液体静压电主轴系统的热态特性分析与优化

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1、学校代号：学号：密级：10532S11021104公开湖南大学硕士学位论文液体静压电主轴系统的热态特性分析与优化AnalysisonThermalPropertiesofHydrostaticMotorizedSpindleSystemAndOptimizationbyYANChaoyingB．E．(HunanNormalUniversity)2011AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineering1nMechanicalEnginee

2、ringintheGraduateSchoolofHunanUniVersitySupervisorProfessorLIUJiangnanMay，2014湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：焉恕赵炙日期：∥仁年多月r日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规

3、定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密口，在年解密后适用本授权书。2、不保密日。(请在以上相应方框内打“√”)作者签名：导师签名：弘炙日期：洲弘年日期：加雄年b日￡日6月r日液体静压电主轴系统的热态特性分析与优化摘要随着高速数控机床的发展，电主轴技术逐渐发展起来。液体静压电主轴系统采用内置式电机结构，将带有冷却水套的电机定子直接装配到壳体内，转子和主轴通过过盈配合装

4、配为一体，使电主轴系统具有传动距离短、结构紧凑等诸多优点。但是由于其高速和结构集成带来的电机定转子和轴承温升高、电机功率损耗大等问题直接制约液体静压电主轴系统未来的发展。因此，需要对液体静压电主轴系统的热态特性进行研究，为电主轴的结构设计提供参考。本文主要研究内容如下：(1)对液体静压电主轴系统结构、热源和传热机理分析。液体静压电主轴系统部件的发热、传热与结构接触关系和系统工作状态密切相关。本文分析了液体静压电主轴系统的结构特点，电主轴系统以液体静压轴承为支撑，电机与机床主轴从结构上融为一体。分析系统的热源和传热机理，计算得到电主轴各部分零部件与周围环境、冷却

5、水、润滑油等对流换热系数；并从理论和数值仿真两方面对轴承摩擦功耗进行对比计算，结果表明理论计算结果与数值计算结果非常接近。(2)液体静压电主轴系统的热．结构耦合数值仿真计算分析。建立液体静压电主轴系统的有限元模型，在ANSYSWbrkbench对电主轴系统进行温度场分析，得到电主轴系统的温度场、最高温度值及其位置在前轴承处。然后将温度场作为温度载荷、加载约束，对电主轴系统进行热．结构耦合分析，得到系统在径向和轴向方向的热变形，最大热变形出现在主轴前端处；分析了工艺参数对主轴前端面径向变形的影响，并提出改善液体静压电主轴热态性能的措施。(3)基于液体静压电主轴系

6、统热分析对轴承结构参数进行优化。利用最优拉丁超立方试验设计方法进行试验设计，以轴承封油边长度、轴承长径比、轴承间隙为设计变量和轴承静刚度和轴承油膜最高温升为优化目标，建立近似模型；采用多目标遗传算法对近似模型进行优化求解，得到最优结构参数，使轴承的发热量最少，从而使液体静压电主轴系统热变形量减小。综上所述，本文通过理论分析、数值仿真研究了液体静压电主轴系统的热态特性，基于系统的热分析，对轴承结构参数进行了优化，为改善电主轴系统的热态性能和提高工件的加工精度具有一定的参考价值。关键词：电主轴；静压轴承：温度场：热变形；多目标优化II硕士学位论文AbstractW

7、iththerapiddeVelopmentofhighspeedCNCmachinetools，motorizedspindletechnologyhasbeendeVeloped．Built—inmotorisusedinhydrostaticmotorizedspindlesystem，andthemotorstatorwithacoolingwaterjacketisfittedtothehousingdirectly．Rotorandspindleassemblyasawholebyinterferencefitmakesthemotorizedsp

8、indlesystemtheshort