基于材料热特性的轴承预紧力自调节设计方法

采用滚动轴承支承的机床主轴在转速上升过程中摩擦发热产生温度变化,引起轴承预紧力变化限制了机床转速。提出材料热特性轴承预紧力自动调节方法,该方法是根据温度变化时金属材料受热伸长的特性,通过分析机床主轴转速上升时摩擦功率损耗产生的热量,建立主轴温度场模型。采用有限元计算主轴工作温升引起的热变形,按照两种金属材料受热伸长的差值,建立温差与位移关系的数学模型,并求解应用双金属材料结构设计参数。仿真计算结果表明,通过使用轴承预紧力自调节方法,可以有效地扩大机床转速范围,应用在加工中心的主轴上,主轴最高转速由2.5 kr/min 提高到了3 kr/min,取得了明显的效果。     

龙门加工中心主轴系统热特性的有限元分析

基于热弹性力学与有限单元法,建立了一台国产新型龙门式加工中心主轴系统的有限元模型,计算了轴承发热量、热对流系数,进行了主轴温度场有限元分析,并采用“热-结构”耦合模型计算了主轴系统的热变形。计算和分析结果表明,在主轴转速为3000r/min时,主轴系统经过33min后达到热平衡状态,最高温升出现在前轴承内圈处。计算分析结果为后续加工中心主轴系统的优化提供了基础。     

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。     

基于热载荷优化修正的电主轴热特性分析方法

针对经验公式获得的热载荷与实际相比存在误差,提出一种电主轴的热特性仿真分析方法。首先,借助Ansys Workbench仿真平台建立考虑冷却液动态换热和轴承内圈-转轴、轴承外圈-轴承套接触热阻的电主轴温度场热-流-固耦合模型;其次,在仿真模型基础上,采用遗传算法,综合对生热部件生热量和各换热表面换热系数进行优化修正,将修正后的生热量和换热系数作为热载荷条件,建立高速电主轴热载荷优化修正模型。并基于该模型研究了冷却液热耗散量与热源生热功率之间的动态关系;最后,通过电主轴温升实验验证了该模型的准确性。结果表明:该优化修正模型能够有效提高电主轴的温度场仿真精度,并且冷却液供液温度比环境温度约低2℃情况时,主轴结构与冷却液达到最佳的生热-散热平衡。     

数控机床轴承-主轴系统热态特性分析

通过有限元软件ANSYS,建立了某型号数控机床轴承-主轴系统分析模型,研究了热载荷和边界条件的计算方法,利用有限元理论计算出轴承-主轴系统的温度场分布情况,把主轴的温度场数据导入主轴的热伸长模型中,建立轴承-主轴热力耦合分析模型,理论计算主轴热伸长,最后搭建轴承-主轴热伸长测试试验台,验证轴承-主轴热伸长仿真计算的准确性,为研究轴承-主轴系统热态特性分析提供依据。     

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。     

机床主轴轴承热诱导预紧力自补偿方法

针对高速机床主轴轴承在主轴转速、负载及初始预紧力影响作用下,产生附加热诱导预紧力的问题,提出一种基于分离式隔圈的机床主轴轴承热诱导预紧力自补偿方法,实现了主轴轴承热诱导预紧力自补偿。首先,建立了主轴单元热结构耦合分析模型,分析了不同温度及载荷下,分离式隔圈的轴向相对位移;其次,利用高速机床主轴轴承试验平台研究了补偿前后不同主轴转速和初始预紧力下主轴单元振动和轴承温升的变化规律。结果表明,隔圈相对位移随温度成线性变化,而初始预紧力对其几乎没有影响;且采用分离式隔圈相较于传统的一体式隔圈,主轴单元振动略有增加,但轴承温升显著减小,说明所设计分离式隔圈能够有效降低热诱导预紧力。     

基于光纤光栅传感器的机床主轴轴承热诱导预紧力研究#br#

针对机床主轴轴承预紧力测试困难、测不准的难题,基于光纤光栅（FBG）传感器实现机床主轴轴承热诱导预紧力的在线监测。建立了考虑滚动体自旋摩擦生热及轴承内外圈与主轴和轴承座之间接触热阻的主轴单元热分析模型,搭建了主轴轴承热诱导预紧力测试系统。通过仿真和实验对比分析了不同转速下主轴单元关键组件温度分布及热诱导预紧力大小。研究结果表明,FBG传感器、热敏传感器所测温度与仿真温度预测结果是一致的,验证了所提出实时测量热诱导预紧力方法的准确性及可靠性。     

基于光纤光栅传感器的机床主轴轴承热诱导预紧力研究

针对机床主轴轴承预紧力测试困难、测不准的难题,基于光纤光栅(FBG)传感器实现机床主轴轴承热诱导预紧力的在线监测。建立了考虑滚动体自旋摩擦生热及轴承内外圈与主轴和轴承座之间接触热阻的主轴单元热分析模型,搭建了主轴轴承热诱导预紧力测试系统。通过仿真和实验对比分析了不同转速下主轴单元关键组件温度分布及热诱导预紧力大小。研究结果表明,FBG传感器、热敏传感器所测温度与仿真温度预测结果是一致的,验证了所提出实时测量热诱导预紧力方法的准确性及可靠性。     

带有浮动变位轴承的高速主轴系统轴承生热研究

为揭示带有浮动变位轴承的主轴系统中轴承摩擦生热规律,基于主轴系统模型与轴承热功率模型,计算了浮动变位轴承不同径向游隙、外圈沟曲率半径系数以及主轴转速、轴承预紧力下主轴系统各轴承摩擦热功率,结果表明:浮动变位轴承的径向游隙、外圈沟曲率半径系数以及角接触球轴承的预紧力显著影响系统中各轴承的滑动摩擦热功率;主轴转速对轴承滑动摩擦热功率和总摩擦热功率有较为显著的影响;由润滑剂黏滞阻力产生的摩擦热功率是轴承总摩擦热功率的主要来源。     

基于接触热阻的磨齿机电主轴热特性分析

大规格数控成形磨齿机高速电主轴系统在加工过程中产生大量热量,导致砂轮主轴产生相应热变形,影响加工精度。针对这一现象,提出了一种考虑接触热阻的瞬态热-结构耦合分析方法。该方法基于分形理论,利用W-M分形函数表征结合面接触状态,使用均方根测度法对分形参数进行识别。结合基体热阻和收缩热阻的影响计算结合面间总接触热阻,并计算热源发热量及各部件的对流换热系数,建立了综合考虑内部热源、边界条件和接触热阻的综合有限元模型,获得热误差仿真结果。分析电主轴温度及热变形在是否考虑接触热阻情况下变化差异。最后建立电主轴系统热误差测量试验平台,通过试验验证了该方法的准确性和可靠性。通过仿真得到温度及热位移量与实验值基本一致。     

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。     

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.     

Thermal influence of the Couette flow in a hydrostatic spindle on the machining precision

Hydrostatic spindles are increasingly used in precision machine tools. Thermal error is the key factor affecting the machining accuracy of the spindle, and research has focused on spindle thermal errors through examination of the influence of the temperature distribution, thermal deformation and spindle mode. However, seldom has any research investigated the thermal effects of the associated Couette flow. To study the heat transfer mechanism in spindle systems, the criterion of the heat transfer direction according to the temperature distribution of the Couette flow at different temperatures is deduced. The method is able to deal accurately with the significant phenomena occurring at every place where thermal energy flowed in such a spindle system. The variation of the motion error induced by thermal effects on a machine work-table during machining is predicated by establishing the thermo-mechanical error model of the hydrostatic spindle for a high precision machine tool. The flow state and thermal behavior of a hydrostatic spindle is analyzed with the evaluated heat power and the coefficients of the convective heat transfer over outer surface of the spindle are calculated, and the thermal influence on the oil film stiffness is evaluated. Thermal drift of the spindle nose is measured with an inductance micrometer, the thermal deformation data 1.35 μm after running for 4 h is consistent with the value predicted by the finite element analysis's simulated result 1.28 μm, and this demonstrates that the simulation method is feasible. The thermal effects on the processing accuracy from the flow characteristics of the fluid inside the spindle are analyzed for the first time.     

小型铣削中心主轴-轴承系统的热态特性分析

对主轴建模,计算出与主轴实际工作条件相适应的热边界条件:轴承发热量和传热系数,确定主轴的约束条件,用COSMOS有限元分析软件对小型铣削中心主轴-轴承系统的热态特性进行分析,得到主轴稳态温度场分布、瞬态温升和主轴热变形情况,为主轴的进一步优化设计提供理论依据.     

TX1600G数控镗铣加工中心滚珠丝杠热特性分析

以TX1600G数控镗铣加工中心为例,主要研究在移动热源施加条件下,不同的进给速度以及冷却液流量对系统热平衡的影响。为得到滚珠丝杠在实际工作中的状态,利用ANSYS建立丝杠的简化三维模型,施加移动热源来模拟螺母和轴承的传动热量,从而得到丝杠的温度模型,建立热误差补偿模型。结果表明,进给速度的增加可以缩短系统的热平衡时间,但热平衡温度有所升高; 冷却液可以有效地降低热平衡温度和缩短热平衡时间。热误差模型建立和温度场分析,为系统的热补偿提供必要的理论依据。     

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。     

二氧化碳探测仪的热控系统

根据二氧化碳探测仪所处的空间环境、结构特点和工作模式,采用被动热控和主动热控相结合的方法设计了它的热控系统。首先,介绍了探测仪结构及内热源,同时分析了探测仪的外热流,从而得到了热控任务难点。然后,对探测仪的各个部分进行了热设计,采用被动热控与主动热控相结合的方式进行了热隔离、热疏导和热补偿;根据探测仪所处的空间环境和采取的热控措施利用TMG软件进行了热分析。仿真分析结果表明,光学系统主体框架的温度为13.3~21.7℃,满足了设计要求。最后,通过真空条件下的热平衡试验对热设计进行了试验验证,试验结果显示光学系统主体框架的温度为13.0~20.3℃,试验值与计算值基本一致,满足热控指标要求。得到的数据表明提出的热设计方案合理可行。     

数控机床主轴轴心线热偏移测试与分析

采用激光非接触式位移传感器和红外热像仪,得到数控机床主轴箱温度场数据和主轴回转运动中心线的偏移数据,结合数控机床各系统结构运行原理,分析机床主轴热态特性及其热敏感点,利用特定机床热敏感点处的温升与主轴各方向热位移关系的数学模型,进行温升热偏移补偿的可行性研究。