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3.3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(lái)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最高，即最大熱源處的溫度最高。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)合處溫度最高，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。

從螺母處是最大的熱源的角度講，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最高的，說(shuō)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,最大進(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(mǎi)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(lái)自網(wǎng)絡(luò)僅供學(xué)習(xí)參考，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明！

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