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第三章高速實(shí)心/空心滾珠絲杠熱動(dòng)態(tài)性能分析與研究

3.1仿真建模及仿真的邊界條件

3.1.1滾珠絲杠的仿真建模

從某種意義上講，模型是對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的一種近似描述，當(dāng)然越精確越好，但一味 追求精確，模型就會(huì)變得特別復(fù)雜，以致沒有實(shí)際意義。如果適當(dāng)降低模型的精度要 求，忽略次要因素，模型就可以簡單些，在計(jì)算量和求解上就體現(xiàn)出優(yōu)勢。所以在建 立實(shí)際系統(tǒng)的模型時(shí)，要兼顧精確性和復(fù)雜性兩方面的因素。在建立空心/實(shí)心滾珠 絲杠仿真模型時(shí)，網(wǎng)格劃分的原則與模型假設(shè)為仿真提供了必要的前提。

網(wǎng)格劃分的原則：一般來說，穩(wěn)態(tài)分析中網(wǎng)格上結(jié)點(diǎn)溫度比實(shí)際溫度要低。也就 是說，如果加密網(wǎng)格，溫度將增加，但加密到一定程度，結(jié)果將不顯著增加(也就是 說，結(jié)果收斂)。對(duì)于溫度梯度大的地方網(wǎng)格劃分應(yīng)該細(xì)分，對(duì)于溫度梯度小的地方， 網(wǎng)格劃分應(yīng)該稀疏些。當(dāng)網(wǎng)格不斷細(xì)化的過程中，仿真的結(jié)果不再變化，說明網(wǎng)格劃 分合適[35]。

仿真與理論的參數(shù)差別：溫度變化造成結(jié)構(gòu)材料的物性變化。如金屬的彈性模量、 剪切模量隨溫度的升高而減小；泊松比隨溫度變化不大。線膨脹系數(shù)大體上隨溫度的 升高而線性增加；導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的增加而減小；比熱容隨溫度的增加而增加。由于 滾珠絲杠上的這些參數(shù)受溫度的變化很小，故本課題在理論推導(dǎo)熱變形時(shí)忽略溫度變 化對(duì)結(jié)構(gòu)材料的物性造成的影響。然而，仿真過程中軟件會(huì)根據(jù)溫度場的變化實(shí)時(shí)更 新相關(guān)的參數(shù)。

在處理溫度場與結(jié)構(gòu)場的耦合時(shí)，本文先求解溫度場再將溫度場的結(jié)果帶入結(jié)構(gòu) 場求解結(jié)構(gòu)熱變形。圖3.1是仿真的流程圖。從中可以看出在仿真過程中*行溫度 場的仿真，再進(jìn)行結(jié)構(gòu)場的仿真，而結(jié)構(gòu)場的結(jié)果不再影響溫度場。另外，在仿真中 無需分別對(duì)溫度場、結(jié)構(gòu)場兩次劃分網(wǎng)格。在ANSYS/Workbench中可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格 的轉(zhuǎn)化。

結(jié)構(gòu)場控制方程中包含溫度場參數(shù)（熱應(yīng)力項(xiàng)），但是導(dǎo)熱方程中一般不包含應(yīng) 力和應(yīng)變等結(jié)構(gòu)場參數(shù)。弱耦合算法先求解導(dǎo)熱控制方程獲得溫度場，對(duì)比同一時(shí)間 步的初始和終止?fàn)顟B(tài)計(jì)算得到全部離散節(jié)點(diǎn)上的溫度增量（熱載荷）；其次根據(jù)熱載 荷和其他載荷求解結(jié)構(gòu)場控制方程獲得結(jié)構(gòu)變形、應(yīng)力和應(yīng)變。在以后每次計(jì)算過程 中，弱耦合算法首先更新導(dǎo)熱系統(tǒng)的幾何定義域（即坐標(biāo)參數(shù)），然后順序計(jì)算導(dǎo)熱 系統(tǒng)控制方程和結(jié)構(gòu)系統(tǒng)控制方程。本文采用弱耦合即熱仿真的溫度場分布作為熱變 形結(jié)構(gòu)的熱載荷；而結(jié)構(gòu)的應(yīng)變產(chǎn)生的熱對(duì)溫度分布的影響忽略。在實(shí)際工程問題中， 這種方法比直接耦合要方便一些，因?yàn)榉治鍪褂玫氖菃螆觯挥眠M(jìn)行多次迭代計(jì)算。

本文采摘自“空心滾珠絲杠在數(shù)控機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)中的應(yīng)用研究”，因?yàn)榫庉嬂щy導(dǎo)致有些函數(shù)、表格、圖片、內(nèi)容無法顯示，有需要者可以在網(wǎng)絡(luò)中查找相關(guān)文章！本文由伯特利數(shù)控整理發(fā)表文章均來自網(wǎng)絡(luò)僅供學(xué)習(xí)參考，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明！