Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

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

РАСЧЕТ ШПИНДЕЛЬНЫХ УЗЛОВ




Расчет на жесткость. Главные размеры шпиндельного узла (рис. 16) — диаметр d шейки шпинделя под передней опорой и расстояние l между опорами — выбирают из расчета шпинделя на жесткость. Величину вылета а шпинделя определяют по стан­дартным размерам его переднего конца и размерам уплотнений; она должна быть возможно малой. При приближенных проектных расчетах шпиндель заменяют балкой на двух опорах с силой F, приложенной на консоли, т. е. на расстоянии а от середины передней опоры

Радиальное перемещение переднего конца шпинделя

У = УШП + У ОП + УСДВ (1.4)

 

 

 

Где у шп — перемещение, вызванное изгибом тела шпинделя; уоп —перемещение, вызванное податливостью (нежесткостью) опор; усдв — перемещение, вызванное сдвигом от действия поперечных сил.

Применяя известные формулы сопротивления материалов и пренебрегая величиной усдв, которая для реальных размеров шпинделей, имеющих центральное отверстие, не превышает 3 -6 %, можем записать

 

(2.4)

 

 

где Е — модуль упругости материала шпинделя; Jx и J2 — осевые моменты инерции сечения шпинделя соответственно на консольной части и между опорами; сх = 1/jx и с2 = 1/j2 — соответственно подат­ливость передней и задней опор шпинделя, которые определяют по реакциям Rx и R2 и перемещениям δJ и δ2 в соответствующих опорах; j1 и j2 — жесткость опор; ξ3 — коэффициент, учитывающий наличие в передней опоре защемляющего момента, если в ней расположено несколько рядов тел качения.

Для конструктивных схем, представленных на рис. 1 значе­ния коэффициента ξ3 можно принимать равными 0,65—0,75 (для схемы 1); 0,45—0,65 (для схемы 2); 0,30—0,45 (для схем 3—4); 0,20— 0,30 (для схемы 5); 0,1—0,2 (для схем 6—8); 0 (для схем 9—10). Для гидростатических опор ξ3 равно нулю.

В соответствии с формулой (2.4) общая податливость шпиндельного узла имеет вид

 

 

(3.4)

где j — суммарная жесткость шпиндельного узла, может быть представлена в виде

 

(4.4)

 

Учитывая, что величины с1, с2, J1 и J2 зависят только от диаме­тральных размеров шпинделя, можно получить для конкретной кон­структивной схемы узла зависимости j = f(d) (рис. 17,б), позволяющие определить диаметр при заданной жесткости шпин­дельного узла. При этом надо учитывать конструктивные ограниче­ния, связанные с тем, что d d1, где d1 — диаметр последней сту­пени стандартного переднего конца шпинделя, и ограничения по предельной быстроходности подшипников

(5.4)

где nmax— максимальная частота вращения шпинделя.

После выбора диаметра шейки d можно определить для него оптимальную величину межопорного расстояния loпт, исходя из необходимости получения максимальной жесткости (т. е. минимума суммарной податливости). Для этого используют выражение (4.4) без учета защемления в передней опоре, т. е. при ξ3 = 0. Взяв пер­вую производную с по l и приравняв ее нулю, получим уравнение для определения lопт:

(6.4)

 

которое легко решается графически. При назначении межопорного расстояния необходимо учитывать его влияние на точность враще­ния шпинделя. Поэтому обычно в практике станкостроения при­нято ограничивать возможное значение межопорного расстояния, а именно l ≥ 2,5а. Если учтены все требования к шпиндельному узлу, то можно определить значения главных параметров шпин­дельного узла в виде области допустимых значений. На рис. 18 показано построение области допустимых значений для шпиндель­ного узла универсального токарного станка с nmax = 2500 мин-1.

При точностных расчетах необходимо знать величину и на­правление перемещения переднего конца шпинделя с учетом сило­вого воздействия от приводных элементов. Это могут быть зубчатые передачи, расположенные между опорами на расстоянии 11 (см. рис. 16) от передней опоры, либо ременные передачи со шкивом, расположенным на расстоянии /2 от задней опоры. В этом случае учитывают силы резания и силы привода, которые приводят к двум плоскостям (вертикальной и горизонтальной). По известным формулам сопротивления материалов вычисляют прогиб конца шпинделя в каждой плоскости в и ус)

(7.4)

Вычисления целесообразно проводить с учетом защемления в пе­редней опоре и конкретной величины натяга средствами вычисли­тельной техники. Выбирая определенным образом угловое располо­жение элемента и расстояния 11 и /2, можно добиться минимального влияния привода на положение переднего конца шпинделя.

При расчете общей жесткости шпиндельного узла необходимо учитывать жесткость конического соединения шпинделя с приспособ­лением (оправкой, патроном) или хвостиком инструмента, а также жесткость приспособлений и инструмента. Во многих случаях они являются определяющими в общем балансе жесткости. Например, Для соединения хвостовика инструмента с корпусом шпинделя в со­ответствии с расчетной схемой, приведенной на рис. 19, упругое перемещение при действии силы F приложенной на расстоянии а1 от конца шпинделя,

 

(8.4)

где δ — смещение на краю конического соединения вследствие кон­тактных деформаций; θ — угол поворота в коническом соединении.

Для конусности 7/24, получившей преимущественное распро­странение в станках с числовым управлением, без учета погрешно­стей изготовления жесткость, Н/мкм,

 
 


 

(9.4)

где D и а1 —см. рис. 19.

Погрешности изготовления конического соединения, обусловлен­ные несовпадением углов конусов отверстия и оправки, резко сни­жают жесткость соединения. Для ее повышения применяют предва­рительную затяжку осевой силой F0 (величина которой для конуса ISO 50 составляет 15 кН), которая создается специальными зажим­ными приспособлениями, расположенными во внутренних цилинд­рических полостях шпинделя.

Податливость патронов и зажимных цанг при обработке корот­ких прутков в токарных станках составляет 80—90 % податливости всей системы шпиндельного узла. Во фрезерных и расточных стан­ках доминирующими могут являться деформации концевого ин­струмента.

 

 


Поможем в написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой





Дата добавления: 2014-11-10; просмотров: 2061. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2022 год . (0.032 сек.) русская версия | украинская версия
Поможем в написании
> Курсовые, контрольные, дипломные и другие работы со скидкой до 25%
3 569 лучших специалисов, готовы оказать помощь 24/7