木材加工高速电主轴热态特性的有限元分析

来源 :中国林业科学研究院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:candy0533
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随着科学技术的进步,高速加工已经能大大地提高生产效率和降低生产成本,是一项非常有前景的先进制造技术。高速加工技术的推广必须以高速机床为前提。高速电主轴技术在高速机床的研究和发展中有重要的意义。木材加工高速电主轴是结合金属加工用电主轴的主要技术,根据木材高速铣削原理和木材加工工艺特性发展起来的一种木材加工机床上的核心部件。  由于加工对象是木材,在高速旋转的条件下,通常需要采用空气冷却方式的高速电主轴切削载荷不大,因此由切削载荷引起的变形量对加工精度的影响就会非常小,但木材加工过程中粉尘较多,对高速电主轴的密封保护要求较高,散热困难,这就造成了影响电主轴寿命和加工精度的核心问题——电主轴系统的热平衡问题。若电主轴系统的热平衡问题不能得到很好的解决,就会引起主轴的变形、影响材料的加工精度、降低主轴系统的使用寿命。因此必须对高速电主轴的热态特性进行分析,以减少电主轴的温升和热变形。迄今为止,国内对高速电主轴的热态特性仍缺乏足够的认识,高速电主轴的综合性能与国外先进的电主轴相比还有很大差距,因而极大地限制了高速电主轴的应用领域,因此必须对高速电主轴的关键技术进行系统的研究,以研制高精度、高转速、空气冷却的木材加工高速电主轴。  本学位论文采用了理论分析和计算机模拟有限元分析相结合的方法,对木材加工高速电主轴HSL110的热态特性做了详细的理论分析和模拟研究。本学位论文完成的主要工作有:  (1)研究了高速电主轴中内装式电机的损耗发热和轴承的摩擦发热原理,并对其进行了计算。  (2)研究了主轴系统的温度场传热机制,并对风冷冷却系统的散热特性进行了分析。  (3)建立了高速电主轴热态特性的有限元模型,并确立了电主轴有限元热分析的边界条件。根据实际情况,最终确定了有限元分析对象和分析条件。  (4)通过有限元软件进行运算分析,根据分析结果,提出了改进高速电主轴热态特性的主要方案。  (5)用有限元软件验证了改进方案,并根据分析比较结果,确定了最终改善电主轴温度场分布的壳体方案。  本学位论文中的理论分析和模拟结果具有一定的先进性和适用性,对研制新一代木材加工高速电主轴具有重要的意义。
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