Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2012, № 12. Часть 2

Министерство образования и науки Российской Федерации 
 
Федеральное государственное бюджетное 
образовательное учреждение 

высшего профессионального образования 
 
«Тульский государственный университет» 
 

 
 
ISSN 2071-6168 
 
 
 
ИЗВЕСТИЯ 
ТУЛЬСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО 
УНИВЕРСИТЕТА 
 
 
 
 
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ 
 
 
Выпуск 12 
 
 
 
 
Часть 2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Тула 
Издательство ТулГУ 
2012 

ISSN 2071-6168 
 
 
УДК 621.86/87 
 
Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 12. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. Ч. 2. 
366 с. 
 
Рассматриваются научно-технические проблемы в области машиностроения, машиноведения, технологии и оборудования обработки металлов давлением, технологии и оборудования обработки металлов резанием, 
охраны окружающей среды и рационального использования природных 
ресурсов, энергетики, электроснабжения, электроприводов, транспорта, 
управления, вычислительной техники и информационных технологий, инновационных технологий в машиностроения и энергетике. 
Материалы предназначены для научных работников, преподавателей вузов, студентов и аспирантов, специализирующихся в проблематике 
технических наук. 
 
Редакционный совет 
 
М.В. ГРЯЗЕВ – председатель, В.Д. КУХАРЬ – зам. председателя, 
В.В. ПРЕЙС – главный редактор, А.А. МАЛИКОВ – отв. секретарь, 
И.А. БАТАНИНА, О.И. БОРИСКИН, В.И. ИВАНОВ, Н.М. КАЧУРИН, 
Е.А. ФЕДОРОВА, А.К. ТАЛАЛАЕВ, В.А. АЛФЕРОВ, В.С. КАРПОВ, 
Р.А. КОВАЛЁВ, А.Н. ЧУКОВ 
 
Редакционная коллегия 
 
О.И. Борискин (отв. редактор), А.Н. Карпов (зам. отв. редактора), 
Р.А. Ковалев (зам. отв. редактора), А.Н. Чуков (зам. отв. редактора), 
С.П. Судаков (выпускающий редактор), Б.С. Яковлев (отв. секретарь), 
И.Е. Агуреев, А.Н. Иноземцев, С.Н. Ларин, Е.П. Поляков, В.В. Прейс, 
А.Э. Соловьев 
 
Подписной индекс 27851 
по объединённому каталогу «Пресса России» 
 
«Известия ТулГУ» входят в Перечень ведущих научных 
журналов и изданий, выпускаемых в Российской Федерации, 
в которых должны быть опубликованы научные результаты 
диссертаций на соискание учёной степени доктора наук 
 
© Авторы научных статей, 2012 
© Издательство ТулГУ, 2012 

Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. 12. Ч. 2 
 

 
4

химических реакций с составными элементами каркаса. 
Улучшение свойств цементных композиций возможно за счет введения в их составы различных модификаторов, поэтому улучшение физико-механических характеристик цементных клеевых и матричных составов 
является актуальной задачей. 
Целью работы являлось исследование влияния модифицирующей 
добавки и полиакрилнитриловой дисперсной арматуры (ДА) на реологические, структурные и прочностные свойства цементных клеевых и матричных композиций, которые в дальнейшем применяются для изготовления 
каркасных композитов. 
В качестве дисперсной арматуры использовали  полиакрилнитриловую фибру марки «Ricem», модифицирующей добавки – поливинилацетатную эмульсию (ПВА) вяжущего – портландцемент марки Цем I 52,5 
(ОАО «Мордовцемент», ГОСТ 31108-2003). Составы изготавливались при 
постоянном водоцементном отношении (В/Ц) равном 0,4 с помощью смесителя., Время перемешивания составляло 2 мин. Количество ДА «Ricem» 
было постоянным и равным 0,25 % от массы цемента, арматура вводилась 
при перемешивании тремя порциями,. После твердения композиций в течение 1 суток при  нормальных температурно-влажностных условиях, их 
подвергали тепловлажностной обработке при температуре 950С в течение 8 
ч. Подвижность цементных композиций находили по расплыву на вискозиметре Суттарда. Физико-механические свойства затвердевших материалов проводили на образцах-призмах размером 2×2×7 см. 
По результатам проведенных экспериментов и статистической обработки были получены математические модели изменения свойств цементных композиций при введении ДА и ПВА. В качестве факторов уравнений регрессии принимались: Х1 – содержание ПВА от массы вяжущего 
по сухому веществу на относительных уровнях –1, –0,333, +0,333 и +1 
(фактические уровни: 0, 0,5, 1,0 и 1,5 %) и Х2 – длина ДА «Ricem» на относительных уровнях –1, 0 и +1 (фактические уровни: 8, 8/12 и 12 мм). Показатель 8/12 означает, что в состав вводилась смесь из волокон длиной 8 и 
12 мм в соотношении по массе равном 50 % на 50 %. 
Математические модели изменения физико-механических свойств 
клеевых и матричных композиций, модифицированных ПВА и ДА 
«Ricem», имеют следующий вид: 
L = 104,79 – 13,63Х1 – 14,87Х2, 
ρ = 1715,8 – 43,5Х1 – 18,0Х2, 
Ri = 11,24 – 0,30Х1 + 0,67Х2 – 0,93Х1
2, Rb = 27,85–7,13Х1 – 2,20Х2 + 3,30 Х1
2, 

E0 = 8829,7 – 1145,1Х1 – 443,3Х2, 

где L – подвижность (мм), ρ – средняя плотность (кг/м3), Ri и Rb – пределы 
прочности при сжатии и изгибе (МПа), E0 – начальный модуль упругости 
(МПа) клеевых и матричных цементных композиций. 
Графики изменения физико-механических характеристик клеевых и 

Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. 12. Ч. 2 
 

 
8

Список литературы 
 
1. Каркасные строительные композиты [текст]: В 2. Ч. 1. Структурообразование. Свойства. Технология / В.Т. Ерофеев, Н. И. Мищенко, 
В.П. Селяев, В.И. Соломатов; под ред. Акад. РААСН. В.И. Соломатова. 
Саранск:  Изд-во Мордов. ун-та, 1995. 200 с. 
 
V.V. Lesnov, V.T. Erofeev 
INVESTIGATION OF THE PROPERTIES OF CEMENT COMPOSITES MODIFIED 
POLYVINYLACETATE EMULSION AND FIBER «RICEM» FOR MANUFACTURE OF 
CARCASS CONCRETE 
The results of investigation of the properties of cement composites modified 
поливинилацетатной emulsion and reinforced polyacrylonitrile fiber, suitable for the 
manufacture of CARCASS concrete. An increase of the bending strength and deformability of 
cement composites, obtained mathematical models of physical-mechanical properties. 
Key words: carcass concretes, cement composites, polyacrylonitrile fiber, 
polyvinylacetate emulsion, mathematical models of physical-mechanical properties. 
 
Получено 20.11.12 
 
 
 
 
 
УДК 621.941 
М.В. Матрохин, асп., (910)554-58-76, nixortam@rambler.ru 
(Россия, Тула, ТулГУ) 
 
СТАТИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЖЕСТКОСТИ 
СТАНКОВ 
 
Приведены схемы замера жесткости токарного станка и данные по жесткости конкретного образца станка мод. 16К20. Показано, что в станках данной модели 
имеется значительная петля гистерезиса. 
Ключевые слова: станок, жесткость, деформации,  петля гистерезиса. 
 
Статический способ используется на практике для оценки технического состояния нового оборудования при его производстве (технический 
контроль, [1]) или после ремонтов в процессе эксплуатации. 
Принцип контроля жесткости основан на законе Гука 

∆

= Q
J
,                                                      (1) 

где Q – модуль силы, воздействующей на элемент технологической системы в направлении соответствующей оси координат; ∆ - величина суммарных перемещений звеньев технологической системы, измеренная в том же 

Машиностроение и машиноведение 
 

 
9

направлении (под перемещениями понимаются относительные смещения в 
сопряжениях деталей и узлов, имеющих посадки с зазорами, и упругие деформации элементов системы). 
Следует различать приведенную жесткость технологической системы и относительные жесткости ее элементов (подсистем). 
Под приведенной понимается жесткость непосредственно в стыке 
инструмент-заготовка, измеренная в направлении действия силы резания. 
Приведенная жесткость технологической системы, так же как и сила резания, может раскладываться на три составляющие в направлении соответствующих осей координат. Помимо линейных составляющих вдоль осей координат, имеют место и угловые составляющие жесткости, отражающие 
свойство технологической системы сопротивляться деформации (повороту) под действием моментов сил. 
Относительные жесткости – это характеристики отдельных частей 
(подсистем) металлорежущего станка: например, жесткость шпиндельной 
бабки, суппортной группы (по резцедержателю) или задней бабки относительно станины; шпинделя относительно корпуса шпиндельной бабки; 
резцедержателя или револьверной головки относительно верхних салазок 
суппорта и т.д. 
Относительная жесткость функциональных узлов станков является 
их важнейшим конструктивным показателем и подвергается всесторонним 
исследованиям в станкостроении. 
В практическом машиностроении интерес представляют относительные жесткости более крупных подсистем станка, причем базовым элементом, относительно которого и определяется жесткость, является, как 
правило, станина (направляющие станины). 
Относительные составляющие жесткости требуется установить экспериментальным образом в случае, если динамические модели рассматривают заготовку, технологическую оснастку и инструмент как отдельные 
изменяемые подсистемы (условия серийного производства). Остальные же 
подсистемы всей технологической системы в целом (т.е. узлы станков) могут рассматриваться как некоторые постоянные составляющие таких динамических моделей. В этом случае экспериментальное определение параметров относительной жесткости может производиться через достаточно 
большие промежутки времени, обусловленные долговечностью оборудования. Такие экспериментальные проверки жесткости целесообразно совместить с периодическим техническим обслуживанием оборудования. 
На рис. 1 показана схема определения статической осевой составляющей жесткости 
ст
Xшб
J
 шпиндельной бабки токарного станка (с приспо
соблением – патроном) и задней бабки 
ст
Xзб
J
 по отношению к станине. В 
условном обозначении относительной жесткости используются индексы: Х 
(Y, Z) – оси координат; шб, зб – конечного узла, жесткость которого опре

Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. 12. Ч. 2 
 

 
10

деляется; ст – базового узла, относительно которого определяется жесткость. (Угловая жесткость по отношению к оси Х центров станка будет 
обозначаться как 
ст
Xшб
G
). 
Схема измерения относительной статической жесткости имеет некоторою особенность, связанную с проблемой контроля перемещений 
шпиндельной и задней бабки станка относительно станины непосредственно вдоль оси центров станка (это можно выполнить только при наличии 
специальных достаточно сложных и дорогостоящих датчиков линейных 
малых перемещений, например, на основе лазера). Решение проблемы с 
использованием стандартных средств измерения, например, индикаторов 
часового типа (с ценой деления 0,001 мм) – в контроле перемещений при 
силовом нагружении в двух сечениях, симметричных относительно оси 
центров, то есть l1 = 0,5 lИ . 
И шпиндельная бабка, и задняя бабка токарного станка конструктивно представляют собой некое подобие консольных балок, жестко закрепленных на станине. Поэтому, имеет место, помимо плоскопараллельного перемещения, и поворот относительно точки, координаты которой 
неизвестны. Для исключения влияния этого поворота на измерение осевое 
усилие на контрольные диски 7 и 11 (см. рис. 1), контактирующие непосредственно 
с 
исследуемыми 
узлами, 
передается 
через 
шариковые 
опоры 8. 
 

 
Рис. 1. Схема определения статической осевой жесткости 
шпиндельной и задней бабки токарного станка: 1- патрон; 
2 – направляющие станины; 3 – магнитные стойки; 4 – индикаторы 
часового типа; 5 – центр задний; 6 – пиноль; 7, 11 – контрольные 
диски; 8 – шаровые опоры; 9 – винтовой домкрат; 10 – динамометр