Прогнозирование динамического качества шпиндельных узлов с газостатическими опорами

• Автор: Долотов, Константин Сергеевич
• Шифр специальности: 05.03.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 128 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ОГЛАВЛЕНИЕ

ГЛАВА 1. ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Прогнозирование характеристик шпиндельных узлов
1.2. Структура задачи прогнозирования динамического качества шпиндельного узла с газостатическими опорами
1.3. Объект исследования (шпиндельный узел)
1.3.1. Конструкция шпиндельного узла с газостатическими опорами
1.3.2. Материалы и технология изготовления шпинделя и опор
1.4. Существующие методики расчета газостатических подшипников
ГЛАВА 2. РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК ГАЗОСТАТИЧЕСКИХ ПОДШИПНИКОВ
2.1. Расчет давления в зазоре газостатического подшипника
2.1.1. Определение геометрии зазора
2.1.2. Расчет коэффициента расхода
2.1.3. Нахождение давления методом простой итерации
2.2. Расчет нагрузочной способности смазочного слоя
2.3. Расчет жесткости смазочного слоя
2.3.1. Выбор шага приращения эксцентриситета
ГЛАВА 3. ДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ШПИНДЕЛЬНОГО УЗЛА С ГАЗОСТАТИЧЕСКИМИ ОПОРАМИ
3.1. Вывод уравнений движения центра масс шпинделя
3.2. Идентификация геометрического образа шпинделя
3.3. Вывод формул коэффициентов влияния
3.4. Решение системы уравнений движения центра масс шпин-

деля методом Рунге-Кутта

ГЛАВА 4. ХАРАКТЕРИСТИКИ ДИНАМИЧЕСКОГО КАЧЕСТВА И ПАРАМЕТРЫ КОНСТРУКЦИИ
4.1. Стенд для измерения микроперемещений шпинделя
4.2. Идентификация колебательных процессов и причин их воз
никновения
4.3. Сравнение рассчитанных траекторий с экспериментальны
ми данными
4.4. Примеры расчетов траекторий движения центра масс
шпинделя
4.5. Примеры расчетов амплитудно-частотных характеристик
шпиндельного узла
4.6. Параметры конструкции шпиндельного узла участвующие в
расчетах показателей его динамического качества
ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время во всем мире заметно ужесточились требования, предъявляемые потребителем к качеству продукции. Повышение требований сопровождается осознанной всеми необходимостью постоянного повышения качества, без чего невозможна эффективная экономическая деятельность. Между тем, первым этапом, определяющим качество продукции, является конструирование. В связи с этим актуальной становится задача контроля над качеством разрабатываемого объекта на стадии его проектирования.
Газостатические подшипники относятся к типу опор, в которых вращающиеся поверхности разделены слоем смазки (в данном случае газом, подаваемым в зазор под давлением) без непосредственного контакта последних. Газовая смазка обладает рядом свойств, которые обусловили выбор ее в качестве смазочного материала в конструкциях устройств требующих высоких скоростей вращения. Прежде всего это малые затраты на трение, что обусловливает меньшую, по сравнению с альтернативными типами опор мощность привода (например, по сравнению с гидростатическими опорами меньшую в 10 и более раз, при одинаковых прочих характеристиках) [86], исключительная технологичность (газы нечувствительны к фазовым превращениям; их физические свойства стабильны во времени; при применении воздуха отпадает необходимость в собирании и очистке смазочного материала на выходе из зазора и т.д.), высокая жесткость по сравнению с аналогичными узлами на опорах качения, высокая точность вращения (обусловленная только точностью изготовления вала), практически полное отсутствие износа и долговечность обусловленная только условиями эксплуатации (поверхностная эрозия шеек вала и ограничителей расхода) и процессами старения материалов из которых изготовлен узел. Если принять во внимание общедоступность и дешевизну сжатого воздуха и наличие на любом машиностроительном предприятии централизованной сети подачи можно уверенно признать перспективность применения данного типа опор в сверхвысокоскоростных узлах прецизионных станков. Однако существует и ряд трудностей, которые ограничивают применение газостатических подшипников. Прежде всего, это сложность расчетов статических и динамических характеристик узла, связанные со сложностью описания поведения слоя смазки и описания движения (парамет-

Коэффициент нагрузки рассчитывается по формулам (1.3),(1.4),с той лишь разницей, что гх принимается равным радиусу окружности на которой расположены питающие отверстия
1.4 Подпятник изображенный на рис (1.9).
В данном случае имеет место замена расчетной схемы сложного под-
отверстиями на окружности
шипника эквивалентной ему схемой с несколькими элементарными подшипниками (круговыми дисками), выражение для коэффициента нагрузки которых имеет точное решение.
Если число отверстий N мало, или А»В, то

Рис.1.8. Подпятник с питающими
Рис. 1.9. Кольцевой подпятник
(1.10)
(1.9)