液體靜壓電主軸系統(tǒng)的熱態(tài)特性分析與優(yōu)化.pdf

1、隨著高速數(shù)控機床的發(fā)展，電主軸技術(shù)逐漸發(fā)展起來。液體靜壓電主軸系統(tǒng)采用內(nèi)置式電機結(jié)構(gòu)，將帶有冷卻水套的電機定子直接裝配到殼體內(nèi)，轉(zhuǎn)子和主軸通過過盈配合裝配為一體，使電主軸系統(tǒng)具有傳動距離短、結(jié)構(gòu)緊湊等諸多優(yōu)點。但是由于其高速和結(jié)構(gòu)集成帶來的電機定轉(zhuǎn)子和軸承溫升高、電機功率損耗大等問題直接制約液體靜壓電主軸系統(tǒng)未來的發(fā)展。因此，需要對液體靜壓電主軸系統(tǒng)的熱態(tài)特性進行研究，為電主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供參考。本文主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)

2、對液體靜壓電主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、熱源和傳熱機理分析。液體靜壓電主軸系統(tǒng)部件的發(fā)熱、傳熱與結(jié)構(gòu)接觸關(guān)系和系統(tǒng)工作狀態(tài)密切相關(guān)。本文分析了液體靜壓電主軸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點，電主軸系統(tǒng)以液體靜壓軸承為支撐，電機與機床主軸從結(jié)構(gòu)上融為一體。分析系統(tǒng)的熱源和傳熱機理，計算得到電主軸各部分零部件與周圍環(huán)境、冷卻水、潤滑油等對流換熱系數(shù);并從理論和數(shù)值仿真兩方面對軸承摩擦功耗進行對比計算，結(jié)果表明理論計算結(jié)果與數(shù)值計算結(jié)果非常接近。
　　(2)液體靜壓電

3、主軸系統(tǒng)的熱-結(jié)構(gòu)耦合數(shù)值仿真計算分析。建立液體靜壓電主軸系統(tǒng)的有限元模型，在ANSYSWorkbench對電主軸系統(tǒng)進行溫度場分析，得到電主軸系統(tǒng)的溫度場、最高溫度值及其位置在前軸承處。然后將溫度場作為溫度載荷、加載約束，對電主軸系統(tǒng)進行熱-結(jié)構(gòu)耦合分析，得到系統(tǒng)在徑向和軸向方向的熱變形，最大熱變形出現(xiàn)在主軸前端處;分析了工藝參數(shù)對主軸前端面徑向變形的影響，并提出改善液體靜壓電主軸熱態(tài)性能的措施。
　　(3)基于液體靜壓電主軸系

4、統(tǒng)熱分析對軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化。利用最優(yōu)拉丁超立方試驗設(shè)計方法進行試驗設(shè)計，以軸承封油邊長度、軸承長徑比、軸承間隙為設(shè)計變量和軸承靜剛度和軸承油膜最高溫升為優(yōu)化目標，建立近似模型;采用多目標遺傳算法對近似模型進行優(yōu)化求解，得到最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)，使軸承的發(fā)熱量最少，從而使液體靜壓電主軸系統(tǒng)熱變形量減小。
　　綜上所述，本文通過理論分析、數(shù)值仿真研究了液體靜壓電主軸系統(tǒng)的熱態(tài)特性，基于系統(tǒng)的熱分析，對軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了優(yōu)化，為改善電主軸系