高速电主轴热变形预测模型

发布时间：2024-04-01 03:27

　　《中国制造2025》部署制造业强国战略,也被称为中国版“工业4.0”规划中提到:数控机床作为制造业的基础,对制造业强国的建设至关重要。高速电主轴作为数控机床的核心部件,其工作性能的好坏直接影响数控机床的加工效率和加工精度。高速电主轴在运行过程中,会不可避免的产生温升和热变形,从而降低机床加工精度。因此,对电主轴进行热变形预测并进行补偿,是提高机床加工精度的重要手段。本文以100MD60Y4型号电主轴为研究对象,利用试验及有限元建模的方法,将试验数据与有限元模型相结合。并基于生物地理优化算法,优化了有限元模型中的换热系数,建立了电主轴热变形预测模型,获得了较高的预测精度。具体研究工作如下:(1)以电机学和传热学基本理论为基础,分析了电主轴的热源机理和传热机制,建立了电主轴热膨胀基本方程;分析了电主轴气隙与损耗间的耦合关系。(2)搭建电主轴热变形试验平台,利用主轴动态回转误差分析仪同时采集电主轴温度及热变形数据。采用单因素试验法,试验研究电主轴进气压力、供油时间间隔、单次供油量、转速和气隙对其温度及热变形的影响。(3)以100MD60Y4型电主轴为研究对象,建立电主轴损耗计算有限元模型,计...

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 绪言
    1.2 电主轴及其关键技术
        1.2.1 电主轴概述
        1.2.2 电主轴分类与基本结构
        1.2.3 电主轴关键技术
    1.3 电主轴热特性
    1.4 电主轴热变形研究现状
        1.4.1 国外电主轴热变形研究现状
        1.4.2 国内电主轴热变形研究现状
    1.5 电主轴热变形预测研究现状
        1.5.1 国外电主轴热变形预测研究现状
        1.5.2 国内电主轴热变形预测研究现状
    1.6 定转子气隙对电主轴性能影响研究现状
    1.7 本文研究的主要内容
第二章 电主轴热特性理论分析
    2.1 电主轴生热分析及理论计算
        2.1.1 电机生热分析及计算
        2.1.2 轴承生热分析及计算
        2.1.3 气隙与电主轴损耗关系分析及计算
    2.2 电主轴传热机制
        2.2.1 电主轴内部的热传导
        2.2.2 电主轴与外界的对流换热
    2.3 电主轴热膨胀有限元模型控制方程
        2.3.1 能量守恒定律
        2.3.2 热膨胀方程
    2.4 本章小结
第三章 电主轴热特性影响因素试验研究
    3.1 电主轴热特性测试系统
        3.1.1 电主轴冷却系统及装置
        3.1.2 电主轴温度及热变形检测装置
    3.2 电主轴热特性影响因素试验
        3.2.1 进气压力对主轴温度及热变形的影响分析
        3.2.2 供油时间间隔对主轴温度及热变形的影响分析
        3.2.3 单次供油量对主轴温度及热变形影响分析
        3.2.4 转速对主轴温度及热变形影响分析
        3.2.5 气隙对主轴温度及热变形影响分析
    3.3 本章小结
第四章 高速电主轴热变形预测模型
    4.1 电主轴热变形有限元模型
        4.1.1 几何建模
        4.1.2 材料属性
        4.1.3 选择物理场及设置边界条件
        4.1.4 网格划分
        4.1.5 求解和后处理
    4.2 基于电机损耗有限元模型的电主轴生热量计算
    4.3 电主轴热变形有限元模型仿真分析
    4.4 电主轴有限元模型灵敏度分析
        4.4.1 换热系数灵敏度分析
        4.4.2 损耗灵敏度分析
    4.5 基于换热系数优化的电主轴热变形预测模型
        4.5.1 技术路线
        4.5.2 基于BBO的电主轴换热系数优化实现步骤
        4.5.3 电主轴温度测试试验
        4.5.4 电主轴换热系数优化
        4.5.5 瞬态温度预测误差验证
    4.6 预测精度分析
        4.6.1 模型预测精度评价方法
        4.6.2 预测模型精度测试
    4.7 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
作者简介
作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文
致谢



本文编号：3944927