Высокоскоростной пневмошпиндель

 

О П И С А ""Н И" Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ пи 46587I

Союз Советсиии

Социалистических

Республик (б1) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 26.05.66 (21) 1079062/25-8 с присоединением заявки М (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.03.79. Бюллетень M 12 (45) Дата опубликования описания 30.03.79 (51) М. Кл.-

В 24В 47/14

Гасударстеенньй комитет (53) УДК 621.924.552 (088.8) ло делам изобретений и открытий (72) Лвторы изобретения

С. A. Шейнберг, В. П. Жедь, И. М. Шапиро и Ю. П. Кулешов (71) Заявитель

Ордена Трудового Красного Знамени экспериментальный научно-исследовательский институт металлорежущих станков (54) ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ П Н ЕВМОШ П И НДЕЛ Ь

Изобретение относится к пневмоприводу вращательного движения, а именно к высокоскоростным турбинным пневмодвигателям, например для внутришлифовальных головок.

Однако широко применяемые турбинные пиевмодвигатели — пневмошпиндели, несмотря на простоту устройства и возможность бесступенчатого регулирования скорости вращения, имеют крупный недостаток — значительное колебание числа оборотов при изменении нагрузки на валу.

Известен высокоскоростной пневмошпиндель с плавным рсгулированисм числа оборотов и автоматическим поддержанием установленной скорости вращения при изменении пагру>кения. В этом пневмошпинделе воздух подводится снаружи к радиальным отверстиям турбинного диска, которые вне зоны действия каналов, подводящих воздух, образуют центробежный насос. Повышенное давление, которое получается от его действия в камерах, расположенных по периферии турбинного диска, зависит от числа оборотов турбины — насоса и используется для управления клапаном. Клапан регулирует поступление воздуха к турбино так, по при сии>кении скорости вращения подача воздуха увеличивается и наоборот.

Недостатком известного пневмошпинделя является прямое регулирование: повышенное давленис действует непосредственно на мембрану, передвигающую тело кла5 папа против действия пружины, усилие которой регулируется в зависимости от необходимого числа оборотов. Поэтому падение скорости вращения при нагружении по сравнению со скоростью холостого хода до10 стигает 10 — 15 /о. Известный пневмошпиндсль сложен в изготовлении, так как требуется кольцевое уплотнение турбоколеса для гсрметизации камер, в которых образуется повышенное давление.

15 Цель изобретения — создание пневмошпинделя с автоматическим поддержанием и плавным регулированием скорости вращения. Предлагаемый пневмодержатель имеет более простую конструкцию и меньшее падение числа оборотов вала при нагружении.

Цель достигается использованием вакуума, величина которого зависит от числа оборотов вала, для регулирования потока сжатого воздуха, подводимого к турбине.

Применение непрямого регулирования обсспечивает перепад скоростей вращения при полном нагруженип и и холостом ходе не более 5 — 7%. В предлагаемом з0 пневмошпинделе используется турбина ти465871 па сегнерова колеса с подводом сжатого воздуха через полый вал. Вал с турбиной вращается в системе опор, состоящей из двух подшипников и подпятника, смазываемых сжатым воздухом. Пята вала прижимается к подпятнику за счет вакуума, создаваемого в пространстве между валом, пятой и подпятником пневмошпинделя действием дополнительных радиальных отверстий в теле турбины, образующих при ее вращении центробежный насос. Использование этого же вакуума в сервоприводе регулятора упрощает конструкцию пневмошпинделя, так как устраняется необходимость в специальной герметизации камеры, в которой образуется управляющее давление.

На фиг. 1 изображен предлагаемый пневмошпиндель, продольный разрез; на фиг.

2 — регулятор, продольный разрез.

Вал 1 с напрессованной на него турбиной

2 вращается в двух подшипниках 3 и 4, которые смазываются сжатым воздухом.

Подшипники вклеены в щиты 5 и 6, которые прикреплены к корпусу 7. Осевая нагрузка на вал воспринимается подпятником 8, который также смазывается сжатым воздухом. Накидная гайка 9 прижимает подпятник к щиту.

Через штуцер 10 и трубку 11 сжатый воздух подается в круговую камеру 12 подшипника 4, откуда через ряд отверстий поступает в смазочный зазор. К подшипнику

3 воздух подводится через отверстие 13 в корпусе и трубку 14. Воздушная подушка в смазочном зазоре подпятника создается сжатым воздухом, проходящим из камеры

15 через тело подпятника, выполненное из пористого материала.

Часть отработавшего в подшипнике 4 воздуха удаляется через канавку 16. Другая часть воздуха выходит в полость корпуса, а затем в атмосферу. Отработавший воздух из подшипника 3 удаляется аналогично. При этом давление внутри корпуса не пропускает в опоры абразивной пыли, жидкости и т. п.

В предлагаемом пневмошпинделе принята силовая фиксация вала в осевом направлении, с целью упрощения конструкции и исключения появления осевого люфта, неизбежного прп износе в случае применения двух подпятников. Сила, необходимая для прижатия пяты (торца турбины) к подпятнику, создается вакуумом.

В теле турбины выполнены радиальные отверстия 17, образующие центробежный вакуумный насос. Этот насос откачивает отработавший воздух, выходящий из подшипника 3 в пространство, ограниченное валом с турбиной, подпятником и щитом 5 с подшипником. Понижение давления в этой области создает силу, прижимающую турбину к подпятнику. Через отверстие 18, трубку 19, канал 20 и штуцер 21 область

65 пониженного давления соединена с сервоприводом регулятора. Кроме этого, пята прижимается к подпятнику и c?KBTblM воздухом, поступающим к турбине через штуцер 22 и канал вала. Эта сила уравновешивает осевую нагрузку на вал, например, возникающую в процессе шлифования.

При отклк?пении турбины вал прижимается к подпятнику давлением отработавшего воздуха, выходящего из подшипника

4 в промежуток между валом и фланцем

23 с укрепленной в нем втулкой 24, выполненной из антифрикционного материала и служащей для уплотнения вала. Втулка 24 также ограничивает осевое перемещение вала в нерабочем состоянии.

Рабочий конец вала имеет гнездо для крсплсния сменных инструмснтов, 3 пример оправки 25 со шлифовальным кругом.

Отработавший в турбпнс воздух через отверстия 26 выходит в глушитель 27 и далее через отверстие 28 в атмосферу.

Регулятор (фиг. 2) служит для бесступенчатого регулирования скорости вращения турбины для автоматического поддержания оборотов при изменении нагрузки на валу.

Поступление сжатого воздуха в направлении, обозначенном стрелками, зависит от величины открытия подпру?киненного дросселя 29, на который воздействует основная мембрана 30. Для этого часть воздуха при рабочем давлении через жиклер 31 подается в камеру 32. Давление в камере 32 регулируется сервоприводом, состоящим из шарового клапана, образованного седлом

33 и шариком 34, и вспомогательной мембраны 35, жесткий центр 36 которой ограничивает возможную величину открытия шарового клапана.

Камера 37 через отверстие 38 соединена с вакуумной камерой пневмошпинделя, а камера 39 через отверстие 40 — с атмосферой. На мембрану 35 действуют: вниз — сила упругости пружины 41, а вверх — сила, возникающая от разрежения в камере 37.

Усилие пружины регулируется винтом 42, а величина вакуума зависит от скорости вращения турбинки — насоса. При запуске пневмошпинделя вакуум равен нулю, и под давлением пружины 41 мембрана 35 прогнута вниз так, что шарик плотно прилегает к седлу 33. Давление в камере 32 достигает максимума, дроссель 29 предельно открывается, и на турбину подается полное рабочее давление. По достижении заданной скорости, величина которой определяется натягом пружины 41, вакуум возрастает настолько, что уравновешивает усилие, создаваемое пружиной. Мембрана 35 прогибается в обратную сторону, шарик поднимается, давление в камере 32 падает, и дроссель 29 уменьшает подачу сжатого

465871 воздуха к турбине до величины, необходимой для поддержания заданной скорости вращения.

При понижении скорости вращения в результате приложения нагрузки к валу пневмошпинделя вакуум в камере 37 падает, и мембрана 35 сервопривода под действием пружины 41 прогибается вниз, закрывая шаровой клапан. Давление в камере 32 быстро увеличивается, мембрана 30 прогибается вниз, дополнительно открывая дроссель 29, регулирующий поступление воздуха к турбине. Последняя набирает скорость, вакуум в камере 37 растет, и равновесие мембраны 35 восстанавлива- >5 ется.

Колебания скорости под нагрузкой незначительны, так как управляющая мембрана 35 регулятора действует на дроссель не непосредственно, а через сервопривод, 20 причем ход шарика 34 составляет лишь несколько сотых долей миллиметра.

Предлагаемый пневмошпиндель изготовлен и успешно применяется в качестве 25 внутришлифовальной головки. Падение оборотов турбины при полном нагружении пневмошпинделя не превышает 5 — 7О/о. При чистовом и получистовом шлифовании нестабильность скорости вращения во всем 30 диапазоне регулирования не превышает

2 /О, что обеспечивает высокое качество шлифуемой поверхности.

Формула изобретения

1. Высокоскоростной пневмошпиндель, включающий вал с пятой, установленный на двух подшипниках и подпятнике, смазываемых воздухом, закрепленную на валу турбину типа сегнерова колеса и регулятор подачи сжатого воздуха, содержащий шаровой клапан, управляемый вспомогательной мембраной, подпертой регулируемой пружиной, и регулирующий давление воздуха на основную мембрану, взаимодействующую с дросселем, управляющим подачей сжатого воздуха в турбину, отличающийся тем, что, с целью регулирования подачи сжатого воздуха к турбине для автоматического поддержания заданной скорости вращения вала пневмошпинделя, в турбине выполнены радиальные отверстия, служащие центробежным вакуумным насосом, соединенным с регулятором и предназначенным для воздействия вакуумом на вспомогательную мембрану против усилия регулируемой пружины, управляющую через шаровой клапан и дроссель подачей сжатого воздуха к турбине.

2, Пневмошпиндель по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью исключения возможности появления осевого люфта при вращении вала, между пятой и подпятником выполнена камера, соединенная с центробежным насосом и служащая для создания давления, прижимающего пяту к подпятнику.

465871

Сосгавптслн Ю. Крамаренко

Текред Н. Строганова Коррск гор T. Добровольская

Редактор Л. Письман

1 нпй! раф. >и яр, Carr > нова, :1аказ 1324/i!i И:r,a. Лгв 2311 Тира«к 1014 По. rrrrrc»ue

i !130 «I fur с>т> (ос> даi>c r iru;;iiuao комптг гп СССР по делам паооретенпб п orrcpar rrrir

1131135>, Моске», Ж.35, Ра;ш;кая í iC)., д.:1/5