發(fā)布時間：2017-07-16 21:34

  本文關鍵詞：基于Fluent的電主軸熱態(tài)分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化

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【摘要】：高速電主軸作為高速機床的核心部件,其性能優(yōu)劣直接影響到數(shù)控機床的加工精度、穩(wěn)定性以及使用范圍。電主軸采用機床主軸與電機融為一體的結(jié)構(gòu)設計,在高速運轉(zhuǎn)時,由于其相對密封的結(jié)構(gòu)特點,自然散熱條件較差。因此,有必要對電主軸進行熱態(tài)特性分析和研究,并且主軸熱態(tài)特性是影響電主軸精度的諸多相關因素中最為重要的因素之一。本文是以廣州市昊志機電股份有限公司研發(fā)的高速電主軸為研究對象,對高速電主軸的熱源、熱傳導機制、穩(wěn)態(tài)溫度場、熱變形、熱應力進行分析和研究,運用有限元軟件對模型進行熱-流-固結(jié)構(gòu)耦合分析,并且通過實驗研究驗證本文所獲得的電主軸穩(wěn)態(tài)溫度場的準確性。最后,以主軸熱變形量和應力為目標函數(shù),對其進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。本文主要研究內(nèi)容如下：1.分析了電主軸的結(jié)構(gòu)特點,并計算了電主軸主要熱源的發(fā)熱量：電機的損耗發(fā)熱和陶瓷混合球軸承的摩擦生熱。根據(jù)電主軸對流換熱的特點,計算電主軸相關零部件的對流換熱系數(shù),從而建立的電主軸發(fā)熱及熱傳導的理論模型。2.根據(jù)電主軸的發(fā)熱及熱傳導理論模型,建立電主軸的熱-流-固結(jié)構(gòu)耦合有限元模型,利用Fluent軟件對其進行穩(wěn)態(tài)溫度場分析,并通過實驗測量電主軸關鍵點溫度數(shù)據(jù),驗證分析結(jié)果的準確性。3.在完成電主軸溫度場分析后,運用ANSYS Workbench平臺對其進行主軸熱變形分析,以軸承及電機所在主軸位置為設計變量,以主軸熱變形及熱應力為目標函數(shù),對主軸結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設計。
【關鍵詞】：電主軸 滾動軸承 有限元分析 溫度場 優(yōu)化設計
【學位授予單位】：昆明理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG659
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 電主軸概述11-12
• 1.2 電主軸發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢12-14
• 1.2.1 國外高速電主軸發(fā)展現(xiàn)狀12
• 1.2.2 國內(nèi)高速電主軸發(fā)展現(xiàn)狀12-13
• 1.2.3 高速電主軸技術(shù)的發(fā)展趨勢13-14
• 1.3 本課題來源及研究內(nèi)容14-19
• 1.3.1 課題來源14
• 1.3.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3.3 課題研究的主要內(nèi)容16-19
• 第二章 電主軸的結(jié)構(gòu)19-25
• 2.1 電主軸的關鍵技術(shù)19-21
• 2.1.1 支撐軸承技術(shù)19-20
• 2.1.2 動平衡技術(shù)20
• 2.1.3 潤滑技術(shù)20
• 2.1.4 冷卻技術(shù)20-21
• 2.1.5 主軸電機技術(shù)21
• 2.2 電主軸的熱源分析21-22
• 2.3 電主軸傳熱特性分析22
• 2.4 影響電主軸溫升的因素22-23
• 2.5 本章小結(jié)23-25
• 第三章 電主軸熱特性分析及計算25-41
• 3.1 陶瓷混合軸承的分析與生熱計算25-34
• 3.1.1 Hertz點接觸理論26-28
• 3.1.2 軸承的生熱分析及計算28-34
• 3.2 電主軸內(nèi)置電機生熱分析與計算34-38
• 3.2.1 電機發(fā)熱分析35-36
• 3.2.2 內(nèi)置電機生熱計算36-38
• 3.3 電主軸熱源的生熱率計算38
• 3.4 電主軸對流換熱特性分析及計算38-40
• 3.5 本章小結(jié)40-41
• 第四章 電主軸的穩(wěn)態(tài)溫度場分析41-55
• 4.1 熱傳遞基礎41-43
• 4.2 電主軸穩(wěn)態(tài)溫度場分析43-49
• 4.2.1 溫度場分析的基本步驟43-44
• 4.2.2 電主軸有限元模型44-45
• 4.2.3 電主軸穩(wěn)態(tài)溫度場計算45-46
• 4.2.4 電主軸穩(wěn)態(tài)溫度場分析及研究46-49
• 4.3 電主軸溫度測量實驗驗證49-53
• 4.3.1 實驗裝置及測試方法49-51
• 4.3.2 實驗測試過程51
• 4.3.3 實驗數(shù)據(jù)與仿真分析對比51-53
• 4.3.4 誤差分析53
• 4.4 本章小結(jié)53-55
• 第五章 電主軸的熱變形分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化55-69
• 5.1 電主軸的熱變形分析55-58
• 5.1.1 主軸熱變形分析基本步驟55
• 5.1.2 電主軸熱變形有限元分析55-58
• 5.2 電主軸結(jié)構(gòu)優(yōu)化58-67
• 5.2.1 優(yōu)化設計的基礎原理58-59
• 5.2.2 ANSYS Workbench優(yōu)化設計59-61
• 5.2.3 主軸結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計61-67
• 5.3 本章小結(jié)67-69
• 第六章 總結(jié)與展望69-71
• 致謝71-73
• 參考文獻73-77
• 附錄 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術(shù)論文77

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 閆大鵬;吳玉厚;張柯;;高速陶瓷電主軸的熱源分析及其計算[J];機械工程師;2005年12期

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3 吳玉厚;于文達;張麗秀;馬向楠;于世成;;基于損耗實驗的電主軸溫度場分析[J];沈陽建筑大學學報(自然科學版);2014年01期

4 李立毅,崔淑梅,宋凱,程樹康;高頻電主軸的發(fā)熱及其對策[J];微電機(伺服技術(shù));2000年03期

5 馬平,白釗,李鍛能,張伯霖;高速大功率電主軸的油水熱交換系統(tǒng)設計[J];組合機床與自動化加工技術(shù);2004年06期

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

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本文編號：550644