隨著數(shù)控機(jī)床的飛速發(fā)展,對機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)速與加工精度的要求也在不斷提高。高速電主軸的熱膨脹變形是造成機(jī)床熱誤差的主要原因,所以合理控制電主軸溫度場,減小主軸的熱變形,對電主軸的非線性熱態(tài)特性的研究尤為重要。本文主要對電主軸非線性熱態(tài)特性進(jìn)行理論分析,建立電主軸熱模型,利用有限元軟件對電主軸非線性熱態(tài)特性進(jìn)行仿真分析,搭建電主軸綜合性能測試平臺對電主軸非線性熱態(tài)特性進(jìn)行試驗測試。主要工作如下:(1)提出接觸熱阻對電主軸非線性熱態(tài)特性存在影響,并分析了影響電主軸內(nèi)部接觸熱阻大小的相關(guān)因素。推導(dǎo)出電主軸內(nèi)部接觸熱阻的理論計算公式,并給出一些常用材料的接觸熱阻值。(2)分析電主軸的熱源組成,對高速電主軸系統(tǒng)的發(fā)熱量進(jìn)行計算。研究了電主軸系統(tǒng)的傳熱方式,并對電主軸內(nèi)部各處對流換熱系數(shù)進(jìn)行計算。(3)以100MD60Y4電主軸為對象,采用Comosol有限元軟件,建立電主軸熱-結(jié)構(gòu)耦合模型。在多組轉(zhuǎn)速下分析電主軸的溫度場和熱變形。在主軸16000r/min轉(zhuǎn)速下,研究結(jié)合面接觸熱阻影響因素中粗糙度和接觸壓力對電主軸熱態(tài)特性的影響。分析電主軸熱態(tài)條件下電主軸內(nèi)部接觸面的接觸熱阻變化規(guī)律及摩擦界面的能量傳遞規(guī)律。(4)搭建電主軸綜合性能測試平臺。在一定工況條件下,考慮冷卻水溫度、冷卻水流速、接觸熱阻,及油氣潤滑等因素,對高速電主軸非線性熱態(tài)特性進(jìn)行試驗研究。分析電主軸內(nèi)部軸承與主軸、軸承與軸承座、轉(zhuǎn)子與主軸之間接觸熱阻對電主軸溫度場和熱變形的影響。研究主軸熱擴(kuò)散和熱變形規(guī)律,從而獲得電主軸時變非線性特征。分別對考慮接觸熱阻和不考慮接觸熱阻兩種條件下電主軸的熱態(tài)特性進(jìn)行分析,并與實驗結(jié)果作對比。結(jié)果表明:(1)本文建立的有限元模型能夠準(zhǔn)確的預(yù)測電主軸熱態(tài)特性,其中考慮接觸熱阻電主軸仿真的最高溫度比不考慮接觸熱阻時高1.9℃,在x、y、z三個方向的熱變形量也分別提高了 4.31%、7.92%和 5.6%。(2)通過仿真計算得出接觸熱阻影響因素對結(jié)合面溫度的影響效果。當(dāng)接觸面壓力增大時,電主軸溫度出現(xiàn)下降趨勢,其中軸承內(nèi)圈受到影響較小,軸承外圈與轉(zhuǎn)子溫度下降較大。隨著電主軸內(nèi)部結(jié)合面粗糙度增大,電主軸內(nèi)部溫度升高,其中軸承內(nèi)圈和外圈溫度變化較小,而轉(zhuǎn)子溫度升高較大。
【學(xué)位單位】：沈陽建筑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG659
【部分圖文】：

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?１§５?Ｂ??圖２．１電土軸結(jié)構(gòu)＿??Ｆｉｇ．２．１?ｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｓｐｉｎｄｌｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??２．１．１高速電主軸電機(jī)??丨：軸電機(jī)從結(jié)構(gòu)上看１：要分為定子和轉(zhuǎn)子兩部分。其中定子氈括定子鐵芯、定ｆ繞組，??轉(zhuǎn)，？包括轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組及風(fēng)扇等Ｍ。由十電丨￡軸內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為特殊，它將丨：??軸設(shè)計祚電機(jī)內(nèi)部，因此能夠把電主軸看做？？臺高速電機(jī)。從原理丨：分，電丨：軸主要分為??步型電．軸和同步型電七軸兩種１３５】。??好步型電Ｋ軸的》本結(jié)構(gòu)相對來說簡單，在制造．Ｉ：藝方Ｉｆｌ丨較為成熟，而丨Ｌ異步電機(jī)的??咖動系統(tǒng)也容易達(dá)到商速化。ｍ是異步電機(jī)也會出現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)熱人，作低轉(zhuǎn)速下條件下??電機(jī)俗拒４挪好，轉(zhuǎn)丫？容場受到溫升的影響等…系列怙況。洞步沏電動機(jī)優(yōu)點足屯機(jī)轉(zhuǎn)??ｍ發(fā)熱，能夠從根本上除去丨？：軸軸向的熱膨脹變形和軸承散熱等ｈ題。ｗ此多數(shù)電：丨??軸采川異步電機(jī)。??

２．２高速電主軸熱接觸理論分析??２．２．１接觸熱阻定義??如圖２．６所小，按傳熱學(xué)分析，兩完全接觸面處的溫度應(yīng)該完全相Ｍ，但是將兩個相??似或不相似的金屬材料壓在一起，由于材料的接觸表面存在粗糙度，所以兩金屬材料接觸??面不可能完個接觸，熱景的均勻流動被限制在通過接觸點傳導(dǎo)，因此凸出接觸地方用熱傳??導(dǎo)的方式傳熱，而個接觸地方只能用對流和熱輻射的方式傳熱，接觸點的有限數(shù)量和大小??導(dǎo)致實際接觸ｊｆｉ丨枳比表觀接觸面積小得多，從而使熱流收縮形成接觸熱阻１４４１。??圖２．６兩種材料接觸面微觀圖??Ｆｉｇ．２．６?Ｍａｇｎｉｔｌｅｄ?ｖｉｅｗ?ｏｆ?ｔｗｏ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ?ｉｎ?ｃｏｎｔａｃｔ．??
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2878670