Содержание к диссертации
Стр.
ВВЕДЕНИЕ 4
Глава I. ОБЗОР КОНСТРУКЦИИ!, СРАВНИТЕЕБНАЯ ОЦЕНКА
ТОЧНОСТИ ИЗВЕСТНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕ
ДОВАНИЙ И МЕТОДИК РАСЧЕТА ПОДШИПНИКОВ С
ГАЗОВОЙ СМАЗКОЙ !. 8
1,1. Узлы с опорами на газовой смазке, их отличительные особенности, примеры применений 8
Г.2. Типовые схемы радиальных аэростатических
подшипников с циркулярным поддувом воздуха
и с канавками 22
Сравнительная оценка известных методик расчета циркулярных аэростатических подшипников . . 29
Обзор экспериментальных работ по исследованию подшипников с воздушной смазкой . . 53
Выводы и постановка задачи исследования. 66
Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ НАГРУЗОЧНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЦИРКУЛЯРНОГО АЭРОСТАТИЧЕСКОГО ПОДШИПНИКА 70
Аналитическое определение влияния конструктивных параметров подшипника на его нагрузочные характеристики ". 70
Инженерная методика расчета циркулярного аэростатического подшипника 81
Глава 3.' ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОНСТ-
РУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЦИРКУЛЯРНОГО АЭРОСТАТИ
ЧЕСКОГО ПОДШИПНИКА НА ЕГО НАГРУЗОЧНЫЕ ХА
РАКТЕРИСТИКИ 91
Методика исследований и особенности измерений. 91
Испытательный стенд, измерительная аппаратура и особенности отладки стенда . . 100
к Стр.
Нагрузочные характеристики аэростатического подлинника. Определение оптимальных конструктивных параметров подшипника . . НО
Сравнение результатов экспериментального
и теоретического исследования 128
Исследование распределения давления в зазоре подшипника !. 145
Результаты экспериментального исследования ;. 155
Глава 4'; ПОВЫШЕНИЕ НАГРУЗОЧНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЦИРКУЛЯР
НОГО АЭРОСТАТИЧЕСКОГО ПОДШИПНИКА С ПОМОЩЬЮ
КАНАВОК 158
4.1. Методика экспериментального исследования подшипников с канавками, особенности конструкции стенда и изготовления канавок .. 158
4;2. Определение оптимальных конструктивных
параметров аэростатических подшипников
с канавками 163
4.3. Сравнение расчета и экспериментального исследования подшипников с канавками. Рекомендации по выбору типа подшипника. 186
Глава 5. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СТАНОЧНЫХ УЗЛОВ С
АЭРОСТАТИЧЕСКИМИ ОПОРАМИ 190
Конструкции и расчет шпиндельных узлов с аэростатическими опорами 190
Результаты внедрения и исследования шпиндельных узлов с аэростатическими опорами 203
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 208
ЛИТЕРАТУРА І . . 211
Приложение J I. Программа и распечатка расчета опти
мальных характеристик аэростатичес
кого подшипника ...... 217
Приложение JS 2. Использование результатов работы в
промышленности 221
Введение к работе
Высокие темпы развития социалистической промышленности выдвинули ряд научных проблем, решение которых способствует успешному выполнению заданий ХХУТ съезда КПСС. Одной из таких проблем является повышение точности и долговечности прецизионных шпиндельных узлов.
Эффективным путем повышения точности вращения и сохранения ее долговечности является применение в качестве опор шпинделя подшипников с воздушной смазкой. Это объясняется способностью воздушной пленки многократно усреднять погрешности изготовления рабочих поверхностей вала и втулки подшипника. Отсутствие трения между поверхностями вращения, разделенными слоем сжатого воздуха, способствует сохранению первоначальной точности вращения шпинделя в подшипниках в течение длительного времени.
Наиболее перспективно применение воздушных опор в прецизионных станках - шлифовальных и алмазно-расточных, в приборах для контроля точности изделия - кругломерах и координатно-из-мерительных машинах, в установках для воспроизведения параметров движения (образцовая центрифуга)'.
Широкое применение подшипников с воздушной смазкой сдерживается отсутствием достаточно точных и простых методик их расчета. Это объясняется, во-первых, сложностью микроаэродинамических процессов, протекающих на выходе из отверстия поддува в смазочный зазор, во-вторых, большой сложностью необходимого математического аппарата. Поэтому конструктору при разработке подшипников приходится полагаться на использование опубликованных экспериментальных данных и собственный опыт.
Первоочередной задачей является расчет чисто аэростатического подшипника, т.е. подшипника, работающего в качестве подвеса, без вращения вала. Такой подход является практически целесообразным, т.к. при добавлении вращения подъемная сила и жесткость возрастают; расчет подшипника дает поэтому расчетные параметры с запасом.
Целью настоящей работы явилось улучшение известных методик расчета аэростатического подшипника на основе введения в расчетные формулы аналитически полученных коэффициентов дискретности, усовершенствование методов экспериментального исследования и на их основе определение оптимальных параметров различных типов аэростатических подшипников, разработка прецизионных шпиндельных узлов на аэростатических опорах.
В работе изложены результаты теоретического и экспериментального исследования наиболее перспективных радиальных аэростатических подшипников с циркулярным поддувом воздуха. Предложен инженерный метод их расчета. Выработаны рекомендации по выбору оптимальных параметров подшипников. Экспериментально изучены пути повышения жесткости и подъемной силы аэростатических под&пяп-яиков с помощью канавок.
В I главе рассмотрены применяемые конструкции узлов на воздушных опорах и типовые схемы радиальных подшипников с внешним поддувом воздуха. Проведен критический обзор известных методов расчета нагрузочных характеристик радиального аэростатического подшипника. Проанализированы известные методики и результаты экспериментальных работ по исследованию подшипников с воздушной смазкой.
Во 2 главе предложен аналитический метод расчета оптимальных рабочих характеристик радиального аэростатического подшил-
ника с циркулярным поддувом воздуха. Метод расчета основан: - на уточнении разработанной в ЭНИМСе схемы линий поддува коэффициентами дискретности, рассчитываемыми по аналитическим формулам. Результаты расчетов сопоставлены с расчетами по известным методикам.
В 3 главе рассмотрены методика, испытательный стенд и результаты экспериментального исследования радиального аэростатического подшипника с циркулярным поддувом сжатого воздуха. Определены оптимальные соотношения конструктивных параметров и нагрузочных характеристик подшипника. Полученные экспериментальные результаты сопоставлены с расчетами по разработанному во 2 главе методу;
В 4 главе приведены результаты исследований по определению возможностей повышения жесткости и подъемной силы аэростатического подшипника с помощью канавок. Определены оптимальные соотношения конструктивных параметров подшипников с кольцевыми микроканавками, с кольцевыми прерывистыми канавками, с прямоугольными секциями канавок, с секциями и дренажом между ними. Результаты экспериментов сопоставлены с нагрузочными характеристиками циркулярного аэростатического подшипника.
В 5 главе рассмотрены разработанные на основе экспериментальных данных и предлагаемого метода расчета конструкции шпиндельных узлов с аэростатическими опорами: планшайба станка для точения оптических деталей из цветных сплавов, поворотная каретка и шпиндели изделия и инструмента станка для обработки асферических линз, бабка изделия тяжелого внутришлифовального станка, направляющая перемещения электрошпинделя сверлильно-фрезерного станка для обработки печатных плат; изложены результаты исследования характеристик шпиндельных узлов.
Автор выражает искреннюю благодарность за оказанные помощь и поддержку научному руководителю д.т.н. профессору Шейнбергу С.А.,
_7-
заведующему лабораторией опор и направляющих на газовой смазке к.т.н. Баласаньяну B.C., а также сотрудникам отдела #-34 ЭНИМС.
