Пневматическое уплотнение шпиндельного узла

 

Сущность изобретения: радиальные отверстия плавающей втулки, установленной в корпусе, сообщаются с камерой напорного давления. На внутренней поверхности втулки выполнена кольцевая канавка, глубина к-рой зависит от количества радиальных отверстий, длины цилиндрических уплотняющих поясков, длины радиального отверстия диаметра внутренней поверхности втулки и диаметра радиального отверстия, сообщающегося радиальными отверстиями . На торцах втулки выполнены прилегающие к ее внутренней поверхности кольцевые проточки шириной, зависящей от количества пар радиальных отверстий, длины этого отверстия, длины проточки, диаметра расположения аксиальных отверстий и диаметра отверстия, сообщающегося с камерой напорного давления через выполненные во втулке аксиальные отверстия, расположенные равномерно по окружности . 1 ил. CO G

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з F 16 J 15/44

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ6СТВУ (21) 4932410/29 (22) 11.02.:91 (46) 23.04.93. Бюл. М 15 (71) Московский институт приборостроения (72) А.П.Кушнир, В.П.Глебкин, Б,О.Дубовецкий и IO.Þ.Çóåâ (56) Уплотнение и уплотнительная техника, Справочник/Под ред. Голубева А,И. и др, М.: Машиностроение, 1986, с.396.

Авторское свидетельство СССР

% 1295116, кл. F 16 J 15/44, 1987. (54) ПНЕВМАТИЧЕСКОЕ УПЛОТНЕНИЕ

ШПИНДЕЛЬНОГО УЗЛА (57) Сущность изобретения: радиальные отверстия плавающей втулки, установленной в корпусе, сообщаются с камерой напорного давления. На внутренней поверхности

Изобретение относится к станкостроению и может быть использовано в высокоскоростных шпиндельных узлах на опорах жидкостного трения, а также на опорах качения с обильной смазкой.

Целью изобретения является повышение надежности и долговечности уплотнения путем повышения стабильности воздушного потока.

Указанная цель достигается тем, что на внутренней поверхности плавающей втулки выполнена кольцевая канавка, сообщающаяся с радиальными отверстиями, а на торцах втулки выполнены пригегающие к ее внутренней поверхности кольцевые проточки, сообщающиеся с камерой напорного давления через выполненные в плавающей втулке аксиальные отверстия.

„„5U„„1810693 А1 втулки выполнена кольцевая канавка, глубина к-рой зависит от количества радиальных отверстий, длины цилиндрических уплотняющих поясков, длины радиального отверстия диаметра внутренней поверхности втулки и диаметра радиального отверстия, сообщающегося радиальными отверстиями. На торцах втулки выполнены прилегающие к ее внутренней поверхности кольцевые проточки шириной, зависящей от количества пар радиальных отверстий, длины этого отверстия, длины проточки, диаметра расположения аксиальных отверстий и диаметра отверстия, сообщающегося с камерой напорного давления через выполненные во втулке аксиальные отверстия, расположенные равномерно по окружности. 1 ил.

При этом глубина кольцевой канавки определяется соотношением:.г. 5

ls1 >о1 1о1

„(lâ2)

Г " " - Ъ |,1 где 1 — количество радиальнах О1верстий;

ls1, lp2 длины цилиндрических уплотня"

1ОЩИХ ПОЯСКОВ;

lî1 — длина радиального отверстия;

D — диаметр внутренней поверхности плавающей втулки;

do1 — диаметр радиального отверстия.

Ширина кольцевой проточки принимается равной:

1810693 (к zfjg (182) lf (к Ф2 42)1 (2)

48 l02 Li2 32 02 0о где z z — количество пар аксиальных отверстий;

1О2 — длина аксиального отверстия;

1, — длина кольцевой проточки;

D4 — диаметр расположения аксиальных отверстий; бо2 — диаметр аксиального отверстия.

На чертеже показан общий вид устройства, разрез. Уплотнение содержит корпус

1 и плавающую втулку 2 (с габаритами 8х8 мм) с радиальными отверстиями 3 (фильтром порядка 1 — 3 мм) сообщающимися с камерой напорного давления 4. На внутренней поверхности плавающей втулки, содержащей два цилиндрических уплотняющих пояска 5, 6, выполнена кольцевая канавка 7, На торцах втулки 8, 9 выполнены кольцевые проточки 10, 11 с аксиальными отверстиями 12, 13. Цилиндрические уплотняющие пояски 5, 6 образуют совместно с поверхностью шпинделя 14 цилиндрические уплотняющие щели 15, 16 с диаметральным зазором порядка 0,03...0,05 мм кольцевые проточки 10, 11 совместно со стенками корпуса 1 образуют торцевые уплотняющие щели 17, 18 (с зазором

0,02...0,04 мм). В корпусе 1 могут быть выполнены также дренажные каналы 19, 20.

Уплотнение работает следующим образом.

При подводе сжатого воздуха в камеру напорного давления 4 плавающая втулка 2 взвешивается в радиальном и осевом направлениях эа счет динамических сил (скоростного напора), возникающих при истечении потока воздуха через радиальные 3 и аксиальные 12, 13 отверстия. При этом глубина кольцевой канавки 7 и ширина кольцевых проточек 10, 11 определенные по зависимостям (1), (2) обеспечивают максимальные величины, динамических сил, действующих на плавающее кольцо 2. При смещении плавающего кольца 2, например, влево, происходит увеличение торцевого зазора 18 и уменьшение торцевого зазора 17.

Это приводит к снижению перепада давления воздуха на аксиальных отверстиях 13 и к увеличению перепада давления на аксиальных отверстиях 12 изменение перепада давлений вызывает соответствующее увеличение или уменьшение расхода воздуха через аксиальные отверстия, При этом динамическая сила, зависящая от расхода воздуха будет уменьшаться для аксиальных отверстий 13 и увеличиваться для отверстий

12. Появившаяся разность сип, направленная в сторону, противоположную смещению плавающего кольца 2 возвратит его в среднее положение. Аналогично обеспечивается за счет аэродинамического эффекта и плавание кольца 2 в радиальном направлении.

Применение аэродинамического эффекта по сравнению с аэростатическим использовавшимся в прототипе, повышает стабильность воздушного потока в отверстиях и приводит к повышению надежности и межремонтной долговечности уплотнения, а также позволяет существенно упростить конструкцию и технологию изготовления узла, так как отпадает необходимость изготовления сложных аэростатических карманов, калиброванных

15 отверстий, блока тонкой очистки воздуха, а также профилактических остановок и разборки узла для промывки дросселирующих отверстий.

Таким образом, совокупность сущест20 венных отличительных признаков заявляемогп устройства является необходимой и до точной для достижения поставленной цел., Принцип действия предлагаемого устройс ва основан на использовании закона

25 о сохранении количества движения. Для потока воздуха (с учетом допущения о постоянстве плотности), в щелях уплотнения справедливо векторное уравнение R =pQUi Р002+ Pi+ Р2+ G, где R — реакция потока на стенки канала; р0, 01р — векторы секундных количеств движения потока воздуха, протекающего в единицу времени через входное и выходное сечения; р — плотность воздуха;

U1,2 — средние скорости в сечениях;

P >,2 — силы давления в сечениях;

G — вес воздуха.

Так как в уплотнении происходит слия40 ние и разделение потоков воздуха, весом которого можно пренебречь, то реакция потока будет определяться выражением: к

8 =, p Q1i U1i g pQ2i 0 2 I+

+; Р ;+, Р2, I где К n — число входных и выходных сечений потока воздуха в уплотнении, В эависимо50 сти от геометрии уплотнения реакция потока (сипа, обеспечивающая "всплытие" плавающей втулки) существенно изменяется. При зазорах, близких к нулю, а также при очень больших зазорах. Эта подъемная сила

55 уменьшается. Решая это уравнение и определяя его экстремум, получаем искомые-,соотношения, определяющие оптимальные условия работы уплотиений.

1810693

Ds — диаметр внутренней поверхности плавающей втулки;

do1 — ДИаМЕтР РаДИаЛЬНОГО ОтВЕРСтИЯ, сообщающаяся с радиальными отверстия5 ми, а на торцах плавающей втулки выполне. ны прилегающие к ее внутренней поверхности кольцевые проточки шириной (IK 32 d32)1y (I» z02 А!32)1

48.!02 02 32 !02.DО

02 о ГДЕ Zo2 — КОЛИЧЕСТВО ПаР аКСИаЛЬНЫХ ОтВЕРстий;

Io2 — длина аксиального отверстия;

l» — длина кольцевой проточки;

Do — диаметр расположения аксиальных отверстий;

do2 — диаметр аксиального отверстия, сообщающиеся с камерой напорного давления через выполненные в плавающей втулке аксиальные отверстия, расположенные равномерно по окружности. 9

Формула изобретения

Пневматическое уплотнение шпиндельного узла, содержащее корпус и плавающую втулку с радиальными отверстиями, сообщающимися с камерой напорного давления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что на внутренней поверхности плавающей втулки выполнена кольцевая канавка глубиной .2. 5 ! в1 Zo1 Г!о1 зI1» — ( (, !в2) — (" " " И

ГДЕ Zo1 — КОЛИЧЕСТВО РаДИаЛЬНЫХ ОтВЕРСтИй;

ls1 Is2 — длина цилиндрических уплотняющих поясков;

Io1 — длина радиального отверстия;

8 17

Составитель Т.Широкова

Техред М.Моргентал Корректор Л.Ливринц

Редактор

Заказ 1436 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 707