RU2298116C1

RU2298116C1 - Hydrostatic bearing

Info

Publication number: RU2298116C1
Application number: RU2005132053/11A
Authority: RU
Inventors: Станислав Николаевич Шатохин (RU); Станислав Николаевич Шатохин; Яков Юрьевич Пикалов (RU); Яков Юрьевич Пикалов
Priority date: 2005-10-17
Filing date: 2005-10-17
Publication date: 2007-04-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: invention can be used in radial-and-thrust supports of spindle units of metal-cutting machine tools. Proposed hydrostatic bearing has housing with ring and radial channels, shaft and movable bushing with radial channels. Bushing is found in space between housing and shaft. Radial channel in housing is made in form of throttling holes arranged over circumference or slot throttling clearance and it connects ring channel with step slot throttling clearance. Radial channels of bushing are made throttling. Ring projections are made on end faces of bushing to form step slot throttling clearances with inner end faces of housing. Ring bead is made on shaft which forms slot throttling clearances with mating surfaces of housing and bushing.

EFFECT: reduced power losses at delivery of lubricant, no negative compliance both in radial and axial directions, increased load-bearing capacity of hydrostatic bearing.

3 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может применяться в радиально-упорных опорах шпиндельных узлов металлорежущих станков при использовании в качестве смазывающей среды как жидкостей, так и газов.The invention relates to mechanical engineering and can be used in angular contact bearings of spindle assemblies of metal-cutting machines when using both liquids and gases as a lubricating medium.

Известен гидростатический подшипник, содержащий корпус, вращающийся вал и подвижную втулку, находящуюся в полости между корпусом и валом. На поверхностях корпуса и вала, образующих с втулкой щелевые дросселирующие зазоры, выполнены несущие карманы, в которые через дросселирующие каналы вала и корпуса нагнетается смазка. Вращение от вала может передаваться втулке за счет сил вязкого трения в смазке, благодаря чему снижаются затраты мощности на вращение вала (пат. США 4,381,126, кл. F16С 32/06, 1983 г.).Known hydrostatic bearing comprising a housing, a rotating shaft and a movable sleeve located in the cavity between the housing and the shaft. Bearing pockets are made on the surfaces of the housing and the shaft, which form slotted throttling gaps with the sleeve, into which grease is pumped through the throttling channels of the shaft and the housing. Rotation from the shaft can be transmitted to the sleeve due to viscous friction forces in the lubricant, thereby reducing the power consumption for shaft rotation (US Pat. US 4,381,126, class F16C 32/06, 1983).

Недостатком подшипника является увеличенная положительная податливость, так как нагрузка воспринимается двумя последовательно расположенными несущими слоями с пассивной компенсацией расхода смазки, а также большой расход смазки.The disadvantage of the bearing is the increased positive compliance, since the load is perceived by two successive layers of layers with passive compensation of lubricant consumption, as well as a large lubricant consumption.

Наиболее близким аналогом изобретения является гидростатический подшипник, содержащий корпус, вал и подвижную втулку, находящуюся в полости между корпусом и валом и образующую с поверхностью вала щелевой дросселирующий зазор, на внешней цилиндрической поверхности втулки по обоим концам выполнены кольцевые выступы, образующие между корпусом и втулкой ступенчатые щелевые дросселирующие зазоры. В средней плоскости подшипника с внешней и внутренней сторон втулки выполнены кольцевые каналы, сообщенные между собой и с источником нагнетания смазки. Части сборного корпуса образуют щелевые дросселирующие зазоры с цилиндрической поверхностью вала и с торцевыми поверхностями втулки. На стыке щелевых дросселирующих зазоров, образованных сопряженными торцевыми поверхностями корпуса и втулки с щелевыми дросселирующими зазорами, образованными сопряженными цилиндрическими поверхностями втулки и корпуса, выполнены дренажные кольцевые полости (патент РФ №2208723, кл. F16C 32/06, 17/18, 2003 г.).The closest analogue of the invention is a hydrostatic bearing comprising a housing, a shaft and a movable sleeve located in the cavity between the housing and the shaft and forming a slotted throttling clearance with the shaft surface; annular protrusions are formed at both ends of the sleeve on the outer cylindrical surface of the sleeve, forming stepwise between the housing and the sleeve slotted throttling gaps. In the middle plane of the bearing from the outer and inner sides of the sleeve, annular channels are made, interconnected with each other and with a lubricant injection source. Parts of the prefabricated housing form slotted throttling gaps with the cylindrical surface of the shaft and with the end surfaces of the sleeve. At the junction of the slotted throttling gaps formed by the mating end surfaces of the housing and the sleeve with the slotted throttling gaps formed by the mating cylindrical surfaces of the sleeve and the housing, drainage annular cavities are made (RF patent No. 2208723, CL F16C 32/06, 17/18, 2003, )

Недостатком подшипника является увеличенный расход смазки за счет ее слива через дренажные кольцевые полости, что приводит к значительному увеличению потерь мощности на нагнетание смазки, кроме того, подшипник обладает незначительной отрицательной податливостью, что является причиной его малой несущей способности.The disadvantage of the bearing is the increased consumption of grease due to its discharge through the drainage annular cavities, which leads to a significant increase in power losses for pumping grease, in addition, the bearing has a slight negative flexibility, which is the reason for its low bearing capacity.

Задачей изобретения является создание гидростатического подшипника с меньшими потерями мощности на нагнетание смазки и имеющего отрицательную податливость, как в радиальном, так и в осевом направлениях, что ведет к повышению несущей способности подшипника.The objective of the invention is the creation of a hydrostatic bearing with less loss of power for pumping lubricant and having negative compliance, both in the radial and axial directions, which leads to an increase in the bearing capacity of the bearing.

Поставленная задача достигается тем, что в гидростатическом подшипнике, содержащем корпус с кольцевым и радиальным каналами для нагнетания смазки, вал и подвижную втулку с радиальными каналами, находящуюся в полости между корпусом и валом и имеющую на внешней цилиндрической поверхности по обоим концам кольцевые выступы, образующие между корпусом и втулкой ступенчатый щелевой дросселирующий зазор, согласно изобретению, радиальный канал в корпусе выполнен в виде расположенных по окружности дросселирующих отверстий или щелевого дросселирующего зазора, соединяющий кольцевой канал, выполненный на наружной цилиндрической поверхности корпуса, со ступенчатым щелевым дросселирующим зазором, радиальные каналы втулки выполнены дросселирующими, а на торцах втулки выполнены кольцевые выступы, образующие с внутренними торцами корпуса ступенчатые щелевые дросселирующие зазоры, на валу выполнен кольцевой бурт, который образует с сопряженными поверхностями корпуса и втулки щелевые дросселирующие зазоры.The problem is achieved in that in a hydrostatic bearing comprising a housing with annular and radial channels for injecting lubricant, a shaft and a movable sleeve with radial channels located in the cavity between the housing and the shaft and having annular protrusions on the outer cylindrical surface at both ends forming between the housing and the sleeve step gap slider throttle gap, according to the invention, the radial channel in the housing is made in the form of throttling holes located around the circumference or slotted dross a gap, connecting the annular channel, made on the outer cylindrical surface of the housing, with a stepped slotted throttling gap, the radial channels of the sleeve are throttling, and at the ends of the sleeve there are ring protrusions forming step slotted throttling gaps with the inner ends of the housing, an annular shoulder is made on the shaft, which forms slotted throttling gaps with the mating surfaces of the housing and the sleeve.

На фиг.1 показан продольный разрез гидростатического подшипника; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1 с радиальным каналом корпуса, выполненным в виде расположенных по окружности дросселирующих отверстий; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.1 с радиальным каналом корпуса, выполненным в виде щелевого дросселирующего зазора.Figure 1 shows a longitudinal section of a hydrostatic bearing; figure 2 - section aa in figure 1 with a radial channel of the housing, made in the form of throttling holes located around the circumference; figure 3 is a section aa in figure 1 with a radial channel of the housing, made in the form of a slotted throttling gap.

Гидростатический подшипник состоит из сборного корпуса 1, вала 2 и подвижной втулки 3, находящейся в полости между корпусом 1 и валом 2. В корпусе 1 для подвода смазки имеется радиальный канал 4, выполненный в виде расположенных по окружности дросселирующих отверстий (фиг.2) или в виде щелевого дросселирующего зазора (фиг.3). Радиальный канал 4 в корпусе 1 соединен с кольцевым каналом 5, который выполнен на наружной цилиндрической поверхности корпуса 1 и сообщается с источником нагнетания смазки (на чертеже не показан). Для восприятия осевых нагрузок на валу 2 выполнен кольцевой бурт 6, который образует с сопряженными торцевыми поверхностями корпуса 1 и цилиндрической поверхностью подвижной втулки 3 щелевые дросселирующие зазоры 7 и 8. Для обеспечения радиальной стабилизации втулки 3 на ее внешней цилиндрической поверхности по обоим концам выполнены кольцевые выступы 9, образующие между корпусом 1 и втулкой 3 ступенчатый щелевой дросселирующий зазор 10, а для осевой стабилизации втулки 3 на ее торцевых поверхностях выполнены кольцевые выступы 11, образующие с торцевой поверхностью корпуса 1 ступенчатый щелевой дросселирующий зазор 12. Во втулке 3 выполнены радиальные дросселирующие каналы 13, соединяющие ступенчатый щелевой дросселирующий зазор 10 с щелевым дросселирующим зазором 8. Щелевой дросселирующий зазор 14 образован цилиндрическими поверхностями вала 2 и корпуса 1 и предназначен для слива смазки.The hydrostatic bearing consists of a prefabricated housing 1, a shaft 2 and a movable sleeve 3 located in the cavity between the housing 1 and the shaft 2. In the housing 1 for supplying lubricant there is a radial channel 4, made in the form of throttling holes located around the circumference (figure 2) or in the form of a slit throttling gap (figure 3). The radial channel 4 in the housing 1 is connected to the annular channel 5, which is made on the outer cylindrical surface of the housing 1 and communicates with a source of injection of lubricant (not shown). To absorb axial loads, an annular collar 6 is made on the shaft 2, which forms slotted throttling gaps 7 and 8. with conjugate end surfaces of the housing 1 and the cylindrical surface of the movable sleeve 3. To ensure radial stabilization of the sleeve 3, annular protrusions are made on its outer cylindrical surface 9, forming between the housing 1 and the sleeve 3, a stepwise slit throttling gap 10, and for axial stabilization of the sleeve 3, annular protrusions 11 are formed on its end surfaces, forming with the end surface of the housing 1, a stepwise slotted throttle clearance 12. In the sleeve 3 there are radial throttle channels 13 connecting the stepwise slotted throttle gap 10 with the slotted throttle gap 8. The slotted throttle gap 14 is formed by the cylindrical surfaces of the shaft 2 and the housing 1 and is intended to drain grease.

Подшипник работает следующим образом.The bearing operates as follows.

Радиальные и осевые нагрузки, действующие на вал 2, увеличивают (уменьшают) давление смазки в нагруженной (разгруженной) области несущего слоя (несущий слой упорной части подшипника образован щелевыми дросселирующими зазорами 7 и 13, а несущий слой радиальной части подшипника - щелевыми дросселирующими зазорами 8 и 14). При этом подвижная втулка 3 смещается в направлении действия нагрузки, дополнительно увеличивая (уменьшая) поступление смазки в нагруженную (разгруженную) область. В результате появившейся дополнительной разности давлений в нагруженной и разгруженной областях несущего слоя, вал 2 смещается в направлении, противоположном действию нагрузки, чем обеспечивается отрицательная податливость подшипника как в радиальном, так и в осевом направлениях. Это приводит к повышению несущей способности подшипника также в обоих направлениях. Кроме того, такая конструкция подшипника обладает уменьшенными потерями мощности на нагнетание смазки.Radial and axial loads acting on the shaft 2 increase (decrease) the lubricant pressure in the loaded (unloaded) region of the bearing layer (the bearing layer of the thrust bearing part is formed by slotted throttling gaps 7 and 13, and the bearing layer of the radial part of the bearing is formed by slotted throttling gaps 8 and fourteen). In this case, the movable sleeve 3 is shifted in the direction of the load, further increasing (decreasing) the flow of lubricant into the loaded (unloaded) area. As a result of the additional pressure difference in the loaded and unloaded areas of the bearing layer, the shaft 2 is displaced in the opposite direction to the load, which ensures negative bearing compliance in both radial and axial directions. This leads to an increase in bearing capacity of the bearing also in both directions. In addition, this bearing design has reduced grease discharge power losses.

Claims

A hydrostatic bearing comprising a housing with annular and radial channels for injecting lubricant, a shaft and a movable sleeve with radial channels located in the cavity between the housing and the shaft and having annular protrusions on the outer cylindrical surface at both ends, forming a step slotted throttling gap between the housing and the sleeve characterized in that the radial channel in the housing is made in the form of throttling holes located around the circumference or a slotted throttling gap connecting the annular channel l, made on the outer cylindrical surface of the housing, with a stepped slotted throttling gap, the radial channels of the sleeve are throttled, and at the ends of the sleeve there are ring protrusions forming stepped slotted throttling gaps with the inner ends of the housing, an annular collar is made on the shaft, which forms with mating surfaces housings and bushings slotted throttling gaps.