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。     

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.     

100MD60Y4高速电主轴热特性影响因素实验

目的研究油气润滑系统及转速各参数对高速电主轴温度与热变形的影响,为提高数控机床加工精度提供理论依据.方法采用单一因素实验法,基于恒温水冷控制系统和油气润滑系统实验平台进行电主轴热变形实验;实验分析进气压力、供油时间间隔、单次供油量及转速四个参数对电主轴各位置温度及轴头位置热变形的影响.结果适当的进气压力及润滑油量可以使主轴各部分温升与轴头位置热变形量相对较小,转速对于电主轴的温升及热变形影响较为显著,且转轴Z方向(轴向)热变形量最大,转速为16 000 r/min时,变形量可达到83.562μm.结论电主轴油气润滑系统中的进气压力、供油时间间隔、单次供油量以及转速对电主轴各位置温度及转轴X、Y、Z三个方向热变形量均有影响.     

电主轴轴心冷却用环路热虹吸管的传热特性

为了加强电主轴轴心冷却、减小电主轴的热变形,以150SD型磨削电主轴转子为对象,采用单环路热虹吸管来冷却主轴轴心,利用环路热虹吸管无需外部动力及传热效率极高的特征,从原理上避免了"动密封"问题对电主轴轴心冷却的困扰。对高离心力作用下单环路热虹吸管内传热工质的流动及传热状态进行了理论分析;以正戊烷为工质,对适用于该主轴轴心冷却尺寸的环路热虹吸管的传热特性进行了实验研究,并对其应用于电主轴轴心冷却的实际效果进行了预测。结果显示:在文中的实验工况下,单环路热虹吸管的运行温度稳定,其传热性能在充液率为60%左右时达到最佳,热阻仅为0.57℃/W;当采用4根单环路热虹吸管冷却结构时,150SD型磨削电主轴转子的最大温升为28.5℃,且这一温升数值随着转速的增加而继续减小,表明单环路热虹吸管在电主轴轴心冷却方面具有良好的应用效果。     

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.     

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。     

高速电主轴热特性仿真与实验研究

对高速电主轴温度场分布随转速的变化规律进行了研究。通过在外壳上布置一定数量的温度传感器,对不同转速下的外壳温度进行实时测量,并将实验结果与ANSYS的模拟结果进行对比,验证了采用在电主轴外壳上布置多个测点测量与仿真相结合的方法来预测电主轴内部温度场分布的可行性;另外还分析了在不同转速下,高速电主轴关键部位的温升,仿真结果表明:主轴在6000~10000 r/min时,温升呈线性增加,在大于10000 r/min后,温升以指数规律增加。     

高速木工机械电主轴热态特性分析

介绍了高速木工机械电主轴的特点,分析了高速木工机械电主轴单元的热变形机理.建立了某型高速木工机械电主轴热态特性有限元分析模型,利用ANSYS进行了稳态温度场分析,并利用分布加载瞬态热分析模拟了机床的实际工作情况,得到了电主轴的温度场分布情况,为有效控制电主轴的温升提供了理论依据.在分析结果的基础上,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.     

高速高精度数控车床主轴系统的热特性分析及热变形计算

基于现代机床热特性设计要求,利用有限元法对某型高速高精度数控车床主轴系统进行了热特性理论建模与分析.结果表明,当主轴转速为8000r/min时,系统经3h达到热平衡,其最高温升位于前轴承内圈处.进一步计算主轴系统的热变形,并通过对主轴箱体散热筋板的合理布局和优化设计,有效降低了主轴头部的径向跳动和端跳误差,使其小于2μm,均能满足设计要求.特别是主轴头部的径向跳动误差经优化设计后进一步减小为1.55μm,优化效果非常明显.     

机床电主轴热特性卷积建模研究

针对机床电主轴系统温度与热误差普遍存在的非线性等建模难题,提出了一种卷积建模方法。通过传热理论分析与实验数据相结合的方式,对电主轴系统内部测点温度与热源、换热边界条件的复杂关系进行了有效简化,建立了热源温度与测点温度间的微分方程,并给出了响应函数。通过粒子群算法进行响应函数参数的优化,使用热源测点温度变化量与响应函数的卷积积分来估算电主轴系统的各部分温度,并在此基础上,通过卷积参数优化建立了电主轴y方向热误差模型。结果表明,在电主轴系统热特性非线性最严重的运行初始阶段和升降温拐点处,卷积模型比线性模型更能描述电主轴的温度和热变形规律,温度拟合效果在开机初始200 min内最高提升了83.9%,y方向热误差的拟合误差在前100 min由44.07%提高至97.1%。该研究为电主轴和机床温度与热误差建模提供了一种新的有效思路。