高速电主轴单元的热结构性能虚拟仿真分析

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1、$机床与液压%$""4Q8)Q/$,>JD,!高速电主轴单元的热2结构性能虚拟仿真分析胡秋!何东林"中国工程物理研究院机械制造工艺研究所!四川绵阳4$/W""#摘要!主轴单元的热变形是高速加工中影响精度的主要因素!本文利用大型有限元分析软件18DaD对高速电主轴进行了热2结构耦合分析!计算结果显示"设计的高速电主轴单元主轴轴承#主轴前端温升理想"工作端轴向热位移很小!这表明设计的电主轴具有良好的热2结构性能"可以满足加工精度要求!关键词!高速主轴单元$热2结构性能$虚拟仿真中图分类号!,fY"$(,6/$$00文献标识码!100文章编号!/""

2、/2!33/"$""4#/$2$"Y2$X%(*’)6M3/(1)620*(’:*’()6+%1’6)*%"#"$2%&3+4//,+4%#,6/O#%*%#!N!7):3%#/M""66Jk&<"67%)*:G&*%5F&*’1E’+9(97*:&*99I&*:-FNL&EL">*LM&M

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5、须对高速电主轴的热态特性进行分析"以减少电主轴的温升和热变形!由于结构#边界条件的复杂性"采用理论计算对主轴单元进行热2结构分析计算几乎不可能$长期以来主要采用的经验类比法盲目性大"设计制造周期长"成本高!虚拟仿真分析技术是一种先进的新方法"具有其它方法无法比拟的优点"如节省投资#缩短产品开发周期等!它主要借助于大型有限元分析软件"通过对样机模型进行经过二次建模得到其数学模图/0高速电主轴热态分析有限元模型型"从而求得样机的某些特性和参数!$"定解条件对高速电主轴热分析的求解内容包括温度场计定解条件包括几何条件#物理条件#时间条件和算#热位移场

6、计算"这是一个典型的热2结构耦合场边界条件!几何条件在建模中得到体现"物理条件主分析问题!在18DaD中提供顺序耦合方法和直接耦要指各材料物性参数"时间条件在这里表现为初始温合方法两种分析方法!本文采用直接耦合法进行研度"边界条件主要包括电机#轴承生热率#冷却水及究"并对电主轴进行热2结构分析!空气等的对流换热系数等!#"高速电主轴热(结构分析建模与分网滚动轴承摩擦力矩的确定可采用试验法或者理论由于电主轴几何特性#热载荷及边界条件的对称计算法"实验法须采用专门的实验平台"投资大"本性"高速电主轴整体上可视为轴对称结构"取电主轴文中采用Db_新的

7、摩擦力矩理论对轴承发热进行计剖面的一半进行建模!定子冷却套上的螺旋槽等效为算!Db_新的摩擦力矩理论考虑了导致摩擦的不同原环形槽!电主轴中的6Db拉刀机构#拉刀气缸支座因’滚动摩擦力矩#滑动摩擦力矩#密封件的摩擦力不参加有限元的建模!忽略所有的螺钉#通气#通油矩和由于拖曳损失#涡流和飞溅等导致的摩擦力矩!孔以及其它一些细小结构!摩擦力矩按下式计算’对模型选用-^187/!平面耦合单元进行网格划QZ$#S=$%SQ%%]QSH]QL9’G]Q+I’:分!选定单元后"对高速电主轴有限元分析模型进行式中’Q为总摩擦力矩$Q%%为滚动摩擦力矩$QSH为

8、!基金项目!中国工程物理研究院基金资助项目%$"".=.$/".&,>JE,$机床与液压%$""4Q8)Q/$滑动摩擦力矩$Q为密封轴承中密封件的摩擦