Шпиндельный узел

СОЮЗ СОВЕТСНИХ ЦИАЛИСТИЧЕСНИХ СПУБЛИН 09) (11) А 51) Г 16 С 32/06 3 В 19/02 УДАРСТ .ДЕЛАМ НЫЙ НОМИТЕТ ССОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ ОПИСАНИЕ(71) Московскизавод "Красныйремова И Москов тальный институ(прототип),внешнему источнику давления, й дополнительное устройство восприятия осевой нагрузки, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что,с целью повьи)ения на" грузочных характеристик в осевомс направлении и надежности, устройство восприятия осевой нагрузки выполнено в виде гидроцилиндра, соединенного с внешним источником давления посредством введенного в устройство гидравлического регулятора давления, имеющего управляющие полости, которые соединены с зонами давления упорного подшипника.2, Узел по п,1, о т л и ч а ю - . щ и й с я тем, что гидроцилиндр раз" мещен в корпусе шпиндельного узла и снабжен по меньшей мере одним порш-, нем, который закреплен на шпинделе.1 10Изобретение относится к станкостроению и может быть использованов шпиндельных узлах металлорежущихстанков, имеющих упорные подшипникижидкостного трения,Известен шпиндельный узел, содержащий шпиндель, уотановленный в корпусе .в радиальных опорах и упорном подшипнике жидкостного трения, напримергидростатическом, имеющбм зоны давления, подключенные к внешнему ис-точнику давления, и дополнительноеустройство восприятия осевой нагрузки ЯВ известном узле дополнительноеустройство восприятия осевой нагрузки образовано системой приемныхкамер, через которые. зоны давленияупорного подшипника, в данном случаенесущие карманы, соединены с внешним источником давления. Однако несущая способность и жесткость в осевом направлении ограничена площадьюторцов упорного подшипника и давлением источника смазки. Конструкциищпиндельных узлов станков и источников давления не позволяют увеличивать габариты подшипника и дав"ление настолько, чтобы они обеспечивали резкое повышение воспринимаемых,осевых нагрузок, что не позволяетповысить режимы обработки и надеж"ностьЦель изобретения " повышение нагрузочных характеристик в осевом направлении и надежности.Указанная цель достигается тем, что в щпиндельном узле, содержащем шпиндель, установленный в корпусе в радиальных опорах и упорном под.шипнике жидкостного трения, имеющем зоны давления, подключенные к внешне" му источнику давления, и дополнительное устройство восприятия осевой нагрузки, последнее выполнено в виде, гидравлического цилиндра, соединенного с внешним источником давления посредством введенного в устройство гидравлического регулятора давления, имеющего управляющие полости, которые соединены с зонами давления упорного подшипника.Гидравлический цилиндр целесообразно разместить в корпусе шпиндельного узла и снабдить по меньшей мере одним поршнем, котдрый закреплен на шпинде" пе, 51340 2 Гидроцилиндр может быть выполнен либо однополостным (одностороннего действия), либо двуполостным (двуполостного действия), а регулятор давления может представлять собой делитель или сумматор расхода, делитель давления, гидравлический мост либо регулируемое сопротивление,На Фиг,1 изображен шпиндельный узел, разрез; на Фиг.2 - гидравли 5 0 ческий регулятор давления, разрез;ф на фиг.З - разрез А-А на фиг.1;на Фиг,4 - разрез Б-Б на фиг,1,В корпусе 1 шпиндельного узла фиг,1) в упорном подшипнике 2 жидкостного трения с внешним источником давления смазки, в данном случае в гидростатическом с несущими карманами 3 и 4 радиальные подшипники в данном случае тоже гидростати 15 20 ческие, хотя могут быть любыми,например качения), расположен шпиндель 5, Питание гидростатических подшипников на Фиг.1 не показано. В шпиндельном узле выполнен образованный корпусом 1 с установленной внем втулкой 6 заднего шпиндельногорадиального подшипника и шпинделем5 с установленными на нем поршнями з 0 7 и 8, разгрузочный осевой гидроцилиндр. Поршни 7 и 8 могут быть отделены от втулки 6 радиальным уплотняющим зазором. Рабочие полости 9 и10 этого гидроцилиндра соединены 35с гидравлическим регулятором 11 дав ления в этик полостях, управляемым вФункции осевой нагрузки Р на шпиндель,Регулятор 11 соединен с внешним источником давления Рн среды жидкости или .40газа и связан супорныИ подшипником 2шпинделя, выполненнымв видедатчикаосевой нагрузки Р. В данномслучае по-лости управления регулятора 11 соединены спротивоположными несущими кармана 45ми 3 и .4 упорного гидростатическогоподшипника шпинделя, разность давления1в которых пропорциональна осевой нагрузке Р на шпиндель. Регулятор 11 давления может быть любым, напримерможет быть образован управляемыми 50 в функции осевой нагрузки Р насосами.На фиг,2 показан гидравлический регулятор давления в виде делителя расхода, снабженного полостями управления.В корпусе 12 делителя на герметичных дисковых мембранах 13 и 14 междукольцеобразными соплами 15 и 16, распертыми дистанционным кольцом 17,340 10 20 25 з 1051подвешена дискообразная заслонка 18,Пакет деталеи 13-17 сжат в корпусе12 вдоль оси крышками 19 и 20. Дросселирующие щели делителя высотой Ьи Ь образованы торцами сопел 15 и16 й заслонки 18, Входная полость 21делителя. соединена с источникомдавления Ри среды. Выходные полости22 и 23 делителя соединены соответственно с рабочими полостями 9 и 10разгрузочного гидроцилиндраСопротивления дросселирующих щелей делителя и уплотняющих зазоров полостей 9 и 10 образуют мостовую схему,в диагональ которой включены полости9 и 1 О . Полости 24 и 25 управленияделителя, образованные, крышками 19и 20 и мембранами 13 и 14 соединенысоответственно с несущими карманами4 и 3 упорного подшипника 2 шпинделя 5,.Шпиндельный узел работает следую щим образом.При осевой нагрузке Р=О давления в карманах 3 и 4 упорного подшипника равны и взаимоуравновешены, Давления в полостях 9 и 10 разгрузочного гидроцилиндра тоже равны и уравновешены, потому что заслонка 18 находится в среднем положении (Ь 1= Ь 2), а величины сопротивления уплотняющих зазоров поршней 7 и 8 тоже равны, т.е, разность давлений в диагонали моста равна нулю. Осевую нагрузку Р на.шпиндель 5 уравновешивает разность давлений в зазорах упорного подшипника 2. Эта разность давлений в карманах 3 и 4 подшипника пропорциональна нагрузке Р и действует на регулятор 11, В данном случае эта разность давлений действует в полостях 24 и 25 управления делителя расхода на мембраны 13 и 14 и смещает заслонку 18 при показанном направлении силы Р налево, При этом зазор Ь 1 уменьшается, а зазор Ь 2 увеличивается и, соответственно, давление в полости 9 гидро- цилиндра падает, а в полости 10 увеличивается, Таким образом, осевую нагрузку Р на шпиндель уравновешивает не только разность давлений в карманах 3 и 4 упорного подшипника 2 шпинделя 5, но и разность давлений в полостях 9 и 10 гидроцилиндра, который разгружает упорный подшипник 2, повышая его нагрузочные характеристики - жесткость и несущую способность,В ряде случаев в станках преобладает осевая нагрузка одного направления, например на шпиндель в токарных. В этих случаях разгрузочный цилиндр целесообразно выполнять одностороннего действия, например безполости 9, а в качестве регуляторадавления в таком цилиндре можно.использовать делитель расхода, например вышеописанной конструкции, Дляэтого выходные полости 22 и 23 делителя соединяют с полостью 10 цилиндра. В этом случае узел работает следующим образом. При отсутствии йагрузки (Р=0) за",слонка занимает близкое к среднемуположение (Ь 4= Ь = Ь).При этом сопротивление двух включенных параллельно на входе в полость 10 гидроцилиндра щелей делителя будет максимально и равно 0: - , где В=К/Ь, и в полостиР10 установится некоторое давление Р, которое вызовет со стороны цилиндра действие на шпиндель 5 некоторой силы, направленной (фиг.1) направо,т,е. навстречу ожидаемой осевой на. грузке Р. При действии ожидаемойнагрузки Р на шпиндель разность давлений в карманах 3 и 4 подшипника,действуя на мембраны делителя, смес"тит заслонку 18 налево, При этомпо мере увеличения силы Р и смещения заслонки 18 величина вышеупомянутого сопротивления В будет падатьдо значения ЙГ ; - К/(Ь 4+ Ь 2)ь=К/8 Ь, когда заслонка 18 упретсяв сопло 15 и станет Ь =О, а Ь 2= 2 Ь, 40 т.е. Вр/В,= 4 т.е. под действием силы Р сопротивление к можетуменьшиться в И раза . Поэтому, еслизначения Ь 1 + Ь,2 и зазора поршнявыбраны так, что при Р 0, Р 4,= 1/345то за счет подбора жесткости мембран13 и 14 можно для любого значения Робеспечить Р 4 = 2/3 Р и таким образом обеспечить уравновешивание осевойсилы Р не только за счет разности давлений в упорном подшипнике, но и путем увеличения давления Р 1, т.е.разгрузить подшипник за счет этогодавления.Регулятор (фиг,2) можно исполь зовать для управления давлениемтолько в полости 10 разгрузочногоцилиндра (однополостного), применяяего в качестве делителя расходабез параллельного соединения егосопротивлений, Для этого просто закрывают выход из полости 22, оставляя полость 23 регуЛятора соединеннойс полостью 10 разгрузочного цилиндра. В исходном положении ( Рн= О,Р =0) за счет подбора длин элементовпакета деталей, образующих регулятор, например за счет длин сопел 15и 16, заслонку 18 устанавливают вбли Ози торца сопла 161,11 -0)., При включении давления Р и действия силы Рзаслонка 18 под действием разностидавлений в карманах 3 и 4, соединен-.ных соответственно с полостями 25 и 524, начнет смещаться налево тем больше, цем больше сила .Р. При Р = 06 " О иследовательно, давление вполости 10 Р = О, В пределе при заданном максимальном значении Р за" 20слонка 18 упрется в торец сопла 15 истанет Ь= 21, т,е, сопротивлениещели 1,2 упадет до своего минимального предела и давление Р 4 станет мак-.симальным, обеспечив предельную разгрузку упорного подшипника.Давлениемв одной полости 10 можно управлять, используя этот же регулятор в кацестве делителя давления,Для этогО полОсть 21 соединяют с.по" 30лостью 10, волость 23 - с источникомдавления Рн, а полость 22 - со сливом,Исходное Р=О положение заслонки18 - у торца сопла 16 1-0, Придействии силы Р заслонка 18 смещается налево, изменяя соотношениеЬ/Ь 1 так, что при Р=О давление вполостях 21 и 10 будет практическиравно нулю, а при максимальных значениях Р и смещении заслонки 18 будет И = 2 И и давление Р 4- Рн,. Такимобразом по мере увеличения нагрузкиР будет увеличиваться и давление вполости 10 разгрузочного гидроцилиндра, разгружая упорный подшипник 45и побышая его жесткость при действиинагрузки Р,Аналогично другой такой же регулятор в качестве делителя давленияможно вклюцить для управления давлением в оолости 9 разгрузочного гид 50роцилиндра, если она есть, Для этогоего полост ь 21 соеди няют с полостью, полость 22 - с источником давления Р 1, а полость 23 - со сливомПри этом в исходном Р=О положениизаслонки обоих регуляторов занимаютсреднее положение. (1 1 = и= и) и сопротивление обоих регуляторов образуют мостовую схему., в диагоналторого,включен двухполостной 9 и 10разгрузочный гидроцилиыдр. При Р=Одавления в полостях 9 и 1 О равны,С ростом Р разность давлений в несущих карманах будет смещать заслонки регуляторов так, что разностьдавлений в полостях 9 и 10 будеткомпенсировать силу Р,Оба регулятора можно объединитьв одном корпусе и их заслонки посадить на общий стержень.В ряде случаев повышения радиальной жесткости шпинделя в опорах упорный гидростатический подшипник выполняют многокарманным Фиг,3 и 4) .Иногокарманным является по сути иаэростатический упорный подшипникс питанием через сопла. При действиина шпиндель в таком подшипнике одно.временно осевой и радиальной силдавления в противоположных карманах,например 4 и. 3 подшипника из-зарадиального прогиба шпинделя могут "быть неравны при Р 0 и равны приРО. В таком подшипнике в этих уеловиях пропорциональной осевой нагрузке будет разность давлений впротивоположных карманах, смещенныхдиаметрально, потому цто перекосыповерхностей в их зоне при радиальном прогибе. шпинделя будут одинаковыми, В принципе забор давлений дляконтроля осевой нагрузки на упорныйподшипник с внешним источником давления гидро- или аэростатическийнеобязательно осуществлять из карманов.Более выгодно, с точки зрениянадежности шпиндельного узла и егодинамических качеств, контролироватьнагрузку по давлению не в карманах,а. на перемычках, окружающих карманы,особенно это относится к аэростатическим опорам, так как давление наперемычках всегда пропорциональнодавление в кармане и нагрузке наопору. Поэтому для выполнения подшипника в качестве датчика нагрузкиР достаточно соединить с полостямиуправления две диаметрально смещенные точки противоположных зазоровподшипника с внешним источником давления. Это исключает падение давлений в карманах иэ-за разрыва соединительных линий, т.е, повьвает надежность узла, Это же как бы вводитсопротивление между карманом подшипника и полостью управления дели105130 телем, что повышает динамические качества системы, исключая возникновение автоколебаний в ней.Использование изобретения позволяет увеличить несущую способность и жесткость в осевом направ"ленин, а также резко повысить надежность работы шпиндельных узловтокарных и других станков с преобладающей осевой нагрузкой,0 н Составитель И .Оащенкедактор Н,Безродная Техред А.Бабинец ета СССР открытий я наб., д. М филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектна аказ 861/38 ВНИИПИ Г по 113035, Тир сударственно делам изобре осква, Ж776 о ко ений Рауш орректорС.Патрушеваводписное