高速电主轴热态特性分析及温度预测研究
高速滚珠轴承电主轴热态特性分析
高速滚珠轴承电主轴热态特性分析姜本刚;雷群;杜建军【摘要】为研究高速滚珠轴承电主轴的热特性对其性能的影响,计算轴承的热源生热并进行热特性仿真.研究轴向载荷和转速对接触角的影响规律,进而采用局部热计算方法计算轴承的热损耗.结果发现,轴承的旋转速度对其热损耗的影响比轴向载荷作用更明显,并且滚珠的自旋摩擦是轴承生热的主要形式.结合热源生热计算结果,运用ANSYS对一定转速的空载电主轴分别进行稳态热分析和瞬态热分析,发现电主轴的最高温度点出现在内置电机转子的中心区域.将稳态热分析结果加载到有限元模型进行热-结构耦合分析,发现最大轴向位移出现在主轴的最前端,最大轴向应力则出现在前轴承球与外滚道的接触区域.设计空载电主轴温升测定实验,验证仿真结果的正确性.%To study the influence of the thermal characteristics of the motorized spindle of ball bearings on its performance,the heat source calculation and the thermal characteristic simulation of the bearing were performed.The heating consumption of the bearing was analyzed by the local heat calculation method.It is found that the influence of the bearing speed on thermal consumption is greater than that of axial load,and the ball's spin is the main form of the ball bearing heating.Based on the calculation results of heat source,the steady-state and transient-state analysis were performed respectively by ANSYS under a certain speed with no load.The result shows that the highest temperature appears in the iron core of the motor rotor.The thermal-structure coupling analysis was carried out by loading the steady-state thermal analysis results to the finite element model.The results show that the maximum axial displacementappears at the front of the spindle,and the maximum axial stress appears on the contact point between the ball and the outer ring of the front bearing.An experiment of temperature rise measurement was performed by a no load spindle,the measuring results verified the accuracy of the simulation results.【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2017(042)002【总页数】8页(P6-12,18)【关键词】电主轴;角接触球轴承;局部热计算法;热分析【作者】姜本刚;雷群;杜建军【作者单位】哈尔滨工业大学深圳研究生院广东深圳518055;广州市昊志机电股份有限公司广东广州511356;哈尔滨工业大学深圳研究生院广东深圳518055【正文语种】中文【中图分类】TH133.37电主轴是高性能机床的核心部件，将转轴、驱动电机和轴承集成为一体，其性能直接决定了高速切削的质量[1]。
分析高速机床电主轴的热管冷却
分析高速机床电主轴的热管冷却摘要高速机床相对于传统的加工机床来说具更高的加工速度以及较优秀的零件精度及切削表面质量，为现代化的机械加工业提供更优质的服务。
但是由于高速机床在工作的过程中，是由电主轴的高速旋转来完成工作的，在这一进程中产生了大量的热量，温度的升高使得机械产生热膨胀，从而使得零件的制造精度降低，误差较大，因此采取有效的降温措施是保证高速机床正常工作的必然选择。
本文中主要针对高速机床电主轴的热管冷却进行了详细的分析及探讨。
关键词：高速机床；电主轴；热管冷却高速机床在使用的过程当中，处于高速旋转状态下的电主轴的各个零件都会表现为或强或热的发热现象，如果不采取及时且有效的冷却措施，就会使得电主轴与机床中的其它结构的相对位置等参数相较于正常运转状态存在较大的误差，特别是电主轴发生较强的热膨胀时，会严重的影响着零件的加工误差，此外，由于温度得不到很好的控制，也会使得电主轴过热而发生局部的应用变化等，等而减少高速电主轴的使用寿命，增加了生产成本，因此应采用合理的冷却系统，提高电主轴的冷却水平，从而更有利于稳定机械加工质量，保护高速机床设备。
1.创新高速电主轴冷却系统的必要性分析在当今我国使用的高速机床中，在进行高速主轴冷却工作时，大多数是采用在主轴壳体内添加冷却油的形式来实现的，这些冷却油在主轴的工作过程中得到不断的循环，从而将热量带下次，达到主轴冷却的最终目的。
在具体的工作中，这些冷却油在油温控制器的控制下，经前端盖处的入水口，流入到前端轴承外围，并完成对前端轴承的冷却工作，随后再流向主轴的定子及后轴承，完成相应的冷却任务后，再流回主轴油温控制品，这一流程的结束即完成了一次冷却循环。
高带电主轴在工作中之所以会发出热量，究其原因主要是其存以以下的发热源，首先位于机床主轴结构中的主轴电动机高速旋转而发出的热量，是其内部结构的主要热量来源；其次，由于电动机在主轴壳体内的高速转动使得壳体内的空气发热，同时再通过主轴壳体等散发了出去，这使得主轴的温度有所升高，甚至于其使用寿命也会有所缩短，零件的加工精度也得不到有效保证；最后，在转动过程中，主轴轴承摩擦所产生的热能也是热源之一。
高速电主轴热态性能的有限元分析及温升控制
Ｆｉ ｉｅ Ｅｌｍ ｅ ｎ ｔ ｅ ｎｔＡｎａ ｙ ｉ ｆＴｈ ｒ ａ ｌ ｓｓ ｏ ｅ ｍ ｌＣｈａ ａ ｔ ｒ ｓｉｓ ａ ｄ Ｔｅ ｐｅ ａ ｕｒ ｓ ｎｔ ｏ ｏｒ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｎ ｍ ｒ ｔ ｅ Ｒｉｅ Ｃｏ ｒ ｌｆ Ｈ ｉｈ Ｓ ｅ ｏ ｏ ｉｅ ｐｉ ｄｌ ｇ ｐｅ ｄ Ｍ ｔ ｒ ｚ ｄ Ｓ ｎ ｅ Ｗ ＥＮ Ｈｕ ｉｘ ｎ ａ — ｉ ｇ，Ｗ ＡＮＧ ｅ— ａ Ｍ ｉｙ ｎ
Ａｂｓｒ ｃ ｔ ａ ｔ：Ａ ｃ ｏ ｄｎ ｏ ｔ ｎｔｒ ｌ ｏ ｏ ｈ ｒ ｃ ｅｉｔｃ ｆｈｇ ｐｅ ｄ ｍｏ ｏ ｉ ｅ ｐｉ ｄｅ ｈｅ ｔｓ ｕ ｃ ｓａ ｅ ｃ ｒ ｉｇ ｔ ｈｅｉ ｅｎａ ｔ ｒｃ ａ ａ ｔ ｒｓｉｓ ｏ ｉｈ ｓ ｅ ｔ ｒｚ ｄ ｓ ｎ ｌ， ａ ｏ ｒ ｅ ｒ ｍ
ｃｏｎｔｏ１ ｒ
Ｏ 引 言
电主轴作 为 一 种 新 兴 的 机 床 主轴 结 构 ， 采用 内
态 特 性 的 研 究 与 电 主 轴 温 升 的 控 制 是 电 主 轴 需 要 解
决 的关 键 问题 之 一 。
装 式 电机 直接驱 动形 式 ， 和传 统 的 主传 动方 式 相 比 ，
具 有结构 紧凑 、 动链 短 、 械效 率 高 、 传 机 噪声 低 、 动 振 小 和 回转 精度 高等优 点 。 电主轴 的应 用 不仅 大 大 提 高 了加 工效率 和加 工质 量 ， 降低 了产 品成本 ， 且 可 并 以实现薄 壁零件 和难加 工材料 的精密 加工 。 高速 电主 轴 是 高 速数 控 机 床 的核 心 部 件 ， 机 对 床 的加工 精度 和 效 率 影 响 很 大 ， 其 内装 式 电机 的 但 结 构 ， 得 高速 电主 轴 的发 热 量 大 ， 热条 件 差 ， 使 散 进 而 直接影 响 到 主 轴 的 精 度 。因 此 ， 高速 电 主轴 热 对
高速木工机械电主轴热态特性分析
计 ， 电主 轴 中 的 Ｈ Ｋ拉 刀 机 构及 后 支 座 不参 加 有 Ｓ
速木 工机 械 电主轴 的两 个 主要 内部 热 源．
２ １ 内装 式 电 动 机 的 损 耗 发 热 ．
对 于 角 接触 球 轴 承 ， 当量 静载 荷 按 下 述 两式 其
计 算 ， 取 其 中较大 值． 并
电 机 转 子 和 定 子 的 发 热 来 源 于 电 机 的 损 耗 ．电 机 的 损 耗 一 般 分 为 ４类 ： 械 损 耗 、 损 耗 、 损 耗 机 磁 电
Ｐ。 ． Ｆ ＝１ ４ 一０ １ ， ． Ｆ， （） ５
式 （） ，， １ 中 Ｑ—— 轴 承 摩擦 发热 量 ， Ｗ；
— —
摩擦 总 力矩 ， ｍ Ｎ・ ｍ；
Ｐ 为 决定 轴 承摩 擦力 矩 的计算 载荷 ， ． Ｎ
轴 承 中 径 ｄ （ ｍ） ｍ 为
矗 ： ，
１ ）主轴 密 封 要 求 比一 般 电 主轴 要 求 更 高 ．因
收 稿 日期 ： ０ ９—０ 一ｌ ２０ ９ ４ 作 者 简 介 ：王 娟 ， ， 士 研究 生 ， 究 方 向 为 高速 木 工 机 械 电 主轴 空 载 热 平衡 问题 ； 女 硕 研
汤晓华 ， ， 授 ， 男 教 主要 从 事 机 电 一 体化 及 视 频 检 测 技术 方 面 的 研 究 ．通 讯 作者
— —
荷大小 及 轴承 转速 有关 的摩 擦 力 矩 分量 ．在 滚 动轴
高速电主轴轴承温度预测与温升影响因素分析
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｂｅ ａ ｉｎ ｒ ｇ ｓ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｅ ａ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ａ ｍｏ ｕ ｎ ｔ ｏ ｆ ｆ ｒ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｈ ｅ ａ ｔ ｗ ｈ ｅ ｎ ａ ｈ ｉ 【 ｇ ｈ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ｍｏ ｔ ｏ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ — ｓ ｐ ｉ ｎ ｄ ｌ ｅ ｒ ｕ ｎ ｓ ，ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ
ＬＩ ＡＯ Ｍｉ ｎ ，Ｗ ＡＮＧ Ｘｉ ｎ — ｘ ｉ ｎ
（ １ ．Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆＭｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， Ｘ ｉ ｈ ｕ ａ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ ｄ ｕ ６ １ ０ ０ ３ ９ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；
表 １ 各输 出参数误差绝对值累积和
网络累积误 差值可知 ， 所建立 的网络泛化能力强。 下面就利用该网络进行轴承温度预测。
２ ． ２ 主 轴轴 承温 度预 测
根 据所 构建 的 Ｂ Ｐ神 经 网络 ， 输 入 主 轴 转 速 和 环 境温 度 ， 对 各 个 测 试 点 输 出参 数 （ 温度 ） 进 行 预
Ｊ ａ ｎ ．２ ０１ ３ Biblioteka ・机 电 工程 ・
＿＿ ＿
同 速 电主轴 轴 承 温 度 预 测 — Ｉ Ｊ ／ ｒ 目 ｍ 升 影 响 因素 分 析
口
高速加工中心电主轴热态特性研究
［ ］ 王 铁 山 ， 波 ． 车 摩 擦 材 料 测 试 技 术 ［ ． 春 ： 林 科 １ 曲 汽 Ｍ］ 长 吉
学 技 术 出版 社 。 ０ ． ２ ５ ０
和 △ ，的 要 求 ， 且 飞 轮 数 量 比 较 合 适 。 而
４ 讨 论 与 结 论
限 于 笔 者 知 识 的 局 限 ，没 能 对 飞 轮 进 行 断 裂 力 学
构强度 满 足要求 。
２）飞 轮 爆 裂 的 临 界 转 速 为 ２ ５ ０ ｒｍｉ 。 ０ ／ ｎ
【 ］ 郭 振 字 ， 敏 ． 于 差 异 演 化 算 法 的 高 速 储 能 飞 轮 形 状 优 ５ 叶 基
化 设 计 ［］ Ｊ． 吉林 大学 学 报 （ 工学 版 ）２ ０ ，８ １ ：０ ８ ． ，０ ８３ （ ）８ — ３
度 和 价 格 能 量 密 度 。 但 优 化 为 工 字 型 飞 轮 会 增 加 飞 轮 的 轴 向 尺 寸 ， 而 加 大 台 架 长 度 方 向 的 尺 寸 。 用 车 间 从 占
空 间会加 大 。
现 采 用 等 差 等 比综 合 法 确 定 飞 轮 惯 量 ：等 比级 差
Ａ／ － ｇ・ ２ Ｉ ＝ ｇ・ ￣ ｏ ｋ ｍ２ １ ＝ ０ ｋｇ・ ２ ／＝２ － ｋ ｍ １ ５ ｋ ｍ２ Ｉ＝１ ｇ・ ３ ２ ２ ｍ ￣４ ０
高速电主轴热态性能分析
之 后 使 制 造技 术产 生 第 二 次革 命 性 飞 跃 的 一 项 高
新 技 术 。实 现 高速 加 工 的关 键是 要 有 高速 机床 ，
电 机 的 损 耗 一 般 分 为 ４类 ：机 械 损 耗 、 电 损 耗 、 磁 损 耗 和 附 加 损 耗 。前 三 类 损 耗 通 常 称 为 主 要 损
耗 。 附 加 损 耗 在 总 的 损 耗 中所 占 的 比例 很 小 ，约
为 额定 功率 的 １～ ５ ％ 。
２２ 轴承 的发 热 ．
０ 引言
以高 速 度 、高 精 度 、大 进 给 为 主 要 特 征 的 高
速 加 工 是 当 代 先进 制 造 技 术 之 一 ，是 继 数 控 技 术
定 扭矩 为 ６ Ｎ ４ ｍ。该 主 轴前 端 采 用 两 套 “ 背靠 背 ”
式 的 角 接 触 轴 承 ，在 主 轴 后 端 采 用 一深 沟球 轴 承
第３ 卷 第 １ ３ 期
２ １ － （ ） ［４ ］ ０ １ １ 上 １ １
Ｍ
＝
Ｍ
Ｍ
『 Ｉ
Ｏ
３４ 电主轴 前 、后密封 环 的对 流换 热 系数 ． 电主 轴前 、后密 封环气 隙 中有轴 向流动 的气
体 ，热交换 的情 况 比较 复 杂 。由于气隙很 小 （ 为 约
．
４
＝— ＝ ＿： 一
Ｈ
（） Ｊ； 为 决定轴 承摩擦 力矩 ｅ 的计算 载荷 。 ＋
＝
，
厂 、 ， 。
高速电主轴热态性能的分析
高速电主轴热态性能的分析陈玉球【摘要】重点阐述了电主轴热性能的计算必要性及其计算过程,通过对某电主轴热性能的计算和有限元仿真,得出了该电主轴的热载荷、温度场分布图,达到了对该电主轴进行热校核计算的目的,对于电主轴的热性能计算和热性能仿真分析具有一定的指导意义.【期刊名称】《机械研究与应用》【年(卷),期】2019(032)004【总页数】3页(P30-32)【关键词】热载荷;校核;有限元【作者】陈玉球【作者单位】湖南有色金属职业技术学院,湖南株洲 412006【正文语种】中文【中图分类】TD4510 引言电主轴作为加工中心的关键设备之一，大多数采用内置式的电机，因此结构尺寸小，导致散热条件不良；并且高速运转诱发轴承摩擦加剧、发热量变大。
基于上述两个方面，电主轴温升大、热变形严重，导致加工质量降低[1]，所以分析电主轴的热态特性具有重要意义。
笔者针对电主轴的热性能分析进行了详细分析，包括热量的产生、热量的传递及不同位置的热载荷的大小都进行了分析和计算；针对某特定型号的电主轴进行了热性能的理论计算和热载荷仿真分析，以期望得到得到电主轴的温度分布图，识别热载荷较大的位置，为电主轴的热性能设计提供一定的指导作用。
1 高速电主轴热计算1.1 主要部件参数西门子公司的1FE1072-4WH，其主要参数为：额定功率：28.5 kW，最高转速:24 000 r/min，额定扭矩:28 N·m，额定转速:9 700 r/min，选择日本NSK公司的45BER10S作为前端轴承，N1008MRKR作为后端轴承，其最高速度在合适的润滑及散热条件下分别可达到31 500 r/min和25 000 r/min。
1.2 高速电主轴电机发热计算电机工作时定子产生约67%的热量，其余由转子产生。
取电机功率因素为0.85，电机损耗功率4.275 kW，则定子产生热量为2.85 kW，转子产生热量为1.43 kW。
1.3 高速电主轴轴承的发热分析与计算滚动阻力的存在使得轴承在工作过程中产生大量摩擦热。
高速立式加工中心电主轴的温升测试及分析
高速立式加工中心电主轴的温升测试及分析赵月娥;王美妍【摘要】Focused on the features of the built-in motor spindle high speed machining center,motorized spindle temperature of heat source was analyzed.Through designing and building electrical spindle experiment platform,and by using DH5922 dynamic signal test and analyzing system,optimal modulator thermal resistor of detection system was selected and motorized spindle temperature rising test was completed.Through the analysis of the experimental results,the reasons of the motorized spindle temperature rising were verified,and relevant measures for real-time monitoring of temperature rise were put forward.%针对高速立式加工中心电主轴内置电动机的特点,分析了电主轴产生温升的热源.通过设计与搭建电主轴试验平台,采用DH5922动态信号测试分析系统,选择热电阻适调器组成的检测系统,完成了电主轴的温升测试试验.通过对试验结果的分析,验证了电主轴温升产生的原因,并提出了相关对温升进行实时监控的措施.【期刊名称】《新技术新工艺》【年(卷),期】2013(000)008【总页数】3页(P74-76)【关键词】电主轴;温度传感器;温升测试;数据分析【作者】赵月娥;王美妍【作者单位】陕西工业职业技术学院机械工程学院,陕西咸阳712000;陕西工业职业技术学院机械工程学院,陕西咸阳712000【正文语种】中文【中图分类】TG659高速立式加工中心的主要特点是高速、高精度和高稳定性。
高速磨削电主轴温升及动力学特性研究的开题报告
高速磨削电主轴温升及动力学特性研究的开题报告一、选题背景与意义高速磨削已成为现代制造业中不可或缺的工艺之一，其要求高精度、高效率、高质量。
但高速磨削加工过程中，由于磨粒对工件的高速冲击和摩擦，会产生大量的热量，导致电主轴的温升，从而影响了磨削加工的质量和效率。
因此，研究高速磨削电主轴的温升及动力学特性，对于提高高速磨削加工质量和效率具有重要意义。
二、研究内容和目标本研究的主要内容是对高速磨削电主轴的温升及动力学特性进行研究。
其中，温升方面需要测量电主轴在不同加工条件下的温度变化，建立电主轴温度模型，并通过模型分析出影响电主轴温度的因素；动力学特性方面需要对电主轴的转速、转矩、功率等进行测试分析，建立电主轴动力学模型。
通过研究电主轴的温升和动力学特性，探究其对高速磨削加工的影响，并提出优化措施，以提高高速磨削加工的效率和质量。
三、研究方法本研究采用试验研究和数值模拟相结合的方法进行。
通过对高速磨削电主轴的加工参数进行改变，如进给速度、切削深度、切削速度等，测量电主轴的温度变化，并建立温度模型。
同时，对电主轴的动力学特性进行测试，建立电主轴动力学模型。
通过数值模拟的方法，对电主轴在不同加工条件下的温度变化进行模拟，并对比试验结果，验证模型的准确性和可靠性。
四、研究进度计划第一年：1.研究高速磨削电主轴的温升特性，建立电主轴温度模型；2.测试电主轴的转速、转矩、功率特性，建立电主轴动力学模型。
第二年：1.开展不同加工条件下的试验研究，测量电主轴的温度和动力学特性；2.对试验结果进行分析，建立电主轴温度和动力学特性的数学模型。
第三年：1.对不同加工条件下的温度和动力学特性进行数值模拟，验证模型的精度和可靠性；2.提出优化措施，以提高高速磨削加工的效率和质量。
五、结语本研究旨在探究高速磨削电主轴的温升及动力学特性，为提高高速磨削加工质量和效率提供理论依据和实践指导。
通过试验研究和数值模拟相结合的方法，建立电主轴的温度和动力学模型，为优化高速磨削加工过程提供可靠的理论基础。
高速电主轴热—结构特性研究
电动机定子 和转子 的发 热来 源 于 电动机 的损 耗。
电动 机 的 损 耗 一 般 分 为 ４ 类 ： 械 损 耗 、 损 耗 、 损 机 电 磁
耗 和附加损耗 。前 ３ 类损 耗为主要损耗 。附加损耗在 总 的损 耗中所 占的比例很 小 ， 约为 １ 一 ％。 ％ ５
子 与滚 道 的滚 动 摩 擦 、 速 下 所 受 陀螺 力 矩 产 生 的 高
滑动摩 擦 、 滑 油 的粘 性 摩 擦 等 。 电 主轴 的支 承 部 润
件 是高 速高 寿命 精 密 轴 承 ， 机 型选 用 德 国 Ｆ Ｇ公 该 Ａ
司制造 的角 接触轴 ， 动 体材 料 为 陶瓷 ， 细 参 数见 滚 详
于 高速机 床 主 轴 系 统 都 采 用 高 刚 度 的设 计 ， 而其 外
表 １ 电 主 轴 技 术 参 数
功 率 （ Ｗ） ｋ
转 速 （／ ｉ ） ｒｍｎ
ｌ ２
３０ ０ ０—１ ０ ０ ２ ０
冷 却量 （ ） Ｌ
扭 矩 （ ｍ） Ｎ
２ ５
９５ ．
载荷 却不 大 ， 因此 由外 载 荷 所 引起 的主 轴 的 弹性 变 形也 较小 。然 而 电主轴 在 运行 中 的发 热却 是 不 可避 免的， 由机 床 发 热 所 引 起 的加 工 误 差 已经 占 到 了 总 加工误 差 的 ６ ％ ～８ ％ ， ０ ０ 因此 ， 于高 速主轴 单 元来 对
文 章 编 号 ：０ １—２ ６ ２ ２） １—０ ２ １０ ２ ５（ ０１ ０ ０ ５—０ ３
高速 电主轴热一结构特性研 究
苏宇锋 袁 文信 刘德 平 刘 武 发 汪 玉 平。 ， ， ， ，
高速电主轴热态特性的研究
动机 的定子 通过 冷却 套安 装在 主轴 的壳 体 中。
２ 电主轴 的热源分析
高 速 电主 轴 两 个 主 要 的 内部 热 源 是 内装 式 电 机 的损耗 发 热和轴 承 的磨损 发 热 。
机 床 的主 要热 源 。由于转 速和 精度 要求 都 比较 高 ，
但是转速高机床就很容易热变形，与高精度背道而 驰 。所 以就 需要 电主 轴 有很 好 的冷 却 系统 口。所 以 】
（ 沈阳工业大学 机械工程学 院，沈 阳 １０ ７ １ ８ ０）
摘
要 ： 绍了高速电主轴的基本结构 ，建立 电主轴热态特性分析的有限 元模 型 ，并用有限元软件对模 介 型进 的温度提供有 力的依
据。基于上述分析 ，提出改善 电主轴热态特性的方法和措施 。 关键词 ：电主轴 ； 态特 性 ；有限元 热 中图分 类号 ：Ｔ １ ４ Ｋ ２ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ －０ ３ （０ １１ （Ｉ －０ １ － ３ ９ １ ４ ２ １ ） １ － １ １ ０ ０ ）
收稿 日期 ：２ １－０－２ ０１ ５ ０ 作者简介 ：孙兴伟 （ ９ ０一），女 ，辽 宁朝阳人 ，副教授 ，博士 ，研究方 向为复杂 曲面数控加工与控制技 术、曲面数控 １７
加 工轨迹 优化 、曲面测 量与反求技术 。
第３ 卷 ３
第 １期 Ｏ
２ １—１ （ ） ［ １ １ ０ １ １ 上 １ １
ｌ
匐 似
高速 电主 轴热态特性的研究
Ｒｅｓ ｅａｒ ｈｅｒ ａｌｃｈａｒ ｔ ｉ ｉ ｏｒ ｈｉ ｃｈ ｏｎ ｔ ｍ ａｃ ｅｒｓｔｃｓ ｆ ｇｈ ｓｐｅｅｄ ｍ ｏｔ ｉｅｄ ｐｉ ｅ ｏｒｚ ｓ ｎｄｌ
孙兴伟 ，王 聪，王 可，王远涛
高速电主轴单元的热态特性分析
高速电主轴单元的热态特性分析
魏效玲;时玉冰;李勇;刘梦晗;王剑锋
【期刊名称】《河北工程大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2014(031)003
【摘要】由于电主轴系统高速运转时,产生大量的热,并导致热变形,本文基于ANSYS对高速电主轴单元的热态特性进行分析.文中采用有限元法对高速电主轴系统模型进行建模,并计算了电主轴系统的发热量及各部位热对流,通过ANSYS进行分析,得到了高速电主轴单元的温度分布、主轴端部的轴向和径向偏移量及位移图.从热态性能中可以分析得出热感应预载荷,并计算得出相应的强度和临界速度.同时研究发现,为了获得更多的预载荷,应该考虑热感应预载荷的影响.
【总页数】4页(P104-107)
【作者】魏效玲;时玉冰;李勇;刘梦晗;王剑锋
【作者单位】河北工程大学机电工程学院,河北邯郸056038;河北工程大学机电工程学院,河北邯郸056038;河北工程大学机电工程学院,河北邯郸056038;河北工程大学机电工程学院,河北邯郸056038;河北工程大学机电工程学院,河北邯郸056038
【正文语种】中文
【中图分类】TG659
【相关文献】
1.数控机床高速电主轴的热态特性分析 [J], 魏效玲;李小锐;玉新民;王杰华
2.接触热阻对高速电主轴热态特性影响研究 [J], 张珂;许文治;张丽秀
3.ADGM高速电主轴热态特性仿真分析 [J], 李丽丽;李安玲;何强;郭龙斌;张鹏伟;周陆航
4.高速电主轴的热态性能分析及实验研究 [J], 涂明;仲梁维
5.高速电主轴热态性能的分析 [J], 陈玉球
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高速数控机床电主轴热误差机理分析与建模研究
高速数控机床电主轴热误差机理分析与建模研究一、本文概述Overview of this article随着制造业的快速发展，高速数控机床在精密加工领域的应用越来越广泛。
然而，高速数控机床在高速运转过程中，电主轴会产生大量热量，导致热误差问题，严重影响加工精度和效率。
因此，研究高速数控机床电主轴的热误差机理及建模方法，对于提高机床加工精度和稳定性具有重要的理论和实际意义。
With the rapid development of the manufacturing industry, the application of high-speed CNC machine tools in the field of precision machining is becoming increasingly widespread. However, during high-speed operation of CNC machine tools, the electric spindle generates a large amount of heat, leading to thermal error problems and seriously affecting machining accuracy and efficiency. Therefore, studying the thermal error mechanism and modeling method of high-speed CNC machine tool electric spindle has important theoretical and practical significance for improving the machining accuracy andstability of machine tools.本文首先概述了高速数控机床电主轴热误差问题的背景和研究意义，然后介绍了国内外在该领域的研究现状和发展趋势。
DGZX-1230型高速电主轴稳态温度场分析
DGZX-1230型高速电主轴稳态温度场分析刘一波;张晓龙;吴智恒;张华伟;雷群【摘要】以型号为DGZX-1230的高速电主轴为研究对象,分析其运转过程中的热源和热传导机制,借助Fluent软件对电主轴模型进行热-流-固耦合分析,获得电主轴稳态温度场的分布.最后通过实验获取电主轴关键点温度,并将实验结果与有限元分析相对比,结果表明:该计算结果的正确性,同时也为高速电主轴温度场分析提供了方法.【期刊名称】《机电工程技术》【年(卷),期】2016(045)002【总页数】7页(P30-36)【关键词】高速电主轴;稳态温度场;实验;有限元分析【作者】刘一波;张晓龙;吴智恒;张华伟;雷群【作者单位】昆明理工大学机电工程学院,云南昆明 650504;昆明理工大学机电工程学院,云南昆明 650504;广东省工业技术研究院机电工程研究所,广东广州510651;广东省工业技术研究院机电工程研究所,广东广州 510651;广州市昊志机电股份有限公司,广东广州 511356【正文语种】中文【中图分类】TH113.2*广东省科技计划项目（编号：2013B090800010、2015A010104007、2015B010136005）；广州市重大科技计划项目（编号：201508010019）电主轴采用机床主轴与电动机融为一体的结构设计，缩短了机床主传动链的长度，使机床主轴实现“零传动”。
高速电主轴作为高端数控机床及加工中心的核心功能部件，性能的优劣直接影响到数控机床的加工精度、稳定性以及使用范围。
高速电主轴在运转过程中，由于相对密封的结构特点，自然散热条件较差，使高速电主轴内部热量堆积，从而引起主轴的热变形。
因此，需要对高速电主轴进行稳态温度分析和研究。
高速电主轴主要组成部分[1]包括驱动系统、主轴、前后轴承、主轴电机、冷却系统以及润滑装置等。
主轴由前后两部分轴承支承，与电机转子压配做成一体，带有冷却套的电机定子装配在主轴单元的壳体中，主轴通过变频器对电动机转速进行控制，通过冷却装置加以控制温升，前端装有用于安装刀具的内锥孔和端面，以及安装于主轴内部的各类传感器[2]。
高速陶瓷电主轴的热态特性分析
高速陶瓷电主轴的热态特性分析一、摘要二、简述高速陶瓷电主轴三、特性分析1.热传导特性2.热扩散特性3.热膨胀特性四、实验方法五、实验结果及讨论六、总结第一章摘要高速陶瓷电主轴的热态特性极其重要，是决定一个产品在使用过程中的可靠性和使用寿命的重要因素之一，因此本文旨在通过分析高速陶瓷电主轴的热性能来提供参考意见。
本文采用一种详细的实验方法，通过测量和比较热传导、热扩散和热膨胀三个不同的特性，完成对高速陶瓷电主轴的热态特性分析，并针对得出的结论和结果提出相应的改进建议和参考建议。
实验中，使用常规的热传导仪和测温仪，在室温条件下进行实验测量，测量热传导系数、热扩散和热膨胀特性。
实验结果表明，高速陶瓷电主轴的热性能在规定的温度范围内表现良好，热传导系数、热扩散和热膨胀都符合要求，可以作为高速电机的参考数据。
本文将在第二章中对高速陶瓷电主轴进行简要介绍，第三章将分析热传导、热扩散和热膨胀特性，第四章将介绍实验方法，第五章将给出实验结果及讨论，最后第六章总结实验结果。
第二章简述高速陶瓷电主轴高速陶瓷电主轴是一种常用的电动机复杂部件，它与其他传动部件一起构成电机。
它的可靠性和使用寿命取决于热态性能的好坏，因此具有重要的意义。
高速陶瓷电主轴的工作温度一般在0-200C之间，热容量为17mm∕m∙K,密度为2.51g∕cm3,94%由陶瓷纤维组成。
其热导率在20°C-300°C不断变化，从20℃到90℃时，随着温度的升高，热传导系数也不断增加，而90C以上温度的变化就不明显了。
该材料的热扩散特性由热扩散系数、热收缩率和比热容组成，热扩散系数一般小于29.9W∕mK,热收缩率小于0.30%,比热容一般大于800J∕kg°C,热膨胀系数小于7.3x10-6/K,而且具有良好的热稳定性。
本文中，将采用实验测量仪器，以详细的方式分析高速陶瓷电主轴的热态特性，并从实测数据出发，得出合理的结论和参考建议。
数控机床高速主轴温升与热变形实验研究
ｔ ｈ ｅ ｍ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｙ ｆ ｏ Ｃ Ｎ Ｃ ｍ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｔ ｏ ｏ ｌ ｓ ． Ｉ ｎ ｏ ｒ ｅｒ ｄ ｔ ｏ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｔ ｅｒ ｈ ｍ ａ ｌ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｏｎ ｉ ｖ ａ ｒ ｉ ａ ｔ ｏ ｉ ｎ ｓ ｆ ｏ ｈ ｉ ｇ ｈ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ｍ ｏ ｔ ｏ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ
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了高速电主轴温升与热变形测试实验平 台，采用主轴动 态误差分析仪 同时测量 １ ５ ０ ＭＤ ２ ４ Ｚ ７ ． ５型电主轴在 Ｘ ＜ Ｙ 、 ｚ轴方向的 热变形量及不同位置的温升变化。结果表明， 主轴轴 向（ ｚ向） 的热变形量最大， 在转速为 ４ ０ ０ ０ ｒ ／ ｍｉ ｎ 、 ６ ０ ０ ０ ｄ ａ ｒ ｉ ｎ 、 ８ ０ ０ ０ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ 、
１ ０ ０ ０ ０ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ 条件下 ， 主轴的轴 向热变形分别达到 ７ ３ ． １ 、 ７ ９ ． ３ 、 ７ ４ ． ５ 、 ７ ５ ． １ ； 且主轴轴端温升趋势与轴向热变形趋势一致。 论文
高速电主轴热误差预测建模研究
高速电主轴热误差预测建模研究高速电主轴热误差预测建模研究摘要：高速电主轴在加工过程中会产生热误差，影响加工质量和精度。
为了实现高效精准的加工，本文通过研究高速电主轴的热误差特性，建立相应的预测建模方法。
首先，通过对高速电主轴的热误差进行测量，并分析其特性。
然后，采用统计学和数学建模的方法，建立高速电主轴热误差的预测模型。
最后，通过实验验证预测模型的准确性和可靠性。
关键词：高速电主轴；热误差；预测建模；加工质量1. 引言高速电主轴是机床加工中的重要组成部分，对机床的性能和加工效率有重要影响。
然而，由于高速电主轴长时间高速转动会导致轴承和电机的发热，从而产生热误差，影响加工精度和质量。
因此，研究高速电主轴的热误差特性，并建立相应的预测模型，对实现高效精准的加工具有重要意义。
2. 热误差特性分析首先，对高速电主轴的热误差进行测量和分析。
通过实验测量，可以得到在不同工作条件下的电主轴温度变化曲线。
分析测量数据，可以发现高速电主轴的热误差主要表现为温度升高和热膨胀现象。
在加工过程中，轴承和电机的发热会导致主轴温度的上升，进而引起热膨胀，从而产生热误差。
3. 预测建模方法为了准确预测高速电主轴的热误差，需要建立相应的预测模型。
在本文中，采用统计学和数学建模的方法建立预测模型。
首先，收集一定数量的高速电主轴温度测量数据和加工误差数据。
然后，通过统计学方法，对数据进行分析，找出主轴温度和加工误差之间的关系。
接下来，采用数学建模的方法，建立主轴温度与加工误差之间的数学模型，实现对主轴温度的预测。
4. 预测模型验证为了验证预测模型的准确性和可靠性，进行实验验证。
首先，选择一台高速电主轴进行实验，测量主轴温度和加工误差。
然后，使用建立的预测模型，根据主轴温度预测加工误差。
最后，将预测结果与实际加工误差进行对比。
通过对比分析，可以评估预测模型的准确性和可靠性。
5. 结果与分析通过实验验证，得到了高速电主轴热误差的预测结果。
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高速电主轴热态特性分析及温度预测研究
高速电主轴热态特性分析及温度预测研究
摘要：电主轴作为高速加工中最重要的工具之一，其热态特性对加工质量和工具寿命有着重要影响。
本研究旨在分析高速电主轴的热态特性，并通过建立数学模型来预测其温度变化，从而提供优化加工参数和冷却系统设计的理论依据。
实验结果表明，在不同工况下，高速电主轴的温度分布存在明显差异，且会随着电主轴的运转时间和负载的变化而发生改变。
1. 引言
高速电主轴在现代生产中起着至关重要的作用，广泛应用于数控机床、电子制造和精密加工等领域。
电主轴的热态特性对加工质量和工具寿命有着重要影响。
因此，深入研究电主轴的热态特性，对于优化加工参数和提高加工质量具有重要意义。
2. 高速电主轴的热态特性分析
2.1 实验装置
为了分析高速电主轴的热态特性，我们搭建了实验装置。
该装置由电主轴、电机、冷却系统和温度传感器等组成。
实验时，我们对不同工况下的电主轴进行测试。
2.2 温度变化规律
通过实验数据的分析，我们发现高速电主轴的温度存在以下规律：
(1) 温度分布不均匀：电主轴的温度分布在不同部位存在明显差异。
通常来说，电主轴的轴承处温度较高，而电机部分温度较低。
(2) 运转时间对温度有影响：随着电主轴的运转时间的增加，其温度呈现出明显的升高趋势。
这是由于摩擦产生的热量在电
主轴内积累导致的。
(3) 负载对温度有影响：增加电主轴的负载会导致其温度上升。
这是因为负载的增加会带来更大的摩擦力，从而产生更多的热量。
3. 高速电主轴温度预测模型建立
为了准确预测高速电主轴的温度变化，我们建立了数学模型。
该模型基于热传导理论和质量守恒定律，并结合实验数据进行参数拟合。
通过该模型，我们可以预测不同运转时间和负载下电主轴的温度。
4. 实验验证和讨论
我们对建立的温度预测模型进行了实验验证。
实验结果表明，该模型能够准确预测电主轴的温度变化。
同时，我们还对模型中的参数进行了敏感性分析，结果表明模型对于不同参数的变化具有一定的稳定性。
5. 结论与展望
本研究分析了高速电主轴的热态特性，并建立了温度预测模型。
实验结果表明，高速电主轴的温度分布不均匀且受运转时间和负载的影响。
通过建立的模型，我们可以预测电主轴在不同工况下的温度。
这为优化加工参数和冷却系统设计提供了理论依据。
未来的研究可以进一步探究电主轴的热态特性对加工质量的影响，以及提出更加精确的温度预测模型。
综上所述，本研究通过分析高速电主轴的热态特性，建立了温度预测模型。
实验结果表明，电主轴的温度呈现出明显的升高趋势，运转时间和负载对温度有影响。
通过建立的模型，我们可以准确预测电主轴在不同工况下的温度。
这为优化加工参数和冷却系统设计提供了理论依据。
未来的研究可以进一步
探究电主轴的热态特性对加工质量的影响，并提出更加精确的温度预测模型。