中空滚珠丝杠副热平衡分析及对比试验研究.pdf

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1、第4期组合机床与自动化加工技术No．42016年4月ModularMachineTool＆AutomaticManufacturingTechniqueApr．2016文章编号：1001～2265(2016)04—0033—04DOI：10．13462／j．cnki．mmtamt．2016．04．009中空滚珠丝杠副热平衡分析及对比试验研究周海燕，欧屹，冯虎田(南京理工大学机械工程学院，南京210094)摘要：为了提高中空滚珠丝杠副的冷却性能，基于传热学理论，对滚珠丝杠副进给系统的主要热源分布及热传导进行分析，建立了中

2、空滚珠丝杠副的温度场和热平衡分析的数学模型，并从中空滚珠丝杠副结构参数和使用参数方面分析影响丝杠温升的因素和热平衡的影响因素，最后设计了滚珠丝杠副冷却润滑性能检测试验台，对试验进行验证并分析。由试验结果可知，随着丝杠运行时间的增加，其温升先急剧升高，然后处于相对稳定状态。通过对比试验表明，中空丝杠可使热平衡时间至少缩短5O％，并降低热平衡温度。关键词：中空滚珠丝杠副；温度场；热平衡；试验台中图分类号：TH122；TG659文献标识码：AThermalEquilibriulnAnalysisandExperimentof

3、HollowBallScrewZH0UHai．yan．0UYi．FENGHU．tian(SchoolofMechanicalEngineering，NanjingUniversityofScienceandTechnology，Nanjing210094，China)Abstract：Inordertoimprovethecoolingperformanceofhollowballscrew．Basedonheattransfertheory，thenanalyzedonmainheatsourcedistributi

4、onandheat仃ansferofballscrewdrivesystem．Byestablishedamathematicalmodeloftemperaturefieldandthermalequilibriumanalysisoftheballscrewsystem．Andfromtheaspectsofstructureparametersandworkingparametersofhollowballscrewofanalysisoffactorsthataffectthetemperatureriseof

5、thescrewandtheinfluencefactorsofthermalequilibrium．ThenthroughCOolinglubricationTestbedtestandanalysis，theresultsshowedthatwiththeincreaseofrunningtime，tem-peratureofscrewhadasharpriseatfirst，remainedunchanged．Bythecontrasttest，hollowballscrewrea-chesthermalequi

6、libriumtimeandtemperatureisdecreased．Keywords：hollowballscrew；temperaturefield；thermalequilibrium；testbed滚珠丝杠副在高速运行条件下的动态性能和热特O引言性，对提高机床的加工精度有重要的意义。国内外滚珠丝杠副作为高速加工中心进给驱动系统的学者在这方面做了些有意义的研究。芮执元建立主要执行元件，其性能直接影响机床的运行状态和中空丝杠传动过程中温度场和热变形的数学模型，精度¨。在高速运行的情况下，滚珠丝杠副最明显通过有限

7、元仿真模拟和丝杠冷却模拟运行试验验证的现象是丝杠和螺母的摩擦导致其温升效应。由于该模型。黄俊等在ANSYS中对不同进给速度和不滚珠丝杠进给系统中的接触区域(丝杠螺母、轴承同冷却液流量下的温度场进行特性分析。Kmisk等)会产生大量的热，而这些热量又无法及时散发，等通过有限元法建立机床滚珠丝杠进给系统的温度会使滚珠丝杠的温度升高，引起滚珠丝杠热变形，该场。以上方法主要运用有限元方法进行验证，对于变形量会直接影响丝杠定位精度和重复定位精用试验台进行试验验证的很少。本文以高速中空滚度。造成温升最主要的原因是丝杠与螺母的摩珠丝

8、杠为研究对象，建立中空滚珠丝杠副进给系统擦，而摩擦还会造成滚珠丝杠副滚道的磨损，影响滚的温度场及热平衡分析的数学模型，并与实心滚珠珠丝杠副的使用寿命，影响到能量的损耗、温度的变丝杠副进给系统进行对比，然后通过冷却润滑试验化(过分的温升将导致润滑剂恶化、磨损加剧，甚至台进行试验验证。为最大限度的减小温升对滚珠丝导致工作表面烧伤)以及