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空心滾珠絲杠在不同轉(zhuǎn)速下溫度分布及熱變形仿真
閱讀：178 發(fā)布時(shí)間：2020-8-123.3空心滾珠絲杠在不同轉(zhuǎn)速下溫度分布及熱變形仿真
為了與實(shí)心滾珠絲杠對(duì)比，論文在做了實(shí)心滾珠絲杠在不同的進(jìn)給速度下的仿真 之后，接下來仿真空心滾珠絲杠在不同的轉(zhuǎn)速下的溫度分布及熱位移的規(guī)律。
圖3.19—3.21是空心滾珠絲杠在60m/min的進(jìn)給速度，螺母、絲杠冷卻液流速同 時(shí)為lm/s時(shí)的溫度分布圖。從圖3.20—圖3.22中可以看出與實(shí)心滾珠絲杠相比，仍 然是螺母處的溫度高，即大熱源處的溫度高。且螺母處的溫度梯度較其他的位 置大。兩端軸承處的熱源與螺母處相比很小，幾乎可以忽略。
從圖3.19中可以看出在螺母的橫截面上，在絲杠與螺母的結(jié)合處溫度高，摩 擦產(chǎn)生的大量的熱量有一半被螺母冷卻液帶走，一半被絲杠冷卻液帶走。另外，比較 螺母冷卻液與同位置的空心絲杠冷卻液的溫度，空心滾珠絲杠中的冷卻液的溫度比螺 母中的溫度還要低一些，這對(duì)于抑制滾珠絲杠的熱變形是有利的。
對(duì)比實(shí)心滾珠絲杠的溫度分布云圖，空心滾珠絲杠在兩端軸承處的溫度對(duì)滾珠絲 杠的影響較大。
圖3.23是空心滾珠絲杠在偏離中軸線8mm處的軸線的溫度分布數(shù)據(jù)圖。隨著滾 珠絲杠轉(zhuǎn)速的增加，絲杠的溫度逐漸增加，冷卻液帶走的熱量也會(huì)加倍，使?jié)L珠絲杠 處于較低的溫度狀態(tài)下。對(duì)比實(shí)心滾珠絲杠的溫度分布圖可知，在螺母處的溫度梯度 較大。且在兩端軸承處溫度分布有了明顯的變化。從熱傳遞的角度，本文認(rèn)為這是因 為冷卻液帶走大量的熱，而在熱源處的熱量就會(huì)相對(duì)較多，從而出現(xiàn)了螺母處的溫度 梯度較大。
從螺母處是大的熱源的角度講，螺母冷卻是滾珠絲杠冷卻液冷卻的主要對(duì)象。 因此，為了使冷卻液帶走更多的熱量，螺母處冷卻液的流速應(yīng)大于空心絲杠內(nèi)冷卻液 的流速（仿真時(shí)設(shè)置螺母、絲杠中冷卻液的流速同為lm/s),從而可以帶走更多的熱 量，降低絲杠的熱變形。同時(shí)發(fā)現(xiàn)絲杠中軸線上的溫度較低甚至除螺母以外的其他位 置的溫度都很低，這非常有利于抑制絲杠的軸向熱伸長(zhǎng)。
圖3.24空心滾珠絲杠及螺母在不同轉(zhuǎn)速下的溫度分布圖 從圖3.24中可以看出隨著絲杠轉(zhuǎn)速的加倍，在螺母及絲杠的溫度幾乎呈加倍的 趨勢(shì)。與實(shí)心滾珠絲杠相比，溫度分布相差不大，螺母處的溫度仍然是高的，說明 采用螺母冷卻的冷卻方案是正確的。
取圖3.26仿真的熱變形對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，與理論的數(shù)據(jù)對(duì)比，如表3.3。可知仿真結(jié) 果不同于理論假設(shè)的呈線性關(guān)系，然而理論數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)基本上處于同一個(gè)很小的 數(shù)量級(jí)上。
表3.5實(shí)心/空心滾珠絲杠理論計(jì)算與軟件仿真熱變形對(duì)比
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(zhǎng)度1000mm, 有效行程720mm,大進(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。
| 轉(zhuǎn)速（r/min) |
| 250 | 375 | 500 | 750 |
| 理論絲杠熱變形（m | m) | 0.012 | 0.018 | 0.024 | 0.036 |
| 仿真絲杠熱變形（m | m) | 0.0583 | 0.05834 | 0.05839 | 0.0585 |
| 轉(zhuǎn)速（r/min) |
| 1000 | 1500 | 1500 | 3000 |
| 理論絲杠熱變形（m | m) | 0.048 | 0.072 | 0.092 | 0.144 |
| 仿真絲杠熱變形（m | m) | 0.05859 | 0.0588 | 0.05907 | 0.05937 |
對(duì)比空心絲杠與買心絲杠的熱伸長(zhǎng)量，將表3.4、表3.5中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖像3.21, 從中可以明顯地看出空心絲杠不同轉(zhuǎn)速下的仿真熱變形在0.06mm以內(nèi)，且數(shù)值變化 很小；而實(shí)心滾珠絲杠隨著轉(zhuǎn)速的提高熱伸長(zhǎng)量幾乎呈線性增加，基本屬于毫米數(shù)量 級(jí)。從數(shù)量級(jí)的角度考慮，空心絲杠的熱伸長(zhǎng)量比實(shí)心滾珠絲杠的熱伸長(zhǎng)量小1 一2 個(gè)數(shù)量級(jí)，滾珠絲桿空心冷卻液冷卻在高速進(jìn)給時(shí)可以有效的抑制滾珠絲杠的熱伸長(zhǎng) 變形。本文認(rèn)為這主要是因?yàn)樵诳招慕z杠冷卻液冷卻時(shí)，冷卻液的對(duì)流換熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn) 大于滾珠絲杠與空氣的對(duì)流換熱系數(shù)。同時(shí)，物質(zhì)的比熱容代表了物質(zhì)存儲(chǔ)能量的能 力，冷卻液的比熱容也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空氣的比熱容，這也是其中的一個(gè)重要參數(shù)。
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(wú)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！