Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций
Каталог

Обратная связь

Я ищу:

Содержимое электронного каталога российских диссертаций

Диссертационная работа:

Баранов Евгений Витальевич. Повышение точности вращения шпинделей металлообрабатывающих станков путем применения автоматических балансировочных устройств : дис. ... канд. техн. наук : 05.03.01 Комсомольск-на-Амуре, 2006 193 с. РГБ ОД, 61:07-5/275


Для получения доступа к работе, заполните представленную ниже форму:


*Имя Отчество:
*email



Содержание диссертации:

Использованные сокращения и обозначения 5

Введение 6

Глава 1. Обзор устройств и способов для автоматической и много
кратной балансировки шпинделей 9

  1. Проблемы балансировки шпинделей 9

  2. Требования к АБУ 14

  3. Общие сведения об известных АБУ 19

  1. Классификация 19

  2. Пассивные АБУ 21

  3. Активные АБУ 27

  4. Сопоставление эффективности работы АБУ 32

1.4. Область применения и эффективность использования АБУ

в станкостроении 34

1.5. Постановка задачи исследований 39

Глава 2. Теоретические зависимости использованные при решении

задач балансировки шпинделей с помощью жидкостного АБУ 40

  1. Критические скорости и методы их расчетов 40

  2. Общее уравнение колебаний неуравновешенного шпинделя

с кругом 48

2.3. Жидкостное АБУ 51

  1. Основные уравнения однокамерного АБУ типа Леблана 51

  2. Основные способы повышения эффективности жидкостного АБУ 56

2.4. Расчет критической скорости для шпинделя типового шли
фовального станка 61

Глава 3. Экспериментальные исследования балансировки шпинде
лей жидкостным АБУ с использованием легкоплавких веществ 66

3.1. Описание экспериментальной установки 66

3.2. Порядок проведения экспериментов и обработка опытных
данных 73

  1. Условия и программа проведения опытов 73

  2. Очередность обработки полученных данных 80

3.3. Особенности процесса автоматической балансировки жид
костным АБУ с использованием легкоплавких веществ 84

  1. Эффект двойного изменения скорости вращения во время процесса балансировки шпинделя 84

  2. Оптимальные балансировочные скорости для жидкостного АБУ 88

  3. Расположение легкоплавкого вещества после застывания 91

Глава 4. Разработка математических зависимостей для расчетов па
раметров АБУ и их сопоставление с экспериментальными дан
ными. Рекомендации по проектированию АБУ 94

  1. Математические зависимости для расчета параметров жидкостного АБУ, установленного на гибком шпинделе с жесткими опорами 94

  2. Математические зависимости для АБУ установленного на жестком шпинделе с жесткой и упругой опорами 98

  3. Сопоставление результатов теоретических расчетов с экспериментальными данными 105

  4. Разработанные способы и устройства для балансировки шпинделей 131

  1. АБУ, работающие по принципу перераспределения масс внутри шпинделя 131

  2. АБУ, работающие по принципу прямого совмещения

ГЦОИ с осью вращения 137

4.4.3. АБУ учитывающее действие сил поверхностного натя
жения для балансировки шпинделя 143

  1. Методика расчета жидкостного АБУ установленного на шпинделе металлообрабатывающего станка 145

  2. Многокамерное жидкостное АБУ, разработанное для шпинделя круглошлифовального универсального станка ЗУ131ВМ 154

Заключение 156

Список литературы 158

Приложение 170

5 Использованные сокращения и обозначения

АБУ - автоматическое балансировочное устройство ГЦОИ - главная центральная ось инерции КМ - компенсирующие массы ТПЭ - теплопроизводящие элементы

сокр - критическая частота вращения, рад/с

со - частота вращения, рад/с

dn - быстроходность шпинделя, мм'мин'1

с - жесткость шпинделя (либо пружин упругой опоры), Н/м

е - эксцентриситет круга, м

Е - модуль упругости Юнга, МПа

/- момент инерции круга (либо полностью снаряженного шпинделя), кг м2

Z - координатная ось направленная по оси вращения вала, проходящая через неподвижные центры цапф

X и Y - координатные оси направленные в плоскости перпендикулярной ochZ

D - дисбаланс шпинделя, круга, съемной насадки и т.д., г мм

Dx - остаточный дисбаланс на шпинделе, круге и т.д., г мм

--угол запаздывания, рад

п - коэффициент сопротивления колебаниям, 1/с

р- плотность легкоплавкого вещества, кг/м

/ - длина балансировочной камеры, м

R - внешний радиус балансировочной полости АБУ, м

Ъ - толщина стенки балансировочной камеры, м

тлв - масса легкоплавкого вещества в балансировочной камере, кг



Введение диссертации:

Основной тенденцией в развитии станкостроения является постоянное повышение быстроходности и мощности, что приводит к необходимости изучения динамической нагруженности и влиянии колебательных процессов на движение шпинделя. Вибрация негативным образом влияет на ресурс и надежность станков и машин, точность вращения шпинделя, долговечность и характер износа деталей, качество выполнения технологического процесса, и др., а возникающие резонансные режимы могут служить причиной серьезных поломок и аварий.

В металлообработке под точностью понимают как точность размеров формы и взаимного расположения обработанных поверхностей, так и их волнистость и шероховатость [91]. При этом точность обработки - главный показатель качества технологической системы. Обеспечение высокой точности качества обрабатываемой поверхности во время шлифования непрерывно связано с колебаниями технологической системы шпиндель - шлифовальный круг - деталь.

Повышенная вибрация машины может быть вызвана различными причинами но, как показывает теоретические и экспериментальные исследования, основной из них являются неуравновешенность шпинделей, в частности шлифовального круга.

Демпфирования колебаний в шпинделях с помощью упругих стоек помогает лишь на определенных скоростях вращения, на других скоростях нагрузки могут возрастать. При применении упругих опор, шпиндель остается неуравновешенным, и поэтому напряжения в нем и нагрузки на опоры не устраняются. В области критических оборотов прогибы, напряжения и реакции в опорах резко возрастают и могут вызвать поломку машины.

В процессе проектирования машин конструкторы стремятся уменьшить величину возможной вибрации, стремясь выбирать правильную компоновку вращающихся деталей, соблюдая осевую симметрию шпинделя и контролируя

технологический процесс сборки. Однако, в процессе изготовления деталей и узлов возникают условия, нарушающие симметрию и приводящие к их неуравновешенности. Для этого применяют балансировку шпинделей при их изготовлении и монтаже. Если при этом учтена гибкость шпинделя и дисбаланс устранен для всех форм колебаний, то при эксплуатации шпиндель вращается с нужной точностью, если дисбаланс не меняет свое первоначальное положение.

В машинах всегда существует дисбаланс, находящийся прямой зависимости от времени эксплуатации, который невозможно устранить одной первоначальной балансировкой. Для некоторых из них разбалансировка происходит вследствие износа деталей, для других изменение дисбаланса является результатом выполняемого ими технологического процесса. Отбалансированный шпиндель со шлифовальным кругом в процессе работы начинает изменять свое сбалансированное состояние. Основанная причина - заключается в неравномерной выработке шлифовального круга, который в свою очередь обладает неравномерной плотностью. Сменные насадки устанавливаемые на шпиндель могут ухудшить его сбалансированное состояние своим посредством своего дисбаланса или неточности установки насадки на шпиндель. Часто операция остановки станка и произведения добалансировки шпинделя связана с большими экономическими потерями, а для некоторых станков недопустима по условиям выполнения технологического процесса или условий эксплуатации. Поэтому для устранения этого явления целесообразно применять автоматические балансирующие устройства (АБУ), которые при вращении шпинделя следят за его вибрацией и при превышении ее расчетного уровня автоматически устраняют его до допустимого минимума.

Основные требования к шпинделям металлообрабатывающих станков сформулированы в работах Ачеркана Н.С., Бальмонта В.Б., Бушуева В.В., Века М., Джонса А., Диментберга Ф.М., Зверева И.А., Оишомуры, Каминской В.В., Кедрова С.С., Кудинова В.А., Левиной З.М., Лизогуба В.А., Лундберга Г., Мас-лова Г.С., Маталина А.А., Оптица Г., Пальмгрена А., Пинегина СВ., Понома-

рева К.К., Портмана В.Т., Проникова А.С., Пуша А.В., Пуша В.Э., Решетова Д.Н., Фигатнера A.M., Хомякова B.C. и др.

Анализ работ показал, что современные быстроходные и высокоточные шпиндели шлифовальных, расточных и других станков должны обеспечивать точность формы рабочих поверхностей порядка десятых долей микрометра и быстроходность dn более 106 мм-мин"1 при чистоте поверхности Яа<0,08 мкм [35]. Важным условием повышенной точности является сбалансированность шпинделя, которая может обеспечиваться применением АБУ.

Большой вклад в изучение вопросов колебаний валов, балансировки роторов и шпинделей, в описание уравнений, характеризующих поведение АБУ в различных эксплуатационных условиях, в разработку новых методов и устройств балансировки внесли российские и зарубежные исследователи: Бидер-ман В.Л., Блехман И.И., Горбунов Б.И., Гусаров А.А., Куинджи А.А., Левит М.Е., Маслов Г.С., Нестеренко В.П., Рейбах Ю.С., Тимошенко СП., Щепетиль-ников В.А., и др. Проведенные исследования базируются на трудах этих ученых.

Реклама


2006-20011 © Каталог российских диссертаций