Модальный анализ шпиндельного узла на опорах с анизотропными упругими характеристиками

Автор: Денисенко А.Ф., Якимов М.В., Кротинов Н.Б., Борисова К.Р.

Журнал: Известия Самарского научного центра Российской академии наук @izvestiya-ssc

Рубрика: Машиностроение и машиноведение

Статья в выпуске: 3 т.24, 2022 года.

Бесплатный доступ

В статье рассмотрены вопросы, связанные с влиянием вариантов конструктивного исполнения шпиндельного узла (ШУ), анизотропии радиальной жесткости опор, а также частоты вращения шпинделя на показатели динамического качества станка. Постановка задачи формулируется следующим образом: необходимо определить степень влияния каждого из указанных выше параметров на собственные частоты и формы колебаний ШУ. Для выявления закономерностей проводилось численное конечно-элементное моделирование в среде ANSYS Workbench. Варианты исполнения шпиндельного узла рассматривались на примере четырех расчетных моделей ШУ токарного станка с ЧПУ модели 16Б16Т1, отличающиеся числом конструктивных элементов и их расположением по длине шпинделя. При моделировании, опоры шпинделя представлялись в виде сплошных колец с определенными упругими свойствами, варьируя которые реализовывалась анизотропия жесткости опор. В ходе численного эксперимента учитывалась частота вращения шпинделя в диапазоне от 0 до 20000 об/мин. При анализе результатов рассматривались значения шести собственных частот и форм колебаний для каждой из расчетных моделей при изменении жесткости передней опоры; получены диаграммы Кэмпбелла, иллюстрирующие зависимость динамических характеристик шпинделя от частоты вращения в указанном диапазоне. В результате проведенных исследований установлено, что конструктивные факторы оказывают существенное влияние на формы колебаний и собственные частоты шпиндельного узла. Моделирование показало, что при обработке в центрах на точность будет влиять четвертая собственная частота и форма колебаний, а при использовании патрона - первая. С учетом того, что разница между ними составляет более чем 2,5 раза, то обработка в центрах может вестись при существенно больших скоростях резания. Изменение жесткости передней опоры приводит к возникновению диапазона собственных частот для каждой формы колебаний, который может составлять до 200 Гц. В пределах указанного диапазона собственные частоты изменяются в зависимости от скорости вращения шпинделя.

Еще

Шпиндельный узел, динамическое качество, собственные частоты, формы колебаний, анизотропия жесткости, модельный анализ, диаграмма кэмпбелла

Короткий адрес: https://sciup.org/148325292

IDR: 148325292   |   DOI: 10.37313/1990-5378-2022-24-3-14-21

Список литературы Модальный анализ шпиндельного узла на опорах с анизотропными упругими характеристиками

  • Пуш, А.В. Шпиндельные узлы: Качество и надежность / А.В. Пуш. – М.: Машиностроение, 1992. – 288 с. – ISBN 5-217-01254-4.
  • Филипковский, С.В. Колебания роторов на нелинейных опорах / С.В. Филипковский, К.В. Аврамов // Вестник двигателестроения. – 2009. – № 3. – С.127-132.
  • Козочкин, М.П. Виброакустическая диагностика опор шпинделей станков для высокоскоростной обработки / М.П. Козочкин, Ф.С. Сабиров, Д.Н. Суслов, А.П. Абрамов // Станки и инструмент. – 2010. – №6. – С. 17-21.
  • Козочкин, М.П. Мониторинг опор шпиндельных узлов / М.П. Козочкин, Ф.С. Сабиров, В.М. Давыдов, В.В. Заев, А.В. Никитенко, Д.Д. Якуба // Вестник Тихоокеанского государственного университета. – 2013. – №1(28). – С. 125-132.
  • Денисенко, А.Ф. Анизотропия упругих свойств опоры качения / А.Ф. Денисенко, М.В. Якимов // Фундаментальные проблемы и современные технологии в машиностроении: сб. трудов междунар. науч.-прак. конф., 1-3 июня 2010 / г. Москва - М.: Машиностроение. – 2010. – С. 223-227.
  • Перепелкин, Н.В. Анализ вынужденных форм колебаний однодискового ротора на нелинейно-упругих опорах / Н.В. Перепелкин, Ю.В. Михлин // Механика твердого тела. - 2010. - Вып. 40. - С.221-232.
  • Горбенко, А.Н. О влиянии нелинейности опор ротора на динамику автобалансирующего устройства / А.Н. Горбенко // Автоматизация производственных процессов в машиностроении и приборостроении. - Львов: НУ «Львовская политехника». – 2006. – Вып.40. – С. 63-69.
  • Denisenko, A.F. Dynamics of Spindle Assembly Metal-Cutting Machine Tool with Anisotropic Elastic Support. / A.F. Denisenko, M.V. Yakimov // Proceedings of the 4th International Conference on Industrial Engineering. ICIE 2018. Lecture Notes in Mechanical Engineering. Springer, Cham. – 2018. - Р. 1647-1655. DOI: 10.1007/978-3-319-95630-5_176.
  • Денисенко, А.Ф. Моделирование опоры качения при конечно-элементном анализе шпиндельных узлов металлорежущих станков / А.Ф. Денисенко, М.В. Якимов // Вестник Самарского государственного технического университета. Сер. Технические науки. – 2012. – №3(35). – С.126-132.
  • Бейзельман, Р.Д. Подшипники качения. Справочник. / Б.В. Цыпкин, Л.Я. Перель. - М.: Машиностроение, 1975, 572 с.
  • Sandvik Coromant. Токарные инструменты. Каталог, 2020, 696 с.
  • Кусяков А.Ш. Технология решения задач модального анализа в системе ANSYS Проблемы механики и управления // Нелинейные динамические системы. – 2008. – № 40. – С. 46-52.
Еще
Статья научная