考虑热-变形耦合的主轴-轴承系统瞬态热特性分析

米维; 闫柯; 吴文武; 洪军; 刘光辉

doi:10.7652/xjtuxb201508009

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

考虑热-变形耦合的主轴-轴承系统瞬态热特性分析

更新时间：2025-07-09

- 考虑热-变形耦合的主轴-轴承系统瞬态热特性分析
- Transient Thermal Property Analysis for Spindle-Bearing System Considering Thermo-Deformation Coupling
- 西安交通大学学报 2015年49卷第8期页码：52-47
- 作者机构：
  
  西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室,西安,710049
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  : 2015-01-28。作者简介: 米维(1991—),女,硕士生;闫柯(通信作者),男,讲师。基金项目: 国家重大科技专项资助项目(2015ZX04014021)
- DOI：10.7652/xjtuxb201508009
  中图分类号： TH133.2
- 网络首发：2015-08-10，
  
  纸质出版：2015
- 稿件说明：
移动端阅览
米维, 闫柯, 吴文武, 等. 考虑热-变形耦合的主轴-轴承系统瞬态热特性分析[J]. 西安交通大学学报, 2015,49(8):52-47.

Transient Thermal Property Analysis for Spindle-Bearing System Considering Thermo-Deformation Coupling[J]. 2015, 49(8): 52-47.
米维, 闫柯, 吴文武, 等. 考虑热-变形耦合的主轴-轴承系统瞬态热特性分析[J]. 西安交通大学学报, 2015,49(8):52-47. DOI： 10.7652/xjtuxb201508009.

Transient Thermal Property Analysis for Spindle-Bearing System Considering Thermo-Deformation Coupling[J]. 2015, 49(8): 52-47. DOI： 10.7652/xjtuxb201508009.

摘要

为了更准确地预测主轴-轴承系统的温度场并实时监测关键零部件的温升情况

建立了考虑热-变形耦合的轴系瞬态热网络模型。根据热弹性力学理论

推导出主轴-轴承系统在装配应力、离心应力和热应力综合作用下的径向复合变形方程

基于热网络法优选试验轴系关键部件作为温度节点

综合考虑润滑剂黏温效应及轴系径向复合应力与变形

实时修正轴系热源、热边界条件等特性参数

实现了温度场与变形的耦合分析。通过编程求解获得了不同条件下轴承的瞬态温升曲线及轴系关键热参数的瞬态特性

结果表明

主轴转速越高

轴系热平衡温度越高

平衡时间越短; 迭代步长的选取只影响温升曲线的收敛时间

不影响稳态温度值。与试验数据的对比结果表明

使用该瞬态热网络模型预测轴系温度场可显著降低计算误差。

Abstract

To predict the temperature field of spindle-bearing system more accurately and monitor the temperature rise of key parts

a transient thermal network model with the coupling of the temperature field and deformation was established. The radial compound stress-deformation equation under the initial assembly stress

centrifugal stress and thermal stress was derived following thermo-elasticity theory. The key system components were picked out as the heat nodes according to thermal network optimization. Taking both temperature-viscosity effect and radial compound stress-deformation into account

several key thermal parameters

such as heat source and thermal boundary conditions

were modified in real time. The coupled temperature field and deformation of spindle-bearing system were analyzed. The transient temperature curves of bearings under different conditions and the transient properties of key thermal parameters were obtained numerically. The results shows that the higher of the spindle speed

the higher of the equilibrium temperature

and the shorter of the equilibrium time. The iterative step can only affect the equilibrium time but not the equilibrium temperature. A comparison with a set of experiments indicates that the transient thermal network model enables to reduce errors remarkably in predicting the temperature field of spindle-bearing system.

关键词

Keywords

references

HOLKUP T, CAO H, KOLAR P. Thermo-mechanical model of spindles [J]. CIRP Annals: Manufacturing Technology, 2010, 59: 365-368.

陈小安, 刘俊峰, 合烨, 等. 高速电主轴热态性能及其影响 [J]. 机械工程学报, 2013, 49(11): 135-142.

CHEN Xiao'an, LIU Junfeng, HE Ye, et al. Thermal properties of high speed motorized spindle and their effects [J]. Journal of Mechanical Engineering, 2013, 49(11): 135-142.

BOSSMANNS B, TU J F. A thermal model for high speed motorized spindles [J]. International Journal of Machine Tools Manufacture, 1999, 39: 1345-1366.

刘昌华, 骆广进, 何卫, 等. 基于热网络的某主轴系统稳态热分析 [J]. 中国机械工程, 2010, 21(6): 631-635.

LIU Changhua, LUO Guangjin, HE Wei, et al. Steady state thermal analysis of a spindle system based on thermal network [J]. China Mechanical Engineering, 2010, 21(6): 631-635.

黄东洋, 洪军. 热阻网络法在轴系温度场求解中的应用 [J]. 西安交通大学学报, 2012, 46(5): 63-66.

HUANG Dongyang, HONG Jun. Thermal resistance network for solving temperature field in spindle system [J]. Journal of Xi'an Jiaotong University, 2012, 46(5): 63-66.

曹宏瑞, 李兵, 陈雪峰, 等. 高速主轴离心膨胀及对轴承动态特性的影响 [J]. 机械工程学报, 2012, 48(19): 59-64.

CAO Hongrui, LI Bing, CHEN Xuefeng, et al. Centrifugal expansion of high-speed spindle and its influences on bearing dynamic characteristics [J]. Journal of Mechanical Engineering, 2012, 48(19): 59-64.

王保民, 梅雪松. 计入套圈径向热位移的角接触球轴承动力特性分析 [J]. 设计与研究, 2010(4): 61-66.

WANG Baomin, MEI Xuesong. Dynamic characteristics analysis of angular contact ball bearing considering radial thermal displacement of ring raceways [J]. Design and Research, 2010(4): 61-66.

杨世铭, 陶文铨. 传热学 [M]. 4版. 北京: 高等教育出版社, 2006: 16.

李维特, 黄保海, 毕仲波. 热应力理论分析及应用 [M]. 北京: 中国电力出版社, 2004: 66-67.

HARRIS T A, KOTZALAS M N. 滚动轴承分析: 第一卷 [M]. 万长森, 译. 北京: 机械工业出版社, 2010: 184-186.

BURTON R A, STAPH H E. Thermally activated seizure of angular contact bearings [J]. ASLE Transactions, 1967, 10(4): 408-417.

沈浩, 赵跃超, 聂海强. HMC380卧式加工中心电主轴热态性能分析 [J]. 机械设计与制造, 2011(6): 7-9.

SHEN Hao, ZHAO Yuechao, NIE Haiqiang, et al. Thermal characteristics analysis for spindle of HMC80 horizontal machining center [J]. Machinery Design Manufacture, 2011(6): 7-9.

张永红, 苏华, 刘志全, 等. 行星齿轮传动系统的瞬态热分析 [J]. 航空学报, 2000, 21(6): 542-544.

ZHANG Yonghong, SU Hua, LIU Zhiquan, et al. Transient thermal analysis of planetary transmission system [J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2000, 21(6): 542-544.

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

机床主轴-轴承系统热-力耦合模型及其动态性能研究

冷库水平空气幕热湿阻隔性能数值模拟研究

水蒸气掺混对氨裂解气旋流燃烧与排放特性的影响研究

扇贝仿生密封腔室内超临界二氧化碳泄漏流湍动能耗散机理研究

采用机器学习的大规模并行程序I/O性能建模与预测方法