Высокоскоростной пневмошпиндель Советский патент 1979 года по МПК B24B47/14 

па сегнерова колеса с подводом сжатого воздуха через полый вал. Вал с турбиной вращается в системе опор, состоящей из двух подшипников и подпятника, смазываемых слсатым воздухом. Пята вала прижимается к подпятнику за счет вакуума, создаваемого в пространстве между валом, пятой и подпятником ппевмопшинделя действием дополнительных радиальных отверстий в теле турбины, образующих при ее вращении центробежный насос. Использование этого же вакуума в сервоприводе регулятора упрощает конструкцию пневмошпинделя, так как устраняется необходимость в специальной герметизации камеры, в которой образуется управляющее давление.

На фиг. 1 изображен предлагаемый пневмошииндель, продольный разрез; на фиг. 2 - регулятор, продольный разрез.

Вал i с напрессованной на него турбиной

2вращается в двух подшипниках 3 и 4, которые смазываются сжатым воздухом. Подшипники вклеены в щиты 5 и 6, которые прикреплены к корпусу 7. Осевая нагрузка на вал воспринимается подпятником 8, который также смазывается сжатым воздухом. Накидная гайка 9 прижимает подпятник к щиту.

Через штуцер 10 и трубку 11 сжатый воздух подается в круговую камеру 12 подшипника 4, откуда через ряд отверстий поступает в смазочный зазор. К подшипнику

3воздух подводится через отверстие 13 в корпусе и трубку 14. Воздушная подушка в смазочном зазоре подпятника создается сжатым -воздухом, проходящим из камеры 15 через тело подпятника, выполненное из пористого материала.

Часть отработавшего в подшипнике 4 воздуха удаляется через канавку 16. Другая часть воздуха выходит в полость корпуса, а затем в атмосферу. Отработавший воздух из подшипника 3 удаляется аналогично. При этом давление внутри корпуса не пропускает в опоры абразивной пыли, жидкости и т. п.

В предлагаемом пневмошпинделе принята силовая фиксация вала в осевом направлении, с целью упрощения конструкции и исключения появления осевого люфта, неизбежного при износе в случае применения двух подпятников. Сила, необходимая дли прижатия пяты (торца турбины) к подпятнику, создается вакуумом.

В теле турбины выполнены радиальные отверстия 17, образующие центробежный вакуумный насос. Этот насос откачивает отработавший воздух, выходящий из подшипника 3 в пространство, ограниченное валом с турбиной, подпятником и щитом 5 с подшипником. Понижение давления в этой области создает силу, прижимающую турбину к подпятнику. Через отверстие 18, трубку 19, канал 20 и штуцер 21 область

пониженного давления соединена с сервоприводом регулятора. Кроме этого, пята прижимается к подпятнику и сжатым воздухом, поступающим к турбине через штуцер 22 и канал вала. Эта сила уравновешивает осевую нагрузку на вал, например, возникающую в процессе шлифования.

При отключении турбины вал прижимается к подпятнику давлением отработавшего воздуха, выходящего из подшипника 4 в промежуток между валом и фланцем 23 с укрепленной в нем втулкой 24, выполненной из антифрикционного материала и

служащей для уплотнения вала. Втулка 24 также ограничивает осевое перемещение вала в нерабочем состоянии.

Рабочий конец вала имеет гнездо для крепления сменных инстру.ментов, i aпример оправки 25 со шлифовальным кругом.

Отработавший в турбине воздух через отверстия 26 выходит в глушитель 27 и далее через отверстие 28 в атмосферу.

Регулятор (фиг. 2) служит для бесступенчатого регулирования скорости вращения турбины для автоматического поддержания оборотов при изменении нагрузки на валу.

Поступление сжатого воздуха в направлении, обозначенном стрелками, зависит от величины открытия подпружиненного дросселя 29, на который воздействует основная мембрана 30. Для этого часть воздуха при

рабочем давлении через жиклер 31 подается в камеру 32. Давление в камере 32 регулируется сервоприводом, состоящим из шарового клапана, образованного седлом 33 и шариком 34, и вспомогательной мембраны 35, жесткий центр 36 которой ограничивает возможную величину открытия шарового клапана.

Камера 37 через отверстие 38 соединена с вакуумной камерой пневмошпинделя, а

камера 39 через отверстие 40 - с атмосферой. На мембрану 35 действуют: вниз - сила упругости пружины 41, а вверх - сила, возникающая от разрежения в камере 37. Усилие пружины регулируется винтом 42, а

величина вакуума зависит от скорости вращения турбинки - насоса. При запуске пневмошпинделя вакуум равен нулю, и под давлением пружины 41 мембрана 35 прогнута вниз так, что шарик плотно прилегает к седлу 33. Давление в камере 32 достигает максимума, дроссель 29 предельно открывается, и на турбину подается полное рабочее давление. По достижении заданной скорости, величина которой определяется

натягом пружины 41, вакуум возрастает настолько, что уравновешивает усилие, создаваемое пружиной. Мембрана 35 прогибается в обратную сторону, шарик поднимается, давление в камере 32 падает, и

дроссель 29 уменьшает подачу сжатого

воздуха к турбине до величины, необходимой для поддержания заданной скорости вращения.

При понижении скорости вращения в результате приложения нагрузки к валу пневмошпинделя вакуум в камере 37 падает, и мембрана 35 сервопривода под действием пружины 41 прогибается вниз, закрывая шаровой клапан. Давление в камере 32 быстро увеличивается, мембрана 30 прогибается вниз, дополнительно открывая дроссель 29, регулирующий поступление воздуха к турбине. Последняя набирает скорость, вакуум в камере 37 растет, и равновесие мембраны 35 восстанавливается.

Колебания скорости под нагрузкой незначительны, так как управляющая мембрана 35 регулятора действует на дроссель не непосредственно, а через сервопривод, причем ход щарика 34 составляет лишь несколько сотых долей миллиметра.

Предлагаемый пневмошпиндель изготовлен и успешно применяется в качестве внутришлифовальной головки. Падение оборотов турбины при полном нагружении пневмошпинделя не превышает 5-7%. При чистовом и получистовом шлифовании нестабильность скорости вращения во всем диапазоне регулирования не превышает 2%, что обеспечивает высокое качество шлифуемой поверхности.

б

Формула изобретения

1.Высокоскоростной пневмощпиндель, включающий вал с пятой, установленный

5 на двух подщипниках и подпятнике, смазываемых воздухом, закрепленную на валу турбину типа сегнерова колеса и регулятор подачи сжатого воздуха, содержащий шаровой клапан, управляемый вспомогательной мембраной, подпертой регулируемой пружиной, и регулирующий давление воздуха на основную мембрану, взаимодействующую с дросселем, управляющим подачей сжатого воздуха в турбину, отличаю щ и и с я тем, что, с целью регулирования подачи сжатого воздуха к турбине для автоматического поддержания заданной скорости вращения вала пневмощпинделя, в турбине выполнены радиальные отверстия, служащие центробежным вакуумным насосом, соединенным с регулятором и предназначенным для воздействия вакуумом на вспомогательную мембрану против усилия регулируемой пружины, управляющую через щаровой клапан и дроссель подачей сжатого воздуха к турбине.

2.Пневмошпиндель по п. 1, отличающийся тем, что, с целью исключения возможности появления осевого люфта при

0 вращении вала, между пятой и подпятником выполнена камера, соединенная с центробежным насосом и служащая для создания давления, прижимающего пяту к подпятнику.

i

Y И . i-; cv,

a S

f, JN to fN CM СЧ CO SO S