液體靜壓電主軸系統(tǒng)的熱態(tài)特性分析與優(yōu)化.pdf

1、隨著高速數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，電主軸技術(shù)逐漸發(fā)展起來(lái)。液體靜壓電主軸系統(tǒng)采用內(nèi)置式電機(jī)結(jié)構(gòu)，將帶有冷卻水套的電機(jī)定子直接裝配到殼體內(nèi)，轉(zhuǎn)子和主軸通過(guò)過(guò)盈配合裝配為一體，使電主軸系統(tǒng)具有傳動(dòng)距離短、結(jié)構(gòu)緊湊等諸多優(yōu)點(diǎn)。但是由于其高速和結(jié)構(gòu)集成帶來(lái)的電機(jī)定轉(zhuǎn)子和軸承溫升高、電機(jī)功率損耗大等問(wèn)題直接制約液體靜壓電主軸系統(tǒng)未來(lái)的發(fā)展。因此，需要對(duì)液體靜壓電主軸系統(tǒng)的熱態(tài)特性進(jìn)行研究，為電主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。本文主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)

2、對(duì)液體靜壓電主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、熱源和傳熱機(jī)理分析。液體靜壓電主軸系統(tǒng)部件的發(fā)熱、傳熱與結(jié)構(gòu)接觸關(guān)系和系統(tǒng)工作狀態(tài)密切相關(guān)。本文分析了液體靜壓電主軸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，電主軸系統(tǒng)以液體靜壓軸承為支撐，電機(jī)與機(jī)床主軸從結(jié)構(gòu)上融為一體。分析系統(tǒng)的熱源和傳熱機(jī)理，計(jì)算得到電主軸各部分零部件與周?chē)h(huán)境、冷卻水、潤(rùn)滑油等對(duì)流換熱系數(shù);并從理論和數(shù)值仿真兩方面對(duì)軸承摩擦功耗進(jìn)行對(duì)比計(jì)算，結(jié)果表明理論計(jì)算結(jié)果與數(shù)值計(jì)算結(jié)果非常接近。
　　(2)液體靜壓電

3、主軸系統(tǒng)的熱-結(jié)構(gòu)耦合數(shù)值仿真計(jì)算分析。建立液體靜壓電主軸系統(tǒng)的有限元模型，在ANSYSWorkbench對(duì)電主軸系統(tǒng)進(jìn)行溫度場(chǎng)分析，得到電主軸系統(tǒng)的溫度場(chǎng)、最高溫度值及其位置在前軸承處。然后將溫度場(chǎng)作為溫度載荷、加載約束，對(duì)電主軸系統(tǒng)進(jìn)行熱-結(jié)構(gòu)耦合分析，得到系統(tǒng)在徑向和軸向方向的熱變形，最大熱變形出現(xiàn)在主軸前端處;分析了工藝參數(shù)對(duì)主軸前端面徑向變形的影響，并提出改善液體靜壓電主軸熱態(tài)性能的措施。
　　(3)基于液體靜壓電主軸系

4、統(tǒng)熱分析對(duì)軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。利用最優(yōu)拉丁超立方試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以軸承封油邊長(zhǎng)度、軸承長(zhǎng)徑比、軸承間隙為設(shè)計(jì)變量和軸承靜剛度和軸承油膜最高溫升為優(yōu)化目標(biāo)，建立近似模型;采用多目標(biāo)遺傳算法對(duì)近似模型進(jìn)行優(yōu)化求解，得到最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)，使軸承的發(fā)熱量最少，從而使液體靜壓電主軸系統(tǒng)熱變形量減小。
　　綜上所述，本文通過(guò)理論分析、數(shù)值仿真研究了液體靜壓電主軸系統(tǒng)的熱態(tài)特性，基于系統(tǒng)的熱分析，對(duì)軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，為改善電主軸系