8.2. Основные задачи при проектировании шпиндельного узла
Шпиндельный узел состоит из шпинделя, условно имеющего передний конец и межопорный участок, приводного элемента и шпин-дельных опор. Проектирование шпиндельного узла включает:
а) определение мощности на шпинделе и нагрузок на него;
б) выбор привода и типа опор;
в) определение диаметра шпинделя, вылета консоли и расстояния между опорами;
г) разработку конструкции шпинделя;
д) выбор устройств для смазывания опор и уплотнений и т. д.
На шпиндель действуют нагрузки, определяемые силами резания, силами от привода (ременного, зубчатого и др.) и центробежными силами, возникающими от неуравновешенности вращающихся деталей самого шпиндельного узла.
При проектировании шпиндельного узла необходимо обеспе-чивать высокую работоспособность переднего подшипника и приводной зубчатой передачи. Требуется ограничить радиальное и осевое биение переднего конца шпинделя, а также его радиальное и осевое перемещение под действием сил резания и сил со стороны привода. Кроме того, необходимо ограничить амплитуды колебаний переднего конца шпинделя, а также нагрев его опор. Эти свойства должны сохраняться шпиндельным узлом в течение длительного времени при изменении, обычно в широких интервалах, нагрузок и частоты вращения.
8.3. Кинематические схемы шпиндельных узлов
Важной кинематической характеристикой шпиндельных узлов является параметр быстроходности
,
мммин–1,
где d – диаметр шейки шпинделя в передней опоре, мм;
nmax – максимальная частота вращения шпинделя, мин–1.
Быстроходность
шпиндельного узла определяется типом
и быстроходностью подшипников шпиндельных
опор. Шариковые подшипники имеют большую
быстроходность по сравнению с роликовыми,
но последние обладают большей жесткостью
и допускают большую нагрузку. Кинематическая
схема шпиндельного узла выбирается в
зависимости от требуемой быстроходности
и нагруженности. При этом с увеличением
быстроходности узла уменьшаются
передаваемая мощность, жесткость и
виброустойчивость. Типовые кинематические
схемы шпиндельных узлов (рис. 8.1) условно
разделены на три группы
в
зависимости от показателя быстроходности
.
1. Низкоскоростные схемы (1 и 2 на рис. 8.1) обладают повышен-ной жесткостью и применяются в токарных и фрезерных станках с высокими нагрузками и при работе на умеренных скоростях. В указанных схемах чаще применяются радиальные двухрядные цилиндрические роликоподшипники и упорные шариковые или радиально-упорные конические двухрядные роликоподшипники.
2. Среднескоростные схемы (3–11 на рис. 8.1) рекомендуются для токарных, фрезерных, сверлильных и шлифовальных станков с более высокой быстроходностью и применяются при работе на сред-них скоростях при умеренных нагрузках в связи с несколько меньшей осевой жесткостью. В данных станках чаще применяются радиально-упорные конические однорядные роликоподшипники или радиальные двухрядные цилиндрические роликоподшипники и упорно-радиальные шариковые с углом контакта 60°.
3. Высокоскоростные схемы (12 и 13 на рис. 8.1) рекомендуются для токарных, расточных и шлифовальных станков, работающих на высоких скоростях, в связи с тем что они обладают высокой быстроходностью. Эти схемы имеют опоры на радиально-упорных шариковых подшипниках, обычно собранных в комплекты.
Рис. 8.1. Кинематические схемы и показатели быстроходности
шпиндельных узлов