Введение
Глава 1. Особенности шпиндельных узлов со сферическими аэростатическими опорами 16
1.1. Применение разрабатываемых шпиндельных узлов 16
1.1.1. О востребованности станков для прецизионной обработки 16
1.1.2. Пластичное резание хрупких материалов 17
1.1.3. Алмазная лезвийная обработка деталей из цветных металлов 18
1.1.4. Твёрдое точение закалённой стали резцами из нитрида бора 19
1.2. Опытно-промышленные образцы шпиндельных узлов со сферическими аэростатическими подшипниками 20
1.2.1. Шпиндельный узел НШУС ПО 20
1.2.2. Шпиндельный узел РТШ 020 21
1.2.3. Расширение модельного ряда шпиндельных узлов 21
1.2.4. Требования к ультрапрецизионным шпиндельным узлам 22
1.3. Обоснование выбранной схемы шпиндельного узла 23
1.3.1. Конструкция и принцип действия 23
1.3.2. Выбор ограничителей наддува в аэростатических опорах 24
1.3.3. Режим работы и форма опорных поверхностей 26
1.4. Обзор литературы по газовым опорам 29
1.4.1. Применение сферических аэростатических опор 31
1.4.2. Расчётные модели сферических аэростатических опор 34
1.4.3. Модели динамики ротора на аэростатических опорах 34
1.4.4. Экспериментальные испытания газовых опор
1.5. Результаты обзора литературы 48
1.6. Выводы по Главе 1 з
Стр.
Глава 2. Расчёт сферической аэростатической опоры 53
2.1. Параметризация сферических аэростатических опор 53
2.2. Постановка задачи для расчёта опор 54
2.3. Физические гипотезы 55
2.3.1. Геометрические и кинематические упрощения 56
2.4. Математическое описание сферического газового слоя 57
2.4.1. Обозначение и определение векторных и тензорных величин 57
2.4.2. Системы координат опоры 58
2.4.3. Уравнение Рейнольдса 59
2.4.4. Начальные и граничные условия 59
2.4.5. Описание коэффициентов уравнения Рейнольдса 60
2.4.6. Уравнение Рейнольдса в сферических координатах 63
2.4.7. Движение воздуха в смазочном сферическом зазоре 65
2.4.8. Опорные реакции 67
2.4.9. Обзор методов решения уравнений Рейнольдса
2.4.10. Секущая и касательная статические жёсткости 73
2.4.11. Пример расчёта состояния опор 73
2.4.12. Расчёт динамических силовых характеристик опоры 74
2.5. Сегментная модель сферических аэростатических опор 82
2.5.1. Дополнительные гипотезы 82
2.5.2. Системы координат сегментов 83
2.5.3. Расчёт реакций сегмента 84
2.5.4. Расчёт опорных реакций одной опоры по сегментной модели 86
2.5.5. Особенности использования сегментной модели
2.6. Результаты моделирования аэростатических опор 87
2.7. Выводы по Главе 2 88 Стр.
Глава 3. Модель пространственной динамики шпинделя 89
3.1. Физическая постановка задачи динамики шпинделя 89
3.1.1. Геометрические соотношения 89
3.1.2. Моделирование неуравновешенности 90
3.1.3. Геометрические соотношения для смещённого шпинделя
3.2. Система отсчёта и системы координат для описания динамики 90
3.3. Описание кинематики 91
3.4. Уравнения динамики шпинделя
3.4.1. Силовое воздействие на шпиндель 92
3.4.2. Уравнения динамики в тензорном виде 93
3.4.3. Уравнения динамики в матричном виде
3.5. Вычисление частот, коэффициентов демпфирования и форм 95
3.6. Численная реализация динамической модели 95
3.7. Примеры динамических расчётов
3.7.1. Расчёты для качественных показателей шпиндельного узла 97
3.7.2. Оценка влияния неуравновешенности на биения 102
3.7.3. Прогнозирование качества обработанной поверхности 104
3.8. Выводы и результаты по Главе 3 107
Глава 4. Экспериментальные исследования шпиндельных узлов 109
4.1. Предварительные испытания модели НШУС ПО 109
4.2. Расширенные испытания модели РТШ 020 ПО
4.3. Условия проведения и задачи 111
4.4. Обработка статических осевых силовых характеристик 111
4.5. Сравнение экспериментальных методов измерения зазора h0
4.5.1. Оценка зазора h0 по силовой характеристике 113
4.5.2. Оценка зазора h0 по осевым биениям без подачи воздуха 114
4.5.3. Измерение зазора по вязкому моменту торможения 114
4.5.4. Измерение шероховатости опорных поверхностей 115 Стр.
4.5.5. Итоги оценки зазора разными способами 116
4.6. Исследование ударных переходных процессов 117
4.6.1. Особенности проведения испытаний 117
4.6.2. Гипотезы для обработки экспериментальных данных 118
4.6.3. Основные особенности переходных процессов 119
4.6.4. Обработка импульсных переходных процессов 120
4.6.5. Результаты измерения динамических характеристик 121
4.7. Результаты испытаний узлаРТШ 020 121
4.7.1. Специфичные параметры 121
4.7.2. Эксплуатационные характеристики узла РТШ 020 122
4.7.3. Эксплуатационные характеристики опор узла РТШ 020 123
4.7.4. Итоги испытаний шпиндельных узлов
4.8. Выводы по Главе 4 126
4.9. Выработанные рекомендации
4.9.1. Рекомендации по испытаниям 127
4.9.2. Замечания по расчётным моделям 128
4.9.3. Технические рекомендации и замечания 129
Глава 5. Экспериментальная проверка математических моделей 130
5.1. Экспериментально - расчётная идентификация зазора по осевой
статической характеристике 130
5.1.1. Результаты идентификации зазора для узла РТШ 020 131
5.2. Проверка расчётных динамических характеристик опор 131
5.3. Проверка расчётных динамических характеристик шпинделя 133
5.4. Сравнение импульсных переходных процессов 133
5.5. Влияние усреднённого зазора на разброс характеристик 135
5.6. Выводы по Главе 5 138
Общие выводы по работе 140
Заключение 143 Стр.
Список литературы
