Високообертовий затискний гідроциліндр

Винахід відноситься до області машинобудування й може бути використаний в верстатобудуванні при виготовленні механізмів затиску високообертових шпиндельних вузлів верстатів. Відомий ряд конструкцій затискних циліндрів аналогічного призначення, які виготовляються, в основному, двох типів: з отвором в штоці для розміщення пруткової заготовки та без нього. В багатошпиндельних токарних напівавтоматах використовується гідроциліндр затиску, що обертається, з торцевим підводом робочої рідини [1]. Маслопідвідна втулка нерухома і підтискається до корпуса гідроциліндра пружинами. Однак цей гідроциліндр має досить великі втрати і призначений для низьких частот обертання. У ЕНДІМВі (Росія) було розроблене високошвидкісне гідравлічне підведення, що обертається, для токарних верстатів з ЧПК [2]. Відомі конструкції обертового гідроциліндру типу SZC фірми Rohm та обертового гідроциліндру типу F фірми Garnet [3]. Відомий обертовий гідроциліндр, який складається з кожуха, підшипників кочення, маслорозподільної втулки, корпуса, штока з поршнем, фланця та кришки Ущільнення штока виконується за рахунок маслостійких гумових кілець. Частота обертання до 3200 хв-1, габарити 230*270мм, діаметр штокової порожнини 160мм, хід поршня-35мм [4]. Однак ці конструкції гідравлічних циліндрів мають досить великі втрати робочої рідини. Найбільш близьким за технічною суттю, і тому вибраний за прототип, є високообертовий затискний гідроциліндр фірми Forkardt, що містить корпус з порожниною, шток з поршнем, маслопідвод з нерухомою та обертовою втулками, в якому обертова втулка встановлена на підшипниках кочення [5]. Недоліком цієї конструкції є значні втрати робочої рідини крізь опори кочення та відносно низьку частоту обертання В основу винаходу поставлено задачу вдосконалення високообертового затискного гідравлічного циліндра шляхом заміни підшипників кочення підшипниками ковзання та введенням торцьового металевого ущільнення, що забезпечує підвищення частоти обертання та зменшення втрат робочої рідини. Поставлена задача вирішується тим, що в високообертовому затискному гідравлічному циліндрі, що містить корпус з порожниною, шток з поршнем, маслопідвод з нерухомою та обертовою втулками з підшипниками новим є те, що він споряджений торцьовим металевим ущільненням і в ущільненні виконано ряд отворів, осі яких паралельні його бічним поверхням та в втулці на її бічній поверхні виконані заглиблення, які створюють гідростатичний підшипник ковзання і забезпечують стабільне осьове положення втулки. Для стабілізації теплового режиму роботи високообертового затискного гідравлічного циліндра в торцьовому металевому ущільненні виконано ряд отворів, осі яких паралельні його бічним поверхням. Через ці отвори проходить циркуляція витоків робочої рідини за рахунок створення на поверхні ущільнення насосу, який за рахунок циркуляції рідини відводить тепло від взаємодіючих поверхонь бронзової втулки та ущільнення, що дозволяє запобігти швидкому їх зносу, бо площа контакту ущільненя та втулки незначна. Компенсація кутового перекосу обертової маслопідвідної втулки забезпечується за рахунок виконання на внутрішній поверхні циліндричних проточок, які створюють гідростатичний та гідродинамічний підшипники ковзання і забезпечують стабільне осьове положення обертової маслопідвідної втулки. Зменшення зазорів досягається за рахунок контактної взаємодії між торцьовою поверхнею маслопідвода та торцьвим ущільненням під дією осьової складової сили, яка виникає при переміщенні кульок під дією відцентрової сили й взаємодії їх з конічними поверхнями диска лівого та корпуса. Сутність винаходу пояснюється кресленнями, де на фіг.1 зображений загальний вигляд високобертового затискного гідроциліндра; на фіг.2 - фрагмент а фіг.1, на фіг.3 та 4 - форма та розміщення на бічній поверхні обертової втулки заглиблень, які створюють гідростатичний підшипник ковзання. Високообертовий затискний гідравлічний циліндр складається з таких частин (фіг.1): металевий захисний кожух 13, корпус 2, нерухомий підвід 12 з штуцерами (не показані), бронзова обертова втулка 7 з радіальними проточками на внутрішній поверхні для розміщення металевих ущільнень 11, яка центрується по зовнішньому діаметру корпусу 2 і розміщена між двох торцьових металевих ущільнень 4. Між радіальною бічною поверхнею обох ущільнень 4 та конічною поверхнею диска конусного лівого 9 та конічною поверхнею корпуса 2 знаходяться кульки 5, що розміщені в сепараторі 3. Контакт конусного диска 9 та корпуса 2 з металевим ущільненням 4 через кульки 5 в робочому стані забезпечується стопорною гайкою 10, яка нагвинчена на різьбову поверхнею корпуса 2. Високообертовий затискний гідравлічний циліндр має поршень 14 зі наскрізним отвором, кришку 15, яка кріпиться гвинтами на корпусі 2, та демпфер 16. Торцьове ущільнення 4 (фіг.2) має кілька кільцевих проточок різних діаметрів, що сполучені між собою радіальними отворами 17 та 18, осі яких паралельні конічній поверхні ущільнення, для охолодження цих торцьових поверхонь, що взаємодіють з бронзовою втулкою. Між втулкою та ущільненням в осьовому напрямі забезпечується проміжок 0,03мм, а між ущільненням та конусним диском в радіальному напрямі - 0,02мм. Така конструкція поверхні диска створює насос, який за рахунок циркуляції рідини відводить тепло від контактуючих поверхонь бронзової втулки 7 та ущільнення 4. Внутрішня поверхня бронзової втулки 7 являє собою два радіальні гідростатичні та гідродинамічні підшипники ковзання, які створені проточками 19, 20, 21, 22. Проточки 19 і 22 та 20 і 21 з'єднані між собою. Торцьова частина втулки має на своїй поверхні спеціальні лиски у вигляді профільних заглиблень 23, які створюють гідростатичні та гідродинамічні підшипники ковзання. В радіальному напрямі на поверхні втулки 7 виконано ряд отворів 24, що зв'язані з отворами, що проходять крізь тіло втулки в осьовому напрямі, для забезпечення циркуляції робочої рідини. Зменшення зазорів досягається за рахунок контактної взаємодії між торцьовою поверхнею втулки 7 та ущільненням 4 під дією осьової складової сили, яка виникає при переміщенні кульок 5 під дією відцентрової сили й взаємодії їх з конічними поверхнями диска лівого 9 та корпуса 2. Кульки 5 підтискають ущільнення 4 до торців бронзової втулки 7 маслопідводу. Кут нахилу профілю конусного диска 9 та конусної частини корпуса 2 вибраний більшим кута самогальмування. Шість кульок 5 дозволяють забезпечити рівномірне підтиснення ущільнення 4 та забезпечити його осцилюючі коливання і зменшити втрати робочої рідини. Високообертовий затискний гідроциліндр працює так. Робоча рідина під тиском підводиться в проточку обертового підводу 1 і далі по каналам в праву порожнину гідравлічного циліндра. Поршень 14 рухається вправо та затисує деталь в патроні. Для розтиску робоча рідина підводиться ліву порожнину гідравлічного циліндра. Так як втулка 7 не обертається, то в з'єднанні втулка 7-корпус 2 забезпечено гарантований проміжок 0,05мм. При подачі під тиском робочої рідини в проточку 20 вона через отвори в корпусі 2 потрапляє в праву порожнину гідравлічного циліндра і переміщує шток 14 вліво, тобто затискає деталь в патроні (не показаний), Надлишок робочої рідини через проміжок між проточками 19 і 20 втулок 1і 7 потрапляє в проточку 19. Проміжок між проточками 19 і 20 виконує роль дроселя, тому втулка 7 зміщується вліво до тих пір, поки не перекриється цей проміжок. Після цього надлишок робочої рідини втулка почне потрапляти в проточку 21 і через такий ж проміжок між проточками 21 і 22, що виконує роль дроселя, і зміщує вправо втулку 8. Так відбувається процес самовстановлення втулки 7. Цим забезпечується створення на торцях втулки 7 гідростатичного підшипника При частоті обертання 5000...6000хв-1 на торцях втулки 8 виникає ефект гідродинамічного підшипника. Джерела інформації 1. Свешников В.К., Усов А.А. Станочные гидроприводы: Справочник. -М.: Машиностроение, 1988. -512с. 2. М.А. Янковский. Вращающиеся гидрцилиндры. /Станки и инструменты, №6, 1979. -с.17. 3. Чергикало и др. Токарне многошпиндельные автоматы. -М.: Машиностроение, -306с. 4. Проспект фірми Garnet Precsion. 5. Проспект фірми Forkardt.