毕业设计（论文）：高速电主轴三维热态特性有限元仿真与分析

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1、重庆大学本科学生毕业设计（论文）高速电主轴三维热态特性有限元仿真与分析学生姓名：学号：指导教师：专　　业：机械制造及其自动化重庆大学机械工程学院二O一三年六月GraduationDesign(Thesis)ofChongqingUniversity3-DanalysisforHighSpeedMotorizedSpindleThermalPropertiesUndergraduate：PengRourouSupervisor：HeYeMajor：MechanicalManufactureandAutomationCollegeofMechan

2、icalEngineeringChongqingUniversityJune2013重庆大学本科学生毕业设计（论文）摘要摘要高速数控机床是当代制造业的技术基础和发展方向之一。同时，高速电主轴又是高速数控机床的技术核心之一，电主轴性能的好坏在很大程度上影响着整个机床的主要性能。电主轴将电机内置于主轴，实现了机床的“零传动”，简化了机床结构。同时也带来问题，高速电主轴中的轴承摩擦发热和电机的电磁损耗都是无法避免的，不仅会导致电主轴的热变形，而且会降低机床的加工精度和缩短机床寿命。而高速电主轴不同于普通电机，其有着更复杂的不稳定性、动力学和与速度有

3、关的性能。本文选用转速为30000r/min的电主轴作为研究对象，综合运用传热学，机械制图和ANSYS软件对此电主轴的热态性能做仿真和分析，主要工作如下：⑴本文介绍了电主轴的概念、结构特点和工作原理，并对电主轴的发展和国内外研究现状做了简要介绍。此外，对电主轴的组成也有介绍；⑵对本课题研究中主要的理论知识——传热学做了简要介绍。重点介绍了传热学中的基本三种换热方式（热传导、热对流、热辐射）。并对各种情况下的导热微分方程和三类边界条件做了简要介绍；⑶对电主轴的热源进行了分析介绍，并对电主轴的传热和散热做了分析，提出电主轴热源计算公式，计算出了各

4、个部件与空气或冷却水的换热系数；⑷通过ANSYS软件对电主轴进行仿真分析，并对结果进行了讨论，最后比较了不同冷却水的流量和不同横截面形状的水套对电主轴温升的影响。关键词：高速电主轴，ANSYS，热态特性，有限元分析II重庆大学本科学生毕业设计（论文）摘要II重庆大学本科学生毕业设计（论文）ABSTRACTABSTRACTHigh-speedCNCmachineisoneofmanufacturingtechnologybaseanddevelopmentdirections.Thehigh-speedspindleisthecoreofhig

5、h-speedtool,spindle’sperformanceisgreatlyaffectstheperformanceofthemachine.Thehigh-speedspindleisusuallyequippedwithabuilt-inmotor,sothatpowertransmissiondevicesareeliminated.However,anincreaseofthespindlespeedalsogeneratesadverseeffects.Thebearingfrictionheatandelectromagn

6、eticlossinhigh-speedspindleisunavoidable,thiswillcausethermaldeformationofthespindle,reducingthemachiningaccuracyandshortentoollife.Unlikeordinarymotor,high-speedspindlehasamorecomplexinstability,dynamics,andspeed-relatedperformance.Themodelinresearchisbasedonacustom-builth

7、ighperformancespindleofamaximumspeedof30000rpm.Useheattransfer,mechanicaldrawing,ANSYSsoftwaretomakesimulationandanalysisforthespindlethermalproperties.themainworksareasfollows:⑴Thespindlecharacteristicsandworkingprincipleareintroducedinthisarticle.Andmakeabriefpresentation

8、ofhigh-speedspindledevelopment.Inaddition,thecompositionsofthespindlearealsodescri