高速电主轴热动态分析与研究

发布时间：2017-06-26 00:04

  本文关键词：高速电主轴热动态分析与研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：电主轴单元结构设计的合理性、热特性及动态特性的优劣极大程度决定了数控机床的加工工艺能力，是制约现代机床工作母机制造工艺性能提升的重要因素。对电主轴装配体进行热相关仿真分析研究，对提高机床的制造性能有着十分重要的意义。通过分析运转轴承的赫兹接触，确定了滚动轴承的主要载荷，提出了忽略陀螺力矩的的依据和条件并仿真获取了电主轴的六阶模态，为后续的谐响应分析和热分析做了数据和理论准备。通过谐响应分析，获取了主轴的临界共振频率。通过确定对主轴热分析所需的热载荷和边界条件，搭建了其热分析有限元模型。采用有限元软件做电主轴的稳态、流体传热暂态以及热与结构的耦合分析。分析获得电主轴装配体的温度变化及热场分布状态图，以及由热源因素导致的电主轴热态变形及应力的分布情况，研究了主轴温升对其生产制造精度的影响，论述了改善主轴热性能的措施。对主轴进行热结构耦合时，将ANSYS的热分析结果作为初始载荷，外加结构载荷对电主轴装配体进行了热结构耦合，获得了电主轴的应力应变分布云图和主轴的最大变形量。为该型电主轴的优化提供了理论依据。 根据仿真获取的数据，本着提高系统加工精度的原则，应用有限元分析软件ANSYS的优化设计功能，对铣削用高速电主轴进行结构优化。本着使电主轴系统刚度提升的原则,设计参数选取为前端和后端两组轴承的安装间隔和第一前轴承到刀具安装锥孔端面的距离及它们彼此间的离距，对照参数选取第一阶固有起振频率，对该型电主轴支撑位置参数进行了可靠的变量约束优化设计。
【关键词】：电主轴 热结构耦合 有限元
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TG659;TH133.2
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 课题研究的目的和意义11
• 1.2 电主轴领域研究现状11-15
• 1.2.1 国际发展现状11-13
• 1.2.2 国内研究现状13-14
• 1.2.3 电主轴热特性的研究现状14-15
• 1.3 课题来源15
• 1.4 研究目标15
• 1.5 研究内容15-16
• 1.6 拟解决的关键问题16
• 1.7 可行性分析16-18
• 第2章 电主轴介绍18-22
• 2.1 200XDS24QA 电主轴概述18
• 2.2 200XDS24QA 电主轴功能实现分析18-19
• 2.3 200XDS24QA 电主轴使用说明19-21
• 2.4 本章小结21-22
• 第3章 电主轴的动态特性分析22-40
• 3.1 电主轴动态特性分析概述22
• 3.2 主轴支撑方式与轴承组选配22-24
• 3.3 高速主轴承动力学分析24-32
• 3.3.1 球滚动体的高速运动25-28
• 3.3.2 高速运转轴承球滚动体受力分析28-29
• 3.3.3 滚动体在轴承约束滚道上接触29-32
• 3.4 电主轴模态分析32-39
• 3.4.1 模态分析简介32
• 3.4.2 模态的矩阵描述32-35
• 3.4.3 模态分析的步骤35
• 3.4.4 电主轴模态加载与求解35-37
• 3.4.5 模态分析结果37-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第4章 电主轴响应分析40-46
• 4.1 频率响应分析的定义和目的40
• 4.2 频率响应分析方法40-41
• 4.3 频率响应分析的步骤41
• 4.4 谐响应分析结果41-45
• 4.5 本章小结45-46
• 第5章 电主轴热分析46-74
• 5.1 电主轴热源分析46-48
• 5.1.1 主轴机械损耗46
• 5.1.2 主轴电损耗46-47
• 5.1.3 主轴磁损耗47
• 5.1.4 电主轴轴承发热47-48
• 5.2 电主轴传热机制48-53
• 5.2.1 热传导方程48-49
• 5.2.2 对流换热的数学模型49-50
• 5.2.3 电主轴相关对流换热50-53
• 5.3 电主轴热参数计算53-66
• 5.3.1 电动机生热率的计算53
• 5.3.2 电主轴轴承的发热53-59
• 5.3.3 冷却套与循环冷却水间的对流换热59-61
• 5.3.4 转子端部对流换热61
• 5.3.5 轴承和润滑油雾的对流换热计算61-66
• 5.4 电主轴热分析模型的建立66-67
• 5.5 电主轴热分析仿真与计算67-72
• 5.5.1 热载荷参数化加载68-69
• 5.5.2 热分析求解过程及结果69-72
• 5.6 本章小结72-74
• 第6章 电主轴热结构耦合分析74-79
• 6.1 热结构耦合分析的目的74
• 6.2 ANSYS 热结构耦合分析的原理74-75
• 6.3 热结构耦合分析方法75
• 6.4 热结构耦合分析步骤75-76
• 6.5 耦合分析结果76-78
• 6.6 本章小结78-79
• 第7章 结构优化79-88
• 7.1 优化设计的起源与发展79-80
• 7.2 结构优化的目的和方法80-81
• 7.3 结构优化的建模81-86
• 7.4 优化对比86-87
• 7.5 本章小结87-88
• 结论88-90
• 参考文献90-93
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果93-94
• 致谢94-95

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 雷春丽;芮执元;刘军;;数控机床电主轴热误差的预测方法[J];兰州理工大学学报;2012年01期

2 南江;周新民;孙毅;;立式加工中心电主轴的热分析[J];装备制造技术;2009年07期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 康辉民;高速电主轴静动态性能分析与实验检测技术[D];重庆大学;2010年

2 王振峰;边界元法在气热耦合计算及冷却结构优化中的应用研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

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本文编号：484012