Розрахунок та проектування шпиндельного вузла (стр. 1 из 2)
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ
“КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ ”
МЕХАНІКО-МАШИНОБУДІВНИЙ ІНСТИТУТ
Розрахункова робота
«Розрахунок та проектування шпиндельного вузла»
Виконав студент ММІ, групи МТм-51
Волинець Віктор
Київ-2009
Вибір загальних вихідних даних
За табл. 3.6 методичних вказівок №7 згідно варіанту вибираємо вихідні дані. Вихідні дані представлено в табл. 2.1.
Табл. 2.1. Вихідні дані
| Параметр | Значення |
| Виліт передньої консолі а, мм | 120 |
| Діаметр передньої консолі d2, мм | 90 |
| Діаметр шпинделя між опорами d1, мм | 80 |
| Діаметр отвору в шпинделі d*, мм | 60 |
| Швидкісний параметр Kv×105, мм/хв. | 6 |
| Очікуване навантаження на консолі P, кН | 15 |
| Клас точності верстата | A |
Вибір схеми шпиндельного вузла
Схему шпиндельного вузла вибираємо по значенню швидкісного параметру dnmax (Kv) за табл. 3.4 методичних вказівок. Приймаємо схему №7.
Рис. 2.1. Схема шпиндельного вузла (ШВ)
Вибір підшипників
Визначаємо граничні числа обертів шпинделя:
об/хв
Для передньої та задньої опор за каталогом вибираємо радіально-упорні підшипники (табл. 2.2).
Табл. 2.2. Характеристики обраних підшипників
| Основные размеры | Грузоподьёмность | Предел | Достижимые скорости | Macca | Обозначения | ||||||
| динамическая | статическая | усталостной | смазывание | SKF | SNFA | ||||||
| прочности | пластичными | точечное | Listing of both SKF and SNFA designations means that | ||||||||
| d | D | B | C | C0 | Pu | смазывание | |||||
 | |||||||||||
| mm | kN | kN | об/мин | kg | - | ||||||
| | |||||||||||
| 90 | 160 | 30 | 127 | 112 | 4,25 | 8500 | 14000 | 2,25 | 7218 CD/P4A | - | |
За табл. 3.5. методичних вказівок, враховуючи значення швидкісного параметру, вибираємо метод змащування – масляний туман. За табл. 3.1 методичних вказівок допустима температура нагріву зовнішнього кільця підшипника, враховуючи клас точності верстата - 35-40ºС.
Визначення опорних реакцій, радіальних жорсткостей опор
Визначаємо реакції відповідно в передній та задній опорах R1, R2, для чого попередньо приймаємо міжопорну відстань, рівну 3d, де d – діаметр шпинделя в передній опорі:
 |
Н
 |
Н
Жорсткість опор на підшипниках кочення визначаємо за графіками рис. 3.3 методичних вказівок. Для підшипників передньої опори приймаємо радіальну жорсткість одного підшипника Ср1=0,55 кН/мкм, задньої – Ср2=0,55 кН/мкм. Отже, радіальна жорсткість передньої і задньої опор вцілому відповідно:
кН/мкм, 
кН/мкмПодатливість передньої та задньої опор відповідно:
мкм/кН,
мкм/кНРозрахунок жорсткості шпиндельного вузла
Радіальне переміщення переднього кінця шпинделя:
,де yш, yоп, yздв – радіальні переміщення, що викликані відповідно згином шпинделя, податливістю опор та здвигом від дії поперечних сил (величиною усдв можна знехтувати, оскільки ця складова не перевищує 3-6% від у). Отже:
Переміщення yш обчислюється за допомогою інтеграла Мора по правилу Верещагіна графоаналітично:
мкм,де Е – модуль пружності; І1 та І2 – осьові моменти інерції відповідно міжопорної частини та передньої консолі:
м4; 
м4,де d* - діаметр отвору в шпинделі, м; εз – коефіцієнт закріплення в передній опорі (див. табл. 3.1 методичних вказівок).
Переміщення уоп визначається за умови абсолютно жорсткого шпинделя з подібності трикутників:
мкмОтже, загальний прогин:
мкмЗагальна радіальна податливість:
мкм/кНВизначення оптимальної міжопорної відстані
Для знаходження оптимальної міжопорної відстані знайдемо похідну залежності прогину у від довжину міжопорної частини l, прирівняємо її до нуля та розв’яжемо отримане рівняння відносно l:
Дане рівняння має 3 корені – 1 дійсний та 2 ірраціональні:
Отже, оптимальна міжопорна відстань lопт=170 мм. Отримане значення коригуємо з урахуванням довжини передньої консолі , lопт≥2,5а. Отже, lопт=2,5а=300 мм.
Визначення радіальної жорсткості ШВ з урахуванням lопт
Радіальне переміщення переднього кінця шпинделя під дією навантаження Р:
Визначимо також жорсткість та податливість шпинделя:
кН/мкм 
мкм/кНВизначення демпфіруючих властивостей шпинделя
Демпфіруючі властивості можна кількісно оцінити за допомогою логарифмічного декремента коливань:
,де ψ1, ψ2 – відносне розсіювання енергії в передній та задній опорах відповідно; [λ]=0,23 – допустиме мінімальне значення розсіювання енергії для токарних верстатів (схема ШВ за завданням очевидно відповідає токарному верстату). Розсіювання в передній та задній опорах відповідно дорівнює сумі показників демпфіруючих властивостей ψ0 для даних видів підшипників, що встановлені в опорі (табл. 3.10 методичних вказівок).
Отже, демпфіруючі властивості ШВ є задовільними.
Визначення власної частоти шпинделя
Приблизний розрахунок власної частоти шпинделя, що не має значних зосереджених мас, можна виконати за формулою:
рад/с,де коефіцієнт ν=2,3…2,4 при λ=2,5…3,5; m=50 кг – приблизна маса шпинделя.
| Таблицы изделий: |  |  |  |  |  |  |  |  |  | |  |  |
 |  |  |  |  |
