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《哈尔滨理工大学》 2019年
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新型高速电主轴轴承-轴芯热场分布规律与实验研究

张雪亮  
【摘要】:高速电主轴是机床系统中关键部件,其性能的好坏直接影响整台机床的加工精度,所以对电主轴及其组成元件都有很高的要求。因为高速电主轴结构紧凑使得内部空间封闭,电机和轴承的生热是不可避免的,从而导致角接触球轴承及轴芯产生热变形进而影响电主轴的稳定性及可靠性。目前高速电主轴在进一步推广过程中受热变形的影响较大,为了对电主轴热场分布规律提供理论依据,对高速电主轴轴承-轴芯热场和变形进行深入研究。本文在对润滑冷却系统进行详细分析及配套设施相应计算的基础上,分析了高速电主轴的两大热源-电机生热和混合陶瓷球轴承的摩擦生热,得到了电机定转子、以及角接触球轴承内外圈、滚动体的生热率,探讨了电主轴整体传热机理。运用Hertz接触理论计算了角接触球轴承最大接触应力与最大变形,并采用ANSYS Workbench对其进行非线性接触问题仿真分析,通过仿真结果与计算结果对比证实本文有限元接触仿真的正确性。在此基础上进行轴承稳态热分析得出轴承温度场,并进一步对轴承进行热-应力耦合分析,得到了耦合场作用下轴承变形量及轴承温度场分布规律。对高速电主轴内部传热系数进行计算,分析得到了电主轴热场分布规律及轴芯热场分布规律和热变形量。提出了从热源、散热、补偿三个方面改善轴芯发热变形问题,得出电主轴配置油气润滑系统对轴芯发热的影响规律。本文最后搭建了高速电主轴温升及轴向变形实验平台,测量电主轴在空载、恒速情况下前端面温度及轴芯轴向变形。结果发现,实验数据与仿真分析偏差在允许误差内,从而证实本文的理论方法是可行的。本文提出高速电主轴轴承-轴芯热场研究方法,为电主轴更新换代提供了相应的理论依据,对研制更高精度电主轴具有重要意义。
【学位授予单位】:哈尔滨理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TG502.3

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【参考文献】
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