高速实心/空心滚珠丝杠热动态性能分析与研究

针对高速机床滚珠丝杠副摩擦生热导致滚珠丝杠产生轴向热变形,从而影响机床定位精度的问题,提出采取全面冷却与重点冷却相结合的方式冷却滚珠丝杠,即采用空心滚珠丝杠替代实心滚珠丝杠通入冷却介质全面强制冷却,同时对空心螺母局部重点冷却,共同抑制空心丝杠的温升与热变形。对不同进给速度下实心/空心滚珠丝杠的热特性进行理论分析,空心滚珠丝杠的热变形要比实心滚珠丝杠的热变形小(1~2)个数量级,从而提高了伺服进给系统的定位精度。同时,仿真了实心/空心滚珠丝杠模型的温度分布与热变形,分析了空心滚珠丝杠的温度场与热变形规律。总之,为空心滚珠丝杠在高速伺服进给系统的应用提供理论依据。     

高速实心/空心滚珠丝杠热变形受轴承副摩擦热影响分析

机床高速高精度的发展方向,迫切需要提高机床滚珠丝杠的进给速度,然而随着滚珠丝杠进给速度的提高,轴承副摩擦热也在急剧增加,增大了滚珠丝杠的热变形,进而降低了滚珠丝杠的定位精度,为了解决这一问题,文中提出采用通入冷却油的空心滚珠丝杠抑制温升。先对轴承摩擦生热、热边界条件及滚珠丝杠变形进行理论计算,再通过刚度计算得到与给定空心滚珠丝杠等刚度的实心滚珠丝杠外径,运用有限元分析软件分别对空心、实心滚珠丝杠轴承副热特性进行分析,得出通入冷却油的空心滚珠丝杠可以有效地抑制温升和热变形,最后对不同载荷不同转速下实心滚珠丝杠和空心滚珠丝杠的热特性进行分析,为空心滚珠丝杠的设计和研究提供理论依据。     

高速空心/实心滚珠丝杠螺母副热特性分析

滚珠丝杠作为机床伺服进给系统的重要部件,由螺母副摩擦热而引起的滚珠丝杠热变形降低了伺服进给系统的定位精度,在机床高速化发展的过程中,滚珠丝杠热变形成为其发展的瓶颈,采用通有冷却油的空心滚珠丝杠为解决这一问题提供了方法。通过理论计算螺母副摩擦热及热边界条件,运用ANSYS有限元分析软件将计算结果加载到同刚度的空心/实心滚珠丝杠上进行分析:首先对滚珠丝杠温升与载荷、温升与转速的关系进行分析,然后分析了冷却油的流速对滚珠丝杠温升的影响,最后对空心/实心滚珠丝杠变形进行了比较分析。分析表明:空心滚珠丝杠温升受到载荷和转速的影响更小;增加冷却油的流速增强对丝杠的冷却效果但却是有限的;空心滚珠丝杠有效的减小了螺母副摩擦热和热变形。     

同刚度同载荷下高速空心/实心滚珠丝杠轴承端热特性研究

机床正在朝着高速高精度的方向发展,同时高速机床进给系统的滚珠丝杠也在进入一个新的发展阶段,为了解决高速滚珠丝杠高温热变形对进给系统精度降低的问题,提出了采用空心滚珠丝杠来抑制温升,从而提高滚珠丝杠的定位精度以及机床的加工精度。将计算得到的轴承摩擦热和热边界条件,运用ANSYS有限元分析软件加载到同刚度的空心和实心滚珠丝杠上,再在滚珠丝杠的相同位置加载相同的载荷,通过仿真分析对比同刚度同载荷下高速空心和实心滚珠丝杠的热变形,得出通入冷却油的空心滚珠丝杠可以有效的抑制温升和全面减小热变形的结论,为空心滚珠丝杠的研究提供理论依据。     

实心/空心滚珠丝杠动态、静态的热特性分析计算

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。     

实心/空心高速滚珠丝杠轴承副热变形研究

随着机床滚珠丝杠进给系统速度的提高,滚珠丝杠轴承副摩擦产生的热量传递到丝杠,并引起了滚珠丝杠的热变形。通过分析轴承发热原理及理论计算方法,以及实例计算轴承副生热,运用有限元分析软件ANSYS仿真,得到实心滚珠丝杠和空心滚珠丝杠的温度分布和热变形,并分析热变形对滚珠丝杠变形的影响,得出通有冷却液的空心滚珠丝杠可以有效的抑制滚珠丝杠温升并减小热变形的理论,为空心滚珠丝杠热特性研究提出理论依据。     

螺母副摩擦热对高速空心滚珠丝杠热特性影响分析

滚珠丝杠作为机床伺服进给系统的重要功能部件,其热变形会降低伺服进给系统的定位精度,在机床高速化发展的过程中,滚珠丝杠热变形成为其发展的瓶颈。其中螺母副摩擦热是影响滚珠丝杠热变形的主要因素。采用通有冷却介质的空心滚珠丝杠为解决此问题提供了一种方法。将通过计算得到的螺母副摩擦热加载到空心滚珠丝杠滚道内,分析空心滚珠滚珠丝杠温度受轴向载荷、转速、通入空心滚珠丝杠的冷却介质的种类、冷却介质流速以及空心滚珠丝杠内孔的大小的影响及内孔大小对空心滚珠丝杠变形的影响。通过分析,结果表明:轴向载荷和转速对空心滚珠丝杠温度影响较小;专业冷却油更适合用于空心滚珠丝杠的冷却,合理控制其温升和热变形;热变形和热-结构耦合的分析,给出了最佳内孔直径。为空心滚珠丝杠的设计及研究提供理论依据。     

中空/实心滚珠丝杆温升及热误差试验与分析

滚珠丝杆的热误差是影响高精高速数控机床进给系统的定位误差主要原因之一。对型号为W2806滚珠丝杠进行3种状态的处理,即实心丝杠、无冷却中空丝杠和油冷却中空丝杠进行试验与对比分析。结果表明:采用油冷却的中空丝杠有效抑制滚珠丝杠在高速进给时的温升与热变形,减小伺服进给系统的定位误差,提高机床的加工精度。     

滚珠丝杠副空心螺母热特性及其内部流场分析

针对机床高速运转过程中滚珠丝杠副螺母发热严重的问题,提出了将螺母加工成空心并通入冷却介质来抑制螺母温升的方法,把这种螺母称为空心螺母。以主轴油作为冷却介质,运用CFX软件,分析了通入主轴油流速不同情况下空心螺母腔体内流场及温度场的变化规律;分析了滚珠丝杠转速和轴向载荷对螺母温升的影响。通过以上分析,揭示了空心螺母腔体内流场随着冷却介质流速的变化规律和温度场的分布情况,以及滚珠丝杠的轴向载荷和转速对空心螺母温升的影响。空心螺母的提出对机床的发展具有深远意义。     

高速滚珠丝杠副气液二元冷却系统设计与仿真

针对高速滚珠丝杠进给系统由于摩擦发热而导致丝杠产生热变形误差的问题,提出一种高速滚珠丝杠副整体循环冷却和重点发热区域局部冷却的气液二元冷却方法,用于抑制机床因高速运转产生热变形而导致传动刚度和加工精度的变化。通过对不同冷却方式下滚珠丝杠副温度场的变化,以及不同冷却速度情况下滚珠丝杠热变形的仿真分析,验证了气液二元冷却系统的可行性。     

高速空心滚珠丝杠副动态性能试验平台的研发

为了研究空心滚珠丝杠副在高速运行状态下的性能状况,研发了一种用于测试高速空心滚珠丝杠副动态性能参数的试验平台。给出了高速滚珠丝杠副动态性能参数测试的实现过程,介绍了试验台机械系统和控制系统的设计方案。该实验平台由机械系统和测试系统两部分组成,选用空心滚珠丝杠副作为被测元件,利用LMS数据采集卡进行数据采集,可完成负载状态下滚珠丝杠副动态性能的在线实时检测。利用该试验平台可以对滚珠丝杠副的加速度、速度、温升、热位移、定位精度等动态性能参数进行测试,为空心滚珠丝杠产品性能的改进提供可靠的实验数据参考。     

高速空心滚珠丝杠副动态性能试验平台的研发

为了研究空心滚珠丝杠副在高速运行状态下的性能状况,研发了一种用于测试高速空心滚珠丝杠副动态性能参数的试验平台,给出了高速滚珠丝杠副动态性能参数测试的实现过程,介绍了试验台机械系统和控制系统的设计方案。利用该试验平台可以对滚珠丝杠副的加速度、速度、温升、热位移、定位精度等动态性能参数进行测试,为空心滚珠丝杠产品性能的改进提供可靠的实验数据参考。     

基于有限元法的中空冷却滚珠丝杠温升及热变形研究

针对高速机床工作过程中滚珠丝杠进给系统的发热及热变形问题,基于传热学理论,建立了中空冷却滚珠丝杠传动过程中温度场和热变形的数学模型,并通过有限元仿真模拟和丝杠冷却模拟运行试验对该模型进行验证.结果表明,随着丝杠转速的提高和运行时间的增加,丝杠温升和热变形先是逐渐增大,然后趋于一个稳定值.     

端塞式滚珠丝杠副系统动力学仿真与分析

根据赫兹接触理论,对端塞式滚珠丝杠副系统的接触碰撞进行了分析,通过ADAMS宏命令建立端塞式滚珠丝杠副系统动力学仿真系统,利用仿真系统对端塞式滚珠丝杠反向器进行仿真实验。实验结果为改善滚珠丝杠系统的流畅性与摩擦力矩性能提供技术支持,提高了设计品质,对研究滚珠丝杠副摩擦力矩的产生及变化,也有一定的参考价值。在此基础上可以建立多种型号的滚珠丝杠副仿真系统,为实际生产过程提供了理论指导。     

基于短时傅里叶变换的滚珠丝杠副丝杠滚道故障定位研究

针对滚珠丝杠副丝杠滚道故障定位困难问题,对存在单一点蚀故障的滚珠丝杠副进行了研究,提出了一种基于短时傅里叶变换(STFT)的滚珠丝杠副丝杠滚道故障定位方法,通过理论分析确定了针对滚珠丝杠副振动信号STFT理想的窗函数及其参数。利用STFT分析了滚珠丝杠副仿真与实验振动加速度信号,根据丝杠滚道出现故障时的频率响应特性以及信号瞬时频率随时间的变化,以瞬时频率为特征确定了故障位置。仿真与实验研究结果对比表明,STFT时频分析方法能够用于有效地识别出滚珠丝杠副的故障位置。     

力士乐电子传控及线性技术应用于机床

面对入世后的机遇 ,国内现代机床的发展焦点是应用数字控制等先进技术 ,不断开发新产品 ,近年来 ,直线直接驱动 (DirectLinearDrive)技术受到广泛注意。滚珠丝杠传动方式仍然占了绝大多数 ,博世力士乐推出了最新的超高速、一体化的空心电动机滚珠丝杠副 ,实现了既高速又仍能维持极高精度之要求。传统的丝杠传动装置的刚度每每因为丝杠之长度及两端之支撑轴承而受到限制 ,只能在临界速度范围内操作。力士乐首先把丝杠转动之方式改为螺母转动方式。丝杠固定不动 ,从而不会受限于支撑轴承。而固定的丝杠更可以利用中空之设计而达到控制 (冷却…     

基于Pro/E-ANSYS-Workbench滚珠丝杠副的建模与仿真分析

运用专业的三维建模软件Pro/E建立了滚珠丝杠副系统的零件装配模型,并通过ANSYS-Workbench有限元分析软件对建立的滚珠丝杠副装配模型进行静力结构有限元仿真分析,得出滚珠丝杠副滚珠、丝杠、螺母和滚珠丝杠副整机的等效应力图和等效应变图。结果表明,滚珠丝杠副的等效应力主要在于滚珠与滚道接触区域,且滚珠与滚道间的接触区域呈椭圆状分布,接触应变值由中心向外逐渐变小,符合赫兹接触理论。仿真结果证实了所建仿真模型的有效性,为滚珠丝杠副更好地向高速、高效和高精度的发展提供了基础,并为其优化设计提供了技术支持。     

滚珠丝杠螺母副热态特性建模方法

以某外循环滚珠丝杠螺母副为研究对象,对其热态特性及其建模方法进行研究。在分析滚珠丝杠进给系统的热源和边界条件的基础上,建立了丝杠稳态温度分布的数学模型,并通过软件编程求解得到丝杠温度场和滚道的存在对丝杠稳态温度的影响;建立了考虑滚道影响的滚珠丝杠进给系统有限元分析模型,获得了滚珠丝杠进给系统稳态和瞬态热特性分析结果;最后通过滚珠丝杠螺母副热特性试验,获得了滚珠丝杠进给系统关键点的温度及其变化情况。研究结果表明：所建立的滚珠丝杠螺母副热特性分析数学模型可以较准确地获得滚珠丝杠的温度场,忽略滚道会使滚珠丝杠螺母副的温度场仿真结果产生15%～20%的误差。     

滚珠丝杠的热力耦合作用仿真

以VMC850E立式加工中心的进给轴滚珠丝杠为研究对象,使用三维建模软件建立了滚珠丝杠的三维模型。通过理论计算和前人经验确定仿真的边界条件。使用ANSYS Workbench软件,分析了滚珠丝杠在组合热源下温度场、应力及变形,并对预拉伸状态下的滚珠丝杠进行了仿真分析。研究内容对滚珠丝杠的制造和优化具有一定意义。     

影响滚珠丝杠副热伸长的因素及解决对策

滚珠丝杠副热伸长的大小与丝杠副预紧力、安装方式、机床的移动速度以及采用的冷却介质、冷却方式、环境状况都有密切的关系。弄清各种因素的内在联系，对改进滚珠丝杠副的设计，提高机床整体性能有非常重要的意义。