隨著數(shù)控機床的飛速發(fā)展,對機床主軸的轉(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因素。推導出電主軸內(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-結構耦合模型。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)特性進行分析,并與實驗結果作對比。結果表明:(1)本文建立的有限元模型能夠準確的預測電主軸熱態(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合面溫度的影響效果。當接觸面壓力增大時,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。
【學位單位】：沈陽建筑大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TG659
【部分圖文】：

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?１§５?Ｂ??圖２．１電土軸結構＿??Ｆｉｇ．２．１?ｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｓｐｉｎｄｌｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??２．１．１高速電主軸電機??丨：軸電機從結構上看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)子繞組及風扇等Ｍ。由十電丨￡軸內(nèi)部結構較為特殊，它將丨：??軸設計祚電機內(nèi)部，因此能夠把電主軸看做？？臺高速電機。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》本結構相對來說簡單，在制造．Ｉ：藝方Ｉｆｌ丨較為成熟，而丨Ｌ異步電機的??咖動系統(tǒng)也容易達到商速化。ｍ是異步電機也會出現(xiàn)電機轉(zhuǎn)子發(fā)熱人，作低轉(zhuǎn)速下條件下??電機俗拒４挪好，轉(zhuǎn)丫？容場受到溫升的影響等…系列怙況。洞步沏電動機優(yōu)點足屯機轉(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。??

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，按傳熱學分析，兩完全接觸面處的溫度應該完全相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，因此凸出接觸地方用熱傳??導的方式傳熱，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】

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1 馬馳;楊軍;趙亮;梅雪松;施虎;王新孟;;高速主軸系統(tǒng)熱特性分析與實驗[J];浙江大學學報(工學版);2015年11期

2 張麗秀;劉騰;李超群;;冷卻水流速對電主軸電機溫升的影響分析[J];組合機床與自動化加工技術;2015年08期

3 魏效玲;張寶剛;陳華;尉鶴繽;;高速電主軸冷卻潤滑系統(tǒng)的研究[J];煤礦機械;2015年03期

4 張珂;陳楠;張麗秀;吳玉厚;;冷卻水道寬度對陶瓷電主軸溫升的影響研究[J];機械設計與制造;2015年03期

5 項四通;楊建國;張毅;;基于機理分析和熱特性基本單元試驗的機床主軸熱誤差建模[J];機械工程學報;2014年11期

6 芮執(zhí)元;陳濤;雷春麗;周寅成;;基于CFX的高速電主軸水冷系統(tǒng)的仿真分析[J];機床與液壓;2014年07期

7 王躍飛;孫啟國;呂洪波;;滾動軸承油氣潤滑及噴油潤滑溫度場對比研究[J];潤滑與密封;2014年02期

8 楊建國;范開國;;數(shù)控機床主軸熱變形偽滯后研究及主軸熱漂移在機實時補償[J];機械工程學報;2013年23期

9 劉牧;袁建新;;電子設備艙設備架壓力損失計算分析[J];科技信息;2013年14期

10 閻樹田;許慶鵬;張樹錕;;高速電主軸冷卻系統(tǒng)設計與研究[J];機械與電子;2012年03期

本文編號：2878670