DE2445849A1

DE2445849A1 - Hochstarres fluidlager und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE2445849A1
Application number: DE19742445849
Authority: DE
Inventors: Toshio Tsujiuchi
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 1973-10-30
Filing date: 1974-09-25
Publication date: 1975-05-22
Also published as: FR2249260B1; AU477070B2; JPS5838646B2; GB1485033A; JPS5072045A; DE2445849C2; ES430378A1; FR2249260A1; AU7311774A; US3945692A

Description

Hochstarres Fluidlager und Verfahren zu dessen Herstellung

Die Erfindung betrifft ein hochstarres Fluidlager für die sich drehende Welle eines Maschxnenwerkzeugs und ein -Verfahren zur Herstellung dieses Lagers.

Bei einem Bearbeitungsvorgang muß eine übermäßige Last auf sich drehende Wellen, insbesondere auf eine Hauptspindel, ausgeübt werden können- Es wurde daher in einem hochstarren Fluidlager eine hydrodynamische Druckwirkung verwendet zum genauen Halten der sich drehenden Welle in ihrer ursprünglichen axialen Lage. In einem hydrostatischen Lager konnte auf einem auf der Lagerfläche ausgebildeten Stützflächenteil befindlicher Lagerspalt nicht als kleiner Spalt ausgebildet werden, der sich für die ausreichende Erzeugung eines hydrodynamischen Drucks eignete. Im Gegensatz zum hydrodynamischen Druck kann in einem großen Lagerspiel ein hydrostatischer Druck durchaus erzeugt werden.

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Bei einem herkömmlichen Verfahren zum Herstellen eines derartigen Fluidlagers wird auf den Außenumfang der Lagerbüchse mittels am Umfang um die Lagerbüchse herum angeordneter Klemmschrauben eine große radiale Kraft ausgeübt. In diesem Zustand wird die Lagerfläche zu einem genauen oder geeigneten Kreis auf der Bohrung der Lagerbüchse ausgebildet. Dementsprechend wird bei Entfernung der radialen Kraft von der Lagerbüchse eine Vielzahl von erhabenen Stützflächen, die während des Bearbeitungsvorgangs in einem nach innen gedrückten Zustand gehalten wurden, von der den hydrostatischen Druck erzeugenden Stützfläche nach außen zurückgezogen zur Bildung von keilförmigen Spalten zwischen der sich drehenden Welle und den erhabenen Stützflächen. Somit wird bei Drehung der Welle in den keilförmigen Spalten der hydrodynamische Druck erzeugt.

Dieses Herstellungsverfahren erzeugte jedoch keine genauen keilförmigen Spalte am hydrostatischen Lager, da es schwierig war, den Druck der Klemmschrauben genau einzustellen und außerdem die Lagerbuchse durch die Klemmschrauben während des Bearbeitungsvorgangs der Bohrung der Lagerbüchse fest abzustützen. Da die erhabenen Stützflächen so angeordnet wurden, daß sie über die Oberfläche des den hydrostatischen Druck erzeugenden Stützflächenteils vom Außenumfang der sich drehenden Welle weggezogen wurden, wurden ferner die keilförmigen Spalte breiter gemacht als der Spalt des den hydrostatischen Druck erzeugenden Stützflächenteils. Das Ergebnis war, daß das durch das oben genannte Verfahren hergestellte hydrostatische Lager keine ausreichende hydrodynamische Druckwirkung erzielen konnte.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung eines verbesserten hochstarren Fluidlagers mit einer hohen hydrodynamischen Druckwirkung.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten hochstarren Fluidlagers, das mit einer Lagerbüchse versehen ist, deren Lagerfläche so ausgebildet ist, daß

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sie einen hohen hydrodynamischen Druck erzeugt und hierdurch eine sich drehende Welle mit hoher Starrheit lagert.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten hochstarren Fluidlagers, das mit einer Lagerbüchse versehen ist, auf deren Lagerfläche hydrodynamischen Druck erzeugende Stützflächen so ausgebildet sind, daß sie einen einen hydrodynamischen Druck erzeugenden Vorgang nicht beeinflussen und hierdurch eine sich drehende Welle mit hoher Starrheit lagern.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten hochstarren Fluidlagers, das mit einer Lagerbüchse versehen ist, in der eine Vielzahl von einen hydrodynamischen Druck erzeugenden Stützflächen so ausgebildet ist, daß sie über eine einen hydrodynamischen Druck erzeugende Stützfläche zu einer sich drehenden Welle hin überstehen, dazwischen keilförmige Spalte bilden und hierdurch die Starrheit des Fluidlagers erhöhen.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die .Schaffung eines neuartigen und einzigartigen Verfahrens zum Herstellen eines hochstarren Fluidlagers, das eine hohe hydrodynamische Druckwirkung aufweist.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines neuen und einzigartigen Verfahrens zum Herstellen eines hochstarren Fluidlagers, das mit einer Lagerbüchse versehen ist, dessen tragende Fläche so ausgebildet ist, daß sie einen hohen hydrodynaraxschen Druck erzeugt und hierdurch eine sich drehende Welle mit hoher Starrheit lagert.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines neuen und einzigartigen Verfahrens zum Herstellen eines hochstarren Fluidlagers, das mit einer Lagerbuchse versehen ist, in der eine Vielzahl von einen hydrodynamischen Druck

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BAD ORIGINAL

erzeugenden Stützflächen so ausgebildet ist, daß sie über eine einen statischen Druck erzeugende Stützfläche zu einer sich drehenden Welle hin überstehen, dazwischen keilförmige Spalte bilden und einen einen hydrodynamischen Druck erzeugenden Vorgang nicht beeinflussen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden diese und weitere Ziele erreicht durch ein hochstarres Fluidlager mit einer Lagerbüchse, die eine Vielzahl von in ümfangsrichtung verteilten Taschen aufweist, mit einem Stützfläc-henteil, der zur Ausbildung eines stationären Drucks die Vielzahl von Taschen umgibt, mit Drosseln, die zum Zuführen von unter Druck stehendem Fluid zu den Fluidtaschen mit diesen verbunden sind und mit einer erhabenen Stützfläche, die in jeder Fluidtasche ausgebildet ist. Diese Ziele werden ferner erreicht durch ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen hochstarren Fluidlagers, wobei dieses Verfahren gekennzeichnet ist durch Ausbilden eines verformbaren Teils um die erhabene Stützfläche herum, durch Befestigen der Lagerbüchse an einem Ende der erhabenen Stützfläche auf einem darin eingesetzten Aufnahmedorn, der einen kleineren Durchmesser als die Bohrung der Lagerbüchse aufweist, durch Bearbeiten des Außenumfangs der auf dem Aufnahmedorn befestigten Lagerbüchse zu einem, genauen oder geeigneten Kreis und durch Einpassen der Lagerbüchse in die Bohrung eines stationären Maschinengestells. Auf diese Weise wird jede erhabene Stützfläche der eingepaßten Lagerbüchse wiederum verformt, steht an ihrem einen Ende über die Oberfläche des Stützflächenteils zum Außenumfang der sich drehenden Welle hin über und bildet hierdurch einen keilförmigen Spalt, in dem ein hoher hydrodynamischer Druck erzeugt wird und hierdurch die sich drehende Welle mit hoher Starrheit lagert. Da nur die erhabenen Stützflächen verformt werden können,wenn das Lager auf diese Weise in die Bohrung des stationären Maschinengestells eingesetzt wird, kann, wie oben angegeben, die Vielzahl von keilförmigen Spalten zwischen den erhabenen Stützflächen und dem Außenumfang der sich drehenden Welle,zu einer optimalen Größe und Gestalt gebildet werden durch Auswählen des Durchmessers des Aufnahmedorns und durch Einstellen der Befestigungskraft,

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— C. _

wenn die Lagerbüchse auf dem Aufnahmedorn befestigt wird.

V/eitere Merkmale, Einzelheiten und Ziele ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Darin zeigt:·

Fig. 1 einen Längsschnitt eines Fluidlagers gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II von Fig. 1;

Fig. 3 eine Schrägansicht, die den Hauptteil einer Lagerbüchse teilweise darstellt;

Fig. 4 einen Längsschnitt der Lagerbüchse, deren erhabene Stützflächen mit Hilfe von Schrauben an ihren Enden auf einen Aufnahmedorn gedrückt und auf diesem befestigt werden;

Fig. 5 einen Querschnitt entlang der Linie V-V von Fig. 4;

Fig. 6 einen Querschnitt eines Zustands nach Entfernen der Schrauben aus dem Aufnahmedörn im Schnitt V-V von Fig.

Ein stationäres Maschinengestell 1 weist eine Bohrung la auf, in die eine Lagerbüchse 2 zum drehbaren Lagern einer sich drehenden Welle 3 eingepaßt ist. Am axialen Ende der Lagerbüchse 2 ist eine Kappe 4 befestigt. Am stationären Maschinengestell 1 ist ein Einlaßkanal 5 radial ausgebildet zum Einlassen von. unter Druck stehendem Fluid in die Lagerbüchse 2. Ein Auslaßkanal 6 ist axial am stationären Maschinengestell 1 ausgebildet zum Zurückführen von verwendetem Fluid zu einen nicht gezeigten Behälter.

Die ins einzelne gehende Gestalt des Lagers, etwa der Lagerbüchse 2, wird im folgenden bezüglich Fig. 1 bis 3 beschrieben.

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Eine Vielzahl von Fluidtaschen 8 ist in regelmäßigem Abstand in Umfangsrichtung auf den Innenflächen der Lagerbüchse 2 ausgebildet. Jede Fluidtasche 8 wird von einem Stützflächenteil 7 umgeben, wo ein.hydrostatischer Druck erzeugt wird. Eine angehobene Stützfläche 9, wo ein hydrodynamischer Druck erzeugt wird, ist in jeder Tasche 8 in der Weise ausgebildet, daß ein radiales Ende hiervon über den Stützflächenteil 7 vom Boden der Fluidtasche 8 aus übersteht, während deren anderes radiales Ende die gleiche Höhe hat wie der Stützflächenteil 7, wie im folgenden im einzelnen beschrieben. Zwei Schraubenbohrungen 10 sind in axialem Abstand auf einem radialen Ende jeder angehobenen Stützfläche 9 ausgebildet. Diese Schraubenbohrungen 10 sind, wie im folgenden beschrieben, für einen Bearbeitungsvorgang der Lagerbüchse 2 vorgesehen. Daher werden, bevor die Lagerbüchse 2 in das stationäre Maschinengestell eingepaßt wird, die Schraubenbohrungen 10 durch geeignete Verschlußstopfen 11 so abgedichtet, daß das unter Druck stehende Fluid, das zum Spalt zwischen der sich drehenden Welle 3 und der Lagerbüchse 2 geliefert wird, nicht durch die Schraubenbohrungen 10 hindurchsickern kann.

Am Außenumfang der Lagerbuchse 2 ist eine Ringnut 12 so ausgebildet, daß sie dem Einlaßkanal 5 gegenüberliegt, wenn die Lagerbüchse 2 in das stationäre Maschinengestell eingepaßt wird. Die Ringnut 12 ist über Einlaßkanäle 15, an denen Drosseln 16 befestigt sind, mit Fluidtaschen 8 verbunden. Auf diese Weise wird das unter Druck stehende Fluid bei seinem Einlaß in die Ringnut 12 durch den Einlaßkanal 5 über die Einlaßkanäle 15 und die Drosseln 16 einzeln zu den Fluidtaschen 8 geliefert. Ein rechteckiger Einschnitt mit axialen Einschnitten 13a und 13b sowie radialen Einschnitten 14a und 14b ist am Außenumfang der Lagerbüchse 2 in Übereinstimmung mit der Rückseite jeder Fluidtasche 8 so ausgebildet, daß er einen recheckigen formbaren Teil mit axialen Teilen 17a und 17b sowie radialen Teilen 17c und 17d um die erhabene Stützfläche 9 herum bildet. Der rechteckige verformbare Teil ist dünn und so verformbar, daß das eine radiale Ende der ■ erhabenen Stützfläche 9 über den Stütiiflächenteil 7 überstehend * hinausgedrückt werden kann, während das andere radiale Ende der

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erhabenen Stützfläche 9 die gleiche Höhe haben kann wie der Stützflächenteil 7, wenn eine radiale Kraft nach innen gerichtet auf den Außenumfang der Lagerbüchse 2 ausgeübt wird, wobei dieser Außenumfang vom rechteckigen Einschnitt umgeben ist..An beiden Enden der Innenfläche der Lagerbüchse 2 sind zum Ablassen von den Stützflächenteil 7 überströmendem Fluid zum Behälter ringförmige Ablaßnuten 18a und 18b ausgebildet. Auf der Lagerbüchse 2 sind zum Verbinden einer ringförmigen Ablaßnut 18a mit dem Auslaßkanal 6 Auslaßöffnungen 19 ausgebildet. Eine Auslaßöffnung 23 ist zum Verbinden der anderen ringförmigen Ablaßnut 18b mit dem Behälter radial auf der Lagerbüchse 2 ausgebildet.

Im folgenden wird ein Verfahren zum Bearbeiten der oben genannten Lagerbüchse 2 beschrieben. Diese Lagerbüchse enthält erhabene Stützflächen 9, bei denen ein überstehen eines radialen Teils hiervon zu den Umfangsflachen der sich drehenden Welle 3 hin bewirkt wird, wenn die Lagerbüchse 2 in die Bohrung la des stationären Maschinengestells 1 eingesetzt wird.

Als erstes wird die Lagerbüchse 2 so bearbeitet, daß sie Fluidtaschen 8,Stützflächenteile 7, erhabene Stützflächen 9, rechteckige verformbare Teile und Ringnuten 18a und 18b auf der Innenfläche ihrer Bohrung aufweist. Dann wird die Bohrung der Lagerbüchse 2 hergestellt und auf einen genauen oder geeigneten Kreis so feinbearbeitet, daß sie gegenüber der sich drehenden Welle 3 einen vorgegebenen Durchmesser aufweist. Ein Aufspanndorn 20, dessen vorgegebener Durchmesser etwas kleiner ist als derjenige der Bohrung der Lagerbüchse 2, wird in die Bohrung der Lagerbüchse 2 eingesetzt. Am Einspavmdorn 20 ausgebildete Gewindebohrungen 21 werden mit Schraubenbohrungen 10 der Lagerbüchse 2 ausgefluchtet. Schrauben 22 werden in die Schraubenbohrungen 10 eingesetzt und mit den Gewindebohrungen 21 verschraubt. Die Schrauben 22 werden gedreht und so angezogen bis das eine radiale Ende jeder erhabenen Stützfläche 9 den Einspannddrn 20 so unter Druck oder fest berührt, daß sie einen keilförmigen Spalt bildet, vgl. Fig. 4 und 5. Der sich

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ergebende verformte Außenumfang der Lagerbüchse 2 wird dann in Übereinstimmung mit der Bohrung la des feststehenden Maschinengestells 2 zu einem genauen oder geeigneten Kreis bearbeitet. Nach dem Bearbeitungsvorgang werden die Schrauben 22 aus dem Einspanndorn 20 und der Lagerbüchse 2 entfernt. Die Bohrung der Lagerbüchse 2 kehrt dann in die Form ihres anfänglichen genauen oder geeigneten Kreises unter Wiederherstellung der rechteckigen verformbaren Teile zurück, vgl. Fig. 6. Im Gegensatz hierzu stehen die von den rechteckigen Einschnitten umgebenen äußeren ümfangsteile nach außen über und bilden einen- nicht kreisförmigen Querschnitt.

Wenn die Lagerbüchse 2 in die Bohrung la des stationären Maschinengestells 1 eingesetzt wird, wird der Außenumfang der Lagerbüchse 2 entsprechend dem genauen oder geeigneten Kreis der Bohrung la erneut verformt und zur Achslinie der Bohrung hin so gedrückt, daß das eine radiale Ende jeder erhabenen Stützfläche 9 zum Außenumfang der sich drehenden Welle 3 hin und diesen Umfang erreichend gedrückt wird unter Verformung des rechteckigen verformbaren Teils mit den axialen Teilen 17a und 17b sowie den radialen Teilen 17c und 17d zur Bildung des keilförmigen Spalts zwischen jeder erhabenen Stützfläche 9 und der sich drehenden Welle 3.

Das Fluidlager gemäß der vorliegenden Erfindung wird wie oben erwähnt gebildet. Wenn das unter Druck stehende Fluid in den Einlaßkanal 5 des Fluidlagers eintritt, beaufschlagt es über die Ringnut 12, die Einlaßkanäle 15 und die Drosseln 16 die Fluidtaschen 8. Es wird dann der hydrostatische Druck in den Fluidtaschen 8 erzeugt und lagert hierdurch drehbar die drehende Welle 3. Darüber hinaus werden die keilförmigen Spalte zwischen dem Außenumfang der sich drehenden Welle 3 und den einen Enden der erhabenen zum Außenumfang der sich drehenden Welle 3 hin überstehenden Stützflächen gebildet. Die sich drehende Welle 3 wird daher zusätzlich zum hydrostatischen Druck vom hydrodynamischen Druck gelagert, der durch die im Uhrzeigersinn erfolgende

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Drehung (wie durch einen Pfeil in Fig. 2 gezeigt) , der sich drehenden Welle 3 erzeugt wird.

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Claims

Patentansprüche

rl.JFluidlager zum Lagern einer sich drehenden Welle, mit einer Lagerbüchse, die eine Vielzahl von in Umfangsrichtung verteilten Taschen aufweist, mit einem Stützflächenteil, der die Vielzahl von Taschen umgibt, mit einer Drösseieinrichtung, die zum Zuführen von unter Druck stehendem Fluid zu den Fluidtaschen mit diesen verbunden ist, und mit einer erhabenen Stützfläche, die in jeder Fluidtasche ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erhabene Stützfläche (9) zum Außenumfang der sich drehenden Welle (3) hin über die Oberfläche des Stützflächenteils (7) übersteht und einen keilförmigen Spalt bildet, und daß um die erhabene Stützfläche herum ein verformbarer Teil ausgebildet ist,
2. Verfahren zum Herstellen eines Fluidlagers zum Lagern einer sich drehenden Welle, mit einer Lagerbüchse, die eine Vielzahl von in ürafangsrichtung verteilten Taschen aufweist, mit einem Stützflächenteil, der die Vielzahl von Taschen umgibt, mit einer Drosseleinrichtung, die zum Zuführen von unter Druck stehendem Fluid zu den Fluidtaschen mit diesen verbunden ist, und mit einer erhabenen Stützfläche, die in jeder Fluidtasche ausgebildet ist, gekennzeichnet durch Ausbilden eines verformbaren Teils (17a, 17b, 17c, 17d) um die erhabene Stützfläche (9) herum, durch Befestigen der Lagerbüchse (2) an einem Ende der erhabenen Stützfläche (9) auf einem darin eingesetzten Aufnahmedorn (2O), der einen kleineren Durchmesser als die Bohrung der Lagerbuchse (2) aufweist, durch Bearbeiten des Außenumfangs der auf dem Aufnahmedorn (20) befestigten Lagerbüchse (2) zu einem genauen Kreis und durch Einpassen der Lagerbüchse in die Bohrung (la) eines stationären Maschinengestells.

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