Динамометрический шпиндельный узел

 

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскии

Социалистииескии

Республик (11) 4420I8 (61) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено2? I2 ° 72 (21ЯВ5%27/25(51) М. Кл.

В 23Ь 25/06 с присоединением заявки

Государственный комитет

Совета Министров СССР оо делам изооретеннй и открытий (32) ПриоритетОпубликовано05ЛЬ74 Бюллетень М ЗЗ дата опубликования описания IS» l2» 74 (бз) УАЮ2Х.9.08 (088.8) (72) Авторы изобретения

В.А.Лизогуб и А. П. Сиротенко

Всесоюзный заочный машиностроительный институт (71) Заявитель (54) ДИНАМОМЕГРИЧН:КИЙ ШПИН;Ц"ЛЬНЫЙ УЭйй

Изобретение относится к станкостроению.

Известны устройства для измерения осевых сил, действующих на подшипники состоящие из подшипникового узла, в который вмонтирован упругий элементе выполненный в виде кольца составленного из нескольких например шести, связанных между собой тонкими перемычками двухопорных 1о балок, имеющих двухточечное приложение нагрузки и с проволочными тензодатчиками сопротивления, наклеенными на участках белочек, где создается чистый изгиб.

Недостаток этих устроЙств заключается в том, что деформация упругого элемента под действием осевой силы, возникающей на подшипнике в передаточном отношении I:I, 2о деформирует наклеенные тензодатчики. Кроме того, эти устройства нв позволяют производить измерения радиальной силы, действующей нв подшипник. 25

Цель изобретения — увеличение чувствительности узла к измерениям осевой силы резания Р а также измерение радиальных coo-. таВЛЯЮЩИХ СИЛЫ РвэаНИЯ Р„ И Рт1

Это достигается тем, что упругий элемент с датчиком, установленный между нввращающимся кольцом подшипника, воспринимающего осевую нагрузйу, и заплечиками корпуса, выполнен в виде упругой втулки с выпклой или вогнутой формой боковых поверхностей малой кривизны, а измерительныв элементы датчийом установлены в точках максимального прогиба по длине образующей упругЬй втулки.

Кроме того на боковых поверхностях упруго3 втулки выполнена окна, параллельные ее оси.

Упругая втулке установлена в узел в предварительно сжатом состоянии.

Таким образом, каждая боковая перемычка упругой втулки представ4420i8

3 лявт сооои овлку в состоянии про;дального изгиба. Это позволяет

:при малом сближении торцов упругой втулки получать увеличение в несколько раз перемещения середин боковых перемычек. Для каждого значения Р получается определен,:ное перемещенле середин боковых перемычек. ю

Эта нонструкцля помимо осе вой силы мажет дать возможность измерять и радиальные составляющие P g и Р q силы резания (опор- „ ную реакцию}, действующие на подшипник.

В там случае, когда на передний конец шпинделя действует радиальная сила, в опоре будет возникать радиальная опорная реакция и изгибающий момент в определенной плоскости. ИзгибающиИ момент будет пропорционален радиальной силе, действующлй на передниИ конец шпйнделя.

Этот момент будет изгибать упругую втулку такйм образом, что одна ее сторона (боковые перемычки) будет сжиматься, а другаярасходиться. Если эти деформации измерить датчиками, то па ним мож-. но определить величину и направление момента, а следовательно и радиальный силы опорной реакции или ее составляющих Р и Р

Если на шпиндель"действует адновременно и радиальная, и осевая слла, то перемещенйя тачек, лежащих на боковых сторонах упру- 4О гой втулки, будут rro принципу суперпазиции складываться из сжатия втулки и ее изгиба . Разделив сигналы, получаемые с датчиков, можно определить осевую и радиальную силу резания, действующую на переднийР конец шпинделя.

На фиг. I показан предлагаемыИ узел, выполненныИ на упорных и радиальных подшипниках; на фиг. ьо

2 - то же, выполненный на радиальнаупорйых подшипнлках с упругоИ втулкой, устанавленноИ между ними; на фиг. 5 — то же, выполненный на радлальноупорных йодшипниках с 5s упругой втулкаИ, установленной между заплечинами корпуса и подшипниками; на фиг. Ф - упругая втулка с вогнутымй боковыми атоЪ

4 ранами на фиг, 5 То I8> с выпуклйми боковыми сторонам», В корпусе I (Фиг. I) на радиальном подшипнике 2 в передней ,опоре установлен шпиндель 3. Радиальный зазор (натяг в подшипнике 2) регулируется через втулку Ф гайной 5.

Осевая сйла Р, действующая на шпиндель, воспрйнимается упорными падшипйиками 6 и 7 через кольцо 8 и втулку Ф, установленными нв шпинделе. Далее осевая нагрузка через подвлжное кольцо 9 передается на упругую втулку I0 с вогнутыми боковыми сторонами малой йривизны. Упур.-гая втулка с смонтирована между проставочным кольцом II и подвижным кольцом 9.

Кольцо II зажато от осевого перемещения крышкой I2 через наружное кольцо подшипника 2 и втулку I5, смонтированными в отверстии корпуса I..

Предварительный натяг в подшипниках б и 7 и в упругой втулке IÎ создается гайкоИ I4, устанавленноИ на резьбе втулкй Ф.

В корпусе I имеются отверстия, в которые проходят наконечники контактных датчиков I5. Отверстия в корпусе выполнены в таком месте, чтобй наконечники датчиков

15 кайтактировали с точками мак;симальнаго прогиба (посередине) боковой поверхности упругой втулки IÎ.

При изиерении осевой сллы Р достаточно установить адин датчик 75. При измерении радиальнаИ силы необходимо установить четыре датчика пад углам 90 друг к другу в плоскости, перпендикулярной оси шпинделя.

Еслл в передней опоре шпинделя устанавливаются радиэльноупарные подшипники, то можно испаль зовать схемы устойавки упругой втулки, показанные на фиг. 2 и 3.

В растачке корпуса I6 (Фиг.

2 ) имеются подшипники I7 и 18, воспринимающие радиальную и осевую нагрузку. Между наружными кольцами этих подшипников установлена упругая втулка I9.

В местах максимальнога прогиба боковых сторон упругой втул4420I8 б ки наклеены тензодатчики 0, включенные в мостовую измерительную схемт. Пведвавительный. натяг в палшипнийах I7 и IB создастся гайкой

2Е, установленной на шпинделе.

На фиг 3 показана конструк» ция узла, выполненного на радиальноупорных подшипниках 22 и а упругой втулкой 23, изготовленной с выпуклйми боковыми сторонами и ус- " тановленной между заплвчиками корпуса 24 и невращающимися кольцами подшипников 22.

Упругая Втулка с вогнутыми бсковцми поверхностями (фиг. 4) вы- ." полнена с окнами на этих поверхно стях, что уменьшает ее осевую жесткость.

Упругая втулка с выпуклыми боковыми воерхностями (фиг. 5) так- же может быть выполнена с окнами . на этих поверхностях и со специ- альными площадками, расположенными посередине боковых поверхнос-, тей, для удобства установки нанонечйинов измерительных датчиков.

Радиус- В, боковых поверхностей упр гих втулок выполнен такой величинй, чтобы величина прогиба ю а (фиг. 4) была в пределах I мм.

При сжатии упругой втулки силамй

Р, íàправленыыми вдоль оси К втулки, первоначальная ее длина

Ь уменьшится до величины Ъ ж

В это же время точки, расположенные посередине боковйх поверхностей, переместятся на величину (а" - а) вдоль оси У.

Перемещение (а - а) в нес- 4о колько роз больше чем, перемещение (Ь-Ь ).

Таким образом, малые перемещения вдоль оси F вызывают увеличение в несколько раз перемещения 45 вдоль оси У. Это увеличение будет . зависеть от первоначальной величины а и длины в упругой втулке или длины анон.

Работа узла происходит следу- 5о ющим образом.

Во время обработки деталей возникающие силы резания будут действовать на шпиндель.

Осевая сила резания, воспринилаемая шпинделем 3 (фиг. I) перв,оется через кольцо 9, внутреннее кольцо подшипника 2, втулку 4 на

6 упорныв подшипники 6 и . подшипник 6 будет нагружаться осевой силой, а подшипник 7 — разгружаться.

Далее осевая сила с подшипника 6 передается на подвижное кольцо 9 и на упрУгую втулку I0 и сжимает ее.

Середины эоковых сторон (каждой перемычки) упругой втулки I0 прогибаются. Величина перемещения точек упругой втулки, лежащих посередине боковых сторон, изчеряется датчиком Е5, и этот сигнал передается в адайтивную систему станка, давая команду на изменение скорости подачи.

Если на переднйй конец шпинделя 3 действует радиальная сила, то в опоре будет возникать изгибающий момент, пропорциональный этой силе.

Моиейт будет изгибать шпиндель 3, а следовательно и упругую втулку ID. Одна боковая второна втулки будет растягиваться, s аротивоположная - сжиматься. Датчики

IS будут измерять эти деформации и подавать соответствующий сигнал в адаптивную систему станка.

Конструкции шпиндельныт узлов, показанные на Жиг. 2 и 3, работают аналогично описанйой конструкции.

ПРЕДМЕТ ИЗОБРЕТЕНИЯ

I. Динамомвтричесний шпин-, дельный узел, содержащий шпиндель на подшипниках качения, воспринимающих радиальную и осевую нагрузку, и упругий элемент с датчиками, отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности узла к изменению осевой силы, а также измерения радиальных составляющих силы резания, упругий элемент выполнен в виде втулки с выпуклой . или вогнутой форчой боковых сторон молой кривизны.

2.узел по пЛ, отличо ющийся твм, что, as боковых поверхностях упругой втулки выполнены окна, параллельные ее оси.

442018

Я - Я

7Ы Гираж 944

Заказ

Подписнс

111!!!!1!1И Государственного комитета Совета Министров СССР ио делам иэобретеинй и открытий

Москва, 113035, Раушская наб., 4

1!релпрнятие «Г!атент», Москва, Г.59, Бережковская наб, 24

Составитель T ЩЩИНЯ.-.р И.ЬРОДСКВЯ ехреп НСЕНИНа Корректоры: Н. ХаНЕЕВа!