本文關(guān)鍵詞：高速磨削電主軸溫升及動(dòng)力學(xué)特性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】： 以高切削速度、高進(jìn)給速度、高加工精度為主要特征的高速切削和高速加工是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)之一。高速高精度數(shù)控機(jī)床是實(shí)現(xiàn)高速加工的關(guān)鍵因素,而高速主軸是高性能機(jī)床的核心部件。隨著電氣傳動(dòng)技術(shù)的迅速發(fā)展和日趨完善,高速數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)已得到極大的簡化,基本上取消了帶輪傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)。機(jī)床主軸由內(nèi)裝式電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng),從而把機(jī)床主傳動(dòng)鏈的長度縮短為零,實(shí)現(xiàn)了機(jī)床的“零傳動(dòng)”。這種主軸電動(dòng)機(jī)與機(jī)床主軸“合二為一”的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)形式,使主軸部件從機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)和整體結(jié)構(gòu)中相對(duì)獨(dú)立出來,因此可做成“主軸單元”,俗稱“電主軸”。 電主軸單元的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、熱態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性在很大程度上決定了高速數(shù)控機(jī)床的加工質(zhì)量和切削能力,也是影響其加工精度的重要因素。對(duì)主軸單元進(jìn)行熱態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性的研究,對(duì)進(jìn)一步提高高速機(jī)床的工作性能有十分重要的意義。 本文以高速磨削類加工數(shù)控機(jī)床用電主軸為研究對(duì)象,以實(shí)現(xiàn)電主軸的高速、高精度為目標(biāo),采用有限元方法,運(yùn)用ANSYS軟件,對(duì)電主軸的熱態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行研究,具體工作如下: (1)分析了電主軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),對(duì)主軸電機(jī)、主軸軸承、軸承潤滑系統(tǒng)、電機(jī)定子的油一水熱交換系統(tǒng)等關(guān)鍵部件進(jìn)行了研究;并針對(duì)電主軸結(jié)構(gòu)中的一個(gè)重要設(shè)計(jì)參數(shù)——電機(jī)與主軸的過盈量配合進(jìn)行了分析計(jì)算。 (2)分析了電主軸的傳熱機(jī)制,根據(jù)實(shí)際工況對(duì)電主軸工作時(shí)的熱源及各部分的傳熱系數(shù)進(jìn)行了計(jì)算,在此基礎(chǔ)上,利用大型有限元軟件ANSYS對(duì)本課題中所研究的主軸單元進(jìn)行了熱一結(jié)構(gòu)耦合分析,研究了電主軸單元的溫度場(chǎng)分布、主軸軸承的溫升情況及主軸前端的熱變形情況,并提出了抑制主軸溫升的合理有效的措施。 (3)分析了電主軸單元中所采用的特殊軸承形式——角接觸混合陶瓷球軸承的結(jié)構(gòu)形式及高速運(yùn)轉(zhuǎn)下的受力及動(dòng)態(tài)特性,對(duì)其剛度進(jìn)行了計(jì)算,在此基礎(chǔ)上對(duì)電主軸進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析,并通過實(shí)驗(yàn)說明了軸承的預(yù)緊力對(duì)主軸單元固有頻率的影響情況,為優(yōu)化主軸結(jié)構(gòu)和改善電主軸的動(dòng)態(tài)特性提供必要的理論依據(jù),為高速電主軸的研究開發(fā)和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：高速加工 電主軸 熱態(tài)特性 動(dòng)態(tài)特性 ANSYS
【學(xué)位授予單位】：中南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：TG580.6
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-7
• 目錄7-9
• 第一章 緒論9-17
• 1.1 課題背景及研究意義9-11
• 1.2 高速主軸單元的研究概述11-16
• 1.2.1 國內(nèi)外高速主軸單元技術(shù)現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 高速電主軸的熱態(tài)特性的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.3 電主軸的動(dòng)態(tài)特性的研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 本課題的來源與主要研究內(nèi)容16-17
• 1.3.1 課題來源16
• 1.3.2 課題研究的主要內(nèi)容16-17
• 第二章 電主軸的結(jié)構(gòu)分析17-27
• 2.1 電主軸的基本結(jié)構(gòu)17-20
• 2.1.1 主軸電機(jī)18
• 2.1.2 主軸軸承18-19
• 2.1.3 定子和轉(zhuǎn)子19-20
• 2.2 電主軸的工作原理20
• 2.3 電主軸的冷卻潤滑系統(tǒng)20-22
• 2.3.1 電主軸的散熱狀態(tài)分析20-21
• 2.3.2 主軸電機(jī)定子的冷卻系統(tǒng)—油-水熱交換系統(tǒng)21
• 2.3.3 主軸軸承的潤滑冷卻系統(tǒng)—油-氣潤滑系統(tǒng)21-22
• 2.4 電主軸的過盈配合量的設(shè)計(jì)與分析22-26
• 2.4.1 電主軸靜態(tài)過盈量的計(jì)算22-24
• 2.4.2 電主軸動(dòng)態(tài)過盈量的計(jì)算24-26
• 2.5 本章小結(jié)26-27
• 第三章 高速電主軸熱態(tài)特性分析與研究27-43
• 3.1 高速電主軸的熱源分析27-30
• 3.1.1 主軸電機(jī)的發(fā)熱分析與計(jì)算27-28
• 3.1.2 主軸軸承的發(fā)熱分析與計(jì)算28-30
• 3.2 高速電主軸的傳熱機(jī)制30-32
• 3.2.1 軸承與油-氣潤滑系統(tǒng)中壓縮空氣的對(duì)流換熱30
• 3.2.2 電機(jī)與油-水熱交換系統(tǒng)冷卻油間的對(duì)流換熱30-31
• 3.2.3 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的傳熱31
• 3.2.4 電主軸前、后密封環(huán)的對(duì)流換熱系數(shù)31
• 3.2.5 高速電主軸與外部空氣的傳熱31-32
• 3.3 熱-結(jié)構(gòu)耦合分析32-33
• 3.3.1 熱-結(jié)構(gòu)耦合分析的基本原理32-33
• 3.3.2 熱-結(jié)構(gòu)耦合分析的基本步驟33
• 3.4 高速電主軸的熱應(yīng)力分析33-40
• 3.4.1 主軸單元溫升特性的有限元建模33-34
• 3.4.2 主軸單元的熱邊界條件34
• 3.4.3 超高速主軸單元熱應(yīng)力分析34-36
• 3.4.4 改善電主軸熱態(tài)特性的措施36-40
• 3.5 冷卻槽的結(jié)構(gòu)對(duì)冷卻效果的影響分析40-42
• 3.6 本章小結(jié)42-43
• 第四章 高速電主軸靜/動(dòng)力學(xué)特性分析43-63
• 4.1 角接觸球軸承靜態(tài)特性分析43-48
• 4.1.1 角接觸球軸承接觸分析43-44
• 4.1.2 角接觸球軸承受力分析44
• 4.1.3 軸承的軸向預(yù)緊與位移44-45
• 4.1.4 軸承的徑向剛度計(jì)算45-48
• 4.2 角接觸混合陶瓷球軸承動(dòng)態(tài)特性分析48-52
• 4.2.1 角接觸混合陶瓷球軸承的接觸分析48-50
• 4.2.2 高速下混合陶瓷球軸承的接觸角和陶瓷球的受力分析50-52
• 4.3 高速電主軸單元?jiǎng)恿W(xué)分析52-62
• 4.3.1 電主軸的動(dòng)力學(xué)分析概述52
• 4.3.2 高速電主軸的模態(tài)分析52-56
• 4.3.3 軸承預(yù)緊力大小對(duì)固有頻率的影響分析56
• 4.3.4 軸承預(yù)緊力對(duì)主軸單元固有頻率影響的實(shí)驗(yàn)測(cè)試56-60
• 4.3.5 電主軸諧響應(yīng)分析60-62
• 4.4 本章小結(jié)62-63
• 第五章 結(jié)論與展望63-65
• 參考文獻(xiàn)65-68
• 致謝68-69
• 攻讀碩士學(xué)位期間主要研究成果69

【引證文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 吳玉厚;田峰;Albert J Shih;邵萌;張麗秀;;基于LabVIEW的全陶瓷電主軸溫度檢測(cè)模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)分析[J];機(jī)床與液壓;2012年17期

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 劉昌華;數(shù)控成形磨床關(guān)鍵部件熱態(tài)分析[D];浙江大學(xué);2010年

2 何雅娟;機(jī)床高速主軸熱跑合性能檢測(cè)系統(tǒng)開發(fā)[D];陜西理工學(xué)院;2010年

3 許慶鵬;基于240-XDJ24Y型高速電主軸的熱態(tài)分析和冷卻系統(tǒng)的研究[D];蘭州理工大學(xué);2012年

4 劉玉;高速機(jī)床主軸單元的動(dòng)態(tài)特性分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化[D];青海大學(xué);2012年

5 陳建偉;高速機(jī)床主軸軸承預(yù)緊力研究[D];山東大學(xué);2012年

  本文關(guān)鍵詞：高速磨削電主軸溫升及動(dòng)力學(xué)特性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：369433