Статичний аналіз багатоопорних ступінчатих шпіндельних валів на нелінійно пружніх опорах

Анотація

Точність та якість обробки деталей на металообробних верстатах визначається взаємним положенням ріжучого інструменту та заготовки в процесі обробки і в першу чергу залежить від величини їх пружних деформацій. Суттєвим фактором, який впливає на якість обробленої поверхні деталі, є також нелінійна податливість підшипників шпиндельного вала верстата. Тому, разом з вдосконаленням відповідних експериментальних методів, актуальною є задача розробки теоретичних деформаційних моделей для розрахунків статики шпиндельних валів метало ріжучих верстатів і визначення пружних деформацій інструмента та заготовки. В даній роботі запропонована математична модель і побудована на її основі методика для статичного аналізу багатоопорних ступінчатих шпиндельних валів на нелінійно пружних опорах. На основі диференційного рівняння зігнутої осі балки Тимошенко і метода початкових параметрів отримана кінцева система рівнянь, яка враховує крім нелінійної залежності жорсткості підшипників від діючих на них зусиль, ступінчату геометрію частин шпиндельного вала. Запропоновано метод вирішення задачі і програмне забезпечення для статичного аналізу ступінчатих багатоопорних шпиндельних валів на нелінійно пружних опорах в середовищі MATLAB. Зроблені тестові розрахунки, які показали гарний збіг результатів з існуючими аналітичними рішеннями і рішеннями МСЕ. Розроблена методика була використана для розрахунку реального шпиндельного вала фрезерного верстата.