Критерии работоспособности

В процессе эксплуатации станочное оборудование подвергается разнообразным внешним и внутренним воздействиям. Наиболее характерными являются воздействия от сил резания, сил сопротив­ления (трения) и сил инерции перемещающихся узлов. При коле­баниях температуры происходит коробление деталей, изменение вяз­кости масел, что может приводить к изменениям протекающих в стан­ках процессов. Станки подвергаются также воздействиям химической (коррозии, окислительные процессы) и электро- магнитной энергии.

Для нормальной эксплуатации необходимо создать условия, пре­пятствующие возникновению недопустимых отклонений при эксплу­атации и обеспечивающие работоспособность.

Жесткость.

Под жесткостью понимают способность систе­мы сопротивляться появлению упругих перемещений (деформаций) под действием нагрузки F, и она выражается отношением приращения силы dF к приращению перемещения dδ:

С = dF/dδ.

Угловая жесткость — это отношение приращения момента dM к приращению угловой деформации dφ, вызванной действием момента

С_м = dM/dφ.

Понятием, обратным жесткости, является податливость

λ = 1/С.

При линейных зависимостях между силами и деформациями, характерных для растяжения-сжатия изгибного и крутильного дефор­мирования деталей, отношение приращений можно заменить отно­шением величин:

С = F/δ , С_м = М/φ.

На рис. 1.6, а, 1.6, б приведены схемы деформаций изгиба и кручения балок, для которых величина деформации и жесткость определяются соответственно по формулам:

и С = , φ = и С_м = ,

где E,G — модуль упругости и модуль сдвига соответственно,

J, Jо — момент инерции сечения и полярный момент инерции соответственно.

В контактирующих элементах станков (направляющих, тел ка­чения и т.п.) связь между деформациями и силами выражается степен­ной зависимостью.

При касании шарика с плоскостью (рис. 1.6, в)

δ = 1,55

где d = 2r — диаметр шарика.

Для неподвижных плоских стыков (рис. 1.6, г)

δ =kp^m

где к—коэффициент контактной податливости, зависящий от метода обработки и качества контактируемых поверхностей; р—среднее удельное давление в станке; т—показатель степени.

Рис. 1.6. Схемы анализа жесткости элементов стыков: (а) при изгибе, (б) кручении, (в) контактной деформации, (г) плоском стыке, (д) модели жесткости плоского затянутого (схема I) и незатянутого стыков при работе на растяжение (схема II) и сжатие (схема III); Сф, Ск, Св — жесткости фланца, поверхности контакта и винта соответственно; е — стык направляющей

С увеличением удельных давлений р деформация снижается. Поэтому для повышения жесткости станков предусматривают пред­варительную затяжку стыков с усилием, превышающим рабочую на­грузку и создающим удельное давление ро. В этом случае

δ =kmp/

Модели работы затянутого (схема I) и незатянутого (схемы II и III) стыков приведены на рис. 1.6, д. В затянутом стыке (когда стык не раскрывается) в формировании жесткости участвуют все элементы болтового соединения (фланцы, стык, болт) в отличие от случая, когда стык раскрывается.

Для подвижных стыков (например, в направляющих скольже­ния, рис. 1.6, е)

δ = k_нр,

где k_н — коэффициент контактной податливости направляющих.

Деформации опор качения от действующей на них нагрузки со­ответственно для роликовых и шариковых подшипников:

δ = k_pF, δ = k_шF^2\3,

где k_p, k_ш—коэффициенты контактной податливости.

При определении слабых мест в конструкции необходимо знать, какую долю податливости вносит каждый деформируемый элемент, т.е. нужен баланс податливости.

Методы повышения жесткости:

1. Создание предварительного натяга (в подшипниках, направля-ющих качения и т.п.).

2. Уменьшение числа элементов и стыков в силовом потоке и повышение качества обработки стыков.

3. Применение рациональных сечений деталей.