автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Совершенствование характеристик газовых опор высокоскоростных шпиндельных узлов металлообрабатывающего оборудования



На правах рукописи

КОСМЫНИН АЛЕКСАНДР ВИТАЛЬЕВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ГАЗОВЫХ ОПОР ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ШПИНДЕЛЬНЫХ УЗЛОВ МЕТАЛЛООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ

Специальность 05.03.01 - Технологии и оборудование механической и физико - технической обработки

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Комсомольск-на-Амуре - 2004

Работа выполнена в государственном общеобразовательном учреждении высшего профессионального образования «Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет» (ГОУВПО «КнАГТУ»)

Научный консультант: Заслуженный деятель науки и техники

РФ, академик РИА, доктор технических наук, профессор КАБАЛДИН Юрий Георгиевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

БУШУЕВ Владимир Васильевич доктор технических наук, профессор КРЕТИНИН Олег Васильевич доктор технических наук, профессор ИВАХНЕНКО Александр Геннадьевич

Ведущая организация: ОАО «Комсомольское-на-Амуре

авиационное производственное объединение»

Защита состоится «28» октября 2004 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.092.01 в ГОУВПО «КнАГТУ» по адресу: 681013, г. Комсомольск-на-Амуре, пр. Ленина, 27, ГОУВПО «КнАГТУ».

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке ГОУВПО «КнАГТУ»

Автореферат разослан сентября 2004 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета к.т.н., доц. Пронин А.И.

{40

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Достижение высокой точности и параметрической надежности металлообрабатывающего оборудования является важной проблемой высокоразвитого машиностроения.

Уже на стадии проектировочных расчетов требуется создание таких узлов и элементов станков, которые бы в течение всего эксплуатационного периода обеспечивали заданную точность обработки. Исследования по оценке влияния различных факторов на точность обработки говорят, что ее до 80% определяет шпиндельный узел (ШУ). Поскольку движение формообразования осуществляется шпинделем и шпиндельными подшипниками, то именно они вносят решающий вклад в выходные характеристики.

Работа ШУ на опорах качения сопровождается нестабильной траекторией движения шпинделя, тепловыми смещениями подшипниковых узлов, периодическим изменением жесткости подшипников, что связано с изменением угла поворота сепаратора с комплектом тел качения и т.д. Применение в конструкциях высокоскоростных ШУ гидростатических подшипников приводит к ограничению частоты вращения шпинделя (из-за потерь на трение) и усложнению конструкции опорного узла. Шпиндели на электромагнитных опорах пока не нашли широкого применения в ШУ вследствие сложности и высокой стоимости шпинделей и электронных систем управления. Таких недостатков лишены ШУ с подшипниками на газовой смазке.

В настоящее время определилось несколько областей техники, в которых применение газовой смазки считается целесообразным, а в некоторых случаях единственно возможным решением, обеспечивающим нормальную работу узлов трения машин Наибольший эффект применения опор на газовой смазке в станкостроении достигнут при создании высокоскоростных ШУ фрезерно-сверлильных станков для обработки плат печатного монтажа, внутришлифо-вальных и расточных станков для обработки отверстий малых диаметров.

Многолетний опыт ЭНИМС по эксплуатации высокоскоростных ШУ на газовых опорах в условиях мелкосерийного и серийного производства позволил выявить их основные преимущества по сравнению с ШУ на опорах качения: большая долговечность, определяемая временем работы шпинделя при неизменном качестве шлифования; большая масса и жесткость шпинделя, уменьшающие чувствительность к дисбалансу оправки и круга, позволяют улучшить качество шлифуемой поверхности; отсутствие времени для прогрева шпинделя, значительно меньший (в 4...5 раз) уровень вибрации; меньший износ шлифовального круга.

Газовые опоры ШУ имеют и определенные недостатки, которые заключаются в относительно небольшой жесткости, несущей и демпфирующей способности смазочного слоя. Поэтому такие опоры применяют в малонагружен-ных ШУ, когда динамические нагрузки малы, а статические регламентированы.

Анализ промышленных конструкций высокоскоростных ШУ с опорами на

газовой смазке показывает, что в их состав входят радиальные и упорные газостатические подшипники (УГСП). Наиболее важными эксплуатационными характеристиками таких опор являются жесткость смазочного слоя, восстанавливающий момент от перекоса оси шпинделя и несущая способность, влияние которых на результаты шлифования хорошо известны в практике. Поэтому проблема создания газовых опор, позволяющих обеспечить высокие выходные характеристики высокоскоростных ШУ и тем самым повысить точность обработки изделий, имеет первостепенное значение. Решению этой актуальной для машиностроения проблемы и посвящена настоящая работа.

Цель и задачи работы. Целью работы является повышение эффективности работы высокоскоростных ШУ металлообрабатывающих станков путем совершенствования эксплуатационных характеристик газостатических опор.

Для реализации цели работы поставлены следующие задачи:

- разработать научно обоснованные методы проектирования газостатических подшипников высокоскоростных ШУ - радиальных с частично пористой стенкой вгргадыша и упорных с прямоточным лабиринтным уплотнением рабочей поверхности 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 частично пористых опор высокоскоростных ШУ;

- исследовать выходные характеристики шпинделя, установленного на газостатических опорах с пористыми вставками;

- экспериментальным путем исследовать точность вращения вала на газостатических опорах с пористыми вставками и питающими отверстиями, а также температурное состояние частично пористого подшипника;

- выполнить комплекс физических экспериментов по оптимизации конструкции шпиндельных кольцевых УГСП с прямоточным лабиринтным уплотнением рабочей поверхности;

- исследовать раздельное влияние конструктивных и режимных параметров на эксплуатационные характеристики шпиндельных кольцевых УГСП;

- создать промышленные образцы металлообрабатывающего оборудования с исследуемыми типами газовых опор и выработать практические рекомендации по их надежному применению в высокоскоростных ШУ.

Научная новизна работы состоит в том, что:

- установлены зависимости статических и гибридных характеристик радиальных газостатических подшипников с пористыми вставками от безразмерных комплексов и параметров, которыми удобно пользоваться при проектировании ШУ;

- установлены выходные характеристики ШУ на газостатических опорах с пористыми вставками в зависимости от смещения оси шлифовального круга;

- приведены результаты экспериментальных исследований точности вращения вала на газостатических опорах с пористыми вставками и питающими от) %

% г-« ел-

верстиями, а также результаты исследований температурного состояния подшипника с частично пористой стенкой вкладыша;

- предложены математическая модель течения газа в зазоре частично пористых подшипников и численный метод расчета эксплуатационных характеристик шпиндельных опор с пористыми цилиндрическими и кольцевыми вставками;

- предложен критерий оптимизации,, шпиндельных кольцевых УГСП с прямоточным лабиринтным уплотнением рабочей поверхности;

- установлены зависимости эксплуатационных характеристик и конструктивных элементов шпиндельных кольцевых УГСП с прямоточными лабиринтными уплотнениями от безразмерных величин, позволяющие определять оптимальные параметры подшипников на стадии проектирования ШУ;

- выявлено раздельное влияние конструктивных элементов шпиндельных кольцевых УГСП с прямоточными лабиринтными уплотнениями на эксплуатационные характеристики подшипника.

Метод исследования сочетает физический эксперимент и теоретический анализ. Решение задачи о расчете эксплуатационных характеристик радиальных газостатических подшипников с пористыми вставками базируется на системе фундаментальных в теории газовой смазки уравнений, и ведется в рамках численного метода решения уравнения Рейнольдса. При экспериментальном исследовании таких опор используются хорошо апробированные на практике методики измерения и обработки опытных данных. В основе экспериментального решения задачи нахождения оптимальных конструкций кольцевых УГСП с прямоточным лабиринтным уплотнением рабочей поверхности лежит метод симплекс-планирования.

Достоверность и обоснованность полученных результатов работы обеспечивается использованием хорошо известного в теории планирования экспериментов метода симплекс-планирования, известной в теории газовой смазки системы исходных уравнений и подтверждается сопоставлением результатов теоретического и экспериментального исследований характеристик газовых подшипников и выходных характеристик ШУ.

Практическая ценность работы заключается в разработанных комплексах программ по расчету эксплуатационных характеристик частично пористых радиальных газостатических подшипников и УГСП с прямоточным уплотнением рабочей поверхности, позволяющих эффективно решать задачу проектирования газостатических опор высокоскоростных ШУ.

Разработан пакет программ по расчету нагрузочных и жесткостных характеристик на шлифовальном круге ШУ. Выполненные исследования позволили сформулировать ряд практических рекомендаций по надежному использованию в ШУ исследуемых типов газовых подшипников.

Предложены защищенные патентами РФ конструкции газостатических опор и турбоприводов высокоскоростных ШУ.

Результаты работы легли в основу создания опытно-промышленных образцов внутришлифовальных шпинделей, внедренных в производство на Комсомольском-на-Амуре филиале ОАО «ОКБ Сухого» и ЗАО «Дальневосточный инструментальный завод» (г. Амурск). На уровне изобретений и полезных моделей созданы промышленные образцы высокоскоростных копировально-фрезерных станков для изготовления лопаточных аппаратов турбоприводов ШУ и ручных пневмошлифовальных машин с подшипниками на газовой смазке, серийное производство которых с объемом 1200 маш/мес освоено в ООО «Контакт» (г. Комсомольск-на-Амуре). Шлифовальные машины нашли спрос на предприятиях России (Комсомольском-на-Амуре авиационном производственном объединении, ПФ «КамАЗинструмент», Амурском судостроительном заводе и др.), странах СНГ, Ю. Кореи, Китая и демонстрировались на ряде предприятий концерна «Боинг» (США).

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

Личный вклад автора состоит в постановке задачи исследований.

Лично автором, а также под его научным руководством разработаны математическая модель течения смазки в зазоре частично пористых газостатических подшипников, методы расчета эксплуатационных характеристик шпиндельных УГСП с прямоточным уплотнением рабочей поверхности и газостатических опор с пористыми вставками, для которых составлены алгоритмы расчета и реализованы на ПЭВМ комплексы программ. Развита методика определения консольных характеристик ШУ, на основе которой разработаны алгоритм расчета и реализован на ПЭВМ пакет программ.

Сформулирована функция цели при решении задачи оптимизации конструкции шпиндельного УГСП с прямоточными лабиринтными уплотнениями. Спроектированы и созданы экспериментальные установки. Выполнен весь ко!Сшлекс экспериментов с последующим анализом экспериментальных и теоретических данных. Разработаны методики и рекомендации по проектированию исследуемого типа шпиндельных опор.

При личном и непосредственном участии автора разработаны конструкции высокоскоростных внутришлифовальных шпинделей и металлообрабатывающего оборудования, отработаны проектно-технологические вопросы серийного производства ручных пневмошлифовальных машин.

На защиту выносятся:

- математическая модель, методы и алгоритмы расчета эксплуатационных характеристик частично пористых радиальных газостатических подшипников высокоскоростных ШУ;

- результаты физического и численного эксперимента с частично пористыми радиальными газостатическими подшипниками ШУ, а также зависимости их эксплуатационных характеристик от конструктивных и режимных параметров;

- результаты экспериментальных и теоретических исследований характеристик на консоли вала;

- результаты экспериментальных исследований точности вращения вала и температурного состояния вкладыша опоры с пористыми вставками;

- результаты оптимизации конструкции шпиндельных УГСП с прямоточными лабиринтными уплотнениями рабочей поверхности и зависимости их эксплуатационных характеристик от конструктивных и режимных параметров;

- методики и рекомендации по проектированию исследуемого типа газостатических опор ШУ;

- результаты практического использования разработанных математических моделей, методов расчета и рекомендаций, представленных в виде эксплуатационных характеристик высокоскоростных ШУ металлообрабатывающего оборудования.

Апробация работы. Научные положения и результаты исследований докладывались и обсуждались на международных, всесоюзных, всероссийских и межрегиональных научно-технических симпозиумах, конференциях и семинарах: «Современные проблемы газодинамики и тепломассообмена и пути повышения эффективности энергетических установок» (г. Канев, 1989 г), «Механика строительных конструкций из новых материалов и проблемы практического внедрения в производство» (г. Комсомольск-на-Амуре, 1993 г.), «Наукоемкие технологии и проблемы их внедрения на машиностроительных и металлургических предприятиях Дальнего Востока» (г. Комсомольск-на-Амуре, 1994 г.), «Роль науки, новой техники и технологий в экономическом развитии регионов» (г. Хабаровск, 2001 г.), «Инновации в машиностроении» (Пенза, 2002 г.), «Техника и технологии в рыбной отрасли XXI века» (г. Владивосток, 2002 г.), «Современные материалы и технологии 2002» (г Пенза, 2002г.), «Нелинейная динамика и прикладная синергетика» (г. Комсомольск-на-Амуре, 2002 г.), «Проблемы машиностроения и технологии материалов на рубеже веков» (г. Пенза, 2003 г.), «Пути и технологии экономии и повышение эффективности использования энергетических ресурсов региона» (г. Комсомольск-на-Амуре, 2003 г) Основные результаты работы докладывалась также на профилирующих кафедрах КнАГТУ (1995-2004 гг.), ДВГТУ (2002 г.) и ХГТУ (2002 г.).

Публикации. Содержание диссертации опубликовано в 75 работах, включая две монографии и тринадцать патентов на изобретение

Структура и объем работы. Диссертация состоит из оглавления, введения, шести глав, заключения, библиографического списка и приложений Диссертация изложена на 350 страницах и включает 201 рисунок и 12 таблиц Библиографический список охватывает 251 литературный источник.

Автор выражает благодарность д.т.н., проф. Кабапдину Ю.Г. за оказание всесторонней поддержки проводимых исследований и критические замечания к отдельным положениям диссертационной работы, позволившие улучшить изложение материала. Автор выражает также искреннюю признательность к т.н , проф Виноградову B.C., с кем он на протяжении последних лет создал ряд опытно-промышленных образцов высокоскоростного металлообрабатывающего оборудования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации. Сформулирована цель и изложены основные результаты работы.

В первой главе рассмотрены преимущества и недостатки шпиндельных газостатических опор по сравнению с другими типами подшипников. Выполнен обзор основных конструкций высокоскоростных ШУ на газовых опорах, приводов ШУ и газовых подшипников. Проанализированы теоретические и экспериментальные работы, посвященные исследованию пористых радиальных подшипников с внешним наддувом газа и упорных газостатических подшипников. Поставлены задачи исследований.

Основные требования к шпиндельным узлам и их опорам сформулированы в работах Ачеркана Н.С., Бальмонта В.Б., Бушуева В.В., Века М., Джонса А., Диментберга Ф.М., Зверева И.А., Оишомуры, Каминской В.В., Кедрова С.С., Кудинова В.А., Левиной З.М., Лизогуба В.А., Лундберга Г., Маслова Г.С., Маталина A.A., Оптица Г., Пальмгрена А., Пинегина C.B., Пономарева К.К., Портмана В.Т., Проникова A.C., Пуша A.B., Пуша В.Э., Решетова Д.Н., Фигат-нера A.M., Хомякова B.C. и др. ученых на основе общих требований к металлообрабатывающим станкам. Современные быстроходные и высокоточные шлифовальные, расточные и другие станки должны обеспечивать точность формы рабочих поверхностей, порядка десятых долей микрометра при чистоте поверхности Ra <0,08 мкм. Получение таких параметров, в немалой степени, связано с эксплуатационными качествами опор ИГУ металлообрабатывающих станков

Опыт эксплуатации ПГУ шлифовальных станков с опорами различных типов показывает, что в ряде случаев применение газостатических подшипников более предпочтительно, поскольку такие опоры способны, из-за усредняющего эффекта газового слоя, обеспечить точность вращения шпинделя равную 0,02...0,04 мкм.

Основой применения подшипников на газовой смазке в высокоскоростных ШУ явилась глубокая и обширная теоретическая работа отечественных ученых Баласаньяна B.C., Болдырева Ю.Я., Брагина А.Н., Жедь В.П., Заблоцко-го Н.Д., Завьялова Г.А., Лохматова A.A., Пинегина C.B., Поспелова Г.А., Си-пенкова И.Е., Снопова А.И., Табачникова Ю.В., Шатохина С.Н., Шейнберга С.А. и др., а также зарубежных исследователей Константинеску В.Н., Лоха Е , Мори Н., Стиффлера, Шайрса Д. и др.

Первые ШУ на опорах с воздушной смазкой в нашей стране были созданы в ЭНИМСе под руководством С.А. Шейнберга. Но количество видов освоенных промышленностью конструкций невелико и выпуск их ограничен. Поэтому актуальным остается вопрос разработки конструкций ШУ с улучшенными характеристиками опор для обеспечения надежной работы шпинделей и высокой точности обработки.

Несмотря на определенные преимущества опор с газовой смазкой, прак-

тически все они обладают относительно невысокой несущей способностью и жёсткостью смазочного слоя. Как показывают исследования, одним из эффективных способов улучшения эксплуатационных характеристик шпиндельных опор является использование пористых ограничителей расхода. Наиболее интенсивные теоретические и экспериментальные исследования пористых подшипников проведены за рубежом. К числу известных работ следует отнести труды Горджулио Е.П., Маджумдара Б.К., Монтгомери А., Мори X., Робинсона С., Стерри Ф., Снека Х.Д., Ябе X. и др.

Исследования показали, что пористые газостатические опоры обладают при прочих равных условиях повышенной виброустойчивостью, жесткостью смазочного слоя и несущей способностью, по сравнению с другими типами газовых подшипников. Это достигается за счет множества капилляров в пористом вкладыше, при помощи которых давление наддува равномерно распределяется по всему пространству зазора.

Однако в настоящее время подшипники с пористыми вкладышами получили ограниченное применение, что можно объяснить, в частности, нестабильностью размеров вкладыша и большим расходом воздуха, а отсюда и повышенным расходом энергии на обеспечение сжатым воздухом.

В связи с этим, перспективными представляются конструкции шпиндельных опор, вкладыш которых сочетает непроницаемую и пористую поверхность. Подшипники с частично пористой стенкой вкладыша более просты в изготовлении, чем подшипники с питающими отверстиями и, вместе с тем, более экономичны по расходу смазки, чем подшипники с полностью пористым вкладышем.

Идея создания газостатических подшипников с пористыми вставками впервые была высказана еще в 1971 г. Дональдсоном И.С. и Паттерсоном Е.Б. Тем не менее, круг работ, посвященных исследованию таких опор, крайне узок. При этом, авторами разработаны весьма упрощенные методы расчета, которые не позволяют в полной мере судить об особенностях работы подшипников, а такие важные для ШУ характеристики как угловая жесткость и восстанавливающий момент от перекоса вообще остаются не исследованными.

Требования по повышению жесткостных и нагрузочных характеристик предъявляются и к упорным газостатическим подшипникам ШУ.

Одним из сравнительно простых и технологичных способов улучшения эксплуатационных характеристик шпиндельных УГСП является уплотнение их рабочей поверхности прямоточными кольцевыми лабиринтами.

Круг исследований таких подпятников ограничивается работами, выполненными в Николаевском кораблестроительном институте. Исследованиями установлено, что наличие лабиринтных уплотнений ведет к повышению жесткости смазочного слоя и несущей способности кольцевых УГСП только при абсолютном давлении наддува газа выше 0,6 МПа. Такой вывод ограничивает, в большинстве случаев, применение указанного типа опор в высокоскоростных ШУ, поскольку именно это давление является стандартным на промышленных предприятиях.

Очевидно, что с целью практического применения УГСП с лабиринтными уплотнениями в ШУ различного металлообрабатывающего оборудования необходимо выполнение их детальных исследований при давлении наддува газа близком к давлению заводской пневмосети. В настоящей работе эта задача решена на основе проведения экстремального физического эксперимента методом симплекс-планирования.

Во второй главе рассматриваются математическая модель течения газа в зазоре частично пористой опоры, метод и алгоритм расчета эксплуатационных характеристик шпиндельных подшипников с пористыми вставками и характеристик ШУ, измеренных на шлифовальном круге. Проведено сравнение результатов расчета характеристик подшипников, полученных на основе разработанного метода, с данными других авторов.

Решение задачи выполнено для двухрядного подшипника с цилиндрическими вставками, конструкция которого изображена на рис. 1.

Рис. 1. Двухрядная газостатическая опора ШУ с пористыми цилиндрическими вставками: 1 - пористая вставка, 2 - непроницаемый вкладыш

Подшипник одновременно воспринимает радиальную нагрузку, вызывающую смещение центра шпинделя в плоскости ХОг, и продольный момент, который приводит к перекосу оси вращения шпинделя в плоскости Х'Ог. Угол между плоскостями радиального смещения и перекоса равен у.

При анализе течения газа в зазоре подшипника приняты фундаментальные в теории газовой смазки допущения:

[.Течение газа в пористой среде считается вязким и ламинарным. К такому течению применим закон Дарси, что позволяет считать коэффициент проницаемости пористого материала кр постоянным.

2. Течение смазки в зазоре подшипника изотермическое, а сама смазка

сжимаема и удовлетворяет уравнению состояния р = pR^T.

3. Радиус шпинделя намного больше толщины смазочного слоя.

4. Толщина смазочного слоя такова, что позволяет пренебречь течением в пленке в направлении нормали к стенкам подшипника и считать давление в этом направлении неизменным.

5. Массовые и инерционные силы малы по сравнению с силами вязкого трения и восстанавливающей силой смазочного слоя, уравновешивающей внешнюю нагрузку.

6. Течение газа в зазоре подшипника стационарное.

В работе показано, что принятые допущения позволяют определить поле давления газа в зазоре частично пористого подшипника с помощью уравнения Рейнольдса, которое имеет вид:

=ip f^si^M1-^^ о)

dp J cz^ cS j ' o<p

Дифференциальное уравнение (1) представляет собой уравнение эллиптического вида в частных производных, поиск аналитического решения которого является сложной задачей. Поэтому решение этого уравнения выполнено численным методом путем аппроксимации входящих в него частных производных трехточечными центральными разностями. При вращении шпинделя давление газа в зазоре подшипника распределяется асимметрично относительно осей z и X, поэтому интегрирование уравнения (1) ведется в области <z<L,\, показанной на рис. 2.

V

Л" <

v' %к \ у

(0 V

К и

Я

у

А<Р

-1 0 1 i

AV г

Рис.2. Шаблон конечно-разностной сетки области интегрирования

_2

Выражение для определения относительного давления газа р1} = р^у в

любом узле конечно-разностной сетки (кроме границ пористых вставок и на вертикалях г = ±1) имеет вид:

-2 — + '.У-1г-+ 3 "и У---

- +

(2)

Др2 Д?2 2Дг

Л, у =-г-1-

2Й,^|А?Г2+Д2~2] + АГ/

+- -Щ-----__ ,

[Л^~2 + Дг-21 +К/ где = 1 - гсоз(у'Д^) /1)Дгг'со8[/Д<р -

= г зтС/ + (Г/Г) Дг гвт^' Д?> -

Ар и Аг - шаг изменения независимых переменных, р = у ЛЬ I с - параметр перекоса.

Краевые условия решаемой задачи, которые в виде конечно-разностных уравнений ставятся на границах области интегрирования и пористых вставок, образуют с выражением (2) замкнутую систему уравнений, позволяющих определить давление в любом узле конечно-разностной сетки.

Решение совокупной системы уравнений ведется итерационным методом Гаусса-Зейделя до выполнения условий:

max -N7+\<i<.N=-\

0<j<Nv-\

где т - номер итерации, е -относительная погрешность вычислений.

При известном поле давления эксплуатационные характеристики шпиндельной опоры находятся по формулам:

проекции нагрузки на линию центров Qx и в направлении нормали к этой линии Qy (см. рис. 1)

Г 2л- L 2л

Qx=R2ps \ \pcostpd(pdS,Qy--R2ps J Jpsin^ dtp dz; -I 0 -L 0

несущая способность подшипника Q и соответствующий ей коэффициент несущей способности Cq

410 -Ра)' где (2 - удельная нагрузка;

коэффициент радиальной жесткости к5 = ЛСд /г/е;

восстанавливающие моменты относительно осей X' и У I 2ж I 1п

Мх' | , Му } рсо${(р - ц/)с1(р(&;

-ГО -I 0

восстанавливающий момент от перекоса и коэффициент угловой жесткости

М = + А/у, =В?р8М, ку =<1МЫу,

где М - удельный восстанавливающий момент от перекоса; угол ориентации нагрузки ц/ = /£?х);

относительный расход газа

и- ° 1

'-'тах 1 —

1-

2Мвст 22п <Р2к /

/ \рг-<1<р<й1ЫеСт5вст

где 5всот - безразмерная площадь вставки, п — номер ряда наддува, Л - номер пористой вставки.

Разработанный численный метод развит для расчета эксплуатационных характеристик двухрядного шпиндельного подшипника с кольцевыми пористыми вставками. Рассмотрено также применение метода для определения характеристик самогенерирующей опоры и с пористым вкладышем.

Сравнительный анализ характеристик, выполненный по данным Раймон-ди для самогенерирующего подшипника и Сунь Да-чена и Снека для подшипника с полностью пористым вкладышем, показал практически полное соответствие с результатами расчета автора.

Разработанный метод расчета эксплуатационных характеристик опор с пористыми вставками явился основой методики расчета одной из важнейших характеристик ШУ - жесткости кр I ¿у, измеренной на шлифовальном круге (рис. 3).

Следуя идеи С. А. Шейнберга, составляются два уравнения статики - суммы проекций сил на ось У и моментов относительно точки О:

01Ь = 02(а + Ь) + М, (3)

где М-Му+М2+М^ - восстанавливающий момент от перекоса, равный сумме моментов переднего подшипника (М\), заднего подшипника (М^) и подпятника (М3).

Рис. 3. Схема конструкции ШУ: 1 - передняя опора, 2- задняя опора

Методика расчета заключается в следующем. Задаваясь несколькими значениями относительного эксцентриситета передней опоры до £\ = 1 - /(¿(1) + ¿(2) + 2а) при изменении параметра перекоса ^(1) от

£\ЯЬ^/а до /а, определяются несущая способность 0\ и восстанав-

ливающий момент М\. При каждом значении е\ по формуле е2=аУ{1)!£1 и 7(2) ~7(1)^(2)I¿(1) проводится расчет 0,2 и М2 задней опоры ШУ. Считая зависимость М3 = /(у) известной, проверяется справедливость выражения (3). Если погрешность большая, то при Е\=сою1 задается другое значение уф, и расчет характеристик задней опоры повторяется вновь до удовлетворения (3) с определенной погрешностью. При известных £>1 и 0,2 определяется нагрузка на шлифовальном круге F и смещение оси круга у по формуле у = с[е1 + Ьущ/ЯГ(1)).

Зависимость F = /(у) находится методом наименьших квадратичных отклонений. Как показали результаты расчетов и экспериментов, с достаточной для практики точностью, эту зависимость можно аппроксимировать линейной функцией = ау. Следовательно, жесткость, измеренная на шлифовальном круге ШУ, равна кр = а.

В третьей главе описаны конструкции стендов и методики проведения экспериментов. Дано обоснование критерия оптимизации конструкций шпиндельных УГСП с прямоточными лабиринтными уплотнениями.

Исследование линейных (без перекоса осей) характеристик шпиндельной газостатической опоры с пористыми вставками и ее температурного состояния выполнено на стенде, конструкция которого изображена на рис. 4.

Основными элементами установки являются: 7,8 - опорно-упорные газостатические подшипники с питающими отверстиями; 11 - вал; 14 - исследуемый подшипник с пористыми вставками; 16 - поршень нагрузочного устройства; 17 - индикатор часового типа; 19 - расходомерное устройство; 27 - ступень осевой турбины; 25 - частотомер.

Рис. 4. Конструкция экспериментального стенда для исследования характеристик шпиндельных опор с пористыми вставками

Длина вала составляла 250 мм, диаметр 50 мм. Исследования проведены с двухрядным подшипником с пористыми цилиндрическими вставками. Исследуемый подшипник имел следующие геометрические размеры: длина ¿=60 мм, средний радиальный зазор с=45 мкм, диаметр пористых вставок ^вст= 6,3 мм; раздвижка линий наддува 6=30 мм. В одном ряду наддува равномерно по окружности располагалось 6 вставок. Параметр питания подшипника К = 53,1.

При статических испытаниях абсолютный эксцентриситет измерялся двумя индикаторными головками с ценой деления 1 мкм, которые устанавливались в вертикальной плоскости у торцов подшипника. В гибридном режиме работы (при вращении вала) эксцентриситет определялся двумя датчиками емкостного типа, установленными у торцов исследуемой опоры.

Температура вкладыша подшипника измерялась между линиями наддува в центре нагруженной части опоры кремниевым температурным датчиком ЬМ 135 группы «А» с аналоговым выходом.

Конструкция экспериментальной установки для исследования характеристик на консоли вала, изображена на рис. 5.

Основными элементами установки являются: 19 - вал, передний 8 и задний 20 радиальные газостатические подшипники с пористыми вставками, 9 -нагрузочный подшипник, 15 - поршень для создания консольной нагрузки, 6, 7 - индикаторные головки для замера углового смещения вала.

Передний и задний газостатические подшипники имели одинаковые геометрические размеры: длина подшипников Ь=60 мм, диаметр £>=50 мм, диаметр

пористых вставок с1вст =8 мм, раздвижка линий наддува газа ¿>=36 мм. В одном ряду наддува располагалось 6 вставок. Параметр питания подшипников К= 47, средний радиальный зазор с=40 мкм.

Исследование точности вращения вала на газостатических опорах с питающими отверстиями и пористыми вставками выполнено на представленных выше экспериментальных установках (см. рис. 4 и 5). В комплексе экспериментов использовался один и тот же вал. Опоры с питающими отверстиями и пористыми вставками имели одинаковые геометрические параметры, средний радиальный зазор с=25 мкм, расстояние между опорами /=170 мм и параметр режима т =7,2. Определение динамического положения вала производилось двумя расположенными у консоли вала емкостными датчиками, один из которых устанавливался в вертикальной плоскости, а другой в горизонтальной. Частотные сигналы от емкостных датчиков обрабатывались с помощью оригинальной платой сопряжения с ПЭВМ.

На рис. 6 показана конструкция экспериментального стенда, предназначенного для исследования эксплуатационных характеристик шпиндельных УГСП с прямоточным уплотнением рабочей поверхности.

Основными элементами стенда являются: 2 - вал; 3 - исследуемый подшипник; 5 - поршень для создания нагрузки; 7 - расходомерное устройство; 8 -индикатор часового типа; 9 - короткий вал для измерения зазора; 14 - опорные газостатические подшипники; 18,19 - ступень турбины.

Рис. 5. Конструкция стенда для исследования характеристик на консоли вала

Рис. 6. Конструкция стенда для исследования характеристик УГСП

В режиме работы подвеса осевой зазор подпятника определялся как среднеарифметическое показание трех индикаторных головок, равномерно расположенных по окружности подшипника. При вращении вала зазор определялся по показанию индикатора, регистрирующего осевое перемещение короткого вала.

Экспериментальные исследования выполнены с тремя размерами УГСП. При фиксированном значении периферийного диаметра подшипника d3 = 150 мм они отличались между собой размерами втулочного диаметра d0, который составлял 40, 47 и 55 мм. Соответственно этим значениям относительный диаметр подшипника rfg = <^0 ^З равен 0,27; 0,31 и 0,37.

По данным проф. A.B. Пуша, наиболее сильными критериями оптимизации шпиндельных газостатических подшипников является поиск максимума их жесткости и несущей способности. Принимая это во внимание, а также исходя из соображений экономичной работы шпиндельных подпятников, в качестве критерия оптимизации УГСП с прямоточными лабиринтными уплотнениями принято условие нахождения в рабочем диапазоне изменения относительного зазора h =h/d3 максимального значения интегрального отношения несущей способности подшипника Q к расходу газа G, подаваемого на смазку.

В такой постановке оптимизационной задачи, как показали эксперименты, максимуму интегрального значения функции Q/G = f(h) соответствует и максимум интегрального значения отношения жесткости смазочного слоя S к расходу газа G, что важно для эксплуатационных характеристик ШУ металлообрабатывающих станков.

На рис. 7 показана оптимизируемая конструкция кольцевого шпиндельного УГСП с прямоточными лабиринтными уплотнениями. На основании опытов, выполненных проф. Б.М. Трояновским, лабиринты имели прямоугольную форму гребня, что обеспечивало их технологичное исполнение и низкий коэффициент расхода.

За независимые переменные опти-Рис. 7. Оптимизируемая мизационной задачи приняты: диаметр

конструкция УГСП первого ряда наддува с/,, диаметр второго

ряда наддува ¿2, диаметр питателей с1„, количество питателей в ряду N. количество лабиринтов на периферии Л^ и у втулки Л'й, шаг лабиринтов t и расстояние между гребнями лабиринтов а. Равными принимались количество и диаметр питателей в первом и во втором ряду наддува, а также шаг лабиринтов и расстояние между гребнями лабиринтных уплотнений на периферии и у втулки кольцевого подшипника. Ограничениями решаемой задачи являются неравенства, накладываемые на изменения независимых переменных:

с1„ >0,2 мм; ¿1 > с1д; <12 < (1Ъ\ Шп < яг/]. (4)

а2=0,4мм;*-а>0,3мм;й?з> с/2 ; ¿о+2/#0 <<1Х. (5) Таким образом, задачи оптимизации конструкции шпиндельных УГСП формулируется следующим образом:

И2

найти шах ¡(£>/в)М (6)

Л,

при неизменных значениях диаметров с/о и с/з с соблюдением ограничений (4) и (5)-

Поиск области оптимума методом симплекс-планирования при восьми независимых переменных требует проведения большого числа опытов. Поэтому, с целью сокращения количества экспериментов, решение оптимизационной задачи проводилось в два этапа. На первом этапе решалась задача нахождения конструкции гладкощелевого подшипника, оптимизированной по четырем параметрам т диаметру первого ряда наддува г//, диаметру второго ряда наддува ¿2 , диаметру питателей с!„ и количеству питателей в ряду N. В качестве ограничений первого этапа оптимизации выступают условия (4). На втором этапе ставилась задача нахождения оптимальной геометрии периферийного и втулочного лабиринтных уплотнений. Независимыми переменными данной задачи являлись количество лабиринтов на периферии N3 и у втулки М0, шаг лабиринтов ? и расстояние между гребнями лабиринтов а. В качестве ограничений второго этапа оптимизации выступают условия (5).

В четвертой главе обсуждаются результаты экспериментального и теоретического исследования эксплуатационных характеристик шпиндельных газостатических опор с пористыми вставками, характеристик ИГУ, измеренных на консоли вала, а также результаты исследования температурного состояния вкладыша частично пористых опор и точности вращения вала. Приводится сравнение характеристик опор исследуемого типа и используемых в отраслевых конструкциях высокоскоростных ШУ газовых подшипников с питающими отверстиями. Представлены методика проектировочного расчета и рекомендации по проектированию частично пористых газостатических подшипников ШУ.

При анализе характеристик опор в рассмотрение введен конструктивный параметр Кс, который прямо пропорционален среднему радиальному зазору и связан с параметром питания К соотношением:

Кс = с-ЦЩ + 51К)/\2крЯ.

Результаты экспериментального исследования двухрядного газостатического подшипника с пористыми цилиндрическими вставками при неподвижном и вращающемся вале показаны на рис. 8.

0,5 г

а)

0,4

1.-1.2, £-=0,5; Кс =0,266;

N«¿■6. 4агО,126;В=0

- теория

х экспер.р1а=1/7 • экспер

е-0,6,К =0266 ;£ =1,2; Ъ=0.3;1Ч.ся=б;3,ап=о,иб

0,26

V

0,22 0,20

О

0,04 0,08 0,12 0,16 0,20 В --

Рис. 8. Зависимость коэффициента несущей способности Сд от относительного эксцентриситета е (а) и числа сжимаемости (б)

Из рис. 8,а видно, что при статическом положении шпинделя численный метод расчета позволяет с достаточной для практики точностью определить значение С.д (ошибка не более 18%). Расхождение в оценке коэффициентов радиальной жесткости и относительного расхода газа не превосходит 17%.

Графики, представленные на рис. 8,6, свидетельствуют, что разработанный метод позволяет также получить достаточно надежные сведения о гибридных характеристиках шпиндельных опор. Ошибка Сд не превышает ] 1%, ко-

эффициента радиальной жесткости к5 - 15%.

Анализ зависимости нагрузки Р, измеренной на консоли вала, от смещения у и относительного давления наддува р$ (рис.9) показал, что погрешность расчетного определения консольной нагрузки не превосходит 17%, жесткости

кр - 15%.

Исследования температурного состояния газостатической опоры с пористыми вставками проведены при различном давлении наддува (р5 =1/6 и 1/4), относительном эксцентриситете (£=0,23...0,58) и быстроходности вала (до 1,27-106 мм/мин). Наибольшее наблюдаемое в опытах повышение температуры в напэуженной части опоры составило 1,9 С. В целом результаты экспериментов позволили сделать вывод о несущественном для теплового смещения подшипниковых узлов нагреве вкладыша шпиндельной газостатической опоры с пористыми вставками.

Сравнительный анализ результатов экспериментального исследования точности вращения вала на газостатических подшипниках с пористыми и дроссельными ограничителями расхода показал, что применение частично пористых опор позволяет повысить точность вращения (снизить радиальное биение) высокоскоростных шпинделей на 16...22%.

Численное исследование эксплуатационных характеристик частично пористых шпиндельных опор выполнено с двухрядными подшипниками с цилиндрическими и кольцевыми пористыми вставками. Проанализированы их статические характеристики, пригодные при проектировании подшипников тихоходных ШУ, и гибридные характеристики - необходимые при проектировании опор высокоскоростных ИГУ.

Теоретическим путем исследовано влияние на эксплуатационные характеристики шпиндельных опор относительного эксцентриситета е, относительного давления наддува газа р5, относительной длины подшипников Ь, конструктивного параметра Кс, числа сжимаемости В, относительной раздвижки линий наддува Ь =Ы Ь, относительной ширины линии наддува Ц-Ц/Ьтл количества вставок в одном ряду наддува Мдап.

Ввиду несущественного влияния параметра перекоса на коэффициенты не-

Рис. 9. Зависимость нагрузки Р на консоли от смещения оси вала у и относительного давления р5

сущей способности и радиальной жесткости, относительный расход газа и угол ориентации нагрузки в работе дан анализ только их линейных характеристик.

На рис. 10 показаны зависимости к5 = /(Кс,е) и ку = /(Кс,е) исследуемых типов опор при работе шпинделя в режиме подвеса.

Рис. 10. Зависимость коэффициентов радиальной (а) и угловой жесткости ку (б) от конструктивного параметра Кс и относительного эксцентриситета е

Установлено, что максимальные значения эксплуатационных характеристик подшипника с цилиндрическими вставками при разных значениях относительного эксцентриситета уступают опоре с кольцевыми вставками. При этом, положение максимума удельного момента от перекоса, коэффициентов радиальной и угловой жесткости подшипников сильно зависит от значения е, в то время как положение максимума коэффициента несущей способности изменяется несущественно.

Анализ характеристик показал, что максимум коэффициента несущей способности подшипника с цилиндрическими вставками достигается при Кс «0,34, а подшипника с кольцевыми вставками при Кс «0,51.

На рис. 11. представлены гибридные характеристики радиальной и угловой жесткости опоры при оптимальных по несущей способности значениях конструктивного параметра.

Анализируя представленные графики, можно сделать вывод, что с возрастанием относительного эксцентриситета и числа сжимаемости, вследствие самогенерации перепада давления, эксплуатационные характеристики подшипника с цилиндрическими вставками выше, чем у опоры с пористыми кольцевыми матрицами.

Из графиков видно, что рост коэффициента радиальной жесткости доминирует над ростом коэффициента угловой жесткости. Например, у опоры с ци-

линдрическими вставками при ¿ =0,6 угловая жесткость возрастает в 2 раза, а радиальная в 4 раза. Помимо этого, расчеты показали, что без большой погрешности проектирование частично пористых подшипников тихоходных ИГУ может проводиться по данным статических расчетов, если число сжимаемости не превосходит 0,2.

б; 2,5

2,0 1,5 1,0 0,5

— с аяищр. кшш Е-1А 1,-0,1; 1,-оа вг

0,8

{0,6

У

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 В--

Рис. 11. Зависимость коэффициентов радиальной к5 (а) и угловой жесткости ку (б) опор от числа сжимаемости В и относительного эксцентриситета £

Численное исследование влияния относительного давления наддува газа р5 проведено при 1/8, 1/6 и 1/4. Установлено, что при работе шпинделя в режиме подвеса относительное давление влияет только на угловые характеристики опор. В гибридном режиме работы увеличение р5 ведет к увеличению линейных характеристик подшипников и одновременному снижению угловых. Относительный расход газа изменяется незначительно, а угол ориентации нагрузки увеличивается, что с точки зрения потери устойчивости является нежелательным.

Исследование влияния относительной длины подшипников выполнено при изменении £ от 1 до 1,4. Получено, что с увеличением числа сжимаемости и I вследствие ослабления влияния внешнего наддува с одной стороны и роста среднего плеча элементарных сил давления с другой, линейные и угловые характеристики опор возрастают, а относительный расход газа уменьшается. Это сопровождается заметным ростом угла ориентации нагрузки, особенно у подшипника с цилиндрическими вставками.

Расчеты по исследованию влияния на эксплуатационные характеристики частично пористых подшипников относительной раздвижки линий наддува проведены при Ъ , равной 0,4; 0,6 и 0,8. Установлено, что независимо от режима

работы подшипников высокие показатели линейных характеристик достигаются, в целом, при относительной раздвижке Ь =0,6. В гибридном режиме работы опор, вследствие усиления влияния вращения шпинделя, разница в значениях угловых характеристик при разной раздвижке линий наддува незначительна.

При работе шпинделя в режиме подвеса, увеличение количества цилиндрических вставок в ряду наддува с 4 до 8 ведет к росту линейных и угловых характеристик. С увеличением числа сжимаемости более высокие показатели достигаются при Nсст =4, что объясняется меньшей нейтрализацией пористой частью поверхности вкладыша эффекта смазочного клина. Вместе с тем, это приводит к существенному росту угла ориентации нагрузки.

Исследование влияния относительной ширины линии наддува на эксплуатационные характеристики частично пористых подшипников выполнено при ¿1, равной 0,067; 0,1 и 0,133. При работе шпинделя в режиме подвеса наиболее высокие линейные и угловые характеристики опор достигаются с Ц =0,133. В отличие от коэффициента несущей способности рост числа сжимаемости с уменьшением Ь\ приводит к позитивному увеличению коэффициентов радиальной и угловой жесткости, а также удельного восстанавливающего момента, что связано с частичной нейтрализации пористой матрицей эффекта смазочного клина. Вследствие более сильного влияния внешнего наддува при ¿1=0,133 опоры имеют наибольший угол ориентации нагрузки.

Численное исследование влияния конструктивного параметра Кс на эксплуатационные характеристики частично пористых подшипников проведено при отклонении Кс от оптимального по несущей способности значения на ±20%. Получено, что в гибридном режиме работы такое изменение Кс цг оказывает заметного влияния на значения линейных и угловых характеристик шпиндельных опор. Вместе с тем, уменьшение конструктивного параметра ведет к существенному снижению относительного расхода и увеличению угла ориентации нагрузки.

Оценка эффективности работы И1У с частично пористыми подшипниками выполнена путем сравнения их эксплуатационных характеристик с характеристиками газостатических подшипников с питающими отверстиями (дросселями), широко используемых в отраслевых конструкциях высокоскоростных ШУ. Сопоставление характеристик проведено при одинаковых значениях параметра режима т , относительной длине подшипников I,, числе сжимаемости В и относительном давлении наддува рх.

Теоретические зависимости ку - /(«■) опор с кольцевыми вставками и с питающими отверстиями и к5 = /(£•) подшипников с цилиндрическими вставками и с питающими отверстиями типа «простая диафрагма» представлены на рис. 12.

В целом расчетами установлено, что в области рабочих значений относи-

/

тельного эксцентриситета коэффициент радиальной жесткости частично пористых подшипников выше, чем у шпиндельных опор с питающими отверстиями в среднем на 10...30%, коэффициент угловой жесткости на 30...35%, коэффициент несущей способности на 10...20%.

а) 6)

е---е--

Рис. 12. Сравнение характеристик шпиндельных опор с пористыми вставками и питающими отверстиями по коэффициентам угловой ку (а) и радиальной жесткости к5 (б)

Сравнение жесткости на шлифовальном круге ШУ, работающего на газостатических опорах с пористыми вставками и питающими отверстиями, выполнено на примере их применения в промышленной конструкции электрошпинделя мод. А24/25. Расчетным путем получено, что при установке шпинделя на опоры с частично пористой стенкой вкладыша жесткость увеличивается примерно на 23%.

Методика и рекомендации по проектированию газовых опор с частично пористой стенкой вкладыша выработаны на основе результатов исследований и опыта эксплуатации подшипников ШУ в производственных условиях. Рекомендации включают в себя подробный анализ факторов, влияющих на эксплуатационные характеристики шпиндельных опор и обоснование выбора их конструктивных элементов.

В пятой главе представлены оптимальные конструкции и эксплуатационные характеристики шпиндельных гладкощелевых УГСП и подшипников с прямоточными лабиринтами, полученные в результате проведения экстремального эксперимента. Анализируется раздельное влияние независимых переменных на характеристики исследуемых УГСП. Представлены методики проектирования и расчета эксплуатационных характеристик шпиндельных УГСП с прямоточным уплотнением рабочей поверхности. Даны рекомендации по проектированию УГСП с лабиринтными уплотнениями высокоскоростных ШУ.

Исследования проведены в статике при относительном давлении над дува

16

Q/G, Uc/кг

12

газа ps—1/4, 1/5 и 1/6. Как показали эксперименты, оптимальные размеры конструктивных элементов УГСП при d0 = const не зависят от значения давления наддува газа.

На рис. 13 показана зависимость удельной нагрузки Q/G трех исследуемых подшипников от зазора h при 20

относительном давлении наддува ^ /^=1/4. Из графиков видно, что во всем исследованном диапазоне изменения относительного зазора А подшипникам с лабиринтным уплотнением рабочей поверхности при разных значениях (¡q соответствуют более высокие значения удельной нагрузки Q/G по сравнению с гладкощелевыми УГСП. При этом, разница в значении Q/G тем больше, чем меньше относительный зазор h.

Зависимость коэффициента несущей способности исследуемых подшипников от относительного зазора при ps~ 1/4 показана на рис. 14,а. Результаты экспериментов говорят, что наличие лабиринтных уплотнений на рабочих поверхностях шпиндельных УГСП является эффективным средством повышения несущей способности шпиндельных УГСП даже при сравнительно низком давлении наддува.

и 4rOJ7 R=1M —«— с лабиринтами --о— гладкий

,11 у i« л / »V 0 31

л \ / 0, 27

о •Л/

5?

11

is

19 hlO4

27

Рис. 13. Зависимость удельной нагрузки (Ж? от зазора А и диаметра ¿?о при относительном давлении /^=1/4

Рис.14. Зависимость коэффициентов несущей способности Сд (а) и жесткости к5 (б) от зазора й и диаметра с/д

Наибольшее отличие нагрузочных характеристик имеет место при невысоких значениях относительного зазора Л . Так, при к =3-10"4 коэффициент несущей способности УГСП с лабиринтными уплотнениями в среднем на 40% выше по сравнению с гладкощелевыми подшипниками.

В области больших зазоров, как показывают эксперименты, эффективность подшипников с лабиринтными уплотнениями практически оказывается такой же, как и у гладкощелевых УГСП.

Зависимость коэффициента жесткости смазочного слоя к5 = /(й,</0), при относительном давлении наддува р5=1/4, показана на рис. 14,6 (коэффициент жесткости рассчитан по формуле к5=-й- с1Сд !с1И ). Из графиков видно, что в

широком диапазоне изменения относительного зазора шпиндельные подшипники с лабиринтными уплотнениями обладают более высокими значениями коэффициента жесткости (при И —3*10 разцица в коэффициентах жесткости достигает 35%). С ростом относительного диаметра ¿/д, гладкощелевым подшипникам и УГСП с лабиринтными уплотнениями соответствует большее значение коэффициента жесткости.

Результаты опытов показали, что наличие у подшипника лабиринтных уплотнений приводит к заметному уменьшению расхода газа в области невысоких значений относительного зазора.

Подшипники с большим относительным диаметром 3,о имеют и более высокое значение расхода газа, подаваемого на смазку. Это, главным образом, связано с тем, что в результате проведения экстремального эксперимента они имеют наибольшую суммарную площадь истечения газа.

Экспериментальное исследование раздельного влияния независимых переменных на эксплуатационные характеристики шпиндельных УГСП позволили получить следующие результаты.

Влияние давления наддува р5. Во всем исследуемом диапазоне зазора А , независимо от значения относительного диаметра ¿/д гладкощелевого подшипника, зависимости Сд=/(р3,Ъ) являются практически эквидистантными кривыми. Подобная тенденция у подшипников с лабиринтными уплотнениями наблюдается только в области больших относительных зазоров. При малых зазорах повышение давления наддува способствует интенсивному росту коэффициентов несущей способности и жесткости УГСП с лабиринтными уплотнениями.

Влияние количества периферийных лабиринтов Увеличение числа лабиринтов на периферии подшипника с 8 до 12 приводит к росту коэффициента несущей способности и жесткости смазочного слоя.

Увеличение количества лабиринтов благоприятно отражается и на расходной характеристике УГСП, т.е. подшипникам с большим числом лабиринтов соответствует более низкое значение расхода газа. Вместе с тем, отличие в расходных характеристиках исследуемых подшипников существенно зависит

от давления наддува. С уменьшением давления наддува расход газа через подшипники с разным числом лабиринтов достигает одинаковой величины при более низких значениях относительного зазора.

Влияние количества втулочных лабиринтов Nq. Результаты экспериментов позволили сделать вывод, что увеличение количества втулочных лабиринтов с 3 до 7 приводит к уменьшению коэффициентов несущей способности и жесткости. Объясняется это превалирующим уменьшением площади подшипника, свободной от лабиринтных уплотнений, над ростом в этой области давления газа. Сказанное подтверждается анализом расходных характеристик подшипников, которые с разным количеством лабиринтов у втулки при постоянном давлении наддува несущественно отличаются друг от друга.

Влияние относительного диаметра питающих отверстий dn. Эксперименты проведены при относительном диаметре питающих отверстий 0,005; 0,006 и 0,007. Установлено, что с ростом dn абсолютное изменение коэффициента несущей способности у подшипников с лабиринтными уплотнениями выше, чем у гладкощелевых, поскольку они имеют более высокое сопротивление движению смазки.

С увеличением диаметра питателей увеличивается и коэффициент жесткости. Между тем, максимальное значение коэффициента жесткости гладкощелевых подшипников, а также УГСП с лабиринтными уплотнениями при d„ =const и ps —varia практически не изменяется.

Анализ расходных характеристик подшипников показал, что с увеличением диаметра питателей наибольшее отличие в расходе газа как у гладкощелевых подшипников, так и УГСП с лабиринтными уплотнениями достигается при больших относительных зазорах не зависимо от давления наддува. С уменьшением зазора разница в расходе снижается.

Влияние диаметров первого d\ и второго d~i ряда наддува В исследуемом диапазоне раздельного изменения относительных диаметров первого (di = 0,435...0,515) и второго (¿2 =0,648.-0,728) рядов наддува газа коэффициенты жесткости и несущей способности практически не изменяются.

Следствием слабой чувствительности коэффициентов ks и Cq к изменению расположения первого и второго ряда наддува газа является и практическое постоянство расходных характеристик исследуемых УГСП.

Влияние относительного шага лабиринтов t/a. Результаты эксперимента показали, что с увеличением отношения t/a с 1,4 до 2,2 коэффициенты жесткости и несущей способности в целом увеличиваются. Особенно заметен этот рост с повышением давления над дува.

Анализ расходных характеристик позволил сделать вывод, что подшипники с более высоким значением относительного шага лабиринтов имеют пониженный расход газа, подаваемого на смазку. С увеличением давления наддува при умеренных значениях относительного зазора отличие в расходных характеристиках возрастает.

Влияние частоты вращения вала. Исследование гибридных характеристик шпиндельных УГСП проводилось при частоте вращения вала равной 21800 мин *'. Опытным путем установлено, что коэффициент несущей способности подшипников увеличивается по сравнению с его значением в статических испытаниях. Однако, это увеличение не превосходит 5,2%, что соизмеримо с относительной погрешностью определения Сд.

Методика проектирования шпиндельных УГСП с лабиринтным уплотнением рабочей поверхности построена на обобщении экспериментальных данных об оптимальных элементах подшипников при разных значениях относительного диаметра В результате полиномиальной аппроксимации получены эмпирические зависимости для определения следующих относительных величин: площади, занятой периферийными лабиринтами Бу, площади, занятой втулочными лабиринтами суммарной площади питателей Еп; диаметра питателя <1п; диаметра первого с1\ и второго ¿2 ряда наддува и шага лабиринтов г/а (все площади отнесены к площади кольцевого УГСП, а диаметры к значению периферийного диаметра г/3 ).

При известном а = f{d■¡) расчетным путем определяются также количество питателей в ряду N =/(о?о,5„,с7„), число лабиринтов на периферии ^3 = /(¿о,^,¿3,') и у втулки ЛГ0 = Ж)>5о^З>0- Значения округ-

ляются до ближайшего целого числа.

Методика расчета эксплуатационных характеристик УГСП с прямоточными лабиринтными уплотнениями построена на обобщении экспериментальных данных по коэффициентам несущей способности и расходу упорных подшипников, удовлетворяющих критерию (6).

РасхЪдные характеристики УГСП приведены к безразмерному виду по формуле (7 = <7 / йкр, где Скр - критический расход газа через простую диафрагму.

Трехпараметрическая аппроксимация зависимости Сд = и

двухпараметрическая аппроксимация функции й = /(И,¿о) выполнена методом наименьших квадратов. В результате получены зависимости, пригодные при \16<р5 <1/4, 0,275¿о <0,37 и 3-10"4< А <25-10*4.

Методики прошли апробацию при разработке конструкций шпиндельных УГСП пневмошлифовальной машины мод. ВПМШ 150.01 и высокоскоростного ШУ копировально-фрезерных станков для изготовления лопаточных аппаратов турбинных приводов ШУ.

Сравнение эмпирических и экспериментальных зависимостей Сд и С = /(рх,Ь) показало их вполне удовлетворительное количе-

ственное и качественное согласование.

Исходя из результатов экспериментов и опыта отработки конструкций шпиндельных УГСП металлообрабатывающего оборудования, выработан ряд рекомендаций по проектированию элементов подшипников исследуемого типа.

В шестой главе приведены конструкции и технические характеристики высокоскоростного металлообрабатывающего оборудования с подшипниками на газовой смазке, разработанные при личном и непосредственном участии автора.

Внедрение в конструкцию ИГУ шлифовальных станков подшипников на газовой смазке позволяет шлифовать с большими подачами, что приводит к повышению производительности труда, улучшению качества шлифования и уменьшению чувствительности к дисбалансу оправки и круга.

Результатом работы с Комсомольским-на-Амуре филиалом ОАО «ОКБ Сухого» и ЗАО «Дальневосточный инструментальный завод» явилось создание двух опытно-промышленных моделей высокоскоростных пневмошпинделей внутришлифовальных станков.

Конструкция внедренной на филиале ОАО «ОКБ Сухого» высокоскоростной внутришлифовальной головки к шлифовальному станку мод. ЗА228 показана на рис. 15.

Рис. 15. Конструкция высокоскоростной внутришлифовальной шпиндельной головки: 1 - цанговый зажим, 2 - опорный подшипник, 3 - шпиндель, 4 - опорно-упорный подшипник, 5 - рабочее колесо турбины, 6 - сопловой аппарат турбины, 7 - регулятор предельной частоты вращения, 8 - гильза, 9 - клапан, 10 - фильтр

Газовыми опорами шпинделя служат: двухсторонний упорный подшипник с микролабиринтами и два радиальных подшипника с частично пористой стенкой вкладыша. Каждый радиальный подшипник имеет два ряда пористых вставок диаметром 4 мм, расположенных равномерно по окружности. Материал вставок - пористая бронза, изготовленная методом порошковой металлургии. При диаметре шпинделя 30 мм относительная длина подшипников равна 1,2. Относительное расстояние пористых вставок от торцов подшипника 0,26. Средний радиальный зазор с=17 мкм. Вкладыш подшипников изготовлен из бронзы БрОЮ.

(

При избыточном давлении воздуха 0,5 МПа шпиндель развивает частоту вращения 32000 мин-1 и быстроходность dn, равную 9,6-105 мм/мин.

Испытания опытного образца внутришлифовальной головки, выполненные на филиале ОАО «ОКБ Сухого», показали хорошее качество шлифуемой электрокорундовым кругом 25СТ18К поверхности отверстий (сталь Х18Н10Т, шероховатость Ra не более 0,04 мкм), высокую точность ее обработки (отклонение от круглости не более 0,2 мкм, волнистость поверхности на доводочном режиме не обнаружена) и безотказную работу газовых опор. Установлено также, что при работе на разработанной конструкции головки износ шлифовального круга уменьшается в 1,4 раза по сравнению с отраслевой конструкцией головки мод. ВШГ 000.000РЭЭ на опорах качения. При этом производительность труда возрастает в 2,3 раза.

На конструкции подшипниковых узлов внутришлифовальных шпинделей и турбопрйводов получены патенты Российской Федерации.

Для производства внутришлифовальных пневмошпинделей и ручных пневмошлифовальных машин моделей ВПМШ в КнАГТУ разработаны конструкции копировально-фрезерных станков для изготовления лопаточных аппаратов турбопрйводов ШУ. Станки позволяют изготавливать лопатки осевых и радиальных турбин на дисках диаметром 10... 120 мм.

Конструкция копировально-фрезерного станка для изготовления лопаточных аппаратов радиальных турбин представлена на рис. 16.

Шпиндельная головка станков унифицирована. Ее конструкция показана на рис. 17.

Рис. 16. Конструкция копировально-фрезерного станка для изготовления радиальных лопаточных аппаратов турбопрйводов ШУ: I - направляющая, 2 - вал делительной головки, 3 - корпус, 4 - делительная головка, 5 - заготовка колеса, 6 - фреза, 7,9 - опоры, 8 - планшайба, 10 - ШУ, 11 - шаровая опора, 12 - стойка, 13 - сферическая опора, 14 - штанга, 15 - водило,

16 - копир

Рис. 17. Конструкция шпиндельной головки копировально-фрезерных станков: 1 - устройство для осевого перемещения шпинделя,

2 - корпус, 3 - сопловой аппарат, 4 - подпятник, 5 - рабочее колесо, 6 - кольцевой подпятник, 7 - шпиндель, 8 - цанговый зажим

Опорами шпинделя служат газостатические подшипники с двухрядным расположением питающих отверстий. С целью уменьшения износа вкладыши подшипников имеют дренажные канавки. Рабочая поверхность УГСП снабжена прямоточными лабиринтными уплотнениями.

При давлении сжатого воздуха 0,5 МПа, шпиндель развивает мощность 0,5 кВт, частоту вращения на холостом ходу 120000 мин-1 и быстроходность (1п, равную 1,8х 106 мм/мин.

Практика эксплуатации копировально-фрезерных станков в ООО «Контакт» показала высокую экономическую эффективность использования станков на малом предприятии, достаточную для серийного производства шлифовальных машин производительность и надежную работу. Основные элементы турбинных приводов ИГУ копировально-фрезерных станков защищены патентами РФ.

Применение газовых опор в ручных пневмошлифовальных машинах позволяет снизить износ абразивного и фрезерного инструмента, существенно увеличить' срок эксплуатации пневматических машин и производительность работы при малых силах резания, решить проблему защиты операторов от вибрационных и акустических воздействий, повысить чистоту обрабатываемой поверхности, надежно работать в запыленных помещениях, а также при высокой и низкой температуре и влажности.

В КнАГТУ объектом разработки явились три конструкции пневмошлифовальных машин с турбоприводом моделей ВПМШ 150.01, ВПМШ 035.01 и ВПМШ 015.01. Машины предназначены для обработки поверхности фундаментов, штампов, прессформ и т.д. Упорные подшипники разработанных машин имеют лабиринтные уплотнения

Конструкция ручной пневмошлифовальной машины модели ВПМШ 015.01 представлена на рис. 18.

Рис. 18. Конструкция шлифовальной машины модели ВПМШ 015.01:1 -шпиндель, 2 - опорный газовый подшипник, 3 - корпус шпинделя, 4 - глушитель, 5 - рабочее колесо, 6 - сопловой аппарат, 7 - пусковой клапан, 8 - корпус турбины, 9 - фильтр, 10 - штуцер, 11 - упорный подшипник

Эксплуатационные испытания пневмомашин проведены на ПФ «КамА-Зинструмент», ОАО «Амурский судостроительный завод», ОАО «Комсомоль-ское-на-Амуре авиационное производственное объединение» и Иркутском НИИ авиационной технологии и организации производства. Комиссиями предприятий отмечена устойчивая работа инструментов во всем диапазоне изменения нагрузок, повышенная производительность работы по сравнению с отраслевыми конструкциями пневмоинструмента (до 5-ти раз), высокая чистота обработанной поверхности (Ла=0,16...0,32 мкм), плавный пуск и отсутствие ощутимой для оператора вибрации.

Измерение шумовибрационных показателей пневматических машин проведено в Государственном испытательном центре по ручным машинам, где установлено их полное соответствие санитарным нормам. По результатам испытаний этого инструмента Государственным комитетом РФ санитарно-эпидемиологического надзора выдан гигиенический сертификат.

Технические характеристики высокоскоростных пневмошлифовальных машин показаны в таблице.

_ __Таблица

Наименование Модели пневмомашин

параметра ВПМШ ВПМШ ВПМШ

150.01 035.01 015.01

Мощность привода, кВт 1,5 0,25 0,085

Частота вращения шпинделя без нагрузки, мин'1 29000 105000 237000

Расход воздуха, м /мин 1,90 0,68 0,29

Габаритные размеры (длина х ширина), мм 380 х 83 260 х 48 175x33

Масса, кг 3,60 0,65 0,25

Диаметр цанги, мм 10 6 6

Быстроходность, мм/мин 0,55-106 1,47-106 2.13-106

Серийный выпуск пневмошлифовальных машин моделей ВПМШ 035.01 и ВПМШ 015.01, с объемом выпуска 1200 маш/мес, освоен ООО «Контакт». Машины нашли спрос на предприятиях России, стран СНГ, Ю. Кореи, Китая и демонстрировались на ряде предприятий концерна «Боинг» (США). Конструкция машин, их основные элементы и узлы защищены патентами Российской Федерации.

1. На уровне изобретений предложены конструкции шпиндельных газостатических опор с пористыми вставками, обеспечивающие более высокие эксплуатационные характеристики по сравнению с газовыми опорами с питающими отверстиями, традиционно применяемыми в отраслевых конструкциях высокоскоростных ШУ. Сопоставление характеристик этих типов шпиндельных опор показало, что внедрение в конструкции ШУ частично пористых подшипников позволяет повысить радиальную жесткость на 10...30%, угловую жесткость на 30...35%, несущую способность на 10...20% и точность вращения шпинделя на 16. 22%. На примере промышленной конструкции электрошпинделя мод. А24/25 на газостатических опорах с питающими отверстиями, расчетным путем установлено, что применение частично пористых подшипников ведет к увеличению жесткости на шлифовальном круге приблизительно на 23%

2. Результаты экспериментального исследования температурного состояния газостатической частично пористой опоры позволили сделать вывод о незначительном для теплового смещения подшипниковых узлов нагреве вкладыша, который в выполненном комплексе экспериментов не превышал 1,9 °С.

3. Предложены математическая модель течения газа в зазоре частично пористых подшипников и численный метод расчета эксплуатационных характеристик шпиндельных опор с пористыми цилиндрическими и кольцевыми вставками, на базе которых разработаны алгоритмы расчета, реализован на ПЭВМ комплекс программ и развита методика расчета характеристик ШУ (жесткости и нагрузки), измеренных на шлифовальном круге.

4 Анализ экспериментальных и теоретических характеристик газостатической опоры с пористыми цилиндрическими вставками, а также характеристик ШУ, измеренных на консоли вала, показал, что разработанный метод позволяет с достаточной для практики точностью определять эксплуатационные характеристики газостатических опор ШУ с пористыми ограничителями расхода. Расхождение расчетных и опытных значений коэффициента несущей способности не превосходит 18%, коэффициента радиальной жесткости и нагрузки на консоли вала - 17%, жесткости на консоли вала - 15%.

5 Проанализировано влияние на статические и гибридные эксплуатационные характеристики шпиндельных опор с цилиндрическими и кольцевыми пористыми вставками различных конструктивных и режимных параметров.

Численными исследованиями, в час более высокие

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

статические линейные и угловые характеристики имеют опоры с кольцевыми вставками. В гибридном режиме работы подшипников, с ростом относительного эксцентриситета и числа сжимаемости, более высокими эксплуатационными характеристиками обладают опоры с цилиндрическими вставками. Изменение конструктивного параметра исследуемых опор на ±20%, что соответствует уменьшению коэффициента проницаемости пористых вставок на 49% и возрастанию на 73%, несущественно влияет на оптимальные значения эксплуатационных характеристик.

Связанное с перекосом осей шпинделя и вкладыша подшипника увеличение зазора в одной части опоры и одновременное его уменьшение в другой не ведет к значительному изменению статических и гибридных значений коэффициентов несущей способности и радиальной жесткости, относительного расхода газа и угла ориентации нагрузки.

Проектирование частично пористых подшипников тихоходных ШУ без большой погрешности в оценке эксплуатационных характеристик может проводиться по данным статических расчетов при числе сжимаемости не превосходящем 0,2.

6. На основе проведенных теоретических исследований разработана методика проектировочного расчета частично пористых опор высокоскоростных ШУ.

7. Предложен критерий оптимизации шпиндельных кольцевых УГСП с прямоточными лабиринтными уплотнениями, который при ограничениях, накладываемых в виде неравенств на изменение независимых переменных, сводится к нахождению в рабочем диапазоне осевого зазора максимального значения интегрального отношения несущей способности подшипника (или жесткости смазочного слоя) к расходу газа.

8. Выполнены исследования со шпиндельными гладкощелевыми подшипниками и УГСП с прямоточными лабиринтными уплотнениями. Опытами установлено, что по сравнению с гладкощелевыми подшипниками наличие лабиринтных уплотнений на рабочих поверхностях УГСП приводит к увеличению жесткости смазочного слоя, несущей способности опоры и уменьшению расхода газа в области невысоких значений осевых зазоров Так, при давлении наддува газа р5 =0,4 МПа и относительном зазоре А =3-10"4, коэффициенты жесткости и несущей способности УГСП с лабиринтными уплотнениями выше, чем у гладкощелевого подшипника, в среднем на 35% и 40% соответственно. С возрастанием абсолютного давления наддува до 0,6 МПа эта разность достигает 40% и 50%.

9. Проведены физические эксперименты по определению раздельного влияния независимых переменных оптимизационной задачи на эксплуатационные характеристики гладкощелевых УГСП и с лабиринтными уплотнениями. В исследуемом диапазоне изменения независимых переменных наиболее сильное влияние на характеристики УГСП оказывают давление наддува газа и диаметр питателей. Менее чувствительны характеристики УГСП с лабиринтным уплотнением рабочей поверхн^ти к изменению относительного шага лабиринтов и

! " ;

площадей, занятых периферийным и втулочным уплотнением.

10. Разработаны методики проектирования конструктивных элементов шпиндельных УГСГТ с прямоточными лабиринтными уплотнениями и расчета их эксплуатационных характеристик. Результаты натурных экспериментов с подшипниками, имеющими габаритные размеры, отличные от исследуемых, позволили сделать вывод о корректной разработке методик.

11. Исходя из опыта проектирования и эксплуатации в промышленности высокоскоростных ШУ, выработаны рекомендации по проектированию конструктивных элементов двухрядных газостатических опор с пористыми вставками и УГСП с прямоточным лабиринтным уплотнением рабочей поверхности

12. На основе выполненных исследований спроектированы и изготовлены промышленные образцы высокоскоростных внутришлифовальных пневмош-пинделей, копировально-фрезерных станков и высокоскоростных пневмошли-фовальных машин, серийный выпуск которых освоен ООО «Контакт» (г. Ком-сомольск-на- Амуре).

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Космынин A.B., Виноградов B.C. Газовые подшипники высокоскоростных турбоприводов металлообрабатывающего оборудования. - Владивосток: Дальнаука, 2002. - 326 с.

2 Виноградов В С., Космынин A.B. Малоразмерные турбины с опорами на газовой смазке. -Владивосток: Изд-во Дальневост. ун-та, 1998 -145 с.

3. Космынин А В. Метод расчета стационарных характеристик радиальных газостатических подшипников с частично пористой стенкой вкладыша // Вестник машиностроения. -2002.- № 12. -С. 3-7.

4 Космынин A.B., Виноградов B.C., Лямкина Е.М. Аналитический метод расчета основных характеристик радиальных газовых подшипников с пористыми вставками //Вестник машиностроения.-2001.-№ 5. -С. 15-18

5 Виноградов B.C., Космынин A.B. Серийный выпуск высокоскоростного пневмошлифовального инструмента на базе малого предприятия // Вестник машиностроения .-1996 .-№ 12 .-С. 19-21.

6. Космынин A.B., Виноградов B.C. Копировальный станок для изготовления лопаточных аппаратов малоразмерных турбин // Вестник машиностроения. -1995,- № 9.- С. 39-40.

7. Виноградов B.C., Космынин A.B., Ермишкин С.С. Высокоскоростные пневмошлифовальные машины с опорами на газовой смазке // Машиностроитель. -1999. -№ 10. -С. 44-48.

8. Космынин A.B., Виноградов B.C. Быстроходные шлифовальные машины с турбоприводом и шпиндельными узлами на газовой смазке // Оборудование и инструмент для профессионалов 2003.- № 12.- С. 48-51.

9 Космынин A.B. Снижение износа газовых опор пневмошлифовальных машин // Информационные технологии в промышленности / Сб. науч. тр. МВТУ «Станкин» Вып. 1,- М.: Янус-K, 2002.-С. 175-177.

10. Космынин A.B., Виноградов B.C., Красильникова O.A. Оптимальные конструкции упорных газостатических подшипников с прямоточными лабиринтными уплотнениями // Информационные технологии в промышленности / Сб. науч. тр. МВТУ «Станкин». Вып. 1.- М.: Янус-K, 2002.-С. 166-174.

11. Космынин A.B., Гуревич Ю.Е. Применение пористых материалов в газовых подшипниках с внешним наддувом газа // Информационные технологии в промышленности / Сб. науч. тр. МВТУ «Станкин». Вып. 1.- М.: Янус-К, 2002.-С. 183-192.

12. Космынин A.B. Метод расчета основных характеристик радиальных газостатических подшипников с частично пористой стенкой вкладыша // Управление. Конкурентноспособность. Автоматизация./Под общ. ред. И.В. Богуславского. Сб. науч. тр. Вып. 1,- Ростов н/Д: ГОУДПО «ИУ и ИАП», 2002.-С. 101-110.

13. Космынин A.B. Анализ материалов для пористого ограничения расхода смазки газостатических подшипников // Управление. Конкурентноспособность. Автоматизация./ Под общ. ред. И.В. Богуславского. Сб. науч. тр. Вып. 1 .Ростов н/Д: ГОУДПО «ИУ и ИАП», 2002.-С. 111-115.

14. Космынин A.B. Метод расчета эксплуатационных характеристик газостатических опор шпиндельных узлов // Вестник КнАГТУ: Сб. науч. трудов. -Комсомольск-на-Амуре: КнАГТУ, 2004. - Вып. 4. - Ч. 1. - С. 132-136.

15. Космынин A.B., Виноградов B.C., Смирнов A.B. Экспериментальные исследования газостатических опор шпиндельных узлов // Вестник КнАГТУ: Сб. науч. трудов. - Комсомольск-на-Амуре: КнАГТУ, 2004. - Вып. 4. - Ч. 1. -С. 127-131.

16. Космынин A.B. Высокоскоростной пневматический шпиндельный узел внутришлифовального станка // Нелинейная динамика и прикладная синергетика. Ч. 1: Мат. межд. науч. конф. (Комсомольск-на-Амуре 23-27 сент. 2002 г) - Комсомольск-на-Амуре: ГОУВПО «КнАГТУ», 2003.- С. 77-80.

17. Космынин A.B. Разработка экономичных и производительных пнев-мошлифовальных машин в условиях новых промышленных технологий // Мат. междунар. науч.-техн. конф. «Современные материалы и технологии - 2002» (г. Пенза, 29-31 мая 2002 г ) -Пенза' Изд-во Приволжского дома знаний, 2002. - С 371-374.

18. Космынин A.B. Повышение надежности газовых опор пневмошлифо-вальных машин // Вестник КнАГТУ: Вып 3. Сб. 1. Прогрессивные технологии в специальном машиностроении и строительстве: Сб. науч. тр./ Комсомольск-на-Амуре: КнАГТУ, 2002,- С. 82-85.

19. Космынин A.B. Быстроходный шпиндельный узел с подшипниками на газовой смазке // Мат. П Всеросс. науч.-практ. конф. «Инновации в машиностроении» (г. Пенза, окт. 2002 г.) -Пенза: Изд-во Приволжского дома знаний, 2002. - С. 82-85.

20. Космынин A.B. Высокоскоростные пневмошлифовальные машины с турбоприводом и подшипниками на газовой смазке // Мат. межрегиональной

науч.-прак. конф. «Роль науки, новой техники и технологий в экономическом развитии регионов» (Хабаровск, дек., 2001) -Хабаровск: Изд-во Хабаровского гос. техн. ун-та, 2001. -С. 71-75.

21. Космынин A.B., Виноградов B.C. Внедрение в промышленность высокооборотного пневмошлифовального инструмента// Вестник КнАГТУ: Сб.4 Прогрессивная технология обработки материалов: Сб. науч. трудов,- Комсомольск н/А. -1995. -С.41-47.

22. Пат. №2185532 РФ, МПК 7 F 16 С 17/02, 32/00, 33/18. Газостатический подшипник / A.B. Космынин, Е.М. Лямкина, B.C. Виноградов (РФ).- № 99120891/28; Заявлено 05.10.99. 0публ.20.07.02, Бюл. № 20.- 3 с.

23. Пат. №2186268 РФ, МПК 7 F 16 С 32/06, F 16 С 33/18. Пористый вкладыш газостатического подшипника и способ его изготовления / Е.М. Лямкина, A.B. Космынин, B.C. Виноградов (РФ).- № 99115311/28; Заявлено 19.07.99; 0публ.27.07.02, Бюл. № 21.- 3 с.

24. Пат. №2167347 РФ, МПК 7 F 16 С 33/00, 33/04. Газостатический подшипник / А.В Космынин, Е.М. Лямкина, B.C. Виноградов (РФ).- № 99115312/28; Заявлено 19.07.99; Опубл.20.05.01, Бюл. № 4.- 3 с.

25. Пат. №2171924 РФ, МПК 7 F 16 С 17/02, 32/00, 33/18. Газостатический подшипник / А.В Космынин, Е.М. Лямкина, B.C. Виноградов (РФ).- № 99127543/28; Заявлено 31.12.99; 0публ.10.08.01, Бюл. № 22.- 3 с.

26. Пат. №2196926 РФ, МПК 7 F 16 С 17/02, 33/18. Газостатический подшипник / A.B. Космынин, Е.М. Лямкина, B.C. Виноградов (РФ).- № 2000106454/28; Заявлено 15.03.00; Опубл. 21.01.03, Бюл. № 2,- 3 с.

27. Пат. №2194889 РФ, МПК 7 F 16 С 17/02, 33/18. Газостатический подшипник / A.B. Космынин, Е.М. Лямкина, B.C. Виноградов (РФ).- № 2000106505/28; Заявлено 15.03.00; Опубл. 20.12.02, Бюл. № 35,- 3 с.

28. Пат. N»2136997 РФ, МПК 6 F 16 К 5/02. Пусковой клапан / A.B. Космынин, B.C. Виноградов (РФ).- № 96112047/06; Заявлено 14.06.96; Опубл.Ю.()9.99, Бюл. № 25,- 3 с.

29 Пат. №2128775 РФ, МПК 6 F 01 D 9/04. Ступень турбомашины / A.B. Космынин, B.C. Виноградов (РФ).- № 96111663/06; Заявлено 14.06.96, Опубл.10.04.99, Бюл. № 10.- 2 с.

30. Пат. №2113969 РФ, МПК 6 В 24 В 47/14, 6 F 01 D 15/06. Пневматический шлифовальный инструмент / A.B. Космынин, B.C. Виноградов, Ю.В. Мошков (РФ).- № 96105569/02; Заявлено 22.03.96; Опубл.27.06.98, Бюл. № 18.7 с.

31. Пат. №2120037 РФ, МПК 6 F 01 D 9/02. Лопатка соплового аппарата / AB. Космынин, B.C. Виноградов (РФ).- № 96112048/06, Заявлено 14.06.96; Опубл. 10.10.98, Бюл. № 28.- 2 с.

32. Пат. №2098639 РФ, МПК 6 F 0] D 15/06 Пневмошлифовальная машинка / A.B. Космынин, B.C. Виноградов, Ю.В. Мошков (РФ).-№96105569/02; Заявлено 22.03.96, 0публ.27.06.98, Бюл. № 18.- 7 с

33. Пат. №2053370 РФ, МПК 6 F 01 D 5/14. Рабочая лопатка турбины /

А.В Космынин (РФ).- № 5058310/06; Заявлено 10.08.92; 0публ.27.01.96, Бюл. №3,- 3 с.

34. Пат. №2054560 РФ, МПК 6 F 01 D 9/02, 1/02. Микротурбина / A.B. Космынин, Ю.В. Мошков (РФ).- № 92012711/06; Заявлено 18.12.92; Опубл.20.02.96, Бюл. № 5.- 2 с.

35. Свид-во на полез, модель № 4781. Пневматический шлифовальный инструмент / A.B. Космынин, B.C. Виноградов (РФ).- № 96103814/20; Заявлено 27.02.96; Опубл. 16.08.97, Бюл. № 8,-1 с.

36. Свид-во об офиц. регистр, программы для ЭВМ №2001611533. Рог-ousBearing / A.B. Космынин (РФ). -№2001610952; Заявлено 22.07.01; Опубл.. 13.11.01, ОБ РОСПАТЕНТа «Программы для ЭВМ, базы данных, топологии инте1ральных микросхем» №1, 2002 г.

37. Свид-во об офиц. регистр, программы для ЭВМ №2001611534. Ra-dialGasBearing/ A.B. Космынин (РФ). -№2001610953; Заявлено 22.07.01; Опубл. 13.11.01, ОБ РОСПАТЕНТа «Программы для ЭВМ, базы данных, топологии интегральных микросхем» №1,2002 г.

38. Свид-во об офиц. регистр, программы для ЭВМ №2004610846. Шпин-дель-1 / A.B. Космынин (РФ). -№2004610306; Заявлено 13.02.04; Опубл. 07.04.04, ОБ РОСПАТЕНТа «Программы для ЭВМ, базы данных, топологии интегральных микросхем» №3,2004 г.

39. Свид-во об офиц. регистр, программы для ЭВМ №2004610847. Шпин-дель-2 / A.B. Космынин (РФ). -№2004610307; Заявлено 13.02.04; Опубл. 07.04.04, ОБ РОСПАТЕНТа «Программы для ЭВМ, базы данных, топологии интегральных микросхем» №3, 2004 г.

40. Свид-во об офиц. регистр, программы для ЭВМ №2004610848. Шпин-дель-3 / A.B. Космынин (РФ). -№2004610308; Заявлено 13.02.04; Опубл. 07.04.04, ОБ РОСПАТЕНТа «Программы для ЭВМ, базы данных, топологии интегральных микросхем» №3, 2004 г.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

K-\2kpRlcJ ln(l + S/R) - параметр питания; с - средний радиальный зазор между шпинделем и вкладышем; е - эксцентриситет; е - eje - относительный эксцентриситет; h=h/c = \-ecosp-(j/L)zcos(<p-y/) - относительный

2 1

зазор между шпинделем и вкладышем; В = 6fiR а>/ psc - число сжимаемости; p-p!ps - относительное давление газа; ps - абсолютное давление наддува газа; / - оператор (/=1 в области пористой вставки и /=0 в области непроницаемого вкладыша); L-LID - относительная длина подшипника; ф - угловая координата; z-z!R - относительная осевая координата; R-D/2 - радиус вкладыша; ö - длина или толщина пористой вставки; ы - угловая скорость вращения шпинделя.

Космынин Александр Витальевич

Совершенствование характеристик газовых опор высокоскоростных шпиндельных узлов металлообрабатывающего оборудования

Автореферат

ЛР№ 020825 от 21.09.93. Подписано в печать 23.09.04. Формат 60x84/16. Бумага писчая. Печать офсетная. Усл. печ. л. 2,28. Уч.-изд. л. 1,85. Тираж 100 экз. Заказ 18259.

Отпечатано в полиграфической лаборатории ГОУВПО «Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет» 681013, г. Комсомольск-на-Амуре, пр. Ленина, 27

Р18740

РНБ Русский фонд

2005-4 14018

Условные обозначения.

Введение.

ГЛАВА 1. Современное состояние вопроса и постановка задачи исследования шпиндельных газостатических подшипников.

1.1. Опоры шпиндельных узлов металлообрабатывающих станков.

1.2. Обзор основных конструкций шпиндельных узлов на газостатических опорах.

1.3. Конструкции основных типов подшипников на газовой смазке.

1.4. Обзор методов решения задач газового подшипника.

1.5. Обзор работ по исследованию пористых радиальных подшипников с внешним наддувом газа.

1.6. Обзор работ по исследованию упорных газостатических подшипников.

1.7. Постановка задачи исследований.

ГЛАВА 2. Метод расчета эксплуатационных характеристик шпиндельных частично пористых радиальных подшипников с внешним наддувом газа.

2.1. Дифференциальное уравнение для определения поля давления газа в смазочном слое подшипника с пористыми вставками.

2.2. Численный метод расчета эксплуатационных характеристик шпиндельного частично пористого радиального подшипника с внешним наддувом газа.

2.2.1. Определение поля давления газа в зазоре подшипника.

2.2.2. Расчет эксплуатационных характеристик подшипника.

2.2.3. Метод и алгоритм решения задачи.

2.3. Применение метода к расчету эксплуатационных характеристик газостатических подшипников с пористыми ограничителями расхода

2.4. Методика расчета жесткости на шлифовальном круге ШУ.

2.5. Сравнение результатов расчета характеристик подшипников с данными других исследований.

2.6. Выводы.

ГЛАВА 3. Экспериментальные установки и методики проведения исследований шпиндельных газостатических подшипников

3.1. Критерий оптимизации конструкции шпиндельных УГСП с прямоточным лабиринтным уплотнением рабочей поверхности.

3.2. Конструкции экспериментальных стендов.

3.2.1. Конструкция стенда для исследования линейных характеристик шпиндельных газостатических подшипников с пористыми вставками и их температурного состояния.

3.2.2. Конструкция стенда для исследования характеристик на консоли вала.

3.2.3. Стенды для исследования точности вращения вала.

3.2.4. Конструкция стенда для исследования характеристик шпиндельных УГСП с прямоточным лабиринтным уплотнением рабочей поверхности.

3.3. Методики обработки экспериментальных данных.

3.3.1. Методика определения опытных характеристик частично пористого радиального подшипника.

3.3.2. Методика определения опытных характеристик, измеренных на консоли вала.

3.3.3. Методика проведения исследований и обработки опытных данных УГСП с прямоточным лабиринтным уплотнением рабочей поверхности.

3.4. Методика оценки погрешностей опытных значений эксплуатационных характеристик газовых опор ШУ.

3.5. Выводы.

ГЛАВА 4. Исследование эксплуатационных характеристик шпиндельных радиальных газостатических подшипников с пористыми вставками.

4.1. Экспериментальное исследование элементов ШУ.

4.1.1. Результаты исследования линейных характеристик подшипника с пористыми вставками.

4.1.2. Результаты исследования характеристик на консоли вала.

4.1.3. Результаты исследования температурного состояния вкладыша опоры с пористыми вставками.

4.1.4. Результаты исследования точности вращения вала.

4.2. Статические характеристики шпиндельных подшипников с пористыми ограничителями расхода.

4.2.1. Влияние относительного эксцентриситета на характеристики подшипников.

4.2.2. Влияние относительной длины подшипников на характеристики газовых опор.

4.2.3. Влияние расположения пористых вставок на характеристики подшипников.

4.2.4. Влияние относительной ширины линии наддува на характеристики подшипников.

4.2.5. Влияние относительного давления наддува на характеристики подшипников.

4.3. Гибридные характеристики шпиндельных подшипников с пористыми ограничителями расхода.

4.3.1. Влияние относительного эксцентриситета на характеристики подшипников.

4.3.2. Влияние конструктивного параметра на характеристики подшипников.

4.3.3. Влияние относительной длины подшипников на характеристики газовых опор.

4.3.4. Влияние расположения пористых вставок на характеристики подшипников.

4.3.5. Влияние относительной ширины линии наддува на характеристики подшипников.

4.3.6. Влияние относительного давления наддува на характеристики подшипников.

4.4. Сравнение эксплуатационных характеристик шпиндельных опор с пористыми вставками и питающими отверстиями

4.5. Методика проектировочного расчета и рекомендации по проектированию шпиндельных опор с пористыми вставками

4.6. Выводы.

ГЛАВА 5. Эксплуатационные характеристики шпиндельных

УГСП с прямоточным лабиринтным уплотнением рабочей поверхности.

5.1. Оптимальные конструкции шпиндельных УГСП с прямоточным лабиринтным уплотнением.

5.2. Влияние конструктивных и режимных параметров на эксплуатационные характеристики УГСП с прямоточными лабиринтами

5.2.1. Влияние на характеристики подшипников относительного давления наддува газа.

5.2.2. Влияние на характеристики подшипников количества периферийных лабиринтов.

5.2.3. Влияние на характеристики подшипников количества втулочных лабиринтов.

5.2.4. Влияние на характеристики подшипников относительного диаметра питателей.

5.2.5. Влияние на характеристики подшипников диаметров первого и второго ряда наддува.

5.2.6. Влияние на характеристики подшипников относительного шага лабиринтов.

5.2.7. Влияние на характеристики подшипников частоты вращения вала.

5.3. Методики расчета УГСП с прямоточным лабиринтным уплотнением

5.3.1. Методика проектировочного расчета УГСП.

5.3.2. Методика расчета эксплуатационных характеристик УГСП.

5.3.3. Апробация методик при расчете упорных подшипников промышленных конструкций металлообрабатывающего оборудования.

5.4. Рекомендации по проектированию шпиндельных упорных подшипников с прямоточным лабиринтным уплотнением.

5.5. Выводы.

ГЛАВА 6. Практическое внедрение газовых опор в конструкции ШУ металлообрабатывающего оборудования.

6.1. Высокоскоростные внутришлифовальные шпиндели.

6.2. Копировально-фрезерные станки для изготовления лопаточных аппаратов турбинных приводов ШУ.

6.3. Ручной высокоскоростной пневмошлифовальный инструмент.

6.4. Выводы.

Достижение высокой точности и параметрической надежности металлообрабатывающего оборудования является важной проблемой высокоразвитого машиностроения.

Уже на стадии проектировочных расчетов требуется создание таких узлов и элементов станков, которые бы в течение всего эксплуатационного периода обеспечивали заданную точность обработки. Исследования по оценке влияния различных факторов на точность обработки говорят, что ее до 80% определяет шпиндельный узел (ШУ). Поскольку движение формообразования осуществляется шпинделем и шпиндельными подшипниками, то именно они вносят решающий вклад в выходные характеристики.

Работа ШУ на опорах качения сопровождается нестабильной траекторией движения шпинделя, тепловыми смещениями подшипниковых узлов, периодическим изменением жесткости подшипников, что связано с изменением угла поворота сепаратора с комплектом тел качения и т.д. Применение в конструкциях высокоскоростных ШУ гидростатических подшипников приводит к ограничению частоты вращения шпинделя (из-за потерь на трение) и усложнению конструкции опорного узла. Шпиндели на электромагнитных опорах пока не нашли широкого применения в ШУ вследствие сложности и высокой стоимости шпинделей и электронных систем управления. Таких недостатков лишены ШУ с подшипниками на газовой смазке.

В настоящее время определилось несколько областей техники, в которых применение газовой смазки считается целесообразным, а в некоторых случаях единственно возможным решением, обеспечивающим нормальную работу узлов трения машин. Наибольший эффект применения опор на газовой смазке в станкостроении достигнут при создании высокоскоростных ШУ фрезерно-сверлильных станков для обработки плат печатного монтажа, внутришлифо-вальных и расточных станков для обработки отверстий малых диаметров.

Многолетний опыт ЭНИМС по эксплуатации высокоскоростных ШУ на газовых опорах в условиях мелкосерийного и серийного производства позволил выявить их основные преимущества по сравнению с ШУ на опорах качения: большая долговечность, определяемая временем работы шпинделя при неизменном качестве шлифования; большая масса и жесткость шпинделя, уменьшающие чувствительность к дисбалансу оправки и круга, способствуют улучшению качества шлифуемой поверхности; отсутствие времени для прогрева шпинделя; значительно меньший (в 4.5 раз) уровень вибрации; меньший износ шлифовального круга.

Газовые опоры ШУ имеют и определенные недостатки, которые заключаются в относительно небольшой жесткости, несущей и демпфирующей способности смазочного слоя. Поэтому такие опоры применяют в малонагружен-ных ШУ, когда динамические нагрузки малы, а статические регламентированы.

Анализ промышленных конструкций высокоскоростных ШУ с опорами на газовой смазке показывает, что в их состав входят радиальные и упорные газостатические подшипники (УГСП). Наиболее важными эксплуатационными характеристиками таких опор являются жесткость смазочного слоя, восстанавливающий момент от перекоса оси шпинделя и несущая способность, влияние которых на результаты шлифования хорошо известны в практике. Поэтому проблема создания газовых опор, позволяющих обеспечить высокие выходные характеристики ШУ и тем самым повысить точность обработки изделий, имеет первостепенное значение. Решению этой актуальной для машиностроения проблемы и посвящена настоящая работа.

Таким образом, целью работы является повышение эффективности работы высокоскоростных ШУ металлообрабатывающих станков путем совершенствования эксплуатационных характеристик газостатических опор.

Научная новизна работы состоит в том что:

- установлены зависимости статических и гибридных характеристик радиальных газостатических подшипников с пористыми вставками от безразмерных комплексов и параметров, которыми удобно пользоваться при проектировании ШУ;

- установлены выходные характеристики ШУ на газостатических опорах с пористыми вставками в зависимости от смещения оси шлифовального круга;

- приведены результаты экспериментальных исследований точности вращения вала на газостатических опорах с пористыми вставками и питающими отверстиями, а также результаты исследований температурного состояния подшипника с частично пористой стенкой вкладыша;

- предложены математическая модель течения газа в зазоре частично пористых подшипников и численный метод расчета эксплуатационных характеристик шпиндельных опор с пористыми цилиндрическими и кольцевыми вставками;

- предложен критерий оптимизации шпиндельных кольцевых УГСП с прямоточным лабиринтным уплотнением рабочей поверхности;

- установлены зависимости эксплуатационных характеристик и конструктивных элементов шпиндельных кольцевых УГСП с прямоточными лабиринтными уплотнениями от безразмерных величин, позволяющие определять оптимальные параметры подшипников на стадии проектирования ШУ;

- выявлено раздельное влияние конструктивных элементов шпиндельных кольцевых УГСП с прямоточными лабиринтными уплотнениями на эксплуатационные характеристики подшипника.

Метод исследования сочетает физический эксперимент и теоретический анализ. Решение задачи о расчете эксплуатационных характеристик радиальных газостатических подшипников с частично пористой стенкой вкладыша базируется на системе фундаментальных в теории газовой смазки уравнений, и ведется в рамках численного метода решения уравнения Рейнольдса. При экспериментальном исследовании таких опор используются хорошо апробированные на практике методики измерения и обработки опытных данных. В основе экспериментального решения задачи нахождения оптимальных конструкций кольцевых УГСП с прямоточным лабиринтным уплотнением рабочей поверхности лежит метод симплекс-планирования.

Достоверность и обоснованность полученных результатов работы обеспечивается использованием хорошо известного в теории планирования экспериментов метода симплекс-планирования, известной в теории газовой смазки системы исходных уравнений и подтверждается сопоставлением результатов теоретического и экспериментального исследований характеристик газовых подшипников и выходных характеристик ШУ.

Практическая ценность работы заключается в разработанных комплексах программ по расчету эксплуатационных характеристик частично пористых радиальных газостатических подшипников и УГСП с прямоточным уплотнением рабочей поверхности, позволяющих эффективно решать задачу проектирования газостатических опор высокоскоростных ШУ.

Разработан пакет программ по расчету нагрузочных и жесткостных характеристик на шлифовальном круге ШУ.

Выполненные исследования позволили сформулировать ряд практических рекомендаций по надежному использованию в ШУ исследуемых типов газовых подшипников.

Предложены защищенные патентами РФ конструкции газостатических опор и турбоприводов высокоскоростных ШУ.

Результаты работы легли в основу создания опытно-промышленных образцов внутришлифовальных шпинделей, внедренных в производство на Комсомольском-на-Амуре филиале ОАО «ОКБ Сухого» и ЗАО «Дальневосточный инструментальный завод» (г. Амурск). На уровне изобретений и полезных моделей созданы промышленные образцы высокоскоростных копировально-фрезерных станков для изготовления лопаточных аппаратов турбоприводов ШУ и ручных пневмошлифовальных машин с подшипниками на газовой смазке, серийное производство которых с объемом 1200 маш/мес освоено в ООО «Контакт» (г. Комсомольск-на-Амуре). Шлифовальные машины нашли спрос на предприятиях России (Комсомольском-на-Амуре авиационном производственном объединении, ПФ «КамАЗинструмент», Амурском судостроительном заводе и др.), странах СНГ, Ю. Кореи, Китая и демонстрировались на ряде предприятий концерна «Боинг» (США).

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

Личный вклад автора состоит в постановке задачи исследований.

Лично автором, а также под его научным руководством разработаны математическая модель течения смазки в зазоре частично пористых газостатических подшипников, методы расчета эксплуатационных характеристик шпиндельных УГСП с прямоточным уплотнением рабочей поверхности и газостатических опор с пористыми вставками, для которых составлены алгоритмы расчета и реализованы на ПЭВМ комплексы программ. Развита методика определения консольных характеристик ШУ, на основе которой разработаны алгоритм расчета и реализован на ПЭВМ пакет программ.

Сформулирована функция цели при решении задачи оптимизации конструкций шпиндельных УГСП с прямоточными лабиринтными уплотнениями. Спроектированы и созданы экспериментальные установки. Выполнен весь комплекс экспериментов с последующим анализом экспериментальных и теоретических данных. Разработаны методики и рекомендации по проектированию исследуемого типа шпиндельных опор.

При личном и непосредственном участии автора разработаны конструкции высокоскоростных внутришлифовальных шпинделей и металлообрабатывающего оборудования, отработаны проектно-технологические вопросы серийного производства ручных пневмошлифовальных машин.

На защиту выносятся:

- математическая модель, методы и алгоритмы расчета эксплуатационных характеристик частично пористых радиальных газостатических подшипников высокоскоростных ШУ;

- результаты физического и численного эксперимента с частично пористыми радиальными газостатическими подшипниками ШУ, а также зависимости их эксплуатационных характеристик от конструктивных и режимных параметров;

- результаты экспериментальных и теоретических исследований характеристик на консоли вала;

- результаты экспериментальных исследований точности вращения вала и температурного состояния вкладыша опоры с пористыми вставками;

- результаты оптимизации конструкции шпиндельных УГСП с прямоточными лабиринтными уплотнениями рабочей поверхности и зависимости их эксплуатационных характеристик от конструктивных и режимных параметров;

- методики и рекомендации по проектированию исследуемого типа газостатических опор ШУ;

- результаты практического использования разработанных математических моделей, методов расчета и рекомендаций, представленных в виде эксплуатационных характеристик высокоскоростных ШУ металлообрабатывающего оборудования.

Апробация работы. Научные положения и результаты исследований докладывались и обсуждались на международных, всесоюзных, всероссийских и межрегиональных научно-технических симпозиумах, конференциях и семинарах: «Современные проблемы газодинамики и тепломассообмена и пути повышения эффективности энергетических установок» (г. Канев, 1989 г.), «Механика строительных конструкций из новых материалов и проблемы практического внедрения в производство» (г. Комсомольск-на-Амуре, 1993 г.), «Наукоемкие технологии и проблемы их внедрения на машиностроительных и металлургических предприятиях Дальнего Востока» (г. Комсомольск-на-Амуре, 1994 г.), «Роль науки, новой техники и технологий в экономическом развитии регионов» (г. Хабаровск, 2001 г.), «Инновации в машиностроении» (Пенза, 2002 г.), «Техника и технологии в рыбной отрасли XXI века» (г. Владивосток, 2002 г.), «Современные материалы и технологии 2002» (г. Пенза, 2002 г.), «Нелинейная динамика и прикладная синергетика» (г. Комсомольск-на-Амуре, 2002 г.), «Проблемы машиностроения и технологии материалов на рубеже веков» (г.

Пенза, 2003 г.), «Пути и технологии экономии и повышение эффективности использования энергетических ресурсов региона» (г. Комсомольск-на-Амуре, 2003 г.). Основные результаты работы докладывалась также на профилирующих кафедрах КнАГТУ (1995-2004 гг.), ДВГТУ (2002 г.) и ХГТУ (2002г.).

Публикации. Содержание диссертации опубликовано в 75 работах, включая две монографии и тринадцать патентов на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из оглавления, введения, шести глав, заключения, библиографического списка и приложений. Диссертация изложена на 350 страницах и включает 201 рисунок и 12 таблиц. Библиографический список охватывает 251 литературный источник.

В первой главе рассмотрены преимущества и недостатки ШУ на газовых опорах по сравнению со шпиндельными опорами других видов. Выполнен обзор основных конструкций высокоскоростных ШУ на газовых опорах, приводов ШУ и газовых подшипников. Проанализированы теоретические и экспериментальные работы, посвященные исследованию пористых радиальных подшипников с внешним наддувом газа и упорных газостатических подшипников. Поставлены задачи исследований.

Во второй главе рассматриваются математическая модель течения газа в зазоре частично пористой опоры, метод и алгоритм расчета эксплуатационных характеристик шпиндельных подшипников с пористыми вставками, методика расчета жесткости, измеренной на шлифовальном круге ШУ. Выполнено сравнение результатов расчета характеристик подшипников, полученных на основе разработанного метода, с данными других авторов.

В третьей главе описаны конструкции стендов и методики проведения экспериментов. Дано обоснование критерия оптимизации конструкций шпиндельных УГСП с прямоточными лабиринтными уплотнениями.

В четвертой главе обсуждаются результаты исследования эксплуатационных характеристик подшипников с пористыми вставками, характеристик ШУ, измеренных на консоли вала, а также результаты исследования температурного состояния вкладыша частично пористых опор и точности вращения вала. Выполнено сравнение линейных и угловых характеристик частично пористых подшипников и двухрядных газостатических подшипников с питающими отверстиями, используемых в отраслевых конструкциях ШУ. Представлена методика проектирования шпиндельных частично пористых подшипников и сформулированы рекомендации по их практическому использованию в ШУ.

В пятой главе представлены оптимальные конструкции и характеристики шпиндельных гладкощелевых УГСП и подшипников с прямоточными лабиринтами, полученные в результате проведения экстремального эксперимента. Анализируется раздельное влияние независимых переменных на основные характеристики исследуемых УГСП. Представлены методики проектирования и расчета эксплуатационных характеристик шпиндельных УГСП с прямоточным уплотнением рабочей поверхности. Даны рекомендации по проектированию УГСП с лабиринтными уплотнениями высокоскоростных ШУ.

В шестой главе приведены конструкции и технические характеристики высокоскоростного металлообрабатывающего оборудования с подшипниками на газовой смазке, разработанные при личном и непосредственном участии автора.

Автор выражает благодарность д.т.н., проф. Кабалдину Ю.Г. за оказание всесторонней поддержки проводимых исследований и критические замечания к отдельным положениям диссертационной работы, позволившие улучшить изложение материала. Автор выражает также искреннюю признательность к.т.н., проф.- Виноградову B.C., с кем он на протяжении последних лет создал ряд новых опытно-промышленных образцов высокоскоростного металлообрабатывающего оборудования.

Результаты работы используются и внедрены в производство на филиале ОАО «ОКБ Сухого» г. Комсомольск-на-Амуре, ЗАО «Дальневосточный инструментальный завод» и ООО «Контакт». Они также используются в учебном процессе на кафедре «Технология машиностроения» Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненный комплекс расчетно-теоретических и экспериментальных исследований шпиндельных газостатических подшипников с пористыми вставками и УГСП с прямоточными лабиринтными уплотнениями позволил выявить основные закономерности изменения эксплуатационных характеристик шпиндельных подшипников при варьировании конструктивных элементов опор и режимных параметров. Получен обширный расчетный и экспериментальный материал, показывающий на более высокие параметры работы предложенных конструкций газостатических подшипников по сравнению с традиционными опорами высокоскоростных ШУ. Показано, что при установке высокоскоростных шпинделей на опоры с частично пористой стенкой вкладыша можно существенно улучшить их точность вращения и характеристики, измеренные на шлифовальном круге. Таким образом, достигнуты результаты, способствующие продвижению решения проблемы повышения точности выходных параметров ШУ.

Нижеследующие заключение подводит итоги выполненного комплекса исследований, направленных на повышение эффективности работы высокоскоростных ШУ металлообрабатывающих станков.

На основе уравнения Рейнольдса и закона Дарси разработан численный метод расчета эксплуатационных характеристик шпиндельных радиальных газостатических подшипников с частично пористой стенкой вкладыша. Сравнение характеристик самогенерирующего подшипника и подшипника с полностью пористым вкладышем, опубликованных в открытой печати, показало практически полное соответствие с результатами расчета автора.

Для проверки соответствия теоретических характеристик подшипников реальным данным спроектированы и изготовлены экспериментальные стенды, которые позволяют проводить исследование линейных характеристик радиальных опор и определить нагрузку и жесткость на консоли вала, установленного на газостатических опорах с пористыми вставками.

Проведено экспериментальное исследование линейных характеристик двухрядного подшипника с пористыми цилиндрическими вставками, температурного состояния вкладыша частично пористой опоры, выходных характеристик вала и точности его вращения. Анализ экспериментальных и теоретических данных позволил заключить, что численный метод позволяет с достаточной для практики точностью рассчитывать эксплуатационные характеристики шпиндельных опор с частично пористой стенкой вкладыша и ШУ, установленного на таких опорах.

Путем численных расчетов выполнен комплекс исследований по влиянию конструктивных и режимных параметров на эксплуатационные характеристики шпиндельных подшипников с пористыми ограничителями расхода. Широкому теоретическому исследованию подвергнуты линейные и угловые характеристики двухрядных подшипников с цилиндрическими и кольцевыми вставками.

Проведен сравнительный анализ точности вращения вала и эксплуатационных характеристик опор с пористыми вставками и питающими отверстиями, традиционно используемых в конструкциях высокоскоростных ШУ. На примере электрошпинделя мод. А24/25, работающего на газостатических опорах с питающими отверстиями и пористыми вставками, произведена оценка характеристик ШУ на шлифовальном круге. Результаты показали, что частично пористые подшипники имеют более высокую радиальную и угловую жесткость смазочного слоя, несущую способность и позволяют существенно увеличить жесткость шпинделя на шлифовальном круге.

На основе выполненного комплекса численных исследований характеристик шпиндельных радиальных частично пористых подшипников разработана методика расчета их конструктивных элементов, которой удобно пользоваться при проектировании высокоскоростных ШУ.

Исходя из практического опыта создания высокоскоростных ШУ, выработан ряд рекомендаций по проектированию частично пористых подшипников.

В диссертационной работе представлен широкий экспериментальный материал по оптимизации конструкции шпиндельных упорных кольцевых газостатических подшипников с прямоточным уплотнением рабочей поверхности и раздельному влиянию на эксплуатационные характеристики УГСП конструктивных и режимных параметров.

Решение оптимизационной задачи выполнено методом симплекс-планирования. Исходя из соображения использования в конструкциях ШУ газовых подпятников с повышенной несущей способностью и жесткостью смазочного слоя при умеренном расходе газа, подаваемого на смазку, в качестве функции цели оптимизационной задачи выступало условие нахождения МаКСИmax мума выражения — dh при ограничениях, накладываемых на независимые G min переменные.

Для проведения комплекса физических исследований спроектирован и изготовлен экспериментальный стенд с развитой системой замеров.

Результаты экстремального эксперимента позволили сделать вывод, что наличие прямоточных лабиринтных уплотнений на рабочих поверхностях шпиндельных УГСП является эффективным средством улучшения эксплуатационных характеристик подшипников не только при высоком давлении наддува газа, но и при сравнительно низком, которое соответствует рабочему давлению заводской пневмосети.

Данные экспериментов послужили основой создания эмпирических методик проектирования конструктивных элементов шпиндельных УГСП и расчета их эксплуатационных характеристик.

Результаты исследований легли в основу создания опытно-промышленных образцов высокоскоростного металлообрабатывающего оборудования.

В целом, основные результаты диссертационной работы состоят в следующем:

1. На уровне изобретений предложены конструкции шпиндельных газостатических опор с пористыми вставками, обеспечивающие более высокие эксплуатационные характеристики по сравнению с газовыми опорами с питающими отверстиями, традиционно применяемыми в отраслевых конструкциях высокоскоростных ШУ. Сопоставление характеристик этих типов шпиндельных опор показало, что внедрение в конструкции ШУ частично пористых подшипников позволяет повысить радиальную жесткость на 10.30%, угловую жесткость на 30.35%, несущую способность на 10.20% и точность вращения шпинделя на 16.22%. На примере промышленной конструкции электрошпинделя мод. А24/25 на газостатических опорах с питающими отверстиями, расчетным путем установлено, что применение частично пористых подшипников ведет к увеличению жесткости на шлифовальном круге приблизительно на 23%.

2. Результаты экспериментального исследования температурного состояния газостатической частично пористой опоры позволили сделать вывод о незначительном для теплового смещения подшипниковых узлов нагреве вкладыша, который в выполненном комплексе экспериментов не превышал 1,9 °С.

3. Предложены математическая модель течения газа в зазоре частично пористых подшипников и численный метод расчета эксплуатационных характеристик шпиндельных опор с пористыми цилиндрическими и кольцевыми вставками, на базе которых разработаны алгоритмы расчета, реализован на ПЭВМ комплекс программ и развита методика расчета характеристик ШУ (жесткости и нагрузки), измеренных на шлифовальном круге.

4. Анализ экспериментальных и теоретических характеристик газостатической опоры с пористыми цилиндрическими вставками, а также характеристик ШУ, измеренных на консоли вала, показал, что разработанный метод позволяет с достаточной для практики точностью определять эксплуатационные характеристики газостатических опор ШУ с пористыми ограничителями расхода. Расхождение расчетных и опытных значений коэффициента несущей способности не превосходит 18%, коэффициента радиальной жесткости и нагрузки на консоли вала - 17%, жесткости на консоли вала - 15%.

5. Проанализировано влияние на статические и гибридные эксплуатационные характеристики шпиндельных опор с цилиндрическими и кольцевыми пористыми вставками различных конструктивных и режимных параметров. Численными исследованиями, в частности, установлено, что более высокие статические линейные и угловые характеристики имеют опоры с кольцевыми вставками. В гибридном режиме работы подшипников, с ростом относительного эксцентриситета и числа сжимаемости, более высокими эксплуатационными характеристиками обладают опоры с цилиндрическими вставками. Изменение конструктивного параметра исследуемых опор на ±20%, что соответствует уменьшению коэффициента проницаемости пористых вставок на 49% и возрастанию на 73%, несущественно влияет на оптимальные значения эксплуатационных характеристик.

Связанное с перекосом осей шпинделя и вкладыша подшипника увеличение зазора в одной части опоры и одновременное его уменьшение в другой не ведет к значительному изменению статических и гибридных значений коэффициентов несущей способности и радиальной жесткости, относительного расхода газа и угла ориентации нагрузки.

Проектирование частично пористых подшипников тихоходных ШУ без большой погрешности в оценке эксплуатационных характеристик может проводиться по данным статических расчетов при числе сжимаемости не превосходящем 0,2.

6. На основе проведенных теоретических исследований разработана методика проектировочного расчета частично пористых опор высокоскоростных ШУ.

7. Предложен критерий оптимизации шпиндельных кольцевых УГСП с прямоточными лабиринтными уплотнениями, который при ограничениях, накладываемых в виде неравенств на изменение независимых переменных, сводится к нахождению в рабочем диапазоне осевого зазора максимального значения интегрального отношения несущей способности подшипника (или жесткости смазочного слоя) к расходу газа.

8. Выполнены исследования со шпиндельными гладкощелевыми подшипниками и УГСП с прямоточными лабиринтными уплотнениями. Опытами установлено, что по сравнению с гладкощелевыми подшипниками наличие лабиринтных уплотнений на рабочих поверхностях УГСП приводит к увеличению жесткости смазочного слоя, несущей способности опоры и уменьшению расхода газа в области невысоких значений осевых зазоров. Так, при давлении наддува газа ps = 0,4 МПа и относительном зазоре h =3-10"4, коэффициенты жесткости и несущей способности УГСП с лабиринтными уплотнениями выше, чем у гладкощелевого подшипника, в среднем на 35% и 40% соответственно. С возрастанием абсолютного давления наддува до 0,6 МПа эта разность достигает 40% и 50%.

9. Проведены физические эксперименты по определению раздельного влияния независимых переменных оптимизационной задачи на эксплуатационные характеристики гладкощелевых УГСП и с лабиринтными уплотнениями. В исследуемом диапазоне изменения независимых переменных наиболее сильное влияние на характеристики УГСП оказывают давление наддува газа и диаметр питателей. Менее чувствительны характеристики УГСП с лабиринтным уплотнением рабочей поверхности к изменению относительного шага лабиринтов и площадей, занятых периферийным и втулочным уплотнением.

10. Разработаны методики проектирования конструктивных элементов шпиндельных УГСП с прямоточными лабиринтными уплотнениями и расчета их эксплуатационных характеристик. Результаты натурных экспериментов с подшипниками, имеющими габаритные размеры, отличные от исследуемых, позволили сделать вывод о корректной разработке методик.

11. Исходя из опыта проектирования и эксплуатации в промышленности высокоскоростных ШУ, выработаны рекомендации по проектированию конструктивных элементов двухрядных газостатических опор с пористыми вставками и УГСП с прямоточным лабиринтным уплотнением рабочей поверхности.

12. На основе выполненных исследований спроектированы и изготовлены промышленные образцы высокоскоростных внутришлифовальных пневмош-пинделей, копировально-фрезерных станков и высокоскоростных пневмошлифовальных машин, серийный выпуск которых освоен ООО «Контакт» (г. Комсомольск-на-Амуре).

По результатам работы были сделаны доклады на VII Всесоюзной школе-семинаре «Современные проблемы газодинамики и тепломассообмена и пути повышения эффективности энергетических установок» (г. Канев, 1989 г.); международных научно-технических симпозиумах «Механика строительных конструкций из новых материалов и проблемы практического внедрения в производство» (г. Комсомольск-на-Амуре, 1993 г.) и «Наукоемкие технологии и проблемы их внедрения на машиностроительных и металлургических предприятиях Дальнего Востока» (г. Комсомольск-на-Амуре, 1994 г.); межрегиональной научно-практической конференции «Роль науки, новой техники и технологий в экономическом развитии регионов» (г. Хабаровск, 2001 г.); на II Всероссийской научно-практической конференции «Инновации в машиностроении» (Пенза, 2002 г.); международных научно-технических конференциях «Техника и технологии в рыбной отрасли XXI века» (г. Владивосток, 2002 г.), «Современные материалы и технологии 2002» (г. Пенза, 2002 г.), «Нелинейная динамика и прикладная синергетика» (г. Комсомольск-на-Амуре, 2002 г.), «Проблемы машиностроения и технологии материалов на рубеже веков» (г. Пенза, 2003 г.), «Пути и технологии экономии и повышение эффективности использования энергетических ресурсов региона» (г. Комсомольск-на-Амуре, 2003 г.). Основные положения и результаты работы докладывалась также на профилирующих кафедрах КнАГТУ (1995-2004 гг.), ДВГТУ (2002 г.) и ХГТУ (2002 г.).

Диссертационная работа выполнена по тематическим планам научно -исследовательских работ ГОУВПО «Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет». Результаты по теме диссертации получены в ходе выполнения госбюджетных научно-исследовательских работ, в том числе выполненными по научно-техническим программам «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники», «Дальний Восток России» и по хоздоговорным работам.

1. Казанцев E.JI. Эксплуатационные и технологические возможности шпинделей с аэродинамическими опорами // Руководящие материалы. -ЭНИМС, 1971.- 48 с.

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

3. Бальмонт В.Б., Горелик И.Г., Левин A.M. Влияние частоты вращения на упругодеформационные свойства шпиндельных шарикоподшипников // Станки и инструмент. -1986. -№7. -С. 15-17

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

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

6. Бальмонт В.Б., Сарычева Е.Н. Вибрация подшипников шпинделей станков // Обзор. М.: НИИМаш, 1984.- 64 с.

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

8. 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.

9. Бушуев В.В., Налетов С.П. Тяжелые зубообрабатывающие станки. -М.: Машиностроение, 1987. -280 с.

10. Бушуев В.В. Гидростатическая смазка в станках. -М.: Машиностроение, 1989.-172 с.1.. Week М. Werkzeugmaschinen // Stand und Tendenzen. -Kugellager-Zeitschrif. -№ 208. -s. 1-3

11. Week M., Teipel K. Dynamisches verhalten spanender Werkzeugmashinen, Springer-Verlag, Berlin-Heidelferg-New York, 1977. -246 p.

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

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

14. Диментберг Ф.М. Нелинейные стохастические задачи механических колебаний. -М.: Наука, 1980. -368 с.

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

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

17. Зверев А.И. Автоматизированный расчет высокоскоростных шпиндельных узлов. -В сб. науч. тр. -М.: ЭНИМС, 1988. -С. 153-157

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

19. Зверев А.И., Аверьянова И.О. Комплексная математическая модель высокоскоростных шпиндельных узлов на опорах качения // СТИН. -1995. -№1. -С. 7-9

20. Зверев А.И. Векторная идентификация параметров шпиндельных узлов металлорежущих станков // Проблемы машиностроения и надежности машин. -1997. -№ 6. -С. 52-57

21. Зверев А.И. Многокритериальное проектирование шпиндельных узлов на опорах качения: Автореф. дисс. . д-ра техн. наук. -М.: Изд-во МГТУ «СТАНКИН», 1997. -45 с.

22. Каминская В.В., Гильман A.M., Егоров Ю.В. Об автоматизированных расчетах оптимальных размеров деталей и узлов станков // Станки и инструмент. -1984. -№2. -С. 2-5.

23. Каминская В.В. Взаимосвязь выходных характеристик станка с критериями работоспособности его подсистем // Станки и инструмент. -1993. №4. -С. 2-4.

24. Каминская В.В., Левина З.М., Решетов Д.М. Станины и корпусные детали металлорежущих станков (расчет и конструирование). -М.: Машгиз, 1960. -176 с.

25. Кедров С.С. Колебания металлорежущих станков. -М.: Машиностроение, 1978. -307 с.

26. Кудинов В.А. Динамика станков. -М.: Машиностроение.-1967. -359 с.

27. Кудинов В.А. Автоколебания при низких и высоких частотах (устойчивость движений) при резании // Станки и инструмент. -1997. -№2. -С. 16-22

28. Кудинов В.А. и др. Определение амплитудно-фазовой частотной характеристики станков средних размеров и ее анализ. Методические рекомендации. -М.: ЭНИМС, 1974. -37 с.

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

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

31. Левина З.М. Структура и организация автоматизированной подсистемы // Станки и инструмент. -1984. -№ 2. -С. 6-8

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

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

34. Левина З.М., Решетов Д.Н. Контактная жесткость машин. -М.: Машиностроение, 1971. -264 с.

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

36. Лизогуб В.А., Фигатнер A.M. Деформация дорожек качения подшипников при монтаже шпиндельного узла станка // Станки и инструмент. -1970. -№9.-С. 28-31

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

38. Lundberg G., Palmgren A. Dynamic capacity of rolling bearings // Acta Polytechnica Mechanical engineering series, 1947, v. 1. -№ 3. -50 p.

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

40. Маталин А.А. Точность механической обработки и проектирование технологических процессов. -М.: Машиностроение, 1970. -320 с.

41. Проектирование технологических процессов обработки деталей на станках с числовым программным управлением / А.А. Маталин, Б.И. Френкель, Ф.С. Павлов. -Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1977. -240 с.

42. Маталин А.А. Технология механической обработки. Л.: Машиностроение, 1977. -464 с.

43. Оптиц Н. Современная техника производства (состояние и тенденция). -М.: Машиностроение, 1975. -280 с.

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

45. Пальмгрен А. О некоторых свойствах подшипников качения. -Перевод ГПНТБ, № 28655, 1961. -46 с.

46. Пинегин С.В., Орлов А.В., Табачников Ю.Б. Прецизионные опоры качения и опоры с газовой смазкой. -М.: Машиностроение, 1984. -216 с.

47. Пинегин С.В. и др. Статические и динамические характеристики газостатических опор /С.В. Пинегин, Ю.Б. Табачников, И.Е. Сипенков. -М.: Наука, 1982. -265 с.

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

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

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

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

52. Проников А.С. Надежность машин. -М.: Машиностроение, 1978. -592с.

53. Проников А.С. Программный метод испытаний металлорежущих станков. М.: Машиностроение, 1985. -288 с.

54. Проников А.С. Влияние компонентов технологической системы на точность обработки. //Изв. ВУЗов. Машиностроение. -1983. -№4. -С. 124-128

55. Проников А.С. Юрин В.Н. Управление тепловыми деформациями металлорежущих станков с целью повышения их технологической надежности // Надежность и контроль качества. -1973. -192 с.

56. Проников А.С. Испытание станков на надежность по экстремальному уровню // Станки и инструмент. -1978. -№ 5. -С. 3-5

57. Проников А.С. Оценка качества и надежности металлорежущих станков по выходным параметрам точности // Станки и инструмент. -1980. -№ 6. -С. 5-7

58. Пуш А.В., Зверев И.А. Шпиндельные узлы. Проектирование и исследование. М.: Издательство «Станкин», 2000.- 197 с.

59. Пуш А.В. Шпиндельные узлы. Качество и надежность. М.: Машиностроение, 1992.-288 с.

60. Пуш А.В. Исследование шпиндельных узлов методом статического моделирования // Станки и инструмент. -1981. -№ 1. -С. 9-12

61. Пуш А.В. Прогнозирование выходных характеристик машин при их проектировании// Машиноведение. -1981. -№ 5. -С. 54-60

62. Пуш А.В. Оценка качества привода прецизионных шпиндельных узлов по областям состояний выходных параметров точности // Станки и инструмент.-1985.-№ 2.-С. 12-15

63. Пуш А.В. Особенности статического моделирования выходных характеристик станков// СТИН. -1995. -№ 10. -С. 18-22

64. Пуш А.В., Зверев И.А. Многокритериальное проектирование шпиндельных узлов на опорах качения/ В сб. докл. междун. науч.-техн. конф. «Динамика технологических систем».Т.1: -Ростов-на-Дону: ДГТУ, 1997. -С. 121-123

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

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

67. Пуш В.Э., Пигерт Р., Сосонкин В.Л. Автоматические станочные сис-темы~-М.: Машиностроение, 1982. -319 с.

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

69. Решетов Д.Н. Левина З.М. Демпфирование колебаний в деталях станков // В кн.: Исследование колебаний металлорежущих станков при резании металлов. -М.: Машгиз, 1958. -С. 45-86

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

71. Фигатнер A.M. Влияние предварительного натяга роликоподшипников на работоспособность шпиндельных узлов высокоточных станков // Станки и инструмент. -1967. -№ 2. -С. 8-10

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

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

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

75. Фигатнер A.M., Парфенов И.В., Горелик И.Г. Повышение несущей способности высокоскоростных шпиндельных узлов // Станки и инструмент. -1985.-№ 6.-С. 15-16

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

77. Фигатнер A.M., Лизогуб В.А. Влияние посадок колец подшипников на работоспособность шпиндельных узлов // Станки и инструмент. -1971. -№ 3. -С. 17-20

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

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

80. Хомяков B.C. Параметрическая оптимизация станков как динамических систем: Дисс. . д-ра техн. наук. -М.: Мосстанкин, 1985. -342 с.

81. Хомяков B.C., Дасько С.И. Параметрическая идентификация динамических систем станков // Автоматизация эксперимента в динамике машин. -Л.: Наука, 1987.-С. 76-84

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

83. Иванников С.Н. Обеспечение качества процесса токарной обработки путем управления параметрической надежностью шпиндельных узлов токарных станков // Исследования в области технологии машиностроения и сборки машин. -Тула: Изд-во ТулПИ, 1987. -С. 104-111

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

85. Баласаньян B.C. Особенности проектирования высокоскоростных шпинделей на опорах с воздушной смазкой // Станки и инструмент. -1985. -№ 6.-С. 13-15

86. Spindls for high speed machining. -Annals of the CIRP, vol. 31/1, 1982. -p. 239-242

87. 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.

88. Айзеншток Г.И., Герасимов А.Д. Электрошпиндели на гидростатических опорах // Станки и инструмент. -1983. -№ 4. -С. 22-25

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

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

91. Исследование шпиндельного узла с газостатическими подшипниками / Ono Michimura Seiichi, Tokura Mitsuo, Uemoto Hironori // Дзюнкацу = J. Jap. Soc. Lubr. Eng. 1988.- 33, № 12.- C. 915-921.

92. Подшипники скольжения с воздушной смазкой для высокоскоростных шпинделей. / Iba Gouji // Юацу то кукиацу = J. Jap. Hydrual. and Rheum. Soc. -1989.-20, №7.-С. 569-574.

93. Исследование шпиндельного узла на аэростатических опорах / Каси-мура Юнитацу, Ямасаки Сидзука, Фурутани Кацуми // Сеймицу когаку кайси = J. Jap. Soc. Precis. Eng. 1990. -56, № 3. -С. 527-532.

94. Жедь В.П., Пинегин С.В., Табачников Ю.Б. Применение в промышленности опор с газовой смазкой // Станки и инструмент. -1977, -№ 12, -С.1-3

95. Воздушный высокооборотный шпиндель для оптического сканера. Luftgelagerte, hochtourige Spindel fur optischen Scanner / Langenbeck P. // F und M: Feinwerktechn., Microtechn., Messtechn. -1993. -101, -№ 3. -C. 78-81.

96. Применение газовых подшипников в информационном оборудовании. / Fukuyma Hiromams, Aizawa Hiroshi // Дзюнкацу = J. Jap. Soc. Lubr. Eng. 1988. -33, № 5,- C. 406-407.

97. Исследования и применение подшипников скольжения с воздушной смазкой / Wang Yunfei // Zhoucheng = Bear. -1993. -№ 5. -С. 6-8.

98. Разработка аэродинамического подшипника / Маруяма Тору, Хаси-мото Кадзунори //Nihon kikai gakkaishi=J. Jap.Soc.Mech. Eng.-1995.-98,№2-С. 929

99. Баласаньян B.C., Васильев A.B., Фигатнер A.M. Подшипники шпиндельных узлов металлорежущих станков // Станки и инструмент. 1992, -№2, -С. 28-30

100. Шапиро И.М. Гамма пневмошпинделей для координатно-шлифовальный станков // Станки и инструмент. 1983, -№ 4, -С. 20-21

101. Жедь В.П. Опоры с воздушной смазкой в станкостроении //Станки и инструмент. 1971, -№ 11, С. -31-34

102. Шейнберг С.А., Баласаньян B.C., Борисов Ю.Т. Электрошпиндели с воздушными опорами к станкам с ЧПУ для сверления печатных плат // Станки и инструменты. -1982. -№ 2. -С. 17 -18.

103. Гондин Ю.Н., Кузнецов М.Т., Муравин Ю.Б., Гусаров С.В. Исследование фрезерной головки со шпинделем на подшипниках с газовой смазкой // Станки и инструмент. 1971, -№ 4, -С. 17-19

104. Табачников Ю.Б., Минаев А.И. Поворотный стол на аэростатических опорах // Станки и инструменты. -1970. -№ 1.

105. Аэростатические направляющие прецизионных станков / Тадзима Такудзи // Кикай-но кэюо = Sci. Mach. -1990. -42, № С. 187-190.

106. Баласаньян B.C. Разработка методов расчета и путей повышения эксплуатационных характеристик прецизионных шпиндельных узлов и направляющих станков на опорах с газовой смазкой: Дисс.докт. техн. наук. -М., 1990. -474 с.

107. Kobayashi Т., Burdekin М. The effects of the damping characteristics of slideways on the dynamic characteristics of workpiece fixtures mounted on machine tool tables // Proc. Inst. Mech. Eng. B. -1994. -208, № 4. -C. 245-251.

108. Kato Shigeo. Theoretical analysis of damping characteristics of air-lubricated slidewys // Int. J. Jap. Soc. Precis. Eng. Bull. Jap. Soc. Precis. Eng. -1996.-30, № l.-C. 77-82.

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

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

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

112. Donaldson I.S., Patterson Е.В. Some experiments on plain externally pres1. Л it.surized with porous inserts at supply pressures up to 3,1 MN/m // In.: 5Ш Gas Bearing Symposium. Southampton. March 23-26,1971. Vol. 2. -P. 26.

113. Седько Н.П., Сорока Я.Х. Некоторые результаты экспериментального исследования газостатических двухрядных подпятников с лабиринтными канавками. 11 Труды ин-та / Николаевский кораблестроит. ин-т. -1971. -вып. 42. -С. 36-40.

114. Антонов A.M., Седько Н.П. Влияние конструктивных факторов на несущую способность кольцевых газостатических подпятников турбомашин // Труды ин-та / Николаевский кораблестроит. ин-т. -1972. вып. 55, С. 28-32.

115. Седько Н.П. Анализ нагрузочных характеристик двусторонних упорных подшипников с внешним наддувом. // Труды ин-та / Николаевский кораблестроит. ин-т. -1980. -вып. 168. -С. 20-23.

116. Гондин Ю.Н., Вильк Л.И. Внутришлифовальный станок с головкой на подшипниках с воздушной смазкой // Станки и инструменты. -1970. -№ 8. -С. 14-15• 122. Константинеску В.Н. Газовая смазка. М.: Машиностроение, 1968. -718 с.

117. Лохматов А.А. Работа упорных подшипников со спиральными канавками, выполненные на роторе нагнетателя // Проблемы машиностроения и надежности машин. -1968. № 4. -С. 205-208.

118. Пинегин С.В., Петров В.П., Гудченко В.М. Исследование материалов для подшипников с газовой смазкой. -М.: Наука, 1975. 150 с.

119. Канингем Р.Е., Флеминг Д.Р., Андерсон В.Д. Статические испытания воздушных радиальных подшипников с внешним наддувом при наличии вращения // Труды американского общества инженеров-механиков. Сер. F. -1970. -№2, С. 163-170.

120. Уилдмен В. О поведении плоских упорных подшипников с канавками, работающими на сжимаемой смазке // Проблемы трения и смазки. -М.: Мир, 1968.-№4.-С. 83-89.

121. Маланоски С., Пэн С. Статические и динамические характеристики упорного подшипника со спиральными канавками // Теоретические основы инженерных расчетов. -М.: Мир, 1968. -№ 4. -С. 298-310.

122. Hirn A. Study of Principal Phenomena Shown by Friction // Bull. Soc. In-duster.- Milhouse, 1854.

123. Шейнберг С.А. Газовая смазка подшипников скольжения // Трение и износ в машинах. -Сб. 9. -М., АН СССР, 1954. -С. 107-109.

124. Котляр Я.М. Общие возможности получения в замкнутой области точных интегралов уравнения Рейнольдса // Доклады АН СССР. -Т. 127. -№1.1958

125. Котляр Я.М. Асимптотическое решение уравнение Рейнольдса (для газового подшипника) // Изв. АН СССР. Механика жидкости и газа. -1967. № 1,С. 161-165.

126. Котляр Я.М. Метод эквивалентного уравнения в теории газовой смазки // 3-й Всесоюзный съезд по теории и прикладной механике: Тез. докл. -М., 1968, С. 174.

127. Котляр Я.М. Решение задач теории газовой смазки методом эквивалентного уравнения // Газовая смазка подшипников: Докл. на совещ. по газовой смазке подшипников 12-14 февраля 1968 г. -М.: Ин-т машиноведения, 1968. -С. 265-272.

128. Степанянц JI.Г., Заблоцкий И.А., Сипенков Т.Е. Метод теоретического исследования газовых подшипников с внешним наддувом // Проблемы трения и смазки.-1969. -№ 1, С. 186- 191.

129. Заблоцкий Н.Д., Карпов B.C. Характеристики устройств наддува газовых опор // Известия АН СССР. Механика жидкостей и газов. -1973. -№ 2 С. 143-149.

130. Г.А. Лучин, Ю.В. Пешти, А.И. Снопов. Газовые опоры турбомашин. -М.: Машиностроение, 1989.- 240 с.

131. Пешти Ю.В. Газовая смазка. -М.: МГТУ, 1993.- 382 с.

132. Сипенков И.Е. Аэродинамический расчет цилиндрического опорного газового подвеса при произвольном характере внешней нагрузки // Тез. докл. науч.- техн. конф. Ленингр. политехи, ин-та. Секция НИИ механики и математики. -Л.: ЛПИ. -1969. -С. 3-4.

133. Сипенков И.Е. построение сингулярных решений для газового подвеса с помощью схемы непрерывного наддува // Газовая смазка подшипников: Докл. на совещ. по газовой смазке подшипников 12-14 февраля 1968г. М.: Инт. машиноведения, 1968 -С. 41-48.

134. Коровчинский М.В. Теоретические основы работы подшипников скольжения. М., Машгиз, 1959. -403 с.

135. Самсонов А.И. Научные основы проектирования подшипников с газовой смазкой для судовых турбомашин: Автореф.д-ра техн. наук. Владивосток, 1997.- 31 с.

136. Кастелли В., Пирвикс Дж. Обзор численных методов решения задач газового подшипника // Проблемы трения и смазки, ASME 1968. -Т. 90. -№ 4 -С. 129-148.

137. Горец Р. Исследование устойчивости газового подшипника с внешним наддувом и пористым вкладышем прямым методом Ляпунова // Проблемы трения и смазки. -М.: Мир, 1973. -Т. 93. -№ 2. -С.92-95.

138. Мори X., Миямацу Я. Теоретические модели смазки в газовых подшипниках с надувом // Проблемы трения и смазки. -М.: Мир, 1969. -Т. 91. -№ 1. -С. 204-218.

139. Мурти П.Р.К. Анализ пористых газовых подшипников с внешним наддувом // Проблемы трения и смазки. -М.: Мир, 1974. -Т. 96. -№ 3. -С. 54-59.

140. Mori Н., Yabe Н. Theoretical Study of the Dynamic Characteristics of Externally Pressurized, Porous Journal Gas Bearings // In. 6th International Gas Bearings Symposium 27-29 march 1974, Univ. Southampton. -Paper C8. -P. 98-103.

141. Теоретическое и экспериментальное исследование сферического пористого подшипника: Отчет о НИР / НКИ; Рук. Шевченко Д.Д. № ГР 01.84.0047099.-Николаев, 1985.-101 с.

142. Cusano С. Lubrication of porous journal bearings // Paper ASME. -1972. № 72. -Lub-A, 5 p.

143. Howarth R.B. Optimum performance of external fly pressurized porous thrust bearings // Trans. ASME. -1974. -Vol. 17. -№ 2. -P. 127-133.

144. Ishizawa I., Hori E. The flow of a viscous fluid through a porous wall into a narrow gap // Bull. JSME. -1966. Vol. 9. -№ 36. -P. 719.

145. Murti P.R.K. Performance of an externally pressurized gas porous thrust bearing // J. Mech. Eng. Sci. -1974. -Vol. 16. -№ 5. -P. 351-352.

146. Хамада Макото. Проектирование аэростатических подшипников скольжения с пористым вкладышем // Кейре канри = Instrumentation. -1989. -38,№5.-С. 678-681.

147. Majumdar B.C. Analysis of stiffness and damping characteristics of externally pressurized gas lubrication porous bearings under conical mode of vibration // Pal D.K., Wear. -1987. -№ 2. -P. 199-216.

148. Theoretical analysis of externally pressurized porous foil bearing Part 1: In the case of smooth surface porous shaft / Hashimoto H, // Trans. ASME. J. Tribol. -1995.-117, № l.-C. 103-111.

149. Характеристики аэростатических подшипников / Yshimoto S., Kono K. //Nihon kikai gikkai ronbunshu. C=Trans. Jap. Soc. Mech. Eng. C. -1999. -65, № 630. -C. 327-333.

150. Sneck H. J., Yen K.T. The Externally Pressurized. Porous Wall, Gas Lubricated Journal Bearing // Trans ASME, July 1964. -Vol. 7. -P. 288-298.

151. Montgomery A.G., Sterry F. A Simple Air Bearing Rotor for Very High Rotational Speeds // AERE ED/R, 1671, Harwell, Berkshire, 1955.

152. Ocvirk F.D., DuBois G.B. Analytical Derivation and Experimental Evaluation of Shot Bearing Approximation for Full Journal Bearings // NAC A Report 1157.-1953.

153. Sneck H. J., Yen K.T. The Externally Pressurized. Porous Wall Gas Lubricated Journal Bearing // Trans. ASME -Vol. 7 -July 1964. -P. 288-298.

154. Sneck H.J., Elwell R.C. The Externally Pressurized, Porous Wall Gas-Lubricated Journal Bearing // Trans. ASME. -Vol. 8. -№ 4. -P. 339.

155. Yabe H. Theoretical Investigation of Externally Pressurized Gas Bearing // PhD, Thesis. -Dept. of Mechanical Engineering. -Kyoto Univ., Japan.

156. Мори X., Ябе X., Шибояма Т. Теоретическое решение краевой задачи для пористых газовых подшипников с внешним наддувом // Теоретические основы инженерных расчетов. -М.: Мир, 1965. -Т. 87. -№ 3. -С. 97-106.

157. Mori H., Yabe H. Research of Externally Pressurized Porous Thrust Gas-Bearing with Flat and Solid Ring Surface // Bull. ASME, 1964. -Vol. 7. 28. -P. 821-826.

158. Mori H., Yabe H. Theoretical Investigation of Externally Pressurize Gas-Lubricated Porous Journal Bearing with Surface Loading Effect // Trans. ASME. Ser.F. J. Lubricat. Technol., 1973. -Vol. 95. -№ 2. -P. 204-207.

159. Мори X., Ябе X. Теоретическое исследование пористого газового радиального подшипника с внешним наддувом с учетом эффекта уплотнения рабочей поверхности // Проблемы трения и смазки. М.: Мир, 1973. -Т. 95. -№ 2. -С. 82-91.

160. Сунь Да-чен. Анализ стационарных характеристик пористых радиальных подшипников с газовой смазкой // Проблемы трения и смазки. -М.: Мир, 1975. -Т. 97. -№ 1. -С. 43-50.

161. Маджумдар B.C. Пористые газовые радиальные подшипники, полуаналитическое решение // Проблемы трения и смазки. -М.: Мир, 1977. -Т. 99. -№4.-С. 111-112.

162. Сингх К.К., Pao Н.С., Маджумдар B.C. Влияние скольжения на работу аэростатических пористых радиальных подшипников в стационарном режиме // Проблемы трения и смазки. -М.: Мир, 1984. -Т. 106. -№ 1. -С.130-136.

163. Beavers G.S., Joseph D.D. Boundary Condition at a Naturally Permeable Wall // Journal of Fluid Mechanics, 1967. -Vol.30. -Part 1. -P. 197-207.

164. Л 76. Рао Н.С. Анализ жесткостных и демпфирующих характеристик пористого газового радиального подшипника с внешним наддувом // Проблемы трения и смазки. -М.: Мир, 1977. -Т. 99. -№ 2. -С. 163-169.

165. Маджумдар B.C. Динамические характеристики прямоугольных пористых упорных подшипников с внешним наддувом и газовой смазкой // Проблемы трения и смазки. -М.: Мир, 1976. -Т. 98. -№ 1. -С. 196-198.

166. Рао Н.С. Анализ динамических коэффициентов угловой жесткости и углового демпфирования газовых пористых радиальных подшипников с внешним наддувом //Проблемы трения и смазки.-М.:Мир,1978.-Т.100. -№3. -С. 50-55

167. Rao N.S. Tilt Stiffness and Damping of Externally Pressurized Porous Gas Journal Bearings // Wear, 1978. -Vol. 47. -P. 31-44.

168. Sun D.C. On the Stiffness and Damping Properties of An Externally Pressurized, Gas Lubricated Porous Thrust Bearing // 7th International Gas Bearing Symposium, Cambridge, 1976. -Paper A5.

169. Рао H.C., Маджумдар B.C. Анализ пневматической неустойчивости работы пористых газовых радиальных подшипников с внешним наддувом // Проблемы трения и смазки. -М.: Мир, 1979. -Т. 101. -№ 1. -С. 52-57.

170. Гарджиуло Е. П., мл. Радиальные подшипники с газовой смазкой с пористыми стенками. Теоретическое исследование // Проблемы трения и смазки. -М.: Мир, 1979. -Т. 101. -№ 4. -С. 71-80.

171. Гарджиуло Е. П., мл. Радиальные подшипники с газовой смазкой с пористыми стенками. Экспериментальное исследование // Проблемы трения и смазки. -М.: Мир, 1979. Т. 101. -№ 4. -С. 80-87.

172. Non-linear transient analysis for an externally pressurized gas journal bearing / Majumdar B.C., Majumdar M.C. // Wear. -1989. -132, № 1. -C. 139-150.

173. Donaldson I.S., Patterson E.B. Porous Inserts in Plain Externally Pressurized Air Bearing at High Pressure Analysis and Experiment. // First World Conf. in Industrial Tribology. -New Delhi, 1972.

174. Donaldson I.S. ets. The use of porous inserts in plain externally pressurized air thrust bearings at high supply pressures // In.: 6th International Gas Bearing Symposium 27-29 march 1974. -Univ. Southampton. -Paper C6, -P. C6-75-C6-88.

175. McCrea R.J., Donaldson I.S. The Significance of Fluid Inertia and Slip Velocity in the Steady-State Analysis of Externally Pressurized Gas-Lubricated Partially Porous Thrust Bearings // 7th Intl. Gas Bearing Symposium, BHRA, England. -Paper Al.

176. Szwarcman M., Gorez R. Externally pressurized gas bearings with partially porous wall // In.: 6th International Gas Bearing Symposium 27-29 march 1974. Univ. Southampton. -Paper C7, -P. C7-89-C7-102.

177. Gorez R., Szwarcman M. Design of Aerostatic Journal Bearings with Partially Porous Walls // Intl. Journal of Machine Tool Design and Research, 1978. -Vol. 18. -№ 2. -P. 49-58.

178. Gorez R., Szwarcman M. Hydrostatic slider gas bearings fed through a row of porous discs//Int. J. Mach. Tool. Des. and Res., 1971.-Vol. 1 l.-№2.-P. 89-108.

179. Маджумдар B.C. Газовые радиальные подшипники с пористыми вставками и внешним наддувом // Проблемы трения и смазки. -М.: Мир, 1980. -Т. 102. -№ 1.-С. 125-128.

180. Табачников Ю.Б., Галанов Н.С. Методика расчета плоских кольцевых газостатических опор с круговой микроканавкой и ее экспериментальная проверка //Машиноведение. -1974. -№ 1. -С. 96-103.

181. Шатохин С.Н., Писарев Г.Н. Расчет характеристик ступенчатого газостатического подпятника, оптимального по жесткости // Повышение точности и производительности обработки на станках. -Красноярск, 1973. -С. 96-102.

182. Шейнберг СЛ., Табачников Ю.Б. О расчете плоских аэростатических направляющих // Станки и инструмент. -1967. -№ 6. -С. 9-12

183. Табачников Ю.Б. Экспериментальное исследование плоской аэростатической опоры с микроканавкой //Станки и инструмент-1968. -№11. -С. 19-21.

184. Расчет и проектирование упорных кольцевых газостатических подшипников турбомашин // Руководящий техн. материал. ЦКТИ. JL: Изд-во НПО ЦКТИ. -1980. -43 с.

185. Арефьев Б.А. Устойчивость и подъемная сила кольцевой аэростатической опоры // Проблемы машиностроения и надежности машин. -1994. -№ 3. -С. 26-31.

186. Maximum load capacity profiles for gas thrust bearing working under high compressibility number condition / Iordanoff I. // Trans. ASME. J. Tribol. -1998. -120, № 3. -C. 571-578.

187. Исследование газостатического подшипника / Cui Changzhi, Ono Kyasuke // Nihon kikkai gikkai ronbunshu. С = Trans. Jap. Soc. Mech. Eng. C. -1997. -63, № 606. -C. 550-557.

188. Устойчивость упорного подшипника со спиральными канавками и газовой смазкой / Низамеев Х.Р., Рязанов К.А. // Пробл. машиностр. и надеж, машин. -1999. -№ 4. -С. 34-39.

189. Цаплин В.Н. Расчет газостатических подпятников, оптимизированных по осевой жесткости // Проблемы машиностроения и надежности машин. -1991. -№ 4. -С. 57-60.

190. Цаплин В.Н. Приближенные вычисления статических характеристик плоских газостатических подпятников // Проблемы машиностроения и надежности машин. -1992. -№ 2. -С. 44-49.

191. Цаплин В.Н. Оптимизация газостатических подпятников по отношению осевой жесткости к расходу газовой смазки // Проблемы машиностроения и надежности машин. -1992. -№ 3. -С. 76-80.

192. Мордвинкин В.А., Погорелов Н.П. Расчет статических и динамических характеристик дисковых упорных газостатических подшипников // Механика деформируемых тел. -Ростов-на-Дону, РГУ, 1987. -С. 26-31.

193. Расчет оптимальных параметров газостатических подшипников турбомашин АЭУ: Отчет о НИР (заключит.) / РГУ; Рук. В.А. Батищев. -№ ГР 0186.007.4841. -Ростов-на-Дону, 1992. 70 с.

194. Эшги С. Оптимальное проектирование газовых подшипников с внутренней компенсацией, имеющих большое количество питающих отверстий. Часть 1. Круговые упорные подшипники // Проблемы трения и смазки. -М.: Мир, 1975. -№ 2. -С. 86-93.

195. Tawfik М., Stout K.J. The design of high efficiency flat pad aerostatic bearings using laminar restrictions // Tribol. Int. -1989. № 4. -P. 273- 281.

196. Болдырев Ю.Я., Смирнов В.И. Слабонагруженная сферическая газовая опора с периодическим микропрофилем, работающая при малых числах сжимаемости и имеющая максимальную осевую жесткость // Трение и износ. -1991.-№3.-С. 428-436.

197. Данильченко В.Ф. Расчет характеристик газостатических опор машин и подшипников уплотнений с дискретным наддувом на основе унифицированной схемы линий непрерывного наддува. Диссертация канд. техн. наук. -Ростов-на-Дону, 1988.-241 с.

198. Макаров В.А. Реологическое уравнение и модель плоских газостатических опор // Проблемы машиностроения и надежности машин. -1993. -№ 4. -С. 32-40.

199. Мори X. Теория кругового упорного подшипника с внешним нагнетание газовой смазки, учитывающая влияние инерции смазки // Техническая механика, ASME. 1963. -Т. 85. -№ 2. -С. 211-218.

200. Баландин Ф.И. Расчет турбулентного течения газа в зазоре кольцевого подпятника с наддувом // Труды ин-та / Николаевский кораблестр. ин-т. -1973. -вып. 65, С. 68-72.

201. Антонов A.M., Седько Н.П. Исследование течения газа в газостатических подпятниках с кольцевыми лабиринтами // Труды ин-та / Николаевский кораблестр. ин-т. -1971. вып. 48. -С. 105-113.

202. Яшимото С. Характеристики газостатических подшипников скольжения // Дзюнкацу, 1988. С 33. -№ 5. -С. 364-367.

203. Миюаке Ю. Газовые подшипники скольжения со сверхзвуковым потоком // Дзюнкацу, 1988. -С 33. -№ 5. -С. 345-349.

204. Seki Т., Togo S. High Stiffness Thrust Gas Bearing with Higher Supply Pressure // Nihon kikai gakkai ronbounshu, 1992. -S 3. -№ 2. -P. 84-90.

205. Lee A.L. Design and testing of a hydrostatic air bearing // AIAA Pap.-1987. -№ 296. -P. 1-5.

206. Raimondi A.A. A numerical solution for the gas lubricated full journal bearing of finite length. -ASLE Transactions, -vol. 4. -1961. -pp. 339-347

207. Щегляев А.В. Паровые турбины. М.: Энергия, 1976. - 358 с.

208. Космынин А.В., Виноградов B.C. Газовые подшипники высокоскоростных турбоприводов металлообрабатывающего оборудования. Владивосток: Дальнаука, 2002. - 326 с.

209. РД 50-411-83. Расход жидкостей и газов. Методика выполнения измерений с помощью специальных суживающихся устройств. Введ. 01.07.84. -М.: Изд-во стандартов, 1982. - 52 с.

210. Кассандрова О.Н., Лебедев В.В. Обработка результатов наблюдений. -М.: Наука, 1970.- 104 с.

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

212. Круг К.Г. Математическое описание и оптимизация многофакторных процессов // Труды ин-та / Московский энергетич. ин-т. -1966, вып. 67. -С.21-26

213. Баласаньян B.C., Жаппаров Н.Ш., Шейнберг С.А. Радиальные аэростатические подшипники станков // Станки и инструменты. -1984. -№ 7. -С. 57.

214. Маковец Т.В. Статические характеристики четырехсекционного радиального газового подшипника / В сб. Опоры скольжения с внешним источником давления; Под ред. С.Н. Шатохина. -Красноярск: Изд-во Красноярского политехнического института, 1974. -С.80-87.

215. Пат. №2185532 РФ, МПК 7 F 16 С 17/02, 32/00, 33/18. Газостатический подшипник / А.В. Космынин, Е.М. Лямкина, B.C. Виноградов (РФ).- № 99120891/28; Заявлено 05.10.99. 0публ.20.07.02, Бюл. № 20.- 3 с.

216. Пат. №2186268 РФ, МПК 7 F 16 С 32/06, F 16 С 33/18. Пористый вкладыш газостатического подшипника и способ его изготовления / Е.М. Лямкина,^ А.В. Космынин, B.C. Виноградов (РФ).- № 99115311/28; Заявлено 19.07.99; 0публ.27.07.02, Бюл. № 21.- 3 с.

217. Пат. №2167347 РФ, МПК 7 F 16 С 33/00, 33/04. Газостатический подшипник / А.В Космынин, Е.М. Лямкина, B.C. Виноградов (РФ).- № 99115312/28; Заявлено 19.07.99; 0публ.20.05.01, Бюл. № 4.- 3 с.

218. Пат. №2171924 РФ, МПК 7 F 16 С 17/02, 32/00, 33/18. Газостатический подшипник / А.В Космынин, Е.М. Лямкина, B.C. Виноградов (РФ).- № 99127543/28; Заявлено 31.12.99; Опубл. 10.08.01, Бюл. № 22.- 3 с.

219. Пат. №2196926 РФ, МПК 7 F 16 С 17/02, 33/18. Газостатический подшщшик / А.В. Космынин, Е.М. Лямкина, B.C. Виноградов (РФ).- № 2000106454/28; Заявлено 15.03.00; Опубл. 21.01.03, Бюл. № 2.- 3 с.

220. Пат. №2194889 РФ, МПК 7 F 16 С 17/02, 33/18. Газостатический подшипник / А.В. Космынин, Е.М. Лямкина, B.C. Виноградов (РФ).- № 2000106505/28; Заявлено 15.03.00; Опубл. 20.12.02, Бюл. № 35.- 3 с.

221. Казанцев Е.Л. Эксплуатационные и технологические возможности шпинделей с аэродинамическими опорами // Руководящие материалы. -ЭНИМС, 1971.- 48 с.

222. Информ. листок. Машины и приборы на газовой смазке. Шпиндельный узел с аэростатическими опорами СТ-3- М.: ЭНИМС, 1985. -1 с.

223. Информ. листок. Машины и приборы на газовой смазке. Пневмошпиндель с воздушными опорами для обработки глубоких отверстий АТ40-100.-М.: ЭНИМС, 1985.-1 с.

224. Информ. листок. Машины и приборы на газовой смазке. Пневмошпиндели с воздушными опорами АП20-40, АП40-100, АП100-200- М.: ЭНИМС, 1985.-1 с.

225. Космынин А.В., Виноградов B.C. Копировальный станок для нарезания лопаток малоразмерных турбин // Вестник машиностроения. 1995. - № 9. -С. 39-40.

226. Пат. №2053370 РФ, МПК 6 F 01 D 5/14. Рабочая лопатка турбины / А.В Космынин (РФ).- №5058310/06; Заявлено 10.08.92; 0публ.27.01.96, Бюл. №3.- 3 с.

227. Пат. №2054560 РФ, МПК 6 F 01 D 9/02, 1/02. Микротурбина / А.В. Космынин, Ю.В. Мошков (РФ).- № 92012711/06; Заявлено 18.12.92; 0публ.20.02.96, Бюл. № 5.- 2 с.

228. Пат. №2120037 РФ, МПК 6 F 01 D 9/02. Лопатка соплового аппарата / А.В. Космынин, B.C. Виноградов (РФ).- № 96112048/06; Заявлено 14.06.96; Опубл. 10.10.98, Бюл. № 28.- 2 с.

229. Пат. №2128775 РФ, МПК 6 F 01 D 9/04. Ступень турбомашины / А.В. Космынин, B.C. Виноградов (РФ).- № 96111663/06; Заявлено 14.06.96; Опубл. 10.04.99, Бюл. № 10.- 2 с.

230. Котляр И.В. и др. Применение газостатических опор в высокоскоростных турбошлифовальных машинах / И.В. Котляр, B.C. Виноградов, В.И. Кон-чаков // Вестник машиностроения, 1979. № 4. - С. 51.

231. Котляр И.В. и др. Ручные шлифовальные машины с турбоприводом и опорами на газовой смазке / Котляр И.В., Кузнецов Ю.П., Семашко JI.B.// Вестник машиностроения, 1983. № 3. - С. 38-40.

232. Чегодаев Д.Е. Снижение вибрации ручного механизированного инструмента с газовой смазкой // Вестник машиностроения. -1992. -№ 9. -С. 22-23.

233. Кончаков Е.И. Совершенствование судовых парциальных турбома-шин на малых моделях: Автореф.д-ра техн. наук. Владивосток, 2001.- 38 с.

234. Информ. листок. Высокооборотная ручная пневматическая машинка. -Николаев: НКИ, 1985. -1с.

235. Пат. №2113969 РФ, МПК 6 В 24 В 47/14, 6 F 01 D 15/06. Пневматический шлифовальный инструмент /А.В. Космынин, B.C. Виноградов, Ю.В. Мошков (РФ).- №96105569/02;3аявлено 22.03.96;Опубл.27.06.98,Бюл. №18.- 7 с.

236. Пат. №2136997 РФ, МПК 6 F 16 К 5/02. Пусковой клапан / А.В. Космынин, B.C. Виноградов (РФ).- № 96112047/06; Заявлено 14.06.96; Опубл. 10.09.99, Бюл. № 25.- 3 с.

237. Пат. №2098639 РФ, МПК 6 F 01 D 15/06. Пневмошлифовальная машинка / А.В. Космынин, B.C. Виноградов, Ю.В. Мошков (РФ).- № 95100590/06; Заявлено 17.01.95; ОпублЛО.12.97, Бюл. № 18.- 7 с.