Опорный узел жидкостного трения

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик

< 986758 (61) Дополиительиае к авт. свид-ву (22) Заявлено 18. 06. 81 (21) 3307520/25-08 с присоединением заявки HP ($g) М Кд 3

В 24 В 41/04

f осударственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет

{И!УДЫ 621 ° 9 (088.8) Опубли совано07. 01. 83Бюллетень Йо 1

Дата опубликования описания 07.0183

М.A. Шиманович, В.П, Щербаков, A.È, ОзоУп -.. « и A.Ã. Петренко ({72) Авторы изобретения

Г

Московский ордена Трудового Крас)(ого Знамени завод автоматических линий им. 50-летия, СССР. и Московский станкоинструменталь ный инстйтут(71) Заявители (54) ОПОРНЫЙ УЗЕЛ ЖИДКОСТНОГО ТРЕНИЯ

Изобретение относится к области станкостроения и может найти применение в станках со скоростными шпиндельиьтни узлами например типа Фортуна °

Известен опорный узел жидкостного трения, содержащий подвижный элемент, установленный с зазором относительно корпуса на гидростатических опорах, . между которыми выполнены каналы, соединенные с источником сжатого воздуза (1). Зто позволяет повысить несущую способность и жесткость узла.

Однако при выполнении подвижногО элемента в виде быстроходного вала в таком узле имеют место повышенные потери на трение. Кроме того, известный узел может работать только прн наличии воздушной магистрали, что ограничивает его эксплуатационные возможности.

Целью изобретения является уменьшение потерь на трение подвижного элею мента в виде быстроходного вала.

Цель достигается тем, что в предлагаемом узле каналы выполнены в виде кольцевых зазоров между подвижным элементом и корпусом, причем между кольцевыми зазорами и гидростатическими опорами выполнены дренажные канавки, соединенные со сливом.

Источник сжатого воздуха может быть выполнен в виде кольцевой полости, расположенной между кольцевыми зазорами и имеющей канал для соединения с нагнетателем. Это позволяет дополнительно разгрузить подвижный элемент в виде быстроходного вала.

Кроме того, с целью расширения эксплуатационных возможностей при наличии ременного привода быстроходного вала, узел может быть снабжен воздушньм нагнетателем, выполненньи в виде установленного на быстроходном валу шкива, охватывакицего шкив приводного ремня и расположенного с зазора ми между шкивом и ремнем в зоне их на"

I чального контакта клика, одна поверх» ность которого выполнена зквидистаите но поверхности шкива, а другая - эквй» дистантно поверхности ремня, причем клин выполнен с карманом у его верши ны, соединеннык с каналом кольцевой полости

Источник сжатого воздуха может быть выполнен в виде вентилятора, образованного наклоннини каналами на обращенной к корпусу поверхности подвижного элемента.

Сущность изобретения поясняется на примере скоростного шпнндельного уэ986758 ла типа Фортуна . с гидростатическими опорами шпинделя.

На фиг. 1 показан шпнндельный узел, разрез на фиг. 2 — вид А на фиг. 1; на фиг. 3 — разрез Б-Б на фиг. 2.

Подвижный элемент в виде быстроход,ного вала, в данном примере шпиндель

° 4 (фиг. 1), расположен с эаэрром относительно корпуса 2 шпиндельного узла на гидростатических опорах 3 и 4

s виде радиально-упорных подшипников.

Каждая пара содержит несущие карман

5 упорного и карманы 6 радиального подшипников, соединенные с источником (не показан) давления Р„ масла через входные дроссели 7, и бесконтактные уплотнения, образованные кольцевьэ и канавками; дренажной 8, соединенной со сливом, и уплотняющей 9, соединенной с источником (не показаны) сжатого воздуха в давлением Рэ .

Участок шпинделя 1 межцу опорами

3 и 4 расположен в отверстии корпуса

2. Между шпинделем 1 и корпусом 2 выполнены соединенные с источником сжатого до давления РБ воздуха каналы в виде кольцевых зазоров 10 и ll причем между кольцевыми зазорами и гидростатическими опорами 3 и 4 выполнены дренажные кольцевые канавки 12 и

13, соединенные со сливом 14 каналами 15.

Между кольцевыми зазорами 10 н 11

1может быть выполнена кольцевая полость lб, имеющая канал 17 для соединения с источником воздуха, сжатого до давления P(,. В этом случае полость

16 является источником сжатого воздуха для кольцевых зазоров 10 и 11.

В данном примере шпиндель 1 выполнен в виде поршня одностороннего действия, эакрывакщего рабочую полость

18 гидроцилиндра, образованную шпинделем 1, корпусом 2 и опорой 4. Полость 18 соединена с источником давления Р масла через дроссель 7 кармана 6 упорного подшипника и отделена от дренажной канавки 13 уплотняющим зазором 19. 01пиндель 1 может быть выполнен и не в виде поршня, тогда его выполнение у опоры 4 будет таким же, как у опоры 3.

Шпиндельный узел работает следующьм образом.

При включении давления Р масла оно через дросселя 7.попадает во все несущие карманы 5 и 6 гидростатическнх опор 3 и 4 и вытекает через уплот няющие зазоры несущих карманов. Жестко центрируют шпиндель в радиальных направлениях в пределах зазоров между шпинделем 1 и отверстиями в опо» рах 3 и 4 и в осевом направлении в пределах зазоров между упорными торцами шпинделя 1 и опор 3 и 4, исключая непосредственный контакт твердых тел, в том числе шпинделя 1 и корпуса

2. При этом шпиндель 1 давлением масла в полости 18 смещается ближе к торцу опоры 3 так, что суммарный осевой зазор величиной в несколько (например, 2) мм, делится на неодинаковые односторонние осевые зазоры, например 0,03 мм и 1,97 мм.

Масло иэ карманов 5 радиальных под" шипников сливается в дренажные кольцевые канавки 8. Из кармана 6 упорного подшипника опоры 3 масло сливается в дренажную кольцевую канавку 12, а из кармана 6 опоры 4 — в рабочую полость 18, откуда через унлотняющий зазор 19 дросселируется в дренажную

15 кольцевую канавку 13.

Сжатый воздух под давлением Р> по каналу 17 попадает в уплотняющне канавки 9 и кольцевую полость 16 между шпинделем 1 н корпусОм 2. Вытекающнй що из канавок 9 и канавки 8 воздух предотвращает наружные утечки масла иэ узла. Воздух, попадая в полость 16, вытесняет из него масло и, вытекая под давлением Р иэ полости 16 в дрер5 нажные канавки 12 и 13 соответственно через кольцевые зазоры 10 и 1.1, не пропускает в них и в полость 16 масло из дренажных канавок 12 и 13. Если полости 16 нет, то воздух по каналу

17 попадает непосредственно в кольцевые зазоры 10 и 11. Из дренажных канавок 8,12 н 13 масло и воздух по каналам 15 вытекают в сливной бак 14.

Давление Р> воздуха должно лишь немного превышать давление в дренажных канавках 8,12..и 13, для чего достаточно Р8 = 0,005-0,1 кгс/см . Таким оба разом, воздух заполняет кольцевые эаэоры 10 н 11 между корпусом 2 и подвижньм элементом — шпинделем 1, что позволяет существенно уменьшить потери на трение подвижного элемента в виде быстроходного вала, так как вязкость воздуха существенно меньше вяз-. кости масла. Дополнительное выяолне45 ние кольцевой полости 16, которая служит источником сжатого воздуха для кольцевых зазоров 10 и 11 и имеет канал 17 для соединения с источником воздуха, позволяет дополнительно раз59 грузить подвижный элемент в виде быстроходного вала за счет уменьшения осевой длины кольцевых зазоров 10 и 11.

Шпиндельный узел, содержащий ременный привод шпинделя, может быть снаб5 . жен воэдушньм нагнетателем 20, который одновременно является н центробежяьим фильтром вохдуха (фиг. 1,2-и

3) .

Нагнетатель выполнен в виде установленного на шпинделе 1 шкива 21, охватывающего шкив приводного ремня 22

: и расположенного с зазорами 23 между лживом 21 и ремнем 22 в зояе иэ начального контакта клина 24. Одна поверхность клина выполнена эквидистантно

986758 поверхности шкива 21, а другая — эквидистантно поверхности ремня 22.

Клин 24 выполнен с карманом 25 у его вершины. Карман 25 соединен каналами

26 с каналом 17 кольцевой полости 16.

При вращении шпинделя 1 ремнем 22 сопряженные через зазоры 23 с клином

24 поверхности шкива 21 и ремня 22 увлекают через зазоры 23 в карман 25 воздух из окружающей среды. При этом в кармане 25 увеличивается давление 10 и воздух из него поступает по каналам 26 в каналы 17, из которых он распределяется по потребителям, в том числе и в кольцевую полость 16.

Окружные скорости шкива н ремня (5 велики, например 50 м/с, поэтому в карман 25 нагнетается (поступает} много воздуха, а содержащиеся в воздухе частицы твердых тел и жидкости, имея более высокую, чем воздух, плотность, 2О не успевают изменить направление движения, развернуться с воздухом в ка нал 26, по инерции затягиваются в стык между шкивом и ремнем и выбрасываются, обогнув шкив. Поэтому по ка- 25 налам .26 и 17 в узел поступает очи-. щенный воздух. Такой нагнетатель позволяет расширить эксплуатационные возможности при наличии ременного привода быстроходного нала, так как не тре-ЗО буется внешний источник сжатого воздуха и средства его очистки от влаги и загрязнений.

Источник сжатого воздуха может быть выполнен в виде вентилятора, об- З5 разованного наклонными каналами 27 на обращенной к корпусу 2 поверхности подвижного элемента в виде шпинделя 1 (фиг. 1} . Каналы 27 воздушного нагнетателя могут быть выполнены на поверхностях шпинделя 1 (показаны жирными линиями) или корпуса 2 (показаны тонкими. линиями) . Эти каналы, наприМер винтовые, равномерно распределены по окружности и направлены из полости

16 в дренажные канавки 12 н 13 в нап- 45 равлении относительного движения сопряженной поверхности.

Показанное на фигурах, направление ° каналов 27 соответствует направлению вращения шпинделя 1 по стрелке, пока- 50 занной на фигурах. Оптимальный угол наклона винтовых каналов a6 = 18. Глубина каналов соизмерима с высотой уплотняющих зазоров 10 и 11 (например, при радиальном зазоре 50 мкм глубина 55 каналов 100 мкм}. Ширина каналов 27 соизмерима с шириной поясков между 1ними (например, при ширине канала

2 мм ширина пояска 6 мм). I

При вращении шпинделя 1 эти кана-® лы нагнетают воздух иэ полости 16 в дренажные канавки 12 н 13. При этом воздух в полость 16 засасывается по каналам 17 из окружакщей среды и в них должен поступать очищенный воздухЬ5

Во всех описанных исполнениях при вращении шпинделя 1 жидкостное трение в среде масла имеет место только в гидростатических опорах и, если шпиндель выполнен в виде поршня, то в полости 18, в зазоре 19 и отчасти в ка навке 13. А в полости 16 и зазорах

10 и 11 имеет место жидкостное трение в среде воздуха, т.е. газовое трение, потери на которое существенно (на не сколько порядков) меньше, чем на трение в масле или другой капельной жидкости. Поэтому предложенный опорный узел позволяет резко понизить потери на трение в зоне между опорами бЫстроходного вала, а это, в свою очередь, позволяет повысить частоту вращения и увеличить диаметр вала по меньшей мере между опорами, что повьаеет жесткость узла в целом, уменьшить габариты шпиндельного узла. Кроме того, наличие в узле встроенного простого воздушного нагнетателя при наличии ременного привода шпинделя или вентилятора позволяет расшириить эксплуатационные возможности узла, повысить его надежность и долговечность, упростить его встройку в станок, так как не требуется внешний источник сжатого воздуха и средства его очистки.

Формула изобретения

1 . Оп орный узел жидк ос тного трения, содержащий подвйжный элемент, установленный с зазором относительно корпуса на гидростатичЕских опорах, между которыми выполнены каналы, соединенные с источником сжатого воздуха, отличающийся тем, что, с целью уменьшения потерь на трение подвижного элемента в виде быстроходного вала, каналы выполнены в виде кольцевых зазоров между подвижньм элементом и корпусом, причем между кольцевыми зазорами и гидростатическими опорами выполнены дренажные канавки, соединенные со сливом.

2. Опорный узел по и. l, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью дополнительной разгрузки подвижного элемента в виде быстроходного вала, источник сжатого воздуха выполнен в виде кольцевой полости,.расположенной между кольцевыми зазорами и имеющей канал для соединения с нагнетателем.

3. Опорный узел по пп. 1,2, о тл и ч а ю щ я и с я тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей при наличии ременного привода быстроходного вала, он -снабжен воздушныя нагнетателем, выполненньм в виде установленного на быстроходном: валу шкива, охватывающего шкив приводного ремня я расположенного с зазорами между шкивом и ремнем в зоне нх началь986758

Составитель Н. Ермакова

Техред Т. ИатЬчка Коррек тор Н. Король

Редакто Н. Багирова

Тираж 793 Подп ис ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 10405/23

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ного контакта клина, одна поверхность которого выполнена эквидистантно поверхности шкива, а другая — эквидистантно поверхности ремня, причем клин выполнен с карманом у его вершины, соединенным с каналом кольцевой полости.

4. Опорный узел по и. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что источник сжатого воздуха выполнен в виде вентилятора, образованного наклонными каналами на обращенной к корпусу поверхности подвижного элемента.

5 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Ф 368423, кл. F 16 С 32/06, 1971.