Гидростатическая опора Советский патент 1987 года по МПК F16C32/06 

Изобретение относится к области гидростатических опор и может найти применение в станках для резания металлов и других материалов, например в станке для нарезания из сплошной заготовки широкой ленты.

Целью изобретения является расширение эксплуатационных возможностей- использования гидростатической опоры в качестве привода микроперемешений, в частности увеличение числа управляюш,их импульсов на единицу длины пути скольжения опоры, независимость числа импульсов от числа несущих карманов, возможность управления формой управляющих импульсов при одновременном упрощении управления ее сопротивлениями.

На фиг. 1 представлен радиально-упор- ный гидростатический шпиндельный подшипник, варианты выполнения карманов; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - радиальный подшипник, развертка.

Шпиндель 1 расположен с зазором в переднем радиально-упорном гидростатическом подшипнике 2, в котором выполнены несущие карманы 3-5 радиального и 7 и 8 упорного подшипников. В первом варианте кольцевые несущие карманы 7 и 8 выполнены на упорных торцах шпинделя и ограничены перемычками 9 и 10, внутренние кромки которых выполнены фасонными переменной ширины: снабжены чередующимися выступами 11 и впадинами 12 (фиг. 2). Карманы 7 и 8 соединены с источником давления РН смазки через основные 13 и дополнительные 14 входные гидросопротивления, соизмеримые по величине, а со сливом - через рабочий зазор 15 (основное выходное сопротивление) и дополнительное выходное сопротивление 16, соизмеримое с сопротивлением зазора 15. Вход 17 смазки в карманы 7 и 8 из дополнительного входного сопротивления 14 и выход 18 смазки из этих карманов через дополнительное выходное сопротивление 16 расположены в зоне фасонной части перемычек 9 и 10, ограничивающих несущие карманы вдоль направления скольжения шпинделя 1 относительно подшипника 2, т.е. вдоль направления вращения. При этом вход 17, выход 18, выступы 11 и впадины 12 расположены (смещены) относительно друг друга так, что, когда вход 17 закрыт выступом 11, выход 18 открыт впадиной 12, и наоборот, когда вход 17 открыт впадиной 12, выход 18 закрыт выступом 11. Это обеспечивается смещением на половину углового шага картины выступов и впадин перемычки 9 относительно картины выступов и впадин перемычки 10 (угловой щаг этих картин одинаков), тогда вход 17 и выход 18 расположены на одном радиусе (фиг. 2), либо смещением входа 17 относительно выхода 18 при совпадении указанных картин. Кроме того, картина расположения входа

17и выхода 18 относительно выступов 11 и впадин 12 кармана 7 смещена на половину углового шага относительно картины расположения в кармане 8. Вход 17 и выход 18

и выступы 11 фасонной части перемычек 9 и 10 предназначены для взаимодействия как сопла и заслонки.

При включении давления Рн смазки она поступает в карманы 7 и 8 через параллельно включенные сопротивления 13 и 14 и выте0 кает из этих карманов через рабочие зазоры 15 и параллельно включенное сопротивление 16. При этом шпиндель 1 жестко центрируется в осевом направлении тонким текущим в рабочих зазорах слоем смазки,

, надежно разделяющим торцовые поверхности скольжения шпинделя 1 и подшипника 2. При вращении шпинде„тя 1 выступы 11 периодически перекрь1вают вход 17 и выход

18как заслонки сопла, и тем самым включают и выключают сопротивления 14 и 16.

0 При этом,когда в кармане 5 перекрыто (открыто) входное сопротивление 14, то включено (выключено) выходное сопротивление 16, одновременно ц кармане 8 открыто (перекрыто) входное сопротивление 14 и выключено (включено) выходное сопротивле- ние 16. Итак, при увеличении (уменьшении) входного сопротивления в кармане уменьшается (увеличивается) выходное, причем в противоположном кармане эти изменения осу ществляются в противофазе. Число циклов

таких изменений за оборот шпинделя равно числу выступов на перемычке. Таким пульси- руюшие изменения сопротивлений мостовой схемы опоры, которую образуют входные и выходные сопротивления двух противоположных карманов, вызывают осевые пульсирующие микроперемещения шпинделя 1 относительно подшипника 2. В положении, показанном на фиг. 1 и 2, шпиндель смещен вправо. Эти смещения тем больше, чем больше дополнительные сопротивления 14 и 16 основных сопротивлений 13 и 15. Такие осевые колебания шпинделя (их число на оборот шпинделя равно числу выступов 11 на перемычке) полезны при осуществлении различных технологических процессов, например при нарезании широким резцом-ножом ленты из цилиндрической заготовки.

Наиболее четкая пульсация шпинделя обеспечивается, когда пульсируют все четыре плеча мостовой схемы гидростатической опоры. Однако для осуществления мик0 роперемешений достаточно изменять только одно плечо. Например, можно менять только выходное сопротивление толького одного кармана. Для этого только в кармане 8 только на его перемычке 9 следует выполнить выступы 11 и впадины 12, перекрывающие

5 выход 18 через сопротивление 16, а сопротивления 14 в карманах 7 и 8 и сопротивление 16 в кармане 7, а также управляющие ими выступы 11 не нужны. Частоту выступов и соотношение между угловой протяженностью выступов и впадин можно менять вдоль перемычки, соответственно меняются частота пульсаций и скважность импульсов на протяжении одного оборота. Сопротивления 16 и 14 могут быть регулируемыми, что позволяет менять амплитуду осцилляции.

Во втором варианте выполнения карманов упорного подшипника (фиг. 1 и 3) кольцевые карманы 7 и 8 соединены с источником давления Рн смазки через входные сопротивления 13, а со сливом - через рабочие зазоры 15, причем они выполнены на подшипнике 2 (карманы 7 и 8) и на шпинделе 1 (карманы 7 ). Наружные и внутренние кромки наружных и внутренних перемычек 9 и 10 карманов выполнены фасонными (фиг. 3), снабжены прямоугольными выступами 19 и впадинами 20 так, что впадине (выступу) на одной кромке перемычек соответствует выступ (впадина) на другой. Картина перемычек на подшипнике зеркально совпадает с картиной перемычек на сопряженной поверхности шпинделя. Угловой шаг выступов и впадин одинаковый. Картина перемычек на одном из четырех торцов упорного подшипника смешена на полшага так, что когда полностью совмещены картины перемычек одного кармана, кар- тин ы перемычек другого максимально не совпадают (На фиг. 3 показаны сплошной линией контуры перемычек кармана 8 на шпинделе и штрихпунктирной - контуры перемычек кармана 8 на подшипнике. Картины перемычек одного кармана полностью совмещены, когда штрихпунктирные линии полностью совпадают со сплошными, и максимально не, совпадают, когда штрихпунктирные соединяют сплошные линии по окружности. На фиг. 3 показано промежуточное положение между полностью совмещенной и максимально не совпадающей картинами перемычек).

При включении давления Рн смазки шпиндель 1 жестко центрируется в осевом направлении тонким текущим в рабочих зазорах слоем смазки, надежно разделяющим торцовые поверхности скольжения. При вра щении шпинделя 1 картины перемычек на сопряженных торцах шпинделя и подшипника периодически совпадают (число совпаде- ний за оборот равно числу выступов на одной кромке перемычки) и максимально не совпадают. При полном совпадении сопротивление щели принимает максимальное значение, потому что длина щели в радиальном направлении (вдоль потока смазки) максимальна. При максимальном несовпадений это сопротивление минимально, так как длина щели минимальна. Таким образом, выходное сопротивление несущего кармана при вращении шпинделя пульсирует, причем выходные сопротивления карманов 7 и 8 пульсируют в противофазе, так как картина

5

перемычек одного из четырех торцов подшипника смещена на половину углового шага. Таким образом, когда выходное сопротивление кармана 7 максимально (выступы 19 совпадают и впадины 20 совпадают), выходное сопротивление кармана 8 минимально (выступы 19 совпадают с впадинами 20) и наоборот. Соответственно, меняется осевое положение шпинделя: он осциллирует вдоль оси с частотой, равной произ0 ведению частоты вращения на число выступов вдоль окружности. В положении,показанном на фиг. 1, Шпиндель 1 смещен влево. В положении, показанном на фиг. 3, шпиндель занимает среднее положение.

Выступы могут иметь любую форму, например в виде волны, иметь переменный шаг.

Карманы 3-6 подшипника (фиг. 1 и 4) могут быть соединены с источником давления Рн смазки через входные сопротивления

0 13. Выходные сопротивления образованы щелями, ограничивающими карманы. В противоположных карманах 3 и 5 на одной из двух перемычек, ограничивающих каждый из этих карманов вдоль направления скольжения, одна из кромок выполнена фа5 сонной: снабжена выступами 11 и впадинами 12, причем в кармане 5 эти выступы смещены на полшага относительно выступов в кармане 3. На шпинделе 1 выполнены выходы смазки из несущих карманов в виде дросселирующего канала 21, в данном случае в виде канавки, поперечной направлению скольжения. Число канавок 21 равно числу карманов. Канавки 21, как и карманы, равномерно распределены по окружности и соединяют, когда расположены в зоне впадин

r 12,карман со сливом.

При вращении шпинделя дросселирующие канавки 21 периодически соединяют со сливом несущие карманы 3 и 5, включая параллельно рабочей щели гидросопротивление канавки 21. Когда канавки 21 находятся в зоне карманов 4 и 6 или выступов 11, они перекрыты перемычками карманов 4 и 6 или выступами 11, как сопла заслонками. Поскольку впадины 12 и выступы 11 кармана 3 смещены на полщага относительно впадин и выступов кармана 5, то, когда ка кавка 21 соединяет карман 3 со сливом, другая канавка 21 в кармане 5 перекрыта высту пом 11, т. е. в карманах 3 и 5 канавки 21 перекрываются (открываются) в противофазе. Таким образом, когда канавка 21 уменьшает

0 сопротивление на выходе из кармана 3, в кармане 5 выходное сопротивление максимально. Соответственно, щпиндель 1 смещается в сторону кармана, имеющего максимальное выходное сопротивление (в положении, показанном на фиг. 1 и 4, в сторону

5 кармана 3). Итак, за один оборот шпиндель 1 претерпевает число радиальных пульсирующих смещений, равное числу канавок 21 (карманов), помноженному на число впадин

12 в одном кармане. Эти смещения происходят в одной плоскости - плоскости симметрии, проходящей через оси карманов 3 и 5. Когда канавки 21 проходят зоны карманов 4 и 6, они перекрыты сплощ- ными перемычками. Если необходимо перемещать щпиндель 1 в двух радиальных плоскостях (и в плоскости симметрии карманов 4 и 6), то впадины 12 и выступы 11 следует выполнить в карманах 4 и 6.

Вход и выход смазки из несущих карманов не обязательно выполнять в этом варианте в виде дросселирующей канавки. Они могут быть в виде любого канала, предназначенного для взаимодействия с фасонной перемычкой, как сопло с заслонкой.

Такие образом, изобретение расщиряет возможности использования гидростатической опоры в качестве привода перемещений при одновременном упрощении управления ее сопротивлениями. Закон перемещений и его реализация осуществляются с помощью фасонных перемычек.

Формула изобретения

10 1. Гидростатическая опора, содержащая подвижный и неподвижный элементы с рабочими поверхностями, на одной из которых выполнены несущие карманы, ограниченные перемычками, а также управляемые сопротивления на входе рабочей среды в несущие

Например, они могут быть в виде простых карманы и/или на выходе из несущих карцилиндрических отверстии, плавно приоткрываемых фасонной перемычкой целиком или частично. В последнем случае смазка дросселируется в сегментообразной части сечеманов, отличающаяся тем, что, с целью расширения эксплуатационных возмож-ностей при одновременном упрощении управления ее сопротивлениями, перемычки вдоль нания отверстия, освобождаемой для прохода20 правления скольжения выполнены фасон- смазки фасонной перемычкой.ными переменной щирины, а входы и/или Такие радиальные пульсирующие сме-выходы рабочей среды из несущих кар- щения щпинделя 1 можно использоватьманов расположены в зоне фасонной части при осуществлении различных технологиче-перемычек.

ских процессов, в частности при обработке2. Опора по п. 1, отличающаяся тем, что

на токарном станке волнистых цилиндриче-25 вход и/или выход рабочей среды из несущих

ских поверхностей скольжения гидродинамических подшипников.

Такие образом, изобретение расщиряет возможности использования гидростатической опоры в качестве привода перемещений при одновременном упрощении управления ее сопротивлениями. Закон перемещений и его реализация осуществляются с помощью фасонных перемычек.

Формула изобретения

1. Гидростатическая опора, содержащая подвижный и неподвижный элементы с рабочими поверхностями, на одной из которых выполнены несущие карманы, ограниченные перемычками, а также управляемые сопротивления на входе рабочей среды в несущие

карманы и/или на выходе из несущих карманов, отличающаяся тем, что, с целью расширения эксплуатационных возмож-ностей при одновременном упрощении управления ее сопротивлениями, перемычки вдоль накарманов выполнен в виде дроссельной канавки поперек направлению скольжения.

Фиг.1

А-А

6-5

фиг. 2

сриг.З

Изобретение относится к области гидростатических опор и может найти применение в станках для резания металлов и других материалов, например в станке для нарезания из сплошной заготовки широкой ленты. Цель изобретения - расширение возможностей использования гидростатической опоры в качестве привода перемеш,ений при одновременном упрощении управления ее сопротивлениями. Перемычки, ограничиваю- ш,ие несуш.ие карманы вдоль направления скольжения, выполнены фасонными переменной ширины. Входы и выходы с одной стороны и выступы фасонной части перемычек с другой стороны взаимодействуют, как сопло и заслонка. Вход и/или выход смазки из несуших карманов выполнен в виде дрос- селируюш,ей канавки поперек направлению скольжения. Пульсирующие изменения сопротивлений мостовой схемы опоры, которую образуют входные и выходные сопротивления двух противоположных карманов, вызывают пульсирующие микроперемещения шпинделя относительно подшипника. Опора позволяет просто и точно фиксировать и воспроизводить программу микроперемещений. 1 з.п.ф-лы, 4 ил. (§ W го со 4 СЛ

ВНИИПИЗаказ 217/36Тираж 760Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4