Аэростатическая шпиндельная опора Советский патент 1983 года по МПК F16C32/06 

Изобретение относится к машиностроению, и может быть использовано, например в металлорежущих станках. Известен двухопорный аэродинамический шпиндельный узел, каждая опора которого выполнена в виде втулки с системой питающих сопел с постоянным проходным сечением, равномерно распределенных по окружности, и снабженная системой автоматического управления (САУ) с датчиками положения 1. Недостатком данного устройства являются относительно низкие динамические характеристики за счет наличия между источником питания и питающими соплами дополнительной камеры с входным дросселем либо регулятора перепада давления. Дополнительная камера либо каналы, соединяющие регулятор перепада давлений с питающими соплами (в данном случае их можно рассматривать как дополнительная камера), довольно значительно ухудшают динамические характеристики аэростатических опор, а также снижают диапазон воспринимаемых нагрузок. Последнее происходит в результате того, что к питающим соплам поступает только часть давлений питания, которое предварительно редуцируется либо входным дросселем, либо регулятором перепада давлений. Кроме того, в процессе работы под нагрузкой при отказе по какимлибо причинам системы автоматического управления- (САУ) у таких аэростатических шпиндельных опор возможен задир рабочих поверхностей и выход опор из строя. Цель изобретения - расширение диапазона воспринимаемых нагрузок, улучшение динамических характеристик и повышение надежности аэростатической шпиндельной опоры. Поставленная цель достигается тем, что в аэростатической шпиндельной опоре, содержащей втулку с системой параллельно подключенных питающих сопел постоянного проходного сечения, расположенных равномерно по окружности, датчики положения вала, управляемые пневмосопрртивления с подвижными заслонками и систему автоматического управления, управляемые пневмосопротивления расположены равномерно по окружности втулки и установлены на части питающих сопел так, что входное сечение сопла образует с подвижной заслонкой пневмосопротивления кольцевой канал с регулируемой площадью проходного сечения. На фиг. 1 показана схема аэродинамической шпиндельной опоры (разрез А-А на фиг. 2); на фиг. 2 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез В-В на фиг. 1. Аэродинамическая шпиндельная опора содержит вал 1, втулку 2 с равномерно распределенными по окружности питающими соплами 3 постоянного проходного сечения, управляемые пневмосопротивления 4, установленные непосредственно на входе в зазор 5 опоры.и имеющие общее питание с питающими соплами 3 через коллектор 6. Во втулке 2 установлены датчики положения 7 по двум координатам, которые через преобразователь 8, элемент 9 сравнения, задатчик 10 и высоковольтный усилитель И, входящие в САУ, управляют величиной открытия заслонки пневмосопротивлений 4. В качестве упра1вляемых пневмосопротивлений 4 в приведенным примере показаны пневмосопротивления, у которых заслонка закреплена на пакете пьезокерамических пластин, соединенных синфазно. Возможно использование управляемых пневмосопротивлений, построенных и на других принципах, например электромагнитное управление и т.п. Аэростатическая шпиндельная опора работает следующим образом. Воздух от источника питания поступает в общий коллектор б, откуда через питающие сопла 3 с постоянным проходным сечением и управляемые пневмосопротивления 4 попадает в несущий воздушный слой, разделяющий поверхности вала 1 и втулки 2. При отключении САУ управляемые пневмосопротивления работают также, как питающие сопла 3. Силы,действующие на вал 1, вызывают уменьшение зазора между валом 1 и втулкой 2 с одной стороны и увеличение его на противоположной стороне. Это влечет за собой увеличение давления в уменьшенном зазоре и уменьшение давления в увеличенном, в результате чего возникает восстанавливающая сила, противодействующая приложенной нагрузке. Наличие управляемых пневмосопротивлений с САУ позволяет получить дополнительную восстанавливающую силу... Когда вал под нагрузкой перемещается из своего исходного положения, на датчике 7 возникает электрический сигнал, который после преобразования и усиления подается на элемент сравнения, где он сравнивается с сигналом задающего устройства. Сигнал рассогласования, возникающий на элементе сравнения, после усиления подается на пакет пьезокерамических пластин, изменяющий под действием этого свои размеры и проходное сеченце пневмосопротивлений 4, причем САУ подключена к пневмосопротивлениям таким образом, что со стороны меньшего зазора опоры проходное сечение пневмосопротивления увеличивается, а с противоположной стороны уменьшается. В результате создается дополнительный перепад давлений, который и возвращает вал в первоначальное положение до устранения сигнала рассогласования. Наличие в САУ задатчика 10 позволяет изменить положение вала в опоре на заданную величину. Разделение системы питающих сопел на две подсистемы, одна из которых с помощью питающих сопел с постоянным проходным

сечением обеспечивает постоянный наддув, а другая с помощью управляющих пневмосопротивлений, подключенных к САУ, обеспечивает стабилизацию положения вала в опоре, позволяет повысить надежность аэростатической шпиндельной опоры. Отсутствие между источником питания и питающими

соплами входного дросселя с камерой либо регулятора перепада давлений, также содержащего дополнительные емкости каналой- связи, позволяет улучщить динамические характеристики, расщирить диапазоны воспринимаемых нагрузок, повысить удельную жесткость опор.

АЭРОСТАТИЧЕСКАЯ ШПИНДЕЛЬНАЯ ОПОРА, содержащая втулку с системой параллельно подключенных питающих сопел постоянного проходного сечения, расположенных равномерно по окружности, датчики положения вала, управляемые пневмосопротивления с подвижными заслонками и систему автоматического управления, отличающаяся тем, что, с целью расширения диапазона расширяемых нагрузок, улучшения динамических характеристик и повышения надежности опоры, управляемые пневмосопротивления расположены равномерно по окружности втулки и установлены на части питающих сопел так, что входное сечение сопла образует с подвижной заслонкой пневмосопротивления кольцевой канал с регулируемой площадью проходного сечения. т)

ф1/г.З