автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Адаптивные гидростатические шпиндельные опоры с авторотацией плавающего кольцевого регулятора: конструкции, методы расчета и оптимизация

На правах рукописи

003058423

ПИКАЛОВ Яков Юрьевич

АДАПТИВНЫЕ ГИДРОСТАТИЧЕСКИЕ ШПИНДЕЛЬНЫЕ ОПОРЫ С АВТОРОТАЦИЕЙ ПЛАВАЮЩЕГО КОЛЬЦЕВОГО РЕГУЛЯТОРА: КОНСТРУКЦИИ, МЕТОДЫ РАСЧЕТА И ОПТИМИЗАЦИЯ

05 03 01 - Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Красноярск - 2007

003058423

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Сибирский федеральный университет (СФУ)

Научный руководитель кандидат технических наук, профессор

Шатохин Станислав Николаевич

Официальные оппоненты доктор технических наук, доцент

Нечаев Александр Иванович

кандидат технических наук, доцент Секацкий Виктор Степанович

Ведущая организация Федеральное государственное унитарное пред-

приятие «Красмаш», г. Красноярск

Защита состоится « 29 » мая 2007 г в 15 30 часов на заседании диссертационного совета К 212 099 04 в Политехническом институте Сибирского федерального университета по адресу

660074, г Красноярск, ул Киренского, 26, аудитория Г-270 тел. 8(3912)91-21-95 факс 8 (3912) 43-06-92

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Политехнического института Сибирского федерального университета

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью составителя, заверенной печатью организации, просим направить в адрес диссертационного совета на имя ученого секретаря

Автореферат разослан « 27 » апреля 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

Е А Сорокин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Анализ металлорежущих станков, выпускаемых ведущими фирмами и экспонируемых на международных выставках, показал, что в наиболее ответственных случаях (высокоскоростная и прецизионная обработка, точение стальных закаленных деталей сверхтвердым инструментом, микрорезание), а также в тяжелых станках применяют гидростатические шпиндельные опоры, которые обеспечивают наиболее высокую точность вращения и виброустойчивость шпиндельного узла, недостижимую для других типов опор

Наиболее известны и применяются пассивные гидростатические опоры с развитыми несущими карманами, смазка в которые нагнетается по схеме дроссель-карман или насос-карман (последняя в тяжелых станках) Разработаны также адаптивные гидростатические опоры, у которых смазка в несущие карманы нагнетается через управляемые регуляторы Адаптивные опоры обладают значительно большей нагрузочной способностью и быстроходностью, имеют диапазон нагрузочной характеристики с отрицательным эксцентриситетом шпинделя (адаптивный диапазон), что позволяет существенно повысить точность и производительность обработки за счет компенсации упругих деформаций шпинделя, инструмента, заготовки и других элементов станка Однако известные конструкции адаптивных гидростатических опор имеют ограниченное применение из-за сложной или нетехнологичной конструкции, недостаточной стабильности характеристик и недостаточной быстроходности Последняя ограничена возрастанием фрикционных потерь мощности и нагрева смазки, причиной которых является развитие турбулентности в несущих карманах, возникающей при высокой частоте вращения шпинделя Поэтому актуальной технической проблемой является создание адаптивных гидростатических шпиндельных опор нового типа, которые сочегают простоту и технологичность конструкции с более высокой надежностью, нагрузочной способностью, точностью и меньшими потерями мощности при высокой частоте вращения шпинделя

Основная идея: создание адаптивных гидростатических шпиндельных опор нового типа, имеющих технологичную сборную модульную конструкцию без несущих карманов, с гидростатической стабилизацией плавающего кольцевого регулятора, который через несущий смазочный слой непосредственно взаимодействует с вращающимся шпинделем и имеет возможность авторотации

Цель работы: улучшение технических характеристик прецизионных и тяжелых металлорежущих станков, путем использования в них шпиндельных узлов с адаптивными гидростатическими опорами нового типа, которые сочетают простоту и технологичность конструкции с более высокой надежностью, нагрузочной способностью, точностью и меньшими потерями мощности при высокой частоте вращения шпинделя

Научная проблематика заключается в создании новых конструктивных схем адаптивных гидростатических шпиндельных опор нового типа без несущих карманов, с гидростатической стабилизацией и авторотацией плавающего кольцевого регулятора, а также методологии их проектирования, которая тре-

бует использования сложных математических моделей, алгоритмов и компьютерных программ при решении многомерных взаимосвязанных дифференциальных краевых задач для дифференциальных уравнений Рейнольдса, при сложных граничных условиях параллельно-последовательного дросселирования смазки в проточном тракте, и позволяет результативно выполнить расчет и оптимизацию статических и динамических характеристик

Методология исследования адаптивных гидростатических опор нового типа основана на использовании фундаментальных положений гидродинамической теории смазки и теории автоматического регулирования, методов многопараметрической оптимизации, аналитических и численных методов математического анализа, алгоритмов и компьютерных программ вычислительной математики

Предметы исследования- сравнительный анализ нагрузочных характеристик для различных конструктивных схем адаптивных гидростатических шпиндельных опор нового типа, адекватность математических моделей статики и динамики адаптивных опор, быстродействие и точность численных методов, алгоритмов и компьютерных программ, используемых для расчета и многопараметрической оптимизации характеристик, параметрический анализ теоретических и экспериментальных результатов

Основные задачи

1 Патентная защита модульных конструкций адаптивных гидростатических шпиндельных опор без несущих карманов, с гидростатической стабилизацией и авторотацией плавающего кольцевого регулятора

2 Создание адекватных математических моделей, алгоритмов и компьютерных программ для расчета, исследования и многопараметрической оптимизации адаптивных гидростатических шпиндельных опор нового типа

3. Теоретическое исследование влияния конструктивных и режимных параметров на нагрузочную способность, потери мощности и динамические показатели адаптивных гидростатических шпиндельных опор нового типа

4 Проектирование, изготовление и испытание экспериментального шпиндельного узла с опорами нового типа для проверки результатов теоретического исследования

5 Разработка прикладной методики проектирования шпиндельных узлов с адаптивными гидростатическими шпиндельными опорами нового типа для металлорежущих станков

Научная Новизна

1 Определен новый подход к совершенствованию шпиндельных узлов прецизионных и тяжелых металлорежущих станков, основанный на использовании адаптивных гидростатических шпиндельных опор нового типа без несущих карманов, с гидростатической стабилизацией и авторотацией плавающего кольцевого регулятора, применение которых позволяет в 1,5 раза и более повысить нагрузочную способность, точность и быстроходность шпиндельных узлов

2 Созданы адекватные математические модели и вычислительные алгоритмы, с помощью которых выполнены параметрическое исследование и оптимизация нагрузочных, энергетических и динамических характеристик адаптивных гидростатических шпиндельных опор нового типа

3 Путем теоретического исследования установлены оптимальные взаимосвязи конструктивных и режимных параметров с нагрузочными и энергетическими характеристиками шпиндельных узлов, имеющих опоры нового типа

4 Экспериментально подтверждена работоспособность шпиндельного узла с гидростатическими опорами нового типа, в том числе возможность адаптивного диапазона радиальных нагрузок с отрицательными эксцентриситетами на переднем конце шпинделя

Достоверность результатов подтверждена

- корректным обоснованием адекватности математических моделей, основанных на использовании положений гидродинамической теории смазки и теории автоматического регулирования, а также соответствием принятых допущений реальным условиям работы адаптивных гидростатических шпиндельных опор нового типа;

- использованием для численной реализации математических моделей адаптивных гидростатических шпиндельных опор нового типа апробированных вычислительных алгоритмов и компьютерных программ,

- полным качественным и удовлетворительным количественным совпадением теоретических и экспериментальных результатов, их соответствием аналогичным данным других авторов

Практическое значение:

1. Созданы защищенные патентами РФ компактные и технологичные модульные конструкции адаптивных гидростатических шпиндельных опор нового типа без несущих карманов с гидростатической стабилизацией и авторотацией плавающего кольцевого регулятора, которые в 1,5 раза и более превосходят другие адаптивные гидростатические опоры по нагрузочным и энергетическим характеристикам

2 Прикладная методика проектирования шпиндельных узлов с адаптивными гидростатическими опорами нового типа принята для практического использования в ФГУП «КРАСМАШ», ООО «СИБИН», ООО «Сибинстрем» (г Красноярск), НПО ПМ (г Железногорск)

3 Результаты работы внедрены в учебный процесс кафедры «Технология машиностроения» Политехнического института СФУ и используются в курсовых проектах по дисциплинам «Металлорежущие станки», «Расчет и конструирование металлорежущих станков», а также в дипломных проектах по специальности 151002 - «Металлорежущие станки и комплексы»

Апробация. Основные положения работы апробированы

- на Всероссийской научно-технической конференции «Осень 2005 Молодежь и наука начало XXI века» (Красноярск, 2005 г),

- на Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Проблемы машиностроения и новые материалы» (Красноярск, 2006 г),

- на научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых КГТУ в 2004, 2005,2006 гг

В полном объеме работа апробирована на заседании кафедры «Технология машиностроения» и на научном семинаре механико-технологического факультета Политехнического института СФУ в 2007 г

Публикации По материалам работы опубликованы 7 научных статей, 2 тезиса докладов на всероссийских научно-технических конференциях, получены 8 патентов РФ на изобретения и полезные модели.

Рекомендации по использованию результатов. Результаты работы могут быть использованы на предприятиях, которые проектируют новые или модернизируют действующие металлорежущие станки, а также студентами технических вузов при выполнении курсовых и дипломных проектов по металлорежущим станкам

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пяти разделов, заключения и списка использованных источников Объем работы 147 страниц, в том числе 90 страниц основного текста, 40 рисунков и 13 таблиц; 102 наименований библиографических источников на 10 страницах

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана краткая общая характеристика работы

В первом разделе проведен обзор материалов по применению гидростатических шпиндельных опор в металлорежущих станках, дана сравнительная характеристика гидростатических опор с различными схемами нагнетания смазки, проанализированы известные конструкции адаптивных гидростатических опор и пути их совершенствования, сформулированы основная идея, научная проблематика, цель и задачи работы

Сравнительный анализ разработок и исследований гидростатических опор с различными схемами нагнетания смазки, в том числе отечественных, выполненных под руководством В Э. Пуша и В В Бушуева (МГТУ «СТАНКИН», Москва), В Н Прокопьева (МГТУ им Баумана), Ю Н Соколова и Г А Левита (ЭНИМС, Москва), А И Белоусова (КУАИ, Самара), С.Н Шатохина (КГТУ, Красноярск) и других исследователей, показал, что перспективны, но недостаточно разработаны и изучены адаптивные гидростатические шпиндельные опоры с управляемыми регуляторами нагнетания смазки Они позволяют получить нагрузочную характеристику со значительным адаптивным диапазоном, в котором эксцентриситет шпинделя имеет отрицательные значения, что позволяет в 1,5-2 раза увеличить нагрузочную способность шпиндельного узла и в 2-3 раза повысить точность обработки за счет автоматической компенсации упругих деформаций шпинделя, инструмента, заготовки и других элементов станка

Известные и применяемые адаптивные гидростатические шпиндельные опоры имеют несущие карманы и кольцевые регуляторы нагнетания смазки, радиальная стабилизация которых осуществляется с помощью эластичного, упру-

го-металлического или гидравлического подвеса. Их недостатками являются сложность и нетехнологичность конструкции, нестабильность характеристик и ограниченная быстроходность В КГТУ разработана и исследована адаптивная аэростатическая шпиндельная опора с плавающим кольцевым регулятором, который имеет аэростатическую стабилизацию радиального и осевого положения, через несущий воздушный слой непосредственно взаимодействует с цапфой шпинделя и имеет возможность самовращения (авторотации)1 Результаты исследования показали, что эта опора сочетает достаточно простую и технологичную конструкцию с высокими эксплуатационными характеристиками Сделан вывод, что данная конструкция наиболее перспективна для разработки адаптивных гидростатических шпиндельных опор нового поколения

В результате проведенного анализа сформулированы основная идея, научная проблематика, цель и задачи работы, которая направлена на повышение точности и производительности прецизионных и тяжелых металлорежущих станков, за счет использования шпиндельных узлов с адаптивными гидростатическими опорами нового типа без несущих карманов, с гидростатической стабилизацией и авторотацией плавающего кольцевого регулятора, которые значительно превосходят аналоги по нагрузочной способности, точности и быстроходности,

Во втором разделе представлены защищенные патентами РФ адаптивные гидростатические шпиндельные опоры нового типа, разработаны математические модели, алгоритмы и компьютерные программы для их упрощенного статического расчета, проведено сравнительное исследование нагрузочных характеристик для различных конструктивных схем опор.

Одна из четырех предложенных конструктивных схем радиальной адаптивной гидростатической шпиндельной опоры нового типа показана на рисунке 1, а Смазка под давлением рн = const нагнетается через кольцевую канавку 4 корпуса 1 в дросселирующий щелевой зазор /г3 Далее поток смазки разделяется и последовательно дросселируется в щелевых зазорах /^-»/^-»й,, обеспечивая левитацию шпинделя 3, а также в щелевых зазорах —>/гб——, обеспечивая радиальную и осевую стабилизацию плавающего кольцевого регулятора 2

Конструкция опоры технологична, так как состоит из небольшого числа деталей простой формы Отсутствие несущих карманов, а также использование плавающего кольцевого регулятора с гидростатической стабилизацией и возможностью авторотации при вращении шпинделя уменьшает фрикционные потери мощности при высокой частоте вращения шпинделя и исключает облитерацию смазки в дросселирующих щелевых зазорах

В таблице 1 приведена математическая модель для упрощенного исследования нагрузочных характеристик радиальной опоры нового типа, показанной на рисунке 1, а, в которой функции (3) распределения давлений смазки в дросселирующих щелях определены решением взаимосвязанных одномерных (плоских) краевых задач для уравнений Рейнольдса при следующих допущениях

' Курзаков, А С Разработка радиальных аэростатических опор с плавающими регуляторами Дис канд техн наук/А С Курзаков Красноярск,2002 201 с

вязкость ц и плотность р смазки постоянны, оси корпуса, кольцевого регулятора и шпинделя параллельны; дросселирующих щели образованы цилиндрическими или плоскими поверхностями идеальной формы; окружное течение смазки в дросселирующих щелях пренебрежимо мало

Рисунок 1 - Адаптивные гидростатические шпиндельные опоры нового типа а - радиальная опора, б - радиально-осевая опора 1 - сборный корпус, 2 - плавающий, кольцевой регулятор, 3 - шпиндель

Для общности результатов и сокращения вычислений сравнительное исследование проводили в безразмерной форме и размерные величины заменяли безразмерными аналогами Р,- р,1 рн - давления смазки в дросселирующих щелях, Я, = /г, //г,0- зазоры в дросселирующих щелях, е = е//г,0 и £р =ер//г|0 -эксцентриситеты шпинделя и регулятора; Л, = г, /г0 - радиальные размеры, Ц = иго~ осевые размеры, где г0 - радиус цапфы шпинделя, /г,0 - радиальный зазор между корпусом и цапфой шпинделя при их соосном положении

Функциональные показатели, использованные при сравнительном анализе нагрузочных характеристик различных вариантов радиальной адаптивной гидростатической шпиндельной опоры нового типа, представлены на рисунке 2, который показывает типовой график зависимости безразмерных эксцентриситетов шпинделя £ (сплошная жирная линия) и регулятора ер (сплошная тонкая линия) от безразмерной нагрузки а также зависимости для пассивной гидростатической шпиндельной опоры типа дроссель-карман с аналогич-

Таблица 1 - Математическая модель адаптивной гидростатической опоры

№ пп

Уравнения

Физический смысл

для гидростатической опоры № 1, 2,4

я ' К'

^ = 4 11 а

соъср с1ср,

Условие силового равновесия шпинделя

для гидростатической опоры № 3

Р = Ъ 1 I

'"Ч ' V7!»

5 ср1

, где <р„ ■■

2 я

/

для гидростатической опоры № 1, 2,4

„/'г >

Я ¿к;

1 И ¡РХ?'2) С05<Р <1(Р =

' г,„ )

для гидростатической опоры № 3

2К, \

Условие силового равновесия регулятора

7-1 >

Я, \р„{2) (12 со

= 0,

для I -ои цилиндрическом дросселирующей щели

ф^^р.ХФ-^- {ра(<р)-р»,(<р))

для I -ой торцевой дросселирующей щели

рМ=Рнх<р)+ШМ-) (РК,(<Р)-РЛ<Р))

Функции распределения давлений смазки в дросселирующих щелях

для «-ой цилиндрической дросселирующей щели

8г г-' дг

для I -ой торцевой дросселирующей щели

дЯ

для дросселирующих сопл

я, /я,»

адх<р) = н? я а?, а =2 л я,3 [

дЯ ;

с!<р

Локальные по ср и интегральные 2/ расходы смазки

е*=12

Сд

Л Р

ПД сд = 1,13 и = я </„2/4, КД с„ =0,85 и =я </ж Иг],

в точках А, В, С, £> и Е о и/или

Условия баланса расходов смазки

Н,((р) = Н10-е1 со

Значения дросселирующих щелей

ными параметрами (штриховая линия) Улучшению нагрузочных характеристик адаптивных гидростатической опоры соответствует увеличение значений /гад, и |-£твх| Для комплексного учета влияния этих показателей предложено использовать интегральный критерий качества, за который приняли площадь адаптивного диапазона нагрузок (обозначена серым цветом на рисунке 2) Результаты оптимизации позволили из четырех рассмотренных радиальных адаптивных гидростатических шпиндельных опор выбрать конструкцию, которая имеет лучшую нагрузочную характеристику

Рисунок 2 - Типовые нагрузочные характеристики

■^ак > - активный и адаптивный диапазон нагрузок (е < 0), рабочий диапазон нагрузок (при е = 0,4), - предельный диапазон нагрузок (при е = 1), кп - податливость адаптивной и пассивной гидростатических опор,

= кл/км = I%а°П%р° - коэффициент активности адаптивной опоры при ,Р=0, = коэффици-

ент активности адаптивной опоры =

При исследовании аналогичной радиально-осевой адаптивной гидростатической шпиндельной опоры нового типа, показанной на рисунке 1, б, в математическую модель добавлены уравнения равновесия осевых сил, действующих на шпиндель и регулятор, и дополнительные члены в уравнения баланса расходов смазки, что позволяет определять осевые нагрузочные характеристики В результате исследования установлено, что увеличение радиальной нагрузки повышает осевую нагрузочную способность, а рост осевых нагрузок приводт к увеличению радиальной нагрузочной способности. При этом адаптивный диапазон несущей способности имеет место только при радиальном нагружении

В третьем разделе разработаны математическая модель, алгоритм и компьютерная программа для уточненного исследования радиальной опоры нового типа, показанной на рисунке 1, а\ проведены исследование и многопараметрическая оптимизация ее нагрузочных и энергетических характеристик

В уточненной математической модели использованы двумерные уравнения Рейнольдса, которые учитывают окружное течение смазки в дросселирующих щелевых зазорах В результате этого связанные краевые задачи, необходимые

и

для определения функций распределения давлений смазки в дросселирующих щелевых зазорах, становятся пространственными и их решение значительно усложняется Поэтому функции распределения давлений смазки в цилиндрических и торцевых дросселирующих щелевых зазорах определяли конечно-разностным «методом сеток», который позволяет свести решение каждого уравнения Рей-нольдса к рекуррентной системе линейных алгебраических уравнений Расчет нагрузочных характеристик выполняли по программе, составленной на языке Object Pascal в среде Delphi Установлено, что нагрузочные характеристики, рассчитанные с учетом окружного течения смазки, дают на 20-30 % меньшие значения диапазона адаптивных и активных нагрузок и отрицательных эксцентриситетов шпинделя, а адаптивная площадь £ уменьшается на 40-50%

В качестве энергетического критерия оптимизации радиальной адаптивной гидростатической шпиндельной опоры использовали минимум безразмерных суммарных потерь мощности на нагнетание смазки (насосные потери) и на трение в дросселирующих щелях при вращении шпинделя и авторотации регулятора (фрикционные потери) Частоту авторотации регулятора находили из условия равновесия увлекающих и тормозящих моментов гидродинамического

Рисунок 3 - Оптимальные характеристики адаптивной гидростатической опоры

а - нагрузочные характеристики, б - суммарные потери мощности, 1 - оптимизация перебором, 2 - оптимизация по генетическому алгоритму, характеристики шпинделя (без учета окружного течения смазки), 1 1 " характеристики шпинделя (с учетом окружного течения смазки),

характеристики регулятора (без учета окружного течения смазки),

- характеристики регулятора (с учетом окружного течения смазки),

■■»■■ — характеристики пассивной гидростатической шпиндельной опоры

трения Совместную оптимизацию нагрузочных и энергетических характеристик проводили с использованием комплексного критерия качества:

где N5. - суммарные потери мощности, у- коэффициент баланса критериев оптимизации, соответствующий условиям эксплуатации шпиндельного узла

Для многопараметрической оптимизации выбран экономичный и достаточно точный «метод эволюционного поиска», основанный на использовании * генетического алгоритма Для улучшения метода разработан гибридный генетический алгоритм, в котором использован «принцип элитизма», применен конкурирующий метод оптимизации и использована функционально-зависимая вероятность мутации При оптимизации варьировали безразмерные значения дросселирующих щелевых зазоров и линейных размеров с учетом условий, определяемых конструктивными ограничениями

Для оптимальных параметров, полученных с помощью генетического алгоритма, на рисунке 3 приведены графики нагрузочных и энергетических характеристик радиальной адаптивной гидростатической опоры нового типа без несущих карманов, с гидростатической стабилизацией и авторотацией плавающего кольцевого регулятора Установлено, что она превосходит аналоги по адаптивному диапазону нагрузок на 20—40%; по предельной рабочей нагрузке на 1015%; по достигаемому значению отрицательного эксцентриситета в 1,2-1,5 раза, по быстроходности в 2,5 раза, по энергетической эффективности в 3-3,5 раза

В четвертом разделе для радиальной опоры, показанной на рисунке 1, а, разработаны нестационарная математическая модель, алгоритм и компьютерная программа расчета динамических характеристик и проведено их исследование

Функции распределения динамических давлений в цилиндрических дросселирующих щелевых зазорах А,, и кь находили решением системы связанных пространственных краевых задач для нестационарных уравнений Рей-нольдса, используя конечно-разностный «метод сеток» В уравнении равновесия учитывали инерцию шпинделя, которая пропорциональна его массе т. и радиальному ускорению

Для исследования переходных процессов использовали корневые показатели, принятые в теории автоматического регулирования, нормированную степень устойчивости 7]0 и затухание за период колебаний £ Для частотного исследования использовали показатель колебательности Д, который характеризует демпфирование в динамической системе В линейной теории автоматического регулирования показатель колебательности А определяют как отношение резонансного значения амплитудно-частотной характеристики (при со = юр, где юр

- резонансная частота) к ее статическому значению (при со = 0) Но адаптивная гидростатическая шпиндельная опора может иметь нулевую и отрицательную статическую податливость, поэтому традиционное определение Д дает непонятные результаты Например, при нулевой статической податливости получим

значение Д =оо для любой резонансной амплитуды Такое значение А должно быть истолковано как полное отсутствие демпфирования и неустойчивый режим работы, тогда как корневые критерии это не подтверждают. Поэтому значение показателя колебательности определяли как отношение резонансной амплитуды адаптивной гидростатической опоры нового типа к статической податливости пассивной гидростатической опоры, имеющей такие же размеры несущего слоя, давление нагнетания и вязкость смазки.

Вычисление корневых и частотных показателей динамического качества проводили с помощью специальной программы СИГО, разработанной в КГТУ В А Коднянко2. Программа формализует процедуру теоретического исследования динамических характеристик и апробирована в ряде работ.

На рисунке 4 показаны характерные графики зависимости т/0 (сплошная линия) и £ (штриховая линия) от безразмерного динамического критерия (число сдавливания)

О" = 12 г03 м^Фьо Рн т>

который определяет влияние нестационарных членов в уравнении Рейнольдса Для безразмерных геометрических параметров взяты оптимальные по статическим характеристикам значения Видно, что при сг<7 значения г\й и £ уходят в отрицательную область, что говорит о неустойчивости опоры.

При ст ~ 7,8 значения щ и £ имеют максимальные значения, однако эта зона находится близко к границе устойчивости При а > 8 переходный процесс становится неколебательным (£ = 1) и опора динамически устойчива.

Результаты исследования значений щ, £ и А приводятся в виде графиков и показывают, что выбор размерных конструктивных и режимных параметров адаптивной гидростатической шпиндельной опоры нового типа, соответствующих значению и »10-12 при оптимальных по статическим характеристикам безразмерных параметрах, обеспечивает значения динамических показателей т]0 > 0,1-0,2 и £ = 1, необходимые для динамической устойчивости опоры

Число сдавливания, ст Рисунок 4 - Зависимость ?/0 и £ от динамического критерия ег

2 Свидетельство РОСПАТЕНТа № 2003 б 10237 от 22 01 2003 об официальной регистрации программы для

ЭВМ Интегрированная компьютерная среда моделирования, расчета, исследования и проектирования конструкций с газостатическими опорами (СИГО) / В А Коднянко

В пятом разделе приведены: конструкция, методика и результаты лабораторного испытания экспериментального шпиндельного узла (рисунок 5); методика и результаты исследования нагрузочной характеристики и рационального выбора параметров шпиндельных узлов с опорами нового типа; конструкции и прикладная методика проектирования таких узлов для металлорежущих станков.

Рисунок 5 - Экспериментальный шпиндельный узел

о-Общий вид узла; б-детали радиального модуля; в - радиальный модуль в сборе

Графики теоретических и экспериментальных значений прогиба у\ на переднем конце шпинделя и соответствующих им значений эксцентриситетов еГ1 и приведены па рисунке 6. Теоретические значения прогиба рассчитывали по универсальному уравнению упругой линии балки с двумя податливыми опорами и консольной нагрузкой, которое позволило получить уравнение связи радиальных эксцентриситетов ек и е5 в передней и задней опорах с прогибом у0

на переднем конце шпинделя Определив значения радиальных реакций в передней и задней опоре, вычисляли соответствующие им значения эксцентриситетов еп и ег по программе расчета статических характеристик, разработанной в третьем разделе данной работы

/ /

„ х-* //

- "" V

г/

к^

10 15 20 25 Внешнее усилие /Г кг

30

35

Рисунок 6 - Нагрузочные характеристики шпиндельного узла на адаптивных гидростатических опорах

—• теоретический прогиб у0 шпинделя на адаптивных опорах, -теоретический эксцентриситет ец в передней адаптивной опоре,

теоретический эксцентриситет е, в задней адаптивной опоре, —О— фактический прогиб у0 переднего конца шпинделя на адаптивных опорах, — — теоретический прогиб у0 шпинделя на пассивных опорах

Сравнение расчетных и экспериментальных значений нагрузочной характеристики показало их полное качественное и удовлетворительное количественное совпадение Измеренные значения меньше расчетных (наибольшее расхождение не превышает 12%), что можно объяснить влиянием а) перекоса и изгиба шпинделя при консольном нагружении, б) макро- и микропогрешностей формы деталей, в результате чего фактические зазоры дросселирующих щелей получаются больше измеренных значений

Разработанная методика расчета шпиндельных узлов с адаптивными гидростатическими опорами нового типа позволила теоретически исследовать влияние конструктивных и режимных параметров на нагрузочные характеристики, а также сравнить их с аналогичными характеристиками шпиндельных узлов, имеющих пассивные гидростатические опоры при одинаковых значениях конструктивных и режимных параметров

Результаты теоретического исследования показали

- в допустимом диапазоне нагрузок, ограниченном возможностью кромочного контакта в передней или задней опорах, прогиб переднего конца шпинделя с адаптивными гидростатическими опорами нового типа в 2,5-3 раза меньше, и эта разница увеличивается при малых нагрузках,

- оптимизация их параметров адаптивных гидростатических опор нового типа и осевых размеров шпиндельного узла позволяет получить на переднем конце шпинделя адаптивный диапазон с отрицательными значениями прогиба

В результате обобщения результатов проведенного исследования и оптимизации разработана удобная для использования в инженерной практике прикладная методика проектирования шпиндельных узлов с адаптивными гидростатическими опорами нового типа для различных металлорежущих станков.

В качестве примера проектной реализации разработок и исследований в работе приведены конструкции шпиндельных узлов, спроектированных для многоцелевого токарного станка (рисунок 7) и для модернизации токарно-винторезного станка 16К20 (рисунок 8)

Шпиндельный узел многоцелевого токарного станка имеет в передней опоре незамкнутую радиально-осевую адаптивную гидростатическую опору (рисунок 1, а) В задней опоре установлена радиальная адаптивная гидростатическая опора (рисунок 1, б) с осевой подгружающей камерой 1, которая обеспечивает силовое замыкание передней осевой опоры Часть потока смазки из задней радиальной опоры 2 поступает под давлением в подгружающую камеру 1, из которой дросселируется через щелевой зазор, образованный сопряженными цилиндрическими поверхностями упорной втулки 3 и заднего фланца радиальной опоры При большой осевой нагрузке на шпиндель (например, при черновой обработке) давление в подгружающей камере 3 сбрасывается через сливной канал 4 (на рисунке 7 показан схематично) и управляемый клапан (не показан)

При модернизации шпиндельного узла токарно-винторезного станка мод 16К20 производится замена штатных подшипников качения шпинделя на гидростатические опоры При этом корпус шпиндельной бабки не меняется, а опорные шейки штатного шпинделя подвергаются доработке В передней и

задней опорах модернизированного узла установлены радиальные адаптивные гидростатические опоры (рисунок 1, а) Осевую нагрузку воспринимает пассивная гидростатическая опора, установленная в задней части узла Она образована упорным кольцом 1, задней крышкой 2, запрессованной в нее втулкой 3 и торцом радиальной опоры 4 Смазка по каналу 5 нагнетается в кольцевую канавку 6 упорного кольца 1, затем через дросселирующие щели между цилиндрическими поверхностями крышки 2 и кольца 1 поступает в несущие кольцевые карманы 7 и 8

2 5 1 4

Рисунок 8 - Шпиндельный узел для модернизации токарно-винторезного станка 16К20

В заключении даны основные выводы по результатам проведенных разработок и исследований (подробные выводы даны в конце каждого раздела)

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1 Созданы защищенные патентами РФ адаптивные гидростатические опоры нового типа без несущих карманов, с гидростатической стабилизацией и авторотацией плавающего кольцевого регулятора, которые сочетают компактность и технологичность конструкции с более высокими эксплуатационными показателями

2 Разработаны математические модели, алгоритмы и компьютерные программы для расчета статических и динамических характеристик адаптивных гидростатических опор нового типа

3 Исследовано влияние безразмерных конструктивных и режимных параметров опор нового типа на нагрузочную способность и потери мощности, определены параметры, имеющие экстремальное влияние

4 Показано, что многопараметрическая оптимизация адаптивных опор нового типа позволяет целенаправленно изменять сочетание нагрузочных и

энергетических показателей, например, на 45-50% уменьшить суммарные потери мощности при незначительном (на 10-15%) ухудшении нагрузочных характеристик

5 Установлено, что адаптивные гидростатические опоры нового типа превосходят аналоги

- по адаптивному диапазону нагрузок на 20-40%, по максимальному рабочему диапазону нагрузки на 10-15%, по достигаемому значению отрицательного эксцентриситета в 1,2-1,5 раза,

- по параметру быстроходности в 2-2,5 раза и по суммарной энергетической эффективности в 3-3,5 раза

6. Для устойчивости адаптивных гидростатических опор нового типа необходимо обеспечить сочетание размерных конструктивных и режимных параметров, соответствующее значению динамического критерия (7 = 10-12 при оптимальных по статическим характеристикам безразмерных параметрах

7. Показано, что прогиб переднего конца шпинделя с адаптивными гидростатическими опорами может иметь отрицательные значения и экстремально зависит параметров опор и осевых размеров шпиндельного узла.

8 Спроектирован, изготовлен и испытан в лабораторных условиях экспериментальный шпиндельный узел с радиальными адаптивными гидростатическими опорами нового типа Испытания показали его работоспособность и достоверность теоретических результатов

9 Разработана удобная для использования в инженерной практике прикладная методика проектирования шпиндельных узлов с адаптивными гидростатическими опорами нового типа для различных металлорежущих станков, которая принята к практическому применению на ряде предприятий.

ПУБЛИКАЦИИ АВТОРА ПО МАТЕРИАЛАМ РАБОТЫ

1 Пикалов, Я. Ю. Многопараметрическая оптимизация нагрузочных и энергетических характеристик шпиндельного узла с адаптивными гидростатическими опорами / Я. Ю. Пикалов, В Г Демин, С Н Шатохин // Вестник Ассоциации выпускников КГТУ №10 Красноярск, 2004 С 177-183.

2 Пикалов, Я Ю. Конструкции и характеристики адаптивных гидростатических шпиндельных опор с плавающим регулятором нагнетания смазки / Я. Ю. Пикалов, С Н Шатохин, В Г. Демин // Журнал СТИН №5 Москва, 2006 С 18-22

3 Пикалов, Я. Ю. Улучшение эксплуатационных характеристик адаптивных гидростатических шпиндельных опор с плавающим регулятором/ Я. Ю. Пикалов // Вестник Красноярского государственного технического университета Вып 40 Машиностроение Красноярск, 2005 С 98-107

4 Шатохин, С Н Адаптивные гидростатические подшипники с плавающими регуляторами нагнетания смазки для шпиндельных узлов металлорежущих станков / С Н Шатохин, Я. Ю. Пикалов, Р В Гордиец // Вестник Ассоциации выпускников КГТУ №13 Красноярск, 2006. С 141-148.

5. Шатохин, С Н Адаптивные бесконтактные опоры скольжения с плавающими регуляторами нагнетания смазки (гидростатические, аэростатические) для шпиндельных узлов и направляющих металлорежущих станков / С. Н Шатохин, Я. Ю. Пикалов, В Г Демин // Журнал Технология машиностроения №9. Москва, 2006 С 29-33

6. Гордиец, Р В Многопараметрическая оптимизация характеристик адаптивной гидростатической шпиндельной опоры с плавающим регулятором / Р. В Гордиец, Я. Ю. Пикалов // Проблемы машиностроения и новые материалы (Борисовские чтения) материалы Всероссийской научно-технической конференции с международным участием, 14-16 сентября 2006 года Красноярск, 2006 С

7 Пикалов, Я. Ю. Динамические характеристики адаптивной гидростатической шпиндельной опоры с плавающим кольцевым регулятором / Я. Ю. Пикалов, С. Н. Шатохин // Вестник Ассоциации выпускников КГТУ №3 Красноярск, 2007 С 141-148

8 Пат 2260722 РФ на изобретение, кл Б 16 С 17/18, 32/06 Гидростатический подшипник / С Н Шатохин, Я. Ю. Пикалов №2004108298/11, Заявлено 22 03 2004; Опубл 20 09 2005, Бюл №26

9 Пат 2259268 РФ на изобретение, кл В 23 С> 1/38, Б 16 С 32/06 Регулятор для гидростатических опор / В Г. Демин, С Н Шатохин, Я. Ю. Пикалов №2004126826/11, Заявлено 06.09.2004, Опубл. 27.08 2005, Бюл №24

10 Пат 2280789 РФ на изобретение, кл Б 16 С 32/06 Гидростатический подшипник / А. С Курзаков, Я. Ю. Пикалов, С Н Шатохин, В Г Демин №2005105153/11, Заявлено 24 02 2005, Опубл. 27.07.2006, Бюл №21.

11 Пат. 52618 РФ на полезную модель, кл Б 16 С 32/06 Гидростатический подшипник / СН Шатохин, Я. Ю. Пикалов №2005132111/22, Заявлено 17 10 2005, Опубл 10 04 2006, Бюл №10

12 Решение о выдаче патента РФ на изобретение Гидростатический подшипник/С Н Шатохин, Я. Ю. Пикалов №2005132053/11, Заявлено 17 10 2005

13 Решение о выдаче патента РФ на изобретение Гидростатический подшипник / Я. Ю. Пикалов, С Н Шатохин №2005132058/11; Заявлено 17.10 2005

92-101

Соискатель

Подписано в печать 23 04 2007 Тираж 100 экз Заказ № бёУ

Отпечатано в ИПЦ Политехнического института СФУ 660074, г Красноярск, ул Киренского, 28

Введение.

1. Актуальность и проблематика применения гидростатических шпиндельных опор в металлорежущих станках.

1.1. Гидростатические шпиндельные опоры в металлорежущих станках.

1.2. Системы нагнетания смазки в гидростатические шпиндельные опоры.

1.3. Адаптивные гидростатические шпиндельные опоры.

1.4. Выводы, цель и задачи диссертационной работы.

2. Разработка и сравнительный анализ конструктивных вариантов адаптивных гидростатических шпиндельных опор с авторотацией плавающего кольцевого регулятора.

2.1. Конструктивные варианты радиальных адаптивных гидростатических опор.

2.2. Математические модели, алгоритмы и ЭВМ-программы для упрощенного расчета характеристик радиальных адаптивных гидростатических опор.

2.3. Сравнение конструктивных вариантов радиальных адаптивных гидростатических опор по нагрузочным характеристикам.

2.4. Конструкция и нагрузочные характеристики радиально-осевой адаптивной гидростатической опоры.

2.5. Выводы.

3. Теоретическое исследование и многопараметрическая оптимизация статических характеристик адаптивной гидростатической шпиндельной опоры нового типа.

3.1. Математическая модель для уточненного расчета статических характеристик опоры.

3.2. Алгоритм и ЭВМ-программа уточненного расчета статических характеристик опоры.

3.3. Результаты теоретического исследования статических характеристик опоры.

3.4. Многопараметрическая оптимизация статических характеристик опоры по комплексному критерию качества.

3.5. Выводы.

4. Теоретическое исследование динамических характеристик адаптивной гидростатической шпиндельной опоры нового типа.

4.1. Математическая модель для исследования динамических характеристик опоры.

4.2. Алгоритм и ЭВМ-программа расчета динамических характеристик опоры.

4.3. Результаты теоретического исследования динамических характеристик опоры.

4.4. Выводы.

5. Экспериментальная проверка и практическая реализация результатов работы.

5.1. Методика экспериментальной проверки результатов исследования.

5.2. Методика и результаты испытания экспериментального шпиндельного узла.

5.3. Расчет и выбор рациональных параметров шпиндельных узлов на адаптивных гидростатических опорах нового типа.

5.4. Методика проектирования шпиндельных узлов на адаптивных гидростатических опорах нового типа.

5.5. Выводы.

Актуальность проблемы. Анализ металлорежущих станков, выпускаемых ведущими фирмами и экспонируемых на международных выставках [1], показал, что в наиболее ответственных случаях (высокоскоростная и прецизионная обработка, точение стальных закаленных деталей сверхтвердым инструментом, микрорезание), а также в тяжелых станках применяют гидростатические шпиндельные опоры [2], которые обеспечивают наиболее высокую точность вращения и виброустойчивость шпиндельного узла, недостижимую для других типов опор.

Наиболее известны и применяются пассивные гидростатические опоры с развитыми несущими карманами, смазка в которые нагнетается по схеме дроссель-карман или насос-карман (последняя в тяжелых станках). Разработаны также адаптивные гидростатические опоры, у которых смазка в несущие карманы нагнетается через управляемые регуляторы. Адаптивные опоры обладают значительно большей нагрузочной способностью и быстроходностью, имеют диапазон нагрузочной характеристики с отрицательным эксцентриситетом шпинделя (адаптивный диапазон), что позволяет существенно повысить точность и производительность обработки за счет компенсации упругих деформаций шпинделя, инструмента, заготовки и других элементов станка. Однако известные конструкции адаптивных гидростатических опор имеют ограниченное применение из-за сложной или нетехнологичной конструкции, недостаточной стабильности характеристик и недостаточной быстроходности. Последняя ограничена возрастанием фрикционных потерь мощности и нагрева смазки, причиной которых является развитие турбулентности в несущих карманах, возникающей при высокой частоте вращения шпинделя. Поэтому актуальной технической проблемой является создание адаптивных гидростатических шпиндельных опор нового типа, которые сочетают простоту и технологичность конструкции с более высокой надежностью, нагрузочной способностью, точностью и меньшими потерями мощности при высокой частоте вращения шпинделя.

Научная проблематика заключается в создании новых конструктивных схем адаптивных гидростатических шпиндельных опор нового типа без несущих карманов, с гидростатической стабилизацией и авторотацией плавающего кольцевого регулятора, а также методологии их проектирования, которая требует использования сложных математических моделейалгоритмов и компьютерных программ при решении многомерных взаимосвязанных дифференциальных краевых задач для дифференциальных уравнений Рейнольдса, при сложных граничных условиях параллельно-последовательного дросселирования смазки в проточном тракте, и позволяет результативно выполнить расчет и оптимизацию статических и динамических характеристик.

Методология исследования адаптивных гидростатических опор нового типа основана на использовании фундаментальных положений гидродинамической теории смазки и теории автоматического регулирования, методов многопараметрической оптимизации, аналитических и численных методов математического анализа, алгоритмов и компьютерных программ вычислительной математики.

Предметы исследования: сравнительный анализ нагрузочных характеристик для различных конструктивных схем адаптивных гидростатических шпиндельных опор нового типа; адекватность математических моделей статики и динамики адаптивных опор; быстродействие и точность численных методов, алгоритмов и компьютерных программ, используемых для расчета и многопараметрической оптимизации характеристик; параметрический анализ теоретических и экспериментальных результатов.

Научная новизна:

1. Определен новый подход к совершенствованию шпиндельных узлов прецизионных и тяжелых металлорежущих станков, основанный на использовании адаптивных гидростатических опор нового типа без несущих карманов, с гидростатической стабилизацией и авторотацией плавающего кольцевого регулятора, применение которых позволяет в 1,5 раза и более повысить нагрузочную способность, точность и быстроходность шпиндельных узлов.

2. Созданы адекватные математические модели и вычислительные алгоритмы, с помощью которых выполнены параметрическое исследование и оптимизация нагрузочных, энергетических и динамических характеристик адаптивных гидростатических шпиндельных опор нового типа.

3. Путем теоретического исследования установлены оптимальные взаимосвязи конструктивных и режимных параметров с нагрузочными и энергетическими характеристиками шпиндельных узлов, имеющих опоры нового типа.

4. Экспериментально подтверждена работоспособность шпиндельного узла с гидростатическими опорами нового типа, в том числе возможность адаптивного диапазона радиальных нагрузок с отрицательными эксцентриситетами на переднем конце шпинделя.

Достоверность результатов подтверждена:

- корректным обоснованием адекватности математических моделей, основанных на использовании положений гидродинамической теории смазки и теории автоматического регулирования, а также соответствием принятых допущений реальным условиям работы адаптивных гидростатических шпиндельных опор нового типа;

- использованием для численной реализации математических моделей адаптивных гидростатических шпиндельных опор нового типа апробированных вычислительных алгоритмов и компьютерных программ;

- полным качественным и удовлетворительным количественным совпадением теоретических и экспериментальных результатов, их соответствием аналогичным данным других авторов.

Практическое значение:

1. Созданы защищенные патентами РФ компактные и технологичные модульные конструкции адаптивных гидростатических шпиндельных опор нового типа без несущих карманов с гидростатической стабилизацией и авторотацией плавающего кольцевого регулятора, которые в 1,5 раза и более превосходят другие адаптивные гидростатические опоры по нагрузочным и энергетическим характеристикам.

2. Прикладная методика проектирования шпиндельных узлов с адаптивными гидростатическими опорами нового типа принята для практического использования в ФГУП «КРАСМАШ», ООО «СИБИН», ООО «Сибинстрем» (г. Красноярск), НПО ПМ (г. Железногорск).

3. Результаты работы внедрены в учебный процесс кафедры «Технология машиностроения» Политехнического института СФУ и используются в курсовых проектах по дисциплинам «Металлорежущие станки», «Расчет и конструирование металлорежущих станков», а также в дипломных проектах по специальности 151002 - «Металлорежущие станки и комплексы».

Апробация. Основные положения работы апробированы:

- на Всероссийской научно-технической конференции «Осень 2005. Молодежь и наука: начало XXI века» (Красноярск, 2005 г.);

- на Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Проблемы машиностроения и новые материалы» (Красноярск, 2006 г.);

- на научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых КГТУ в 2004,2005, 2006,2007 гг.

В полном объеме работа апробирована на заседании кафедры «Технология машиностроения» и на научном семинаре механико-технологического факультета Политехнического института СФУ в 2007 г.

Публикации. По материалам работы опубликованы 7 научных статей, 2 тезиса докладов на всероссийских научно-технических конференциях, получены 8 патентов РФ на изобретения и полезные модели.

Рекомендации по использованию результатов. Результаты работы могут быть использованы на предприятиях, которые проектируют новые или модернизируют действующие металлорежущие станки, а также студентами технических вузов при выполнении курсовых и дипломных проектов по металлорежущим станкам.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пяти разделов, заключения и списка использованных источников. Объем работы 147 страниц, в том числе 90 страниц основного текста, 40 рисунков и 13 таблиц; 102 наименований библиографических источников на 10 страницах.

Автор выражает глубокую признательность научному руководителю -Станиславу Николаевичу Шатохину и коллективу кафедры «Технология машиностроения» СФУ (КГТУ) за всестороннюю помощь при выполнении работы.

5.5 Выводы

Результаты, полученные в данном разделе, позволяют сделать следующие выводы:

- проведенное испытание экспериментального шпиндельного узла подтверждает работоспособность гидростатических опор нового типа и достоверность теоретических результатов;

- анализ влияния осевых размеров шпиндельного узла на прогиб переднего конца шпинделя показывает, что общепринятое для гидростатических шпиндельных опор значение безразмерной ширины Ьх =0,75-И при использовании адаптивных опор нового типа может быть увеличено на 40-50%;

- установлена необходимость проведения многопараметрической оптимизации осевых размеров шпиндельного узла, чтобы обеспечить заданный или минимальный прогиб на переднем конце в максимально возможном диапазоне внешних нагрузок;

- предложена прикладная методика оптимального проектирования шпиндельных узлов с адаптивными гидростатическими опорами нового типа для станков различного назначения, которая удобна в инженерной практике и позволяет обеспечить рациональное сочетание нагрузочных и энергетических характеристик;

- разработаны конструкции шпиндельных узлов с адаптивными гидростатическими опорами нового типа для вновь создаваемых или модернизируемых станков.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты проведенных разработок и исследований позволяют сделать следующие обобщенные выводы:

1. Созданы защищенные патентами РФ адаптивные гидростатические опоры нового типа без несущих карманов, с гидростатической стабилизацией и авторотацией плавающего кольцевого регулятора, которые сочетают компактность и технологичность конструкции с более высокими эксплуатационными показателями.

2. Разработаны математические моделий, алгоритмы и компьютерные программы для расчета статических и динамических характеристик адаптивных гидростатических опор нового типа.

3. Исследовано влияние безразмерных конструктивных и режимных параметров опор нового типа на нагрузочную способность и потери мощности, определены параметры, имеющие экстремальное влияние.

4. Показано, что многопараметрическая оптимизация адаптивных опор нового типа позволяет целенаправленно изменять сочетание нагрузочных и энергетических показателей, например, на 45-50% уменьшить суммарные потери мощности при незначительном (на 10-15%) ухудшении нагрузочных характеристик.

5. Установлено, что адаптивные гидростатические опоры нового типа превосходят аналоги:

- по адаптивному диапазону нагрузок на 20-40%, по максимальному рабочему диапазону нагрузки на 10-15%, по достигаемому значению отрицательного эксцентриситета в 1,2-1,5 раза;

- по параметру быстроходности в 2-2,5 раза и по суммарной энергетической эффективности в 3-3,5 раза.

6. Для устойчивости адаптивных гидростатических опор нового типа необходимо обеспечить сочетание размерных конструктивных и режимных параметров, соответствующее значению динамического критерия сг = 10 —12 при оптимальных по статическим характеристикам безразмерных параметрах.

7. Показано, что прогиб переднего конца шпинделя с адаптивными гидростатическими опорами может иметь отрицательные значения и экстремально зависит параметров опор и осевых размеров шпиндельного узла.

8. Спроектирован, изготовлен и испытан в лабораторных условиях экспериментальный шпиндельный узел с радиальными адаптивными гидростатическими опорами нового типа. Испытания показали его работоспособность и достоверность теоретических результатов.

9. Разработана удобная для использования в инженерной практике прикладная методика проектирования шпиндельных узлов с адаптивными гидростатическими опорами нового типа для различных металлорежущих станков, которая принята к практическому применению на ряде предприятий.

1. Потапов, В. А. Снова подъем и смена лидера. Интернет-ресурс http://www.stankoinform.ru/.

2. Бушуев, В. В. Гидростатическая смазка в станках / В. В. Бушуев // 2-е изд., перераб. и доп. М: Машиностроение, 1989. 176 с.

3. Бушуев, В. В. Многопоточный регулятор для замкнутых гидростатических опор тяжелых станков / В. В. Бушуев, О. К. Цыпунов //Станки и инструмент. 1983. -№ 8. С. 9-13.

4. Бушуев, В. В. Гидростатические опоры с адаптивным управлением системой питания / В. В. Бушуев, O.K. Цыпунов //Станки и инструмент. 1987. -№ 1. С. 12-13.

5. Свидетельство РОСПАТЕНТа № 2003610237 от 22.01.2003 об официальной регистрации программы для ЭВМ. Интегрированная компьютерная среда моделирования, расчета, исследования и проектирования конструкций с газостатическими опорами (СИГО) / В. А. Коднянко.

6. Пикалов, Я. Ю. Конструкции и характеристики адаптивных гидростатических шпиндельных опор с плавающим регулятором нагнетания смазки / Я. Ю. Пикалов, С. Н. Шатохин, В. Г. Демин // Журнал СТИН №5. Москва, 2006. С. 18-22.

7. Демин, В. Г. Минимизация тепловых деформаций планшайбы с гидростатическими направляющими: токар.-карусел. станки. / В. Г. Демин, Я. Ю. Пикалов, С. Н. Шатохин // Журнал СТИН №5. Москва, 2006. С. 18-22.

8. Пикалов, Я. Ю. Динамические характеристики адаптивной гидростатической шпиндельной опоры с плавающим кольцевым регулятором / Я. Ю. Пикалов, С. Н. Шатохин // Вестник Ассоциации выпускников КГТУ №14. Красноярск, 2007. С. 77-88.

9. Пат. 2260722 РФ на изобретение, кл. F 16 С 17/18, 32/06. Гидростатический подшипник / С. Н. Шатохин, Я. Ю. Пикалов. №2004108298/11; Заявлено 22.03.2004; Опубл. 20.09.2005, Бюл. №26.

10. Пат. 2259268 РФ на изобретение, кл. В 23 Q 1/38, F 16 С 32/06. Регулятор для гидростатических опор / В. Г. Демин, С. Н. Шатохин, Я. Ю. Пикалов. №2004126826/11; Заявлено 06.09.2004; Опубл. 27.08.2005, Бюл. №24.

11. Пат. 2280789 РФ на изобретение, кл. F 16 С 32/06. Гидростатический подшипник / А. С. Курзаков, Я. Ю. Пикалов, С. Н. Шатохин, В. Г. Демин. №2005105153/11; Заявлено 24.02.2005; Опубл. 27.07.2006, Бюл. №21.

12. Решение о выдаче патента РФ на изобретение. Гидростатический подшипник / С. Н. Шатохин, Я. Ю. Пикалов. №2005132053/11; Заявлено 17.10.2005.

13. Решение о выдаче патента РФ на изобретение. Гидростатический подшипник / Я. Ю. Пикалов, С. Н. Шатохин. №2005132058/11; Заявлено1710.2005.

14. Решение о выдаче патента РФ на изобретение. Гидростатическая опора / В. Г. Демин, С. Н. Шатохин, Я. Ю. Пикалов,. №2006132937/11; Заявлено1309.2006.

15. Пат. 43488 РФ на полезную модель, кл. В 23 Q 1/00. Стол с круговыми гидростатическими направляющими планшайбы / Я. Ю. Пикалов, В. Г. Демин, С. Н. Шатохин, А. С. Титов. №2004126551/22; Заявлено 06.09.2004; Опубл. 27.01.2005, Бюл. №3.

16. Пат. 52618 РФ на полезную модель, кл. F 16 С 32/06. Гидростатический подшипник / С. Н. Шатохин, Я. Ю. Пикалов. №2005132111/22; Заявлено 17.10.2005; Опубл. 10.04.2006, Бюл. №10.

17. Обзор мирового производства и потребления металообрабатывающе-го оборудования (МОО) за 2005 г. Интернет-ресурс http://www.stankoinform.ru/.

18. Технология, оборудование, организация и экономика машиностроительного производства. Зарубежный опыт. Серия 2. Экспресс-информация, 1988, вып. 1,1-24;

19. Технология, оборудование, организация и экономика машиностроительного производства. Зарубежный опыт. Серия 1. Экспресс-информация, 1987, вып. 22,1-16;

20. Технология, оборудование, организация и экономика машиностроительного производства. Зарубежный опыт. Серия 1. Экспресс-информация, 1986, вып. 11,1-16 + вкладка;

21. Петров, Н. А. Состояние и перспективы развития технологии и оборудования для сверхпрецизионной обработки: Аналитический обзор. М., ВНИИТЭМР, 1991 -44с.

22. Интернет-ресурс: www.pergatory.mit.edu

23. Пат. 4026693 СССР на изобретение, кл. Б 16 С 17/16. Гидростатический подшипник / Е. М. Якир, Ю. Н. Соколов, Л. Н. Цейтлин.; Заявлено 25.01.1971; Опубл. 19.10.1973, Бюл. №42.

24. Ярошенко, С. А. Повышение нагрузочных и скоростных характеристик шпиндельных узлов с гидростатическими подшипниками: Дис.канд. техн. наук / С. А. Ярошенко. Красноярск, 1994. 171 с.

25. Зайцев, В. П. Шпиндельные адаптивные гидростатические подшипники-преобразователи: Дис.канд. техн. наук / В. П. Зайцев. Красноярск, 1990. 198 с.

26. Курзаков, А. С. Разработка радиальных аэростатических опор с плавающими регуляторами: Дис.канд. техн. наук / А. С. Курзаков. Красноярск, 2002.201 с.

27. Шатохин, С. Н. Опоры скольжения с внешним источником давления / Сборник работ под общ. ред. С. Н. Шатохина. Красноярск, 1974. 160 е.;

28. Mizumoto Hiroshi et al. A Hydrostatically-Controlled Restrictor for an Infinite Stiffness Hydrostatic Journal Bearing. Bull. Japan Soc. of Prec. Engg., Vol.21, № 1 (Mar. 1987);

29. Исследование гидростатической опоры с регулятором расхода Ohsumi Tsuyoshi, Mori Haruo, Ikeuchi Ken. J. Jap. Soc. Lubr. Eng. -1987. 32, №9. C. 667-672.

30. A Hydrostatically Controlled Restriction System for a Hydrostatic Zead Scnew / H. Mizumoto, T. Matsubara, Y. Makimoto // Bull. Japan Soc. of Prec. Engg. 1986.-20, № 3. C. 195-196.

31. A bearing with ajustable stiffness for application in machine tools / Gelion H.C., Hirs G.G., Remmerswaal J.L. // CIRP Ann. 1978. - 27, № 1. C. 311-314.

32. Behaviour of multirecess plane-hydrostatic thrust bearings under conditions of tilt and rotation / Jayachandra Prabhu Т., Ganosan N. // Wear 1983. -92, №2. C. 243-251.

33. CNC slanbed lathe has hydrostatic spindle and slide guideways // Precis. Eng.-1990.-12, №2. C. 118-119.

34. Пат. 2244385 РФ на изобретение, кл. 7 F 16 С 32/06, 17/18. Гидростатический подшипник / А. С. Курзаков, С. Н. Шатохин; Заявлено 17.07.2001; Опубл. 27.08.2003, Бюл. №24.;

35. Пат. 2208723 РФ на изобретение, кл. 7 F 16 С 32/06, 17/18. Гидростатический подшипник / А. С. Курзаков; Заявлено 07.06.2001; Опубл. 20.07.2003, Бюл. №20.;

36. Пат. 1139913 СССР на изобретение, кл. F 16 С 32/06. Газостатический подшипник / А. В. Емельянов, В. А. Федотов; Заявлено 06.04.1983; Опубл. 15.02.1985, Бюл. №6.;

37. Интернет-ресурс: http://www.uralreg.ru;

38. Пат. 2262622 РФ на изобретение, кл. F 16 С 17/18, 32/06. Гидростатический подшипник / С. Н. Шатохин, Т. Ю. Красикова; Заявлено 01.03.2003; Опубл. 20.10.2005, Бюл. №29.

39. Пат. 1599596 СССР, МКИ 16С32/06. Опора скольжения / С. Н. Шатохин и др. Заявл. 1987 //Открытия. Изобретения. - 1990. Бюл. №38.;

40. Пат. 1691609 СССР, МКИ 16С32/06. Гидростатическая опора / С. Н. Шатохин, В. П. Зайцев, С. А. Ярошенко. Заявл. 1989 // Открытия. Изобретения. -1991. Бюл. №42.

41. Пат. 1668763 СССР, МКИ 16С32/06. Радиально-упорная гидростатическая опора /С. Н. Шатохин, С. А. Ярошенко. Заявл. 1989 // Открытия. Изобретения. - 1991. Бюл. № 29.

42. Пат. 1530854 СССР, МКИ 16С32/06. Гидростатический подшипник / С. Н. Шатохин, В. П. Зайцев, С. А. Ярошенко. Заявл. 1987 // Открытия. Изобретения. - 1989. Бюл. № 47.

43. Пат. 1530853 СССР, МКИ 16С32/06. Гидростатический подшипник / С. Н. Шатохин, В. П. Зайцев, С. А. Ярошенко. Заявл. 1987 //Открытия. Изобретения. - 1989. Бюл. № 47.

44. Пат. 1364785 СССР, МКИ 16С32/06. Гидростатическая опора /

45. C. Н. Шатохин, В. П. Зайцев, В. А. Коднянко. Заявл. 1985 //Открытия. Изобретения. - 1988. Бюл. № 1.

46. Баласаньян, В. С. Расчет радиальных аэростатических подшипников / В. С. Баласаньян // Журнал Станки и инструмент №4. Москва, 1983. С. 19-21;

47. Load capacity of multi-recess hydrostatic journal bearings at high eccentricities / Metman K. J., Muijderman E. A., van Heijningen G. J. J., Halemane

48. D. M. // Tribol. Int. 1986. - 19, № 1. C. 29 - 34.

49. Lozynska hydrostatyczne z automatyczna regulacja diawenia/ Нарек K.// Przeglad Mechaniczy 1972 - 31, № 5. - c. 140 - 143.

50. Камерон, А. Теория смазки в инженерном деле / А. Камерон // Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, Москва 1962 г. 280 е.;

51. Пешти, Ю. В. Газовая смазка / Ю. В. Пешти // Учебник для вузов. -М.: Изд-во, МГТУ, 381 е.;

52. Шиманович, М. А. Разработка и применение гидростатических опор в металлорежущих станках / М. А. Шиманович // Сб. науч. тр., НИИМаш. М., 1972 г. 92 с.

53. Левин, М. А. О методе расчета гидростатодинамических опор с произвольной системой компенсации расхода смазки / М. А. Левин // Машиноведение. 1985. - № 6. С. 82-89.

54. Шатохин, С. Н. Расчет и минимизация потерь мощности в гидростатических подшипниках / С. Н. Шатохин // Журнал Станки и инструмент № 9. Москва, 1989. С. 16-19;

55. Корн, Г. Справочник по математике для научных работников и инженеров / Г. Корн, Т. Корн // Издательство «Наука», главная редакция физико-математической литературы Москва, 1977, 831 с.

56. Демидович, Б. П. Основы вычислительной математики / Б. П. Демидович, И. А. Марон // М.: Физматгиз, 1963,659 с.

57. Вержбицкий, В. М. Основы численных методов / В. М. Вержбицкий // М.: Высш. шк., 2005. 840 с.

58. Демидович, Б. П. Численные методы анализа / Б. П. Демидович, И. А. Марон, Э. 3. Шувалова // М.: Наука, 1977, 831 с.

59. Крылов, В. И. Вычислительные методы высшей математики / В. И Крылов, В. В. Бобков, Монастырный П. И. // М.: Вышэйш. школа, 1972, 584 с.

60. Прохоров, А. М. Математический энциклопедический словарь / А. М. Прохоров и др. // Москва научное издательство, «Большая российская энциклопедия», 1995, 847 с.

61. Шатохин, С. Н. Апериодическая устойчивость и статические характеристики гидростатических опор с отрицательной податливостью / С. Н. Шатохин, А. Ф. Коробейников // Опоры скольжения с внешним источником давления. Красноярск, 1977 - Вып. 2. С. 57 - 70.

62. Шатохин, С. Н. Влияние высокой частоты вращения на эксплуатационные характеристики адаптивного гидростатического подшипника / С. Н.

63. Шатохин, С. А. Ярошенко //Проблемы машиностроения и надежности машин. -1990.-№2. С. 38-43.

64. Cavitation leading to two phase fluid in a sguecze film damper / Zeidan F.Y., VanceJ. M.//Tribol. Trans. 1989.-32, № l.C. 100-104.

65. Шиманович, M. А. Нагрев смазки гидростатических опор / М. А. Шиманович // Станки и инструмент. 1973. - № 11. С. 14-17.

66. Шатохин, С. Н. Расчет и оптимизация шпиндельных узлов с гидростатическими подшипниками / С. Н. Шатохин // Станки и инструмент. 1983, №7.-С. 15-16;

67. Optymalizaija lozysk przeplywoaych / К. Wernerowski // Przeglad Mechaniczny 1982. - 41, № 17. С. 5 - 7.

68. Optimum design of hydrostatic journal bearings: part III: design procedure / M. El-Sherbiny, F. Salem, K. El-Hefnawy // J. Engg. 1986. 3, № 1. - p. 1 - 9. Applied Sci. - 1986. - 3, № 1. - p. 1 - 9.

69. Goldberg, D. E. Genetic Algorithms in Search, Optimization, and Machine learning / D. E. Goldberg // Addison-Wesley, 1989;

70. Гладков, JI. А. Генетические алгоритмы / Jl. А. Гладков, В. В. Курейчик, В. М. Курейчик // М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006. 320 с.

71. Прохоров, А. М. Физический энциклопедический словарь / А. М. Прохоров и др. // Москва научное издательство, «Большая российская энциклопедия», 1995, 928 с.

72. Коробейников, А. Ф. Разработка и исследование гидростаитческих опор отрицательной податливости для станков с адаптивным управлением: Дис.канд. техн. наук / А. Ф. Коробейников. Москва, 1978. 147 е.;

73. Курешов, В. А. Гидростатические опоры с активной компенсацией расхода и их комплексное использование в шпиндельных узлах токарных станков: Дис.канд. техн. наук / В. А. Курешов. Москва, 1981. 149 е.;

74. Пикалов, Ю. А. Адаптивные аэростатические опоры в шпиндельных узлах станков: Дис.канд. техн. наук / Ю. А. Пикалов. Красноярск, 1987.235 е.;

75. Секацкий, В. С. Исследование точностных характеристик шпиндельных гидростатических подшипников прецизионных станков: Дис.канд. техн. наук / В. С. Секацкий. Тула: Тульский политехнический институт, 1986.246 с.

76. Бессекерский, В. А. Теория систем автоматического регулирования / В. А. Бессекерский, Е. П. Попов // М., «Наука», 1972. 768 с.

77. Dynamic characteristics of a hydrostatic journal bearings / Ho Y.S., Chen N. // Wear. 1980. - 63, № 1 - 13 - 24.

78. Коднянко, В. А. Технология и компьютерная среда атоматизации моделирования, расчета и исследования газостатических опор: Дис.докт. техн. наук / В. А. Коднянко. Красноярск, 2005. 331 е.;

79. Федосьев, В. И. Сопротивление материалов / В. И. Федосьев // М., «Наука», 1970. 544 с.

80. Решетов, Д. Н. Детали и механизмы металлорежущих станков /Под ред. Д. Н. Решетова. М.: Машиностроение, 1972 Т. 1 - 664 с. - Т. 2-520 с.

81. Ингерт, Г. X. Потери мощности в высокоскоростных гидростатических подшипниках/ Г. X. Ингерт, В. П. Глебкин, Г. И. Айзеншток //Станки и инструмент. 1987. - № 4. - с. 20 - 22.

82. Пуш, А. В. Шпиндельные узлы: качество и надежность / А. В. Пуш // М.: Машиностроение, 1992. 288 с.

83. Коробейников, А. Ф. Динамические характеристики замкнутой гидростатической опоры с отрицательной податливостью / А. Ф. Коробейников // Опоры скольжения с внешним источником давления. Красноярск, 1977. -Вып. 2. С. 99-110

84. Левин, М. А. Влияние перекосов вала на рабочие характеристики гидростатических опор тяжелых машин / М. А. Левин //Вестник машиностроения. 1987. -№ 3. С. 11-14.

85. Петров, Н. А. Состояние и перспективы развития технологии и оборудования для сверхпрецизионной обработки / Н. А. Петров //. Аналитический обзор. -М.: ВНИИТЭМР. 1991. 44 с.

86. Пуш, А. В. Повышение точности шпиндельных узлов на гидростатических опорах / А. В. Пуш // Станки и инструмент. 1978. - № 5. С. 13-16.

87. Пуш, А. В. Оптимизация шпиндельных узлов на опорах скольжения / А. В. Пуш // Станки и инструмент. 1987. - № 7. С. 12-16.

88. Шиманович, М. А. Статические характеристики несущей способности и жесткости радиального гидростатического подшипника при вращении вала / М. А. Шиманович, Ю. В. Мещеряков // Москва: Станкин. 1974. 15 с.

89. Оптимизация конструктивных параметров гидростатического подшипника /Pang Zhicheng, Ma Yan //Харбин гуне дасюэ сюэбао = J. Harbin Inst. Technol. 1989. - Nr. 1. - с. 86 - 92

90. Шатохин, С. Н. Расчет и оптимизация нагрузочных характеристик шпиндельных узлов с гидростатическими подшипниками / С. Н. Шатохин // Станки и инструмент. 1987. - № 3. С. 13 - 14.

91. Шатохин, С. Н. Функциональные возможности радиальной активной гидростатической опоры / С. Н. Шатохин, В. А. Коднянко, В. П. Зайцев // Машиноведение. 1986. -№ 4. С. 85 - 91.

92. Шиманович, М.А. Разработка и применение гидростатических опор в металлорежущих станка / М.А. Шиманович // М.: НИИМаш, 1972. 92 с.

93. Design of hydrostatic bearings for exacting applications/ Rowe W.B., Stout K.J. // "Proc. 13 th Int. Machine Tool Des. and Res. Conf., Birmingham, -1972" London e.a. 1973. С. 119-124.

94. Hydrauliksystem fur Microturn CNC Prazisionsdnehmachinen / Balm H. // RIO Eur. Ed. 1990. - № 4. C. 8.

95. Inivestigation of the effects of tilt and sliding on the performance of hydrostatic thrust bearings / R.B. Howarht, M.J. Newton // Externall pressurized bearings. London. 1972 p. 146 - 156.

96. Modes of failure in multirecess hidrostatic journall bearings / Davies P.B.// Adv. Mach Des. and Res, 1969, Oxford, et al. 1969. C. 425 - 430.

97. Konstruktion und Ausfuhrung des hydrostatischen Spindellagersystem "Hydro-Roud" für Bohr-Fräsmasehiren / K. -H. Hoese, D. Günther // VDI-Z. 1982. -124, №7. C. 249-253

98. Ultra-Precision Surface Grinder Having a Glass-Ceramic Spindle of Zero-Thermal Expansion / Y. Hamba, R. Wado, K. Unro, A. Tsuboi // CIRP Ann. 1989. -38, № 1. C. 331 -334.