой и окружающей средой со стороны уплотняющей канавки выполнена кольцевая проточка с высотой менее высоты уплотняющей канавки. 3.Уплотнение по пп. 1 и 2, о т:лэ о о со лич.ающеес я тем, ч, с целью предотвращения выборки зазора под нагрузкой, уплотняющие зазоры выполнены расширяющимися в направлении от дренажной канавки к окружающей среде. 9

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) З(51) F 16 J 15/44

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬППФ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

Н OBTOPCKOMY Cl!IOOTRI»OTSV

»», (21) 3364505/25-08 (22) 09.12.81 (46) 30.12.84. Бюл. № 48 (72) М.А. Шиманович, M.È. Конохов и А.П. Капель (71) Московский станкоинструментальный институт и-Московское специальное конструкторское бюро автоматических линий и специальных станков (53) 62-762(088.8) (56) 1. "Станки и инструмент". 1977, № 11, с. 27 (прототип). (54)(57) 1. ГАЗОВОЕ УПЛОТНЕНИЕ, преимущественно гидростатических опор, имеющее уплотняющие зазоры с уплотняющими поясками, дренажную канавку, соединенную каналом со сливом, и уплотняющую канавку, расположенную между окружающей средой и дренажной канавкой и соединенную с источником сжатого воздуха, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения надежности уплотнения, длины уплотняющих зазоров выбирают из соотношения 2

2, 46

11 и/или высоты этих зазоров из соотношения q — 4i

М h2. где, — длина уплотняющего зазора между уплотняющей канавкой и окружающей средой, Ez — длина уплотняющего зазора между уплотняющей и дренаж" ной канавками, h, — высота уплотняющего зазора между уплотняющей канавкой и окружающей средой;

h — высота уплотняющего зазора между уплотняющей и дренажной канавками.

2. Уплотнение по п. t, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения механической прочности Q уплотняющего пояска, на пояске между уплотняющей канавкой и окружающей средой со стороны уплотняющей канавки выполнена кольцевая проточка с высотой менее высоты уплотняющей канавки.

3. Уплотнение по пп. 1 и 2, о тл и ч,а ю щ е е с я тем, что, с целью предотвращения выборки зазора под нагрузкой, уплотняющие зазоры выполнены расширяющимися в направлении от дренажной канавки к окружающей среде.

l132

20! где

Изобретение относится к уплотнениям и может быть использовано в шпиндельных опорах металлорежущих станков.

Целью изобретения является повы- 5 шение надежности уплотнения за счет уменьшения гидравлического сопротивления уплотняющего зазора между окружающей средой и уплотняющей канавкой по отношению к гидравлическому 10 сопротивлению уплотняющего зазора между уплотняющей и дренажной канавками путем уменьшения его геометрической характеристики и расширения уплотняющего зазора в направ- 15 ленин от дренажной канавки к окружающей среде, что приведет к сокращению простоев оборудования и повьппению его производительности.

На фиг. 1 изображено газовое уплотнение шпиндельной опоры; на фиг. 2 — узел 1 на фиг, 1, на фиг.3 то же, с иным выполнением уплотняющих зазоров.

Газовое уплотнение шпиндельной 25 опоры, включающей шпиндель 1 и гидростатический подшипник 2 с несущими карманами 3, содержит уплотняющие зазоры 4 и 5 с уплотняющими поясками 6 и 7, дренажную канавку 8 и уплотняющую канавку 9.

Уплотняющая канавка 9 расположена между дренажной канавкой 8 и окружающей средой и соединена с источником сжатого воздуха 10. Лре 35 нажная канавка 8 соединена каналом, имеющим участки 11, 12 и 13 со сливом, например баком 14. Уплотняющий зазор 4 длиной и высотой 4 размещен между окружающей средой и уплотняющей канавкой 9 ° Уплотняющий зазор 5 длиной и высотой "т размещен между уплотняющей 9 и дренажной 8 канавками. Уплотняющая канавка 9 имеет глубину К,з и длину 5 45

На уплотняющем пояске 6 уплотняющего зазора 4 между окружающей средой и уплотняющей канавкой 9 для повышения его механической прочности выполнена кольцевая .проточка 15 со стороны уплотняющей канавки 9. Глубина кольцевой проточки 15 выбрана иэ соотношения hq h< Ь5(см.фиг.2), где И вЂ” глубина кольцевой проточки..

Уплотняющие зазоры 4 и 5 могут быть выполнены, расширяющимися от дренажной канавки 8 к окружающей среде (см.фиг. 3). При этом расшире096 2 ние уплотняющего зазора 4 может быть осуществлено ступенчато, когда 1 ) 1 при экв щистантном зазоре или

r монотонно, например, за счет выполнения конической поверхности, по крайней мере, одного из уплотняющих поясков 6 или 7 плотняющих зазоров

4, 5 при Ilq )hg

Гидравлическое сопротивление уплотняющего зазора определено соотношением ь и

12Р 1 или иначе R =Rrg p где g — геометрическая характеристика

r гидравлического сопротивления уплотняющего зазора", )И вЂ” коэффициент динамической вязкости среды.

Геометрическая характеристика гидравлического сопротивления может быть представлена

r ã

"r- gg где 1" — геометрическая характеристика гидравлического сопротивления зазора на единице его длины {удельная геометрическая характеристика), причем, 1Z8 г = 3 — длина уплотняющего зазора, h — высота уплотняющего зазора.

Из приведенных соотношений видно, что гидравлическое сопротивление уплотняющего зазора зависит от изменений его геометрической характеристики. Изменения же геометрической характеристики гидравлического сопротивления связаны с изменением входящих в нее геометрических параметров, т.е. длины f и высоты Ь, поэтому геометрическая характеристика может быть условно представлена соотношением r,В случае равенства высот Ь1 и Ьз и длин Р+ и уплотняющих зазоров

4 и 5 их геометрические характеристики равны, а следовательно, равны и гидравлические сопротивления этих зазоров.

Уменьшение гидравлического сопротивления уплотняющего зазора 4 и увеличения гидравлического сопротивления уплотняющего зазора 5 обусловлено тем что геометрическая хаУ з рактеристика Г Ь гидравлического сопротивления уплотняющего зазора 4 между окружающей средой и уплотняю1132096 щей канавкой 9 меньше геометрической характеристики z11lq гидравлического

/ сопротивления уплотняющего зазора 5 между уплотняющей 9 и дренажной 8 канавками,, причем оптимальные значения этих характеристик выбраны из соотношения 2 - — 6 Д вЂ” - Ц, з

-1

Ъ при этом длина уплотняющего зазора 4 между окрухающей средой и уплотняющей канавкой 9 меньше длины уплотняющего зазора 5 между уплотняющей 9 и дренажной 8 канавками, а высота Il уплотняющего зазора 4

15 между окружающей средой и уплотняющей канавкой 6 больше высоты ll> уплотняющего зазора 5 между уплотняющей 9 и дренажной 8 канавками.

Газовое уплотнение работает сле20 дующим образом.

В несущие карманы 3 гидростатического подшипника 2 подают масло. Масло вытекает из подшипника 2 в дренажную канавку 8. В уплотняющую

25 канавку 9 подают от источника 10 сжатый воздух. Сжатый воздух, попадая в уплотняющую канавку 9, может выходить из нее в двух направлениях: через уплотняющий зазор 4 в окружающую,.. среду и через уплотняющий зазор 5 в дренажную канавку 8. Выходя в окружающую среду, сжатый воздух отталкивает.от уплотняющего зазора 4 вредные агенты окружающей среды (пыль, жидкость), не пропуская их в уплот- З5 няющую 9 и, дренажную 8 канавки. Сжатый воздух, выходя в дренажную канавку 8, не пропускает из нее в уплоъняющую канавку 9 и далее в окружающую среду масло, исключая его утеч- 40 ки в окружающую среду через уплотняющий зазор 4. Для этого необходимо, чтобы давление воздуха в уплотняющей канавке 9 было больше давления в дренажной канавке 8. Попа- 45 дающие в дренажную канавку масло из несущих карманов 3 гидростатического подшипника 2 и воздух из уплотняющей канавки 9 образуют масловоздушную смесь, которая по участ- 50 кам 11, 12 и 13 сливного канала вытекает из дренажной канавки 8 в сливной бак 14. При этом давление в дренажной канавке 8 тем,больше, чем больше воздуха попадает из уплот- 55 няющей канавки 9 в дренажную 8, т.е. чем больше объем масловоздушной смеси, вытекающей из нее.

В результате того, что геометрическая характеристика сопротивления уплотняющего зазора 4 меньше,.чем геометрическая характеристика сопротивления уплотняющего зазора 5, гидравлическое сопротивление уплотняющего зазора 4 меньше гидравлического сопротивления уплотняющего зазора 5, а следовательно, и скорость воздуха на вьходе из уплотняющего зазора 4 даже при малом давлении сжатого воздуха будет велика, а расход воздуха íà выходе из уплотняющего зазора 5 даже при высоком давлении сжатого воздуха будет мал.

Таким образом, воздух, выходя по уплотняющему зазору 4, надежно отталкивает от зазора поток смазочноохлаждающей жидкости, льющейся в окружающей среде, с находящимися в ней частицами грязи.

Благодаря поступлению малого количества воздуха из уплотняющей канавки 9 в дренажную канавку 8 по уплотняющему зазору 5, давление в дренажной канавке 8 понижается, что позволяет как при низком, так и

У при высоком давлении надежно обеспечить превышение давления ьоздуха в уплотняющей канавке 9 над давлением воздуха в дренажной канавке 8, что приводит к надежному предотвращению утечки масла через уплотняющий зазор 4 в окрудающую среду.

Из условия уменьшения гидравлического сопротивления уплотняющего зазора соотношение длин уплотняющих зазоров 4 и 5 Pqltz необходимо выбирать как можно меньше. Это может быть обеспечено либо увеличением длины 1 уплотняющего зазора 5, либо уменьшением длины уплотняющего зазора 4. Увеличение длины 1 приводит к увеличению консоли шпиндельной опоры и к ухудшению ее работоспособности. Отсюда следует, что необходимо уменьшать величину длину уплотняющего зазора 4, однако при уменьшении длины ; уплотняющего зазора 4 резко падает механическая прочность уплотняющего пояска

6 между окружающей средой и уплотнябщей канавкой 9. Поэтому на уплотняющем пояске б между окружающей средой и уплотняющей канавкой 9 для сохранения его механической прочности при уменьшении длины уплотняющего зазора 4, непосредственно

1132096

9Н192291 Заказ 10119 Тиааа 912 Подписное аа BBH Паааааа r. 9юораа уа llpoaaaaaa,4 примыкая к уплотняющей канавке 9, выполнена кольцевая проточка 15 со стороны уплотняющей канавки 9 (см. фиг. 2). Глубина .И кольцевой проточки 15 больше высоты уплотняю- 5 щего зазора 4 и меньше глубины И 3 уплотняющей канавки 9. Оптимальные значения глубины кольцевой проочки,15 выбирают из соотношения Ф"К например 37»= Q = 09003 мм 1О (1Й = 0,1 мм, . 8p = .3 мм9 f = 0,5 мм).

При этом сохраняется механическая прочность уплотняющего пояска 6 и одновременно уменьшается длина Х уплотняющего зазора 4. !5

Уплотняющие зазора 4 и 5 удалены от гидростатического подшипника 2, При работе шпиндельной опоры шпиндель 1 под нагрузкой прогибается и касается уплотняющего пояска 6 в уплотняющем зазоре 4 ° При вращении шпинделя 1 с высокой окружной скоростью, например 30 м/с9 зто может привести к аварии.

Для предотвращения выборки зазора под нагрузкой уплотняющие зазоры 4 и 5 в уплотнении. выполняют расширяющимися в направлении от дренажной канавки 6 к окружающей среде (см. Лиг.3).