Диссертация (1026045), страница 16

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 16)

В модель динамики встроены различные модели сферических опор:- полная модель «2D»;- полная модель «2D+t»;- сегментная модель;- линеаризованныемодели,полученныеэкспериментальноилиаппроксимацией расчётных зависимостей.5. Поскольку модели опор «2D» и «2D+t» дают противоречивые оценкивязкого трения, то и результаты расчёта динамики количественно и108качественно сильно отличаются в зависимости от того, какая модель опориспользована.6. Расчётные статические силовые характеристики шпинделя, по моделямопор взаимно согласованы.7.

Окончательно выбрать ту или иную модель опор можно только наосновании экспериментальных данных.109Глава 4. Экспериментальные исследования шпиндельных узловЗдесь и в приложенияхП.5,П.6описаныэкспериментальныеисследования, направленные на идентификацию параметров и измерениехарактеристик шпиндельных узлов: оценки проницаемости пористых вставок и её разброса; величины зазора: минимальной и усреднённой;шероховатости опорных поверхностей шпинделя; жёсткости и вязких сопротивлений в различных направлениях для опор идля шпинделя в целом; частот и коэффициентов демпфирования для разных форм колебаний.Экспериментальные исследования проводилось в два этапа.

Припредварительных испытаниях шпиндельного узла НШУС 110 опробованыметодики и средства измерений. При расширенных испытаниях проведеноболее тщательное измерение характеристик шпиндельных узлов РТШ 020.Значимые параметры шпиндельных узлов указаны в приложении П.1.4.1. Предварительные испытания модели НШУС 110Предварительные испытания шпиндельного узла НШУС 110, описанныев приложении П.5, позволили решить следующие задачи: сравнение методов и средств измерения смещений шпинделя; определение проницаемости пористых вставок и учёт влияния её разбросана жёсткость аэростатических опор; получена экспериментальная оценка минимального зазора по осевымсмещениям и усреднённого зазора по вязкому сопротивлению вращения.Наиболее значимые итоги предварительных испытаний. Измерять статические и динамические смещения шпинделя лучшеёмкостными датчиками, но их достоинства не достижимы без примененияспециальных кронштейнов и устройств сбора и хранения данных на ПК.110 Измерение минимального зазора по смещениям желательно сопровождатьконтролем дефектов опор. Оценка минимального зазора по смещениям h0<U>=11,8·10-6 м оказаласьбольше оценки усреднённого зазора по вязкому сопротивлению на выбегеh0<M>=10,9·10-6 м. Оценку усреднённого зазора по вязкому сопротивлению вращениюжелательно проводить без встроенного электропривода из-за его влияниядаже в выключенном состоянии. Измеренные коэффициенты сопротивления вращению шпинделя имеютсамостоятельное значение при подготовке технологических операцийобработки на выбеге. Полученные с заметными погрешностями осевые статические силовыехарактеристики совпадают с расчётными при зазоре h0≈18·10-6 м. Оценена проницаемость графита и её разброс k p  7,78  2,5  1015 м 2 . Этот разброс проницаемости приводит к разбросу осевой жёсткостишпиндельногоузлаНШУС 110неболее13,5%.При проведенииисследований плоских аэростатических опор [19] установленный разброспроницаемости приводил к разбросу жёсткости при кинематическомзамыкании до 20%, а при силовом – до 33%.4.2.

Расширенные испытания модели РТШ 020Результатов предварительных испытаний недостаточно для решенияпоставленных задач. Поэтому проведены повторные испытания с тремяшпиндельными узлами РТШ 020, в том числе: определение статической силовой характеристики; измерение кривой выбега; определение откликов на импульсное воздействие.Результаты для всех трёх узлов оказались схожи. В этом разделеприставлены измерения для одного из них.1114.3.

Условия проведения и задачиИспытания проходили днём рядом с работающим промышленнымоборудованием. Шпиндельный узел установлен с вертикальным положениемоси на жёсткую стальную плиту с виброизоляционными резиновымипрокладками, обеспечившими частоты колебаний узла как жёсткого целого неболее 2..8 Гц. Шпиндель «всплывал» при избыточном давлении pe≈1,5 ат.Используемыйкомпрессоробеспечивалдавлениеpe≤9,5 ат.Измеренияпроведены для следующих избыточных давлений подачи: pe=196·103 Па (2 ат) - возможно вращение с дополнительной нагрузкой; pe=490·103 Па (5 ат) - давление стандартной заводской пневмолинии; pe=882·103 Па (9 ат) – максимальное достижимое стабильное давление.Конструкция узла РТШ 020 по сравнению с узлом НШУС 110доработанадляпроницаемостииспытанияхуменьшенияпористых вставок.разбросхарактеристиках,контактнойтоПоскольку ипроницаемостидляподатливостинеприразбросапредварительныхсущественноусовершенствованногоиузласказалсянаопределениепроницаемости не проведено.4.4.

Обработка статических осевых силовых характеристикСтатическое нагружение выявило зависимость внешней силы от осевогосмещения FPZ(uCZс0). По ней найдены осевые жёсткости шпинделя (секущаяK SpTZ и касательная K SpSZ ), осевая несущая способность FPZmax и оценка зазорапо смещениям при предельной силе h0<R>. Здесь и ниже нижним индексом «Sp»отмечены характеристики шпинделя, а характеристики опор, записываются безиндекса «Sp».Зависимости FPZ(uCZс0) представлены на Рис. 4.1-а, протоколы измеренияприведены в приложении П.6.1.2.

Нагружение проводилось с шагом силы ≈50Н, разгрузка с большим шагом. Во время испытания с избыточным давлениемподачи pe=882·103 Па (9 ат) нагружение остановлено при достижении силы112FPZ=800 Н. При других давлениях нагружение проведено до перекрытияаэростатического зазора, о чём свидетельствовали уменьшение шага смещенияи резкое увеличение момента, необходимого для поворота шпинделя.

Точкиперекрытия зазора выделены буквами «A» и «B» на Рис. 4.1-а. По значениямосевого перемещения и силы в точках «A» и «B» определена предельная силаFPZmax и оценка номинального зазора h0<F>.В эксперименте датчики (выделены фиолетовым цветом на Рис. 4.1)фиксировали, практически, одинаковые смещения.

Разница смещений uD1Zc0uD2Zc0 была менее 0,5 % от ucZc0, что подтверждает равномерность работывставок вдоль окружности и корректность измерений.Рис. 4.1. Влияние избыточного давления pe и смещения uCZc0 на статическиехарактеристики: а - сила; б - секущая жёсткость; в - касательная жёсткостьОсевая жёсткость и осевые смещения, при которых происходит контактопорных поверхностей, зависят от давления подачи pe.113Графики касательной и секущей жёсткости (Рис. 4.1-а, б) получены подискретной зависимости FPZ(uCZс0) с помощью формул (2.21), (2.22). Вплоть доконтакта опорных поверхностей силовые характеристики близки к линейным, аих жёсткость почти постоянна. Значения жёсткостей определены осреднением вокрестности нуля (uCZс0 ≤4·10-6 м).Оценка зазора h0<F> выполнена с учётом веса шпинделя mmg h0F  uz max cos 1 .K SpTZ (4.1)Значения характеристик узла, полученные при разных избыточных давленияхподачи pe по зависимостям FPZ(uCZс0) представлены в Таблице 5.Таблица 5.Результаты исследования осевых статических силовых характеристикНазваниеОценка зазораКасательная жёсткостьСекущая жёсткостьПредельная силаpeОбозначение3196·10 Па 490·103 Па 882·103 Паи размерность(2 ат)(5 ат)(9 ат)<F>-6-6h0 , м8,999·109,947·10-177KSpTZ, Н·м1,841·105,870·101,1536·108KSpSZ, Н·м-11,788·107 6,092·107 1,1218·108FPZmax, Н298801-4.5.

Сравнение экспериментальных методов измерения зазора h0Предварительные испытания узла НШУС 110 дали неоднозначныерезультаты сравнения методик измерения зазора. Поэтому при испытаниях узлаРТШ 020 им уделено повышенное внимание.4.5.1. Оценка зазора h0 по силовой характеристикеСредняяоценказазорапоосевымсиловымхарактеристикамh0F   9,473106 м (Таблица 5).

Недостатками данного метода являетсянеоднозначностьопределенияопределённой с погрешностью.моментакасанияивлияниежёсткости,1144.5.2. Оценка зазора h0 по осевым биениям без подачи воздухаИзмерить осевые смещения можно при ручном нагружении с помощьюверёвки без давления подачи. Важно, что при этом нет аэростатических сил,растягивающих шпиндель и сжимающих корпус, а поэтому упругие иконтактные податливости не проявляются.

Характеристики

Список файлов диссертации