本文關(guān)鍵詞：車削中心電主軸熱態(tài)分析及熱誤差研究

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【摘要】：由于高速電主軸具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動效率高以及響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)廣泛應(yīng)用于高速加工設(shè)備中。隨著電主軸的運(yùn)轉(zhuǎn)速度越來越高,主軸發(fā)熱也愈加嚴(yán)重,電主軸的熱誤差也越來越大,而電主軸作為高速高精密裝備的核心部件,熱誤差對裝備的精度損害很大。要想達(dá)到控制電主軸熱誤差的目的,就需要對電主軸溫度和熱誤差情況進(jìn)行深入研究,探索電主軸熱誤差產(chǎn)生規(guī)律,這對于精確進(jìn)行電主軸熱誤差補(bǔ)償意義重大。本文圍繞高速電主軸熱態(tài)特性及誤差預(yù)測模型建立展開深入分析研究。主要內(nèi)容包括：(1)基于熱力學(xué)知識計(jì)算得到熱分析參數(shù),分析了主軸系統(tǒng)的主要熱量傳遞形式及特點(diǎn),并根據(jù)具體的熱量計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式,詳細(xì)計(jì)算了主軸系統(tǒng)中的生熱及換熱參數(shù)。運(yùn)用有限元方法電主軸模型,進(jìn)行了熱穩(wěn)態(tài)分析,并且分析了電主軸熱態(tài)性能。(2)進(jìn)行電主軸熱誤差實(shí)驗(yàn),精確測量電主軸溫度測點(diǎn)溫度及其實(shí)時熱位移,根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù),采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模方法,基于三種不同溫度變量建立了電主軸熱誤差預(yù)測模型,并分析網(wǎng)絡(luò)對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合性、殘余誤差及誤差百分比等,提出了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行誤差預(yù)測存在的局限性。(3)針對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)誤差預(yù)測的缺陷,提出運(yùn)用遺傳算法進(jìn)一步優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)熱誤差預(yù)測的方法,然后應(yīng)用此方法對前面建立的三種熱誤差預(yù)測網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化操作,繪制網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)度曲線和誤差平方和曲線進(jìn)行對比分析,并分析優(yōu)化后熱誤差預(yù)測網(wǎng)絡(luò)對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合性、殘余誤差及誤差百分比等性能參數(shù)。通過分析表明,主軸溫度最高位置位于電機(jī)轉(zhuǎn)子處,主軸冷卻裝置可以有效降低電機(jī)定子溫度,主軸軸承溫升較大可以采取措施進(jìn)一步降低。同時,對于主軸熱變形也進(jìn)行了分析,得出主軸熱變形最大方向在軸向,故應(yīng)該采取措施進(jìn)行軸向位移補(bǔ)償,以降低主軸加工誤差。通過誤差網(wǎng)絡(luò)建模分析表明,BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有較強(qiáng)的非線性擬合及泛化能力,基于三種不同的溫度變量所建模型可以很好地契合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),基于相對溫升變量的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,模型殘余誤差的百分比最小,為3.35%；基于三種不同的溫度變量GA優(yōu)化BP網(wǎng)絡(luò)的殘余誤差百分比相對于單純BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有較大改善,可以說明優(yōu)化后網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性得到了較大改善,用遺傳算法優(yōu)化的BP網(wǎng)絡(luò)具有較高的網(wǎng)絡(luò)收斂速度,更好的穩(wěn)定性和預(yù)測精度。
【關(guān)鍵詞】：高速電主軸 熱態(tài)分析 熱誤差預(yù)測 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 遺傳算法
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG51
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 緒論14-20
• 1.1 課題研究背景14-15
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析15-18
• 1.2.1 高速電主軸靜動態(tài)性能的研究現(xiàn)狀15-17
• 1.2.2 高速電主軸熱特性及機(jī)床熱誤差的研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3 本文研究內(nèi)容18-20
• 第二章 車削中心電主軸熱態(tài)特性分析20-34
• 2.1 引言20
• 2.2 高速電主軸結(jié)構(gòu)20-21
• 2.3 車削中心電主軸的熱源分析21-27
• 2.3.1 電機(jī)發(fā)熱分析與計(jì)算22-25
• 2.3.2 軸承發(fā)熱分析與計(jì)算25-27
• 2.4 車削中心電主軸傳熱機(jī)制27-33
• 2.4.1 傳熱基礎(chǔ)理論27-30
• 2.4.2 電機(jī)定子與冷卻系統(tǒng)的換熱30-31
• 2.4.3 電動機(jī)定子與轉(zhuǎn)子之間氣隙的自然對流換熱31-32
• 2.4.4 主軸外表面與周圍空氣的換熱32-33
• 2.4.5 電主軸端部與周圍空氣的換熱33
• 2.5 本章小結(jié)33-34
• 第三章 高速電主軸熱態(tài)特性有限元分析34-47
• 3.1 引言34
• 3.2 有限元仿真模型34-41
• 3.2.1 有限元模型處理35
• 3.2.2 模型邊界35
• 3.2.3 軸承接觸設(shè)計(jì)35-36
• 3.2.4 高速軸承擬動處理36-38
• 3.2.5 對流換熱設(shè)置38-39
• 3.2.6 模型輻射設(shè)置39-41
• 3.3 高速電主軸溫度場特性分析41-45
• 3.3.1 電主軸散熱和溫度場特性41-42
• 3.3.2 電主軸主要部件的溫度場特性42-45
• 3.4 本章小結(jié)45-47
• 第四章 電主軸熱誤差及其BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模47-67
• 4.1 電主軸熱誤差實(shí)驗(yàn)方法47-51
• 4.1.1 溫度測點(diǎn)的布置47-48
• 4.1.2 熱誤差傳感器測點(diǎn)的選取48-50
• 4.1.3 溫度與熱誤差檢測硬件系統(tǒng)50-51
• 4.1.4 熱誤差檢測系統(tǒng)51
• 4.2 電主軸熱誤差分析51-52
• 4.3 熱誤差數(shù)據(jù)分析52-54
• 4.4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識54-57
• 4.4.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型54-56
• 4.4.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)56-57
• 4.4.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)57
• 4.5 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)57-59
• 4.5.1 BP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型58
• 4.5.2 BP網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練算法58-59
• 4.6 基于不同的溫度變量的BP網(wǎng)絡(luò)建模59-65
• 4.6.1 基于不同的溫度變量的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模預(yù)測效果的比較60-65
• 4.6.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模分析65
• 4.7 本章小結(jié)65-67
• 第五章 基于遺傳算法優(yōu)化的BP網(wǎng)絡(luò)熱誤差建模67-78
• 5.1 遺傳優(yōu)化算法分析67-69
• 5.1.1 遺傳算法基本理論67-69
• 5.2 基于遺傳算法(GA)和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的熱誤差優(yōu)化建模69-72
• 5.2.1 遺傳算法優(yōu)化的可行性和必要性69-70
• 5.2.2 GA與BP融合建模的理論基礎(chǔ)70-72
• 5.3 基于不同溫度變量的GA優(yōu)化BP熱誤差建模優(yōu)化72-77
• 5.4 本章小結(jié)77-78
• 總結(jié)與展望78-80
• 參考文獻(xiàn)80-85
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文85-87
• 致謝87

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本文編號：620834