Газостатическая опора Советский патент 1985 года по МПК F16C32/06 

Изобретение относится к опорам скольжения с газовой смазкой и может найти применение в станкостроении, например в газостатических направляющих и опорах шпинделей.

Известна газостатическая опора, содержащая на входе в рабочий зазор между относительно скользящими деталями опоры гидравлического сопротивления (дросселирующие каналы), образованные отверстиями малого диаметра (0 0,1-0,5 мм).

Такая опора проста по конструкции, виброустойчива, но имеет пониженную несущую способность из-за плохого распространения газа из отверстия малого диаметра в зазор. Поэтому в зоне выхода отверстия малого диаметра в зазор выполнен карман больщого диаметра () 3-5 мм) и глубиной 0,15- 0,20 мм, окружающий малое отверстие. Такие карманы повыщают несущую способность и жесткость, но снижают виброустойчивость опоры в результате чего возникает «пневмомолоток.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является газостатическая опора, содержащая последовательно соединенные камеру .высокого давления, дросселирующие каналы и карман, образованные цилиндрическим стержнем, установленным в отверстии, выходящим на одну из двух поверхностей скольжения опоры 1.

В этой конструкции цилиндрический стержень, запрессованный или установленный на клее в отверстие диаметром, равным диаметру кармана, содержит дросселирующий канал в виде центрального отверстия малого диаметра, соединяющего выполненную в стержне камеру высокого давления с карманом. Глубину кармана определяет расстояние между поверхностью скольжения опоры и торцом стержня. .Однако карман при этом имеет сравнительно большой объем что обуславливает низкую виброустойчивость опоры. Можно повысить несущую способность и жесткость смазки в опоре путем увеличения диаметра кармана, но при этом снижается виброустойчивость опоры. Размеры кармана представляют собой компромисс между нагрузочными характеристиками и виброустойчивостью, поэтому известная опора ограничивает несущую способность и виброустойчивость, т. е. позволяет повышать несущую способность путем снижения виброустЬйчивости и наоборот повышать виброустойчиБость путем снижения несущей способности.

Кроме того, известная газостатическая опора характеризуется технологической сложностью получения дросселирующего отверстия малого диаметра, особенно его точности, необходимой для обеспечения одинаковых сопротивлений нескольких дросселирующих каналов, например, радиального подшипника, а также сложность получения кармана заданной глубины (увеличение глубины снижает виброустойчивость, а уменьшение - несущую способность), которая для нескольких карманов одной опоры должна быть одинаковой. Разные диаметры дросселирующих отверстий и глубины карманов, например, снижают динамическую точность радиального газостатического под0 щипника.

Цель изобретения - повышение жесткости, несущей способности и виброустойчивости, упрощение конструкции и изготовления.

, Указанная цель достигается тем, что в газостатической опоре, содержащей подвижный и неподвижный элементы, в одном из которых расположен цилиндрический стержень, дросселирующее средство, сообщающееся с камерой подвода рабочей среды

0 под давлением, торец цилиндрического стержня установлен заподлицо с рабочей поверхностью элемента опоры и дросселирующее средство расположено на одной из поверхностей цилиндрического стержня с выходом

5 в зону его кольцевой кромки.

Кроме того, дросселирующее средство может быть выполнено в виде дросселирующих винтовых каналов, расположенных на цилиндрической поверхности стержня.

При этом цилиндрический стержень ее

0 стороны рабочей поверхности опоры выполнен с фаской, сообщающейся с выходами дросселирующего средства.

Дросселирующее средство может быть расположено на обращенном к рабочей поверхности опоры торце стержня и выполнено

5 в виде радиальных каналов, сообщающихся с камерой подвода рабочей среды посредством выполненного в стержне отверстия. Дросселирующее средство может быть выполнено в виде кольцевой щели между

0 цилиндрическими поверхностями стержней и отверстия элемента опоры.

Кроме того, дросселирующее средство может быть выполнено в виде фаски на обращенном к рабочей поверхности опоры торце стержня.

На фиг. 1 представлена газостатическая опора с дросселирующими винтовыми канавками на наружной цилиндрической поверхности стержня; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - газостатическая

0 опора с радиальными канавками на торце и фаской; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фнг. 3; на фиг. 5 - опора с дросселирующей щелью между цилиндрическими наружной поверхностью стержня и внутренней поверхностью отверстия; на фиг. 6 - разрез В-В на фиг. 5;

5 на фиг. 7 - опора с фаской на кромке стержня; на фиг. 8 - разрез Г-Г на фиг. 7: Газостатическая опора содержит подвижный 1 и неподвижный 2 элементы, в

одном из которых в отверстии 3 расположеи цилиндрический стержень 4, установленный заподлицо с ра,бочей поверхностью 5 опоры, а также дросселирующее средство, расположенное на одной из поверхностей цилиндрического стержня 4 с выходом в зону его кольцевой кромки, и камеру 6 подвода рабочей среды. Дросселирующее средство может быть выполнено в виде дросселирующих винтовых канавок 7 (фиг. 1), расположенных на цилиндрической поверхности стержня. Выходы канавок 7 на кромку стержня образуют контур несущего кармана. Со стороны рабочей поверхности опоры цилиндрический стержень может быть выполнен с фаской 8, сообща|Ьщейся с выходами дросселирующего средства. При работе опоры сжатый газ из камеры 6 дросселируется в винтовых канавках 7 (фиг. 1) и выходит в рабочий зазор опоры на кромке торца стержня 4, т. е. на окружности кромки стержня, что облегчает вход газа в .рабочий зазор опоры и повыщает ее несущую способность. Благодаря винтовой форме канавок 7 их выходы растянуты вдоль кромки стержня, что облегчает распределение давления газа в зазоре опоры. Выполнение фаски 8 на кромке дополнительно облегчает это. На фиг. 3 представлено выполнение дросселирующего средства в виде радиальных каналов 9 на обращенном к рабочей поверхности опоры торце, сообщающихся с камерой 6 подвода рабочей среды через отверстие 10, выполненное в стержне 4. Выходы каналов 9 на кромку могут быть соединены фаской 8, выполненной на этой кромке.

При работе опоры сжатый газ из камеры 3 дросселируется в каналах 9 и выходит в рабочий зазор опоры на кромке торца стержня 4, т. е. на окружности кромки стержня, что облегчает вход газа в рабочий зазор опоры и повыщает ее несущую способность. Глубина каналов 9 на порядок больще рабочего зазора в опоре, поэтому изменения последнего под нагрузкой практически не влияют на нагрузочные характеристики опоры. Б то же время объем кармана, образованного выходами каналов 9 на кромку торца стержня 4, сравнительно мал даже при наличии фаски 8. Благодаря такому исполнению повышаются нагрузочные характеристики и виброустойчивость опоры. В ряде случаев такое выполнение дросселирующих каналов имеет технологические преимущества и удобно при эксплуатации, например в газостатических опорах изделий металлорежущих станков при смене изделия каналы очищаются.

На фиг. 5 стержень 4 выполнен ступенчатым, ступень 11 меньщего диаметра расположена со стороны рабочей поверхности опоры и образует дросселирующее средство в виде кольцевой щели 12 между цилиндри-Г

ческими поверхностями указанной ступени стержня 1k отверстия 3 элемента опоры с сообщающейся через сверления 13 с камерой 6 подвода сжатого газа.

Подаваемый в камеру б сжатый газ по тракту 6-13-12 поступает в рабочий зазор опоры. При этом карман, ограниченный выходом щели 12 на поверхность 5, практически не имеет объема, но обеспечивает хорощее распределение газа в опоре, что позволяет повысить несущую способность опоры путем увеличения диаметра отверстия 3 и виброустойчивость из-за отсутствия объема газа между входным, образованным зазором 12, и выходным, образованным рабочим

5 зазором опоры, сопротивлениями. Этот вариант имеет повышенные простоту конструкции и технологичность (можно просто обеспечить точное значение щели 12). При необходимости выполняют фаску на кромке торца, обращенного к поверхности 5 скольжения.

На фиг. 7 представлено дросселирующее средство в виде фаски 14 на обращенном к рабочей поверхности опоры торце стержня, сообщающейся через отверстия 15 и 16 с

5 камерой 6 подвода рабочей среды. Сжатый газ из камеры 6 по отверстиям 15 и 16 поступает на кромки торца стержня. Ввиду малой высоты Н рабочего зазора опоры, непосредственно из отверстия 16 в этот зазор поступает мало газа. Основной его расход

0 проходит вначале в дросселирующее средство, образованное фаской 14, а затем уже на всей ее окружности попадает в рабочий зазор. И в этом случае объем газа между входным, образованным участками фаски 14 между отверстиями 16, и выходным (рабочий

зазор Н) сопротивлениями равен нулю, в то время как диаметр щтифта может быть большим.

Поскольку глубина каналов, образованных фаской 14, на порядок больше высоты Н

0 рабочего зазора опоры, то изменение Н под нагрузкой существенно не влияет на нагрузочные характеристики опоры. Такая конструкция опоры проста, технологична, надежна (фаску легко изготовить и трудно засорить), позволяет повысить виброустойчи вость (мал объем газа между входным и выходным сопротивлениями) и нагрузочные характеристики (стержень и фаска могут иметь больший диаметр).

Предлагаемые коиструкции опоры с дросселирующими средствами позволяют повысить одновременно нагрузочные характеристики и виброустойчивость газостатической опоры, а также упростить ее конструкцию, повысить технологичность, точность и надежйость путем увеличения диаметра и умень5 щения объема кармана, повышения технологичности и точности дросселирующих каналов.

А-А

791

L

ii

5 210Фиг. 2

фиг

1. ГАЗОСТАТИЧЕСКАЯ ОПОРА, содержащая подвижный и неподвижный элементы, в одном из которых расположен цилиндрический стержень, дросселирующее средство, сообщающееся с камерой подвода рабочей среды под давлением, отличающаяся тем, что, с целью повышения несущей способности, жесткости и виброустойчивости, упрощения конструкции и изготовления, торец цилиндрического стержня установлен заподлицо с рабочей поверхностью элемента опоры и дросселирующее средство расположено на одной из поверхностей цилиндрического стержня с выходом в зону его кольцевой кромки. 2. Опора по п. 1, отличающаяся тем, что дросселирующее средство выполнено в виде дросселирующих винтовых канавок, расположенных на цилиндрической поверхности стержня. 3.Опора по п. 1, отличающаяся тем, что цилиндрический стержень со стороны рабочей поверхности опоры выполнен с фаской, сообщающейся с выходами дросселирующего средства. 4.Опора по пп. 1 и 3, отличающаяся тем, что дросселирующее средство расположено на обращенном к рабочей поверхности опоры торце стержня и выполнено в виде радиальных каналов, сообщающихся с камерой подвода рабочей среды посредством выполненного в стержне отверстия. 5.Опора по п; 1, отличающаяся тем, что § дросселирующее средство выполнено в виде кольцевой щели между цилиндрическими поверхностями стержня и отверстия элемента опоры. 6.Опора по п. 1, отличающаяся тем, что дросселирующее средство выполнено в виде фаски на обращенном к рабочей поверхности опоры торце стержня. 00 со 00 сх

Б-Б

a

фигЛ

Фиг.5

Z2//.//777

L

Г

Фиг.7 Г-Г