Файл: С.А. Рябов Шпиндельные узлы станков.pdf

Z2 - количество подшипников, стоящих в задней опоре. (Выбирается в зависимости от выбранной конструктивной схемы, табл. 1).

P2 (Fr2) - ожидаемая нагрузка на заднюю опору. (Рассчитывается по формуле Fr2 = Pal ).

t8 (d2) - внутренний диаметр подшипника, стоящего в передней опоре. (Рассчитывается на четвёртом этапе проектирования).

Задаётся только при М2 = 3182100,

М2 = 36100, М2 = 46100.

t9 (D2) - наружный диаметр подшипника, стоящего в передней опоре. (Выбирается из характеристик подшипника, приведённых в ГОСТ

7634 - 75 и ГОСТ 831 - 75).

t10 (b2) - ширина подшипника, стоящего в передней опоре. (Выбирается из характеристик подшипника приведённых в ГОСТ

7634 - 75 и ГОСТ 831 - 75).

Задаётся только при М1 = 36100,

M1 = 46100.

t11 (dш2) - диаметр шариков подшипника, стоящего в передней опоре. (Выбирается по ГОСТ 3722 - 81).

Задаётся только при М1 = 3182100.

t12 (δr02) - радиальная податливость подшипника с нулевым зазоромнатягом, стоящего в передней опоре. (Определяется по графику рис. 2).

t13 (Kδ1) - коэффициент радиальной податливости подшипника, стоящего в передней опоре. (Определяется по графику рис. 3).

Задаётся только при M1 = 36100,

M1 = 46100.

t14 (Kr2) - коэффициент осевой податливости подшипника, стоящего в передней опоре. (Определяется по графикам рис. 5).

Общие исходные данные

t15(a) - Вылет передней консоли. (Определён на четвёртом этапе проектирования).

t16(dк) - Диаметр передней консоли. (Определён на четвёртом этапе проектирования).

t17(dм) - Диаметр шпинделя между опорами. (Определён на четвёртом этапе проектирования).

t18(εз) - Коэффициент защемления. (Выбирается в зависимости от выбранной конструктивной схемы табл. 1).

t19(к2 ) - Коэффициент контактной жёсткости посадочной

поверхности. (Выбирают из диапазона 0,005 0,025 мм3/кгс,10-1 мм3/н).

t20(E) - Модуль упругости. (Е=22000 кг/мм2. Хранится в памяти ЭВМ).

Результаты расчёта

C1(Cr1) - жёсткость передней опоры. C2(Cr2) - жёсткость задней опоры.

l1(lопт) - оптимальное межопорное расстояние, полученное в результате расчёта.

l2(lскор) - скорректированное по условию l2≥ t15, оптимальное межопорное расстояние, мм.

J(y) - радиальная жёсткость шпиндельного узла, кгс/мм.

2.1.2.Задание и исходные данные.

При разработке следует придерживаться последовательности проектирования шпиндельного узла (рис. 1).

Первый этап: По заданным техническим требованиям и необходимым режимам резания выбираются исходные параметры.

Второй этап: Выбирается тип опор в соответствии с требованиями, предъявляемыми к проектируемому шпиндельному узлу.

Третий этап: По табл.1 выбирают одну из схем на подшипниках качения из соображений оптимальности сочетания быстроходности и жёсткости.

Четвёртый этап: По выбранной схеме из табл.1 и предельному значению параметра d n определяется максимально возможный диаметр

где nmax – наибольшая или расчётная частота вращения шпинделя. Диаметр шпинделя следует выбирать максимально возможным, тем самым существенно увеличивается жёсткость шпиндельного узла и передаваемая им мощность.

Далее определяются остальные основные параметры шпиндельного узла: диаметр шеек шпинделя, находящийся внутри области допустимых значений. Но при этом следует учитывать, что с ростом диаметра шпинделя увеличивается не только жесткость, но и температура его подшипников. Кроме диаметров шеек шпинделя необходимо также определить межопорное расстояние l и вылет шпинделя ?. Для современных шпиндельных узлов рекомендуются следующие соотношения; l/d = 4 5 и α/d ≤ 1 1,5 , l/α ≥ 2,5 ,где d - средний диаметр шпинделя без учета фланца. Указанные соотношения размеров обычно обеспечивают нужную точность вращения шпинделя.

Пятый этап: На этом этапе прорисовывается эскизная компоновка по данным, полученным выше.

Шестой этап: На данном этапе расчёты выполняются с применением ЭВМ по программе, приведённой ниже.

Для проведения расчёта необходимо подготовить данные в соответствии с пунктом 2.1 настоящего пособия. В соответствии с таблицей необходимо заполнить исходные данные в "Бланк исходных данных для расчёта на ЭВМ" (табл.4.). При этом необходимо учитывать размерность граф табл.4. Если какая-либо величина в данном варианте расчёта не задаётся, то в соответствующей клеточке ставится "О".

При расчёте схемы с подшипниками типа 3182100 необходимо перед составлением таблицы вычислить по формулам и выбрать по графикам

величина относительного зазора-натяга, где e - преднатяг.).

При расчёте схемы узла с подшипниками 36100, 46100 перед составлением таблицы необходимо вычислить и выбрать по графикам:Pa/Co; КF; Fr/Co; Кг; dm. (формулы: Fa = (2 3) d и Fr / С0,

где Fr -радиальная нагрузка на опору.).

При расчёте схемы узла с подшипниками типа 2007100 или 407400

радиальная жёсткость подшипника выбирается из табл. 2 или 3 (Выбор производит ЭВМ).

Типы подшипников в табл. 4 заносятся с простановкой нулей вместо последних двух цифр, указывающих размер подшипника, так как размеры подшипников заносятся в табл. 4 отдельными индексами.

Седьмой этап: Заключительная проработка шпиндельного узла, выбор системы смазки, способа постановки подшипников в корпус и др. конструктивные и монтажные параметры.

2.2. АЛГОРИТМ И РАБОЧАЯ ПРОГРАММА РАСЧЁТА ШПИНДЕЛЬНОГО УЗЛА НА ЭВМ

2.2.1. Краткое описание программы обработки данных на ЭВМ.

Блок-схема алгоритма расчёта приведена на рис.6.

ЗАПУСК ПРОГРАММЫ

ВВОД ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

ВЫЧИСЛЕНИЕ ЖЁСТКОСТИ ПЕРЕДНЕЙ ОПОРЫ C1

ВЫЧИСЛЕНИЕ ЖЁСТКОСТИ ЗАДНЕЙ ОПОРЫ С2

ПЕЧАТЬ C1,C2

ВЫЧИСЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО МЕЖОПОРНОГО РАССТОЯНИЯ l1, СКОРРЕКТИРОВАННОГО МЕЖ-

ОПОРНОГО РАССТОЯНИЯ l2 И РАДИАЛЬНОЙ ЖЁСТКОСТИ ШПИНДЕЛЬНОГО УЗЛА у (см. рис. 14)

ПЕЧАТЬ l1, l2, y

КОНЕЦ ПРОГРАММЫ.

Рис. 6. Общая блок-схема алгоритма автоматизированного расчёта шпиндельного узла

Рабочая программа расчёта приведена на рис. 7. Программа составлена на языке "BASIC", который обеспечивает хорошую наглядность и достаточно прост по своей структуре.

Программа осуществляет последовательное вычисление:

•радиальной жёсткости передней опоры C1 (Cr1), задней опоры С2 (Сг2) и вывод их значений;

•податливостей передней и задней опор, m1(K1) и m2(К2);

•оптимального межопорного расстояния l1(lопт) и вывод его значения;

•коррекцию lопт и вывод значения l2(lскор);

•радиальной жёсткости шпиндельного узла у (j).

Для лучшего понимания поясним некоторые моменты программы. Вычисление радиальной жёсткости передней опоры C1 и задней опоры С2 организуется по разветвлённому процессу, т.к. величины, входящие в формулу радиальной жёсткости опор , вычисляются по различающимся формулам, а иногда C1 и C2 задаются из табл. 2 и 3 -это зависит от типа подшипника. ЭВМ анализирует тип и количество подшипников в данной опоре и производит вычисление радиальной жёсткости по соответствующей подпрограмме. Вычисление l1(lопт) сводится к нахождению действительного корня уравнения l3 - А l - В= =0. Коррекция lопт производится по принципу, l = 2,5·α. Β?числение радиальной жёсткости шпиндельного узла у ( j ) производится подстановкой lскор и предварительно вычисленных остальных величин

– S7(I1), S8(I2), S5(FK), S9(FK), S6(G), m1(K1), m2(K2) в уравнение (2):

Весь процесс расчёта одного варианта на ЭВМ с учётом ввода исходных данных и вывода результата занимает порядка 1-1,5 минуты.

2.2.2. Руководство по работе с программой.

Программа обработки данных работает в диалоговом режиме. То есть ЭВМ последовательно запрашивает данные, необходимые для произведения расчёта в соответствии с бланком исходных данных

(табл. 4), заполненным заблаговременно. В случае, если какие-либо данные не нужны при расчете (в бланке исходных данных (табл. 4) стоит прочерк), ЭВМ не запрашивает их. После ввода всех необходимых исходных данных на экран ЭВМ выводятся результаты расчётов в следующем виде:

« Вывод результата расчётов:

(с1) Жёсткость передней опоры равна: ...

(с2) Жёсткость задней опоры равна: ...

(11) Оптимальное межопорное расстояние, полученное в результате расчёта: …

(12) Скорректированное оптимальное межопорное расстояние: ... (y) Радиальная жёсткость шпиндельного узла: ...»

Полученные данные расчёта заносятся в «Бланк результатов вычисления на ЭВМ», представленный в табл. 5.

Таблица 5

Бланк результатов вычисления на ЭВМ

Жёсткость передней опоры: ...

Жёсткость задней опоры: ...

Оптимальное межопорное расстояние: ...

Скорректированное оптимальное межопорное расстояние: …

Радиальная жёсткость шпиндельного узла: …

PRINT " ПРОГРАММА РАСЧЁТА ШПИНДЕЛЬНОГО УЗЛА" CLS : pi = 3.141592654#: t20 = 22000

PRINT "Расчёт шпиндельного узла" PRINT "Введите исходные общие данные "

INPUT "(t15)Вылет передней консоли = "; t15 INPUT "(t16)Диаметр передней консоли = "; t16

INPUT "(t17)Диаметр шпинделя между опорами ="; t17 INPUT "(t18)Коэффициент защемления ="; tl8

INPUT "(t19)Коэф. контактной жёсткости посадочной поверхности

="; t19 GOTO 15

5 PRINT "Теперь введите дополнительные данные :"

INPUT "(t1)Внутренний диаметр подшипника, стоящего в передней опоре ="; t1

INPUT "(t2)Наружный диаметр подшипника, стоящего в передней опоре ="; t2

INPUT "(t3)Ширина подшипника, стоящего в передней опоре ="; t3 GOTO 25

10 PRINT "Теперь введите дополнительные данные :"

INPUT "(t8)Внутренний диаметр подшипника, стоящего в задней опоре ="; t8

INPUT "(t9)Наружный диаметр подшипника, стоящего в задней опоре

="; t9

INPUT "(t10)Ширина подшипника, стоящего в задней опоре ="; t10 GOTO 57

15 PRINT : PRINT "Исходные данные для вычисления жёсткости передней опоры :"

INPUT "(р1)Введите ожидаемую нагрузку на переднюю опору:"; р1

PRINT : PRINT "1.3182100" PRINT "2. 36100"

PRINT "3.46100" PRINT "4. 2007100" PRINT "5. 4074000"

20 INPUT "(m1)Выберите тип подшипника, стоящего в передней опоре

(1-5):"; ml

IF ml > 5 OR ml < 1 THEN GOTO 20

Рис. 7. Рабочая программа расчёта шпиндельного узла