Гидростатическая опора



Гидростатическая опора
Гидростатическая опора
Гидростатическая опора

 


Владельцы патента RU 2534100:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГАУ) (RU)

Изобретение относится к области машиностроения и может найти применение в замкнутых гидростатических направляющих металлообрабатывающих станков и других ответственных машин. Гидростатическая опора состоит из неподвижного корпуса (1) с несущими карманами (2) на оппозитно расположенных рабочих поверхностях и подводящим каналом (3), подвижной направляющей (4), имеющей оппозитно расположенные рабочие поверхности, сопряженные с рабочими поверхностями корпуса, и плавающего элемента (5) с дросселирующими каналами (6), соединенными с управляющими карманами (7) на его торцах. Плавающий элемент (5) имеет цилиндрическую форму с кольцевым выступом (8) в верхней части и установлен с минимальным зазором в цилиндрическом отверстии корпуса (1), соединяющем оппозитно расположенные несущие карманы (2). В корпусе (1) выполнено углубление (10), свободно охватывающее кольцевой выступ (8), без образования дросселирующих зазоров между ними. Торцевые поверхности плавающего элемента (5) образуют дросселирующие зазоры (9) с рабочими поверхностями направляющей (4). Технический результат: увеличение рекомендуемой нагрузочной способности опоры, при которой сохраняется полноценное активное положение плавающего элемента и полностью исключается контактное трение, при этом значительно облегчается процесс сборки направляющей, так как кольцевой выступ обеспечивает надежную фиксацию плавающего элемента в вертикальном сквозном отверстии корпуса. 3 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения и может найти применение в замкнутых гидростатических направляющих металлообрабатывающих станков и других ответственных машин.

Известны гидростатические опоры скольжения с плавающими (подвижными) регуляторами, управляющими расходом рабочей жидкости через оппозитные несущие карманы в зависимости от нагрузки (Бушуев В.В. Гидростатическая смазка в станках / М.: Машиностроение, 1989, с. 84-85, рис.44-45). Их недостатком является наличие трубопроводов, связывающих регулятор с несущими карманами, что, во-первых, ухудшает динамическое качество опор из-за упругости трубопроводов и заключенной в них рабочей жидкости и, во-вторых, усложняет систему подвода рабочей жидкости к несущим карманам. Кроме того, нагрузочная характеристика данных опор не оптимальна, поскольку изменение конфигурации дросселирующих щелей регулятора при нагружении опоры происходит так, что соотношение входной и выходной эффективных площадей регулятора при смещении рабочего плавающего элемента - кольца сильно изменяется. В результате нагрузочная характеристика опоры является нелинейной даже при относительно небольших нагрузках.

Ближайшим аналогом заявляемого изобретения является гидростатическая опора (патент РФ №2406891, МПК F16C 32/06, B23Q 1/38), содержащая направляющую, корпус с подводящим каналом для нагнетания рабочей жидкости и несущим карманом на рабочей поверхности, в котором расположен плавающий элемент с управляющими карманами на торцах, соединенными дросселирующим каналом, наружные поверхности которого образуют с сопряженными поверхностями корпуса и направляющей щелевые дросселирующие зазоры. Корпус имеет дополнительный несущий карман на оппозитно расположенной рабочей поверхности, а плавающий элемент расположен в отверстии корпуса, соединяющем оппозитно расположенные несущие карманы. Торцы плавающего элемента образуют дросселирующие зазоры с оппозитно расположенными рабочими поверхностями направляющей.

Данная гидростатическая опора имеет следующие недостатки:

- процесс сборки направляющей затруднен из-за отсутствия надежной фиксации плавающего элемента (плунжера), который под действием собственного веса смещается вниз и не удерживается в сквозном отверстии корпуса;

- при достаточно большом нагружении направляющей (пассивный нагрузочный диапазон) торец плавающего элемента прижимается к разгружаемой опорной поверхности направляющей, что приводит к увеличению трения в направляющих и повышенному износу сопряженных рабочих поверхностей (образование рисок). Уменьшение влияния данного недостатка за счет увеличения радиуса управляющих карманов (т.е. уменьшения ширины дросселирущих торцевых перемычек) приводит к нарушению капиллярности течения на торцевых дросселирующих перемычках и недостаточному для обеспечения динамического качества опоры демпфированию, а за счет увеличения диаметра плавающего элемента - к существенному уменьшению эффективной несущей площади гидростатической опоры.

Задачей изобретения является облегчение процесса сборки направляющей и увеличение рекомендуемой нагрузочной способности опоры, при которой полностью сохраняется плавающее состояние регулятора.

Для решения поставленной задачи в гидростатической опоре, содержащей направляющую, корпус с подводящим каналом для нагнетания рабочей жидкости, оппозитно расположенными несущими карманами на рабочих поверхностях и соединяющим несущие карманы сквозным отверстием, в котором установлен плавающий элемент с управляющими карманами на торцах, питаемыми через дросселирующие каналы, торцевые и сопрягаемые поверхности которого образуют с соответствующими поверхностями корпуса и направляющей щелевые дросселирующие зазоры, согласно изобретению в верхней части плавающего элемента выполнен кольцевой выступ, а в корпусе - соответствующее кольцевому выступу углубление, обеспечивающее предотвращение дросселирования рабочей жидкости между ними, причем торцевая поверхность кольцевого выступа образует дросселирующий зазор с сопряженной поверхностью направляющей.

На фиг.1 показан разрез заявляемой гидростатической опоры; на фиг.2 дано сравнение характеристик заявляемой гидростатической опоры (кривые 1), опоры-прототипа (кривые 2) и традиционной гидростатической опоры с дроссельным питанием (кривые 3), при этом на фиг.2а показаны графики нагрузочных характеристик, а на фиг.2б - графики расходных характеристик.

Гидростатическая опора (фиг.1) состоит из неподвижного корпуса 1 с несущими карманами 2 на оппозитно расположенных рабочих поверхностях и подводящим каналом 3, подвижной направляющей 4, имеющей оппозитно расположенные рабочие поверхности, сопряженные с рабочими поверхностями корпуса, и плавающего элемента 5 с дросселирующими каналами 6 и управляющими карманами 7 на его торцах. Дросселирующие каналы 6 соединяют управляющие карманы 7 с подводящим каналом 3. Плавающий элемент 5 имеет цилиндрическую форму и установлен с минимальным зазором в цилиндрическом отверстии корпуса, соединяющем оппозитно расположенные несущие карманы 2. В верхней части плавающего элемента выполнен кольцевой выступ 8, а в корпусе 1 выполнено углубление 10, свободно охватывающее кольцевой выступ 8 плавающего элемента, без образования дросселирующих зазоров между ними. Торцевые поверхности плавающего элемента образуют дросселирующие зазоры 9 с рабочими поверхностями направляющей 4.

Гидростатическая опора работает следующим образом. Рабочая жидкость от источника давления (на фиг.1 не показан) нагнетается через канал 3 и дросселирующие каналы 6 в управляющие карманы 7, откуда через дросселирующие зазоры 9 поступает в несущие карманы 2, из которых дросселируется на слив. Дросселирующие каналы 6 в совокупности с управляющими карманами 7 при наличии дросселирующих зазоров 9 обеспечивают устойчивость осевого положения плавающего элемента 5.

Стабилизацию плавающего элемента 5 в радиальном и угловом направлениях и отсутствие контактного трения обеспечивают малые ступенчатые дросселирующие зазоры в цилиндрическом сопряжении корпус 1 - плавающий элемент 5 (за исключением зазоров между кольцевым выступом 8 и углублением 10 в корпусе). Они же обеспечивают небольшой приток рабочей жидкости в разгружаемый несущий карман 2 при максимальной нагрузке для исключения попадания воздуха, когда плавающий элемент 5 прижат к разгружаемой поверхности направляющей 4 и поступление рабочей жидкости через дросселирующий канал 6 в разгружаемый несущий карман 2 прекращается.

При нагружении направляющая 4 первично смещается в направлении нагрузки, а давление рабочей жидкости увеличивается в нагружаемом и уменьшается в разгружаемом несущем кармане до тех пор, пока разность сил давления не уравновесит нагрузку. Изменившееся давление в несущих карманах смещает плавающий элемент в направлении нагружения до его нового равновесного осевого положения. При этом увеличивается дросселирующий зазор 9 в нагружаемом, а уменьшается - в разгружаемом несущем кармане. Изменение дросселирующих зазоров 9 вызывает перераспределение расходов рабочей жидкости через оппозитно нагружаемые несущие карманы, что, в свою очередь, вызывает вторичное смещение направляющей, но уже в направлении, противоположном приложенной нагрузке. В результате этого процесса, в зависимости от выбора параметров, гидростатическая опора может обладать малой положительной, нулевой или отрицательной податливостью.

Однако не всегда достижение наиболее существенной отрицательной податливости и наиболее существенных отрицательных эксцентриситетов является оптимальным с точки зрения повышения нагрузочной способности направляющей и точности обработки на металлорежущих станках. Кроме того, уменьшение достигаемого эксцентриситета до предельных отрицательных значений значительно увеличивает расход рабочей жидкости. В то же время весьма важным показателем гидростатической опоры является ширина активного нагрузочного диапазона, характеризующая рекомендуемую нагрузочную способность, при которой сохраняется полноценное плавающее рабочее состояние элемента 5 и полностью исключается контактное трение.

Следует отметить, что равнодействующая сил давления рабочей жидкости на верхнюю часть плавающего элемента 5 полностью уравновешивается силой давления рабочей жидкости на нижний торец плавающего элемента 5 и в полной мере соответствует аналогичным значениям в прототипе. Это обеспечено за счет предотвращения дросселирования рабочей жидкости между поверхностями корпуса 1 и кольцевого выступа 8 плавающего элемента 5, благодаря чему давление рабочей жидкости на указанные поверхности всегда соответствует давлению в верхнем несущем кармане 2. Однако кольцевой выступ 8 при неизменном силовом балансе плавающего элемента 5 значительно увеличивает ширину дросселирующих перемычек верхнего торца, а радиус ограничиваемого ими управляющего кармана 7 уменьшает. В результате значительно возрастает демпфирование сопряжения верхний торец плавающего элемента - верхняя рабочая поверхность направляющей и, кроме того, сохраняется капиллярность течения рабочей жидкости через верхний дросселирующий зазор 9 во всем нагрузочном диапазоне.

Проведенные исследования показали, что для увеличения ширины активного диапазона необходима малая активность плавающего элемента (т.е. малое отношение выходной эффективной площади регулятора к его входной эффективной площади), достигнуть которую в опоре-прототипе возможно только за счет чрезмерного уменьшения ширины дросселирующей перемычки, ограничивающей управляющий карман. Однако это неизбежно приводит к нарушению капиллярности истечения рабочей жидкости из управляющего кармана и чрезмерному уменьшению демпфирования плавающего элемента. Поэтому при малой активности регулятора сохранить достаточную ширину дросселирующей перемычки позволяет предлагаемое техническое решение.

Сравнение рекомендуемой нагрузочной способности (достигаемой ширины активного нагрузочного диапазона) заявляемой опоры и опоры-прототипа при условии сохранения капиллярности истечения рабочей жидкости из управляющих карманов 7 иллюстрирует нагрузочные характеристики, представленные на фиг.2а. Ширина активного нагрузочного диапазона заявляемой гидростатической опоры (первый участок кривой 1) достигает 85% от теоретически возможной предельной нагрузки и полностью перекрывает весь нагрузочный диапазон аналогичной гидростатической опоры с постоянными дросселями на входе в несущие карманы (кривая 3). В то же время достигаемая ширина активного нагрузочного диапазона опоры-прототипа (первый участок кривой 2) не превышает 73% от величины предельной нагрузки, т.е. имеет существенно меньшее значение. При этом расходная характеристика заявляемой опоры (см. фиг.2б, на которой кривой 1 отмечена характеристика заявляемой гидростатической опоры, кривой 2 - характеристика прототипа, а кривой 3 - характеристика традиционной гидростатической опоры с дроссельным питанием) отличается весьма высокой расходной экономичностью и по сравнению с характеристикой прототипа имеет меньший расход рабочей жидкости при малых и средних нагрузках на опору.

Таким образом, увеличение площади торцевой поверхности плавающего элемента 5 за счет наличия кольцевого выступа 8 позволяет достигнуть более высокую рекомендуемую нагрузочную способность опоры, при которой сохраняется полноценное активное положение плавающего элемента 5 и полностью исключается контактное трение.

При этом наличие кольцевого выступа 8 значительно облегчает процесс сборки направляющей, обеспечивая надежную фиксацию плавающего элемента 5 в вертикальном сквозном отверстии корпуса 1, необходимую в связи с тем, что при сборке направляющей металлорежущего станка нижняя часть направляющей (планка) устанавливается и закрепляется после установки плавающего элемента 5.

Гидростатическая опора, содержащая направляющую, корпус с подводящим каналом для нагнетания рабочей жидкости, оппозитно расположенными несущими карманами на рабочих поверхностях и соединяющим несущие карманы сквозным отверстием, в котором установлен плавающий элемент с управляющими карманами на торцах, питаемыми через дросселирующие каналы, торцевые и сопрягаемые боковые поверхности которого образуют с соответствующими поверхностями направляющей и корпуса щелевые дросселирующие зазоры, отличающаяся тем, что в верхней части плавающего элемента выполнен кольцевой выступ, а в корпусе - соответствующее кольцевому выступу углубление, обеспечивающее предотвращение дросселирования рабочей жидкости между ними, причем торцевая поверхность кольцевого выступа образует дросселирующий зазор с сопряженной поверхностью направляющей.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области турбостроения и может быть использовано при проектировании, например, газотурбинных установок. Упорный подшипниковый узел состоит из подпятника и пяты (7), выполненной из немагнитного материала.

Изобретение относится к области турбостроения и может быть использовано при проектировании, например, газотурбинных установок. Упорный подшипниковый узел состоит из подпятника и пяты (8).

Предложены устройство (18) и способ поддержки цилиндрического элемента (12). Устройство (18) содержит основание (28), имеющее верхнюю поверхность (40) полусферической вогнутой формы, и каретку (30), опирающуюся на верхнюю поверхность (40) основания (28).

Изобретение относится к области машиностроения и может найти применение в шпиндельных узлах, а также в других ответственных узлах с гидростатическими, аэростатическими или комбинированными опорами скольжения.

Изобретение относится к турбомашиностроению и может быть использовано в качестве опор высокоскоростных роторов машин и агрегатов, нагруженных радиальными и осевыми нагрузками, при необходимости обеспечить большую несущую способность при сохранении устойчивого положения ротора, в системах кондиционирования воздуха кабин летательных аппаратов, а также систем турбонаддува в современном автомобилестроении и в микрогазотурбинных электроагрегатах.

Изобретение относится к области машиностроения и может найти применение в станкостроении в системах питания замкнутых и незамкнутых гидростатических опор, работающих в условиях оппозитного нагружения, а также в системах адаптивного управления положением шпинделя или направляющих.

Изобретение относится к области машиностроения и может применяться в радиальных опорах шпиндельных узлов металлорежущих станков и другого оборудования с быстроходными роторами при использовании в качестве смазывающей среды как газов, так и жидкостей.

Изобретение относится к узлу гидродинамического ленточного подшипника для использования во вращающихся машинах. .

Изобретение относится к области машиностроения и может найти применение в станкостроении в качестве адаптивных опорных модулей незамкнутых гидростатических направляющих, а также в других ответственных гидростатических опорах с плоскими рабочими поверхностями скольжения.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электромашиностроению, и может быть использовано, например, в шпиндельных узлах металлорежущих станков с высокой частотой вращения.

Изобретение относится к адаптируемому опорному устройству с шаговым относительным позиционированием для использования в промышленности при механической обработке для закрепления деталей, имеющих различную или неправильную форму.

Группа изобретений включает станок для цилиндрического и конического точения, а также торцевания и нарезки резьбы на втулках (11) или подобных деталях. Станок содержит по меньшей мере позиции (13а, 13b, 13с) обработки, в которых присутствуют зажимные устройства (15) грейферного типа (16а, 16b) для фиксации втулки, и по меньшей мере обрабатывающий орган (17b, 17с), выполненный с возможностью выполнения резьбонарезной операции на втулке (11.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для прецизионной обработки фасонных поверхностей деталей. Станок содержит протяженную станину коробчатого типа с горизонтальными направляющими, на одном из концов которой перпендикулярно ей закреплена вертикальная стойка с вертикальными направляющими, на которых с возможностью перемещения в вертикальной плоскости размещена шпиндельная бабка с электродвигателем и расточной головкой, установленные на станине с возможностью перемещения по ее направляющим нижние салазки и верхние салазки, установленные с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной направляющим станины, а также поворотный стол с монтажной плитой, закрепленный на верхних салазках, для базирования заготовки.

Отводимый шпиндель для металлорежущих станков состоит из вала, на котором установлен по меньшей мере один передний узел, образованный вращающейся втулкой, связанной посредством подшипников с неподвижной частью конструкции станка, причем передний узел выполнен с возможностью его удаления путем извлечения наружу или перемещения внутрь, в результате чего остается пространство, в которое можно поместить задний вращающийся вал головки, а также настоящее изобретение относится к металлорежущим станкам, оснащенным таким отводимым шпинделем.

Изобретение позволяет обеспечить высокую надежность и жесткость всего устройства при точном регулировании углов наклона и поворота закрепленной на устройстве заготовке.

Изобретение позволяет обеспечить высокую надежность и жесткость всего устройства при точном регулировании углов наклона и поворота закрепленной на устройстве заготовке.

Изобретение относится к области машиностроения и может найти применение в шпиндельных узлах, а также в других ответственных узлах с гидростатическими, аэростатическими или комбинированными опорами скольжения.

Группа изобретений относится к системе позиционирования деталей при их механической обработке и систему механической обработки для обработки детали, удерживаемой системой позиционирования.

Станок предназначен для обработки деталей типа оболочек вращения двойной кривизны и содержит планшайбу, установленную на основании, и привод вращения планшайбы в виде плоских статора и ротора.

Изобретение относится к области машиностроения и может найти применение в станкостроении в системах питания замкнутых и незамкнутых гидростатических опор, работающих в условиях оппозитного нагружения, а также в системах адаптивного управления положением шпинделя или направляющих.

Изобретение относится к станкостроению, а именно к делительным механизмам, используемым на металлообрабатывающих станках, предназначенных для обработки деталей типа тел вращения с многочисленными отверстиями, расположенными по их контуру. Поворотно-делительное устройство содержит основание, на основании с возможностью поворота и фиксации в заданном угловом положении смонтирована планшайба, по образующей которой выполнены делительные пазы, а также размещенные на основании механизмы поворота и фиксации планшайбы в заданном ее угловом положении. Корпус механизма поворота планшайбы выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно планшайбы посредством привода, а в корпусе с возможностью поворота установлена подпружиненная относительно корпуса ось, на которой с эксцентриситетом установлены ролик и палец. Ролик выполнен с возможностью его контакта с упорной поверхностью, имеющейся на основании, а палец - с возможностью захода в делительный паз планшайбы. Обеспечивается простота конструкции, надежность в эксплуатации в течение длительного времени и высокая точность заданного углового поворота. 8 ил.
Наверх