30. Смазка шпиндельных узлов. Особенности конструкции и новые виды опор.

М етоды смазывания во многом определяют надежность работы шпиндельного узла. Для подшипников качения применяют жидкий либо твердый смазочный материал. Примерные границы примени­ мости различных методов смазывания по параметру (dn)max, ука­заны ниже.

Виды опор:

- подшипники качения, обеспечивают высокую грузо­подъемность, точность вращения, повышенную жесткость и мини­мальные выделения теплоты.

- опоры скольжения, применяют в шпиндельных узлах тех станков, где подшипники качения не могут обеспечить требуемой точ­ности и долговечности работы. В качестве таких опор используют в зависимости от свойств

а )Гидродинамические подшипники применяют в станках с высо­кими постоянными или мало изменяющимися скоростями вращения шпинделей при незначительных нагрузках (станки шлифовальной группы). В подшипниках создается несколько клиновых зазоров, куда вращающимся валом увлекается масло, и результирующая гидродинамических сил F_n позволяет воспринимать внешнюю нагруз­ку F, действующую в любом направлении.

б) Гидростатические опоры обеспечивают высокую точность вра­щения, обладают высокой демпфирующей способностью, что значи­тельно повышает виброустойчивость шпиндельного узла, имеют прак­тически неограниченную долговечность, высокую нагрузочную спо­собность при любой частоте вращения шпинделя. Принцип действия гидростатического подшипника основан на том, что при прокачивании масла под давлением от внешнего источ­ника через зазоры (щели) между сопряженными поверхностями в за­зоре образуется несущий масляный слой, исключающий непосред­ственный контакт поверхностей даже при невращающемся шпинделе.

в ) Опоры с воздушной смазкой. В станкостроении применяют аэростатические подшипники, по принципу действия подобные ана­логичным гидростатическим, только несущий слой в них создается путем подвода в зазоры между сопряженными поверхностями не жидкости, а сжатого воздуха под давлением, не превышающим 0,3— 0,4 МПа. Вследствие этого нагрузочная способность их невелика, однако малая вязкость воздуха позволяет существенно снизить потери на трение, что предопределило применение аэростатических подшипников в небольших прецизионных станках при больших окружных скоростях вращения шпинделя.

31. Тяговые устройства металлорежущих станков. Основные типы и требования предъявляемые к ним.

Тяговые устройства служат для перемещения подвижных узлов станка по направляющим прямолинейного или вращательного движения. Они являются последним звеном кинематической цепи привода подач, вспомогательных движений или главного привода (карусельные, протяжные, строгальные, долбежные станки)

Требования:

-обеспечивать заданный закон перемещения и скорости; в пода­вляющем большинстве станков скорость должна быть постоянной;

-иметь высокий КПД;

-обладать высокой жесткостью, которая является одной из глав­ных характеристик тягового устройства и влияет на статические и динамические погрешности исполнительного узла станка;

-иметь малый момент инерции, что определяет быстродействие привода и точность обработки;

-обладать высокой чувствительностью к малым перемещениям, т. е. иметь способность осуществлять движения малые по пути ,или скорости;

-зазоры должны отсутствовать, особенно в тех случаях; когда по характеру движения или действию внешней нагрузки имеет место раскрытие стыков;

-износ в процессе эксплуатации должен быть минимальным.

Типы:

Для осуществления прямолинейного движения используют:

механизмы: ходовой винт—гайка, зубчатое колесо—рейка или зубчатый сектор—рейка, червяк—рейка, кулачковые, шатунные, рычажные и другие механизмы;

гидравлические и пневматические двигатели типа поршень — цилиндр;

электромагнитные устройства в виде линейно-развернутых электродвигателей, бесконтактных электромагнитных передач, соленоидов.

Вращательное движение может осуществляться зубчатыми, чер­вячными, ременными, цепными, фрикционными и другими пере­дачами.

32. Конструкция передачи. На гайке и винте нарезают трапецеидальную резьбу обычно стандартного профиля с углом 30⁰. Винты с такой резьбой технологичны, но радиальное биение их создаёт погрешности шага. Поэтому прецизионные передачи делают с резьбой, имеющей угол профиля 10…20⁰.

Зазор в резьбе регулируют и устраняют двумя способами. Первый состоит в том, что гайку изготавливают из двух полугаек, одну из них прикрепляют к столу или суппорту, другую с помощью клина, прокладок или резьбового соединения перемещают в осевом направлении. Регулирование по второму способу достигают в результате поворота одной полугайки относительно другой при неизменном осевом расположении.

Размеры гайки и ходового винта определяют в результате расчёта передачи на износостойкость, а также расчёта ходового винта на прочность, жёсткость и устойчивость.

Расчёт передачи на износостойкость. Износостойкости передачи зависит от давления в контакте между гайкой и винтом. Определяют среднее давление (Па):

где Q–наибольшая тяговая сила, Н; р-шаг винта, м; d-средний диаметр резьбы, м; h-рабочая высота профиля резьбы, м; -длина гайки, м.

С учётом соотношений между параметрами гайки получют

где λ=l/d=1,5…4; –допускаемое давление в контакте: для точных передач с бронзовой гайкой в токарно-винторезных и резьбонарезных станках для передач с чугунной гайкой .

Расчёт винта на жёсткость.

Под действием тяговой силы шаг передачи изменяется на

где E-модуль упругости материала винта; F-площадь поперечного сечения стержня винта.

С учётом допуска на шаг резьбы ограничивают Δр и по зависимости (1) определяют требуемый диаметр винта. Осевую жёсткость привода подачи находят по зависимостям, применяемым для приводов с передачей винт-гайка качения.

Расчёт винта на прочность. Винт работает на растяжение (сжатие) и кручение. Приведённое напряжение

где σ-нормальное напряжение; τ-касательное напряжение; W-момент сопротивления сечения стержня винта при кручении.

Допускаемое приведённое напряжение назначают, исходя из предела текучести материала винта:[σ_пр]≤(2,28…0,33)σ_т, и по зависимости (2) находят требуемый диаметр.

Расчёт винта на устойчивость.

Этот расчёт выполняется для длинных винтов, работающих на сжатие. Критически тяговая сила

где I-момент инерции поперечного сечения стержня винта; -коэфф. длины (когда оба конца винта заделаны, =0,5, при одном заделанном и другом шарнирном =0,7, при обоих шарнирных =1).

Требуемый диаметр находят по зависимости (2) с учётом необходимого запаса устойчивости n=2,5…4(n=Q_кр/Q). Большие значения запаса устойчивости берут при действии на винт поперечных сил.