Thesis /

ROMDOC-THESIS-2017-1334

Contribuţii privind optimizarea transferului de căldură în ansamblurile mecanice de tip arbore-lagăre cu rulmenţi prin analiză termodinamică

Udup, Emil
2013-12-13

Abstract: Facultatea Ingineria şi Managementul Sistemelor Tehnologice Contribuţii privind optimizarea transferului de căldură în ansamblurile mecanice de tip arbore - lagăre cu rulmenţi prin analiză termodinamică Autor: Ing. Emil UDUP Conducător de doctorat: Prof.dr.ing. Miron ZAPCIU Abstract: Lucrarea prezintă aplicarea metodei elementelor finite (MEF) în evaluarea comportării termice a unei maşini-unelte de rectificat pentru a determina distribuţia de temperatură şi deformaţiile ce apăr în anumite condiţii date (turaţie, pretensionare, tip de rulmenţi etc) şi care au efecte negative asupra performaţelor şi a ciclului de viaţă ale ansamblului arbore-lagăre. Scopul urmarit este optimizarea transferului termic în ansamblu arbore-lagăre. Studiile efectuate sunt legate de identificarea şi diminuarea factorilor ce afectează comportarea termică a principalelor componente ale ansamblului, având ca scop creşterea fiabilităţii ansamblurilor mecanice de tip arbore principal-lagăre la maşinile-unelte prin aplicarea unor metode de îmbunătăţire a tehnologiei de fabricare. Încărcările luate în considerare în simularea termică cu MEF au fost: puterea disipată de 163 W pe rulmentul din faţă şi de 77,2 W pe rulmenţii din spate, coeficientul de convecţie forţată 60 W/m2 ºC la o temperatură de 20 ºC pe suprafeţele exterioare ale ansamblului pentru modelul de bază. În scopul optimizării transferului termic au fost studiate prin simulare cu metoda dinamicii fluidelor computerizată două variante ale Modelului 1: Modelul 2 cu sistem de răcire şi Modelul 3 cu carcasă brazată. Într–o primă etapă s–a avut în vedere validarea modelului utilizat în simulare, MEF, utilizată în toate studiile lucrării de faţă. Compararea datelor experimentale cu cele obţinute prin simularare numerică validează modelul cu metoda elementelor finite ca fiind relevantă în determinarea comportării termice a ansamblului arbore-lagăre studiat. Valorile reziduale între datele măsurate si cele simulate cu MEF fiind sub 6,16 % pe intervalul de turaţie 0 ÷ 4000 rot/min. S-a obţinut o serie de date în ceea ce priveste distribuţia de temperatură pe principalele componente: carcasă, arbore principal, rulmenţi, rezultate relevante în optimizarea transferului termic. Temperaturile cele mai scăzute au rezultat pe maşina-unealtă cu sistem de răcire caracterizat de parametri: viteza de intrare 2 m/s, temperatura de 5 ºC şi diamentrul circuitului 4 mm, acestea fiind sub 23,4 ºC la o turaţie de 6000 rot/min, inregistrată pe rulmentul din faţă. În acest cazul Modelului 3 cu sistem de răcire, temperatura maximă la turaţia de 6000 rot/min a fost de 20,8 ºC pe rulmentul din faţă. Răspunsurile de dependenţă temperatură/turaţie şi deformaţie/turaţie obţinute prin simulare au fost aproximate cu ecuaţii exponenţiale; incertitudinile de aproximare fiind de 1,14 % şi respectiv de 3,29 %. Aproximarea permite estimarea temperaturii sau a deformaţiei la orice turaţie din intervalul studiat. The Faculty of Engineering and Management of Technological Systems Contributions to optimize the heat transfer in mechanical assemblies type spindle by thermodynamic analysis Author: Eng. Emil UDUP PhD supervisor: Prof.dr.Eng. Miron ZAPCIU Abstract: The paper presents the application of the Finite Element Method (FEM) in assessing the thermal behaviour of a grinding machine-tool in order to obtain the distribution of temperature and to assess the deformations occurred under certain given conditions (speed, RPM, preload, type of bearing, etc) which affect the performance and life-cycle of the spindle assembly. The aim is to optimize of the thermal transfer in the spindle. The studies conducted so far are related to the identification and decrease of the factors that affect the thermal behaviour of the main components assembly. Studies were also meant to increase of the reliability of mechanical assemblies of shaft-bearing of the machine tools by the application of some methods to improve the fabrication technology. The loads considered in the thermal simulation by FEM were: 163 W heat generated on the front bearing and 77.2 W on the rear bearing;60 W/m2 ºC forced convection at a temperature of 20 ºC on the outer surfaces of the assembly for the basic model (Model 1). In order to optimize thermal transfer were studied by computerized fluid dynamics simulation method two versions of the Model 1: the Model 2 with cooling system and the Model 3 with housing brazed. In a first stage, works have been dedicated to the certification of the model employed in the simulation (i.e.FEM) and used in all the studies within this paper. The comparison of the experimental data with the data obtained by numerical simulation, in order to validate the model determined with finite element method, shows that the assembly of the spindle is properly designed for the assessment of the thermal behaviour. Besides, the residual values between the measured data and the data simulated by FEM are below 6.16% for the speed range of 0 ÷ 4000 RPM. So, it was possible to obtain certain data as regards the temperature distribution on the main components: housing, shaft, bearings, along with relevant results for optimizing the thermal transfer. The lowest temperatures were recorded on the spindle outfitted with a cooling system characterized by the following parameters: 2 m/s inlet water velocity, 5 ºC inlet temperature and 4mm circuit diameter; the temperature recorded on the front bearing was below of 23.4 ºC, at 6000 RPM. In the case of the Model 3 with cooling water the maximum temperature at 6000 RPM was 20.8 ºC on the front bearing. The responses for the temperature/speed (RPM) dependance and deformation/speed dependance obtained by simulation were appoximated by exponential equations: the approximation uncertainties were 1.14% for the temperature/speed (RPM) dependance and 3.29% for deformation/speed dependance. The approximation allows the assessment of the temperature or of the deformation for any speed (RPM) within the range under study.

Keyword(s): Mecanisme -- Termocinetică -- Teză de doctorat ; Arbori -- Organe de maşini -- Teză de doctorat ; Lagăre (Mecanică) -- Teză de doctorat
OPAC: See record in BC-UPB Web OPAC
Full Text: see files

Similar records

 

People who viewed this page also viewed:

(254)  Optimizarea conceptuală şi operaţională a instalaţiilor chimice multiscop - Voinescu, Sorin - ROMDOC-BC_UPB-THESIS-2003-000000054 (247)  Managementul congestiilor în sistemele electroenergetice în prezenţa surselor regenerabile - Boambă, Claudia-Elena - ROMDOC-THESIS-2021-2325 (243)  Contribuţii privind suportul tehnologic al implementării managementului total al calităţii - Gheorghe, Mihai Sorin - ROMDOC-BC_UPB-THESIS-2004-000001279 (241)  Monitorizarea şi controlul sistemelor electrotermice modernizate - Voicu, Alexandru - ROMDOC-THESIS-2020-2024 (240)  Cercetări privind monitorizarea, diagnosticarea şi modelarea generatoarelor sincrone din centralele electrice - Catrinoiu, Mircea - ROMDOC-THESIS-2017-1371

 

Rate this document:

Be the first to review this document.

Discuss this document:

Start a discussion about any aspect of this document.