Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

О РЕЗУЛЬТАТАХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ПРОВЕРКИ РАСЧЁТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ШПИНДЕЛЬНЫХ УЗЛОВ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ С ЧАСТИЧНО ПОРИСТЫМИ ГАЗОСТАТИЧЕСКИМИ ОПОРАМИ

Космынин А.В., Шаломов В.И., Суходоев И.Г., Виноградов С.В.

Современные быстроходные и высокоточные шлифовальные, расточные и другие станки должны обеспечивать точность формы рабочих поверхностей порядка десятых долей микрометра при чистоте поверхности Ra0,08 мкм. Получение таких параметров, в немалой степени, связано с эксплуатационными качествами опор шпиндельных узлов (ШУ) металлообрабатывающих станков.

Опыт эксплуатации ШУ шлифовальных станков с опорами различных типов показывает, что в ряде случаев применение газостатических подшипников более предпочтительно, поскольку такие опоры способны, из-за усредняющего эффекта газового слоя, обеспечить точность вращения шпинделя равную 0,02...0,04 мкм.

Важнейшими выходными характеристиками шпиндельного узла, характеризующего его точность и технологическую эффективность, являются нагрузка и жесткость, измеренные на шлифовальном круге.

Для решения задачи теоретического и экспериментального исследования выходных характеристик ШУ, установленного на частично пористых газовых опорах, в Комсомольском-на-Амуре государственном техническом университете развита методика их теоретического определения и разработан универсальный опытный стенд для экспериментальной проверки расчетных данных.

В основе методики расчета выходных характеристик лежит численное решение уравнения Рейнольдса теории газовой смазки и система уравнений статики.

Опытный стенд, имитирующий работу ШУ на газостатических подшипниках с пористыми шпоночными вставками, позволил провести экспериментальные исследования выходных характеристик при угловых смещениях шпинделя. Эксперименты проведены в статическом и гибридном режимах работы газостатических опор, имеющих пористые шпоночные вставки.

Сравнительные результаты экспериментальных и теоретических характеристик ШУ при работе опор в режиме подвеса показали, что максимальное отклонение нагрузки на консоли вала F не превосходит 10%, а жёсткости k - 17%.

Эксперименты в гибридном режиме работы газовых опор ШУ проведены при абсолютном давлении наддува ps, равном 0,299078 и 0,396674 МПа. При каждом значении давления наддува выполнено три серии экспериментов с различными значениями частоты вращения вала. В первой серии экспериментов с ps=0,299078 МПа частота вращения вала составляла 32000 мин-1 (быстроходность вала d×n=1,632 млн. мм/мин), 24000 мин-1 (d×n=1,224 млн. мм/мин) и 12000 мин-1 (d×n=0,612 млн. мм/мин). Указанным частотам вращения соответствовали числа сжимаемости Λ равные 0,331; 0,249 и 0,124. Вторая серия экспериментов при ps=0,396674 МПа выполнена при частоте вращения вала 36500 мин-1 ( Λ=0,285; d×n=1,862 млн. мм/мин), 24000 мин-1 ( Λ=0,187; d×n=1,224 млн. мм/мин) и 12000 мин-1 (Λ =0,094; d×n=0,612 млн. мм/мин).

Испытания показали, что расчетные значения относительной нагрузки на консоли вала F с достаточной точностью согласуются с экспериментальными данными. Максимальная относительная ошибка при наибольшем значении смещении вала во вкладыше подшипника не превосходит 8%. Наибольшая относительная погрешность расчетного и экспериментального исследования коэффициента жесткости k не превышает 13%. Причем при увеличении частоты вращения вала наблюдается тенденция к снижению относительной ошибки. Так, при числе сжимаемости Λ=0,285 максимальная погрешность теоретического определения не превышает уже 6%.

Установлено, что максимальное расхождение теоретических и опытных значений нагрузки в зависимости от числа сжимаемости и давления наддува наблюдается при ps=0,396674 МПа и не превосходит 6%. Результаты также показывают, что с увеличением числа сжимаемости относительная погрешность снижается при всех значениях относительного давления наддува.

Анализ теоретических и экспериментальных значений жесткости, измеренной на шлифовальном круге, в зависимости от числа сжимаемости и давления наддува позволил сделать вывод, что максимальная относительная погрешность теоретического определения жёсткости не превосходит 16%.

В целом, полученные результаты говорят о вполне удовлетворительном качественном и количественном согласовании экспериментальных и расчетных характеристик, что позволяет надежно использовать разработанную методику в инженерной практике проектирования ШУ на газостатических опорах с частично пористой стенкой вкладыша.


Библиографическая ссылка

Космынин А.В., Шаломов В.И., Суходоев И.Г., Виноградов С.В. О РЕЗУЛЬТАТАХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ПРОВЕРКИ РАСЧЁТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ШПИНДЕЛЬНЫХ УЗЛОВ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ С ЧАСТИЧНО ПОРИСТЫМИ ГАЗОСТАТИЧЕСКИМИ ОПОРАМИ // Фундаментальные исследования. – 2009. – № 1. – С. 32-32;
URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=1691 (дата обращения: 20.09.2021).

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 = 1.074