高速電主軸熱態(tài)性能分析與優(yōu)化.pdf

1、電主軸技術(shù)是隨著高速數(shù)控機床的發(fā)展和需求而發(fā)展起來的。高速電主軸的工作性能直接影響著機床加工系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定性以及應用范圍，其動力學性能和熱態(tài)特性對高速加工起著關(guān)鍵的作用。因此，需要對高速電主軸內(nèi)部的發(fā)熱和熱傳導機制進行分析和研究，確定能夠準確計算電主軸溫度分布的方法，為電主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供有益的參考。
　　 本文首先確定電主軸內(nèi)部主要熱源和熱傳導方式，然后以傳熱學理論和滾動軸承分析理論為基礎(chǔ)，分析得到熱源發(fā)熱、電主軸內(nèi)外部對流

2、換熱和軸承接觸熱傳導的計算方法，最后利用ANSYS 軟件，對電主軸進行穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)熱分析和熱-結(jié)構(gòu)耦合分析，并以主軸加工端熱變形為目標函數(shù)進行優(yōu)化。本文的具體工作如下：
　　 通過分析電主軸的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和運轉(zhuǎn)特性，確定主要熱源。以滾動軸承分析理論為基礎(chǔ)，得到滾動軸承各類轉(zhuǎn)矩和角速度的計算方法，從而計算軸承發(fā)熱。通過計算異步電機的工作轉(zhuǎn)矩和效率因子，得到確定電機運轉(zhuǎn)發(fā)熱的方法。然后通過分析軸承滾動體與軸承內(nèi)外圈滾道的接觸狀態(tài)，確定計算

3、滾動體與滾道之間接觸熱導的方法。最后基于傳熱學理論，分析得到計算電主軸各部分與冷卻空氣、環(huán)境空氣、油氣潤滑混合物以及冷卻水對流換熱的方法。
　　 在通過以上步驟建立了描述電主軸發(fā)熱及熱傳導的理論模型后，根據(jù)模型計算得到發(fā)熱率、對流換熱系數(shù)和接觸熱導率在不同轉(zhuǎn)速下的數(shù)值，并作為載荷和邊界條件加載至電主軸有限元模型上，對電主軸的加速和額定轉(zhuǎn)速兩種工作狀態(tài)分別進行瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)熱分析，然后以穩(wěn)態(tài)熱分析的溫度場結(jié)果作為載荷，對電主軸進行熱-