高速铣削电主轴动态热态特性分析及实验研究

发布时间：2017-04-06 18:17

  本文关键词：高速铣削电主轴动态热态特性分析及实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：高速加工技术已经成为现代制造业的主流，各种高精度、高效率、低能耗的数控机床得到了广泛应用，作为高速加工数控机床的核心功能部件，电主轴的性能直接影响整个加工系统的加工精度和切削质量，电主轴的动态性能和热态性能的深入研究，对电主轴的结构设计优化和性能的改善具有重要意义。 本文以高速铣削电主轴DGZX-1425为研究对象，，验证其结构设计的合理性，将仿真分析理论计算与实验研究相结合，建立可靠的主轴单元有限元数值仿真模型，具体展开的工作如下： 对角接触球轴承进行动力学分析，求解动力学平衡特征方程组，分析主轴转速和预紧力对轴承接触角及径向刚度的影响，为电主轴的动态分析打下理论基础。 分析计算DGZX-1425中前、后两组轴承的径向刚度，建立有限元仿真分析简化模型，在ANSYS Workbench中进行求解计算，分析主轴系统自由状态下振动的前六阶振型、固有频率和临界转速；运用经验公式计算切削力大小，在主轴前端面施加完整的激振力，分析主轴在工作频率范围内动态响应位移，选择主轴前端面、转子前端面和主轴后端面为测试点，计算主轴动刚度。研究分析主轴动态特性的影响因素，提出改善措施。 分析电主轴的主要热源，研究主轴系统的传热和散热规律，以传热学和工程热力学为理论基础，确定本课题用主轴的热边界条件，研究主轴转速、冷却水流量、轴承预紧力等参数的影响规律；建立热分析有限元仿真模型并求解计算，得到电主轴在热平衡条件下的温度分布云图、热流分析云图和热应变分析云图，分析影响主轴热态特性的主要因素。 为了验证仿真分析方法的准确性，对装配的电主轴进行模态测试、振动测试和温升测试实验，选择可靠的实验测试装置和测试方法，改变主要相关参数，如主轴转速、轴承预紧力等，通过实验结果观察参数对主轴动态特性和温升的影响情况，将实验结果与仿真分析结果进行对比，研究分析产生误差的原因。
【关键词】：电主轴 ANSYS Workbench 动态特性 热态特性 实验测试
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG547
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题的来源10
• 1.2 课题的研究背景及意义10-11
• 1.3 国内外研究现状11-18
• 1.3.1 国内外高速电主轴技术现状11-14
• 1.3.2 高速电主轴动态性能的研究现状14-17
• 1.3.3 高速电主轴热态性能的研究现状17-18
• 1.4 课题的研究内容18-19
• 第2章 高速电主轴轴承动力学分析19-32
• 2.1 概述19-20
• 2.2 轴承支撑形式和基本参数20-21
• 2.3 陶瓷球轴承的运动分析21-23
• 2.3.1 滚动体的运动21
• 2.3.2 滚动体的旋滚比计算21-23
• 2.4 滚动体受力与变形23-28
• 2.4.1 滚动体受力23-24
• 2.4.2 滚动体与套圈的接触应力与变形24-27
• 2.4.3 陶瓷球轴承接触点曲率计算27-28
• 2.4.4 轴承套圈平衡方程28
• 2.5 角接触球轴承的预加载荷28-31
• 2.6 本章小结31-32
• 第3章 高速铣削电主轴的动态特性分析32-42
• 3.1 引言32
• 3.2 主轴单元的模态分析32-36
• 3.2.1 ANSYS 中模态分析概述32-33
• 3.2.2 模型简化和网格划分33-34
• 3.2.3 模态分析求解34-35
• 3.2.4 临界转速分析35-36
• 3.3 电主轴的谐响应分析36-41
• 3.3.1 谐响应理论分析36-37
• 3.3.2 ANSYS 中的谐响应分析37
• 3.3.3 激振力的确定37-39
• 3.3.4 电主轴的谐响应分析39-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第4章 高速铣削电主轴热态性能分析42-59
• 4.1 概述42
• 4.2 电主轴热载荷分析42-45
• 4.2.1 电主轴热量流分析42-43
• 4.2.2 电动机的发热分析与计算43-44
• 4.2.3 角接触球轴承的发热分析与计算44-45
• 4.2.4 电主轴系统传热及散热分析45
• 4.3 热边界条件确定45-52
• 4.3.1 机体与冷却水间的对流换热46-48
• 4.3.2 电机定子与转子气隙传热48-49
• 4.3.3 转子端部传热49-50
• 4.3.4 电主轴与外部空气的换热50
• 4.3.5 轴承座环型槽与冷却水的对流换热50-51
• 4.3.6 电主轴热边界条件计算结果51-52
• 4.4 电主轴热态特性有限元分析52-58
• 4.4.1 ANSYS Workbench 热分析介绍52
• 4.4.2 电主轴热态性能有限元分析52-58
• 4.5 本章小结58-59
• 第5章 电主轴性能测试实验研究59-69
• 5.1 概述59
• 5.2 模态测试实验59-61
• 5.2.1 实验原理59-60
• 5.2.2 实验设备60
• 5.2.3 实验结果分析60-61
• 5.3 动态振动测试61-65
• 5.3.1 测试方法62-63
• 5.3.2 实验设备63-64
• 5.3.3 测试结果分析64-65
• 5.4 电主轴温升实验研究65-68
• 5.4.1 实验设备和测试方法65-67
• 5.4.2 实验数据分析67-68
• 5.5 本章小结68-69
• 结论69-71
• 参考文献71-75
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果75-77
• 致谢77

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9 谭建正;;如何定向装配机床主轴[J];中国科技信息;2005年23期

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1 张明旭;袁胜万;申云杰;田久良;;基于ROMAX精密镗铣床主轴性能分析[A];第七届中国CAE工程分析技术年会暨2011全国计算机辅助工程（CAE）技术与应用高级研讨会论文集[C];2011年

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8 秦哲;王成勇;周莉;胡映宁;林一松;;模具制造中的高速铣削技术[A];全国生产工程第九届年会暨第四届青年科技工作者学术会议论文集（二）[C];2004年

9 雷宇;王顺江;卜X;范有光;;高速主轴中刀具的夹紧[A];第四届十三省区市机械工程学会科技论坛暨2008海南机械科技论坛论文集[C];2008年

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