8.2. Расчеты фундаментов

В обычных случаях индивидуальный фундамент опирается на слой бута или песка, что также способствует виброизоляции станка.

Высота фундамента, опирающегося на грунт, в первом приближении может быть выбрана исходя из веса фундамента G_ф (, гдеQ – объем фундамента, м³; q – вес 1 м³ бетона (Н/м³). Площадь основания фундамента F выбирают из условия, чтобы давление на грунт _z (Н/см²) и осадка фундамента z (см) не превосходили допускаемых значений. Нагрузка на грунт G складывается из веса станка, обрабатываемой детали и самого фундамента [9].

Допускаемые значения давлений на грунт выбирают в зависимости от типа грунта. Все грунты делят на четыре категории: слабые (I), средние (II), прочные (III) и скальные основания (IV).

Осадка грунта под действием данного давления может характеризоваться коэффициентом упругого равномерного сжатия

.

Это понятие аналогично жесткости стыка.

Значения допустимого давления на грунт и коэффициента для различных категорий грунтов приведены в табл. 8.3.

Таблица 8.3

Характеристики прочности и жесткости грунтов

Характеристика	I	II	III	IV
Допускаемое давление на грунт, Н/см2	до 15	15-35	35-60	св. 60
Коэффициент Сz, Н/см3	до 30	30-60	60-100	св. 100

В случае скрепления станины с фундаментом следует опасаться тепловых деформаций станины, которые могут возникнуть при колебании температуры окружающей среды. Причины этих деформаций заключаются в том, что коэффициенты линейного расширения материалов фундамента (бетона) и станины (чугуна) различны. При изменении температуры их длина становится неодинаковой, и станина изгибается, что влияет на точность обработки.

Расчетная схема для определения тепловых деформаций станины приведена на рис. 8.3.

Станина и фундамент заменены двумя скрепленными пластинами, оси которых проходят через центры тяжести станины О₁ и фундамента О₂ на расстоянии h. Их искривления А₁О₁В₁ и A₂O₂B₂ произошли в результате того, что каждый метр длины станины и фундамента получил тепловые приращения, разность которых:

,

где _ст, _ф – коэффициенты линейного расширения материала станины и фундамента; t₁, t₂ – температуры в цехе при заливке фундамента и в данный момент.

Рис. 8.3. Расчетная схема для определения тепловых деформаций станины

Разница в длинах фундамента и станины будет равна L.

Величину тепловой деформации станины можно рассчитать по формуле

.

Из А₁КА₂: ; изОА₁С: .

Подставляя значения  и , получим

.

Данная формула показывает, что чем длиннее станина, тем больше значение искривления направляющих станины . Поэтому длинные станины нельзя скреплять с фундаментом по всей длине (для обеспечения возможности свободных тепловых расширений станины).

Широко используют установку станков на виброизолирующие опоры. Эти опоры ослабляют передачу вибраций как от станка к основанию, так и в обратном направлении. Это ослабление происходит в том случае, если частота собственных колебаний станка на упругих опорах в 1,5-2 раза меньше частоты возмущающих сил. При близости или совпадении этих частот, наоборот, произойдет усиление вибраций из-за явлений резонанса. Применяют конструкции с различными упругими элементами: металлической сеткой, резиной, пружинами.

Частота собственных колебаний прецизионных станков, установленных на виброопоры, не должна превышать 10-15 Гц, а для обычных не выше 20 Гц.

Во избежание резонанса при работе станков с динамическими нагрузками необходимо подсчитать частоту собственных колебаний станка и фундамента или станка на виброопорах. Эта частота должна отличаться от частот периодических сил, действующих на станок. Частота собственных колебаний фундамента зависит от жесткости грунта, которая характеризуется коэффициентом равномерного сжатия грунта. Частота собственных колебаний станины и фундамента в вертикальной плоскости может быть определена по формуле

,

где g – ускорение силы тяжести; z – осадка грунта от собственного веса.

Кроме того, необходимо определить частоту собственных колебаний станины относительно фундамента, рассматривая станину как балку на упругом основании. В этом случае следует учесть соотношение жесткости сечения станины Е₁J₁ и фундамента Е₂J₂ и применить формулу

.

Желательно, чтобы частота собственных и вынужденных колебаний отличалась более чем в 2,5 раза.