【摘要】：為了在設(shè)計(jì)階段避免高速主軸在實(shí)際加工中由于溫升過(guò)高可能會(huì)引起加工精度降低的問(wèn)題,構(gòu)建高速主軸的三維有限元模型(FEA)進(jìn)行瞬態(tài)熱-結(jié)構(gòu)耦合分析.但傳統(tǒng)熱特性分析模型中,沒(méi)有考慮結(jié)合面間接觸熱導(dǎo)致仿真精度較低,該有限元模型考慮接觸熱導(dǎo)對(duì)仿真結(jié)果的影響.利用Weierstrass-Mandelbrot函數(shù)表征軸承表面的粗糙形貌,利用功率譜法與粗糙表面形貌數(shù)據(jù)對(duì)分形參數(shù)進(jìn)行辨識(shí),并提出接觸力學(xué)模型以計(jì)算用于接觸熱導(dǎo)建模的接觸參數(shù).最終,提出幾何-力學(xué)-熱綜合預(yù)測(cè)模型計(jì)算結(jié)合面間的接觸熱導(dǎo),有效避免統(tǒng)計(jì)學(xué)方法的不準(zhǔn)確性與實(shí)驗(yàn)測(cè)量法通用性不強(qiáng)的缺陷.利用電機(jī)效率分析與軸承擬靜力學(xué)分析法,分別求解電機(jī)與軸承熱功率.由雷諾數(shù)判定流體的流動(dòng)狀態(tài),并依據(jù)努塞爾數(shù)計(jì)算主軸部件的對(duì)流換熱系數(shù).將上述邊界條件施加到該有限元模型對(duì)溫度場(chǎng)與熱變形進(jìn)行仿真,并進(jìn)行熱特性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該有限元模型的有效性.結(jié)果表明,該有限元模型的仿真精度明顯優(yōu)于不考慮接觸熱導(dǎo)的熱特性分析模型.
[Abstract]:In order to avoid the problem that the high temperature rise of high speed spindle may lead to the reduction of machining precision in the design stage, the 3D finite element model (FEA) of high speed spindle is constructed and the transient thermal-structural coupling analysis is carried out. However, in the traditional thermal analysis model, the accuracy of the simulation is not considered because of the contact heat between surfaces, and the influence of the contact thermal conductivity on the simulation results is considered in the finite element model. The rough shape of bearing surface was characterized by Weierstrass-Mandelbrot function. The fractal parameters were identified by power spectrum method and rough surface topography data. The contact mechanics model was proposed to calculate the contact parameters used in contact thermal conductivity modeling. Finally, the geometric, mechanical and thermal comprehensive prediction model is proposed to calculate the contact thermal conductivity between surfaces, which effectively avoids the inaccuracy of statistical method and the lack of generality of the experimental measurement method. The thermal power of motor and bearing are calculated by means of efficiency analysis and quasi-statics analysis. The flow state of the fluid is determined by Reynolds number, and the convection heat transfer coefficient of the spindle is calculated according to the Nussel number. The above boundary conditions are applied to the finite element model to simulate the temperature field and thermal deformation, and the effectiveness of the finite element model is verified by the thermal characteristic experiment. The results show that the simulation accuracy of the finite element model is obviously better than that of the thermal characteristic analysis model without considering the contact thermal conductivity.
【作者單位】： 西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;
【基金】：國(guó)家“863”高科技研究計(jì)劃資助項(xiàng)目(2012AA040701)
【分類號(hào)】：TG502

【參考文獻(xiàn)】

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【共引文獻(xiàn)】

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【二級(jí)參考文獻(xiàn)】

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【相似文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2413529