пневматический шлифовальный инструмент
Классы МПК: | B24B47/14 с помощью пневмогидравлических средств F01D15/06 для привода ручных инструментов и тп устройств или комбинированные с ними |
Автор(ы): | Космынин А.В., Виноградов В.С., Мошков В.Ю. |
Патентообладатель(и): | Общество с ограниченной ответственностью "Контакт" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1996-03-22 публикация патента:
27.06.1998 |
В корпусе инструмента размещены сопловой аппарат, микротурбина, выполненная в виде установленного на газостатические подшипники вала и расположенного на нем по меньшей мере одного диска с профилированными лопатками, а также упорный двусторонний газостатический подшипник, пятами которого служит диск рабочего колеса, и пусковой клапан. При этом сопловой аппарат выполнен с профилированными лопатками, периферийные торцы которых выполнены скошенными и примыкают к внутренней поверхности корпуса с образованием каналов, сужающихся в направлении диска микротурбины, профиль каждой лопатки диска в центральной части определен дугами окружностей, сопряженными прямыми линиями с дугами окружностей на входной и выходной кромках, причем размеры элементов микротрубины и газостатических подшипников связаны определенным образом. Технический результат заключается в повышении КПД инструмента, повышении крутящего момента на выходном валу турбины, расширении зоны устойчивой работы вала. 5 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5
Формула изобретения
Пневматический шлифовальный инструмент, содержащий корпус, размещенные в нем сопловый аппарат, микротурбину, выполненную в виде вала, установленного на газостатические радиальные подшипники с питающими отверстиями и расположенного на валу по меньшей мере одного рабочего колеса в виде диска с профилированными лопатками, а также упорный двусторонний газостатический подшипник с питающими отверстиями, пятами которого служит диск рабочего колеса, и пусковой клапан, при этом в корпусе выполнены раздельные каналы подвода рабочей среды к рабочему колесу и газостатическим радиальным подшипникам, каналы отвода отработанной рабочей среды, а пусковой клапан установлен с возможностью перекрытия канала подвода рабочей среды к колесу микротурбины, отличающийся тем, что сопловой аппарат выполнен с профилированными лопатками, периферийные торцы которых выполнены скошенными под углом 2 - 7o к продольной оси корпуса и примыкают к внутренней поверхности последнего с образованием конического соединения, а также с образованием каналов, сужающихся в направлении рабочего колеса, при этом профиль каждой лопатки рабочего колеса, в центральной части определенный дугами окружностей, сопряженных прямыми линиями с дугами окружностей на входной и выходной кромках, имеет радиус вогнутой стороны профиля, равный 0,1 - 1,0 ширины профиля, а отношение радиусов вогнутой и выпуклой сторон составляет 2,5 - 6,3, причем основные конструктивные размеры элементов микротурбины и газостатических подшипников связаны следующими соотношениями: диаметр вала равен 0,37 - 0,55 диаметра рабочего колеса, длина вала равна 2,7 - 5,6 диаметра рабочего колеса, ширина диска рабочего колеса равна 0,1 - 0,22 диаметра рабочего колеса, длина газостатических радиальных подшипников равна 0,34 - 0,73 диаметра рабочего колеса, наружный диаметр газостатических радиальных подшипников равен 0,41 - 0,78 диаметра рабочего колеса, расстояние между центрами газостатических радиальных подшипников равно 0,34 - 4,9 диаметра рабочего колеса, эквивалентный диаметр питающих отверстий газостатических подшипников Dэкв определен по формуле![пневматический шлифовальный инструмент, патент № 2113969](/images/patents/358/2113969/2113969-10t.gif)
где d - диаметр питающих отверстий;
n - количество питающих отверстий.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к обрабатывающей технике и может использоваться в ручных пневматических шлифовальных инструментах. Наиболее эффективно изобретение может быть использовано при поверхностной обработке и резке различных материалов и шлифовальными кругами и фрезами. Такие инструменты можно применять для обработки пуансонов и матриц, штампов, для шлифования внутренних поверхностей малого диаметра, зачистки сварочных швов, при шлифовании, полировании металлических, деревянных, керамических материалов в различных отраслях промышленности. Изобретение относится к высокооборотным, вибробезопасным инструментам, обладающим повышенным ресурсом работы. основными тенденциями ручного пневмошлифовального инструмента является увеличение частоты вращения вала, повышение производительности, уменьшение массы инструмента. При этом ручной пневмошлифовальный инструмент должен соответствовать санитарным нормам по уровню вибрации и шума. Для увеличения частоты вращения вала, повышения производительности процесса обработки и уменьшения массы инструмента с одновременным снижением уровня вибрации в качестве привода в таких инструментах применяют микротурбины с профилированными лопатками соплового аппарата и рабочего колеса и газостатические опоры, действующие по принципу воздушной подушки. Уровень вибрации такого пневмоинструмента на всех частотах незначителен, что объясняется демпфирующим действием воздушной прослойки между ротором микротурбины и вкладышем газостатических подшипников, отсутствием неуравновешанных масс, связанных с компоновкой деталей инструмента. Известно устройство, содержащее корпус, микротурбину, сопловой аппарат, газостатический радиальный подшипник, двусторонний газостатический упорный подшипник, пятами которого служат диски микротурбины, раздельные каналы подвода рабочей среды к турбине и газостатическим подшипникам, пусковой клапан, перекрывающий канал подвода рабочей среды к турбине, каналы отвода отработанной рабочей среды [3]. В основу изобретения положена задача создания высокопроизводительного, вибробезопасного инструмента с пониженной массой. Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, заключается в повышении КПД инструмента, повышении крутящего момента на выходном валу турбины, расширении зоны устойчивой работы вала. Это достигается тем, что микротурбина имеет по крайней мере одно рабочее колесо и сопловой аппарат, каналы которого образованы профилированными лопатками, периферийные торцы которых выполнены скошенными под углом 2 - 7o к продольной оси корпуса с образованием с его внутренней поверхностью конусного соединения, а также каналов, сужающихся в направлении рабочего колеса; профиль лопатки рабочего колеса микротурбины в центральной части определенный дугами окружностей, сопряженными прямыми линиями с дугами окружностей на входной и выходной кромках профиля, имеет радиус вогнутой стороны профиля, равный 0,5 - 1,0 ширины профиля, а отношение радиусов вогнутой и выпуклой сторон профиля составляет 2,5 - 6,3. Достижению требуемого технического результата также способствует соотношение основных конструктивных размеров элементов микротурбины и газостатических подшипников, которые выбраны в следующих пределах: диаметр вала равен 0,37 - 0,55 диаметра рабочего колеса, длина вала равна 2,7 - 5,6 диаметра рабочего колеса, ширина диска рабочего колеса равна 0,1 - 0,22 диаметра рабочего колеса, расстояние между обращенными друг к другу поверхностями дисков рабочих колес равно 0 - 0,17 диаметра рабочего колеса, длина радиальных газостатических подшипников равна 0,34 - 0,73 диаметра рабочего колеса, наружный диаметр радиальных газостатических подшипников равен 0,41 - 0,78 диаметра рабочего колеса, эквивалентный диаметр Dэкв питающих отверстий газостатических подшипников определен по формуле![пневматический шлифовальный инструмент, патент № 2113969](/images/patents/358/2113969/2113969-2t.gif)
где
d - диаметр питающих отверстий;
n - количество питающих отверстий,
и равен 0,05 - 0,11 диаметра рабочего колеса. Эквивалентный диаметр питающих отверстий - диаметр, равный сумме диаметров всех питающих отверстий, и необходим для расчетов газостатических подшипников. Формула определения эквивалентного диаметра выведена авторами экспериментально. Микротурбина пневмошлифовального инструмента повышает мощность самого инструмента за счет уменьшения потерь рабочей среды в радиальном зазоре. Это достигается тем, что конусное соединение внутренней поверхности корпуса и торцов лопаток соплового аппарата образует каналы, сужающиеся в направлении рабочего колеса под углом 2 - 7o. При вращении микротурбины рабочая среда на входе в каналы соплового аппарата поджимается конусной поверхностью конуса с изменением направления движения части потока PC в направлении корневого сечения лопаток рабочего колеса. Кроме того, сужение канала способствует смещению критичиеского сечения к срезу сопла, что также способствует формированию оптимального потока. Сформированный таким образом поток рабочей среды поступает в межлопаточные каналы рабочего колеса без существенных утечек рабочей среды в радиальный зазор. Кроме того, конусное соединение торцов лопаток и корпуса инструмента позволило упростить крепление соплового аппарата в корпусе инструмента. Согласно изобретению, сопловой аппарат крепится в корпусе без промежуточного кольца, которое имеется в известных устройствах. Повышение КПД пневмошлифовального инструмента подтверждается экспериментально. Результаты эксперимента представлены на графике фиг. 1. На приведенном графике показаны зависимости приращения эффективного КПД от угла сужения меридиального сечения каналов при относительных радиальных зазорах
![пневматический шлифовальный инструмент, патент № 2113969](/images/patents/358/2113001/916.gif)
![пневматический шлифовальный инструмент, патент № 2113969](/images/patents/358/2113001/916.gif)
![пневматический шлифовальный инструмент, патент № 2113969](/images/patents/358/2113001/916.gif)
![пневматический шлифовальный инструмент, патент № 2113969](/images/patents/358/2113001/916.gif)
![пневматический шлифовальный инструмент, патент № 2113969](/images/patents/358/2113005/947.gif)
![пневматический шлифовальный инструмент, патент № 2113969](/images/patents/358/2113969/2113969-3t.gif)
![пневматический шлифовальный инструмент, патент № 2113969](/images/patents/358/2113969/2113969-4t.gif)
![пневматический шлифовальный инструмент, патент № 2113969](/images/patents/358/2113969/2113969-5t.gif)
![пневматический шлифовальный инструмент, патент № 2113969](/images/patents/358/2113969/2113969-6t.gif)
![пневматический шлифовальный инструмент, патент № 2113969](/images/patents/358/2113969/2113969-7t.gif)
![пневматический шлифовальный инструмент, патент № 2113969](/images/patents/358/2113969/2113969-8t.gif)
![пневматический шлифовальный инструмент, патент № 2113969](/images/patents/358/2113005/946.gif)
![пневматический шлифовальный инструмент, патент № 2113969](/images/patents/358/2113005/946.gif)
![пневматический шлифовальный инструмент, патент № 2113969](/images/patents/358/2113004/969.gif)
![пневматический шлифовальный инструмент, патент № 2113969](/images/patents/358/2113004/969.gif)
![пневматический шлифовальный инструмент, патент № 2113969](/images/patents/358/2113004/969.gif)
![пневматический шлифовальный инструмент, патент № 2113969](/images/patents/358/2113969/2113969-9t.gif)
где
d - диаметр питающих отверстий;
n - количество питающих отверстий,
и равен 0,05 - 0,11 диаметра рабочего колеса. Заявляемые взаимоотношения размеров элементов микротурбины пневмошлифовального инструмента, влияющие на повышение устойчивой работы вала на всех частотах, выявлены экспериментально. Для эксперимента были изготовлены пневмошлифовальные инструменты со следующими взаимоотношениями размеров элементов микротурбины:
1. Размерный ряд H1, в котором основные конструктивные размеры элементов микротурбины определены взаимоотношением диаметра вала и рабочего колеса, равным 0 : 37 oC 0,5. 2. Размерный ряд H2, в котором взаимоотношение размеров элементов микротурбины определен отношением диаметров вала и рабочего колеса, равным 0,60 oC 0,75. 3. Размерный ряд H3, в котором взаимоотношение размеров элементов микротурбины определен отношением диаметров вала и рабочего колеса, равным 0,20 oC 0,35. Проведены стендовые испытания пневматических шлифовальных инструментов по определению зависимости критической угловой скорости вращения вала от числа оборотов. Результаты испытаний приведены на графике фиг. 3. Из приведенного графика видно, что пневмошлифовальный инструмент с размерным рядом H1 обладает наилучшими показателями. При увеличении частоты вращения вала до частоты вращения вала на холостом ходу значение угловой скорости
![пневматический шлифовальный инструмент, патент № 2113969](/images/patents/358/2113004/969.gif)
![пневматический шлифовальный инструмент, патент № 2113969](/images/patents/358/2113004/969.gif)
![пневматический шлифовальный инструмент, патент № 2113969](/images/patents/358/2113004/969.gif)
![пневматический шлифовальный инструмент, патент № 2113969](/images/patents/358/2113004/969.gif)
Класс B24B47/14 с помощью пневмогидравлических средств
Класс F01D15/06 для привода ручных инструментов и тп устройств или комбинированные с ними