5Т23В, Зубострогальный полуавтомат

3. Расчетная часть

Для модернизации делительного движения наиболее подходящим мехатронным модулем является цифровой электропривод (ЦЭП). Передающим движение звеном является вал на опорах качения.

1) Определяем опорные реакции относительно точки В. Сумма моментов относительно точки А=0

∑Ma = 0

Fr1 * l1 + Rbr * l = 0 ,

где: Fr1 – радиальная сила, действующая на колесо;

Rbr – опорная реакция относительно точки В при действии силы Fr1. Определим опорную реакцию относительно точки В при действии

силы Fr1.

Определим опорную реакцию относительно (.) В при действии силы Ft1.

Лист

где: Ft – осевая сила, действующая на колесо;

Rbt – опорная реакция относительно точки В при действии силы Ft1.

2) Определим опорные реакции относительно точки А. Сумма моментов относительно точки В=0

∑Mb = 0

−Fr1 *l2 − Rar *l = 0 ,

где: Rаr – опорная реакция относительно точки А при действии силы Fr1. Определим опорную реакцию относительно точки А при действии

силы Fr1.

Определим опорную реакцию относительно точки А при действии силы

Ft1.

где: Rаt – опорная реакция относительно точки В при действии силы Ft1.

3) Определяем суммарные реакции.

Суммарная реакция опоры относительно точки А, Ra

Лист

3.2 Расчет подшипников.

3.2.1 Общие сведения о подшипниках.

Подшипники – опорные устройства, предназначенные для поддержания вращающихся осей, валов и других деталей и восприятия, передаваемых от них радиальных и осевых усилий, называются подшипниками. По виду трения, возникающего в рабочих элементах опорных устройств, различают подшипники качения и скольжения. Наибольшее распространение в приводах получили подшипники качения, обладающие рядом преимуществ: большой несущей способностью на единицу ширины подшипника в осевом направлении; высоким к. п. д.; отсутствием специальных требований к валам и осям по термообработке в местах установки подшипников; отсутствием необходимости использовать цветные металлы. Недостатками подшипников качения являются пониженная долговечность при большой частоте вращения и значительных динамических нагрузках, а также невозможность использовать их в конструкциях, имеющих разъем в радиальном направлении. Все это ограничивает возможность их применения в ряде устройств, где необходима высокая скорость вращения (и > 30-:- 50 м/с) или обязателен разъем (например, в коленчатых валах).

3.2.2 Подшипники качения.

По конструкции и функциональному назначению подшипники делятся на три группы: радиальные, радиально-упорные и упорные. В каждой группе подшипники выполняются как шариковыми, так и роликовыми.

Подшипники имеют условное обозначение, состоящее из нескольких цифр. Первые две цифры справа обозначают для d от 22 до 495 мм внутренний диаметр подшипника, деленный на 5; третья цифра - серая подшипника в зависимости от соотношения наружного и внутреннего диаметров и ширины. Четвертая Цифра справа обозначает тип подшипника, пятая и шестая - характеризуют конструктивную модификацию подшипника, седьмая --- серию подшипника по ширине, Различают шесть серий

Лист

подшипников по ширине, относительное отличие которых при заданном d показано на рисунке 3.1

Рисунок 3.1 – Серии подшипников.

Подшипники различаются также по классу точности изготовления. Установлены следующие классы точности (в порядке повышения точности): 0; 6; 5; 4; 2. В приводах машин общего назначения наиболее часто применяются подшипники класса точности 0. Класс точности наносится на торце кольца (класс точности 0 не ставится).

Радиальные шариковые однорядные подшипники являются более быстроходными, чем другие типы подшипников. Могут наряду с радиальной нагрузкой воспринимать осевую (до 0,7 от неиспользованной радиальной нагрузки). Допускаются перекосы внутреннего кольца по отношению к наружному до 0° 15'. Находят самое широкое применение в машинах и механизмах. Выпускаются в различных модификациях: с защитными шайбами и фетровыми уплотнителями, с канавкой на наружном кольце, для осевого крепления с помощью стопорной шайбы и т.д.

Радиальные шариковые двух рядные подшипники предназначены в основном для восприятия радиальной нагрузки. Осевая нагрузка в них не должна превышать 0,2 от неиспользованной радиальной. Отличительной особенностью данных подшипников является возможность использования при значительном перекосе внутреннего кольца по отношению к наружному (до 3°). Модификация подшипника с конусным отверстием

Лист

внутреннего кольца на закрепительной втулке, позволяет устанавливать их на гладких осях и валах, в том числе в средней части.

Радиальные роликоподшипники с короткими цилиндрическими роликами имеют большую нагрузочную способность, однако при прочих равных условиях допускают меньшую частоту вращения. Благодаря разборной конструкции более удобны при монтаже. Их можно использовать только на жестких коротких валах, исключающих возможность значительных перекосов в опорах. Выпускаются в различных модификациях в зависимости от конструкции упорных буртиков на наружном и внутреннем кольцах. Если на наружном и внутреннем кольцах имеются буртики, то подшипники могут воспринимать основную нагрузку.

Двухрядные сферические роликоподшипники обладают наибольшей несущей способностью при одинаковых наружных диаметрах. Так же, как шариковые подшипники, допускают осевую нагрузку до 0,2 от неиспользованной радиальной и перекосы до 3° и имеют модификации, позволяющие закреплять их на осях и валах с помощью установочного конуса.

Игольчатые роликоподшипники воспринимают только радиальную нагрузку, применяются в условиях ограниченности габаритов при малых скоростях вращения, не допускают перекоса валов. Подшипники с витыми роликами лучше воспринимают ударные нагрузки.

Радиально – упорные шарикоподшипники воспринимают радиальную и одностороннюю осевую нагрузку при установке одинарного подшипника.

При необходимости воспринять двухстороннюю осевую нагрузку применяются сдвоенные подшипники. Сдвоенные и строенные подшипники применяются при необходимости восприятия больших одно – и двухсторонних нагрузок. Подшипники выпускаются в различных модификациях и находят широкое применение в технике; устанавливаются на жестких двух опорных валах.

Лист

Радиально – упорные роликоподшипники предназначены для восприятия радиальных и односторонних осевых нагрузок. Так как наружное кольцо съемное, подшипники удобные при монтаже. При установке двух однорядных подшипников рядом или на противоположных концах вала они воспринимают двусторонние осевые нагрузки; применяются во многих узлах передач при средних и больших мощностях. Выпускаются также двух – и

четырехрядные конические роликовые подшипники.

Упорные подшипники воспринимают одностороннюю (однорядные) или двустороннюю (двухрядные) осевую нагрузку. Выпускаются как шариковыми, так и роликовыми; находят широкое применение в машинах и механизмах.

Лист

Рисунок 3.2 – Классификация подшипников качения

Лист

3.2.3 Выбор типа подшипника

Выбор типа подшипника зависит от величин осевой и радиальной сил. Если Fx < 0,3Fr - выбираем радиальный шариковый подшипник ( β = 0 ),

β - угол контактных тел качения с колодами.

Если Fx ≥ 0,3Fr - выбираем радиально-упорный шариковый или с

коническим роликом подшипник ( β =10...17 º), β - угол контактных тел

качения с колодами.

Т. к. в нашем случае Fx=0, то 0,3Fr = 0,3*1076 = 323 Н. 0 < 323, отсюда

выбираем подшипник шариковый однорядный. Рассчитаем приведенную нагрузку

106

где: Lh – потребный ресурс в часах.

L = 60 * 200 12000 =144 , 106

C =1441 / 3 *1642 = 8604 .

Проверяем условия

Лист

C ≤ [C]

8604 ≤ 31300

dвала = 24 мм dподш≤dвала dподш = 24 мм

Размеры рассчитанного подшипника по ГОСТ 8838-75: D = 48 мм, B = 14

мм, r = 1,5 мм, d = 24 мм.

Рисунок 3.3 – Обозначение шарикового однорядного подшипника.

Лист

5Т23В, Зубострогальный полуавтомат

3. Расчетная часть

Для модернизации привода главного движения наиболее подходящим мехатронным модулем является цифровой электропривод (ЦЭП). Передающим движение звеном является вал.

1) Определяем опорные реакции относительно точки В. Сумма моментов относительно точки А=0

∑Ma = 0

Fr1 * l1 + Rbr * l = 0 ,

где: Fr1 – радиальная сила, действующая на колесо;

Rbr – опорная реакция относительно точки В при действии силы Fr1. Определим опорную реакцию относительно точки В при действии

силы Fr1.

Определим опорную реакцию относительно точки В при действии силы Ft1.

− Ft1 *l1 + Rbt *l = 0 ,

Лист

где: Ft – осевая сила, действующая на колесо;

Rbt – опорная реакция относительно точки В при действии силы Ft1.

2) Определим опорные реакции относительно точки А. Сумма моментов относительно точки В=0

∑Mb = 0

−Fr1 *l2 − Rar *l = 0 ,

где: Rаr – опорная реакция относительно точки А при действии силы Fr1. Определим опорную реакцию относительно точки А при действии

силы Fr1.

Определим опорную реакцию относительно точки А при действии силы

Ft1.

где: Rаt – опорная реакция относительно точки В при действии силы Ft1.

3) Определяем суммарные реакции.

Суммарная реакция опоры относительно точки А, Ra

Лист

4) Определим изгибающие моменты.

Изгибающий момент относительно точки А при действии силы Fr1, равен

M Fr1(1) = −605 * 38 = −22990Н .

Изгибающий момент относительно точки А при действии силы Ft1, M Ft1(1)

равен

Изгибающий момент относительно точки B при действии силы Fr1, M Fr1(2)

равен

Изгибающий момент относительно точки B при действии силы Ft1, M Ft1(2)

равен

M Ft1(2) = 213*138 = 29394Н .

5) Определяем полный изгибающий момент Полный изгибающий момент относительно точки А при действии сил

Ft1 и Fr1 равен

Лист

Рисунок 3.1 – Диаграмма изгибающих моментов со схемой расположения подшипников.

Лист

3.2 Расчет подшипников.

3.2.1 Общие сведения о подшипниках.

Подшипники – опорные устройства, предназначенные для поддержания вращающихся осей, валов и других деталей и восприятия, передаваемых от них радиальных и осевых усилий, называются подшипниками. По виду трения, возникающего в рабочих элементах опорных устройств, различают подшипники качения и скольжения. Наибольшее распространение в приводах получили подшипники качения, обладающие рядом преимуществ: большой несущей способностью на единицу ширины подшипника в осевом направлении; высоким к. п. д.; отсутствием специальных требований к валам и осям по термообработке в местах установки подшипников; отсутствием необходимости использовать цветные металлы. Недостатками подшипников качения являются пониженная долговечность при большой частоте вращения и значительных динамических нагрузках, а также невозможность использовать их в конструкциях, имеющих разъем в радиальном направлении. Все это ограничивает возможность их применения в ряде устройств, где необходима высокая скорость вращения (и > 30-:- 50 м/с) или обязателен разъем (например, в коленчатых валах).

3.2.2 Подшипники качения.

По конструкции и функциональному назначению подшипники делятся на три группы: радиальные, радиально-упорные и упорные. В каждой группе подшипники выполняются как шариковыми, так и роликовыми.

Подшипники имеют условное обозначение, состоящее из нескольких цифр. Первые две цифры справа обозначают для d от 22 до 495 мм внутренний диаметр подшипника, деленный на 5; третья цифра — серая подшипника в зависимости от соотношения наружного и внутреннего диаметров и ширины. Четвертая Цифра справа обозначает тип подшипника, пятая и шестая — характеризуют конструктивную модификацию подшипника, седьмая —- серию подшипника по ширине, Различают шесть серий

Лист

подшипников по ширине, относительное отличие которых при заданном d показано на рисунке3.2.

Рисунок 3.2 – Серии подшипников.

Подшипники различаются также по классу точности изготовления. Установлены следующие классы точности (в порядке повышения точности): 0; 6; 5; 4; 2. В приводах машин общего назначения наиболее часто применяются подшипники класса точности 0. Класс точности наносится на торце кольца (класс точности 0 не ставится).

Радиальные шариковые однорядные подшипники являются более быстроходными, чем другие типы подшипников. Могут наряду с радиальной нагрузкой воспринимать осевую (до 0,7 от неиспользованной радиальной нагрузки). Допускаются перекосы внутреннего кольца по отношению к наружному до 0° 15'. Находят самое широкое применение в машинах и механизмах. Выпускаются в различных модификациях: с защитными шайбами и фетровыми уплотнителями, с канавкой на наружном кольце, для осевого крепления с помощью стопорной шайбы и т.д.

Радиальные шариковые двух рядные подшипники предназначены в основном для восприятия радиальной нагрузки. Осевая нагрузка в них не должна превышать 0,2 от неиспользованной радиальной. Отличительной особенностью данных подшипников является возможность использования при значительном перекосе внутреннего кольца по отношению к наружному (до 3°). Модификация подшипника с конусным отверстием

Лист

внутреннего кольца на закрепительной втулке, позволяет устанавливать их на гладких осях и валах, в том числе в средней части.

Радиальные роликоподшипники с короткими цилиндрическими роликами имеют большую нагрузочную способность, однако при прочих равных условиях допускают меньшую частоту вращения. Благодаря разборной конструкции более удобны при монтаже. Их можно использовать только на жестких коротких валах, исключающих возможность значительных перекосов в опорах. Выпускаются в различных модификациях в зависимости от конструкции упорных буртиков на наружном и внутреннем кольцах. Если на наружном и внутреннем кольцах имеются буртики, то подшипники могут воспринимать основную нагрузку.

Двухрядные сферические роликоподшипники обладают наибольшей несущей способностью при одинаковых наружных диаметрах. Так же, как шариковые подшипники, допускают осевую нагрузку до 0,2 от неиспользованной радиальной и перекосы до 3° и имеют модификации, позволяющие закреплять их на осях и валах с помощью установочного конуса.

Игольчатые роликоподшипники воспринимают только радиальную нагрузку, применяются в условиях ограниченности габаритов при малых скоростях вращения, не допускают перекоса валов. Подшипники с витыми роликами лучше воспринимают ударные нагрузки.

Радиально – упорные шарикоподшипники воспринимают радиальную и одностороннюю осевую нагрузку при установке одинарного подшипника.

При необходимости воспринять двухстороннюю осевую нагрузку применяются сдвоенные подшипники. Сдвоенные и строенные подшипники применяются при необходимости восприятия больших одно – и двухсторонних нагрузок. Подшипники выпускаются в различных модификациях и находят широкое применение в технике; устанавливаются на жестких двух опорных валах.

Лист

Радиально – упорные роликоподшипники предназначены для восприятия радиальных и односторонних осевых нагрузок. Так как наружное кольцо съемное, подшипники удобные при монтаже. При установке двух однорядных подшипников рядом или на противоположных концах вала они воспринимают двусторонние осевые нагрузки; применяются во многих узлах передач при средних и больших мощностях. Выпускаются также двух – и

четырехрядные конические роликовые подшипники.

Упорные подшипники воспринимают одностороннюю (однорядные) или двустороннюю (двухрядные) осевую нагрузку. Выпускаются как шариковыми, так и роликовыми; находят широкое применение в машинах и механизмах.

Лист

Рисунок 3.3 – Классификация подшипников качения

Лист

3.2.3 Выбор типа подшипника

Выбор типа подшипника зависит от величин осевой и радиальной сил. Если Fx < 0,3Fr - выбираем радиальный шариковый подшипник ( β = 0 ),

β - угол контактных тел качения с колодами.

Если Fx ≥ 0,3Fr - выбираем радиально-упорный шариковый или с

коническим роликом подшипник ( β =10...17 º), β - угол контактных тел

качения с колодами.

Т. к. в нашем случае Fx=0, то 0,3Fr = 0,3*825 = 248 Н. 0 < 323, отсюда

выбираем подшипник шариковый однорядный. Рассчитаем приведенную нагрузку

106

где: Lh – потребный ресурс в часах.

L = 60 * 20012000 =144 , 106

C =1441/ 3 *1642 = 8604 .

Проверяем условия

Лист

C ≤ [C]

8604 ≤ 31300

dвала = 40 мм dподш≤dвала dподш = 40 мм

Размеры рассчитанного подшипника по ГОСТ 8838-75: D = 80 мм, B = 18

мм, r = 2,0 мм, d = 40 мм.

Рисунок 3.4 – Обозначение шарикового однорядного подшипника.

Лист

5Т23В, Зубострогальный полуавтомат

3. Конструкторская часть Для модернизации движения привода подачи выбираем линейный

двигатель.

3.1. Описание работы линейного двигателя и его конструктивное особенности.

Рисунок 3.1 – Ротор линейного двигателя

Принцип линейного двигателя (ЛД) не нов и, в общем, известен даже школьнику, поскольку прототипом ЛД является простейшая электромагнитная система. Такая система состоит из металлического сердечника-магнита и статорной обмотки. При подаче тока определенной полярности в обмотку сердечник сместится в ту или иную сторону, причем практически мгновенно. Изменение полярности сигнала на обмотку приведет к обратному ходу сердечника. Как видим, от источника энергии к РО нет никаких промежуточных элементов, передача энергии осуществляется через воздушный зазор, ничего не надо вращать, сразу возможно осуществление главной задачи - продольного движения РО. Гениальность решения, естественно, сразу была оценена по достоинству. На рассмотренном принципе уже десятилетия работают все элементы

Лист

электроавтоматики, системы электротормозов, системы защиты, специальное оборудование ударного типа и т.д. Громадный опыт использования электромагнитных систем четко выявил их потрясающие достоинства: удивительная простота конструкции и применения, почти мгновенная остановка, мгновенный реверс, сверх быстрота срабатывания, большие усилия, простота настройки. Но не было только одного - возможности регулировать скорость РО в электромагнитной системе и обеспечивать тем самым регулируемое поступательное движение РО (сердечника).

Рисунок 3.2 - Линейный электродвигатель

Потребовались многие годы работы ученых и конструкторов в разных странах, прежде чем был достигнут успех. Особенно интенсивно велись работы в Японии, где электромагнитный привод (уже как линейный привод) был впервые успешно использован как движитель для сверхскоростных поездов. Там же были попытки создания линейных приводов для металлообрабатывающих станков, но они имели существенные недостатки: создавали сильные магнитные поля, грелись, а главное не обеспечивали равномерности в движении РО. Лишь на пороге нового тысячелетия начался серийный выпуск станков (пока в основном электроискровых (электроэрозионных)) с принципиально новыми линейными двигателями, в которых решены все проблемы по

Лист

обеспечению равномерным движением РО станков со сверхвысокой точностью, с большим диапазоном регулирования скорости, с громадными ускорениями, мгновенным реверсом, с простотой обслуживания и наладки и др.

В принципе, конструкция ЛД изменилась не сильно. Собственно двигатель состоит всего из 2 (!) элементов: электромагнитного статора и плоского ротора, между которыми лишь воздушный зазор. Третий обязательный элемент – оптическая или другая измерительная линейка с высокой дискретностью (0,1 мкм). Без нее система управления станка не может определить текущие координаты. И статор, и ротор выполнены в виде плоских, легко снимаемых блоков: статор крепится к станине или колонне станка, ротор - к рабочему органу (РО). Ротор элементарно прост: он состоит из ряда прямоугольных сильных (редкоземельных) постоянных магнитов. Закреплены магниты на тонкой плите из специальной высокопрочной керамики, коэффициент температурного расширения которой в два раза меньше чем у гранита. Использование керамики совместно с эффективной системой охлаждения решило многие проблемы линейных приводов, связанные с температурными факторами, с наличием сильных магнитных полей, с жесткостью конструкции и т.п.

Точная и равномерная подача РО во всем диапазоне скоростей и нагрузок обеспечивается двумя техническими решениями:

•крепление постоянных магнитов под определенным фиксированным углом, который был открыт в ходе длительных экспериментов;

•реализация высокоэффективной 6-ти фазной импульсной системы управления (система SMC).

Компания "СОДИК" организовала на своих заводах серийный выпуск широкой гаммы ЛД с характеристиками: с ходом подач от 100 до

Лист

2220 мм, с максимальной скоростью перемещения РО до 180 м/мин с ускорениями до 20G (!!!) при точности исполнения заданных перемещений (в нормальном режиме работ) равной 0,0001мм (0,1 мкм). Нагрев этих ЛД при работе не превышает + 2° С от температуры помещения. Обеспечивается практически мгновенная остановка РО, реверс, моментальная реакция привода на команды системы ЧПУ и т.д. На один и тот же рабочий орган монтируется (например, для увеличения мощности) несколько линейных двигателей. Так, в частности, устроен привод оси Z всех ЭЭ прошивочных станков "СОДИК".

Как указывалось, и статор, и ротор ЛД предельно просты. Статор исполнен в виде прямоугольного блока и крепится несколькими болтами к несущей конструкции станка. В приводе оси Z - два статора. Они размещены по обе стороны вертикального ползуна. К каждому статору крепятся два патрубка системы охлаждения статора и кабели подвода энергии и управления. Пластина ротора жестко крепится болтами к подвижной каретке (РО ). Так как в приводе оси Z два ЛД, то на каретке крепятся, соответственно, два ротора , каждый напротив своего статора. Система специальных направляющих и пневмопротивовес обеспечивают исключительную легкость хода каретки, практически без усилий. Приводы по осям X, Y прошивочных станков и в приводах X, Y, U, V проволочно-вырезных станков проще - в них всего по одному ЛД.

Лист

Рисунок 3.2 – Конструкция линейного двигателя

Особенно следует отметить простоту обслуживания ЛД, простоту периодической чистки (при необходимости), профилактики и ремонта. Так, чтобы заменить ротор ЛД, достаточно открутить несколько болтов, крепящих ротор к РО. Для замены статора помимо болтов нужно лишь снять две трубки системы охлаждения статора и отсоединить кабель.

Сравните эти действия, например, с комплексом работ по снятию шаровой гайки или замене подшипника ходового винта.

Эффективность применения новых приводов сразу же нашло убедительное подтверждение. Новая серия ЭЭ станков с ЛД имеет резко повышенные технико-технологические и эксплуатационные характеристики по сравнению с аналогичными станками, имеющими традиционные приводы. Так, производительность ЭЭ прошивных станков

сЛД выше, чем у станков с обычными приводами как минимум в 2 раза, а

ЭЭпроволочно-вырезных – на 50%. Повысилась точность станков, расширились диапазоны параметров обрабатываемых деталей и т.д. Для

Лист

объяснения этого необходимо рассматривать определенные тонкости ЭЭ технологий и работы ЭЭ оборудования, а это уже тема другая.

Нижеследующая таблица позволяет зрительно сопоставить рассматриваемые привода.

Таблица 1 - Сравнение традиционных и линейных приводов станков

Сравнение традиционных и линейных приводов станков

Лист

Лист

Для модернизации движения привода подачи наиболее подходящим мехатронным модулем является линейный синхронный мотор серии

LSM.

Рисунок 3.3 – Фото якоря и магнитной дороги двигателя LSM-P-24

Линейные синхронные моторы развивают однородное линейное усилие. Отличительная особенность линейного синхронного мотора перед другими линейными системами заключается в отсутствии механической передачи.

Движение обуславливается непосредственно магнитным полем. Используется датчики положения с периодом 20 или 40 мкм и выходом 1 Vss или 11 мкА.

Лист

Достоинства: прецизионное позиционирование, высокие динамические характеристики, отсутствие механической трансмиссии и люфта, высокие удельные массо-габаритные характеристики.

Краткое техническое описание: линейный синхронный мотор состоит из подвижной части – якоря и магнитной дороги – статора. Якорь содержит группу катушек, залитых теплопроводящим компаундом. Статор состоит из наклеенных на стальную пластину магнитов. Для нормальной работы мотора воздушный зазор между якорем и статором должен быть не более 0,9мм. Усилие передается непосредственно через воздушный зазор, т.е. отсутствует механическая передача . Это обеспечивает высокие точностные параметры мотора, ускорение и скорость перемещения, надежность.

Технические данные линейных синхронных моторов LSM-24

Примечание:

1.Двигатель развивает пиковое усилие при Ip (2…3sec).

2.Воздушный зазор между статором и якорем - 0,5 мм3. Максимальная температура статора не более 70°C.

4.Мотор имеет встроенные датчики порогового типа PTC на температуру -

120°C.

5.Максимальное входное давление охлаждающей жидкости - 1,1 bar

6.Длина магнитной дороги Ls: 144, 192, 240, 288, 336, 384.

Другая длина может набираться из стандартных отрезков Ls.

7.Допуск на все данные ±10%.

8.Магниты защищены нержавеющей сталью. (S/T) - соединение фаз двигателя:

звезда / треугольник.

Области применения:

Робототехника: многокоординатные роботы, роботизированные комплексы.

Станкостроение: станки с ЧПУ различного профиля.

Медицина: автоматизация лабораторий, производство контактных линз. Электротехника: пр-во полупроводников, сборочные аппараты.

Пиковое усилие Fp =485 Н, соответственно выбираем линейных синхронный двигатель LSM-P-24-302*50 и по таблице все технические характеристики.

Лист

5Т23В, Зубострогальный полуавтомат

3. Расчетная часть

Для модернизации делительного движения наиболее подходящим мехатронным модулем является мотор – шпиндель, расположенный на упорных гидростатических подшипниках.

Расчётные схемы приведены на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 – Расчётные схемы упорного гидростатического подшипника

3.1. Назначение конструктивных параметров

r2 = 55 мм. r1 = 50 мм.

Лист

D = 55 мм. А = 1,5·D,

A = 1,5 · 55 = 82,5 мм.

Осевой зазор h = 1 мм. B = r2 – r1,

B = 55 – 50 = 5 мм.

rc = A2 ,

rc = 822,5 = 41,25 мм.

Высота кольцевых щелей: hr = 0,085 мм.

h0 выбирают в диапазоне от 0,02 до 0,05 мм. Принимаем h0 = 0,04 мм.

hc выбирают так, чтобы h0 3 = 0,45 − 0,05 мм. Принимаем hc = 0,128

hc

мм.

Динамическая вязкость для минеральных масел выбирается в диапазоне от 8,5 · 10-3 до 45 · 10-3 Н·см/м2. Принимаем µ = 30·10-3 Н·см/м2.

Высоты кольцевых щелей равны: l1 = 5 мм и l2 = 6 мм. lc = 10 мм.

l = 150 мм.

3.2. Определение эффективной площади УГП

Эффективная площадь кармана 1 определяется по формуле:

F1 = π4 (A2 − D2 ) ,

F1 = π4 (82,52 −552 ) = 2970 Н.

Эффективная площадь кармана 2 определяется по формуле:

F2 = π (rc2 − D2 ) ,

4

Лист

F2 = π (41,252 − 5542 ) = 2970 Н.

3.3. Расчёт характеристик УГП

Гидравлические сопротивление дросселей трения RHi на входе в карманы определяются следующим образом:

RH1 = 12 30 10-3 5 =16,96 . π 55 0,0853

R H1 = 12 µ l2 , π D h3r

Гидравлические сопротивление дросселей трения RiС на выходе из карманов определяются по формулам:

R1C = 12 30 10-3 5 = 6,95 10−3 . π 13 82,5

R 2C = 12 µ lC , π h3 A

m = R H2 ,

R H1

m = 16,9620,36 =1,2 .

n = R H2 ,

R 2C

Лист

n = 20,366,62 = 3 .

Значение n не выходит за пределы допустимых значений. Характеристика жёсткости определяется безразмерным коэффициентом, значение которого вычисляется по формуле:

При ε = - 0,1, ε = 0 и ε = 0,1 значение коэффициента Сj будет соответственно равно:

Сj1 = 0,672; Сj2 = 0,556; Сj3 = 0,45.

Взависимости от коэффициента Сj вычислим жёсткость при ε = 0 и ε

=± 1 для её оценки на границах вероятного интервала смещения шпинделя, которая находится по следующей формуле:

j = ph F C j , где h0

F - эффективная площадь кармана 1, F = F1= 2970 Н ;

ph – величина давления, с которым масло подаётся в систему питания опор, ph = 2,5 МПа.

j1 = 2,5 106 2970 0,672 =1,25 1011 . 0,04

j2 = 2,5 106 2970 0,556 =1,03 1011 . 0,04

j3 = 2,5 106 2970 0,45 = 8,35 1010 . 0,04

Лист

Несущая способность при ε = ±1 для оценки величины усилия, соответствующего каждому из направлений смещения шпинделя определяется по формуле:

При ε = -1 и ε = 1 значение коэффициента характеристики несущей способности будет равно:

Cp1 = 0,204.

Cp2 = - 0,25.

Следовательно, несущая способность при ε = -1 и ε = 1 будет равна:

P1 = 2,5·106 · 2970 · 0,204 = 1,52·109.

P2 = 2,5·106 · 2970 · (-0,25) = -1,8·109.

Лист

Рисунок 3.2 – Безразмерные характеристики несущей способности Ср (а) и жесткости Сj (б) упорного гидростатического подшипника

Определим расход масла через подшипник при ε = 0 по формуле:

При ε = 0,1 расход больше на 8%, а при ε = -0,1 меньше на 8%, чем при ε = 0, следовательно:

Q1 = Q0·1,08;

Q1 = 1,85·105 · 1,08 = 2,002·105.

Q2 = Q0·0,92;

Q2 = 1,85·105 · 0,92 = 1,705·105.

Потери мощности на прокачку масла через подшипник определяются по формуле:

NQ = ph · Q,

где Q вычисляется по формуле:

Лист

NQ = 2,5·106 · 2,4·105 = 6·1011.

Потери мощности на жидкостное трение находятся по следующей формуле:

Размеры выходных дросселей (для схемы 2) представляют собой следующие соотношения: