Динамометрическая шпиндельная опора Советский патент 1993 года по МПК B23B19/00 

t Z& ZL.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к станкостроению, и может использоваться в шпиндельных узлах коробок скоростей станков и подшипниковых узлах других механизмов как средство технического диагностирования упругоде- формационного состояния, а также как средство получения первичной измерительной информации при создании систем адаптивного управления.процессом резания по изменению составляющих сил резания в процессе изготовления деталей.

Цель изобретения - упрощение конструкции, уменьшение ее габаритов, а также повышение чувствительности к динамическим нагрузкам.

На чертеже изображена динамометрическая подшипниковая опора, осевой разрез.

Динамометрическая подшипниковая опора содержит корпус 1 с торцовыми и радиальными несущими карманами 2, На торце корпуса 1 выполнены камеры 3, по изменению давления в которых можно судить об изменении давления в несущих карманах 2. Камеры 3 связаны с карманами 2 дросселирующими каналами 4. Упругие элементы выполнены по числу несущих карманов .2 подшипников. Каждый упругий элемент выполнен сборным и состоящим из размещенных в единой обойме 5 оппозит- но расположенных стержня 6 и съемного сферического наконечника 7. В стержне 6 выполнена открытая с одной стороны цилиндрическая полость 8 с резьбовым участком на выходе, в которую запрессована тонкостенная глухая цилиндрическая втулка 9 из изоляционного материала. С противоположной стороны на стержне 6 выполнена сферическая поверхность.

В состав динамометрической подшипниковой опоры входит также мембрана 10, защемления между корпусом 1 подшипника и крышкой 11 и взаимодействующая, с од- . ной стороны, с камерой 3 подшипника, а с другой - со съемным наконечником 7. Съемный наконечник выполнен протяжен- ным по длине с торцовым ободом 12 с одной стороны и сферической поверхностью на противоположном.

В качестве датчика деформаций упругого элемента использован набор пьезокера- мических шайб 13. Набор размещен внутри изоляционной втулки 9 и поджат в осевом направлении через шайбу 14 и торцовый обод 12 съемного наконечника 7 регулировочной гайкой 15, ввинченной в резьбовой участок цилиндрической полости 8. Шайба 14 выполнена из изоляционного материала.

Для обеспечения собираемости упругого элемента наружные диаметры изоляционной втулки 9 и шайбы 14, а также наружные диаметры набора 13 и торцового обода 12

наконечника 7 равны, Вывод проводов от пьезокерамического набора 13 и торцового обода 12 наконечника 7 равны. Вывод проводов от пьезокерамического набора 13 осуществляется через отверстие 16. Для

исключения проворота сборного упругого элемента внутри обоймы, на наружной поверхности стержня выполнен паз 17, с которым взаимодействует штифт 18, запрессованный в обойму 5.

Для выборки зазоров в сопряжениях деталей сборного упругого элемента и создания предварительного натяга в пьезоке- рамическом наборе и в мембране использован механизм регулирования натяга, состоящий из вмонтированной в корпус 19 шпиндельной бабки втулки 20, в которой размещен подвижный в направлении, перпендикулярном оси корпуса, регулировочный винт 21 с микрометрической резьбовой

поверхностью с одной стороны и с опорной конической поверхностью - с другой стороны. Своей конической поверхностью винт21 взаимодействует со сферической поверхностью стержня 6. Крепление втулки 20 к корпусу 19 шпиндельной бабки осуществляется винтами 22. На цилиндрической части регулировочного винта 21 установлены уплотни- тельные кольца 23.

Натяг в сопряжениях коническая поверхность винта 21 - стержень 6 - набор 13 пьезокерамических шайб - съемный наконечник 7 - мембрана 10 - камера 3 подшипника при обратном ходе винта 21 (вывинчивании из втулки 20) обеспечивае тся упругими свойствами мембраны 10, находящейся к моменту начала обратного хода в предварительно деформированном состоянии, Мембрана 10 изготовлена в виде тонкостенной оболочки из материала,

обладающего упругими свойствами, с выпуклой вниз (по отношению к рабочим полостям камер 3 подшипников) центральной частью, облегающей сферическую поверхность съемного наконечника 7, и сопряженными с ней

симметричными периферийными частями противоположной выпуклости меньшего радиуса кривизны. Материалом для изготовле- .ния мембран являются аустенитные дисперсионно-твердеющие сплавы марок

36НХТЮ, 40КНХМ, рессорно-пружинные стали 65Г и другие.

Съемный наконечник 7 изготовлен из материала с низкой теплопроводностью, например, из окисной керамики на основе

А120з. Zr02, однокарбидный твердых сплавов ВК6, ВК8.

Динамометрическая подшипниковая опора работает следующим образом.

После установки собранных упругих элементов в обойме 5 таким образом, что сферическая поверхность наконечника 7 взаимодействует с центральной частью мембраны 10, а сферическая поверхность стержня б контактируете конической повер- хностью регулировочного винта 21, вращением последнего создают предварительное деформирование мембраны 10 и набора 13 пьезокерамических пластин. По шкале усилительно-преобразовательного блока 24 фиксируют величину натяга (связь блока с набором 13 осуществляется проводами).

Во время обработки .детали сила резания действует через шпиндель на подшипник, вызывая, в зависимости от вариации составляющих усилия резания, изменения давления в его торцовых и радиальных карманах 2. Изменяется давление и в соединенных с карманами 2 каналами 4 камерах 3, воспринимаемых мембранами 10. Дефор- мации мембран 10 передаются через наконечник 7 на набор 13 пьезокерамических плдстин. При деформации (сжатии) пластин набора вырабатывается электрический сигнал, поступающий на вход блока 24.

Использование в качестве датчика деформаций набора из пьезок ерамических пластин позволило значительно уменьшить габаритные размеры упругого элемента, упростить и удешевить конструкцию, посколь- ку сами пластины .являются серийно выпускаемыми изделиями (их размеры по диаметру и ширине унифицированы), и, главное, повысить чувствительность к динамическим (высокочастотным) нагрузкам, re- нерируемым силами резания.

Выполнение упругих элементов сборными, размещенными в единой обойме, а также выполнение механизма регулирования натяга в виде самостоятельного узла, размещенного в корпусе шпиндельной бабки - улучшило условия обслуживания узла в целом, обеспечило возможность создания дифференцированной настройки упругих элементов (на различные величины предва- рительного натяга).

Выполнение упругих элементов по числу торцовых и радиальных карманов с выделением измерительной информации об изменении давления в каждом из них позволило осуществить точную идентификацию (разделение по направлению действия и величине) составляющих усилия резания, что важно при решении различных задач.

Тепловыделения от трения, сопровождающие нагрев масла в карманах и камерах опоры не распространяются на упругий элемент за счет подбора материала съемного наконечника.

Формула изобретения Динамометрическая шпиндельная опора, содержащая корпус подшипника с торцовыми и радиальными несущими карманами, выполненные на торце корпуса камеры, соединенные с несущими карманами дросселирующими каналами, взятые по числу несущих карманов сборные упругие элементы в виде размещенных в единой обойме стержня.со сферической поверхностью на одной стороне и съемного сферического наконечника на противоположной, установленную в каждой камере мембрану, взаимодействующую с наконечником упругого элемента, датчик деформации упругого элемента, а также механизм регулирования натяга в виде установленного в корпусе винта с конической поверхностью, взаимодействующей со сферической поверхностью стержня упругого элемента, отличающая- с я тем, что, с целью упрощения конструкции, уменьшения габаритов и повышения чувствительности к динамическим нагрузкам, опора снабжена дополнительной тонкостенной глухой цилиндрической втулкой из изоляционного материала, шайбой из изоляционного материала и регулировочной гайкой, при этом в стержне упругого элемента выполнена открытая с одной стороны цилиндрическая полость с резьбовым участком на выходе, съемный наконечник упругого элемента выполнен протяженным по длине с торцовым ободом, а датчик деформаций выполнен в виде набора пьезокерамических шайб, причем указанный набор и съемный наконечник размещены внутри запрессованной в цилиндрической полости стержня изоляционной втулки и поджаты в осевом направлении через шайбу и торцовый обод съемного наконечника регулировочной гайкой.

Использование: изобретение относится к, машиностроению, в частности к станкостроению, и может использоваться в шпин- д льных узлах коробок скоростей станков и подшипниковых узлах других механизмов к$к средство технического диагностирова2 . . ния упругодеформационного состояния, а также как средство получения первичной измерительной информации при создании систем адаптивного управления процессом резания по изменению составляющих сил резания в процессе изготовления деталей; Сущность изобретения: опора содержит корпус 1 с несущими карманами 2. На торце корпуса 1 выполнены камеры 3, по изменению давления в которых можно судить об изменении давления в карманах 2. Каждый упругий элемент выполнен сборным и состоящим из размещенных в единой обойме & стержня 6 и съемного сферического наконечника 7. В качестве датчика деформаций использован набор пьезокерамических шайб 13. 1 ил. fe