Шпиндельная опора Советский патент 1992 года по МПК F16C25/06 

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

Известна конструкция, содержащая нагружающее устройство, создающее нагрузку на подшипники пропорционально мощности резания посредством магнито- стрикционной втулки.

Недостатком этой конструкции является отсутствие самоустановки подшипников, поэтому зазор-натяг зависит от: износа тел качения, температурных деформаций, деформаций от нагрузок на шпиндель, точности изготовления подшипникового узла.

регулировки делителя напряжения. Неблагоприятное стечение всех указанных факторов может привести либо к недопустимому зазору, либо к перетяжке подшипников.

Известна конструкция, содержащая нагружающее устройство, создающее нагрузку на подшипники посредством пружины и инерционных грузов. Сила пружины равна наибольшей осевой силе, действующей на шпиндель. Инерционные грузы уменьшают силу пружины пропорционально частоте вращения шпинделя.

Недостатком этой конструкции является то. что подшипник нагружается силой, о

VI

00

ь.

VI

О vl

два раза большей, чем полезная нагрузка, поэтому конструкция имеет завышенную массу. Наличие инерционных грузов со многими точными и трущимися деталями усложняет конструкцию.

Известна конструкция, содержащая нагружающее устройство, создающее нагрузку на подшипники посредством гидроцилиндра и уменьшающее силу нагружения при увеличении числа оборотов.

Недостатком этой конструкции является о/чУб поДШйШйк н фужается силой, в два раза бШьшейГче м пЪлезная нагрузка, поэҐому консТруТЙХйПимеет завышенную массу. Наличие гидроцилиндра со многими точными и трущимися деталями усложняет конструкцию., 5

Известна конструкция, содержащая устройство предварительного натяга подшипников посредством пружины.

Недостаток конструкции состоит лишь в том, что шпиндель жестко зафиксирован только в одном направлении.В противоположном (обратном)направлении шпиндель удерживается пружиной и при осевой нагрузке, которая больше предварительного натяга, перемещается.

Целью изобретения является расшйре- ние функциональных возможностей шпиндельной опоры с предварительным пружинным натягом путем жесткого восприятия обратных осевых сил

Это достигается тем, что шпиндельная опора, содержащая сооско размещенные в корпусе шпиндель с подшипниками, неподвижный фланец с цилиндрическим элементом, закрепленный в корпусе и фиксирующий наружное кольцо одного подшипника, устройство предварительного натяга, выполненное в виде подпружиненной относительно торца цилиндрического элемента втулки, установленной с возможностью осевого перемещения и контактом с наружным кольцом другого подшипника, имеет цилиндрический элемент, жестко соединенный с фланцем и выполненный с наружной кольцевой проточкой, на поверхности которой размещен хвостовик подпру- жиненной втулки, на поверхности кольцевой проточки выполнен кольцевой паз, в котором размещена резиновая втулка и пластичное магнитореологическое вещество, на внутренней поверхности цилиндрического элемента в зоне кольцевого паза размещен электромагнит, на фланце размещен переключатель, электрически связанный с электромагнитом, а вал выполнен с гребнем, размещенным с зазором во фланце с возможностью контакта с переключателем

На фиг. 1 показана шпиндельная опора в продольном разрезе, наибольшая осевая сила Р действует в прямом направлении; на фиг. 2 - шпиндельная опора в продольном разрезе в состоянии нагружения силой Р в обратном направлении в момент включения переключателя; на фиг. 3 - та же опора в состоянии нагружения силой Р в прямом направлении в момент отключе0 кия переключателя; на фиг, 4 - диаграмма состояния магнитореологического вещества (твердое, пластичное) от направления перемещения шпинделя.

Шпиндельная опора, содержащая соос5 но размещенные в корпусе 1 шпиндель 2 с подшипниками 3 и 4, неподвижный фланец 5 с цилиндрическим элементом 6, закрепленным в корпусе 1 и фиксирующий наружное кольцо подшипника 3, устройство

0 предварительного натяга, выполненное в виде подпружиненной относительно торца цилиндрического элемента 6 втулки 7, установленной с возможностью осевого перемещения и контактом с наружным кольцом

5 подшипника 4.

Устройство предварительного натяга обеспечивает оптимальный натяг в подшипниках, преодолевая силу трения в зазоре 8. Между цилиндрическим элементом 6 и под0 пружиненной втулкой 7 обеспечивается зазор Б (фиг. 1), превышающий по величине возможные перемещения задней опоры подшипника 4.

Цилиндрический элемент б жестко сое5 динен с фланцем 5 и выполнен с наружной кольцевой проточкой, на поверхности которой размещен хвостовик подпружиненной втулки 7, на поверхности кольцевой проточки выполнен кольцевой паз, в котором раз0 мещена резиновая втулка 9 и пластичное магнитореологическое вещество 10, на внутренней поверхности цилиндрического элемента 6 в зоне кольцевого паза размещен электромагнит 11, на фланце 5 разме5 щен переключатель 13, электрически связанный с электромагнитом 11, а вал 2 выполнен с гребнем, размещенным с зазором во фланце 5 с возможностью контакта с переключателем 13,

0 Шпиндельная опора работает следующим образом: при действии осевой силы Р в прямом направлении нагрузку воспринимает подшипник 3; между гребнем шпинделя и датчиком образован максимальный

5 зазор A3 (фиг. 1, фиг 4), при котором переключатель 13 отключен, электромагнит 11 обесточен, вещество 10 находится в пластичном состоянии Устройство предварительного натягз обеспечивает самоустановку подшипника 4

При изменении направления действия осевой силы Р на обратное (фиг. 2) шпиндель 2 переместится в направлении действия силы на величину Д1 (фиг. 4). Зазор A3 уменьшится до минимального зазора А1 между переключателем 13 и переключающим элементом. При А1 происходит срабатывание переключателя 13 (фиг. 2). Переключатель 13 включает электромагнит 11. При включении электромагнита 11 маг- нитореологическое вещество 10 переходит в твердое состояние. Сила Р начинает восприниматься силовой цепью: подшипник 4/втулка 7, отвердевшее магнитореоло- гическое вещество 10, цилиндрический элемент б, фланец 5, корпус 1, с упругим сжатием элементов цепи на величину ДЗ (фиг. 4). При сближении цилиндрического элемента б и втулки 7 уменьшение объема полости происходит за счет сжатия резино- вой втулки 9.

При изменении направления действия силы Р с обратного на прямое шпиндель 2 перемещается на величину ДЗ + Д5 (фиг. 3, фиг. 4). Еще твердое магнитореологиче- ское вещество 10 отходит от цилиндрического элемента б с образованием зазора Д5. В этот момент зазор между переключателем 13 и переключающим элементом становится равным А2, переключатель 13 отключает электромагнит 11, магнитореологическое вещество 10 переходит в пластичное состояние. Резиновое кольцо 9, увеличившись в объеме под действием сил упругости, деформирует пластичное магнитореологиче- ское вещество 10 до заполнения им зазора Д5. шпиндель 2 продолжает перемещаться еще на величину Д2 (фиг 4) Мэгнитореоло- гичеокое вещество 10 деформируется под действием резины 9, заполняя увеличиваю- 4 щийся объем полости

После перемещения шпинделя 2 на величину Д4 (фиг. 4) нагружается подшипник

/ / // f &

3, шпиндельная опора приходит в первоначальное состояние (см.фиг. 1).

Шпиндельная опора предложенной конструкции имеет более широкие функциональные возможности по сравнению с прототипом. Использование предложенной опоры в станках приводит к повышению их точности и производительности при снижении затрат на производство и эксплуатацию.

Формула изобретения

Шпиндельная опора, содержащая соос- но размещенные в корпусе шпиндель с подшипниками, неподвижный фланец с цилиндрическим элементом, закрепленный в корпусе и фиксирующий наружное кольцо одного подшипника, устройство предварительного натяга, выполненное в виде подпружиненной относительно торца цилиндрического элемента втулки, установленной с возможностью осевого перемещения и контакта с наружным кольцом другого подшипника, отличающаяся тем, что. с целью расширения функциональных воз1 можностей путем обеспечения жесткого восприятия обратных осевых сил. цилиндрический элемент жестко соединен с фланцем и выполнен с наружной кольцевой проточкой, на поверхности которой размещен хвостовик подпружиненной втулки, на поверхности кольцевой проточки выполнен кольцевой паз, в котором размещены резиновая втулка и пластичное магнитореологическое вещество, на внутренней поверхности цилиндрического элемента в зоне кольцевого паза размещен электромагнит, на фланце размещен переключатель, электрически связанный с электромагнитом, а вал выполнен с гребнем, размещенным с зазором во фланце с возможностью контакта с переключателем 7 j

Использование: машиностроение. Сущность изобретения: шпиндельная опора содержит соосно размещенные в корпусе шпиндель с подшипниками, неподвижный фланец с цилиндрическим элементом, закрепленный в корпусе и фиксирующий наружное кольцо одного подшипника, а также устройство предварительного натяга, выполн енное в виде подпружиненной относительно торца цилиндрического элемента втулки, установленной с возможностью осевого перемещения и контактом с наружным кольцом другого подшипника. Имеет цилиндрический элемент, жестко соединенный с фланцем и выполненный с наружной кольцевой проточкой, на поверхности которой, размещен хвостовик подпружиненной втулки. На поверхности кольцевой проточки выполнен кольцевой паз, в котором размещена резиновая втулка и пластичное магнитореологическое вещество. На внутренней поверхности цилиндрического элемента в зоне кольцевого паза размещен электромагнит, на фланце - переключатель, электрически связанный с электромагнитом, Вал выполнен с гребнем, размещенным с зазором во фланце с возможностью контакта с переключателем. Опора позволяет обеспечить жесткое восприятие обратных осевых сил. 4 ил. ел С

п#з

At

to

vv -r. J г «

mZftj

At

At&L

Л

v

I