【技术实现步骤摘要】
基于边界元模型的高速电主轴热弹性变形模拟方法及系统
[0001]本专利技术属于高速电主轴热弹性变形处理
，特别涉及一种基于边界元模型的高速电主轴热弹性变形模拟方法及系统。
技术介绍
[0002]高速电主轴运转过程中，将受到静负载、外部切削力以及热负载的综合作用，这种综合作用将会对电主轴结构产生热弹性变形，从而进一步影响高速电主轴的运转精度，导致加工误差增大，因此，对高速电主轴热弹性变形的计算是提高高速电主轴精度的关键技术之一。
[0003]当前，电主轴空心圆筒模型以及有限元模型通常用来计算高速电主轴热弹性变形。将电主轴简化为轴对称的空心圆筒，通过弹性力学公式计算主轴热弹性变形，然而该方法构建的主轴空心圆筒模型过于简化，忽略了压力分布不均、温度梯度变化等对变形的影响。有限元法能够真实反应载荷和温度分布，在实际应用中取得了广泛应用，该方法通过划分区域网格的方法构造电主轴有限元网格模型，并采用有限元分析方法计算热弹性变形，然而该方法通过求解二重积分方程的方式得到主轴热弹性变形，运算量较大，且对于高速电主轴这类零件形状...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于边界元模型的高速电主轴热弹性变形模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：截取电主轴1/4平面作为高速电主轴的二维平面模型，并根据轴系特征，去除对热弹性变形计算影响可以忽略不计的零件和特征，对模型进行简化，得到二维平面模型；在简化后的二维平面模型中，采用常单元对电主轴的边界进行节点划分，构建电主轴边界元的单元模型，具体如下：常单元由一个单元节点和设定长度单元线段构成，并认为在单元线段任意位置处，其受力和位移与单元节点一致；采用常单元分别对主轴各个零部件边界进行单元划分，并根据几何装配关系对各零部件接触节点进行组装，将相互接触的节点合并为同一个节点；为电主轴各零件赋予材料属性并对各个节点赋予受力或位移的边界条件，同时，赋予各节点温度变化值以及各零件的旋转应力和相互配合表面的装配应力；根据所述电主轴边界元的单元模型以及所述的各节点受力或位移边界条件、各节点温度变化值和零件的旋转应力和相互配合表面的装配应力，采用基于LIM方法的边界元方法，求解各节点的受力或位移，得到高速电主轴热弹性变形。2.根据权利要求1所述的一种基于边界元模型的高速电主轴热弹性变形模拟方法，其特征在于，对高速电主轴二维平面模型简化方法为：将高速电主轴细节特征，包括小孔、浅槽、微小的凸台、轴端的倒角、退刀槽以及过渡圆弧进行删除；将质量较轻、不承受应力作用的传感器、导线以及密封圈删除；对于不直接承受外载的液气作动装置以及拉刀装置结构，将其分别与外壳和主轴合并；将内置电机结构视为仅由定子和转子组成，删除电机绕组、隔套以及纤维层结构。3.根据权利要求1所述的一种基于边界元模型的高速电主轴热弹性变形模拟方法，其特征在于，采用常单元划分电主轴边界时，应遵循以下划分原则：对于温度梯度较大、直接承受外载荷的结构位置，应布置更多的常单元节点，反之，减少单元节点个数；在对各零部件边界进行节点划分时，零件相互接触的边界节点按照一一对应的划分方式进行划分，即接触边界节点数目一致、接触边界的节点几何位置一致。4.根据权利要求1所述的一种基于边界元模型的高速电主轴热弹性变形模拟方法，其特征在于，为电主轴各零件赋予材料属性并对各个节点赋予受力或位移的边界条件，同时，赋予各节点温度变化值以及各零件的旋转应力和相互配合表面的装配应力：设置固定轴承座位置节点边界条件为固定铰链约束，即节点即节点和分别为节点的x1和x2方向的位移；设置滑动轴承座位置节点边界条件为滑动铰链约束，即节点和其中，为节点x1方向的受力；设置主轴转轴和轴承内圈过盈接触部位的节点的边界条件为其中为节点x2方向的受力，为装配应力，E为材料的弹性模量，a为转轴内径，b为转轴外径，c为轴承内圈外径；其他节点为普通节点，其边界条件为5.根据权利要求1所述的一种基于边界元模型的高速电主轴热弹性变形模拟方法，其特征在于，对高速电主轴边界元单元模型采用基于LIM方法的边界元分析方法，求解高速电
主轴热弹性变形，包括以下步骤：S01，对高速电主轴热弹性变形采用平面应变情况下的二维热弹...
【专利技术属性】
技术研发人员：李小虎，展梓荃，万少可，洪军，闫柯，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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