Газова опора

1. Газова опора, що містить привідний вал, змонтований в корпусі на двох радіально-упорних підшипниках, утворених конічними поверхнями вала та конічними поверхнями втулок, що охоплюють цей вал, розділених між собою газовим 3 83935 льки таке рішення не забезпечує надійної співвісності і значно збільшує габарити опори. Найбільш близькою до заявленого винаходу по технічній суті і результату, що досягається, є газова опора [патент RU 2224919, МПК 6 F16 С32/06, 2004], що містить привідний вал, змонтований в корпусі на двох радіально-упорних підшипниках, утворених конічними поверхнями вала і конічними поверхнями втулок, що охоплюють цей вал, розділених між собою газовим зазором, причому одна з втулок встановлена в корпусі жорстко, а друга з можливістю осьового переміщення, за допомогою пристрою зміщення, який діє на торцеву поверхню цієї втулки, а також систему подачі змазки. Друга втулка встановлена в корпусі через регулювальне кільце, а на конічних поверхнях вала виконані глухі повздовжні сегментні канавки змінної глибини, яка збільшується в напрямку торців підшипників. Пристрій зміщення виконано у вигляді групи пружин з різною жорсткістю. Недоліком описаної газової опори є відсутність герметичності торців регулювального кільця, які прилягають до корпусу і рухомої втулки. У процесі роботи газової опори від температурних деформацій привідного вала починає працювати механізм зсуву, компенсуючи температурні деформації. Рухлива втулка під впливом температурних де формацій привідного вала через несучий зазор зміщується в осьовому положенні, підтискаючи пружини, зберігаючи оптимальні несучі зазори. Цей зсув розгерметизовує торці регулювального кільця. У ці зазори проникає пил. Якщо газова опора працює в якості електрошпинделя шліфувального верстата, то в ци х зазорах відкладаються нальоти розчинів мастильно-охолоджувальних рідин і абразиву, що супроводжують процес шліфування. В результаті забруднення цих зазорів і зникнення температурних деформацій рухлива втулка не займе вихідне положення. Тим самим відбудеться небажана корекція регулювального кільця з автоматичним впливом на величину оптимального несучого зазору газової опори. Треба відзначити, що цей негативний процес із тривалістю роботи газової опори наростає, що приводить до зниження її працездатності. Недоліком описаної газової опори є установка рухомої втулки на корпус по посадці ковзання. Сама посадка ковзання припускає гарантований зазор між базами корпуса й втулки, а з урахуванням можливого засмічення, все це впливає негативно на співвісність газової опори в досягненні оптимальних несучих зазорів і якісного переміщення рухливої втулки. Перераховані недоліки не дозволяють одержати технічний результат, що досягається при використанні запропонованого винаходу. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення газової опори, у якій за рахунок зміни конструкції забезпечується збереження постійної товщини газового зазору, що приводить до збільшення несучої здатності опори й підвищенню надійності її роботи. Поставлена задача вирішується тим, що в газовій опорі, що містить привідний вал, змонтований в корпусі на двох радіально-упорних підшипниках, утворених конічними поверхнями вала і 4 конічними поверхнями втулок, що охоплюють цей вал, розділених між собою газовим зазором, а також систему подачі змазки, причому одна з втулок встановлена в корпусі жорстко, друга - через регулювальне кільце з можливістю осьового переміщення за допомогою пристрою зміщення, який діє на торцеву поверхню цієї втулки, а на конічних поверхнях вала виконані глухі повздовжні сегментні канавки змінної глибини, що збільшується в напрямку торців підшипників, згідно винаходу друга рухома втулка зі сторони корпусу опирається на герметичну кулькову касету. Пристрій зміщення виконано у вигляді групи пружин різної жорсткості. Сукупність всіх суттєви х ознак рішення дозволяє значно якісніше компенсувати теплове розширення привідного вала й пружно-радіальні деформації, що виникають на високих частотах обертання вала без зміни розрахункової товщини газового несучого зазору в радіально-упорних підшипниках. Наявність кулькової касети переміщає рухливу втулку тертям кочення, що дозволяє їй більш точніше й легше переміщатися в осьовому напрямку, зводячи до мінімуму гарантовані зазори супутнім посадкам ковзання. Більш точне переміщення рухливої втулки в осьовому напрямку дозволяє домогтися більш якісної співвісності обох радіальноупорних підшипників, тим самим забезпечується збереження розрахункових несучих зазорів газової опори в процесі роботи, що визначає надійність її роботи. Наявність герметичності кулькової касети дозволяє виключити можливість забруднення баз, по яких прокочуються кульки касети при переміщенні рухливої втулки. Треба відзначити, що забруднення цих баз можливо як зовні газової опори, так і зсередини, з боку електропривода. Тому з метою підвищення надійності роботи газової опори кулькова касета виконана герметичною з обох сторін. Все це в результаті приводить до збільшення навантажувальної здатності газової опори й підвищення надійності її роботи. Сутність винаходу пояснюється на прикладі газової опори електрошпинделя внутрішньошліфувального верстата. На кресленні показаний загальний вид газової опори електрошпинделя в розрізі. Газова опора електрошпинделя містить привідний вал 1, змонтований у корпусі 2 на двох радіально-упорних підшипниках. Передній підшипник утворений конічною поверхнею вала 1 і конічною поверхнею втулки 3, що охоплює цей вал, жорстко закріпленої в корпусі гвинтами 4. Задній радіально-упорний підшипник утворений конічною поверхнею вала 1 і конічною поверхнею втулки 5, що охоплює цей вал, встановленої на корпус 2 через регулювальне кільце 6, напрямну 7, кулькову касету 8. Кулькова касета 8, встановлена в проточках напрямної 7 і втулки 5, виконана із труби антифрикційного матеріалу відповідного діаметра, товщини й розміщеної на ній рівномірно в осьовому й радіальному напрямку максимальної кількості кульок однакового діаметра. Кулькова касета 8 герметично прикрита ущільненнями 9, 10. Рухлива втулка 5 5 83935 з торця фіксується групою пружин різної жорсткості 11, які опираються на кришку 12, закріплену жорстко гвинтами 13 на корпус 2 через регулювальне кільце 6 і напрямну 7. Фіксатор 14, закріплений гвинтами на напрямній 7, не дозволяє обертатися втулці 5 щодо її осі, при цьому, зубець фіксатора входить у поздовжній глухий паз втулки, що забезпечує їй осьове переміщення. На внутрішній конічній поверхні втулки 3 виконана кільцева проточка 15, з'єднана з каналом підвода стисненого газу штуцером 16. На внутрішній конічній поверхні втулки 5 виконана кільцева проточка 17, з'єднана з каналом підвода стисненого газу штуцером 18. Газовий зазор радіально-упорних підшипників сполучається із зовнішнім середовищем з боку зовнішніх торців втулок 3, 5, а з боку внутрішніх торців - з порожнинами 19, 20, які у свою чергу сполучаються з навколишнім середовищем каналами 21, 22. У передній частині вала закріплена оправка 23, що несе технологічний інструмент 24. На конічних поверхнях вала 1 виконані глухі повздовжні сегментні канавки 25, розміщені рівномірно по окружності. Газова опора електрошпинделя працює таким чином. Стиснуте повітря від штуцерів 16, 18 по відповідних каналах надходить у кільцеві проточки 15 і 17. Потрапляючи в центральну частину радіальноупорних підшипників, стиснуте повітря під тиском поширюється до торців підшипників, рухаючись переважно по глухи х повздовжніх сегментних канавках 25, що забезпечує підшипникам несучу здатність. Пройшовши несучі зазори підшипників стиснуте повітря частково виходить у навколишній простір, а частково попадає в порожнини 19, 20 і потім виходить у навколишній простір по каналах 21, 22 відповідно. Під час обертання вала 1 виникають температурні деформації як від роботи технологічного ін Комп’ютерна в ерстка C.Литв иненко 6 струмента, так і від вбудованого в газову опору електропривода. У результаті температурних деформацій зменшуються величини розрахункових несучих газових зазорів у підшипниках. Компенсацію цього явища забезпечує з одного боку, жорстко встановлена на корпус 2 втулка 3, а з іншого боку - рухлива щодо корпуса втулка 5, що опирається на корпус через кулькову касету 8 і напрямну 7, яка фіксується жорстко на корпус 2 через регулювальне кільце 6. Зменшення величини газового зазору приводить до виникнення значних осьових сил розсування підшипників. Під впливом сил, що розпирають, втулка 5 переміщається в осьовому напрямку й відновлює розрахункові газові зазори, переборюючи при цьому опір групи пружин різної жорсткості 11, що опираються на кришку 12. Переміщення втулки 5 припиняється з врівноваженням сил, що розпирають, і сил від жорсткості групи пружин 11. Врівноваження цих сил дозволяє в автоматичному режимі компенсувати температурні деформації вала зі збереженням постійної товщини несучого газового зазору. При цьому необхідно відзначити, що переміщення втулки 5 точно співвісне й досить надійне. Точна співвісність забезпечується прокочуванням втулки 5 по кульковій касеті 8 беззазорно. Надійне переміщення втулки 5 визначається чистотою поверхонь, по яких котяться кульки касети 8. Цю чистоту поверхонь забезпечує наявність двох ущільнень 9 і 10, що створюють герметичну порожнину, у якій прокочується кулькова касета 8. На втулку 5 при роботі діють тангенціальні сили, прагнучи повернути її навколо осі. Обмежує цей поворот фіксатор 14, закріплений на нерухомій напрямній 7 гвинтами, причому зуб фіксатора вставлений у поздовжній паз втулки 5 таким чином, щоб не дати повернутися втулці 5 навколо осі, але дати можливість їй переміщатися по осі втулки плавно без ривків і заїдань. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601