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

Гидростатические направляющие, конструкции, эксплуатация




 

Гидростатические направляющиеболее широко распространены в металлорежущих станках. Они обеспечивают жидкостную смазку при любых скоростях скольжения, а значит, и равномерность, и вы­сокую чувствительность точных исполнительных движений. Недо­статком гидростатических направляющих является сложность системы смазывания и необходимость специальных устройств для фикса­ции перемещаемого узла в заданной позиции.

Гидростатические направляющие (рис.65) имеют карманы в которые под давлением подается масло. Вытекая наружу через

зазор h, оно создает масляную подушку по всей площади контакта. Целесообразная форма карманов для гидростатических направляю­щих показана на рис. 17.16. Их геометрические размеры задают на основе ориентировочных зависимостей а — = 0,5яг, ах = 0,1В; а2 — 2ах. По характеру восприятия «грузки гидростатические оправляющие делятся на открытые и замкнутые. От­крытые направляющие пред­назначены для восприятия прижимающих нагрузок, а замкнутые (закрытые) могут воспринимать, кроме того, и значительные опрокидывающие моменты. Гидростатические направляющие различаются также системой ре­гулирования толщины масля­ного слоя. Наиболее просты и надежны системы с дроссе­лями перед каждым карманом (см. рис.65, б, г). Однако, гели направляющие незам­кнутые, то они могут обеспечить необходимую жесткость масляного слоя лишь при большой массе подвижного узла. Повысить жесткость масляного слоя можно путем использования для каждого кармана отдельного насоса постоянного расхода (или систему с одним насосом и делителем расхода) (см. рис.65, а, в). Такие системы при­меняют в тяжелых станках (карусельных, продольно-фрезерных и др.). Наилучшими с точки зрения жесткости и постоянства толщины масляного слоя являются гидростатические направляющие с си­стемой автоматического регулирования. Основу таких систем со­ставляют дроссели, сопротивление которых автоматически изме­няется либо в зависимости от толщины масляного слоя, либо от давления в масляном кармане.

Грузоподъемная сила, Н, незамкнутой гидростатической опоры с питанием по схеме насос—карман

(1.17)

где Q — расход смазочного материала, протекающего через зазор, который является постоянным для этого типа опор, см3/с; μ — дина­мическая вязкость, для минеральных масел μ = 1―100 мПа·с; h —величина зазора, см; F —площадь опоры, см2 (отдельной опо­рой будем считать участок F = LB, см. рис. 17.16); cf, Сg —коэф­фициенты, зависящие от геометрических параметров опоры и кар­мана, для симметричной прямоугольной опоры

(2.17)

 

(3.17)

 

где L, В — соответственно длина и ширина опоры; l, b — длина и ширина кармана.

Жесткость гидростатической опоры с постоянным расходом

(4.17)

где знак минус означает, что с увеличением нагрузки, зазор умень­шается.

У незамкнутой гидростатической опоры с питанием от общего насоса через дроссель к каждому карману (см. рис. 17.15, б) расход жидкости через дроссель и щель равен

(5.17)

где рк, рн — соответственно давление в кармане и давление насоса, мПа; R, Rдр—соответственно сопротивление щели и дросселя.

Для гидростатических направляющих применяют в основном. Дроссели типа канала, в которых сопротивление потоку создается за счет трения жидкости о стенки. Такие дроссели меньше засоряются, Так как позволяют увеличить проходное сечение канала, а необ­ходимое сопротивление можно обеспечить за счет его длины, причем Компактность дросселя достигается винтовой формой канала

Для дросселей трения с круглым отверстием

(6.17)

а сопротивление щели гидростатической опоры

(17.33)

где l0, d0 —соответственно длина и диаметр отверстия дросселя, см.

Подставив в уравнение (17.31) выражения (17.32) и (17.33),можно получить формулу для определения толщины масляного слоя

(7.17)

где т = ркн —характеристика дросселя, 0 < т < 1.

Жесткость гидростатической опоры с дроссельной системой пи­тания

(8.17)

а при оптимальной характеристике дросселя топт = 2/3

(9.17)

Из формул (7.17) и (8.17) видно, что применение дросселей трения обеспечивает независимость толщины масляного слоя h и жесткости j от вязкости масла μ. Это является достоинством дрос­сельных гидростатических опор, поскольку вязкость масла суще­ственно изменяется из-за нагрева станка при работе.

Грузоподъемная сила, Н, замкнутой гидростатической опоры с системой питания насос—карман (см. рис. 65, в)

(10.17)

а жесткость этой опоры

(11.17)

 

где h0 — первоначальнаявеличина рабочего зазора; сР (ε, k) и Cj (ε, k) — коэффициенты, определяемые в зависимости от относитель­ного смещения в = (h0 h1)/h0 и различия в противоположных

опорах

(12.17)

(индекс 1 —для основной опоры, а индекс 2 —для замыкающей); обычно 0 < k < 1, а при k = 0 опора превращается в незамкнутую.

 

Коэффициенты сР (е, k) и Cj (e, k) определяют по выражениям

(13.17)

Замкнутая гидростатическая опора с дроссельным регулирова­нием (рис.65, г) обладает грузоподъемной силой и жесткостью, определяемыми по выражениям (10.17) и (11.17), в которых коэффи­циенты Ср (в, k) и c,j (в, k) определяют по следующим зависимостям:

 

(14.17)

 

 

Повысить жесткость незамкнутых гидростатических опор можно применяя регуляторы толщины масляного слоя. Примером регулятора, использующего обратную связь по давлению, может служить

мембранный регулятор (рис.67, а), принцип действия которого заключается в том, что его сопротивление, зависящее от величины зазора Н, изменяется в соответствии с толщиной щели h при равен­стве расходов. Толщина масляного слоя гидростатической опоры с таким регулятором

 


(15.17)

 

 

где Н0 —начальный зазор в регуляторе (при рк = 0), см; с — коэф­фициент податливости мембраны с пружиной, мм-см2/Н.

Подбором жесткости регулятора (используя коэффициенты ) можно изменить жесткостную характеристику опоры. Регуляторы мембранного типа улучшают характеристики незамкнутых гидростатических опор при сравнительно небольшом. Диапазоне изменения внешней нагрузки (примерно до 5 раз), обес­печивая почти постоянное значение толщины смазочного слоя. Рас­ширить диапазон внешних нагрузок во много раз можно путем создания систем автоматического регулирования, в которых осуще­ствляется управление регулятором расхода по сигналу датчика, фиксирующего отклонение движения подвижного узла от идеальной прямой.

Своеобразной автоматической системой с регулятором являются гидростатические опоры с внутренним дросселированием (рис.67, б). В качестве дросселя используют участок щели в виде кольца, причем дроссели располагают на противоположной направляющей. Жесткость и грузоподъемная сила таких опор в 1,5—2 раза больше жесткости обычных гидростатических опор с внешним дрос­селем постоянного сопротивления.

Демпфирование колебаний в гидростатических направляющих значительно выше, чем в направляющих других типов, и харак­теризуется силой сопротивления, возникающей при сближении I поверхностей с некоторой постоянной скоростью. Для прямоуголь­ных направляющих с карманом демпфирующая сила

(16.17)

а для плоской кольцевой опоры с центральной камерой

(17.17)

где h — начальная (средняя) величина зазора; r1, r2 — соответ­ственно наружный и внутренний радиусы кольцевой опоры.

Гидростатические направляющие чувствительны к деформациям и погрешностям изготовления и монтажа, суммарная величина кото­рых для сопряженных деталей не должна превышать примерно одной трети минимальной расчетной толщины щели. Положительным свойством гидростатических опор является способность их в значи­тельной мере усреднять исходные геометрические погрешности со­пряженных поверхностей.

Разделения трущихся поверхностей в аэростатических направ­ляющихдобиваются подачей в карманы воздуха под давлением. В результате между сопряженными поверхностями направляющих образуется воздушная подушка. По конструкции аэростатические направляющие напоминают гидростатические. Рабочую поверхность делят на несколько секций, в которых располагаются карманы. Подвод и распределение воздуха к каждой секции независимые. Для устранения опасности потери устойчивости и возбуждения интенсивных колебаний по принципу пневмомолотка карманы и распределительные канавки делают треугольного профиля и неболь­шими по объему (рис.68). Аэростатические направляющие ра­ботают устойчиво, когда объем воздуха в канавке в 4—5 раз меньше объема воздуха в щели. Исходя из этого, глубина канавки

(18.17)

где В —ширина опоры, мм; h —толщина щели, обычно h = 0,01 ─ 0,05 мм

Микроканавки замкнутого профиля, аналогичные канавкам ги­дростатических опор (см. рис.66), применяют при значительной ширине направляющих. Воздух подводят к центру канавки через дросселирующее отверстие (d = 0,2 ─ 0,8 мм) под избыточным давле­нием 0,2-0,4 МПа.

Подъемная сила опоры с одной канавкой

(19.17)

Где l—длина канавки, мм; fp (k) —коэффициент, зависящий от характеристики опоры,

(20.17)

Коэффициент fр (k) при рас­чете грузоподъемности можно определить по эмпирической формуле

 

(21.17)

гдерк —давление воздуха в канавке, МПа.

По условию устойчивости характеристику опоры следует брать в интервале 0,3 < к < 2.

Жесткость незамкнутых аэростатических направляющих можно оценить по приближен­ной формуле

(22.17)

гдер0 — подводимое давление воздуха, МПа.

Недостатки аэростатических опор и направляющих, по сравнению с гидростатическими, заключаются в малой нагрузочной способности, невысоком демпфировании колебаний, так как вязкость воздуха на четыре порядка меньше вязкости масла, низкими динамическими ха­рактеристиками, склонностью к отказам из-за засорения магистра­лей и рабочего зазора. Динамические характеристики можно улуч­шить, применяя аэростатические направляющие закрытого типа, а поднять нагрузочную способность за счет автономной системы пи­тания от отдельного компрессора.

Преимущества аэростатических направляющих состоят в том, что они при движении обеспечивают низкий коэффициент трения, а при отключении подачи воздуха очень быстро создается контакт поверхностей с большим трением, обеспечивающим достаточную жесткость фиксации узла станка в заданной позиции. Отпадает Необходимость в фиксирующих устройствах, в которых нуждаются

Все это определяет целесообразную область применения аэростатических направляющих. Их используют в прецизионных стан­ках, в которых малы силы резания и необходимо точное позициони­рование.

 

 

18. Обзор конструкций направляющих с гидродинамической, газовой смазкой. Использование гидро- и аэроразгрузки при перемещении узлов станка по направляющим.

 

Гидродинамические направляющиеотличаются простотой конструкции, хорошо работают лишь при достаточно больших скоростях скольжения, которым соответствуют скорости главного движения продольно-строгальных, карусельных станках). Гидродинамиче­ский эффект, т. е. эффект всплывания подвижного узла, создается пологими клиновыми скосами между смазочными канавками, вы­полненными на рабочей поверхности направляющих (рис.69). В образованные таким образом сужающиеся зазоры при движении затягивается смазочный материал, и обеспечивается разделение тру­щихся поверхностей слоем жидкости. При малой ширине направляющей по сравнению с ее длиной

критическая скорость скольже­ния, м/с, после которой наступает жидкостная смазка,

 

(1.18)

 

где Р — общая нагрузка на направляющую, Н; hmin — минимальная толщина смазочного слоя, в зависимости от длины направляющей fmin = 0,06 ─ 0,1 мм; μ —динамическая вязкость, мПа·с; L, В — длина и ширина направляющей, мм.

Для различных скоростей скольжения и нагрузки существуют свои оптимальные геометрические параметры клинового скоса.

Серьезным недостатком гидродинамических направляющих яв­ляется нарушение жидкостной смазки в периоды разгона и торможе­ния подвижного узла.

Гидроразгрузканаправляющих с полужидкостной смазкой за счет подачи в разгружающие карманы масла под давлением весьма эффективна для наиболее ответственных направляющих. Подбором давления масла в карманах можно резко уменьшить коэффициент трения, обеспечить высокую долговечность направляющих, а отсут­ствие всплывания, которое имеет место в гидростатических на­правляющих, обеспечивает высокую контактную жесткость и надеж­ную фиксацию узла после перестановки.

Сила трения в направляющих с гидроразгрузкой

(2.18)

 

 

где f — коэффициентсмешанного трения; Р0 — сила гидрораз­грузки.

Сила гидроразгрузки та же, что и для гидростатических на­правляющих, Р0 = pKFcF; обычно Р0 = 0,7PN.

Комбинация гидростатических и гидродинамических опор целе­сообразна при большом диапазоне изменения скоростей, что в на­правляющих встречается редко. Такие опоры применяют для быстро­ходных шпинделей станков с большим диапазоном регулирования

частоты вращения.

Комбинации гидростатических опор и направляющих качения целесообразны в отдельных случаях для создания замкнутых гидро­статических опор. Подпружиненные катки могут обеспечить надеж­ное замыкание гидростатических опор даже при отсутствии внешней постоянной нагрузки.

Сочетание гидростатических направляющих с аэростатическими возможно в случаях, когда аэростатические опоры выполняют вспомогательные функции уплотняющих устройств. Для силового замыкания аэростатические направляющие малопригодны из-за низкого давления в пневмосети.

Сжатый воздух используется для разгрузки нетяжелых узлов при вспомогательных их перемещениях. Например, для облегчения перемещения задней бабки в карманы ее напрвляющих подается сжатый воздух, создается воздушная подушка, на которой всплывает задняя бабка

 







Дата добавления: 2014-11-10; просмотров: 749. Нарушение авторских прав

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2017 год . (0.182 сек.) русская версия | украинская версия