Шпиндельный узел Советский патент 1992 года по МПК B23B19/02 

Изобретение относится к станкостроению и может быть использовано в станках. работающих с большими диапазонами осевых нагрузок и частот вращения, например для многоцелевых станков.

Целью изобретения является повышение долговечности и надежности шпиндельного узла при работе с большими осевыми нагрузками за счет стабилизации минимально необходимей .величины остаточного натяга в подшипниках задней опоры.

На чертеже изображен шпиндельный узел, разрез.

Шпиндельный узел содержит корпус 1. шпиндель 2, смонтированный на двух опорах, и-узел стабилизации натяга.

Передняя опора состоит, например, из трех радиально-упорных подшипников 3-5, задняя - из двух радиально-упорных подшипников 6 и 7, наружные кольца которых посажены в корпусе 1 свободно. Механизм стабилизации, установленный между передней и задней опорами, содержит установленный спиной к подшипникам задней опоры дополнительный радиально-упорный подшипник 8, распорные втулки 9 и 10, установленные между кольцами радиально- упорного подшипника 5 передней опоры и

XI

сл сл о

СП

дополнительного радиально-упорного подшипника 8. а также распорные втулки 11 и 12, установленные между кольцами дополнительного радиально-упорного подшипника 8 и радиально-упорного подшипника 6 задней опоры.

Осевой предварительный натяг радиально-упорного подшипника механизма стабилизации устанавливают исходя из его минимально необходимой величины

FHC 1,5tg a Fr + 0,5 Fa, где а - угол контакта подшипника, Fr, Fa - радиальная и осевая нагрузки на подшипник соответственно.

Натяг радиально-упорных подшипников передней опоры устанавливают из условия обеспечения требуемой величины осевой жесткости

Р1/з а-1,5(С31з)2/3 FH3

г нп

1,5.(Ci.h)2/3 где ja - требуемая величина осевой жесткости шпиндельного узла; FHa величина предварительного натяга радиально-упорных подшипников задней опоры:

F нз FHH + FHC

И, з - число подшипников в передней и задней опорах соответственно.

Коэффициенты Ci и Сз определяются по известным формулам:

Ci 105 V 1,25 DTI Zi sin5 2 «1 ;

Сз Ю5 Vi,25DT3 Z3 sin 03 ,

где Zi, Zs, DT1, DT3, «1.03 - количество и диаметры шариков и углы контакта соответственно подшипников передней (индекс 1) и задней (индекс 3) опор.

Требуемые величины предварительных натягов создают соответствующим подбором длин втулок 9-12. При этом соотношение длин втулок необходимо подобрать. Значения натягов(5i, 5a и(5з определяют по формуле

А р2/3 1(г , v2/3 От - г нт/(()

где т - индекс опоры (т 1 для передней, т 2 для дополнительной и m 3 для задней опоры).

Получим

(с 2/327S 2/k2B + F2/3H3/(C3i3)2/3 + +FHc273/(C2i2)2/3

2/3;

Шпиндельный узел работает следующим образом.

Когда на шпиндель 2 начинает действовать внешняя осевая нагрузка Fa, шпиндель за счет

упругих деформаций в подшипниках 3-5 передней опоры перемещается влево, при этом натяг в подшипниках 6 и 7 задней опоры уменьшается, а в дополнительном подшипнике 8 увеличивается за счет перемещения его внутреннето кольца вместесо шпинделем. При этом его наружное кольцо фиксировано под воздействием на него усилия предварительного натяга подшипников 6 и 7 задней опоры через распорную втулку 11. Указанное изменение на

тяга происходит до значения внешней осевой нагрузки Fa , определяемой из соотношения:

FV/3-F2/3Hn

+

JF2/3

FH2/3)(Cih)2/3

()2/3 +()

2/3

при которой величины натягов дополнительного подшипника 8 и подшипников 6 и 7 задней

опоры становятся равными между собой. При дальнейшем увеличении осевой нагрузки величины натяга в подшипниках 6 и 7 задней опоры и в дополнительном подшипнике 8 остаются неизменными, а сами подшипники перемещаются со шпинделем, раскрывая стык между наружным кольцом дополнительного подшипника 8 и распорной втулкой 9.

При снятии осевой нагрузки шпиндель возвращается в исходное положение за счет

усилия натяга подшипников 3-5 передней опоры. При этом наружное кольцо дополнительного подшипника 8 упирается в распорную втулку 9, а за счет дальнейшего перемещения его внутреннего кольца вместе со шпинделем

2 уменьшается натяг в этом подшипнике. Это приводит кувеличению натяга в подшипниках 6 и 7 задней опоры за счет перемещения их внутренних колец вместе со шпинделем 2 относительно наружных колец, которые удерживаются наружным кольцом дополнительного подшипник 8 через втулку 11. Возвращение элементов шпиндельного узла в исходное состояние при снятии осевой нагрузки происходит за счет уменьшения сжатия стыков,

которые получили дополнительные (сверх предварительного) натяги при приложении внешней осевой нагрузки.

Таким образом, предложенный шпиндельный узел имеет большую долговечность и надежность при более простой конструкции.

Кроме того, исключение необходимости создавать в опорах шпиндельного узла большой предварительный натяг для восприятия больших осевых нагрузок позволяет существенно снизить тепловыделение в

опорах узла, а следовательно, уменьшить тепловые деформации станка и затраты на охлаждение узла и потери энергии на трение в подшипниках. Это позволяет поднять точность обработки на станке. Снижение необходимой величины предварительного натяга в опорах шпинделя позволяет при сохранении высокой его осевой нагрузочной способности обеспечить высокую быстроходность шпинделя без дополнительной сложной системы управления натягом. Это обеспечивает возможность применения высоких скоростей резания при обработке, следовательно, повышает качество и производительность отработки изделий на станке.

Формула изобретения Шпиндельный узел, содержащий корпус, шпиндель, смонтированный в корпусе на передней и задней опорах в виде ради- ально-упорных подшипников, и устройство для изменения натяга в опорах, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и долговечности при работе с

й

большими осевыми нагрузками, узел снабжен механизмом стабилизации заданного остаточного натяга задней опоры, расположенным между опорами шпинделя и выполненным в виде установленного спиной к задней опоре дополнительного радиально- упорного подшипника и четырех распорных втулок, две из которых выполнены с соотношением длин LiH LIB + 5i 62 и установле- 10 ны между кольцами радиально-упорных подшипников передней и дополнительной опор, а две другие с соотношением длин 2н- + 52 и установлены между кольцами радиально-упорных подшипников дополни- 15 тельной и задней опор, где LIB, L2B -длины втулок, установленных между внутренними кольцами радиально-упорных подшипников; LiH, L2H -длины втулок, установленных между наружными кольцами радиально- 20 упорных подшипников; 61,62,63- предварительные натягиподшипников соответственно передней опоры, дополнительного подшипника и задней опоры.

25

Изобретение относится к станкостроению и может быть использовано в станках, работающих с большими диапазонами осевых нагрузок и частот вращения, Целью изобретения является повышение надежности и долговечности шпиндельного узла. Это достигается за свет снижения натяга в подшипниках задней опоры. Шпиндельный узел содержит корпус 1 и шпиндель 2. Узел снабжен механизмом стабилизации, установленным между передней и задней опорами шпинделя 2 и выполненным в виде установленного спиной к подшипникам задней опоры дополнительного радиально- упорного подшипника и распорных втулок с соотношением длин UH LIB +. 5i- дг, установленных между кольцами радиально- упорных подшипников передней и дополнительной опор и соотношением длин L2H L.2B + 5з+ 5 2 , установленных между кольцами радиально-упорных подшипников дополнительной и задней опор, где Цн - длины втулок, установленных между внутренними кольцами радиально-упорных подшипников; 2н - длины втулок между наружными кольцами этих подшипников: 3i, 62, 63 - предварительные натяги в подшипниках соответственно передней, дополнительной и задней опор. 1 ил. сл с

/2 6

i i