3.1.2仿真边界条件的研究
在仿真中温度分布求解是热边界条件的设置是关键的，除了环境温度和冷却液的 初始温度外滚珠丝杠模型在仿真时不能设置任何的温度边界条件。热载荷由第二章理 论计算得出。对于热载荷的加载，一般有两种加载处理方法：1、将发热量加载在摩 擦生热的表面作为热载荷，这里假设摩擦热向螺母、丝杠传导的热量各为四分之一。
2、将发热量的一半作为体载荷加载在螺母上（本文假设丝杠螺母处的热量有一半传 导到导轨上，一半传导到丝杠上）。对流换热系数受温度变化很小，在仿真中是作为 一个固定值设定。
在分析丝杠的热变形时，温度分布的大体预测是很重要的。从非常复杂的热模型 中简化抽象出能够反应热量传递的大体趋势的热模型是丝杠热分析的基础，从丝杠的 细长杆件特征及产生热量的部件，本文边界条件做出以下假设[33,36]:
1、系统的每个部分的温度分布是均匀的。丝杠的导热系数远远大于冷却液与空 气的导热系数。
2、螺母和轴承所产生的摩擦热是一个常数值。通过计算，加减速的时间为0.02s, 加减速的距离不足丝杠行程的5%，且在加减速时摩擦的模型非常复杂，不予考虑。
3、热对流系数是一个定值，不随温度和丝杠的转速变化。
4、热辐射和通过润滑剂的所带走的热量是微不足道的，忽略不计。
仿真边界条件的设定是对真实工况的限定，应根据实际的工况计算得出。由于模 型的缩放对传热有很大的影响，本文建立的仿真模型比例为1:1。下面表3.1是滚珠 丝杠的基本参数。
| 表3.1滚珠丝杠进给系统基本参数表 | |
| 名称 | 参数 |
| 丝杠长度 | 1000mm |
| 丝杆轴径 | 40mm |
| 丝杠导程 | 40mm |
| 丝杠中空直径 | 12mm |
| 转速 | 3000r/min |
| 丝杠热膨胀系数％ | 11.8xl〇-6/°C |
| 丝杠的导热系数2 | 51W I {m - °C ) |
| 比热容 | ■J / (Kg，C) |
| 泊松比 | 0.3 |
以环境温度为27°C，滚珠丝杠转速为3000r/min为例，由以上各参数结合上章的
| 理论可经计算得出以下数据如表3.2, | 为模型仿真提供边界条件。 |
| 表3.2滚珠丝杠进给系统计算结果 |
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| 滚珠丝杠螺母副热流量（W) | 188.142 (W) |
| 丝杠与螺母处的热流密度（W/w2) | 9981 (W /m2) |
| 轴承热流量（W) | 5.767 (W) |
| 两端轴承处热流密度（F/«2 ) | 956 (W /m2) |
| 丝杠、螺母处强制对流换热系数A。 | 35/26W / (m2 ■ K) |
| 空气对流换热系数/ | 12.95W /(m2 -K) |
表3.3是滚珠丝杠伺服机给系统在不同转速下的热边界条件。其他的相关参数参 考第二章。同时，参考实心/空心滚珠丝杠的理论热变形量，仿真热变形的结果与理 论结果吻合。从而更精确地得到滚珠丝杠的热变形规律。
表3.3热边界条件
| 滚珠丝杠的计算参数：工作台和工件重500kgf,加速度lg,导程40mm,长度1000mm, | ||||
| 有效行程720mm，伺服进给速度120m/min，要求寿命L=25000h (五年），引导面（滑 | ||||
| 动）0.002,重复定位精度0.01。 |
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| 转速（r/min) | 250 | 375 | 500 | 750 |
| 螺母发热（W/m3) | 26000 | 38992 | 51984 | 77976 |
| 轴承发热（W/m3) | 1620 | 2435 | 3244 | 4868 |
| 实心丝杠热变形（mm | )0.48 | 0.72 | 0.92 | 1.44 |
| 空心丝杠热变形（mm | )0.012 | 0.018 | 0.024 | 0.036 |
| 转速（r/min) | 1000 | 1500 | 1500 | 3000 |
| 螺母发热（W/m3) | 103968 | 162374 | 233903 | 311906 |
| 轴承发热（W/m3) | 6490 | 9736 | 14604 | 19496 |
| 实心丝杠热变形（mm | )1.84 | 2.88 | 4.32 | 5.76 |
| 空心丝杠热变形（mm | )0.048 | 0.072 | 0.092 | 0.144 |
在接下来的几组仿真中都遵循“单一变量”的对比研究方法。比如研究实心丝杠 的温度分布及热位移随丝杠转速的变化规律，则只有不同转速这一变量的不同，其余 仿真条件相同。
本文采摘自“空心滚珠丝杠在数控机床伺服进给系统中的应用研究”，因为编辑困难导致有些函数、表格、图片、内容无法显示，有需要者可以在网络中查找相关文章！本文由伯特利数控整理发表文章均来自网络仅供学习参考，转载请注明！