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臥式鏜銑加工中心的主軸箱熱特性分析
閱讀：211 發(fā)布時(shí)間：2020-8-12 第五章機(jī)床主軸箱整體熱特性分析及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
本章的研宄對(duì)象為TH6213臥式鏜銑加工中心主軸箱整體，通過有限元方法對(duì)其 溫度場分布進(jìn)行分析，另外將機(jī)床ZF減速箱底面溫度作為熱載荷加載到與主軸箱箱 體的結(jié)合面，從而得到機(jī)床整個(gè)主軸箱溫度場的分布結(jié)果，通過機(jī)床主軸箱跑車實(shí)驗(yàn)， 驗(yàn)證主軸箱有限元熱分析模型的準(zhǔn)確性。
5.1主軸箱熱特性分析
5.1.1主軸箱溫度場的建立
以第三、四章對(duì)主軸及ZF減速箱的有限元建模及溫度場分析為基礎(chǔ)，對(duì)機(jī)床主 軸箱整體進(jìn)行溫度場分析。減速箱內(nèi)齒輪由于嚙合所產(chǎn)生的熱量對(duì)主軸箱整體的影響 較小，所以在對(duì)主軸箱整體溫度場進(jìn)行探宄時(shí)，忽略減速箱內(nèi)尺寸的發(fā)熱，只考慮軸 承的發(fā)熱，外加熱載荷、邊界條件等與上述主軸、減速箱分析時(shí)設(shè)置相同。ZF減速 箱采用螺紋緊固連接的方式固定在主軸箱上端面，二者之間存在熱傳導(dǎo)。
圖5.1所示為主軸箱穩(wěn)態(tài)溫度場分析結(jié)果，由圖可知，與ZF減速箱分析的情況相 對(duì)應(yīng)的，溫度高處仍然位于減速箱齒輪軸軸轉(zhuǎn)速高的軸承位置，高溫度約為 8rc，與第四章減速箱單獨(dú)分析時(shí)高溫度相比略低，這是因?yàn)樵谥鬏S箱整體分析時(shí) 忽略了減速箱內(nèi)部齒輪的發(fā)熱。主軸箱整體溫度范圍為26.9~81.208°C。溫度高處集中 在減速箱與主軸箱連接處以及內(nèi)部主軸齒輪安裝處，遠(yuǎn)離熱源且暴露在空氣中的部分 溫度低，整體溫度呈現(xiàn)出沿?zé)嵩聪蛲獍l(fā)散式擴(kuò)散的趨勢(shì)。
5.1.2主軸箱箱體溫度場分析及熱變形
(1)箱體溫度場分析
主軸箱箱體溫度場分布見圖5.3，由圖可知，溫度高處出現(xiàn)在減速箱與主軸箱 的配合表面，溫度約達(dá)到了70°C，但只是局部高溫，限定在比較小的區(qū)域范圍內(nèi)。因 為主軸箱體在結(jié)構(gòu)上并不對(duì)稱，在左側(cè)面上有一個(gè)圓柱形的通孔，存在著局部的差異， 所以溫度場在左右方向上并不是*對(duì)稱的。左右側(cè)邊溫度范圍在26.9~43.3°C，前端 面溫度基本在34.525°C，后端面溫度維持在低溫度26.9°C。
(2)主軸箱熱變形分析結(jié)果
將主軸箱穩(wěn)態(tài)溫度場的分析結(jié)果作為熱載荷，對(duì)主軸箱箱體進(jìn)行熱變形分析。設(shè) 置箱體約束、初始以及邊界條件，即得到主軸箱箱體在三個(gè)方向上的熱變形量。由分 析結(jié)果可知，主軸箱在Z方向上達(dá)到變形的大值，大變形出現(xiàn)在主軸箱體后方， 約為23.38pm，主軸箱在這個(gè)方上發(fā)生形變對(duì)主軸加工精度的影響較小。主軸箱在X 軸正方向上大形變量為7.409pm，在X軸負(fù)方向上大形變量為7.205pm;在Y軸正 方向上大形變量為13.958pm，在Y軸負(fù)方向上大形變量為13.73pm;在Z軸正方向 上大形變量為13.5pm，在Z軸負(fù)方向上的大形變量為23.386pm。