Гидростатические направляющие

Свойства направляющих. Гидростатические направляющие являются на­правляющими с жидкостной смазкой- Масляный слой между сопряженными поверхностями создается путем подачи масла под давлением в зазор между ними.

Гидростатические направляющие практически не изнашиваются, имеют хорошую демпфирующую способность, обеспечивают высокую точность и рав­номерность движения, а также точное позиционирование. Переориентация под­вижного узла на гидростатических направляющих составляет всего 0,001.-0,002 мм. Жесткость таких направляющих несколько ниже жесткости направ­ляющих других типов.

При гидростатических направляющих требуются громоздкая гидросисте­ма, хорошая фильтрация масла и тщательный уход. Применение таких направляющих сопровождается усложнением конструкции станка: обеспечивается высокая жесткость корпусных деталей, вводятся устройства для фиксации подвижных исполнительных органов.

Конструкции направляющих. Гидростатические направляющие бывают разомкнутыми (рис. 11.8, а) и замкнутыми (рис. 11.8, б). Принцип их работы заключается в следующем.

Масло под постоянным давлением подается через дроссель в карманы на направляющих, оттуда оно вытекает наружу, преодолевая при этом сопротив­ление в зазорах. В случае разомкнутых направляющих с увеличением нагрузки Р зазор h уменьшается, а его сопротивление и давление масла в нем возрас­тают. В результате новая нагрузка будет уравновешена возросшим давлением масла. В случае замкнутых направляющих давлением в зазоре h₁ уравнове­шиваются нагрузка и давление в зазоре h₂.. Увеличение нагрузки Р ведет к уменьшению h₁ и увеличению h ₂, т.е. к возрастанию давления в зазоре h₁ и к уменьшению его в зазоре h₂. В результате нагрузка Р уравновешивается.

Незамкнутые направляющие применяются только в тех случаях, когда обеспечивается достаточно большая начальная нагрузка и незначительное ее изменение в процессе эксплуатации станка (не более чем в 2 раза). В осталь­ных случаях следует применять замкнутые направляющие.

Гидростатические направляющие обычно выполняются наиболее простой и технологичной прямоугольной формы. В легких и средних станках могут быть применены треугольные направляющие.

Масло к направляющим может быть подведено разными способами: через дроссели, установленные перед каждым карманом (питание с дроссельным ре­гулированием); от отдельных насосов для каждого кармана (питание по схе­ме насос—карман); через автоматические регуляторы подачи. Для направляю­щих с системой питания по схеме насос-карман (рис. 11.8, в) или с системой, содержащей один насос и делитель потока (рис. 11 Я, б) характерна повышен­ная жесткость масляного слоя. Такими направляющими оснащают карусель­ные, продольно-фрезерные и другие тяжелые станки. Наиболее высокая жест­кость и постоянная толщина масляного слоя сохраняются, когда масло посту­пает в карман через автоматический регулятор, в качестве которого может быть использован мембранный регулятор (рис. 11.8, г). Зазор H между соп­лом 4 и мембраной 3, а следовательно, и сопротивление регулятора изменяют­ся в зависимости от толщины h масляного слоя в направляющих. При применении подобных регуляторов в системе питания незамкнутых направляющих допускается изменение внешней нагрузки до 5 раз.

Карманы на направляющих подвижного узла выполняются в виде кана­вок- На узкой направляющей делают одну канавку (рис. 11.9, а), на широ­кой — несколько параллельных (рис. 11.9, б,г). При l / b> 4 продольные ка­навки соединяют поперечными (рис. 11.9, в). Размеры карманов приведены в табл. 11.7. Число карманов на направляющей оказывает значительное влияние на ее работоспособность. Для направляющей длиной до 2000 мм рекомендуют 2—4 кармана. Большее число карманов малой длины предусматривают, когда на подвижный узел действует большой опрокидывающий момент или когда жесткость базовых деталей относительно низкая.

Расчет направляющих, Расчетом определяют нагрузочную способность и жесткость направляющих, параметры дросселя или регулятора подачи. Ниже приведена последовательность расчета замкнутых направляющих с дроссель­ным регулированием подачи масла. Расчет направляющих других типов рас­смотрен в специальной литературе.

По методу, применяемому при расчете направляющих скольжения, опре­деляют среднее давление на рабочих гранях. При этом гидростатические нап­равляющие условно заменяют направляющими скольжения. Ширину основной направляющей 1 (см. рис. 11.8,6) выбирают из условия, что давление в гидро­статических направляющих может превышать допустимое давление в направ­ляющих скольжения не более чем в 1,5 раза. Благодаря этому не допускается повреждение направляющих при внезапном отключении подачи масла.

Выбирают коэффициент к, равный отношению ширины В₂ дополнитель­ной направляющей 2 (см. рис. 11.8, б) к ширине В₁ основной. В то же время , где F₁ и F_г — площади гидростатических опор на основной и дополнительной направляющих

C₁ и С₂ -.коэффициенты их несущей поверхности. При отсутствии особо вы­соких требований к жесткости направляющих принимают к = 0,3...0,5, при повышенных требованиях к жесткости к = 0.5...0.7. Когда нагрузка Р на на­правляющие изменяется в широком диапазоне , а относитель­ное изменение толщины масляного слоя мало (h _о— зазор в направляющих при отсутствии нагрузки; h ₁ — зазор в основной направляю­щей при действии нагрузки), к принимают близким единице (рис. 11.10).

Определяют ширину дополнительной направляющей Для боковых направляющих к = 1.

Выбирают число гидростатических опор и размеры карманов 1₁, b₁ и /₂, Ь₂ на основной и дополнительной направляющих.

Определяют коэффициенты несущей поверхности направляющих:

где Р₁ и Р₂ — нагрузки, действующие на одну опору основной и дополнитель­ной направляющей; Pj и р₂ —давление в их карманах; 1₁,Ь₁ и 1₂, Ь ₂ - раз­меры карманов.

По эпюрам давлений находят максимальную P _тах и минимальную P_min нагрузки на каждую гидростатическую опору для наиболее тяжелых условий работы, а затем диапазоны изменения нагрузки

По рис. 11.11 в зависимости от к и D определяют максимальное отно­сительное изменение толщины масляного слоя ε_max. Для повышения жесткости направляющих и уменьшения подачи масла рекомендуются направляю­щие с минимальной толщиной масляного слоя h_min, которая в зависимости от точности изготовления малых и средних станков равна 0,015...0,025 мм, тяжелых —0,04...0,06 мм.

Вычисляют начальный зазор в направляющих:

По рис. 11.11 находят отношения

при , а также

при

Определяют требуемое давление масла перед дросселем одной опоры

значения минимальной и максимальной жесткости ее масляного слоя

Соотношение длины l_Q1 и диаметра d_1э эквивалентного круглого от­верстия канала дросселя для основной направляющей определяют по выраже­нию

где

Аналогично для дросселя дополнительной направляющей

где

Сопротивления дросселей основной и дополнительной направляющей

где динамическая вязкость масла:

Подача масла (см³ /мин) через одну опору