本文關(guān)鍵詞：滾珠軸承支承高速電主軸熱特性分析，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：高速加工設(shè)備完成高速加工過程的關(guān)鍵部件是高速電主軸,其是將電機內(nèi)置以達到省去傳動裝置的目的,這樣,由于傳動設(shè)備引起的振動和慣性等造成的加工誤差即可避免。然而,因為高速電主軸內(nèi)部空間封閉,導致運行過程中內(nèi)置電機和高速軸承產(chǎn)生的大量熱量不能有效釋放,產(chǎn)生較大的熱變形進而影響其穩(wěn)定性及可靠性。因此,需要研究電主軸的熱特性從而為電主軸單元的更新?lián)Q代提供相應的理論依據(jù)。本文的研究對象是實際中應用的高速滾珠軸承電主軸,其基本構(gòu)造為內(nèi)置電機置于兩個角接觸球軸承組成的前軸承組和一個后角接觸球軸承之間,本文主要圍繞其熱源生熱及熱特性仿真兩方面內(nèi)容展開。根據(jù)滾動軸承分析理論研究軸承各部件的運動學關(guān)系,從而求得滾珠和滾道的相對角速度及滾珠的自旋角速度,進而采用局部熱計算方法計算軸承的熱損耗。結(jié)果發(fā)現(xiàn),軸承的旋轉(zhuǎn)速度對其熱損耗的影響比軸向載荷作用更明顯,并且滾珠的自旋摩擦是軸承生熱的主要形式。另外,電主軸的另一主要熱源,即內(nèi)置電機的發(fā)熱功率則是根據(jù)其額定功率及工作效率通過相關(guān)公式求得。在運用傳熱學經(jīng)典理論分析得到簡化了的實體模型的熱邊界條件基礎(chǔ)上,結(jié)合熱源生熱計算結(jié)果,選用大型有限元分析軟件ANSYS對一定轉(zhuǎn)速的空載電主軸分別進行穩(wěn)態(tài)熱和瞬態(tài)熱分析。通過觀察溫度分布云圖,可以發(fā)現(xiàn)電主軸的最高溫度點出現(xiàn)在內(nèi)置電機轉(zhuǎn)子的中心區(qū)域。為了獲得電主軸的軸向位移場及相應的軸向應力場,將穩(wěn)態(tài)熱分析結(jié)果加載到有限元模型進行熱-結(jié)構(gòu)耦合分析。觀察發(fā)現(xiàn),最大軸向位移出現(xiàn)在主軸的最前端,最大軸向應力則出現(xiàn)在前軸承球與外滾道的接觸區(qū)域。最后,設(shè)計了空載電主軸溫升測定實驗以驗證模擬仿真的準確性。在電主軸運轉(zhuǎn)一定時間后,采用萬用表和溫度傳感器組成的測溫設(shè)備對電主軸的表面和主軸內(nèi)壁多個點分別進行溫度測量。結(jié)果發(fā)現(xiàn),仿真結(jié)果和測量數(shù)據(jù)的偏差基本在10%以內(nèi),從而說明本文的理論方法是可行的。
【關(guān)鍵詞】：電主軸 球軸承 局部熱計算法 熱分析 有限元方法
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TH133.33
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 緒論8-13
• 1.1 課題研究的背景和意義8-9
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢9-12
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀9-10
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.3 高速電主軸發(fā)展趨勢11-12
• 1.3 課題來源及主要研究內(nèi)容12-13
• 1.3.1 課題來源12
• 1.3.2 主要研究內(nèi)容12-13
• 第2章 電主軸的工作原理及其生熱分析13-35
• 2.1 電主軸概述13-16
• 2.1.1 電主軸的分類13-14
• 2.1.2 電主軸的結(jié)構(gòu)14-15
• 2.1.3 電主軸電機的工作原理15
• 2.1.4 電主軸的技術(shù)參數(shù)15-16
• 2.2 電主軸關(guān)鍵技術(shù)16-18
• 2.2.1 電主軸支承軸承16-17
• 2.2.2 電主軸潤滑冷卻技術(shù)17-18
• 2.3 內(nèi)置電機生熱18-19
• 2.4 滾珠軸承生熱19-32
• 2.4.1 滾珠軸承零件速度19-22
• 2.4.2 角接觸球軸承接觸角分析22-25
• 2.4.3 角接觸球軸承接觸角求解25-28
• 2.4.4 滾珠軸承發(fā)熱功率分析計算28-32
• 2.5 熱源發(fā)熱率計算32-34
• 2.5.1 內(nèi)置電機的發(fā)熱率33
• 2.5.2 支承軸承發(fā)熱率33-34
• 2.6 本章小結(jié)34-35
• 第3章 電主軸散熱分析及其熱特性仿真35-52
• 3.1 高速電主軸的散熱分析35
• 3.2 高速電主軸散熱系數(shù)計算35-40
• 3.2.1 電主軸與冷卻流體對流換熱36-37
• 3.2.2 電機轉(zhuǎn)子兩端與周圍空氣換熱37
• 3.2.3 電機定子和轉(zhuǎn)子換熱37-38
• 3.2.4 軸承與油氣的對流換熱38-39
• 3.2.5 球和滾道的熱傳導39
• 3.2.6 軸承外圈與殼體的熱傳遞39-40
• 3.2.7 轉(zhuǎn)軸表面與周圍空氣的換熱40
• 3.2.8 電主軸殼體外表面與空氣的換熱40
• 3.3 ANSYS的熱分析功能40-43
• 3.3.1 ANSYS熱分析的概述40-42
• 3.3.2 ANSYS熱分析的一般步驟42-43
• 3.4 高速電主軸的有限元分析模型43-44
• 3.4.1 建立幾何模型43
• 3.4.2 單元類型選擇及網(wǎng)格劃分43-44
• 3.5 高速電主軸的熱分析44-51
• 3.5.1 高速電主軸的熱分析條件44-46
• 3.5.2 高速電主軸的穩(wěn)態(tài)熱分析46-47
• 3.5.3 高速電主軸的瞬態(tài)熱分析47-49
• 3.5.4 高速電主軸的熱-結(jié)構(gòu)耦合分析49-51
• 3.6 本章小結(jié)51-52
• 第4章 高速電主軸測溫實驗設(shè)計與分析52-60
• 4.1 電主軸溫升檢測方法52
• 4.2 溫升測定實驗設(shè)計52-54
• 4.2.1 實驗裝置及方法52-53
• 4.2.2 實驗步驟53-54
• 4.3 實驗結(jié)果及分析54-58
• 4.4 高速電主軸熱特性的改善措施58
• 4.5 本章小結(jié)58-60
• 結(jié)論60-61
• 參考文獻61-64
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其它成果64-66
• 致謝66

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 楊咸啟;軸承系統(tǒng)溫度場分析[J];軸承;1997年03期

  本文關(guān)鍵詞：滾珠軸承支承高速電主軸熱特性分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：347372