基于流-固-熱耦合的電主軸熱特性仿真分析與實驗研究.pdf

1、電主軸技術(shù)的應(yīng)用極大的促進了機床行業(yè)的發(fā)展,但是電主軸的發(fā)熱問題嚴重制約著精密機床的加工精度。研究電主軸熱特性,合理控制主軸發(fā)熱,降低主軸熱變形,改善主軸系統(tǒng)應(yīng)力分布,對電主軸熱特性研究具有重大意義。本文從電主軸的生熱模型,有限元流-固-熱耦合仿真分析和實驗測試三方面對電主軸熱特性進行研究,主要工作如下:
　　通過對電主軸的熱源研究,分析電主軸的發(fā)熱特點、熱變形機理和散熱方式。建立兩種電機生熱模型,分析不同建模方法的適用條件。從軸

2、承生熱經(jīng)驗公式入手,綜合考慮主軸功率、轉(zhuǎn)速、潤滑方式等因素對軸承生熱的影響,給出切實可用的計算依據(jù)。
　　根據(jù)電主軸流-固-熱耦合原理,使用有限元軟件Workbench對影響電主軸熱特性的主軸轉(zhuǎn)速、冷卻液流量、冷卻液入口溫度、軸承預(yù)緊力等因素進行仿真分析。獲得特定工況下,電主軸最佳的冷卻液流量和入口溫度,有限元仿真分析結(jié)果可為電主軸熱平衡設(shè)計提供依據(jù)。提出一種冷卻系統(tǒng)建模方法和有限元模型簡化流程,對不同熱載荷以及邊界條件進行計算,

3、驗證主軸熱特性有限元分析的準確性。
　　搭建包括由基于NI溫度與熱變形采集模塊的溫度和熱變形測試系統(tǒng)、紅外熱像儀、應(yīng)力/應(yīng)變儀測試系統(tǒng)為基礎(chǔ)的主軸熱特性測試系統(tǒng)。通過電主軸熱特性實驗研究,測試電主軸系統(tǒng)的溫度場分布,主軸熱變形規(guī)律和熱應(yīng)力分布特點,掌握不同工況下電主軸的冷卻策略。通過實驗數(shù)據(jù)與有限元仿真結(jié)論對比分析,驗證有限元仿真分析的合理性與有效性。
　　上述研究方法和研究結(jié)果可以應(yīng)用于電主軸熱平衡設(shè)計和電主軸的熱特性研究