Часть 2. Вопросы 1-10

1. Требования, предъявляемые к шпиндельным узлам модулей главного движения станков и методы  их обеспечения.

Шп. устр-во предназначено для обеспечения точного значения обрабатываемой детали или инструмента. Шп. Уст. Входит в несущую систему станка и в значительной степени определенное качество станка.

 Требования, предъявляемые к ШУ

- точность вращения шпинделя

   Характер-ся рад. и осевым биением (5-8 мкм) шп. относительно базовых поверхностей (на которые уст-ся шпиндель). Наиболее точные станки имеют биение 0,01-0,02 мкм.

-точность опор

   Подшипники выбирают примерно в 3 раза точнее, чем допустимое биение шпинделя.

- жесткость шп. устройства

   Оценивается по отклонению т-ки, лежащей на торце шп. и его оси. Наибольшее влияние на жесткость оказывает Dшп. (в 4-ой степени), его вылет (в кубе).

- виброустойчивость

   Способность ШУ работать без резонанса. Часто виброуст-ть станков на 40-50% определяется ШУ. Причины: дисбаланс деталей (шкивов, втулок и т.д.), зубчатых колес, прерывистый хар-р резания, переменная жесткость опор и т.п.

- долговечность

   Определяется долговечностью опор п-ков, качеством регулировки и системы смазки.

- обеспечение температурной компенсации шпинделя

   В большинстве случаев ШУ проектируют так, чтобы передняя опора была полностью закреплена, а задняя – плавающая.

- быстрое и надежное закрепление детали или приспособления

- минимальная себестоимость изготовления

В ШУ применяются  обычные конструкционные стали Ст 45,50 Ст40Х,40ХН,

Твердость HRC 48-56, термоулучшение

ХВГ, 40ХГР HRC 56-60

38ХМЮА, 38ХВФМЮА (HRC 63-68)

Ст 20Х, 12ХН3А (HRC 56-60)

2. Характерные варианты схем опор шпинделя и особенности их выбора.

А)П-ки с коническими роликами (сх. 3) применяют при больших нагрузках.

Б)П-ки двухрядные роликовые с короткими цил-ми роликами (сх. 2 самые передние и задние). Отличаются высокой жесткостью и виброуст-ю, т.к. ролики соседних рядов сдвинуты на полшага, что повыш-т их стабильность и жесткость к углу поворота.

В)П-ки шариковые радиально-упорные (сх. 7) максимально быстроходны и мин. потери на трение, но обл-т мин. жесткостью, поэтому их часто применяют сдвоенными. При встреч. располож-ии (сх.7) обеспеч-ся эффект «заделки», что увел-т работу при консольных нагрузках. При расположении «гуськом» (сх.8 зад. оп.) жесткость удваивается, но осевая нагр-ка воспр-ся т-ко в одну сторону.

Г)П-ки упорно-радиальные двухрядные работают в паре с Б) (сх.4 перед. оп.)

и воспр-т осевую нагр-ку в двух напр-ях. Быс-ть п-ка выше, чем упорного в1,5-2 раза, а тепловыд-я – меньше. Д)  П-ки упорные шариковые прим-т при средних част.                      

3. Методика расчета шпиндельных опор на точность.

П-ки применяются беззазорные, обеспечивающие способность создания т.н. предварительного натяга (т-ко радиального или рад-го и осевого), тогда точность п-ков хар-ся рад-ным или осевым биением.

дельта (которая треугольник) -допускаемое отклонение шпинделя от опор.

Для уменьшения требования на точность нужно установить по нескольку подшипников в опорах.

Собственные биения шпинделя – определяют расположение оси базирующей пов-ти относительно осей базовых поверхностей шпинделя. При сборке необходимо обеспечивать компенсацию.

Для обеспечения т-ти работы опор можно при монтаже п-ков обеспечить биение в опорах в одну сторону.

4. Способы повышения точности вращения шпинделя.

Методы повышения т-ти работы опор:

- повышение класса т-ти (дорого)

- монтаж подшипников (м-но обеспечить биение в опорах в одну сторону)

     - производить монтаж с учетом собственного биения шпинделя; так ставить   п-ки, чтобы их суммарные биения были противонаправлены собственному биению шпинделя.

- установка нескольких подшипников опоре

,где Z1 и Z2 – количество п-ков в левой и правой опорах соответственно.

5. Методика расчета ШУ на жесткость.

у1 – деформация, обусловл-я нежесткостью опор

у2 – собственная нежесткость шпинделя.

y – суммарное отклонение

 j – жесткость шп.

с - податливость

jk – жесткость консольной части

J1 – момент инерции крнс. части                 

6. Способы повышения жесткости ШУ.

у1 – деформация, обусловл-я нежесткостью опор

у2 – собственная нежесткость шпинделя.

7. Блок-схема автоматизированного проектирования шпиндельного узла модуля главного движения.

δy доп=∆/3

λ=b/a=2,5÷3

8. Особенности конструкции регулируемых шпиндельных опор с подшипниками качения.

П-ки с коническими роликами обладают наибольшей жесткостью, мин-ной быстроходностью и применяют при больших нагрузках. П-ки очень чувствительны к установке натяга. Натяг осуш-ся смещением внутр. кольца отн-но наружного, напр-р гайкой.

П-ки двухрядные роликовые с короткими цил-ми роликами.  Внутр-е кольцо п-ка уст-ся на коническую (конусность 1:12) шейку шп., благодаря чему при осевом перемещении кольца происходит его деформироваение и регултиривка натяга. П-ки отличаются высокой жесткостью и виброуст-ю, т.к. ролики соседних рядов сдвинуты на полшага, что повыш-т их стабильность и жесткость к углу поворота.

П-ки шариковые радиально-упорные максимально быстроходны и мин. потери на трение, но обл-т мин. жесткостью, поэтому их часто применяют сдвоенными. При встреч. располож-ии (рисуйте раструбами внутрь)  обеспеч-ся эффект «заделки», что увел-т работу при консольных нагрузках. При расположении «гуськом» (рисуйте в одну сторону раструбы) жесткость удваивается, но осевая нагр-ка воспр-ся т-ко в одну сторону. Между сдвоенными п-ми обычно располагают кольца и ими регулируют натяг, подшлифовывая нижнее кольцо.

П-ки упорно-радиальные двухрядные работают в паре с радиальными и воспр-т осевую нагр-ку в двух напр-ях. Быс-ть п-ка выше, чем упорного в1,5-2 раза, а тепловыд-я – меньше. Натяг – за счет кольца.

П-ки упорные шариковые прим-т при средних част. вращения. Натяг должен препят-ть смещ-ю шариков с дорожек под дейст-ем центробежных сил и искл-ть поворот шариков. Для обеспеч-я этих треб-ий натяг д-н возрастать пропорционально квдрату частоты вр-я.

П-ки радиально-упорные керамические двух типов: полностью керамические (напр-р из нитрида кремния) или п-ки у к-х из керамики выполонены только шарики. Быстроходность увелич-ся примерно вдвое, уменьшается нагрев (в 1,8 раза) и имеют более низкий к-т трения и к-т линейного расширения.

9. Особенности конструкции гидростатических опор шпинделей.

В качестве смазки прим-ся рабочая жидкость, масло с низкой вязкостью.

Перемычки образуют дроссели на вых. из карманов.

Давление в кармане Рк обеспечивает работу подшипника. 

Такая опора обеспечивает автоматическое саморегулирование и поддерживает постоянное положение оси шпинделя.

Плюсы: возможность автоматич-го управления положением оси шпинделя , следовательно растет точность обработки, высокая несущая способность (до 1000 т.), малый к-т трения в широком диапазоне скоростей, высокое демпфирование (обеспеч-т работоспособ-ть п-ков при больших ударных нагр.), редуцирование погрешностей обр-ки сопряженных пов-ей опоры (позволяет применять п-ки и направляющие при высоких треб-ях к т-ти перемещ-я рабочих органов станка).

10. Особенности конструкции гидродинамических опор шпинделей.

Несущий масляной слой образуется при вращении вала в результате затягивания масла в клиновой зазор м/у рабочими пов-ями вала и вкладыша. Избыточное давление Р возникает в начале сужения зазора и заканчивается за т-кой минимального зазора в его расширяющейся части.

А) одноклиновые (не обеспеч-т высокой жесткости и стабильного полож-я вала при больших скоростях скольжения и малых нагрузках. Поэтому В ШУ НЕ ПРИМЕНЯЮТСЯ)

1корпус опоры; 2 – поверхность шейки шпинделя.

Ось шпинделя смещается, и появляется повышенное давление.  Подъемная гидравлическая сила поднимает шпиндель обратно. С- эксцентриситет.

Б) многоклиновые: - создание неск-х (3-х) клинов за счет фасонных отверстий

- - || - || - || - за счет плав-их опор (башмаков)

Благодаря взаимному нагружению масляным слоем обеспечивается высокая жесткость несущих масляных слоев, стабильность положения оси шпинделя при работе как под нагрузкой, так и при холостом ходе