[发明专利]一种机床主轴的流固热耦合数值仿真方法

摘要

本发明公开了一种机床主轴的流固热耦合数值仿真方法，建立主轴冷却液的模型，将主轴部件中的轴承用相同尺寸的等效圆环代替，进行模型简化；计算主轴温度场相关外部边界条件；导入网格划分软件ANSYS ICEM CFD中，进行流体和固体网格划分；导入到CFX软件中进行流固热耦合计算；将简化后的几何模型导入workbench中稳态温度场模块，将冷却液模型忽略，并重新划分网格；根据温度场边界条件，对主轴重新进行温度场计算；各个轴承的径向和轴向刚度计算等效圆环的径向和轴向的弹性模量，并在workbench中修改各个等效圆环的弹性模量；将稳态温度场计算得到的温度导入workbench稳态静力分析模块，计算热变形。

主权项

一种机床主轴的流固热耦合数值仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在几何建模软件Pro/E中建立主轴冷却液的模型，将主轴部件中的轴承用相同尺寸的等效圆环代替，并对主轴几何模型进行模型简化；(2)根据下面公式，计算主轴温度场相关外部边界条件；Hf＝1.047×10‑4nM                                            (1)其中：Hf为轴承发热量，n为轴承转速，M为轴承摩擦力矩；P1＝P×η                                                            (2)其中：P1为传递到主轴锥面的切削热量，P为主轴切削功率，η为切削热传递到主轴锥面处的效率； α = Nu · λ d e - - - ( 3 ) 其中：α为滑枕内部空气强迫对流换热系数，Nu为努谢尔特数，λ为冷却液热传导系数，de为特征尺寸；α1＝5W/(m2·K)                                                    (4)其中：α1为滑枕外部与空气接触处的自然对流换热系数；(3)将简化后的模型导入网格划分软件ANSYS ICEM CFD中，进行流体和固体网格划分；(4)根据步骤(2)计算所得边界条件，将步骤(3)划分好的网格模型导入到CFX软件中进行流固热耦合计算；(5)将步骤(1)简化后的几何模型导入workbench中稳态温度场模块，将冷却液模型忽略，并重新划分网格；(6)将步骤(4)CFX中计算得到的冷却液流道的温度导入workbench稳态温度场模块，根据步骤(2)计算所得温度场边界条件，对主轴重新进行温度场计算；(7)根据各个轴承的径向和轴向刚度计算等效圆环的径向和轴向的弹性模量，并在workbench中修改各个等效圆环的弹性模量；(8)将步骤(6)稳态温度场计算得到的温度导入workbench稳态静力分析模块，计算热变形。