Пневматичний двигун турбінного типу з регулюючим елементом для високошвидкісного шпиндельного вузла

Реферат: Пневматичний двигун турбінного типу з регулюючим елементом для високошвидкісного шпиндельного вузла складається з корпусу, в якому знаходяться радіальні та осьові аеростатичні опори, на яких встановлений шпиндель, на кінці якого розташований привід у вигляді турбіни. На шпинделі, безпосередньо на вході турбіни, знаходиться пружний регулюючий елемент, зовнішня поверхня якого створює з внутрішньою поверхнею корпусу шпиндельного вузла конфузорний канал, по якому потік повітря потрапляє до турбіни. UA 101349 U (12) UA 101349 U UA 101349 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до загального машинобудування і може бути використана при проектуванні прецизійних шпиндельних вузлів з пневматичним приводом. Відомий пневматичний шпиндельний вузол, приводом якого є турбіна, що розміщена на шпинделі, повітря на турбіну потрапляє від сопел. Швидкість обертання шпинделя залежить від тиску повітря на лопатки турбіни, що регулюється системою керування. Недоліком такого пневматичного шпиндельного вузла є те, що при холостому ході шпинделя, витрата повітря залишається однаковою, швидкість обертання збільшується, що є неефективним використанням ресурсу - стиснутого повітря [1]. Відомий пневматичний двигун, у якого регулювання швидкості обертання виконується - за допомогою еластичного кільця, круглого перерізу, що знаходиться між турбіною та соплами. У залежності від швидкості обертання, пружне кільце змінює свою форму та положення під дією відцентрової сили і в залежності від числа обертів, у більшому чи меншому ступені, відкриває чи закриває отвори сопел, що дозволяє регулювати витрату стиснутого повітря. Недоліком такого пневматичного шпиндельного вузла є складність його конструкції та експлуатації [2]. Найбільш близьким аналогом за технічною суттю до пропонованої корисної моделі є пневматичний шпиндельний вузол, що складається з корпуса, в якому знаходяться радіальні та осьові аеростатичні опори, на яких встановлений шпиндель, на кінці якого розташований привід у вигляді турбіни, повітря на турбіну потрапляє від напрямного апарату. Недоліком такого пневматичного шпиндельного вузла є відсутність регулювання потоку повітря що обертає турбіну. При холостому ході стиснуте повітря надмірно обертає шпиндель, що призводить до неефективної роботи шпиндельного вузла[3]. У основу корисної моделі поставлена задача, що полягає у створенні регулюючого елемента для пневматичного двигуна турбінного типу, який надійно забезпечує обмеження частоти обертів у межах певних значень. Поставлена задача вирішується тим, що пневматичний двигун турбінного типу з регулюючим елементом для високошвидкісного шпиндельного вузла, що складається з корпуса, в якому знаходяться радіальні та осьові аеростатичні опори, на яких встановлений шпиндель, на кінці якого розташований привід у вигляді турбіни, згідно з корисною моделлю, на шпинделі, безпосередньо на вході турбіни, введено пружний регулюючий елемент, зовнішня поверхня якого створює з внутрішньою поверхнею корпусу шпиндельного вузла конфузорний канал, по якому потік повітря потрапляє до турбіни. Крім цього у пружному регулюючому елементі на зовнішній поверхні виконані пази у кількості числа лопаток, при цьому всередині пружного регулюючого елемента виконані пази дугоподібної форми, які розташовані між пазами, що виконані на зовнішній поверхні. Таким чином, запропонована корисна модель дозволяє забезпечувати обмеження частоти обертів пневматичного двигуна турбінного типу у межах певних значень. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями: На Фіг. 1 представлена конструкція шпиндельного вузла з пневматичним двигуном турбінного типу. На Фіг. 2 представлена конструкція пневматичного двигуна турбінного типу. На Фіг. 3 представлена схема потоку стиснутого повітря у конфузорному каналі при недеформованому пружному регулюючому елементі. На Фіг. 4 представлена схема потоку стиснутого повітря у конфузорному каналі при деформованому пружному регулюючому елементі. Високошвидкісний шпиндельний вузол із пневматичним двигуном турбінного типу з регулюючим елементом складається із шпинделя 1, встановленого на осьових 2 та радіальних 3 опорах, які розміщені у корпусі 4. На задньому кінці шпинделя встановлений привід - турбіна 5 та пружний регулюючий елемент 6. Зі сторони турбіни у корпусі розміщений напрямний апарат 7, що направляє стиснуте повітря (умовно показаний на Фіг. 3, 4) на лопатки турбіни. Пневматичний двигун турбінного типу розміщується у корпусі 4 високошвидкісного шпиндельного вузла, складається із турбіни 5, яка розміщена на кінці шпинделя 1, пружного регулюючого елемента 6 та напрямного апарату 7. Момент обертання від турбіни до вала передається через круглі шпонки 8. Регулюючий елемент виконаний у формі пружини з пазами, основою якого є циліндрична втулка, і затискається гайкою 9. Момент обертання пружному регулюючому елементу передається за допомогою круглих шпонок. Пружний регулюючий елемент встановлюється таким чином, щоб пази, які виконані на зовнішній поверхні, розташовувалися навпроти лопаток. Зовнішня поверхня пружного регулюючого елемента виконана таким чином, що утворює з поверхнею напрямного апарату конфузорний канал 10. Наявність пазів у пружному регулюючому елементі, дозволяє йому збільшуватися у діаметрі під дією відцентрової сили. Після перекривання конфузорного каналу, через пази, які виконані на 1 UA 101349 U 5 10 15 20 зовнішній поверхні, на лопатки проходить стиснуте повітря, що захищає пневматичний двигун турбінного типу від зупинки шпинделя. Пневматичний двигун турбінного типу з регулюючим елементом працює наступним чином. Стиснуте повітря, що підводиться до високошвидкісного пневматичного шпиндельного вузла, проходить через напрямний апарат і потрапляє у конфузорний канал, який утворений зовнішньою поверхнею пружного регулюючого елемента та внутрішньою поверхнею корпусу шпиндельного вузла. Стиснуте повітря через конфузорний канал вільно проходить від напрямного апарату до турбіни, надаючи їй момент обертання. У разі різкого підвищення швидкості обертання шпинделя, при холостому ході, на пружний регулюючий елемент діють високі відцентрові сили. Пружний регулюючий елемент від збільшених відцентрових сил починає розтискатися і збільшується у діаметрі. Таким чином, перекривається конфузорний канал між напрямним апаратом та турбіною. Повітря проходить тільки через пази. Тиск повітря на лопатки турбіни зменшується і в результаті швидкість обертання шпинделя знижується. Джерела інформації: 1. Патент № ЕР2505778А1, "Air motor and electrostatic coating device" (Пневматичний привід і пристрій електростатичного покриття), МПК F01D 1/06, опубліковано 03.10.2012. 2. Патент РФ № 2406828; "Пневматический двигатель для инструментов с поворотновращательным приводом"; МПК F01D15/06, опубліковано 20.12.2010. 3. G. Belforte, F. Colombo, T. Raparelli, A. Trivella and V. Viktorov. "High Speed Rotors on Gas Bearings: Design and Experimental Characterization" (Високошвидкісні ротори на пневматичних опорах: конструювання та експериментальні характеристики) - Tribology in Engineering, May, 2013. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 1. Пневматичний двигун турбінного типу з регулюючим елементом для високошвидкісного шпиндельного вузла, що складається з корпусу, в якому знаходяться радіальні та осьові аеростатичні опори, на яких встановлений шпиндель, на кінці якого розташований привід у вигляді турбіни, який відрізняється тим, що на шпинделі, безпосередньо на вході турбіни, введено пружний регулюючий елемент, зовнішня поверхня якого створює з внутрішньою поверхнею корпусу шпиндельного вузла конфузорний канал, по якому потік повітря потрапляє до турбіни. 2. Пневматичний двигун турбінного типу з регулюючим елементом для високошвидкісного шпиндельного вузла за п. 1, який відрізняється тим, що у пружного регулюючого елемента на зовнішній поверхні виконані пази у кількості числа лопаток, при цьому всередині пружного регулюючого елемента виконані пази дугоподібної форми, які розташовані між пазами, що виконані на зовнішній поверхні. 2 UA 101349 U 3 UA 101349 U Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4