滚珠丝杠的仿真边界条件的研究|加工中心

3.1.2仿真边界条件的研究

在仿真中温度分布求解是热边界条件的设置是关键的，除了环境温度和冷却液的初始温度外滚珠丝杠模型在仿真时不能设置任何的温度边界条件。热载荷由第二章理论计算得出。对于热载荷的加载，一般有两种加载处理方法：1、将发热量加载在摩擦生热的表面作为热载荷，这里假设摩擦热向螺母、丝杠传导的热量各为四分之一。

2、将发热量的一半作为体载荷加载在螺母上（本文假设丝杠螺母处的热量有一半传导到导轨上，一半传导到丝杠上）。对流换热系数受温度变化很小，在仿真中是作为一个固定值设定。

在分析丝杠的热变形时，温度分布的大体预测是很重要的。从非常复杂的热模型中简化抽象出能够反应热量传递的大体趋势的热模型是丝杠热分析的基础，从丝杠的细长杆件特征及产生热量的部件，本文边界条件做出以下假设[33,36]:

1、系统的每个部分的温度分布是均匀的。丝杠的导热系数远远大于冷却液与空气的导热系数。

2、螺母和轴承所产生的摩擦热是一个常数值。通过计算，加减速的时间为0.02s, 加减速的距离不足丝杠行程的5%，且在加减速时摩擦的模型非常复杂，不予考虑。

3、热对流系数是一个定值，不随温度和丝杠的转速变化。

4、热辐射和通过润滑剂的所带走的热量是微不足道的，忽略不计。

仿真边界条件的设定是对真实工况的限定，应根据实际的工况计算得出。由于模型的缩放对传热有很大的影响，本文建立的仿真模型比例为1:1。下面表3.1是滚珠丝杠的基本参数。

以环境温度为27°C，滚珠丝杠转速为3000r/min为例，由以上各参数结合上章的

表3.3是滚珠丝杠伺服机给系统在不同转速下的热边界条件。其他的相关参数参考第二章。同时，参考实心/空心滚珠丝杠的理论热变形量，仿真热变形的结果与理论结果吻合。从而更精确地得到滚珠丝杠的热变形规律。

表3.3热边界条件

滚珠丝杠的计算参数：工作台和工件重500kgf,加速度lg,导程40mm,长度1000mm,
有效行程720mm，最大伺服进给速度120m/min，要求寿命L=25000h (五年），引导面（滑
动）0.002,重复定位精度0.01。
转速（r/min)	250	375	500	750
螺母发热（W/m3)	26000	38992	51984	77976
轴承发热（W/m3)	1620	2435	3244	4868
实心丝杠热变形（mm	)0.48	0.72	0.92	1.44
空心丝杠热变形（mm	)0.012	0.018	0.024	0.036
转速（r/min)	1000	1500	1500	3000
螺母发热（W/m3)	103968	162374	233903	311906
轴承发热（W/m3)	6490	9736	14604	19496
实心丝杠热变形（mm	)1.84	2.88	4.32	5.76
空心丝杠热变形（mm	)0.048	0.072	0.092	0.144

在接下来的几组仿真中都遵循“单一变量”的对比研究方法。比如研究实心丝杠的温度分布及热位移随丝杠转速的变化规律，则只有不同转速这一变量的不同，其余仿真条件完全相同。

本文采摘自“空心滚珠丝杠在数控机床伺服进给系统中的应用研究”，因为编辑困难导致有些函数、表格、图片、内容无法显示，有需要者可以在网络中查找相关文章！本文由伯特利数控整理发表文章均来自网络仅供学习参考，转载请注明！