高速电主轴热态特性的ANSYS仿真分析VIP专享VIP免费

第35卷第1期兰州理工大学学报v()L35Na12009年2月JoumalofLanzhouUmversityofTecllnologyFeb．2009文章编号：1673—5196(2009)01-0028_04高速电主轴热态特性的ANSYS仿真分析王保民k2，胡赤兵1’2，孙建仁L2，刘洪芹1’2(1．兰州理工大学数字制造技术与应用省部共建教育部重点实验室，甘肃兰州730050I2．兰州理工大学机电工程学院，甘肃兰州730050)摘要：分析高速电主轴的发热和散热特性，建立高速电主轴热态分析有限元模型．运用ANSYS有限元软件，分析热稳定状态下电主轴的温度场分布以及冷却润滑系统对电主轴温升的影响．分析结果表明，提高电主轴现有冷却润滑系统的冷却效率可有效控制轴承的温升，但对转子轴的温升影响很小，要有效控制转子轴的温升和提高电主轴的精度和寿命，必须研究转子轴的冷却途径和方法．同时，仿真分析转速对电主轴温升的影响，揭示电主轴温度场分布的非线性特征，为电主轴温升的在线监测和控制提供理论依据．关键词：高速电主轴；热态特性，仿真分析；ANSYS中图分类号：TG659文献标识码：ASimulationanalysisofthe咖aIcharacteristicsofhigh_speedmotorizedspindlebyusingANSYSWANGBa0_minl”，HUChi_bin91”，SUNJia"renl”，LIUHon驴qinl’2(1．KeyLaboratoryofDigitalM粕ufact“ngTechn0109)，andApplicati∞，TheMinist巧ofEducation，L丑皿h0IlUn．v．of风h，Lanzhou730050，Chim；2．collegeofMechar盱ElectrollicErIgine甜ng，L丑皿houU试v．0fkh，Laf屹hou730050。Chim)Abstract：Thefiniteelementmodelofhigh_speedmotorizedspindlewasbuiltupforitsthemalanalysisbyanalyzingitsheatgenerationandheatradiatiorLWiththehelpofANSYSfiniteelementsoftware，thetemperaturefieldinthemalequilibriumstateandtheeffectofcoolingandlub^catingsystemofmotorizedspindleontemperaturerisewereanalyzed．Simulationresultsshowedthat，byimprovingthecoolingeffi—ciencyofcoolingandlubricatingsystemofmoto“zedspindle，thetemperatureriseofbearingcouldeffec—tivelybecontrolle文Thismethodhas，however，littleeffectonthetemperatureriseofrotorshaft．TherPforeinordertoeffectivelycontrolthetemperatureriseofrotorshaftandimprovetheaccuracyandservicelifeofmotorizedspindle，newheatradiationwaysofrotorshaftmustbedeveloped．Furthermore，theeffectofrotationspeedonmotorizedspindletemperaturerisewasanalyzedandthesimulationresultre—vealedthenonlinearcharacteristicsofthemotorizedspindletemperaturefieldandprovidedatheoreticalfoundationforon-linetemperatureinspectionandcontrolofmotorizedspindl己KeywolldIs：high-speedmotorizedspindle；themalcharacteristics；simulationanalysis；ANSYS以高速切削、高速进给、高精度加工为主要特征的高速加工技术是当代四大先进制造技术之一，是继数控技术之后使制造技术产生第二次革命性飞跃的一项高新技术．它不仅具有极高的生产率，而且可显著地提高零件的加工精度和表面质量[卜3|．高速电主轴是高速数控机床的核心部件，其性能好坏在很大程度上决定着整台机床的加工精度和效率．然收稿日期：2008．07—11作者简介：王保民(1972一)，男，甘肃天水人，博士生，讲师．而，电主轴温升引起的热位移严重影响着高速数控机床的加工精度和电主轴寿命，对电主轴的热态特性进行仿真分析具有重要的理论意义和实用价值[4．7]．ANSYS是一种通用的有限元仿真分析软件，具有很强的热分析功能．本文应用ANSYS有限元计算软件，仿真分析了电主轴的温度场分布以及冷却润滑系统和转速对电主轴温升的影响，对实际电主轴的设计、加工制作和试验分析有一定的指导作用，可避免试验的盲目性和浪费．万方数据第1期王保民等：高速电主轴热态特性的ANsYS仿真分析·29·高速电主轴的发热计算高速电主轴有两个主要的内部热源：轴承的摩擦发热和内装式电机的损耗发热．1．1轴承的摩擦发热高速电主轴使用混合陶瓷球轴承，根据Palmgren计算公式[8I，轴承滚动体与滚道间接触区的摩擦发热量为Hf=1．047胁(1)...