Опорный узел жидкостного трения Советский патент 1983 года по МПК B24B41/04 

Изобретение относится к области станкостроения и может найти применейие в станках со скоростными шпиндель йьми узлами, например типа Фортуна. Известен опорный узел жидкостного трения, содержащий подвижный элемент, установленный с зазором относительно Корпуса на гидростатических опорах, . между которыми выполнены каналы, соединенные с источником сжатого воздуза 1. Это позволяет повысить несуЧую способность и жесткость узла. . Однако при выполнении подвижного элемента в виде быстроходного вала в таком узле имеют место повышенные потери на трение. Кроме того, известный узел может работать только при наличии воздушной магистрали, что ограничивает его эксплуатационные возможнос ти. Целью изобретения являетсяуменьшение потерь на трение подвижного эле мента в виде быстроходного вала. Цель достигается тем, что в предлагаемом узле каналы выполнены в кольцевых зазоров между подвижным элементом и корпусом, причем между кольцевыми зазорами и гидростатически ми опорами выполнены дренажные канавки, соединенные со сливом. Источник сжатого воздуха может быть выполнен в виде кольцевой полости, расположенной между кольцевьми зазорами и имеющей канал для соединения с нагнетателем. Это позволяет дополнительно разгрузить подвижный элемент в виде быстроходного вала. Кроме того, с целью расширения эксплуатационных возможностей при наличии ременного привода быстроходного вала, узел может быть снабжен воздушным нагнетателем, выполненнь в виде установленного на быстроходном валу шкива, охватывающего шкив приводного ремня и расположенного с зазорами между шкивом и ремнем в зоне их начального контакта клина, одна поверх ность которого выполнена эквндистантг но поверхности шкива, а другая - stteifr дистантно поверхности ремня, причем клин выполнен с карманом у его веряяины, соединенньм с каналом кольцевой полости. Источник сжатого воздуха может быть выполнен в виде вентилятора, образованного наклонными каналами на обращенной к корпусу поверхности подвижного элемента. Сущность изобретения поясняется на примере скоростного шпиндельного ysла типа Фортуна с гидростатическими опорами шпинделя. На фиг. 1 показан шпиндельный узел разрез на фиг. 2 - вид А на фиг. 1; иа фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2. Подвижный элемент в виде быстроход ,ного вала, в данном примере шпиндель Ч (фиг. 1) , расположен с относительно корпуса 2 шпиндельного узла на гидростатических ofiopax 3 и 4 в виде радиально-упорных подшипников Каждая пара содержит несущие карман 5 упорного и карманы 6 радиального подшипников, соединенные с источником (не показан) давления Pj. масла через входные дроссели 7, и бесконтактные уплотнения, образованные коЛьцевими канавками; дренажной 8, сое диненной со сливом, и уплотняющей 9, соединенной с источником (не показаны) сжатого воздуха в давлением РВ Участок шпинделя I между опорами 3 и 4 расположен в отверстии корпуса 2. Между шпинделем 1 и корпусом 2 вы полнены соединенные с источником сжа того до давления Р воздуха каналы в виде кольцевых зазоров 10 и 11, причем между кольцевыми зазорами и гидростатическими опорами 3 и 4 выполне ны дренажные кольцевые канавки 12 и 13, соединенные со сливом 14 каналами 15. Между кольцевыми зазорами 10 и 11 может быть выполнена кольцевая полость 16, имеющая канал 17 для соеди нения с источником воздуха, сжатого до давлен ия Pg. в этом случае полост 16 является источником сжатого возду ха для кольцевых зазоров 10 и 11. В данном примере шпиндель 1 выпол нен в виде поршня одностороннего дей ствия, закрывающего рабочую полость 18 гидроцилиндра, образованную шпинделем 1, корпусом 2 и опорой 4. Полость 18 соединена с источником давления Pf масла через дроссель 7 кармана 6 упорного подшипника и отделена от дренажной канавки 13 уплотняющим зазором 19. Шпиндель 1 может быт выполнен и не в виде поршня, тогда его вьшолнение у опоры 4 будет таким же, как у опоры 3. Шпиндельный узел работает следующим образом. . При включении давления р масла оно через дроссел 7 попадает во все несущие карманы 5 и 6 гидростАтических опор 3 и 4 и вытекает через упло няющие зазоры несущих карманов. Жест ко центрируют шпиндель в радиальных направлениях S пределах зазоров между шпинделем 1 и отверстиями в опорах 3 и 4 и в осевом направлении в пределах зазоров между упорными торцами шпинделя 1 и опор 3 и 4, исключая непосредственный контакт твердых тел, в том числе шпинделя 1 и корпус 2. OjiH этом, шпиндель 1 давлением масла в полости 1В смещается ближе к торцу опоры 3 так, что суммарный осевой зазор величиной в несколько (например, 2)мм, делится на неодинаковые однорторонние осевые зазоры, например 0,03 мм и 1,97 мм. Масло из карманов 5 радиальных подшипников сливается в дренажные кольцевые канавки 8. Из кармана 6 упорного подшипника опоры 3 масло сливается в дренажную кольцевую канавку 12, а из кармана б опоры 4 - в рабочую полость 18, откуда через уплотняниций зазор 19 дросселируется в дренажную кольцевую канавку 13. Сжатый воздух под давлением Pg по каналу 17 попадает в уплотня ощие канавки 9 и кольцевуюполость 16 между шпинделем 1 и корпусом 2. Вытекающий из канавок 9 и канавки 8 воздух предотвращает наружные утечки масла из узла. Воздух, попадая в полость 16, вытесняет из него масло и, вытекая под давлением Pg из полости 16 в дренажные канавки 12 и 13 соответственно через кольцевые зазоры 10 и 11, не пропус сает в них и в полость 16 масло из дренажных канавок 12 и 13. Если полости 16 нет, то воздух по каналу 17 попадает непосредственно в кольцевые зазоры 10 и 11. Из дренажных канавок 8,12 и 13 масло и воздух по каналам 15 вытекают в сливной бак 14. Давление Pg воздуха должно лишь немного превышать давление в дренажных канавках 8,12 и 13, для чего достаточно Pg 0,005-0,1 кгс/см. Таким образом, воздух заполняет кольцевые зазоры 10 и 11 между корпусом 2 и подвижньвл элементом - шпинделем 1, что позволяет существенно уменьшить потери на трение подвижного элемента в виде ббжгтроходного вала, так как вязкость воздуха существенно меньше вяз кости масла. Дополнительное выполнение кольцевой полости 16, которая служит источником сжатого воздуха для кольцевых зазоров 10 и 11 и имеет канал 17 для соединения с источником воздуха, позволяет дополнительно разгрузить подвижный элемент в виде быстроходного вала за счет уменьшения осевой длины кольцевых зазоров 10 и 11. Шпиндельный узел, содержащий ременный прийод шпинделя, может быть снабжен воздушнь нагнетателем 20, который одновременно является и центробежным фильтром вохдуха (фиг. 1,2-и 3) . Нагнетатель выполнен в виде установленного на шпинделе 1 шкива 21, охватывающего шкив приводного ремня 22 и расположенного с зазоргили 23 между ивсивом, 21 и ремнем 22 в зоне из начального контакта клина 24. Одна поверхность клина выполнена эквидистантно поверхности шкива 21, а другая - эквидистантно поверхности ремня 22. Клин 24 выполнен с карманом 25 у его вершины. Карман 25 соединен каналами 26 с каналом 17 кольцевой полости 16 При вращении шпинделя 1 ремнем 22 сопряженные через зазоры 23 с клином 24 поверхности шкива 21 и ремня 22 увлекают через зазоры 23 в карман 25 воздух из окружающей среды. При этом в кармане 25 увеличивается давление и воздух из него поступает по кана лам 26 в каналы 17, из которых он рас пределяется по потребителям, в том числе и в кольцевую полость 16. Окружные скорости шкива и ремня велики, например 50 м/с, поэтсжу в карман 25 нагнетается (поступает) мно го воздуха, а содержащиеся в воздухе частицы твердых тел и жидкости, имея более высокую, чем воздух, плотность, не успевают изменить направление движения, развернуться с воздухом в канал 26, по инерции затягиваются в стык между шкивом и ремнем и выбрасываются, обогнув шкив. Поэтому по каналам-26 и 17 в узел поступает очищенный воздух. Такой нагнетатель позволяет расширить эксплуатационные воз можности при наличии ременного привода быстроходного вала, так как не тре буется внешний источник сжатого воздуха и средства его очистки от влаги и загрязнений. Источник сжатого воздуха может быть выполнен в виде вентилятора, образованного наклонными каналами 27 на обращеннсэй к корпусу 2 поверхности подвижного элемента в виде интинделя 1 (фиг. 1). Каналы 27 воздушного нагнетателя могут быть выполнены на поверхностях шпинделя 1 (показаны жир ными линиями) или корпуса 2 (показаны тонкими линиями). Эти Каналы, например винтовые, равномерно распределены по окружности и направлены из полости 16 в дренажные канавки 12 и 13 в направлении относительного движения сопряженной поверхности. Показанное на фигурах .направление каналов 27 соответствует направленто вращения шпинделя 1 по стрелке, показанной на фигурах. Оптимальный угол наклона винтовых каналов ов 18. Глубина каналов соизмерима с высотой уплотняющих зазоров 10 и 11 (например, при радиальном зазоре 50 мкм глубина каналов 100 мкм). Ширина каналов 27 ; соизмерима с шириной поясков между j ||Ними (напрю ер, при ширине канала 2 мм ширина пояска 6 мм). I , При вращении шпинделя 1 эти каналы нагнетают воздух из полости 16 в дренажные канавки 12 и 13. При этом воздух в полость 16 засасывается по каналам 17 из окружающей среды и в них должен поступать очищенный воздух Во всех описанных исполнениях при вращении шпинделя 1 жидкостное трение в среде масла имеет место только в гидростатических опорах и, если дель выполнен в виде поршня, то в полости 18, в зазоре 19 и отчасти в канавке 13. А в полости 16 и зазорах 10 и 11 имеет место жидкостное трение в среде воздуха, т.е. газовое трение, потери на которое существенно (на несколько порядков) меньше, чем на трение в масле или другой капельной жидкости. Поэтому предложенный опорный узел позволяет резко понизить потерн на трение в зоне между опорами быстроходного вала, а это, в свою очередь, позволяет повысить частоту вращения и увеличить диаметр вала по меньшей мере между опорами, что повьшает жесткость узла в целом, уменьшить габариты шпиндельного узла. Кроме того, наличие в узле встроенного простого воздушного нагнетателя при наличии ременного привода шпинделя или вентилятора . позволяет расшириить эксплуатационные возможности узла, повысить его надежность и долговечность, упростить его встройку в станок, так как не требуется внешний источник сжатого воздуха и средства его очистки. Формула изобретения 1. Опорный узел жидкостного трения, содержащий подвижный элемент, установленный с зазором относительно корпуса на гидростатических опорах, между которы 1и выполнены каналы, соединенные с источником сжатого воздуха, отличающийся тем, что, с целью уменьшения потерь на трение подвижного элемента в виде быстроходного вала, каналы выполнены в виде кольцевых зазоров между подвижньм элементом и корпусом, причем между кольцевьами зазорами и гидростатическими опорами выполнены дренажные канавки, соединенные со сливом. 2. Опорный узел по п. 1, от л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью дополнительной разгрузки подвижного элементна в в.иде быстроходного вала, источник сжатого воздуха выполне Я в виде кольцевой полости, расположеиной между кольцевьми зазоргши и имеющей канал для соединения с нагнетателем, 3. Опорный I узел по пп. 1,2, отличаю щ и и с я тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей при наличии ременного привода быстроходного вала, ри -снабжен воздушньм нагнетателем, вьшолненньм в виде установленного на быстсюходном; валу шсива, охватывамцего шкив приводного ремня и расположеиного с зазорами между шкивсм и ретинем в зоне их начального контакта клина, одна поверхность которого выполнена эквидистантно поверхности шкива, а другая - эквидистантно поверхности ремня, причем клин выполнен с Kai iaHOM у его вершины, соединенньм с каналом кольцевой полости.

4. Опорный узел по п. 1, о т л и чающийся тем, что источник

2Л

5 ff

сжатого воздуха выполнен в виде вентилятора, образованного наклонными каналами на обращенной к корпусу поверх ности подвижного элемента.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР 368423, кл. F 16 С 32/06, 1971.

ffffff

f

20

Фггг.г

Фуг.З