Гидростатическая опора Советский патент 1992 года по МПК F16C32/06 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в шпиндельных узлах и системах адаптивного управления металлорежущих станков, преимущественно токарных.

Известны гидростатические и аэростатические подшипники скольжения, содержащие корпус, цапфу вала, подвижную втулку, установленную в корпусе на упругом подвесе в виде эластичных колец, соединенных эластичными перегородками, образующими между корпусом и втулкой управляющие камеры, питаемые под давлением через входные дроссели (или по системе насос-карман) и сообщающиеся с несущим слоем каналами во втулке. Недостатками известных решений являются зна- чительные габаритные размеры при отрицательной податливости подшипника, вызванные необходимостью превышения эффективной площади управляющих камер над эффективной площадью н есущих карманов, и недостаточная устойчивость, связанная с отсутствием демпфирования Потоков смазки междууправляющими камерами и несущим слоем.

Известна также опора скольжения, со- держащая размещенную в корпусе обойму, установленную в обойме на упругом подвесе в виде упругих колец, соединенных упругими перегородками, и охватывающую цапфу вала втулку с радиальными отверстиями подвода смазки в рабочий зазову прав- лякзщие камеры, ограниченные внутренней поверхностью обоймы, наружной поверхностью втулки и упругими кольцами, образующими боковые стенки камер, а также выполненные в обойме каналы для соединения управляющих камер с источником подачи смазки через входной дроссель, внутренняя поверхность обоймы, внутренняя и наружная поверхности втуяки и сопряженные с обоймой и втулкой поверхности упругих колец выполнены коническими, входной дроссель выполнен в виде щелей, образованных предусмотренными на наружной поверхности обоймы выступами и внутренней поверхностью корпуса, а радиальные отверстия подвода смазки в рабочий зазор снабжены демпфирующими дросселями. Данная опора позволяет получить существенную радиальную и осевую отрицательную податливость при достаточ- но высоком динамическом качестве, однако имеет значительные габаритные размеры, увеличивающиеся при возрастании сопротивления демпфирующих дросселей.

Наиболее близкой к заявляемой опоре по технической сущности является гидростатическая опора, содержащая корпус, охватывающую цапфу вала с рабочим зазором и установленную в корпусе на упругом подвесе в виде упругих колец, соединенных упругими перегородками, подвижную .втулку с

несущими карманами и сообщающиеся с источником подачи смазки под давлением входные дроссели, а также управляющие камеры, ограниченные внутренней поверхностью корпуса, наружной поверхностью

0 втулки,упругими перегородками и упругими кольцами, и выполненные во втулке демпфирующие дроссели для соединения управляющих камер с несущими карманами. Целью изобретения является уменьше5 ние габаритных размеров и повышение надежности работы гидростатической опоры. Это достигается тем, что в гидростатической опоре, содержащей корпус, обхватывающую цапфу вала с рабочим зазором и

0 установленную в корпусе на упругом подвесе в виде упругих колец, соединенных упругими перегорбдкэми, подвижную втулку с несущими карманами,питаемыми от источника подачи смазки под давлением через f

5 входные дроссели, а также управляющие камеры, ограниченные внутренней поверхностью корпуса, наружной поверхностью втулки, упругими кольцами и упругими перегородками ; и выполненные во втулке ка,нэлы

0 с дросселями для соединения управляющих камер с несущими карманами, имеются дополнительно входные дроссели, питающие управляющие камеры от источника давления смазки, а дроссели, соединяющие уп5 равляющиё камеры с несущими карманами, выполнены в виде щелей, образованных поверхностями скольжения втулки и цапфы вала, При этом на внутренней поверхности втулки могут быть выполнены канавки, явля0 ющиеся продолжением соединительных каналов, а сами каналы могут быть снабжены демпфирующими дросселями постоянного сопротивления.

На фиг. 1 показана гидростатическая

5 опора, общий вид по п. 1; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - опора по п. 2; на фиг, 4 - разрез Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 - общий вид опоры по п. 3, на фиг, б - зависимости суммарной податливости Ка цапфы

0 вала от отношения д эффективных площадей управляющих камер Sy и несущего слоя SH при одной и той же внешней нагрузке для заявляемой опоры и опоры-прототипа. В корпусе 1 (фиг. 1 и 2) на упругом под5 весе в виде упругих колец 2, соединенных упругими перегородками 3, установлена подвижная втулка 4, обхватывающая цапфу 5 вала с рабочим зазором и имеющая входные дроссели 6, радиальные каналы 7, а на внутренней поверхности - несущие карманы 8

На выходе каналов 7 выполнены дросселирующие щели 9. образованные поверхностями скольжения втулки 4 и цапфы 5 вала при помощи предусмотренных на внутренней поверхности втулки 4 выступов 10. В качестве выступов 10 целесообразно использовать среднюю кольцевую перемычку, разделяющую несущие карманы 8 на два кольцевых ряда. Между внутренней поверхностью корпуса 1 и наружной поверхностью втулки 4 расположены управляющие камеры 11, ограниченные по периферии упругими кольцами 2 и упругими перегородками 3. При этом каждый несущий карман 8 питается от источника (на фиг. 1 и фиг. 2 не показан) под давлением РН1 const через отдельный входной дроссель 6, а каждая управляющая камера 11 - под давлением Рн2 const через отдельный входной дроссель 12. Каждая управляющая камера 11 сообщается с соответствующими несущими карманами 8 через отдельные канал 7 и росселирующую щель 9

Гидростатическая опора работает следующим образом.

Смазка от источника под давлением РН1 const через входные дроссели 6 поступает в несущие карманы 8, а под давлением Рн2 const через входные дроссели 12 - в управляющие камеры 11. Из последних смазка через дросселирующие щели 9 истекает в несущие карманы 8, откуда дроссели- руясь на перемычках гидростатической опоры поступает на слив

При нагружении цапфы 5 вала давление смазки в нагружаемых несущих карманах 8 и связанных с ними управляющих камерах 11 возрастает, а в разгружаемых несущих карманах 8 и связанных с ними управляющих камерах 11 - уменьшается. Одновременно происходит перераспределение величин зазоров дросселирующих щелей 9: зазор дросселирующей щели 9, связывающей нагружаемые несущие карманы 8 и упавляющие камеры 11, уменьшается, а зазор дросселирующей щели 9, связывающей разгружаемые несущие карманы 8 с разгружаемыми управляюа ми камерами 11, - увеличивается. При этом сопротивление истечению смазки из нагружаемой управляющей камеры 11 возрастает и авление смазки в ней дополнительно увеличивается а сопротивление истечению смазки из разгружаемых управляющих камер 11 уменьшается и давление в последней дополнительно уменьшается. При словии равенства эффективных площадей правляющих камер 11 и несущего смазочного слоя равнодействующая сил давления мазки на втулку 4 перемещает последнюю

против внешней нагрузки на определенную величину. При соответствующей настройке дросселей 12, 9 и 6 в результате отмеченного характера изменений давления в управ- 5 ляющих камерах 11 опора может обладать существенной отрицательной податливостью даже при РН2 Рн1 и площади камер 11 меньшей, чем несущих карманов 8.

При необходимости на выступах 10 мо0 гут быть выполнены канавки 13 (фиг. 3 и 4), являющиеся продолжением каналов 7, а сами каналы 7 могут быть снабжены де- мпфирущими дросселями постоянного сопротивления, как это показано на фиг. 5.

5

Следует отметить, что динамические характеристики заявляемой гидростатической опоры являются также достаточно высокими (даже при отсутствии демпфирующих

0 дросселей постоянного сопротивления в каналах 7), т.к. при оптимальной настройке дросселей 6, 9 и 12 сопротивление входного Дросселя 12 должно быть более чем в 10 раз большим по сравнению с сопротивлением

5 дросселя 6, т.е. управляющие камеры являются малопроточными, основной расход смазки происходит через входные дроссели 6, питающие несущие карманы. Кроме того, оптимальное еопротивление дросселирую0 щих щелей 9 также больше (в 3.. 6 раз) сопротивления дросселей 6. Поэтому доминирующее влияние на динамику рассматриваемой опоры оказывает основной протонный тракт (дроссели 6 - несущие кар5 маны - перемычки) и показатели динамического качества заявляемой опоры близки к аналогичным показателям гидростатической опоры с постоянными дросселями и неподвижной втулкой, что подтверждено

0 проведенными автором теоретическими исследованиями.

На фиг. 6 показаны зависимости суммарной податливости Ка цапфы 5 вала от

5 отношения д эффективных площадей управляющих камер и несущего смазочного слоя для заявляемой опоры (кривая 1) и для опоры-прототипа (кривая 2) при одной и той же внешней нагрузке, характерной для дан0 ных опор. Из графиков следует, что при одной и той же отрицательной податливости заявляемая опора имеет значительно меньшую эффективную площадь управляющих камер. Данные зависимости построены для

5 случая РН1 Рн2 одинаковой радиальной жесткости упругого подвеса, причем в качестве настроечных параметров дросселей 12 и 9 заявляемой опоры использованы не оптимальные, а небольшие значения сопротивления дросселя 12

При условии Рн2 Рн1 заявляемая опора может обладать любой практически необходимой податливостью даже при (.

Таким образом, с одной стороны, введение в конструкцию гидростатической опоры дополнительных входных дросселей, питающих управляющие камеры, и выполнение дросселей, соединяющих управляющие камеры с несущими карманами, в виде щелей между поверхностями скольжения втулки и цапфы вала, уменьшает габаритные размеры опоры при ее отрицательной податливости. С другой стороны, эти же конструктивные отличия позволяют реализовать эффективный отток воздуха из управ- ляющих камер, уменьшить вероятность засорения соединительных дросселей и повысить тем самым надежность работы гидростатической опоры.

Формула изобретения

1. Гидростатическая опора, содержащая корпус, обхватывающую цапфу вала с рабочим зазором и установленную в корпусе на упругом подвесе в виде упругих колец, соединенных упругими перегородками, по- движную втулку с несущими карманами, сообщающимися с источником подачи смазки под давлением через входные дроссели, а также управляющие камеры, ограниченные внутренней поверхностью корпуса, наружной поверхностью втулки, упругими кольцами и упругими перегородками, и вы-, полненные во втулке каналы с дросселя ми для соединения управляющих камер с несущими карманами,отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности работы и уменьшения габаритных размеров, она снабжена дополнительно сообщающими управляющие камеры с источником подачи смазки под давлением входными дросселями, а соединяющие управляющие камеры с несущими карманами дроссели выполнены в виде щелей, образованных поверхностями скольжения втулки и цапфы вала.

2.Опора по п. 1, отличающаяся тем, что на внутренней поверхности втулки в пределах дросселирующих щелей выполнены сообщающиеся с каналами канавки.

3,Опора по п. 1,отличающаяся тем, что каналы снабжены демпфирующими дросселями постоянного сопротивления.

Использование: в шпиндельный узлах, системах адаптивного управления металлорежущих станков и позволяет достичь значительную статическую отрицательную податливость, необходимую для компенсации упругой системы станка. Сущность изобретения: в корпусе 1 опоры на упругих кольцах 2, соединенных упругими перегородками, установлена подвижная втулка 4, обхватывающая цапфу с рабочим зазором и имеющая входные дроссели 6, соединительные каналы 7, а на внутренней поверхности - несущие карманы 8. Между корпусом 1 и втулкой 4 распопожены малопроточные управляющие камеры 11, ограниченные по риферии упругими кольцами 2 и упругими перегородками 3. Каждая управляющая камера 11 питается через входной дроссель 12 большого сопротивления, а каждый несущий карман 8 - через входной дроссель 6. На выходе соединительных каналов 7 расположены дросселирующие щели 9, образованные поверхностями скольжения втулки 4 и цапфы 5 вала при помощи предусмотренных выступов 10 на внутренней поверхности втулки 4, Управляющие камеры 11 соединены с несущими карманами 8 через каналы 7 и дросселирующие щели 9, сопротивление которых изменяется при нагруже- нии опоры. За счет больших приращений давления смазки вуправляющих камерах 11 по сравнению с приращениями давления в несущих карманах 8 при нагружении гидростатической опоры обеспечивается уменьшение необходимой для реализации отрицательной податливости эффективной площади управляющих камер 11 и тем самым уменьшение габаритных размеров. 2 з.п.ф-лы, 6 ил, .4 сл С XI со XI XI ю

11

А-А

u

Ј}

аиф

г

&

н.

9-5

0/

У//77/ЖУ//7.

/ v ifyxv ... ./

k X

5a

РхХта

Z

ЖШОУХ/.

ti

ZAifrSIl

-/5

0.75

225