Многокритериальное проектирование шпиндельных узлов на опорах качения

• Автор: Зверев, Игорь Алексеевич
• Шифр специальности: 05.03.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1997
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 227 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Состояние и тенденции развития шпиндельных узлов и их опор
1.2. Показатели работоспособности шпиндельных узлов. Факторы, влияющие на работоспособность шпиндельных узлов
1.3. Расчеты шпиндельных узлов и их опор
1.4. Автоматизированное проектирование шпиндельных узлов
1.5. Выводы. Цель и задачи исследования
2. МЕТОДЫ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ШПИНДЕЛЬНЫХ УЗЛОВ
2.1. Прямая и обратная задачи проектирования
2.2. Синтез шпиндельных узлов
2.3. Информационное обеспечение проектирования
2.4. Многокритериальная оптимизация шпиндельных узлов
2.5. Векторная идентификация шпиндельных узлов
2.6. Выводы
3. КОМПЛЕКСНАЯ МОДЕЛЬ ШПИНДЕЛЬНЫХ УЗЛОВ
3.1. Комплексный расчет характеристик шпиндельных узлов
3.2. Упругодеформационная модель шпиндельных узлов
3.3. Модель долговечности шпиндельных опор
3.4. Тепловая модель шпиндельных узлов
3.5. Динамическая модель шпиндельных узлов
3.6. Выводы
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ШПИНДЕЛЬНЫХ
УЗЛОВ
4.1. Определение работоспособности шпиндельных узлов
4.2. Исследование упругодеформационных характеристик
4.3. Исследование долговечности шпиндельных опор
4.4. Исследование динамических характеристик
4.5. Исследование энергетических и тепловых характеристик
4.6. Влияние компоновки на характеристики шпиндельных узлов
4.7. Выводы
5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ШПИНДЕЛЬНЫХ УЗЛОВ С ЗАДАННЫМИ ПОКАЗАТЕЛЯМИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ
5.1. Требования к программному обеспечению проектирования
5.2. Структура и организация программного комплекса
5.3. Решение задачи прямого проектирования
5.4. Решение задачи обратного проектирования
5.5. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ!
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Анализ технологических методов обработки резанием показывает, что одной из закономерных тенденций является повышение точности обработки с использованием высокопроизводительного прецизионного оборудования. Перед отечественной промышленностью неизбежно возникнет задача создания станков, шпиндельные узлы (ШУ) которых способны реализовать возможности прогрессивного режущего инструмента, т.е. осуществлять резание со скоростями до 3.000 м/мин при лезвийной обработке черных металлов, до 5.000 м/мин при обработке цветных металлов и до 7.000 м/мин при абразивной обработке. Создание таких станков невозможно без повышения точности, быстроходности, нагрузочной способности и технологической
надежности ШУ, как элемента станка, в значительной мере определяющего его точность и производительность.
К настоящему времени наибольшее распространение в станках получили ШУ с опорами качения, как наиболее экономичные и надежные, а также более простые в эксплуатации. Вместе с тем, возросший уровень требований к точности, быстроходности и долговечности ШУ на опорах качения характеризуется следующими показателями:
- погрешность вращения - менее 0,5 мкм;
- долговечность - более 5.000 часов;
- быстроходность (ё-п) - более 0,5х106 мммин1,
где ё - средний диаметр передней опоры, мм; п - максимальная частота вращения шпинделя, мин-1.
Достижение таких высоких показателей зависит от нескольких факторов, в том числе, и от возможностей проектировщика использовать результаты компьютерного анализа. Если раньше проектирование могло основываться на подобии с хорошо зарекомендовавшими себя конструкциями и индивидуальном опыте конструктора, то для создания конкурентоспособных конструкций необходимы, как статистические обобщения опыта эксплуатации и экспериментальных исследований узлов, так и проведение научного и проектного поиска, основанных на средствах и методах
автоматизированного проектирования.
На стадии проектной проработки конструкции приходится искать компромисс между требованиями точности, жесткости, нагрузочной способности, с одной стороны, и предельной быстроходностью подшипников с другой. Поскольку всегда существует ряд возможных

6. Основная цель проектирования - получить узел с заданными показателями. Повышение требований к ШУ, с одной стороны, и развитие средств вычислительной техники, с другой - делают актуальным и позволяют применять методы проектирования, основанные на методах многокритериальной оптимизации и векторной идентификации, которые позволяет найти наилучшее по совокупности требуемых характеристик конструктивное решение.
7. Под многокритериальным проектированием ШУ будем понимать единство следующих основных операций: структурный и параметрический синтез конструкции; многокритериальная оптимизация конструкции; идентификация параметров модели ШУ по результатам стендовых или эксплуатационных испытаний опытного образца; последующая оптимизация конструкции с помощью
скорректированной модели с целью устранения ошибок, допущенных при прямом проектировании.
Предметом данной работы является разработка программнометодических основ многокритериального проектирования ШУ на опорах качения.
Цель работы - создание программно-методического комплекса для проектирования ШУ с заданными показателями работоспособности.
Для достижения этой цели требуется решить следующие задачи:
1. Разработать методы и алгоритмы для многокритериального проектирования ШУ.
2. Разработать комплексную математическую модель ШУ на опорах качения, как основного элемента автоматизированного
проектирования. С целью проверки работоспособности модели провести сравнение результатов численных и натурных экспериментов.
3. Проверить работоспособность методов, моделей и программноматематического обеспечения применительно к оценке эффективности и качества проектных работ.
4. Оценить эффективность проектных решений и разработать практические рекомендации, направленные на повышение качества ШУ.