30.Гидродинамические и гидростатические опоры шпинделей, опоры с воздушной смазкой, особенности конструкции и критерии их расчёта. Электромагнитные опоры шпинделей.

Гидродинамические опоры когда требуется высокая и постоянная Vрез (шлифовальные станки). В станках применяют многоклиновые подшипники различной конструкции. Применяют с фасонной расточкой втулок, упругодеформированные втулки и самоустанавливающиеся сигм. Упорные гидродинамические выполняются многоклиновыми со специальными скосами, рабочая ж-ть Н5А,…,Н20А. Рабочий зазор 0,002D.

Недостатки:

-нестабильность положения оси шпинделя при изменении скорости вращения.

-повышенный износ в момент пуска и остановки.

-ограничения ж-ти.

-создание систем для подкачки масла и удерживание его в опоре.

-сложность изготовления, монтажа, эксплуатации.

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. Гидростатические опоры могут быть использованы в качестве датчиков силы в системах адаптивного управления, в качестве приводов микроперемещений.

Принцип действия гидростатического подшипника основан на том, что при прокачивании масла под давлением от внешнего источника через зазоры между сопряжёнными поверхностями в зазоре образуется несущий масляный слой, исключающий непосредственный контакт поверхностей даже при невращающемся шпинделе. В радиальных подшипниках равномерно по окружности делают полости-карманы, куда через дроссели подаётся под давлением масло от источника питания(насоса). При приложении внешней нагрузки вал занимает эксцентричное положение, зазоры h в подшипнике перераспределяются, что приводит к увеличению давления p масла в одних карманах и уменьшению в противоположных. Уравнения давлений в карманах не происходит вследствие наличия дросселей на входе в каждый карман. Разность давлений создаёт результирующую силу Fc воспринимающую внешнюю нагрузку. Отвод смазочного материала производится через торцы подшипника, иногда и через дренажные канавки, выполненные на перемычках между карманами.

Аэростатические – малые потери на трение, высокая точность вращения, долговечность бесконечна. Применение – высокоточные, высокоскоростные шпиндельные узлы. В качестве рабочей среды используется очищенный и осушённый воздух, давление 0,3-1 МПа. Радиальные аэростатические подшипники имеют 6-12 питающих дросселей, d которых 1-3мм, глубина 0,02-0,04 мм. Рад. Зазор определяется 2мя высотами кармана, отношения к диаметру опоры 2Н/Dоп.

Магнитные опоры применяют в высокоскоростных шпиндельных узлах.

+использование 1 вида энергии

+нет потерь на трение

+экологически чистый.

Наиболее распространены электромагнитные опоры с внешней автоматической стабилизацией.

31.Несущая система станка(назначение и состав, требования). Базовые детали мрс (требования, классификация, разновидности конструкций, материал, расчёт).

Базовые детали металлорежущих станков служат для создания требуемого пространственного размещения узлов, несущих инструмент и обрабатываемую деталь, и обеспечивают точность их взаимного расположения под нагрузкой. Совокупность базовых деталей между инструментом и заготовкой образует несущую систему станка. К базовым деталям относят: станины, основания, колонны, стойки, поперечины, ползуны, траверсы, столы, каретки, суппорты, планшайбы, корпуса шпиндельных бабок и т.п.

По форме условно можно разделить на 3 группы: брусья – детали, у которых один габаритный размер больше двух других; пластины – один размер значительно меньше двух других; коробки – габаритные размеры одного порядка.

Базовые детали должны иметь:

Первоначальную точность изготовления всех ответственных поверхностей для обеспечения требуемой геометрической точности станка;

Высокую жесткость, определяемую контактными деформациями подвижных и неподвижных стыков, местными деформациями и деформациями самих базовых деталей;

Высокие демпфирующие свойства

Долговечность, которая выражается в стабильности формы базовых деталей и способности направляющих сохранять первоначальную точность в течение заданного срока эксплуатации.

Малые температурные деформации.

Станины: в зависимости от расположения оси станка: горизонтальные и вертикальные. Они несут на себе основные подвижные и неподвижные части станка. Форма поперечного сечения горизонтальных станин определяется требованиями жёсткости, расположением направляющих, условиями удаления стружки и охлаждающей жидкости, размещением в станине различных механизмов, агрегатов, и резервуаров для масла и охлаждающей жидкости.

Основные типы представлены на рисунке

Станина с двойными стенками (б) в 1.3 -1.4 раза жестче, чем станины с одинарными (а), Внутренние полости часто делают замкнутыми и оставляют в них стержневую смесь. Замкнутый профиль имеет гораздо большую жёсткость, чем разомкнутый, а сыпучий материал увеличивает демпфирующие свойства. Применяются так же станины, у которых стружка отводится через окна в задней стенке (в). Сечение станин с наклонной задней стенкой и расположением направляющих на разном уровне (г), обладают высокой жесткостью и создают хорошие условия для отвода стружки, но усложняется конструкция суппортов. Для тяжёлых станков используют (д), для высокопроизводительных гидрокопировальных, многорезцовых станках и в станках с программным управлением (е).

Вертикальные станины (стойки):

Стойки, испытывающие нагрузки в плоскости симметрии (например, вер-сверл) – (а,г). Если же нагрузка пространственная (например - фрезерные), то делают ближе к квадрату форму (б), это обеспечивает повышенную жёсткость на кручение. Стойки имеют круглое сечение (в), если необходимо обеспечить поворот узлов относительно оси стойки (рад-свер).

Увеличение жёсткости добиваются с помощью поперечных и продольных рёбер. Расстояние между рёбрами <400мм во избежание коробления.

Плиты – служат для повышения устойчивости станков с вертикальными станинами, их применяют в станках с неподвижной заготовкой. Высота не должна быть меньше 1/10 длины плиты.

Коробчатые детали. Жескость коробок увеличивают за счёт увеличения жескости стенок непосредственно в месте приложения нагрузки путём постановки бобышек и рёбер. Отверстия в стенках снижают жёсткость коробок пропорционально соотношению площадей отверстия и стенки.

Салазки и суппорты – при конструировании салазок приходится учитывать противоречия: уменьшение массы и размеров по высоте, с одной стороны, и увеличение жесткости за счёт увеличения высоты сечения салазок.

Столы – служат для поддержания и перемещения заготовок при обработке:

Бывают подвижные и неподвижные. Подвижные имеют одну систему направляющих, т.е. перемещаются в одном направлении. Столы неподвижные (рад-сверл, протяж. ст.) и подвижные консольные (вер-сверл, попер-строг.) имеют коробчатую форму с внутренними перегородками и рёбрами, повышающими их жёсткость.

Основными материалами базовых деталей, удовлетворяющих условиям стабильности, жесткости и виброустойчивости, являются чугун и низкоуглеродистая сталь. Значительно реже применяют бетон, да и то в качестве материала для оснований или станин. Чугун – дешёвый, хорошие литейные свойства, мало коробиться, но низкие мех свойства. В основном для больших и громоздких конструкций. Углеродистую сталь – для сварных конструкций простой формы. Повышенная жёсткость при той же массе (в сравнении с чугуном), применят в станках при ударных и очень больших нагрузках. Бетон- хорошо гасит вибрации, что увеличивает динамическую жесткость станка. Тепловая инерция, то есть менее чувствителен к изменению температуры, чем чугун, дешевле чугуна, но попадание масла на бетон повреждают его, меры по защите от влаги и масла, также применяют железобетон, обеспечивая такую же жесткость, что и чугун экономия металла 40-60%.

32. Направляющие МРС (классификация, требования, форма поперечного сечения). Направляющие смешанного трения и качения (преимущества и недостатки, способы регулирования зазоров, создания качения и предварительного натяга, материал, смазка, категории расчета).

Направляющие обеспечивают траекторию движения в конечном счете заготовки (инструмента), точность перемещения узлов и воспринимают внешнюю силу.

Требования: -точность перемещения подвижного узла,

-эксплуатационная долговечность (малый износ),

-высокая жесткость,

-высокие демпфирующие свойства,

-малые силы трения.

Конструктивные требования:

-простота конструкции и изготовления,

-близость тягового устройства к центру тяжести,

-возможность регулировки зазора, натяга,

-благоприятное расположение в рабочем пространстве.

Классификация 1-по виду трения м/у подвижными элементами

-скольжения

-качения

-комбинированные

2- по характеру трения

-полужидкостное (по материалу трущихся пар)

-чугун-чугун

-чугун-сталь

-чугун-текстолит и др

-жидкостное (по принципу образования несущего масляного слоя)

-гидродинамические

-гидростатические

-аэростатические

Полужидкостное возникает на смазанных направляющих, при этом суммараная сила от взаимодействия контактирующих поверхностей деталей и силы вязкого сопротивления смазки не разделяющей полностью эти поверхности. Если смазка полностью разделяет трущиеся поверхности, то трение жидкостное.

3-в зависимости от траектории движения подвижного узла

-прямолинейные

-круговые

4 они же делятся на

-горизонтальные

-вертикальные

-наклонные

5 По форме поперечного сечения

-прямоугольные

-треугольные

-трапецевидные

-цилиндрич

6 Каждую из форм направляющих можно использовать в виде

-охватывающих

-охватываемых

Форма поперечного сечения

Направляющие смешанного трения (скольжения).

Преимущества +высокая контактная жесткость,

+хорошие демпфирующие свойства,

+надёжная фиксация подвижного соединения после перемещения в заданную позицию

Недостатки: -непостоянство сил сопротивления,

-большие силы трения.

-большая разница м/у силами, необходимыми в начальный момент движения и для поддержания перемещения приводит к скачкообразному движению, особенно при малых скоростях, т.о. ниже точность.

Пути решения:- применение антискачковых масел,

-накладки из антифрикционных материалов.

Материал направляющих:

*СЧ ( часто выполяют как одно целое с базовой деталью).+простота, +дешево, -небольшая долговечность

*стальные , чаще в виде отдельных планок, которые приваривают к сварным станинам, а к чугунным крепят винтами или приклеивают (сталь 20,20Х, 18ХГТ, 40ХФ, ХВГ, ШХ15),

*цвет сплавы (алюминевые бронзы, оловянистые бронзы, цинковый сплав)

+высокая износостойкость, +не бывает задиров, + равномерное усилие перемещения, -дорого,

*пластик, +высок характеристики трения, +хорош антизадирные св-ва, +равномерность усилий, -высокий износ, - проблемы направляющих с кислотами, маслами.

(фторопласт, композиты на основе эпоксидных смол, присадки различных порошков металлических).

Направляющие жидкостного трения.

Жидкостное трение можно обеспечить а) за счет гидродинамического эффекта,

б) гидростатич (подача масла м/у направляющими под давлением)

+нет износа направляющих, +высокие демпфирующие св-ва, +плавность хода,

Направляющие качения

+хорошие характеристики трения, равномерность и плавность движения при малых скоротях, +высокая точность установочных перемещений, +малые потери на трение, небольшое тепловыделение, +простота системы смазки.

-высокая стоимость, -высокая трудоемкость изготовления, -низкое депфирование, -повышенная чувствительность к загрязнению.

Чугун применяют редко, в основном использ стальные направляющие.

Для устранения вредного влияния зазоров и увеличения жесткости направляющих создают предварительный натяг, который м.б. получен за счет веса узла и внешней нагрузки. Недостаток такого способа натяга -невозможность выбора оптимальной величины натяга и отсутствие регулировки.

Защита направляющих.

Необходима для предохранения от попадания на рабоч поверхность грязи, мелкой стружки. Отсутствие защиты ускоряет изнашивание, снижает долговечность. Наиболее чувствительны к загрязнению- направл качения.

Применяют:

-войлочное уплотнение(но быстро загрязняется),

-полимерное уплот (защищает от мелких повреждения и от попадания крупной стружки.)

-телескопические щитки (из листовой стали),

-защитные ленты (используют при большой длине хода),

-гармоникообразные меха (увеличивают габариты), изготавл из полимеров.

Расчет направляющих качения:

1)на предельно допустимую нагрузку,

2)на прочность поверхностного слоя и отсутствие пластических деформаций,

3)определение упругих перемещений,

4)долговечность,

5)определяют величины предварительного натяга