Проников А.С. 1995 Т.2 Ч.1 (830965), страница 36
Текст из файла (страница 36)
Эта тенденция ослабевает, если опорная поверхность имеет вогнутую форму, в результате чего несущая способность увеличивается. Следует отметить, что требования увеличения несущей способно- 225 а~ ф Рис. 4.43. Расчетные схемы одноканавоч- ной (а) и двухканавочной (б) опор сти, жесткости и повышения устойчивости являются противоречивыми, поскольку повышение несущей способности достигается увеличением сжимаемого объема воздуха, находящегося в рабочем зазоре. Поэтому для направляющих в большинстве случаев используют плоский рабочий зазор. В:настоящее время применяют в основном две разновидности аэростатических опор: секционная с микроканавками 1 (рис. 4.42,а, сечение А — А); с точечными карманами 2, в каждый из которых воздух подводится через свой дроссель. При секционной системе поддува каждая секция имеет одно отверстие для подачи воздуха под давлением, через которое он попадает в микроканавку. Микроканавки служат для увеличения рабочей площади опор и образуют с неподвижной частью опоры капиллярные каналы.
С точки зрения повышения несущей способности опор сечения микроканавок нужно увеличивать, чтобы падение давления в них было минимальным. Однако при этом увеличивается объем сжимаемого воздуха, что приводит к:неустойчивости. Сечение микроканавки (глубина 1) должно быть таким, чтобы объем воздуха в ней был в 4 — 5 раз меньше, чем объем, образованный площадью опорь: и высотой щели. Устойчивость опоры повышается также при уменьшении зазора (увеличении веса, уменьшении подводимого давления) и при использовании дискретного источника поддува.
Таким образом, воздух из области высокого давления, пройдя последовательно через три сопротивления (отверстие поддува, микроканавки и зазор в опоре) выходит в атмосферу. При большой ширине направляющих применяют двухканавочные опоры (рис. 4.42, б), повышающие эффективную площадь; здесь в каждом сечении опоры возникает свое рабочее давление р1 и.ра. Эксплуатационные характеристики направляющих (жесткость, несущая способность) зависят от конструкции и характеристик дросселя (отверстия поддува). Используют диафрагменные (рис. 4.42, в, схема 1) и капиллярные или щелевые (рис.
4.42,в, схема 11) дроссели, падение давления в которых происходит из-за динамического напора в сопле 1 диаметром д или трения в капилляре 2 (в щели Ьд). Важно правильно выбрать соотношение сопротивлений дросселя и опоры, от которого завиРю Ф сят жесткость и несущая способность.
Оптимальным является Ю отношение рд.' р,ж2: 3, где ров давление на входе в микроканавку. Расчет направляющих. РасР~ четные схемы одноканавочной и ъ~ф йсу двухканавочной опор показаны Ъ~ на рис. 4.43. Воздух подается 'к Я~ у опоре под давлением р„пройдя через отверстие 1 поддува (дроссель) диаметром д, он поступает Ф в микроканавку под давлением р~ и, двигаясь вдоль нее, через зазор высотой Й выходит в атмосферу.
Так как при малой высо- зязкость газа; уо — удельный вес воздуха при давлении р; а=0,75 коэффициент истечения газа; д — ускорение свободного падения. Закон распределения давления по ширине направляющих (вдоль оси У) имеет вид РФ вЂ” (РФ 1) (1 2д/Ь) с»(1 ж) т +1 (4 19) Несущую способность одноканавочной опоры определяют с учетом выражений (4.17) и (4.19) ~»=4р,ЫК где К вЂ” несущая способность единицы площади опоры. Значения К„для различных К и р» приведены на рис. 4.44, б. Для обеспечения максимально возможной жесткости нужно оптимизировать параметр К» (выбрать диаметр д) при заданных значениях давления поддува ро и характеристики опоры К.
На рис. 4.44,в приведена зависимость жесткости 6», характеризующей отношение К„к зазору в направляющих от параметров К, К» и давления ро. Задаваясь значениями ро и К, по графику найдем оптимальное (по жесткости) значение К». Зависимость оптимального давления ра,„, для,выбранных параметров К, К» и входного давления ро .показана на рис. 4.44, д. Жесткость одноканавочной опоры (4.2О) Глубина микроканавки (см. рис. 4.42, а) ~<»~о,тьь,. Расход воздуха через дроссель (4.21) ЯдРо Ри Р 7о (4.22) Двухканаво чная направляющая. Питание двухканавочной опоры (см.
рис. 4.43, б) осуществляется через отверстие 4 поддува, расположенное в средине короткой перемычки 1, соединяющей микроканавки 2 и 3. Глубина перемычки на 30 — 40% больше, чем глубина микроканавок, поэтому можно принять давление р» вдоль перемычки по-стоянным (см. рис. 4.42, б). При ( — 2Ь): 1, не превышающем 1: 3 давление по ширине направляющей практически не изменяется.
. Несущая способ~ность одной опоры Г2= Г»+Рп где Р» — несущая способность перемычек (шириной Ь), рассчитанная аналогично одноканавочной опоре при приведенной глубине микроканавки 1„»,-1,191 (так как истечение воздуха осуществляется только наружу в отличие от одноканавочной опоры); Є— несущая способность поверх~ности, ограниченной микроканавками ~ < 0,55»' (Ь+ 0,5»В — 2 Ь) Ь;, '~п=2 (В 2Ь) ~раКн где К ' — несущая способность двухканавочной опоры,  — полная.
ширина направляющей. кие опоры незаменимы в сверхточных станках (алмазно-фрезерных и им,подобных), поскольку позволяют повысить точность благодаря большому редуцирующему эффекту (позволяющему уменьшить влияние погрешностей изготовления деталей опоры на траекторию перемещения в 10 — 20 раз), а также стабильному тепловому режиму. На рис. 4.45 показан фрагмент транспортной системы ГПС <сПриз- ма 2ъ (фирма ГК1ТХ НЕСКЕРТ, г Германия) для перемещения спутника 3 с заготовками 2, массой до 1600 кг. Спутники установлены на аэростатических направляющих 1, воздух в которые подается через сопла, находящиеся в данный момент под — 1м спутниками (сопла подключаются в работу самим перемещающимся спутником).
Спутники Х перемещаются от линейныхэлектродвигателей 5, взаимодействующих с якорем 4 спутника. Рис. 4.45. Фрагмент транспортной си- Примером использования стемы ГПС с аэростатическими на- аэростатических круговых направляющими правляющих стола и направля- ющих поступательных перемещений являются горизонтально-расточные станки фирмы %остап (Германия) с диаметром шпинделя до 160 мм и размерами стола от 1ОООХ Х1250 до 4000Х4500 мм. На рис. 4.46 показаны аэростатические направляющие 2 (с микрока~навками) шпиндельной бабки 1, отличительная особенность которых заключается в том, что для повышения жесткости предусмотрена предварительная механическая .нагрузка с помощью подпружиненных ро- 230 Рис. 4.46.
Аэростатические направляющие поступательного движения ликов 8. Большое влияние на динамические характеристики таких направляющих оказывает соотношение жесткости С1 слоя воздуха и жесткости С2 поджимных устройств. Оптимальные условия достигаются при С,»С1 и о>А, где о — деформация упругого элемента от силы поджима; А — изменение толщины масляной пленки при изменении статической нагрузки на направляющие ~91. Высота зазора в направляющих составляет около 10 мкм. Для.обеспечения угловой жесткости число карманов ~ на каждой направляющей должно быть |не менее 2; ~=Ь„/~300...
500), где 1'„— полная длина направляющей. Ширина направляющих 20 (см. рис. 4.43, а) должна быть не меньше 40 мм; при этом используют одноканавочную схему. Для уменьшения расхода воздуха ширина перемычки между карманами а ъ~15 мм. В направляющих шириной более 50 мм (см. рис. 4.43,!б) используют, как правило, двухканавочную схему. Диаметр дросселя 0=0,2...
1 мм, зазор в направляющих О,О1— 0,025 мм. Давление ро воздуха ро=(0,4...0,5) МПа, при применении автономных компрессоров ро=1 МПа. На рис. 4.47 показан стол станка, Планшай~бы 1 вращаются на круговых направляющих 2 и радиальном аэростатическом подшипнике 8. Обязательным условием нормальной работы аэростатичеоких направляющих является надежная очистка сжатого воздуха от пыли, воды и масла.
Загрязнение воздуха приводит к сильному засариванию дросселей; содержащаяся в воздухе вода способствует коррозии деталей. Пыль, вода и масло создают на рабочих поверхностях пленку, которая препятствует нормальному течению воздуха. Обычно предусматривают предварительную и тонкую фильтрацию воздуха и специальные станции подготовки воздуха. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Автоматизированный расчет несущих систем станков: Автоматизация расчетов и проектирования металлорежущих станков / В. В. Каминская, Э. Ф. Кушнир, В. А. Ривкин, В. А. Сазонов // Сб. науч.
трудов. М.: ЭНИМС, 1988. С. 82 — 93. 2. Бушуев В. В. Гидростатическая смазка в станках, М.: Машиностроение, 1989. 176 с. 3. Детали и механизмы металлорежущих станков / Д. Н. Решетов, В. В. Каминская, А. С. Липидус и др.; Под общ.
ред. Д. Н. Решетова. Т. 1. М.: Машиностроение, 1972. 663 с. 4. Жедь В. П. Аэростатические направляющие: Руковод, техн. материалы. М.: ЭНИМС, 1977. 87 с. 5. Каминская В. В., Равве И. И. Автоматизированный расчет направляющих скольжения: Автоматизация расчетов и проектирования металлорежущих станков Д Сб.
научн. трудов. М.: ЭНИМС, 1988. С. 115 — 120. 6. Кордыш Л. М. Механизмы подачи с передачами винт — гайка для металлорежущих станков с ЧПУ: Методические рекомендации. М.: НИИМАШ МСиИП. 1984. 87 с. 7. Левина 3. М., Котляренко Л. Б., Боим А. Г. Расчет и конструирование направляющих качения с роликовыми опорами: Рекомендации МСиИП, ЭНИМС, ОНТИ. М., 1974. 47 с. 8.
Левина 3. М., Решетов Д. Н. Контактная жесткость машин. М.: Машиностроение, 1971. 263 с. 9. Макаров В. А„Верциох В. Методы расчета и пути улучшения характеристик азростатических направляющих Д Станки и инструмент. 1987. № 5. С. 15 — 17. 10. Опоры скольжения с газовой смазкой / Под общ. ред. С. А. Шейнберга. М.: Машиностроение, 1969. 336 с. 11.
Проников А. С. Надежность машин. М.: Машиностроение, 1978. 592 с. 12. Проников А. С. Программный метод испытания металлорежущих станков. М.: Машиностроение, 1985, 288 с. иппела. М.: Ма- 13. Проектирование гидростатических подшипников / Под ред. Г. Риппела. М.: ашиностроение, 1987. С. 136. 14. Соболь И. М., Статников Р. Б.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
