В лаборатории кафедры «Автомобили и металлообрабатывающее оборудование» ИжГТУ были проведены экспериментальные исследования шпиндельного узла на базе токарного станка мод. 97ИТ для тонкого точения. В передней опоре шпинделя установлен гидростатодинамический подшипник с четырьмя самоустанавливающимися вкладышами по типу подшипника ЛОН - 34 для восприятия радиальных нагрузок. На рабочей поверхности вкладышей размерами B´L=40´45 мм выполнены прямоугольные замкнутые карманы Bк´Lк = 16x18мм глубиной Нк = 3мм, в которые через регулируемые дроссели подводилось масло (И-12А) под давлением рк = 2МПа от насоса с давлением рн = 4МПа. Отношение давлений рк /рн = 0,5 обеспечивает максимальную жесткость масляного слоя в зазоре между поверхностью шпинделя и рабочей поверхностью вкладышей. Вкладыши опираются на сферические поверхности опорных винтов, которые позволяют регулировать монтажный диаметральный зазор в подшипнике.
В задней опоре шпинделя установлены два радиально-упорных шарикоподшипника (типа 46209К) с предварительным натягом. Вращение шпинделю сообщалось через поликлиновую ременную передачу с передаточным отношением i = Д1 /Д2 = 150/100=1,5 от электродвигателя постоянного тока (ПБСТ-42, Рн=4КВТ, n = 30...3000 об/мин) с тиристорным силовым преобразователем, который обеспечивает бесступенчатое изменение частоты вращения шпинделя nшп от 45 до 4500 об/мин.
На станке были проведены испытания шпиндельного узла с целью определения его статической и динамической жесткости. Нагружение осуществлялось тензометрическим динамометром, а перемещение шпинделя измерялось бесконтактным индуктивным датчиком в комплекте с тензостанцией мод. UM-131. Регистрация результатов измерения производилась на пленке шлейфовым осциллографом мод. Н-115,
При монтажном диаметральном зазоре 0,01мм статическая жесткость подшипника составила 15 кгс/мкм. В данном случае шпиндель не вращался, а масло от насоса высокого давления подавалось в карманы вкладышей, т.е. осуществлялся гидростатический режим смазки.
При вращении шпинделя с частотой nшп к гидростатическому давлению в масляном слое на рабочей поверхности вкладышей добавляется гидродинамическое давление, т.е. возникает комбинированный гидростатодинамический режим смазки, приводящий к увеличению несущей способности вкладышей и динамической жесткости подшипника с увеличением пшп.
В процессе работы первоначально установленный в подшипнике диаметральный зазор увеличивается из-за податливости опорных элементов вкладышей в радиальном направлении. Также происходит поворот вкладышей относительно центра сферы опорных винтов на угол, который определяется коэффициентом конфузорности K=h1/h2, где h1, и h2 - величина зазора в масляном слое, соответственно, на входной и выходной рабочих кромках вкладышей. Для обеспечения оптимального режима гидродинамической смазки коэффициент конфузорности должен быть равным 2,2, что достигается смещением центра сферической опорной поверхности на расстояние 0,1В относительно центра вкладыша к выходной кромке. На такое же расстояние смещается и центр кармана на рабочей поверхности вкладыша.
Точность вращения шпинделя оценивалась по результатам измерений некруглости и шероховатости поверхностей, обработанных алмазным точением образцов с наружным диаметром 40 мм из латуни ЛС59-1. Образцы закреплялись на оправке, которая устанавливалась в коническом отверстии шпинделя. Алмазное точение осуществлялось с постоянной глубиной резания t = 0,1мм и продольной подачей Sпр=0,01 мм/об при изменении nшп. Некруглость цилиндрической поверхности образцов измерялась на кругломере мод. 218, а шероховатость - на профилометре-профилографе мод.201 производства завода «Калибр».
При изменении пшп от 50 до 2000 об/мин некруглость обработанных образцов не превышала ôR=1...2мкм, а шероховатость - Rа = 0,2...0,32мкм. С увеличением пшп до 4000 об/мин некруглость увеличивалась до ôR = 3,5мкм, а шероховатость до Rа = 0,6мкм, что объясняется динамическими силовыми возмущениями со стороны элементов приводи станка.
Результаты исследования показали, что подшипник можно рекомендовать для применения в шпиндельных узлах токарных, расточных и шлифовальных станков высокой точности.
Библиографическая ссылка
Иванов В.Ф. ШПИНДЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ ТОКАРНОГО СТАНКА С ГИДРОСТАТОДИНАМИЧЕСКИМ ПОДШИПНИКОМ С САМОУСТАНАВЛИВАЮЩИМИСЯ ВКЛАДЫШАМИ В ПЕРЕДНЕЙ ОПОРЕ // Успехи современного естествознания. – 2009. – № 9. – С. 73-74;URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=12808 (дата обращения: 20.04.2024).