Пневматическое уплотнение шпиндельного узла Советский патент 1993 года по МПК F16J15/44 

Изобретение относится к станкостроению и может быть использовано в высокоскоростных шпиндельных узлах на опорах жидкостного трения, а также на опорах качения с обильной смазкой.

Целью изобретения является повышение надежности и долговечности уплотнения путем повышения стабильности воздушного потока.

Указанная цель достигается тем, что на внутренней поверхности плавающей втулки выполнена кольцевая канавка, сообщающаяся с радиальными отверстиями, а на торцах втулки выполнены прилегающие к ее внутренней поверхности кольцевые проточки, сообщающиеся с камерой напорного давления через выполненные в плавающей втулке аксиальные отверстия.

При этом глубина кольцевой канавки определяется соотношением:

I

lerzSrdii

48-lo2-De-(T+O

-J1 - Urzoi dSi

(1)

32- 02-DB-(1+g) где zoi - количество радиальных отверстий;

lali 1в2 - длины цилиндрических уплотняющих поясков;

loi - длина радиального отверстия;

Da - диаметр внутренней поверхности плавающей втулки;

dot - диаметр радиального отверстия.

Ширина кольцевой проточки принимается равной:

00

о о ю

CA

A-ZjK difeW A ZtE dcW/ Пч hn (------) /3 - (ло-ГГ ГгГ З . (2)

V48- o2 Di v32-lo2 D0 где z02 - количество пар аксиальных отверстий;

1о2 - длина аксиального отверстия; 1К - длина кольцевой проточки; Do-диаметр расположения аксиальных отверстий;

do2 - диаметр аксиального отверстия, На чертеже показан общий вид устройства, разрез. Уплотнение содерх ит корпус 1 и плавающую втулку 2 (с габаритами 8x8 мм) с радиальными отверстиями 3 (фильтром порядка 1-3 мм) сообщающимися с камерой напорного давления 4, На внутренней поверхности плавающей втулки, содержащей два цилиндрических уплотняющих пояска 5, 6, выполнена кольцевая канавка 7, На торцах втулки 8, 9 выполнены кольцевые проточки 10, 11 с аксиальными отверстиями 12, 13. Цилиндрические уплотняющие пояски 5, 6 образуют совместно с поверхностью шпинделя 14 цилиндрические уплотняющие щели 15, 16 с диаметральным зазором порядка 0,03...0,05 мм кольцевые проточки 10, 11 совместно со стенками корпуса 1 образуют торцевые уплотняющие щели 17, 18 (с зазором 0,02...0,04 мм). В корпусе 1 могут быть выполнены также дренажные каналы 19, 20. Уплотнение работает следующим образом. При подводе сжатого воздуха в камеру напорного давления 4 плавающая втулка 2 взвешивается в радиальном и осевом направлениях За счет динамических сил (скоростного напора), возникающих при истечении потока воздуха через радиальные 3 и аксиальные 12, 13 отверстия. При этом глубина кольцевой канавки 7 и ширина кольцевых проточек 10,11 определенные по зависимостям (1), (2) обеспечивают максимальные величины, динамических сил, действующих на плавающее кольцо 2. При смещении плавающего кольца 2, например, влево,происходит увеличение торцевого зазора 18 и уменьшение торцевого зазора 17. Это приводит к снижению перепада давления воздуха на аксиальных отверстиях 13 и к увеличению перепада давления на аксиальных отверстиях 12 изменение перепада давлений вызывает соответствующее увеличение или уменьшение расхода воздуха через аксиальные отверстия. При этом динамическая сила, зависящая от расхода воздуха будет уменьшаться для аксиальных отверстий 13 и увеличиваться для отверстий 12. Появившаяся разность сил, направленная в сторону, противоположную смещению плавающего кольца 2 возвратит его в среднее положение. Аналогично обеспечивается за счет аэродинамического эффекта и плавание кольца 2 в радиальном направлении.

Применение аэродинамического эф- фекта по сравнению с аэростатическим использовавшимся в прототипе, повышает стабильность воздушного потока в отверстиях и приводит к повышению надежности и межремонтной долговечности уплотне- ния, а также позволяет существенно упростить конструкцию и технологию изготовления узла, так как отпадает необходимость изготовления сложных аэростатических карманов, калиброванны-х отверстий, блока тонкой очистки воздуха, а также профилактических остановок и разборки узла для промывки дросселирующих отверстий.

Таким образом, совокупность сущест- венных отличительных признаков заявляемого устройства является необходимой и Д01 точной для достижения поставленной . . Принцип действия предлагаемого ус- тройс ва основан на использовании закона о сохранении количества движения. Для потока воздуха (с учетом допущения о постоянстве плотности), в щелях уплотнения справедливо векторное урав.нение R /3QUi-pQU2 + P1 + P2 + G, где R - редакция потока на стенки канала;

pQ, Ui,2 векторы секундных количеств движения потока воздуха, протекающего в единицу времени через входное и выходное сечения; р плотность воздуха;

Ui,2 - средние скорости в сечениях;

Pi,2 - силы давления в сечениях;

G - вес воздуха.

Так как в уплотнении происходит слия

ние и разделение потоков воздуха, весом

которого можно пренебречь, то реакция потока будет определяться выражением;

кл, R Ј р Qii-Uii-5) /3cQ2i U2i +

К П 1

+Ј P1I + I P2I.

4 1

где k, n - число входных и выходных сечений потока воздуха в уплотнении. В зависимо0 сти от геометрии уплотнения реакция потока (сила, обеспечивающая всплытие плавающей втулки) существенно изменяется. При зазорах, близких к нулю, а также при очень больших зазорах. Эта подъемная сила

5 уменьшается. Решая это уравнение и определяя его экстремум, получаем искомые соотношения, определяющие оптимальные условия работы уплотнений.

Формула изобретения Пневматическое уплотнение шпиндельного узла, содержащее корпус и плавающую втулку с радиальными отверстиями, сообщающимися с камерой напорного давления, отличающееся тем, что на внутренней поверхности плавающей втулки выполнена кольцевая канавка глубиной

пк lurzordoi

- 1/з48-lorDe-(1+vS2 , lurzordoi ji/

32 -lor DB (+{Ј)

где z0i - количество радиальных отверстий;

leii 1в2 длина цилиндрических уплотняющих поясков;

loi -длина радиального отверстия;

8 /7

DB - диаметр внутренней поверхности плавающей втулки;

doi - диаметр радиального отверстия, сообщающаяся с радиальными отверстиями, а на торцах плавающей втулки выполне- ны прилегающие к ее внутренней поверхности кольцевые проточки шириной

hn

JK-Z&rd l/ /lK Zd2-d( ,„ . VQO -1лтП

0

(

48-lo2-D

Г/з

где z02 - количество пар аксиальных отверстий;

Io2 - длина аксиального отверстия;

1К - длина кольцевой проточки;

Do-диаметр расположения аксиальных отверстий;

do2 - диаметр аксиального отверстия, сообщающиеся с камерой напорного давления через выполненные в плавающей втулке аксиальные отверстия, расположенные равномерно по окружности, п.

Сущность изобретения: радиальные отверстия плавающей втулки, установленной в корпусе, сообщаются с камерой напорного давления. На внутренней поверхности втулки выполнена кольцевая канавка, глубина к-рой зависит от количества радиальных отверстий, длины цилиндрических уплотняющих поясков, длины радиального отверстия диаметра внутренней поверхности втулки и диаметра радиального отверстия, сообщающегося радиальными отверстиями. На торцах втулки выполнены прилегающие к ее внутренней поверхности кольцевые проточки шириной, зависящей от количества пар радиальных отверстий, длины этого отверстия, длины проточки, диаметра расположения аксиальных отверстий и диаметра отверстия, сообщающегося с камерой напорного давления через выполнен- ные во втулке аксиальные отверстия, расположенные равномерно по окружности. 1 ил. CO G