Газова опора

1 Газова опора, яка містить привідний вал, змонтований в корпусі на двох радіально - упорних підшипниках, утворених конічними поверхнями вала і конічними поверхнями втулок, що охоплю Винахід відноситься до машинобудування і може бути використаний в шпіндельних вузлах металоріжучих верстатів, наприклад в електрошпінделях внутрішньошліфувальних верстатів для підшипникової промисловості Відомий гідростатичний підшипник (патент Великобританії №1462048, МКВ 2 F16C 32/06,1977), який містить вал, змонтований в корпусі на двох підшипникових вузлах, утворених конічними частинами вала і конічними внутрішніми поверхнями втулок, що охоплюють цей вал, розділених між собою гідростатичним зазором На внутрішніх поверхнях втулок виконані поздовжні канавки, з'єднані отворами з окружними проточками, які розміщені на ЗОВНІШНІХ циліндричних поверхнях цих втулок Причому, глибина окружних проточок в периферійній частині більша Втулки з внутрішньою поверхнею корпуса, що охоплює їх, утворюють обмежники потока змащувальної рідини, яка подається під тиском в зазначені окружні проточки для роз'єднання конічних поверхонь вала і втулок Недоліком відомого рішення гідростатичного підшипника є те, що в його конструкції відсутні регулювальні елементи, які забезпечують формування гідростатичного зазору в процесі збирання і дотримування його постійної величини при роботі Крім того, жорстка фіксація втулок на корпусі може привести до втрати роботоздатності, внаслідок ють цей вал, розділених між собою газовим зазором, причому одна із втулок установлена в корпусі жорстко, а друга - з можливістю осьового переміщення за допомогою пристрою зміщення, що діє на торцеву поверхню цієї втулки, а також систему подачі стисненого газу в зазори, яка відрізняється тим, що друга втулка встановлена в корпусі через регулювальне кільце, а на конічних поверхнях вала виконані глухі поздовжні сегментні канавки змінної глибини, яка збільшується в напрямку торців ПІДШИПНИКІВ 2 Газова опора за п 1, яка відрізняється тим, що, пристрій зміщення виконаний у вигляді групи пружин з різною жорсткістю заклинювання вала із-за його теплового розширення і виникнення значної різниці температур між валом і, охоплюючими його через гідростатичний зазор, втулками Відомий повітряний підшипник (заявка Японії №2 - 39644, МКВ 5 F 16 С 32/06, 1990), який містить привідний вал, конусоподібні КІНЦІ ЯКОГО установлені в КОНІЧНІ отвори втулок з утворенням зазорів, в які подається стиснуте повітря Причому, тілесний кут конічного отвору втулки дорівнює тілесному куту конусоподібного кінця вала, установленого в цей отвір Повітряний підшипник оснащений механізмом, який дозволяє переміщати одну із втулок паралельно осі вала і датчиком, що визначає величину зазора До недоліків даного рішення відноситься складність технічних засобів, які забезпечують формування розрахункових зазорів і погіршені умови розподілення мастила, обумовлені формою поверхонь, які формують ці зазори Найбільш близькою до заявленого винаходу по технічній суті і результату, що досягається, є саморегулююча гідростатична опора (патент США №4919547, МКВ 5 F 16C 32/06, 1990), яка 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 зазором, і систему подачі мастила в зазори О Ю СО 00 ю 51835 Втулки базуються на корпусі за допомогою ущільнювачів з низьким коефіцієнтом тертя Одна із втулок закріплена на корпусі жорстко, а друга установлена з можливостю переміщення вздовж осі корпусу за допомогою пристрою зміщення, виконаного у вигляді пружини, яка діє на торцеву поверхню цієї втулки Зазначена втулка переміщається вздовж осі корпусу під дією осьової віджимаючої сили, яка виникає при збільшенні тиску в зазорі Автоматичне саморегулювання величини зазорів здійснюється протидією осьової відживаючої сили і сили віджимання пружини Як мастило може використовуватись рідина або газ Недоліком описаної саморегулюючої опори є надзвичайна складність забезпечення розрахункової величини зазорів ПІДШИПНИКІВ В процесі збирання Відсутність регулювання при забезпеченні розрахункової величини зазорів ПІДШИПНИКІВ В процесі збирання, викривлює розрахункову модель пристрою, а погрішності форми, які мають місце при виготовленні деталей, ще більше підсилюють зазначене викривлення Система подачі мастила в зазори не забезпечує оптимальні умови розподілення тиску мастила зазорах Всі ЦІ недоліки при формуванні змащувального шару приводять до пониження несучої спроможності опори і пониження її роботоздатності Недоліком також є осьове підтискування одного із ПІДШИПНИКІВ єдиною центральною пружиною, оскільки таке рішення не забезпечує надійної СПІВВІСності і значно збільшує габарити опори Ці недоліки не дозволяють отримати технічний результат, який досягається при використанні запропонованого винаходу В основу винаходу поставлено завдання удосконалити газову опору, в якій за рахунок зміни конструкції забезпечується дотримування постійної товщини газового шару, що приводить до збільшення несучої спроможності опори і підвищення надійності її роботи Поставлене завдання вирішується тим, що в газовій опорі, яка 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 із втулок установлена в корпусі жорстко, а друга - з можливостю осьового переміщення за допомогою пристрою зміщення, що діє на торцеву поверхню цієї втулки, а також систему подачі мастила, згідно запропонованому рішенню, друга втулка установлена в корпусі через регулювальне кільце, а на конічних поверхнях вала виконані глухі поздовжні сегментні канавки перемінної глибини, яка збільшується в напрямку торців ПІДШИПНИКІВ При цьому пристрій зміщення виконаний у вигляді групи пружин з різною жорсткістю Сукупність всіх суттєвих ознак запропонованого рішення дозволяє скомпенсувати теплове розширення вала і пружнорадіальні деформації, які виникають на високих частотах обертання вала без зміни розрахункової товщини газового шару в радіально - упорних підшипниках Наявність регулювального кільця дозволяє з достатньою технологічною точністю і простотою зібрати радіально - упорні підшипники і забезпечити при цьому розрахунковий газовий зазор, за рахунок якого компенсуються технологічні погрішності форми виготовлення Наявність на конічних поверхнях вала глухих поздовжніх сегментних канавок перемінної глибини, яка збільшується в напрямку торців ПІДШИПНИКІВ, приводить до поліпшення розподілення мастила в газових зазорах і збільшення тиску, внаслідок чого підвищується несуча спроможність опори і сталість обертання вала на високих частотах Пристрій зміщення забезпечує дотримування постійної величини газових зазорів в автоматичному режимі за рахунок протидії осьової віджимаючої сили і сили віджимання пружин, а виконання пристрою зміщення у вигляді групи пружин зрізною жорсткістю, запобігає виникненню вібрацій і гасить різні відхилення положення осі вала, які виникають при його обертанні на високих частотах Все це в результаті приводить до збільшення несучої спроможності газової опори і підвищення надійності її роботи Суть винаходу пояснюється на прикладі газової опори шпінделя На фіг 1 показаний загальний вигляд газової опори шпінделя в розрізі, на фіг 2 переріз Б-Б на фіг 1, на фіг 3 - вид А на фіг 1 Газова опора шпінделя містить привідний вал I, змонтований в корпусі 2 на двох радіально упорних підшипниках Передній підшипник утворений конічною поверхнею вала 1 і конічною поверхнею втулки 3, жорстко закріпленої в корпусі болтами 4 Задній радіально - упорний підшипник утворений конічною поверхнею вала 1 і конічною поверхнею втулки 5, установленої в корпусі з можливістю осьового переміщення Зовнішня торцева поверхня втулки 5 прилягає до ряду пружин 6,7, а и внутрішня торцева поверхня опирається на корпус 2 через регулювальне кільце 8 Пружини 6,7 закріплені на корпусі за допомогою болтів 9 і контровочних елементів 10 На конічних поверхнях вала 1 виконані глухі поздовжні сегментні канавки I I , розміщені рівномірно по колу На внутрішній КОНІЧНІЙ поверхні втулки 3 виконана кільцева проточка 12, з'єднана з каналом підводу стиснутого газу штуцером 13 На внутрішній КОНІЧНІЙ поверхні втулки 5 виконана кільцева проточка 14, з'єднана з каналом підводу стиснутого газу штуцером 15 Газовий зазор радіально - упорних ПІДШИПНИКІВ сполучається з ЗОВНІШНІМ середовищем з боку ЗОВНІШНІХ торців втулок 3 і 5, а з боку внутрішніх торців - через порожнини 16,17 і канали 18,19 В передній частині вала закріплена оправка 20, яка несе технологічний інструмент 21 Газова опора шпінделя працює таким чином Стиснуте повітрю від штуцерів 13,15 по каналах надходить в кільцеві проточки 12 і 14 Попадаючи в центральну частину радіально-упорних ПІДШИПНИКІВ, стиснуте повітря під тиском розповсюджується до торців ПІДШИПНИКІВ, рухаючись переважно по глухих поздовжніх сегментних канавках 11 Зазначені канавки забезпечують максимальні несучі спроможності об'ємів ПІДШИПНИКІВ з одного боку, а з другого боку - значне спрощення подачі газового мастила порівняно з відомими рішеннями Стиснуте повітря, проходячи через зазор, час 51835 тково виходить безпосередньо в оточуючий простір, а частково попадає в порожнини 16, 17 і потім виходить в оточуючий простір по каналах 18,19 ВІДПОВІДНО По мірі обертання вала 1 виникають температурні деформації, як від роботи електродвигуна, так і від роботи технологічного інструменту В результаті температурних деформацій зменшуються величини розрахункових несучих газових шарів ПІДШИПНИКІВ Компенсацію цього явища забезпечують з одного боку жорстко посаджена на корпус 2 втулка 3, а з другого боку - рухома відносно корпусу втулка 5, яка опирається на корпус через регулювальне кільце 8 Зменшення величини газового зазора приводить до виникнення значних осьових сил розсування ПІДШИПНИКІВ Під ДІЄЮ розпираючих сил вту лка 5 переміщається в осьовому напрямку і відновлює розрахункові газові зазори, переборюючи при цьому опір, який виникає від дії групи пружин 6,7 Вирівнювання цих сил дозволяє в автоматичному режимі компенсувати температурні деформації вала зі збереженням постійної товщи ни несучого газового шару Крім того, різні відхилення положення осі вала, які виникають при обертанні вала на високих частотах, ефективно гасяться за допомогою групи пружин 6,7, що мають різну жорсткість Особливо необхідно ВІДМІТИТИ функціональність регулювального кільця 8, яке при збиранні газової опори шпінделя забезпечує необхідний елемент підгонки для формування розрахункових газових зазорів Дійсно, в процесі збирання величина газових зазорів між валом і втулками 3,5 забезпечується осьовим положенням втулки 5 відносно нерухомого корпусу 2 При необхідності, за допомогою технологічної операції - "плоскої шліфовки", можна легко добитися виходу на розрахункові газові зазори Враховуючи погрішності виготовлення, які присутні навіть при прецизійному виготовленні і відчутні на величинах 10 20мкм, що відповідає величині застосовуваних газових зазорів, дуже важливим є компенсація цих погрішностей завдяки наявності регулювального кільця 8 і можливості контролювання несучої спроможності газової опори шпінделя 51835 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71