Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,118

КОМБИНИРОВАННАЯ ОПОРА ШПИНДЕЛЬНОГО УЗЛА

Космынин А.В., Щетинин В.С., Виноградов С.В.

Достижение высокой точности и параметрической надежности металлообрабатывающего оборудования является важной проблемой современного высокоразвитого машиностроения.

Уже на стадии проектировочных расчетов требуется создание таких узлов и элементов станков, которые бы в течение всего эксплуатационного периода обеспечивали заданную точность обработки. Исследования по оценке влияния различных факторов на точность обработки говорят, что ее до 80% определяет шпиндельный узел (ШУ). Поскольку движение формообразования осуществляется шпинделем и шпиндельными подшипниками, то именно они вносят решающий вклад в выходные характеристики станков.

Работа ШУ на опорах качения сопровождается нестабильной траекторией движения шпинделя, тепловыми смещениями подшипниковых узлов, периодическим изменением жесткости подшипников, что связано с изменением угла поворота сепаратора с комплектом тел качения и т.д. Применение в конструкциях высокоскоростных ШУ гидростатических подшипников приводит к ограничению частоты вращения шпинделя (из-за потерь на трение) и усложнению конструкции опорного узла. Шпиндели на электромагнитных опорах пока не нашли широкого применения вследствие сложности электронных систем управления. Таких недостатков лишены ШУ с подшипниками на газовой смазке, у которых, как и у электромагнитных опор, отсутствует механический контакт между валом и телом подшипника.

В настоящее время определилось несколько областей техники, в которых применение газовой смазки считается целесообразным, а в некоторых случаях единственно возможным решением, обеспечивающим нормальную работу узлов трения машин. Так, подшипники на газовой смазке нашли свое применение в станкостроении, атомной энергетике, авиа - космической и криогенной технике, метрологическом оборудовании, газотурбинных установках, приборах морской и воздушной навигации, устройствах для гидростабилизации морских судов, зубоврачебном и медицинском оборудовании и т.д.

Наибольший эффект применения опор на газовой смазке в станкостроении достигнут при создании высокоскоростных ШУ фрезерно-сверлильных станков для обработки плат печатного монтажа для ЭВМ, внутришлифовальных и расточных станков для обработки отверстий малых диаметров.

Газовые опоры ШУ имеют и определенные недостатки, которые заключаются в относительно небольшой жесткости, несущей и демпфирующей способности смазочного слоя. Поэтому такие опоры применяют в малонагруженных ШУ, когда динамические нагрузки малы, а статические регламентированы.

Расширить область рационального применения подшипников с наддувом газа способны комбинированные газомагнитные опоры, которые сочетают в себе все преимущества газовых и электромагнитных подшипников. При этом существенно снижается стоимость электронной системой управления шпиндельного узла. Анализ отечественной и иностранной технической литературы, а также выполненное патентное исследование говорят, что такая идея предлагается впервые в мировой практике. Исходя из этого, в Комсомольском-на-Амуре ГТУ подана заявка на изобретение по способу работы такого подшипникового узла.

Имея разную природу неустойчивости газовых и электромагнитных подшипников, комбинированная газомагнитная опора способна устойчиво работать в широком диапазоне частот вращения шпинделя (порядка до 1 млн. об/с) и динамических усилий. Исследованиями установлено, что газовый подшипник может обеспечить точность вращения вала от 20 до 40 нм. Поэтому следует ожидать, что, работая на газомагнитных подшипниках, шпиндель будет иметь гарантированную точность вращения заметно меньшую, чем 20 нм, а это уже относится к вопросам реализации нанообработки высокоточных деталей.

В шпиндельных узлах с такими подшипниками заинтересованы многие отечественные и зарубежные предприятия. Например, в ОАО «Комсомольское-на-Амуре авиационное производственное объединение» они требуются в практике производства для Су-27, Су-33, Бе-103 и RRJ таких изделий как цилиндров выпуска и уборки замков выпускного положения основных опор шасси, цилиндров гидроаккумуляторов для поддержки давления в гидросистеме летательного аппарата, цилиндров складывания горизонтального оперения, цилиндра штанги дозаправки топлива и др.


Библиографическая ссылка

Космынин А.В., Щетинин В.С., Виноградов С.В. КОМБИНИРОВАННАЯ ОПОРА ШПИНДЕЛЬНОГО УЗЛА // Фундаментальные исследования. – 2007. – № 12-1. – С. 83-84;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=3934 (дата обращения: 21.11.2018).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252