基于有限元法的滚珠丝杠进给系统热特性分析.pdf

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1、第3期组合机床与自动化加工技术No．32014年3月ModularMachineTool&AutomaticManufacturingTechniqueMar．2014文章编号：1001—2265(2014)03—0005—04DOI：10．13462／j．cnki．mmtamt．2014．03．002基于有限元法的滚珠丝杠进给系统热特性分析水黄俊，袁军堂，汪振华，董香龙(南京理工大学机械工程学院，南京210094)摘要：滚珠丝杠进给系统传动过程中的发热极大影响进给系统的精度。根据丝杠工作系统的实际工作状态，通过施加的移动热源模拟螺母的传动热量，建立丝杠进给系统的温度场模

2、型，分析其温度及热一结构耦合场。此外，分析了进给速度及冷却液流量对系统热平衡时间的影响。研究结果表明随着进给速度和冷却液流量的增加，丝杠进给系统达到热平衡的时间缩短，从而为机床热误差补偿提供了依据。关键词：滚珠丝杠；移动热源；温度场；热一结构耦合中图分类号：TH16；TG65文献标识码：AAnalysisoftheThermalCharacteristicsforBallScrewFeedSystemBasedonFiniteElementMethodHUANGJun，YUANJun—tang，WANGZhen—hua，DONGXiang—long(SchoolofMec

3、hanicalEngineering，NanjingUniversityofScience&Technology，Nanjing210094)Abstract：Theemi~edheatinthetransmissionprocessofball—screwfeedsystemhasasignificantinfluenceprecisionoffeedsystemoAccordingtotheactualworkingconditionofballscrewworkingsystem，simula—tingthetransmissionheatofnutthrought

4、heexertedmobileheatsource，thetemperaturedistributionmodelofleadscrewfeedsystemisestablished，thecouplingfieldoftemperatureandstructureisanalyzed．Be—sides，thispaperanalyzestheinfluenceoffeedspeedandcoolantflowonthethermalequilibriumtime．Theresultsshowedthatwiththeincreaseoffeedspeedandcoola

5、ntflow，screwfeedsystemreachesthermale—quilibriumtimeisdecreased，whichprovidethefoundationforthecompensationofCNCthermalerrors．Keywords：ballscrew；movingthermalloads；thermalfield；thermo-structuralcoupling型。王大伟考虑丝杠导程引起表面积变化及螺母移0引言动对温度场的影响，建立滚珠丝杠传动过程中的温度滚珠丝杠副传动系统，因具有传动精度高、传动效场和热变形模型。刘兴业J、曹巨江对

6、加工中心滚率高、传动的可逆性、同步性能好、使用寿命长等优点珠丝杠传动系统进行温度场和热变形分析，得出进给而被广泛应用于数控机床及加工中心，其热变形将严系统温度场分布及变形情况。Huang用丝杠螺母、重影响机床的加工精度。研究表明由机床热变形引起前后轴承等处热源的温度作为模型的变量，用多元线的误差已占机床全部误差40％～70％。为保证机性回归的方法预测了滚珠丝杠在不同转速下的热变床的加工制造精度，需要对滚珠丝杠的热变形进行误形。Kmisk等通过有限元法建立机床滚珠丝杠进给差补偿设计。因此对实际工况下的滚珠丝杠进给传动系统的温度场。Ahn结合传热学理论提出一维传热系统进行有限

7、元热仿真分析，对于提高机床的整体精度具有指导意义。模型和分段模型来实时预测系统的温度场变化及热变国内外已对滚珠丝杠进给系统热分析进行了相关形情况。的研究：易学平对机械系统中的丝杆机构在工作过本文以滚珠丝杠直线进给系统为研究对象，在程中摩擦引起的温升和热变形原因进行分析，得出了ANSYS中对不同进给速度和不同冷却液流量下的温适用于实际工况的温度场经验公式。芮执元建立中度场进行特性分析，并重点分析在进给速度30m／min空丝杠传动过程中温度场和热变形的数学模型，通过条件下进行热变形分析，研究出滚珠丝杠整体热变形有限元仿真模拟和丝杠