Шпиндельный узел станка Советский патент 1988 года по МПК B24B41/04 

Изобретение относится к стапко- строению и может быть использовано в прецизионных внутришлифовальных станках.

.Цель изобретения - снижение виброактивности шпиндельного узла под нагрузкой путем исключения относитель кого перекоса подшипников передней опоры при изгибе шпинделя за счет направленной ориентации преимущественной изгибной податливости передней опоры и применения в ней распорного колца с равномерно изменяющейся толщиной, отдающего начальную неравномерную 10 окружности нагрузку на подшипники

На фиг. 1 изображена конструкция шпиндельного узла станка; на фиг. 2 - сечение Л-А на фиг, 1; на фиг. 3 -. схемы нагр ткения подшипника (фиг. За), схемы распределения осевой нагрузки на наружном кольце подшипника (фиг. Зб), эпюры радиальных нагрузок на наружном кт-.льце (фиг. Зв) и эпюры ос ных няг; у- чок на наружном кольце Гф;.г. Зг) ,

Шпиндельный узел станка, например электрошпиидель внутришлифовального станка, содефжит корпус 1, в котором закреплет1а обмотка статора 2, шпин- день 3 с оправкой 4 и шлифовальным кругом 5. Дуплексированные радиально- упорные шарикоподшипники передней 6 и задней 7 опор жестко закреплены на

;пчНлТеле

соответственно гайками

; и 9. Передняя и задняя опоры шпин- . ЛЯ выполнены плавающими. Усилие л Г йДварителъного осевого натяга от кг гшекта пруж1П 10, установленных в стакане 11, передается через упор- нов кольцо 12 задней опоры, подшипники задней опоры 7, гайку 9, шпиндель 3, гайку 8, подшипники передней опоры 6 и распорное кольцо 13 с равномерно изменяющейся толщиной на фла- нец 14. Подшипники передней опоры 6 установлены, например, в крышке 15, име ющей два участка, обладающих одно- направлент{ои преимущественной изгиб- чой податливостью, например, консоль

ио выступз:о цие в противоположные сто- ропъ секторы 16 и про ивоположные им секторы 17, выполненные в виде балок равного сопротивления, допускающие перекос Hapv «Hhrx колец подпгипников в плоскосги действия внешней радиальной нагрузки Q, являющейся плоскостью симмет1)ни оказанных участков, Кольцо 13 с р.зпплг- ерно иямeняюu eйcя толптиной

с

fg 15

20 25

30

35

40 ,г

0

5

установлено в опоре так, что зона кольца с максимальной высотой находится со стороны действия внешней радиальной нагрузки, а зона с минимальной высотой - с диаметрально противоположной стороны.

При равномерно распределенной осевой нагрузке Р. предварительного осевого натяга по торцу наружного кольца подшипника, не нагруженного внешней радиальной нагрузкой (положение I на фиг. 3)углы контакта тел качения с кoльцa и равны /3, /3, ,

В результате действия на консоль шпинделя внешней радиальной нагрузки Q, вызывающей его изгиб (положение

IIна фиг. 3), на радиальные Р, и осевые Р составляющие нагрузки Рд предварительного осевого натяга накладываются аналогичные составляющие q j,

и q радиальной нагрузки. Нагрузки на тела качения со стороны, противоположной направлению действия внешней радиальной нагрузки, возрастают (Р - + q), а со стороны действия радиальной нагрузки уменьшаются (PC, - q) , при этом « /3 2

Во избежание разгрузки тел качения в наименее нагруженной зоне должно быть соблюдено условие (Р, - q) О, т.е. величины Р должны иметь значительную величину, что приводит и к увеличению величин (Р, + q) и (Р + + q), а следовательно, к нагружен- ности наиболее нагруженного тела качения и к снижению долговечности подшипника.

В предлагаемом шпиндельном узле нагрузка Рд предварительного осевого натяга распределяется по торцу наружного кольца подшипника неравномерно, т.е. имеет максимум Рд минимум Рд . Поэтому на холостом ходу имеет место некоторое неравенство углов Р, (1 (контакта-положение

IIIна фиг. . Нагрузки Pzwakc и Р,

PZ

место значительное снижение нагружен- ности тел качения при холостом вращении подшипника.

В результате нагружения шпинделя радиальной нагрузкой Q, вызывающей его изгиб, нагрузки на тела качения выравниваются (положение IV на фиг. 3), при зтом /J, 2 , (POI «aicr- - Ча) (РО мпн - Яа .c- Ч)

а .,o,vc PC, . а нагрузки Pj. „„„ « и РО мин Pq. т.е. имеет

(Г

г мин

+ Пг.) , В результате чего

обеспечивается снижение Harpy; ai H .:-i n тел качения при приложении радиальмой на грузки, вызывающий изгиб тпительного узла.

В предлагаемом шпиндельном узле разнотолщинность л кольца передней опоры определяют с учетом максимального изгиба шпиндального узла в зоне передней опоры (максимального угла )Го„ . поворота внутреннего кольца)

и Р WCJ КС/

по формуле

& (d, ) sinfg - (Гц - D) . где d, - диаметр по дну желоба внутреннего кольца; радиус по дну желоба внутреннего кольца; максимальное угловое смещение внутреннего кольца (максимальный изгиб вала шпиндельного узла в зоне передней опоры);

максимальный угол контакта в подшипнике; D - диаметр шарика;

d,4-/4d,r + nf- 2D,D + 4гПт

г„ в макс

2D,d,+AD,r - 2d,DT- - 4r D- D,-D,-f(d,-t-2r),o,

2r - D

т

где г - радиус по дну желоба наружного и внутреннего колец

(гц 1);

D. диаметр по дну желоба наружного кольца.

Предлагаемый шпиндельный узел устанавливают на станке так, чтобы вектор внешней радиальной нагрузки

(сил) резания) иахопилгя и плоскости симметрии участков однонаправленной преимущественной податливости, совпадающей с плоскостью поворота нар жных колец подшипников передней опоры, при этом направление вектора внешней радиальной нагрузки совпадает с направлением поворота колец подшипников

опоры.

Благодаря вьфавниванию нагружен- ности тел качания шарикоподшипников под нагрузкой в предлагаемом шпиндельном узле,в иттш-чие от известных)

обеспечивается снижение виброактивности при обрабо- ке деталей,; способствующее повьшн.чию их качества.

Формула изобретения

20

1. Шпиндельный узел станка, передняя и задняя опоры которого содержат по крайней мере по одному радиально- упорному шарикоподшипнику, имеющий в задней опоре устройство для созда ния осевого натяга шарикоподпшпникор передней и задней опор, включающее, например, пр ткины сжатия, от л и

снижения виброактивности под нагрузкой путем исключения относительного перекоса колец подшипников передней опоры при изгибе шпинделя, передняя опора вьтолнена с двумя диаметрально противоположными участками, обладающими однонаправленной преимущественной изгибной податлийостью, при этом она снабжена распорным кольцом с равномерно изменяющейся толщиной, максимальное превьппение которой соответствует направлению преимущественной изгибной податливости опоры.

2. Узел по п. 1, отличаю- щ и и с я тем, что участки передней опоры выполнены в виде консольно выступающих в противоположные стороны секторов равного сопротивления.

16

Изобретение относится к области станкостроения, а именно к шпинделям металлорежущих станков. Цель изобретения - снижение виброактивности шпинделя. Шпиндель, передняя и задняя опоры которого содержат по крайней мере по одному радиально-упорному шарикоподшипнику, имеет в задней опоре устройство для создания осевого натяга в подшипниках передней и задней опор, включающее, например, пружины сжатия. Подшипники передней опоры установлены в крьш1ке 15, имеющей участки однонаправленной, преимущественной изгибной податливости в виде секторов 16, 17, расположенных в диаметрально противоположных направлениях, обеспечивя1оо1их возможность перекоса наружных колец подшипников в плоскости действия внешней радиальной нагрузки. Передняя опора дополнительно снабжена кольцом 13 с равномерно изменяющейся толщиной, для неравномерного распределения нагрузки на тела качения подшипников от усилия предварительного осевого натяга, при этом названное кольцо располагают таким образом, чтобы зона кольца с максимальной толщиной находилась со стороны действия внешней радиальной нагрузки, а зона с минимальной толщиной - с диаметрально противоположной сторонь . Такое выполнение шпинделя одного узла позволяет снизить его виброактивность, повысить качество обрабатываемых деталей. 1 з.ц. ф-лы, 3 ил. (Л со со со о со 4

Фиг 2

А-А Консоль

Фиг. Л

(Ра-(л)