Электрошпиндель

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19/02 // В 24 В я)5 В ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОЙИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ титуСмир(56) Авторское свидетельство СССМ 231289, кл. В 23 В 19/02, 1966.Авторскоесвидетельство СССМ 456707, кл, В 24 В 41/04, 1972.Авторское свидетельство СССМ 1200004, кл, Е 16 С 25/06, 1984,.,Ж 1784407 А 1(57) Использование: область машиностроения, преимущественно для оснащения прецизионных внутришлифовальных станков. Сущность изобретения: в корпусе 1 установлен вал-ротор 3, несущий на консоли 4 оправку 5 со шлифовальным кругом и установленный в передней 6 и задней опорах, Радиально-упорные шарйкоподшипники 7 и 8 передней опоры имеют разные номинальные углы контакта 81 и р 2. При этом угол контакта 81 тел качения радиально-.упорного подшипника 7, установленного со стороны консоли 4 вала 3 шпинделя, меньше угла контакта Д последующего подшипника, то есть Р 1 (Д . 1 ил,1784407 3 4Изобретение относится к области ма- проекции сйлы резания в плоскости, першиностроения и может быть использовано пендикулярной оси шпинделя 1);преимущественно для оснащения прецизи-Конструкция шпинделя обеспечиваетонных внутришлифовальных станков, высокую жесткость корпуса в направленииОсновной эксплуатацйонной характе действия силы резания. Это обеспечиваетристикой качества электрошпинделя, опре- низкую вибростойкость шпинделя в направделяющей возможность его йспользования лении максимальной жесткости корпуса.для прецизионного внутреннего шлифова- Однако изготовление опор в форме ования, является точность вращения; т.е. вели- ла йетехнологичйо, кроме того, износ элечины колебаний (вибраций) вала-ротора 10 "ментов бйор приводит к потере жесткости иэлектрошпинделя при его вращении,други- виброактивности, так какрегулировка жес - ми словами - его виброактивйость под на- ткости опори система компенсации износагрузкой и в режимехолостогбхода, не предусмотрены. Вследствие названнйхВиброактивность электройпийделя оп- - недостатков известные опоры не нашли шиределяют, наряду с качеством изготовления 15 рокого йрименения" Для внутришлифовальшарикоподшипниковых опор, качествомных электрошпинделей,сборки и балансировки вала-ротора, также Известен шпиндель, содержащий кори конструктивные- параметрыапийделя, в"пус, переднвю и заднюю опоры, собранныечастности тип, размер и схемаустановкина ширйкоподшипниках, вал-рот 6 р и уст-шарикоподшипников ойор шпинделя, В 20 ройство создания осевого натяга, при этомбольшей стейениэтоотносится-кконструк- " подшипники качанияопор различаются поции переднейопоры, йепосредственйопри-массе и количеству тел качения, а устройстближенной к консоли вала-ротора с. - . воосевогонатяга"выполненоввидепростаабразивным йнструментом;-:.вочных колец 2), - -:Широкое"прйменение в конструкциях 25 Благодаря испольэованиюв опоре подопорэлектрошпинделей получили радиаль-шипниковсразнымимассами и количестно-упорные. шарикоподшипники, способ-: вом тел качения исключается Синхронноеные воспринимать какрадиальные нагрузки "- вращение шариков подшипников,входя-от усилий резания и дисбаланса ротора, так" щих в опору, Зто снижает виброактивностьиосевые - от усилий резания, предеари опоры.тельного осевогоНатяга опор электрошпин- " Однако радиальная" жесткость и виброделя и термических воздействий; :. устойчивость: опор достйгается сложным иВиброактивность переднейопоры алек- трудоемким путем, а именно: применениемтрошпййделя, собрайной на йескольких ра-подобранныхпо"осевойжесткостии точнодиально-упорных шарикоподшипниках, 35 сти вращения разногабаритных шарикопод-"" "определяетсяхлесткостью корпуса опоры и: шипников ограничивающих быстроходностьраспределением радиальной и осевой на-шпинделя,установкой большого колйчествагрузок между отдельными шарикоподшип-точно изготовлейных и тщательно подониками опоры, Соотношениер"адиальной и бранных"по высоте проставочных колец дляосевой нагрузок в радиально-упорном ша создания предварительногоосевого натягарикоподшипнике определяется таким кон- между подшипнйками,структивным параметром подщипника,какНедостатком"известного шпинделя явугол контакта тел качения. Правильный вы-ляетсяи то, что кесткаясистема создайиябор жесткости корпусаопоры; кбнсоли вала-:предварительного осевого натяга проста; . ротора, схемы расположения подшипников и 45 вочными-кольцами приводит при незначи. ",ихконструктивных параметрбв позволяет тельном" износе элементовподшипников кполучить необходимый мйнимум виброак-бЫстрой-утрате первоначальной жесткости,тивности идостаточную"долговечйость пре-а следовательно, и к снижению виброактив цизионных ,внутришлифовальныхности.электрошпинделей.,. . .50 Наиболее близким к предлагаемому яв-Известен электрошпиндель","содержа-ляется электрошпиндель, содержащий корщий корпус, переднюю и зздйююойорц, пус, передн юю и заднюю опоры,собранные на радйально-упорных "шарико- " выполненные на радиально-упорныхшари. подшипниках,вал-ротор,устройствоДлясо- коподшипниках, внутренние кольца котозданияосевогонатяга шарикоподшипников 55 рых жестко укреплены на валу шпинделя,опор, обмоткустагора и магнйтопроводы наружные кольца подшипников переднейстатораи ротора, приэтом элементы корпу опоры жестко укреплены в корпусе, а засапереднейопоры выполнены ввидеовала дней опоры выполнены плавающими ии установлены так, что ось максимальной снабжены узлом для создания предварижесткости опор-совпадает с направлением тельного осевого натяга 3),Известный шпиндель прост по конст-Такое вцполйение электрошпинделярукции, несложейв изготовлении, обладаетобеспечивает перераспределение осевой и .достаточной быстроходностью, таккаксо- радиальной нагрузок между шарикоподдержитв опорах по два радиально-упорных: шипниками передней опоры. при этом по шарикоподшипника одинакового типораз; 5 мере снижения радиальной грузоподъемно- мера Узел предварительного натяга поэво: сти подшипников увеличивается их осевая ляет установитьи. производитьгрузоподъемность,подрегулировку осевого "натяга шарйкоподг: ,. Таким образом; достигается равнонагщипйиков опор, тем самым обеспечить тре- -:-.руженность (равнопрочность) всех подшипбуемый низкий уровейь виброактивности 10 йиков передней:опоры, обеспечивающая шпинделя; Одйако при повышейии дйнами-увеличенйе осевого натята,повышение вибческйх нагрузок (например; при: вреЗйом роустойчивости, без снижеййядолговечно-шлифовании дорожек колец подшипников)"сти опоры,требуемый низкий уровень .виброактивно- "На чертеже показан общий вид электрости шпинделя достигается при достаточно 15 шпинделя,высоких величинах предварительного осе- . Электрошпиндель содержиткорпус 1 с вото натяга, что снижает долговечность, обмоткой статора 2, вал-роторЗ, несущий на опор,шпинделя,. Это:объясняется тем, что. консоли 4 оправку 5 со шлифовальнь 1 м кру-, при больших эйачениях осевого натяга при "гом, переднюю 6 и заднюю (на чертеже не :резании происходит неодинаковое нагру-" 20 показана) опорыПередняя опбра 6 выпол-жейие йодшийников передней опорй. Пер-нона на двух:радиально-упорнйх шарико вый со. стороны консоли "Шпинделя".иодшипййках 7 и 8, внутрейние кольцаподшипник перегружается и в нем йнтенси- : которых жесткоустановлены на валу-роторе фйцйруются процессыизноса. При сниже-.3, нару)кныекольцаподщипников 7 и 8 жениивеличины осевого йатятаувеличивается 25 стко закреплены, в корпусе 1 .шпинделя.еиброактивность опоры, не обеспечиваетсяЭлектрошпиндель имеет -узел предвари.,требуемый уровень волнистости и гранйо-:тельного осевогонатяга подшипников опорстйобрабатываемой поверхности..,."., , (на чертеже не показан).Следовательно,основнымйедостаткомРадиально-упорные шарикоподшипниизвестного шпинделя является недостаточ- ЗО ки 7 й 8 передней опоры имеют разные но-ная вибрбустойчивость идолговечйость;. минальные углыконтакта Р 1 иД, При этомЦелью изобретения является снижеййеутол контакта"Р 1 тел качения радиальновиброактивности и повышение долговечно- упорного подшйпника 7; установленного со , сти путем выргавнйвания нагруженности сторойы консоли 4 вала 3 шпинделя, меньвсех подшипниковпередней опоры,. 35 ше угла контакта Д последующего подшйпника,т;е. Р 1 Р 2Укаэанная цель достигается тем что вЭлектрошпиндельработает следующим., электрошпинделе; содержащем корйус, обоазом.вал-ротор, переднЮЮ и заднююопоРц, каж-: Перед началом эксйлуатации устайавдая из которых выполнена по крайней мере 40 ливают предварительный осевой натяг раиз двух радиально-упорных "шарикопод- диально-упорных шарйкоподшипникОв, шипников, внутренние кольца которых Вес-опор с помощью узла предварительного наткоукреплены на валу-роторе, наружные . тяга,установленногоузадйей опоры шпинкольца шарикоподшипников передней опо-деля, - Величина усилия предварительного ры жестко укреплены в корпусе; азадней 45 осевогонатяга выбирается взависимости.от опоры выйолненйплаваЮщйми, йа электро- усилий реэайия,шпийдель установлен узел для создания . усилиепредварительногоосеаогонатяпредварительного осевого натяга радиаль- га О радиально-упорных Шарикоподшипно-упорных шарикоподшипников опор, йе- ников передней опоры электрошпиндЕля.: редняяопора комплектуется 50 должно быть достаточным для обеСпечения:радиально-упорными подшипйиками одина- контактирования всех шарйков радиальноковой размерности, но имеющими разные упорных шарикоподшипников: даже при йоминальные углы контакта тел качения, воздействии макСимальных усилий внешприэтом впереднююопорусо стороны кон- ней нагрузки, т,е. радиальной составляюсолишпинделяустановлен радиально-упор щей усилия резания Вр, Это обусловлено ный шарйкоподшипник с минимальным тем, что внешняя нагрузка вызывает асим- углом контакта тел качения, а последую- метрию распределения нагруженности тел щие шарикоподшипники передней опоры качения по периметру беговой дорожки, доимеют монотонно увеличивающиеся углы полнительно нагружая сектор А радиальноконтакта тел качения.1784407 7 8упорйого подшипника 7, нагруженный втом подшипник, не способный восприниматьже направлении, что и внешняя нагрузка Вр, радиальные нагрузки. "иразгружая сектор Б; нагружейный ради- Таким образом, устанавливая в переальной нагрузкой;вызвайной усилиями днюю опору радиально-упорные шарико"предварительйого натяга в противополож подшипники с минймальным угломйом направлении, Такимобразом; радиаль- контакта 31 у первого от консоли шпинделяная -йагруженн"ость"отусилийподшипника 7 иувеличения углы контактаупредварительного натяга должна быть вы-"последующих подшипников 8, т,е, при "со ше, чем указанноеусилие разгрузки, чтобы . блюдении условия Р 1 ,% (фз и т,д,обессохранитьконтакт йарйков и беговыхдоро печивается выполнение" закона, прижек вразгруженном секторе Б. Рекоменду-котором осевая нагруженность каждого по"ется выбирать величину осевого усилия следующего подшипника 8 передней опорыпредварительногонатяга :- больше осевой нагруженности предыдущеОо=1,7 Врсцф , ": ;,: :.:, гойодшипника 7; .где Оо - -величина осевого усйлия-предвариИзгиб кансоли 4 шпинделя поддействи тельйото натяга шарикоподшипников;ем усилия определяет закон распределейияВр -" радиальная составляющая усилий радиальной нагружейности подшипниковрезания;,; , .,", "."."" .передней опоры В 1 В 2 Взит.д,(в нашемр -угол контактател качения Р/У ша- случае В 7Вэ, где В 7, Вз - радиальные на рикоподшипнлков, :,. ". "-," " 20 гружейности подшипников 7 и 8).При приложении внешйей нагрузки от. Подбирая подшипники по углу контакта усилий резания к консоли электрошпинделя вводим закон Р 1 Ъ /3 з .и.т.д. (в нашемнаибольшая доля радиальной нагрузки при-, случае Р 7 фа), в результате обеспечиваемходится на первыйподшипйик "7 передней: вцполнейие УсловияО 1("О 2Оз и т.д,(вопоры 6,наиболее приближенной к абра нашем случае О 7Оэ), т;е. обеспечивается-зйвному инструменту, т,е; точкиприлбже- " "выравниванйенагруженностивсехподшип- "ниявнешней" нагрузки. На Каждый ников передней опоры, а это обеспечит попоследующий подшипник. 8 долярадиаль- вышение долговечности опоры. Крометого,ной нагрузки уменьшается (в соответствйиимеется возможность увеличить осевой нас линией упругого изгиба консоли 4 шпин тяг О невызывая перегрузку первого подделя),.Следовательно;" радйальнаянагру-шипника опорй,"и обеспечить требуемую женность подшипников передней опоры . высокую радиальную жесткость первогоуменьшается по мере удаления от консоли первых) подшипника передней опоры ивала-ротора.: - ; . " .: :, .большую осевую жесткость последующихЧтобы обесйечитьравнопрочность всех 35 подшипникбв опоры, .,подшипников опоры, при которой достига-С величйной утла контактасвязайа у рв. ется наибольшая долговечность опоры, не- . диально-упорйых шарикоподшипников иобходимо по мере Уменьшения радиальной частога вращения сепараторов (шэриков),нагруженности подшипника -увеличивать при этомего осевую нагруженность, Другйми слова ":ми, в соответствии с законом- распределе- :-" " - в" Оййя - радиальной йагруженностипо вс 2 (1соэф)подшипникам передней опоры,ойределяемым упругой деформацией консоли 4 и вагде а 1"-частота вращения вала ротора;ла-ротора 3 в пределах расположения 45 6-диаметр шариков,передней опоры, подбирая подшипники с О - средний диаметр по центрам телметрами, обеспечивать изменение осевойР - угол контакта тел качения.нагруженности подшипников по обратному Частота вращения шпинделей неодина.закону, т.е, по мере сййжения радиальной 50 кова, следовательно, шарики в подшипнийагруженйостиувеличивать соответственно ках передней опоры будут вращатьсяосевую нагруженность, сохраняя общую на- несинхронно, что позволит избежать нежегруженность. Это удается сделать, подби лательнйх явлений в опоре. Это такжерая подшипники по.такому конструктивному уменьшает виброактивность опоры и повыпараметру, как угол контакта тел качения Р 55 шает точность вращения.При р= 0 подшипник вообще ие восприни- Таким образом, предложенная констмает осевых усилий, т,к. Оо = О. По мере рукцияэлектрошпинделяобеспечиваетсниувеличения угла Р доля осевой нагрузки жение виброактивности и повышение Увеличивается и прй р = имеем йпорный . долговечности шпинделя и не требует приСоставитель Н.МинченяТехред М.Моргентал. Корректор Л,Ливринц Редактор Т,Егорова Заказ.4337Тираж,:Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035; Москва, Ж,. Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 1019 1784407 10внедрении существенных изменений в кон- предварительного осевого натяга подшипструкции серийных электрошпинделей. кро- ников опор шпинделя: о т л.ич а ю щ и й ся ме организации измерения угловконтакта тем, что, с цельюснижения: виброактивноподшипников при комплектовании опор., стй й повышения долговечности путем;вы 5 равнива,ния" "нагруженности.:. всехФ о р м у л а и з о б р е т е н и я подшипников переднЕй .опоры, последняяЗлектрошпиндель, содержащий кор- выполнена в вйде.радиально-уйорных шапус, вал-ротор, переднюю.и заднюю опоры, рикоподшипников одинаковой размернокаждая из которых выполнена по крайней сти, но"имеющихразкыеноминальныеуглы мере из двух радиальйо-упорных шарико контакта тел "кМениК при:-этом:со стороны подшипников, внутренние кольца которыхконсоли шпинделя, установлен радиально- жестко закреплены на валу-роторе,наруж-упорный Шарикойодшйпйик сминимальные кольца шарикоподшипников передней: ным утлом контакта-тел качения, аопоры жестко закреплены в корпусе; аза-: последующие Ьарикоподщйпники. пере-, дней опоры выполнейы плавающими, с ко днейопоры имеют"монотонно:.увеличиваюторымивзаимодействует. узел щиеся углы контактател качения.1