電主軸有限元模型熱學(xué)參數(shù)辨識研究.pdf

1、電主軸是一種復(fù)雜的精密力-熱耦合系統(tǒng)，加工過程中主軸系統(tǒng)溫升導(dǎo)致的熱變形會顯著影響機(jī)床的加工精度。由于電主軸結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)部不同位置處冷卻介質(zhì)的物理性質(zhì)、傳熱表面的形狀、傳熱表面與冷卻介質(zhì)之間的溫差，以及冷卻介質(zhì)的流速等多種因素不易標(biāo)定，導(dǎo)致?lián)Q熱邊界條件不易確定。在以往電主軸熱特性數(shù)值分析計(jì)算中，大多依靠經(jīng)驗(yàn)公式或與試驗(yàn)測試相結(jié)合的方法，但到目前為止，換熱邊界條件的確定仍然是電主軸設(shè)計(jì)和性能預(yù)測的瓶頸。電主軸系統(tǒng)作為決定機(jī)床熱穩(wěn)定性最為重

2、要的環(huán)節(jié)之一，其熱特性分析方法一直是機(jī)床研究中的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。
　　針對電主軸數(shù)學(xué)模型邊界條件不易確定這一難題，本文基于均勻設(shè)計(jì)理論和回歸算法，提出一種推定有限元模型熱學(xué)邊界條件的方法，該方法在少量試驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，應(yīng)用最小二乘支持向量回歸對仿真參數(shù)和對應(yīng)結(jié)果樣本進(jìn)行辨識，建立熱學(xué)參數(shù)與熱誤差的回歸模型，再利用遺傳算法尋找出最優(yōu)熱學(xué)參數(shù)。最后，結(jié)合HMC-80電主軸進(jìn)行實(shí)驗(yàn)應(yīng)用，驗(yàn)證所提方法的有效性。
　　首先，詳細(xì)分析電主軸的

3、力-熱耦合特性，提出電主軸力-熱耦合概念框架模型，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建電主軸力-熱耦合有限元模型。
　　其次，依照電主軸力-熱耦合有限元模型中熱仿真模型和力仿真模型，詳細(xì)論述并計(jì)算兩種模型中的熱學(xué)及力學(xué)仿真邊界條件。
　　第三，基于均勻設(shè)計(jì)理論和智能算法，應(yīng)用最小二乘支持向量回歸進(jìn)行熱學(xué)參數(shù)與熱誤差回歸模型的建立，利用遺傳算法尋找出最優(yōu)熱學(xué)參數(shù)。
　　最后，將電主軸物理樣機(jī)主軸熱變形測試數(shù)據(jù)與熱學(xué)參數(shù)辨識后仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行對比