Расчет и проектирование гидростатических опор шпиндельного узла прецизионного токарно-винторезного станка

Исходные данные
Диаметр передней шейки шпинделя – 46 мм
Диаметр задней шейки шпинделя – 60 мм
Задание на проектирование
1.Разработать расчетные конструктивные схемы гидростатических опор шпиндельного узла прецизионного токарно-винторезного станка:
-переднего радиально-упорного подшипника;
-заднего радиального подшипника.
2.Рассчитать для передних и задних радиальных подшипников:
-нагрузочную способность F;
-расход масла Q;
-общие потери мощности N на прокачивание масла через радиальные подшипники и потери трения в них.
3.Рассчитать для упорного подшипника:
- нагрузочную способность F;
-расход масла Q;
- потери мощности N на трение в масляном слое упорного подшипника.

Гидравлические подшипники являются опорами жидкостного трения, в которых давление в слое смазочного материала, разделяющем вал и втулку, создается за счет внешнего источника и не зависит от скорости вращения вала. Радиальная нагрузка на шпиндель воспринимается радиальным, а осевая – упорным гидростатическим подшипником.

Рисунок 1 – Схема радиального гидростатического подшипника
Во втулке радиального подшипника изготавливают карманы, в которые масло от насоса подводится через радиальные отверстия. Далее оно вытекает через перемычку и идет по шейке вала. ВУ области перемычек и в карманах возникают симметричные поля давлений, удерживающие ненагруженный шпиндель в среднем положении. Если на шпиндель действует внешняя сила, например, направленная вертикально сила резания, ось шпинделя смещается на величину эксцентриситета. У верхнего кармана зазор увеличивается, а давление снижается, у нижнего, наоборот, зазор уменьшается, а давление растет. В результате силы давления и внешняя нагрузка приходят в состояние равновесия. Для этого необходимы два условия: неодинаковое давление в карманах, приблизительно постоянный расход масла через различные карманы.
Первое условие выполняется благодаря разделению поверхности скольжения втулки на карманы с перемычками, второе обеспечивается дросселями на входе в карманы, пропускающими в них постоянный объем масла не зависимо от нагрузки.

Рисунок 2 – Схема гидростатического упорного подшипника