Створення регульованих конічних аеростатичних опор для безконтактних прямих приводів машин

Abstract

Стаття присвячена вдосконаленню безконтактних прямих приводів машин різного призначення створенням регульованих конічних аеростатичних опор. Їх застосування дозволяє зменшити вагу, габарити та витрати повітря, а також завдяки регулюванню характеристик опорних систем забезпечити стійкість обертання роторів у широкому діапазоні швидкостей та навантажень. Для дослідження властивостей приводів та ефективності запропонованих шляхів технічного вдосконалення розроблені математичні моделі одно- та багатоопорних систем приводів. Теоретично визначені функціональні зв’язки між конструктивними, силовими, геометричними параметрами конічних аеростатичних опорних систем при регулюванні зазору зі змащенням, що дозволяє змінювати несучу здатність та динамічні властивості безконтактних приводів. Для аналітичного визначення статичних характеристик приводів запропоновано параметричне приведення їх конічних опор до еквівалентних за жорсткістю і несучою здатністю радіальних опор та упорних підп'ятників. Визначено аналітичний критерій стійкості руху ротора одноопорного привода при виникненні коливань та умови роботоздатності регульованих конічних опорних систем, за яких забезпечується статична стійкість приводів при робочих навантаженнях. Створено пневмошпиндель на регульованих конічних аеростатичних опорах різної геометрії. Розроблені експериментальна установка та методика натурних випробувань пневмошпинделя, які підтвердили адекватність теоретичних досліджень. Запропонована методика проєктування безконтактних приводів, а для перевірки проєктних рішень розроблено алгоритм комп'ютерного дослідження статичних характеристик і динамічних властивостей опор та всього привода.

The article is devoted to making adjustable conical air bearings. Its application in different machines allows increase load capacity and reliability, speed extension, reduce mass, overall dimensions and air consumption, secure stable rotary motion in speed wide range due to adjustment of static and dynamic characteristics of direct drives. Mathematical models of single-support and multi-support systems have been designed for study of its characteristics and efficiency of suggested improvements. Function relations between structural, functional, geometric parameters of conical aerostatic systems have been theoretically determined for adjustable air gap that allows change load capacity and dynamic characteristics of non-contact direct drives. Method of parametric conversion of conical bearings to radial and thrust bearings has been suggested. It gives analytical solution of noncontact drive static characteristics. Analytical stability criterion of rotor of single-support system has been determined. Working capacity conditions have been analytically obtained from mass and inertial properties, parameters and characteristics of air-bearing direct drive. Adjustable conical air-bearing pneumatic spindle has been manufactured. Experimental set-up and experimental technique have been designed for validation theoretical results. Design procedure of air-bearing non-contact drives has been engineered. Algorithm of numerical experiment of static characteristics and dynamic properties has been engineered for design decision verification.