Автоматизированная система поддержки конструкторско-технологических решений при модернизации технологического оборудования : На примере шпиндельного узла

• Автор: Ценкер Дитер
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 128 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ

АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ШПИНДЕЛЬНЫХ УЗЛОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Факторы, влияющие на работоспособность шпиндельных узлов

1.2. Трансформация моделей и методов расчета шпиндельных узлов и их

1.3. Автоматизированное проектирование шпиндельных узлов

1.4. Постановка задачи исследования

1.5. Выводы по главе 1

2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ШПИНДЕЛЬНЫХ УЗЛОВ

2.1. Комплексный подход к расчетам шпиндельных узлов

2.2. Упругодеформационная модель шпиндельных узлов
2.3. .Динамическая модель шпиндельных узлов
2.4. Основы теории теплопереноса применительно к высокоскоростным ШУ
2.5. Выводы по главе 2
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ ШПИНДЕЛЬНЫХ УЗЛОВ ТЕКСТИЛЬНЫХ СТАНКОВ. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
3.1. Предмет эксперимента
3.2. Описание методов эксперимента
3.2.1. Конструкция шпиндельного узла
3.2.2. Принцип эксперимента
3.2.3. Оборудование для эксперимента
3.3. Измерения
3.4. Анализ и обсуждение результатов измерения
3.4.1. Анализ результатов измерения подшипника 1
3.4.2. Анализ результатов измерения подшипника 2
3.5. Выводы по разделу 3
4. АНАЛИЗ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ ШУ ДЛЯ ТЕКСТИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ БЫСТРОХОДНОСТИ ШУ
4.1. Предмет исследования
4.2. Ход исследований
4.2.1. Выбор ключевого компонента
4.2.2. Опоры ШУ
4.2.3. Параметры, влияющие на опоры
4.3. Определение изменяемых параметров
4.4. Анализ распределения тепла как изменяемого параметра
4.4.1. Распределения тепла в подшипниках
4.4.2. Характеристическое поведение подшипников ВСШУ и увеличе ние быстроходности
4.5. Определение запаса увеличения скорости
4.5.1. Потенциал скоростей системы опор в ВСШУ в области приме нения низких нагрузок
4.6. Способы воздействия на разность температур сГГ и принципы конст руирования ШУ с учетом сТ
4.6.1. Известные варианты конструкции ШУ
4.6.2. Улучшенные варианты конструкции ШУ экспериментальный ШУ
4.7. Источник тепла, теплоперенос и моделирование шпиндельных узлов
4.7.1. Моделирование теплопередачи в высокоскоростных ШУ
4.8. Анализ предлагаемой схемы системы охлаждения теплоотвода
4.8.1. Оценка эффективности
4.8.2. Ожидаемая быстроходность рассматриваемого ШУ
Заключение
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
ЛИТЕРАТУРА


В таких узлах иногда применяют подшипники с особо высокой несущей способностью, например, упорные роликоподшипники со сфероконическими роликами [5, ]. Под нагрузочной способностью ШУ понимаются допускаемый крутящий момент или мощность на шпинделе, которые определяются в основном возможностями привода и нагрузочной способностью шпиндельных опор. В качестве показателя нагрузочной способности принято отношение N/d, где N - мощность привода, d -диаметр передней шейки шпинделя. Для высокоскоростных электрошпинделей этот показатель составляет 0,7-0,8 кВт/мм, в ШУ токарных и фрезерных станков отношение N/d обычно 0,2-0,3 кВт/мм [, ]. Долговечность шпиндельных опор. Поскольку размеры шпинделей выбирают в основном по критерию жесткости, то расчетная долговечность опор по усталости многократно превышает допускаемую и расчет на долговечность, как правило, имеет условный характер. Ресурс прецизионных подшипников качения обусловлен в большинстве случаев потерей точности вращения в связи с износом и разрегулировкой опор (по данным фирмы FAG [], выход подшипников из строя из-за усталостного разрушения наблюдается в -% случаев). Оценка долговечности подшипников качения по износу и методика их ускоренных испытаний в настоящее время -не решенная научная проблема []. В значительной мере ресурс подшипников зависит от качества их изготовления и монтажа, однако и этот вопрос изучен недостаточно. В связи со сказанным, долговечность опор качения ШУ по критериям усталостных повреждений и по износу специальной регламентации не подвергается. Однако, в связи с увеличением быстроходности и, как следствие, значительным ростом инерционных нагрузок на тела качения в подшипниках (соизмеримыми с нагрузками от резания) в некоторых случаях обеспечение долговечности шпиндельных опор может стать серьезной проблемой [, ]. К настоящему времени, в практике проектирования и производства ШУ с опорами качения принята расчетная долговечность опор для обычных узлов порядка . Жесткость шпиндельных узлов. Статическая и динамическая жесткость ШУ определяют величину упругих перемещений шпинделя при резании и зависят от многих факторов: типа опор, способа создания и величины предварительного натяга, демпфирования в опорах, частоты вращения, конструктивных размеров шпинделя и др. Требования к жесткости ШУ отдельно не регламентированы. Требуемая жесткость ШУ может быть получена из общего баланса жесткости станка. Необходимость повышения жесткости ШУ вызвана возрастающими требованиями к динамическому качеству станков в условиях работы на тяжелых или скоростных режимах обработки и к точности обработки [5]. Требования к жесткости ШУ могут быть обусловлены также задачей обеспечения нормальных условий работы его подшипников []. Энергетические потери и допустимый нагрев подшипников. Энергетические потери в ШУ характеризуются моментом трения или мощностью холостого хода и определяются потерями на трение в приводе и шпиндельных опорах. С ростом частот вращения потери в опорах качения возрастают и, в высокоскоростных ШУ оказываются соизмеримыми с затратами энергии на процесс резания [, , , ]. Нагрев опор и температурные деформации шпинделя в результате нагрева, в значительной мере, ограничивают форсирование режимов обработки [5, , ]. Потери в опорах качения зависят от типа опор, вида смазочного материала, его количества и вязкости [, ]. Уменьшение потерь достигается при "минимальном" количестве смазочного материала []. Требование снижения потерь на трение и нагрева подшипников обусловлено тем, что при высоких скоростях шпиндельные опоры работают в условиях нагрева, близкого к предельно допустимому, что является источником тепловых деформаций прецизионных станков. В настоящее время норма предельно допустимого нагрева подшипников установлена только для станков нормальной точности. Допустимый нагрев (избыточная температура) на наружном кольце принят как сС. В соответствии со сложившейся практикой конструирования и производства ШУ станков рекомендованы примерные величины температуры допустимого нагрева наружных колец подшипников, указанные в табл. Таблица 1.