加工中心主轴-轴承系统温度场求解与结果分析

用COSMOS有限元分析软件对加工中心主轴-轴承系统的温度场进行计算分析.先计算出轴承发热量和传热系数,再根据主轴的约束条件,得到主轴稳态温度场分布,最后得到主轴热变形情况,为主轴的进一步优化设计提供理论依据.     

机床主轴系统热态及变形特性研究进展

从电主轴的轴承热态特性、主轴热态特性及刀柄变形特性等角度入手,分析了影响电主轴工作性能的若干关键技术,介绍了国内外电主轴相关技术的研究进展,指出了高速精密电主轴技术的发展趋势.     

主轴三维温度场及热变形分析

基于热传导及热弹性力学知识,建立了主轴工作状态下的稳态温度场和热变形的三维热分析有限元模型。运用ANSYS有限元软件,准确分析了主轴在工作过程中处于热平衡状态下的温度分布及热变形特点,计算结果为后续加工中心主轴系统的优化提供了理论背景。     

龙门加工中心主轴系统的热态性能分析技术研究

龙门加工中心主轴系统热态特性是提升机床性能的一个关键问题。针对龙门加工中心主轴系统热态特性分析的需要,建立有限元分析模型,计算主轴轴承的发热量以及主轴系统各个表面的对流换热系数,利用ANSYS WORKBENCH对其温度场、热变形状况以及热-结构耦合问题进行了分析计算,得到了不同位置轴承对总热变形的影响以及不同转速条件下主轴系统的稳态热态性能。实验测试数据表明分析计算结果的准确性较高,可用于指导该型龙门加工中心主轴系统结构优化设计和热变形补偿。     

小型铣削中心主轴的静态特性与模态分析

用SolidWorks三维设计软件的COSMOSWorks有限元分析插件对小型铣削中心的主轴单元进行了静刚度分析和模态分析。在分析过程中,给出了与实际加工条件相适应的主轴约束和载荷,得出了主轴应力分布、变形、主轴刚度情况及5阶振动频率,为主轴的进一步设计计算提供了理论依据。     

磁悬浮磨削主轴热态特性

磁悬浮磨削主轴在散热条件差、系统温度过高时,会导致转子部件热膨胀,产生热应力或改变磁力轴承以及电动机的间隙,从而降低系统的可靠性.研究采用试验测量和有限元分析相结合的方法,在考虑传导和辐射的传热方式下,建立磁悬浮磨削主轴热态分析有限元模型,利用有限元软件ANSYS对磁悬浮磨削主轴进行温度场分析,得到主轴组件的温度场分布.利用HY-2988G红外热像仪测量磁悬浮磨削主轴的温度场分布.研究表明,提高冷却效率可有效控制磁悬浮磨削主轴的温升,另外尽可能将温度监测点的位置选择在电动机处.通过对试验和理论结果的对比分析,得出磁悬浮磨削主轴的热设计及结构设计对系统工作时温度分布有着重要影响,同时可为其温度的在线监测和控制提供理论依据.     

数控机床主轴-立柱系统热态特性分析与测试

针对数控机床主轴-立柱系统因受热变形而影响机床加工精度的问题,本文基于能量守恒定律建立了主轴-立柱系统耦合分析模型来获取其热态特性。该模型综合考虑了热源计算、传热系数计算、结构约束以及散热面放置情况等因素,并采用风速法来获取主轴与空气间的传热系数。为了验证主轴-立柱系统耦合分析模型的有效性,本文设计并搭建了数控机床热态特性试验平台,以具体数控机床为研究对象获得了其主轴-立柱系统的温度场分布、热变形以及热平衡时间等热态特性。试验结果表明:各测点数据中温度的最长绝对误差和最大相对误差分别为0.71℃,2.94%,出现在主轴体的测点处,热变形的绝对误差和相对误差分别为1.49μm,8.71%,采用风速法建立的主轴-立柱系统耦合分析模型所获得的热态特性与试验获得的结果基本一致。本文的研究成果为数控机床减少热误差,提高精度保持性提供了参考。     

基于热态特性仿真的龙门铣床主轴系统热关键点选择方法

数控机床主轴系统热误差建模的难点之一,是使用少量的热关键点建立热误差的精确模型。文章以一台龙门铣床为研究对象,首先通过有限元法仿真分析了机床主轴系统的温度场、热应力、热模态和热变形,根据仿真结果在主轴系统上选择了3个热关键点;然后试验测量了热关键点的温度变化和主轴系统沿x、y、z向的热变形;最后通过多元线性回归模型建立了主轴系统的热误差模型。结果表明：x、y、z向热误差模型的拟合精度都超过95%,证明了文章主轴系统热关键点选择方法的正确性。     

立式数控机床主轴热态精度检测

利用电容式位移传感器和电阻式温度传感器对立式数控机床主轴进行高精度测量,试验获取主轴端径向和轴向热位移,以及主轴系统热敏感位置的温升。对于机械式主轴,主轴前后轴承和减速器因高速滚动摩擦发热,使得主轴的发热量很大,造成的热变形会严重影响机床的加工精度。对于结构稳定、技术成熟的数控机床,提高数控机床的热态精度最有效的措施是改进机床的主轴润滑方式或者对主轴轴承进行强制冷却。     

Experiments and Simulation of Thermal Behaviors of the Dual-drive Servo Feed System

The machine tool equipped with the dual-drive servo feed system could realize high feed speed as well as sharp precision. Currently, there is no report about the thermal behaviors of the dual-drive machine, and the current research of the thermal characteristics of machines mainly focuses on steady simulation. To explore the influence of thermal characterizations on the precision of a jib boring machine assembled dual-drive feed system, the thermal equilibrium tests and the research on thermal-mechanical transient behaviors are carried out. A laser interferometer, infrared thermography and a temperature-displacement acquisition system are applied to measure the temperature distribution and thermal deformation at different feed speeds. Subsequently, the finite element method(FEM) is used to analyze the transient thermal behaviors of the boring machine. The complex boundary conditions, such as heat sources and convective heat transfer coefficient, are calculated. Finally, transient variances in temperatures and deformations are compared with the measured values, and the errors between the measurement and the simulation of the temperature and the thermal error are 2 ℃ and 2.5 μm, respectively. The researching results demonstrate that the FEM model can predict the thermal error and temperature distribution very well under specified operating condition. Moreover, the uneven temperature gradient is due to the asynchronous dual-drive structure that results in thermal deformation. Additionally, the positioning accuracy decreases as the measured point became further away from the motor, and the thermal error and equilibrium period both increase with feed speeds. The research proposes a systematical method to measure and simulate the boring machine transient thermal behaviors.     

矿用大尺寸湿式摩擦副瞬态摩擦热特性研究*

矿用重型刮板输送机可控启动装置的核心部件湿式摩擦副在启动过程中,呈现出液体黏性摩擦、粗糙接触摩擦、生热/传热/散热等高度复杂的耦合特征,对瞬态摩擦热特性的研究提出了较大挑战。以矿用大尺寸湿式摩擦副启动过程为研究对象,构建接触界面压力与瞬时热传导模型,基于界面压力的动态变化研究摩擦副瞬态摩擦热特性,揭示非均匀温度场的动态分布规律,分析对偶钢片和摩擦片温度的差异性,并进行试验验证。结果表明：摩擦副瞬态温度场受到接触界面压力、相对转速及对流换热作用的综合影响,径向方向存在明显的温度梯度,呈现不均匀性分布,最大值出现在外径附近,摩擦片最高温度只有对偶钢片的1/2。仿真值与试验值具有较好的吻合性,可准确地预测温度场的动态变化规律,为大尺寸湿式摩擦副瞬态热特性的研究奠定了理论基础。     

止推滑动轴承的温度场和热变形分析

通过对止推滑动轴承的传热学、摩擦学研究,建立了该轴承相应的稳态温度场和热变形的三维热分析有限元模型,并运用ANSYS分析了轴承处于热平衡状态时的温升和热变形。研究结果表明,对于井下用止推滑动轴承,由于其摩擦产生的热量很大,在地面常温下设计时应考虑到热变形对轴承间隙的影响。     

侧挂式主轴系统热特性仿真分析

以昆明机床股份有限公司某型精密卧式加工中心的主轴及主轴箱为研究对象,采用有限元方法对不同工况下主轴及主轴箱的瞬态温度场和热变形进行了仿真计算,得到了相应的热误差,并分析了主轴转速和镗杆伸出长度对主轴系统热误差的影响。     

高速电主轴热态特性仿真分析

在分析电主轴温度场理论的基础上,建立某高速磨床电主轴系统的有限元模型,计算了电主轴热特性分析的边界条件,利用有限元软件ANSYS Workbench分析其热态特性,得到了主轴系统的稳态温度场分布和热变形情况;同时分析计算了不同转速对主轴系统温升及热变形的影响.结果表明:主轴转速越高,相应主轴单元的温升变化及主轴热变形也越大.此分析为改善电主轴温度场分布及减小热变形提供了理论依据.     

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。     

改善数控机床主轴系统热特性有限元分析精度的方法

提出了一种根据数控机床主轴系统实测温度数据来调整有限元模型热载荷的方法,给出了基于实测数据调整有限元分析关键参数的方法。以数控螺纹磨床主轴系统有限元模型校准为例,通过仿真实验方法说明了所提出方法的应用步骤,并证明了其有效性。     

卧式HMC500主轴系统热特性分析及结构优化

以HMC500主轴系统的特有结构为研究对象,建立主轴系统的温度场模型。实验结果表明,主轴系统热变形与温度有较好的对应关系,主轴发热量增大引起主轴变形增大,而主轴轴承的摩擦生热是主轴系统热量产生的重要原因,主轴系统的最高温升位于前轴承内圈处。进一步仿真计算主轴系统的热变形,通过对主轴箱体散热凹面的优化设计,可有效降低主轴系统温升,使主轴系统的热变形达到最小,从而使关键部位变形小于10 μm,满足机床的设计要求。在优化后的主轴箱系统上布置温度传感器和位移传感器,在8 000 r/min转速下进行实时测量,将实验结果与ANSYS的模拟结果进行对比,验证了优化结构的可行性与可靠性。