本文關(guān)鍵詞：鏜銑加工中心主軸部件熱特性分析

  更多相關(guān)文章： 臥式鏜銑加工中心 主軸箱 有限元法 熱特性

【摘要】：工業(yè)發(fā)展水平的不斷提高,為機(jī)床行業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了新的機(jī)遇,也帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。高精密數(shù)控機(jī)床已經(jīng)占據(jù)了我國(guó)制造業(yè)以及其他相關(guān)行業(yè)的基礎(chǔ)地位。機(jī)床的加工精度主要通過(guò)減小加工誤差來(lái)實(shí)現(xiàn)。在減小加工誤差的研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn),機(jī)床熱變形誤差在機(jī)床總加工誤差中占據(jù)了相當(dāng)大的比重。所以,探究如何降低機(jī)床的熱變形誤差就顯得十分重要。主軸及其部件是臥式鏜銑加工中心的核心組成部分,而它在熱源作用下的熱特性,直接影響到機(jī)床的加工精度。所以,對(duì)機(jī)床主軸部件進(jìn)行熱特性分析,對(duì)減小加工誤差,提高機(jī)床加工精度具有重要的理論以及工程應(yīng)用價(jià)值。本文以TH6213臥式鏜銑加工中心的主軸箱及其關(guān)鍵功能部件為研究對(duì)象,借助有限元分析方法,通過(guò)熱源分析、發(fā)熱量計(jì)算以及數(shù)值模擬,得到主軸、ZF減速箱、主軸箱的穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)溫度場(chǎng)分布以及相應(yīng)熱變形量大小,結(jié)合實(shí)際溫度測(cè)量跑車試驗(yàn)為主軸部件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及熱誤差的補(bǔ)償提供依據(jù)。本文主要工作如下:1.建立了鏜銑加工中心主軸及其關(guān)鍵功能部件的熱特性分析有限元模型;通過(guò)模型簡(jiǎn)化等手段對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化,并且應(yīng)用整體劃分、局部細(xì)化的方法對(duì)模型進(jìn)行了有限元網(wǎng)格劃分。2.分析了主軸及其部件的發(fā)熱規(guī)律,確定了主要熱源—主軸軸承;計(jì)算發(fā)熱量作為主軸熱特性分析的外加載荷,計(jì)算模型各對(duì)流表面的對(duì)流換熱系數(shù)作為有限元分析的邊界條件。3.對(duì)主軸、ZF減速箱以及主軸箱整體進(jìn)行溫度場(chǎng)有限元仿真分析,得到溫度場(chǎng)分布以及穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)溫度場(chǎng)變化規(guī)律:從穩(wěn)態(tài)分析結(jié)果可以得出系統(tǒng)達(dá)到熱平衡時(shí)的溫度場(chǎng)分布;從主軸瞬態(tài)溫度變化曲線中可以得出,主軸系統(tǒng)溫度曲線平滑,初始溫度變化率較大,逐漸趨于平穩(wěn),約在9600s左右達(dá)到熱平衡;各主軸軸承位置溫度最高達(dá)45.456℃,出現(xiàn)在負(fù)載最高的三號(hào)軸承位置;而對(duì)稱溫度場(chǎng)分布則驗(yàn)證了TH6213鏜銑加工中心主軸箱的熱對(duì)稱結(jié)構(gòu)。4.結(jié)合溫度場(chǎng)分析結(jié)果,對(duì)主軸、ZF減速箱以及主軸箱整體進(jìn)行了熱—結(jié)構(gòu)耦合分析,得到其熱變形。通過(guò)主軸各部位形變量可以看出,主軸最大變形產(chǎn)生在鏜桿末端與轉(zhuǎn)接部件連接部分,而主軸在這個(gè)方向上自由變形可以有效降低變形對(duì)加工精度的影響;而主軸端面最大變形量11.9μm小于機(jī)床平面加工精度要求50μm,保證了主軸端面加工精度;從ZF減速箱變形可以得出,齒輪嚙合位置變形35μm小于額定間隙60μm,驗(yàn)證了ZF減速箱工作的可靠性。5.通過(guò)主軸箱溫度測(cè)量試驗(yàn),與有限元仿真分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證有限元建模以及仿真分析的正確性;探究誤差產(chǎn)生原因,修正有限元模型、邊界條件,建立適應(yīng)不同轉(zhuǎn)速的能夠快速進(jìn)行仿真模擬的熱特性分析模型。TH6213臥式鏜銑加工中心熱特性分析有限元模型的建立,能夠快速對(duì)機(jī)床不同轉(zhuǎn)速下的熱特性進(jìn)行準(zhǔn)確的仿真模擬,分析結(jié)果可為機(jī)床本身熱誤差的補(bǔ)償以及主軸冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：臥式鏜銑加工中心 主軸箱 有限元法 熱特性
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG659
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-22
• 1.1 引言11
• 1.2 課題研究背景及意義11-13
• 1.3 機(jī)床主軸箱熱特性的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-17
• 1.3.1 主軸的軸承摩擦力矩及熱特性研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3.2 主軸及主軸箱熱特性研究現(xiàn)狀15-17
• 1.4 課題來(lái)源與主要研究?jī)?nèi)容17-21
• 1.4.1 課題來(lái)源17
• 1.4.2 TH6213 臥式鏜銑加工中心簡(jiǎn)介17-18
• 1.4.3 本文主要工作及研究?jī)?nèi)容18-21
• 1.5 本章小結(jié)21-22
• 第二章 機(jī)床有限元分析應(yīng)用以及傳熱學(xué)基本定律22-33
• 2.1 有限單元法簡(jiǎn)介22-23
• 2.1.1 有限元技術(shù)的國(guó)內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀22
• 2.1.2 有限元法的基本思想22-23
• 2.2 熱傳遞基本理論23-25
• 2.2.1 熱傳導(dǎo)基本概念及定律23
• 2.2.2 熱對(duì)流基本概念23-25
• 2.2.3 熱輻射基本概念25
• 2.3 熱傳遞有限元分析理論25-29
• 2.3.1 熱傳遞微分方程25-26
• 2.3.2 熱傳遞邊界條件26-27
• 2.3.3 溫度場(chǎng)微分方程27-29
• 2.4 熱變形有限元分析理論29-32
• 2.4.1 熱膨脹、熱應(yīng)力及熱應(yīng)變29-30
• 2.4.2 熱應(yīng)變微分方程30-32
• 2.5 本章小結(jié)32-33
• 第三章 鏜銑加工中心主軸箱部件有限元建模及熱特性分析33-61
• 3.1 機(jī)床主軸三維建模33-35
• 3.2 TH6213 機(jī)床主軸熱源分析35-39
• 3.2.1 機(jī)床主軸軸承摩擦力矩的計(jì)算36-39
• 3.2.2 機(jī)床主軸軸承對(duì)流換熱系數(shù)的計(jì)算39
• 3.3 機(jī)床主軸軸承溫度場(chǎng)的建立及有限元分析39-44
• 3.3.1 SEB 170 角接觸球軸承的有限元分析建模39-41
• 3.3.2 SEB 170 角接觸球軸承的有限元溫度場(chǎng)結(jié)果與分析41-44
• 3.4 TH6213 機(jī)床主軸溫度場(chǎng)分析44-53
• 3.4.1 主軸有限元模型的建立44-45
• 3.4.2 主軸熱載荷與邊界條件的確定45-49
• 3.4.3 機(jī)床主軸溫度場(chǎng)分布及分析結(jié)果49-53
• 3.5 機(jī)床主軸熱應(yīng)變分析結(jié)果53-60
• 3.6 本章小結(jié)60-61
• 第四章 機(jī)床ZF變速箱有限元建模及溫度場(chǎng)分析61-73
• 4.1 TH6213 主軸ZF變速箱機(jī)構(gòu)以及齒輪副建模分析61-65
• 4.1.1 TH6213 主軸ZF變速箱結(jié)構(gòu)61-63
• 4.1.2 ZF箱斜齒輪在嚙合過(guò)程中的受力63
• 4.1.3 齒輪嚙合產(chǎn)生的摩擦熱流量的計(jì)算63-64
• 4.1.4 齒輪嚙合面的對(duì)流換熱系數(shù)的計(jì)算64-65
• 4.2 TH6213 主軸ZF箱溫度場(chǎng)分析65-68
• 4.3 TH6213 機(jī)床ZF減速箱熱變形分析68-72
• 4.3.1 ZF箱熱變形分析68-70
• 4.3.2 ZF減速箱嚙合齒輪及齒輪軸熱變形分析70-72
• 4.4 本章小結(jié)72-73
• 第五章 機(jī)床主軸箱整體熱特性分析及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證73-83
• 5.1 主軸箱熱特性分析73-76
• 5.1.1 主軸箱溫度場(chǎng)的建立73-74
• 5.1.2 主軸箱箱體溫度場(chǎng)分析及熱變形74-76
• 5.2 試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及檢測(cè)原理76-77
• 5.3 機(jī)床主軸箱整體溫度場(chǎng)實(shí)驗(yàn)與仿真結(jié)果對(duì)比77-82
• 5.4 本章小結(jié)82-83
• 第六章 總結(jié)與展望83-85
• 6.1 本文總結(jié)83-84
• 6.2 展望84-85
• 參考文獻(xiàn)85-90
• 攻讀學(xué)位期間本人出版或公開(kāi)發(fā)表的論著、論文90-91
• 致謝91-92

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 鄭傳統(tǒng);徐紹仁;楊德卿;梁波;高銀濤;;球軸承摩擦力矩的研究現(xiàn)狀與發(fā)展[J];軸承;2009年08期

2 沈煜欣;劉建軍;;熱傳導(dǎo)對(duì)微型渦輪動(dòng)葉性能影響的數(shù)值模擬[J];工程熱物理學(xué)報(bào);2008年11期

3 魯方霞;鄧朝暉;;數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)及國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀[J];工具技術(shù);2006年03期

4 趙玉珍,華放;用熱力學(xué)第二定律優(yōu)化對(duì)流換熱過(guò)程[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);1992年01期

5 郭崇志;劉懿萱;;基于實(shí)測(cè)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)模擬瞬態(tài)溫度場(chǎng)仿真重建技術(shù)研究[J];化工機(jī)械;2010年02期

6 張琨;張毅;侯廣鋒;楊建國(guó);;基于熱模態(tài)分析的熱誤差溫度測(cè)點(diǎn)優(yōu)化選擇[J];機(jī)床與液壓;2012年07期

7 趙雄;徐敏;李廣沈;羅慶豐;;高速主軸系統(tǒng)軸上零件的連接技術(shù)分析[J];機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新;2008年06期

8 何偉;張桂花;王妮;;基于數(shù)控機(jī)床加工誤差分析的補(bǔ)償研究[J];制造業(yè)自動(dòng)化;2007年09期

9 鄭學(xué)普,周彥偉,鄧四二,楊海生,孟瑾,杜輝;航空發(fā)動(dòng)機(jī)主軸-軸承系統(tǒng)溫度場(chǎng)分析[J];河南科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2004年01期

10 楊兆軍;陳傳海;陳菲;李國(guó)發(fā);;數(shù)控機(jī)床可靠性技術(shù)的研究進(jìn)展[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2013年20期

，

本文編號(hào)：840844