高速電主軸作為高速切削加工裝備的核心功能部件,直接決定了高性能機(jī)床的加工精度及使用性能。由于高速電主軸高度集成,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常緊湊,使軸承及電機(jī)很難散熱進(jìn)而導(dǎo)致電主軸產(chǎn)生較大熱變形,最終使得機(jī)床加工精度及電主軸壽命降低。本文從高速電主軸的發(fā)熱源入手,通過(guò)理論建模及實(shí)驗(yàn)得到脂潤(rùn)滑高速角接觸球軸承熱特性影響規(guī)律,采用電主軸對(duì)拖的實(shí)驗(yàn)方法實(shí)際測(cè)得了高速電機(jī)電磁功耗及軸承摩擦功耗,并通過(guò)有限元仿真獲得了電主軸溫度場(chǎng)分布特點(diǎn)及其影響規(guī)律,提出了高速電主軸離心空氣冷卻方法,優(yōu)化電主軸溫度場(chǎng)。本論文的主要研究?jī)?nèi)容包括:高速角接觸球軸承摩擦生熱及傳熱特性。首先,對(duì)高速角接觸球軸承的摩擦運(yùn)動(dòng)進(jìn)行理論建模及分析,得到了轉(zhuǎn)速和預(yù)緊力對(duì)軸承滑動(dòng)摩擦特性的影響規(guī)律并得到了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證;然后,采用熱阻網(wǎng)絡(luò)方法對(duì)高速軸承熱特性進(jìn)行建模分析和計(jì)算,得到了轉(zhuǎn)速及預(yù)緊力對(duì)軸承熱特性的影響規(guī)律,并與軸承滑動(dòng)摩擦特性規(guī)律進(jìn)行了關(guān)聯(lián),找到軸承發(fā)熱與滑動(dòng)摩擦的關(guān)系;最后,利用高速電主軸軸承溫度實(shí)驗(yàn)臺(tái)對(duì)高速電主軸軸承溫度進(jìn)行測(cè)量,驗(yàn)證了轉(zhuǎn)速、預(yù)緊力及潤(rùn)滑脂類(lèi)型、用量對(duì)軸承溫升的影響規(guī)律,發(fā)現(xiàn)當(dāng)軸承預(yù)緊力為150N左右、潤(rùn)滑脂為SKF ...

【文章頁(yè)數(shù)】：126 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 課題背景及課題來(lái)源
        1.1.1 課題背景
        1.1.2 課題來(lái)源
    1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 高速滾動(dòng)軸承熱特性
        1.2.2 高速電主軸熱特性
    1.3 課題研究目的及主要研究?jī)?nèi)容
        1.3.1 研究目的
        1.3.2 主要研究?jī)?nèi)容
第二章 高速角接觸球軸承滾動(dòng)摩擦及熱特性
    2.1 軸承摩擦運(yùn)動(dòng)特性分析
        2.1.1 高速角接觸球軸承結(jié)構(gòu)分析
        2.1.2 軸承摩擦動(dòng)力學(xué)坐標(biāo)系建立
        2.1.3 球的自轉(zhuǎn)及公轉(zhuǎn)滑動(dòng)摩擦運(yùn)動(dòng)
    2.2 軸承內(nèi)部摩擦力分析與摩擦特性實(shí)驗(yàn)
        2.2.1 接觸面滾動(dòng)摩擦
        2.2.2 接觸面滑動(dòng)摩擦
        2.2.3 流體剪切摩擦
        2.2.4 軸承摩擦力平衡方程建立及求解
        2.2.5 軸承轉(zhuǎn)速和預(yù)緊力對(duì)軸承滑動(dòng)摩擦特性的影響規(guī)律
        2.2.6 軸承滑動(dòng)摩擦特性的影響規(guī)律實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
    2.3 軸承熱阻網(wǎng)絡(luò)建模及求解
        2.3.1 摩擦發(fā)熱分析與計(jì)算
        2.3.2 傳熱熱阻分析與計(jì)算
        2.3.3 熱阻網(wǎng)絡(luò)模型建立
        2.3.4 熱阻網(wǎng)絡(luò)平衡方程及其求解
    2.4 軸承溫度實(shí)驗(yàn)及其熱影響因素分析
        2.4.1 高速軸承溫度實(shí)驗(yàn)臺(tái)搭建
        2.4.2 轉(zhuǎn)速對(duì)軸承溫升的影響規(guī)律
        2.4.3 預(yù)緊力對(duì)軸承溫升的影響規(guī)律
        2.4.4 潤(rùn)滑脂類(lèi)型對(duì)軸承溫升的影響規(guī)律
        2.4.5 潤(rùn)滑脂用量對(duì)軸承溫升的影響規(guī)律
    2.5 本章小結(jié)
第三章 高速電主軸電磁功耗與傳熱特性
    3.1 高速電機(jī)電磁功耗測(cè)量
        3.1.1 電磁功耗發(fā)熱理論分析
        3.1.2 電磁功耗測(cè)量實(shí)驗(yàn)
    3.2 高速電主軸傳熱邊界條件分析與計(jì)算
        3.2.1 接觸熱傳導(dǎo)
        3.2.2 表面空氣對(duì)流傳熱
        3.2.3 電機(jī)定轉(zhuǎn)子間隙環(huán)流傳熱
        3.2.4 外部強(qiáng)制冷卻液體介質(zhì)對(duì)流傳熱
    3.3 電主軸傳熱特性有限元仿真
        3.3.1 有限元傳熱仿真理論分析
        3.3.2 幾何模型及材料屬性
        3.3.3 單元類(lèi)型及網(wǎng)格劃分
        3.3.4 傳熱邊界條件設(shè)置
        3.3.5 熱載荷施加
        3.3.6 電主軸溫度場(chǎng)分布
        3.3.7 軸承發(fā)熱對(duì)電主軸溫度場(chǎng)的影響
        3.3.8 高速電機(jī)發(fā)熱對(duì)電主軸溫度場(chǎng)的影響
        3.3.9 軸承及高速電機(jī)發(fā)熱對(duì)電主軸溫度場(chǎng)的影響
        3.3.10 強(qiáng)制冷卻液體介質(zhì)對(duì)電主軸溫度場(chǎng)的影響
    3.4 高速電主軸溫度試驗(yàn)及其熱影響因素分析
        3.4.1 電主軸內(nèi)部溫度實(shí)驗(yàn)原理及裝置
        3.4.2 轉(zhuǎn)速對(duì)電主軸溫升的影響規(guī)律
        3.4.3 預(yù)緊力對(duì)電主軸溫升的影響規(guī)律
        3.4.4 冷卻水流量對(duì)電主軸溫升的影響規(guī)律
        3.4.5 冷卻水入口溫度對(duì)電主軸溫升的影響規(guī)律
    3.5 本章小結(jié)
第四章 高速電主軸轉(zhuǎn)子離心空氣冷卻效應(yīng)分析
    4.1 主軸轉(zhuǎn)子輔助葉輪
        4.1.1 輔助葉輪結(jié)構(gòu)
        4.1.2 離心空氣冷卻原理
    4.2 主軸轉(zhuǎn)子離心空氣流體仿真
        4.2.1 離心空氣流體仿真理論分析
        4.2.2 流體模型及介質(zhì)屬性
        4.2.3 網(wǎng)格劃分及網(wǎng)格無(wú)關(guān)性分析
        4.2.4 邊界條件及求解模型
        4.2.5 流場(chǎng)分布及其壓強(qiáng)速度特性分析
    4.3 主軸轉(zhuǎn)子中心孔傳熱特性分析
        4.3.1 中心孔壁面?zhèn)鳠嵯禂?shù)分布特性
        4.3.2 主軸轉(zhuǎn)速對(duì)中心孔壁面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的影響規(guī)律
        4.3.3 徑向離心孔直徑對(duì)中心孔壁面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的影響規(guī)律
        4.3.4 徑向離心孔布置數(shù)量對(duì)中心孔壁面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的影響規(guī)律
        4.3.5 主軸中心孔直徑對(duì)中心孔壁面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的影響規(guī)律
        4.3.6 主軸轉(zhuǎn)子中心孔傳熱特性?xún)?yōu)化方法
    4.4 主軸轉(zhuǎn)子離心冷卻空氣對(duì)電主軸溫度分布的影響
        4.4.1 帶輔助葉輪電主軸熱特性有限元仿真分析
        4.4.2 帶輔助葉輪電主軸溫度場(chǎng)分布
        4.4.3 離心空氣的冷卻作用實(shí)驗(yàn)對(duì)比驗(yàn)證
    4.5 本章小結(jié)
第五章 全文總結(jié)與展望
    5.1 全文工作總結(jié)
    5.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)
    5.3 后續(xù)工作展望
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀碩士期間的學(xué)術(shù)成果



本文編號(hào)：3830353