Модуль 1 Общие сведения о технологическом оборудовании машиностроительных производств

Модуль 1 Общие сведения о технологическом оборудовании
машиностроительных производств
Тема № 6. Основные узлы и механизмы оборудования
Тема: «Шпиндельные узлы»
Учебные вопросы:
1. Требования, предъявляемые к шпиндельным узлам.
2. Выбор материала шпинделей.
3. Конструкция шпиндельного узла.
4. Выбор схемы фиксации шпинделя.
5. Методика проектирования опор шпинделей.
Литература:
1. Металлорежущие станки: учебник. В 2 т. / Т.М. Авраамова, В.В.
Бушуев, Л.Я. Гиловой и др.; под ред. В.В. Бушуева. Т.1. — М.:
Машиностроение, 2011. 608 с С. 247 – 268.
2. Металлорежущие станки / Н.С. Каменев, Л.В. Красниченко и др. –
М.: Машиностроение, 1980.
1. Требования, предъявляемые к шпиндельным узлам
Основные критерии работоспособности
шпиндельных узлов:





геометрическая точность,
жесткость,
быстроходность,
долговечность,
динамические характеристики.
2. Выбор материала шпинделей
- Шпиндели станков нормальной точности конструкционные стали марок 45, 40X с поверхностной
закалкой наружных и внутренних посадочных
поверхностей до твердости НRСэ=48…52.
- Шпиндели прецизионных станков, работающие в
условиях жидкостного трения, изготавливаются из
хромоникелевых, цементируемых сталей марок 18ХГТ,
12ХН3А, 20Х с закалкой до твердости НRСэ=56…60.
- Для шпинделей станков сложной формы с
затрудненным индукционным нагревом используют
легированные стали марок 40ХН, 40ХГР, 50Х, ШХ15, ХВГ
с объемной закалкой до твердости НRСэ=56…60.
3. Конструкция шпиндельного узла
Конструктивное исполнение
передних концов шпинделей
1. Токарных,
2. Токарно-револьверных,
3. Шлифовальных
1. Фрезерных,
2. Многоцелевых,
3. Расточных
1.Сверлильных,
2.Расточных
Шлифовальных
4. Выбор схемы фиксации шпинделя
Схемы фиксации шпинделя
Передняя опора шпинделя
5. Методика проектирования опор шпинделей
Последовательность проектирования
шпиндельных опор





Выбор конструкции (типа) подшипников.
Выбор класса точности подшипников.
Выбор системы фиксации.
Выбор посадок подшипников.
Выбор системы смазки и конструкции
уплотнительных устройств.
Конструкции подшипников
передней опоры шпинделей
Конструкции подшипников
задней опоры шпинделей
Принципы выбора типа подшипников:
- для быстроходных малонагруженных станков
применяются шариковые подшипники;
- для средних и тяжелых станков с повышенными
требованиями к жесткости применяют роликовые
подшипники.
Требования к выбору подшипников шпинделей:
- высокая геометрическая точность вращения;
- высокая жесткость, быстроходность и долговечность
работы;
- возможность создания предварительного натяга в
подшипнике;
- простота конструкции, монтажа и возможности
регулирования подшипников.
Совокупности этих требований в достаточной степени
удовлетворяют подшипники серий 3182100 , 697900, 177160,
234000, Gamet , SKF и другие.
№
п/
п
1
Схема
Обознач
ение
Жесткост
ь,
С
1
0,95
2
0,5
3
0,2
4
0,7
5
1
Особенности установки
Шпиндельный узел станка
Радиальные биения подшипников шпинделей
Классы точности подшипников
Диаметр
шпинделя,
мм
30…50
50…80
80…120
5
4
2
Допуск на радиальное биение,
мкм.
5
4
6
5
2,5
Схема монтажа подшипников шпинделей
Величина радиального биения шпинделя
3  1
1  1
2 
 
 

 
2  m1 K  m1
m2  


0,67k    2 K 2
1 
K1 1  k 
где
где
K
a
0,67k   K  1 K 
1
 
2
K
2
1
1
K1 
,  K2 
m1
m2
Способы фиксации деталей на
шпинделе
Передние опоры
шпинделей на
подшипниках качения:
1 - шпиндель;
2 - радиальный
(радиально-упорный)
подшипник;
3 - корпус;
4 - осевой подшипник;
5 - проставочное
кольцо;
6 - гайка
Методы смазывания
шпиндельных опор
В шпиндельных узлах
станков применяются три
основных типа систем
смазки:
- циркуляционная
проточная смазка под
давлением насоса (а,б).
- методом "масляного"
тумана (в).
- пластичная (густая)
смазка (г).
Методы дуплексации шариковых
регулируемых подшипников
Способы создания предварительного
натяга в подшипниках:
1.- путем предварительной
подшлифовки торцов внутренних
колец подшипников при приложении
осевого усилия;
2.- путем установки между кольцами
подшипников распорных втулок
различной длины;
3.- с помощью специальных
конструкций подшипников, например,
фирмы SKF.
Методика создания предварительного натяга
подшипников
Необходимую величину осевого смещения L
для создания радиального натяга  = (2…4) мкм
определяют по формуле:
L  C ( 0    a)
,
где С - коэффициент, учитывающий радиальную жесткость шпинделя,
выбираем по табл. в зависимости от соотношения d0/d ;
d0 - диаметр отверстия в шпинделе, мм;
d - средний диаметр отверстия внутреннего кольца, мм;
0 - начальный радиальный зазор в подшипнике, мм (0 = 0,02…0,04 мм);
 - необходимый радиальный натяг, принимают =0,002…0,04 мм;
а - постоянная величина зазора, учитывающая тепловые деформации
шпинделя, принимают а = 0,01мм.
d0/d
0,2
0,5
0,55
0,6
0,65
0,7
0,75
0,8
C
14
15
15.5
16
16,5
17,3
18,5
20,2
L  L0  L