Повышение точности шпиндельных узлов прецизионных станков методами термоупругого моделирования при заданной их теплоустойчивости

• Автор: Фролов, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 05.03.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 284 с. : ил.

Глава 1. Анализ существующих работ по повышению точности шпиндельных узлов металлорежущих станков

1.1. Влияние тепловых процессов на точность обработки в станках

1.2. Влияние температурных и упругих факторов ШУ на выходную точность станка

1.3. Требования к жесткости ШУ высокоточных станков и допустимый уровень нагрева подшипников в опорах

1.4. Способы достижения термостабилизации ШУ компесируя термодеформации

1.5. Выводы по главе

1.6. Цели и задачи работы

Глава 2. Разработка методики расчета термоупругой конечноэлементной модели ШУ

2.1. Тепловая модель станка

2.2. Особенности разбиения модели на конечные элементы

2.3. Термоупругая модель станка

2.4. Моделирование опор в ШУ
2.5. Выводы по главе
Глава 3. Расчет приведенной жесткости ШУ аналитическим методом с использованием термоупругой нелинейной модели реальной опоры ШУ
3.1. Контактные напряжения и деформации
3.2. Способы расчета жесткостей идеального (точного) радиальноупорного шарикоподшипника
3.3. Приведенная жесткость ШУ
3.4. Механизм изменения геометрии контакта тел вращения и колец идеального (точного) радиально-упорного шарикоподшипника при тепловых упругих смещениях

3.5. Определение угла контакта шариков с дорожками качения при действии осевой нагрузки с учетом тепловых упругих смещений колец идеального подшипника
3.6. Расчет радиальной и осевой жесткости идеального подшипника при воздействии радиальной силы, осевой силы преднатяга, тепловых смещений (осевых и радиальных) колец подшипника и шпинделя
3.7. Определение допустимых нагрузок на подшипник при заданном наибольшем контактном напряжении
3.8. Радиально-упорный шарикоподшипник при нагружении осевой и радиальной силами без учета тепловых смещений
3.9. Проверка предельного положения зоны контакта
3.10. Сравнительные исследования способов определения радиальной жесткости идеального радиально-упорного шарикоподшипника
3.11. Исследование приведенной жесткости ШУ с учетом тепловых упругих смещений опор шпинделя
3.12. Результаты экспериментов над моделью подшипника
3.13. Описание элементов, формирующих контактную жесткость опоры
3.14. Расчет приведенной жесткости ШУ с учетом контактной жесткости
и трения в опоре
3.15. Исследование приведенной жесткости ШУ с учетом в опорах контактной жесткости стыков и сил трения
3.16. Выводы по главе
Глава 4. Методика повышения точности прецизионного шпиндельного узла с использованием тепловых труб при заданной их теплоустойчивости
4.1. Исследование теплофизических параметров и критериев, обеспечивающих равномерное распределение теплового поля для стационарной и нестационарной задач в деталях ШУ
4.2. Расчет термоупругого состояния пиноли ЭШУ и определение параметров теплоустойчивости

4.3. Оценка систем управления тепловыми деформациями на основе ТТ для методики повышения точности ШУ на основе их рационального расположения
4.4. Тепловые трубы, их конструкция, возможность использования в станках
4.5. Методика расчета физических параметров ТТ для рационального их расположения в деталях ШУ
4.6. Алгоритм методики повышения точности ШУ с рациональным размещением ТТ и заданной теплоустойчивостью ШУ
4.7. Выводы по главе
Глава 5. Экспериментальные и теоретические исследования методики повышения точности ШУ при заданной теплоустойчивости
5.1. Определение мощности тепловых потерь в опорах ЭШУ
5.2. Исследование термоупругого состояния пиноли и шпинделя ЭШУ с
ТТ в конструкции
5.3. Экспериментальные исследования тепловых полей и характеристики силовых смещений ЭШУ
5.4. Расчет термоупругого состояния ЭШУ в модели ШБ от тепловых и силовых нагрузок с учетом контактной податливости стыков и сил трения250
5.5. Расчет многокоординатного обрабатывающего станка Horizon
5.6. Выводы по главе
Общие выводы
Список литературы
Приложение

3. Значение непрерывной величины в каждой узловой точке первоначально считается известным, однако необходимо помнить, что эти значения в действительности еще предстоит определить путем наложения на них дополнительных ограничений в зависимости от физической сущности задачи.
4. Используя значения исследуемой непрерывной величины в узловых точках и ту или иную аппроксимирующую функцию, определяют значение исследуемой величины внутри области.
Поясним метод МКЭ на примере исследования распределения температуры в стержне. В общем случае распределение температуры неизвестно, и мы хотим определить значения этой величины в некоторых точках. Методика построения дискретной модели происходит с добавлением дополнительного шага. Первоначально считают значения температуры в некоторых точках в пределах стержня известными. Определяют множество узлов и значения температуры в этих узлах, которые теперь являются переменными, т. к. они заранее неизвестны. Область (в нашем случае — длина стержня) разбивается на элементы, для каждого из которых определяется аппроксимирующая функция. Узловые значения температуры должны быть теперь «выбраны» таким образом, чтобы с учетом граничных условий (например, значений температуры на концах стержня) обеспечить наилучшее приближение к истинному распределению температуры вдоль стержня. Этот «выбор» осуществляется путем минимизации некоторой величины, связанной с физической сущностью задачи. Если рассматривается задача распространения тепла, то минимизируется функция, связанная с соответствующим дифференциальным уравнением. Процесс минимизации сводится к решению систем линейных алгебраических уравнений относительно узловых значений температуры. В прочностных задачах, где определяются поля перемещений, деформаций и напряжений, минимизируется потенциальная энергия деформированного тела.