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实心/空心滚珠丝杠动态、静态的热特性分析计算

李雪晓 段明德 毕星瑞

李雪晓, 段明德, 毕星瑞. 实心/空心滚珠丝杠动态、静态的热特性分析计算[J]. 制造技术与机床, 2023, (4): 163-168. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.04.025
引用本文: 李雪晓, 段明德, 毕星瑞. 实心/空心滚珠丝杠动态、静态的热特性分析计算[J]. 制造技术与机床, 2023, (4): 163-168. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.04.025
LI Xuexiao, DUAN Mingde, BI Xingrui. Analysis and calculation of dynamic and static thermal characteristics of solid/hollow ball screw[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2023, (4): 163-168. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.04.025
Citation: LI Xuexiao, DUAN Mingde, BI Xingrui. Analysis and calculation of dynamic and static thermal characteristics of solid/hollow ball screw[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2023, (4): 163-168. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.04.025

实心/空心滚珠丝杠动态、静态的热特性分析计算

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.04.025
详细信息
    作者简介:

    李雪晓,女,1973出生,高级工程师,安阳鑫盛机床股份有限公司研发中心副主任,主要从事数控机床设计与制造等技术方面的工作,河南省学术技术带头人。E-mail:ayxslxx@163.com

    通讯作者:

    李雪晓,女,1973出生,高级工程师,安阳鑫盛机床股份有限公司研发中心副主任,主要从事数控机床设计与制造等技术方面的工作,河南省学术技术带头人。E-mail:ayxslxx@163.com

  • 中图分类号: TG502

Analysis and calculation of dynamic and static thermal characteristics of solid/hollow ball screw

  • 摘要: 通过对滚珠丝杠系统的热源、热边界条件的确定和计算,分别建立实心/空心滚珠丝杠系统的热稳态仿真分析模型,利用有限元的方法,得到滚珠丝杠系统的热稳态温度场分布,进而利用多场耦合对滚珠丝杠系统进行热结构耦合分析得到实心滚珠丝杠和空心滚珠丝杠的热变形情况,并分析热变形对滚珠丝杠系统的影响;然后分别对实心/空心滚珠丝杠系统进行模态分析和静态分析,分析滚珠丝杠中空后动静态特性的变化和影响,为立式加工中心的优化和改进提供理论依据。

     

  • 图  1  滚珠丝杠进给系统结构简图

    1—上轴承压盖;2—上安装环1;3—上轴承座;4—上轴承组;5—上安装环2;6—滚珠丝杠;7—滚珠丝杠螺母;8—主轴箱;9—立柱;10—下安装压套;11—下安装环1;12—下轴承组;13—下安装环2;14—下轴承压盖。

    图  2  滚珠丝杠系统网格划分

    图  3  网格质量

    图  4  滚珠丝杠路径上的温度场

    图  5  滚珠丝杠路径温度变化对比曲线

    图  6  滚珠丝杠路径热变形对比

    图  7  实心滚珠丝杠前六阶振型

    图  8  空心滚珠丝杠前六阶振型

    图  9  实心/空心滚珠丝杠静力分析

    表  1  滚珠丝杠系统材料参数

    参数SUJ245号钢
    密度/(kg/m³)7 8307 850
    弹性模量/Pa2.08×10112.09×1011
    泊松比0.30.269
    屈服强度/MPa1 370355
    抗拉强度/MPa1 617600
    热导率/(W/(m·℃))4650.2
    热膨胀系数/(m/℃)1.2×10−51.17×10−5
    比热/(J/(kg·℃))460450
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    表  2  实心滚珠丝杠各阶频率及各阶临界速度

    阶次123456
    频率/Hz78.06208.36426.64691.82995.061262.3
    临界转速/(r/min)4 683.61 250 1.62 559 8.44 150 9.25 970 3.67 573 8
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    表  3  空心滚珠丝杠各阶频率及各阶临界速度

    阶次123456
    频率/Hz84.68220.84453.32774.811 110.21 353
    临界转速/(r/min)5 080.81 325 0.42 719 9.24 648 8.666 61281 180
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  • [1] Weck M, Mckeown P, Bonse R, et al. Reduction and ompensation of thermal errors in machine tools[J]. CIRP Annals - Manufacturing Technology, 1995, 44(2): 589-598. doi: 10.1016/S0007-8506(07)60506-X
    [2] 陈诚, 裘祖荣, 李醒飞, 等. 伺服系统中滚珠丝杠的温度场模型[J]. 光学精密工程, 2011, 19(5): 1151-1158.
    [3] 朱坚民, 张统超, 李孝茹. 基于结合部刚度特性的滚珠丝杠进给系统动态特性分析[J]. 机械工程学报, 2015, 51(17): 72-82.
    [4] 路华伟, 李虎. 激光熔覆滚珠丝杠进给系统热特性有限元分析[J]. 组合机床与自动化加工技术, 2016(11): 57-59. doi: 10.13462/j.cnki.mmtamt.2016.11.016
    [5] Yang A S, Cai S Z, Hsieh S H, et al. Thermal deformation estimation for a hollow ball screw feed drive system[J]. Lecture Notes in Engineering & Computer Science, 2013, 2206(1): 2047-2052.
    [6] Xu Z Z, Liu X J, Lyu S K. Study on thermal behavior analysis of nut/shaft air cooling ball screw for high-precision feed drive[J]. International Journal of Precision Engineering & Manufacturing, 2014, 15(1): 123-128.
    [7] 韩军, 张玲聪, 李明亚. 轴承副摩擦生热对实心/空心滚珠丝杠变形影响分析[J]. 组合机床与自动化加工技术, 2015(10): 64-68.
    [8] 韩军, 张玲聪, 李明亚. 螺母副摩擦热对高速空心/实心滚珠丝杠热特性影响分析[J]. 机床与液压, 2016, 44(9): 140-146. doi: 10.3969/j.issn.1001-3881.2016.09.034
    [9] 刘晓慧, 宋现春. 滚珠丝杠副摩擦力矩影响因素及测试方法研究[J]. 工具技术, 2006, 40(6): 59-61.
    [10] 宋敏. 中空行星滚柱丝杠副热变形研究[J]. 科学技术与工程, 2014, 14(5): 71-75.
    [11] 克兹拉斯, 科兹拉斯, 等. 滚动轴承分析[M]. 北京: 机械工业出版社, 2009.
    [12] 许国良. 工程传热学[M]. 北京: 中国电力出版社, 2011.
    [13] 丁舜年. 大型电机的发热与冷却[M]. 北京: 科学出版社, 1992.
    [14] 郭崇嵩. 铣车复合加工中心双驱进给系统静动态特性分析[D]. 兰州: 兰州理工大学,2012.
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  • 收稿日期:  2022-11-25
  • 录用日期:  2023-02-16

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