Уплотнение шпиндельного узла

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное учреждение высшего профессионального образования Белорусско-Российский университет(72) Авторы Логвин Владимир Александрович Жолобов Александр Алексеевич Садовский Евгений Николаевич Садовский Роман Николаевич(73) Патентообладатель Государственное учреждение высшего профессионального образования Белорусско-Российский университет(57) Уплотнение шпиндельного узла, содержащее манжету с корневой частью и рабочей поверхностью, размещенной перед зазором с прилегающими конфузорными участками между уплотняемыми деталями шпиндельного узла, отличающееся тем, что рабочая поверхность манжеты выполнена криволинейной с радиусом меньшим, чем на конфузорных участках, а зазор между уплотняемыми деталями капиллярного сечения, внутренняя полость манжеты с нерабочей стороны выполнена криволинейной с радиусом большим, чем на конфузорных участках, а канал подвода смазочного материала выполнен под углом,обеспечивающим его подачу по касательной к криволинейной внутренней полости манжеты с нерабочей стороны. 91662013.04.30 Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к уплотнительной технике, и может быть использована для уплотнения валов, работающих в широком диапазоне частот вращения. Известно уплотнение роторного насоса, содержащее манжету, с корневой частью и рабочей поверхностью, размещенной перед зазором между уплотняемыми деталями насоса 1. Недостатком описанного выше уплотнения является утечка жидкости после возникновения в зоне нагнетания повышенного давления. Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является уплотнение, содержащее манжету с корневой частью и рабочей поверхностью, размещенной перед зазором с прилегающими конфузорными участками между уплотняемыми деталями шпиндельного узла 2. Данное уплотнение, принятое за прототип, имеет низкую эффективность вследствие нерациональной конструкции рабочей камеры и расположения щелевого канала, соединяющего рабочую камеру с областью высокого давления. Задачей данной полезной модели является повышение эффективности работы уплотнения на различных частотах вращения уплотняемых деталей шпиндельного узла в процессе эксплуатации, повышение срока службы и экономичности путем поддержания оптимального зазора между рабочей поверхностью манжеты и уплотняемыми деталями шпиндельного узла. Указанная задача решается благодаря тому, что уплотнение шпиндельного узла, содержащее манжету с корневой частью и рабочей поверхностью, размещенной перед зазором с прилегающими конфузорными участками между уплотняемыми деталями шпиндельного узла, отличается тем, что рабочая поверхность манжеты выполнена криволинейной с радиусом меньшим, чем на конфузорных участках, а зазор между уплотняемыми деталями капиллярного сечения, внутренняя полость манжеты с нерабочей стороны выполнена криволинейной с радиусом большим, чем на конфузорных участках, а канал подвода смазочного материала выполнен под углом, обеспечивающим его подачу по касательной к криволинейной внутренней полости манжеты с нерабочей стороны. Известно, что движение жидкой среды по касательной к криволинейной поверхности обеспечивает возникновение центробежного усилия и образование зон повышенного и пониженного давления, выполняющих роль насоса на основе гидродинамического эффекта. Поэтому подача смазочного материала по касательной к криволинейной внутренней полости манжеты с нерабочей стороны обеспечивает поджим рабочей поверхности манжеты к вращающемуся шпинделю во время работы станка. Использование особенностей капиллярного эффекта, основанного на действии сил межмолекулярного сцепления, позволяет обеспечивать лучшую смачиваемость уплотняемых поверхностей, большую их площадь и лучшее удержание смазочного материала на малой частоте вращения, поэтому зазор между уплотняемыми деталями шпиндельного узла и выбран капиллярного сечения. Сущность полезной модели поясняется фигурой, на которой схематично изображено заявляемое устройство. На фигуре показан продольный разрез заявляемого устройства. Манжета 1 установлена между шпинделем 2 и корпусом 3. На манжете 1 выполнен выступ 4. Рабочая поверхность 5 манжеты 1 выполнена выпуклой и образует с уплотняемыми деталями шпиндельного узла - шпинделем 2 и корпусом 3 - кольцевые конфузорные участки 6 и 7, сообщающиеся с зоной 8 нагнетания. Задавая определенную характеристику упругости корневой части 9 манжеты 1, можно обеспечить такое положение пояска рабочей поверхности 5 манжеты 1, чтобы зазормежду ней и ответными поверхностями деталей шпиндельного узла - шпинделя 2 и корпуса 3 - сохранялся минимально допустимым. Его величина должна быть достаточной для возникновения протечки и заполнения камеры 10 для обеспечения режима жидкостного трения между рабочей поверхностью 5 манжеты 1 и поверхностью шпинделя 2. По каналу 11 в зону 8 нагнетания из зоны высо 2 91662013.04.30 кого давления поступает смазочный материал, а по каналу 12 он сливается в резервуар (не показан) из которого насосом (не показан) после фильтрации и охлаждения подается в систему смазки шпиндельного узла. Уплотнение работает следующим образом. Во время начала движения и при малой частоте вращения шпинделя 2 остатки смазочного материала за счет капиллярного эффекта из камеры 10 обеспечивают режим жидкостного трения между рабочей поверхностью 5 манжеты 1 и поверхностью шпинделя 2. При возрастании частоты вращения шпинделя 2 и возникающей центробежной силы давление на конфузорном участке 6 увеличивается, что приводит к смещению выступа 4 манжеты 1 в сторону корпуса 3. Смещение выступа 4 манжеты 1 в сторону корпуса 3 происходит до выранивания давлений на конфузорных участках 6 и 7, и одновременно осуществляется пополнение смазочным материалом камеры 10. При уменьшении частоты вращения шпинделя 2 за счет избытка давления на конфузорном участке 7 вследствие уменьшения центробежного усилия и соответственно давления на конфузорном участке 6 происходит смещение выступа 4 манжеты 1 в сторону шпинделя 2. При этом излишки смазочного материала из камеры 10 и конфузорного участка 6 вытесняются в канал 12. Задавая определенную характеристику упругости корневой части 9 манжеты 1, можно обеспечить такое положение пояска рабочей поверхности 5 манжеты 1,чтобы зазормежду ней и ответными поверхностями шпинделя 2 и корпуса 3 сохранялся минимально допустимым. При осуществлении подачи смазочного материала по каналу 11 по касательной к криволинейной поверхности внутренней полости манжеты 1 с нерабочей стороны обеспечивается возникновение центробежного усилия, которое прижимает рабочую поверхность манжеты 1 к шпинделю 2, а также образование зон повышенного и пониженного давления, выполняющих роль дополнительного подсоса смазочного материала в зону 8 нагнетания на основе гидродинамического эффекта. Таким образом, с помощью предложенных изменений обеспечивается гарантированное присутствие смазочного материала между рабочей поверхностью манжеты 1 и шпинделя 2 на всех режимах работы шпиндельного узла, что способствует меньшему износу манжеты 1 и, соответственно, продлению срока ее службы, а также снижение протечек смазочного материала за пределы шпиндельного узла при повышенных частотах вращения шпинделя 2 вследствие повышения усилия прижима манжеты 1 к шпинделю 2 за счет центробежного усилия от тока смазочного материала по криволинейной внутренней полости манжеты 1 с нерабочей стороны. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3