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滾珠絲杠的仿真邊界條件的研究
閱讀：118 發(fā)布時(shí)間：2020-8-123.1.2仿真邊界條件的研究
在仿真中溫度分布求解是熱邊界條件的設(shè)置是關(guān)鍵的，除了環(huán)境溫度和冷卻液的 初始溫度外滾珠絲杠模型在仿真時(shí)不能設(shè)置任何的溫度邊界條件。熱載荷由第二章理 論計(jì)算得出。對(duì)于熱載荷的加載，一般有兩種加載處理方法：1、將發(fā)熱量加載在摩 擦生熱的表面作為熱載荷，這里假設(shè)摩擦熱向螺母、絲杠傳導(dǎo)的熱量各為四分之一。
2、將發(fā)熱量的一半作為體載荷加載在螺母上（本文假設(shè)絲杠螺母處的熱量有一半傳 導(dǎo)到導(dǎo)軌上，一半傳導(dǎo)到絲杠上）。對(duì)流換熱系數(shù)受溫度變化很小，在仿真中是作為 一個(gè)固定值設(shè)定。
在分析絲杠的熱變形時(shí)，溫度分布的大體預(yù)測是很重要的。從非常復(fù)雜的熱模型 中簡化抽象出能夠反應(yīng)熱量傳遞的大體趨勢的熱模型是絲杠熱分析的基礎(chǔ)，從絲杠的 細(xì)長桿件特征及產(chǎn)生熱量的部件，本文邊界條件做出以下假設(shè)[33,36]:
1、系統(tǒng)的每個(gè)部分的溫度分布是均勻的。絲杠的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于冷卻液與空 氣的導(dǎo)熱系數(shù)。
2、螺母和軸承所產(chǎn)生的摩擦熱是一個(gè)常數(shù)值。通過計(jì)算，加減速的時(shí)間為0.02s, 加減速的距離不足絲杠行程的5%，且在加減速時(shí)摩擦的模型非常復(fù)雜，不予考慮。
3、熱對(duì)流系數(shù)是一個(gè)定值，不隨溫度和絲杠的轉(zhuǎn)速變化。
4、熱輻射和通過潤滑劑的所帶走的熱量是微不足道的，忽略不計(jì)。
仿真邊界條件的設(shè)定是對(duì)真實(shí)工況的限定，應(yīng)根據(jù)實(shí)際的工況計(jì)算得出。由于模 型的縮放對(duì)傳熱有很大的影響，本文建立的仿真模型比例為1:1。下面表3.1是滾珠 絲杠的基本參數(shù)。
| 表3.1滾珠絲杠進(jìn)給系統(tǒng)基本參數(shù)表 | |
| 名稱 | 參數(shù) |
| 絲杠長度 | 1000mm |
| 絲桿軸徑 | 40mm |
| 絲杠導(dǎo)程 | 40mm |
| 絲杠中空直徑 | 12mm |
| 高轉(zhuǎn)速 | 3000r/min |
| 絲杠熱膨脹系數(shù)％ | 11.8xl〇-6/°C |
| 絲杠的導(dǎo)熱系數(shù)2 | 51W I {m - °C ) |
| 比熱容 | ■J / (Kg，C) |
| 泊松比 | 0.3 |
以環(huán)境溫度為27°C，滾珠絲杠轉(zhuǎn)速為3000r/min為例，由以上各參數(shù)結(jié)合上章的
| 理論可經(jīng)計(jì)算得出以下數(shù)據(jù)如表3.2, | 為模型仿真提供邊界條件。 |
| 表3.2滾珠絲杠進(jìn)給系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果 |
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| 滾珠絲杠螺母副熱流量（W) | 188.142 (W) |
| 絲杠與螺母處的熱流密度（W/w2) | 9981 (W /m2) |
| 軸承熱流量（W) | 5.767 (W) |
| 兩端軸承處熱流密度（F/«2 ) | 956 (W /m2) |
| 絲杠、螺母處強(qiáng)制對(duì)流換熱系數(shù)A。 | 35\26W / (m2 ■ K) |
| 空氣對(duì)流換熱系數(shù)\ | 12.95W /(m2 -K) |
表3.3是滾珠絲杠伺服機(jī)給系統(tǒng)在不同轉(zhuǎn)速下的熱邊界條件。其他的相關(guān)參數(shù)參 考第二章。同時(shí)，參考實(shí)心/空心滾珠絲杠的理論熱變形量，仿真熱變形的結(jié)果與理 論結(jié)果吻合。從而更精確地得到滾珠絲杠的熱變形規(guī)律。
表3.3熱邊界條件
| 滾珠絲杠的計(jì)算參數(shù)：工作臺(tái)和工件重500kgf,加速度lg,導(dǎo)程40mm,長度1000mm, | ||||
| 有效行程720mm，大伺服進(jìn)給速度120m/min，要求壽命L=25000h (五年），引導(dǎo)面（滑 | ||||
| 動(dòng)）0.002,重復(fù)定位精度0.01。 |
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| 轉(zhuǎn)速（r/min) | 250 | 375 | 500 | 750 |
| 螺母發(fā)熱（W/m3) | 26000 | 38992 | 51984 | 77976 |
| 軸承發(fā)熱（W/m3) | 1620 | 2435 | 3244 | 4868 |
| 實(shí)心絲杠熱變形（mm | )0.48 | 0.72 | 0.92 | 1.44 |
| 空心絲杠熱變形（mm | )0.012 | 0.018 | 0.024 | 0.036 |
| 轉(zhuǎn)速（r/min) | 1000 | 1500 | 1500 | 3000 |
| 螺母發(fā)熱（W/m3) | 103968 | 162374 | 233903 | 311906 |
| 軸承發(fā)熱（W/m3) | 6490 | 9736 | 14604 | 19496 |
| 實(shí)心絲杠熱變形（mm | )1.84 | 2.88 | 4.32 | 5.76 |
| 空心絲杠熱變形（mm | )0.048 | 0.072 | 0.092 | 0.144 |
在接下來的幾組仿真中都遵循“單一變量”的對(duì)比研究方法。比如研究實(shí)心絲杠 的溫度分布及熱位移隨絲杠轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律，則只有不同轉(zhuǎn)速這一變量的不同，其余 仿真條件*相同。
本文采摘自“空心滾珠絲杠在數(shù)控機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)中的應(yīng)用研究”，因?yàn)榫庉嬂щy導(dǎo)致有些函數(shù)、表格、圖片、內(nèi)容無法顯示，有需要者可以在網(wǎng)絡(luò)中查找相關(guān)文章！本文由伯特利數(shù)控整理發(fā)表文章均來自網(wǎng)絡(luò)僅供學(xué)習(xí)參考，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明！