13.2. Опоры качения

Конструкции. Совокупность свойств подшипников качения определила их широкое применение в ШУ станков. Постоянное возрастание требований к характеристикам ШУ приводит к совершенствованию опор. Конструкции подшипников качения, применяемых в современных ШУ станков, показаны на рис. 3.21.

Применение прецизионных конических роликоподшипников (рис. 3.21, а—в), цилиндрических роликоподшипников (рис. 3.21, г—е), упорно-радиальных шарикоподшипников с углом контакта 60° (рис. 3.12, д), радиально-упорных шарикоподшипников (рис. 13.21, ж—м), в том числе типа «триплекс» (рис. 3.21, л) и «кварто» (рис. 3.21, м), а также так называемых шпиндельных шарикоподшипников сделало возможным унификацию конструкций ШУ. Подавляющее большинство ШУ станков создается на базе типовых конструктивных схем, приве­денных в табл. 3.9. Типовые схемы сверхскоростных ШУ с опорами качения приведены в нижней части таблицы и в работе [2].

Рис.13.21. Конструкции шпиндельных подшипников качения:

D1, D2, d, B1, B2, α, β — размеры подшипников; 1 и 2 — условные опоры

3.9. Типовые схемы конструкций шпиндельных узлов с опорами качения

Схема	D, мм	Dn. мм	Область применения
	60—200	2,0—2,5	Средние и тяжелые токар­ные и фрезерные станки при крупносерийном произ­водстве
	40—160	2,5—3,0	Легкие и средние токар­ные, фрезерные и шлифо­вальные станки при круп­носерийном производстве
	60—200	2,5—4,0	Средние и тяжелые токар­ные,- фрезерные фрезерно-расточные, шлифовальные станки
	30—120	4,0—6,0	Высокоскоростные легкие и средние токарные, фре­зерные, фрезерно-расточ-ные, отделочно-расточные станки
	60— 140	4,0—6,0	Тяжелые станки шлифовальные
	20—100 20—80 20— 80	6,0—11 8,0—12 10—18	Шлифовальные отделочно-расточные станки для ра­боты на сверхвысоких ско­ростях

Типовые схемы сверхскоростных ШУ с опорами качения приведены в нижней части таблицы.

13.3. Опоры скольжения для шпинделей

Опоры скольжения применяют в шпиндельных узлах тех станков, где подшипники качения не могут обеспечить требуемой точ­ности и долговечности работы. В качестве таких опор используют в зависимости от свойств гидродинамические и гидростатические подшипники, а также подшипники с газовой смазкой.

Рис. 13.8. Гидродинамические подшипники с одним (а) и несколькими (б) маслеными клиньями

Гидродинамические подшипники применяют в станках с высо­кими постоянными или мало изменяющимися скоростями вращения шпинделей при незначительных нагрузках (станки шлифовальной группы).

В станкостроении, используют многоклиновые гидродинамические подшипники (рис. 13.8, б), так как одноклиновые (рис. 13.8, а) не могут обеспечить требуемой жесткости и точности вращения. В мно­гоклиновых подшипниках создается несколько клиновых зазоров, куда вращающимся валом увлекается масло, и результирующая гидродинамических сил F_д позволяет воспринимать внешнюю нагруз­ку F, действующую в любом направлении. Клиновые зазоры созда­ются обычно с помощью башмаков, самоустанавливающихся в зависимости от нагрузки и положения шпинделя. Самоустановка башма­ков осуществляется либо их поворотом на сферических опорах (подшипник ЛОН-34 конструкции ЭНИМС, рис. 13.9, а), либо поворотом относительно специально выполненной втулки (подшипник ЛОН-88, рис. 13.9, б).

Рис 13.9. Гидродинамические подшипники с самоустановкой баш­маков:

а — поворотом на сферических опорах; б — поворотом относительно втулки

Существенным недостатком гидродинамических опор является изменение положения оси шпинделя при изменении частоты его вращения.

Система подачи масла в гидродинамические опоры весьма проста и должна обеспечивать подачу масла в количестве, компенсирующем его потери через уплотнения.

Гидростатические опоры обеспечивают высокую точность вра­щения, обладают высокой демпфирующей, способностью, что значительно повышает виброустойчивость шпиндельного узла, имеют прак­тически неограниченную долговечность, высокую нагрузочную спо­собность при любой частоте вращения шпинделя. Гидростатические опоры могут быть использованы в качестве датчиков силы в системах адаптивного управления, в качестве приводов микроперемещений.

Принцип действия гидростатического подшипника основан на том, что при прокачивании масла под давлением от внешнего источника через зазоры (щели) между сопряженными поверхностями в зазоре образуется несущий масляный слой, исключающий непосред­ственный контакт поверхностей даже при не вращающемся шпинделе (рис. 13.10). В радиальных подшипниках равномерно по окружности делают полости-карманы, куда через дроссели подается под давле­нием масло от источника питания (насоса).При приложении внешней нагрузки вал занимает эксцентричное положение, зазоры h в подшипнике перераспределяются, что приводит к увеличению давления р масла в одних карманах и уменьшению в противоположных. Уравнивания давлений в карманах не происходит вследствие наличия дросселей на входе в каждый карман. Разность давлений создает результирующую силу F_c, воспринимающую внешнюю нагрузку. Отвод смазочного материала производится через торцы подшипника, иногда и через дренажные кана­вки, выполненные на перемычках между карманами.

Рис. 13.10. Гидро­статические осевые (а) и радиальные (б) опоры

Рис. 13.11. Система питания гидростатических подшипников:

1 — бак; 2 — насос; 3 — фильтр грубой очистки; 4 — магнитный фильтр; 5—фильтры тонкой очистки; 6 — напорный золотник; 7 — реле давления; 8 —обратный клапан; 9 — гидроаккумулятор; 10 — фильтр тонкой очистки; 11 -дроссели; 12 — насос; 13 — теплообменник; 14 — манометр

Систему подучи масла в гидростатические опоры отличают надеж­ная и тонкая фильтрация, наличие блокировок, исключающих враще­ние шпинделя до достижения заданного давления в системе отсутствие манометров между дросселем и карманом, наличие ресивера. Типовая схема питания представлена на рис. 13.11.