高速空心滾珠絲杠伺服進給系統(tǒng)的熱特性研究.pdf

1、數(shù)控機床正朝著高速高精度的方向發(fā)展，機床加工過程中機床的非加工時間占了整個加工時間一半以上，為了提高機床的加工效率，提高進給速度也成了機床發(fā)展的一個及其重要的方面。隨著滾珠絲杠進給速度的提高，滾珠絲杠螺母和軸承副之間產(chǎn)生的熱量不斷增加，滾珠絲杠的溫升會增大其熱變形，從而會降低滾珠絲杠的傳動精度，最終使得機床的加工精度降低。因此伺服進給系統(tǒng)在高速進給時滾珠絲杠溫升的不可控成了機床高速發(fā)展的瓶頸。針對這一問題，提出將實心滾珠絲杠加工成空心及

2、將實心螺母加工成實心螺母，并向空心滾珠絲杠和空心螺母內(nèi)通入冷卻介質(zhì)的方法來抑制溫升，從而抑制了滾珠絲杠的熱變形。空心滾珠絲杠和空心螺母的提出對機床高速發(fā)展的意義重大。
　　論文首先介紹了伺服進給系統(tǒng)的工作原理，論述了機床伺服進給系統(tǒng)空心滾珠絲杠熱特性研究的背景和意義，并對空心滾珠絲杠熱特性在國內(nèi)和國外的研究情況進行了說明。
　　其次，對滾珠絲杠軸承副和螺母副的摩擦生熱量及熱邊界條件進行理論計算。以NSK公司的H40-12空心

3、滾珠絲杠為例，通過計算得到了與H40-12剛度相同的實心滾珠絲杠的外徑為38.2mm。運用Solidworks軟件建立同剛度的空心/實心滾珠絲杠的軸承副三維模型、螺母副三維模型、空心螺母三維模型及伺服進給系統(tǒng)三維模型，分別將三維模型導入到ANSYS Workbench瞬態(tài)熱分析模塊（Transient Thermal）中，然后將計算得到的滾珠絲杠軸承副的摩擦熱和不同工況下的熱邊界條件加載到空心/實心滾珠絲杠軸承副各部位進行瞬態(tài)熱分析，然

4、后再將分析結果導入到靜態(tài)分析模塊（Static Structure）中，分別對各個模型的受力變形，熱變形及熱-結構耦合變形進行分析，通過以上分析得：空心滾珠絲杠熱變形小于實心滾珠絲杠熱變形，而且通過通入冷卻介質(zhì)，滾珠絲杠的溫升得到了控制；空心/實心滾珠絲杠變形形式近似相同；空心滾珠絲杠軸承副和螺母副溫升受軸向載荷和轉速的變化影響很小及通入冷卻介質(zhì)的最優(yōu)流速為1m/s。運用ANSYS CFX對空心螺母通入冷卻介質(zhì)之后不同流速下的腔體內(nèi)流態(tài)