Шпиндельный узел

 

О П И С А Н И Е („,908580

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 02.06.80 (21) 2933504/25-08 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

Опубликовано 28.02.82. Бюллетень № 8

Дата опубликования описания 28.02.82 (51) М.К .

В 24 В 41/04

Гееударственнмй камлтет

СССР (53) УДК 621.924..56 (088.8) по делам нзобретеннй н аткрытий

М. А. Шиманович, В. Н. Панин, И. Н. Наумов и А. Г.:Матвеев 1

> (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ШПИНДЕЛЬНЫИ" УЗЕЛ

Изобретение относится к станкостроению и может найти применение, главным образом в скоростных шпиндельных узлах шлифовальных станков..

Известен шпиндельный узел, содержащий шпиндель, расположенный в опорах 5 корпуса, и установленный на шпинделе ведомый элемент — шкив ременной передачи или ведомую полумуфту. Шпиндельный узел содержит также потребители воздуха, такие как пневмоуплотнения, воздушное охлаждение и т. п., питающиеся от внешнего источника сжатого воздуха, например от заводской пневмомагистрали (1).

Недостатки известного устройства заключаются в необходимости подвода коммуникаций от внешнего источника сжатого ts воздуха и наличия специальных устройств для удаления из воздуха влаги и загрязнений. Это влечет к усложнению конструкции и снижает эксплуатационные качества узла.

Цель изобретения — упрощение констго рукции узла и повышение его эксплуатационной надежности.

Поставленная цель достигаеюя тем, что в шпиндельном узле источник подачи воздуха к потребителям выполнен в виде воздушного насоса, полость нагнетания которого образована корпусом и элементом привода вращения шпинделя, и по меньшей мере на поверхности одного из них, отделенной от обращенной к ней поверхности другого уплотняющим зазором, выполнены нагнетательные канавки, сообщенные с воздухозаборными каналами воздушного насоса.

С целью очистки подаваемого воздуха воздухозаборные каналы направлены к оси шпинделя и по меньшей мере часть их поверхности образована поверхностью элемента привода вращения шпинделя.

Для создания осевого натяга в опорах шпинделя, а также обеспечения его осевых перемещений целесообразно нагнетательные канавки выполнить по меньшей мере на одной из обращенных друг к другу цилиндрических поверхностей корпуса и элемента привода вращения шпинделя, образующих пару цилиндр-поршень.

На фиг. 1 изображен предлагаемый узел с воздушным насосом, образованным торцами шкива и корпусом шпиндельного узла; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — развертка уплотнения с канавкой; на фиг. 4 — насос, образованный цилиндри908580

50 ческими поверхностями корпуса шкива; на фиг. 5 — развертка части цилиндрической поверхности корпуса с нагнетательными канавками; на фиг. 6 — вариант исполнения воздухозаборных каналов.

Шпиндельный узел шлифовального станка состоит из корпуса 1, на котором в подшипниках (не показаны) расположен шпиндель 2 со шлифовальным кругом 3. На шпинделе закреплен ведомый шкив 4 ременной передачи привода вращения. В корпусе 1 выполнены бесконтактные пневмоуплотнения подшипников шпинделя 2, образованные кольцевыми канавками 5 и 6, соединенными между собой каналами 7. В шпиндельном узле выполнен воздушный насос, образованный корпусом 1 и шкивом 4, между которыми заключена полость 8 нагнетания насоса, отделенная от окружающей среды уплотняющим зазором 9 между торцами шкива 4 и корпуса 1. На торце шкива 3 в зазоре 9 имеются равномерно распределенные по окружности нагнетательные канавки 10, выполненные в данном случае в виде спиральных канавок, направленных от периферии к оси вращения шпинделя 2 навстречу вращению, направление которого указано стрелкой (фиг. 2). Глубина hq канавок 10 соизмерима с высотой h> зазора 9, например

hi = hz= 1 мм. Ширина канавок соизмерима с шириной перемычки между ними. Оптимальный угол встречи канавок с окружностью ы = 18 . Аналогичные каналы противоположного направления можно выполнить и на торце корпуса 1. Полость 8 каналами 11 через зазор 12 уплотнения соединена с канавкой 6 уплотнения заднего подшипника.

Канавки 5 и 6 уплотнений зазорами 13 соединены с дренажными полостями 14 уплотнений. Воздухозаборник насоса образован наружными кромками торцов шкива 4 и корпуса 1 и направлен к оси вращения шпинделя 2.

Шпиндельный узел работает следующим образом.

При вращении шпинделя 2 со шкивом 4 воздух из окружающей среды нагнетательными канавками 10 подается в полость 8.

При этом благодаря тому, что частично воздухозаборник насоса образован наружной кромкой шкива 4 и направлен к оси вращения шпинделя 2, воздух в зоне воздухозаборника закручивается и содержащиеся в нем загрязнения, более плотные, чем воздух, отбрасываются центробежными силами наружу и не попадают в воздухозаборник.

Из полости 8 по каналам 11 и через зазор 12 воздух попадает в канавку 6, откуда по каналам 7 поступает в канавку 5. Вытекая из канавок 5 и 6 по зазорам 13 в дренажные канавки 14, воздух предотвращает утечки смазки наружу, и, вытекая из канавки 5 наружу, предотвращает попадание загрязнений из рабочей зоны станка в подшилники.

1S го н зо

Для регулирования давления воздуха полость нагнетания воздуха можно соединить с окружающей средой через регулировочное сопротивление 15 (фиг. 1). Для усиления эффекта прокачки воздуха поверхности, образующие зазоры, смежные с канавками 5 и 6 уплотнений, можно снабдить насосными канавками (фиг. 3). Это винтовые канавки 16 и 17, направленные из канавки 5 в сторону вращения шпинделя 2 (показано стрелкой) под углом 4. 18, имеют глубину, соизмеримую с зазором, и поэтому выкачивают воздух из канавки 5, усиливая работу уплотнений и помогая работе воздушного насоса.

В другом варианте выполнения шпиндельного узла (фиг. 4) шпиндель 2 расположен в корпусе 1 в гидростатических подшипниках с бесконтактными пневмоуплотнениями. На чертеже показан только задний радиально-упорный подшипник с осевым 18 и радиальным 19 несущими карманами (подвод смазки не показан), соединенными со сливом дренажной полостью 14 и бесконтактным пневмоуплотнением. На шпинделе 2 установлен шкив 4, образующий с корпусом воздушный насос. Полость 8 нагнетания отделена от окружающей среды уплотняющим зазором 9, образованным наружной цилиндрической поверхностью корпуса 1 и внутренней цилиндрической поверхностью шкива 4. На наружной цилиндрической поверхности корпуса выполнены винтовые нагнетательные канавки 10 (фиг. 5), направленные в полость нагнетания в сторону вращения шпинделя (показано стрелкой) .

Величина зазора 9 равна, например, h< =

= hz= 0,03 мм. Ширина канавок соизмерима с шириной перемычек между ними. Оптимальный угол наклона . = 18 . Такие же канавки, только противоположного направления, можно выполнить и на внутренней поверхности шкива. Воздухозаборный канал 20 образован торцами 21 корпуса 1 и торцами 22 шкива 4 и направлен к оси вращения шпинделя.

Узел (фиг. 4) работает следующим образом.

При вращении шпинделя канавки 10 нагнетают воздух в полость 8. При этом воздух раскручивается поверхностью 22 шкива 4 в воздухозаборнике 20 и центробежными силами очищается от загрязнений.

Из полости 8 через зазор между шпинделем 2 и корпусом 1 воздух проходит в дренажную канавку, препятствуя вытеканию смазки наружу и выталкивая ее из канавки на слив.

Здесь полость 8 служит канавкой бесконтактного уплотнения, одновременно являясь рабочей полостью силового пневмоцилиндра, образованного шкивом 4 и корпусом I. При этом сила давления воздуха в полости 8 стремится сместить шпиндель 2 со шкивом вдоль оси вправо, осуществляя силовое замыкание незамкнутого упорного гидроста908580

5 тического подшипника шпинделя 2 и уравновешивается силой давления масла в кармане 18. Поскольку частота вращения скоростного шпинделя высока (до 30000 об/мин), велика и окружная скорость в зазоре, например 100 м/с, поэтому давление воздуха в полости 8 может быть большим, например

10 кгс/см . Образованный таким образом пневмоцилиндр может служить и приводом осевых перемещений (осцилляций) шпинделя 2, если полость 8 соединить с атмосферой через устройство управления.

1О

На фиг. 6 показан вариант выполнения ряда воздухозаборных каналов 22 в виде сверлений, целиком выполненных в установленном на шпинделе 2 шкиве 4. В этом случае выполняется кольцевая полость 23 вса-, сывания, из которой выходят противоположно направленные нагнетательные канавки, возвращающие часть воздуха в окружающую атмосферу, и канавки; нагнетающие воздух в полость 8. При этом воздух лучше очищается центробежными силами. щ

Таким образом, работа уплотнений и других потребителей воздуха не зависит от внешних источников сжатого воздуха, что упрощает конструкцию и повышает эксплуатационные качества узла. Кроме того, воздух не надо очищать от загрязнений и 25 влаги специальными устройствами. Давление воздуха автоматически выключается при остановке шпинделя, что экономит энергетические ресурсы.

Формула изобретения зо

1. Шпиндельный узел, содержащий установленный в опорах корпуса шпиндель, закрепленный на нем элемент привода его вращения, потребители воздуха, например бесконтактные пневмоуплотнения опор, подключенные к источнику подачи воздуха, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения эксплуатационной надежности, источник подачи воздуха выполнен в виде воздушного насоса, полость нагнетания которого образована корпусом узла и элементом привода вращения шпинделя, и на поверхности по меньшей мере одного из них, отделенной от обращенной к ней поверхности другого уплотняю щим зазором, выполнены нагнетательные канавки сообщенные с воздухозаборными каналами воздушного насоса.

2. Узел по п. 1, отличающийся тем, что, с целью очистки подаваемого воздуха, воздухозаборные каналы направлены к оси шпинделя и по меньшей мере часть их поверхности образована поверхностью элемен-. та привода вращения шпинделя.

3. Узел по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что, с целИю создания осевого натяга в опорах шпинделя, а также обеспечения его осевых перемещений, нагнетательные канавки выполнены по меньшей мере на одной из цилиндрических поверхностей корпуса и элемента привода вращения шпинделя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Разработка и применение гидростатических опор в металлорежущих станках.

Обзор. М., НИИМАШ, 1972, с. 79, 84, рис. 31, 33.

Ъ7 Ю

Составитель В. Аношко

Редактор И. Михеева Техред А. Бойкас Корректор Е. Ро ш к о

Заказ 704(17 Тираж 882. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент>, г. Ужгород, ул. Проектная, 4