3.3. Жёсткость шу
Оценивают радиальную и осевую жесткость. Различают статическую и динамическую жесткость. Статическая жесткость оценивается по величине перемещения переднего конца шпинделя под действием силы
где
-
сила, действующая на шпиндель, дан (КГС)
- перемещение переднего конца шпинделя,
мкм.
Величина обратная жесткости называется податливостью
.Динамическая жесткость ШУ является жесткостью при колебаниях. Она разная на разных частотах и характеризуется отношением амплитуды возмущающей силы, меняющейся по гармоническому закону, к амплитуде соответствующего перемещения. Ее можно выразить через статическую жесткость
и при резонансе
Сдин
= С2Д
где
отношение
частоты возмущающей силы к частоте
собственных
колебаний;
.
постоянная демпфирования. При
проектировании
необходимо выбирать проектные параметры
обеспечивающие максимально возможную
жесткость при заданных ограничениях
по габаритам и нагреву заданных.
Виброустойчивость характеризуется устойчивым вращением шпинделя без вибрации «подрывания» и «заклинивания». Вибрации неблагоприятно сказываются на точности, чистоте обработки стойкости инструмента и производительности станка.
Виброустойчивость оценивается амплитуде волнистости на обработанной поверхности амплитуде колебаний корпуса шпиндельной бабки, а соответствующей частоте вращения максимальным количеством металла, срезаемого с заготовки в единицу времени (предельная стружка) без потери станком устойчивости. Также в первом приближении виброустойчивость можно оценивать сравнением частоты собственных колебаний системы с частотой возмущающей силы.
Виброустойчивость прямо зависит от динамической жесткости и демпфирования, а динамическая жесткость прямо зависит от статической жесткости см. выражение (3.4) и (3 5). Следовательно, виброустойчивость в первом приближении можно оценивать по статической жесткости при одинаковом демпфировании.
Нагрев опор. Тепловыделение в опорах шпинделей вызывает температурные деформации станка. Для быстроходных шпинделей температурные деформации в самих опорах могут привести к заклиниванию опор. Избыточная температура опор при заданной частоте вращения ограничивается рекомендациями ЭНИМС (табл. 3.2).
Таблица 3.2.
Класс точности станка |
Н |
П |
В |
А |
С |
Допустимая избыточная температура нагрева наружного кольца, 0С |
50 |
30 |
20 |
15 |
8 |
Долговечность. Долговечность ШУ большинства станков не регламентирована. Исключение составляют шлифовальные головки и- алмазно-расточные головки, для которых, в ряде случаев, устанавливают гарантийные сроки службы. На долговечность шпиндельных опор, наряду с другими факторами, существенно влияет эффективность уплотнения опор и «культура» эксплуатации.
В настоящее время долговечность шпиндельных узлов на подшипниках качения колеблется от 100 до 20000 часов и выше.
Шпиндельные узлы на гидростатических и- гидродинамических подшипниках теоретически считаются с неограниченной долговечностью.
Себестоимость изготовления ШУ зависит от размеров точности опор и сопряженных деталей и в меньшей степени от типа подшипников.