Шпиндельный узел Советский патент 1982 года по МПК B24B41/04 

(54) ШПИНДЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ

1

Изобретение относится к станкостроению и может найти применение, главным образом в скоростных шпиндельных узлах шлифовальных станков..

Известен шпиндельный узел, содержащий шпиндель, расположенный в опорах корпуса, и установленный на шпинделе ведомый элемент - шкив ременной передачи или ведомую полумуфту. Шпиндельный узел содержит также потребители воздуха, такие как пневмоуплотнения, воздушное охлаждение и т. п., питаюшиеся от внешнего источника сжатого воздуха, например от заводской пневмомагистрали 1.

Недостатки известного устройства заключаются в необходимости подвода коммуникаций от внешнего источника сжатого воздуха и наличия специальных устройств для удаления из воздуха влаги и загрязнений. Это влечет к усложнению конструкции и снижает эксплуатационные качества узла.

Цель изобретения - упрощение конструкции узла и повышение его эксплуатационной надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в шпиндельном узле источник подачи воздуха к потребителям вьшолнен в виде воздушнего насоса, полость нагнетания которого образована корпусом и элементом привода вращения шпинделя, и по меньшей мере на поверхности одного из них, отделенной от обращенной к ней поверхности другого уплотняющим зазором, выполнены нагнетательные канавки, сообщенные с воздухозаборными каналами воздушного насоса.

С целью очистки подаваемого воздуха воздухозаборные каналы направлены к оси щпинделя и по меньшей мере часть их по10верхности образована поверхностью элемента привода вращения шпинделя.

Для создания осевого натяга в опорах щпинделя, а также обеспечения его осевых перемещений целесообразно нагнетательные канавки выполнить по меньшей мере на од15ной из обращенных друг к другу цилиндрических поверхностей корпуса н элемента привода вращения щпинделя, образующих пару цилиндр-поршень.

На фиг. 1 изображен предлагаемый узел

20 с воздушным насосом, образованным торцами шкива и корпусом шпиндельного узла; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. I; на фиг. 3 - развертка уплотнения с канавкой; на фиг. 4 - насос, образованный цилиндрическими поверхностями корпуса шкива; на фиг. 5 - развертка части цилиндрической поверхности корпуса с нагнетательными канавками; на фиг. 6 - вариант исполнения воздухозаборных каналов. Шпиндельный узел шлифовального станка состоит из корпуса 1, на котором в подшипниках (не показаны) расположен шпиндель 2 со шлифовальным кругом 3. На шпинделе закреплен ведомый шкив 4 ременной передачи привода вращения. В корпусе 1 выполнены бесконтактные пневмоуплотнения подшипников шпинделя 2, образованные кольцевыми канавками 5 и 6, соединенными между собой каналами 7. В шпиндельном узле выполнен воздушный насос, образованный корпусом 1 и шкивом 4, между которыми заключена полость 8 нагнетания насоса, отделенная от окружающей среды уплотняющим зазором 9 между торцами шкива 4 и корпуса 1. На торце шкива 3 в зазоре 9 имеются равномерно распределенные по окружности нагнетательные канавки 10, выполненные в данном случае в виде спиральных канавок, направленных от периферии к оси вращения шпинделя 2 навстречу вращению, направление которого указано стрелкой (фиг. 2). Глубина hj канавок 10 соизмерима с высотой hi зазора 9, например hi h2 1 мм. Ширина канавок соизмерима с шириной перемычки между ними. Оптимальный угол встречи канавок с окружностью rt 18°. Аналогичные каналы противоположного направления можно выполнить и на торце корпуса 1. Полость 8 каналами 11 через зазор 12 уплотнения соединена с канавкой 6 уплотнения заднего подшипника. Канавки 5 и 6 уплотнений зазорами 13 соединены с дренажными полостями 14 уплотнений. Воздухозаборник насоса образован наружными кромками торцов шкива 4 и корпуса 1 и направлен к оси вращения шпинделя 2. Шпиндельный узел работает следуюшим образом. При вращении шпинделя 2 со шкивом 4 воздух из окружающей среды нагнетательными канавками 10 подается в полость 8. При этом благодаря тому, что частично воздухозаборник насоса образован наружной кромкой щкива 4 и направлен к оси вращения шпинделя 2, воздух в зоне воздухозаборника закручивается и содержащиеся в нем загрязнения, более плотные, чем воздух, отбрасываются центробежными силами наружу и не попадают в воздухозаборник. Из полости 8 по каналам 11 и через зазор 12 воздух попадает в канавку 6, откуда по каналам 7 поступает в канавку 5. Вытекая из канавок 5 и 6 по зазорам 13 в дренажные канавки 14, воздух предотвращает утечки смазки наружу, и, вытекая из канавки 5 наружу, предотвращает попадание загрязнений из рабочей зоны станка в подщипники. Для регулирования давления воздуха полость нагнетания воздуха можно соединить с окружающей средой через регулировочное сопротивление 15 (фиг. 1). Для усиления эффекта прокачки воздуха поверхности, образующие зазоры, смежные с канавками 5 и уплотнений, можно снабдить насосными канавками (фиг. 3). Это винтовые канавки 16 и 17, направленные из канавки 5 в сторону вращения щпинделя 2 (показано стрелкой) под углом ci 18°, имеют глубину, соизмеримую с зазором, и поэтому выкачивают воздух из канавки 5, усиливая работу уплотнений и помогая работе воздущного насоса. В другом варианте выполнения шпиндельного узла (фиг. 4) шпиндель 2 расположен в корпусе 1 в гидростатических подщипниках с бесконтактными пневмоуплотнениями. На чертеже показан только задний радиально-упорный подшипник с осевым 18 и радиальным 19 несущими карманами (подвод смазки не показан), соединенными со сливом дренажной полостью 14 и бесконтактным пневмоуплотнением. На шпинделе 2 установлен щкив 4, образующий с корпусом воздушный насос. Полость 8 нагнетания отделена от окружающей среды уплотняющим зазором 9, образованным наружной цилиндрической поверхностью корпуса 1 и внутренней цилиндрической поверхностью шкива 4. На наружной цилиндрической поверхности корпуса выполнены винтовые нагнетательные канавки 10 (фиг. 5), направленные в полость нагнетания в сторону вращения шпинделя (показано стрелкой). Величина зазора 9 равна, например, hi h2 0,03 мм. Ширина канавок соизмерима с шириной перемычек между ними. Оптимал ный угол наклона 4 18°. Такие же канавки, только противоположного направления, можно выполнить и на внутренней поверхности шкива. Воздухозаборный канал 20 образован торцами 21 корпуса 1 и торцами 22 шкива 4 и направлен к оси вращения щпинделя. Узел (фиг. 4) работает следующим образом. При вращении шпинделя канавки 10 нагнетают воздух в полость 8. При этом воздух раскручивается поверхностью 22 шкива 4 в воздухозаборнике 20 и центробежными силами очищается от загрязнений. Из полости 8 через зазор между шпинделем 2 и корпусом 1 воздух проходит в дренажную канавку, препятствуя вытеканию смазки наружу и выталкивая ее из канавки на слив. Здесь полость 8 служит канавкой бесконтактного уплотнения, одновременно являясь рабочей полостью силового пневмоцилиндра, образованного шкивом 4 и корпусом 1. При этом сила давления воздуха в полости 8 стремится сместить щпиндель 2 со шкивом вдоль оси вправо, осуществляя силовое замыкание незамкнутого упорного гидростатического подшипника шпинделя-2 и уравновешивается силой давления масла в кармане 18. Поскольку частота вращения скоростного шпинделя высока (до 30000 об/мин), велика и окружная скорость в зазоре, например 100 м/с, поэтому давление воздуха в полости 8 может быть большим, например 10 кгс/см. Образованный таким образом пнеймоцилиндр может служить и приводом осевых перемещений (осцилляции) шпинделя 2, если полость 8 соединить с атмосферой через устройство управления. На фиг. 6 показан вариант выполнения ряда воздухозаборных каналов 22 в виде сверлений, целиком выполненных в установленном на шпинделе 2 шкиве 4. В этом случае выполняется кольцевая полость 23 всасывания, из которой выходят противоположно направленные нагнетательные канавки, возвращающие часть воздуха в окружающую атмосферу, и кaнaвки, нагнетающие воздух в полость 8. При этом воздух лучше очищается центробежными силами. Таким образом, работа уплотнений и других потребителей воздуха не зависит от внешних источников сжатого воздуха, что упрощает конструкцию и повыщает эксплуатаци онные качества узла. Кроме того, воздух не надо очищать от загрязнений и влаги специальными устройствами. Давление воздуха автоматически выключается при остановке шпинделя, что экономит энергетические ресурсы. Формула изобретения 1. Шпиндельный узел, содержащий установленный в опорах корпуса шпиндель, зафуг. f

Фаг. г

ф1/г.д Крепленный на нем элемент привода его вращения, потребители воздуха, например бесконтактные пневмоуплотнения опор, подключенные к источнику подачи воздуха, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения эксплуатационной надежности, источник подачи воздуха выполнен в виде воздушного насоса, полость нагнетания которого образована корпусом узла и элементом привода вращения шпинделя, и на поверхности по меньшей мере одного из них, отделенной от обращенной к ней поверхности другого уплотняющим зазором, выполнены нагнетательные канавки сообщенные с воздухозаборными каналами воздущного насоса. 2.Узел по п. 1, отличающийся тем, что, с целью очистки подаваемого воздуха, воздухозаборные каналы направлены к оси шпинделя и по меньшей мере часть их поверхности образована поверхностью элемента привода вращения шпинделя. 3.Узел по пп. 1 и 2, отличающийся те.м, что, с цел1/ю создания осевого натяга в опорах шпинделя, а также обеспечения его осевых перемещений, нагнетательные канавки выполнены по меньщей мере на одной из цилиндрических поверхностей корпуса и элемента привода вращения шпинделя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Разработка и применение гидростатических опор в металлорежущих станках. Обзор. М., НИИМАШ, 1972, с . 79, 84, рис.31, 33. Л4/ // Г 9 фцг. ф1/г.6