Автореферат (Разработка методов расчета статических и динамических характеристик шпиндельных узлов со сферическими аэростатическими опорами), страница 4

8). Дляграниц рабочего диапазона давления pe=5…9 ат совпадают при зазореh0eff=16·10-6 м, который на δ≈6,5·10-6 м≈Rz больше оценок минимального зазора,что связано с шероховатостью опор. С полученным эффективным зазоромh0eff=16·10-6 м рассчитаны динамические характеристики шпиндельного узла.12Поскольку и расчётные K(p), и экспериментальные K(э) характеристики получены с допущениями, то их сопоставление выполнено по относительному различию ΔK (Таблица 1.)K  2 K    K эрK   Kэр1 100%.(7)В Таблице 1 при давлениях подачи pe=2, 5 и 9 ат при вертикальнойоси шпинделя сопоставлены частотыf и демпфирования λ для осевой, радиальной и угловой форм колебанийбез учёта силы тяжести. Введениесилы тяжести в модель меняет зазоры и жёсткости верхней и нижнейопор.

Благодаря этому можно объяснить присутствие на экспериментальном спектре импульсного переходного процесса φx(t) второго пика,Рис. 8 Идентификация усреднённого за- близкого к радиальной форме (Рис.7, 9).зора h0 при давлении подачи pe=5 атТаблица 1.Относительные различия динамических характеристик шпинделяФорма колебанийДинамическая характеристикаfzλzfYλYfφλφЭксперимент, ГцРасчёт, ГцОтклонение ΔK, %Эксперимент, c-1Расчёт, c-1Отклонение ΔK, %Эксперимент, ГцРасчёт, ГцОтклонение ΔK, %Эксперимент, c-1Расчёт, c-1Отклонение ΔK, %Эксперимент, ГцРасчёт, ГцОтклонение ΔK, %Эксперимент, c-1Расчёт, c-1Отклонение ΔK, %Избыточное давлениеподачи pe, ат25945550258333240951131,320,413,23743472893663352892,163,52050257767342251162917,312,16,76296269229360343333-19,5-24,2-37668768895,555767783518,212,66,99530481409638608591-18,4-23,3-36,413НаправлениеудараОткликРис.

9. Расчётные и экспериментальные угловые свободные колебания приpe=9 ат и зазоре h0=16·10-6 м, удар в точку P1Установлено сильное влияние величины эффективного зазора h0eff на относительные различия расчётных и измеренных характеристик. При вариацииh0eff=(1…2)·10-5 м относительное различие жёсткости достигает 100 %, а вязкости 130%. Отсутствует значение h0eff, при котором бы одновременно достигалсябы разброс всех статических и динамических характеристик шпинделя, что интерпретировано тем, что шероховатость опор, искажая зазор, по разному сказывается в разных режимах работы. 3. В рабочем диапазоне давления pe различиепочти всех расчётных и экспериментальных характеристик становится равнойнулю для значений усреднённого зазора h0=(14…16)·10-6 м.

Получено приемлемое для инженерных расчётов совпадение эксплуатационных характеристик,определённых экспериментально и при расчёте опор по «2D+t» модели, еслиидентифицировать зазор по статическим силовым характеристикамНаиболее значимые выводы. Работа посвящена совместному моделированию состояния САО и динамики шпинделя с ними. Разработанные модели настадии проектирования позволяют определить эксплуатационные характеристики шпиндельного узла и провести его параметрическую оптимизацию с учётом жёсткости, частот и демпфирований свободных колебаний, расхода подаваемого воздуха.Расчётная модель САО может использоваться не только в комплексе сдинамической моделью, но и отдельно для расчёта одной САО, например, дляиспользования САО в механизмах с параллельной структурой, гироскопах, ис14пытательных стендах со сферическим вращением для определения моментовинерции или стендах для испытаний систем ориентации спутников.Сравнение результатов расчётов, полученных по различным моделямопор, выявило ряд особенностей, в том числе следующие:- оценки вязкого сопротивления САО по упрощённым моделям, не учитывающих производной давления по времени в уравнении Рейнольдса (1),сильно завышены и приводят к сверхкритическому демпфированию;- выявлены перекрёстные связки радиальных и осевых силовых характеристик опор, которые могут усложнить динамическое поведение шпинделя.Предложены пути устранения перекрёстных связей нескольких типов.Проведена экспериментальная проверка моделей для шпиндельных узловдвух моделей, для чего предложены и опробованы методики измерения параметров, статических и динамических эксплуатационных характеристик.

Экспериментальная проверка показала приемлемую для инженерной практики точность расчётов, а так же выявила технологический недостаток (существеннуюшероховатость опор), устранение которого позволит повысить жёсткость, частоты и демпфирования колебаний, сократить расход воздуха.

Сделаны рекомендации по уменьшению шероховатости опор.Выработанные методики измерения характеристик используются приприёмке прецизионных аэростатических узлов в ОАО «ВНИИИНСТРУМЕНТ».Полученные результаты по оценки разброса проницаемости графита иего влиянию на характеристики опор представляют ценность для разработчиковдругих аэростатических опорТочность и полнота разработанных моделей позволяет их использовать вдальнейших исследованиях, направленных на учёт технологических усилий ивибрационных воздействий на станок, для прогнозирования геометрическойточности деталей после обработки и оптимизации технологических процессовультрапрецизионной обработки.В заключении описаны задачи, остающиеся актуальными при разработкероторов с САО.В приложении приведены поясняющие сведения, математические выкладки, вспомогательные эксперименты, протоколы испытаний и акты внедрения, известных конструкций с цилиндрическими и САО по величинам зазора.Список публикаций по теме работы1.

Пошехонов Р.А., Лапшин В.В., Захаревич Е.М., Кирьянов В.П. Ударнаядиагностика аэростатического шпиндельного узла со сферическими опорами //Наукаиобразование.Электрон.журн.2014.№7.С.1-24.DOI:10.7463/0714.0717582. (1,4 п.л./0,5 п.л.)2.

Пошехонов Р.А. Расчет сферических аэростатических опор при заданномсмещении и скорости шпинделя // Наука и образование. Электрон. журн. 2012.№ 10. С. 35-62. DOI: 10.7463/1012.0467949. (1,5 п.л.)3. Пошехонов Р.А. Примеры расчета сферической аэростатической опоры сучетом смещений и скорости шпинделя // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана:15электрон. научно-техническое изд. М. 2012. С. 197-210. Режим доступа:vestnik.bmstu.ru/catalog/eng/teormech/272.html (посещено 23.05.2015).

(0,8 п.л.)4. Пошехонов Р.А., Гуськов А.М. Сегментная модель для расчета сферических аэростатических опор // Наука и образование. Электрон. журн. 2011. №.12.Режим доступа: http://technomag.edu.ru/doc/353914.html (посещено 18.04.2015).(1,85 п.л. / 1 п.л.)5. Пошехонов Р.А., Гуськов А.М. Влияние неоднородности проницаемостиограничителей наддува на характеристики плоских аэростатических опор //Наука и образование.

Электрон. журн. 2013. № 8. DOI: 10.7463/0813.0611443.(1,8 п.л. / 1 п.л.)6. Пошехонов Р.А., Лапшин В.В, Скворцова М.А Экспериментальное исследование прецизионного шпиндельного узла со сферическими аэростатическими опорами и защитным алмазоподобным покрытием // НАНОТЕХНИКА№2 (38) 2014.

С. 68-73. (0,3 п.л. / 0,15 п.л.)7. Пошехонов Р.А. Анализ осевых вибраций шпинделя на аэростатическихопорах, вызванных отклонениями формы опорных поверхностей // Тез. XXIМНК. МИКМУС-2009. М., 2010. С. 97. (0,06 п.л. / 0,03 п.л.)8. Пошехонов Р.А. Сегментная модель для определения статических и динамических характеристик сферических аэростатических опор // Матер. XXIIIМНК МИКМУС – 2011: М: Изд-во ИМАШ РАН, 2011. С. 130. (0,06 п.л. / 0,03п.л.)9. Пошехонов Р.А. Моделирование сферических аэростатических опоршпинделя прецизионного станка // Матер. 77-й Междун.. научно-техн.

конф.ААИ «Автомобиле- и тракторостроение в России: приоритеты развития и подготовка кадров» / Под ред. С. Бахмутова. М.: МГТУ «МАМИ», 2012. кн. 7С.136-146. (0,6 п.л.)10. Пошехонов Р.А., Гуськов А.М. Анализ пространственных силовых характеристик шпинделя на сферических аэростатических опорах // "Будущее машиностроения России» сб. тр. М. МГТУ им.

Баумана 2010. С. 15-16. (0,06п.л./0,03п.л.)11. Башков В.М., Пошехонов Р.А., Миронов Ю.М. Способ формирования пористых ограничителей наддува в газостатических подшипниках: пат. 2541465Р.Ф. 2015. Бюл. № 4. 13 с. (0,8 п.л. / 0,5 п.л.)12. Пошехонов Р.А., Гуськов А.М. Моделирование силовых характеристикшпинделя на сферических аэростатических опорах // Изб. тр. XXI. МНК.МИКМУС-2009: М., 2010. С. 103-110.

(0,4 п.л. / 0,2 п.л.)13. Пошехонов Р.А., Гуськов А.М. Прогнозирование статических пространственных силовых характеристик шпинделя на сферических аэростатическихопорах// Матер. XXII. МНК МИКМУС-2010. С.74. (0,06 п.л./0,03 п.л.)14. Пошехонов Р.А., Лапшин В.В. О возможности контроля величины радиального зазора сферических аэростатических подшипников по кривой выбега //Изб.

труды XXVI МНК МИКМУС-2014. С. 260-264. (0,3 п.л. / 0,15 п.л.)16.