Проников А.С. 1995 Т.2 Ч.1 (830965), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Инерционный привод, состоящий из отключаемого разгонного устройства и маховика, ~насаженного на шпиндель, позволяет получить наилучшие результаты. В,качестве разгонного устройства обычно применяют электродвигатели. Момент инерции маховика должен быть достаточным для обеспечения требуемой частоты вращения в течение заданного времени. Тип,привода целесообразно выбирать, сравнивая области состояний выходных параметров шпинделя .(определенные по ЛЧХ его переднего конца 125~) с заданной областью работоспособности.
Область состояний сформирована совокупностью конкретных реализаций ЛЧХ (рис. 3.13,а). Сравнение динамического качества ШУ с приводами различных типов рационально проводить и по верхним границам областей состояний (рис. 3.13, б). 102 50 ГОО 200 500 1, Ги О И 50 100 200 500 К а~ О) 4~, июч О И Ах~ ~~~ ОО О 20 50 160 РОО 500 К, Ги О ЯО 20 50 100 200 Я00500 Р Га ф Рис. 3.13. Выбор типа привода по областям состояний АЧХ: а — формирование области состояний совокупностью реализаций АЧХ; б — верхние границы областей состояний (радиальные колебания~ с амплитудой А ) при клйиоременной (1) и плоскоременной (2) передачах; в — верхние границы областей состояний (осевые колебания с амплитудой А з ) при инерционном приводе (1), приводе сильфонной муфтой (2) и приводе плоским ремнем (3); а — вероятностная оценка динамического качества, привода 103 Например, если заданной точности обработки соответствует верхняя граница области работоспособности с предельной амплитудой осевых колебаний шпинделя 0,1 мкм (рис.
3.13, 8), то этому условию полностью отвечает только инерционный, привод '(кривая 1) ШУ. Привод с сильфонной муфтой (кривая 2) удовлетворяет заданному условию только начиная с частоты ~~115 Гц; привод плоским ремнем (кривая 8) практически непригоден. Если же допустимая погрешность обработки определяет границу области работоспособности значением 0,2 мкм, то и привод сильфонной муфтой пригоден за исключением частот 25 — 42 Гц; если допустимая погрешность обработки составляет 0,3 мкм, то любой из этих приводов удовлетворяет условиям точности. При любой фиксированной частоте может быть установлено распределение амплитуд для всей совокупности реализаций ЛЧХ привода, полученных при варьировании исследуемых факторов. На рис. 3.13, г показана рассчитанная вероятность выхода области состояний по АЧХ в радиальном направлении за границу области работоспособ.ности (0,1 мкм) для .привода масляной турбиной.
При частотах 28 и 380 Гц эта вероятность составляет соответственно О,О?5 и 0,008. Требовайия. к точности. Точность ШУ изначально зависит от точности изготовления базовых поверхностей шпинделя, шпиндельных расточек корпуса и точности опор. В табл. 3.7 приведены рекомендуемые значения допусков на изготовление базовых поверхностей шпинделя, корпуса и подшипников скольжения.
Рекомендации по выбору класса точности подшипников качения в зависимости от класса точности станка приведены в табл. 3.8. Материалы и термообработка. Шпиндели станков нормальной точности изготовляют из конструкционных сталей 45, 50, 40Х с поверхностной закалкой (при предварительном нагреве ТВЧ) до твердости НКС, 57. Шпиндели сложной формы изготовляют из сталей 50Х, 4ОХГР с объемной закалкой до НКС, 61. Для шпинделей высокоточных станков применяют низкоуглеродистые стали 20Х, 18ХГТ, 25ХГТ., 12ХНЗА, с цементацией или нитроцементацией и закалкой до твердости НКС, 63. 3.7.
Точность изготовления базовых деталей Тип опоры Параметр точности Качения для станков базовой поверхности точности Гидроди- намиче- ские Гидростати- .ческие Газостати- ческие Магнитные НиП ВиА Базовые шейки шпинделя Базовые расточки корпуса Отклонения от: круглости и ци- линдричности параллельности 0,004 О 01 0 003 0,.003 0,01 0,01 на длине 500 0,005 на длине 500 0,003 на длине ;500 0,008 на длине 500 О,ОО5 на,длине ,150 0„005 на длине 500 Поверхности втулок 0,01 0,005 О,ОО5 0,0012 '0,005 на диа- метре 150 0,005 на диа- метре 100 О,ООЗ на диа- метре БО Для шпинделей умеренно нагруженных высокоточных станков с целью уменьшения внутренних деформаций используют азотируемые стали 36ХМЮА, 38Х2МЛОА, 38ХВФЮА с закалкой до твердости НУ 880. Высокоскоростные шпиндели ШУ с газостатическими опорами изготовляют из хромистых сталей 95Х18, 4ОХ13.
3.8. Рекомендуемые классы точности подшипников качения для шпинделей Класс точности радиальных подшипников Класс точности упорных подшипников Класс точно- сти станка Передняя 'опора Задняя опора Отклонения от: круглости цилиндричности Биение упорных буртиков относительно шеек Взаимное биение буртиков Отклонения расто- чек и посадочных поверхностей от круглости и ци- линдричности Биение упорных буртиков относи- тельно базовых расточек 0,002 0 002 0,003 на диаметре 100 О,ООЗ на длине 500 0,001 0,002 0,002 на диаметре 100 0,002 на длине 500 0,001 0,002 0,002 на диаметре 100 0,002 на длине 500 5 2 О~001 0,002 ,О,ООЗ на диаметре )150 0,002 на длине 500 .О,ОО16 О,ОО16 0,0016 на диаметре 32 0,0016 на длине 150 О,ОО2 О,ООЗ 0,002 на диаметре 1,:ОО 0,002 на длине 300 Втулки гидростатических подшипников изготовляют из относительно дешевых бронз БрО5Ц5С5 и им подобных, так как случайные контакты шпинделя со втулкой могут быть только в режимах пуска и останова.
Отливка должна быть получена литьем под давлением или центробежным литьем, пористость на рабочих поверхностях не допускается. При надежной работе системы питания допускается изготовлять втулки из стали 40Х с последующими нормализацией и улучшением. Самоустанавливающиеся вкладыши гидродинамических подшипников выполняют либо из бронзы Бр. 01ОФО,5, либо из биметалла (на стальную основу напыляют слой бронзы толщиной 0,5 — 1,5 мм). Втулки газостатических подшипников изготовляют из сплавов графитовы~х (углеграфит АГ-1500-Б83) или бронзовых (бронзографит МК Бр2 допрессованный непропитанный). Для ШУ с линейной скоростью рабочих шеек менее 50 м/с хорошо себя зарекомендовал~и фосфористые бронзы, например„Бр. ОФ6,5 — 0,15.
Исследования материалов для газостатических подшипников показали, что использование покрытий (например, оксида алюминия) шеек шпинделя и втулок из,керамики способствует предотвращению аварийных ситуаций. 3.3. Расчет шпиндельных узлов Приближенные методы расчета применяют для оценки статической жесткости ШУ, собственной частоты колебаний шпинделя и смещений переднего конца шпинделя под действием теплоты. На прочность рассчитывают только тяжело нагруженные шпиндели.
При расчете на жесткость определяют диаметр Х) передней шейки шпинделя и расстояние Ь между опорами (рис. 3.14). Величину а консоли шпинделя регламентируют стандартные размеры его переднего конца и применяемые уплотнения, величина а должна быть возможно малой. В приближенных расчетах шпиндель заВ меняют балкой на двух опорах, нагружен4$$ ной на консоли внешней силой Р и силой Р р со стороны привода. Радиальное смещение переднего конца шпинделя (3.2) Дх = Дшп+ Доп+ Дт, Рис.
3.14. Расчетная схема где д — смещение от прогиба тела шпин- шпиндельного узла деля; у,п — смещение от податливости опор; д,— смещение, вызванное сдвигом от действия поперечных сил, этой составляющей можно пренебречь, так как ее значение для реальных размеров шпинделей с центральным отверстием не превышает 3 — 6% от у,. Тогда суммарное смещение а(1 — ~)+ Ь 2 1 а' + —. (1 — ~)— Л ~2 а + ~~1 — ~) ~а +гЯ где Š— модуль упругости материала шпинделя, Мпа; У.
и У~ — осевые моменты инерции сечения шпинделя соответственно на консольной час- ти и между опорами, мм4; ~~ и ~~ — жесткость перед~ней и задней опор шпинделя, Н/мм; ~ — коэффициент, учитывающий наличие защемляющего момента в передней опоре, ~=03...0,45 для схем 1 — 3 (см. табл. 3.9); ~=0,15...0,25 для схем 4 — 5; ~=0,2... 0,3 для схемы 6; ~=0,1... 0,2 для схем 7 — 8; ~=О для схемы 9; для гидростатических, гидродинамически~х и газостатических опор ~=О.
Общая, податливость ШУ С~=1Д~=у,/Р, где Ь вЂ” суммарная жесткость ШУ, и в соответствии с выражением (3.2) она может быть представлена в виде: а 0 (1 — ~) ~ь 1а (З.З) Ьз ~~.~ь ~ + 6Е ~ которое легко решить графически (см. рис. 3.:2). Собственная частота колебаний шпинделя, не имеющего больших сосредоточенных 'масс, ЕУа ®с = ~/ ~1+Цз ~ ю где т — масса шпинделя, кг; Х=Ь/а — относительное межопорное расстояние; Й=~(Х) — коэффициент, который при 1=2,5...4 равен 2,3— 2,4. При наличии сосредоточенных масс значения а, получают завышенными.
При обработке деталей на станке частота вынужденных колебаний шпинделя должна отличаться на 20 — 25% от а,. Тепловые смещении переднего конца шпинделя. Приближенная оценка тепловых смещений, Лх, Лу, Л~, Л~р, Лф (см. рис. 3.1, г) переднего .конца шпинделя может быть осуществлена .по деформациям характерных размеров 1; ШУ: А(.с) = РУ ОЛЕЙ~'~ (т), где ~ — коэффициент линейного расширения; 4 — характерный размер при ЛО=О; ЛО®(т) — разности избыточных температур характерных тепловых точек 1 — 4 ШУ (рис. 3.15).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
