гидростатическая опора

Формула изобретения

Гидростатическая опора, содержащая направляющую, корпус с подводящим каналом для нагнетания рабочей жидкости и несущим карманом на рабочей поверхности, в котором расположен плавающий элемент с управляющими карманами на торцах, соединенными дросселирующим каналом, наружные поверхности которого образуют с сопряженными поверхностями корпуса и направляющей щелевые дросселирующие зазоры, отличающаяся тем, что корпус имеет дополнительный несущий карман на оппозитно расположенной рабочей поверхности, плавающий элемент установлен в отверстии корпуса, соединяющем оппозитно расположенные несущие карманы, а торцы плавающего элемента образуют дросселирующие зазоры с оппозитно расположенными рабочими поверхностями направляющей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения и может применяться, например, в гидростатических направляющих металлорежущих станков.

Известна гидростатическая опора с отдельно выполненным (автономным) многопоточным регулятором с плавающими элементами, которые осуществляют адаптивное нагнетание рабочей жидкости в несущие карманы, выполненные на оппозитно расположенных рабочих поверхностях опоры [Бушуев В.В. Гидростатическая смазка в станках. / М.: Машиностроение, 1989. - 176 с. - С.84-85. Рис.44-45]. Опора воспринимает противоположно направленные нагрузки и имеет нагрузочную характеристику с диапазоном отрицательной податливости. Ее недостатком являются трубопроводы большой протяженности, соединяющие регулятор с несколькими несущими карманами на каждой рабочей поверхности, так как упругость трубопроводов и сжимаемость находящейся в них рабочей жидкости ухудшают динамические характеристики и снижает надежность опоры при отрицательной податливости (в тяжелых станках длина каждого трубопровода может достигать 15÷25 м).

Наиболее близким аналогом изобретения является гидростатическая опора, содержащая направляющую, корпус с подводящим каналом для нагнетания рабочей жидкости в несущий карман, выполненный на рабочей поверхности, в котором расположен плавающий элемент, имеющий на торцах управляющие карманы, соединенные дросселирующим каналом, наружные поверхности которого образуют с сопряженными поверхностями корпуса и направляющей щелевые дросселирующие зазоры [Патент RU № 2325565, МПК F16C 32/06, B23Q 1/38. Опубликовано 25. 07.2008, Бюл. № 15 // Авторы В.Г. Демин, Я.Ю. Пикалов, С.Н. Шатохин].

Данная опора имеет следующие недостатки:

- не может воспринимать противоположно направленные нагрузки,

- плавающий элемент имеет дополнительный поток рабочей жидкости, который не поступает в несущие карманы и снижает КПД опоры.

Задачей изобретения является создание гидростатической опоры, которая может воспринимать противоположно направленные нагрузки и не имеет потоков рабочей жидкости, не поступающих в несущие карманы.

Для решения поставленной задачи в гидростатической опоре, содержащей направляющую, корпус с подводящим каналом для нагнетания рабочей жидкости и несущим карманом на рабочей поверхности, в котором расположен плавающий элемент с управляющими карманами на торцах, соединенными дросселирующим каналом, наружные поверхности которого образуют с сопряженными поверхностями корпуса и направляющей щелевые дросселирующие зазоры, согласно изобретению корпус имеет дополнительный несущий карман на оппозитно расположенной рабочей поверхности, плавающий элемент установлен в отверстии корпуса, соединяющем оппозитно расположенные несущие карманы, а торцы плавающего элемента образуют дросселирующие зазоры с оппозитно расположенными рабочими поверхностями направляющей.

На фиг.1 показан общий вид гидростатической опоры в замкнутой прямолинейной направляющей; на фиг.2 - разрез опоры по плавающему элементу; на фиг.3 - графики нагрузочных характеристик опоры.

Гидростатическая опора (см. фиг.1) состоит из неподвижного корпуса 1 с несущими карманами 2, выполненными на оппозитно расположенных рабочих поверхностях, и подводящим каналом 3, подвижной направляющей 4, имеющей оппозитно расположенные рабочие поверхности, сопряженные с рабочими поверхностями корпуса, и плавающего элемента 5 с дросселирующими каналами 6 и управляющими карманами 7 на его торцах (см. фиг.2). Дросселирующие каналы 6 соединяют управляющие карманы 7 с подводящим каналом 3. Плавающий элемент 5 имеет цилиндрическую форму и установлен с минимальным зазором в цилиндрическом отверстии корпуса, соединяющем оппозитно расположенные несущие карманы. Торцы плавающего элемента образуют дросселирующие зазоры 8 с оппозитно расположенными рабочими поверхностями направляющей.

Гидростатическая опора работает следующим образом.

Рабочая жидкость от источника давления (на фиг.1 не показан) нагнетается через канал 3 и дросселирующие каналы 6 в управляющие карманы 7 и через дросселирующий зазор 8 поступает в несущие карманы 2, из которых дросселируется на слив. Дросселирующие каналы 6 необходимы для устойчивости осевого положения плавающего элемента.

Процессы, происходящие при нагружении опоры, помогают понять графики нагрузочных характеристик, построенные по результатам теоретического исследования (см. фиг.3). Сплошными толстыми линиями показана зависимость безразмерного осевого смещения E направляющей относительно корпуса опоры от безразмерной нагрузки F. Сплошными тонкими линиями показана зависимость безразмерного осевого смещения E_p плавающего элемента от F. Цифрой 1 обозначены нагрузочные характеристики E(F) и E _p(F) при оптимизации параметров опоры по критерию максимума нагрузочной способности, а цифрой 2 - при оптимизации по комплексному критерию, равно учитывающему нагрузочную способность и расход смазки. Штриховой линией для сравнения показана нагрузочная характеристика E(F) для гидростатической опоры, у которой рабочая жидкость в несущие карманы нагнетается через дроссели постоянного сопротивления.

При действии нагрузки F в опоре происходит сложный переходный процесс, в ходе которого направляющая первично смещается по направлению нагрузки, а давление рабочей жидкости увеличивается в нагружаемом и уменьшается в разгружаемом несущем кармане до тех пор, пока разность давлений не уравновесит нагрузку. Изменившееся давление в несущих карманах нарушает осевое силовое равновесие плавающего элемента, для восстановления которого он смещается в направлении нагрузки, увеличивая дросселирующий зазор 8 в нагружаемом несущем кармане и уменьшая в разгружаемом. В результате смещения плавающего элемента увеличивается нагнетание смазки в нагружаемый несущий карман, а в разгружаемый -уменьшается и направляющая вторично смещается, но уже противоположно направлению нагрузки F. При оптимальном выборе параметров опоры вторичное смещение больше первичного и при завершении переходного процесса направляющая имеет отрицательное смещение E<0, которое противоположно направлению нагрузки и возрастает (по модулю) при ее увеличении. Графики E(F) показывают, что в диапазоне F<0,55÷0,58 смещение направляющей пропорционально величине и противоположно направлению нагрузки. Графики E_p(F) показывают, что в этом диапазоне нагружения происходит положительное осевое смещение плавающего элемента, при котором дросселирующий зазор 8 в нагружаемом несущем кармане увеличивается, а в разгружаемом - уменьшается. Когда в разгружаемом несущем кармане дросселирующий зазор 8 уменьшится до нуля (этому соответствует «перелом» графиков), нагнетание рабочей жидкости в этот карман прекращается, податливость опоры становится положительной и при дальнейшем увеличении нагрузки F направляющая и плавающий элемент смещаются вместе в направлении нагрузки. В этом диапазоне нагружения опоры смещение E направляющей переходит из отрицательной зоны в положительную. При действии нагрузки F в противоположном направлении графики нагрузочных характеристик симметричны относительно начала координат.

Таким образом, предлагаемая опора может воспринимать противоположно направленные осевые нагрузки и не имеет дополнительных потоков рабочей жидкости, не поступающих в несущие карманы, что повышает ее КПД.