Студопедия Главная Случайная страница Задать вопрос

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Шпиндельные узлы на опорах с гидростатической смазкой, конструирование, основы расчета и эксплуатации





Гидростатические опорыобеспечивают высокую точность вра­щения, обладают высокой демпфирующей способностью, что значи­тельно повышает виброустойчивость шпиндельного узла, имеют прак­тически неограниченную долговечность, высокую нагрузочную спо­собность при любой частоте вращения шпинделя. Гидростатические опоры могут быть использованы в качестве датчиков силы в системах адаптивного управления, в качестве приводов микроперемещений.

Принцип действия гидростатического подшипника основан на том, что при прокачивании масла под давлением от внешнего источ­ника через зазоры (щели) между сопряженными поверхностями в за­зоре образуется несущий масляный слой, исключающий непосред­ственный контакт поверхностей даже при невращающемся шпинделе (рис.30). В радиальных подшипниках равномерно по окружности. Делают полости-карманы, куда через дроссели подается под давле­нием масло от источника питания (насоса). При приложении внешней нагрузки вал занимает эксцентричное положение, зазоры h в подшипнике перераспределяются, что приводит к увеличению давления р масла в одних карманах и уменьшению в противоположных. Уравнивания давлений в карманах не происходит вследствие наличия дросселей на входе в каждый карман. Разность давлений создает результирующую силу Fc, воспринимающую внешнюю нагрузку. Отвод смазочного материала производится через торцы подшипника,иногда и через дренажные кана­вки, выполненные на перемы­чках между карманами.

Конструктивные параметры радиальных гидростатических подшипников выбирают в зави­симости от диаметра шейки шпинделя D, рассчитанного по формуле

(1.8)

для обеспечения требуемой жесткости шпиндель­ного узла или выбранного кон­структивно с учетом диаметров стандартного переднего конца шпинделя. При этом обычно длина подшипника L = D, размеры перемычек, ограничи­вающих карманы l0 = lк = = 0,1D, диаметральный зазор ∆ = (0,0008 - 0,001) D, мм.

Число карманов, как пра­вило, принимают равным че­тырем. В качестве рабочих жидкостей применяют мине­ральные масла с вязкостью μ = (l - l0)·l0-3 Па·с; для вы­сокоскоростных шпинделей для уменьшения потерь на трение применяют масла с минимальной вязкостью, для повышения дем­пфирующей способности приме­няют более вязкие масла. Параметры капиллярных или щелевых дросселей, обеспечивающих ламинарное течение смазочного матери­ала, при малых эксцентриситетах е рассчитывают таким образом, чтобы выполнялось условие рk = 0,5рн, где рк — давление в кар­мане; рндавление, создаваемое насосом. Параметры гидростати­ческих подшипников могут быть оптимизированы исходя из получе­ния максимальной жесткости или минимальных потерь на трение.

Применение гидростатических опор требует сложной системы питания и сбора масла, что является их недостатком.

Принципиальная схема питания гидростатических опор приве­дена на рис.28.Когда требуется высокая точность станка, к си­стеме питания подключают холодильную установку для стабилиза­ции температуры. Для обеспечения нормальной работы гидростатических опор требуется тщательная фильтрация масла. Макси­мальный размер частиц, попадающих в зазор, не должен превышать половины минимальной величины зазора (5—10 мкм).

Расчет гидростатических подшипников сводится к определению нагрузочной способности, жесткости масляного слоя, расхода сма­зочного материала и потерь на трение и прокачивание масла. На­грузочная способность гидростатических подшипников, Н, зависит от радиального смещения шпинделя в опоре

Fс = pHsЭФСF(ε, κ), (2.8)

где рн — давление, создаваемое насосом, мПа; Ѕэф — эффективная площадь подшипника, учитывающая падение давления на перемыч­ках, мм2; CF (ε, k) — функция, зависящая от относительного сме­щения е шпинделя в опоре и геометрических параметров опоры.

Для легко- и средненагруженных гидростатических подшипни­ков внешние нагрузки, а следовательно, и смещения невелики; тогда можно приближенно принять

CF(ε, κ) = ⅔ ε. (3.8)

Для радиальных гидростатических подшипников приближенно

Sэф = 0,5D2, следовательно, его нагрузочная способность

(4.8)

Жесткость слоя смазки, Н/мм, гидростатического радиального подшипника при указанных выше малых смещениях

(5.8)

Расход смазочного материала, мм3/с, необходимо­го для обеспечения нормального режима работы подшипника,

(6.8)

Потери на трение в гидростатических подшипниках складываются из потерь на трение в карманах и в зазорах (на перемычках), а также из потерь на обеспечение прокачивания смазочного материала через подшипник. Потери в карманах невелики, ими можно прене­бречь, и общие потери, кВт,

P= PT + PQ,, (7.8)

где Рт — потери на трение в рабочем зазоре; PQ — потери на про­качивание смазочного материала.

Для радиальных гидростатических подшипников при принятых выше соотношениях

 

(8.8.)

 

В качестве примера приведем рассчитанные по указанным соотношениям харак­теристики радиального четырехкарманного гидростатического подшипника токар­ного станка при следующих исходных данных: диаметр шейки шпинделя D = 100 мм, диаметральный зазор ∆ = 0,08мм, рн = 3 мПа, рабочая жидкость — масло 45А вязкостью μ = 7·10-3 Пас при t= =30°С, е = 0,02мм.

Нагрузочная способность подшипника Fс = 11 250 Н; жесткость jм = 56 ·104 Н/мм; расход смазки Q = 70·103 мм3/с. Потери на трение при п = 1600 мин-1 Р = РT + РQ = 0,16+ 0,2= 0,36 кВт.

 

 

Шпиндельный узел станка на гидростатических опорах изобра­жен на рис. 29. При конструировании и расчете гидростатических подшипников следует учитывать, что все их характеристики сильно зависят от величины и формы зазора, которые существенно отлича­ются от теоретических вследствие деформаций сопряженных дета­лей. Учет реальных формы и величины зазора приводит к сложным зависимостям, что требует при расчетах их характеристик прибегать к вычислительной технике.

Опоры с воздушной смазкой. В станкостроении применяют аэростатические подшипники, по принципу действия подобные ана­логичным гидростатическим, только несущий слой в них создается путем подвода в зазоры между сопряженными поверхностями не жидкости, а сжатого воздуха под давлением, не превышающим 0,3— 0,4 МПа. Вследствие этого нагрузочная способность их невелика, однако малая вязкость воздуха позволяет существенно снизить по­тери на трение, что предопределило применение аэростатических подшипников в небольших прецизионных станках при больших окружных скоростях вращения шпинделя.

В силу малых зазоров в гидростатических подшипниках, к смазочному материалу предъявляют повышенные требования к очистке масла.

Применяют многоступенчатую систему: грубая, средняя, тонкая и иногда сверхтонкая очистка.

Для последних ступеней используют специальные фильтры, срок службы которых незначителен и они требуют частой замены.

Правила эксплуатации шпиндельных узлов на гидростатической смазке:

  1. Применять строго рекомендуемые смазки.
  2. Вовремя производить замену фильтров.

Не вращать шпиндель без подачи смазки в опоры (при выключенной насосной установки).

 






Дата добавления: 2014-11-10; просмотров: 765. Нарушение авторских прав

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2017 год . (0.006 сек.) русская версия | украинская версия