металло и автоматы (841805), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Шпиндели рассчитывают на жесткость. Йля тяжелонагруженных шпинделей производят поверочный расчет на прочность. При расчете иа жесткость шпиндель заменяют балкой иа опорах, причем тип опоры выбирают в зависимости от типа подшипника (рис. 71). При двух шариковых подшипниках качения расчетная схема принимает вид балки на ножевых опорах (рнс. 71, а). Если в передней опоре два подшипника качения или один роликовый, то можно считать, что шпиндель в этом сечении не имеет поворота (рис. 71, б).
Если в передней опоре применен подшипник скольжения (рис. 71, в), то он создает определенный реактивный момент М, который приближенно равен 0,3 — 0,35 от М„„в передней опоре. При двух подшипниках скольжения (рис. 71, г) следует вначале определить прогиб у, при деформации шпинделя в пределах радиального зазора подшипников, рассматривая его как балку на двух ножевых опорах.
Если сила вызывает большую деформацию, то следует подсчитать прогиб у, конца шпинделя от той составляющей силы, которая деформирует его как консольную балку с заделкой в передней опоре. Суммарный прогиб у=(у,+ух). Кпрогибу шпинделя следует добавить его деформацию на упругих опорах, рассматривая при этом шпиндель как жесткое тело. При определении прогиба шпинделя для приближенных расчетов допустимо выбирать средний момент инерции по основному участку шпинделя или определять его по расчетному среднему диаметру: (36) где д„1, — диаметры и длина участков шпинделя; й — обшая длина шпинделя.
У, Уа пи: г! Ни~ же~ иг ~.~е~й ~~йй~м,".~и Для шпинделей с резкими переходами сечений при уточненных расчетах следует строить упругую линию шпинделя, как ступенчатого вала со своим моментом инерции сечения на каждом участке или применять метод начальных параметров. Характер нагрузки на шпиндель учитывается коэффициентом К, на который умножают значение окружной силы: К=1 при спокойной работе (токарные, сверлильные, шлифовальные станки), К= 1,25 при значительных колебаниях нагрузки (фрезерные, зубофрезерные станки) и К= 1,4 при ударной нагрузке (долбежные, зубодолбежные, строгальные станки). Допустимую величину прогиба определяют исходя из точности обработки на станке.
При приближенных расчетах допустимый прогиб шпинделя выбирают исходя из опыта эксплуатации станков. Можно принимать его равным 1/3 от допустимого биения шпинделя. Часто допустимый прогиб конца шпинделя подсчитывают по формуле у, = (0,0001 —:0,0002)1, где расстояние между опорами шпинделя, а максимально допустимый угол поворота конца шпинделя принимают равным 0 .„=0,001 рад. На величину деформации шпинделя и реакцию в опорах влияет положение приводного зубчатого колеса, передающего вращение на шпиндель (рис.
71, д, е) 112 В схеме ! результирующая сила !т,', определяющая величины реакций !(, и !г, в передней и задней опорах,' равна сумме силы резания Р и нагруз- '. ки ь) на зубчатое колесо. В схеме ' 71 !т=-Р— Я. Схема П выгоднее в тех '. случаях, когда необходимо уменьшить . реакцию в передней опоре (рис. 71, а).
' Схема ! более благоприятна, если требуется минимальный прогиб шпинделя, так как при этом у,<уп. Поэтому: схему 7 чаще применяют в точных станках, а схему П вЂ” в станках для черновой обработки. Расчет шпинделей на виброустойчивость рассмотрен в разделе 3.
В качестве опор шпинделей применяют прецизионные подшипники качения и подшипники скольжения с жидкостным трением. К опорам шпинделей предъявляют следующие основные требования. 1. Необходима высокая точность вращения. Биение шпинделя станков нормальной точности находится в пределах 0,01 — 0,03 мм, а для прецизионных станков достигает нескольких микрометров. Эту точность могут обеспечить подшипники качения и скольжения. Однако в последнем случае при изменении нагрузки скорости ось вращения шпинделя будет смещаться, так как изменяется толщина масляной пленки.
2. Опоры шпинделей должны быть долговечны. Подшипники качения име- а) .', Рж тЗ 0~ гййлльииг иммкчкики ~хчейий язй а~йййВОяей 113 ограниченный срок службы, завиий от частоты вращения шпинделя нагрузки. Подшипники скольжеизнашиваются только в период а, останова или реверса станка, и ому при редких включениях станка т работать длительное время без нта. Виброустойчивость опор — важное вие для работы высокооборотных нделей. Современные прецизионные шипники качения отвечают требою виброустойчивостн. Подшипники ьжения обладают способностью га;,сить колебании за счет демпфируюшего ',действия масляного слоя 4. Для универсальных станков необ- 'ходимо, чтобы подшипники работали :::,,одинаково надежно во всем диапазоне ,'-применяемых скоростей и нагрузок : В зтом отношении неоспоримое преиму::удество имеют подшипники качения.
5. Эксплуатационными преимушест ;"вами (легкость замены. меньший уход !,':в т. п.) также обладают подшипниьйи качения, в результате чего они и по;-;)лучили наибольшее распространение. .':;.'Для тех станков, где имеет место бо- ' лее постоянный режим работы, где ред;;:ки периоды пуска станка и требуется :,::::высокая виброустойчивость шпинделя, .':-,:с успехом применяются подшипники '::скольжения. К таким станкам в первую ::::очередь относятся шлифовальные стан':.
ки, занимавшие все большее место ';:в общем парке станков. ": $ 2. Подшмвииим ивченмя Для шпинделей станков практически ":применяют все основные типы подшип; Ников качения: шариковые радиальные н радиально-упорные, роликовые с коническими и цилиндрическими роликами, а также специальные конструкции. Последние отличаются от обычных не только повышенной точностью, грузоподъемностью н быстроходностью, но и конструктивными особенностями. К таким подшипникам относятся двухрядный подшипник с цилиндрическими роликами (см.
рис. 67). Двойной ряд точных роликов и их шахматное расположение повышает грузоподъемность подшипника. Точность врашения шпинделей в таких подшипниках может быть обеспечена в пределах нескольких микрометров. . По данным А. М. Фигатнера !54), в качестве характеристики работоспособности шпиндельных опор качения можно принять следующие показатели: К,=-, Вт ° мм-'; К,=!О ~()л,„„ Ф К мм ° мин '; Кз=-, Вт ° мм ', К,= З= д ° =10 м~(п,„, мм ° мин ', где Ф вЂ” мошность привода; и „ — наибольшая частота вращения шпинделя; (7 — максимальный диаметр обрабатываемой детали; д — диаметр шпинделя в передней опоре.
Здесь показатели К, и Кз характеризуют среднюю нагружен- ность шпиндельных узлов станка, а К, и К, — нх быстроходность. Развитие конструкций шпнндельных узлов характеризуется возрастанием указанных показателей. Это связано с применением специальных типов подшипников качения, основные из которых показаны на рис. 72. Шарикоподшипиик упорно-радиальный двухрядный с углом контакта 60' (рис. 72, а) предназначен для вос- сьмпеампю приятия осевой нагрузки.
Его устанавливают рядом с двухрядным роликоподшипником с короткими цилиндрическими роликами. Параметр быстроходности б„п,„= (4+5) 10~ мм ° мин', что в 2 — 2,5 раза больше, чем у обычных упорных шарикоподшипников; здесь Ы =(О„+с(~)", где ΄— наружный диаметр подшипника; Нз — диаметр отверстия подшипника. Роликоподшипники конические однорядные н двухрядные с буртом на наружном кольце (рис. 72,. б, д) предназначены для восприятия радиальной н осевой нагрузок. Их устанавливают, как правило, в передней опоре шпинделя; Н„п,„=(3,9 —:4,2)10~ мм ° мин'.
Роликоподшипиик конический однорядный с широким наружным кольцом (рис, 72, в) устанавливают в.заднюю опору шпинделя. Параметр быстроходности имеет то же значение, что у подшипников, показанных на рис. 72, б, д. Особо быстроходный раднальноупорный шарнкоподшипиик в универсальном исполнении (рис. 72, г) пред- назначен для восприятия радиальной' и осевой нагрузок. Подшипники собирают в комплекты (два, три или четыре подшипника). Для обеспечения высокой точности вращения, шпиндели устанавливают в подшипниках повышенных классов точности: высокий (5 кл.), прецизионный (4 кл.), сверхпрецизионный (2 кл.) (ГОСТ 520 — 71).
На рис. 73, а — е представлены схемы шпиндельных узлов, в которых использованы специальные подшипники. Шпиндельные узлы, приведенные на рис. 73, а, предназначены для средних и тяжелых токарных„фрезерных, фрезерно-расточных и шлифовальных станков; их используют при работе на высоких скоростях с умеренной и боль.
шой нагрузкой. Узлы иа рис. 73, б применяют для выпускаемых крупными сериями и тяжелых токарных станков; их используют при работе на умеренных скоростях с большой нагрузкой. Шпиидельные опоры, данные на рис. 73, в, предназначены для выпускаемых Рис тз. тхпьзье сххим микклеххкмх ттлоз 114 где Р— эквивалентная (расчетная) нагрузка; С -- динамическая грузоподъемность данного типоразмера подшипника, взятая из каталога; показатель степени а =3 — для шарикоподшипников, а=З,ЗЗ вЂ” для роликоподшипннков. Прн определении расчетных нагрузок, действуюших на опору, следует учитывать переменность работы шпинделя станка, поскольку работа происходит при различных частотах вращения н нагрузках.
Кроме того, следует учитывать, что шпиндель, несущий инструмент или заготовку, подвергается дополнительным динамическим нагрузкам, возникающим в процессе резания. Это учитывается коэффициентом динамичности Кх, для токарных, сверлильных и шлифовальных станков К =1,5 и для фрезерных станков К„= 2. Сила предварительного натяга подшипников А„увеличивает осевую нагрузку А, которая становится равной А+А„.
Минимальное значение предварительного натяга должно определяться из условия, чтобы после приложения к шпинделю полезной нагрузки в подшипнике не образовался зазор. Из этого условия А„>1,58Н85~ т- 0,5А, где (1 — внешняя радиальная загрузка, А — внешняя осевая нагрузка (плюс ставят, если она ослабляет натяг, и минус, если увеличивает его), 8 — угол контакта тел качения с кольцом. Долговечность подшипника, рассчитанная по каталожным значениям С, соответствует 90%-ной вероятности его безотказной работы (см. гл. 18). Однако для шпиндельных подшипников необходимо обеспечить более надежную работу, чтобы огказ шпиндельного узла не произошел в период между плановыми ремонтами станка. При расчете нового значения динамической грузоподъемности С„можно использовать коэффициент К, (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
