本文關(guān)鍵詞：內(nèi)置式電主軸動(dòng)態(tài)及熱—結(jié)構(gòu)耦合特性的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：高速加工技術(shù)作為機(jī)械加工制造產(chǎn)業(yè)的先進(jìn)技術(shù),對提高零件的加工效率和表面質(zhì)量起了重要作用。主軸轉(zhuǎn)速的提高使主軸軸承發(fā)熱嚴(yán)重,同時(shí)產(chǎn)生嚴(yán)重變形,影響零件加工精度。因此,對主軸單元主要部件進(jìn)行動(dòng)態(tài)及熱—結(jié)構(gòu)耦合特性的分析意義重大。本課題首先對主軸系統(tǒng)進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),包括電機(jī)、支承軸承的選擇、各主要部分參數(shù)的確定與計(jì)算校核;其次,采用有限元分析法對電主軸進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性的研究,用Solidworks建立主軸系統(tǒng)的三維模型,導(dǎo)入ANSYS有限元分析軟件先采用分塊法進(jìn)行模態(tài)分析,再采用模態(tài)疊加法對主軸有限元模型進(jìn)行諧響應(yīng)分析;然后,采用順序耦合分析法進(jìn)行電主軸單元的熱—結(jié)構(gòu)耦合特性的分析,在確定邊界條件后,進(jìn)行穩(wěn)態(tài)熱分析,再對熱應(yīng)力和熱位移進(jìn)行研究;最后,采用零階函數(shù)逼近優(yōu)化法對主軸熱變形量作進(jìn)一步優(yōu)化。通過模態(tài)分析,得到電主軸前六階的固有頻率及振型,求解主軸臨界轉(zhuǎn)速,驗(yàn)證主軸設(shè)計(jì)參數(shù)的合理性;通過諧響應(yīng)分析,得到電主軸兩端徑向位移與頻率的關(guān)系曲線,發(fā)現(xiàn)發(fā)生裂紋的薄弱點(diǎn)是電機(jī)轉(zhuǎn)子部分,提出采取提高前軸承預(yù)緊力、適度調(diào)整電主軸的跨距和前懸伸量的方法,改善電主軸的動(dòng)態(tài)特性。通過熱態(tài)分析,得到了電主軸溫度分布、熱變形和熱應(yīng)力場分布圖,發(fā)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)子溫升、徑向位移量最大,外殼軸向位移量最大,軸承處應(yīng)力變化最大。通過對主軸熱變形的優(yōu)化,降低了主軸前端的熱變形均值,減小了最大變形量,降低了電主軸軸線跳動(dòng),提高了主軸傳動(dòng)精度。
【關(guān)鍵詞】：電主軸 ANSYS有限元分析 動(dòng)態(tài)特性 熱—結(jié)構(gòu)耦合特性 優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：河北工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH16;TG502.3
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-18
• 1.1 選題背景和研究意義12-13
• 1.1.1 課題的研究背景12
• 1.1.2 課題的研究意義12-13
• 1.2 高速電主軸研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.1 高速電主軸的發(fā)展現(xiàn)狀13-14
• 1.2.2 高速電主軸動(dòng)態(tài)特性的研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.3 高速電主軸熱態(tài)特性的研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3 本課題研究內(nèi)容16-17
• 1.4 本章小結(jié)17-18
• 第2章 高速電主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)18-31
• 2.1 高速電主軸概述18
• 2.2 高速電主軸總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)18-28
• 2.2.1 電機(jī)的選擇19-21
• 2.2.2 軸承的選擇與剛度計(jì)算21-25
• 2.2.3 電主軸主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定25-28
• 2.3 高速電主軸剛度計(jì)算28-30
• 2.3.1 主軸受力計(jì)算28-29
• 2.3.2 主軸靜剛度校核29-30
• 2.4 本章小結(jié)30-31
• 第3章 高速電主軸動(dòng)態(tài)特性分析31-47
• 3.1 高速電主軸動(dòng)力學(xué)分析31-32
• 3.2 高速電主軸的模態(tài)分析32-40
• 3.2.1 高速電主軸模態(tài)分析方程32-33
• 3.2.2 ANSYS中的模態(tài)分析33-39
• 3.2.3 電主軸臨界轉(zhuǎn)速分析39-40
• 3.3 高速電主軸的諧響應(yīng)分析40-44
• 3.3.1 諧響應(yīng)分析理論基礎(chǔ)40-41
• 3.3.2 ANSYS中的諧響應(yīng)分析41-44
• 3.4 高速電主軸動(dòng)態(tài)特性的改善措施44-46
• 3.5 本章小結(jié)46-47
• 第4章 高速電主軸熱特性與邊界條件的確定47-59
• 4.1 主軸單元的熱源及散熱分析47-49
• 4.1.1 電主軸的熱源分析47
• 4.1.2 電主軸的散熱分析47-49
• 4.2 高速電主軸邊界條件的確定49-51
• 4.2.1 溫度場控制方程49-50
• 4.2.2 高速電主軸初始條件和邊界條件的確定50-51
• 4.3 電主軸熱源發(fā)熱計(jì)算51-53
• 4.3.1 熱載荷的種類51
• 4.3.2 高速電主軸熱載荷計(jì)算51-53
• 4.4 高速電主軸對流換熱系數(shù)的計(jì)算53-57
• 4.4.1 周圍空氣和轉(zhuǎn)子的對流換熱53
• 4.4.2 定轉(zhuǎn)子間氣隙對流換熱53-54
• 4.4.3 定子和冷卻油間的對流換熱54-55
• 4.4.4 軸承與油—?dú)鉂櫥到y(tǒng)的對流換熱55
• 4.4.5 周圍空氣與電主軸的對流換熱55-56
• 4.4.6 旋轉(zhuǎn)體表面與空氣的強(qiáng)迫對流換熱56
• 4.4.7 冷卻套強(qiáng)制換熱56-57
• 4.5 本章小結(jié)57-59
• 第5章 高速電主軸熱—結(jié)構(gòu)耦合特性分析59-71
• 5.1 高速電主軸熱態(tài)分析59-60
• 5.1.1 熱態(tài)特性分析方法59
• 5.1.2 ANSYS熱分析理論基礎(chǔ)59-60
• 5.2 高速電主軸熱—結(jié)構(gòu)耦合特性分析的基本步驟60-62
• 5.2.1 電主軸熱分析有限元模型建立60-62
• 5.2.2 電主軸熱態(tài)分析中熱載荷的確定62
• 5.3 高速電主軸的穩(wěn)態(tài)熱分析62-64
• 5.4 高速電主軸熱—結(jié)構(gòu)耦合特性分析64-66
• 5.5 電主軸熱變形優(yōu)化66-69
• 5.5.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)理論66-67
• 5.5.2 ANSYS優(yōu)化設(shè)計(jì)67-68
• 5.5.3 優(yōu)化結(jié)果驗(yàn)證68-69
• 5.6 高速電主軸熱態(tài)特性的改善措施69-70
• 5.7 本章小結(jié)70-71
• 結(jié)論71-73
• 致謝73-74
• 參考文獻(xiàn)74-77
• 作者簡介77
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文77-78

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 郭軍;張伯霖;肖曙紅;趙虎;;基于熱接觸分析的電主軸熱態(tài)特性研究[J];機(jī)床與液壓;2006年07期

2 胡秋;騰強(qiáng);;數(shù)控機(jī)床高速主軸單元?jiǎng)討B(tài)特性仿真分析[J];機(jī)床與液壓;2007年01期

3 肖曙紅;郭軍;張伯霖;;高速電主軸熱結(jié)構(gòu)耦合特性的有限元分析[J];機(jī)械設(shè)計(jì)與制造;2008年09期

4 李媛媛,徐浩;高速機(jī)床主軸用陶瓷球軸承動(dòng)態(tài)性能研究[J];現(xiàn)代零部件;2004年08期

  本文關(guān)鍵詞：內(nèi)置式電主軸動(dòng)態(tài)及熱—結(jié)構(gòu)耦合特性的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：381543