高速电主轴空气流场及其冷却密封效应研究

发布时间：2020-05-20 00:13

【摘要】：高速电主轴作为机床的核心功能部件之一,是实现高速加工,提高加工效率,不可或缺的重要单元,对机床加工精度有着重要的影响。高速电主轴在工程应用中会产生大量的热,同时往往处于多水汽、多尘等复杂的加工环境,热量的产生和灰尘水汽的进入不可避免的会对电主轴造成不可逆转的损伤,缩短电主轴使用寿命,造成巨大的经济损失,因此对电主轴进行内部空气流场对电主轴冷却密封效果的影响分析有着十分重要的意义。本文以100MD60Y4电主轴为研究对象,建立电主轴内部空气流场仿真模型,分析了电主轴转速和气隙对其冷却密封效果的影响。搭建并进行电主轴出口流体流态检测实验平台和流体流速检测实验平台,具体研究工作如下:(1)对电主轴内部空气流场流态、可压缩性以及油气润滑电主轴压缩空气属性进行分析研究;对计算空气流场所使用的纳维斯托克斯方程进行分析推导,并对模型中使用的N-S方程进行理论分析。(2)建立电主轴内部空气流场模型,以转速、气隙为因素,仿真分析了电主轴油气润滑系统对轴承、定转子冷却效果的影响。仿真分析指出:当转速大于30000r/min时,定、转子气隙间高速流区域面积逐渐增加,流场分布均匀,空气流体对定转子间隙的冷却效果逐渐增强;同时,随着电主轴转速的增加,轴承内部流场内流速均匀,靠近气隙一侧的轴承冷却效果更好;气隙值变化对轴承部分的冷却效果无明显影响。(3)基于上述模型,以转速、气隙为因素,仿真分析了电主轴油气润滑压缩空气对密封效果的影响。仿真分析表明:在低转速条件下,前端出口空气流体分布不均,密封效果较差;高转速时沿前端环状出口径向形成速度梯度,流体分布均匀;当转速升高至24000r/min时,电主轴前端出口处径向方向上负压区域面积逐渐增大,回流现象逐渐变得严重,密封效果变差。同时,气隙越大,主轴前端出口空气流体流速增长速率对主轴转速越敏感。转速增加到24000r/min时,气隙值越大,回流现象越严重,密封效果越差。(4)搭建电主轴前端流体流态检测实验平台,并对电主轴前端空气流体流态进行实验研究;搭建电主轴前后两端空气流体流速检测实验平台,并对不同转速、不同气隙条件下电主轴前后两端空气流体流速进行实验检测,经过实验验证,前后两端出口处空气流体流速实验和仿真相对误差分别为7.2%和3.1%,均在规定范围内,证明仿真结果真实可靠。
【图文】：

图１．１电主轴基本结构图逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｔｈｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ邋ｏｆ邋ｍｏｔｏｒｉｚｅｄ邋ｓｐｉｎｄｌｅ逡逑

图１．２油气润滑系统逡逑
【学位授予单位】：沈阳建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG659

【参考文献】

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本文编号：2671700