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滾珠絲杠的仿真邊界條件的研究
閱讀：123 發布時間：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置是關鍵的，除了環境溫度和冷卻液的 初始溫度外滾珠絲杠模型在仿真時不能設置任何的溫度邊界條件。熱載荷由第二章理 論計算得出。對于熱載荷的加載，一般有兩種加載處理方法：1、將發熱量加載在摩 擦生熱的表面作為熱載荷，這里假設摩擦熱向螺母、絲杠傳導的熱量各為四分之一。
2、將發熱量的一半作為體載荷加載在螺母上（本文假設絲杠螺母處的熱量有一半傳 導到導軌上，一半傳導到絲杠上）。對流換熱系數受溫度變化很小，在仿真中是作為 一個固定值設定。
在分析絲杠的熱變形時，溫度分布的大體預測是很重要的。從非常復雜的熱模型 中簡化抽象出能夠反應熱量傳遞的大體趨勢的熱模型是絲杠熱分析的基礎，從絲杠的 細長桿件特征及產生熱量的部件，本文邊界條件做出以下假設[33,36]:
1、系統的每個部分的溫度分布是均勻的。絲杠的導熱系數遠遠大于冷卻液與空 氣的導熱系數。
2、螺母和軸承所產生的摩擦熱是一個常數值。通過計算，加減速的時間為0.02s, 加減速的距離不足絲杠行程的5%，且在加減速時摩擦的模型非常復雜，不予考慮。
3、熱對流系數是一個定值，不隨溫度和絲杠的轉速變化。
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。
仿真邊界條件的設定是對真實工況的限定，應根據實際的工況計算得出。由于模 型的縮放對傳熱有很大的影響，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。
| 表3.1滾珠絲杠進給系統基本參數表 | |
| 名稱 | 參數 |
| 絲杠長度 | 1000mm |
| 絲桿軸徑 | 40mm |
| 絲杠導程 | 40mm |
| 絲杠中空直徑 | 12mm |
| 高轉速 | 3000r/min |
| 絲杠熱膨脹系數％ | 11.8xl〇-6/°C |
| 絲杠的導熱系數2 | 51W I {m - °C ) |
| 比熱容 | ■J / (Kg，C) |
| 泊松比 | 0.3 |
以環境溫度為27°C，滾珠絲杠轉速為3000r/min為例，由以上各參數結合上章的
| 理論可經計算得出以下數據如表3.2, | 為模型仿真提供邊界條件。 |
| 表3.2滾珠絲杠進給系統計算結果 |
|
| 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、螺母處強制對流換熱系數A。 | 35\26W / (m2 ■ K) |
| 空氣對流換熱系數\ | 12.95W /(m2 -K) |
表3.3是滾珠絲杠伺服機給系統在不同轉速下的熱邊界條件。其他的相關參數參 考第二章。同時，參考實心/空心滾珠絲杠的理論熱變形量，仿真熱變形的結果與理 論結果吻合。從而更精確地得到滾珠絲杠的熱變形規律。
表3.3熱邊界條件
| 滾珠絲杠的計算參數：工作臺和工件重500kgf,加速度lg,導程40mm,長度1000mm, | ||||
| 有效行程720mm，大伺服進給速度120m/min，要求壽命L=25000h (五年），引導面（滑 | ||||
| 動）0.002,重復定位精度0.01。 |
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| |
| 轉速（r/min) | 250 | 375 | 500 | 750 |
| 螺母發熱（W/m3) | 26000 | 38992 | 51984 | 77976 |
| 軸承發熱（W/m3) | 1620 | 2435 | 3244 | 4868 |
| 實心絲杠熱變形（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 |
| 轉速（r/min) | 1000 | 1500 | 1500 | 3000 |
| 螺母發熱（W/m3) | 103968 | 162374 | 233903 | 311906 |
| 軸承發熱（W/m3) | 6490 | 9736 | 14604 | 19496 |
| 實心絲杠熱變形（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”的對比研究方法。比如研究實心絲杠 的溫度分布及熱位移隨絲杠轉速的變化規律，則只有不同轉速這一變量的不同，其余 仿真條件*相同。
本文采摘自“空心滾珠絲杠在數控機床伺服進給系統中的應用研究”，因為編輯困難導致有些函數、表格、圖片、內容無法顯示，有需要者可以在網絡中查找相關文章！本文由伯特利數控整理發表文章均來自網絡僅供學習參考，轉載請注明！