13. Привести описание конструкции шпиндельного узла станка и дать анализ сил, действующих на шпиндель. Критерии расчета шпинделей

(+12вопрос)

Критерии расчета: на прочность, виброустойчивость и на жесткость. Расчет на прочность проводится как проверочный, для коротких тяжело нагруженных шпинделей. При расчете на виброустойчивость определяется частота собственных колебаний шпинделя и сравниваются с частотой вынужденных колебаний. Чем выше частота собственных колебаний, тем выше виброустойчивость шпинделя. Для исключения явления резонанса собственные и вынужденные частоты должны отличаться на 20-30%. При неточных расчетах в несколько раз. Основным критерием является расчет на жесткость.

На шпиндель в общем случае действуют силы:

- силы резания Рх, Ру, Рz;

- реакции от приводного колеса или приводного шкива;

- реакция или усилие от силового элемента передающего движение в другую кинематическую цепь;

- усилие предварительного натяга в опорах;

- силы инерции тел качения в быстроходных шпинделях (пренебрегают);

- вес шпинделя (пренебрегают).

В общем случае шпиндель имеет пространственное нагружение, поэтому расчет ведется в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. В начале определяются силы резания. Далее определяются составляющие силы приводного зубчатого колеса. Определяются моменты сил. Определяются реакции опор. Ступенчатый шпиндель приводится к валу постоянного сечения или к эквивалентному валу. Определяется допустимое значение прогиба (L-расстояние между опорами). После чего осуществляется геометрическое суммирование прогибов и углов поворота. Геометрическим суммированием определяются суммарные прогибы и углы поворота. Полученные значения сравниваются с допустимыми.

Р₁ – от силы резания

Р₂ – от приводного колеса

Р₃ – от передачи передающей движение в цепь подач.

I. Шпиндель упругий, опоры жесткие.

II. Опоры упругие, шпиндель жесткий.

III. Шпиндель и опоры упругие.

14. Основные разновидности и характеристика преобразующих механизмов привода подач.

Винтовые.

Передача винт-гайка скольжения.

Прим-ся в механизмах рабочих подач или вспомог. механизмах оборуд-я.

Преимущества: -относительная высокая точность и плавность перемещ-й.

- большая степень редукции.

- самоторможение, что позволяет использовать её для вертикальных перемещений.

Недостатки: - низкий КПД

- значительный износ

- отличие коэф-тов трения, покоя и движ-я и зависимость коэф-та от скорости.

Резьба обычно выполняется трапецеидально с углом 30^о, что обеспечивает лёгкое замыкание маточной гайки. Однако при радиальном биении ходового винта такой профиль приводит или вызывает погрешность шага, поэтому в высокоточных станках угол уменьшают до 10-20^о или же резьбу выполняют прямоугольную.

Конструкция гаек зависит от назначения станка. Напр., в токарновинторез. станках, имеющих ходовой винт и ходовой вал имеется маточная (разъёмная) гайка.

Д ля повышения точности передачи в ней регулируют зазор, для чего гайку выполняют из 2 частей и смещают одну часть относит. другой с помощью винтов, пружин, клиньев.

Разновидности конструкций.

1. С вращающимся винтом и перемещающимся поступательно или неподвижной гайкой.

2. С вращающейся гайкой и перемещающейся поступательно или неподвижным винтом.

Различают 5 кл. точ-ти передачи: 01234, 0-самый точный.

Примеры прим-я.

0-прицизионные станки, 1-резьбошлифов-е, 2-токарновинторез повышен точности, 3-токарновинторез. нормальной точности

- резьбофрезерные, фрезерерные. 4. мех-мы вспомогат. перемещ.

В зависимоти от класса точ-ти передачи назначается материал винта и гайки.

Расчёт передачи винт-гайка скольжения ведётся по 4 критериям.

1. Расчёт на износостойкость, по этому критерию рассчитывается среднее давление, действующее на рабочие пов-ти витков.

Класс	Материал
	Винт	Гайка
0	У10А У12А	Оловянистая бронза
1	ХВГ ХГ
2
3		Антифрикцион ный чугун
4

2. На прочность.

Расчёт ведётся по: - приведённому напряжению.

-нормальному напряжению

-касательному напряжению ,

3. Расчёт на устойчивость.

Произв-ся когда

При этом расчёте опред-ся практическая тяговая сила.

1) концы винтов закреплены жёстко.

2) один конец ход. винта закреплён жёстко, другой шарнирно.

3) оба конца шарнирные

4. На жёсткость

Опред-ся изменение шага t_х.в при действии max тяговой силы.

Передача винт-гайка качения.

Применяется в приводах подач точных станков, например координатно-расточных резьбошлифовальных. Широко прим-ся в ст. с ЧПУ.

Преимущества: 1. Высокая осевая жёсткость за счёт полного устранения зазоров.

2.Высокий КПД

3. Меньший крутящий момент на ходовом винте в следствии увеличения КПД.

4. Примерное равенство коэф-тов трения покоя и движ-я. И малая зависимость коэф-та трения от скорости.5. Малый износ.

Недостатки: 1. Относительно низкая нагрузочная способность в виду высоких контактных напряжений.2.Отсутствие самоторможения.3. Сложность конструкции, трудоёмкость изготовления, высокая стоимость.

Передача состоит из винта, гайки, комплекта шариков и устройства для возврата шариков.

Наиболее распростран. конструкцией шарики возвращаются по каналу, выполненному во вкладыше. Канал соединяет конец витка с его началом в результате образуется замкнутый контур, по которому циркулируют шарики. Чаще прим-ся 2 или 3 замкнутых независимых контура.

Размерный ряд передач регламентируется с соотв-щей нормалью в станкостроении. Также нормалью в станкостроении регламентируется профиль резьбы.

t_х.в. = 2,5; 5; 10; 20 мм

d_{х.в. =} 30…100 мм – это номинальный диаметр, под кот. понимается диам. условного цилиндра, проходящего через центр шариков.

Профиль может быть прямоугол., трапециедальный, стрельчатый, полукруглой формы.

Стрельчатый обеспечивает 4-х точечный контакт, что позволяет воспринимать точеч. нагрузки в обоих направлениях при выполнении гайки в целом.

Наиболее технологичный и более распростр-м является полукруглый профиль.Для создания предварительного натяга гайка выполняется из 2-ух частей и одна часть смещается относит. другой с помощью тарельчатых пружин, винтов.

Материалы передачи:

Винты 8ХФ, ХВГ

Гайки 9ХС, ШХ15, с т/о HRC 58-62

Прочностные расчёты:

1. На предельную статическую нагрузку действующую на 1 шарик.

2. На жёсткость

3. На устойчивость

4. На усилия предварительного натяга.

Р_н (min) должно обеспечивать сохранение предварит. натяга при действии Q_max.

Р_н (max) должно обеспечивать статич. прочности передач.

5. На статическую грузоподъёмность, 6. На динамическую грузоподъёмность.

Гидростатическая передача винт-гайка.

В этой передаче масло постоянное под давлением передаётся в зазор между винта и гайки.

Прим-ся в приводах подач тяжёлых станков.

Преимущества:

1. высокий КПД 2. передача практически беззазорная, т.к. масло подаётся с обеих сторон винтов. 3. высокая плавкость и точ-то перемещений.

4. очень низкий коэф-т трения, в связи с этим практически неограниченная долговечность.

Недостатки:

1 . Сложность системы смазки.2. Отсутствие самоторможения.3. Необходимость стабилизации

t – ра масла для уменьшения t – ных деформаций винта.

Масло подаётся через каналы, выполненные в ходовом винте или чаще в гайке.

Реечные преобразующие механизмы.

К ним относятся передачи зуб. колесо – рейка, червяк – зуб. рейка , червяк – червячная рейка скольж. и гидростатическая передача червяк – червячная рейка.

Реечные передачи применяют в приводах….движ.( продольнофриз. ст.) и широко прим. в движ. подач (ток).

Зуб. колесо – рейка.

Рейка жёстко закреплена на станине, а колесо с РО.

« +»1. Простота конструкции и изготовления.2. невысокая стоимость3. высокий КПД

4. Малый износ

«-»1. Малая степень редукции.

2. Отсутствие самоторможения.

3. Сложность осуществления медленных плавных перемещений. Расчёт обычный по максимальному тяговому усилию.

Червяк – зубчатая рейка.

Преимущества:

1. Большая степень редукции.2. Возможность осуществления медленных, относит. точных перемещений.

Недостатки:

1. Контакт близок к точечному, поэтому контактные напряжения достигают значит. величины, что ограничивает тяговое усилие.2. Относительно высокий износ.

Рейка может быть прямозубая и косозубая.

В этой передаче червяк устанавливается по углам к зуб. рейке.

Червяк – червячная рейка.

В этом случае ось червяка параллельна оси рейки и червяк выполняет функцию короткого ходового.

Контакт витков червяка и зубьев рейки.

Для повышения плавности работы и точности снижения трения и увеличения долговечности применяется в тяжёлых станках гидростатическая подача червяк - червячная рейка, её преимущества и недостатки аналогичны гидростатической передаче винт-гайка.

Кулачковые тяговые устройства.

Широко прим-ся в приводах станков автоматах и полуавтоматах.

Преимущества:

1. Надёжность работы2. Возможность получения требуемого закона движ-я РО за счёт профиля кулачка.3. Возможность изменения закона движ-я РО за счёт изменения профиля кулачка.

Недостатки:

1. Сложность изготовления и трудоёмкость.2. Ограниченный ход РО за 200-300 мм.

Обеспечивают достаточно высокую точность перемещений от 0,01 до 0,02 мм.

Кривошипные (кривошипно-шатунные, кривошипно-кулисные)