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基于MATLAB的高速磨削电主轴单元定子冷
文章来源:本站收集  上传时间:2018-7-20  点击人气:712

  近年来,跟着对加工要求的进步,国际上高性能、高速、高精度数控机床遍及选用电主轴单元,尤其是磨削用高速数控机床,它代表了高速主轴技能的未来发展趋势。但是,电主轴单元在高速运转的进程中会发作很多的热,假如散热问题解决欠好,很多的热就会使主轴发作热变形,然后影响工件的外表质量和加工精度。电主轴单元的内部有两个首要热源(D主轴轴承;⑵内藏式主电机。因而,探究电主轴单元定子外表的散热方法显得尤为重要。

  传统高速电主轴单元一般选用循环冷却结构,冷却槽的截面形状及管道的空间安置方法首要是依托经历来规划。但是,经历规划没有充分考虑冷却管道的截面形状以及管道间壁体的厚度对散热的影响,为安全起见,一般把螺旋管道之间的槽壁规划的较宽,因而,减小了散热总面积,削弱了散热作用。

  运用薄壁圆筒模型的相关理论,从管壁因承受冷却液内压力而发作的应力应变方面着手,经过定量剖析壁厚的最小规模,优化规划高速主轴单元定子外表冷却管道的截面巨细与形状,进步外表对流换热系数,添加换热面积,然后到达增强换热的意图;别的,为电主轴单元定子外表冷却管道的安置供给理论基础。

  2定子外表冷却管道的几许模型2.1定子外表冷却方法概述主轴单元在高速运转时,会发作很多的热。假如这些热不能及时有效地被带走的话,会使主轴温度升高,沿轴向、径向发作热变形,然后影响工件的外表质量,尤其在精细、超精细加工中这种影响更为杰出。为了使定子外表的温升减小,一般是在定子外表装置一个带有螺旋槽的铝套或许在定子外表直接开槽,然后在槽中通入室温冷却液,经过对流换热,使冷却液带走定子所发作的大部分热量,然后到达下降定子温升的意图。

  2.2冷却管道的几许模型高速主轴单元定子外表的螺旋冷却管道,如所示。传统的管道截面形状规划是依据经历来规划的,没有定量剖析壁体的厚度S对定子外表冷却作用的影响。事实上,壁体的薄厚对定子的散热有较大的影响,壁体相当于肋片,其薄厚直接影响定子表冯瑞金等:依据MATLAB的高速磨削电主轴单元定子冷却管道的优化规划面的散热总面积,而散热面积的巨细与散热量成正比。假如壁体太厚,那么散热总面积减小,散热热量显着减少;假如太薄,壁体可能因承受不了来自冷却液的内压力而发作变形,使冷却套与壳体之间呈现缝隙,管道不能有效地把液体密封在内,部分流体跳过壁体进入相邻管道,进而影响流体在管道中的速度,使流体流速减小,终究影响定子外表的对流换热量。

  (a)冷却管道的几许模型0))冷却管道的横截面形状电主轴定子外表冷却管道的几许模型图中:a、6―冷却管道横截面的高和宽;P壁体的厚度。

  3定子外表冷却管道截面参数的数学模型冷却管道的截面形状尺度及壁厚的参数a、、有如下的函L、、A、、Cp定为独立参数,1、R、hP、、P为非独立参数。非独立参数由独立参数Q、P、R.、以及流体的物性参数来确定。下面,我们来讨论部分非独立参数的核算模型。

  3.1冷却管道入口处实践压力P的数学核算模型由知,定子外表冷却管道中的能量丢失仅为沿程丢失Hf,即流体在均匀流段上战胜沿程阻力而引起的能量丢失,公式平均流速(m/s);g―重力加速度(m/s)。

  此外,机械能的沿程丢失即能量丢失,与压力丢失有关,关由上述剖析可知,管道入口处的实践压力P应该是:P=P0+AP⑶3.2冷却管道沿程压力丢失AP的数学核算模型3.2.1沿程丢失的数学核算模型⑴层流沿程丢失Hf!:现已对层流沿程丢失进行了具体的推导,所得成果如下:/=64/Re⑷为了研讨它们之间的定量联系,尼古拉兹做了很多的。

  表1不同流量下的最优化成果参数称号管道截面冷却液流量管道壁体厚Q((Llmin)度5mlmm定子原料核算成果45钢6定子外表冷却管道的有限元剖析与比较6.1仿真剖析的基本条件(1)电机的额定功率为41.9kW,额定损耗功率为1.5kW;(2)油气光滑体系的压缩空气压力为0.15MPa,温度为20T;(3)环境温度为20t;⑷定子的原料为钢,长为382mm,直径为199mm.6.2仿真剖析成果与比照6.2.1经历规划成果依据经历所规划的冷却管道,定子外表经冷却后的温度散布,如表2所示。

  表2依据经历所规划的冷却管道经冷却后的温度管道截面管道截面宽blmm管道壁体厚度5(mm冷却液流量Q((Llmin)最高温度T(弋定子原料45钢6.2.2优化规划成果依据上述理论公式,运用Matlab软件优化核算,并用Nastran软件进行了仿真剖析,成果如表3所示。

  表3冷却管道经化规划后并经冷却液冷却后的温度管道截面管道壁体冷却液流量最高温定子原料厚度5(mm度T(弋45钢6.2.3仿真成果比照经过比照两种规划成果,优化规划表明:在同一冷却液流量的情况下,优化规划与经历规划相比,具有显着的冷却作用,由传热学理论知这是由于电主轴单元定子外表相邻冷却管道间的槽壁相当于肋片,肋片的薄厚对散热有着较为显着的影响,在定子长度和槽宽为定长的情况下,肋片(即壁厚)越薄,散热总面积就越大,也便是添加了电主轴单元定子外表的散热面积,对流换热就越强,因而,换热作用就明显。在同一冷却液流量的情况下,截面形状为正方形的冷却作用比截面形状为长方形的冷却作用明显,别的,正方形截面形状的参数核算更契合实践工况,因而,仿真成果更准确。

  7定论研讨电主轴单元定子外表的冷却作用关于高速磨削加工具有重要的含义,以Matlab和Nastran软件为渠道,经过对电子外表的冷却管道树立数学和物理模型,挑选正确的边界条件,完成了对冷却管道的优化规划,并比较了经历规划和优化规划的两种规划成果。表2和表3现已列出了经历规划和优化规划两种规划所得到的温度数据,因而,经过对两种规划的仿真剖析,能够得出如下定论。在流量相同的情况下,冷却槽壁越薄越好,因而,在规划冷却槽宽时,应当使槽壁在契合力学模型及加工工艺条件的前提下,壁厚的规划应当以增大换热面积为主,即越薄越好,考虑到加工工艺,主张壁厚规划为1mm;在流量相同的情况下,冷却槽的截面形状应该规划为正方形。

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