高速电主轴温度分布及其热位移研究

发布时间：2021-02-27 23:30

　　随着制造业的快速发展,高速加工技术以其加工速率高、加工质量好等优点逐渐应用于车辆、船舶、磨具和高档数控机床等行业。高速电主轴作为高档数控机床的核心部件,它的性能的好坏直接影响机床的加工效率。随着《中国制造2025》相关政策的提出,对制造业迈向高效智能化的要求越来越多,高档数控机床在未来发展的过程中也将面临越来越多的挑战,其中,高档数控机床中高速电主轴的发热及热位移问题就是首先要解决的问题之一。本文以170SD30电主轴为研究对象,通过阅读相关文献,了解电主轴内部结构及生热、散热基本原理,在此基础上,建立电主轴温度测试试验平台与电主轴传热模型,具体研究工作如下:（1）搭建电主轴温度测试平台,对水冷系统中的冷却水流量、冷却水温度和油-气系统中的压缩空气进气压力进行试验研究。在主轴转速12000r/min,环境温度16℃的初始条件下,分析三个冷却系统参数对电主轴的降温效果,得到在冷却水流量为0.4m3/h,冷却水水温15℃,压缩空气进气压力为0.36MPa时,冷却系统对电主轴的降温效果最佳。（2）基于电主轴生热、放热理论及电主轴温度测试试验,建立了电主轴传热模型,模型耦合了电主轴功率输入方程... 

【文章来源】：沈阳建筑大学辽宁省

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 选题背景及意义
    1.2 高速电主轴结构及基本参数
        1.2.1 电主轴的结构
        1.2.2 电主轴基本参数
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 高速电主轴发展趋势
        1.3.2 高速电主轴温度场研究现状
        1.3.3 高速电主轴热位移研究现状
    1.4 论文研究的主要内容
        1.4.1 课题来源
        1.4.2 本文主要研究内容
    1.5 本章小结
第二章 电主轴温度测试试验
    2.1 电主轴及其温度测试系统
        2.1.1 水冷系统组成
        2.1.2 油-气润滑系统组成
    2.2 试验条件及操作步骤
    2.3 冷却系统参数对电主轴温度影响试验
        2.3.1 冷却水流量的影响试验
        2.3.2 冷却水水温的影响试验
        2.3.3 进气压力的影响试验
    2.4 本章小结
第三章 高速电主轴传热模型的构建
    3.1 高速电主轴生热和散热
        3.1.1 高速电主轴生热量
        3.1.2 高速电主轴热传递形式及散热系数
    3.2 高速电主轴温度场控制方程
        3.2.1 导热微分方程
        3.2.2 导热问题的定解条件
    3.3 高速电主轴传热模拟过程
        3.3.1 定义全局参数
        3.3.2 创建几何模型
        3.3.3 定义材料属性
        3.3.4 物理场选择及边界条件确定
        3.3.5 网格划分
        3.3.6 计算求解
        3.3.7 后处理
    3.4 本章小结
第四章 电主轴温度分布及其影响因素分析
    4.1 冷却水流量的试验验证
    4.2 1/4电主轴内部温度分析
    4.3 高速电主轴温升影响因素分析
        4.3.1 冷却水流量对电主轴温升的影响
        4.3.2 主轴转速对电主轴温升的影响
        4.3.3 磨削力对电主轴温升的影响
    4.4 本章小结
第五章 磨削力参数对电主轴热位移影响的模拟分析
    5.1 磨削力参数定义
        5.1.1 磨削力
        5.1.2 模型构建
    5.2 模型建立
        5.2.1 模型假设
        5.2.2 电主轴内部压缩空气的动量守恒方程
        5.2.3 电主轴能量守恒方程
        5.2.4 模拟方法
    5.3 基于磨削力参数的转轴热位移分析
        5.3.1 转轴的温度场分析
        5.3.2 转轴的位移场分析
        5.3.3 磨削力对电主轴温升及转轴热位移的影响
        5.3.4 转轴轴线在Z方向上的位移量分析
    5.4 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
个人简介
作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]高速电主轴静刚度仿真与实验研究[J]. 崔方圆,李言,俞嘉艺,汤奥斐,李鹏阳,韩丽丽.  机械强度. 2017(04)
[2]基于热变形分析的液体静压电主轴系统参数优化[J]. 颜超英,刘江南,刘艳萍,宁朝阳.  机械强度. 2017(01)
[3]高速电主轴冷却系统DOE优化[J]. 郭伟科,吴智恒,雷群,罗良传,梁澜之.  机械研究与应用. 2016(06)
[4]高速电主轴热形成机理与影响因素分析[J]. 康辉民,张朝星,刘艳余,许功元,胡斌梁.  机械研究与应用. 2016(06)
[5]高速磨削电主轴热-结构耦合有限元分析与仿真[J]. 王鹏,李文斌.  机械设计与制造. 2016(12)
[6]新型点磨削砂轮磨削力模型及试验研究[J]. 尹国强,巩亚东,温雪龙,张益阔,程军.  机械工程学报. 2016(09)
[7]高速电主轴热特性仿真与实验研究[J]. 张宸菥,陈立芳,王维民,刘福国.  北京化工大学学报(自然科学版). 2015(06)
[8]基于ANSYS的高速角接触球轴承温度场分析[J]. 刘晓卫,王崴,王庆力.  组合机床与自动化加工技术. 2015(03)
[9]负载情况对电主轴温度场瞬态影响的有限元分析[J]. 王可,刘继行,孙兴伟.  机床与液压. 2015(04)
[10]精密主轴热变形误差的实验研究[J]. 岳鹏飞,李小虎,韩礼艳,李欢锋,袁胜万.  组合机床与自动化加工技术. 2014(11)

博士论文
[1]数控机床主轴系统多物理场耦合热态特性分析研究[D]. 邓小雷.浙江大学 2014
[2]高速电主轴动力学分析与实验研究[D]. 孟杰.重庆大学 2008

硕士论文
[1]高速铣削电主轴热特性分析及热误差补偿方法研究[D]. 徐文龙.广东工业大学 2016
[2]高速陶瓷电主轴的热态性能分析与优化[D]. 刘嘉兵.燕山大学 2016
[3]高速、高精度数控铣床电主轴结构优化设计及其性能研究[D]. 陈丽婷.浙江大学 2016
[4]高速电主轴热特性分析及试验研究[D]. 张政.哈尔滨工业大学 2015
[5]内置式电主轴动态及热—结构耦合特性的研究[D]. 时玉冰.河北工程大学 2015
[6]五轴机床热误差机理与综合误差补偿策略研究[D]. 丛长龙.长春工业大学 2015
[7]电主轴电磁振动与损耗关系实验与仿真分析[D]. 阎铭.沈阳建筑大学 2014
[8]考虑轴承磨配间隙的高速电主轴静动态特性分析[D]. 王德帅.哈尔滨工业大学 2014
[9]电主轴热特性仿真分析及实验研究[D]. 马向楠.沈阳建筑大学 2014
[10]高速铣削电主轴动态热态特性分析及实验研究[D]. 李超.哈尔滨工业大学 2013



本文编号：3054960