[发明专利]一种考虑重力和热影响下的机床大件结构优化方法

权利要求书

1.一种考虑重力和热影响下的机床大件结构优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)确定机床热源和散热边界；

(2)根据机床热源和散热边界，对重力和热影响下机床大件的变形进行仿真计算；

(3)根据机床大件的热变形仿真计算结果，对机床大的部件进行结构优化。

2.根据权利要求1所述的一种考虑重力和热影响下的机床大件结构优化方法，其特征在于，步骤(1)中，机床热源包括电机、电主轴、主轴轴承和导轨；

电机发热生成热量通过下式计算：

H_电＝(1-η)P

其中，η——传动效率；

P——电动机额定功率；

P_L——折算到电动机轴上的负载；

电主轴的总发热量H_轴通过下式计算：

H_轴＝P_n+P_e+P_h+P_l

其中，P_n为机械损耗，P_e为电损耗，P_h为磁损耗，P_l为涡流损耗；

机械损耗P_n：

P_n＝πCρω³R⁴L (4)

电损耗P_e：

P_e＝I²R＝I²ρL/S (5)

磁损耗P_h：

涡流损耗P_l：

P_l＝(π²δ²(fB_max)²)/(6ρr) (7)

其中，C——摩擦系数；

ρ——空气密度；

ω——转子加速度；

R——旋转体外半径；

L——旋转体长度；

I——电流；

R——电阻；

ρ——导体的电阻率；

L——导体的长度；

C_h——与电工钢牌号有关的常数；

B_max——磁感应最大值；

δ——硅钢片厚度；

f——磁化频率；

ρ——铁芯电阻率；

r——铁芯密度；

主轴轴承的发热量通过下式计算：

H_承＝H_ij+H_oj

H_ij＝10^-3×(ω_rollM_ij+ω_siM_si) (8)

H_oj＝10^-3×(ω_rollM_oj+ω_soM_so) (9)

其中：H_承——轴承发热功率；

H_ij——轴承内圈滚到接触区发热功率；

H_oj——轴承外圈滚到接触区发热功率；

M_ij——轴承内圈摩擦力矩；

M_si——轴承外圈摩擦力矩；

M_0j——轴承内圈自旋摩擦力矩；

M_s0——轴承外圈自旋摩擦力矩；

ω_roll——滚动体相对外圈滚道滚动角速度；

ω_si——滚动体绕外圈接触面法线自旋运动角速度；

ω_so——滚动体绕内圈接触面法线自旋运动角速度；

导轨摩擦发热通过下式计算：

H_导＝μFv (12)

其中：μ——摩擦系数；

F——正压力；

v——运动速度。