基于流固耦合的高速電主軸冷卻系統分析*

熊明輝，齊向陽，趙南皓，郭 政

(天津工業大學機械工程學院，天津 300387)

0 引言

高速電主軸作為數控機床中的核心部件，其精度影響著數控機加工精度，但是制約主軸精度的關鍵因素當中熱是最為主要的影響因素，其來源于高速運轉狀態下的物理現象,造成電主軸結構發生軸向、徑向、彎曲等變形。進而造成加工精度降低。由于高速主軸結構的緊湊型，造成在其前后軸承及定子外圍設置冷卻流道纏繞的方式進行冷卻是最為有效的散熱措施之一， 因此對于探究不同流道結構以及冷卻參數對于散熱影響顯得尤為重要。

為控制主軸溫升減少熱變形，DENKENA等[1]論述了近幾十年的電主軸的發展歷程與不足；ZHOU等[2]通過多元線性回歸分析的方法對主軸進行冷卻預測；LI等[3]設計了一種基于熱虹吸管的冷卻結構使得主軸溫度降低了28%；郭偉科等[4]為得到主軸溫升的主要原因，通過對影響電主軸冷卻的4個變量進行了正交試驗；陸峰等[5]基于實驗數據擬合建立了主軸冷卻模型；LIU等[6]開發了一種電主軸單元的基于生散熱平衡的冷卻策略。

本文將對某臥式加工中心高速精密電主軸設計不同冷卻流道結構，對不同冷卻結構下的溫升、壓力、流速進行詳細對比分析，并對流道冷卻參數進行理論分析及優化，以求達到最佳散熱效率，通過仿真分析驗證理論分析模型的正確性。

1 電主軸參數

本文所選用前軸承型號為75BNR10，后軸承型號為60BNR10，軸承材料定為GCr15，軸承配置為前二后二，如圖1所示?！?br>