Проектирование автоматизированнь1х станков и комплексов (831033), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Они имеют стальные кольца и керамические шарики.В целом гибридные подшипники отличаются от стальных высокой жесткостью, быстроходностью и меньшим тепловыделением, но они существеннодороже. Материал шариков-нитрид кремниялью у него меньше плотность (врения ( asi3N 42,5Si3N 4 .По сравнению со стараза) и коэффициент линейного расши= О,29ас-гали), ниже коэффициент трения.2.4.3. Конструкциишпиндельных узловВвиду ряда противоречивых требований не существует такой конструкции шпиндельного узла, которая бы подходила всем металлорежущим станкам. Выделим конструкции, которые удовлетворяют в первую очередь какому-либо одному главному функциональному назначению из всего многообразия требований.Шпиндельные узлы высокой жесткости (рис.2.11)применяют для токарных станков высокой производительности, для многоцелевых, прецизионных расточных и плоскошлифовальных станков.
В передней опоре установлены подшипники NNЗ0К/SP и2344/SP-альных и осевых сил; в задней опоредля раздельного восприятия радиподшипник NNЗ0К/SP. Шпиндельразгружен от силы натяжения ремня. Для этого шкивновлен через подшипники на ступице5,1 (см.рис.2.11)устасвязанной жестко с корпусом4шпинделя.
Вращение на шпиндель передается от шкива через фланец 6.Подшипник шпинделя фиксируется ступенчатыми втулками 2 и 3 в целяхповышения точности. Масловоздушное смазывание обеспечивает низкуютемпературу подшипников, не оказывая вредного влияния на окружающуюсреду. Быстроходность конструкции шпиндельного узла ndcr = О,8· 106 примасловоздушной смазке и ndcp = О,6· 106 - при пластичной смазке.
Узел работает при частоте вращения шпинделя п = 4 500 мин- 1 , а при использованииподшипника с меньшим углом контакта (а= 30°) при п = 5 500 мин-1 .2---+-~-1----+--5Рис.2.11. Шпиндельный узел высокой жесткости3470Проектирование станков2.Жесткиеибыстроходныешпиндельные узлы. Для более высоких скоростей или снижения температуры в переданей опоре применяют радиально-упорныешариковыеЛt, С0подшипникивсочетаниироликовым или двумя шариковымисподшипниками в задней опоре. Для увеличе25ния быстроходности используют подшипники с шариком меньшего размера (серии2070СЕ вместо серии70CDлом контакта1570CD) и меньшим уг= 15° вместо а = 25°).(аПоскольку жесткость шариковогошипника в106--1 Оподраз меньше, чем роликового, то в порядке компенсации в передней опоре устанавливают53--4шариковых подшипника.Зависимость избыточной температу10515n-1 0- 3,ры Лt подшипников серии20мин-'со2.12.графикна рис.Схема установки (а) иизбыточнойподшипников(6)и 70СЕми (НС) от частоты вращения показанабРис.70CDстальными и керамическими шарикатемпературысерииПодшипники серии 70СЕ сзоне частот вращения показьmают болееи70CD2.12.шариками малого размера во всем диапанизкую температуру.70СЕ со стальными и керамическиТиповаями (НС) шарикамиконструкцияжесткогоибыстроходного шпиндельного узла вертикального многоцелевого станка показана на рис.установлен комплект из трех подшипников серииNNЗ0К/SP (Р4,2.13.
В передней опоре70ACD/P4, в задней -класс точности подшипников). Следует обратить вниSP -мание, что элементы конструкции шпиндельного узла выполняют дополнительные функции-фланцы1и3одновременно являются элементамилабиринтного уплотнения; для фиксации подшипников передней опорыприменяется специальная ступенчатая втулкафункцию выполняет шкив4.2,а для задней опоры этуШпиндель работает с максимальной частотой1вращения п = 12 ООО мин- при пластичной смазке, избыточная температураЛt= 10 °С.Быстроходные и особо быстроходные шпиндельные узлы.
Необходимость повышения быстроходности узла вызвана высокопроизводительнойобработкой заготовок малого диаметра или инструментом малого диаметра.При этом учитывается, что повышение производительности связано с увеличениемскорости(600 ... 1 800 м/мин)резания.Развиваютсяи сверхскоростной(>направлениявысокоскоростной1 800 м/мин) обработки. Керамиче2 ООО м/мин и более. Сверхско-ский инструмент допускает скорость резания2.4.71Шпиндельные узлы на опорах качения141·!11---=J=-...=1321t111\- -/11111111L_L_1t<---r--"1.1L_J __ J',--, - 1'~-т-~///.1.1111Рис.2.13.Жесткий и быстроходный шпиндельный узел многоцелевого вертикального станкаростная обработка сопровождается малым повышением температуры обрабатываемого изделия, снижением силы резания, получением зеркальной поверхности и т.
д.В качестве опор шпинделей применяют радиально-упорные шариковыеподшипники высокой быстроходностилема-( серии70СЕ, 70СС). Главная пробснижение температуры подшипников. В быстроходных узлах устанавливают по два подшипника в опорах, в особо быстроходных-по одному.При проектировании быстроходных шпиндельных узлов следует обратитьвнимание на допустимуюпредварительный натяг,температуру,силу трениясмазку, охлаждение,вподшипниках,критическую частоту вращения.
Не следует забывать, что принудительное охлаждение шпиндельных узлов допустимо лишь при низкой избыточной температуре опор(Лt;::5°С).722.Проектирование станков2.4.4. Расчет шпиндельных узловДля расчета шпиндельного узла используют дифференциальное уравнение упругой линии балки, лежащей на упругом основании:EJyrvгде Е -= р(х),(2.2)модуль упругости материала шпинделя;деля; у -J-упругое смещение (прогиб) шпинделя; р(х)момент инерции шпин-функция нагрузки.Общее решение этого уравнения дано акад. А.Н.
Крьmовым. Применительно к шпиндельным узлам задача решена проф. П.М. Чернянским и сводится к расчету балок на точечных упругих опорах. Решение уравнениясодержитдвапостоянныхкоэффициентанезависимоотчисла(2.2)опорподшипников и вида нагрузки:EJy=Ao+А1 х +Ф(х),(2.3)где А 0 , А 1 постоянные коэффициенты, определяемые из граничных условий над опорами; х координаты по длине шпинделя; Ф(х) частное решение полного уравнения(2.2).Расчет можно выполнить одновременно с учетом всех действующих сил имоментов, но методически удобнее определять прогиб у; от действия каждойсиловой нагрузки.
Тогда суммарное смещение шпинделяп(2.4)y=LY;,i=lгде п -число силовых факторов.ууьасFхs;j'[ ·1;,.,~~tR1i R2аРис.аG оптб2.14. Расчетная схема шпиндельного узла (а), а такжеоптимальноерасстояние между опорами и баланс силовых смещений шпинделя(6)Рассмотрим расчет упругих смещений шпинделя при консольно-приложенной силеF (рис. 2.14, а). Запишем уравнение (2.3) для граничных условийнад опорами:при х = Ь, у = --Yt(2.5)2.4.при х = аШпиндельные узлы на опорах качения73+ Ь, у = у2EJy2 =Ао +А~(а+Ь)+Ф(а+Ь).Смещения опорYt,У2 определим через реакции(2.6)R 1, R2 ижесткостиk 1, k2опор:R2Fk2k2 аЬ(2.7)У2=-=--.Жесткости опор будем считать справочными величинами, а реакциинайдем из уравнений моментов относительно первой и второй опор:R1 = F(1+ Ь/а);R2 = FЬ!а.В общем случае частное решение будет следующим:Ф(х)=гдеF;6(х-l; )3,(2.8)координата приложения силы F;.l; -При х = Ь и х = а+ Ь соответственно получаемФ(Ь)=-: Ь3 + : 1 (Ь-Ь) 3зFзR1=-: Ь ;3(2.9)зFR1зФ(а+Ь)=- - (а+Ь) +-(а+Ь-Ь) = -- (а+Ь) + - а.666Совместным решением уравнений(2.5)-(2.10)(2.10)6можно определить упругое смещение в любой точке по длине шпинделя.
В частности, смещение переднего конца шпинделя21(а+Ь) 1(Ь)Ушл =-F[ki -а- + k2 ~где Jь,Ja -232ьаЬ+ 3ЕJь + 3EJa](2.11)'соответственно моменты инерции консольной и пролетной частей шпинделя.Анализ выражения(2.11)показывает, что существует оптимальное расстояние между опорами шпинделя a0irг, которому соответствует минимальноесмещениеYmin и максимальная жесткость шпиндельного узла2.14, б). Кривая 1 построена с учетом жесткости вала и опор, кривая 2 только жесткости вала, а кривая 3 только жесткости консольнойупругое(рис.части Ь шпинделя.Зависимость(2.11)можно использовать для обоснования конструкциишпиндельного узла. Например, определить влияние пролетной части а, консольной части Ь и опор на упругие смещения Уа, Уь, Уоп· В разных сечениях подлине шпинделя соотношения между Уа, Уь и Уоп изменяются.
При аобладает смещение опор, при а-Разделив обе части уравненияпереднего конца шпинделя:оо--О пресмещение вала.(2.11)на смещение Ушп, найдем жесткость742.kПроектирование станков-[_!_(а+Ь)2 +-1 (!?_)2 + ~ + ~ ]-'!ШТ -Зависимостиаk,(2.11)k2 а(2.12)и3ЕJь(2.12)3EJaпозволяют не только определять прогиб ижесткость шпинделя, но и исследовать влияние на них размеров а, Ь, с шпиндельного узла и жесткости опор.
Пока это единственный узел станка, который можно исследовать еще на стадии проектирования .В табл.2.3приведены расчетные схемы и зависимости для определенияпрогиба от действия единичной силыF = 1 (первые три схемы) и равномернораспределенной силыq (четвертая схема), равной отношению силы тяжестиG шпинделя к его общей длине l, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
