不同工况下高速空心滚珠丝杠的热特性研究.pdf

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1、第3期组合机床与自动化加工技术NO．32011年3月ModularMachineTool&AutomaticManufacturingTechniqueMar．2O1l文章编号：1001—2265(2011J02—0030—03不同工况下高速空心滚珠丝杠的热特性研究术曹巨江，李龙刚，刘言松，孙建功(陕西科技大学机电工程学院，西安710021)摘要：以高速精密机床中使用的空心滚珠丝杠为研究对象，利用ANSYS热分析模块对该滚珠丝杠在不同转速和不同冷却液流量下的热特性进行了分析。得到了该空心滚珠丝杠不同

2、工况下的温度场和热位移，同时通过对滚珠丝杠表面结点温升曲线的分析比较，得到了针对该类型空心滚珠丝杠的最佳冷却液流量值和不同转速下空心滚珠丝杠达到其热平衡的时间。分析结果可为空心滚珠丝杠的热设计提供参考。关键词：高速精密机床；滚珠丝杠；温度场；热位移；有限元分析中图分类号：TH16；TG65文献标识码：AResearchonThermalCharacteristicsofHighSpeedHollowBallScrewinDiferentWorkingConditionsCAOJu-jiang，LIL

3、ong—gang，LIUYan—song，SUNJian-gong(SchoolofMechatronicEngineering，ShaanxiUniversityofScienceandTechnology，Xi’an710021，China)Abstract：Takingahighspeedhollowballscrewoftheprecisionmachinetoolastheresearchobject，thethermalcharacteristicsofthehighspeedhollo

4、wballScrewwereanalysisedindifferentspeedsanddifferentcoolantflowsbymeansoftheANSYSthermalanalysismoduleinthispaper．Itgotthetemperaturefielddistributionsandthermaldisplacementsofthehollowballscrewindifferentworkingconditions．Atthesametime，itgotthebestco

5、olantflowandthetimereachingheatbalanceindifferentspeedsaimingatthiskindofthehollowballscrewthroughanalyzingandcomparingsurfacenodetemperaturerisecurvesofthehollowballscrew．Theanalysisresultscanbeusedasaguideforthermaldesignofthehollowballscrew．Keywords

6、：highprecisionmachinetool；ballscrew；temperaturefield；thermaldisplacement；finiteelementanalysis统进行强制冷却。本文以某高速精密机床x轴使O引言用的高速空心滚珠丝杠为研究对象，分别在ANSYS滚珠丝杠螺母副作为数控机床进给驱动系统的中对不同转速和不同冷却液流量下的温度场和热变主要功能部件，对于数控机床向高速化方向发展起形进行分析，分析结果可为空心滚珠丝杠的热设计着非常重要的作用。但是滚珠丝杠在高速下长时间提供

7、参考。运行将会导致丝杠温度的上升，使其产生轴向热位l温度场数学模型及边界条件的确定移，直接导致机床进给轴的定位精度下降。目前对于高速滚珠丝杠副多采用空心滚珠丝杠副强制冷空心滚珠丝杠的主要热源是轴承的旋转摩擦生却、滚珠丝杠副螺母和支承轴承冷却、预压转换滚珠热和螺母的移动摩擦生热。丝杠与外界的热交换主丝杠副、实时补偿热变形等先进技术来取得较好的要包括丝杠与中空孔内冷却液的强制对流换热和丝温升效果，最大限度抑制滚珠丝杠的热位移⋯。其杠与周围空气之间的旋转对流换热。中抑制热变形最有效的方式是对滚珠丝杠副进给

8、系由于空心滚珠丝杠工作过程中导热系数为常收藕日期：2010—08—10基金项目：国家“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项课题(2009ZX04001—014)；陕西科技大学研究生创新基金作者简介：曹巨江(1955一)，男，西安人，教授，硕士研究生导师，主要研究方向为空间凸轮机构，自动包装机械理论与设计方法，曲面加工及装备，(E—mail)longgang1985@126．corn。2011年3月曹巨江，等：不同工况下高速空心滚珠丝杠的热特性研究·31·数，无内热