автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.07, диссертация на тему:Совершенствование характеристик бесконтактных опор высокоскоростных шпиндельных узлов металлорежущих станков

ИВАНОВА НАТАЛЬЯ АЛЕКСАНДРОВНА

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК БЕСКОНТАКТНЫХ ОПОР ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ШПИНДЕЛЬНЫХ УЗЛОВ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ

Специальность 05.02.07 - Технология и оборудование механической и физико-технической обработки

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 О НОЯ 2011

Комсомольск-на-Амуре 2011

4859321

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Комсомольский-на- Амуре государственный технический университет» (ФГБОУ ВПО «КнАГТУ»)

Научный руководитель:

Научный консультант:

Официальные оппоненты:

кандидат технических наук, профессор Щетинин Владимир Сергеевич

кандидат технических наук, доцент Хвостиков Александр Станиславович

доктор технических наук, профессор Клепиков Сергей Иванович

кандидат технических наук, доцент Смирнов Алексей Владимирович

Ведущая организация: «Институт машиноведения и металлургии» ДВО РАН (г. Комсомольск-на-Амуре)

Защита состоится 28 октября 2011 г. в 12.00 на заседании диссертационного совета ДМ 212.092.01 в ФГБОУ ВПО «КнАГТУ» по адресу: 681013, г. Комсомольск-на-Амуре, пр. Ленина, 27, КнАГТУ. Факс: (4217)54-08-87; E-mail: mdsov@knaatu.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУВПО «КнАГТУ»

Автореферат разослан «_» сентября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Пронин А.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Высокоскоростная обработка (ВСО) материалов, является приоритетным направлением развития современной технологии машиностроения.

Актуальной задачей для успешной реализации всех преимуществ ВСО является разработка опор шпиндельных узлов (ШУ). В современных конструкциях высокоскоростных ШУ применяют опоры качения, гидростатические, гидродинамические, электромагнитные и газостатические подшипники. Каждый из этих типов опор имеет свои преимущества и недостатки. Так, для подшипников качения предельная быстроходность составляет всего 1,4-106 мм/мин. Кроме того, потеря заданной точности вращения наступает после 1000...2000 часов работы ШУ, что связано с износом тел качения и колец подшипников. К изменению точности механообработки ведет также увеличение температуры опор качения.

Недостаток опор скольжения с жидкой смазкой состоит в значительном выделении тепла в результате относительного скольжения слоев смазки.

ШУ на газостатических опорах обладают рядом достоинств. Они имеют высокую точность вращения, которую можно добиться в пределах 0,05 мкм как в осевом, так и в радиальном направлении. Из-за отсутствия контакта между шпинделем и вкладышем подшипника эта точность не меняется со временем, что определяет высокую параметрическую надежность ШУ. Благодаря низкому коэффициенту трения воздушной подушки такие подшипники способны обеспечить большую быстроходность ШУ (порядка 2,5 -106 мм/мин) при отсутствии времени на «разогрев» шпинделя. Главным недостатком газовых подшипников является невысокая несущая и демпфирующая способность смазочного слоя, что при повышенных силах резания может привести к потере устойчивой работы подшипника. Поэтому также опоры применяют в мапонагруженных ШУ, когда динамические нагрузки малы, а статические регламентированы.

Применение электромагнитных опор связано с ростом стоимости ШУ из-за необходимости использования сложной электронной аппаратуры и дополнительных периферийных компонентов.

Исследованиями, выполненными в КнАГТУ, установлено, что заметно улучшить эксплуатационные характеристики шпиндельных газостатических подшипников способны опоры с частично пористой стенкой вкладыша. Дальнейшее повышение несущей способности бесконтактных опор возможно на основе разработки и исследования особенностей работы комбинированных подшипников, способных расширить область рационального использования высокоскоростных ШУ на бесконтактных опорах. Это могут быть газостатические подшипники с электромагнитными сила-

ми или электромагнитные опоры с газостатическими силами. Выбор подхода зависит от эффективности использования таких подшипников в составе ШУ с учётом его производительности и точности обработки. Создания перспективных подшипников для ШУ, в целом обеспечивающих высокие выходные параметры точности ШУ, имеет первостепенное значение. Продвижению решения этой актуальной для машиностроения задачи и посвящена настоящая работа.

Цель работы. Повышение эффективности работы шпиндельных узлов металлообрабатывающих станков путем разработки, исследования и внедрения в их конструкцию радиальных газомагнитных опор.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

- разработать научно-обоснованную методику проектирования газомагнитных подшипников высокоскоростных ШУ на основе создания математических моделей, алгоритмов и программ для расчета их эксплуатационных характеристик;

- в широком диапазоне изменения конструктивных и режимных параметров исследовать особенности эксплуатационных характеристик газомагнитных опор шпиндельных узлов;

- экспериментальным путем исследовать характеристики газомагнитной опоры;

- экспериментальным путем исследовать влияние тягового усилия электромагнита на траекторию движения шпинделя;

- выработать рекомендации и разработать инженерную методику по проектированию газомагнитных опор ШУ;

- спроектировать и изготовить опытно-промышленный образец высокоскоростного ШУ шлифовального станка с газомагнитной опорой.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- предложена научно обоснованная методика расчета эксплутацион-ных характеристик радиальных газомагнитных опор шпиндельных узлов;

- приведены результаты экспериментальных исследований эксплута-ционных характеристик газомагнитных опор с пористыми ограничителями расхода газа;

- приведены результаты экспериментальных исследований влияния магнитной силы в опоре на траекторию движения вала;

- установлены зависимости эксплуатационных характеристик радиальных газомагнитных опор с пористыми ограничителями расхода газа от различных конструктивных и режимных параметров, которыми удобно пользоваться при проектировании высокоскоростных шпиндельных узлов.

Метод исследования сочетает физический эксперимент и теоретический анализ. Разработана методика численного расчета эксплуатационных характеристик шпиндельных газомагнитных подшипников на основе уравнения Рейнольдса и закона Дарси, а также классической теории маг-

нитного поля. При экспериментальном исследовании характеристик подшипников применяются хорошо апробированные на практике методики измерения и обработки опытных данных.

Достоверность полученных результатов обеспечивается применением хорошо известной в теории газовой смазки и магнитного поля системы уравнений, что подтверждается сопоставлением результатов теоретического расчета и экспериментального исследования.

Практическая ценность состоит в разработанном алгоритме и программе расчета эксплуатационных характеристик газомагнитного подшипника на ПЭВМ, позволяющих эффективно решать задачу проектирования газомагнитных опор высокоскоростных ШУ.

На основе проведенных исследований выработаны рекомендации и инженерная методика по надежному проектированию исследуемого типа опор ШУ.

Результаты работы легли в основу создания опытно-промышленного образца высокоскоростного ШУ шлифовального станка мод. ЗК227А, который используется в ОАО «Комсомольское-на-Амуре авиационное производственное объединение» им. Ю.А. Гагарина.

Результаты работы используются также в учебном процессе на кафедре «Технология машиностроения» ГОУВПО «КнАГТУ».

Личный вклад автора состоит в разработке методики численного расчета эксплуатационных характеристик шпиндельных газомагнитных подшипников, для которого составлен алгоритм расчета и реализована программа на ПЭВМ. Проведены экспериментальные и теоретические исследования эксплуатационных характеристик газомагнитных опор с пористыми ограничителями расхода газа высокоскоростных шпиндельных узлов с последующим анализом полученных данных.

На основе проведенных исследований выработаны рекомендации и предложена инженерная методика по проектированию исследуемого типа опор шпиндельных узлов.

При личном и непосредственном участии автора спроектирован и изготовлен опытно-промышленный образец высокоскоростного ШУ шлифовального станка мод. ЗК227А.

На защиту выносятся:

- методика и алгоритм расчета эксплуатационных характеристик радиального газомагнитного подшипника;

- результаты сопоставления экспериментальных и теоретических характеристик газомагнитной опоры;

- результаты анализа характеристик шпиндельных газомагнитных опор с пористыми ограничителями расхода газа в зависимости от конструктивных и режимных параметров;

- результаты экспериментальных исследований траектории движения вала установленного на бесконтактных опорах;

- инженерная методика и рекомендации по проектированию радиальных газомагнитных опор для шпиндельных узлов.

Апробация работы. Научные положения и результаты докладывались и обсуждались на международных, всероссийских и региональных научно-практических конференциях: «Новые технологии и материалы. Инновации и инвестиции в промышленности Дальнего Востока» (г. Комсомольск-на-Амуре, 2007 г.), «Технические науки и современное производство» (г. Пекин, 2008г.), «Новые материалы и технологии» (г. Москва, 2008г.), «Материалы и технологии XXI века» (г. Пенза, 2010 г), «Наука. Промышленность. Оборона» (Новосибирск, 2009 г.), «Теория и практика механической и электрофизической обработки материалов» (г. Комсомольск-на-Амуре, 2009г.), «Будущее машиностроение России» (г. Москва 2009г.), «Автомобиле- и тракторостроение: проектирование, конструирование, расчет и технологии ремонта и производства» (2009г.), «Актуальные вопросы науки и образования» (г. Москва 2010г.), «Образование, наука и производство: проблемы, достижения и перспективы» (г. Комсомольск-на-Амуре, 2010г.).

Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в 27 работах, в том числе 5 в журналах рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка. Работа содержит 157 страниц, включает 83 рисунков. Библиографический список охватывает 142 литературный источника.

Диссертационная работа выполнена при поддержке грантов 15-И-19 Министерства экономического развития и внешних связей Хабаровского края по проекту «Создание высокоскоростных прецизионных шпиндельных узлов металлорежущих станков с высокими эксплуатационными характеристиками и повышенной параметрической надежностью»; молодежного научно-инновационного конкурса У.М.Н.И.К.-2010 по проекту «Высокоскоростной шпиндельный узел на газомагнитных опорах для ультра-прицизионной обработки».

Автор выражает благодарность д.т.н., проф. Космынину A.B. за критические замечания к отдельным положениям диссертационной работы, позволившие улучшить изложение материала.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулирована цель и основные направления исследований.

В первой главе выполнен обзор конструкций высокоскоростных

ШУ на газостатических и магнитных опорах, проведен обзор бесконтактных опор, представлены их конструкции, применяемые в современных ШУ, проанализированы их преимущества и недостатки. Поставлены задачи исследования.

Достоинства и недостатки опор высокоскоростных шпиндельных узлов (ВСШУ) рассмотрены на основе общих требований, предъявляемых к шпиндельным узлам. Эти требования сформулированы в работах Ачеркана Н.С., Бальмонта В.Б., Бушуева В.В., Века М., Джонса А., Диментберга Ф.М., Зверева И.А., Каминской В.В., Кедрова С.С., Кудинова В.А., Левиной З.М., Лизогуба В.А., Лундберга Г., Маслова Г.С., Маталина A.A., Пальмгрена А., Пинегина C.B., Пономарева К.К., Портмана В.Т., Пронико-ва A.C., Пуша A.B., Пуша В.Э., Решетова Д.Н., Фигатнера A.M., Хомякова

B.C. и др.

В качестве опор ШУ используют опоры качения, гидродинамические, гидростатические, электромагнитные и газостатические подшипники. Каждый тип шпиндельных опор имеет свои преимущества и недостатки, которые в совокупности определяют область их рационального использования в шпиндельных узлах.

Многочисленные и важные достоинства газовых подшипников вызвали большой интерес их применения в ВСШУ металлообрабатывающих станков. В основе успешного внедрения таких опор в разнообразные конструкции ШУ лежат работы отечественных ученых Баласаньяна B.C., Же-дя А.П., Жедя В.П., Заблоцкого Н.Д., Завьялова Г.А., Осепьяна Л.С., Пеш-ти Ю.В., Пинегина C.B., Сипенкова И.Е., Табачникова Ю.Б., Шатохина

C.Н., Шейнберга С.А., Шишеева М.Д. и др., а также ряда зарубежных ученых Грэссема Н.С., Константинеску В.Н., Лоха Е., Маджумдара B.C., и др.

Опыт эксплуатации шпиндельных газовых опор позволил выявить и их недостатки — относительно малую несущую способность смазочного слоя и потерю устойчивости при определенных режимах работы. Решению задач повышения эксплуатационных характеристик газостатических опор ШУ посвящены многочисленные работы.

Отсутствие в магнитных подшипниках механического контакта и необходимости смазки делает их весьма перспективными при использовании в высокоскоростных шпинделях. Это дает неограниченный ресурс, снижение расходов на обслуживание и ремонт, отсутствие системы подготовки и подачи смазочного материала (насосов, фильтров, уплотнений), экологическая чистота. Высокие скорости вращения и низкое электропотребление приводит к снижению габаритных размеров машины, эксплутационных расходов за счет экономии электроэнергии и уменьшению коэффициента трения. В основе разработки конструкций таких опор лежат работы Мет-лина В.Б., Журавлева Ю.Н., Лучина Г.А., Осокина Ю.А., Станкевича H.H.

К недостаткам магнитного подвеса следует отнести: наличие внешнего источника электроэнергии и относительно высокие сложность и стоимость, вызванные наличием электронного блока управления.

Сравнительный анализ газостатических и электромагнитных и опор, позволяет сделать вывод, что наличие упругого газового слоя в электромагнитных подшипниках не устраняет их основной недостаток - сложности системы управления. Использование электромагнитной силы в газостатическом подшипнике позволяет создать дополнительную силу, суммарный вектор которой противоположно направлен силе резания. Разработка системы гибридных газомагнитных опор ШУ позволит устранить недостатки газовых и магнитных опор. Рассмотрению данного вопроса и посвящена эта работа.

Во второй главе рассматриваются комплексная математическая модель течения газа в зазоре газомагнитной частично пористой опоры и действия электромагнитной силы на шпиндель, методика и алгоритм расчета эксплуатационных характеристик шпиндельных подшипников.

На рис. 1 представлена расчетная схема газомагнитной опоры (ГМО).

Рис. 1. Расчетная схема газомагнитной опоры: 1 - пористая цилиндрическая вставка; 2 - вал; 3 — непроницаемая втулка; 4 — сердечник соленоида.

Газ под давлением р8 из камеры нагнетания поступает через пористые вставки в смазочный слой газомагнитного подшипника. Несущая способность газомагнитного подшипника создается в результате разности давлений газа в разгруженной и нагруженной частях опоры, а также действия магнитной силы. Поле давления газовой смазки и магнитное поле имеют разную физическую природу, поэтому они не оказывают влияния друг на друга. Несущую способность газомагнитной опоры определяется

I.

т

4

как результирующая двух векторов - от магнитной силы и давления газовой смазки:

в = & + &-

В скалярной форме выражение для определения несущей способности газомагнитной опоры имеет вид:

Q

где Qt=Qx, +£L, Q, - О. ' Q„ (Q, и Qy!, и Qw - соответствующие проекции газовых и магнитных сил на оси Хи У). Коэффициент несущей способности равен

CQ=Q,Q™ = 2 R2L(ps-pay Радиальная жесткость смазочного слоя подшипника находится по формуле:

J = dQIde.

С учетом того, что Q = 2R2L(ps-ра)Сд, выражение для жесткости

смазочного слоя запишем в виде:

3 ^2R2L(Ps - ра) к ^ с J'

где kj = cICq / ds - коэффициент жесткости смазочного слоя. Угол ориентации нагрузки равен:

ц/ = arctg(Qy / QJ.

Эксплуатационные характеристики газовой составляющей ГМО зависят от распределения давления газа в зазоре подшипника. Для определения поля давления газа в зазоре частично пористого подшипника использовано уравнение Рейнольдса следующего вида:

dip^ дер) az\ cz ) dip

где оператор /=1 в области пористых вставок и_/=0 в области свободной от вставок.

Уравнение (1) является дифференциальным уравнением эллиптического типа в частных производных. Решение этого уравнения выполнено численным методом путем аппроксимации входящих в него частных производных трехточечными центральными разностями. Область интегрирования представлена на рис. 2.

/Ут1

лг

г.; гг

1У7 г

Рис. 2. Шаблон конечно - радиальной сетки области интегрирования

Краевые условия решаемой задачи ставятся на границах области интегрирования и пористых вставок. Поверхность магнитопровода рассматривается как область вкладыша подшипника свободная от пористых вставок. Решение совокупной системы уравнений ведется итерационным методом Гаусса- Зейделя.

При известном распределении газа в зазоре ГМО проекции внешней нагрузки на осиХи К соответственно равны:

¿/22л-' Ы22л

Яхг=2к2 | \рсо$(рй<рск\ {)уг =2Я2 \ \р€\х\<р(1<рйг. (2) 0 0 0 0

С учетом того, что р = рр3 и сЬ = ¿с/г/2 уравнения (2) представим в виде:

1 2л 1 2л

0 0 ' 0 0 Магнитная составляющую несущей способности опоры, которая по абсолютной величине равна тяговому усилию электромагнита, определяется по известному уравнению:

¿а„=(52/(2Л))сК, или с учетом коэффициента, учитывающего электрические параметры соленоида К„ , запишем:

(3)

Зависимость (3) является исходной при определении магнитной составляющей несущей способности опоры. После интегрирования уравнения (3) получим:

_ 2 / <Р7

С 0 п Л/

D 2 L Ч>2 ■ ^ ГУ "2 г г sm V , Qmv=K3~Y- J 1 =dz-d<p.

C 0 л А/

После деления представленных уравнений на gmax можно получить выражение для коэффициента несущей способности магнитной составляющей опоры. В эти уравнения входит относительная магнитная сила равная:

2

Qm=~2

Кэ ■ Rn

с DL(ps — ра)

В третьей главе представлена конструкция экспериментального стенда, методика обработки опытных данных и определения погрешностей результатов наблюдений, а также оборудование и программное обеспечение для исследования влияния тягового усилия электромагнита на траекторию движения вала.

т"" js ц hi

Рис. 3. Экспериментальный стенд для исследования характеристик газомагнитного подшипника

Основными элементами стенда (рис. 3) являются: /- компрессор; 2-ресивер; 3- фильтр для очистки воздуха; 4- турбина; 5- стойка; 6- клапан; 7,8- опорные газостатические подшипники; 9, 10- стойки; 11- вал; 12, 13-подпятники; 14- исследуемый подшипник; 15- гибкая связь; 16, 28- устройство для создания радиальной нагрузки; 17- индикатор; 18- клапан; 19-расходомерное устройство; 20- рабочее колесо турбины; 21- опора; 22, 30-манометры; 23- короткая шейка; 24- клапан; 25- частотомер; 26- планки; 27- сопловой аппарат; 29- корпус; 31- магнитопровод; 32- прибор для регистрации зазора между валом и исследуемым подшипником; 33- датчик виброускорения.

Эксперименты проведены при работе опоры в режиме подвеса и гибридном режиме (при вращении вала). Абсолютное давление наддува газа составляло 0.3,0.4 и 0.5 МПа, частота вращения вала менялась до 20000 мин"1.

Оценка погрешностей экспериментов показала, что максимальные погрешности определения эксплуатационных характеристик исследуемого подшипника равны: =3,3%, =3,7%.

Для исследования влияния тягового усилия электромагнита на траекторию движения вала использована следующая аппаратура: вибропреобразователь АР37 (поз. 33 рис.3); 8-разрядный аналогово-цифровой преобразователь (АЦП); ПЭВМ типа 1ВМ РС Реп1шт-4/512 МБ, программное обеспечение реконструкции аттрактора.

В четвертой главе представлено сравнение экспериментальных и теоретических характеристик радиального газомагнитного подшипника, проводится анализ результатов теоретического расчёта эксплуатационных характеристик газомагнитной опоры при неподвижном и вращающемся вале. Приведены результаты исследования влияния тягового усилия электромагнита на траекторию движения вала. Представлена методика проектирования исследуемого типа шпиндельных опор и сформулированы рекомендации по проектированию и практическому применению газомагнитных опор в И1У. Рассмотрена конструкция опытно-промышленного образца высокоскоростного шпиндельного узла на газомагнитных опорах.

Исследуемая опора имела следующие параметры: длина подшипника Ь=55 мм; диаметр подшипников .0=50 мм; диаметр вставки (1ист =6 мм; количество пористых вставок в одном ряду наддува М„ст=6ш, диаметр магнита Отак =20 мм; средний радиальный зазор с =38,5 мкм; раздвижка линий наддува в опоре ¿=30 мм; зазор между магнитопроводом и поверхностью вкладыша опоры =0,1 мм.

Для представления характеристик подшипника в зависимости от безразмерного комплекса прямо пропорционального среднему радиальному зазору, в рассмотрение введен конструктивный параметр К( , связанный с параметром питания К соотношением:

Кс=К-хп = с--¡¡8/икр Ях.

В относительных величинах основные параметры подшипника составляли:! =1,2; ЛГС =0,228; ¿=0,436; Ъ„ч= 0,4; ¿,„,=0,122.

Эксперименты при работе газомагнитной опоры в режиме подвеса, выполнены при абсолютном давлении наддува сжатого воздуха рх , равном 0,3; 0,4; 0,5 МПа, что соответствует относительному давлению р5,

равном 1/3, 1/4 и 1/5.

Зависимость коэффициентов несущей способности Сд и жесткости

к] от относительного эксцентриситета £ и относительной магнитной силы

0,м представлены на рис. 4. Из графиков видно достаточно хорошее согласование теоретических и экспериментальных данных. Как показал сравнительный анализ экспериментальных и расчетных зависимостей относительная ошибка определения коэффициента несущей способности не превосходит 6 %, коэффициента жесткости - 27%.

Опыты при вращающемся вале (гибридный режим работы опоры) выполнены при таких же давлениях наддува, что и в статических испытаниях. Максимальная частота вращения вала составляла 20000 мин" , что

соответствует числу сжимаемости Л =0,162 (прир^=1/5, Ом =0,12).

Рис. 4. Зависимость коэффициента несущей способности Сд (а) и коэффициента жесткости (б) от относительных: магнитной силы <2м, эксцентриситета е: -теория; — опыт

На рис. 5 показаны зависимости коэффициента несущей способности Сд и жёсткости смазочного слоя к] от относительного эксцентриситета £ в

гибридном режиме работы опоры шпиндельного узла (рЛ. = 1/4, Л=0,126).

а)

Iм

Cs

0.1

0,12 s л У/

X V 0

о o.i 0 3.8

0.2 0.3 0,4

73 11,4 мол

11,2 J

Рис. 5. зависимость коэффициента несущей способности Сд (а) и коэффициента жесткости kj (б) от относительных: магнитной силы QM, эксцентриситета £ : - теория; — — опыт

Сопоставление экспериментальных и теоретических данных при вращающемся вале показывает на их вполне удовлетворительное согласование. Относительная ошибка в определении коэффициента несущей способности Cq, как показали расчёты, не превышает 9%, а коэффициента

жёсткости смазочного слоя ht - 24%.

Совокупный анализ всего комплекса выполненных экспериментов позволил сделать вывод, что при статическом режиме работы газомагнитной опоры максимальная относительная ошибка составляет 14%, жёсткости смазочного слоя - 27%. При вращающемся вале рассогласование данных составляет: по несущей способности опоры - 12%, жёсткости - 28%.

Удовлетворительные результаты экспериментов позволили провести широкие теоретические исследования по влиянию на эксплуатационные характеристики газомагнитного подшипника относительного эксцентриситета s, конструктивного параметра Кс, относительного давления наддува относительной длины подшипника L, числа сжимаемости Л, относительного диаметра пористого ограничителя decm = decm / D, относительной магнитной силы Qu, относительного диаметра магнита Dm,« и количества пористых ограничителей в одном ряду наддува Necm.

На основе вариантных расчётов при относительном давлении наддува ps=l/5 и относительной магнитной силе QM =0,2 были выбраны следующие конструктивные параметры исследуемой газомагнитной опоры: диаметр подшипника £>=50 мм; диаметр пористой вставки decm= 6 mai; ко-

личество пористых вставок в одном ряду наддува N„„„=6, диаметр магнита Опа? =20 мм; раздвижка рядов наддува Ь = 25 мм.

В безразмерных величинах исследуемая опора имеет следующие параметры: удлинение подшипника 1=1,2; относительная раздвижка рядов наддува Ь =0,5; относительный диаметр магнита £>,„„,,=0,4; относительный диаметр пористой вставки й,™ =0,122.

На рис. 6 представлены зависимости коэффициента несущей способности и коэффициента жесткости от относительного эксцентриситета при работе шпиндельных опор в режиме подвеса. Анализ нагрузочных характеристик показывает, что благодаря наличию электромагнита коэффициент несущей способности ГМО при всех е выше, чем у аналогичного по конструкции газостатического подшипника. При этом кривые зависимости Сд = /(е, Кс) обоих подшипников имеют ярко выраженный максимум,

положение которого в отличие от жесткостных характеристик слабо зависит от значения е. Обращает на себя внимание меньшее значение коэффициента жесткости ГМО, чем у газостатической опоры.

Расчет гибридных характеристик подшипников выполнен при оптимальных по Сд значениях конструктивного параметра опор {Кс)ор1 =0,35.

На рис.7 показаны зависимости коэффициентов несущей способности Су и жесткости kJ от числа сжимаемости А и относительного эксцен-

триситета е.

Рис. 6. Зависимость коэффициента несущей способности Сд (а) и

коэффициента жесткости (б) от конструктивного параметра Кс и

относительного эксцентриситета £;---с отключенным магнитным подвесом; — - с включенным магнитным подвесом

а)

е=о,а

0,6

и*"

___- и —

- — - ---- ----

Чм

б)

з

2.5

2

К 1.5 1

0.5 0

6=0,8 0,4

0,6 \ \ г

~7 ! \

1 \

/ У 1 ___ Л -

0.2

0 .4 ,

0.6

08

0.2

0.4 06 Л —

0.8 —•»

1.2

Рис.7. Зависимость коэффициента несущей способности Сд (а) и коэффициента жесткости (б) от числа сжимаемости А и относительного эксцентриситета е;---с отключенным магнитным подвесом;

——"с включенным магнитным подвесом

Анализ представленных зависимостей показывает, что с ростом числа сжимаемости эксплуатационные характеристики опор заметно возрастают из-за усиления эффекта смазочного клина. При этом более высокими нагрузочными характеристиками обладает ГМО, а жескостными - чисто газовая опора.

Влияние удлинения подшипника Ь на его эксплуатационные характеристики исследовано в диапазоне изменения Ь от 1 до 1.4. При работе ГМО в режиме подвеса рост ее удлинения ведет к снижению коэффициентов несущей способности и жесткости смазочного слоя. В гибридном режиме работы с ростом £ и числа сжимаемости коэффициенты несущей способности и жесткости смазочного слоя увеличиваются.

Исследование влияния относительной раздвижки линий наддува Ъ на эксплуатационные характеристики выполнено при Ъ = 0.2, 0.4, 0.6. Установлено, что уменьшение Ь ведет к снижению коэффициентов несущей способности и жесткости. При этом угол положения нагрузки возрастает, что связано с возможной потерей устойчивой работы.

Исследование влияния относительной магнитной силы проведено при Qм = 0.1, 0.2, 0.3. Независимо от режима работы опор увеличение <2 м приводит к повышению коэффициента несущей способности и уменьшению коэффициента жесткости.

Изменение количества вставок Nест с 4 до 8 ведет к повышению статических и гибридных значений коэффициента Сд. Вместе с тем увеличение количества вставок с 6 до 8 незначительно влияет на эксплуатационные характеристики опор. В гибридном режиме работы коэффициент

жесткости опоры при Мвст =4 наибольший, но это сопровождается нежелательным ростом угла положения нагрузки.

Исследование влияния относительного диаметра магнитопровода проведено при Ътаё= 0.2, 0.4, 0.6. Установлено, что увеличение диаметра магнитопровода приводит к увеличению коэффициента несущей способности и снижению коэффициента жесткости.

Исследование влияния относительного давления наддува проведено при ря= 1/4, 1/5 и 1/6. При работе опоры в режиме подвеса изменение относительного давления наддува не ведет к заметному изменению эксплуатационных характеристик, что в частности подтверждается данными выполненных экспериментов. В гибридном режиме работы с увеличением числа сжимаемости Л и р8 коэффициенты несущей способности и жесткости, а также угол положения нагрузки у/ уменьшаются незначительно.

Влияние тягового усилия электромагнита на траекторию движения вала в ГМО показано на рис. 8.

Рис. 8. Траектория движения оси корпуса опоры с выключенным (а) и включенным (б) электромагнитом (п=9450 мин"1, Ом =0>12, ^=50 Н,

р5-=0,333)

Реконструированные траектории показывают, что при вращении шпинделя с включенным магнитным подвесом уменьшается амплитуда размаха эллипса оси шпинделя до 55%. Это позволяет примерно на 45% повысить точность вращения по сравнению с установкой шпинделя на газостатические опоры.

Результаты работы легли в основу создания опытно-промышленного образца высокоскоростного ШУ для внутришлифовального станка ЗК227А. Конструкция шпиндельного узла показана на рис. 9.

Основными элементами ШУ являются: цанговый захват 1, корпус 4, шпиндель 5, втулка 3, газостатические подшипники 2 и 6, рабочее колесо турбины 7, сопловой аппарат турбины 8, регулятор предельной частоты вращения 9 и входное устройство 10 с пусковым клапаном 11, магнито-провод 12 с соленоидом 13.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Рис.9. Конструкция высокоскоростного шпиндельного узла

Испытания опытного образца внутришлифовального шпинделя проведены с участием специалистов ОАО «Комсомольское-на-Амуре авиационное производственное объединение» им. Ю.А. Гагарина. Результаты испытаний пневмошпинделя на точность обработки показали, что отклонение от округлости составляет не более 0,2 мкм (5, 6 квалитеты точности) при шероховатости Ra не более 0,03 мкм. Установлено также, что износ шлифовального круга снижается до 40% с включенным электромагнитом и до 15-20% с отключенным электромагнитом по сравнению с отраслевой конструкцией шпиндельного узла мод. ВШГ ООО. ОООРЭЭ на опорах качения. Применение магнитной силы позволяет расширить технологические возможности высокоскоростных ШУ на бесконтактных опорах, за счет повышенных сил резания на предварительных операциях и как следствия сокращения операционного времени в 1,7 раза.

В 2008 году на VIII Московском международном салоне инноваций и инвестиций и Х1П международной выставке-конгрессе «Высокие технологии. Инновации. Промышленные инвестиции» (г. С.-Петербург) опытно-промышленный образец шпиндельного узла отмечен серебряными медалями.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Разработан численный метод расчета эксплуатационных характеристик газомагнитной опоры с частично пористыми питателями 111У, для которого составлен алгоритм расчета и реализован на ПЭВМ комплекс программ.

2. Создан экспериментальный стенд для исследования эксплуатационных характеристик газомагнитной опоры при статическом и гибридном режимах их работы.

3. Разработана конструкция газомагнитной опоры ШУ, обеспечивающая более высокие эксплуатационные характеристики по сравнению с

газовыми опорами, традиционно применяемыми в отраслевых конструкциях высокоскоростных ШУ. Так, при работе в режиме подвеса значения коэффициента несущей способности газомагнитной опоры выше в среднем 30 %. В гибридном режиме работы подшипника эта разница составляет 20 %.

3. Анализ экспериментальных и теоретических характеристик исследуемой опоры показал, что разработанная методика позволяет с достаточной для практики точностью определять эксплуатационные характеристики подшипника с пористыми шпоночными ограничителями расхода. Расхождение расчетных и опытных значений коэффициента несущей способности при неподвижном вале не превосходит 14%, коэффициента жёсткости смазочного слоя - 27%. При вращающемся вале рассогласование данных составляет: по коэффициенту несущей способности- 12%, коэффициенту жёсткости - 28%.

4. Проанализировано влияние на статические и гибридные эксплуатационные характеристики шпиндельных газомагнитных опор различных режимных параметров. Достаточно высокие эксплуатационные характеристики шпиндельных опор высокоскоростных ШУ достигаются при относительной магнитной силе £)м=0,2; относительном диаметре магнита Ът^ =0,4; относительном диаметре пористой вставки 3,с„=0,122; относительной раздвижке линий наддува Ь =0.4, количестве вставок в одном ряду наддува Меш= 6 и относительной длине подшипника 1=1.2 и значении конструктивного параметра 0,35.

5. Экспериментально установлено, что установка шпинделя на ГМО позволяет примерно на 45% повысить точность вращения по сравнению с установкой шпинделя на газостатические опоры.

6. Исследованиями установлено, что режим работы газомагнитной опоры ШУ с включенным электромагнитом ведет к снижению жесткости. Следовательно, режим работы шпиндельного узла с включенным электромагнитом рационально использовать на черновых операциях обработки заготовки, когда требуется повышенные силы резания. Далее без переустановки заготовки чистовые операции следует проводить при отключенном электромагните, когда требуется повышенная жесткость.

7. Разработана инженерная методика проектирования и выработаны рекомендации по проектированию радиальных газомагнитных подшипников ШУ.

8. На основе выполненных исследований изготовлен опытно-промышленный образец высокоскоростного ШУ внутришлифовального станка ЗК227А. Результаты испытаний пневмошпинделя на точность обработки показали, что отклонение от округлости составляет не более 0,2 мкм (5, 6 квалитеты точности) при шероховатости Ка не более 0,03 мкм. Уста-

новлено также, что износ шлифовального круга снижается до 40% с включенным электромагнитом и до 15-20% с отключенным электромагнитом по сравнению с отраслевой конструкцией шпиндельного узла мод. ВШГ ООО. ОООРЭЭ на опорах качения. При этом операционное время сокращается в 1,7 раза.

Основные научные положения и результаты диссертации изложены в следующих 27 работах:

Публикации в научных изданиях, рекомендованных ВАК

1. Космынин, A.B. Применение магнитной силы в газостатических опорах высокоскоростных шпиндельных узлов / A.B. Космынин, B.C. Щетинин, H.A. Иванова //Вестник машиностроения,- 2009,- № 5,- С.19-21.

2. Стенд для исследования выходных характеристик шпиндельного узла на газомагнитных опорах / А.В Космынин., B.C. Щетинин, H.A. Иванова, А. С. Хвостиков, С.С. Блинков// СТИН.- 2010.- №5-.С.8-11.

3. Космынин, A.B. Методика расчета несущей способности газомагнитного подшипника высокоскоростного шпиндельного узла/ A.B. Космынин, B.C. Щетинин, H.A. Иванова // Вестник Самарского государственного технического университета,- 2010.- № 4,- С.226-229.

4. Иванова, H.A. Метод расчета газомагнитного подшипника высокоскоростного шпиндельного узла / H.A. Иванова, B.C. Щетинин, С.С. Блинков // Омский научный вестник.- ОмГТУ, 2011-№ 1 -С.63-65.

5. Иванова, H.A. Влияние конструктивных особенностей передней газомагнитной опоры шпиндельного узла на его выходные характеристики / H.A. Иванова, B.C. Щетинин, A.B. Космынин, А. С. Хвостиков, С.С. Блинков // Омский научный вестник.- ОмГТУ, 2011-№ 2 -С.61-63.

Статьи и материалы конференций, опубликованные в других научных изданиях

6. Лямкина, Е.М. Материалы вкладышей газовых опор / Е.М. Лямки-на, H.A. Иванова, // Научно-техническое творчество студентов и аспирантов. Материалы докладов научно-технической конференции,- Комсомольск-на-Амуре: КнАГТУ, 2003. - С. 36.

7. Иванова, H.A. Совершенствование шпиндельных узлов с бесконтактными опорами / H.A. Иванова, Щетинин B.C., A.B. Космынин // Новые технологии и материалы. Инновации и инвестиции в промышленность Дальнего востока: материалы Всероссийской науч.-техн. конф., Комсомольск-на-Амуре , 15-17 окт. 2007 г . Комсомольск-на-Амуре : ГОУВПО «КнАГТУ»,2007.-С 115-119.

8. Космынин, A.B. Шпиндельные узлы на газомагнитных опорах/ A.B. Космынин, В.С.Щетинин, H.A. Иванова // Фундаментальные исследования. -2008. -№10. -С. 76-78.

9. Космынин, A.B. Газомагнитные опоры высокоскоростных шпиндельных узлов/ A.B. Космынин, В.С Щетинин., H.A. Иванова // Новые материалы и технологии - НМТ-2008: материалы Всероссийской науч.-техн. конф., Москва 2008 г. - М.: МАТИ, 2008.-Т.З- С. 22-23.

10. Космынин, A.B. Применение новых газомагнитных опор в шпиндельных узлах для высокоскоростной обработки деталей машин / A.B. Космынин, В.С.Щетинин, H.A. Иванова // Вестник ГОУВПО «КнАГТУ». Вып. 13: сб. науч. тр.- Комсомольск-на -Амуре: ГОУВПО «КнАГТУ», 2009. -4.1.-С. 180-182.

11. Kosminin, A.V. Using magnetic force in the gas-static bearings of high-speed spindles / A.V Kosminin, V.S. Scthetinin, N.A. Ivanova // Russian Engineering Research:- 2009, -V. 29, -№ 5. - pp. 456-458.

12. Иванова, H.A. Стабилизация точности обработки шпинделя на газомагнитных опорах/Н.А. Иванова, B.C. Щетинин, С.С. Блинков // Теория и практика механической и электрофизической обработки материалов: материалы международ, науч.- техн. конф., Комсомольск-на-Амуре , 28-30 октября -2009.-Ч.2. -С257-261.

13. Космынин, A.B. Повышение точности обработки с помощью высокоскоростных шпиндельных узлов на газомагнитных опорах за счёт повышения несущей способности / A.B. Космынин, B.C., Щетинин, H.A. Иванова// Теория и практика механической и электрофизической обработки материалов: Материалы международной научно-технической конференции, Комсомольск-на-Амуре , 28-30 октября -2009.-Ч.2 -С266-269.

14. Космынин, A.B. Шлифовальный шпиндельный узел для высокоскоростной обработки металлов / A.B. Космынин, B.C., Щетинин, H.A. Иванова //Успехи современного естествознания: -2009. -№9, -74-75.

15. Космынин, A.B. Применение шпиндельных узлов на газомагнитных опорах в шлифовальных станках для повышения эксплуатационных показателей / A.B. Космынин, B.C., Щетинин, H.A. Иванова // Материалы и технологии XXI века: Сб. статей VII межд. науч.-техн. конф. -Пенза: Изд-во Приволжского Дома Знаний, 2009. -С. 139-142.

16. Космынин, A.B. Совершенствование финишной обработки за счет применения газомагнитных опор в высокоскоростных шпиндельных узлах шлифовальных станков / A.B. Космынин, B.C., Щетинин, H.A. Иванова // Наука. Промышленность. Оборон: Труды X Всероссийской науч.-техн. конф., Новосибирск, 22-24 апреля 2009 г. - Новосибирск: НГТУ, 2009.-С. 144-146.

17. Космынин, A.B. Газомагнитные опоры — один из путей совершенствование процесса высокоскоростной обработки деталей / A.B. Космынин, B.C. Щетинин, H.A. Иванова // Международный симпозиум «Образование, наука и производство: проблемы и перспективы обработки материалов и заготовительных производств»: материалы междунар. науч.-

техн. конф., Комсомольск-на-Амуре, 27-30 сент.2010 г.- Комсомольск-на-Амуре : ГОУВПО «КнАГТУ», 2010. -Т.2. -С102-104..

18. Иванова, H.A. Возможность использования магнитной силы в газовых опорах высокоскоростных шпиндельных узлах / H.A. Иванова // Научно-техническое творчество студентов и аспирантов. Материалы докладов научно-технической конференции.- Комсомольск-на-Амуре: КнАГТУ ,2009.-С. 227-229.

19. Щетинин, B.C. Применение газомагнитных опор в высокоскоростных шпиндельных узлах шлифовальных станков / B.C. Щетинин, H.A. Иванова // «Будущее машиностроение России»: сб. тр. всерос. конф. Молодых ученых и специалистов, Москва 21-25 сентября 2009 - Москва: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009 - С.9.

20. Иванова, H.A. Расчет эксплутационных характеристик газомагнитного подшипника / H.A. Иванова, B.C. Щетинин, С.С. Блинков // Материалы и технологии XXI века: Сб. статей VIII межд. науч.-техн. конф. -Пенза: Изд-во Приволжского Дома Знаний, 2010. -С. 143-145.

21. Kosminin, A.V. Test bench for determining the output characteristics of a spindle on gas-magnetic bearings / A.V. Kosmynin, V.S Scthetinin, N.A. Ivanova, A. S. Khvostikov, S. S. Blinkov // Russian Engineering Research:-2010,- Vol. 30, -№ 8, pp. 816-817.

22. Космынин, A.B. Расширение технологических возможностей металлообрабатывающего оборудования на основе применения шпиндельных узлов на газомагнитных опорах / A.B. Космынин, B.C., Щетинин, H.A. Иванова // Актуальные вопросы науки и образования, V общероссийская научная конференция, г. Москва, (11-13 мая 2010г.) /«Международный журнал экспериментального образования» - №7. 2010. - С. 120-121.

23. Определение траектории вращения шпинделя на газостатических опорах / В.С.Щетинин, H.A. Иванова, A.C. Хвостиков, С.С. Блинков // Научно-техническое творчество студентов и аспирантов. Материалы докладов научно-технической конференции,- Комсомольск-на-Амуре: КнАГТУ, 2010. - С. 182-183.

24. Щетинин, B.C. Методика определения точности вращения шпинделя на газостатических опорах / B.C. Щетинин, H.A. Иванова, С.С. Блинков // Научно-техническое творчество студентов и аспирантов. Материалы докладов научно-технической конференции.- Комсомольск-на-Амуре: КнАГТУ,2010. - С. 189-200.

25. Иванова H.A. Влияние конструктивных параметров на эксплу-тационные характеристики газомагнитных опор / Иванова H.A., Блинков С.С. // Научно-техническое творчество студентов и аспирантов. Материалы докладов научно-технической конференции.- Комсомольск-на-Амуре: КнАГТУ, 2010. - С. 227-228.

26. Иванова H.A., Влияние электромагнитных сил на эксплутацион-ные характеристики газомагнитных опор / Иванова H.A. // Научно-

техническое творчество студентов и аспирантов. Материалы докладов научно-технической конференции.- Комсомольск-на-Амуре: КнАГТУ, 2010.

- С. 230-232.

Программы для ЭВМ

27. * Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2009612152 Газомагнитная опора /Космынин A.B., Щетинин B.C., Иванова H.A., -Зарегистр. в Реестре программ для ЭВМ 27.04.09.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ß - угол установки; Т - длина электромагнита; Q - несущую способность

газомагнитной опоры; Q, - газовая составляющая несущей способности;

Q4 - магнитная составляющая несущей способности; Ох - проекция нагрузки на ось X; Qy - проекция нагрузки на ось Y; Cq - коэффициент несущей способности равен; J - радиальная жесткость смазочного слоя подшипника; е - се - абсолютный эксцентриситет равный; е - относительный эксцентриситет; с - средний радиальный зазор;

K = \2kpR2 /(с3 1п(1 + (5 / /?2)) - параметр питания подшипника; Кс - конструктивный параметр; A = 6pR21a>/(psc2) - число сжимаемости; В- магнитная индукция; S- площадь ферромагнитного тела; kр - коэффициент проницаемости пористого материала; R2 - радиус вкладыша; // - динамическая вязкость газа; Кэ = 0,5//0(;эяэ)2- коэффициент, учитывающий электрические параметры соленоида; iB - ток в соленоиде; и, - число витков соленоида, hF - зазор между шпинделем и магнитопроводом (в частном случае между вкладышем подшипника и магнитопроводом); р0- магнитная постоянная; L=L/D - относительная длина подшипника; z = z /( L / 2) - относительная осевая координата подшипника; р = р/ps.- относительное давление газа в зазоре подшипника; <р ~ х! R2

- угловая координата; h = И/с = 1 - scos<p - относительный зазор между шпинделем и вкладышем; (5 - высота (или толщина) пористой вставки радиального подшипника; b = Ы L - относительная раздвижка линий наддува газа.

Иванова Наталья Александровна

Совершенствование характеристик бесконтактных опор высокоскоростных шпиндельных узлов металлорежущих станков

Автореферат

Подписано в печать 20.09.2011. Формат 60x84/16. Бумага писчая. Ризограф RIZO RZ 370ЕР Усл. печ.л. 1,40 Уч.-изд. л. 1,35. Тираж 100. Заказ 24299

Редакционно-издательский отдел Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет» 681013, г. Комсомольск-на-Амуре, пр. Ленина, 27.

Полиграфическая лаборатория Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет» 681013, г. Комсомольск-на-Амуре, пр. Ленина, 27.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Современное состояние вопроса и постановка задачи исследований.

1.1. Обзор конструкций высокоскоростных шпиндельных узлов.

1.2. Газостатические опоры область применения, основные типы конструкций.

1.3. Магнитные опоры область применения, основные типы конструкций.

1.4. Комбинированные опоры область применения, основные типы конструкций.'.

1.5. Выводы и постановка задач исследования.

ГЛАВА 2. Расчет эксплуатационных характеристик радиальной газомагнитной опоры шпиндельного узла.

2.1. Определение эксплуатационных характеристик газомагнитного подшипника.

2.2. Расчет эксплуатационных характеристик газостатического подшипника.

2.3. Определение электромагнитных сил влияющих на эксплуатационные характеристики газомагнитной опоры шпиндельного узла.

2.4. Метод и алгоритм решения дифференциального уравнения поля давления газа в смазочном слое.

2.5. Выводы.

ГЛАВА 3. Экспериментальная установка и методика проведения

Исследований.

3.1. Конструкции экспериментальной установки для исследования характеристик газомагнитного подшипника шпиндельного узла.

3.2. Метод и стенд для оценки влияния магнитной силы на динамические характеристики вала.

3.3. Тарировка электромагнитной силы.

3.4. Методика обработки опытных данных.

3.5. Оценка погрешности определения экспериментальных данных.

3.6. Выводы.

ГЛАВА 4. Исследование эксплуатационных характеристик радиальной газомагнитной опоры шпиндельного узла.

4.1. Оценка достоверности теоретических данных.

4.2. Статистические характеристики газомагнитного подшипника ШУ.

4.3. Эксплуатационные характеристики газомагнитных подшипников, работающих в гибридном режиме.

4.4 Исследование влияния магнитной силы на динамические характеристики.

4.5. Методики проектирования газомагнитных опор ШУ и рекомендации по проектированию.!.

4.6. Конструкция высокоскоростного шпиндельного узла на газомагнитных опорах для внутришлифовального станка ЗК227А.

4.7. Выводы.

Высокоскоростная обработка (ВСО) материалов, является приоритетным направлением развития современной технологии машиностроения. Высокоскоростная обработка позволяет повысить производительность труда, обеспечить высокую точность и качество изготовления деталей.

Известно, что шпиндельный узел (ШУ) вносит до 80% всех погрешностей при обработке деталей и поэтому является одной из наиболее ответственных сборочных единиц металлорежущего станка. Поскольку движение формообразования осуществляется шпинделем и шпиндельными подшипниками, то именно они вносят решающий вклад в выходные характеристики шпиндельных узлов.

В современных конструкциях высокоскоростных ШУ применяют опоры качения, гидростатические, гидродинамические, электромагнитные и газостатические подшипники. Каждый из этих типов 'опор имеет свои преимущества и недостатки. Так, для подшипников качения предельная быстроходность составляет'всего 1,4-10б мм-мин"1. Кроме того, потеря заданной точности вращения наступает после 1000.2000 часов работы ШУ, что связано с износом тел качения и колец подшипников. К изменению точности механообработки, ведет также увеличение температуры опор качения [8].

Применение электромагнитных опор ведет к росту стоимости шпиндельного узла из-за необходимости использования сложной электронной аппаратуры и дополнительных периферийных компонентов [1, 22]. I

Недостаток опор скольжения с жидкой смазкой, состоит в значительном выделении тепла в результате относительного скольжения слоев смазки, поскольку мощность, затрачиваемая на трение, пропорциональна вязкости смазки и квадрату скорости вращения.

В связи с этим большой интерес представляет применение подшипников с газовой смазкой. Ее малая вязкость уменьшает момент трения и соответственно тепловыделения.

Шпиндельные газостатические опоры способны развить быстроходность до 2,5-106 мм-мин"1 и обеспечить точность вращения шпинделя, равную 0,02.0,04 мкм. Преимущества высокоскоростных шпинделей на газовых опорах состоит в простоте конструкции. К недостаткам газовых подшипников можно отнести невысокую несущую и демпфирующую способность смазочного слоя, что при повышенных силах резания может привести к потери устойчивой работы подшипника. Поэтому также опоры применяют в малонагруженных ШУ, когда динамические нагрузки малы, а статические регламентированы.

• Повысить эксплуатационные характеристики ШУ способны газостатические подшипники с частично пористой стенкой вкладыша, стационарные характеристики которых к настоящему времени исследованы достаточно полно [51-54, 63,65].

Дальнейшее совершенствование характеристик бесконтактных опор высокоскоростных ШУ возможно на основе разработки комбинированных опор, в которых нивелируются некоторые недостатки отдельных типов подшипников. I

Одним из примеров такой комбинированной .опоры ШУ является газомагнитный подшипник [121], в котором недостаток - относительно невысокая несущая способность газовых опор дополняется за счет применения магнитной силы [28, 29, 48,49,55,56, 131].

Решению задачи повышения эксплутационных характеристик бесконтактных опор высокоскоростных.ШУ и посвящена настоящая работа.

Цель работы. Повышение эффективности работы ШУ металлообрабатывающих станков за счет разработки и применения комбинированных радиальных газомагнитных опор с частично пористыми ограничителями расхода газа. I

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

- разработать научно-обоснованную методику проектирования газомагнитных подшипников высокоскоростных ШУ на основе создания математических моделей, алгоритмов и программ для расчета их эксплуатационных характеристик;

- в широком диапазоне изменения конструктивных и режимных параметров исследовать особенности эксплуатационных характеристик газомагнитных опор шпиндельных узлов;

- экспериментальным путем исследовать характеристики газомагнитной опоры;

- экспериментальным путем исследовать влияние тягового усилия электромагнита на траекторию движения шпинделя;

- выработать рекомендации и разработать инженерную методику по проектированию газомагнитных опор ШУ;

- спроектировать и изготовить опытно-промышленный образец высокоскоростного ШУ шлифовального станка с газомагнитной опорой.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- предложена научно обоснованная методика расчета эксплутационных характеристик радиальных газомагнитных опор высокоскоростных шпиндельных узлов;

- приведены результаты экспериментальных исследований газомагнитных опор с пористыми ограничителями расхода;

- установлены зависимости эксплуатационных характеристик радиальных газомагнитных опор с пористыми ограничителями расхода газа от различных конструктивных и режимных параметров, которыми удобно пользоваться при проектировании высокоскоростных шпиндельных узлов;

Метод исследования сочетает физический эксперимент и теоретический анализ. Разработана методика численного расчета эксплуатационных характеристик шпиндельных газомагнитных подшипников на основе уравнения Рейнольд-са и закона Дарси, а также классической теории магнитного поля постоянного тока. При экспериментальном исследовании характеристик подшипников применяются хорошо апробированные на практике методики измерения и обработки опытных данных.

Достоверность полученных результатов обеспечивается применением хорошо известных теории газовой смазки и магнитного поля,, что подтверждается сопоставлением результатов теоретического расчета и экспериментального исследования.

Практическая ценность. Разработан алгоритм и программа расчета эксплуатационных характеристик газомагнитных подшипников, позволяющая эффективно решать задачу проектирования газомагнитных опор высокоскоростных ШУ.

На основе проведенных исследований выработаны рекомендации по проектированию исследуемого типа опор ШУ.

Создан опытно-промышленный образец высокоскоростного ШУ шлифовального станка мод. ЗК227А, который используется в ОАО «Комсомольское-на-Амуре авиационное производственное объединение» им. Ю.А. Гагарина.

Личный вклад автора состоит в разработке методик численного расчета эксплуатационных характеристик шпиндельных газомагнитных подшипников, для которого составлен алгоритм расчета и реализована программа на ПЭВМ. Проведены экспериментальные и теоретические исследования эксплуатационных характеристик газомагнитных опор с пористыми ограничителями расхода газа высокоскоростных шпиндельных узлов с последующим анализом полученных данных.

На основе проведенных исследований выработаны рекомендации по проектированию исследуемого типа опор шпиндельных узлов.

При личном и непосредственном участии автора спроектирован и изготовлен опытно-промышленный образец высокоскоростного ШУ шлифовального станка мод. ЗК227А.

На защиту выносятся:

- методика и алгоритм расчета эксплуатационных характеристик радиального газомагнитного подшипника с пористыми ограничителями расхода газа;

- результаты экспериментальных и численных исследований эксплуатационных характеристик газомагнитной опоры;

- результаты анализа характеристик шпиндельных газомагнитных опор с частично пористыми ограничителями расхода газа, в зависимости от конструкI тивных и режимных параметров; .

- рекомендации по проектированию радиальных газомагнитных шпин-дельйых опор.

Апробация работы. Научные положения и результаты докладывались и обсуждались на международных, всероссийских и региональных научно-практических конференциях: «Новые технологии и материалы. Инновации и инвестиции в промышленности Дальнего Востока» (г. Комсомольск-на-Амуре, 2007 г.), «Технические науки и современное производство» (г. Пекин, 2008г.), «Новые материалы и технологии» (г. Москва, 2008г.), «Материалы и техноло

• . . . ' I • ' ' • гии XXI века» (г. Пенза, 2010 г), «Наука. Промышленность. Оборона» (Новосибирск, 2009 г.), «Теория и практика механической и электрофизической обработки'материалов» (г. Комсомольск-на-Амуре, 2009г.), «Будущее машиностроение России» (г. Москва 2009г.), «Автомобиле- и тракторостроение: проектирование^ конструирование, расчет и технологии ремонта и производства»' (2009г.), «Актуальные вопросы науки: и образования» (г. Москва 2010г.), «Образование, наука и производство: проблемы, достижения и перспективы» (г. Комсомольск-на-Амуре, 2010г.).

Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в 27 работах.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения,'четырех глав, заключения, библиографического списка. Работа содержит 156 страниц, включает 83 рисунков. Библиографический список охватывает 142 литературных источника.

4.7. Выводы

1. Сравнения экспериментальных и теоретических характеристик газомагнитного подшипника показывают, что разработанный численный метод расчета с достаточной для практики точностью может быть использован при проектировании таких опор.

2. Коэффициент несущей способности газомагнитного подшипника при разлйчных изменениях конструкционных и режимных параметров, как для вращающегося вала, так и для неподвижного всегда больше Сд газостатического подшипника.

3. Значения коэффициента жёсткости комбинированной газомагнитной опоры во всех рассмотренных конструкционных и режимных параметров ниже, чем ку у газостатических подшипников.

4. Угол положения нагрузки газомагнитной опоры меньше, чем у газостатической.

5. Зависимости эксплуатационных характеристик опоры, при её работе с включенным и выключенным электромагнитом, носят качественно одинаковые вид.

6. По результатам комплекса выполненных исследований предложена инженерная методика проектирования и выработаны рекомендации по проектированию газомагнитных шпиндельных опор.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенный комплекс расчетно-теоретических и экспериментальных исследований радиальных газомагнитных подшипников с частично пористыми ограничителями расхода газа позволил выявить основные закономерности изменения; эксплуатационных характеристик подшипников при, варьировании конструктивных элементов опор и режимных параметров. Получен обширный расчетный и экспериментальный материал, показывающий на более высокие параметры работы предложенных конструкций газомагнитных подшипников по сравнению с традиционными газостатическими опорами высокоскоростных ШУ. Полученные результаты, способствуют решению, проблемы повышения

I ' эффективности работы высокоскоростных шпиндельных узлов.

Нижеследующие: заключение подводит итоги выполненного комплекса исследований; направленных на повышение эффективности работы высокоскоростных шпиндельных узлов металлообрабатывающих станков.

Для проверки соответствия теоретических характеристик подшипниковг реальным данным спроектирован: и изготовлен экспериментальный стенд для исследования эксплуатационных характеристик газомагнитных опор:

Проведено экспериментальное исследование характеристик газомагнитного подшипника. Анализ экспериментальных и теоретических данных позволил заключить, что численный метод позволяет с достаточной для практики, точностью' рассчитывать эксплуатационные характеристики газо1утгнитных опор:, ' .

Путем численных расчетов выполнен широкий комплекс исследований по влиянию конструктивных и режимных параметров на эксплуатационные характеристики газомагнитных опор с частично пористыми питателями.

Сравнивая эксплуатационные характеристики газостатических опор и газомагнитных подшипников установили, что значения коэффициента жёсткости комбинированной опоры во всех рассмотренных случаях ниже, чем kJ газостатических подшипников, что дает нам потерю точности-. Но немало важным является, то, что это различие несущественное, а значит, потери невелики. Кроме этого на производстве множество операций, не требующих высокой точности. Для них важна скорость и время обработки, а этому условию отвечает представленный газомагнитный подшипник. К тому же наш подшипник может работать и ' как газомагнитный, и как газостатический. Выработан ряд рекомендаций по проектированию газомагнитных подшипников.

В целом основные результаты диссертационной работы состоят в следующем:

1. Разработан численный метод расчета эксплуатационных характеристик газомагнитной опоры с частично пористыми питателями ШУ, для которого составлен алгоритм расчета и реализован на ПЭВМ комплекс программ.

2. Создан экспериментальный стенд для1 исследования эксплуатационных характеристик газомагнитной опоры при статическом и гибридном режимах их работы.

3. Разработана конструкция газомагнитной опоры ШУ, обеспечивающая более высокие эксплуатационные характеристики по сравнению с газовыми опорами, традиционно применяемыми в отраслевых конструкциях высокоскоростных ШУ. Так, при работе в режиме подвеса значения коэффициента несущей способности газомагнитной опоры выше в среднем 30 %. В гибридном режиме работы подшипника эта разница составляет 20 %.

4. Анализ экспериментальных и • теоретических характеристик исследуемой опоры показал, что разработанная методика позволяет с достаточной для практики точностью определять эксплуатационные характеристики подшипника с пористыми шпоночными ограничителями расхода. Расхождение расчетных и опытных значений коэффициента несущей способности при неподвижном вале не превосходит 14%, коэффициента жёсткости смазочного слоя — 27%. При вращающемся вале рассогласование данных составляет: по коэффициенту несущей способности- 12%, коэффициенту жёсткости - 28%.

5. Проанализировано влияние на статические и гибридные эксплуатационные характеристики шпиндельных газомагнитных опор различных режимных параметров. Достаточно высокие эксплуатационные характеристики шпиндельных опор высокоскоростных ШУ достигаются при относительной магнитной силе £)м— 0,2; относительном диаметре магнита £?тяк=0,4; относительном диаметре пористой вставки ¿/вям= 0,122; относительной раздвижке линий наддува Ъ =0.4, количестве вставок в одном ряду наддува Мвст = 6 и относительной длине подшипника Ь= 1.2 и значении конструктивного параметра Кс= 0,35.

6. Экспериментально установлено, что установка шпинделя на ГМО позволяет примерно на 45% повысить точность вращения по сравнению с установкой шпинделя на газостатические опоры. I

7. Исследованиями установлено, что режим работы газомагнитной опоры ШУ с включенным электромагнитом ведет к снижению жесткости. Следовательно, режим работы шпиндельного узла с включенным электромагнитом рационально использовать на черновых операциях обработки заготовки, когда требуется повышенные силы резания. Далее без переустановки заготовки чистовые операции следует проводить при отключенном электромагните, когда требуется повышенная жесткость.

8. Разработана инженерная методика проектирования и выработаны рекомендации по проектированию радиальных газомагнитных подшипников ШУ.

9. На основе выполненных исследований изготовлен опытно-промышленный образец высокоскоростного ШУ внутришлифовального станка ЗК227А. Результаты испытаний пневмошпинделя на точность обработки показали, что отклонение от округлости составляет не более 0,2 мкм (5, 6 квалитеты точности) при шероховатости Яа не более 0,03 мкм. Установлено также, что износ шлифовального круга снижается до 40% с включенным электромагнитом и до 15-20% с отключенным электромагнитом по сравнению с отраслевой конструкцией шпиндельного узла мод. ВШГ ООО. ОООРЭЭ на опорах качения. При этом операционное время сокращается в 1,7 раза.

1. Априоридзе, A.A. Моделирование точности обработки деталей с помощью шпиндельных узлов на активных магнитных опорах: автореф. дис. . канд. техн. наук: 05.03.01 /A.A. Априоридзе. М.: МГТУ «Станкин», 1998. - 22 с.

2. Ачеркан, Н.С. Расчет и конструирование металлорежущих станков / Н.С. Ачеркан. М.: Машгиз, 1949. - 819 с.

3. Баласаньян, B.C. Нагрузочные характеристики радиальных цилиндрических аэростатических опор с дискретными источниками /B.C. Баласаньян// Проблемы машиностроения и надёжности машин. 1992. - С. 60-67.

4. Баласаньян, B.C. Расчет радиальных аэростатических подшипников // Станки и инструмент. 1983, -№ 4, -С. 18-19

5. Бальмонт, В.Б. Расчеты высокоскоростных шпиндельных узлов / В.Б.Бальмонт, И.Г. Горелик, A.M. Фигатнер// НИИТЭМР, Серия 1', Вып. 1,1987, -52 с.

6. Бальмонт, В.Б. Математическое моделирование точности вращения шпиндельных узлов / В.Б.Бальмонт, А.И. Зверев, Ю.М. Данильченко// М.: Известия ВУЗов. Машиностроение, 1987. - №11. - С. 154-159.

7. Бальмонт, В.Б. Вибрация подшипников шпинделей станков. Обзор / В.Б. Бальмонт, E.H. Сарычева.- М.: НИИМаш, 1984.- 64 с.

8. Беляев, В.Г. Металлорежущие станки / В.Г. Беляев,A.A. Гаврюшин, A.A. Какойло и др.; под. ред. В.Э. Пуш. М.: Машиностроение, 1985. - 256 с.

9. Бимс, Роторный вакуумметр с магнитным подвесом. /Бимс, Спитцер, Уэйд// Приборы для научных исследований. 1962. - №2. - С. 3-7.

10. Бушуев, В.В. Гидростатическая смазка в тяжелых станках / В.В. Бушуев. М.: Машиностроение, 1979. - 88 с.

11. Васильев, В. С. Установка с магнитной подвеской вала для исследования моментов токоподводов приборов с подвижной системой / В. С. Васильев, Г. Б. Сердюк // Измер. техника. 1977. - №6. - С. 56.

12. Васильев, А. В. Электромагнитные опоры с внешней автоматической стабилизацией / А. В. Васильев, В. Н. Бетин, Г. И. Айзеншток // Станки и инструмент. 1985. - №2. - С. 16 - 18.

13. Воронков, В. С. Стабилизация вала в активных магнитных подшипниках / B.C. Воронков // Изв. АН СССР. МТТ. 1991. - №4. - С. 63-70.

14. Вышков, Ю. Д. Виброзащитные свойства устройства электромагнитнойподвески /Ю. Д Вышков// Изв. Вузов. M.: Приборостроение, 1985. - №9. - С. 49 -54.

15. Вышков, Ю. Д. Магнитные опоры в автоматике /Ю. Д. Вышков, В. И. Иванов. М.: Энергия, 1978. - С. 163.

16. Высокоскоростные шпиндели с газовыми подшипниками скольжения. / Taniguchi Hirofumi Hiroshi // Дзюнкацу = J. Jap. Soc. Lubr. Eng. 1988.- 33, № 5.-C. 403-405.

17. Гулиа, H.B. Новая магнитная опора большой грузоподъемности / Н.В. Гулиа// Вестник машиностроения. 2004. - №3. - С.77-79.i

18. Денисов, Г. Г. Экспериментальное исследование колебаний безопорного вращающегося вала. Динамика машин / Г. Г. Денисов, Ю. И. Неймарк О. Д., Поздеев. М.: Машиностроение, 1969. - С. 127 - 138.

19. Денисов, Г. Г. Об обкатке ротора по жесткому подшипнику / Г. Г. Денисов, Ю. И. Неймарк, В.М. Сандалов// Изв. АН СССР. МТТ. -1973. №6. - С. 4- 13.

20. Диментберг, Ф.М. Изгибные колебания вращающихся валов / Ф.М. Диментберг.- М.: Изд-во АН СССР, 1959. 247 с.

21. Жедь, В.П. Состояние и перспективы промышленного .использования подшипниковых узлов с воздушной смазкой / В.П. Жедь, С.А. Шейнберг // Станки и инструмент. 1975. - № 11. - С. 18-21.

22. Журавлев, Ю. П. Активные магнитные подшипники: Теория, расчет, применение / Ю. П. Журавлев,- СПб.: Политехника, 2003. 206с.

23. Зверев, А.И. Автоматизированные расчеты шпиндельных узлов / А.И. Зверев, Ё.И. Самохвалов, З.М. Левина // Станки и инструмент. 1984. - № 2. - С. 96-99.

24. Зверев, А.И. Автоматизированный расчет высокоскоростных шпиндельных узлов / А.И. Зверев // Сб. науч. Трудов. М.: ЭНИМС, 1988. - С. 153-157.

25. Зверев, А.И. Расчетный анализ высокоскоростных шпиндельных узлов с целью улучшения их характеристик / А.И. Зверев // Семинар «Отраслевая наука производству». - М.: ЭНИМС, 1991. - С. 250-257.

26. Иванова, H.A. Метод расчета газомагнитного подшипника высокоскоростного шпиндельного узла / H.A. Иванова, B.C. Щетинин, С.С. Блинков // Омский научный вестник.- ОмГТУ, 2011-№ 1 -С.63-65.

27. Иванова, H.A. Применение газомагнитных опор в высокоскоростных шпиндельных узлах шлифовальных станков / H.A. Иванова, B.C. Щетинин //I

28. Будущее машиностроение России»: сб. тр. всерос. конф. Молодых ученых и специалистов, Москва 21-25 сентября 2009 Москва: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009-С.9. '

29. Иванова, H.A. Влияние электромагнитных сил на эксплутационные характеристики газомагнитных опор // Научно-техническое творчество студентов и аспирантов. Материалы докладов научно-технической конференции.- Комсомольск-на-Амуре: КнАГТУ,2010. С. 230-232.

30. Иванова, H.A. Влияние конструктивных особеннортей передней газомагнитной опоры шпиндельного узла на его вь1ходные характеристики / H.A.145

31. Иванова, B.C. Щетинин, A.B. Космынин, А. С. Хвостиков, С.С. Блинков // Омский научный вестник.- ОмГТУ, 2011-№ 2 -С.61-63.

32. Кассандрова, О. H. Обработка результатов наблюдений. / О: Н. Кассандрова, В; В. Лебедев // М. : Наука, 1970. 104 с.

33. Кацнельсон, О. Г. Автоматически измерительные приборы с магнитной подвеской. / О. Г. Кацнельсон,. А. С. Эдельштейн. М.: Энергия, 1970. -216с.

34. Кацнельсон, О. Г. Магнитная подвеска в> приборостроении / О. F. Кацнельсон, А. С. Эдельштейн. М:, «Энергия», 1966.- 94 с.

35. Кедров, С.С. Колебания металлорежущих станков /С.С.Кедров. М.: Машиностроение, 1978.-307 с.45! Константинеску, В.Н. Разовая смазка. М.:Машиностроение,1968,-С.718.

36. Космынин, А. В. Аэростатические шпиндельные опоры с частично пористой стенкой вкладыша / А. В. Космынин, В. И. Шаломов // Современные проблемы науки и образования. 2006.-№ 2. - С. 69-70.

37. Космынин, А. В. Высокоскоростные шпиндельные узлы с опорами на газовой смазке / А. В. Космынин, В.- И Шаломов, С. П. Чернобай // ВестникIмашиностроения. 2ОО7.-№ 1. - С. 51-53. > .

38. Космынин, A.B. Газомагнитные опоры высокоскоростных шпиндельных узлов/ A.B. Космынин, В.С Щетинин., H.A. Иванова // Новые материалы и технологии НМТ-2008: материалы Всероссийской науч.-техн. конф., Москва 2008 г. - М.: МАТИ, 2008.-Т.З- С. 22-23.

39. Космынин, А. В. Пористые ограничители расхода газостатических подшипников. /А. В. Космынин, В. И. Шаломов // Научная конференция «Актуальные проблемы науки и образования» /Варадеро. Современные проблемы науки и образования. 2006. № 3. - С. 70-73.

40. Космынин, А. В. Прецизионный шпиндельный узел на аэростатических опорах/А. В. Космынин, В. И.Шаломов // Междунар.науч.-практ.конференция «Наука и устойчивое развитие общества. Наследие В.И.Вернадского»/Тамбов, 2006. С. 58-59.

41. Космынин, А. В. Прецизионные шпиндельные узлы внутришлифовальных станков для высокоскоростной обработки деталей летательных аппаратов / А. В. Космынин, В. И. Шаломов, С. П. Чернобай // Авиационная промышленность. 2006. - № 3. - С.40-42.

42. Космынин, A.B. Применение магнитной силы в газостатических опорах высокоскоростных шпиндельных узлах / A.B. Космынин,. B.C. Щетинин , Н.А Иванова // Вестник машиностроения .- 2009. №5. - С19-21.

43. Космынин, А. В. Совершенствование характеристик, газовых опор высокоскоростных шпиндельных узлов металлообрабатывающего оборудования: дис. .докт. техн. наук : 05.03.01 /A.B. Космынин,- Комсомольск -на- Амуре.: КнАГТУ, 2004. 350с.

44. Космынин, A.B. Совершенствование финишной обработки за счет применения газомагнитных опор в высокоскоростных шпиндельных узлах шлифовальных станков / A.B. Космынин, B.C., Щетинин, H.A. Иванова //

45. Наука. Промышленность. Оборона»: Труды X всероссийской научно-технической конференции (Новосибирск, 22-24 апреля 2009 г.) Новосибирск: НГТУ, 2009. - С. 144-146.

46. Космынин, A.B. Стенд для исследования выходных характеристик шпиндельного узла на газомагнитных опорах / A.B. Космынин, B.C. Щетинин, Иванова H.A. и др.// Станки и инструмент. 2010. - №5.- С8-11.

47. Космынин, A.B. Шлифовальный шпиндельный узел для высокоскоростной обработки металлов / A.B. Космынин, B.C., Щетинин, H.A. Иванова// Успехи современного естествознания. 2009. - №9, -С. 74-75.

48. Космынин, A.B. Шпиндельные узлы на газостатических опорах./ C.B. Виноградов, A.B. Смирнов, В.И. Шаломов // Техномир.- 2008.- №2.- С. 36-37

49. Космынин, A.B. Высокоскоростные шлифовальные машины / A.B. Космынин, C.B. Виноградов, A.B. Смирнов, В.И. Шаломов // Техномир.- 2008.-№3.-С. 20-22.

50. Космынин, А. В. Эксплуатационные характеристики газовых опор высокоскоростных шпиндельных узлов / A.B. Космынин, Ю. Г. Кабалдин, В. С. Виноградов, и др. М.:«Академия естествознания», 2006. - 219с.

51. Кудинов, В.А. Динамические расчеты станков (основные положения) /В.А. Кудинов // Станки и инструмент. 1995. - №8. - С. 3-13.

52. Кудинов, В.А. Динамика станков /В.А. Кудинов.- М.: Машиностроение. 1967. 359 с.

53. Кудинов, В.А. Идентификация жесткости опор валов собранных в узлах / В.А. Кудинов, H.A. Кочинев, Ю.И. Савинов// Машиноведение. 1983. -№2.-С. 21-26.

54. Левина, З.М. Расчет жесткости современных шпиндельных подшипников /З.М. Левина// Станки и инструмент. 1982. - № 10'. - С. 1-3.

55. Левина, З.М. Расчет статических и динамических характеристик шпиндельных узлов методом конечных элементов /З.М.Левина, И.А. Зверев // Станки и инструмент. 1986. - № 8. - С. 6-10.. • 149

56. Лизогуб, В.А. Автоматизация выбора основных конструктивных параметров шпиндельных узлов металлорежущих станков /В.А. Лизогуб, С.И. Силаев/А Станки и инструмент. 1982. -№*1.- С. 18-20:.

57. Лизогуб, В.А. Конструирование и расчет шпиндельных узлов на опорах качения /В.А. Лизогуб // Станки и инструмент. 1980. - № 5. - С. 18-20.

58. Лямкина, Е.М. Материалы; вкладышей газовых опор / Лямкина Е.М., . Иванова H.A., // Научно-техническое творчество студентов. и аспирантов. Материалы докладов научно-технической конференции.- Комсомольск-на

59. Амуре: КнАГТУ, 2003. С. 36.

60. Маслов, Г.С. Расчеты колебаний валов: Справочник /Г.С. Маслов. М.: Машиностроение, 1980. - 151 с.

61. Маталин, A.A. Технология механической обработки/ A.A. Маталин. -Л.: Машиностроение, 1977. - 464 с.

62. Маталин, A.A. Точность механической обработки и проектирование технологических процессов/A.A. Маталин. М.: Машиностроение, 19701 - 320 с.

63. Метлин, В.Б. . Магнитные и магнитогидродинамические опоры / В.Б. Метлин; под. ред. А.И.* Бертинова.-М.: «Энергия», 1968.-192с.

64. Мурти, П.Р. Анализ пористых газовых подшипников с внешним наддувом // Проблемы трения и смазки. -М.: Мир, 1974. -Т. 96. -№ 3. -С. 5459.

65. Пинегин, С.В. Опоры с газовой смазкой в турбомашинах ограниченной мощности /С.В.Пинегин, Г;А. Поспелов, Ю.В. Пешти. М.: Наука,, 1977. - 143 с.

66. Пинегин, С.В. Прецизионные опоры качения и опоры с газовой смазкой /С.В.Пинегин, A.B. Орлов, Ю.Б. Табачников. М.: Машиностроение, 1984. - 216 с.

67. Пинегин, C.B. Статические и динамические характеристики газостатических опор /C.B. Пинегин, Ю.Б. Табачников, И.Е. Српенков. М.: Наука, 1982. - 265 с.

68. Пономарев, К.К. Расчет элементов конструкций с применением с применение ЭЦВМ /К.К. Пономарев. М.: Машиностроение, 1972. - 424 с.

69. Портман, В.Т. Оценка выходной точности шпиндельных узлов с помощью ЭВМ /В.Т. Портман, В.Г. Шустер, A.M. Фигатнер// Станки и инструмент. 1984. - № 2. - С. 27-29.

70. Портман, В.Т. Точностная надежность шпиндельных узлов / В.Т. Портман, Е.А. Фискин, В.К. Кириллов// Станки и инструмент. 1978. - № 3. - С. 11-13.I

71. Проников, A.C. Влияние компонентов' технологической системы на точность обработки /A.C. Проников // Изв. ВУЗов. Машиностроение. 1983. -№4. - С.124-128.

72. Проников, A.C. Надежность машин /A.C. Проников. М.: Машиностроение, 1978. - 592 с.

73. Проников, A.C. Оценка качества и надежности металлорежущих станков по выходным параметрам точности /A.C. Проников// Станки и инструмент. 1980. - № 6. - С. 5-7.

74. Постоянные магниты: Справ./под ред. Ю. М. Пятина. М.: Энергия, 1980. С. 488.

75. Пуш, A.B. Исследование шпиндельных узлов методом статического моделирования / A.B. Пуш// Станки и инструмент. 1981. - № 1. - С. 9-12.

76. Пуш, A.B. Особенности статического моделирования выходных характеристик станков /A.B. Пуш // Станки и инструмент. -1995.- № 10. С. 1822.

77. Пуш, A.B. Оценка качества привода прецизионных шпиндельных узлов по областям состояний выходных параметров точности /A.B. Пуш // Станки и инструмент. 1985. -№ 2. - С. 12-15.

78. Пуш A.B. Прогнозирование выходных характеристик машин при их проектировании /A.B. Пуш // Машиноведение. 1981. - № 5. - С. 54-60.

79. Пуш, A.B. Шпиндельные узлы. Качество и надежность /A.B. Пуш. -М.: Машиностроение, 1992. 288 с.

80. Пуш, A.B. Шпиндельные узлы. Проектирование и исследование/ A.B. Пуш, И.А. Зверев. М.: Издательство «Станкин», 2000. - 197 с.

81. Пуш, В.Э. Конструирование металлорежущих станков /В. Э. Пуш. М.: Машиностроение, 1977. - 392 с.

82. Пуш, В.Э. Малые перемещения в станках /В. Э. Пуш. М.: Машиностроение, 1961. - 124 с.

83. Решетов, Д.Н. Точность металлорежущих станков /Д.Н.Решетов, В.Т. Портман. М.: Машиностроение, 1986. - 336 с.

84. Решетов, Д.Н. Расчет валов (шпинделей) с учетом упругого взаимодействия их с опорами /Д.Н. Решетов. Машгиз, 1939. - 75 с.

85. Станочное оборудование автоматизированного производства / Под ред. В.В. Бушуева. В 2 т. М.: Изд-во «СТАНКИН». 1994. - Т. 1. - 584 с. - Т. 2. - 656 с.

86. Табачников, Ю.Б. Применение аэростатических опор в подшипниковой промышленности /Ю.Б. Табачников, E.JI. Казанцев, Н.С. Галанов // Станки и инструмент. 1977. - № 12. - С. 19-21.

87. Тепинкичиев, В.К. Металлорежущие станки / В.К. Тепинкичиев, JI.B. Красниченко, Н.С. Колев. М.: Машиностроение, 1972. - 464 с.

88. Урман, Ю. М. Уводящие моменты, вызванные несферичностью ротора в подвесе с аксиально-симметричным полем / Ю. М.Урман // Изв. АН СССР.МТТ. 1973.-№ 1.-С. 24-31.

89. Фигатнер, A.M. Исследование точности вращения шпинделя с радиальными роликоподшипниками /A.M. Фигатнер, Р. Пиотрашке, Е.А. Фискин // Станки и инструмент. 1974. - № 10. - С. 19-22.

90. Фигатнер, A.M. Конструкция, расчет и методы проверки шпиндельных узлов с опорами качения: Методические указания /A.M. Фигатнер, Е.А. Фискин, С.Е. Бондарь. М.:ЭНИМС, 1970. - 152 с.

91. Фигатнер, A.M. Повышение несущей способности высокоскоростныхшпиндельных узлов / A.M. Фигатнер,, И.В. Парфенов, И.Г. Горелик// Станки иiинструмент. 1985. - № в.- С. 15-16.

92. Фигатнер, A.M. Прецизионные подшипники качения современных металлорежущих станков. Обзор /A.M. Фигатнер М.: НИИМаш, 1981. -72 с.

93. Фигатнер A.M. Тенденции развития шпиндельных узлов с подшипниками качения /A.M. Фигатнер// Станки и инструмент. 1978. - № 10. -С. 16-18.

94. Фигатнер A.M. Частотный анализ биений шпинделей, установленных на подшипниках качения /A.M. Фигатнер// Станки и инструмент. 1969.- № 11.-С. 8-11.i

95. Фигатнер, A.M. Шпиндельные узлы современных металлорежущих станков: Обзор/А.М. Фигатнер. М.:НИИМАШ, 1983. - 6 с.

96. Чуваев, Ю.В., Михайлов, Ю.Б., Кузьмин, В.И. Прогнозирование количественных характеристик процессов. М.: Сов. радио, 1975. - 400 с.

97. Хомяков, B.C. Многокритериальная оптимизация внутришлифовальных головок на подшипниках качения /В.С.Хомяков, В.К. Старостиным.А. Кушнир // Станки и инструмент. 1984. - № 2. - С. 17-18.

98. Шаломов, В. И. Повышение точности работы металообрабатывающихстанков при производстве деталей летательных аппаратов / В.И. Шаломов // 5-яiмеждунар. конференция «Авиация и космонавтикд.-2006» / М., 2006. С. 195-196.

99. Шаломов, В.И. Совершенствование выходных характеристик высокоскоростных шпиндельных узлов металлорежущих станков: дисс. . к-та техн. наук. 05.03.01 /В.И. Шаломов. -Комсомольск-на Амуре. :ГОУВПО КнАГТУ, 2008. 207 с.- 153

100. Шейнберг, С.А. Виброустойчивый пористый аэростатический подпятник. / С.А. Шейнберг, В.Г. Шустер // Станки и инструменты. -1960. № 11,-С. 23-27.

101. Шейнберг, С.А. Опоры скольжения с газовой смазкой. / С.А. Шейнберг, В.П. Жедь, М.Д. Шишеев и др.; под ред. С.А. Шейнберга. 2-е изд. -М.: Машиностроение, 1979. 336 с.

102. Шейнберг, С.А. Пористый упорный подшипник, устойчивый • при вибрациях / С.А. Шейнберг, В.Г. Шустер // Станки и инструменты. -1960. № 11,- С.27-31.

103. Шнайдер, А.Г. Динамика мотор подшипник/ А.Г. Шнайдер, И.К. Пчёлкин. М.: Наука 2007.-227 с.

104. Пат. №2347960 РФ МПК F16C 39/06 Способ работы подшипникового узла и подшипниковый узел // Космынин А.В;, Щетинин B.C.; заявитель и патентообладатель Комсомольский-на-Амуре гос. техн. ун-т. 2007120545/11; заявл.01.06.2007; опубл.27.02.2009, бюл. № 6.

105. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2009612152 Газомагнитная опора /Космынин А.В., Щетинин B.C., Иванова Н.А.,-Зарегистр. в Реестре программ для ЭВМ 27.04.09.

106. Beams, J. W. Magnetic suspension balance method for determining densities and partial specific volumes /J.W. Beams, A.M. Clarke// "Review of Scientific Instruments". vol. 33. - №7. - p. 750-753:

107. Boerdijk, A. H. Technical aspekts of levitation / A. H. Boerdijk. // Philips Res. Rep. 11. - 1965. - p. 45 - 56.

108. Donaldson, I.S. Some experiments on plain externally pressurized with porous inserts at supply pressures up to 3,1 MN/m2. / I.S. Donaldson, E.B. Patterson // In.: 5th Gas Bearing Symposium. Southampton. March 23-26, 1971. Vol. 2. P. 26.

109. Haberman, H. An active magnetic bearing system / H. Haberman, G. Liard //Precis Eng. 1980. - 2. №3. - P. 139 - 140.

110. Haberman, H. Entwicklungsstand und Anwendungsbereich der aktiven Magnetläger / H. Haberman // Schmiertech. Tribol. 1979. - 26. - №2. - S. 49 - 53.

111. Jones, A.B. Boll motion and sliding friction in boll bearings / A.B. Jones // ASME Trans., Series D„ v. 81.-1959. -№ l.-p. 1-12.

112. Jones, A.B. General theory for elastically constrained ball and radial roller bearings under arbitrary load and speed conditions / A.B. Jones // ASME Trans., Series D.,v. 82.- 1960.-p. 309-320.

113. Katterloher, R. Magnetlager auch im Maschinenbau /R. Katterloher // Aufbau, Eigenschaften, Anwendungen //Maschinenmarkt. Wurzburg, 81.- 1975. -№19. -S. 315-317.

114. Kosminin, A. V. Using magnetic force in the gas-static bearings of highspeed spindles / A.V Kosminin, V.S. Scthetinin, N.A. Ivanova/ZRussian Engineering Research.- 2009, V. 29, -№ 5. pp. 456-458.

115. Lin, C. F. Advanced control systems design. PTR Prentice Hall /C.F. Lin.-1993.-p.664,

116. Lundberg, G. Dynamic capacity of rolling bearings / G. Lundberg, A. Palmgren//. ActaPolytechnica Mechanical engineering series, 1947, v. l.№ 3. -50 p.

117. Lyman, J. Virtually zero powered magnetic bearing / J. Lyman //IEEE. Appl. Magn. Workshop-Milwaukee, Wise. -N.Y., -1975. P. 1 15.

118. Matsumura, F. Theory and Experiment of Magnetic Bearing Combining Radial Control and Thrust Control / F. Matsumura, K. Nakagawa //Trans. Inst. Elec. Eng. Jap. -1986. B 106.- №.2. -P. 135 142.

119. Nonami, K. p.- synthesis of flexible rotor magnetic bearing systems / K. Nonami, T. Ito // Proc. of 4-th Int. Symp. on Magnetic Bearings. 1994. Zurich. 73 -78.

120. Palmgren, A. Grundlager der Walzlagertechnik. Stuttgart /A. Palmgren. -1964. 240 s.

121. Robinson C.H., Sterry F. The Static Strength of Pressure Fed. Gas Journal Bearings. AERE ED/R ,1672, Harwell, Berkshire, England, 1958

122. Schweitzer, G. Active magnetic bearings / G. Schweitzer, H. Bleuler, A. Traxler. -Hochschulverlag AG an der ETH Zürich. 1994. P. 244.

123. Schweitzer, G. Magnetic bearings a novel type of suspension / G. Schweitzer, Y. Ulbrich // Vibr. Rotating Mach 2-nd Int. Conf., London: Cambridge, -1980. P. 151 -156.

124. Weck, M. Dynamisches verhalten spanender Werkzeugmashinen, Springer /M. Weck, K. Teipel// Verlag,- Berlin-Heidelferg-New York, 1977. -246 p.

125. Weck, M. Werkzeugmaschinen /M. Week // Stand und Tendenzen. Kugellager-Zeitschrif. -№ 208-. s. 1-3.