基于蝶翅微结构的高速主轴冷却水套仿生热结构设计

来源：机床与液压杂志2023年第12期北京时间：

作者：靳岚，李孟一，谢黎明

单位：兰州理工大学机电工程学院；兰州理工大学机电工程学院；兰州理工大学机电工程学院

摘要：内置电机作为高速电主轴的主要发热部件之一，在实际工况中，其发热量会影响电主轴的回转精度。为了提高电主轴冷却水套的冷却效率，以自然界中闪蝶翅膀微结构的几何模型、结构功能和位形关系等为参照，结合结构相似理论设计一种具有双层包覆性特点的新型蝶翅仿生冷却水套。基于流体动力学及热传导特性理论，对仿生冷却水套及原始螺旋冷却水套进行流固耦合及共轭传热特性的仿真对比分析。结果表明：当冷却水的雷诺数和强迫对流换热面积相同时，电主轴仿生冷却水套的冷却效率和流动特性均优于原始的螺旋冷却水套，其中内置电机的定子热边界面最高温度降低了8%~11%；仿生冷却水套的冷却水最大流速为0.328 m/s，出入口的最大压降是478.6 Pa，相较于螺旋水套在流动特性方面都有很好的提升，对冷却水套结构设计和高速电主轴驱动电机共轭传热提供了参考。

关键词：高速电主轴;仿生蝶翅;冷却水套;流固耦合;共轭传热

基金资助：国家自然科学基金地区科学基金项目（51965035）