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1、碩士學(xué)位論文高速電主軸熱特性分析及試驗(yàn)研究THERMALANDDYNAMICCHARACTERISICSANSLYSISANDEXPERIMENTRASEARCHOFHIGHSPEEDSPINDLE張政哈爾濱工業(yè)大學(xué)2015年7月國(guó)內(nèi)圖書(shū)分類號(hào)：TH164學(xué)校代碼：10213國(guó)際圖書(shū)分類號(hào)：621密級(jí)：公開(kāi)工學(xué)碩士學(xué)位論文高速電主軸熱特性分析及試驗(yàn)研究碩士研究生：張政導(dǎo)師：王黎欽教授申請(qǐng)學(xué)位：工學(xué)碩士學(xué)科：機(jī)械工程所在單位：機(jī)電工程學(xué)院答辯日期：2015年7月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)ClassifiedIndex:TH164U.D.C:621Dis
2、sertationfortheMasterDegreeinEngineeringTHERMALANDDYNAMICCHARACTERISICSANSLYSISANDEXPERIMENTRASEARCHOFHIGHSPEEDSPINDLECandidate：ZhangZhengSupervisor：Prof.WangLiqinAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechanicalEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineer
3、ingDateofDefence：July,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文摘要高速加工技術(shù)能夠在大量提高產(chǎn)量的同時(shí)提高產(chǎn)品的加工質(zhì)量，降低加工成本，所以在生產(chǎn)行業(yè)內(nèi)得到了很大推廣。高速電主軸作為高速加工機(jī)床的重要部分具有精度高、體積小、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、質(zhì)量小、能量損失低等優(yōu)點(diǎn)。電主軸直接與刀具相連，電主軸本身的一些特性都會(huì)直接影響加工質(zhì)量，所以研究電主軸的熱特性以及熱特性引起結(jié)構(gòu)的改變對(duì)提高電主軸的壽命、精度以及動(dòng)態(tài)特性等有著重要意義。
4、本課題以ANSYS平臺(tái)下的Workbench建立有限元模型，以DGZ-60E型高速磨削電主軸為研究對(duì)象，利用球軸承熱分析軟件進(jìn)行擬靜力學(xué)和熱計(jì)算，得到了電主軸中軸承的發(fā)熱量，然后根據(jù)電機(jī)和其它熱邊界條件，以傳熱學(xué)為理論支撐，初步建立電主軸熱分析有限元模型，然后考慮電主軸熱變形引起的結(jié)構(gòu)的變化對(duì)溫度的影響，得到了熱-結(jié)構(gòu)耦合的溫度場(chǎng)。然后分析了電主軸在不同轉(zhuǎn)速、不同冷卻水流量以及不同冷卻水初始溫度的溫度場(chǎng)分布的特點(diǎn)。通過(guò)主軸軸芯內(nèi)孔通入冷卻空氣、采用油氣潤(rùn)滑，對(duì)電主軸散熱進(jìn)行改進(jìn)。利用滾動(dòng)球軸承性能預(yù)測(cè)軟件，對(duì)軸承進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分析：分析不同溫度場(chǎng)對(duì)電主
5、軸中軸承壽命的影響，考慮熱變形對(duì)軸承的動(dòng)剛度進(jìn)行修正，分析轉(zhuǎn)速對(duì)動(dòng)剛度的影響。然后基于軸承徑向動(dòng)剛度建立有限元分析模型，對(duì)主軸進(jìn)行模態(tài)求解，得到主軸的前4階固有頻率，然后考慮溫度修正，計(jì)算得到修正后的一階固有頻率。然后對(duì)主軸做諧響應(yīng)分析，求得主軸軸芯下端的動(dòng)剛度，基于溫度對(duì)動(dòng)剛度進(jìn)行修正。通過(guò)增加碟簧對(duì)數(shù)以及降低碟簧的剛度，實(shí)現(xiàn)預(yù)緊優(yōu)化，提高主軸的剛度。針對(duì)溫度和固有頻率等物理量，利用相應(yīng)裝置，設(shè)計(jì)相應(yīng)的試驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)，搭建DGZ-60E電主軸溫升測(cè)試試驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行溫度測(cè)試，研究測(cè)試在不同轉(zhuǎn)速即熱源強(qiáng)度不同、冷卻水流量的大小以及冷卻水不同初始溫度的電主軸關(guān)
6、鍵點(diǎn)的溫度，對(duì)不同熱平衡下的電主軸固有頻率測(cè)試，分析結(jié)果。關(guān)鍵詞：電主軸；熱-結(jié)構(gòu)耦合；溫度場(chǎng)；動(dòng)剛度；試驗(yàn)-I-哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文AbstractHighspeedmachiningtechnologyleadstolargeamountofincreaseproductionmeanwhile,improvesproduct’squality,withlowcost.Andthetechnologygetsabigpromotionintheproductionindustry.Asakeypartofhigh-speedmachine
7、tools,highspeedspindlehassomeadvantage:highprecision,smallvolume,fastdynamicresponse,lowenergylossetc.Thespindleisdirectlyconnectedtocuttingtools,thecharacteristicsofspindledirectlyaffectsthemachiningquality,sotheresearchofthethermalcharacteristicsandthechangeofthestructurehighs
8、peedspindlecausedbyheathassignificantimportance
