本文關鍵詞：高速陶瓷電主軸的熱態(tài)性能分析與優(yōu)化

  更多相關文章： 陶瓷電主軸 熱態(tài)性能 溫度場 位移場 有限元

【摘要】：高速電主軸是實現(xiàn)高速加工的核心部件,相比傳統(tǒng)主軸具有明顯的優(yōu)勢,但在運行過程中,由于主軸的不均勻受熱,導致主軸前端發(fā)生較大的熱位移,影響機床的加工精度。因此,為明確熱態(tài)性能引起主軸前端的熱變形程度,對電主軸進行有限元仿真,得出電主軸的溫度場與位移場,為解決由于熱態(tài)性能引起的機床精度降低問題以及為電主軸結構優(yōu)化設計提供參考。本文的主要研究工作如下:(1)陶瓷電主軸熱源發(fā)熱與對流換熱分析�；谔沾呻娭鬏S結構和傳熱學理論,分析、計算了電主軸在穩(wěn)定狀態(tài)下的熱源發(fā)熱、電主軸與外界的對流換熱系數(shù)和軸承的接觸熱導,并對相關理論公式進行了分析。(2)陶瓷電主軸溫度場分析。針對電主軸典型工作條件,計算得出有限元分析模型的載荷,通過軟件ANSYS計算得到電主軸的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)溫度場,結果顯示電主軸的最高溫升區(qū)域在定轉子間隙處,軸承內圈、滾子、外圈溫升成階梯上升分布,主軸溫度對軸承的溫升有影響。(3)陶瓷電主軸位移場分析。為得到更精確的位移解,建立了主軸的子模型,通過邊界插值求得子模型的溫度場,在此基礎上進行熱-結構耦合,求解其位移場分布。通過分析發(fā)現(xiàn)主軸前端總位移比鋼制電主軸總位移要有所減少,在主軸加熱過程中,電主軸前端位移無突變。(4)陶瓷電主軸優(yōu)化。為提高電主軸的加工精度,以前后軸承到加工端距離為設計變量,以加工端熱變形為目標函數(shù)對電主軸進行優(yōu)化。
【關鍵詞】：陶瓷電主軸 熱態(tài)性能 溫度場 位移場 有限元
【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG502.3
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 課題的研究背景11-12
• 1.2 高速電主軸的熱態(tài)性能研究現(xiàn)狀12-15
• 1.3 本課題的研究內容與技術路線15-17
• 1.3.1 課題來源15
• 1.3.2 本課題的主要研究內容15-16
• 1.3.3 本課題研究的技術路線16-17
• 第2章 陶瓷電主軸結構與熱態(tài)性能分析理論基礎17-31
• 2.1 高速陶瓷電主軸結構17-24
• 2.1.1 主軸異步電動機17-19
• 2.1.2 陶瓷主軸19
• 2.1.3 主軸軸承19-20
• 2.1.4 電主軸軸承的油-氣潤滑系統(tǒng)20-22
• 2.1.5 電機定子油-水冷卻系統(tǒng)22-24
• 2.2 電主軸熱態(tài)性能分析理論基礎24-30
• 2.2.1 赫茲點接觸理論24-25
• 2.2.2 導熱微分方程25-26
• 2.2.3 傳熱問題的定解條件26-27
• 2.2.4 傳熱問題的有限元法解法27-30
• 2.3 本章小結30-31
• 第3章 電主軸熱態(tài)性能分析的理論計算31-49
• 3.1 電主軸熱載荷的理論計算32-41
• 3.1.1 電機定子與轉子的生熱率計算32-34
• 3.1.2 前后滾動軸承發(fā)熱的計算34-41
• 3.2 電主軸邊界條件的理論計算41-46
• 3.2.1 油-氣潤滑對流換熱系數(shù)41-42
• 3.2.2 主軸前后端與周圍空氣的對流換熱系數(shù)42-43
• 3.2.3 電機定子和冷卻油的換熱系數(shù)43-44
• 3.2.4 電機定轉子間空氣的換熱系數(shù)44-45
• 3.2.5.轉子端部與周圍空氣的換熱系數(shù)45-46
• 3.2.6.主軸靜止不動外表面與周圍空氣對流換熱系數(shù)46
• 3.3 滾動體與內外圈滾道間的導熱46-48
• 3.4 本章小結48-49
• 第4章 電主軸的熱態(tài)性能分析49-62
• 4.1 高速陶瓷電主軸的溫度場分析49-57
• 4.1.1 電主軸有限元模型的建立49-53
• 4.1.2 高速陶瓷電主軸的穩(wěn)態(tài)溫度場分析53-55
• 4.1.3 高速陶瓷電主軸的瞬態(tài)溫度場分析55-57
• 4.2 電主軸熱位移場分析57-61
• 4.2.1 電主軸的穩(wěn)態(tài)位移場分析57-60
• 4.2.2 電主軸瞬態(tài)位移分析60-61
• 4.3 本章小結61-62
• 第5章 基于熱態(tài)性能分析的電主軸結構參數(shù)優(yōu)化62-66
• 5.1 設計變量和目標函數(shù)的設定62-63
• 5.2 確定設計變量參數(shù)范圍63-65
• 5.2.1 懸伸量和跨距范圍的確定63
• 5.2.2 生熱率范圍的確定63-65
• 5.3 陶瓷電主軸的優(yōu)化計算65
• 5.4 本章小結65-66
• 結論66-67
• 參考文獻67-72
• 攻讀碩士期間承擔的科研任務與主要成果72-73
• 致謝73

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 積水;漢川公司電主軸研發(fā)取得新突破[J];制造技術與機床;2003年12期

2 周延yP,李中行;電主軸技術講座 第六講 電主軸的選用[J];制造技術與機床;2003年12期

3 虞付進;電主軸技術的應用及發(fā)展趨勢[J];機電工程;2003年06期

4 閆紅衛(wèi) ,徐同申;國內電主軸的起源與發(fā)展[J];機械工人.冷加工;2005年11期

5 張興軍;楊淑啟;韓龍義;;高速精密電主軸的研制[J];機電工程技術;2006年06期

6 董海平;楊明平;朱火美;李偉光;;電主軸產業(yè)化探討[J];中國制造業(yè)信息化;2009年11期

7 劉永坤;史康云;;電主軸的應用現(xiàn)狀與發(fā)展方向探析[J];機電信息;2011年30期

8 秦少軍;基于多影響因子的電主軸可靠性分析[J];組合機床與自動化加工技術;2001年06期

9 黃紅武,熊萬里,陸名彰,盛曉敏,吳耀,宓海青;高速大功率精密電主軸中的關鍵技術[J];湖南大學學報(自然科學版);2002年05期

10 升恒;;風洞冷卻的電主軸[J];裝備機械;2003年01期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張珂;吳玉厚;張麗秀;潘振寧;;陶瓷電主軸單元的振動特性研究[A];第八屆全國振動理論及應用學術會議論文集摘要[C];2003年

2 熊萬里;;高速精密永磁同步電主軸的研究進展及發(fā)展趨勢[A];科技、工程與經濟社會協(xié)調發(fā)展——中國科協(xié)第五屆青年學術年會論文集[C];2004年

3 孫智慧;肖乃寬;;高速加工之我見[A];陜西省機械工程學會九屆二次理事擴大會議論文集[C];2010年

4 蔣書運;;高速機床電主軸摩擦學問題的研究[A];第八屆全國摩擦學大會論文集[C];2007年

5 袁劍雄;王知行;李建生;徐秀敏;;并聯(lián)機床電主軸干涉計算[A];第十二屆全國機構學學術研討會論文集[C];2000年

6 陳世鈺;;高速加工的利器—高剛性大功率氣靜壓電主軸[A];廣州市老工程師協(xié)會論文集（第四輯）[C];2008年

7 陳潤霖;許吉敏;奚延輝;袁小陽;;高速超精密電主軸系統(tǒng)可靠性及精度穩(wěn)定性研究[A];第11屆全國轉子動力學學術討論會（ROTDYN2014）論文集（下冊）[C];2014年

8 吳國慶;張鋼;張建生;王春蘭;吳名貴;汪希平;;磁懸浮銑削電主軸控制系統(tǒng)研究[A];中國力學學會學術大會'2005論文摘要集（下）[C];2005年

9 孫智慧;肖乃寬;;高速加工之我見[A];陜西第二屆數(shù)控機床及自動化技術專家論壇論文集[C];2011年

10 楊新洲;張鋼;吳劍鋒;汪希平;;磁懸浮支承銑削電主軸的動力學性能仿真分析[A];2003大型發(fā)電機組振動和轉子動力學學術會議論文集[C];2003年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 葉軍;國產化率低 電主軸成為數(shù)控機床發(fā)展之痛[N];中國工業(yè)報;2007年

2 本報記者 葉軍;電主軸：制約我國數(shù)控機床發(fā)展的軟肋[N];中國工業(yè)報;2006年

3 見習記者 嚴曼青;電主軸國產化低 數(shù)控機床的發(fā)展之痛[N];機電商報;2005年

4 本報記者 徐雯雯;金雷：創(chuàng)新鑄就的硬品牌[N];萊蕪日報;2011年

5 記者 張�！⊥ㄓ崋T 崔珠峰;“通�！惫タ�5個世界性難題[N];德州日報;2010年

6 本報記者 司濤　趙彬彬;通裕重工今招股 創(chuàng)新成就風電裝備龍頭[N];證券日報;2011年

7 協(xié)會;國內數(shù)控機床用電主軸市場擴容[N];中國電力報;2004年

8 郭寶泉;讓科研成果產生巨大經濟效益[N];沈陽日報;2006年

9 葉軍;投資4000萬 洛陽軸研為機床造“心臟”[N];中國工業(yè)報;2003年

10 證券時報記者 盧青　賈小兵;通裕重工今日申購 適時實施股權激勵[N];證券時報;2011年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前7條

1 張麗秀;電主軸單元電磁特性及控制策略改善研究[D];大連理工大學;2012年

2 陳超;高速電主軸動態(tài)加載可靠性試驗及其故障診斷研究[D];吉林大學;2016年

3 徐春冬;空氣軸承電主軸動力學特性分析[D];東南大學;2015年

4 高思煜;超高轉速空氣靜壓電主軸特性分析與實驗研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2016年

5 李頌華;高速陶瓷電主軸的設計與制造關鍵技術研究[D];大連理工大學;2012年

6 劉繼行;小型車床內裝式電主軸間歇動態(tài)熱特性研究[D];沈陽工業(yè)大學;2015年

7 馬丙輝;基于熱管傳熱的液體靜壓電主軸熱態(tài)性能及相關技術研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2008年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王麗艷;陶瓷電主軸電磁力及損耗分析[D];沈陽建筑大學;2012年

2 馬帥;基于Fluent的電主軸熱態(tài)分析及結構優(yōu)化[D];昆明理工大學;2015年

3 閻銘;電主軸電磁振動與損耗關系實驗與仿真分析[D];沈陽建筑大學;2014年

4 陳麗婷;高速、高精度數(shù)控銑床電主軸結構優(yōu)化設計及其性能研究[D];浙江大學;2016年

5 王鵬;高速磨削電主軸熱—結構耦合分析[D];太原理工大學;2016年

6 劉杰;基于目標驅動的電主軸結構分析與優(yōu)化[D];東華大學;2013年

7 王松;基于電主軸可靠性試驗臺的轉子系統(tǒng)不對中研究[D];吉林大學;2016年

8 朱光;基于對拖加載的電主軸可靠性試驗臺研制[D];吉林大學;2016年

9 李麗麗;ADGM高速電主軸關鍵技術研究[D];河南理工大學;2015年

10 王美娟;基于電磁加載技術的高速精密電主軸試驗平臺的研究[D];西南交通大學;2016年

，

本文編號：1063642