Forbidden

You don't have permission to access /zzz_siteguard.php on this server.

ШПИНДЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО СТАНКА - Патент РФ 2029183
Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
ШПИНДЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО СТАНКА
ШПИНДЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО СТАНКА

ШПИНДЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО СТАНКА

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к машиностроению и может быть применено в металлорежущих станках. Цель - увеличение быстроходности путем одновременного вращения шпинделя и гильзы. На наружной поверхности гильзы 6 установлены подшипники качения 7, наружные кольца которых связаны с внутренней поверхностью корпуса 8, а внутренние - с наружной поверхностью гильзы 6. На шпинделе 4 установлены элементы 9 для фиксации подшипников 5 в осевом направлении. На торцах корпуса 8 установлены дополнительные элементы 10 и 11 для фиксации подшипников 7 в осевом направлении. Двигатель 14 жестко связан с корпусом 8, а гальза 6 и шпиндель 4 кинематически связаны с двигателем 14. Посредством шестерен 16 и 12 двигатель 14 приводит во вращение шпиндель 4 и внутреннее кольцо подшипников 5, а посредством шестерен 17 и 13 приводит во вращение гильзу 6. 2 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2029183
Класс(ы) патента: F16H25/20
Номер заявки: 4851522/28
Дата подачи заявки: 18.06.1990
Дата публикации: 20.02.1995
Заявитель(и): Уфимский государственный авиационный технический университет; Акционерное общество "Станкостроительный завод им.В.И.Ленина"
Автор(ы): Ризванов Ф.Ф.; Жаринов В.Н.
Патентообладатель(и): Акционерное общество "Станкостроительный завод им.В.И.Ленина"
Описание изобретения: Изобретение относится к машиностроению и может быть применено для увеличения быстроходности вращения шпинделей станков на опорах качения, которая ограничивается возникающими при вращении инерционными силами тел качения.
Известны шпиндельные устройства, в которых приводятся во вращение внутренние и наружные кольца подшипников качения, кинематически связанные с приводами вращения и являющиеся опорами шпинделя.
В известной шпиндельной бабке токарно-фрезерного станка вращение внутренних колец подшипников качения токарного шпинделя связано кинематически с приводом вращения этого шпинделя, а наружные кольца этих подшипников кинематически связаны с приводом фрезерного шпинделя.
Однако в этом устройстве единовременно вращается или внутреннее кольцо при вращении токарного шпинделя, или только наружное - при вращении фрезерного шпинделя. При этом инерционные силы тел качения указанных подшипников не уменьшаются, а ограничивают наибольшую скорость вращения.
Цель изобретения - повышение быстроходности путем одновременного вращения шпинделя и гильзы.
Это достигается тем, что устройство снабжено дополнительными подшипниками качения, установленными на наружной поверхности гильзы, наружные кольца которых связаны с внутренней поверхностью корпуса, а внутренние - с наружной поверхностью гильзы, элементами, установленными на гильзе и предназначенными для фиксации основных подшипников в осевом направлении, и элементами, расположенными на соответствующих торцах корпуса и предназначенными для фиксации дополнительных подшипников в осевом направлении, двигатель жестко связан с корпусом, гильза кинематически связана с двигателем, а кинематические связи между шпинделем и двигателем и гильзой и двигателем выполнены из элементов передач, например из двух шестерен, одна из которых жестко установлена на шпинделе, другая - на валу двигателя, и двух шестерен, одна из которых жестко установлена на гильзе, а другая - на валу двигателя.
На фиг. 1 приведена схема кинематики тела качения шарикового радиально-упорного подшипника на двух сечениях; на фиг. 2 - конструктивная схема шпиндельного устройства.
Тело качения 1, представляющее шар радиусом r (фиг. 1), контактирует с внутренним кольцом 2 в точке, отстоящей от оси вращения последнего на расстоянии Rв. Тело качения контактирует с наружным кольцом 3, отстоящим от указанной оси на расстоянии Rн наружного радиуса. При работе на подшипник действуют внешние силы - радиальная Fри осевая Fос. Шпиндель 4 связан с внутренними кольцами основных подшипников 5, наружные кольца которых связаны с гильзой 6, и установлен с возможностью вращения относительно гильзы 6, имеющей в качестве опор дополнительные подшипники 7, внутренние кольца которых связаны с гильзой, а наружные - с корпусом 8.
Гильза 6 установлена в корпусе 8 с возможностью вращения, на гильзе расположены элементы, например кольца 9, которые фиксируют основные подшипники 5 в осевом направлении. В корпусе 8 установлены элементы, например фланцы 10 и 11, которые фиксируют дополнительные подшипники 7 в осевом направлении. Шпиндель 4 и гильза 6 жестко связаны с элементами передачи, например шестернями 12 и 13. Двигатель 14 жестко связан с корпусом 8, на валу которого закреплены ответные элементы передачи, например шестерни 16 и 17. Причем шестерня 16 связана с шестерней 12 кинематической цепью i1, а шестерня 17 с шестерней 13 - кинематической цепью i2. Вместо шестерен могут быть использованы и другие элементы передач, например шкивы ременных передач.
В предлагаемом устройстве внутреннее кольцо (фиг. 1) 2 приводится во вращение с частотой nв, а наружное кольцо 3 - с частотой nн, при этом каждое тело качения получает два вращения: одно вращение вокруг оси внутреннего и наружного колец с частотой nк (линейной скоростью vк), а другое вращение с частотой nr (угловой скоростью ωr) вокруг оси, наклоненной к первой под углом α и проходящей через центр тяжести тела качения, т.е. в данном случае через центр шара.
В результате этих вращений тело качения приобретает нормальное ускорение - Wn, радиальное - WR и кариолисово - Wτ. Наличие этих ускорений является причиной появления инерционных усилий. При nв = 0 и nн ≠0 тело качения будет вращаться (на фиг. 1) по часовой стрелке, а при nн = 0 и nв≠0 тело качения будет вращаться против часовой стрелки. Благодаря этому возможно регулирование соотношением частот вращения наружного кольца nн и внутреннего кольца nв частотой и направлением вращения тела качения nr, уменьшая при равных условиях ускорение его движения, тем самым уменьшая и инерционные силы. Последнее дает возможность увеличить частоту вращения внутреннего кольца в сравнении с традиционными способами, когда nн = 0, или наружного кольца в сравнении, когда nв = 0.
В практике конструирования предлагается производить расчет части работы сил трения при движении тел качения в подшипнике, которые идут на нагрев опор, следующим образом:
[A] ≥f S P K, (1) где f - коэффициент сопротивления движения тел качения (коэффициент трения) зависит от формы тел качения, условий смазки и т. д.
S - путь движения (перемещения) сил трения, S = 2πr˙nr ,
Р - нормальная нагрузка, действующая на тело качения в точке контакта, легко определяется как сумма инерционных и внешних сил, используя законы теоретической механики;
[A] - допускаемое значение части работы сил трения, идущей на нагрев опор;
К - коэффициент рассеивания тепла.
Если условия рассеивания тепла в традиционных устройствах и предлагаемом устройстве можно принять одинаковыми, то К = 1, так как эти величины входят в правую и левую части неравенства (1) в качестве сомножителей. Произведя соответствующие математические преобразования можно получить следующие уравнения:
nZMR·UR(nRcosα + 2nr) -F=
= n F - 0,5 ZMR n0,5 nвоcosα - 2 n (2) где nr= (Rн- iRв) , 1/мин;
nR = 0,5 (1 + i) nно, 1/мин;
F = Fрcosα+ Focsinα, Н;
i =
nв - частота вращения шпинделя, 1/мин;
nн - частота вращения гильзы, 1/мин;
nно, nво - наибольшая допустимая частота вращения подшипников качения соответственно опор гильзы и шпинделя, определяемая из их технических характеристик при вращении только внутреннего кольца 2, 1/мин;
Rн - радиус контакта тела качения подшипника в плоскости его центра тяжести с наружным кольцом, м;
Rв - то же, с внутренним кольцом, м;
R - радиус центра тяжести тела качения, м ;
r, M, Z - радиус, масса, количество тел качения в подшипнике м, кг, шт. ;
α- угол наклона оси вращения тела качения, град;
Fр и Fос - радиальное и осевое усилие, Н.
Это уравнение позволяет числовыми методами с помощью ЭВМ определить оптимальные соотношения между nв и nн, что дает возможность:
увеличить частоту вращения внутреннего и наружного колец в зависимости от необходимости;
уменьшить работу сил трения тел качения подшипника. При этом можно получить в пределе значения nв и nн, при которых A = 0, т.е. или нагрузка на тела качения исчезает, что напоминает эффект невесомости, или тела качения перестают вращаться.
В первом случае происходит увеличение быстроходности шпинделей металлорежущих станков.
Механизм работает следующим образом. Двигатель вращения 14 с частотой вращения вала 15, равной nд, приводит во вращение с помощью шестерни 16 кинематической цепи i1 и шестерни 12 шпиндель 4 и внутреннее кольцо основных подшипников 5 так, что
nв = nд ˙i1.
Аналогично вал 15 с помощью шестерни 17, кинематической цепи i2 и шестерни 13 приводит во вращение гильзу 6 и наружные кольца дополнительных подшипников 9 так, что nн = nд˙i2.
Таким образом в данном механизме осуществляется одновременное вращение наружного и внутреннего колец подшипников 5, являющихся опорами шпинделя. При этом используя уравнение (2) определяется оптимальное значение i, в соответствии с чем и проектируется шпиндельное устройство. Благодаря этому повышается быстроходность шпиндельного узла, чем и достигается цель изобретения.
Формула изобретения: ШПИНДЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО СТАНКА, содержащее корпус, размещенную в нем с возможностью вращения гильзу, шпиндель, установленный в нем с возможностью вращения на подшипниках качения, наружные кольца которых связаны с внутренней поверхностью гильзы, а внутренние - с наружной поверхностью шпинделя, и кинематически связанный со шпинделем двигатель, отличающееся тем, что, с целью повышения быстроходности путем одновременного вращения шпинделя и гильзы, устройство снабжено дополнительными подшипниками качения, установленными на наружной поверхности гильзы, наружные кольца которых связаны с внутренней поверхностью корпуса, а внутренние - с наружной поверхностью гильзы, элементами, установленными на шпинделе и предназначенными для фиксации основных подшипников в осевом направлении, и дополнительными элементами, установленными на соответствующих торцах корпуса и предназначенными для фиксации дополнительных подшипников в осевом направлении, двигатель жестко связан с корпусом, а гильза кинематически связана с двигателем.