高速电主轴热态特性的有限元分析

发布时间：2017-05-19 21:10

  本文关键词：高速电主轴热态特性的有限元分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 高速加工能大大地提高生产率和降低生产成本，是一项非常有前景的先进制造技术。高速机床是实现高速加工的首要条件。高速电主轴技术在高速机床在研究和发展中有重要的意义。与传统的传动方式相比，高速电主轴使用内装式电机，取消了诸如齿轮、皮带等中间传动环节，实现了机床的“零传动”。迄今为止，人们对高速电主轴的热态特性仍缺乏足够的认识，因而极大地限制了高速电主轴的有效应用。高速电主轴在高速下会因热的原因而在瞬间出现故障，甚至连警报信号都来不及发出。由于内装式电机的损耗发热和轴承的摩擦发热，使得高速电主轴的发热量很大，由此产生的热变形大大地降低了高速机床的加工精度。因此必须对高速电主轴的热态特性进行分析，以减少电主轴的温升和热变形。本文首先计算了高速电主轴中内装式电机的损耗发热和轴承的摩擦发热，并对油—水热交换冷却系统和油—气润滑系统的散热特性进行分析，在此基础上建立了高速电主轴热态特性的有限元模型，用ANSYS软件进行有限元分析，最后提出了改进高速电主轴热态特性的主要措施。
【关键词】：高速电主轴 热态特性 有限元法 ANSYS
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2003
【分类号】：TG502
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 目录5-8
• CONTENTS8-11
• 第一章 绪论11-18
• 1．1 本研究课题的学术背景及基本理论11-14
• 1．2 国内外高速电主轴的发展现状14-16
• 1．3 本课题的来源与主要研究内容16-18
• 1．3．1 课题的来源16
• 1．3．2 课题研究的主要内容16-18
• 第二章 高速电主轴的结构与热态特性18-28
• 2．1 高速电主轴的结构18-22
• 2．1．1 主轴电机18-20
• 2．1．2 主轴轴承20-21
• 2．1．3 主轴轴承的油—气润滑系统21-22
• 2．1．4 电机定子油—水热交换冷却系统22
• 2．2 高速电主轴的热态特性22-28
• 2．2．1 主轴的热变形机理22-24
• 2．2．2 高速电主轴的热源24-25
• 2．2．3 高速电主轴的散热分析25-26
• 2．2．4 高速电主轴工况对温升的影响26-28
• 第三章 高速电主轴热源的发热计算28-46
• 3．1 电机定子和转子的发热计算28-30
• 3．1．1 机械损耗28-29
• 3．1．2 电损耗29
• 3．1．3 磁损耗29-30
• 3．2 混合陶瓷球轴承的发热30-46
• 3．2．1 滚动轴承摩擦力矩的产生机理30-33
• 3．2．2 轴承内部发热计算33-34
• 3．2．3 高速角接触球轴承的受力分析及接触负荷的计算34-40
• 3．2．4 球的旋转速度计算40-41
• 3．2．5 轴承预紧方式对轴承发热的影响41
• 3．2．6 轴承发热的实例计算与结果分析41-46
• 第四章 高速电主轴的传热机制46-54
• 4．1 轴承的传热46-50
• 4．1．1 轴承与空气的对流换热47-49
• 4．1．2 滚珠和滚道间的导热49-50
• 4．2 电机定子和冷却油间的对流换热50-52
• 4．3 电机定子、转子之间的换热52-53
• 4．3．1 定、转子间气隙的对流换热52
• 4．3．2 定、转子间的辐射换热52-53
• 4．3．3 转子端部的传热53
• 4．4 电主轴与周围空气的换热53-54
• 第五章 高速电主轴热态特性的有限元分析54-73
• 5．1 ANSYS在传热学中的应用54-56
• 5．1．1 ANSYS热分析的基本原理54-55
• 5．1．2 ANSYS热分析的基本步骤55-56
• 5．2 高速电主轴有限元分析模型56-59
• 5．2．1 几何模型的构建56
• 5．2．2 单元类型的选择与网格划分56-59
• 5．3 高速电主轴热载荷的计算59-60
• 5．3．1 电机的生热率59
• 5．3．2 轴承的生热率59-60
• 5．4 高速电主轴边界条件的确定60-65
• 5．4．1 电主轴内部传热系数60-62
• 5．4．2 电主轴外表面与周围环境的对流换热系数62-63
• 5．4．3 电主轴前、后密封环的对流换热系数63-64
• 5．4．4 电主轴冷却套与循环冷却油之间的对流传热64-65
• 5．5 高速电主轴的稳态热分析65-69
• 5．6 降低高速电主轴温升、改善温度场分布的主要措施69-72
• 5．7 高速电主轴温度场试验方案的拟定72-73
• 总结73-75
• 参考文献75-79
• 攻读学位期间发表的论文79-80
• 致谢80

【引证文献】

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本文编号：379854