§ Направляющие качения
1
2
Направляющая
Ролики
Обойма
Тела качения – шарики или ролики.
Схема 1. – без возврата тел качения
Схема 2. – с возвратом тел качения.
Число тел качения не должно быть менее 12, т.к. их уменьшение дает снижение точности движения.
Чрезмерное увеличение ведет к тому, что большое число тел – нагружены частично.
Предварительный натяг в направляющих качения создается двумя способами – пригонкой размеров или регулируемыми приспособлениями.
Направляющие с замкнутой циркуляцией выполняются без сепаратора, с потоком шариков или роликов.
Направляющие качения имеют хорошие характеристики трения, плавность движения, точность, малое тепловыделение.
Недостаток – высокая стоимость, чувствительность к загрязнениям.
§ Комбинированные направляющие качения-скольжения
Имеют облицовку граней скольжения полимерными материалами.
Элементы качения могут быть на основных, боковых или вспомогательных гранях. Остальные грани выполняют как поверхности скольжения.
Роликовые опоры на основных горизонтальных гранях применяются в направляющих тяжелых узлов (столы тяжелых фрезерных станков, суппорты тяжелых токарных станков и т.п.).
Направляющие с боковыми гранями качения используют в расточных, многооперационных, токарных, вертикально-фрезерных станках и т.д.
§ Гидродинамические, гидростатические, аэростатические направляющие. Особенности конструкции
Гидродинамические направляющие.
Гидродинамический эффект (эффект всплывания подвижного узла) создается клиновыми скосами выполненными на рабочей поверхности направляющих. В образованные зазоры при движении затягивается масло, разделяя трущиеся поверхности.
Преимущества – простота конструкции, хорошая работа при высоких скоростях скольжения.
Недостаток – нарушение жидкостной смазки в периоды разгона и торможения подвижного узла. Применяются в продольно-строгальных, карусельных станках.
Гидростатические направляющие.
Открытые Замкнутые
Гидростатические направляющие имеют карманы, куда под давлением подается масло. Вытекая через зазор h, оно создает масляную подушку. По характеру воспринимаемой нагрузки направляющие делятся на открытые и замкнутые.
Открытые – для восприятия прижимных нагрузок. Замкнутые – воспринимают опрокидывающие моменты.
Применяются в карусельных, продольно-фрезерных станках.
Грузоподъемная сила.
,
где
Q – расход смазочного материала;
F – площадь опоры;
КF и Кg – коэффициенты геометрических параметров опоры и кармана;
h – зазор;
μ – коэффициент динамической вязкости.
Преимущества – обеспечивают смазку при любых скоростях резания.
Недостатки – сложность системы смазывания.
Аэростатические направляющие.
По конструкции аналогичны гидростатическим направляющим.
Недостатки – малая нагрузочная способность, плохое демфирование.
Преимущества – низкий коэффициент трения, при отключении подачи воздуха – быстрый контакт поверхностей с большим трением.
Лекция 10
Шпиндельные узлы основные требования и критерии работоспособности станков.
10.1. Опоры шпиндельных узлов
10.2. Расчет шпиндельных узлов на жесткость
Основные проектные критерии
Шпиндели служат для закрепления и вращения заготовки или режущего инструмента и обеспечивают заданное положение их относительно к другим узлам станка.
Шпиндельные узлы должны обладать:
Жёсткостью, достаточной для предотвращения недопустимых деформаций от сил резания и от привода.
Точностью вращения, оцениваемую радиальным и осевым биением переднего конца шпинделя.
Виброустойчивостью, определяющейся амплитудой колебаний переднего конца шпинделя и частотой собственных колебаний.
Долговечностью, определяемую по усталостному износу деталей подшипника или потере смазочных свойств масла.
Быстрым и точным закреплением инструмента или обрабатываемой детали.
Минимальными затратами на изготовление, сборку и эксплуатацию шпиндельного узла.
Конструкции шпиндельных узлов
Конструктивная форма шпинделя определяется:
Требованием к его точности.
Условиями работы шпинделя.
Способами закрепления в нём инструментов или заготовки.
Размещением элементов привода.
Типом применяемых опор.
Факторы, определяющие конструкцию шпиндельных узлов:
1. Конфигурация переднего конца шпинделя.
Зависит от способа крепления инструмента или заготовки. Центрование осуществляется конусом Морзе, конусами 7/24 или 1/3.
7º 7' 30''
D
П
рименение
в токарных, токарно-револьверных,
токарных многорезцовых станках,
шлифовальных и др.
Δ 7 : 24
Фрезерные станки
Сверлильные
иD расточные
станки Конус
Морзе
d Шлифовальные
станки
D
Δ 1 : 3
2. Конфигурация внутренних поверхностей определяется наличием отверстия для пруткового материала и конструкцией зажимного устройства, встраиваемого в шпиндель.
3. Тип приводного элемента.
Зубчатые передачи просты и компактны, передают большие крутящие моменты, но из-за передачи возмущений на шпиндель их не применяют в прецизионных станках. При применении ременной передачи конструкция усложняется, увеличиваются её размеры, но при этом увеличивается плавность вращения.
Приводные шестерни и шкивы имеют посадки без зазора (предпочтительно на конические поверхности).
4. Методы смазывания.
Существуют следующие основные способы:
а). Погружение (почти не применяют)
б). Разбрызгивание (разбрызгивание от шестерён, масло подаётся в подшипники непосредственно)
в). Капельное (подшипники шпинделя смазываются независимо от других элементов привода. Масло подаётся от 1 до 100 г/час)
г). Масляный туман (применяют сжатый воздух для образования масляного тумана)
д). Под давлением (применение при высоких частотах вращения; масло под давлением сливается через сопла в зазор между сепаратором и кольцом подшипника)
е). Циркуляционное (создаётся поток масла через подшипник).
Для защиты подшипников от грязи, пыли, а также от вытекания смазочного материала применяют манжетное армированное уплотнение с пружиной из резины или кожи, или лабиринтное уплотнение. 5. Материалы шпинделей и термообработка.
Для шпинделей станков нормальной точности применяют конструкционные стали 45, 50, 40Х с поверхностной закалкой HRCэ 50 – 60. Для прецизионных станков в условиях жидкостной смазки применяют, стали 20Х, 18ХГТ с цементацией и закалкой HRCэ 56 – 60. Для изготовления полых шпинделей большого диаметра иногда применяют СЧ20.