Исследование и повышение точности вращения шпинделей оптимальной ориентацией подшипников качения в опорах

• Автор: Бедняшин, Алексей Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.03.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 215 с. : ил

Оглавление.

Введение

1. Точность вращения шпинделей на опорах качения

1.1 Понятие о точности вращения шпинделей на опорах качения

1.2 Параметры опор качения, влияющие на точность вращения шпинделей

1.3 Обзор исследований по повышению точности вращения шпинделей

1.4 Методы расчёта точности вращения шпинделей

1.5 Основное направление работы и его актуальность

2. Математическая модель шпиндельного узла на опорах качения

2.1 Геометрия и кинематика идеального подшипника

2.2 Математическое представление погрешности формы дорожек качения неидеального подшипника
2.3 Квазистатическая модель шпиндельного узла на опорах качения
2.4 Форма задания геометрических погрешностей дорожек качения шпиндельных опор
3. Предельно достижимая точность вращения шпинделей на опорах качения
3.1 Условия возникновения параметрических колебаний шпинделя
3.2 Влияние величины радиальной нагрузки и зазора/натяга в опорах на
точность вращения шпинделя
3.3 Причины возникновения параметрических колебаний шпинделя и способы их уменьшения
3.4 Анализ устойчивых параметрических колебаний шпинделя
3.5 Экспериментальное исследование параметрических колебаний шпинделя
4. Снижение величины биения шпинделя, вызванного эксцентриситетом внутренних колец опор
4.1 Механизм образования биения шпинделя и традиционный метод его снижения
4.2 Снижение биения шпинделя посредством оптимальной ориентации экс-

центриситетов внутренних колец подшипников одной опоры
4.3 Экспериментальное исследование возможности снижения биения шпинделя за счёт оптимальной ориентации эксцентриситетов подшипников в опорах
5. Исследование и уменьшение колебаний шпинделя, вызванных низкочастотными и «резонансными» гармониками отклонения формы дорожек
качения опор
5.1 Механизм образования колебаний шпинделя, вызванных низкочастотными гармониками отклонения формы дорожек качения
5.2 Повышение точности вращения шпинделя за счёт взаимной компенсации колебаний, генерируемых низкочастотными гармониками дорожек
качения
5.3 Закономерность образования колебаний шпинделя, вызванных «резонансными» гармониками отклонения формы дорожек качения опор
5.4 Методика взаимной компенсации колебаний, вызванных
«резонансными» гармониками
5.5 Экспериментальное подтверждение методики повышения точности
вращения шпинделя за счёт взаимной компенсации колебаний
6. Влияние числа подшипников в опоре на параметры работоспособности шпиндельного узла
6.1 Оптимальное число подшипников в опоре по критерию жёсткости, несущей способности и быстроходности шпиндельного узла
6.2 Оптимальное число подшипников в опоре по критерию точности вращения шпинделя
Общие выводы
Список литературы
Введение.
Повышение точности обработки с использованием высокопроизводительного прецизионного оборудования - одна из главных задач современной технологии машиностроения. Уже на сегодняшний день ставится задача повышения точности обработки до сотых и тысячных долей микрометра. Потребность промышленности в особо точных изделиях влечёт за собой необходимость расчёта, проектирования и производства металлорежущих станков, обеспечивающих подобную точность обработки и, в то же время, способных реализовать современные возможности режущего инструмента, то есть осуществлять резание со скоростями до 50 м/с при лезвийной обработке чёрных металлов, 80 м/с при обработке цветных металлов и 120 м/с при абразивной обработке. Создание таких станков невозможно без повышения точности шпиндельного узла (ШУ), как элемента станка, в значительной мере определяющего его точность.
Наибольшее применение в станках получили шпиндельные узлы с опорами качения (примерно 95% всех станков), как наиболее экономичные, надёжные и простые в эксплуатации. У современных станков, и в особенности прецизионных станков с ЧПУ, станков скоростного и силового шлифования, радиальное и осевое биение шпинделя не должно превышать 1-2 мкм. Отклонение формы цилиндрической поверхности деталей обработанных на современных станках должно составлять- 0.8-1.5 мкм (токарные, расточные станки) и 0.2-0.6 мкм (шлифовальные, отделочные и координатно-расточные станки).
Для достижения таких высоких показателей необходимо знать основные факторы, влияющие на точность вращения шпинделя, а также возможность их устранения или ослабления их влияния. В настоящее время установлено, что точность вращения зависит в основном от точности изготовления рабочих поверхностей подшипников опор. Поэтому точность вращения шпинделя повышают, как правило, за счёт увеличения точности изготовления подшипников опор и сопряжённых с ними поверхностей шпинделя. Данное направление

1.3 Обзор исследований по повышению точности вращения шпинделей.
Экспериментальные исследования точности вращения шпинделей [20, 21, 29, 55], как правило, сводится к получению зависимости величины биения оси вращения или общего уровня вибраций ОУВ от частоты вращения. На рис.1.10. показана подобная зависимость, полученная при испытании внутри-шлифовальной головки в лаборатории ЭНИМСа [29]. После разгона шпинделя до максимальной частоты вращения ремень привода сбрасывался и измерения производились на выбеге шпинделя, что позволяло исследовать процесс в наиболее чистом виде. Данный график достаточно характерен для ШУ и выводы, сделанные на основании его анализа, совпадают с результатами других исследований [5, 21, 29, 55, 66].

При медленном вращении шпинделя ( б п ^ 2-10 мм-мин , б - диаметр передней шейки шпинделя; п - частота вращения) величина ОУВ полностью зависит от погрешности изготовления дорожек качения и тел качения, кинематических соотношений в подшипнике, числа тел качения, но не зависит от частоты вращения шпинделя. При увеличении частоты вращения
I/ -/
шпинделя (б п > 2-10 мм-мин ) возникают дополнительные колебания, обусловленные дисбалансом шпинделя и закреплённых в нём деталей и приспособлений. Из графика рис. 1.10. видно, что на низких частотах вращения величина ОУВ почти полностью определяется величиной отклонения формы дорожек качения подшипников и составляет 0.1 мкм. При увеличении частоты вращения ОУВ возрастает в два-четыре раза.
На графике также видны три наиболее характерные для ШУ резонансные зоны, в которых ОУВ возрастает в 10-16 раз. Первая зона, п=5200 мин", обусловлена совпадением частоты прохождения тел качения по наружному кольцу подшипника гЛУс (г - число тел качения в подшипнике; Ус - частота вращения сепаратора) с первой собственной частотой поперечных колебаний шпинделя. Следующие две резонансные зоны, п=12000 мин/ и п=18000 мин , обусловлены