Некоторые особенности создания подшипниковых узлов прецизионных электрошпинделей на основе пар трения скольжения

В машиностроении в подвижных соединениях используются различные типы подшипниковых узлов, причем достаточно широко – пары скольжения (подшипники скольжения, направляющие, втулки). Это позволяет повысить жесткость узлов, уменьшить их габаритные размеры, улучшить теплоотвод и обеспечить снижение шума и вибраций. Однако в ряде случаев при использовании пар трения скольжения возникают более высокие по сравнению с подшипниками качения потери на трение, повышается вероятность возникновения ситуаций, когда происходит заедание трущихся поверхностей. Большое значение эти проблемы имеют при применении подшипников скольжения в прецизионном оборудовании, которое, как правило, функционирует при стабилизированных по температуре и влажности внешних условиях. Поэтому целью исследований являлась разработка методических подходов к созданию и рациональному конструированию и изготовлению пар трения скольжения на основе применения покрытий из композиционных антифрикционных материалов, используемых в вертикальных прецизионных программно-управляемых электрошпинделях для скоростной механической обработки. Рассмотрены вопросы разработки и создания подшипниковых узлов прецизионных электрошпинделей повышенной жесткости с парами пар трения скольжения на основе композиционных материалов. Диаметры подшипников скольжения могут быть достаточно большими, что позволяет достигнуть требуемой сверхвысокой точности механической обработки и нанометрической шероховатости обрабатываемой поверхности. Приемлемые с позиций качества обработки алмазоподобным инструментом скорости резания (750 м/мин и более) могут быть достигнуты при размещении режущей кромки инструмента на диаметре 200 мм, что позволяет использовать в конструкции шпинделя смазываемые подшипники скольжения. Вследствие этого комплексно решаются две задачи: достигается необходимая для сверхвысокой точности механической лезвийной обработки жесткость электрошпинделя; обеспечивается высокая плавность работы, позволяющая достичь нанометрической шероховатости поверхности при снижении макроотклонений до 1 мкм от средней линии поверхности, что в совокупности чрезвычайно важно для ряда специальных применений.

1. Sliding Bearing. Less Friction, Higher Resource. Available at: http://www.upk1.ru/d/115304/d/podshipniki-skolzheniya-elges.pdf (in Russian).

2. Sigitov E. A., Vinogradov M. V. (2011) Perspectives of Application of Multistage Friction gears for Superprecision Handling. Vestnik Saratovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta = Vestnik Saratov State Technical University, 2 (2), 144–150 (in Russian).

3. Chernogorov E. (2013) Sliding Bearings. Chelyabinsk. 10 (in Russian).

4. Technical Reference (Tekhnichesky Spravochnik). http://razvitie-pu.ru/?page_id=20814. Advertising site of JSC “PROMGLEX-M” / Mode of access: http://www.ssrb.ru/sale/?&s=7691. Date of access: 20.01.2019.

5. Petrov N. I., Lavreniev Yu. L. (2015) Ways to Improve the Reliability and Service Life of Rotors’ Bearing Supports of Modern Gas Turbine Engines and Reducers. Vestnik Samarskogo universiteta. Aerokosmicheskaya tekhnika, tekhnologii i mashinostroenie = Vestnik of Samara University. Aerospace and Mechanical Engineering, 14 (3), Part 1, 228–236 (in Russian).

6. Karimbaev T. D., Mezentsev M. A., Alferov A. I., Gordeev S. K. (2010) Ceramic balls for ball bearings: Manufacture, machining, calculations, and tests. Kompozity i Nanostruktury = Composites and Nanostructures, (2), 12–27 (in Russian).

7. Dotsenko V. N., Nikitin S. V. (2008) Research Questions of Ceramic and Hybrid Rolling Bearings and their Application in Aircraft Engines. Aviatsionno-kosmicheskaya tekhnika i tekhnologiya = Aerospace Engineering and Technology, 55 (8), 138–144 (in Russian).

8. Oryshchenko A. S., Zagashvili Yu. V., Kulik V. I. (2007) Products of modern composites modified by nanosize components, Innovatsii = Innovations, (12), 94–98 (in Russian).

9. Barmanov I. S. (2014) Investigation of Axial Dynamic Characteristics of Bearing No 126126 with Ceramic Balls. Avtomatizirovannoe proektirovanie v mashinostroenii = Automated Design in Mechanical Engineering, (2), 194–195 (in Russian).

10. Devoino O. G., Kardapolova M. A., Yatskevich O. K., Nikolayenko V. L. (2015) Optimization of Technology of Thermal Diffusion Processing of Ceramic Powders for Plasma Spraying of the Outer Bearing Rings of Electrical Installations. Progressivnye tekhnologii i sistemy mashinostroeniya = Progressive Technologies and Systems of Mechanical Engineering, 51 (1), 48–55 (in Russian).

11. Isayeva E. A., Perevoin S. A., Isayev D. A. (2013) The Creation of the Expansion Joint of Thermal Stresses for Advanced Gas Turbine Engines Using Powder Metallurgy Methods. Izvestiya Moskovskogo Gosudarstvennogo Tekhnicheskogo Universiteta MAMI = Izvestiya MGTU "MAMI, 2 (2), 331–336 (in Russian).

12. Panov A. D., Panova I. M. (2015) Tribological Features of Structural Ceramic Materials in Sliding Bearings. Naukovedenie [Science studies], 7 (1). Available at: http://naukovedenie.ru/PDF/78TVN115.pdf. (accessed 22 January 2019) (in Russian).

13. Serdobintsev Yu. P., Kharkov M. Yu., Nazzal Anan Se (2014) Overview and Analysis of the Use of Ceramic Materials in Various Branches of Industry. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya = Modern Problems of Science and Education, (1), Fvailable at: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=12085 (accessed 22 January 2019) (in Russian).

14. Volovil A. P., Kovarsky M. E., Zaytsev V. A. (2014) High-Speed Rolling Bearings of the Generator for Gas Turbine Units. Voprosy elektromekhaniki. Trudy VNIIEM = Electromechanical matters. VNIIEM studies, 139, 1–6 (in Russian).