Многоклиновый самоустанавливающийся подшипник и способ его сборки Советский патент 1991 года по МПК F16C23/04 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в шпинделях металлорежущих станков.

Целью изобретения является повышение точности и надежности контроля на- груз..и на шпиндель.

На фиг.1 показан многоклиновый само- устанавливающий я подшипник с собранным в нем упругим элементом с продольным штоком и преобразователем, разрез; на фиг.2 - резрез одного лишь упругого, элемента в сборе с собранными в нем продольным штоком и индуктивным преобразователем; на фиг.З - разрез А-А на фиг.2; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.2; на фиг.5 - упругий элемент, собранный в регулируемой опоре многоклинового подшипника; на фиг.6 - упругий э мент, предназначенный для связи с регулировочным элементом; на фиг.7 - разрез В-В на фиг.6; на фиг.8 - вид с ториа упругого элемента с установленной измерительной полукрышкой.

Многоклиновый самоустанавливаю- щийся подшипник содержит корпус 1, самоустанавливающиеся вкладыши 2, один из которых смонтирован на головке упругого элемента 3. другие - на обычных упорных штырях 4. Вкладыши 2 охватывают шейку шпинделя 5. В осевом отверстии головки упругого элемента 3 жестко закреплен про- дольный шток 6. Средней частью шток 6 оасположен с зазором в осевом отверстии упругого элемента 3. Другой конец штока 6 контактирует с измерительным наконечником преобразстателя 7 опорной поверхно- стью. Упругий элемент 3 в резьбовом отверстии корпуса 1 контрится контргайкой 8. Упругий элемент 3 выполнен с шейкой 9, расположенной между головкой упругого элемента 3 и его посадочной частью. Ось шейки 9 смещена относительно оси посадочной части упругого элемента на величи- HV е. При этом толщина стенки шейки 9 меньше со стороны смещения ее оси, чем с противоположной. Штыри 4 в других резь- бовых отверстиях корпуса 1 законтрены контргайками Юсуплотнительными шайбами 11. Внутреннее отверстие упругого элемента 3 закрыто крышкой 12.

В варианте с индуктивным преобразо- вателем, собранным непосредственно в отверстии упругого элемента 3, в крышке 12 имеется упругая перемы1 са 13, при помощи которой посадочная часть крышки соединена с шейкой 14, в вырезах которой собраны два магнитных сердечника 15 с катушками 16. В качесгье сердечника индуктивного преобразователя служит пласгинкз 17. при помощи винта 1В закрепленная на продольном штоке 6. Магнитные сердечники 15 з.

креплены в шейке 14 крышки 12 при помощи крышек 19. Сбоку в шейку 14 упирается торцом регулировочный винт 20, собранный на резьбе в отверстии упругого элемента 3 продольного штока 6. На штоке имеется граненая концевая часть 21, предназначенная для регулировки углового поворота штока 6 вокруг его оси при сборке и подлежащая удалению после сборки.

В случае, когда подшипник соединен с устройством автоматической регулировки зазора между вкладышем 2 и шпинделем 5, на посадочной части упругого элемента 3 выполнена проточка, в которой размещены шарики 22. Посадочная часть упругого элемента размещена в корпусе опоры 23. При этом через ролики 24 упругий элемент соединен с регулировочным клином 25. Клин 25 посредством штифта 26 соединен со штоком поршня 27 регулировочного гидроцилиндра 28. С другой стороны клин 25 посредством роликов 24 упирается в самоустанавливающуюся полусферическую опору 29. которая упирается в крышку 30.

Тарельчатая пружина 31 с одной стороны упирается в корпус опоры 23, с другой - в торец упругого элемента 3, и прижимает этот элемент посредством роликов 24 к клину 25 и опоре 29. Прикрепленный к штоку 6 подвижный элемент электромеханического преобразователя - пластина 32 в данном случае служит в качестве среднего электрода емкостного преобразователя. Она расположена с зазором между двумя крайними электродами 33 и 34. Пластинка 33 прикреплена к внутренней стенке окна, вырезанного в шейке упругого элемента 3. Пластинка 14 закреплена на пластинке 33 через дополнительные прокладки 35, толщина которых выбрана так. чтобы обеспечить нужный зазор между средним электродом 32 и крайними электродами 33 и 34 дифференциального емкостного преобразователя. Опорная поверхность продольного штока 6 для преобразователя выполнена в виде лыски 36 с крепежными отверстиями для подвижного элемента электромеханического преобразователя. В случае если преобразователь индуктивный, подвижным элементом является сердечник индуктивного преобразователя -- пластинка 17. А когда преобразователь емкостной, то подвижным элементом является средний электрод емкостного преобразователя - пластина 32.

Напротив крепежных отверстий лыски 36 продольного штока 6 выполнен продольный вырез 37 и поперечное отверстие 38. Опорная поверхность лыски 36 для преобразователя должна быть перпендикулярна оси 39 упругого элемента 3.

Опоры качения регулируемого подшипника собраны в сепараторах 40,41 и 42.

Полукрышка 43 устанавливается по отверстиям 44 на торце упругого элемента 3. При этом ее плоскость 45 расположена перпендикулярно оси 39,

Подшипник (фиг.1) собирают следующим образом.

Сначала в отверстие головки упругого элемента 3 запрессовывают с небольшим натягом (порядка 3-10 мкм) шток 6. Далее по отверстиям 44, просверленным в верхнем торце элемента 3, устанавливают полукрышку 43 и измеряют ширину Д паза, образованного между плоскостью 45 полукрышки 43 и плоскостью лыски 36 штока 6. Для измерения могут использовать щупы либо лупу Брюнеля. Если ширина паза по его длине не постоянна, т.е. плоскость лыски штока 6 не параллельна плоскости 45, на граненую, например шестигранную концевую часть 21 штока 6, накидывают ключ с соответствующим шестигранным отверстием и шток 6 поворачивают так, чтобы плоскость его лыски стала параллельной плоскости 45 полукрышки 43. Затем полукрышку 43 снимают, концевую часть 21 срезают (например, ножовкой). При этом натяг (3-10 мкм) между первой шейкой штока 6 и отверстием в головке штыря препятствует самовольному провороту штока 6 при отрезке концевой части 21 и нарушению отрегулированного положения лыски на штоке 6. Затем шток 6 подпирают в торец в конце, где находится лыска 36, чтобы он не мог сместиться в осевом направлении, и первый конец штока 6 заклепывают в коническом отверстии головки упругого элемента 3 и выравнивают заподлицо плоскому торцу его полусферической головки. Далее к упругому элементу 3 крепят крышку 12, навинчивают до отказа контргайку 8 с уплотнительным кольцом и упругий элемент 3 заворачивают в резьбовое отверстие корпуса 1. Одновременно с этим в корпус 1 завинчивают два штыря 4. Однако, не довернув их до конца, в отверстие корпуса устанавливают шпиндель 5 и вкладыши 2. после чего вкладыши фиксируют и выставляют нужное положение шпинделя 5 окончательным завинчиванием упругого элемента 3 и штырей 4 в корпусе 1. После этого упругий элемент 3 фиксируют завинчиванием контргайки 8. которая одновременно зажимает уплотнительное кольцо, предохраняющее от течи масла через резьбу из корпуса 1. Штыри 4 фиксируют. заворачивая контргайки 10 с уплотнитель- ными шайбами 11. Для измерения упругих деформаций упругого элемента 3 в его отверстие вставляют и закрепляют преобразователь 7. который измерительным наконечником упирается в лыску штока 6,

Если в подшипнике применяют упругий

элемент 3 по форме фиг.2, то здесь перед сборкой штока 6 на лыске 36 сначала при помощи винта 18 крепят сердечник 17 индуктивного преобразователя. Затем, как и

0 для вышеописанного случая, шток 6 собирают в отверстии упругого элемента 3, одевают полукрышку 43 и выверяют параллельность сердечника 17 к плоскости 45, отрезают граненую часть 21 и шток 6

5 заклепывают в отверстии головки упругого элемента 3. Затем снимают полукрышку 43 и ставят на ее место крышку 12 с собранными в ней магнитными сердечниками 15 с обмотками 16 индуктивного преобразовате0 ля. При этом магнитные сердечники 15 при сборке ориентированы так, что посадка крышки 12 по отверстиям 44 обеспечивает параллельность плоскости их торцов к заранее отрегулированному (по вышеописанно5 му слособу) направлению плоскости сердечника 17. Окончательную электрическую балансировку индуктивного преобразователя осуществляют при помощи винта

20после сборки. Винт 20 упирается в шейку 0 14. поэтому при его вращении упругая перемычка 13 прогибается и магнитные сердечники 15 перемещаются относительно сердечника 17.

Упругий элемент 3 (фиг.6. 7) собирают 5 следующим образом. Сначала, как и для фиг.1, шток 6 устанавливают в отверстии головки упругого элемента 3. Затем к корпусу упругого элемента крепят электрод 33 емкостного преобразователя. Через про- 0 дольный вырез 37 вставляют пластину 32 и крепят ее к лыске 36 штока 6 при помощи винта 18, вставляемого через отверстие 38. Далее при помощи щупов измеряют с двух диаметрально противоположных сторон за- 5 зор между электродом 33 и пластиной 32. Если зазор неодинаковый, его регулируют поворотом штока 6 вокруг оси при помощи ключа, набрасываемого на граненую часть

21(фиг.2). После регулировки зазора шейку 0 21 отрезают, через внутреннее осевое отверстие в упругом элементе 3 подпирают шток 6 в торец с конца, где находится лыска, и переднюю шейку штока 6 заклепывают в коническом отверстии головки штыря. За5 тем на электрод 33 с диаметрально противо- положных сторон устанавливают дополнительные прокладки 35. на них сверху ставят электрод 34 и крепят винтами к корпусу. После этого на упругий элемент 3 надевают тарельчатую пружину 31 (фиг.5), и

на шариках 22 с сепараторами 40 и 41 собирают в корпусе опоры 23, завинченном резьбовой шейкой в корпусе 1 так, что головкой упругий элемент 3 входит в полусферическое отверстие вкладыша 2 подшипника, ус- таноиленного. как описано, над шпинделем 5. Затем устанавливают нижние ролики 24 с сепаратором 42, к.,ин 25, гидроцилиндр 28, собранный с поршнем 27, при помощи штифта 26 соединяют шток псршня 27 с клином 25, устанавливают верхние ролики 24 с сепаратором 42, полусферическую опору 29 и крышку 30. Первоначально положение вкладыша 2 относительно шпинделя 5 регулируют за счет положения крышки 30 по высоте, для чего между установочной плоскостью крышки 30 и торцовой плоскостью корпуса опоры 23 . -танавливают прокладку соответствующей толщины (на фиг.5 эта прокладка не показана), и крышку крепят винтами к корпусу опоры 23. Положение других вкладышей подшипника регулируют штырями 4, как описано для случая фиг.1. Действительный же зазор в работе подшипника между шпинделем и вкладышами регулируют автоматически за счет перемещения клина 25 от штока поршня 27. Клин 25, перемещаясь, перемещает упругий элемент 3.

Многоклиновь й самоустанавливающийся подшипник работает следующим образом

Электрические преобразователи подключены к сети питания (не показано). При вращении шпинделя 5 между шпинделем и вклсдышами 2 образуется гидродинамический клин смаз и, который давит на вкладыши и старается оттолкнуть их в радиальном направлении. Радиальная сила сх атия от вкладыша передается на головку упругого элемента 3 и действует вдоль его оси Эта сила воспринимается шейкой 9 упругого элемента 3. Так как шейка 9 расположена эксцентрично по отношению к продольной оси упругого элемента 3, то от радиальной сыш F, действующей вдоль оси упругого элемента, на шейке возникает момент изгиба

М - F е ,

где е - величина эксцентриситета центра тяжести поперечного сечения шейки 9 по отношению к оси упругого элемента 3.

От действия момента изгиба шейка прогибается. От этого продольный шток 6 поворачивается под углом по отношению к продольной оси упругого цемента 3 Величина поворота измеряется в одном случае преобразоватетем 7. В другом случае от поворота штока б сердечник 17 индуктивного преобразователя смещается относительно магнитных сердечников 15, к одному из них приближаясь, а относительно другого уда- ляг.сь. От этого меняется магнитное сопро

тивление в преобразователе, преобразователь выдает электрический сигнал соответственно величине смещения сердечника 17. В третьем случае смещается средний элект- род 32 емкостного преобразователя относи- тельно электродов 33 и 34, Поэтому меняется емкость между електродами, преобразователь выдает соответствующий электрический сигнал. Полученный сигнал

0 может быть использован как для измерения силы, действующей на упругий элемент, в том числе силы резания, так и для управления процессом обработки.

Для индуктивного преобразователя, по5 казанного на фиг.2, винт 20 используется для регулировки начального сигнала с преобразователя. Для этого винт 20 поворачивается в резьбе, упорным концом воздействует на наружную поверхность

0 шейки 14 крышки 12, прогибает упругую перемычку 13 и смещает магнитные сердечники 15 относительно сердечника 17. При этом исходный сигнал с преобразователя регулируется, например, на ноль, тем самым ба5 лансируется преобразователь.

В случае, когда упругий элемент 3 использован для взаимосвязи с регулировочным клином 25. сигнал с преобразователя используется и для регулировки зазора (тем

0 самым гидродинамической силы) в соединении вкладыша 2 со шпинделем 5 для обеспечения точности вращения шпинделя 5 в подшипниках, и для измерения силы резания. Для этого на холостом ходу регулирует5 ся заданная величина гидродинамической силы в подшипнике. Сигнал с преобразователя после усиления в электронном усилите- г.е передается на гидравлический распределитель с электроуправлением (по0 следние не показаны). Распределитель управляет перемещением штока поршня 27 гидроцилиндра 28 так, чтобы гидродинамическая сила установилась заданной величины. После этого управление

5 гидроцилиндром отключается, шток поршня 27 стоит на месте, и в рабочем ходу по отклонению показаний преобразователя от показаний, отрегулированных на холостом ходу, оценивается сила резания.

0Гак как продольный шток 6 намного

длиннее шейки упругого элемента, он передает деформацию прогиба шейки на преобразователь в увеличенном масштабе, т.е. используется в качестве мультипликатора

5 упругих перемещений, что при большой жесткости упругого элемента обеспечивает повышенную чувствительность измерений, а поскольку температурные деформации не оказывают влияния на точность измерений, то повышается и надежность контроля.

Формула изобретения

1.Многоклиновый самоустанавливающийся подшипник, содержащий корпус, шпиндель, самоустанавливающиеся вкладыши, расположенные вокруг шпинделя, по крайней мере один из которых смонтирован в корпусе на упругом элементе, выполненном с осевым отверстием и состоящим из головки и посадочной части, и продольный шток, одним концом жестко закрепленный в упругом элементе, а другим связан с преобразователем, отличающийся тем, что. с целью повышения точности и надежности контроля нагрузки на шпиндель, упругий элемент выполнен с шейкой. расположенной между головкой упругого элемента и его посадочной частью, ось шейки смещена относительно оси посадочной части упругого элемента, при этом толщина стенки шейки меньше со стороны смещения ее оси, чем с противоположной, причем закрепленный конец продольного штока размещен в головке упругого элемента, а на конце, связанном с преобразователем, выполнена опорная поверхность для преобразователя, при этом средняя часть штока размещена с зазором в осевом отверстии упругого элемента.

2.Подшипник по п.1, о т л и ч а ю щ и й- с я тем. что, с целью уменьшения размеров упругого элемента и упрощения его сборки, в корпусе преобразователь выполнен электромеханическим с подвижным элементом, опорная поверхность продольного штока для преобразователя выполнена в виде лы- ски с крепежными отверстиями для подвижного элемента.

3.Подшипник по пп.1 и 2, о т л и ч а ю- щи йся тем, что преобразователь выполнен индуктивным, а подвижный элемент - в виде сердечника.

4.Подшипник по пп. 1-3, отличающийся тем, что преобразователь выполнен

емкостным, а подвижный элемент - в виде среднего электрода.

5.Подшипник по пп.1 и2,отличаю- щ и и с я тем, что. с целью автоматической

регулировки зазора между вкладышем и шпинделем и упрощения сборки, на посадочной части упругого элемента выполнена проточка, а напротив крепежных отверстий лыски продольного штока выполнено поперечное отверстие и продольный вырез.

6.Способ сборки многоклинового самоустанавливающегося подшипника, заключающийся в том, что в осевом отверстии упругого элемента монтируют продольный

шток, затем устанавливают вкладыши подшипника и шпиндель, после чего регулируют положение оси шпинделя относительно корпуса посредством перемещения упругих элементов, отличающийся тем, что. с

целью повышения точности и надежности контроля нагрузки на шпиндель, продольный шток со стороны, противоположной лы- ске. изготавливают концевой частьюи после установки его с натягом в осевом отверстии

головки упругого элемента поворачивают вокруг оси штока за его граненую концевую часть, регулируя разворот лыски продольного штока относительно оси посадочной части упругого элемента, после чего граненую

концевую часть штока отрезают и заклепывают его в головке упругого элемента.

7.Способ по п.6. отличающийся тем. что перед регулировкой разворота лыски продольного штока, подвижный элемент

электромеханического преобразователя вставляют в упругий элемент через продольный вырез, после чего через поперечное отверстие упругого элемента винт вводят в крепежное отверстие на лыске продольного

штока и закрепляют подвижный элемент в нем. затем регулируют положение подвижного элемента электромеханического преобразователя относительно неподвижных частей последнего.

21

Фиг. 2

20 № К

А-А

Фиг. 5

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в шпинделях металлорежущих станков Цель изобретения - повышение точности и надежности контроля нагрузки на шпиндель Многоклиновый самоустанавливающийся подшипник содержит корпус 1, шпиндель 5, самоустанавливающиеся вкладыши 2 смонтированные на упругом элементе 3 В голо4 вке упругого элемента закреплен шток 6, опорная поверхность которого связана с преобразователем На упругом элементе 3 выполнена шейка, смещенная относительно его оси. К лыске может быть прикреплен подвижный элемент электротехнического преобразователя. Способ сборки многоклинового самоустанавливающегося подшипника заключается в следующем. В осевое отверстие упругого элемента 3 монтируют шток б с граненой частью, регулируют положение лыски штока и отрезают граненую часть Затем заклепывают шток 6 и собирают вкладыши 2 со шпинделем 5. При нагрузке на вкладыше 2 усилие через шейку упругого элемента 3 передается на шток 6, конец которого, связанный с преобразователем, перемещается. Перемещения штока регистрируются и в зависимости от этого выдается команда на перемещение упругого элемента 3. 2 с. и 5 з.п. ф-лы, 8 ил. со С 1 о ю hO ю 8 Фм.1

28

26

Г

312124 25 29 30

Фиг. 5

t

CO

H

сь

I Qs

t

C

y

Ю

Xk

Ю

so

45

Фиг. 8