超高速磨削电主轴热特性分析研究

发布时间：2023-12-07 19:58

　　超高速磨削技术可以实现加工效率和加工质量的完美结合,因此被国际生产工程协会列为面向21世纪的中心研究方向之一。电主轴作为实现超高速磨削技术的核心组件,其热特性是影响超高速磨削加工效率和精度的关键因素之一,因此研究如何改善电主轴温度场分布、减小电主轴的热变形对于超高速磨削技术的发展意义重大。本课题通过理论分析和有限元仿真相结合的方法对超高速磨削平台电主轴的温度场分布、温升规律以及热变形情况进行深入研究,并结合课题电主轴的结构特点和有限元分析结果提出改善其热特性的结构改进方案,研究内容和研究结论对后续超高速磨削平台电主轴回转精度研究提供了重要研究数据。论文的主要工作如下:(1)针对超高速磨削试验平台上电主轴的基本组成结构,分析了电主轴系统的关键技术,包括轴承的预紧和润滑方式、润滑系统和循环冷却系统的工作原理等;结合传热学知识对电主轴的热源分布、散热方式、热传递过程及热变形过程进行分析研究。(2)根据理论计算公式,计算了电主轴热源生热率及其主要部位的对流换热系数;建立了电主轴有限元分析模型;将计算所得的热载荷及热边界条件加载到有限元分析软件ANSYS Workbench中,对电主轴的热特性进...

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【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题研究的背景与意义
        1.1.1 课题研究的背景
        1.1.2 课题研究的意义
    1.2 超高速磨削加工技术的国内外发展现状
    1.3 电主轴及其热特性国内外研究现状
        1.3.1 国内外电主轴技术的研究现状
        1.3.2 国内外电主轴的热特性研究现状
    1.4 本文研究思路
    1.5 本章小结
2 超高速磨削电主轴结构组成及热源传热过程分析
    2.1 超高速磨削电主轴结构组成
        2.1.1 电主轴的基本结构
        2.1.2 电主轴轴承的预紧和润滑
        2.1.3 电主轴定子的冷却系统
    2.2 超高速磨削电主轴热源及散热过程分析
        2.2.1 电主轴的热源分析
        2.2.2 电主轴的热传递过程分析
        2.2.3 电主轴热变形过程
    2.3 本章小结
3 超高速磨削电主轴的热参数计算
    3.1 超高速磨削电主轴热源定量计算
        3.1.1 电主轴电机的损耗计算
        3.1.2 电主轴轴承生热量计算
        3.1.3 热源的生热率计算
    3.2 超高速磨削电主轴热边界条件计算
        3.2.1 定子外表面及转子外表面上的对流换热
        3.2.2 转子端面与其周围气体之间的对流换热
        3.2.3 轴承与压缩润滑气体的对流换热
        3.2.4 电主轴外壳面上的对流换热
    3.3 本章小结
4 超高速磨削电主轴的热特性仿真分析
    4.1 ANSYS Workbench有限元热分析介绍
        4.1.1 Workbench热分析原理介绍
        4.1.2 Workbench热分析的一般求解过程
    4.2 超高速磨削电主轴温度场分析
        4.2.1 电主轴有限元模型建立以及热分析前处理
        4.2.2 电主轴稳态温度场仿真结果分析
        4.2.3 电主轴瞬态温度场仿真结果分析
    4.3 超高速磨削电主轴热-结构耦合场分析
        4.3.1 热-结构耦合的原理与步骤
        4.3.2 热-结构耦合场仿真结果分析
    4.4 本章小结
5 超高速磨削电主轴结构改进及仿真分析验证
    5.1 对电主轴进行结构改进的依据
    5.2 概述电主轴的结构改进及改进后的结构模型
    5.3 电主轴结构改进后的仿真结果分析
        5.3.1 改进后的温度场结果分析
        5.3.2 改进后的热-结构耦合场结果分析
    5.4 本章小结
总结与展望
参考文献
致谢
个人简历



本文编号：3870979