数控机床电主轴单元热-结构特性动态分析

分析了高速电主轴单元热变形机理与散热机制,对主轴单元热态特性要求进行了描述,利用AN-SYS对高速电主轴进行了热-结构耦合分析。通过改变电主轴有限元模型中的边界条件,对不同转速、润滑方式、冷却结构设计、内装式电机选择条件下电主轴热-结构特性进行了对比分析。根据分析结果,提出了改善电主轴热态特性的措施,为电主轴冷却结构设计提供了参考。     

高速电主轴冷却系统试验研究

针对高速电主轴实际运行中主轴内部发热量大、温度升高等导致主轴热变形而影响电主轴加工精度问题,以某型电主轴为研究对象,通过仿真与试验结合的方法探究冷却系统冷却能力。阐述电主轴热态特性;分析螺旋和循环冷却系统的有限元仿真结果;进行冷却系统对比试验,验证仿真结果。结果表明:螺旋冷却系统稳态下整体冷却效果和冷却速率都优于循环冷却系统。研究结果为电主轴设计、优化与开发提供了一定的技术参考。     

接触热阻对高速电主轴热态特性影响研究

为了研究接触热阻对电主轴热态特性的影响,建立考虑接触热阻的电主轴热模型。采用有限元方法对电主轴进行热-结构耦合分析,计算各结合面接触热阻,并利用仿真研究结合面接触热阻中粗糙度和接触压力对电主轴热态特性的影响。对电主轴的电机损耗发热和前后轴承摩擦生热进行计算。以100MD60Y4型号的电主轴为研究对象,通过三维有限元模型分析结合面接触热阻对电主轴热态特性影响,将有无接触热阻两种条件下温度场和热变形仿真结果与实验结果对比,结果表明考虑结合面接触热阻仿真内部温度场不均匀性增大、整体温度更高、热变形量更大,其仿真结果更接近实验值。     

两种不同材料的电主轴磁-热耦合有限元仿真分析

电主轴热态稳定性影响电主轴整体工作性能,作为电主轴主要热源的内置电机对电主轴热态性能的影响是设计过程中优先考虑的问题之一。电主轴生热小,散热快是保证其优良热态性能的前提。基于电主轴电磁损耗生热机制和电主轴传热散热机制,建立电主轴有限元模型。提出一种电主轴磁-热耦合分析方法,分析电主轴额定转速下内置电机的磁场和温度场,监测电主轴内置电机各部分温度场以及瞬态温度。以170SD30陶瓷电主轴与金属电主轴作为分析对象,分析了采用新型陶瓷主轴材料对改善电主轴内置电机温度场分布的影响。结果表明:陶瓷电主轴电磁损耗小于金属电主轴电磁损耗,在电机损耗热的影响下,陶瓷电主轴温度低于金属电主轴温度。     

铝合金搅拌摩擦焊电主轴冷却系统的设计与仿真

铝合金搅拌摩擦焊电主轴作为铝合金搅拌摩擦焊机床的核心部件,其热态稳定性影响着机床的高质量的焊接。为有效预测并控制铝合金搅拌摩擦焊电主轴运转过程中的热态性能及其对铝合金搅拌摩擦焊主轴焊接质量的影响,建立铝合金搅拌摩擦焊电主轴水路的热态分析有限元模型,分析热稳定状态下铝合金搅拌摩擦焊电主轴水路的温度场分布以及冷却系统对铝合金搅拌摩擦焊电主轴温升的影响,分析结果表明,提高铝合金搅拌摩擦焊电主轴现有冷却系统的冷却效率可有效控制主轴电机和内置轴承的温升;同时,仿真分析冷却水路对铝合金搅拌摩擦焊电主轴温升的影响,揭示铝合金搅拌摩擦焊电主轴温度场分布的非线性特征。进行合理的轴承配置、选择合适冷却水道尺寸以及增加冷却水流量均可有效改善电主轴热态性能。     

高速永磁同步电主轴的热态特性研究

为探究高速永磁同步电主轴温度场的分布规律,并在此基础上提出改进热态特性的措施。本文在介绍了永磁同步电主轴散热机理的基础上,分析并计算了电主轴的热态参数,建立电主轴热态特性的有限元分析模型,并借助ANSYS Workbench有限元分析软件进行了稳态和瞬态的温度场仿真和求解。结果表明整个主轴温度场分布很不均匀,温度相差较大;而前、后轴承的温度变化趋势基本一致。因此要改善电主轴的热态特性,有必要合理分布主轴系统的冷却装置并适当增大相关流体参数。     

基于热接触分析的电主轴热态特性研究

采用热接触有限元分析方法对电主轴的温度场进行了分析,并且通过实验对有限元分析模型进行了校核和验证,提出了改善电主轴热态特性的措施,对改进措施的效果进行有限元分析,分析表明改进措施具有良好效果。分析了在油脂润滑和油-气润滑条件下电主轴温升所引起的的热变形,结果表明降低主轴温升对减小主轴的热变形具有明显效果。     

螺旋水套与轴向水套水冷系统流固耦合对比分析

水冷系统具有体积小、散热效率高等优点,是解决电主轴散热问题中的重要途径。文章以数值传热学为基础,利用有限元分析方法对电主轴结构常用的螺旋水套与轴向水套两种冷却系统方案进行流固耦合对比分析,给出了两种冷却方案在冷却效果上的差异。为电主轴设计过程冷却系统选取及电主轴热分析提供参考。     

电主轴热特性分析与基于自然指数的热误差建模

提出了一种基于自然指数的数控机床电主轴热误差建模方法。通过对电主轴结构及温度场的分析,得到用于电主轴热特性有限元分析的几何模型和热边界条件,利用ANSYS对电主轴进行热特性有限元仿真分析,得到电主轴的稳态温度场与稳态变形场。电主轴任意转速下的热误差可通过自然指数模型来描述,但需要确定任意转速下的热平衡时间常数和稳态热误差两个参数,为此给出了两个参数的计算方法。在一台加工中心上进行任意转速下的电主轴热误差测量实验,结果表明：自然指数模型具有很好的鲁棒性和很高的准确性。     

高速大功率电主轴的油水热交换系统设计

高速电主轴是实现高速加工的首要关键技术,文章对电主轴的电机基本结构和发热特性进行了分析,并设计出对电机定子进行循环冷却的油水热交换系统,通过有限元分析结果表明油水热交换系统能较好地解决电机定子的散热问题.