ТИП ОПОР ШПИНДЕЛЬНЫХ УЗЛОВ
Тип опор шпинделя выбирают на основании требований по:
-нагрузочной способности;
-точности;
-быстроходности;
-надежности;
-жесткости;
-демпфированию.
Нагрузочная способность определяет допустимый крутящий момент на шпинделе и зависит от нагрузочной способности опор и силовых возможностей привода.
Условный показатель для оценки – отношение d/N
d – диаметр вала шпинделя в передней опоре под подшипник, мм
N – мощность привода, кВт
Точность определяет:
-биение переднего конца шпинделя ;
-шероховатость получаемой поверхности.
Быстроходность определяет:
-технологические возможности скоростной обработки;
-производительность.
Параметр быстроходности
dn=d·nmax, мм·мин-1
d – диаметр вала шпинделя в передней опоре под подшипник, мм nmax – максимальная частота вращения шпинделя, мин-1
Надежность – сохранение первоначальной точности во времени (зависит от условий эксплуатации подшипников)
Основные характеристики шпиндельных опор
|
Нагрузочна |
Параметры точности |
|
|
|
||
|
|
|
Быстрох |
|
Демпфир |
||
|
Радиально |
|
Жесткост |
||||
|
я |
|
|||||
|
|
одность |
ование |
||||
Тип опор |
способност |
е и осевое |
Шероховатост |
ь jmax·10-4, |
|||
dn 105, |
ξmax, |
||||||
|
ь N/d, |
биение |
Н/мм |
||||
|
шпинделя, |
ь |
мм мин-1 |
Н·с/мм |
|||
|
кВт/мм |
|
|
||||
|
мкм |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Качения |
≤0.75 |
≥0.5 |
Ra≥0.1 |
2.5·106 |
12 |
5 |
|
|
≤0.25 |
≥2 |
Ra≥0.5 |
4·105 |
250 |
||
|
|
||||||
Гидростати |
≤0.8 |
≥0.1 |
Ra≥0.05 |
2·106 |
50 |
106 |
|
ческие |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Гидродина |
≤0.5 |
≥0.1 |
Ra≥0.05 |
2·104- |
40 |
104 |
|
мические |
1·106 |
||||||
|
|
|
|
|
|||
Воздушные |
≤0.4 |
≥0.05 |
Ra≥0.005 |
5·106 |
20 |
102 |
|
Магнитные |
≤0.5 |
≥0.05 |
Ra≥0.005 |
3·106 |
100 |
102 |
|
ОПОРЫ КАЧЕНИЯ
Обоснование применения: меньшая стоимость; простота в эксплуатации;
широкая унификация – подавляющее большинство ШУ станков создается на базе типовых конструктивных схем
Схема |
d, мм |
dn·105, |
Область применения |
мм·мин-1 |
Схема |
d, мм |
dn·105, |
Область применения |
мм·мин-1 |
Схема |
d, мм |
dn·105, |
Область применения |
мм·мин-1 |
Сводная таблица зависимость диаметра в передней опоре под подшипник от мощности
N |
1.5- |
2.5- |
3.5- |
5.5-7 |
7.5- |
11- |
14.5- |
18.5- |
22-30 |
|
|
2.5 |
3.5 |
5.5 |
|
11 |
14.5 |
18 |
22 |
|
|
Токарные |
60-80 |
70-90 |
70- |
95- |
110- |
140- |
150- |
220 |
230 |
|
105 |
130 |
140 |
165 |
190 |
||||||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Фрезерные |
50-90 |
60-90 |
60-95 |
75- |
90- |
100- |
|
|
|
|
100 |
105 |
115 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сверлильные – диаметр шлицевой части примерно равен условному диаметру сверления
Гибридные подшипники с керамическими шариками
Керамические шарики имеют на 60% меньшую массу, чем стальные шарики. На высоких скоростях центробежные силы прижимают шарики к наружному кольцу и начинают деформировать шарики - быстрый износ и порча подшипника. Керамические шарики подвержены этому в меньшей степени при тех же скоростях вращения. Поэтому использование керамических подшипников позволяет увеличить на 30% максимальную скорость вращения для данного типоразмера подшипника без сокращения долговечности.
Керамические шарики не реагируют со стальными кольцами. Одна из наиболее часто встречающихся причин выхода подшипника из строя - износ поверхности, вызванный микроскопической «холодной сваркой» материала шариков с кольцами. Холодная сварка разрывается при вращении подшипника, ухудшая шероховатость поверхности, что приводит к нагреву и выходу подшипника из строя. Керамические материалы почти исключают это процесс, что существенно увеличивает долговечность подшипников.
Керамические шарики работают при более низких температурах.
Благодаря практически идеальной округлости керамических шариков, гибридные подшипники работают на существенно более низких температурах, чем стальные подшипники. Результатом является более долгий срок службы смазки подшипников.
Керамические подшипники имеют более низкий уровень вибраций. Тесты показали, что шпинделя с гибридными керамическими подшипниками показывают большую жесткость и более высокую собственную частоту, что делает их менее чувствительными к вибрациям.
БЕСКОНТАКТНЫЕ ПОДШИПНИКИ
Работают без соприкосновения контактных поверхностей друг с другом.
Преимуществами перед контактными :
-большая долговечность;
-низкое биение: бесконтактные подшипники воздействуют на вал с равнораспределенными усилиями, удерживая его тем самым практически идеально на оси;
-высокое демпфирование.
Применение - ШУ станков, где подшипники качения не могут обеспечить требуемой точности и долговечности работы.
Три основных вида бесконтактных подшипников в зависимости от используемой в них рабочей среды:
-гидравлические (гидродинамические и гидростатические);
-аэростатические;
-магнитные.