Вопрос 2: Особенности расчёта и проектирования гидростатических направляющих.

Гидростатическими называются направляющие жидкостного трения, в которых наличие масляного слоя обеспечивается систе­мой регулирования подачи масла под давлением. Распростр-ны на ме/реж станках, телескопах, подшип-ках. Они обесп-ют жидкостную смазку при любых ск-тях скольжения, а значит, и равномерность, и выс. чувств-ть точных исполнит-ных движ-ий. Недостаток: г/стат направл-щих -сложность с-мы смазывания и необходимость спец-ных устр-ств д/фиксации перемещаемого узла в заданной позиции. По характеру восприятия нагрузки их можно разделить на две группы: незамкнутые направляющие (без пла­нок), предназначенные воспринимать прижимающие нагрузки, и замкнутые направляющие, способные воспринимать также значительные опрокидывающие моменты. Гидростатических на­правляющие, различаются системой регулирования толщины масляного слоя: насос-карман (обеспечивает более высокую жесткость масляного слоя, но для каждого кармана используется отдельный насос постоянного расхода (или один общий насос с делителем расхода). Недостаток: изменение давления с изменеием зазора), дроссел.с-мы питания (система проста, дешева м.б. регулируемой и не регулируемой, но КПД < чем у др. систем), с-мы питания с исп-ем регуляторов (регуляторы - дросселей, сопротивление которых автоматически изменяется таким образом, чтобы с воз­можно большей точностью поддерживалось постоянство толщины масляного слоя).Во всех системах преследуется цель-обеспе­чить возможно более высокую точность траектории подвижного узла.

Треб-ия, предъявл-мые к г/стат напр-щим:

1. По шер-ти пов-ти. Шабрение на 1 кв.дюйм(1,25*1,25) 25 –при ширине 100мм, кол-во пятен умен-ся до 16, если В>100, глубина шабрения 3-5 мкм.

2. Прямолин-ть и плоск-ть не >0.001 мкм(легкие и средние), 0.02- тяж. станков

3. Предъявл-ся пов. треб-ия к жест-ти корпус. дет.

4. Д.б. предусмотрена защита.

Г/стат с-ма в дросселях незамкн типа.

Прим-ют в сл. когда: 1)напр-ие нагрузки близко к вертикальному 2) Диапазон изменения нагрузки не превышает 2. В остальных случаях прим-ют замкн. г/стат напр-щие.

Очищенное масло ч/з регулируемый дроссель попадает в карман и ч/з зазор толщиной h вытекает в 2-х взаимно ^-ых напр-ях .Рас-м опору. Вытекая ч/з зазор, масло преодолевает сопр-ие R1, в рез-те на опоре действует давление Р1. каждая опора имеет площадь F=L*B. Гидростатич. подъёмная сила: P= F*p₁=F*p₁*C_f, где C_f – коэф-т, несущей пов-ти, учит-щий отн-ие давления, вычисл-го из усл-ия равномерн. распр-ия нагрузки по всей площади нагрузки к давл-ию нормали. Если нагрузка распр-на равномерно на опоре, то P=N/i, где N- нагрузка на перемещаемый узел(сила тяж-ти; рез-ия);i –кол-во опор.

C_f=P/(F*p₁)=(2*L₁*B +l*B+2*l*b+L₁*b)/(6*L₁*B)

l,b-размеры кармана; L,B-размеры опоры

Дроссели различают двух типов: типа канала со значительным отношением длины к диаметру (дроссель трения) и в виде диаф­рагмы с отверстием, имеющим весьма малое отношение длины к диаметру. В гидростатических направляющих следует приме­нять дроссели трения, которые обеспечивают подобие условий истечения через дроссель и через направляющие. Расход масла ч/з дроссель этого типа: Q=DP/R₀=(Рн-Р₁)/R₀

Зазор толщиной h в направляющих рассм-ся как щель дроссель трения для которого Q=Dp/R₁=(P₁-O)/R_1. Учитывая, что масло растек-ся ч/з 4 стороны: R1=0.51*10^-9*m / (h³*(l/(B-b)-b/(L-l))

Толщина масл слоя м.б. найдена через разницу расхода масла, протек. ч/з дроссель и через зазор между направ-ми:

h=C*((Pн-P1)/P1)^1/3=C*((1-m)/m)^1/3; m=P1/Pн=P/C_f*F*Pн; С=(0,076*(d_0ЭКВ⁴/β₀*L₀)*(1/(l/(B-b)+b/(L-l))))^1/3;

β₀-коэф. хар-й сечение дросселя; L₀-длина дросселя; d_0ЭКВ-диам. эквив-го круга отверстия, площадь кот.= пл-ди некруглого сечения дросселя.

Жесткость масляного слоя: J= - 3C_F*F*Pн*m²*((1-m)/m)^2/3/C; знак «-» означ., что с повышением нагрузки толщина слоя уменьш..

Из условия dJ/dm находим, что m_ОПТ=2/3 - оптимум (при С=сons’t-постоянное сопротивление дросселя). Если подставить значения Pн и С в формулу жесткости, то: J=3*(1-m)*i*P/h=3*(1-m)*N/h где i – количество опор; N-нагрузка на направляющие стола. Из формулы видно, что жесткость ↑ при ↓ m (т.е. с возрастанием входного давления Pн). Jmax когда m=0 и Pн→∞.

При m_ОПТ=2/3: Jmax=P/h – жесткость для одной опоры; Jmax=N/h-всего равномерно нагруженного узла.

Наибольший расход масла: Qmax=(Pн-P_1min)/R₀;

Повысить жест-ть незамкн. систем м. применяя регуляторы толщины масляного слоя

Замкн. г/стат напр-щие:

Гидростатические замкнутые направ­ляющие с дроссельным регулированием следует применять: если диапазон изменения нагрузки больше двух; при наличии .суще­ственных опрокидывающих моментов; если требуется повышенная жесткость направляющих. Они отличаются наличием дополни­тельных гидростатических направляющих (обычно выполняемых в виде планок), препятствующих разъединению сопряженных деталей. Как основные, так и дополнительные направ­ляющие имеют карманы, к каждому из которых (или к каждой группе из которых) через индивидуальный дроссель подводится под давлением масло.

Ход рассуждений при расчетах тот же. Исслед-ся основные верх. и доп-я нижняя г/стат напр-щая.

Примечание:Трение в гидростатических направляющих:

Сила жидкостного трения для одной опоры

где F — площадь опоры в см²; F_K — площадь канавок, образую­щих карман, в см²; v — скорость движения стола в м/мин.

Скорость масла, прокачиваемого через щель, практически не влияет на силу трения Т, так как масло вытекает из опоры во всех направлениях и сумма проекций сил трения на направление движения близка к нулю. Поэтому при неподвижном столе на него не действует сила трения, препятствующая его перемещению, хотя при этом имеются потери на трение, связанные с прокачи­ванием масла.

Коэффициент трения:

Значения f для скоростей подач даже при неблагоприятных условиях весьма малы.

Гидростатические замкнутые направ­ляющие с дроссельным регулированием следует применять: если диапазон изменения нагрузки больше двух; при наличии .суще­ственных опрокидывающих моментов; если требуется повышенная жесткость направляющих. Они отличаются наличием дополни­тельных гидростатических направляющих (обычно выполняемых в виде планок), препятствующих разъединению сопряженных деталей. Как основные, так и дополнительные направ­ляющие имеют карманы, к каждому из которых (или к каждой группе из которых) через индивидуальный дроссель подводится под давлением масло.