臥式鏜銑加工中心的主軸箱整體溫度場實(shí)驗(yàn)與仿真結(jié)果對(duì)比
5.3機(jī)床主軸箱整體溫度場實(shí)驗(yàn)與仿真結(jié)果對(duì)比在本文上述環(huán)節(jié)中，通過分析主軸熱源,、初始條件以及邊界條件等因素,，計(jì)算得 出了主軸、ZF減速箱,、主軸箱等部件的穩(wěn)態(tài)溫度場,、瞬態(tài)溫度場以及相應(yīng)的熱-結(jié)構(gòu) 耦合分析結(jié)果,，本節(jié)主要通過跑車試驗(yàn),，對(duì)特定溫度測點(diǎn)的溫度變化情況進(jìn)行測量， 并與有限元溫度場分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，分析誤差產(chǎn)生的原因,。主軸箱測溫布點(diǎn)如圖5.11所示,，測點(diǎn)編號(hào)為1,，2,，3, 4，分別對(duì)應(yīng)主軸1,，2,，3,4號(hào)軸承位置的溫度傳感器,。測溫傳感器采用STT-T系列鉑電阻溫度傳感器，鉑電阻溫度傳感器精度高,，穩(wěn)定 性好,，應(yīng)用溫度范圍廣，是中低溫區(qū)（-200?650°C)最常用的一種溫度檢測器,，不 僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測溫,，而且被制成各種標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)（涵蓋國家和世界基準(zhǔn)溫度）供 計(jì)量和校準(zhǔn)使用。STT-T系列溫度傳感器采用不銹鋼外殼封裝,，內(nèi)部填充導(dǎo)熱材料和 密封材料灌封而成,，尺寸小巧，適用于精密儀器,、恒溫設(shè)備,、流體管道等溫度的測量。 如圖5.12所示,，傳感器采用螺紋連接連接的方式安裝在主軸箱的螺紋孔中,。主軸箱溫度場跑車實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)值與仿真值的對(duì)比結(jié)果如圖5.13至圖5.16所示，將 每一個(gè)測點(diǎn)的兩個(gè)值放入到同一個(gè)圖表中進(jìn)行對(duì)比,。由曲線對(duì)比可以可看出,，實(shí)驗(yàn)測 得數(shù)據(jù)存在一些變化較大的點(diǎn)，這是因?yàn)閷?shí)際溫度測量試驗(yàn)測得值受到跑車實(shí)驗(yàn)工 況,、數(shù)據(jù)顯示,、測量誤差等因素的影響，但是每個(gè)測點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)值與仿真值的變化趨勢基本吻合,；另外,，實(shí)驗(yàn)值高于仿真值，這是因?yàn)椋诜抡娣治鲋?，一方面,，采取了?化細(xì)小零件以及忽略次要特征等手段來簡化模型，使仿真模型在質(zhì)量以及形狀上與實(shí) 際跑車實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀辛瞬町?；另一方面,，在仿真中，?duì)流系數(shù)反映的僅僅是空氣在主軸 箱外壁高溫作用下的流動(dòng),，而在實(shí)際情況中,，空氣的自然流動(dòng)會(huì)帶走一部分熱量；所 以,，上述兩點(diǎn)造成了實(shí)驗(yàn)值與仿真值的差異,。表5.1各溫度測點(diǎn)實(shí)驗(yàn)值與仿真值 U&/V 時(shí)間/t 測點(diǎn)1 測點(diǎn)2 測點(diǎn)3 測點(diǎn)4 模擬值 實(shí)驗(yàn)值 模擬值 實(shí)驗(yàn)值 模擬值 實(shí)驗(yàn)值 模擬值 實(shí)驗(yàn)值 0 —— 25. 2 —— 25. 6 —— 26 —— 26. 2 300 24. 9 25. 6 25. 1 26. 6 27. 6 29. 2 26. 4 29. 1 600 25. 2 26. 2 25. 6 27. 5 29. 3 30. 8 27. 6 30. 1 900 25. 7 26. 4 26. 1 28. 6 30. 4 32. 6 28. 6 31. 4 1200 25. 9 26. 4 26. 6 29. 1 31. 2 33. 8 29. 3 32. 4 1500 26. 1 26. 4 27. 1 29. 5 32. 2 34. 4 30. 3 32. 6 1800 26. 3 26. 7 27. 5 29. 1 33. 0 34. 2 30. 9 33 2100 26. 5 26. 7 27. 9 29. 4 33. 6 34. 8 31. 8 33. 6 (接上頁） 2400 26. 7 27. 1 28. 2 29. 5 34. 3 36. 6 31. 8 34 2700 26. 9 27. 6 28. 6 29. 6 34. 5 37. 2 32. 4 34. 2 3000 27. 1 27. 9 28. 9 29. 7 35. 1 37. 9 32. 9 35. 3 3300 27. 3 28. 3 29. 2 30. 2 35. 4 38. 3 33. 5 36. 2 3600 27. 4 28. 1 29. 5 30. 2 35. 9 38. 8 33. 8 36. 5 由仿真結(jié)果可以看出，主軸,、減速箱以及主軸箱等都具有熱對(duì)稱結(jié)構(gòu),，雖然在兩 側(cè)具有局部結(jié)構(gòu)的不同，導(dǎo)致溫度場在兩側(cè)有細(xì)小的差異,，但是總體呈現(xiàn)熱對(duì)稱的溫 度場分布結(jié)果,。雖然溫度最高處出現(xiàn)在減速箱上，但是,，一方面,，減速箱通過與主軸 箱的接觸將熱量傳遞過來，溫度己經(jīng)產(chǎn)生了大幅度的降低且減速箱溫度最高的地方暴 露在空氣中與空氣進(jìn)行熱對(duì)流,，與主軸箱沒有接觸,；另一方面，主軸通過主軸軸承與 主軸箱進(jìn)行連接,，而減速箱的安裝位置距離主軸軸承位置較遠(yuǎn)，所以,，減速箱發(fā)熱對(duì) 主軸溫度場影響較小,。所以，在進(jìn)行主軸箱整體溫度場實(shí)驗(yàn)的時(shí)候,，只選取了主軸上 四個(gè)軸承安裝位置進(jìn)行考察,。1、2,、3、4號(hào)軸承仿真值溫度上升趨勢基本相同,，與實(shí) 驗(yàn)測得值基本吻合,，存在一定誤差；在達(dá)到熱平衡時(shí),，3號(hào)軸承位置的溫度最高。探宄溫度場實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真分析結(jié)果出現(xiàn)的誤差,，可以歸納為以下幾個(gè)方面的原因:(1)在進(jìn)行有限元分析時(shí),，對(duì)主軸箱部件模型進(jìn)行了一定程度的簡化,，雖然達(dá) 到減少分析單元以及網(wǎng)格,、節(jié)省計(jì)算時(shí)間的目的，但是,，也會(huì)對(duì)溫度場的分析結(jié)果產(chǎn) 生影響,，因?yàn)椋鬏S箱上細(xì)小的零件以及次要的特征在有限元分析過程中被簡化掉了,， 但是在實(shí)際情況中，細(xì)小特征會(huì)對(duì)整體溫度場產(chǎn)生一定程度的影響,，小零件也會(huì)與主 軸進(jìn)行熱量的傳遞,。(2)在有限元分析過程中，邊界條件的設(shè)定是理想化的,。比如,，熱對(duì)流系數(shù)設(shè) 定為線性，而在實(shí)際情況中,，對(duì)流系數(shù)的變化非常復(fù)雜,，并不是單一的線性變化；另 外,，機(jī)床表面與空氣的熱對(duì)流,，仿真中認(rèn)為是機(jī)床對(duì)空氣加熱使空氣發(fā)生流動(dòng)，從而 帶走熱量,，而在實(shí)際情況中,，這只是空氣流動(dòng)的次要原因，主要原因是車間整體環(huán)境 中的空氣流動(dòng)迫使機(jī)床表面與空氣進(jìn)行持續(xù)的熱對(duì)流交換,；再有,，在仿真分析中,，初 始條件以及后來的環(huán)境溫度一直設(shè)定為穩(wěn)定的恒溫狀態(tài),，但是實(shí)際情況中，由于車間 內(nèi)自然風(fēng)以及通風(fēng)系統(tǒng)等因素的作用,，機(jī)床所處的環(huán)境并不是穩(wěn)定的恒溫狀態(tài),。(3)在機(jī)床跑車實(shí)驗(yàn)中,，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)所處的環(huán)境比較復(fù)雜，周圍熱源等因素也會(huì) 對(duì)熱對(duì)流環(huán)境甚至機(jī)床本身的熱對(duì)流產(chǎn)生一定的影響,。(4)在仿真試驗(yàn)中,，主軸設(shè)定為是持續(xù)一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)的，而在實(shí)際的跑車試驗(yàn) 中,，在中間會(huì)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)方向的反轉(zhuǎn),。(5)仿真分析的測點(diǎn)溫度場結(jié)果讀取位置并不一定與主軸箱溫度傳感器的位置 絕對(duì)一致。(6)在邊界條件中冷卻液的設(shè)定過程中,，是根據(jù)潤滑油的流量,，將實(shí)際情況中 的潤滑油間歇性噴發(fā)等效為仿真分析中的持續(xù)加載情況的，所以,，仿真分析與實(shí)驗(yàn)在 邊界條件的設(shè)定上也存在偏差,。雖然仿真模擬分析與實(shí)測值之間存在誤差，但是通過探宄誤差出現(xiàn)原因可以看 出,，通過修正,、優(yōu)化有限元分析模型可以取得相對(duì)精確的模擬結(jié)果。所以,，仿真結(jié)果 可用,，對(duì)減小機(jī)床熱誤差以及機(jī)床冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)有一定的參考意義。5.4本章小結(jié)本章基于上述機(jī)床主軸箱部件的有限元分析溫度場分析結(jié)果,，得到了主軸箱整體 的溫度場結(jié)果,。并選取了溫度測點(diǎn)，接下來通過主軸箱跑車試驗(yàn)對(duì)測點(diǎn)的溫度值進(jìn)行 了實(shí)測,，得到對(duì)比分析結(jié)果,，并分析了對(duì)比結(jié)果出現(xiàn)的誤差原因，總結(jié)仿真結(jié)果可用,， 具有一定的參考意義,。