Анализ жесткости двухосевого поворотного стола RTL 500

В статическом анализе конструкции поворотного стола с помощью программы определяются напряжения, перемещения и деформации стола. Найденные значения сравниваются с допустимыми значениями исходя из требуемой точности.

На общую жесткость конструкции влияет множество не связанных между собой факторов, таких как жесткость подвижных стыков – подшипников и направляющих, жесткость неподвижных стыков – жесткость элементов конструкции, болтовых соединений.

Для расчета напряжений и упругих перемещений поворотного стола под влиянием действующих нагрузок составлена схема нагружения конструкции в процессе торцевого фрезерования четырех площадок детали. Для выявления характера зависимости упругих перемещений от действующих нагрузок расчет выполняется при различных силах резания, соответствующих торцевому фрезерованию литейной стали 35Л с подачей S = 0,15 мм/зуб, требуемой глубиной резания t = 1,5 мм при скорости резания 150 м/мин.

Фиксация основания стола осуществляется ограничениями по нижней плоскости. Действия сил резания моделируются приложением дистанционной нагрузки к обрабатываемой поверхности детали. Подшипниковый редуктор в расчетной схеме представлен в виде осевой и радиальной жесткости приводной опоры и задается через упругую связь (пружину) между поверхностью корпуса и фланцем поворотной части. Подшипники задней опоры и подшипники стола в модели показаны в виде внутреннего и наружного кольца и представлены радиальной и осевой жесткостью аналогично. Вращающий момент с учетом редукции прикладывается к фланцу поворотной части в приводной опоре и к планшайбе в столе.

В данной расчетной схеме учтены материалы всех основных элементов конструкции, массовые характеристики всех элементов конструкции, а также сила тяжести, действующая на представленный узел.

Для расчета напряженно-деформированного состояния строится конечно-элементная модель и выполняется расчет.

Все данные о материалах деталей (объем, масса, свойства), значениях, направлениях и местах приложения сил, видах примененных соединений, представлены ниже в виде таблиц.

Таблица 3.1 – Материалы деталей

Таблица 3.2 – Нагрузки и ограничения

Таблица 3.3 – Определение соединителей

Расчет эквивалентных напряжений при наибольших силах резания показывает, что максимальные напряжения возникают в месте приложения нагрузки на поверхности детали. Эквивалентные напряжения растяжения-сжатия по Von Mises приведены в таблице 3.4. Эпюра напряжений показана на рисунке 3.3. Критерий Мизеса (критерий энергии формоизменения) определяет момент исчерпания несущей способности сравнением величины эквивалентного напряжения с пределом текучести материала. Критерий Мизеса применим для изотропных материалов, имеющих вязкий характер разрушения. К ним относятся большинство металлов.

Таблица 3.4 – Результаты исследования эквивалентных напряжений

Допускаемые напряжения растяжения-сжатия равны для литой углеродистой стали – 4,83e+8 Н/м². Максимальные напряжения растяжения / сжатия испытывает поверхность детали в месте приложения нагрузки, но они меньше, чем предел прочности для используемого материала. Следовательно, конструкция обеспечивает запас по прочности и является работоспособной.

Таблица 3.5 – Результаты исследования перемещений

Если рассмотреть перемещения при различных усилиях резания, то получаем следующие данные, представленные в таблице 3.6.

Таблица 3.6 – Упругие перемещения при различных режимах резания, мкм.

Из таблицы упругих перемещений при различных нагрузках видно, что при меньших силах резания возникающие перемещения уменьшаются и на отклонение расчетной точки влияет жесткость радиального подшипника задней опоры и двухрядного упорно-радиального шарикового подшипника.

Расчет нормальных деформаций при наибольших силах резания показывает, что максимальные деформации возникают в месте приложения нагрузки на поверхности детали. Нормальные деформации по осям приведены в таблице 3.7.

Таблица 3.7 – Результаты исследования деформаций

По полученным результатам исследований можно сделать следующие выводы:

Максимальные напряжения растяжения / сжатия испытывает поверхность детали в месте приложения нагрузки, но они меньше, чем предел прочности для используемого материала 4,69e+7Н/м² < 4,83e+8Н/м², а следовательно конструкция обеспечивает запас по прочности и является работоспособной;

Максимальные перемещения испытывают корпуса стола, задней и приводной опор по трем осям, что говорит о влиянии подшипников, установленных в этих корпусах, на точность обработки.

Максимальные деформации испытывает поверхность детали в месте приложения нагрузки и составляет 1,354е-004.