高速电主轴油气润滑产生的油雾对空气质量的影响

目的研究电主轴润滑系统供气压力、供油量、供油间隔及主轴转速4个参数对电主轴油雾粒径的影响;分析各因素对油雾粒径影响的显著性,计算得出各因素对油雾粒径的影响强度.方法以100MD60Y4电主轴产生的油雾为研究对象,通过单一因素试验方法分析供气压力、转速、供油量及供油间隔因素对油雾颗粒粒径分布的影响,利用单因素方差法证明各因素对油雾粒径PM2.5和PM10均具有显著性影响.结果供气压力为0.29 MPa时对空气质量影响最小,为保证加工环境空气质量,加工过程中应尽量避免转速在18 000~24 000 r/min、供油量在13.5~17 m L/h、供油间隔在45~90s工作.结论电主轴系统供气压力、供油量、供油间隔及转速对电主轴油雾粒径均有显著性影响.对油雾粒径小于等于PM2.5所占比例的影响强度从大到小依次为:供油间隔、供气压力、转速、供油量;对油雾粒径小于等于PM10所占比例的影响强度从大到小依次为:供气压力、供油量、供油间隔、转速.     

基于损耗实验的电主轴温度场分析

目的分析高速电主轴温度场分布情况,为研究高速电主轴温升、热变形预测提供理论依据.方法建立高速电主轴1/4三维有限元模型,基于损耗实验计算主轴电机及轴承生热率前提下分析高速电主轴温升分布情况.通过电主轴测试系统建立温升实验,测量高速电主轴外壳不同部位温升验证有限元仿真结论.结果仿真结果表明:高速电主轴稳态温度场中转子处温度最高,温度为84.4℃;高速主轴壳体最高温升出现在电主轴轴头处,温升为23℃,与实验结果相比误差为8.6%.结论通过分析温升仿真和实验得到高速主轴外壳不同部位温升不同,外壳温度变化是一个非线性变化过程,前2000s温度快速升高,2000s后温度逐步稳定.此结论为有效控制高速主轴温升,减小主轴变形及提高主轴精度提供理论基础.     

镗铣加工中心主轴系统热误差测量实验研究

目的通过对TX1600G复合式镗铣加工中心主轴部件热误差测量实验研究,找到主轴热关键点位置,检测其温升情况以及其热变形,进而确定产生热误差的主要影响区域.方法设计温度与热误差测量实验方案,采用红外热像仪布置和优化温度测点,并采集温度数据,对比各位置测点的温升情况确定热关键点;采用API主轴分析仪测量X、Y、Z三个方向的热变形值,对比数据进而确定热变形最大的方向.结果主轴在转速3 000 r/min下,当实验达到热平衡时,Z向热伸长最大;主轴中部的前后端轴承位置的温升较大,为热关键点,且Z向热变形曲线与温升曲线的趋势基本相同.结论加工中心主轴在实际运行中的误差主要是由温升引起的轴向热伸长误差,控制Z向伸长热变形能有效地提高加工精度.     

轴芯冷却电主轴热特性分析的数值模拟与实验研究

为了改善高速高精密机床电主轴"外冷内热"的现状,基于电主轴热薄弱点分析,提出了一种轴芯冷却结构及系统;进行了轴芯冷却电主轴热特性实验,并结合热特性有限元数值计算模型研究了转速、负载和冷却油流量对电主轴热特性的影响。实验结果表明:该轴芯冷却结构和系统可显著减小不同转速和负载下电主轴系统内部各部件的温升;与没有轴芯冷却的常规电主轴相比,在轴芯冷却油流量为2.5L/min时,轴芯和轴承测点温升均减小了50%左右,轴芯轴向热变形减小了50.8%,系统热平衡时间减小了66.7%,从而提高了机床电主轴的加工精度和加工效率;轴芯冷却油流量从1.5L/min增大到2.5L/min时,系统热平衡时间减少。     

高速电主轴热态特性的ANSYS仿真分析

分析高速电主轴的发热和散热特性,建立高速电主轴热态分析有限元模型.运用 ANSYS有限元软件,分析热稳定状态下电主轴的温度场分布以及冷却润滑系统对电主轴温升的影响.分析结果表明,提高电主轴现有冷却润滑系统的冷却效率可有效控制轴承的温升,但对转子轴的温升影响很小,要有效控制转子轴的温升和提高电主轴的精度和寿命,必须研究转子轴的冷却途径和方法.同时,仿真分析转速对电主轴温升的影响,揭示电主轴温度场分布的非线性特征,为电主轴温升的在线监测和控制提供理论依据.     

混合陶瓷球轴承油气润滑与预紧力的实验研究

对混合陶瓷球轴承的油气润滑和预紧进行了试验研究。具体测试了轴承预紧力、油气润滑供油量以及主轴转速对主轴温升的影响关系，确定了混合陶瓷球轴承合理的油气润滑参数和预紧力，并与钢轴承进行了试验对比。     

150MD24Y20高速电主轴热特性分析

目的分析电主轴热变形产生及分布,为研究电主轴热误差,提高主轴加工精度提供理论依据.方法基于电主轴稳态温度场分布,采用ANSYS顺序耦合理论,分析高速电主轴热变形分布情况.通过电主轴测试系统建立热变形实验,测量高速电主轴工作端热变形,验证有限元仿真结果.结果仿真结果表明:随着电主轴速度增高,主轴热变形和温升也越来越大.电主轴在热稳态下,沿着轴向伸长而径向弯曲变形.结论当主轴材料一定,热变形与速度几乎呈线性关系,同时,主轴温升越大,热变形越大.此结论为有效控制主轴热变形,减小热误差及提高主轴稳定性提供理论基础.     

基于热流网络法的电主轴支撑系统热特性研究

以ADGM15数控车床电主轴为研究对象,基于热流网络法的思想,建立电主轴前端主轴、轴承和轴承座为一体的支撑系统热传递模型。计算和分析了不同工作转速和载荷下的支撑系统温度场分布情况。研究结果表明:速度对支撑系统温升及温度分布影响最大,轴向载荷和径向载荷对支撑系统温升及温度分布影响相同,温度最高点位于轴承的球和内滚道接触区域上。仿真结果和计算结果的误差小于4.5%,这说明所建立的温度节点模型是可靠的,可为下一步计算和分析电主轴热变形提供依据。     

高速电主轴温度分布及其影响因素

目的分析170SD30电主轴温度场分布情况,为提高主轴加工精度提供理论依据.方法建立电主轴数学模型及1/4三维几何模型,实验验证电主轴模型的可靠性.利用COMSOL软件模拟电主轴的温度分布,研究主轴转速、径向磨削力对电主轴温升的影响.结果电主轴的最高温度出现在后轴承处,温度为47.7℃;电主轴最低温度出现在冷却水水道处,温度为16.2℃;转子到定子间的空气温度迅速递减;在冷却液流量达到0.35 m3/h时,对比电主轴后轴承外表面处温度的实验数据与模拟数据,平均温差为0.25℃,误差为1.3%.结论轴承和转子处于高温区,由于轴承发热率大,而后轴承所处位置的结构不利于散热,导致后轴承温度最高;由于定、转子间隙的传热系数低,致使转子到定子的温度急剧降低;转速对后轴承温升影响最大,而磨削力对前轴承温升影响最大.     

基于PLS的高速电主轴热变形建模与分析

目的提出偏最小二乘方法(Partial Least Squares,PLS),对不同工况下的电主轴热变形进行预测,并分析多个温度变量和三维热变形的相关关系.方法以型号为150MD24Z7.5的电主轴为研究对象,采用精密传感器测量稳态条件下电主轴的热变形和温升数据,根据PLS模型内部分析机理,利用提取的主成分对变量的解释能力、精度及变量整体相关关系进行分析.结果分析结果验证了自变量温升之间存在多重相关性,采用PLS方法建模有益于模型精度的提高,模型提取的主成分能够反应原始变量的大多数信息,自变量温升和因变量热变形之间存在明显的线性相关关系,PLS模型的预测精度优于多元回归模型.结论电主轴热变形的PLS模型预测精度较高,适用于实际加工工况,对热误差的补偿具有补充意义.     

永磁同步电机电主轴热-结构耦合计算方法

为了深入研究永磁同步电机电主轴热特性,综合考虑轴承热诱导预紧力及润滑油黏温效应等因素,并基于系统内部多参量耦合作用关系,建立永磁同步电机电主轴热-结构耦合计算方法.以某型号永磁同步电机电主轴为研究对象,进行了温升及热变形测量,试验结果与仿真计算对比表明所建立的计算方法具有足够的精度.采用该计算方法分析了永磁同步电机电主轴热特性,结果表明:电主轴转子温升较低,前后轴承受配合方式、装配位置及热诱导预紧力等因素影响,使轴芯沿轴向存在13℃左右的温差,导致电主轴轴向热伸长成为影响加工精度的主要原因.     

一种新型轴芯冷却电主轴的热特性分析

为了进一步改善高速精密机床电主轴的热特性,提出了一种新型轴芯冷却结构,在电主轴轴芯均布多个U形冷却单元,通入冷却介质,可对轴芯和轴承进行高效冷却;建立了电主轴热-结构耦合分析模型,并基于模型研究了该冷却结构对电主轴热特性的影响。结果表明:该轴芯冷却结构能有效控制电主轴系统的温升,与无轴芯冷却的电主轴相比,电主轴总热变形减小了50.2%,系统热平衡时间缩短了50%,从而进一步提高了加工精度和效率;通过调节冷却介质的参数,电主轴在不同转速下的轴向热变形的变化量可控制在2μm以内。     

数控机床电主轴热敏感特性分析及试验研究

建立了数控机床电主轴的热动力学模型,基于热动力学理论对电主轴系统的热源分布及温度场的传热特性进行分析.采用互相关和互信息量算法研究了数控机床电主轴系统的热敏感特性,分析了温度场对热变形的影响规律及耦合特性,结果表明电主轴系统存在热敏感区域并具有热漂移特性.通过在热敏感区域内筛选温度敏感点从而建立热误差预测模型,实现了对电主轴轴向和径向热变形建模和预测.以YK73200数控齿轮磨床为试验平台开展了电主轴系统的热敏感特性试验.通过对磨床电主轴系统热变形预测值与实测值进行分析和对比,验证了电主轴系统热敏感区域温度与相应热漂移之间的内在关系模型,试验结果为开展精密数控机床热误差补偿技术研究提供理论指导和实验基础.     

电主轴温升和热变形的研究

本文叙述工农兵学员在大功率电主轴的设计、试制和试验中，坚持辩证唯物主义的观点，分 析了试制电主轴的各种矛盾，找出了主要矛盾──温升。针对温升和由它引起的热变形，在主轴 轴承的预紧、润滑和电机损耗等发热问题上采取了一系列措施，取得了明显的效果。同时在外壳 采用了流体沿筒壁螺旋线受迫对流式的冷却，以加强散热。 根据以上分析和试验而试制成功的电主轴在高速运转时，温升和热变形都比较正常，其它各 项性能指标也都比较理想。     

高速磨床电主轴热刚度耦合模型的分析与优化

提出了基于Timoshenko梁理论的主轴刚度与热的耦合模型,基于有限元方法,通过研究电主轴主要结构参数与润滑方式对主轴刚度和前轴承温升的影响,模拟了主轴的刚度与热性能,给出了高速电主轴系统优化方案.研究结果表明,选用油气润滑方式,当滚珠直径为10.25mm、主轴直径为100mm时,优化后前轴承的温升从优化前的26.2℃降低至22.0℃,相应地,主轴刚度从195N/μm增加至220N/μm.     

100MD60Y4电主轴油气润滑系统建模及空气流场分析

目的研究不同转速条件下电主轴内部空气流场分布情况.方法建立100M D60Y4电主轴油气润滑流道有限元模型,对不同转速的电主轴内部空气流场进行仿真模拟.结果空气流体在流经轴承时,并排安装的两个轴承有一个不能得到充分润滑;随着电主轴转速的增加,流体在电主轴前、后端的出口流速均随之增大,且前端出口速度变化剧烈,后端出口变化平稳;分析电主轴前后两端出口压力云图发现,前端出口存在回流现象,回流现象随着转速的增加变得更为剧烈;随着电主轴转速的升高,电主轴轴承等关键部位冷却效果有明显提高.结论转速增加,电主轴前后两端出口处流体流速增大,前端出口处回流严重,关键部位冷却效果有明显提高.     

超临界二氧化碳/聚苯乙烯挤出发泡的单相溶液

为得到微孔发泡塑料,对影响挤出发泡中超临界二氧化碳/聚苯乙烯(SCCO2/PS)单相溶液形成的因素进行了研究,分析了挤出机进气点位置、螺杆结构及系统温度和压力等因素对单相溶液的影响.实验表明:轴向进气点位置对进气的稳定性影响很大,径向圆周上的多点进气和较低的气体温度有利于优质单相溶液的形成;螺杆转速的增加将降低单相溶液的品质;输送过程中较高压力和较低温度有利于保证单相溶液品质.文中还给出了获得优质二氧化碳/聚苯乙烯连续挤出发泡单相溶液的理想条件.     

隔热涂层对磨床主轴动静压轴承热变形的影响研究

为了减少热变形,提高高速精密磨床砂轮主轴系统的精度,将隔热涂层应用于深浅油腔动静压轴承.应用FLUENT和ANSYS两个有限元软件联合仿真分析了不同厚度与不同热导率的隔热涂层在不同的动静压轴承供油压力、主轴转速等因素下的轴承热-结构特性.结果表明:动静压轴承的温度和热变形以及它们的均布程度,都随着隔热涂层厚度的增大逐渐降低,随着隔热涂层热导率的减小而减小,随着轴承供油压力的增加而减小,随着轴承主轴转速的减小而减小;隔热涂层还具有均化轴承温度场和热变形分布的作用.高性能隔热涂层将明显降低轴承主轴热变形并且使其热变形均布,最终明显提高高速精密磨床砂轮主轴系统的加工精度.     

多参量耦合的电主轴热特性建模及分析

为了深入研究电主轴热特性,通过分析轴承非线性力学特性与热效应间的耦合作用机制,建立了综合考虑热诱导预紧力和黏温效应的轴承动态生热计算模型;在引入接触热阻的基础上,基于系统内部多参量耦合关系,建立了电主轴热-结构耦合计算方法。以某型号电主轴为试验平台,进行了温升及热变形试验,利用试验数据对所建模型和分析方法进行了验证。最后,采用所建模型,对电主轴进行了热特性分析,结果表明:不同工况下电主轴仿真结果与试验数据吻合度良好,所建模型和分析方法进一步提高了仿真计算精度;电主轴温度场分布表现为外冷内热;轴芯热积聚导致的电主轴轴向热伸长是影响加工精度的主要因素;受到配合方式和装配位置的影响,轴承在温升过程中预紧力不断减小。     

涡旋式压缩机润滑系统的特性分析

为了探究涡旋式压缩机润滑系统的供油特性及随转速的变化规律,通过对涡旋式压缩机润滑系统的全面分析,建立了第二循环油路油量分配模型和润滑油流量与转速的关联数学模型,获得了润滑油流量随转速的变化规律.应用计算流体动力学软件进行数值计算和流场分析,将理论计算结果与模拟结果进行比较,两者吻合较好.主轴供油量、主副轴承供油量均随转速的增大而增加,主轴与壳体间缝隙的泄漏量与转速大小无关.