Газовое уплотнение

(19) (11) За) Р 16 3 15/44 МУ СВИДВТВЪСТВУ АВТО МП:л 1,-дл ина уплотняющего за между уплотняющей кан и окружающей средой, - длина уплотняющего за между уплотняющей и д ной канавками, зораавкой ранаж" высота упл ра между у навкой и о высота упл ра между уп дренажной няющего зазоотняющей каужающей средой; отняющего зазоотняющеи анавками 2. Упл чающ повышени плотняющ го пояска, на пояске м й канавкой и окружающе стороны уплотняющей ка на кольцевая проточка нее высоты уплотняющей й уплотняющ средой со ки выполи высотой м вкана т- лью плоти ение о пп, 1 и 2,я тем, что, сорки зазора поющие зазоры выпя в направлениик окружающей с личающе е с предотвращения выб нагрузкой, уплотн иены расширяющими дренажной канавки о от еде.ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬППФОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ(71) Московский станкоинструментальный институт и.Московское специальное конструкторское бюро автоматических линий и специальных станков (53) 62-762(088,8)(54)(57) 1, ГАЗОВОЕ УПЛОТНЕНИЕ, преимущественно гидростатических опор, имеющее уплотняющие зазоры с уплотняющими поясками, дренажную канавку, соединенную каналом со сливом, и уплотняющую канавку, расположенную между окружающей средой и дренажной канавкой и соединенную с источником. сжатого воздуха, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения надежности уплотнения, длины уплотняющих зазоров выбирают из со-. отношенияг-, 46и/или высоты этих зазоров из соотношения- 61132 где 55 Изобретение относится к уплотнениям и можетбыть использованов шпиндельных опорах металлорежущихстанков,Иелью изобретения является повышение надежности уплотнения за счетуменьшения гидравлического сопротивления уплотняющего зазора междуокружающей средой и уплотняющей канавкой по отношению к гидравлическому 10сопротивлению уплотняющего зазорамежду уплотняющей и дренажной канавками путем уменьшения его геометрической характеристики и расширения уплотняющего зазора в направленин от дренажной канавки к окружающей среде, что приведет к сокращению простоев оборудования и повьппению его производительности.На фиг. 1 изображено газовое 20уплотнение шпиндельной опоры; нафиг. 2 - узел 1 на фиг, 1, на фиг.3то же, с иным выполнением уплотняющих зазоров.Газовое уплотнение шпиндельной 25опоры, включающей шпиндель 1 и гидростатический подшипник 2 с несущимикарманами 3, содержит уплотняющиезазоры 4 и 5 с уплотняющими поясками 6 и 7, дренажную канавку 8 и уплотняющую канавку 9.Уплотняющая канавка 9 расположена между дренажной канавкой 8 иокружающей средой и соединена систочником сжатого воздуха 10, Лре 35нажная канавка 8 соединена каналом,имеющим участки 11, 12 и 13 со сливом, например баком 14. Уплотняющийзазор 4 длиной 1 и высотой Ьразмещен между окружающей средой и уплотняющей канавкой 9Уплотняющий зазор 5 длинойи высотой 11 тразмещен между уплотняющей 9 и дренажной 8 канавками. Уплотняющаяканавка 9 имеет глубину Ь,з и длину 15На уплотняющем пояске б уплотняющего зазора 4 между окружающей средойи уплотняющей канавкой 9 для повышения его механической прочностивыполнена кольцевая .проточка 15 состороны уплотняющей канавки 9, Глубина кольцевой проточки 15 выбранаиэ соотношения ЬЬ Ь 5(см.фиг.2),где И - глубина кольцевой проточки Уплотняющие зазоры 4 и 5 могут быть выполнены, расширяющимися от дренажной канавки 8 к окружающей среде (см.фиг. 3). При этом расшире 096 1ние уплотняющего зазора 4 может быть осуществлено ступенчато, когда 1 )1 при эквщистантном зазоре илитмонотонно, например, за счет выполнения конической поверхности, по крайней мере, одного из уплотняющих поясков 6 или 7 уплотняющих зазоров 4, 5 при 11 6 аГидравлическое сопротивление уплотняющего зазора определено соот- ношением ьп12 Р 1или иначе=юго 1 где Щ - геометрическая характеристикагидравлического сопротивления уплотняющего зазораф,(И - коэффициент динамическойвязкости среды.Геометрическая характеристика гидравлического сопротивления может быть представлена 1"г"г- Д 1 ф где 1"г - геометрическая характеристика гидравлического сопротивления зазора на единице его длины (удельная геометрическая характеристика), причем,12 Ег=З ф- длина уплотняющего зазора,И - высота уплотняющего зазора.Из приведенных соотношений видно, что гидравлическое сопротивление уплотняющего зазора зависит от изменений его геометрической характеристики. Изменения же геометрической характеристики гидравлического сопротивления связаны с изменением входящих в нее геометрических параметров, т.е, длины 1 и высоты и , поэтому геометрическая характеристика может быть условно представлена соотношением ЕВ случае равенства высот Ь и пз ,Е и Е, уплотняющих , 4 и 5 их геометрические характеристики равны, а следовательно, равны и гидравлические сопротивления этих зазоров.Уменьшение гидравлического сопротивления уплотняющего зазора 4 и увеличения гидравлического сопротивления уплотняющего зазора 5 обусловлено тем что геометрическая хаУ рактеристика 1 Ь гидравлического сопротивления уплотняющего зазора 4 между окружающей средой и уплотняющей канавкой 9 меньше геометрической характеристики т 111 гидравлического/сопротивления уплотняющего зазора 5 между уплотняющей 9 и дренажной 8 канавками причем оптимальные значения этих характеристик выбраны изсоотношения 2 6 - - 6 П- -ГбЬ. з ьу.1 при этом длинауплотняющего зазора 4 между окрухаищей средой и уплотняющей канавкой 9 меньше длиныуплотняющего зазора 5 между уплотняющей 9 и дренажной 8 канавками,а высота 11, уплотняющего зазора 415между окружающей средой и уплотняющей канавкой 6 больше высоты Ь уплотняющего зазора 5 между уплотняющей 9 и дренажной 8 канавками.Газовое уплотнение работает сле 20дующим образом.В несущие карманы 3 гидростатического подшипника 2 подают масло.Масло вытекает из подшипника 2 вдренажную канавку 8. В уплотняющую25канавку 9 подают от источника 10сжатый воздух. Сжатый воздух, попадаяв уплотняющую канавку 9, может выходить из нее в двух направлениях:через уплотняющий зазор 4 в окружающую,.среду и через уплотняющий зазор 5 в З 0дренажную канавку 8. Выходя в окружающую среду, сжатый воздух отталкивает от уплотняющего зазора 4 вредные агенты окружающей среды (пыль,жидкость), не пропуская их в уплот- З 5няющую 9 и, дренажную 8 канавки. Сжатый воздух, выходя в дренажную канавку 8, не пропускает из нее в уплоъняющую канавку 9 и далее в окружающую среду масло, исключая его утечки в окружающую среду через уплотняющий зазор 4, Для этого необходимо, чтобы давление воздуха в уплотняющей канавке 9 было больше давления в дренажной канавке 8. Попадающие в дренажную канавку маслоиз несущих карманов 3 гидростатического подшипника 2 и воздух из уплотняющей канавки 9 образуют масловоздушную смесь, которая по участкам 11, 12 и 13 сливного канала вытекает из дренажной канавки 8 в сливной бак 14. При этом давление вдренажной канавке 8 тем,больше, чембольше воздуха попадает из уплотняющей канавки 9 в дренажную 8,т,е, чем больше объем масловоздушной смеси, вытекающей иэ нее. В результате того, что геометрическая характеристика сопротивленияуплотняющего зазора 4 меньше,.чемгеометрическая характеристика сопротивления уплотняющего зазора 5, гидравлическое сопротивление уплотняющего зазора 4 меньше гидравлическогосопротивления уплотняющего зазора 5,а следовательно, и скорость воздухана вьходе из уплотняющего зазора 4даже при малом давлении сжатоговоздуха будет велика, а расход воздуха на выходе из уплотняющего зазора 5 даже при высоком давлении сжатого воздуха будет мал.Таким образом, воздух, выходя поуплотняющему зазору 4, надежно отталкивает от зазора поток смазочноохлаждающей жидкости, льющейся в окружающей среде, с находящимися вней частицами грязи,Благодаря поступлению малого количества воздуха из уплотняющей канавки 9 в дренажную канавку 8 по уплотняющему зазору 5, давление в дренажной канавке 8 понижается, что позволяет как при низком, так иУ при высоком давлении надежно обеспечить превышение давления ьоздуха в уплотняющей канавке 9 над давлением воздуха в дренажной канавке 8, что приводит к надежному предотвращению утечки масла через уплотняющий зазор 4 в окрудающую среду.Из условия уменьшения гидравлического сопротивления уплотняющего зазора соотношение длин уплотняющих зазоров 4 и 5 Р/Р необходимо выбирать как можно меньше. Это может быть обеспечено либо увеличением длины 1 уплотняющего зазора 5, либо уменьшением длины 1 уплотняющего зазора 4. Увеличение длины 1 приводит к увеличению консоли шпиндельной опоры и к ухудшению ее работоспособности. Отсюда следует, что необходимо уменьшать величинудлину уплотняющего зазора 4, однако при уменьшении длины ;1 уплотняю- щего зазора 4 резко падает механическая прочность уплотняющего пояска 6 между окружающей средой и уплотнябщей канавкой 9. Поэтому на уплотняющем пояске б между окружающей средой и уплотняющей канавкой 9 для сохранения его механической прочности при уменьшении длиныуплотняющего зазора 4, непосредственноиаи 10119 Тиоил 912 ПодписноеППП Потеет , г. Уигорол, ул.Проектное,а примыкая к уплотняющей канавке 9, выполнена кольцевая проточка 15 со стороны уплотняющей канавки 9(см. фиг. 2). Глубина И кольцевой проточки 15 больше высоты уплотняю щего зазора 4 и меньше глубины И уплотующей канавки 9. Оптимальные значения глубины кольцевой проочки,15 выбирают из соотношения 1 Фф 3 например 8= = 0,003 мм 1 О (1 Ь = 0,1 мм, 01 = .3 мм, Е = 0,5 мм). При этом сохраняется механическая прочность уплотняющего пояска 6 и одновременно уменьшается длина Х 1 уплотняющего зазора 4, 5 Уплотняющие зазора 4 и 5 удалены от гидростатического подшипника 2, При работе шпиндельной опоры шпиндель 1 под нагрузкой прогибается и касается уплотняющего пояска 6 в уплотняющем зазоре 4При вращении шпинделя 1 с высокой окружной скоростью, например 30 м/ст зто может привести к аварии.Для предотвращения выборки зазора под нагрузкой уплотняющие зазоры 4 и 5 в уплотнении. выполняют расширяющимися в направлении от дренажной канавки 6 к окружающей среде (см. Лиг.З).