Будь ласка, використовуйте цей ідентифікатор, щоб цитувати або посилатися на цей матеріал:
http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/47015| Назва: | Дослідження шпиндельного вузла токарного верстата з ЧПК з керованим натягом |
| Інші назви: | Research on the spindle assembly of a CNC lathe with controlled tension |
| Автори: | Крищишин, Василь Володимирович Kryshchyshyn, Vasyl Volodymyrovych |
| Приналежність: | ТНТУ імені Івана Пулюя, гр. МВм-61 |
| Бібліографічне посилання: | Крищишин В. В. Дослідження шпиндельного вузла токарного верстата з ЧПК з керованим натягом : робота на здобуття кваліфікаційного ступеня магістра : спец. 133 - галузеве машинобудування / наук. кер. І. Т. Ярема. Тернопіль : Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя, 2024. 85 с. |
| Дата публікації: | 28-гру-2024 |
| Дата подання: | 28-січ-2024 |
| Дата внесення: | 2-січ-2025 |
| Країна (код): | UA |
| Місце видання, проведення: | Тернопіль |
| Науковий керівник: | Ярема, Ігор Теодорович Yarema, Ihor Teodorovych |
| Члени комітету: | Гупка Андрій Богданович Hupka, Andrii Bohdanovych |
| УДК: | 621.9 |
| Теми: | 133 галузеве машинобудування токарний верстат шпиндельний вузол підшипник жорсткість керований натяг математична модель lathe bearing spindle assembly controlled preload stiffness mathematical model |
| Короткий огляд (реферат): | У кваліфікаційній роботі вирішено важливу науково-прикладну задачу розроблення шпиндельного вузла токарного верстату з ЧПК з керованим натягом, створеним гідравлічним способом, та дослідження його жорсткості. Розроблено конструкцію приводу головного руху токарного верстата з ЧПК. Здійснено кінематичний розрахунок, побудовано графік частот обертання приводу. Розроблено конструкцію двоступеневої коробки швидкостей, проведено проєктний і перевірочний розрахунок циліндричних передач та валів коробки швидкостей. Розроблено конструкцію шпиндельного вузла із встановленим у задній опорі підшипником з гідравлічним пристроєм керування натягом. Розроблено гідравлічну систему регулювання натягу в
регульованому підшипнику, яка є окремим функціональним блоком. Розроблено розрахункову схему шпиндельного вузла та математичну модель радіальної жорсткості переднього кінця шпинделя шпиндельного вузла з використанням канонічних рівнянь методу сил. Проведено моделювання жорсткості задньої регульованої опори та радіальної жорсткості переднього
кінця шпинделя в залежності від осьового навантаження на зовнішнє кільце підшипника з керованим натягом. The qualification work solved an important scientific and applied problem of developing a spindle assembly of a CNC lathe with controlled preload created hydraulically, and studying its rigidity. The design of the drive of the main movement of a CNC lathe was developed. A kinematic calculation was performed, a graph of the drive rotation frequencies was constructed. The design of a two-stage gearbox was developed, a design and verification calculation of cylindrical gears and gearbox shafts was carried out. The design of a spindle assembly with a bearing installed in the rear support with a hydraulic preload control device was developed. A hydraulic preload control system in an adjustable bearing has been developed, which is a separate functional unit. A calculation scheme of the spindle assembly and a mathematical model of the radial stiffness of the front end of the spindle of the spindle assembly have been developed using canonical equations of the force method. The stiffness of the rear adjustable support and the radial stiffness of the front end of the spindle have been simulated depending on the axial load on the outer ring of the bearing with controlled preload. |
| Зміст: | ВСТУП 7 1. АНАЛІЗ СТАНУ ДОСЛІДЖЕНЬ ШПИНДЕЛЬНИХ ВУЗЛІВ З РЕГУЛЮВАНИМ НАТЯГОМ В ОПОРАХ 8 1.1. Основні переваги регулювання попереднього натягу опор шпиндельних вузлів 8 1.2. Створення і регулювання натягу в опорах шпиндельних вузлів 9 1.2.1 Способи створення нерегульованого натягу 9 1.2.2. Способи створення регульованого натягу 11 1.3. Пристрої активного попереднього натягу в опорах шпиндельних вузлів 13 1.3.1. Гідравлічні (пневматичні) пристрої для створення регульованого натягу 13 1.3.2. Відцентрові пристрої для створення регульованого натягу 14 1.3.3. Електромагнітні пристрої для створення регульованого натягу 16 1.3.4. П’єзоелектричні пристрої для створення регульованого натягу 18 1.4. Огляд існуючих досліджень шпиндельних вузлів з регулюванням натягу в опорах 20 1.5. Висновки по розділу 1, постановка мети та задач дослідження 25 2. ПРОЄКТНИЙ РОЗДІЛ 28 2.1. Кінематичний розрахунок приводу головного руху 28 2.2 Силовий розрахунок та розрахунок на міцність коробки швидкостей 32 2.2.1. Розрахунок зубчастих передач 32 2.2.2. Розрахунок валів на міцність 37 2.2.2.1. Проектний розрахунок валів 37 2.2.2.2. Перевірочний розрахунок першого вала коробки швидкостей на міцність 38 2.4. Висновки по розділу 2 46 3. НАУКОВО-ДОСЛІДНИЙ РОЗДІЛ 48 3.1. Розроблення конструкції шпиндельного вузла із задньою опорою з керованим натягом 48 3.2. Розрахунок керованого підшипника задньої опори 49 3.3. Розроблення системи керування натягом підшипника задньої опори 50 3.4. Дослідження впливу жорсткості регульованої опори на жорсткість шпинделя 53 3.4.1. Конструкція та розрахункова схема шпиндельного вузла 53 3.4.2. Розрахунок радіальної жорсткості опор шпиндельного вузла 55 3.4.3. Математична модель радіальної жорсткості переднього кінця шпинделя шпиндельного вузла 55 3.4.4. Моделювання радіальної жорсткості переднього кінця шпинделя 59 3.4 Висновки по розділу 3 61 4. ОХОРОНА ПРАЦІ І БЕЗПЕКА У НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ 63 4.1. Вплив виробничого фактору на організм працюючого 63 4.2. Заходи щодо розробки безпечних умов праці на виробничій дільниці 64 4.3. Заходи щодо захисту працюючих від ураження електричним струмом 67 4.4. Оцінка можливих наслідків надзвичайних ситуацій на підприємстві та розробка заходів щодо їх запобігання 68 4.5. Забезпечення стійкості роботи дільниці в умовах надзвичайних ситуацій 70 ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ 73 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 76 ДОДАТКИ 82 |
| URI (Уніфікований ідентифікатор ресурсу): | http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/47015 |
| Власник авторського права: | © Крищишин Василь Володимирович, 2024 |
| Перелік літератури: | 15.Данильченко Ю.М., Кузнєцов Ю.М. Прецизійні шпиндельні вузли на опорах кочення (теорія і практика). – Тернопіль-Київ, Економічна думка, 2003 – 344 с. 33.Бочков В.М., Сілін, Р.І., Гаврильченко О.В. Розрахунок та конструювання металорізальних верстатів: Підручник. – Львів: Бескид Біт, 2008– 448 с. 34.SINAMICS S. 1PH7 Induction Motors for Machine Tools. Configuration Manual 04/2009/ [Електронний ресурс]. - Режим доступу: https://cache.industry.siemens.com/dl/files/831/36174831/att_82064/v1/Configuratio n_manual_1PH7_en-US.pdf (дата звернення: 12.12.2024). 35.Рудь Ю.С. Основи конструювання машин: Підручник для студентів інженерно-технічних спеціальностей вищих навчальних закладів. – Кривий Ріг: Видавець ФОП Чернявський Д.О., 2015. – 492 с. 36.Верба І.І., Даниленко О.В. Статичний розрахунок шпиндельних вузлів на опорах кочення: Методичні вказівки до виконання розрахунків у дипломних проектах та курсових проектах з дисциплін «Металорізальні верстати», Металорізальні верстати та обладнання автоматизованого виробництва», «Конструювання обладнання металообробних цехів» для студентів напряму підготовки 6.050503, спеціальностей «Металорізальні верстати та системи» та «Інструментальне виробництво» і спеціальностей 7.05050201, 8.05050201 «Технологія машинобудування». Частина 1. – К.: НТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського», 2017. – 104 с. 37.Волошин В.Н. Розрахунок власних частот і форм поперечних коливань валів технологічних машин. Методичні вказівки та завдання до виконання практичної роботи №3 з дисципліни «Динаміка машин» для студентів освітнього ступеня магістра спеціальності 133 «Галузеве машинобудування»/ – Тернопіль, ТНТУ, 2024. – 18 с. 38.Писаренко Г.С., Квітка О.Л., Уманський Е.С. Опір матеріалів: Підручник. – К.: Вища школа, 2004. – 665с. 39.Сеник А.А. Динамічні характеристики шпиндельного вузла з керованим натягом токарного верстата з ЧПК / А.А. Сеник, І.Т. Ярема, В.В. Крищишин // Матеріали XІII Міжнародної науково-технічної конференції молодих учених та студентів «Актуальні задачі сучасних технологій» (11-12 грудня 2024 р.). – Тернопіль: ТНТУ, 2024. – С. 197. 40.Кобельник В.Р. Підвищення ефективності процесу свердління наскрізних отворів регулюванням подачі: Дис. … канд. техн. наук: 05.03.01 / Кобельник Володимир Романович; Тернопіль, 2013 – 168 с. 41.Кобельник В.Р, Кривий П.Д. Жорсткість вертикально-свердлильних верстатів. Вісник ЖДТУ. Технічні науки. : Житомир : ЖДТУ, 2007. Вип. № 1 (40). С. 34–40. 42.Голубенко О.Л., Касьянов М.А., Гунченко О.М. Охорона праці в машинобудівному виробництві. Підручник. – Луганськ. Східноукраїнський університет ім. В. Даля, 2010 – 456.с. 43.Пістун І.П., Стець Р.Є., Трунова І.О. Охорона праці в галузі машинобудування. Навчальний посібник (стереотипне видання) – Суми: Університетська книга, 2023 – 556 с. 44.Левчук К.О., Романюк Р.Я., Толок А.О. Цивільний захист: навчальний посібник. – Дніпродзержинськ: ДДТУ, 2016. – 325 с. |
| References: | 1. Li T. Research Development of Preload Technology on Angular Contact Ball Bearing of High Speed Spindle: A Review/ T. Li, P. Kolar, X.‑Y. Li, J. Wu// International Journal of Precision Engineering and Manufacturing – 06, 2020. – p. 1163-1185. 2. Jiang, S., Mao, H. Investigation of variable aoptimum preload for machine toll spindle// International Journal of Machine Tools and Manufacture – Vol. 50, Issue 1, 2010 – p. 19-28. 3. Tu J.F. Active thermal preload regulation for machine tool spindles with rolling element bearings/ J.F. Tu, J.L. Stein// Journal of Manufacturing Science and Engineering. – 118(4), 1996. – p. 499–505. 4. Hu G. Study on variable pressure/position preload spindle-bearing system by using piezoelectric actuators under close-loop control/ G. Hu, D. Zhang, W. Gao, Y. Chen, T. Liu, Y. Tian // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 125, 2018. – p. 68–88. 5. Hwang, Y. K. Development of a newly structured variable preload control device for a spindle rolling bearing by using an electromagnet/ Y.K. Hwang, C.M. Lee// International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 50(3), 2010. – р.253–259. 6. Hwang, Y.K. Development of automatic variable preload device for spindle bearing by using centrifugal force/ Y.K. Hwang, C.M. Lee// International Journal of Machine Tools and Manufacture – 49(10), 2009. – р. 781–787. 7. Kim, D.H.A study on the development of a new conceptual automatic variable preload system for a spindle bearing/ D.H. Kim, C.M. Lee// The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 65(5–8), 2013. – р. 817–824. 8. Kim D.H. Development of an automatic variable preload device using uniformly distributed eccentric mass for a high-speed spindle/ D.H. Kim, C.M. Lee// International Journal of Precision Engineering and Manufacturing. – 18(10), 2017. – р. 1419–1423. 9. Razban, M. A speed-dependent variable preload system for high speed spindles/ M. Razban, M.R. Movahhedy// Precision Engineering. – 40, 2015. – р. 182–188. 10.Choi C. H. A study on the development of a deformable rubber variable preload device/ C.H. Choi, D.H. Kim, C.M. Lee // International Journal of Precision Engineering and Manufacturing. – 15(12), 2014. – р. 2685–2688. 11.Choi C.H. A variable preload device using liquid pressure for machine tools spindles/ C.H. Choi, C.M. Lee //International Journal of Precision Engineering and Manufacturing. – 13(6), 2012. – р. 1009–1012. 12.Hwang Y.K. Development of a newly structured variable preload control device for a spindle rolling bearing by using an electromagnet/ Y.K. Hwang, C. M. Lee // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 50(3), 2010. – р. 253–259. 13.Chen J. S. Bearing load analysis and control of a motorized high speed spindle/ J.S. Chen, K.W. Chen// International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 45(12–13), 2005. – р. 1487–1493. 14.Hu G. Study on variable pressure/position preload spindle-bearing system by using piezoelectric actuators under close-loop control/ G. Hu, D. Zhang, W. Gao, Y. Chen, T. Liu, Y. Tian // International Journal of Machine Tools and Manufacture. - 125, 2018. – р. 68–88. 16.Hwang Y. K. A review on the preload technology of the rolling bearing for the spindle of machine tools. / Y.K. Hwang, C. . Lee //International Journal of Precision Engineering & Manufacturing. – 11(3), 2010. – р. 491–498. 17.Cao H. Mechanical model development of rolling bearing-rotor systems: A review / H. Cao, L. Niu, S. Xi, X. Chen // Mechanical Systems and Signal Processing. – 102, 2018. – р. 37–58. 18.Harris, T.A. How to compute the effects of preloaded bearings// Production Engineering. – 19, 1965. – p. 84–93. 19.Hagiu, G.D. Preload-service life correlation for ball bearings on machine tool main spindles/ G.D. Hagiu, M.D. Gafitanu // Wear. – 172(1), 1994. – p. 79–83. 20.Hernot, X. Calculation of the stiffness matrix of agular contact ball bearing by using the analytical approach/ X. Hernot, M. Sartor, J. Guillot // Journal of Mechanical Design. – 122(1), 2000. – p. 83–90. 21.Cai J. Theoretical analysis of preload of high-speed machine spindle bearing/ J. Cai, S.Y. Jiang // Precision Manufacturing and Automation. – 3, 2008. – p. 29–32. 22.Hwang Y.K. Development of a simple determination method of variable preloads for high speed spindle-s in machine tools/ Y.K. Hwang, C.M. Lee// International Journal of Precision Engineering & Manufacturing. – 16(1), 2015. – p. 127–134. 23.Xu T. A preload analytical method for ball bearings utilizing bearing skidding criterion/ T. Xu, G.Xu, Q. Zhang, C. Hua, H. Tan, S. Zhang// Tribology International. –67, 2013. – p. 44–50. 24.Yuan S.H. Investigation on the minimum axial force to aviod sliding for high-speed ball bearings/ S.H. Yuan, K. Guo, J.B. Hu // Transaction of Beijing Institute of Technology. – 31(9), 2011. – p. 1027–1031. 25.Jia Q. Y. Calculation and selection of preload for angular contact ball bearings// Bearing. – 1, 1996. – p. 5–7. 26.Kim S.M. Prediction of thermo-elastic behavior in a spindle–bearing system considering bearing surroundings / S.M. Kim, S.K. Lee// International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 41(6), 2001. – p. 809–831. 27.Liu, X.J. Numerical analysis method on preload selection for machine tool spindle under different load conditions/ X.J. Liu, J. Hong, Z.G. Liu // Computer Aided Engineering. – 20(2), 2011. – p. 90–94. 28.Li H.L. Analysis on initial preload of paired angular contact ball bearings/ H.L. Li, N. Xia, S.E. Deng, J.H. Li, L.Y. Liu // Bearings,8, 2013. – p. 1–3. 29.Zverv I. An elastic deformation model of high speed spindles built into ball bearings/ I. Zverv, Y.S. Pyoun, K.B. Lee, J.D. Kim, I. Jo, A. Combs// Journal of Materials Processing Technology. – 170(3), 2005. – p. 570–578. 30.Jiang S. Investigation of variable optimum preload for a machine tool spindle/ S. Jiang, H. Mao // International Journal of Machine Tools and Manufacture. - 50(1), 2010. – p. 19–28. 31.Xu T. An optimum preload method for machine tool spindle ball bearings/ T. Xu, G. Xu, Q. Zhang, S. Zhang, A. Luo // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture. - 230(11), 2016. – p. 2016–2025. 32.Neugebauer R Werkzeugmaschinen. Aufbau, Funktion und Anwendung von spanenden und abtragenden Werkzeugmaschinen. – Berlin: Springer-Verlag GmbH, 2012 – 478 s. |
| Тип вмісту: | Master Thesis |
| Розташовується у зібраннях: | 133 — галузеве машинобудування |
Файли цього матеріалу:
| Файл | Опис | Розмір | Формат | |
|---|---|---|---|---|
| КРМ_Крищишин.pdf | кваліфікаційна робота магістра | 3,25 MB | Adobe PDF | Переглянути/відкрити |
Усі матеріали в архіві електронних ресурсів захищені авторським правом, всі права збережені.
Інструменти адміністратора