Оценка влияния подвижных цилиндрических стыков на статические и динамические характеристики шпиндельных узлов станков с целью их улучшения

• Автор: Лобанов, Алексей Юрьевич
• Шифр специальности: 05.03.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 114 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1 Основные понятия и определения в контактной жесткости
1.2 Основные понятия при описании шероховатого слоя
1.3 Определение жесткости стыка через экспериментально
ОПРЕДЕЛЯЕМЫЕ КОЭФФИЦИЕНТЫ
1.4 Моделирование шероховатости при помощи простых тел
1.5 Роль ШПИНДЕЛЬНОГО УЗЛА В ОБЕСПЕЧЕНИИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ
СТАНОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
2. ПОСТРОЕНИЕ МАТРИЦЫ РЕАКЦИЙ СПЕЦИАЛЬНОГО КОНТАКТНОГО ЭЛЕМЕНТА
2.1 ПОДХОДЫ ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ КОНТАКТА МЕЖДУ ЭЛЕМЕНТАМИ
2.2 Формирование матрицы реакций контактного конечного элемента
для цилиндрических стбжов
2.3 Выводы
3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО СТЫКА В ПОПЕРЕЧНОМ СЕЧЕНИИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОРЯДКА ПРОВЕДЕНИЯ СТАТИЧЕСКОГО И ДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЕТОВ
3.1 Модель цилиндрического стыка в поперечном сечении
3.1.1 Установление функциональной связи распределенной нагрузки с конструктивными и технологическими параметрами подвижного цилиндрического соединения
3.1.2 Упрощение функциональной зависимости погонной нагрузки от контактных перемещений
3.1.3 Определение коэффициента контактной податливости через параметры шероховатости поверхностей
3.1.4 Линеаризация функциональной зависимости погонной нагрузки от контактных перемещений
3.2 Общая структура матрицы жесткости упругой системы
3.2.1 Статический расчет конструкций с распределенными цилиндрическими стыками
3.2.2 Исследование качества аппроксимации подынтегральной функции полиномом п-ой степени
3.2.3 Решение системы нелинейных уравнений
3.3 Общий подход при моделировании динамической системы
ШПИНДЕЛЬНОГО УЗЛА
3.4 Выводы
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СТАТИЧЕСКОЙ И ДИНАМИЧЕСКОЙ ЖЕСТКОСТИ УЗЛОВ
4.1 Программная реализация алгоритмов расчета узлов с
ПОДВИЖНЫМИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИМИ СТЫКАМИ
4.2 Экспериментальные исследования шпиндельного узла с
ДИАМЕТРОМ ВЫДВИЖНОГО ШПИНДЕЛЯ 90 ММ
4.3 Апробация представленной методики на примерах расчета РАЗЛИЧНЫХ УЗЛОВ содержащих цилиндрические стыки
4.3.1 Расчет шпиндельного узла горизонтально-расточного станка
4.3.2 Расчет пиноли задней бабки токарного станка 1К62
4.3.3 Исследование влияния передней и задней направляющих втулок на статическую жесткость системы
4.4 Динамический расчет шпиндельного узла
4.5 Выводы
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Развитие современной техники связано с непрерывным повышением требований к точности металлорежущего оборудования, включая ее сохранение под нагрузкой и во времени.
Точность - один из важнейших показателей качества металлорежущих станков, существенно влияющий на все критерии работоспособности их механизмов, а следовательно, и на выходные показатели станков: быстроходность, энергетическую эффективность, материалоемкость, надежность и долговечность.
Большое влияние на точность станков оказывает такой критерий как жесткость. Общая жесткость металлорежущих станков складывается из жесткости его отдельных деталей и контактной жесткости. Собственные деформации деталей станков имеют превалирующее значение там, где станки работают в условиях больших нагрузок. В прецизионных станках и универсальных станках при отделочной обработке превалируют контактные деформации. В балансе упругих перемещений станков контактные перемещения в опорах шпинделей составляют 40-50%, поэтому для увеличения общей жесткости станка необходимо увеличивать контактную жесткость.
В металлорежущих станках имеется большое количество стыков, среди них цилиндрические стыки. Расположение цилиндрических стыков вблизи места формообразования (шпиндельные узлы, гильзы, пиноли, центры и т.д.) придают им особую значимость.
Значительные перемещения в этих стыках обусловлены наличием зазоров, низкой жесткостью гильз и пинолей, консольным нагружением. Наличие зазоров приводит к контактированию по небольшим дугам, низкая собственая жесткость гильз и пинолей - к неравномерному распределению давлений и деформаций по длине опор, что вызывает большие перемещения на переднем краю опоры.

2. ПОСТРОЕНИЕ МА ТРИЦЫ РЕАКЦИЙ СПЕЦИАЛЬНОГО КОНТАКТНОГО ЭЛЕМЕНТА
2.1 Подходы при моделировании контакта между элементами
При моделировании элементов шпиндельных узлов горизонтальнорасточных станков в настоящее время используется набор конечных элементов общего назначения. При этом стыки моделируются набором упругих связей - “эквивалентных пружин”, сосредоточенных в узловых точках (рис 2.1). Такой подход позволяет учитывать форму стыка и частично влияние деформаций деталей на распределение давлений в стыке. Однако, возникают проблемы при определении параметров жесткости “эквивалентных пружин”, которые можно получить зная коэффициент контактной податливости стыка и площадь эквивалентного участка контакта. Как следствие, при аппроксимации распределенного стыка конечным числом “эквивалентных пружин” встает вопрос об адекватности модели, для обеспечения которой приходится устанавливать достаточно большое число таких связей, что усложняет расчет.
Наиболее эффективным решением этой проблемы представляется модель контакта, основанная на предположении, что детали взаимодействуют по всей поверхности стыка, а не в нескольких заданных точках (рис.2.2), причем упругие свойства контакта задаются выражением р = сдт. Реализация данного подхода для плоских стыков представлена в работе [35]. Применим его для определения перемещений в цилиндрическом стыке.
Рис.2.1 Модель с сосредоточенными Рис.2.2 Модель с распределенным пружинами в узловых точках. основанием.