Метод расчета газомагнитного подшипника высокоскоростного шпиндельного узла Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»



у _I >) JZ_JZ z__^

— , (C32/2 + )](532/1 + C32/2)—

^-h(c22f2+s22f{)/fA}\

(13)

Обозначим знаменатель дроби (13) через т1( а числитель — через т2 и с учетом принадлежности аргумента функции арктангенс соответствующему квадранту, получаем следующую зависимость:

= arctg

0° < Gn < 90°, если т1 > 0, т2 > 0; 90°<еп <180° если т, < 0, т2 > 0; -180° <еп <-90°, если т, < 0, т2 < 0; -90°<еп <0°, если т, >0(т2 <0.

(14)

Библиографический список

1. Джолдасбеков, У. А. Теория механизмов высоких классов / У. А. Джолдасбеков. — Алматы : Гылым, 2001. — 427 с.

2. Хомченко, В. Г. Мехатронные и робототехнические системы : учеб. пособие / В. Г. Хомченко, В. Ю. Соломин. — Омск : ОмГТУ, 2008. - 160 с.

3. Зенкевич, С. Л. Управление роботами. Основы управления манипуляционными роботами : учеб. для вузов / С. Л. Зенкевич, А. С. Ющенко. - М. : МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2000. - 400 с.

Выражение (14) позволяет определить обобщенную координату плоского рычажного механизма с изменяемым замкнутым контуром при заданном в положении выходного звена.

ГЕБЕЛЬ Елена Сергеевна, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры «Автоматизация и робототехника» Омского государственного технического университета. ЖУРСЕНБАЕВ Балахазы, старший научный сотрудник дочернего государственного предприятия «Институт механики и машиноведения им. У. А. Джолдас-бекова» Министерства образования и науки Республики Казахстан.

САРБАСОВ Арман, преподаватель Атырауского инженерно-гуманитарного института. Адрес для переписки: e-mail: Gebel_es@mail.ru

Статья поступила в редакцию 20.01.2011 г. © Е. С. Гебель, Б. Журсенбаев, А. Сарбасов

УДК 62-229.331:621.924 Н. А. ИВАНОВА

С. С. БЛИНКОВ В. С. ЩЕТИНИН

Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет

МЕТОД РАСЧЕТА

ГАЗОМАГНИТНОГО ПОДШИПНИКА ВЫСОКОСКОРОСТНОГО ШПИНДЕЛЬНОГО УЗЛА_

Рассмотрена методика расчета несущей способности газомагнитной опоры высокоскоростного шпиндельного узла. Учтено влияние на характеристики шпиндельного узла магнитной силы и сил, созданных газовым слоем от внешнего наддува и газодинамического эффекта.

Ключевые слова: шпиндельный узел, газомагнитная опора, шпиндельные подшипники, газостатические подшипники, несущая способность, жесткость шпиндельного узла.

Развитие современной промышленности предъявляет повышенные требования к технологическому оборудованию по производительности и точности. К такому оборудованию относятся шлифовальные станки, используемые на финишных операциях обработки деталей. В основном точность и производительность такого оборудования зависит от шпиндельного узла, установленного на станок.

Высокоскоростные шпиндельные узлы для шлифовальных станков должны обладать достаточной несущей способностью для обеспечения высокой производительности. Для достижения высоких ско-

ростей в шпиндельных узлах применяют газостатические или магнитные опоры.

Газостатические опоры способны обеспечить высокие скорости вращения вала и практически являются долговечными из-за отсутствия контакта между шипом и вкладышем [ 1 ]. Главным недостатком этих опор является сравнительно низкая несущая способность. Поэтому они находят ограниченное применение в машиностроении. Известны также бесконтактные опоры на магнитных подвесах. Магнитные подвесы не нашли широкого применения из-за сложности их управления [ 1 ].

Для расширения области использования бесконтактных опор в высокоскоростных устройствах предложена комбинированная газомагнитная опора [2], которая обладает повышенной несущей способностью за счёт сложения магнитных и газовых сил. При этом газ, проходящий через зазор между валом и вкладышем, является охлаждающим агентом. Это, в свою очередь, позволяет применять большие магнитные силы. Управление магнитным подвесом в газомагнитной опоре не требуется, так как система является самоорганизующейся. При смещении вала в эксцентричное положение магнитные и газовые силы противостоят внешней нагрузки, в результате чего шип занимает определённое пространственное положение.

Предлагаемый тип опоры целесообразно использовать, например, в высокоскоростных шпиндельных узлах, в которых основная нагрузка от сил резания ориентированна в радиальном направлении.

Методика расчета газовых опор с пористыми вставками достаточно полно представлена в монографии [3], а практические расчеты активных магнитных подвесов изложены в работе [4]. В настоящей работе предлагается методика расчета комбинированной газомагнитной опоры с частично пористой стенкой вкладыша.

Так как поле давления газовой смазки и магнитное поле имеют разную физическую природу, то они не оказывают влияния друг на друга. Учитывая вышесказанное, силовое взаимодействие газового и магнитного полей на вал допустимо рассматривать раздельно. Тогда несущую способность комбинированной опоры найдем как векторную сумму двух сил — магнитной и газовой:

д=бг+бм *

где Ог — газовая составляющая несущей способности;

Ом — магнитная составляющая несущей способности.

Согласно представленной расчётной схеме газомагнитного подшипника (рис. 1).

Я2

м о

где —магнитная постоянная.

(1)

Из уравнения (1) следует, что магнитная сила притяжения, действующая на элемент площади ферромагнитного тела (с15>) в однородном магнитном поле прямо пропорциональна индукции в зазоре (В). Поскольку отношение величины зазора между магнито-проводом и валом к линейным размерам поверхности магнитопровода меньше, чем 10~4, то примем допущение об однородности магнитного поля.

Учитывая изменение индукции от величины зазора зависимость (1) можно представить в виде:

йОм = Кэк'2(13 ,

где Кэ = 0,5[10(т)2— коэффициент, учитывающий электрические параметры соленоида, г — сила тока в соленоиде, л — число витков соленоида,

к — воздушный зазор между валом и полюсом электромагнита.

Несущая способность магнитного подвеса определим как:

0»=р1+с&.

где Ош и О — проекции на ось х и у вектора магнитной силы. Эти проекции находятся из выражений:

0„,=КИТ

оу„=кэвт

Р

Р+Фл. Л 2 * /I

(2)

где \|/ — угол положения нагрузки, Р — окружная координата начала первого полюса, фм— полюсный угол, Т—длина электромагнита, В — ширина электромагнита.

Используя зависимости (2), а также методику расчета газостатической опоры [3], выполним оценочный расчет несущей способности газостатической и газомагнитной опор и попутно сравним с опытными данными. Описание конструкции экспериментального стенда и результатов эксперимента приведены в работе [5].

Расчеты, как и эксперимент, проведены для опоры длинной Ь = 60 мм и диаметром вкладыша £> = 50 мм при абсолютном давлении наддува Рх = б МПа.

Рис. 2. Зависимость несущей способности опор О от частоты вращения вала л и относительной магнитной силы

Величина относительной магнитной силы Ом является отношением магнитной силы к максимальной газостатической силе и определяется по следующей зависимости:

м ог рьэ

Согласно представленным графикам (рис. 2), несущая способность газомагнитного подшипника при <Эм = 0,Зна 10. ..30% выше, чем у газостатической опоры (Ом = 0). При этом экспериментальные точки, соответствующие Ом = 0,3, достаточно близко лежат к теоретической кривой.

В настоящее время в Комсомольском-на-Амуре ГТУ ведутся работы по широкомасштабному исследованию характеристик газомагнитных опор и высокоскоростных шпиндельных узлов шлифовальных станков с такими опорами.

Библиографический список

1. Пуш, А. В. Шпиндельные узлы: Качество и надёжность / А. В. Пуш. — М. : Машиностроение, 1992. — 228 с.

2. Пат. 2347960 Российская Федерация, МПК7Б 16 С 32/04, Б 16 С 39/06. Способ работы подшипникового узла и подшипниковый узел/ Космынин А. В., Щетинин В. С.; заявитель и патентообладатель Комсомольский-на-Амуре государственный технический ун-т. - № 2007120545/11; заявл. 01.06.07 ; опубл. 27.02.09, Бюл. №6.-2 с.

3. Эксплуатационные характеристики газовых опор высокоскоростных шпиндельных узлов / А. В. Космынин [и др.]. — М.: Академия естествознания, 2006. — 219 с.

4. Журавлёв, Ю. П. Активные магнитные подшипники: Теория, расчет, применение / Ю. П. Журавлёв. — СПб. : Политехника, 2003. - 206 с.

5. Космынин, А. В. Применение магнитной силы в газостатических опорах высокоскоростных шпиндельных узлов / А. В. Космынин, В. С. Щетинин, Н. А. Иванова. — Вестник машиностроения. - 2009. - №5. - С. 19-21.

ИВАНОВА Наталья Александровна, старший преподаватель кафедры «Машины и аппараты химических производств».

БЛИНКОВ Сергей Сергеевич, аспирант кафедры «Технология машиностроения». ЩЕТИНИН Владимир Сергеевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Машины и аппараты химических производств».

Адрес для переписки: e-mail: Blinkov-25@yandex.ru

Статья поступила в редакцию 10.04.2010 г. © Н. А. Иванова, С. С. Блинков, В. С. Щетинин

уДк 5313 П. Д. БАЛАКИН

Э. А. КУЗНЕЦОВ П. А. ПРОЗОРОВ

Омский государственный технический университет

Омский танковый инженерный институт

МЕХАНИЗМ НЕИЗНОСНОГО ФОРМИРОВАНИЯ ЗАЗОРА В ПОДВИЖНОМ СОЕДИНЕНИИ С СИЛОВЫМ ИМПУЛЬСНЫМ НАГРУЖЕНИЕМ

Приведен механизм формирования зазора из-за пластической деформации элементов нагруженной переменным усилием связи и технические решения автокомпенсации и другой компенсации такого зазора.

Ключевые слова: динамическое нагружение, пластическая деформация, формирование зазора, компенсация зазора.

Известно, что в изначально беззазорных высоко-нагруженных связях, передающих значительные периодические, переменные и знакопеременные нагрузки, из-за накопления пластических деформаций активных элементов связи формируется зазор,

который изменяет характер силового взаимодействия элементов на ударный, что, в свою очередь, вызывает прогрессивное увеличение зазора, рост динамического нагружения и, как следствие, доресурсное разрушение соединения. В подобных условиях рабо-