重型数控卧式镗车床关键部件热场流固耦合研究

发布时间：2017-11-21 06:02

  本文关键词：重型数控卧式镗车床关键部件热场流固耦合研究

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【摘要】：重型数控卧式镗车床作为大尺寸回转曲面类零件的主要加工设备,在重型制造行业中具有举足轻重的地位。由于自身和工件庞大、负载变化大、行程大等特点,重型卧式镗车床更容易受到转速及环境因素的影响。而主轴箱、工作台、底座、导轨作为重型数控卧式镗车床的关键部件,其在运行过程中容易产生较大的热误差,降低机床的加工精度。因此研究重型数控卧式镗车床关键部件的热场具有重要的意义。本文以齐重数控装备有限公司研发的重型数控卧式镗车床为研究对象,围绕转速和环境温度对重型机床关键部件热场的影响规律展开研究。总结国内外在重型机床传热和散热方面的研究,基于流固耦合方法,通过对重型数控卧式镗车床关键部件热场的数值模拟,研究转速及环境温度对机床关键部件的温度场、传热和散热规律以及热变形的影响。首先基于传热学的基本理论,采用笛卡尔坐标系和圆柱坐标系,将六面微元体和圆弧微元体作为物质单元,推导出机床关键部件一般形式的导热微分方程,同时确定热场求解的边界条件。其次分析各部分的发热机理,对主要发热部分进行发热量的数值计算。运用Siemens NX三维软件建立重型卧式镗车床关键部件的固体域三维模型和流体域三维模型。依据实际条件对主轴箱、工作台、底座、导轨模型合理简化。再次将建立的固体域和流体域三维模型导入到有限元分析软件中,划分网格,对各部件的材料属性进行参数设置。最后根据建立的有限元分析模型,对转速在10rpm、20rpm、30rpm、40rpm、50rpm时,环境温度分别为5°C、10°C、15°C、20°C、25°C工况下的机床关键部件进行流固耦合数值模拟。通过数值模拟得到不同转速和环境温度下关键部件的温度场分布图和空气流场分布图,揭示出重型数控卧式镗车床在不同工况下其关键部件温度分布规律。通过分析工作台表面对流换热系数模拟值曲线,得出转速和环境温度对工作台散热的影响。进一步获得了不同工况关键部件的热变形量,为类似重型镗车床关键部件设计及优化提供理论依据。
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG659

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本文编号：1209891