零传动滚齿机热特性分析与建模仿真

发布时间：2020-07-11 09:06

【摘要】：零传动滚齿机作为现代化的齿轮加工机床,采用了“零传动”技术,消除了从电机到输出轴之间的多段传动链,有效地降低了机床几何误差带来的加工精度影响。但是工件主轴和滚刀主轴均采用电主轴结构,致使主轴运转时的发热问题更加突出,在加工总误差中热误差的占比到达70%左右。本课题以零传动滚齿机YK3610为研究对象,以理论分析与仿真试验相结合的手段对零传动滚齿机进行热特性分析,以此得到主轴热变形规律。首先介绍了零传动滚齿机的整体结构与性能,并分别描述了传动系统、机床床身和排屑系统的结构特性。着重分析了工件主轴与滚刀主轴的结构,包括内置电机的选用与冷却、轴承的选型与预紧、工件的夹紧以及刀杆的配置。分析了零传动滚齿机的发热热源,得出主要热源为主轴系统的发热,分析计算了电机的损耗发热与轴承运转的摩擦热。在分析了主轴内部热源的布局方式之后,找出了热源的各个传热方式,主要散热方式有:定子外壳与冷却水之间的对流换热;定转子之间气体的对流换热;转子两端和气体的热交换;主轴壳体与环境之间的换热;轴承内滚动体与滚道的导热。运用热力学理论对每种散热方式都进行了分析与计算,从而研究出了主轴整体的散热能力。运用ANSYS分析软件进行主轴模型的稳态热分析,得到了工件主轴与滚刀主轴稳定状态下的温度场分布。之后进行热-结构耦合分析并观察主轴热变形量。由分析结果可知工件主轴轴芯沿X方向变形量很小。而沿Y方向和Z方向变形量较大;滚刀主轴轴芯沿Z方向变形量很小,而沿X方向和Y方向变形较大。根据变形数据分析齿轮加工可能产生的热误差。采用了结构改进方案以减少主轴热变形。工件主轴是将尾部支架连接处的螺钉连接改为销连接,使外壳的固定模式由完全固定改为沿Z轴的轴向移动;滚刀主轴是改变前端推力角接触球轴承与圆柱滚子轴承的位置,使更多的轴芯变形量向后端延伸。再次进行仿真分析后的结果显示,工件主轴轴芯的弯曲变形明显改善,滚刀主轴轴芯前端的变形量得到控制。因此该方案有效地提高了工件的加工精度。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG612

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本文编号：2750210