Экспериментальный стенд для исследования выходных характеристик высокоскоростных шпиндельных узлов

УДК 621.822.572 – 405.8

В.И. Шаломов

Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЫХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ШПИНДЕЛЬНЫХ УЗЛОВ

Введение

В некоторых машинах и механизмах вал, закрепленный в подшипниках, нагружается консолью. Важнейшими характеристиками при нагружении такого рода является жесткость и предельно допустимая нагрузка, измеряемые в точке приложения нагрузки к валу.

Разработка точной теории для расчета газовых подшипников существенно расширила бы область их применения.  Теоретические методики расчета дают достаточно приближенные результаты, это связано с целым рядом допущений и приближений.

Здесь особую роль играют экспериментальные исследования на специальных опытных стендах.

В шпиндельных узлах вал, закрепленный в подшипниках, нагружается консолью. Используемые в высокоскоростных шпинделях (механизмах) газостатические подшипники дискретными питающими отверстиями неустойчивы в работе (вибрация, сухое трение) и имеют невысокую несущую способность. Пористые подшипники несут большую нагрузку, но имеют повышенный расход газа.

Интерес для исследования представляют подшипники с частично пористой вставкой. Некоторые авторы отмечают устойчивость в работе и более высокую несущую способность, чем подшипники с дискретными отверстиями.

В литературе отсутствуют данные по консольно-нагруженным подшипникам. Поэтому представляет интерес исследования подшипников этого типа. Для этого спроектирован и изготовлен исследовательский стенд.

1 Описание экспериментального стенда

Экспериментальный стенд создан для исследования грузоподъемности и  жесткости подшипников с частично пористой стенкой. Он состоит из механической и пневматической части. Пневматическая часть стенда обеспечивает питание подшипников чистым сжатым воздухом.

Общий вид механической части экспериментального стенда представлен на рис. 1. Стенд спроектирован с учетом возможности проведения испытаний подшипников в гибридном режиме.

Экспериментальный стенд включает в себя:

-  ротор 8;

-  исследуемые газостатические подшипники 12, 27;

-  устройство для создания нагрузки 29, 30;

-  нагрузочный подшипник 2;

-  турбину 17,21;

-  расходомерное устройство 16;

-  частотомер 1;

-  измерительные приборы 3, 9, 25, 26, 31.

Рис. 1. Экспериментальный стенд для исследования выходных

характеристик высокоскоростных шпиндельных узлов

Корпус подшипников установлен в стойках 6, 11. Кольца 10 крепятся на корпусе подшипника и предназначены для установки приборов, необходимых для замера радиального зазора в подшипниках. В случае статических испытаний такими приборами являются два часовых индикатора 25, 26 типа ИЧ 10-12М с ценой деления 1 мкм.

Консольная нагрузка на испытываемые подшипники создается поршнем 30 диаметром 50 мм, размещенным в корпусе 29. Шток поршня диаметром 10 мм связан со штоком корпуса нагрузочного подшипника гибкой связью 28.

Нагрузочный подшипник 2 с дискретными питателями располагается в корпусе 5, который имеет шток для восприятия радиальной нагрузки и штуцер для подвода сжатого воздуха. Подшипник изготовлен из бронзы Бр. 010, имеет два сдвоенных ряда питателей. В каждом ряду расположено по 16 отверстий диаметром 0,5 мм. Для восприятия осевых нагрузок на торце  подшипника выполнен  один ряд питателей, который имеет 16 отверстий диаметром 0,5 мм.

Приводом вала служит малоразмерная парциальная турбина осевого типа. Корпус турбины 20  расположен в стойке 14. В корпусе турбины крепится сопловой аппарат 17. Сжатый воздух, истекая из соплового аппарата, попадает в межлопаточные каналы рабочего колеса 21 и, тем самым, приводит во вращение вал.

Экспериментальный стенд работает следующим образом. От компрессора 24 сжатый воздух подается в ресивер 23 и через устройство очистки воздуха 22 поступает к исследуемым подшипникам, нагрузочному подшипнику, нагрузочному устройству и к турбине. В случае статических испытаний к турбине сжатый воздух не подается.

Клапан 18 служит для изменения частоты вращения ротора. С помощью клапана 15 регулируется нагрузка на исследуемые подшипники