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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

為了與實心滾珠絲杠對比，論文在做了實心滾珠絲杠在不同的進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的進給速度，螺母、絲杠冷卻液流速同時為lm/s時的溫度分布圖。從圖3.20—圖3.22中可以看出與實心滾珠絲杠相比，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，這對于抑制滾珠絲杠的熱變形是有利的。

對比實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加倍，使?jié)L珠絲杠處于較低的溫度狀態(tài)下。對比實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，本文認為這是因為冷卻液帶走大量的熱，而在熱源處的熱量就會相對較多，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。

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。與實心滾珠絲杠相比，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仿真的熱變形對應(yīng)的數(shù)據(jù)，與理論的數(shù)據(jù)對比，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)基本上處于同一個很小的數(shù)量級上。

表3.5實心/空心滾珠絲杠理論計算與軟件仿真熱變形對比

滾珠絲杠的計算參數(shù)：工作臺和工件重500kgf,加速度lg,導(dǎo)程40mm,長度1000mm, 有效行程720mm,最大進給速度120m/min,要求壽命L=25000h (五年），引導(dǎo)面（滑動） 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

對比空心絲杠與買心絲杠的熱伸長量，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；而實心滾珠絲杠隨著轉(zhuǎn)速的提高熱伸長量幾乎呈線性增加，基本屬于毫米數(shù)量級。從數(shù)量級的角度考慮，空心絲杠的熱伸長量比實心滾珠絲杠的熱伸長量小1 一2 個數(shù)量級，滾珠絲桿空心冷卻液冷卻在高速進給時可以有效的抑制滾珠絲杠的熱伸長變形。本文認為這主要是因為在空心絲杠冷卻液冷卻時，冷卻液的對流換熱系數(shù)遠遠大于滾珠絲杠與空氣的對流換熱系數(shù)。同時，物質(zhì)的比熱容代表了物質(zhì)存儲能量的能力，冷卻液的比熱容也遠遠大于空氣的比熱容，這也是其中的一個重要參數(shù)。

本文采摘自“空心滾珠絲杠在數(shù)控機床伺服進給系統(tǒng)中的應(yīng)用研究”，因為編輯困難導(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)載請注明！

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