木工机械用高速电主轴热态特性分析及应对措施

论文摘要

本文分析了木工机械用电主轴的结构特点和使用要求,对木工机械用高速电主轴的两大热源：轴承和内装电机的发热情况及电主轴传热与散热进行了分析计算；利用有限元分析方法对木工机械电主轴进行温度场分析,得出木工机械电主轴温度场分布图,为木工机械用电主轴的热结构优化提供理论依据。利用分析的结果得出主要影响主轴温升的因素及影响温度分布的规律,提出木工机械用电主轴改善热特性的措施。经过热结构优化后的电主轴可大大提高加工精度和工作寿命。本文的主要内容包括：本文首先对高速电主轴的结构特点及电主轴的热源进行了分析,并推导了基于有限元法的电主轴热载荷、热边界条件的计算方法；其次,采用热—结构耦合方法,建立了木工机械用高速电主轴的有限元分析模型,详细计算了有限元计算的边界条件参数和预加载荷数据,对分析结果进行了探讨；第三,根据木工机械用电主轴的热态性能分析结果,提出了改善该电主轴的热特性的措施：一是加强电主轴的散热,提高电主轴的散热效果。优化电主轴散热结构,强化内装电机冷却与电主轴的热平衡。二是降低轴承发热采用新型的混合陶瓷球轴承,适当润滑。经过对改进后的电主轴分析,结果表明改进措施对改善电主轴的热态特性具有明显效果；最后,对全文进行了工作总结和展望。通过对木工机械用电主轴的特殊要求和热特性的分析,采用风冷散热套进行冷却散热、采用混合式陶瓷球轴承、合理润滑等措施可以保证电主轴的热态性能满足其使用要求。木工机械电主轴达到热平衡后主轴温度升高较小,各部分温度分布比较均匀,主轴的热变形小

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• CONTENTS
• 第一章 绪论
• 1.1 高速加工概述
• 1.2 高速电主轴
• 1.2.1 我国电主轴技术的现状及与国外的差距
• 1.2.2 电主轴技术的发展趋势
• 1.2.3 高速电主轴的热态特性的研究现状
• 1.3 我国木工机械行业现状及其发展趋势
• 1.3.1 我国木工机械行业概述
• 1.3.2 我国木工机械行业现状
• 1.3.3 我国木工机械行业发展趋势
• 1.4 木工机械高速电主轴的研究成果和现状
• 1.5 课题主要研究内容
• 第二章 木工机械电主轴结构分析
• 2.1 木工机械电主轴的结构特点
• 2.2 高速电主轴系统的冷却
• 2.2.1 高速电主轴冷却的意义
• 2.2.2 高速电主轴常用冷却方法
• 2.3 木工机械电主轴系统设计
• 2.3.1 主轴的材料选定
• 2.3.2 轴承的选定
• 2.3.3 润滑方式的确定
• 2.3.4 冷却系统设计
• 第三章 高速电主轴热源分析
• 3.1 电主轴的热源分析
• 3.2 电机的损耗发热
• 3.2.1 机械损耗
• 3.2.2 电损耗
• 3.2.3 磁损耗
• 3.2.4 电机生热率的计算
• 3.3 轴承的摩擦发热
• 3.3.1 滚动轴承摩擦力矩产生机理
• 3.3.2 摩擦力矩的计算
• 3.3.3 轴承发热量的计算
• 第四章 电主轴传热系数的计算
• 4.1 轴承的传热
• 4.2 电机定子与冷风套风冷的对流换热
• 4.3 电机转子端部与周围空气的传热
• 4.4 电主轴静止表面与周围空气的传热
• 4.5 电主轴旋转表面与周围空气的传热
• 第五章 电主轴热态特性的有限元分析
• 5.1 电主轴热态特性的有限元分析方法
• 5.1.1 ANSYS在传热学中的应用
• 5.1.2 ANSYS热分析的基本步骤
• 5.2 木工机械电主轴热态特性的有限元分析
• 5.2.1 木工机械用高速电主轴有限元分析模型
• 5.2.2 木工机械电主轴稳态热分析条件
• 5.2.3 电主轴稳态热分析结果及讨论
• 第六章 改善主轴热态特性的主要措施
• 6.1 高速电主轴的结构
• 6.2 减小电主轴发热量的措施
• 6.2.1 减小轴承发热量的措施
• 6.2.2 减小电机发热量的措施
• 6.3 对比分析
• 总结与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文
• 致谢