Адаптивные гидростатические шпиндельные опоры с авторотацией плавающего кольцевого регулятора: конструкции, методы расчета и оптимизация

• Автор: Пикалов, Яков Юрьевич
• Шифр специальности: 05.03.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 147 с. : ил.

1. Актуальность и проблематика применения гидростатических шпиндельных опор в металлорежущих станках

1.1. Гидростатические шпиндельные опоры в металлорежущих станках

1.2. Системы нагнетания смазки в гидростатические шпиндельные опоры

1.3. Адаптивные гидростатические шпиндельные опоры

1.4. Выводы, цель и задачи диссертационной работы

2. Разработка и сравнительный анализ конструктивных вариантов адаптивных гидростатических шпиндельных опор с авторотацией плавающего кольцевого регулятора

2.1. Конструктивные варианты радиальных адаптивных гидростатических опор

2.2. Математические модели, алгоритмы и ЭВМ-программы для упрощенного расчета характеристик радиальных адаптивных гидростатических опор
2.3. Сравнение конструктивных вариантов радиальных адаптивных гидростатических опор по нагрузочным характеристикам
2.4. Конструкция и нагрузочные характеристики радиально-осевой адаптивной гидростатической опоры
2.5. Выводы
3. Теоретическое исследование и многопараметрическая оптимизация статических характеристик адаптивной гидростатической шпиндельной опоры нового типа
3.1. Математическая модель для уточненного расчета статических характеристик опоры
3.2. Алгоритм и ЭВМ-программа уточненного расчета статических характеристик опоры

3.3. Результаты теоретического исследования статических характеристик опоры
3.4. Многопараметрическая оптимизация статических характеристик опоры по комплексному критерию качества
3.5. Выводы
4. Теоретическое исследование динамических характеристик
адаптивной гидростатической шпиндельной опоры нового типа
4.1. Математическая модель для исследования динамических характеристик опоры
4.2. Алгоритм и ЭВМ-программа расчета динамических характеристик опоры
4.3. Результаты теоретического исследования динамических характеристик опоры
4.4. Выводы
5. Экспериментальная проверка и практическая реализация
результатов работы
5.1. Методика экспериментальной проверки результатов исследования
5.2. Методика и результаты испытания экспериментального шпиндельного узла
5.3. Расчет и выбор рациональных параметров шпиндельных узлов на адаптивных гидростатических опорах нового типа
5.4. Методика проектирования шпиндельных узлов на адаптивных гидростатических опорах нового типа
5.5. Выводы
Заключение
Список использованных источников

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В РАБОТЕ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
а0, а и а0, а - вылет переднего конца шпинделя от центра передней опоры, от внешнего торца передней опоры и их безразмерные обозначения;
ах, а2 аХ1, Ъ{, Ь2 Ь{1, с,, с2 с17 - постоянные коэффициенты уравнений итерационного метода сеток;
Ах, А2 А,, Вх, В2, С,, С2, £>,, 02, Е{ - промежуточные постоянные коэффициенты;
сд - эмпирический коэффициент расхода для дросселирующих сопл; с/д и £д - диаметр дросселирующего сопла и его безразмерное обозначение;
е, ер, е' и £, ер, £' - эксцентриситеты шпинделя, регулятора, смещение
регулятора относительно шпинделя и их безразмерные изображения;
ех и £т - относительное смещение поверхностей образующих /-ую дросселирующую щель и ее безразмерное обозначение;
ет и £л - стационарное относительное смещение поверхностей образующих / -ую дросселирующую щель и ее безразмерное обозначение;
|_етах| И |_£,тах| - максимальное (по модулю) отрицательное значение шпинделя и его безразмерное обозначение;
ерпр и £р пр - предельное значение эксцентриситета регулятора и его безразмерное обозначение;
ел, е3 и £п, £г - эксцентриситеты шпинделя в передней, задней опорах и их безразмерные обозначения;
Е - модуль упругости;
/и^ - внешняя нагрузка и её безразмерное обозначение;
/0 и - стационарная внешняя нагрузка и ее безразмерное обозначение;

них возрастает при увеличении нагрузки и достигает наибольшего значения при касании регулятора с корпусом, что может привести к неустойчивой работе опоры при переходе в пассивный режим. У адаптивных опор №4 и №1 коэффициент активности уменьшается с увеличением нагрузки (|^ак|<|АГ0|), что способствует повышению устойчивости.
Результаты сравнительного анализа показывают, что из рассмотренных вариантов радиальных адаптивных гидростатических опор с авторотацией плавающего кольцевого регулятора, наиболее рациональным для дальнейших исследований является вариант №4, представленный на рисунке 2.1, г.
2.4 Конструкция и нагрузочные характеристики радиально-осевой адаптивной гидростатической опоры
Разработаны и запатентованы радиально-осевые гидростатические опоры без несущих карманов, с авторотацией плавающего кольцевого регулятора [16, 19, 23]. Они могут применяться не только для шпиндельных узлов, но и для незамкнутых круговых направляющих.
На рисунке 2.4 показана схема радиально-осевой адаптивной опоры, разработанная на основе схемы рисунка 2.1, г. Она отличается тем, что для восприятия осевых нагрузок шпиндель 3 имеет упорный фланец, который расположен в расточке корпуса 1. Направления потоков смазки, нагнетаемой в кольцевую канавку 4, и обозначения граничных давлений на стыках дросселирующих щелей показаны на рисунке 2.4, б. Поля давления в дросселирующих щелях показаны серым цветом и обозначаются Р1 (для левой половины) и Р1' (для правой половины). Граничные давления на стыках дросселирующих щелей, помечены черным цветом и имеют буквенные индексы русского алфавита. Входные геометрические параметры представлены на рисунке 2.4, в.
Осевая составляющая Рг внешней нагрузки воспринимается несущим слоем смазки, который отделяет упорный торец шпинделя 3 от торцов корпуса