Проников А.С. 1995 Т.2 Ч.1 (830965), страница 19
Текст из файла (страница 19)
3.5, а) и поворот его оси. Для их оценки используют выходные параметры точности Лх, Лд, Ля, Л~р, Лф (см. рис. 3.1, г). Энергетические потери в опорах и темпера- тура в характерных тепловых точках являются промежуточными величинами, и их используют при сравнении вариантов конструкций. Тепловые точки располагаются в наиболее и наименее нагретых местах ШУ. В опорах качения преобладает теплопередача и точки с наибольшей температурой располагаются на наружном кольце подшипника. В опорах скольжения преобладает конвективный перенос теплоты и аналогичные точки находятся в местах слива смазывающей жидкости из опоры.
Наименее нагретые точки находятся в местах стыков передней и задней стенок корпуса (гильзы) со станиной (корпусом).,Пример располож~ения характерных тепловых точек 1 — 4 в ШУ токарного станка показан на рис. 3.15. Тепловые характеристики ШУ зависят от многих факторов и имеют случайный характер. На рис. 3.5, б показано изменение во времени смещения Лд переднего конца шпинделя токарно-винторезного станка с ЧПУ в вертикальной плоскости (от направляющих) и рассеяние этого параметра через 2,5 ч у 100 станков этой модели при постоянном режиме разогрева ШУ и=1600 мин '.
При проектировании ШУ следует учитывать характер изменения тепловыделения при разгоне, так как в его начале возможен резкий разогрев опор при замедленном разогреве корпуса, что может привести к заклиниванию и даже разрушению опор. Тепловыделение вызывает изменение других характеристик опор (коэффициента демпфирования вследствие разжижения масла, жесткости при изменени зазора — на'тяга и др.). Помимо перечисленных требований должно быть обеспечено точное, надежное, быстрое и автоматическое закрепление инструмента или обрабатываемой заготовки в шпинделе станка.
При выполнении всех перечисленных выше требований ШУ должны иметь высокую технологичность изготовления, сборки, отладки и эксплуатации, а также возможно низкую себестоимость. 3.2. Проектирование шпиндельных узлов Этапы проектирования ШУ: формулирование основных и дополнительных требований, предъявляемых к ШУ, и составление технического задания; выбор основных размеров шпинделя, типа и конструкции опор; расчет и оптимизация их параметров и характеристик; ~конструирование ШУ; оформление конструкторской документации. Формулирование основных требований к ШУ и составление технического задания. Совокупность критериев работоспособности ШУ определяет основные размеры шпинделя, тип и конструкцию опор.
Диапазоны режимов нагружения, определяющих нагрузочную способность и быстроходность, и требования к точности целесообразно ус.танавливать по совокупности деталей, для обработки которых предназначен проектируемый станок. Известны ~251 три способа выбора исходных данных. 1. Первичную информацию получают из операционных карт механической обработки деталей в виде значений припусков, подач, скоростей, положений инструмента и масс деталей для каждого технологического перехода совокупности деталей, предназначенных для обработки на проектируемом станке; этот способ наиболее достоверен. 2.
Исходную информацию задают в виде законов (или гистограмм) распределения варьируемых факторов (рис. 3.6,а,б), этот способ при- меняют для универсальных станков, когда при проектировании. новой модели практически мало меняется номенклатура обрабатываемых деталей. 3. Исходной информацией являются чертежи деталей-представителей и технологические карты с режимами их обработки.
Этот способ применяют, когда отсутствует априорная информация о совокупности деталей, для обработки которых предназначен проектируемый станок. Требования к точности устанавливают также по результатам статистического анализа. Лимитирующими являются наиболее жесткие допуски на изготовление детали, На ~рис. 3.6 показан пример нормиро- и~(~~1 Рис. 3.6. Примеры опытных распределений факторов, учиты- ваемых при проектировании ШУ: а-силы резания; б — частоты вращения; в — требований по допусти- мому биению; г — требований ио круглости вания для показателей х2 точности взаимного расположения поверхностей (биения) (рис. 3.6, в) и хз точности формы (отклонения от 'круглости) (рис.
3.6,г). Регламентировать точность ШУ нужно с учетом той доли, которую вносит ШУ в суммарную погрешность обработки. В формировании показателей точность взаимного расположения поверхностей и точность формы доля ШУ составляет соответственно 0,5 — 0,8 и 0,6 — 0,9 ~101 в общем балансе точности станка. Этот этап заканчивается окончательным формулированием технического задания.
Выбор рациональных значений основных размеров шпинделя. Границы областей допустимых значений диаметра Х) передней шейки шпин- На рис. 3.8 показано построение области допустимых значений (заштрихована) основных размеров О и Ь по критериальным ограничениям для шпинделя универсального токарного станка ~161 с двухрядными радиальными подшипниками и частотой вращения пша =2500 мин — '. Область ограничена слева кривой 1 допустимой жесткости узла (приня- Ь,мм Рис.
3.8. Область допустимых значений главных размеров шпинделя токарного станка то ~=40Х104 и/мм), справа — прямой 2 допустимой быстроходности подшипника (йп) р,д и кривой 8 допустимой температуры подшипника, а снизу прямыми 4 — величиной ~Я Штриховая линия 4 получена при расчете по формуле Ьд=2,5а, а сплошная —,при расчете по формуле (3.1). Точкой обозначено оптимальное значение Ь по условию наибольшей жесткости, крестиком — фактическое значение расстояния Ь, принятое в конструкции. Выбор типа и конструкции опор осуществляется с учетом всей совокупности требований, предъявляемых к ШУ, и возможностей опор по нагрузочной способности, точности, быстроходности, жесткости, демпфирующей способности, тепловым потерям, ресурсу и др.
Для каждого типа опор существует область предельных значений этих показателей (см. табл. 3.1) и рациональная область их применения. Последующий выбор конструкции опор позволяет в более полной мере удовлетворить предъявляемые к ШУ требования; например, в опорах качения — максимум жесткости (табл. 3.2 и 3.3), в гидростатических опорах — минимум тепловыделения (см. рис.
3.35). Математические модели ШУ составляют для описания характеристик и параметров узла и опор. Для динамических и тепловых процессов целесообразно иметь самостоятельные модели, но при этом ~учитывающие корреляционные связи между процессами. Модели, описы- 3.2. Радиальная жесткость на переднем конце шпинделя с опорами качения Радиальная жесткость 5*10 '. Н(мм, при диаметре шейки шпинделя, мм Тин подшипника передней опоры Двухрядный ролико- вый Три радиально-упор- ных шариковых : 20 — 25 25 — 30 40 — 45 12 — 1 4 16 — 18 25 — 27 70 — 80 110 — 120 130 — 140 38 — 40 50 — 60 3.3.
Жесткость шпиндельных узлов с опорами качения Жесткость 5 ° 10 ', Н~мм Диаметры перед- ней опоры до%, мм тип подшипников передней опоры юсевая радиальная Три радиально-упорных шариковых легкой серии с углом контакта 25' То же сверхлегкой серии То же сверхлегкой серии с углом контакта 15о Однорядный канонический Двухрядный роликовый цилиндрический и упорно-радиальный 39,0 40,0 17,5 20,0 80/'140 90/125 90/125 80/140 80/125 22,8 18,2 16,0 15,0 22,0 96,0 Примечание. В числителе Д вЂ” внутренний диаметр передней опоры, в знаменателе Й вЂ” наружный диаметр передней опоры. вающие поведение ШУ и опор при динамических и тепловых процессах, представлены в п. 3.3 — 3.8.
Для прогнозирования ресурса требуется своя модель процесса изнашивания опор. Оптимальное проектирование ШУ. Основное требование, предъявляемое к ШУ,— высокая выходная точность. Производительность при этом является критериальным ограничением. Поэтому основной целью оптимизации конструкции ШУ является минимизация смещений переднего конца шпинделя, определяющих параметры точности х1, ..., х, обрабатываемых на станке деталей: точности размера, точности взаимного расположения поверхностей, точности формы, волнистости и шероховатости. Оптимальное проектирование ШУ тем самым подразумевает поиск параметров У~, ..., У„шпинделя и его опор, прямо или косвенно, но в наилучшей мере удовлетворяющих минимальным значениям выходных параметров точности х~, ..., х~, которые и являются решающими расчетными параметрами.
Задачи оптимизации реальных систем шпиндель — опоры или шпиндель — опоры — корпус, как правило, не только многопараметрические, но и многокритериальные. Даже если математическое описание конструкции и область изменения варьируемых параметров ШУ У1, ..., У„ известны, то формирование целевой функции (обобщенного критерия качества) Ф (У1, ..., У ) представляет собой серьезную проблему.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
