Гидростатическая опора

 

Использование: в шпиндельный узлах, системах адаптивного управления металлорежущих станков и позволяет достичь значительную статическую отрицательную податливость, необходимую для компенсации упругой системы станка. Сущность изобретения: в корпусе 1 опоры на упругих кольцах 2, соединенных упругими перегородками , установлена подвижная втулка 4, обхватывающая цапфу с рабочим зазором и имеющая входные дроссели 6, соединительные каналы 7, а на внутренней поверхности - несущие карманы 8. Между корпусом 1 и втулкой 4 распопожены малопроточные управляющие камеры 11, ограниченные по риферии упругими кольцами 2 и упругими перегородками 3. Каждая управляющая камера 11 питается через входной дроссель 12 большого сопротивления, а каждый несущий карман 8 - через входной дроссель 6. На выходе соединительных каналов 7 расположены дросселирующие щели 9, образованные поверхностями скольжения втулки 4 и цапфы 5 вала при помощи предусмотренных выступов 10 на внутренней поверхности втулки 4, Управляющие камеры 11 соединены с несущими карманами 8 через каналы 7 и дросселирующие щели 9, сопротивление которых изменяется при нагружении опоры. За счет больших приращений давления смазки вуправляющих камерах 11 по сравнению с приращениями давления в несущих карманах 8 при нагружении гидростатической опоры обеспечивается уменьшение необходимой для реализации отрицательной податливости эффективной площади управляющих камер 11 и тем самым уменьшение габаритных размеров. 2 з.п.ф-лы, 6 ил, .4 сл С XI со XI XI ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 F. 16 С 32/06

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

Ьi

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4935122/27 (22) 07.05,91 (46) 30.12.92, Бюл. ¹ 48 (71) Красноярский политехнический инсти- тут (72) С.С. Шатохин (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1691609, кл. F 16 С 32/06, 1989, (54) ГИДРОСТАТИЧЕСКАЯ ОПОРА (57) Использование; в шпиндельный узлах, системах адаптивного управления металлорежущих станков и позволяет достичь значительную статическую отрицательную податливость, необходимую для компенсации упругой системы станка. Сущность изобретения: в корпусе 1 опоры на упругих кольцах 2„соединенных упругими перегородками, установлена подвижная втулка 4, обхватывающая цапфу с рабочим зазором и имеющая входные дроссели 6, соединительные каналы 7, а на внутренней поверхности— несущие карманы 8, Между корпусом 1 и втулкой 4 расположены малопроточные уп" равляющие камеры И, ограниченные по пе- A

„„5U„„1784772 А1 риферии упругими кольцами 2 и упругими перегородками 3, Каждая управляющая камера 11 питается через входной дроссель 12 большого сопротивления, а каждый несущий карман 8 — через входной дроссель б, На выходе соединительных каналов 7 расположены дросселирующие щели 9, образованные поверхностями скольжения втулки 4 и цапфы 5 вала при помощи предусмотренных выступов 10 на внутренней поверхности втулки 4, Управляющие камеры 11 соединены с несущими карманами 8 через каналы 7 и дросселирующие щели 9, сопротивление которых изменяется при нагружении опоры, За счет больших приращений давления смазки вуправляющих камерах 11 по сравнению с приращениями давления в несущих карманах 8 при нагружении гидростатической опоры обеспечивается уменьшение необходимой для реализации отрицательной податливости эффективной площади управляющих камер 11 и тем самым уменьшение габаритных размеров. 2 з,п,ф-лы, б ил. нГ

1784772

Изобретение относится к машиностро- ваты вающую цапфу вала с рабочим зазором ению и может быть использовано в шпин- и установленную в корпусе на упругом под дельных узлах и системах адайтивного весе в виде упругих колец, соединенных упуправления металлорежущих станков, пре- ругими перегородками, подвижную втулку с имущественно токарных. 5 несущими карманами и сообщающиеся сисИэвестны гидростатические и ээроста- точником подачи смазки под давлением тические подшипники скольжения, содер-, входные дроссели, а также управляющие кажащие корпус, цапфу вала, подвижную меры, ограниченные внутренней поверхновтулку, установленную в корпусе наупругом стью корпуса, наружной поверхностью подвесе в виде эластичных колец, соеди- 10 втулки, упругими перегородками иупругими ненных эластйчными перегородками, об- кольцамй, и выполненные во втулке деразующими между корпусом и втулкой мпфирующие дроссели для соединения упуправляющие камеры, питаемые под давле- равляющих" камер с несущими карманами. нием через входные дроссели (или по систе- Целью изобретения является уменьше.ме .насос-карман) и сообщающиеся с 15 ние габаритных размеров и повышение на несущим слоем каналами во втулке. Недо- дежности работы гидростатической опоры. статками известных решений являются зна- Это достигается тем, что в гидростатич и тел ь н ы е г а б а р ит н ы е ра з м е р ы и р и ческой опоре, содержащей корпус, обхватыотрицательной податливости подшипника, вающую цапфу вала с рабочим зазором и вызванные необходимостью превышения 20 установленную в корпусе на упругом подвеэффективной площадй управляющих камер се в виде упругих колец; соединенных упрунад эффективной площадью несущих кар- гйми йерегороДками, подвижную втулку с

MGHoB; и недостаточная устойчйвость, свя-" несущими карманами,питаемыми от источзэнная с отсутствием демпфирования ника подачи смазки поддавлениемчерез > потоков смазки между управляющими каме- 25 входные дроссели, а также управляющие карами:и несущйм слоем. " .," "", " . меры, ограничейные внутренней поверхноИзвестна также опора скольжения, co- стью корпуса, наружной поверхностью держащая размещенную в корпусе обойму, втулки, упругими кольцами и упругими переустановленную в обойме на уй ругом"падве- " городками,"и вьйолненные во втулке каналы се в виде упругих колец, соединенных упру- 30 с дросселями для соединения управляющих гими" перегородками, и охватывающую камер с йесущими карманами, имеются доцапфу вала втулку с радиальными отверсти- полнительно входные дроссели, питающие ями подвода смазки в рабочий зазор,"управ-: управляющие камеры от источника дэвлелян)щие камеры, ограниченные внутренней ния смазки, а дроссели, соединяющие упповерхностью обоймы, наружной поверхно- 35 равляющйе камеры с несущими карманами, стью втулки и упругими кольцами, образую- выполнены в виде щелей, образованных пощими боковые стенки камер, а "также верхностями скольжения втулки и цапфы вавыполненныевобоймеканалыдлясоедине- ла, При этом на внутренней поверхности нйя управляющих камер с йсточником под- втулки могут быть выполнены канавки, явля- эчи смазки через входной дроссель, 40 ющиеся йродолжением соединительных кавнутренняя поверхность обоймы, внутрен- налов, а сами каналы могут быть снабжены няя и наружная поверхности втулки и сопря- демпфирующими драсселями постоянного женные с обоймой и втулкой поверхности сопротивления, упругих колец выполнены коническими, На фиг, 1 показана гидрастатическая входной дроссель выполнен в виде щелей, 45 опора, общий вид по и. 1; на фиг, 2 — разрез образованных предусмотренными на на- А — А на фиг. 1, на фиг. 3 — опора по и. 2; нэ ружной поверхности обоймы выступами и фиг, 4 — разрез Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5— внутренней поверхностью корпуса, а ради- общий вид опоры по и. 3; на фиг, 6 — зависиэльныеотверстия подвода смазки в рабочий мости суммарной податливости К> цапфы зазор снабжены демпфирующими дроссе- 50 вала от отношения д эффективных площалями, Данная опора позволяет получить су- дей управляющих камер Sz и несущего слоя щественную радиальную и осевую S< при одной и той же внешней нагрузке для отрицательную податливость при достаточ- заявляемой опоры и опоры-прототипа, но высоком динамическом качестве, однако В корпусе 1 (фиг, 1 и 2) на упругом подимеет значительные габаритные размеры, 55 весе в виде упругих колец 2; соединенных увеличивающиеся при возрастании сап ро- упругими перегородками 3, установлена потивления демпфцрующих дросселей, движнэя втулка 4, обхватывающая цапфу 5

Наиболее близкой к заявляемой опоре вала с рабочим зазором и имеющая входные по технической сущности является гидро- дроссели 6, радиальные каналы 7, а на внутстатическая опора, содержащая корпус, ох- ренней поверхности — несущие карманы 8.

1784772

На выходе каналов 7 выполнены дросселирующие щели 9, образованные поверхностями скольжения втулки 4 и цапфы 5 вала при пбмощи предусмотренных на внутренней поверхности втулки 4 выступОв 10. В

: качестве выступов 10 целесообразно использовать среднюю кольцевую перемычку, разделяющую несущие карманы 8 на два кольцевых ряда. Между внутренней поверхностью корпуса 1 и наружной поверхностью втулки 4 расположены управляющие камеры 11, ограниченные по периферии упругими кольцами 2 и упругими перегородками 3, При этом каждый несущий карман 8 питается от источника (на фиг. 1 и фиг, 2 не показан) под давлением Р 1 =. const через отдельный входной дроссель 6; а каждая управляющая камера 11 — под давлением

Рн2.- const через отдельный входной дроссель 12, Каждая управляющая камера 11 сообщается с соответствующими несущими карманами 8 через отдельные канал 7 и дросселйруюсцую щель 9.

Гидростатическая опора работает сле дующим образом.

Смазка от источника под давлением Рн 1=

= const через входные дроссели 6 поступает в несущие карманы 8, а под давлением

P,г = const через входные дроссели 12 — в управляющие камеры 11, Из последних смазка через дросселирующие щели 9 истекает в несущие карманы 8, откуда дросселируясь на перемычках гидростатической опоры поступает на слив.

При нагружении цапфы 5 вала давление смазки в нагружаемых несущих карманах 8 и связанных с ними управляющих камерах

11 возрастает, э в разгружэемых несущих карманах 8 и связанных с ними управляющих камерах 11 — уменьшается. Одновременно происходит перерасйределение величин зазоров дросселирующих щелей 9; зазор дросселирующей шели 9; связывающей нагружаемые несущие карманы 8 и уп,равляющие камеры 11, уменьшается, а зазор дросселирующей щели 9, связывающей рэзгружаемые несущие карманы 8 с разгружаемыми управляющими камерами

11, — увеличивается. При этом сопротивление истечению смазки из нагружаемой управляющей камеры 11 возрастает и давление смазки в ней дополнительно увеличивается. а сопротивление истечению смазки из разгружаемых управляющих камер 11 уменьшается и давление в последней дополнительно уменьшается, При условии равенства эффективных площадей управляющих камер 11 и несущего смазочного слоя равнодействующая сил давления смазки на втулку 4 перемещает последнюю

35 .маны — перемычки) и показатели динамиче40 следованиями

50 ных опор. Из графиков следует, что при одной и той же отрицательной податливости

5

25 против внешней нагрузки на определенную величину. При соответствующей настройке дросселей 12, 9 и 6 в результате отмеченного характера изменений давления в управляющих камерах 11 опора может обладать существенной отрицательной податливостью даже при Ра = Р,1 и площади камер 11 меньшей, чем несущих карманов 8.

При необходимости на выступах 10 могут быть выполнены канавки l3 (фиг. 3 и 4), являющиеся продолжением каналов 7, а сами каналы 7 могут быть снабжены демпфирущими дросселями постоянного сопротивления, как это показано на фиг. 5.

Следует отметить, что динамические характеристики заявляемой гидростатической опоры являются также достаточно высокими (даже при отсутствии демпфирующих дросселей постоянного сопротивления в каналах 7), т,к. при оптимальной настройке дросселей 6, 9 и 12 сопротивление входного дросселя t2 должно быть более ем в 10 раз большим по сравнению с сопротивлением дросселя 6, т.е. управляющие камеры являются малопроточными, основной расход смазки происходит через входные дроссели

6, питающие несущие карманы. Кроме того, оптимальное аопротивление дросселирующих щелей 9 также больше (в 3...6 раз) сопротивления дросселей 6. Поэтому доминирующее влияние на динамику рассматриваемой опоры оказывает основной проточный тракт (дроссели 6 — несущие карского качества заявляемой опоры близки к аналогичным показателям гидростатической оп6ры с постоянными дросселями и неподвижной втулкой, что подтверждено проведенными автором теоретическими исНа фиг. 6 показаны зависимости суммарной податливости К цапфы 5 вала от отношения д эффективных площадей управляющих камер и несущего смазочного слоя для заявляемой опоры (кривая 1) и для опоры-прототипа (кривая 2) при одной и той же внешней нагрузке, характерной для дан заявляемая опора имеет значительно меньшую эффективную площадь управляющих камер. Данные зависимости построены для случая Рн|= Рн2 одинаковой радиальной жесткости упругого подвеса, при рМ в качестве настроечных параметров дросселей 12 и 9 заявляемой опоры использованы не аптимальные, а небольшие значения сопротивления дросселя 12.

1784772

При условии Р > P„> заявляемая опора может обладать любой практически необходимой податливостью даже при д = 1..

Таким образом, с одной стороны, введение в конструкцию гидростатической опоры дополнительных входных дросселей, питающих управляющие камеры, и выполнение дросселей, соединяющих управляющие камеры с несущими карманами, в виде щелей между поверхностями скольжения втулки и цапфы вала, уменьшает габаритные размеры опоры при ее отрицательной податливости. С другой стороны, эти же конструктивные отличия позволяют реализовать эффективный отток воздуха из управляющих камер, уменьшить вероятность засорения соединительныхдросселей и повысить тем самым надежность работы гидростатичес кой опоры.

Формула изобретения

1. Гидростатическая опора, содержащая корпус, обхватывающую цапфу вала с рабочим зазором и установленную в корпусе на упругом подвесе в виде упругих колец, соединенных упругими перегородками, подвижную втулку с несущими карманами, сообщающимися с источником подачи смазки под давлением через входные дроссели, а также управляющие камеры, ограниченные внутренней-поверхностью корпуса, на5 ружной поверхностью втулки, упругими кольцами и упругими перегородками, и выполненные во втулке каналы с дросселями для соединения управляющих камер с несущимикарманами,отличающаяся тем, 10 что, с целью повышения надежности работы и уменьшения габаритных размеров, она снабжена дополнительно сообщающими управляющие камеры с источником подачи смазки под давлением входными дросселя15 ми, а соединяющие управляющие камеры с несущими карманами дроссели выполнены в виде щелей,.образованных поверхностями скольжения втулки и цапфы вала.

20 2. Опора по и. 1, отличающаяся тем, что на внутренней поверхности втулки в пределах дросселирующих щелей выполнены сообщающиеся с каналами канавки.

3, Опора по и. 1, отличающаяся

25 тем, что каналы снабжены демпфирующими дросселями постоянного сопоотивления.

1784772

Фиг. 4

1784772

125

/75 ДО -Я

Составитель С.Шатохин

Техред М.Моргентал Корректор И,Шмакова

Редактор

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

Заказ 4355 Тираж Подписное.ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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