空心滾珠絲杠在不同轉(zhuǎn)速下溫度分布及熱變形仿真
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，這對于抑制滾珠絲杠的熱變形是有利的。
對比實(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。
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(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(gè)很小的 數(shù)量級上。
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??；而實(shí)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(shí)心滾珠絲杠的熱伸長量小1 一2 個(gè)數(shù)量級，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 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)，冷卻液的對流換熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn) 大于滾珠絲杠與空氣的對流換熱系數(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！
高硼硅玻璃和普通玻璃的區(qū)別
螺旋除污器微泡排氣除污裝置效果 內(nèi)部結(jié)構(gòu)
原子吸收光譜儀空心陰極燈的使用注意
工業(yè)清洗混合器:Superklean標(biāo)準(zhǔn)水槍系列延伸–市場上沖洗水槍！
熔噴布顆粒效率性能試驗(yàn)臺(tái)主要結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)
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如何提高灌裝機(jī)效率和使用壽命？
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x射線光電子能譜儀使用時(shí)需要注意什么
弱酸性陽離子交換樹脂的基本應(yīng)用特點(diǎn)
LR-5001-20溫濕度記錄儀應(yīng)用領(lǐng)域
電磁流量計(jì)在水煤漿測量中幾類常見問題分析及解決方法
生活污水一體化處理設(shè)備安裝
150噸電子地磅安裝調(diào)式事項(xiàng)
邵陽樹脂復(fù)合水表井結(jié)構(gòu)有什么優(yōu)勢？
FDQ61F防盜型全焊接球閥性能特點(diǎn)與應(yīng)用
污水粉碎格柵的適用范圍和使用注意事項(xiàng)
模具高速銑的刀具方案
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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，這對于抑制滾珠絲杠的熱變形是有利的。
對比實(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。
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(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(gè)很小的 數(shù)量級上。
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
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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??；而實(shí)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(shí)心滾珠絲杠的熱伸長量小1 一2 個(gè)數(shù)量級，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 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)，冷卻液的對流換熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn) 大于滾珠絲杠與空氣的對流換熱系數(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)。
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