导轨、丝杠副.doc

导轨、丝杠副的热模型建立本文通过查找相关文献,整理得出导轨、丝杠副的热模型建立方法,及相关的重要公式、热力学知识和所需的参数。机床进给系统主要热源分为内热源和外热源,可以认为:机床运动副的摩擦热和动力源的发热对机床的变形有较大影响;辐射及周围环境变化等外部热源,对于精密机床、精密零件的加工和测量的影响较为显著。本文主要考虑“内热源”对机床进给系统热变形的影响,主要热源有导轨面摩擦热、滚珠丝杠副摩擦热等。一、,在计算发热量的时候只是摩擦系数的不同。由摩擦引起的发热量用下式来计算:式中:μ为动摩擦系数;F为施于摩擦面上的负荷,单位N;包括工作台的重力和预紧力的大小。v为滑动速度,m/s;Q为发热量,J/s。,发生热交换,这是机床的主要散热形式。根据努谢尔特准则,换热系数α的计算公式为:式中:λ为流体热传导系数;L为特征尺寸;Nu为努谢尔特数。由上式知,只要知道Nu,便可计算出换热系数。一般选用对换热起主要影响的几何尺寸作为特征尺寸,如垂直壁面自然对流时,取壁的高度H为特征尺寸:流体在圆管内受迫流动时,取管的内径为特征尺寸;流体沿平板受迫流动时,取平板的长度L为特征尺寸;当流体在非圆形截面的槽道内流动时,特征尺寸采用当量直径de,即式中:f为流通截面积(m2);U为被流体润湿的周边长度(m)。关键在于计算努谢尔特系数Nu。(1)自然对流换热努谢尔特系数根据工况条件对应不同的求解方式,导轨对流换热属于“自然对流换热”。对于机床大部分外表面而言,都属于自然对流换热,其标准的努谢尔特准则和葛拉晓夫方程形式分别表示为式中:C,n为常数;Gr为格拉晓夫准数;Pr为普朗特数;L为特征尺寸;g为重力加速度;β为体膨胀系数;v为运动粘度;Δt为流体与壁面温差。常数C、n取值与流体流动性质、面朝向有关,:导轨摩擦生热模型建立,即知道参数(1)导轨的初始温度;(2)导轨材料,包括导热系数λ,弹性模量E,泊松比v,材料线膨胀系数l;(3)导轨底部与机床其它部件直接接触,设其为恒温;(4)滑动摩擦系数μ;(5)导轨上部件总重量;(6)取工作台与导轨相对移动的平均速度为V,通过式(),计算得单位面积的摩擦发热量。由公式计算得水平壁、竖直壁对流换热系数α。二、丝杠热模型本文研究的立柱丝杠螺旋副部分主要为接触热传导,即丝杠螺旋副支座与丝杠螺旋副间的热传导。如上图所示,两固体表面相互接触时,由于表面凹凸不平,使得二固体接触表面间的大部分空隙都充满传热系数很小的介质(如空气等)。在界面有热量传递时,界面上将产生一定的温度降。可以应用面-面接触单元,结合热-结构耦合场实体单元,来模拟在接触面之间的热传导。为了考虑接触面与目标面之间的热交换,。通常不能用接触体的热传导来描述接触界面的热传导率。对理想热接触(在接触面上没有温度降)将使用一个大的值,可能在100λA/L这个量级上(λ是接触体的传导率,A和L是接触单元的面积和长度),通常情况下考虑到不理想的热传导,应该使用一个比接触体的热传导小得多的值。通常,结合面传热系数的值是由实验确定。,其发热量可由下式计算式中,n-