К.т.н. Лимаренко А.М.

Одесский национальный политехнический университет, Украина

Учет влияния фундамента при расчетах станин металлорежущих станков

Влияние фундамента на деформации станины определяется способом установки станка.

В станках со сплошными станинами, опирающимися на фундамент по всей длине, жесткость фундамента и опорных элементов станины в значительной степени определяет величину деформации станины.

Влияние фундамента на деформации сплошных станин оценивается при следующих допущениях [1]:

· станина на фундаменте рассчитывается как балка на упругом основании;

· в качестве основной расчетной гипотезы принимается гипотеза о прямой пропорциональности между перемещениями и реакцией основания;

· станина и фундамент рассматриваются как однородные балки постоянной приведенной жесткости;

В аналитических расчетах, учет работы основания моделируется через коэффициенты постели или с использованием модели упругого полупространства. Способ расчета с использованием коэффициентов постели получил отражение в работах Н.П. Пузыревского, Н.К. Снитко, В.З. Власова. Методы расчета с использованием упругого основания изложены в работах Б.Н. Жемочкина, И.А. Симвулиди, А.П. Синицына Г.К. Клейна и др.

В настоящее время аналитические решения вытеснены численными решениями. В силу разных причин большинство программ численного анализа базируется на методе конечных элементов (МКЭ), который предполагает явную аппроксимацию решения на малых подобластях – конечных элементах.

Целью данной работы являлась отработка методики расчета горизонтальной станины опирающейся по всей длине на фундамент. В качестве основного инструмента расчетных исследований использовался программный комплекс ANSYS, реализующий метод конечных элементов. Станина рассматривается как балка на упругом основании, оба конца которой жестко защемлены, коэффициент постели (рис.1).

Рис.1. Расчетная схема станины

Аппроксимация модели станины на упругом основании в программе ANSYS выполнена элементом BEAM54.

Это двухузловой балочный элемент, который предназначен для решения двумерных задач (рис.2). Свойства этого элемента задаются путем описания характеристик поперечного сечения (возможно изменение сечения по длине элемента), свойств материала и упругого основания [2].

Рис.2. Конечный элемент BEAM54.

Параметры напряженно-деформированного состояния, полученные в результате расчета в программе ANSYS, представлены на рис.3 – 6.

Рис.3. Деформированная форма станины

Рис.4. Эпюра прогибов (м)

Рис.5. Эпюра изгибающих моментов (кНм)

Рис.6. Эпюра поперечных сил (кН)

Полученные результаты позволяют оценить влияние фундамента на деформации станины, а методику расчета в программе ANSYS рекомендовать для анализа любых балочных конструкций на упругом основании, в том числе и с переменными по длине жесткостями и различными механическими характеристиками основания.

Литература:

1. В.В. Каминская, З.М. Левина, Д.Н. Решетов. Станины и корпусные детали металлорежущих станков. –– М.: Машгиз, 1960. –– 364с.

2. Чигарев А.В., Кравчук А.С., Смалюк А.Ф. ANSYS для инженеров: Справочное пособие. М.: Машиностроение-1, 2004. –– 512с.