Гидростатический подшипниковый узел Советский патент 1982 года по МПК F16C32/06 

1,

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в станко-. строении, например, для быстроходных шпинделей прецизионных металлорежуших станков.

Известен гидростатический подшипниковый узел, внутри корпуса которого находится вкладыш, имеющий на внутренней поверхности несущие карманы, размещенные вокруг шпинделя и соединенные через управляющие устройства, например дроссели или регуляторы с источником гидропитания. Карманы разделены в окружном направлении перемычками, а в осевом направлении ограничены дросселирующими поясками. При приложении внешней нагрузки шейка вала занимает эксцентричное положение. В. результате разницы в условиях истечения смазки из несущих карманов и наличия сопротивления на входе смазки в каждом из карманов давление в карманах изменяется так, что результирующая давлений воспринимает внешнюю приложенную нагрузку 1.

Однако этот подшипниковый узел имеет невысокую жесткость из-за паразитных перетечек смазки между рядом расположенными

карманами и значительное тепловыделение, пропорциональное квадрату угловой скорости шпинделя (рассматривается только та составляющая потерь мощности, которая относится к главному приводу).

Цель изобретения - уменьшение тепловыделения и . сокращение расхода рабочей жидкости при сохранении высокой жесткости на больших скоростях вращения шпинделя.

Эта цель достигается тем, что гидростатический подшипниковый узел, содержащий расположенные вокруг цапфы вала несущие карманы, соединенные гидролиниями через управляющие устройства с источником питания, снабжен установленными вокруг цапфы 15 вала рамками, последовательно соединенными между собой податливыми предварител,ьно растянутыми элементами, при этом каждый несущий карман образован рамкой и прилегающей к ней поверхностью вала.

Кроме того, в каждой планке рамки параллельно ее продольным сторонам могут быть выполнены автономные замкнутые прорези, меньщие по длине больщей стороны рамки. Причем рамки и соединительные элементы могут быть выполнены за одно целое в виде кольца с окнами, между которыми выполнены сквозные прорези, параллельные образующей цилиндрической поверхности кольца, при этом между каждыми двумя соседними замкнутыми прорезями выполнены две соосные открытые с торца кольца прорези длиной меньше половины ширины кольца. На фиг. 1 показан предлагаемый, гидростатический подшипниковый узел, поперечный разрез; на фиг. 2 - то же, продольный разрез; на фиг. 3 - узел I на фиг. 1; на фиг. 4 - узел II на фиг. 2; на фиг. 5-развертка кольца подшипникового узла. В корпусе 1 гидростатического подшипникового узла (фиг. 1 и 2) вокруг цапфы вала 2 размещены несущие карманы 3, соединенные гидролиниями через управляющие устройства, например дроссели 4, с источником питания и образованные рамками 5. Рамки 5 сконтактированы с цапфой вала 2 и расположены с зазором относительно корпуса 1. От вращения рамки удерживаются штифтами 6 (фиг. 1). Все рамки 5 связаны между собой податливыми предварительно растянутыми соединительными элементами 7. В каждой планке рамки 5 параллельно ее продольным сторонам выполнены автономные замкнутые прорези 8, 9 и 10, меньшие по длине большей стороны рамки. Прорези одной планки рамки не сообщаются с прорезями прилегающих планок и не рассекают края рамки. Рамки 5 и соединительные элементы 7 выполнены в виде единого кольца с окнами 11. по размерам и количеству несущих карманов (фиг. 5). Окна представляют собой несущие карманы гидростатического узла. С целью обеспечения податливости соединительных элементов в последнем выполнены чередующиеся сквозные прорези, параллельные образующей цилиндрической поерхности кольца. При этом между двумя замкнутыми прорезями 12, меньшими щирины кольца, выполнены две соосные прорези 13, меньшие половины ширины кольца. Каждая из прорезей 13 рассекает торцевую поверхность кольца со своей стороны. Внутренний диаметр кольца выполнен несколько меньшим, чем диаметр вала 2, на который оно надевается. Благодаря податливости соединительных элементов кольцо легко, как браслет, надевается на вал, и натяг между кольцом и валом мал. Предлагае.мый подшипниковый узел работает следующим образом. Смазка подается от источника питания через дроссели 4 в несущие карманы 3, т.е. в полость, окаймленную рамками 5 и поверхностью цапфы вала, и вытекает через зазоры между корпусом 1 и рамками 5. Между валом 2 и рамками 5 зазора нет. Трущиеся поверхности рамки 5 и вала 2, как и поверхности любых смазанных тел, разделяет, смазочная пленка. Однако в этой смазочной пленке благодаря тому, что она подпитывается смазкой из кармана и наличию прорезей 8, 9 и 10, создается давление. Эпюра давления в смазочной пленке показана на фиг. 3 и 4. В зазоре между рамкой 5 и корпусом 1 также имеется давление, эпюра которого также показана-нафиг. 3 и 4. Обе эпюры примерно одинаковы. Таким образом, рамки 5 практически полностью гидравлически уравновешены, а удельное давление между ними и валом 2 определяется только силами первоначального натяга, с которым рамки надеты на вал. Вследствие податливости соединительных элементов рамки 5, как браслет, охватывает вал 2 с небольшим натягом,. Поэтому в рассматриваемом подшипниковом узле, в отличие от известных гидростатических подшипников, нет жидкостного трения, а имеется граничное трение между вращающимся валом 2 и рамками 5. Коэффициент граничного трения не мал, но сила трения равна произведению коэффициента трения на величину нормального давлен|ия. Однако величина нормального давления мала и не зависит от нагрузки на подшипник. Поэтому сила трения и вызванное ею тепловыделение в рассматриваемом подшипнике малы. Размеры зазоров между рамками 5 и корпусом 1, например h( и h (фиг. 2) дросселирующих смазку, вытекающую из кармана, не влияют на величину тепловыделения, возникающего в результате вращения шпинделя. Эти размеры могут -быть выбраны меньшими, чем у известного гидростатического подшипника. Следовательно, расход .масла в предлагаемой конструкции гидростатического подшипникового узла значительно уменьшается. В предлагаемом подшипниковом узле составляющая потерь мощности от сил трения в масляном слое отсутствует. Вместо нее появляется составляюидая потерь мощности в результате граничного трения между двумя вращающимися поверхностями. Однако эти поверхности всегда прижаты друг к другу с малым удельным давлением. Поэтому в данном случае потери мощности от сил трения являются минимальными. Таким образом, использование предлагаемого гидростатического подшипникового узла в шпиндельных узлах станков позволит значительно увеличить скорость вращения щпинделя при уменьшении тепловыделения и сокращении расхода масла. Кроме того, появляется возможность уменьшить установленную мощность источника гидропитания. Формула изобретения 1. Гидростатический подщипниковый узел, содержащий расположенные вокруг цапфы

вала несущие карманы, соединенные гидролиниями, через управляющие устройства с источником питания, отличающийся тем, что, с целью уменьщения тепловыделения и расхода рабочей жидкости, он снабжен установленными вокруг цапфы вала рамками, последовательно соединенными между собой податливыми предварительно растянутыми элементами, при этом каждый несуц ий карман образован рамкой и прилегающей к ней поверхностью вала.

2. Узел по п. 1, отличающийся тем, что в каждой планке рамки параллельно ее сторонам выполнены автономные замкнутые прорези, меньщие по длине большей стороны рамки.

3. Узел по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что рамки и соединительные элементы выполнены за одно целое в виде кольца с окнами, между которыми выполнены сквозные прорези, параллельные образующей цилиндрической поверхности кольца, при этом между каждыми двумя соседними замкнутыми прорезями выполнены две соосные открытые с торца кольца прорези длиной меньще половины ширины кольца.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Детали и механизмы металлорежущих станков. Под ред. Д. Н. Решетова. М., «Машиностроение, 1972, т. 2, с. 154-155 (прототип) .

ЖJ

фиг. г.

KStSSa

f

г

w

ж

Фиг.д

5

Фиг. 4

7J

Фг/г.6