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《沈阳建筑大学》 2015年
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水冷系统对电主轴温升特性的影响与分析

陈楠  
【摘要】:数控机床的核心部件之一是高速主轴系统,而高速主轴系统的主要形式是电主轴。电主轴是机床的主要热源,引起电主轴发热的主要原因是电动机的损耗发热和轴承的摩擦发热,这些热量引起的温升和热变形如果处理不当会严重降低机床的加工精度。为了提高电主轴的热稳定性,减小电主轴的温升和热变形,电主轴必须有良好的冷却系统以保证其恒温。由于电主轴最主要的冷却方式是水冷系统对定子的冷却,因此在处理电主轴温升问题的过程中,正确分析水冷系统对电主轴温升的影响是关键。本课题以170SD30-SY型电主轴为研究对象,通过仿真及实验方法分析了水冷系统对电主轴温升的影响,具体研究工作如下:分析了电主轴的发热机理和传热机制,并计算了电主轴空载转速为10000r/min时电主轴的发热量;对电主轴水冷系统的结构进行了简化,建立了电主轴水冷系统的有限元模型;利用流体力学及传热学理论推导了电主轴温度与冷却水流速的关系,并对电主轴水冷系统中的流体流动和温度分布进行了三维仿真计算;分析了不同的冷却水速度及不同的冷却水道宽度对电主轴温度分布的影响,随着冷却水流速及冷却水道宽度的增加,电主轴温度都逐渐降低直至饱和。进行了电主轴温升与冷却水流速关系的实验研究,发现随着电主轴运行时间的增加,定子的温度逐渐上升后达到稳定值,流速增加时此稳定值逐渐下降直至饱和。改进了水冷系统的结构设计,从流速和温度两个方面分析了改进后的效果,通过改变入水口和出水口的位置能直接的提高冷却水的流速,从而更好的降低电主轴的温升。本课题所做工作的实用价值主要在于:国内企业在实际应用时可参考这些数据与分析,以便于根据实际情况合理选择冷却系统的参数,避免试验的盲目性与浪费性;对同类型产品今后的设计工作提供参考价值。
【学位授予单位】:沈阳建筑大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TG659

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