项目名称: 热力耦合作用下高速电主轴动力学分析与实验研究

项目编号: No.51465035

项目类型: 地区科学基金项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 机械、仪表工业

项目作者: 雷春丽

作者单位: 兰州理工大学

项目金额: 48万元

中文摘要: 电主轴是高速数控机床的核心功能部件之一,在高速旋转过程中,其热特性对系统稳定性尤其对机床的加工精度有很大影响,是高速电主轴动态性能研究领域的难点。本项目拟研究热力耦合作用下高速电主轴系统动力学特性表征理论与方法,实现电主轴系统动态响应分析与预测。在深入研究多物理场耦合作用下电主轴生热机理与传热机制的基础上,建立基于温升机理的高速电主轴热特征模型;理论分析与计算电主轴角接触球轴承内部主参数与预紧力、发热及刚度的定量关系;探讨预紧力与主轴-轴承系统热学和力学性能参数的内在关系,提出高速电主轴热力耦合动力学特性分析理论与方法,解释高速电主轴热力耦合动力学问题,揭示高速电主轴设计参数、耦合因素对系统动态性能指标的影响机理和规律。该项目属于交叉学科的基础性问题和研究前沿,为高速电主轴单元优化设计提供理论基础,具有重要的科学意义和应用价值。

中文关键词: 高速电主轴;动力学特性;热力耦合;动力学分析;动态响应

英文摘要: Motorized spindle is a key component of the high-speed NC machine tools. The thermal characteristics of motorized spindle have great effect on its system stability especially for machining precision during high-speed revolution, which makes difficulties in studying the dynamic behavior of motorized spindles. The representation method of high-speed motorized spindle dynamic characteristic with thermo-mechanical coupling effects is studied in this project to analyze and forecast the dynamic response of the system. Based on the detailed study of multi-physical coupled heat generated and heat transfer mechanism, the thermal characteristic model of high-speed motorized spindle is established. The quantitative relationship among the principal parameter of angular contact ball bearing and preload, friction heat and stiffness is calculated. The internal relations between preload and thermal and mechanical property parameters of spindle-bearing system is investigated. The theories and methods of thermo-mechanical coupled dynamic characteristics of high-speed motorized spindles are proposed, in order to explain thermo-mechanical coupling dynamics and reveal the influence mechanism of design parameters, coupling factors on the dynamic performances of the system. This project is belong to the basic issues and research frontiers of the interdiscipline, provides a theoretical basis for the optimal design of motorized spindle and has important scientific significance and application value.

英文关键词: high-speed motorized spindle;dynamic characteristic;thermo-mechanical coupling;dynamic analysis;dynamic response

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