Untersuchungen tiber das statische und dynamische Verhalten von Spindel-Lager-Systemen in Werkzeugmaschinen

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1 FORSCHUNGSBERICHTE DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN Nr Herausgegeben im Auftrage des Ministerprasidenten Heinz Kuhn von Staatssekretar Professor Dr. h. c. Dr. E. h. Leo Brandt DK Prof. Dr.-lng. Dr. h. c. Herwart Opitz Dr.-lng. Heinrich Kunkel Dipl.-lng. Manfred W ryand Dr.-lng. Reinhard Bottcher Laboratorium fur Werkzeugmaschinen und Betriebslehre der Rhein.-Westf. Techn. Hochschule Aachen Untersuchungen tiber das statische und dynamische Verhalten von Spindel-Lager-Systen in Werkzeugmaschinen WESTDEUTSCHER VERLAG KOLN UND OPLADEN 1968

2 ISBN ISBN (ebook) DOI / VerIags-Nr by Westdeutscher Verlag GmbH, Köln und Opladen Gesamtherstellung: Westdeutscher Verlag

3 lnhalt Verwendete Kurzzeichen... " Einleitung Experimentelle und rechnerische Methoden zur Ermittlung des statischen und dynamischen Verhaltens von Spindel-Lager-Systen MeBmethoden zur Bestiung des statischen und dynamischen Verhaltens Ermittlung des statischen Verhaltens Ermittlung des dynamischen Verhaltens Rechnerische Methoden zur Bestiung des statischen und dynamischen Verhaltens Theoretische und experimentelle Untersuchungen an einer Hauptspindel mit Kegelrollenlagern Statisches Verhalten des Systs Spindel-Lagerung Verformungen an der Spindel in Abhängigkeit von der Belastung Der EinfluB von Axialspiel und Abstand der beiden vorderen Lager auf das statische Verhalten des Systs EinfluB der Lagersteifigkeiten auf das statische Verhalten des Systs und Bestiung der Steifigkeiten der Lager im eingebauten Zustand EinfluB der SystgröBen Kraglänge, Lagerabstand und Verhältnis Spindelbohrungs-fSpindelauBendurchmesser auf das statische Verhalten Dynamisches Verhalten des Systs Spindel-Lagerung.... EinfluB von Axialspiel und Abstand der vorderen Lager auf das dynamische Verhalten des Systs EinfluB des hinteren Lagers auf das dynamische Verhalten des Systs Vergleich des gessenen und berechneten dynamischen Verhaltens des Systs EinfluB der SystgröBen Kraglänge und Lagerabstand auf das dynamische Verhalten des Systs Tperaturverhalten und Verlustleistung der Kegelrollenlagerung EinfluB von Drehzahl, Last, Axialspiel sowie Schmiermittelviskosität auf die Lauftperaturen an der vorderen Lagerstelle Möglichkeiten zur Erzielung geringer Lauftperaturen Theoretische und experimentelle Untersuchungen an hydrostatischen Spindellagerungen Analoges mechanisches Ersatzsyst für hydrostatische Lagerungen

4 4.1.1 Analoge mechanische Darstellung ei nes eb enen hydrostatischen Lagers Analoge mechanische Ersatzschaltung für Lagerungen von Hauptspindeln Dynamisches Verhalten des Systs Spindel-Lagerung EinfluB der statischen Lagersteifigkeit auf das dynamische Verhalten EinfluB der Abströmlänge im vorderen Lager auf das dynamische Verhalten EinfluB der Ölviskosität auf das dynamische Verhalten EinfluB der Ölfedersteife auf das dynamische Verhalten EinfluB der Axiallagerung auf das dynamische Verhalten Zusaenfassung Literaturverzeichnis Anhang

5 Verwendete Kurzzeichen (Kapitel 2 und 3) a = Kraglänge b = Lagerabstand c = Lagersteifigkeit dsp Spindelbohrungsdurchmesser e = Abstand der vorderen Lager einer mehrfach gelagerten Spindel!R Resonanzfrequenz k Lagerdämpfungskonstante bei viskoser Dämpfung n Drehzahl q Streckenlast Sa axiales Lagerspiel t Zeit X VariabIe.Y Verlagerung an der Spindel unter statischer Last y Schwingungsamplitude bei dynamischer Belastung C Syststeifigkeit D DämpfungsmaB, Dämpfung am Syst Dsp SpindelauBendurchmesser an der vorderen Lagerstelle E Elastizitätsmodul Fr, Fa Lagerkräfte I äquatoriales Trägheitsmoment Mb Biegoment Nv Verlustleistung P Statische Belastung (radial) am Syst Pa Statische Belastung (axial) am Syst PA, PB Auflagerkräfte Qs Schmiermittelmenge T Lagertperatur oe Berührungswinkel e Parameter 'IJ Schmiermittelviskosität Verwendete Kurzzeichen für hydrostatische Lager (KapiteI4) b K Abströmbreite Lagersteifigkeit Ölfedersteife Ersatzfedersteifigkeit Lagerdurchmesser DämpfungsmaB, Dämpfung am Syst Frequenz effektive Fläche Lagerspalthöhe Lagerdämpfungskonstante = Konstante m /fl Hz s/ min-1 / flm s flm flm /flm /2 4 kw I/min oe cst cm /flm /flm /flm cm Hz cm2 cm, flm s cm 5

6 I L Left LlL m p P R R I,2 Vo X y Z (3 1) e Abstromlange Lagerlange effektive Lagerlange Lange eines Spindelabsehnitts Masse Druck Belastung hydrauliseher Widerstand Radien der Axiallager blvolumen zwischen Drossel und Lager Federweg Sehwingwegamplitude Tasehenzahl Kompressibilitatskoeffizient dynamisehe Viskositat Variable Widerstandsverhaltnis Drosselverhaltnis s2 j2 s 5 3 [Lm [Lm 2j s cm2 Indizes betreffend: a A h K m ov P R T u v o axiale Abstromung Axiallager hintere Seite der Lagerung Kapillare Mitte der Lagerung blversorgung Pumpe Radiallager Tasehe Umfangsstromung vordere Seite der Lagerung = unbelasteter Zustand 6