Гидростатическая опора

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 648759 (6l) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено22.12.75 (21) 2301851/25-27 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 25. 02.79.Бюллетень № 7

Дата опубликования описания 28. 02.79 (51) М. Кл.

F 16 С 32/06

Государственный квинтет

СССР по делам нзооретеннй н открытнй (53) УДК 621-822..5 (088. 8) (72) Авторы изобретения

Я. И. Менделевский и B. Л. Эглитис (71) Заявитель (54 ) ГИД РОСТА ТИ ЧЕС КА Я ОП О РА

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к гидростатическим шпиндельным узлам, и может быть использовано в металлорежущих станках, например алмазно-расточных металлорежущих станках для финишной обработки деталей.

Известна гидростатическая опора, содержащая корпус с соосно установленными в нем втулками, обхватывающими вал, имеющий бурт, размещенный между торцами втулок, а также радиальные и упорные несущие карманы, сообщающиеся через входные дроссели с источником подачи смазки под давлением (1).

Известная гидростатическая опора обладает недостаточной радиальной и угловой жесткостью, имеет сложную конструкцию и недостаточно надежна в работе. Так как в известных гидростатических опорах каждый из радиальных и торцовых карманов имеет индивидуальные входные дроссели с постоянным гидросопротивлением потоку смазки, радиальная и угловая жесткость в них зависит при прочих равных условиях лишь от изменения гидросопротивлений (т. е. высоты) выходных дроссельных щелей, которые перераспределяются при перемещениях вала под действием внешней нагрузки, и не зависят от изменения гидросопротивлений входных дросселей.

В таких гидростатических опор3х каждый карман имеет свой отдельный входной дроссель, выполненный, как правило, в виде капилляра, присоединенного к каждому из карманов и сообщенного каналами с источником смазки под давлением. Это существенно усложняет конструкцию узла. Кроме того, указанные дроссели образованы неподвижными поверхностями и имеют малые (менее 1 мм) диаметры, онп быстро засоряются, что снижает надежность работы узлов.

Целью изобретения является повышение радиальной и угловой жесткости опоры при одновременном упрощении конструкции и повышении надежности работы.

Для этого каждый из упорных карманов соединен с диаметрально расположенным радиальным несущим карманом, а входные дроссели выполнены в виде цилиндрических щелей, образованных наружной поверхностью бурта и внутренней поверхностью корпуса.

648759

Рассмотрйм теперь работу узла при нагружении вала 6 из центрального положения различно приложенными нагрузками.

Пусть к валу 6 приложена радиальная нагрузка, перемещающая вал 6 вниз параллельно первоначальному положению его продольной оси (радиальная нагрузка) . Под действием этой нагрузки вал 6 смещается из центрального положения вниз на некоторую величину. При этом высота входной дроссельной щели 24 и выходных дроссельных щелей 15 сверху увеличивается, а снизу— уменьшается. Высота торцовых дроссельных щелей 13 не изменяется.

Указанное перераспределение высот участков дроссельных щелей 24 и 15 увеличивает гидросопротивление их участков снизу и уменьшает сверху. Расход смазки из канавки 20 через участки щелей 24 и 15 сверху увеличивается, а снизу уменьшается. Таким образом в нижние радиальные карманы 14 поток смазки через участки щели 24 по каналам 18 увеличивается, а в верхние радиальные карманы уменьшается, что вызывает повышение давления в нижних и падение давления в верхних радиальных карманах 14.

При этом гидросопротивление вытеканию смазки через выходные дроссельные шели 15 для нижних карманов !4 увеличивается, а для верхних карманов — уменьшается, что в свою очередь .вызывает возрастание давления в нижних и падение давления в верхних радиальных карманах 14. Таким образом в гидростатической опоре разность давлений между нагруженными и разгруженными радиальными карманами 14, определяющая противодействующую нагрузке силу, зависит как от изменения гидросопротивления участков выходных дроссельных щелей, так и от изменения гидросопротивлений участков входной дроссельной щели 24, в результате чего опора имеет сушественно большую радиальную жесткость по сравнению с известной опорой.

На фиг. 1 показана гидростатическая опора, осево"; на фиг. 2 — разрез А — А на фиг. 1; на фиг. 3 — разрез Б — Б на фиг. 1.

Гидростатическая опора содержит корпус 1, в отверстии 2 которого соосно смонтированы втулки 3, имеющие отверстие 4 и противостоящие торцы 5. В отверстиях 4 втулок 3 смонтирован вал 6, имеющий в средней части бурт 7 с торцовыми поверхностями 8 и наружной цилиндрической поверхностью 9, а также цилиндрические шейки 10, расположенные внутри отверстий 4 втулок 3. На торцах 5 втулок 3 выполнены упорные карманы 11, отделенные от канавки 12 выходными торцовыми дроссельными щелями 13, образованными поверхностями 5 втулок 3 и 8 бурта 7 вала 6. На поверхностях отверстий 4 втулок 3 выполнены радиальные карманы 14, отделенные от канавок 13 выходными кольцевыми щелями !5, образованными противостоящими поверхностями отверстий 4 втулок 3 и шеек !О вала 6. В тангенциальном направлении упорные карманы 11 разделены перемычками 16 (см. фиг. 3), а радиальные карманы 14— перемычками 17 (фиг. 2). Каждый из упорных карманов 11 сообщен с диаметрально противолежащим ему радиальным карманом 14 каналом 18 с малым гидросопротивлением, выполненным в виде винтообразной канавки на наружной поверхности 19 втулки 3. На наружной поверхности 9 бурта 7 выполнена канавка 20, сообщенная магистралью 21 с источником 22 смазки под давлением. Канавки 12 сообщены магистралью 23 с резервуаром источника смазки 22.

Между наружной цилиндрической поверхностью 9 бурта 7 и поверхностью отверстия 2 корпуса 1 образована кольцевая щель 24, являющаяся входным дросселем всех карманов.

Гидростатическая опора работает следующим образом.

Смазка от источника 22 по каналу 21 подается под давлением Р„в канавку 20 и проходит через кольцевую дроссельную щель 24, являющуюся входным дросселем всех карманов, дросселируется до давления Р„и поступает в упорные карманы 11.

Из карманов 11 смазка по каналам 18 поступает в радиальные карманы 14. Из карманов 11 смазка сливается, дросселируясь до давления Р, в канавки 12, и по магистрали 23 возвращается в резервуар 22. Из радиальных карманов 14 смазка сливается через выходные кольцевые щели 15 в канавки 12 и из них по магистрали 23 возвращается в резервуар источника смазки 22. Смазка под давлением в упорных карманах 11 центрирует вал 6 в осевом направлении между торцами 5 втулок 3, а смазка под давлением в радиальных карманах 14 центрирует вал 6 относительно отверстий 4 втулок 3.

1О

Далее рассмотрим работу шпиндельной опоры в случае приложения консольной нагрузки, приложенной к валу 6 с левой стороны (фиг. 1) . В этом случае вал 6 под действием нагрузки стремится сместиться вниз и одновременно повернуться вокруг точки О так, что левая шейка 10 отклонится вниз, а правая — вверх. Радиальному смещению вала 6 противодействует сила, образование которой было рассмотрено выше.

Рассмотрим поворот вала 6 вокруг центра О. При указанном повороте верхний участок дроссельной входной щели 24 слева от канавки 20 раскрывается, а справа закрывается, а нижний участок щели 24 слева от канавки 20 закрывается, а справа открывается. При этом нижние участки щелей 15 слева закрываются, справа откры648759 ваются, верхние участки щелей 5 слева открываются, справа закрываются. При этом верхний левый и нижний правый участки щелей 13 закрываются, а верхний правый и нижний левый участки этих щелей 13 открываются.

Указанные видоизменения формы и высоты дроссельных щелей 24, 15 и 13 перераспределяют потоки смазки и давления в карманах узла следующим образом: поток через щель 24 в верхние упорные карманы 11 и в сообщенные с ними каналами 18 нижние радиальные карманы 14 слева от точки О увеличится, а справа — уменьшится, что приводит к возрастанию давления в левом верхнем упорном кармане 11 и в левом нижнем радиальном кармане 14, а также 15 к падению давления в первом верхнем упорном кармане ll и в правом нижнем радиальном кармане 14. В это же время сопротивление вытеканию смазки из нижнего левого кармана 14 через щели 15 и из верхнего левого кармана 11 через щель 13 увеличивается, а из нижнего правого кармана 14 через щель 15 и из верхнего правого кармана 11 через щель 13 уменьшается.

В результате этого давление смазки в левом верхнем кармане 11 и в левом нижнем ра- 25 диальном кармане !4 возрастает, а в правом верхнем кармане 11 и в правом нижнем кармане 14 уменьшается. Одновременно поток через щель 24 в нижние торцовые карманы 11 и в сообщенные с ними каналами 18 верхние радиальные карманы 14 слева от точки О уменьшается, а справа увеличивается, что ведет к возрастанию давления в правом нижнем кармане 1! и в правом верхнем кармане 14, а также к падению давления в левом нижнем кармане 11 и в левом з5 верхнем кармане 14. При этом сопротивление вытеканию смазки из правого нижнего кармана 11 через щель 13 и из правого верхнего кармана 14 через щель 15 увеличивается, а сопротивление вытеканию смазки из левого увеличивается, а сопротивле40 ние вытеканию смазки из левого нижнего кармана 11 через щель 13 и из левого верхнего кармана 14 через щель 15 уменьшается. Это приводит к дальнейшему увеличению давления в правом нижнем кармане l l и в правом верхнем кармане 14, а также к дальнейшему падению давления в левом нижнем кармане 11 и в левом верхнем кармане 14. Таким образом, при приложении к валу 6 консольной нагрузки в результате указанных перераспределений гидросопротивлений участков дроссельных входных щелей 24 и участков дроссельных выходных щелей 15 и 13, давление возрастает в левом верхнем кармане l l, левом нижнем кармане 14, правом нижнем кармане I и в правом верхнем кармане 14. Одновременно давление падает в левом нижнем кармане 11 и в правом верхнем кармане 14. Одновременно давление падает в левом нижнем кармане 11, левом верхнем кармане 14, правом верхнем кармане 11 и в правом нижнем кармане 14. Указанные перераспределения давлений создают момент сил, противодействующий указанному повороту вала 6 под действием консольной нагрузки.

Так как в опоре перераспределение давлений в упорных и радиальных карманах происходит не только за счет изменения гидросопротивлений выходных дроссельных щелей 13 и 15, а также за счет изменения гидросопротивлений участков входной дроссельной щели 24, очевидно, что гидростатическая опора обладает существенно большей угловой жесткостью, чем известный гидростатический шпиндельный узел.

Форл ула изобретения

Гидростатическая опора, содержащая корпус с соосно установленными в нем втулками, обхватывающими вал, имеющий бурт, размещенный между торцами втулок, а также радиальные и упорные несущие карманы, сообщающиеся через входные дроссели с источником подачи смазки под давлением, 0тличпюи1аяся тем, что, с целью увеличения жесткости. упрощения конструкции и повышения надежности, каждый из упорных карманов соединен с диаметра IbHo расположенным радиальным несущим карманом, а входные дроссели выполнены в виде цилиндрических щелей, образованных внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью бурта.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США № 3726573, кл. 308 — 9, 1973.

648759

27 22

2 г 7 2u S 7 г.г. 7

b-Б гд .т 14 r ó т7 юг 2

Составитель Т. Хромоза

Редактор О. Степина Гехред О. Луговая Корректор A. Кравченко

Заказ 526j34 ираж 1! 38 Г1одписное

11НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открыл ий

I I 3035, Москва, Ж-35, Раугиская наб., д. 4/5

Филиал П11П «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная. 4