永磁同步電主軸熱態(tài)特性分析

伴隨著(zhù)數控機床技術(shù)的高速發(fā)展，對電主軸的永磁同步技術(shù)要求越來(lái)越高。雖然PMSM主軸以其高功率、高效率等優(yōu)點(diǎn)日益得到人們的重視，但其發(fā)熱所帶來(lái)的熱變形問(wèn)題仍制約著(zhù)精密機床精度的提高。為此，本論文通過(guò)對永磁同步電主軸的加熱傳熱規律及影響因素的分析，利用有限元軟件模擬和實(shí)驗相結合的方法，對永磁同步電主軸系統的熱態(tài)特性進(jìn)行了研究，主要工作如下：分析了永磁同步電主軸系統的結構特點(diǎn)、傳熱機理、散熱機理。

根據現代傳熱學(xué)理論，建立了永磁同步電主軸的溫度場(chǎng)數學(xué)模型，給出了其定解條件；用有限元方法求解熱傳導微分方程；用變分法從理論上推導出主軸的溫度場(chǎng)。本文從理論上分析了永磁同步電主軸內的永磁電機和軸承產(chǎn)生的熱量，并定量計算了主軸內的軸承和電機產(chǎn)生的熱量。

針對主軸的傳熱特性，分析了其關(guān)鍵部件的熱邊界條件，包括螺旋管內冷卻液換熱系數與流量的關(guān)系、其他主要傳熱邊界對流換熱系數與轉速的關(guān)系。通過(guò)建立永磁同步電主軸溫度場(chǎng)有限元分析模型，對其溫度場(chǎng)進(jìn)行有限元分析，研究其關(guān)鍵部件在起動(dòng)、穩定工作階段及不同轉速下的溫升規律。

利用結合共軛梯度法和ANSYS軟件建立的主軸有限元熱分析模型，結合傳熱理論，建立了永磁同步電主軸軸承熱源的反演模型。建立了PMSM主軸溫度場(chǎng)實(shí)驗平臺，對PMSM有限元熱分析模型的可靠性進(jìn)行了驗證。

在現有溫度場(chǎng)試驗條件下，反演了不同轉速下主軸起動(dòng)階段的軸承生熱，建立了永磁同步電主軸的有限元熱分析修正模型，驗證了修正后分析模型的正確性。通過(guò)對永磁同步電軸的溫度-結構耦合有限元分析，探討了由其內部熱荷載引起的熱變形及熱應力對結構與變形的影響。