超高速磨削电主轴磁热耦合分析

磨削电主轴高速运行时内置电机温升较大,对其工作性能将产生严重影响。以超高速磨削电主轴为研究对象,采用双向耦合方法进行电主轴电机磁热分析。分别建立电主轴电磁场与温度场的有限元分析模型,对电主轴散热边界条件和材料的温度特性进行计算。将电磁场分析得到的电磁损耗导入到温度场中计算温度场分布,根据温度场改变电磁场材料属性参数以更新电磁损耗,实现电磁场与温度场的磁热双向耦合分析。通过绕组端部的温升实验结果与仿真结果对比分析可以得出,采用磁热双向耦合的分析方法,可以提高磨削电主轴温度场分析的准确性。     

单框架磁悬浮控制力矩陀螺的损耗计算及热-结构耦合分析

为了明确由损耗导致航天器应用中的磁悬浮控制力矩陀螺温升问题,需要对损耗和温度分布进行分析计算。本文针对额定转速12 000 r/m,最大角动量200 N·m·s的单框架磁悬浮控制力矩陀螺,通过建立理论模型进行分析计算,得到了框架力矩电机、径向磁轴承、轴向磁轴承和转子高速电机的铁损以及铜损;对陀螺三维有限元模型进行了热场仿真分析,得到在各类损耗影响下的温度分布,并进行了热-结构耦合仿真分析。分析得到最大温度位于高速电机定子,最大温度是48.3℃;最后,进行了样机温升实验验证,检测温度最大值位于高速电机定子,最大值为51.8℃,与计算值误差为6.8%。通过温升检测实验验证了损耗计算和有限元热场分析。实验结论为整体结构优化提供了理论参考。     

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。     

高速高性能电主轴热态性能分析

基于高速电主轴的能量流模型,应用摩擦学和电磁学理论分别计算轴承的生热率和内置电机的电磁损耗;应用传热学理论,确定电主轴的热边界条件.在此基础上建立电主轴有限元分析模型,并对其仿真分析和求解.结果表明,前端轴承、主轴前端和定子是电主轴温升最严重的部位,且在主轴运行初始阶段,温升最快.因此要改善电主轴的热态性能,不仅要在温...     

电动汽车轮毂电机磁—热双向耦合研究

针对电动汽车轮毂电机热负荷大、温升显著等问题,对轮毂电机的电磁场和温度场进行了仿真研究。首先,建立了表贴式外转子轮毂电机的几何模型;基于电磁场有限元模型和等效热网络模型,采用电磁—热双向耦合,实现了两物理场间损耗与温度数据的交换,准确计算出了电机损耗和温升数值;通过损耗和机壳的温升试验值,验证了电磁—热双向耦合仿真结果的合理性;采用该方法参数化分析了轮毂电机的结构。研究结果表明:气隙长度增加,定子铁心和绕组温度均随之上升;随着定子槽深度的增加,定子铁芯的温度呈先上升后下降的趋势。     

基于热弹性理论与温度场积分中值定理的 电主轴热误差研究

电主轴热误差的精确建模较困难,且大多数仅关注轴向热误差而忽略径向热误差。 因此,提出了基于热弹性理论与温 度场积分中值定理的热误差建模方法。 用热弹性理论建立了电主轴轴承温度—热变形模型,将积分中值定理运用在轴向热误 差建模中,得到了关键点温度—轴向热变形的线性模型,仅需一个传感器测量关键点温度就可得到主轴末端伸长量。 分析电主 轴径向和轴向误差机理,得到耦合热误差模型。 设计了利用球杆仪快速测量电主轴热误差的新方法,将误差理论建模数据与实 际测量数据作对比,验证了其可行性,并将热误差模型导入自主开发的外挂式误差补偿器中,实验表明加工孔径热误差降低了 73. 5% 左右,证明该方法合理、有效。     

采用动静压轴承支撑的数控电主轴系统发热研究

采用内置式电机结构的液体静压电主轴系统,因具有传动距离短、结构紧凑等诸多优点而被广泛应用于各类机床,但其散热性能不佳而影响机床加工精度。对某液体静压电主轴系统进行热态特性研究,分析系统热源和散热方式,建立基于热-结构耦合的电主轴系统有限元分析模型,通过对电主轴系统进行热-结构耦合分析,得到某工况下电主轴系统的温度场,同时也可进一步得出其热变形。结果表明,电主轴系统出现明显的温升,将影响轴向和径向热变形,影响加工精度。研究结果为电主轴系统的进一步改进设计提供参考依据。     

高性能电主轴综合性能集成测试系统研制

采用直驱方式传动的电主轴传动链短,具有调速性能好和精度高的特点,在数控机床上得到普遍应用。传统电主轴性能检测偏重于静态特性,对动态特性关注度不足。以加工中心高性能电主轴为测试对象,搭建了综合性能测试平台。介绍了动态回转误差的评定和测试方法,获得了不同转速下电主轴径向和轴向的回转误差。采用在线均值滤波和离线无限冲击响应低通滤波分离电主轴回转误差和偏心量得到电主轴热变形,获得了同商业热效应测试仪器可比的测试精度。研制了基于电力测功机的调速负载特性测试系统,获得了电主轴的机械特性和电流曲线。利用模态试验系统获得了电主轴径向和轴向的频率特性曲线及对应的固有频率。     

电主轴温度场与热变形的仿真与实验研究

以Setco 231A240型高速电主轴为研究对象,考虑了内置电机的损耗生热和轴承的摩擦生热,计算了电主轴各部分之间的传热系数,利用有限元软件Workbench建立电主轴有限元模型,分析得到了电主轴在不同因素影响下的温度场分布,基于电主轴热-结构耦合关系分析得到了温度影响下电主轴的热变形。仿真结果显示,较低转速下电主轴转子温度最高,转速对电主轴温度影响较大;电主轴头尾部热变形较大,主要为轴向变形。最后,将温度场仿真数据与实验数据对比,验证了仿真分析的准确性。     

基于FANUC 31i的主轴热变形补偿方法

主轴高速旋转时,主轴轴承内外环高速摩擦产生大量热量,这些热量使主轴轴向和空间姿态发生变化,产生热伸长、热倾斜和热漂移等形变,这些形变又引起刀具与工件相对位置发生变化,导致工件加工精度变差。采用五点测量法对这些形变量进行测量,生成主轴温升与热变形的误差曲线,再根据误差曲线编制数控系统可执行的C语言热补偿程序或PMC热补偿程序,数控系统根据温差变化自动更新外部机械原点偏移量,纠正刀具与工件的相对位置偏差,可有效减小主轴热变形引起的误差,提高工件加工精度。