ГИДРОСТАТИЧЕСКАЯ ОПОРА
HYDRO-STATIC SUPPORT

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.
p
p
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 плавающего элемента от F. Цифрой 1 обозначены нагрузочные характеристики E(F) и E(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.
p
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(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.