Отзыв_Банах_Л.Я (Разработка методов расчета статических и динамических характеристик шпиндельных узлов со сферическими аэростатическими опорами)

ОТЗЫВ ОФИЦИАЛЬНОГО ОППОНЕНТАна диссертационную работу Р.А. Пошехонова «Разработка методов расчетастатических и динамических характеристик шпиндельных узлов со сферическимиаэростатическими опорами», представленную к защите на соисканиеученой степени кандидата технических наук поспециальности: 01.02.06 - Динамика, прочностьмашин, приборов и аппаратуры.1. Актуальность избранной темыДиссертация Р.А. Пошехонова посвящена разработке методов расчёта пористыхсферических аэростатических опор и динамическому анализу шпинделя на этих опорах.Применение сферических аэростатических опор существенно упрощает регулировкурадиального зазора при монтаже шпиндельного узла, исключает возникновение вибрацийот остаточных перекосов оси, что позволяет уменьшить зазор и сократить поток воздуха.Применение этих шпиндельных узлов в станкостроении, позволяет существенно повыситьточность и производительность обработки ответственных изделий, но их использованиюпрепятствуетотсутствиеметодикирекомендацийпоназначениюпараметровшпиндельного узла, обеспечивающих необходимые эксплуатационные характеристики.Поэтому тема диссертации весьма актуальна.2.

Научная новизна и научная значимостьАвтором впервые создана модель сферических аэростатических опор с пористымиограничителями наддува и модель динамики шпиндельного узла на таких опорах.Разработанные модели позволяют описывать следующие эффекты:1.влияние режимов работы иконструктивныхпараметровсферическихаэростатических опор на осевые и радиальные динамические характеристики шпинделя;2. влияние произвольной неуравновешенности на колебания шпинделя;3.

наличие перекрёстных зависимостей радиальных и осевых реакций сферическихаэростатических опор от смещений и скоростей шпинделя.Созданная модель сферических аэростатических опор реализована численнымиметодами в современных программных комплексах MATLAB и Comsol, что позволило1автору получить новые расчётные результаты и сделать рекомендации по устранениюперекрёстного влияния радиального смещения и радиальной скорости шпинделя наосевую реакцию в опоре.3. Практическая значимостьПолученные автором результаты имеют большое практическое значение.Разработанныематематическиеирасчётныемоделииметодырасчётаиспользуются при разработке шпиндельных узлов и сферических аэростатических опор вОАО«ВНИИИНСТРУМЕНТ».Спомощьюсозданныхмоделейнастадиипроектирования проведена оптимизация шпиндельного узла РТШ 020, позволившая присохранении габаритов и толщины смазочного слоя увеличить жёсткость опор в 1,5 - 4раза.

Применение изготовленных шпиндельных узлов уже позволило обрабатыватьрезанием детали с точностью вплоть от Ra 100 нм до Ra 1 нм.Установлено, что опор имеют слишком большую шероховатость при используемойтехнологии изготовления, из-за чего не удаётся получить нужный зазор и реализовать всепреимущества шпиндельного узла со сферическими аэростатическими опорами. Наосновании измерений автором описаны технологические рекомендации по уменьшениюшероховатости, применение которых позволит увеличить жёсткость и демпфированиешпинделя, а так же снизить расход воздуха.Разработанные и опробованные методики экспериментального определенияосновных параметров сферических аэростатических опор (усреднённого и минимальногозазора, жёсткостей, вязких сопротивлений) рекомендованы для приёмочных испытанийшпиндельных узлов.4.

Структура и содержание работыДиссертация содержит: 143 стр. основного текста (введение, 5 глав, основныерезультаты, список литературы с 179 источниками) и семь приложений (125 стр.).Во Введении обоснована актуальности работы, сформулированы цели и задачиисследования, отмечена научная новизна. Целью работы является разработка методовпрогнозирования динамических и статических характеристик шпиндельных узлов спористыми сферическими аэростатическими опорами. С этой целью проводитсяразработка и экспериментальная проверка математических моделей для определенияэксплуатационных характеристиксферических аэростатических опор, а также всегошпиндельного узла.В первой главе описаны технологии, реализованные к настоящему моменту настанках с ультрапрецизионными шпиндельными узлам, изготовленными с применениемразработанных соискателем расчётных методик: пластичное резание, алмазная обработка,2твёрдое точение закалённой стали.

Приведены конструкция и принцип работы роторов ссферическими аэростатическими опорами, технические требования к ним. Описанынагрузки, действующие на шпиндель в различных режимах работы.Вторая глава посвящена моделированию и расчёту отдельно взятой опоры.Предложены три модели для расчёта опорных реакций сферических аэростатическихопор.

Полная модель «2D+t» учитывает изменение давления по времени, однако, еерешение достаточно трудоёмко. Более простая модель «2D» получена для стационарноготечения газа, но эта модель существенно завышает влияние скорости на опорные реакции.Упрощённая сегментная модель (статическая) позволяет найти силовые реакции взависимости только от положения шпинделя с учётом их нелинейности.Описана процедура гармонической линеаризации опорных реакций.Результаты расчётов по упрощённым моделям приведены в приложениях.В третьей главе исследуется модель динамики жесткого шпинделя на двухаэростатических опорах с шестью степенями свободы и с учётом гироскопическихмоментов, нелинейности опор и неуравновешенности.

Для линеаризованной системыполучены собственные частоты колебаний, найдены коэффициенты демпфирования.Приведены примеры динамических откликов на характерные воздействия.Четвертая глава посвящена экспериментальному измерению статических идинамических характеристик шпиндельных узлов, а также идентификации такихпараметров,какпроницаемостьпористыхперегородок,минимальныйзазор,определяющий допускаемые смещения, усреднённый зазор, влияющий на жесткость ивязкость опор. Предложены и опробованы несколько методик измерения минимальногорадиального зазора.На основе анализа экспериментальных данных выявлены технологические дефектыопор и сделаны достоверные рекомендации по их устранению. Опробованные методыизмерения статических и динамических характеристик предложены для приёмки узлов ссферическимиаэростатическимиопорами.Описаниеизмерительныхустройств,протоколы испытаний приведены в приложениях.В пятой главе сопоставлены расчётные и экспериментально определённыеэксплуатационные характеристики.

Выполнена идентификация усреднённого зазора наоснове сравнения расчётных и экспериментальных данных в области изменения давленияподачи 2…9 ат, давшая значение усреднённого зазора h0=14,5·10-6 м. Для этогоусреднённогозазорарассчитанысобственныечастотыколебанийшпинделяикоэффициент демпфирования, проведено сопоставление расчётных и экспериментальныхданных. Установлено сильное влияние величины усреднённого зазора на характеристики3системы.

Так, изменение относительной разницы жёсткости и вязкости при вариациизазора в диапазоне h0=(10…20)·10-6 м превышает 100…150%. В рабочем диапазонедавления почти все расчётные и экспериментальные характеристики совпадают приусреднённом зазоре, равном h0=(14…16)·10-6 м.В приложениях 1-7 приведены: - параметры шпиндельных узлов, примерырасчётов сферических аэростатических опор, примеры использования полной «2D»модели сферической аэростатической опоры, примеры расчёта силовых характеристикопор, предварительные испытания шпиндельного узла НШУС 110, результаты испытанийшпиндельного узла РТШ 020, протоколы внедрения математических моделей.5. Достоверность и обоснованность основных научных положенийДостоверность разработанных моделей обеспечена корректным использованиемизвестных в теории газовой смазки гипотез и уравнений, применением современныхвычислительных программ, проверкой сходимости численных решений при дроблениисеток, а также полученными экспериментальными данными.6.

Публикации и апробация работыОсновные результаты обсуждались на пяти научных семинарах и совещаниях,докладывались на пяти научных конференциях. По теме диссертации опубликованы 14работы, в том числе 1 патент и 6 статей ВАК РФ. Автореферат и опубликованные работыдостаточно полно отражают содержание и основные положения диссертации.7.

Замечания по диссертационной работыПо работе имеются следующие замечания:1. Разработанные автором упрощённые модели сферических аэростатических опор(«2D»исегментная)полученыприопределённыхдопущениях.Прииспользовании той иди иной модели, в свою очередь накладываютсяограничения также и на характер движений шпинделя. Однако, анализ такихограничений в диссертации не проведён.2.

Длякаждойматематическоймоделинеобходимоопределитьобластьсуществования, т. е. область изменения параметров, граничных/начальныхусловий, при которых она может быть реализована. Ее применение допустимотолько в этой области.3. Особенно важно иметь это в виду при сравнении экспериментальных ирасчетных данных, тем более, что при обработке эксперимента (гл.4) авториспользует достаточно сильные допущения.

Возможно, это явилось одной изпричин несовпадения некоторых расчетных и экспериментальных данных (в4частности отмеченная выше большая погрешность при определении жёсткостейопор и осевого сопротивления)4. Врассмотренныхавторомаэроупругихсистемахавтоколебательныережимывследствиевоздействиямогутвозникатьциркуляционныхаэродинамических сил. Такое исследование необходимо в закритическойобласти вращения шпинделя, рассмотренное автором в п. 3.7.5.

Вглаве3авторпрогнозируеткачествообработаннойповерхности.Предложенная расчетная схема достаточно схематична. Следует иметь в виду,что «шпиндель + деталь» - это единая система. Важно учитывать не тольковлияние детали на шпиндель, но и обратное влияние шпинделя на деталь,которое в некоторых частотных диапазонах может быть существенным. Крометого, возможна потеря устойчивости и возникновение автоколебаний резца.Имеются редакционные замечания1. Построение диссертации весьма своеобразно: приложения (120 стр.) занимаюттакой же объем, что и основная часть диссертации (140 стр.), что весьмазатрудняет чтение работы. В результате трудно понять, что же автор считаетосновной частью работы.2.

В диссертации имеются опечатки и описки (например, на стр. 59, 61,107, 204).3. Терминология. Автор использует термины, не принятые в механике:- термин «биения» автор использует для обозначения колебаний шпинделя, в товремя как в механике этот термин означает сложение колебаний с близкими частотами;-«полускоростнойвихрь»вмеханическихсистемахпринятоназыватьавтоколебания (при скорости, равной удвоенной критической).- «пневмомолоток» также означает автоколебательный режим газовых опор.Сделанные замечания не умаляют достоинств представленной работы.8. ЗаключениеУказанные выше замечания не умаляют достоинств рассмотренной диссертации,посвящённой актуальной теме по разработке методов расчёта основных показателейкачества шпиндельных узлов со сферическими пористыми аэростатическими опорами,используемых в прецизионных станках.