Теоретическое исследование влияния предварительно напряженных армирующих элементов на жесткость и демпфирование композитных портальных конструкций для металлорежущих малогабаритных станков

Актуальность и цели. Численно оценивается эффективность ранее изложенного технического решения по повышению жесткости одного из базовых узлов малогабаритного фрезерного станка – портала. Материалы и методы. Исследуемый портал имеет размер 90 × 300 × 450 мм и является литой композитной конструкцией со шпильками в его колоннах в качестве армирующих элементов. Шпильки, внедренные в композитную матрицу, находятся в состоянии упругого осевого растяжения. Расчеты проведены при помощи метода конечно-элементного моделирования. Для исследования влияния предварительного осевого натяга шпилек на жесткость конструкции проведена серия статических расчетов, где варьируется величина натяга. Результаты. Результаты моделирования показывают, что применение армирования предварительно упруго-растянутыми шпильками приводит к приросту жесткости от десятков процентов до 4,7 раза, в продольном направлении (ось Х станка) и к приросту демпфирующей способности конструкции до 47 %. Демонстрируется, что при- рост жесткости нелинейно связан с создаваемой осевой силой упругого растяжения шпилек и может варьировать в широком диапазоне, что позволяет приближаться и даже превосходить по показателю жесткости более массивные и в разы более металлоемкие конструкции порталов малогабаритных станков. Полученные приросты жесткости объясняются авторами как следствие создания напряженного соединения портала со станиной, что обеспечивает увеличение силы трения и силы прижима портала к основанию станка. Выявлена и графически показана зависимость жесткости портала от натяга шпилек, а также получена функция зависимости деформаций от натяга в аналитическом виде. Выводы. Предложенное техническое решение перспективно для отрасли малогабаритного станкостроения и позволяет создавать узлы станка повышенной жесткости, демпфирования и пониженной металлоемкости.