| Соединение | Описание |
| Соединитель-пружина – 1. | Жесткость радиального шарикового подшипника 1000844 задней опоры:осевая – 2,69е+007 Н/м;радиальная – 5,11е+007 Н/м. |
| Соединитель-пружина – 2. | Жесткость интегрированных радиально-упорных подшипников редуктора:осевая – 7,67E+008 Н/м;радиальная – 1,94е+008 Н/м. |
| Соединитель-пружина – 3. | Жесткость двухрядного упорно-радиального подшипника ZKLDF395:осевая – 2,74E+008 Н/м;радиальная – 5,74е+008 Н/м. |
Расчет эквивалентных напряжений при наибольших силах резания показывает, что максимальные напряжения возникают в месте приложения нагрузки на поверхности детали. Эквивалентные напряжения растяжения-сжатия по VonMises 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
| Тип | Возникающие напряжения, Н/м2 | Предел прочностиН/м2 |
| VON: Напряжение Von Mises | 4,69e+7 | 4,83e+8 |
| SX: Нормальное напряжение X | 4,35e+7 | 4,83e+8 |
| SY: Нормальное напряжение Y | 2,82e+7 | 4,83e+8 |
| SZ: Нормальное напряжение Z | 1,63e+7 | 4,83e+8 |
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
| Тип | Возникающие перемещения, м |
| URES:Результирующее перемещение | 3,556e – 005 |
| UX: Перемещение X | 2,735e – 005 |
| UY:Перемещение Y | 8,450e – 006 |
| UZ:Перемещение Z | 4,620e – 006 |
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.
| Режимы резания | Возникающие перемещения, мкм |
| PX = 1105 НPY = 884 НPZ = 2210 Н | 35,56 |
| PX = 928 НPY = 742 НPZ = 1855 Н | 32,28 |
| PX = 691 НPY = 553 НPZ = 1380 Н | 27,39 |
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
| Тип | Возникающие деформации |
| ESTRN: Эквивалентная деформация | 1,354e – 004 |
| EPSX: Нормальная деформация по оси X | 9,390e – 005 |
| EPSY: Нормальная деформация по оси Y | 9,817e – 005 |
| EPSZ: Нормальная деформация по оси Z | 3,161e – 005 |
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.
3.2 Анализ жесткости поворотного стола CNC200R
Упрощенная модель сборки поворотного стола CNC200R с приспособлением и обрабатываемой деталью представлена на рисунке 3.6. Расчетная модель с нагрузками представлена на рисунке 3.7.
Фиксация основания стола осуществляется ограничениями по нижней плоскости. Действия сил резания моделируются приложением дистанционной нагрузки к обрабатываемой площадке 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 бабки 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.
В данной расчетной схеме учтены материалы всех основных элементов конструкции, массовые характеристики всех элементов конструкции, а также сила тяжести, действующая на представленный узел.
Все данные о материалах деталей (объем, масса, свойства), значениях, направлениях и местах приложения сил, видах примененных соединений, представлены ниже в виде таблиц.
Таблица 3.8 – Материалы деталей
| № | Элемент | Материал | Масса, кг | Объем, м3 |
| 1 | Корпус | Серый чугун СЧ20ГОСТ 1412–85 | 36.7579 | 0.00510527 |
| 2 | Втулка | Сталь 40Х ГОСТ 4345–74 | 1.8462 | 0.000236692 |
| 3 | Плита под мотор | Серый чугун СЧ20ГОСТ 1412–85 | 3.00653 | 0.000417573 |
| 4 | Планшайба | Серый чугун СЧ20ГОСТ 1412–85 | 9.0672 | 0.00125933 |
| 5 | Корпус задней бабки | Серый чугун СЧ20ГОСТ 1412–85 | 20.1679 | 0.0028011 |
| 6 | Стакан | Сталь 40Х ГОСТ 4345–74 | 5.78763 | 0.000742003 |
| 7 | Шпиндель | Сталь 40Х ГОСТ 4345–74 | 3.85321 | 0.000494001 |
| 8 | Втулка | Сталь 40Х ГОСТ 4345–74 | 0.514593 | 6.59734e-005 |
| 9 | Втулка | Сталь 40Х ГОСТ 4345–74 | 0.367566 | 4.71239e-005 |
| 10 | Кольцо наружное | Сталь ШХ15 ГОСТ 801–78 | 0.253998 | 3.29867e-005 |
| 11 | Кольцо внутреннее | Сталь ШХ15 ГОСТ 801–78 | 0.181427 | 2.35619e-005 |
| 12 | Плита | Серый чугун СЧ20ГОСТ 1412–85 | 30.7453 | 0.00427019 |
| 13 | Деталь | Литая углеродистая стальГОСТ 977–88 | 20.3644 | 0.00261082 |
| 14 | Стакан | Сталь 40Х ГОСТ 4345–74 | 1.08912 | 0.00013963 |
| 15 | Прихват | Сталь 45 ГОСТ 1050–88 | 0.769769 | 9.86883e-005 |
| 16 | Опора | Сталь 45 ГОСТ 1050–88 | 0.153153 | 1.9635e-005 |
| 17 | Опора-винт | Сталь 45 ГОСТ 1050–88 | 0.0401627 | 5.14907e-006 |
| 18 | Стойка | Сталь 40Х ГОСТ 4345–74 | 0.528102 | 6.77054e-005 |
| 19 | Клин | Серый чугун СЧ20ГОСТ 1412–85 | 0.541559 | 7.52166e-005 |
| 20 | Корпус | Серый чугун СЧ20ГОСТ 1412–85 | 1.5876 | 0.0002205 |
| 21 | Винт | Сталь 45 ГОСТ 1050–88 | 0.0283933 | 3.64017e-006 |
Таблица 3.9 – Нагрузки и ограничения
| Ограничение/нагрузка | Описание |
| Крепление | Лишение всех степеней свободы мест крепления основания по оси Z. |
| Вращающий момент | Вращающий момент 600 Нм приложен к фланцу поворотной части относительно выбранной исходной точки, по оси |
| Сила тяжести | Сила тяжести относительно плоскости «Сверху» с гравитационным ускорением 9.81 м/с2. |
| Дистанционные нагрузки | Прямой перенос сил резания к месту обработки. |
Таблица 3.10 – Определение соединителей
| Соединение | Описание |
| Соединитель-пружина – 1. | Жесткость радиально-упорного подшипника 46114 задней опоры:осевая –1,12е+008 Н/м;радиальная – 2,01е+008 Н/м. |
| Соединитель-пружина – 2. | Жесткость радиально-упорного подшипника 46114 задней опоры:осевая – 1,12е+008 Н/м;радиальная – 2,01е+008 Н/м. |
| Соединитель-пружина – 3. | Жесткость интегрированных радиально-упорных подшипников редуктора:осевая – 4,65е+008 Н/м;радиальная – 1,55е+008 Н/м. |
Расчет эквивалентных напряжений при наибольших силах резания показывает, что максимальные напряжения возникают в месте приложения нагрузки на поверхности детали. Действующие напряжения растяжения-сжатия по VonMises по осям приведены в таблице 3.11.
Таблица 3.11 – Результаты исследования эквивалентных напряжений
| Тип | Возникающие напряжения, Н/м2 | Предел прочности Н/м2 |
| VON: Напряжение Von Mises | 4,29e+7 | 4,83e+8 |
| SX: Нормальное напряжение X | 5,456+7 | 4,83e+8 |
| SY: Нормальное напряжение Y | 2,125e+7 | 4,83e+8 |
| SZ: Нормальное напряжение Z | 1,284e+7 | 4,83e+8 |
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 3.12 – Результаты исследования перемещений
| Тип | Возникающие перемещения, м |
| URES:Результирующее перемещение | 4,178e – 005 |
| UX: Перемещение X | 2,158e – 006 |
| UY:Перемещение Y | 2,191e – 005 |
| UZ:Перемещение Z | 2,433e – 005 |
Из эпюры статических перемещений видно, что максимальные перемещения испытывает поверхность плиты со стороны приложения силы, которая непосредственно воспринимает нагрузки.