Расчет и обоснование параметров шпиндельного узла

 

При выборе компоновки шпиндельного узла руководствуемся следующим:

· для обеспечения высокой радиальной жесткости шпиндельного узла и уменьшения осевых перемещений переднего конца шпинделя в осевом направлении, предусматриваем переднюю опору шпинделя – фиксированной, заднюю – плавающей;

· диаметр под передней опорой шпинделя d = 100 мм, см. пункт 2.1 (глава 4);

· с целью обеспечения заданной быстроходности шпиндельного узла:

 

dn = 100·8000 = 8·10⁵ мин^-1,

 

· принимаем радиально-упорные прецизионные гибридные подшипники со стальными кольцами и шариками из нитрида кремния фирмы SKF.

Таким образом, по рекомендациям пп. 2.7, выбираем конструкцию шпиндельного узла, представленного на рис. 2.25. Основные технические характеристики и схема шпиндельного узла показаны в табл. 4.18.

Таблица 4.18

Технические характеристики шпиндельного узла

 

Параметр	Формула, источник	Значение	Примечание
Подшипники в передней опоре	см. табл. П23	7020 CD / HC
Подшипники в задней опоре		7016 CD / HC
Максимальная частота вращения n ШПmax, мин-1	кинематическая схема	8000
Диаметр под передней опорой d, мм	пункт. 2.1 (глава 4)	100	Ширина стола 320 мм
Диаметр переходного участка вала d 1, мм	(1,1…1,2) d	1,1·100 = = 110
Посадочный диаметр d 2, мм	пункт 2.1 (глава 4)	95	95×3×7 H /7 n ГОСТ 6033-80
Диаметр под задней опорой d 3, мм		80
Диаметр сквозного отверстия d 0, мм	определяется конструктивно	42,5	согласовано с размерами механизма зажима инструментальной оправки
Наибольший диаметр шпинделя D, мм	пп. 2.7	128,57	Ширина стола 320 мм
Вылет шпинделя а, мм	определяется конструктивно	90
Расстояние между опорами l, мм	(4…5) d	(4…5)·100= = 443
Расстояние от передней опоры шпинделя до зубчатого колеса b, мм	определяется конструктивно	138
Расстояние от задней опоры шпинделя до шкива ременной передачи b 2, мм		95

Жесткость передней опоры шпиндельного узла j_A и задней опоры j_B рассчитываем согласно методике, изложенной в пп. 2.7. Так как в каждой опоре шпинделя находится по два радиально-упорных подшипника, расчет жесткости каждой многоподшипниковой опоры ведем по одной условной комплексной опоре, табл. 4.19. За типовой подшипник принимаем однорядный радиально-упорный неразъемный шариковый подшипник 36100 по ГОСТ 831. Из-за отсутствия необходимых данных фирмы-производителя о диаметре шариков d _Ш и их количестве z, принимаем данные размеры у радиальных шариковых подшипников     ГОСТ 8338 того же типоразмера, табл. П24.

При расчете шпинделя на жесткость:

· расчет производим при работе привода главного движения с максимальным моментом, M _ШП = 591,6 Нм;

· учитывая опыт работы однотипных станков с размером стола 320 мм и мощностью двигателя главного движения N _ДВ = 7,5 кВт, принимаем главную составляющую силы резания Р _ОК = 8000 Н;

· из-за возможности работы станка в различных условиях обработки (встречное или попутное фрезерование, фрезерование пазов и др.) рассматриваем наихудший вариант обработки: силы P и Q направлены в одну сторону, рис. 4.16;

· шпиндель, согласно нагрузке, рассматриваем раздельно в горизонтальной Х и вертикальной Y плоскостях;

· плоскость Х располагаем по направлению окружных сил Р _ОК и F_{t 2}, плоскость Y – по радиальным силам Р _Р и F_{r 2}.

Расчетная схема шпинделя показана на рис. 4.16. Расчет шпинделя на жесткость представлен в табл. 4.20.

 

 

 

 

Рис. 4.16. Расчетная схема шпинделя

 

По расчетам радиальная жесткость шпиндельного узла j > 250 Н/мкм и угол поворота в передней опоре θ > 0,0015 рад, следовательно, шпиндель полностью удовлетворяет критерию жесткости.

Чертеж привода главного движения приведен на рис. 4.17.

 

Таблица 4.19