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Simulation on thermal characteristics of high-speed motorized spindle

机械加工 材料科学 热的 流离失所(心理学) 有限元法 变形(气象学) 机床 机械工程 传热 机械 热膨胀 结构工程 复合材料 热力学 工程类 物理 心理治疗师 冶金 心理学
作者
Bin Chen,Xin Guan,Decheng Cai,Haolin Li
出处
期刊:Case Studies in Thermal Engineering [Elsevier BV]
卷期号:35: 102144-102144 被引量:32
标识
DOI:10.1016/j.csite.2022.102144
摘要

High-speed motorized spindle is a key component of precision machining machine. Thermal deformation caused by internal heat accumulation is one of the main factors affecting machining accuracy. Therefore, there is important theoretical and practical significance to accurately simulate and analyze thermal characteristics inside the spindle. In this paper, a three-dimensional finite element analysis model is established and the heat transfer mechanisms of the boundary conditions in the model. The temperature field and thermal displacement field of the spindle under thermal load are simulated. According to the simulation results, it is found that the overall temperature is radially distributed from the middle of the spindle core to surroundings after the temperature reaches dynamic equilibrium, and the axial (z-direction) thermal displacement is the largest, which is the main cause affecting the machining accuracy. Applying Peltier material to the spindle shell to decrease temperature difference and using carbon fiber material with negative coefficient of temperature expansion to restrain thermal deformation are proposed innovatively in this paper. The combination of those two methods shows that the optimized spindle temperature distribution is more uniform, and the thermal deformation reduces from 31.4 μm to 24.1 μm, which decrease by 23.2%.
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