[发明专利]倾斜工作条件下的主轴系统热-结构耦合特性模型创建方法及热误差模型建模方法

说明书

本发明公开了一种倾斜工作条件下的主轴系统热‑结构耦合特性模型创建方法，包括如下步骤：1)创建轴倾斜工作条件下主轴系统的热‑结构耦合特性仿真模型，并将倾斜工作条件下的主轴系统的热源和热边界条件应用于所述热‑结构耦合特性仿真模型；2)根据所述热‑结构耦合特性仿真模型对主轴系统进行瞬态分析；3)比较相邻两个迭代子步骤中的主轴的温度，若满足收敛条件，则进入步骤4)；若不满足收敛条件，则进入步骤5)；4)结束分析，保存轴系统中所有温度节点的温度；5)更新主轴系统的热源和热边界条件；6)循环步骤2)和步骤3)，直至满足收敛条件。本发明还公开了一种倾斜工作条件下的主轴系统热误差建模方法。

技术领域

本发明属于机械误差分析技术领域，具体的为一种倾斜工作条件下的主轴系统热-结构耦合特性模型创建方法及热误差模型建模方法。

背景技术

轴系统包括轴和分别位于轴两端的轴承、轴承箱和轴承套圈等。高速主轴系统的热误差与轴承的发热密切相关，轴承的倾斜会严重影响工作条件，因而需要考虑轴承倾斜状态下对主轴系统热误差的影响。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种倾斜工作条件下的主轴系统热-结构耦合特性模型创建方法及热误差模型建模方法，考虑倾斜工作条件对轴承的发热以及轴向和径向刚度的影响，进而得到主轴系统热-结构耦合特性模型，通过该主轴系统热-结构耦合特性模型建立了温度场，进而获得了主轴系统各部件的热变形，从而构建主轴系统热误差模型。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明首先提出了一种倾斜工作条件下的主轴系统热-结构耦合特性模型创建方法，包括如下步骤：

1)创建主轴系统的热-结构耦合特性仿真模型，并将倾斜工作条件下的主轴系统的热源和热边界条件应用于所述热-结构耦合特性仿真模型；

倾斜工作条件下的主轴系统的热源包括：轴承的发热、电动机的发热；

倾斜工作条件下的主轴系统的热边界条件包括：强制对流换热系数、自由对流换热系数、轴承内圈与轴颈之间的接触热阻、轴承外圈与轴承座之间的接触热阻以及轴承滚珠与环之间的接触热阻；

倾斜工作条件下的主轴系统力学边界条件包括：轴承的径向接触刚度、轴承的轴向接触刚度。

2)根据所述热-结构耦合特性仿真模型对主轴系统进行瞬态分析；

3)比较相邻两个迭代子步骤中的主轴的温度，若满足收敛条件，则进入步骤4)；若不满足收敛条件，则进入步骤5)；所述收敛条件为：

T_i-T_i-1＜ΔT

其中，T_i表示第i次迭代子步骤中得到的主轴温度；ΔT表示收敛温差；

4)结束分析，保存轴系统中所有温度节点的温度；

5)更新主轴系统的热源和热边界条件；

6)循环步骤2)和步骤3)，直至满足收敛条件。

进一步，轴承的发热Q_f为：

Q_f＝Q_l+Q_v+Q_s+Q_gy

其中，Q_l、Q_v、Q_s和Q_gy分别为外部负载、润滑剂的粘滞摩擦、球的旋转运动和陀螺运动产生的热量；

Q_l＝M_l·ω