Визначення поля тиску в газостатичній опорі високошвидкісного шпиндельного вузла металорізального верстату

Анотація

Точність, швидкохідність та довговічність шпиндельних вузлів дозволяє досягати високих показників під час шліфування виробів. Використання шпиндельних вузлів на опорах кочення характеризується порівняно малою окружною швидкістю різання, що змушує вдаватися до збільшення зусилля притискання інструменту. Це призводить до спотворення геометрії виробу і до зниження якості оброблюваної поверхні. Застосування в конструкціях високошвидкісних шпиндельних вузлів гідростатичних та гідродинамічних підшипників призводить до обмеження частоти обертання шпинделя через втрати на тертя. Шпинделі на електромагнітних опорах поки не знайшли широкого застосування внаслідок складності та високої вартості шпинделів та електронних систем керування. Впровадження в конструкцію шпиндельних вузлів підшипників на газовому мастилі дозволяє підвищити жорсткість та масу шпинделя шляхом збільшення діаметра робочих шийок при одночасному підвищенні окружної швидкості. Підвищення окружної швидкості дозволяє здійснювати обробку з великими подачами, що призводить до підвищення продуктивності та покращення якості. Однак необхідно відзначити значну математичну складність опису динаміки течії газового мастила в зазорі газостатичної опори шляхом застосування класичних методів інженерної теорії потоку. Тому в статті пропонується здійснити опис течії газового мастила в зазорі опори за допомогою розв’язку крайової задачі для рівнянь Нав’є-Стокса. В результаті чисельного розв’язку отриманих рівнянь в консервативній формі отримані залежності безрозмірного тиску від відносного навантаження та коефіцієнту жорсткості. Виконано аналіз експериментальних та теоретично отриманих характеристик шпиндельного вузла і показано, що розроблена методика дозволяє з достатньою для практичного застосування точністю визначати експлуатаційні характеристики шпиндельного вузла з газопроникними шпонковими обмежувачами витрати