滚珠丝杠副滚珠循环系统的热机耦合分析.pdf

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1、第4期组合机床与自动化加工技术N0．42013年4月ModularMachineTool＆AutomaticManufacturingTechniqueApr．2013文章编号：1001—2265(2013)04—0044—04滚珠丝杠副滚珠循环系统的热机耦合分析赵萍，李登新(莱芜职业技术学院，山东莱芜27I100)摘要：为了研究滚珠丝杠副滚珠循环系统冲击滑动作用下由于热一机耦合效应产生的微区特性变化，根据赫兹接触理论和经典碰撞理论，文章建立了冲击滑动耦合作用下的接触模型。在此基础上计算了滚珠的入口速度、碰撞力大小、接触时间等。结果表明：冲击滑动接触主要表现为反复的热

2、冲击和剪切表面化，并伴随冲击和滑动加剧，热．机耦合作用下，热影响区很薄。热效应增加了沿深度方向分布的等效应力梯度，且最大等效应力更接近接触表层。关键词：碰撞接触；滚珠丝杠；热机耦合；动力学仿真中图分类号：TH16；TG65文献标识码：ATherma1．-elasticCoupledAnalysisofaRe．-circulationMechanismBallScrewZHA0Ping．LIDeng—xin(LaiwuVocationalandTechnicalCollege，LaiwuShandong27l100，China)Abstract：Toresearchth

3、edistributionoftemperatureandstress，causedbytherma1．stresseffectunderim—pact—slidingmotion．contactmodelwasestablishedbasedonHertzcontacttheoryandtheclassicalcolli—siontheory．Basedonthedynamicmodel，theeffectsoftheimpactforceandthecontacttimeareana．1yzed．Theresultsshowthatimpact—slidingco

4、ntactcausestransientheatingandsurfacial—tendencyofshearstress．Thegradientoftemperatureandsurfacial—tendencyofshearstressbecomeintensivelywiththein—creasingofimpactandsliding．Thethermalinfluenceareaisthin．Thethermaleffectsincreasethegradi—entofmisesdistributionalongdepthdirection，andthem

5、aximummisesstressisclosertocontactsurface．Keywords：contactimpact；11screw；ermal—stresseffect；namicsimulation高。接触过程中表面温度的变化，对于摩擦、磨损过0引言程有很大影响。本文建立了冲击滑动耦合作用下的随着数控机床向高速化、高精度化方向不断发接触模型，利用有限元法建立了返回期内滚珠在冲展，对高速精密滚珠丝杠的制造水平提出了更高要击滑动耦合作用下二维摩擦滑动接触计算模型，研求。滚珠在返回器中循环运动，特别是在高速情况究了该工况下的摩擦热效应及热一机耦合应力分布。下

6、，滚珠对返向器的冲击会引起较大的振动和热量，1滚珠与导珠管碰撞接触理论模型影响滚珠丝杠副的使用寿命¨。国外学者Hung等利用赫兹接触模型建立了滚珠与导珠管碰撞的无摩擦弹性体之间撞击的经典理论是由Hertz力学模型，利用有限元软件分析研究了导珠管的疲提出的，并直接从他的静力弹性接触理论中得劳问题。Braccesi等利用滚珠与导珠管碰撞的力出。两个弹性球，半径分别为R和R，质量分别学模型和材料的弹塑性理论估计了不同材料的滚珠为m和m，，以相对速度对心撞击。图1所示为滚循环系统允许的最高转速。国内宋宪春根据赫兹珠与返回器碰撞简化模型。接触模型和经典碰撞理论，建立了滚珠与返向

7、器碰撞接触的力学模型，导出了碰撞力公式，并在考虑弹性恢复系数的基础上推导出了碰撞接触时间公式。上述学者分析了碰撞过程中的力及作用时间，没有分析碰撞过程中的温度及热机耦合现象，因此分析是不全面的。———／Y冲击滑动接触主要表现为反复的热冲击和剪切，随着碰撞过程的进行，整个表面的温度会逐步升图1滚珠与返回器碰撞简化模型收稿日期：2012—08—28；修回日期：2012—10—29作者简介：赵萍(197O一)，女，山东莱芜人，莱芜职业技术学院，多年从事机床设计与研究工作，(E—mail)lzy501@163·com。式2013年4月赵萍，等：滚珠丝杠副滚珠