Результат интеллектуальной деятельности: РЕГУЛЯТОР ДЛЯ ГИДРОСТАТИЧЕСКИХ ОПОР

Изобретение относится к области машиностроения и может найти применение в станкостроении в системах питания замкнутых и незамкнутых гидростатических опор, работающих в условиях оппозитного нагружения, а также в системах адаптивного управления положением шпинделя или направляющих.

Известны многопоточные регуляторы расхода для замкнутых гидростатических опор, содержащие составной корпус, настраивающее устройство и плавающие (подвижные) неразрезные кольца, при помощи которых осуществляется активное регулирование расхода смазки через карманы гидростатических направляющих (Монография В.В.Бушуева «Гидростатическая смазка в станках», М., Машиностроение, 1989 г., с.85). Каждое плавающее кольцо регулирует расход через два оппозитных несущих кармана гидростатической направляющей.

Недостатком данных регуляторов являются повышенные габаритные размеры, что не позволяет встраивать регулятор непосредственно в основание направляющей, а это, в свою очередь, усложняет систему подвода смазки к несущим карманам и ухудшает динамическое качество системы опора - регулятор, особенно при отрицательной податливости опоры. Кроме того, имеется контакт боковых поверхностей плавающих (подвижных) колец с соседними сопряженными поверхностями либо существенные перетоки рабочей жидкости при превышении зазора в этих сопряжениях.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является регулятор для гидростатических опор (патент РФ №2259268, МПК B23Q 1/38, F16C 32/06), содержащий корпус с соплами, расположенными на его внутренних поверхностях, заслонку в виде кольцевого диска, расположенную между внутренними поверхностями корпуса с возможностью смещения в пределах зазора, образующую с соплами управляющие щелевые дроссели для нагнетания смазки в несущие карманы гидростатической опоры. Корпус имеет крышки, а на внутренних торцевых и радиальных поверхностях корпуса, сопряженных с поверхностями заслонки, выполнены стабилизирующие карманы, расположенные между соплами и связанные с источником нагнетания смазки через постоянные дроссели, и дренажные канавки, отделенные от карманов и сопел дросселирующими перемычками.

В регуляторе возникает существенная неэквидистантность (непараллельность) рабочих дросселирующих поверхностей при асимметричном нагружении питаемых гидростатических опор, что ограничивает характеристики регулятора.

К недостаткам данного регулятора можно отнести сложность конструкции и технологии изготовления, а также невозможность его установки непосредственно в гидростатические направляющие из-за больших габаритных размеров.

Задачей изобретения является упрощение конструкции и уменьшение габаритных размеров, обеспечивающее возможность установки регулятора непосредственно в гидростатическую опору.

Поставленная задача достигается тем, что в регуляторе для гидростатических опор, содержащем корпус с крышками, плавающую заслонку, обхватываемую внутренними поверхностями корпуса, сопла, входные и управляющие щелевые дроссели, согласно техническому решению заслонка выполнена в виде ступенчатого цилиндрического плунжера, на боковой поверхности которого имеется выемка, образующая с сопряженной поверхностью корпуса подводящую канавку, сообщающуюся с подводящим каналом, выполненным в корпусе, и с источником рабочей среды, а входные щелевые дроссели образованы расположенными по обеим сторонам от подводящей канавки щелевыми дросселирующими зазорами, сужающимися по направлению течения рабочей среды в пределах цилиндрической части плунжера, а сопла расположены в крышках соосно с плунжером.

Технический результат изобретения заключается в том, что установка регулятора непосредственно в гидростатическую опору позволяет уменьшить протяженность или полностью исключить трубопроводы и каналы, соединяющие регулятор с несущими карманами гидростатической опоры, и за счет этого улучшить динамические характеристики системы опора - регулятор - и упростить систему подачи смазки в несущие карманы. При этом конструкция и габаритные размеры заявляемого регулятора позволяют использовать его для питания несущих карманов, выполненных как на внешних, так и на внутренних рабочих поверхностях гидростатической опоры. Кроме того, конструкция заявляемого регулятора позволяет уменьшить перекосы его рабочих поверхностей, вызываемые нагружением, за счет этого улучшить характеристики регулятора и связанной с ним оппозитно нагружаемой гидростатической опоры.

На фиг.1 схематично показан продольный разрез регулятора и соединенной с ним гидростатической опоры замкнутого типа.

На фиг.2 представлены нагрузочные характеристики регулятора (кривые а₁, б₁), связанной с ним замкнутой гидростатической опоры (кривые а₂, б₂), а также замкнутой гидростатической опоры без регулятора с дроссельной системой питания (кривая в).

Регулятор состоит из корпуса 1 цилиндрической формы, крышек 2, плавающей заслонки, выполненной в виде цилиндрического плунжера 3, рабочие поверхности которого взаимодействуют через дросселирующий слой рабочей среды с внутренними поверхностями корпуса 1 и крышек 2. Дросселирование рабочей среды происходит в сообщающихся друг с другом боковых и торцевых дросселирующих щелях (4, 5). Входные дроссели выполнены в виде боковых дросселирующих щелей 4, которые сужаются по расходящимся направлениям течения рабочей среды и выполнены в виде отдельных цилиндрических ступеней. Управляющие дроссели выполнены в виде торцевых дросселирующих щелей 5. В корпусе 1 выполнен подводящий канал 6, а в центре крышек 2 - оппозитные сопла 7, расположенные соосно плунжеру 3. На поверхности плунжера 3 выполнена кольцевая выемка, образующая с сопряженной поверхностью корпуса подводящую канавку 8 для рабочей среды. Сопла 7 регулятора сообщаются с оппозитно нагружаемыми несущими карманами 9 гидростатической опоры 10, а подводящий канал 6 - с источником нагнетания рабочей среды (на чертеже не обозначен).

Работает регулятор следующим образом.

Рабочая среда от источника через подводящий канал 6 и кольцевую канавку 8 расходящимися потоками поступает в боковые дросселирующие щели 4, являющиеся входным сопротивлением регулятора, а затем через регулируемые торцевые дросселирующие щели 5 - в сопла 7. Из сопел 7 рабочая среда поступает в несущие карманы 9 гидростатической опоры 10.

Центрирование радиального положения и угловая устойчивость плунжера 3 обеспечиваются сужающимися дросселирующими боковыми щелями 4. Равновесное осевое положение плунжера 3 обеспечивается оппозитно расположенными торцевыми дросселирующими щелями 5 и боковыми дросселирующими щелями 4.

При отсутствии нагружения связанной с регулятором гидростатической опоры 10 плунжер 2 занимает центральное равновесное положение в корпусе 1, обеспечиваемое параметрами дросселирующих щелей 4 и 5 регулятора.

При нагружении гидростатической опоры 10 первоначальные перемещения вызывают увеличение давления рабочей среды в нагружаемом несущем кармане 9, а уменьшение - в разгружаемом кармане 9. При этом возникает разность давлений в сообщающихся с несущими карманами 9 опоры оппозитных соплах 7 крышек 2 регулятора, которая перемещает плунжер 3 до его нового равновесного положения. В результате этого перемещения происходит перераспределение сопротивлений истечению рабочей среды между оппозитными торцевыми дросселирующими щелями 5, что вызывает необходимые изменения расходов оппозитных потоков рабочей среды, вызывающие вторичные перемещения в гидростатической опоре, но уже направленные против приложенной внешней нагрузки.

При одновременном равном нагружении связанных с регулятором незамкнутых гидростатических опор (несущих карманов), что имеет место в незамкнутых направляющих (на чертеже не показано), перемещение плунжера 3 не происходит и регулятор работает как дроссель (при дроссельной системе питания с постоянным давлением нагнетания) либо как делитель расхода (при системе питания «насос-карман», имеющей постоянный расход).

Исследования показали, что заявляемый регулятор имеет большие и достаточные для достижения необходимой отрицательной податливости пределы регулирования расхода рабочей среды - жидкости, превосходящие показатели прототипа, поскольку конструкция заявляемого регулятора уменьшает перекосы рабочих поверхностей. На фиг. 2 представлены нагрузочные характеристики заявляемого регулятора, а именно зависимость эксцентриситетов регулятора от нагрузки на опору при минимальной податливости опоры - кривая a₁, при максимальной нагрузочной способности опоры - б₁, питаемой регулятором гидростатической опоры, а именно зависимость эксцентриситетов опоры, питаемой регулятором, от нагрузки на опору при минимальной податливости опоры - а₂, при максимальной нагрузочной способности опоры - б₂, и гидростатической опоры с дроссельной системой питания - в. Кривые а₂ и б₂ показывают, что опора с заявляемым регулятором имеет отрицательную податливость в активном нагрузочном диапазоне, т.е. при подвижном плунжере. Нагрузочная характеристика гидростатической опоры без регулятора с дроссельной системой питания (кривая в) показывает, что опора имеет положительную податливость во всем диапазоне ее нагружения. Отрицательные эксцентриситеты (ε) гидростатической опоры, питаемой регулятором (кривые а₂, б₂), при необходимости могут достигать величины первоначального рабочего зазора опоры, т.е. могут принимать максимально возможные значения. Кроме того, анализ графиков показывает, что нагрузочная способность опоры с заявляемым регулятором при реально допускаемых эксцентриситетах опоры значительно выше.

В отличие от прототипа в заявляемом регуляторе реализовано периферийное, а не торцевое входное дросселирование, а плавающая заслонка выполнена в виде ступенчатого цилиндрического плунжера, что позволило уменьшить его габаритные размеры до 40×100 мм.

Настройка регулятора обеспечивается заданием радиуса R сопел 7, выполняющих функцию управляющих карманов, а также параметров h₁, h_p, l₁, l_p боковых (4) и h₀ торцевых (5) дросселирущих щелей.

При этом выполнение корпуса 1, как это показано на фиг. 1, позволяет при необходимости производить точную регулировку зазора h₀ (например, тонкими регулировочными пластинами или пленками), поскольку суммарный осевой зазор в регуляторе составляет 100…250 мкм и более (в зависимости от размеров и параметров питаемых гидростатических опор).

Конструкция заявляемого регулятора позволяет использовать его для питания практически любых оппозитно нагружаемых гидростатических опор (направляющих, шпиндельных, люнетов), несущие карманы которых выполнены как на наружных, так и на внутренних опорных поверхностях, в то время как использование регулятора-прототипа возможно только при наличии несущих карманов на наружных опорных поверхностях. При этом за счет компактности регулятора возможна его установка непосредственно в направляющую или другие части (башмаки, столы и др.) гидростатических опор.