基于240-XDJ24Y型高速电主轴的热态分析和冷却系统的研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 10次 | 上传用户:qingfeng44
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高速数控机床(CNC)是现代机械制造业的技术砥柱和发展方向之一,它的工作性能主要取决于高速主轴的热稳定性能,所以数控机床的热稳定性能对机械加工系统的加工精度、以及稳定性能起着关键性的作用。而高速数控机床赖以实现上述优点的关键技术之一在于采用了关键功能部件高速电主轴。高速电主轴融合了高速电机技术、高速轴承技术、油水冷却润滑技术等。它的优点主要有:减少了齿轮直接传动的中间传动环节,避免了传动链产生的噪音和震动,从而提高了主轴综合精度;并且高速电机的机械结构相对比较简单;在电机的选用中,高速电主轴采用三相交流变频和PLC控制调速技术,从而使主轴的调速范围增宽,动态特性趋向于稳定。本文首先介绍了高速电主轴的基本工作原理和结构,然后对高速电主轴各个部位的热损耗进行分析以及对高速电主轴的定转子传热转化和温升理论计算,在此基础上建立高速电主轴的有限元模型,并用大型有限元分析软件ANSYS分析冷却前和冷却后的温度场分布,设计电主轴定转子联合冷却系统,以降低高速电主轴的温升和提高其热稳定性,提高高速机床的加工精度。其中包括:1)以电机学分析理论为基础,分析了定转子的热转化机制以及轴承的摩擦热对电机的动态特性的影响,推导出电机定转子热传导方程,并计算出了它们的温升。2)应用传热学理论计算轴承的摩擦热,推导出了主轴单元的热阻抗,建立了热传递模型和方程。3)运用高速电主轴的热分析软件ANSYS以及传热学基本原理,推导出出了高速电主轴的热阻抗,并建立了电主轴单元热传递模型和方程。4)根据高速电主轴温度场的有限元分析计算,建立了电主轴温度场的有限元模型,计算并分析出了高速电主轴各部分的温升以及稳态分布情况。5)通过对电主轴的温度场进行ANSYS有限元分析,找出了热源分布(主要是定转子和轴承的摩擦热),然后提出了一套新型的定转子联合冷却系统来解决电主轴的内部散热问题。
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