Разработка радиальных аэростатических опор с плавающими регуляторами

• Автор: Курзаков, Андрей Сергеевич
• Шифр специальности: 05.02.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 211 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Применение аэростатических опор в станкостроении

1.2. Состояние исследований и разработок адаптивных аэростатических опор

1.3. Разработка конструкций с плавающим регулятором

1.3.1. Опора с плавающим кольцом - регулятором

1.3.2. Опора с управляемой ступенью

1.4. Обоснование цели и задач исследования

2. ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК РАДИАЛЬНЫХ ОПОР

2.1. Разработка математических моделей и алгоритмов статическою исследовании и расчета радиальных опор
2.1.1.Исходные зависимости и допущения, модельная опора
2.1.2 Методы решения стационарных краевых задач
2.1.2.1. Одномерное решение
2.1.2.2. Двумерное решение с аппроксимацией до первой гармоники
2.1.2.3. Метод узких полос
2.1.2.4. Метод узких колец
2.1.2.5. Сеточный конечно-разностный метод последовательных приближений
2.1.3. Анализ результатов расчета по разработанным методикам
2.1.4. Выводы
2.2. Теоретическое исследование статических характеристик расчетных вариантов опоры
2.2. і Матемапгческис модели статического состояния конструкций с плавающим регулятором
2.2.1.1. Модель опоры с плавающим кольцом - регулятором
2.2.1.2. Модель опоры с управляемой ступенью
2 2 2 Исследование конструкции с управляемой ступенью
2.2.3. Исследование конструкции с плавающим кольцом - регулятором
2.2.4. Выводы
3. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
3.1. Программная среда исследования динамических свойств
3.2. Разработка математической модели для динамического расчета
3.2 1 Динамика движения в радиальном модуле
3.2.2. Динамика плоского кольцевого расходно-силовою модуля
3.2.3. Радиальное перемещение цапфы шпинделя
3.2.4. Расчсшыс динамические модели опор в системе С И ГО
3.3. Анализ динамических свойств
3.3.1. Размерные величины
3.4. Подбор параметров на основании динамического анализа

3.4.1. Динамические характеристики опоры с управляемой ступенью
3.4.1.1. Влияние параметров конструкции на степень устойчивости
3.4.1.2. Характеристики колебательною процесса
3.4.2 Динамические характеристики опоры с плавающим колыюм - регулятором
3.4.2.1. Влияние параметров конструкции на степень устойчивости
3.4.2.2. Характеристики колебательного процесса
3.5. Выводы
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ С УПРАВЛЯЕМОЙ
СТУПЕНЬЮ
4.1. Методика проведения женериментов
4 1.1. Исследование в процессе изготовления и сборки подшипника
4.1.2. Исследование подшипника в сборе
4.2. Экспериментальный стенд
4.3. Результаты исследования опытного образца
4.3.1. Нагрузочные характеристики
4.3.2. Анализ процесса изготовления подшипника
4.4. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ.

ВВЕДЕНИЕ.
Машиностроение призвано внедрять автоматизированные системы в различные сферы производства, и в первую очередь в проектирование, управление оборудованием и технологическими процессами. В связи с этим приоритетное развитие получат станкостроение, приборостроение и средства вычислительной техники. В частности, в станкостроительной промышленности требуется существенно расширить и ускорить выпуск металлообрабатывающего оборудования с числовым программ управлением и станков высокой и особо высокой точности, обеспечивающих повышение производительности в 1,5 -1,6 раза /43/.
Для автоматического управления технологическими процессами, не имеющими достаточно полного и точного математического описания их свойств (например, процессом резания металлов), при не полной информации о характере возмущений, более эффективны адаптивные системы. Применение систем адаптивного управления позволяет существенно повысить точность, чистоту и производительность обработки на токарных, фрезерных, шлифовальных и других металлорежущих станках /12,92/.
Известно, что в ряде практически важных случаев удастся повысить эксплуатационные характеристики станков за счет применения аэростатических шпиндельных опор и направляющих. Одним из перспективных направлений является использование адаптивных аэростатических опор с плавающим кольцом - регулятором (РАО с ПР). Отличительной особенностью этих опор является качественно дшой вддд нагрузочных характеристик, на которых могут быть участки весьма малой, нулевой и отрицательной податливости /57/. Использование РАО с ПР с отрицательной податливостью (перемещение подвижного элемента опоры происходит в направлении, противоположном направлению действия нагрузки) может быть эффективным, например, в прецизионных шпиндельных узлах обрабатывающих центров для компенсации положитель-

2. ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК РАДИАЛЬНЫХ ОПОР.
2.1. Разработка математических моделей и алгоритмов статического исследования и расчета радиальных опор.
2.1.1.Исходные зависимости и допущения, модельная опора.
В теории газовой смазки течение газа в несущем слое можно описать уравнением Рейнольдса /41/. Это уравнение выводится из общих уравнений динамики ламинарных потоков вязкого газа - уравнений Навье-Стокса /70,84/. При этом необходимо ввести некоторые допущения, существенно упрощающие задачу /25,55/.
Во-первых, соотношения размеров газового слоя имеют характерную особенность - толщина газового слоя меньше его длины и ширины на три порядка. Действительно, при длине и диаметре подшипника, исчисляемых несколькими десятками миллиметров, толщина несущего слоя составляет 20-40 мкм. Соответственно, можно рассматривать несущий слой в виде развертки на плоскости, пренебрегая разностью площадей ограничивающих поверхностей.
Во-вторых, можно пренебречь силами инерции внутри газового слоя /86/. Плотность газа весьма мала, и для тонкой пленки газа число Рейнольдса имеет величину, характерную для ламинарного течения. Конечно, при использовании в качестве дросселя простой или кольцевой диафрагмы инерционные эффекты имеют место, так как упомянутые диафрагмы являются инерционными ограничителями расхода. Однако и в этом случае область действия инерционных эффектов оказывается небольшой и не влияет на ламинарный характер течения во всем газовом слое.
В-третьих, тепловой режим в газовом слое считается изотермическим, так как поверхности подшипника имеют близкую температуру. Следствием этого