本文關(guān)鍵詞：高速、高精度數(shù)控銑床電主軸結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計及其性能研究

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【摘要】：主軸系統(tǒng)等高端裝備所需的關(guān)鍵零部件是我國制造裝備技術(shù)發(fā)展過程中急需解決的瓶頸問題。論文以海天精工VMC系列立式銑床主軸為研究對象,進行具體的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計,并對主軸系統(tǒng)靜動態(tài)特性及其熱態(tài)特性開展研究工作,為主軸系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化打下基礎(chǔ)。論文取得了以下研究成果：(1)完成了電主軸結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計,如設(shè)計主軸的整體布局、選擇主軸結(jié)構(gòu)參數(shù)、選擇主軸電機和軸承等。并利用三維實體建模軟件SolidWorks完成高速電主軸建模工作。(2)利用大型有限元分析軟件ANSYS Workbench對電主軸系統(tǒng)進行結(jié)構(gòu)靜力學學分析,得到其靜剛度,驗證了本論文所設(shè)計電主軸滿足靜剛度要求。(3)為提高主軸靜剛度、減小主軸質(zhì)量,論文采用Ansys Workbench的優(yōu)化模塊Ansys DesignXplorer為優(yōu)化工具,對電主軸系統(tǒng)前端懸伸量(a)和前后支撐跨距(L)進行優(yōu)化設(shè)計,得到主軸系統(tǒng)a和L的最優(yōu)解。(4)利用有限元分析軟件Ansys Workbench對優(yōu)化后的電主軸的動態(tài)性能進行分析,得到電主軸的低階固有頻率和振型,驗證電主軸系統(tǒng)的一階臨界轉(zhuǎn)速是否符合要求；然后對電主軸進行諧響應分析,得到電主軸系統(tǒng)在正弦周期激勵下的固有頻率,經(jīng)過分析計算得到電主軸設(shè)計轉(zhuǎn)速可有效避開共振區(qū)間的結(jié)論。(5)對電主軸內(nèi)部熱源及熱生成率進行分析研究,模擬研究優(yōu)化后的電主軸結(jié)構(gòu)的熱態(tài)性能,創(chuàng)造性的分析了電主軸恒功率變速范圍內(nèi)不同轉(zhuǎn)速時的熱態(tài)性能,分別得到了熱態(tài)分析圖。通過分析電主軸的溫升情況,有針對性的提出改進措施。
【關(guān)鍵詞】：結(jié)構(gòu)設(shè)計 靜態(tài)特性 動態(tài)特性 熱態(tài)特性 ANSYS workbench
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG547
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 課題研究的背景及意義10-11
• 1.2 高速電主軸的國內(nèi)外發(fā)展及現(xiàn)狀11-13
• 1.2.1 高速電主軸的國外發(fā)展及現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 高速電主軸的國內(nèi)發(fā)展及現(xiàn)狀12-13
• 1.3 高速電主軸性能研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3.1 高速電主軸靜動態(tài)性能的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3.2 高速電主軸熱態(tài)性能的研究現(xiàn)狀14
• 1.4 論文研究的主要內(nèi)容14-16
• 第2章 高速電主軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計及三維模型的建立16-26
• 2.1 高速電主軸的基本結(jié)構(gòu)16
• 2.2 高速電主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計16-22
• 2.2.1 電主軸總體結(jié)構(gòu)設(shè)計16-17
• 2.2.2 主軸電機的選擇17-19
• 2.2.3 主軸軸承的選擇19-21
• 2.2.4 主軸單元主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定21-22
• 2.3 高速電主軸三維實體模型的建立22-25
• 2.3.1 高速電主軸主要零部件三維模型的建立22-23
• 2.3.2 高速電主軸裝配體的建立23-25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 第3章 高速、高精度電主軸靜態(tài)性能的分析及其結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計26-39
• 3.1 高速、高精度電主軸的靜態(tài)性能理論分析26-27
• 3.2 高速、高精度主軸系統(tǒng)靜態(tài)特性的有限元分析27-34
• 3.2.1 高速、高精度主軸系統(tǒng)靜力分析的模型簡化及建模27-29
• 3.2.2 高速、高精度電主軸靜態(tài)載荷的計算29-31
• 3.2.3 高速、高精度電主軸靜力分析的加載、約束及求解31-34
• 3.3 基于ANSYS Workbench的電主軸結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計34-38
• 3.3.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化的具體內(nèi)容和優(yōu)化設(shè)計34
• 3.3.2 ANSYS Workbench優(yōu)化設(shè)計的基本概念34-35
• 3.3.3 高速、高精度電主軸結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的具體步驟35-38
• 3.4 本章小結(jié)38-39
• 第4章 高速、高精度電主軸動力學性能分析概述39-47
• 4.1 模態(tài)分析簡介39
• 4.2 模態(tài)分析矩陣的描述39-41
• 4.3 模態(tài)分析的建模、加載以及求解41-44
• 4.4 諧波響應分析44-46
• 4.5 本章小結(jié)46-47
• 第5章 高速、高精度電主軸熱態(tài)性能的分析47-64
• 5.1 高速、高精度電主軸的熱源分析和計算47-51
• 5.1.1 高速、高精度電主軸電機的發(fā)熱分析與計算47-49
• 5.1.2 高速電主軸軸承的發(fā)熱分析與計算49-50
• 5.1.3 高速電主軸的熱載荷熱生成率的計算50-51
• 5.2 高速電主軸熱邊界條件的確定51-56
• 5.2.1 電機定子與定子冷卻液之間的對流換熱52
• 5.2.2 電機轉(zhuǎn)子端部與空氣間的傳熱52-53
• 5.2.3 高速電主軸系統(tǒng)外殼面與外界空氣的對流換熱53
• 5.2.4 高速電主軸系統(tǒng)運動外表面與外界空氣的對流換熱53-54
• 5.2.5 高速電主軸內(nèi)部與空氣的對流換熱54
• 5.2.6 軸承與油-氣潤滑系統(tǒng)的對流換熱54-55
• 5.2.7 定轉(zhuǎn)子氣隙間的對流換熱系數(shù)55-56
• 5.3 高速、高精度電主軸的穩(wěn)態(tài)熱分析56-62
• 5.3.1 高速、高精度電主軸熱分析模型的簡化及有限元建模56-58
• 5.3.2 施加高速電主軸熱分析的熱載荷及邊界條件58-59
• 5.3.3 求解并分析高速、高精度電主軸穩(wěn)態(tài)熱分析的后處理結(jié)果59-61
• 5.3.4 穩(wěn)態(tài)溫度結(jié)果的分析61-62
• 5.4 改善高速、高精度電主軸熱態(tài)性能的主要措施62-63
• 5.5 本章小結(jié)63-64
• 第6章 總結(jié)與展望64-66
• 6.1 總結(jié)64
• 6.2 展望64-66
• 參考文獻66-70
• 攻讀碩士學位期間主要的研究成果70

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本文編號：753088