Вибродиагностика шпиндельных узлов на опорах качения по результатам измерения вибраций корпуса

Abstract

Проведен анализ современных методов оценки точности и технического состояния шпиндельных узлов на опорах качения и дана оценка перспективности проведения измерений в зонах резонансных колебаний. Для оценки точности и технического состояния шпиндельных узлов на опорах качения на стадиях изготовления и эксплуатации предложено использовать ранее разработанный авторами метод косвенного измерения резонансных колебаний шпинделя, в основе которого лежит измерение вибраций на корпусе шпиндельного узла с последующим расчетом колебаний шпинделя (закрепленной в шпинделе оправки) по теоретической функции соответствия. Для использования этого метода при решении задач оценки точности и диагностики дефектов изготовления и сборки шпиндельного узла дано теоретическое обоснование схем измерения, проведена адаптация динамической модели экспериментального стенда и разработаны соответствующие методики проведения исследований. Общая экспериментальная часть методик проведения исследований предусматривает: определение первой собственной частоты рамы стенда; определение частот вращения шпинделя, соответствующих условиям возникновения резонансных колебаний рамы в результате проявления дефектов изготовления и сборки шпиндельного узла; измерение вибраций корпуса на этих частотах вращения. Общая теоретическая часть методик предполагает: расчет динамических податливостей и функции соответствия, связывающей колебания подсистем оправки и корпуса; расчет спектров колебаний оправки по экспериментальным спектрам вибрациям корпуса и определение амплитуд относительных колебаний точки оправки на характерных частотах вынужденных колебаний. По полученным результатам, в зависимости от поставленной задачи, рассчитывается 3D спектр вибраций или диаграмма погрешности вращения шпинделя в заданном диапазоне частот вращения. Представлены результаты оценки точности и технического состояния шлифовальной головки на холостом ходу и под нагрузкой.

The analysis of modern methods of accuracy and technical condition evaluation of spindle units on rolling bearings has been performed. The prospectivity of measurements in the resonant vibrations zones is assessed. To evaluate the accuracy and technical condition of spindle units on rolling bearings at the stages of manufacturing and maintenance, it is proposed to use the previously developed method for indirect measurement of resonance vibrations of the spindle, based on spindle quill vibration measurement of the spindle units with subsequent calculation of spindle vibrations (mandrel installed in the spindle) using theoretical compliance function. Usage of this method in accuracy and diagnosing defects identification in manufacturing and assembly of the spindle units, a theoretical justification of the measurement schemes is given, the dynamic model of the test rig is adapted, and the corresponding research methods are developed. The general experimental part of research methods provides for: determining the first natural frequency of the test rig frame; determination of spindle speeds corresponding to frame resonant vibrations as a result of manifestation of manufacturing and assembling defects of the spindle unit; spindle quill vibrations measurement at these rotational speeds. The general theoretical part of the methods assumes: the calculation of dynamic compliance and the compliance function which connects mandrel and spindle quill subsystems vibrations; mandrel vibration spectra calculation from the experimental vibration spectra of the spindle quill and determination of the relative vibrations amplitudes of the mandrel at the forced vibrations characteristic frequencies. Based on the results, depending on the task, a 3D spectrum of vibrations or a spindle rotation error diagram in a given range of rotation frequencies is calculated. The results of evaluating the accuracy and technical condition of the grinding head at idle and under load are presented.