HMC80卧式加工中心电主轴热态特性分析

分析了高速电主轴的两个热源,轴承发热和电机的发热,并计算了轴承和电机的发热量.分析了高速电主轴的散热特性,并对电主轴各部分散热系数进行了计算.以HMC80卧式加工中心电主轴为例,运用ANSYS有限元软件建立了电主轴的稳态热分析模型,以散热系数为边界条件,轴承和电机的发热量为热载荷进行有限元分析,得出该电主轴在热稳定状态下的温度场分布.分析结果表明,主轴前后轴承的温升符合该电主轴的温升标准,说明了该电主轴设计的合理性,最后提出了改善该电主轴热态特性的措施.     

高速高精度电主轴温升预测模型

提出高速高精度电主轴温升预测模型,将有限元模型与试验数据相结合,精确预测不同工况下电主轴的温度场。建立电主轴流场、温度场有限元模型,分析冷却系统及润滑系统参数对电主轴温度场的影响;考虑电主轴运行速度、载荷,设计电主轴损耗测试方法,将测得的电主轴总损耗作为计算电动机、轴承生热依据;考虑冷却系统、润滑系统参数及环境条件对换热系数的影响,采用最小二乘算法,基于电主轴表面温度测试数据,优化电主轴换热系数,并将优化后的换热系数作为有限元模型的边界条件。建立170SD30-SY电主轴温升预测模型,将换热系数优化前后的温度场仿真数据分别与试验数据对比。结果表明,换热系数优化后的温升预测模型预测的精度提高了4.78%,提出的电主轴温升预测模型有较高的预测精度。     

基于热网络法的电主轴热结构耦合计算

为了更准确地对电主轴系统进行温度场的预测,建立了综合考虑接触热阻、轴承热变形和气隙变化等因素影响的热网络模型和热结构耦合热网络瞬态温度平衡方程(简称热平衡方程)。首先计算了接触热阻、轴承热变形、电机的定子与转子由于热变形导致的气隙变化以及电机与轴承的生热;然后选择电主轴主要部件作为温度节点,建立了电主轴系统的热网络模型及热平衡方程;最终通过MATLAB软件编程进行热平衡方程的求解,得到电主轴各主要部件的瞬态温度变化情况,通过不断更新接触热阻、轴承生热和电机生热等热特性参数,对电主轴进行温度和结构变形的耦合计算。计算结果表明:在达到平衡状态前,电主轴运转的时间越长,轴承的温度越高,轴承生热功率越低;电机温度随对流换热系数增高而降低;考虑热特性参数变化的热计算所得到的结果更加准确。通过与相同条件下的热结构耦合仿真结果进行对比表明,该热网络瞬态温度模型(热网络模型)可以正确预测温度场分布。     

高速滚珠轴承电主轴热态特性分析

为研究高速滚珠轴承电主轴的热特性对其性能的影响,计算轴承的热源生热并进行热特性仿真。研究轴向载荷和转速对接触角的影响规律,进而采用局部热计算方法计算轴承的热损耗。结果发现,轴承的旋转速度对其热损耗的影响比轴向载荷作用更明显,并且滚珠的自旋摩擦是轴承生热的主要形式。结合热源生热计算结果,运用ANSYS对一定转速的空载电主轴分别进行稳态热分析和瞬态热分析,发现电主轴的最高温度点出现在内置电机转子的中心区域。将稳态热分析结果加载到有限元模型进行热-结构耦合分析,发现最大轴向位移出现在主轴的最前端,最大轴向应力则出现在前轴承球与外滚道的接触区域。设计空载电主轴温升测定实验,验证仿真结果的正确性。     

高速电主轴角接触球轴承热-力耦合特性研究

在高速电主轴转子系统中,角接触球轴承的工作特性受温升的影响显著,极易产生胶合。为了得到更加精确的角接触球轴承瞬态温度场,建立了考虑自旋的角接触球轴承生热及传热模型,并利用MATLAB软件得到了轴承的生热量,随后建立了轴承的三维参数化模型,并基于显示动力学理论在LS-DYNA平台上进行了热-力耦合有限元仿真分析,且对影响轴承瞬态温度场的主要因素进行了研究。研究结果表明：转速与温升呈非线性正相关;高转速下轴承温升对预紧力更加敏感;生热量随预紧力的增加逐渐增大,当施加的预紧力大于最小预紧力时,温升随预紧力增加而变大。研究可为高速电主轴轴承的设计和稳定性分析提供理论参考。     

立式加工中心电主轴的热分析

分析了立式加工中心电主轴的主要发热源,对轴承的摩擦发热进行了分析计算.在此基础上利用ANSYS建立了电主轴稳态温度场有限元模型并进行了分析计算.对电主轴中关键部住的温度场分布进行了分析,最后提出了改进电主轴温度场的主要措施.     

计入电磁平衡装置的机床电主轴稳态温度场有限元分析

为了实现机床电主轴在工作过程中不停机主动平衡,设计了一种电磁平衡装置,将其集成到电主轴前端,形成了新的自平衡电主轴。为了研究该新型电主轴的热特性,建立了其三维有限元模型,计算了生热率和换热系数,确定了热载荷和边界条件,完成了自平衡电主轴整机三维稳态温度场分析,获得了温度分布云图。重点研究了平衡头安装、通电和主轴转速对自平衡电主轴温升的影响,根据分析结果确认了自平衡电主轴受平衡头和转速影响规律,对所提出的新型自平衡电主轴热学设计和散热优化提供了基础。     

某直升机主减换向锥齿轮传动系统瞬态热分析

直升机传动系统无油状态下的温度场分布是直升机工业普遍关注的问题,本文以直升机主减中换向锥齿轮传动系统为研究对象,基于热网络法建立了该系统的温度场计算模型;编程计算了该系统各部件的热源、各部件与滑油和油雾空气之间的对流换热系数以及各部件之间的热阻;求解了该系统的稳态温度场,以稳态温度场为基础,提出了换向锥齿轮传动系统瞬态温度场的计算方法,并依据此方法建立了瞬态温度场计算模型,最终得到了该系统的瞬态温度场分布。     

镗铣加工中心主轴箱热特性仿真及试验研究

对镗铣加工中心主轴箱进行三维建模,依据工况确定热源,计算得出热源发热量并作为热载荷,以计算得出的各换热面对流换热系数作为边界条件,对主轴箱温度场进行了模拟分析,得到温度场分布以及稳态、瞬态温度场变化规律。依据温度场模拟结果,进行了热-结构耦合分析得到主轴箱热变形。通过主轴箱温度测试实验对温度场模拟结果进行了验证,并对实验与仿真结果的误差进行了分析。研究结果为建立热特性分析模型以及热误差的补偿提供参考。     

角接触球轴承高速运转时热特性有限元分析

针对角接触球轴承在高速运转时因温度过高而导致失效的问题,对其热特性进行了研究。在研究中,建立角接触球轴承的有限元模型,应用热力学理论计算轴承的生热率和对流换热系数,进行热特性有限元分析,得到角接触球轴承在2000 r/min转速时的温度场。所做研究为通过润滑冷却系统控制角接触球轴承温升提供了技术参考。     

基于局部热源法的滚子轴承温度场分布的研究

针对圆柱滚子轴承的结构和特点,分析了圆柱滚子轴承的生热机理,基于局部热源法建立了滚子轴承各部分的功率损耗计算模型;在ANSYS软件中采用APDL语言建立了滚子轴承温度场分析的有限元模型,确定了有限元模型的对流边界条件,分析了不同工况下滚子轴承生热特性和温度场分布规律。结果表明:中低速时总体法和局部热源法计算得到的摩擦功耗结果吻合较好,高转速时总体法计算得到的结果明显低于局部热源法计算得到的结果;内圈转速、径向载荷和润滑油的粘度对轴承的生热量和温升均有显著影响。     

挤压旋转的橡胶辊滞后生热温度场分析

为了研究橡胶材料非线性黏弹性行为表现出的滞后生热的影响,以一对挤压对滚的钢辊-橡胶辊为研究对象,先采用解耦方法进行瞬态力学场分析,再通过损耗计算得出节点生热率,最后将滞后生热作为内热源进行热分析,得到其稳态温度场分布。结果表明,胶辊产生的滞后温升为6～13 ℃,周向两端的温度最高,径向中部的温度最高。仿真结果与试验结果的良好一致性证明了该方法的可行性,也证明了滞后生热是运动过程中的主要生热因素。     

气体压缩机高聚物摩擦部件的温升研究

基于有限差分法，研究分析了无油润滑压缩机用高聚物基复合材料摩擦部件因摩擦生热产生的温升问题，提出了一种新的对流换热系数计算方法，模型预测值和有关文献给出的实验结果吻合较好；在高速摩擦或温度急剧变化条件下采用抛物线导热模型和双曲型导热模型对一维非稳态温度场进行了比较研究，认为对高聚物运动部件来讲采用前种传统模型预测其温升或温度场完全可以满足工程实际要求。     

航空发动机轴承腔热状态参数的分析模型

本文分析了影响轴承腔热状态的主要热源,建立了轴承及石墨密封摩擦热的计算模型、密封热泄漏量的计算模型、对流换热系数的计算模型及轴承腔温度场计算模型。这些模型的建立为轴承腔温度场和发动机最佳滑油量的计算奠定了基础。     

考虑热诱导载荷和摩擦生热交互影响的高速角接触球轴承温度场分析

高速电主轴角接触球轴承内部的摩擦会使轴承温度升高,进而影响主轴的使用性能。为精确分析高速角接触球轴承的温度场,提出了一种考虑热诱导载荷和摩擦生热交互影响的轴承温度场分析方法。首先建立考虑差动滑动、自旋滑动、载荷以及润滑油黏性引起的摩擦的总摩擦生热量计算模型和热诱导载荷计算模型,然后分析两者之间的交互影响,最终基于有限元分析软件得到轴承稳态温度场,结果表明：稳态时轴承最高温度在球与内圈接触区域,球与外圈的接触区域温度较低;考虑热诱导载荷时差动滑动、自旋滑动以及载荷引起的摩擦生热量大于未考虑热诱导载荷,润滑油黏性引起的摩擦生热量无变化;考虑热诱导载荷时球与内圈的接触力及温升大于未考虑热诱导载荷。     

高速电主轴热结构耦合特性的有限元分析

分析了电主轴的各种热源及其发热量,建立了基于热一结构耦合的电主轴有限元分析模型,计算出电主轴复杂的热边界各种状况下的对流换热系数,利用有限元分析软件ANSYS对电主轴的温度场及其主轴的热变形进行仿真分析并进行实验验证.针对设计实例,提出了改善电主轴热态特性的措施,对改进后的电主轴进行有限元分析表明改进措施具有良好效果.     

基于有限元分析方法的高速电主轴热态特性研究

介绍了高速电主轴的特点,分析了高速电主轴单元的热变形机理与散热机制。建立了某型高速电主轴热态特性有限元分析模型,利用ANSYS进行了稳态／瞬态温度场及热-结构耦合场分析,并利用分布加载瞬态热分析模拟了机床一天中的实际工作情况,得到了电主轴的温度场变化情况,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。     

对流换热系数测量及计算方法

液压系统油液温升取决于其生热和换热速率,对流换热系数是液压系统散逸热量精确计算的关键,也是液压系统热分析难点之一。首先介绍了对流换热系数测量和计算方法的发展,然后对目前工程上对流换热系数的测量和计算方法进行概述,分析了这些方法的优缺点、适用范围及发展前景,为液压系统对流换热系数的准确测量与计算提供借鉴。     

车削中心用电主轴热态特性的有限元分析

通过分析车削中心用电主轴的各种热源和散热机制,在Solidwoks平台下建立电主轴的有限元分析模型,对电主轴进行稳态、瞬态和热位移的分析,得到电主轴的温度场变化情况,并针对分析的结果,提出了改善电主轴热态特性的措施.     

基于ANSYS的电主轴温度场仿真及分析

使用ANSYS对电主轴建立模型,并对其进行仿真.讨论各个热源、热扩散对电主轴温升的影响,并讨论了冷却液流量及压缩空气流量对电动机转子、前后轴承温升的影响,为控制电主轴发热提供了依据.