内置式电主轴动态及热—结构耦合特性的研究

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1、柯蒋矣tHebeiUniversityofEngineering.、、硕士学位论文目；______内谓1式:由,丰$由杰及热一结核1耦合特性的研究作者姓名：时玉冰指导教师：魏效玲教桴学科专业：机械工程所在学院：机电工程学院提交论文日期：歷年J月L日独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研宄工作所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的研宄成果，也不包含为获得河丄程大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研宄做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中作

2、了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名:M王*•I签字日期：如片年占月：2•上日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解河北工程大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权河北工程大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名:0玉签字日期:年G月日导师签名：孤、政*签字日期：w俾/月W日工学硕士学位论文内置式电主

3、轴动态及热—结构耦合特性的研究河北工程大学2015年5月分类号：密级：公开UDC：单位代码：10076工学硕士学位论文内置式电主轴动态及热—结构耦合特性的研究作者姓名：时玉冰指导教师：魏效玲教授申请学位级别：工学硕士学科专业：机械工程所在单位：机电工程学院授予学位单位：河北工程大学ADissertationSubmittedtoHebeiUniversityofEngineeringFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringResearchoftheBuilt-inElectricSpindleDy

4、namicandThermal-structureCouplingCharacteristicsCandidate：ShiYubingSupervisor：Prof.WeiXiaolingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：MechanicalEngineeringCollege/Department：CollegeofMechanical&electricalHebeiUniversityofEngineeringMay,2015摘要摘要高速加工技术作为机械加工制造

5、产业的先进技术，对提高零件的加工效率和表面质量起了重要作用。主轴转速的提高使主轴轴承发热严重，同时产生严重变形，影响零件加工精度。因此，对主轴单元主要部件进行动态及热—结构耦合特性的分析意义重大。本课题首先对主轴系统进行总体结构设计，包括电机、支承轴承的选择、各主要部分参数的确定与计算校核；其次，采用有限元分析法对电主轴进行动态特性的研究，用Solidworks建立主轴系统的三维模型，导入ANSYS有限元分析软件先采用分块法进行模态分析，再采用模态叠加法对主轴有限元模型进行谐响应分析；然后，采用顺序耦合分析法进行电主轴单元的热—结构耦合特

6、性的分析，在确定边界条件后，进行稳态热分析，再对热应力和热位移进行研究；最后，采用零阶函数逼近优化法对主轴热变形量作进一步优化。通过模态分析，得到电主轴前六阶的固有频率及振型，求解主轴临界转速，验证主轴设计参数的合理性；通过谐响应分析，得到电主轴两端径向位移与频率的关系曲线，发现发生裂纹的薄弱点是电机转子部分，提出采取提高前轴承预紧力、适度调整电主轴的跨距和前悬伸量的方法，改善电主轴的动态特性。通过热态分析，得到了电主轴温度分布、热变形和热应力场分布图，发现电机转子温升、径向位移量最大，外壳轴向位移量最大，轴承处应力变化最大。通过对主轴热

7、变形的优化，降低了主轴前端的热变形均值，减小了最大变形量，降低了电主轴轴线跳动，提高了主轴传动精度。关键词：电主轴；ANSYS有限元分析；动态特性；热—结构耦合特性；优化IAbstractAbstractHighspeedmachiningtechnology,asmechanicalprocessingandmanufacturingindustryofadvancedtechnology,hasplayedanimportantroletoimprovetheproductionefficiencyofmachiningmanufac

8、turingandthequalityofproducts.Theincreaseofspindlespeedmakesthespindlebearingseverefever,whichma