Упругая гидростатическая опора

 

Изобретение м.б. использовано для шпиндельных узлов и систем адаптивного управления металлорежущих станков, Упругая гидростатическяа опора содержит корпус , в котором на упругом подвесе в виде соединенных эластичными перегородками эластичных колец и металлического элемента , выполненного в виде упругих пластин, установлена подвижная втулка, обхватывающая цапфу вала с рабочим зазором. Между внутренней поверхностью корпуса и внешней поверхностью подвижной втулки расположены управляющие камеры, ограниченные по периферии эластичными кольцами и перегородками и сообщающиеся с несущим слоем демпфирующими дросселями. Смазка от источника нагнетается в управляющие камеры опоры через входные дроссели. Податливость опоры обеспечивается соотношением сил давления смазки, действующих на внешнюю и внутреннюю поверхности подвижной втулки, и жесткости упругого подвеса . За счет введения в конструкцию подвеса дополнительного металлического элемента, упруго связывающего втулку с корпусом опоры, достигается уменьшение необратимых перемещений подвижной втулки при длительной эксплуатации, уменьшается влияние температурных и других факторов на механические характеристики подвеса и обеспечивается параллельность осей втулки и корпуса при нагружении опоры. 2 з.п. ф-лы, 4 ил. со С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4846444/27 (22) 02.07.90 (4) 30.07,92. Бюл. ¹ 28 (71) Красноярский политехнический институт (72) С,С.Шатохин (56) Авторское свидетельство СССР № 1599596, кл. F 16 С 32/06, 1989. (54) УПРУГАЯ ГИДРОСТАТИЧЕСКАЯ ОПОРА (57) Изобретение м,б, использовано для шпиндельных узлов и систем адаптивного управления металлорежущих станков, Упругая гидростатическяа опора содержит корпус, в котором на упругом подвесе в виде соединенных эластичными перегородками эластичных колец и металлического элемента, выполненного s виде упругих пластин, установлена подвижная втулка, обхватывающая цапфу вала с рабочим зазором. Между внутренней поверхностью корпуса и внешИзобретение относится к машиностроению и может быть использовано в шпиндельных узлах и системах адаптивного управления металлорежущих станков.

Известны гидро- и аэростатические подшипники скольжения, требуемая податливость которых достигается за счет микроперемещений подвижной втулки, установленной в неподвижном корпусе на упругих кольцах, соединенных упругими перегородками.

Недостатком решений является повышенная склонность единственно возможных в настоящее время материалов для изготовления упругих колец и перегороДок — эластомеров — к старению и необратимым деформациям (ползучести), снижающим на„„Я „„175 1502А1 (я)5 F 16 С 32/06 . ней поверхностью подвижной втулки расположены управляющие камеры, ограниченные по периферии эластичными кольцами и перегородками и сообщающиеся с несущим слоем демпфирующими дросселями. Смазка от источника нагнетается в управляющие камеры опоры через входные дроссели. Податливость опоры обеспечивается соотношением сил давления смазки, действующих на внешнюю и внутреннюю поверхности подвижной втулки, и жесткости упругого под- . веса, За счет введения в конструкцию подвеса дополнительного металлического элемента, упруго связывающего втулку с корпусом опоры, достигается уменьшение необратимых перемещений подвижной втулки при длительйой эксплуатации,. уменьшается влияние температурных.и других факторов на механические характеристики подвеса и обеспечивается параллельность осей втулки и корпуса при нагружении опоры. 2 з.п. ф-лы, 4 ил, дежность работы при длительной эксплуатации подшипников.

Наиболее близкой к предлагаемой является опора скольжения, содержащая размещенную в корпусе обойму, установленную в обойме на упругом подвесе в виде упругих колец, соединенных упру*гимй перегородками, и охватывающую цапфу вала втулку с радиальными отверстиями подвода смазки в рабочий зазор, управляющие камеры, ограниченные внутренней поверхностью обоймы, наружной поверхностью втулки и упругими кольцами, образующими боковые стенки камер, а также выполненные в обойме каналы для соедйнения управляющих камер с источником подачи смазки через входной дроссель, внутренняя поверхность

1751502

10

25

40

50 обоймы, внутренняя и наружная поверхности втулки и сопряженные с обоймой и втулкой поверхности упругих колец выполнены коническими, входной дроссель выполнен в виде щелей, образованных предусмотренными на наружной поверхности обоймы выступами и внутренней поверхностью корпуса, а радиальные отверстия подвода смазки в рабочий зазор снабжены демпфирующими дросселями.

Недостатком данной опоры является повышенная склонность материалов упругих колец и перегородок-эластомеров к пол- зучести и старению, что приводит к необратимому переме:цению втулки и к изменению податливости опоры при длительной эксплуатации. Кроме того, мала угловая устойчивость втулки на цапфе вала, так как практически отсутствуют сйлы, сохраняющие в процессе работы равномерный рабочий зазор в осевом на правлении, s результате чего могут возникать кромочные контакты втулки и цапфы вала. Эти недостатки ограничивают надежность работы опоры, Цель изобретения — повышение надежности работы в условиях длительной эксплу атации опоры.

Поставленная цель достигается тем, что упругая гидростатическая опора, содержащая расположенный концентрично цапфе вала корпус с равномерно выполненными по окружности на его внутренней поверхности углублениями, смонтированную в корпусе на упругом подвесе в виде эластичных колец, соединенных эластичными перегородками, подвижную втулку с демпфирующими дросселями, а также образованные указанными углублениями в корпусе, наружной поверхностью подвижной втулки и эластичными кольцами и перегородками управляющие камеры и сообщающиеся с источником" подачи рабочей среды под давлением входные дроссели, снабжена дополнительным упругим металлическим подвесом, связывающим подвижную втулку с корпусом опоры, Дополнительный упругий металлический подвес может быть выполнен в виде втулки с радиальными продольными прорезями, образующими упругие пластины, и смонтирован между корпусом и подвижной втулкой, причем одна из концевых частей втулки упомянутого металличе-. ского подвеса жестко закреплена на подвижной втулке, другая — в корпусе, а упругие пластины размещены в управляющих камерах.

Кроме того, дополнительный упругий металлический подвес может быть размещен за пределами управляюцрх камер.

На фиг. 1 показана упругая гидростатическая опора, общий вид; на фиг. 2 — разрез

А — А на фиг, 1; на фиг. 3 — реологическая модель упругого подвеса опоры-прототипа; на фиг. 4 — реологическая модель комбинированного эластично-металлического подвеса предлагаемой опоры, Упругая гидростатическая опора содержит корпус 1 с равномерно выполненными по окружности на его внутренней поверхно-. сти углублениями 2, подвижную втулку 3 с демпфирующими дросселями 4, обхватывающую цапфу 5 вала с рабочим зазором 6, образующим несущий смазочный слой. Подвижная втулка 3 установлена в корпусе 1 на упругом подвесе в виде эластичных колец

7, соединенных эластичными перегородками 8 и на дополнительном упругом металлическом подвесе, выполненном в виде втулки

9 с прорезями, образующими упругие пластины 10, причем одна часть втулки 9 жестко закреплена в корпусе 1, а другая — на подвижной втулке 3, Между внутренней поверхностью корпуса 1 и наружной поверхностью втулки 3 расположены ограниченные по периферии пластичными кольцами 7 и перегородками 8 управляющие камеры 11, которые через демпфирующие дроссели 4 сообщаются со смежными участками несущего слоя 6 и питаются от источника (не показан) давления смазки через входные дроссели 12.

Опора работа т следующим образом.

Смазка от источника под давлением Рн нагнетается в управляющие камеры 9, из которых через демпфирующие дроссели 10 поступает в несущий смазочный слой 8, откуда через рабочий зазор поступает на слив.

При нагружении опоры цапфа 5 вала смещается относительно втулки 3, в результате этого смещения происходит перераспределение давления смазки в нагружаемой и разгружаемой частях несущего слоя 8 и в связанных с ними управляющих камерах 11.

Если приращение сил давления смазки в управляющих камерах 11 на внешнюю поверхность втулки 3 больше, чем приращение сил давления на внутреннюю поверхность втулки 3. действующих со стороны несущего слоя 8, то втулка 3 перемещается против приложенной нагрузки. В случае отсутствия первоначального перекоса цапфы 5 вала относительно корпуса 1 сохраняется параллельность осей цапфы 5 вала.и втулки 3, так как высокая жесткость пластин 10 при их растяжении-сжатии (в отличие от изгиба) препятствует перекосу оси втулки 3. Величина радиального перемещения втулки 3 обратно пропорциональна сум марной радиальной жесткости упругого

1751502 подвеса, определяемой при малых перемещениях по формуле j = )э - JM, где hý и jì— коэффициенты жесткости эластичного и металлического подвесов. При соответствующем подборе параметров опоры противоположное перемещение втулки 3 превысит перемещение цапфы 5 вала относительно втулки 3. В этом случае опора имеет статическую отрицательную податливость, Необходимое динамическое качество опоры обеспечивается за счет оптимального подбора ее параметров, в том числе коэффициента демпфирования упругого подвеса, который при реальном диапазоне частот нагружения может определяться как

К = Кэ + KM, где Кэ и К вЂ” коэффициенты демпфирования эластичной и металлической частей подвеса соответственно. Так как демпфирование в эалстомерах значи- тельно больше, чем в металлах (К, » Км при !, =)м), то, изменяя соотношение j/j . можно оптимизировать значение К, которое, как правило, следует уменьшать.

При долговременном нагружении (а также при неработающем подшипнике .под действием силы тяжести) происходит накопление необратимых деформаций эластичных колец 7 и перегородок 8, вызывающее радиальное перемещение втулки 3, Накоплению этих деформаций препятствуют упругие деформации пластины 10 металлического подвеса, т.к. при этом возникает дополнительная сила упругого сопротивления, действующая на втулку 3 в направлении, противоположном возникающему радиальному перемещению. В результате положение втулки 3 стабилизируется, а при снятии долговременной нагрузки происходит возврат втулки 3 в первоначальном положение, Структурное отличие реологической модели подвеса предлагаемой опоры (фиг.4) от реологической модели упругого подвеса опоры-прототипа (фиг.З) заключается в том, что параллельно цепи, описывающей микроперемещений эластичных элементов, присоединено упругое звено Еъ которое с достаточной точностью описывает деформацию упругого элемента, обладающего весьма малой ползучестью. Необратимые деформации упругого подвеса обусловлены элементом д . Необратимые деформации упругого подвеса не оказывают влияния на работоспособность подшипника в шпиндельном узле станка, если жесткость металлического элемента составляет 70 Д и более от суммарной жесткости упругого подвеса.

3. Опора по п.1, отличающаяся тем, что дополнительный упругий металлический подвес размещен за пределами управляющих камер.

Положительное влияние дополнительного упругого металлического подвеса заключается также и в уменьшении влияния температурного режима работы опоры на

5 жесткость подвеса и стабильность его свойств, так как металл по сравнению с эластомерами имеет значительно более слабую зависимость модуля упругости от температуры и практически не подвержен старе10 нию.

Таким образом; введение в конструк. цию дополнительного упругого металлического подвеса, связывающую подвижную втулку с корпусом, повышает надежность

15 работы при длительной эксплуатации опоры, Выполнение металлического подвеса в виде втулки с продольными прорезями позволяет компактно располагать подвес в управляющих камерах и уменьшить

20 габаритные размеры опоры, Формула изобретения

1. Упругая гидростатическая опора, содержащая расположейные концентрично цапфе вала корпус с равномерно выполнен25 ными по окружности на его внутренней поверхности углублениями, смонтированную в корпусе на упругом подвесе в виде эластичных колец, соединенных эластичными перегородками, подвижную втулку с де30 мпфирующими дросселями. а также образованные указанными углублениями в корпусе, наружной поверхностью подвижной втулки и эластичными кольцами и перегородками управляющие камеры и

35 сообщающиеся с источником подачи рабочей среды под давлением входные дроссели, о т л и ч а ю щ. а я с я тем; что, с целью повышения надежности в работе в условиях длительной эксплуатации опоры, она снаб40 жена дополнительным упругим металлическим подвесом, связывающим подвижную втулку с корпусом опоры.

2. Опора по п.1, отличающаяся тем, что дополнительный упругий металли45 ческий подвес выполнен в .виде втулки с радиальными продольными прорезями. образующими упругие пластйны, и смонтирован между корпусом и подвижной втулкой. при этом одна из концевых частей втулки

50 упомянутого металлического подвеса жестко закреплена на подвижной втулке, другая — в корпусе, а упругие пластины размещены в управляющих камерах.

- 1751502

Фиг. I

1751502

1751502

Составитель С. Шахотин .Редактор Л.Пчолинская Текред M,Mîðãåíòçë Корректор Э,Лончакова

Заказ 2679 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101