不同工况下高速空心滚珠丝杠的热特性研究

以高速精密机床中使用的空心滚珠丝杠为研究对象,利用ANSYS热分析模块对该滚珠丝杠在不同转速和不同冷却液流量下的热特性进行了分析.得到了该空心滚珠丝杠不同工况下的温度场和热位移,同时通过对滚珠丝杠表面结点温升曲线的分析比较,得到了针对该类型空心滚珠丝杠的最佳冷却液流量值和不同转速下空心滚珠丝杠达到其热平衡的时间.分析结果可为空心滚珠丝杠的热设计提供参考.     

实心/空心高速滚珠丝杠的热特性研究

针对高速机床滚珠丝杠的摩擦发热导致丝杠产生轴向热伸长的问题,采用丝杠和螺母中空冷却的方法抑制丝杠温升,通过不同进给速度下的实心滚珠丝杠与空心滚珠丝杠的稳态仿真对比,证实这种冷却方法有效;同时对比瞬态仿真得出空心滚珠丝杠达到热平衡的时间远小于实心滚珠丝杠。     

高速滚珠丝杠副的空心螺母热特性分析

机床在高速运转时,由滚珠丝杠副的摩擦热引起的热变形对伺服进给系统的定位精度有很大的影响。滚珠丝杠副在整个运行过程中,摩擦热传递到螺母的热量最多,使得螺母温度上升并产生热膨胀,从而增大了滚珠丝杠副的预紧力,增大了摩擦热,使得滚珠丝杠副热量无法得到有效的控制,进而无法有效的控制热变形。通过将滚珠丝杠副螺母加工成空心,并通入冷却介质,达到了冷却螺母的目的。利用CFX软件,将理论计算得到的摩擦热加载到螺母滚道内,对不同冷却介质、不同载荷、不同转速下螺母的冷却效果进行分析,并对同一冷却介质不同流速下的流场和温度场进行分析。结果表明:运用专用冷却油的冷却效果最好;载荷及转速对空心螺母温升影响较小;揭示了空心螺母随着速度变化的流场变化规律以及温度场分布情况。     

空心/实心滚珠丝杠机床伺服进给系统热特性分析

机床正向着高速高精度的方向发展,解决机床伺服进给系统在高速运行下产生的大量摩擦热及热变形,成为推进机床发展的突破口。提出采用通入冷却介质的空心滚珠丝杠来抑制温升从而控制热变形。先对轴承副和螺母副摩擦生热、热边界条件及滚珠丝杠变形进行理论计算,运用ANSYS分别对不同载荷不同转速下实心/空心滚珠丝杠的传热进行分析,再对空心/实心滚珠丝杠机床伺服进给系统变形进行分析,通过完整的仿真得出:通入冷却介质的空心滚珠丝杠伺服进给系统可以有效地抑制温升和热变形,为机床伺服进给系统的设计和研究提供理论依据。     

螺母副摩擦热对高速空心/实心滚珠丝杠热特性影响分析

针对滚珠丝杠的热变形问题,提出了一种采用通有冷却油的空心滚珠丝杠。通过理论计算了螺母副摩擦热及热边界条件,运用ANSYS有限元分析软件首先对空心/实心滚珠丝杠温升与载荷、温度与转速的关系进行了分析,然后分析了冷却油的流速对空心滚珠丝杠温升的影响,最后对比分析了空心/实心滚珠丝杠的变形情况。结果表明:通有冷却油的空心滚珠丝杠在高速高载荷的工况下更优于实心滚珠丝杠。     

旋风硬铣滚珠丝杠温度场仿真

滚珠丝杠是数控机床、精密仪器和仪表等设备的关键零部件.旋风铣削是一种新型高效的螺纹制造技术.论文以传热学为基础研究了滚珠丝杠旋风硬铣过程中的内部热传导方程,给出 ANSYS 仿真结果,仿真结果表明丝杠表面与内部的温度分布规律是一致的.分析了影响温度分布的因素,为滚珠丝杠旋风硬铣过程中热变形误差的补偿提供了基础.     

高速空心滚珠丝杠螺母副热特性的影响因素分析

滚珠丝杠作为机床伺服进给系统的重要元件,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,采用通有冷却介质的空心滚珠丝杠为解决这一问题提供了方法。空心滚珠丝杠定位精度受到以下因素影响:滚珠丝杠轴向载荷、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,这些因素不仅影响空心滚珠丝杠的冷却效果,而且对空心滚珠丝杠的变形也有很大的影响。研究结果表明:轴向载荷和转速对温度影响较小;专业冷却油更适合用于滚珠丝杠的冷却,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。     

空心滚珠丝杠在数控机床伺服进给系统中的应用

针对数控机床主轴和伺服传动系统的热误差阻碍进一步提高机床定位精度的问题,对数控机床伺服进给系统的热变形作了深入研究。结果表明:螺母摩擦和轴承摩擦是滚珠丝杠伺服进给系统的主要热源,其摩擦热量与滚珠丝杠转速及轴向载荷几乎成正比;采用空心丝杠和空心螺母有效抑制了滚珠丝杠在高速进给时的热变形量,减小伺服进给系统的稳态误差。     

龙门加工中心滚珠丝杠传动系统的温度场和热变形分析

龙门加工中心滚珠丝杠热变形是机床误差的重要原因之一.根据企业龙门加工中心丝杠传动系统的实际工作状态,建立了丝杠支座温度场和热变形的ANSYS分析模型.通过施加移动热载荷,在ANSYS中求解了丝杠的温度场和热变形,获得丝杠表面温度场分布趋势以及丝杠进给方向的热变形变化情况,在此基础上提出相应的改进建议,为机床优化设计和提高机床的加工精度提供了依据.     

滚珠丝杠副滚道磨损的有限元模拟分析

滚珠丝杠副磨损是导致机床精度降低或丧失的主要原因。针对滚珠丝杠副滚道磨损问题,基于弹性接触理论分析得出丝杠滚道接触应力大于螺母滚道,二者接触应力差异导致磨损的差异。建立三维模型结合ANSYS软件对滚珠丝杠副磨损过程进行模拟分析,结果表明丝杠滚道磨损大于螺母滚道。基于表面织构化机制,提出对丝杠滚道表面进行织构化,通过ANSYS软件对改造后的滚珠丝杠副磨损进行分析,得到了丝杠滚道表面织构化后磨损量由5.89 μm下降到5.15 μm,织构化后磨损量下降了0.74 μm,同比下降了12.6%,表面织构化对丝杠滚道起到了一定的减磨效果     

滚珠丝杠副抗共振可靠性的有限元分析

考虑到轴承刚度的影响,分别计算分析了在刚性支承和弹性支承下的临界转速,利用有限元方法分析计算了轴承刚度对于滚珠丝杠副的动力学特性和抗共振模糊可靠度的影响.结果表明,采用弹性支承时,滚珠丝杠副的第一阶固有频率明显下降;径向刚度主要影响滚珠丝杠副的弯曲模态,而轴向支承刚度主要影响轴向振动;随着径向支承刚度的增加滚珠丝杠副的杭共振模糊可靠度增大.     

基于HyperMesh的滚珠丝杠有限元分析

滚珠丝杠的性能直接影响数控机床的质量和寿命.利用HyperMesh结构分析模块,对滚珠丝杠作了结构力学分析,其结果不仅为滚珠丝杠的结构合理性和可靠性研究提供了理论依据,也为其结构优化设计提供了参考数据.     

基于有限单元法的铸件热应力场数值模拟

重点论述了基于有限单元法(FEM)对铸件热应力场进行数值模拟的理论基础和实际方法,开发了基于有限单元法的铸造热应力场模拟程序.采用典型试件进行了算例验证,并与ANSYS的模拟结果及实际铸件浇注结果进行了对比,结果吻合.研究表明,开发的基于有限单元法的铸件热应力场数值模拟程序,模拟结果精确,运行可靠.     

Finite Element Modelling of Ball Screw Feed Drive Systems

For full realization of the feasible drive performance on machine tools, the dynamic behaviour of the entire mechatronic system must be analysed and optimized integrally during design of the machine. To permit complete modelling of the machine tool frame structure with integral ball screw feed drive systems by means of the finite element method (FEM) a specific model approach for ball screw drives is presented, which is a prerequisite for the FEM modelling of a complete machine tool based on feed drives of this type. The feed axis of a feed drives test station serves here as an example for demonstration of the modelling of feed drives. The FEM model is integrated into a mechatronic model of the axis control system and the behaviour of the position and speed control loop is simulated.     

Inconel718切削过程的有限元仿真研究

为了研究高速切削Inconel 718的切削机理,应用有限元软件DEFORM-2D模拟了高速切削Inconel 718的切削过程,分析了切削速度对切削温度、切削力和剪切角的影响规律以及切削过程中刀具和工件的应力场分布情况.仿真结果表明:切削力随着刀具的切入先迅速线性增大,然后趋于稳定,切削力随切削速度的增大呈下降趋势.切削温度的最高点总是位于前刀面上距离刀刃不远的地方.最高切削温度随着切削速度的增大而增高.最大刀具等效应力出现在前刀面上切削刃的周围,工件上最大等效应力出现在第一变形区.切削过程中,剪切角随切削速度的增加而增大.