Газостатические опоры с системой стабилизации положения вала и расширенным диапазоном нагрузок

Актуальность темы. Газостатические опоры широко применяются в разных областях техники из-за их значительного преимущества перед другими видами опор. Опоры с газовой смазкой имеют: расширенный диапазон рабочих температур и давлений; крайне низкое трение, которое обусловлено очень маленькой динамической вязкостью газа, что значительно продлевает их срок службы. Газостатические опоры исключают загрязнение окружающей среды и не требуют сложных агрегатов смазочной системы.

Главными недостатками всех видов газовых опор являются слабая нагрузочная способность и невысокие динамические характеристики. При использовании системы автоматического регулирования появляется возможность устранения указанных недостатков, а также повысить точность положение и вращения исполнительного элемента в шпиндельных узлах станков, измерительном и испытательном оборудовании.

Цель и задачи . Цель работы заключается в повышении нагрузочных и динамических характеристик с помощью усложнения механизмов автоматического регулирования в газовых опорах.

• -    проанализированы конструкции существующих газостатических опор и предложена конструкция газостатической опоры с системой автоматического регулирования (рис.1);

• -    предоставлены расчеты повышения несущей способности и жесткости, на основании чего было предложено техническое решение газостатической опоры с замкнутой системой автоматического регулирования по положению вала и с поворотной втулкой;

• -    проведены экспериментальные исследования, результаты которых показали сходимость (разница не более 10%) с теоретическими результатами.

Научная новизна состоит в расширении возможностей газостатической опоры за счет создания новой конструкции с использованием системы автоматического регулирования положения вала и расчета её характеристик.

Практическая ценность заключается в разработке нового технического решения, создании теоретической методики расчета статических характеристик.

Достоверность и обоснованность полученных результатов обуславливаются использованием основных положений термодинамики, теоретической механики, теории автоматического регулирования, теории дифференциальных уравнений, численных методов интегрирования; использованием современного пакета MathLab-simulink.

Практическая часть . Разработана конструкция газостатической

опоры с САР по положению вала с помощью поворотной втулки:

Рис. 1. Газостатическая опора с САР по положению вала и поворотной втулкой. 1 - корпус, 2 - неподвижная втулка, 3 - регулируемые пневмосопротивления, 4 - секторная канавка, 5 - поворотная втулка, 6 – жиклёр, 7 – датчик ёмкостного типа, 8 – вал, 9 – шаговый электродвигатель с редуктором

Основные параметры для опоры рассчитываются по следующим формулам (подробные расчеты представлены в источниках):

Значение несущей способности W газостатической опоры:

п

W = Dsin — (L — /) ^ P2 (i) cosO (i) n i=i где D – диаметр опоры, L – длина опоры, l – расстояние от края опоры до оси жиклёра, Р2(i) – абсолютное давление в зазоре опоры, n – количество питающих жиклёров по окружности.

Значение жесткости газостатической опоры:

п

Gi = —=Ti = D(L — Osin^-T?-)1/^ F2(i)cose dK               П J2^^i

1=1

Также приведена структурная схема газостатической опоры:

Рис.2. Структурная схема газостатической опоры с САР. U(s) – задающее воздействие, f(s) – возмущающее воздействие, Wi – передаточные функции