电主轴冷却水套结构拓扑优化方法技术

本发明专利技术公开了一种电主轴冷却水套结构拓扑优化方法，包括如下步骤：步骤一：建立冷却水套等效模型：11)将冷却水套的三维几何模型以及等效模型的边界条件分别导入RANS模型和Darcy模型；12)进行数值模拟，计算P

【技术实现步骤摘要】
电主轴冷却水套结构拓扑优化方法


[0001]本专利技术属于电主轴设计
，具体的为一种电主轴冷却水套结构拓扑优化方法。

技术介绍

[0002]高精度加工技术不断涌现并蓬勃发展，进而对精密机床的精度、稳定性和可靠性提出了很高的要求。电主轴系统(MSS)以其稳定性高、控制精度高、响应速度快等优异性能被广泛应用于精密机床，实现复杂零件高精度加工。大量研究表明，由热误差(TE)引起的加工误差占总误差的70％。对于电主轴系统，内置电机是发热最严重的部件之一，其散热性能(HDP)较差。此外，轴承的摩擦热导致电主轴系统内部温度场分布不均匀，最终引起电主轴系统发生严重的热变形，机床的加工精度受到严重影响。因此，提高电主轴系统的散热性能(HDP)至关重要。目前普遍采用的冷却方式是布置一个带有高效冷却水套(CWJ)的冷却系统，以带走内置电机产生的大量热量。高效冷却水套(CWJ)中使用的传统冷却流道包括螺旋流道和蛇形冷却流道。然而，螺旋和蛇形冷却流道存在一些明显的缺点，包括温度分布不均匀和进出口之间的压降损失(PDL)大等。
[0003]目前，对于冷却水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电主轴冷却水套结构拓扑优化方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：建立冷却水套等效模型11)将冷却水套的三维几何模型以及等效模型的边界条件分别导入RANS模型和Darcy模型；12)利用RANS模型和Darcy模型分别进行数值模拟，计算压力误差：P
‑
error＝|(P
Darcy
‑
P
RANS
)/P
RANS
|其中，P
‑
error表示压力误差；P
Darcy
表示Darcy模型得到的出入口压力差，P
RANS
表示RANS模型得到的出入口流体压力差；13)判断P
‑
error的值是否小于等于设定的阈值：若是，则执行步骤14)；若否，则调整Darcy模型中使用的等效固液渗透率，执行步骤12)；14)计算速度误差、平均温度误差和最大温度误差；V
av
‑
error＝|(V
av
‑
Darcy
‑
V
av
‑
RANS
)/V
av
‑
RANS
|T
av
‑
error＝|(T
av
‑
Darcy
‑
T
av
‑
RANS
)/T
av
‑
RANS
|T
max
‑
error＝|(T
max
‑
Darcy
‑
T
max
‑
RANS
)/T
max
‑
RANS
|其中，V
av
‑
error表示速度误差；V
av
‑
Darcy
表示Darcy模型得到的流体速度；V
av
‑
RANS
表示RANS模型得到的流体速度；T
av
‑
error表示平均温度误差；T
av
‑
Darcy
表示Darcy模型得到的平均温度；T
av
‑
RANS
表示RANS模型得到的平均温度；T
max
‑
error表示最大温度误差；T
max
‑
Darcy
表示Darcy模型得到的最大温度；T
max
‑
RANS
表示RANS模型得到的最大温度；15)判断是否遍历冷却水套入口长度L的二分之一向量和雷诺数Re向量中的值：若是，则构建得到冷却水套的等效模型，并得到渗透率比和流体渗透率的表达式；若否，则更新入口长度L和雷诺数Re，执行步骤12)；步骤二：对冷却水套结构进行拓扑优化21)将得到的渗透率比和流体渗透率的表达式导入到参数插值模型，并构建拓扑优化的目标函数和约束条件；22)对主轴冷却水套结构进行拓扑优化，得到冷却水套的拓扑优化流道；23)判断拓扑计算是否收敛：若是，则输出冷却水套的拓扑优化流道；若否，则更新过滤器半径和权重因子，执行步骤22)。2.根据权利要求1所述的电主轴冷却水套结构拓扑优化方法，其特征在于：所述步骤22)中，Darcy模型的流体流动方程包括：流体连续性方程：动量方程：动量方程：动量方程：动量方程：
Darcy模型的速度场表示为：其中，表示梯度；ρ和μ分别表示流体密度和动力粘度；P表示流体压力；P
k
表示流体压力水平；f表示外力项；k表示湍流动能；κ表示渗透率；ω表示比...

【专利技术属性】
技术研发人员：马驰，李梦媛，刘佳兰，王时龙，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：