автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Обеспечение на стадии проектирования характеристик работоспособности высокоскоростных шпиндельных узлов на радиально-упорных шарикоподшипниках

0й

п

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ АВТОМОБИЛЬНОГО И ТРАКТОРНОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

На правах рукописи УДК 62.-229.331.001.24

Аверьянова Инна Олеговна

ОБЕСПЕЧЭШЕ НА СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК РАЮТОСПОСОШОСТИ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ШПИНДЕЛЬНЫХ УЗЛОВ НА РАДИАЛЬНО-УПОРШХ ШАРИКОПОДШИПНИКАХ

Специальность 05.03- Процессы механической и физико-химической обработки, станки и инструмент

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1995 год

Работа выполнена в Экспериментальном научно-исследовательской институте металлорежущих станков / ЭНШС /ив Центре авторских фирм и инновационных технологий / Афин-тех /.

Научный руководитель - заслуженный деятель науки и техники России, профессор, доктор технических наук Пуш В.Э.

Научный консультант - кандидат технических наук

Зверев И.А.

Официальные оппоненты:

- профессор, доктор технических наук Жедь В.П.

- кандидат технических наук Коньшш A.C.

Ведущее предприятие - А.О. " Красный Пролетарий "

Защита состоится "/У" СУШ'-М^-Ц 1995 г. в часов в ауд./Уо'и/ на заседании специализированного совета К.063.49.03 Московской Государственной Академии Автоыо -бильного и Тракторного Машиностроения по адресу: 105839 Цосква, Большая Семеновская ул., 38.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московской Государственной Академии Автомобильного и Тракторного Машиностроения.

Автореферат разослан " " _ 1995 г.

Ученый секретарь

специализированного совета

доцент, кандидат технических наух B.C. Сидоров

?

- 3 -

О ВИДЯ ХАРАКТЕРИСТИКА, РАБОТЫ

Актуальность темы. Анализ технологических методов об-»аботки резанием ж машиностроении, в том чноле в аггомо- • Сильной и тракторной промышленности, показывает, что од-юй из доминирующих тенденций в мире является увеличение ' точности обработки на финишных операциях с использованием шсокопроизводительного прецизионного оборудования. При-! мнение современных инструментальных материалов позволяет./ :ущественно повысить скорости резания и вызывает необхо-имость создания высокоскоростных шпиндельных узлов /Щ/, I которых чаще других применяются опоры качения на раДи-дьно-упорных шарикоподшипниках /ШП/. ,'

Современный уровень требований к точности и быатроход-:ости высокоскоростных ШУ характеризуется аледуАщими ос-овными показателями:

■ суммарная погрешность при вращении шпинделя менее 0,5мку; долговечность не менее 5000 часов; быстроходность¿П. более 500 ООО мм.об/мин / где й -средний диаметр подшипника в мм; П - частота врао^ния шпинделя в об/мин /.

ти покаэателй обусловлены общими закономерностями совре-енной металлообработки,'которые связаны с роотом трвбо-аний к точности обработки и интенсификацией режимов реза-ия. Высокий уровень требований к ШУ по точности» бистро* одности, нагрузочной способности, ресурсу и другим характеристикам не может быть достигнут без детельного анализа »рактеристик работоспособности ШУ еще на стадии проекти-эвания. В связи с этим возникает задача определения наи-/чпих конструктивных и эксплуатационных параметров ШУ' (счетным путем.

Существующие методы расчета высокоскоростных ШУ на ра-)ально-упорных Щ являются разрозненными, недостаточно )днями и несистематизированными. Главный их недостаток )стоит в том, что они не позволяют комплексно исследовать [ияние конструктивных и эксплуатационных параметров на ¡щепринятые показатели работоспособности ШУ / точность, (грузочная способность, долговечность, быстроходность, :сткость и т.д. /. Вместе с тем на этапе проектирования

«явно получить именно комплексные / интегрированные / оценки качества ШУ, С учетом этого в миной работе пред принята попытка создания автоматизированного комплексно го расчетного метода, который позволяет учесть все многообразие условий эксплуатации высокоскоростных ШУ и ан дизн^овать вза1шиов влияние одних факторов на другие. Ваз решэния этой задачи затруднено дальнейшее со вершено вование конструкций и технологии изготовления ШУ, невоз кодно создание САПР высокоскоростных ШУ, ориентированно на разработку точных и производительных станков.

flayчная проблема состоит в разработке новых или усовершенствовании известных методов оценки качества механизмов на. опорах качения, реализованных на базе програм много продукта, и их всестороннем исследовании для вида «И практических рекомендаций при проектировании узлов и механизмов различных технологических машин.

Целью исследования является обеспечение показателей качества высокоскоростных ШУ путем выбора их рациональных параметров 4 разработка автоматизированного комплеи оа расчетов для,определения этих параметров на стадии проектирования.

Научная новизна работы. Разработана комплексная мате иатическая модель высокоскоростного ШУ на радиально-упс них ШП . включащая в себя деформационную, динамическую, трабологическую, тепловую модели, а также модель расчете ресурса ШУ по критерию усталостного разрушения под-гошошов.

На основе использования критериев раскрытия стыков i воявшшмвах при модденнои вращении и гироскопического Проскмьбывания варнков в контакте с дорошс&ми качения при быстром вращении, определены форма и размеры облас-УМ работоспособности ШУ в пространстве параметров; сши рзэаиня, осевой натяг, частота вращения шпинделя.

Научно обоснована возможность определения расчетным цутем в пределах области работоспособности оптимальных ркеплуатационных параметров ШУ / осевой натяг, диапазо! частот врадания /, обеспечивающих необходимое качество ШУ по показателям его работоспособности.

Методы исследования. Результаты работы получены на ■ >снове теоретических исследований и расчетов на ПЭВМ. \ Теоретические исследования проводились с использованием (аассичесяих методов теоретической механики и ыатеаатй- ; «ского анализа, теории расчета подшипников качений и юдяипниковых узлов, а также численных методов решения шлинейных уравнений. Проверка достоверности полученных »езультатов проводилась на основе базовых экспериментов, / енполненных_ в лабораториях ЭНИМС. ' :. /

Практическая ценность. Разработан автоматизированный' сомплекс программ, позволяющий расчетным путем знализя-юзать показатели качества высокоскоростных ШУ на ради- ■ шьно-упорных Ш: квазистатическую и динамическую аост-еость, погрешность вращения шпинделя, температурные деформации, долговечность опор. Разработанный комплекс шзволяет на стадии проектирования оценивать эффбктив-юсть конструктивных решений при различных условиях аяс-шуатации, определить область работоспособности и рацио-[альные параметры ШУ, в частности, анализировать опособы юэдания и определить величины осевых првднатягоа.

Реализация'результатов работы. Разработанное програ^У-[о-иатематическое обеспечение использовалось при анализа •! ювых и типовых конструкций ШУ в ЭНИМСе и на станноотро-ироительных заводах.

В виде расчетного анализа результаты работы были ис~ юльзованы на московском станкозаводе " Красный Пролетарий ;ри разработке конструктивных вариантов шпиндельных узлов ■окарного станка, а также АО " АНКОН " при разработке уперпрецизионного шлифовального станка с ЧПУ для обработки коленчатых и распределительных валов.

Апробация работы и публикации. Основные полояення рз-:огы долояены и обсуждены: на Всесоюзной научно-практической конференции я Одессе в октябре 1989 года;

на научно-практической конференции " Пути погдаеиил о?5факт-ивности использования оборудования с ЧПУ " з Оренбурге в 1989 году;

на международной научно-тохкцчпской конференции " Проб-

- б -

леыы повышения качества машин " в Брянске в 1994 голу; - на заседании кафедры АССИ в МГААТЫ.

Основные положения работы отражены в семи печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и содержит 143 страницы машинописного текста, 46 рисунков, 12 таблиц, библиографию из 98 отечественных и зарубежных источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проанализировано состояние вопроса, определены цель и задачи исследования. Дан обзор работ, посвященных'теоретическому и экспериментальному исследованию процессов, сопровождающих работу высокоскоростных ШУ на радиально-упорных ШП.

Основные требования, предъявляемые к ШУ, сформулированы ■ известных научных трудах З.М. Левиной, A.C. Пронико-ва, Д.Н, Решетова, В.Э.' Пуша,. A.B. Пуша, A.M. Фигатнера, B.C. Хомякова и ряда других отечественных и зарубежных авторов. Анализ существующих публикаций позволяет сделать вывод о сложности взаимосвязи физических процессов происходящих в,трибомеханической системе ШУ при работе.

Рассматривая ШУ;как элемент металлорежущего станка, вышеперечисленные авторы выделяют в основном четыре группы факторов, влияющих на качество ШУ. К первой группе относятся конструктивные характеристики ШУ: компоновка, схема расположения подшипников, способ создания предварительного натяга, геометрия элементов ШУ. Ко второй группе относятся технологические характеристики: погрешность изготовления деталей, погрешность сборки. К третьей группе . факторов относятся условия эксплуатации ШУ: внешние нагрузки, частота вращения шпинделя, параметры смазки, темпера typ* окружающей среды, тепловые характеристики деталей и сопрягаемых соединений. К четвертой группе относятся внешние динамические возмущения: вибрации от привода, процесса {¿эдмхя, возмущения, передаваемые через несуаую систему отанха от окружающего оборудования и др. Указанные факторы достаточно полно отражают накопленный опыт исследований ШУ М заключают в себе перечень основных условий, влияющих на ах работоспособность.

- 7 - -

: Общепринято качество ШУ характеризовать следующими ^ юказателями: квазистатическая жесткость, биение / ради-! альное, осевое /, долговечность rio винооливости и по из--юсу. В настоящее время достаточно подробно разработаны ¡ ¿одели ШУ предназначенные для расчета отдельных харахте- ' >истик ШУ / статических, динамических, тепловых и др. /. 3 то же время практика эксплуатации ШУ показывает, что »лияние конструктивных и технологических параметров ШУ / ta показатели его качества оказывает противоположное' дей/-:твие / например влияние осевого натяга на жесткость Ш/ i тепловыделение в его опорах /, т.е. необходим выбор/рациональных параметров ШУ на стадии проектирования на ос- ' юве комплексного расчетного анализа.

Таким образом целью настоящей работы является обеспе-(ение показателей работоспособности высокоскоростных ШУ [утем выбора их оптимальных параметров и разработка авто-ттизированного комплекса расчетов для ппределения этих араметров на стадии проектирования.

С учетом этого были сформулированы требования.к комплек-ной математической модели высокоскоростных ШУ и постав- ! «иа следующие задачи исследования:

на основе метода конечных элементов разработать комплекс сную модель высокоскоростных ШУипрограымный комплекс, предназначенные для расчетного анализа характеристик качества ШУ на радиально-упорных ШП; ' оценить эффективность конструктивных и технологических решений и мероприятий, а также разработать рекомендации». направленные на повышение качества высокоскоростных ШУ на радиально-упорных ШП;

проверить работоспособность разработанных методов и программно-математического обеспечения применительно к оценке эффективности конструктивных и технологических мвро- • приятий, направленных на повышение качества высокоскоростных ШУ.

Во второй глава разрабатывается комплекс- ... m модель высокоскоростного ШУ, состоящего из упругодв-фмационной модели, динамической модели, тепловой кода-i и модели усталостного разрушения. Роевнйв ваях задач

. ; - 8 -,ооучвор»ляегся на основе метода конечных элементов.

Основным требованием, которое должно быть удовлетворено при выборе типов конечных элементов, из которых формируются расчетные схемы ШУ, является необходимость учет* а расчетной.схеме особенностей конструкции ШУ и погрешностей изготовления и сборки его деталей. Для выполнения егого требования при построении расчетных схем ШУ являет-г оя достаточным использование 2-х узловых элементов четырех типов: элементы типа стержня / I характеризующие упругие свойства вала; элементы типа линейной одномерной ■пружины / 2 /, характеризующие свойства проставочных колец, втулок, пружин,' стопорных гаек и крышек; элементы типа многомерной сосредоточенной пружины / 3 /, используе мые для учета влияния корпуса и посадок колец подшипников элементы типа нелинейных пружин / 4 /, характеризующие свойства подшипников. Отмеченные типы элементов показаны на расчетной схеме ШУ / см. рис.1 /.

■ I ■

-9- ..г

Уп2угодвс^о£м^иот1ая_заддча рассмотренакак задача квазистатики ШУ, состоящего из линейно-' й нвлинвйно-уп- ' ругих элементов и испытывающего комбинированное нарушение Решение данной задачи состоит из этапов2 построения; расчетной схемы ШУ; формирований уравнений равновесия; численного решения полученных уравнений на ПЭВМ. ;

На основании общих Теорий статики, уравнение равновесия ШУ записывается в_^орме_^_ /

/гг /

где:р - вектор внешних узлосых нагрузок; д - вектор/ реакций нелинейных упругодеформационных элементов;-вектор начальных узловых перемещений, характеризующий начальное недеформированное состояние ШУ; К - матрица . жесткости линейно-упругой части расчетной схемы ШУ; Д вектор узловых перемещений ШУ. Все векторы имеют размерность ЪП. , где Д - общее число узлов в расчетной схеме. Уравнение / Г/ решается численно с помощью метода Ньюто-на-Рафсона.

Динамическая_модель описывается вынужденными колеба- •'••'. ниями ШУ на основе уравнения:

+ , / 2 / ; где:М>В » К - матрицы масс, демпфирования и жесткости ШУ размерностиЗл хЗЛ' ; - вектор внешних возмущений , ШУ, обусловленных несовершенством подшипников. Стационарное решение уравнения / 2 / находится для Каждой гармоники возмущения. Погрешность вращения ШУ определяется следующим образом: контролируемый диапазон частот / ах/ разбивается на '" полос иириной Д / о номерами Тогда погрешность вращения / ПВ / ШУ а диапазоне /0Лтах / ' ПВ - Г , . ....

где:^/Ч - частбтный интервал с номером " А(4/г/-срвдне--квадратическая амплитуда виброперемещония ШУ и % -и диапазоне частот.

Стациона£ная_тепловая за£ача_ШУ таклсе решается на основе метода конечных элементов. В дашюм случае использованы одномерные стержневые и радиальные элементы,. Для каждого элемента записываются условия его теплозого поведения. Далее задача ресаотся на оснояе уравнения теплопрозодкостп

- 10 -

:с учетом граничных условий и сводится к решению системы линейных уравнений следующего вида:

К'Т~в , /3/

где: д - матрица теплопроводности ШУ разме£ности/?х/1 /П - число узлов в расчетной схеме ШУ /; 7" - вектор узловых температур размерности/?*/! ; ¿¡> - вектор тепловой нагрузки от подшипников размерности П . Алгоритм решения уравнения / 3 / имеет итерационный характер в связи с тем, что температура подшипников зависит от потерь на трения, которые в свою очередь, через вязкость смазочного материала зависят от температуры.

В заключительной части главы показано, как в рамках комплексной модели осуществляется учет конструктивно-технологических особенностей и условий эксплуатации ШУ. Представлены расчетные схемы типовых конструкций высокоскоростных ШУ, Показано, что изменение вектора А о начальных узловых перемещений системы позволяет учесть погрешности изготовления и сборки,;износ и температурные деформации елементов ШУ. Г

Втретье^ главе представлены результаты разработки программного обеспечения расчетов ШУ. Разработанный программный комплекс ориентирован на ведущих конструкторов ШУ и позволяет на стадии проектирования исследо^ вать показатели качества ШП и узла в целом при различных параметрах точности изготовления и сборки в различных условиях эксплуатации. Программа позволяет решать следующие вопросы: определение фактического натяга в ШУ под нагрузкой с учетом вращения шпинделя; расчета осевой, радиальной и угловой жесткостей ШУ с учетом частоты вращения, нагружения, характера и величины предварительного натяга; определение контактных нагрузок и углов контахта ддя каждой контактной группы в ШП; определение ресурса Ш по уоталостному разруввнаю с учетом перераспределения нагрузок в зависимости от частоты вращения; определение тепловых характеристик ШУ с учетом частоты вращения и действующи нагрузок от силы резания и предварительного натяга. Программы подготовки исходных .данных и программна^ оболочка комплекса написаны на языке СИ, основные программные модули комплекса-«« языке йОРТРАН-77. Система реа-

диэована на IBM PC/AT > бперационной ope*® MS DOS . .

Комплексная модель ШУ состоит из взаимосвязанных блоков и имеет сложную организацию / см. рис. 2 /.Разработке npoi-граммного обеспечени, реализующего ее на ЭВМ, осуществляется в два этапа. На первом этапе разрабатываются независимые модули, определяющие характеристики ШУ /упругодэфор-мационные, динамические, трибологические, тепловые и др*/,

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Данные по.......

геометрии ШУ

■Данные по подвшгоГздсам..

Данные по .связям ШУ

Данные по условиям эксплуатации

Расчет упругодеформационных характеристик j

Расчет тепловых характеристик!

Уточнение натягов с учетом температурных деформаций

.......I ...... ■ I

Проверка условия стабилизации температуры опор

HST

да

Расчет точностных характеристик ШУ

Расчет ресурса подшипников

Рис. 2 Структурная блок-схема комплекса программ расчета характеристик высокоскоростных 1117

На втором этапе, перечисленные программно-независимые модули объединяются в единый комплекс, для чего организуется межпрограммное взаимодействие. Дня этой цели использованы и адаптированы методики и программы расчета упругодеформационных и динамических характеристик, разработанные 1 ЭШШСе, а также программы расчета усталостной долговеч-юсти и тепловых характеристик, разработанные автором,, которые объединены между собой в соответствии с комплесшм юдходом, описанным выше.

- 12 -

Алгоритм комплекс« имеет итерационный характер, что в . общем случае повывает точность расчета. Исследована сходимость процесса вычисления установившихся значений перемещений и температур шпиндвля.

Модульная организация и гибкобть комплекса позволяет включать новые программы, реализующие как новые алгоритмы расчетов, так и дополнительные сервисные возможности. Дальнейшее уточнение и совершенствование математических моделей функционирования,'высокоскоростных ШУ обусловлены все возрастающими требованиями к их техническому уровню. Комплекс программ показал свою высокую эффективность на раз- ■ личных этапах проектирования высокоскоростных ШУ, о чем свидетельствуют отзывы конструкторов московского завода " Красный Пролетарий " и А.О. " АНКОН

В Четвертой главе выполнено исследование характеристик высокоскоростных ШУ и определены некоторые пути повышенуя их качества. Повышение качества возможно осуществить ;.вумя путями: за счет.совершенствования их конструктивных г< условий эксплуатации.

Разработанное программное обеспечение позволяет определить специфические ¡условия поведения высокоскоростных ШУ! в работе, при которых; возможна разгрузка одного или нескольких шариков в ШУ, приводящая к их отрыву от дорожек качения, а также условия, при которых контактные нагрузки в ШП являются недостаточными для предотвращения проскальзывания шариков /критические! точки деформационного состояния ШУ/.

При медленном вращении шпинделя ШУ критическая точка определяется условием отрыва шариков от доровек качения, т.е. раскрытием стыков в одном из подшипников. При быстром вращении центробежные силы принимают шарики к дорожкам' качения наружных колец, что является причиной чрезмерного-проскальзывания их относительно дорожек качения. Несмотря на отмеченную очевидность, на сегодляаний день отсутствуют однозначные рекомендации и выводы о механике этого явления при различных условиях работы ШУ. Данное исследование на-лрзклено на изучонио работоспособности скоростной внут-риглировальной голоьки с управляемы« аатиго^ фу ГА(х ^

араметров; за счет выбора оптимальных^

- 13 -

области критических точек'ее деформационного, состояния.

На первом этапе исследование проводилось с помощью комплекса программ с целью определения значений осевого натяга, частоты вращения и радиальной нагрузки от силы резания, • при которых в ШУ реализуются критические точки. На втором этапе проводилось экспериментальное исследование работоспособности головки на стенде и по методике, разработанным в отделе № 34 ЭНШС. Итог проведенного исследования показан на рис.,.,3^ где в пространстве параметров предварительный натяг - частота "вращения^-^радиальная нагрузка выделены три области. В области I происходит-раскрытие стыков з переднем подшипнике. При этом возможно значительное снижение жесткости и точности вращения^шпинделя, а также резкое возрастание контактных нагрузок в Щ, что приводит к их нагреву и ускоренному износу, В области II происходит гироскопический эффект проскальзывания в ШП. Область III. соответствует допустимым условиям эксплуатации ШУ.

Во второй части главы проведен сравнительный расчетный анализ характеристик ШУ с мягким и жестким предвацртельш-ми натягами. Получен характер влияния частоты вращения шпинделя на относительное осевое смещение колец подшипников дал двух вариантов натягов. Проанализировано влияние частоты вращения и предварительного натяга на упругие и деформационные характеристики высокоскоростных ШУ типовых конструкций. £кяо установлено, что жесткость ШУ обладает свойством каса-

ценил. При этом граница насыщения заключена между легким и средним предварительным натягами, рекомендуемыми, в каталоге^ фирм. (Пока ано, что начиная с быстроходности CLfl 5-10 мм-мин становится заметно влияние^вращения на радиальную жесткость ШУ. Так прис/л «¿1-10 мм-мин и легком предварительным натяге жесткость снижается в 1,2 - 1,4 раза по сравнению со значением в статике. Установлено так-\ же, ,что а ШУ с жестким предварительным натягом возможно

\ увеличение фактического натяга в 1,7 раза /с"'учетом нагре-

V ва Ш дО двух раз / при изменении быстроходности от О

^ , до dfl '= I-10 мм-мин.' В ШУ с мягким предварительным на-i тягом изменение частоты вращения приводит к осевому уходу

переднего конца торца шпинделя. В случае легкого натяга и малых осевых нагрузок," уход переднего Торца может составить 15-20 мкм при изменении параметра ¿Л от 0 до ПО* i мм^мин. I

Экспериментально! исследовано влияние частоты вращения и предварительного [«тяга на динамические характеристики высоскоростных ШУ нк радиально-упорных 1Ш; установлена возможность сниженир собственной частоты изгибных колебаний шпинделя на 30 г 4056 п]эи изменении параметра быстроходности dn. от 0 до I* 10 мммин! Теоретически подтвержу дено ранее полученное экспериментально влияние "частоты вращения шпинделя на величину погрешности его вращения. , Так на низких частотах /ГС = 2000-3000 об/мин / погрет-ность вращения шпинделя практически определяется погреш-' ностью беговых дорожЬк колец и составляет порядка 0,1 мкм, в то время как в резонансных зонах погрешность вращения шпинделя возрастает в десятки раз, а в нереоонансшх эонахчне превдаает уровня 0,3-0,5 мкм, что говорит о возможности управления точностными показателями У1У за счет регулирования частоты вращения.

В диссертации расчетным путем определено рл;.п;!дз условий эксплуатации на усталостную долговечность ШУ по /сталост-ному разрушению;;на три порядка>при увеличении -пс/гота вращении и радиальной нагрузки! ресурс по уст чос$и превышает 5000 часов.

- 15 -

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1, В результате анализа взаимосвязи основных характеристик работоспособности высокоскоростных ШУ и их зависимости от внешних факторов показано, что всесторонний расчетный анализ ШУ возможен только на основе комплексной модели ШУ, состоящей из деформационной, динамической и тепловой моделей, входные и выходные характеристики которых взаимосвязаны,

2. Предложена.,универсальная конечноэлементная расчетная схема вы с о к о ско ро с тныХ-ЩУ.^.до з в о ля ющая учитывать их основные конструктивные и эксплуатационные параметры при расчетном анализе характеристик работоспособности, Универсальность схемы заключается в возможности решения деформационной, динамической и тепловой задач на основе единого представления упругой системы ШУ в виде конечных стержневых и кольцевых элементов.

3. Разработан комплекс программ для расчетного ана;|иза упругодеформационных, динамических и тепловых свойств ШУ, использование которого возможно на стадии проектирования.

4, Проанализировано влияние частоты вращения, предварительного натяга.'и радиальной нагрузки на упругодефор-мационные, динамические и тенпературные характеристики высокоскоростных ШУ типовых конструкций. Установлено, что начиная с показателя ¿/Д- 500 ООО мм-об/мин, становиться значимым влияние вращения на радиальную жесткость ШУ. Так приЙД « I ООО ООО мм-об/мин и'легком предварительном натяге возможно снижение жесткости в 1,5 - 2,0 раза по сравнению со значением в статике. Показано, что в ШУ. с жестким способом создания предварительного натяга с учетом тепловыделений в подшипниках возможно увеличение фактического натяга в 1,Б раза при изменении частоты вращения от 0 до С//1 * I ООО ООО мы .об/мин. Показано, что

в ШУ с легким пружинным предварительным натягом и малой осевой нагрузкой пои изменении параметра быстроходности но (1И = I ООО 000ми об/мин осевое смещение переднего торца может составить 15 мкм.

.! . - 16 -

5. Теоретически и экспериментально показано наличие в рабочем диапазоне частот вращения скоростных шпинделей резонансных зон и зон частот вращения, где погрешность вращения шпинделя но превышает 0,3 - 0,5 мкы. В то же -время погрешность вращения прецизионных ШП не превышает 0,1 - 0,2 мкм, что говорит о имеющемся резерве в улучше-

: нии'точностных показателей шпинделей на опорах качения за счет выбора их параметров.

6. О целью проверки разработащ&х моделей выполнено экспериментальное исследование осевого смещения переднего торца шпинделя, радиальной жесткости головки ВШГ-33 и динамических свойств внутришлифовальной головки ЛОК-73 при различных условиях. Показано удовлетворительное совпадение результатбв расчетов и экспериментов.

7. Дан анализ эффективности конструктивных и технологических решений И мероприятий, направленных на повышение

. качества высокоскоростных ШУ на радиально-упорных ШП. Выполнено сравнение; мягкого и жесткого способов создания ■ предварительного натяга в ШУ. Установлено, что в качестве верхней границ^ предварительного натяга в ШУ целесообразно назначать* такое значение натяга, поело которого ' радиальная жесткоЬть не становится чувствительной к из-г ' менению натяга.. ! '

8. С целью продолжения работ по совершенствованию-ШУ, разработана конструкция высокоскоростной внутришлифовальной головки, предусматривающей изменение конструктивных параметров, гильзЦ и уплотнений, числа подшипников и схем установки их в опорах,- величины осевого натяга подшипников, расхода масла-и схемы его впрыска, расхода слива

/ принудительный отсос /, смазывание опор как пластичной смазкой, так и впрыскиванием.

9. Разработанное програмно-математическоо обеспеченна • использовалось при анализа новых и типовых конструкций

ШУ в ЭНИМСе и на станкостроительных заводах. В частности ь отделе & 34 в ОНИМСе автором били разработаны рабочие чертежи внутришлифовальной головки модели ВШГ-53.'

10. В виде расчетного анализа результаты работы были 'использованы на московском станкозаводе " Красный Про.пе-

- ю -

тарий" при разработке конструктивных вариантов шлиндель-;зга узлов токарного станка, а также АО " АНКОН " при разработке суперпрецизионного шлифрвального станка с 4ПУ для обработки коленчатых н распределительных валов.

Осномыа_п£л£ж£ния_^с£е£тации_отражты в ¿ледащих £а^отах:

1. Аверьянова И.О., Лафишева Р.З., Левин Д.Ы. Влияние .подшипников качения на точность вращения высокоскоростных" шпиндвлэдых узлов. - Тезисы доклада. Всесоюзная научно - техниче'ская -конференция. Одесса, окт.,

1989 г., с. 100 - 101. i

2. Аверьянова И.О. Высокоскоростной шпиндельный узел в циркуляционным смазыванием опор качения, - Пути повышения эффективности использования оборудования в ЧЛУ. Тезисы доклада научно - практической конференции. Оренбург, 1969 г., с. 12.

3. Дубовецкий Б.О., Левин А.М., Хурцил З.И., Аверьянова И.О. Динамический и тепловаЛ расчет высокоскоростного токарного шпиндельного узла особовысокой точности. - Тезисы доклада научно - технической конферв«- | ции. " Пути повышения эффективности использования оборудования с ЧПУ Оренбург, 1989 г., с. 13.

4. Аверьянова И.О., ^утраева Н.В., Бондарь С.Е. Сверхскоростной шпиндель на опорах качения с системой искусственного теплообмена. - Передовой производственный опыт и научно - технические достиаения. М., 1990г.

5. Исследование и разработка систчмы сиазизания с искусственным теплообменом сверхскороотных/0?/2. » 1,8-К^ ММ'мин"* / шпиндельных узлов / поисковая /. Отчет по теме. Jf Гос. регистрации 019.00050808. ЭНИМС, М.,

1990 г., 0.7 - 19, с.28 - 52.

6.Аверьянова И.О., Зверев И.А., Пуш А.В. Расчетный комплекс для прогнозирования качества шпиндельных-узлов, - Проблемы повышения качества машин. Тезисы докладов международной научно - технической конференции. Октябрь, 1994 г., Брянск.

7. Зверев И.А., Аверьянова И.О. Комплексная ыатемати-

ческая модель высокоскоростных шпиндельных узлов на опорах качения, - " СТИН 1995 г., № 1,

/