нагрузочное устройство для испытания быстроходных шпинделей

Формула изобретения

1. Нагрузочное устройство для испытания быстроходных шпинделей, содержащее основание, на котором закреплен нагружатель радиальной силой, шпиндель, вал которого кинематически связан с нагружателем тормозного момента, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит второй нагружатель радиальной силой под углом 90^o к имеющемуся, а нагружатель тормозного момента содержит турбинное колесо и сопло для подачи сжатого воздуха в направлении, противоположном направлению вращения шпинделя.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нагружатели радиальной силой содержат пневматические подушки, выполненные с возможностью нагружения ротора за счет аэростатической силы с воздействием на него через воздушный зазор и самоустановки относительно вращающегося ротора за счет прижатия их нагружателями к поверхности ротора.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в роторе выполнено отверстие для установки груза для имитации центробежной нагрузки, причем величина нагрузки определяется массой груза.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для проведения различных испытаний быстроходных шпинделей.

Известна конструкция устройства для испытания шпиндельных узлов (см. SU, а. с. N 818757, B 23 B 25/06), содержащая корпус с сердечником электромагнита, систему измерения величины силы нагружения и гильзу из ферромагнитного материала, при этом устройство снабжено регулятором зазора между сердечником и гильзой, а система измерения выполнена в виде гидроцилиндра, установленного в корпусе, и поршня, контактирующего с сердечником электромагнита. Недостатком этой конструкции является то, что нагрузочное устройство не воспроизводит нагрузку тормозным моментом и центробежной силой, а направление радиальной силы не может быть изменено без регулировочных работ.

Известна конструкция устройства для имитации сил резания на токарных станках (см. SU, а.с. N 1335374, B 23 B 25/06), содержащая предназначенный для закрепления в шпинделе станка ротор и охватывающий его статор, представляющий собой равномерно расположенные по окружности полюса с электрическими обмотками, при этом полюса охватывают ротор на половине дуги окружности, а число обмоток выполнено на единицу меньше числа полюсов. Недостатком известной конструкции является то, что устройство не воспроизводит нагрузку шпинделя тормозным моментом и центробежной силой. Полюса статора закреплены неподвижно, в результате чего зазор между ротором и полюсами не может регулироваться, а это приводит к повышенным затратам электроэнергии.

Ближайшим аналогом по технической сущности и наибольшему количеству существенных признаков, сходных с признаками заявленного объекта, может быть выбрано нагрузочное устройство для испытания быстроходных шпинделей, содержащее основание, на котором закреплен нагружатель радиальной силы, шпиндель, вал которого кинематически связан с нагружателем тормозного момента (см. SU, а.с. N 1398995, B 23 B 25/06, 1988).

Целью изобретения является повышение точности имитации внешних воздействий, возникающих при работе быстроходного шпинделя, и расширение технологических возможностей за счет того, что значительно упрощается система управления испытаниями при переходе от электрического к пневматическому способу создания нагрузок, а также значительному сокращению потребления электроэнергии.

Указанная цель достигается тем, что заявленное устройство дополнительно содержит второй нагружатель радиальной силой под углом 90^o к имеющемуся, а нагружатель тормозного момента содержит турбинное колесо и сопло для подачи сжатого воздуха в направлении, противоположном направлению вращения шпинделя. Кроме того, нагружатели радиальной силой имеют пневматические подушки, которые за счет аэростатической силы нагружают ротор, воздействуя на него через воздушный зазор, при этом они имеют возможность самоустанавливаться относительно вращающегося ротора за счет того, что они прижимаются нагружателем к поверхности ротора. Для имитации центробежной нагрузки в роторе выполнено отверстие, в которое устанавливается груз, при этом величина центробежной силы определяется его массой.

Полученное новое качество от данной совокупности признаков ранее не было известно и достигается только в данном устройстве.

На фиг. 1 изображено нагрузочное устройство для испытания быстроходных шпинделей (вид спереди); на фиг. 2 изображено нагрузочное устройство для испытания быстроходных шпинделей (вид слева).

Нагрузочное устройство содержит основание 1, на котором закреплен быстроходный шпиндель 2 и два корпуса 3 радиальных нагружателей. На валу 4 шпинделя 2 при помощи винта 5 закреплен ротор 6, имеющий лопасти, подобные лопастям пневматической турбины. К ротору 6 подходит сопло 7, которое установлено к торцевой поверхности ротора 6 на расстоянии 0,2 мм и направлено так, чтобы выходящий из него воздух был направлен против вращения вала 4 шпинделя 2. Корпус 3 радиального нагружателя представляет собой пневмоцилиндр, во внутреннюю полость которого подается сжатый воздух, расход воздуха регулируется дросселем 8. В корпус 3 радиального нагружателя входит пневматическая подушка 9, которая прижимается нагружателем 3 к поверхности ротора 6. Подушка 9 имеет на своей рабочей поверхности карман 10, в который подается сжатый воздух, при этом расход его регулируется дросселем 8. В роторе 6 изготовлено отверстие 11, в которое устанавливается груз для того, чтобы создать требуемую инерционную нагрузку.

Устройство работает следующим образом.

При запуске шпинделя 2 ротор 6 начинает вращаться. Затем подают воздух к соплу 7, выходя из которого, воздух поступает на лопатки ротора 6, при этом струя воздуха оказывает силовое воздействие на лопатки, в результате чего возникает тормозной момент, который нагружает электродвигатель шпинделя. Изменяя расход воздуха через сопло 7 по выбранному закону, получают переменное во времени нагружение шпинделя. Одновременно подается сжатый воздух и к нагружателям радиальной силой 3. Под действием сжатого воздуха пневмоподушка 9 прижимается к поверхности ротора 6. Сжатый воздух, проходя по клапанам пневмоподушки 9, поступает в карман 10 и создает давление на поверхности ротора 6, в результате чего на вал 4 шпинделя 2 будет действовать радиальная сила. Так как нагрузочное устройство имеет два нагружателя 3, то на вал 4 шпинделя 2 будет действовать результирующая этих двух сил. Изменяя дросселями 8 расход воздуха, подаваемого к пневмоподушкам 9, можно изменять величину и направление радиальной нагрузки на шпиндель 2. Когда сжатый воздух поступил в карман 10 пневмоподушки 9, он в результате силового воздействия сдвигает пневмоподушку 9 вниз и между ней и ротором 6 образуется зазор, который будет автоматически поддерживаться в работе. Поэтому как создаваемый тормозной момент, так и радиальная сила на валу 4 шпинделя 2 будет создаваться бесконтактным способом, что особенно важно для быстроходных шпинделей. Груз, установленный в отверстие 11 ротора 6, будет создавать центробежную силу, величина которой будет определяться массой груза.