Гидростатическая опора Советский патент 1979 года по МПК F16C32/06 

1

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к гидростатическим шпиндельным узлам, и может быть использовано в металлорежущих станках, например алмазно-расточных металлорежущих станках для финишной обработки деталей.

Известна гидростатическая опора, содержащая корпус с соосно установленными в нем втулками, обхватывающими вал, имеющий бурт, размещенный между торцами втулок, а также радиальные и упорные несущие карманы, сообщающиеся через входные дроссели с источником подачи смазки под давлением 1.

Известная гидростатическая опора обладает недостаточной радиальной и угловой жесткостью, имеет сложную конструкцию и недостаточно надежна в работе. Так как в известных гидростатических опорах каждый из радиальных и торцовых карманов имеет индивидуальные входные дроссели с постоянным гидросопротивлением потоку смазки, радиальная и угловая жесткость в них зависит при прочих равных условиях лищь от изменения гидросопротивлений (т.е. высоты) выходных дроссельных щелей, которые перераспределяются при перемещениях вала под действием внешней нагрузки, и не зависят от изменения гидросопротивлений входных дросселей.

В таких гидростатических опорах каждый карман имеет свой отдельный входной дроссель, выполненный, как правило, в виде капилляра, присоединенного к каждому из карманов и сообщенного каналами с источником смазки под давление.м. Это существенно усложняет конструкцию узла. Кроме того, указанные дроссели образованы неподвижными поверхностями и имеют малые (менее 1 мм) диаметры, они быстро засоряются, что снижает надежность работы узлов.

Целью изобретения является повыщение радиальной и угловой жесткости опоры при одновре.менном упрощении конструкции и повышении надежности работы.

Для этого каждый из упорных карманов соединен с диаметрально расположенным радиальным несущим карманом, а входные дроссели выполнены в виде цилиндрических щелей, образованных наружной поверхностью бурта п внутренней поверхностью корпуса. На фиг. 1 показана гидростатическая опора, осевой разрез; на фиг. 2 - разрез Л-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1. Гидростатическая опора содержит корпус 1, в отверстии 2 которого соосно смонтированы втулки 3, имеющие отверстие 4 и противостоящие торцы 5. В отверстиях 4 втулок 3 смонтирован вал 6, имеющий в средней части бурт 7 с торцовыми поверхностями 8 и наружной цилиндрической поверхностью 9, а также цилиндрические шейки 10, расположенные внутри отверстий 4 втулок 3. На торцах 5 втулок 3 выполнены упорные карманы 11, отделенные от канавки 12 выходными торцовыми дроссельными щелями 13, образованными поверхностями 5 втулок 3 и 8 бурта 7 вала 6. На поверхностях отверстий 4 втулок 3 выполнены радиальные карманы 14, отделенные от канавок 13 выходными кольцевыми щелями 15, образованными противостоящими поверхностями отверстий 4 втулок 3 и щеек 10 вала 6. В тангенциальном направлении упорные карманы И разделены перемычками 16 (см. фиг. 3), а радиальные карманы 14 - перемычками 17 (фиг. 2). Каждый из упорных карманов 11 сообщен с диаметрально противолежащим ему радиальным карманом 14 каналом 18 с малым гидросопротивлением, выполненным в виде винтообразной канавки на наружной поверхности 19 втулки 3. На наружной поверхности 9 бурта 7 выполнена канавка 20, сообщенная магистралью 21 с источником 22 смазки под давлением. Канавки 12 сообщены магистралью 23 с резервуаром источника смазки 22. Между наружной цилиндрической поверхностью 9 бурта 7 и поверхностью отверстия 2 корпуса 1 образована кольцевая щель 24, являющаяся входны.м дросселем всех карманов. Гидростатическая опора работает следующим образом. Смазка от источника 22 по каналу 21 подается под давлением Р„ в канавку 20 и проходит через кольцевую дроссельную щель 24, являющуюся входным дросселем всех карманов, дросселируется до давления РК и поступает в упорные карманы 11. Из карманов 11 смазка по каналам 18 поступает в радиальные карманы 14. Из карманов 11 смазка сливается, дросселируясь до давления Рд в канавки 12, и по магистрали 23 возвращается в резервуар 22. Из радиальных карманов 14 смазка сливается через выходные кольцевые щели 15 в канавки 12 и из них по магистрали 23 возвращается в резервуар источника смазки 22. Смазка под давлением в упорных карманах 11 центрирует вал 6 в осевом направлении между торцами 5 втулок 3, а смазка под давлением в радиальных карманах 14 центрирует вал 6 относительно отверстий 4 втулок 3. Рассмотрим теперь работу узла при нагружении вала 6 из центрального положения различно приложенными нагрузками. Пусть к валу 6 приложена радиальная нагрузка, перемещающая вал 6 вниз параллельно первоначальному положению его продольной оси (радиальная нагрузка). Под действием этой нагрузки вал 6 с.мещается из центрального положения вниз на некоторую величину. При этом высота входной дроссельной щели 24 и выходных дроссельных щелей 15 сверху увеличивается, а снизу - уменьщается. Высота торцовых дроссельных щелей 13 не изменяется, Указанное перераспределение высот участков дроссельных щелей 24 и 15 увеличивает гидросопротивление их участков снизу и у.меньшает сверху. Расход смазки из канавки 20 через участки щелей 24 и 15 сверху увеличивается, а снизу уменьщается. Таким образом в нижние радиальные карманы 14 поток смазки через участки щели 24 по каналам 18 увеличивается, а в верхние радиальные карманы уменьшается, что вызывает повышение давления в нижних и падение давления в верхних радиальных карманах 14. При этом гидросопротивление вытеканию смазки через выходные дроссельные щели 15 для нижних карманов 14 увеличивается, а для верхних карманов - уменьщается, что в свою очередь .вызывает возрастание давления в нижних и падение давления в верхних радиальных карманах 14. Таким образом в гидростатической опоре разность давлении между нагруженными и разгруженными радиальными кар.манами 14, определяющая противодействующую нагрузке силу, зависит как от изменения гидросопротивления участков выходных дроссельных щелей, так и от изменения гидросопротивлений участков входной дроссельной щели 24, в результате чего опора имеет существенно большую радиальную жесткость по сравнению с известной опорой. Далее рассмотрим работу шпиндельной опоры в случае приложения консольной нагрузки, приложенной к валу 6 с левой стороны (фиг. I). В этом случае вал 6 под действием нагрузки стремится сместиться вниз и одновременно повернуться вокруг точки О так, что левая щейка 10 отклонится вниз, а правая - вверх. Радиальному смещению вала 6 противодействует сила, образование которой было рассмотрено выще. Рассмотрим поворот вала 6 вокруг центра О. При указанном повороте верхний участок дроссельной входной щели 24 слева от канавки 20 раскрывается, а справа закрывается, а нижний участок щели 24 слева от канавки 20 закрывается, а справа открывается. При этом нижние участки щелей 15 слева закрываются, справа открываются, верхние участки щелей 15 слева открываются, справа закрываются. При этом верхний левый и нижний правый участки щелей 13 закрываются, а верхний правый и нижний левый участки этих щелей 13 открываются. Указанные видоизменения формы и высоты дроссельных щелей 24, 15 и 13 перераспределяют потоки смазки и давления в карманах узла следующим образом: поток через щель 24 в верхние упорные карманы 11 и в сообщенные с ними каналами 18 нижние радиальные карманы 14 слева от точки О увеличится, а справа - yмeньuJитcя, что приводит к возрастанию давления в левом верхнем упорном кармане 11 ив левом нижнем радиальном кармане 14, а также к падению давления в первом верхнем упор ном кармане 11 и в правом нижнем радиальном кармане 14. В это же время сопротивление вытеканию смазки из нижнего левого кармана 14 через щели 15 и из верхнего левого кармана 11 через щель 13 увеличивается, а из нижнего правого кар.мана 14 через щель 15 и из верхнего правого кармана 11 через щель 13 уменьщается. В результате этого давление смазки в левом верхне.м кармане 11 и в левом нижнем радиальном кармане 14 возрастает, а в правом верхнем кармане 11 и в правом нижнем кармане 14 уменьщается. Одновременно поток через щель 24 в нижние торцовые карманы 11 и в сообщенные с ними каналами 18 верхние радиальные карманы 14 слева от точки О уменьщается, а справа увеличивается, что ведет к возрастанию давления в правом нижнем кармане 11 и в правом верхнем кармане 14, а также к падению давлекия в левом нижнем кармане 11 и в левом верхнем кармане 14. При этом сопротивление вытеканию смазки из правого нижнего кармана 11 через щель 13 и из правого верхнего кармана 14 через щель 15 увеличивается, а сопротивление вытеканию смазки из левого увеличивается, а сопротивление вытеканию смазки из левого нижнего кармана 11 через щель 13 и из левого верхнего кар.мана 14 через щель 15 уменьшается. Это приводит к дальнейшему увеличению давления в правом нижнем кармане 11 и в правом верхнем кармане 14, а также к дальнейшему падению давления в левом нижнем кармане 11 и в левом верхнем кармане 14. Таким образом, при приложении к валу 6,консольной нагрузки в результате указанных перераспределений гидросопротивлений участков дроссельных входных щелей 24 и участков дроссельных выходных щелей 15 и 13, давление возрастает в левом верхнем кармане И, левом нижнем кармане 14, правом нижнем кармане II ив правом верхнем кармане 14. Одновременно давление падает в левом нижнем кармане 11 ив правом верхнем кармане 14. Одновременно давление падает в левом нижнем кармане II, левом верхнем кармане 14, правом верхнем кармане 11 и в правом нижнем кармане 14. Указанные перераспределения давлений создают момент сил,противодействующий указанному повороту вала 6 под действием консольной нагрузки. Так как в опоре перераспределение давлений в упорных и радиальных карманах происходит не только за счет изменения гидросопротивлений выходных дроссельных щелей 13 и 15, а также за счет изменения гидросопротивлений участков входной дроссельной щели 24, очевидно, что гидростатическая опора обладает существенно большей угловой жесткостью, чем известный гидростатический шпиндельный узе/к Формула, изобретения Гидростатическая опора, содержапгая корпус с соосно установленными в нем втулками, обхватываюп,1.ими вал, имеющий бурт, размеи1енный между торцами втулок, а также радиальные и упорные несущие карманы, сообщающиеся через входные дроссели с источи и ком подачи смазки под давлением. отличаюи{аяся тем, что, с целью увеличения жесткости, упрощения конструкции и повышения надежности, каждый из упорных карманов соединен с диаметрально расположенным радиальным несущим карманом, а входные дроссели выполнены в виде цилиндрических щелей, образованных внутренней поверхностью корпуса и наружной повер.хностью бурта. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США № 3726573, кл. 308-9, 1973.

3 л 1 /у /7

13

Риг. г

В- Б

fff

yiJl.3