第6期 2016年6月
组合机床与自动化加工技术
Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique
文章编号：10012265(2016)06000104
D0I:10. 13462/j. enki. mmtamt. 2016. 06. 001
No.6 Jun.2016
预紧力作用下滚珠丝杠温升的理论分析及试验研究
王立，周长光，祖莉，冯虎田（南京理工大学机械工程学院，南京
221000
摘要：滚珠丝杠的温升直接影响其使用的精度，通过误差补偿技术可以解决这一问题，为了研究预紧力作用下丝杠的温升情况，通过摩擦生热和热对流原理建立了计算滚珠丝杠副温升的理论模型，探究了丝杠温升与预紧力的关系。将通过该模型计算的不同预紧力下的理论温升，与试验测得的试验温升进行对比分析，试验结果证实了该计算模型的正确性。该模型对于滚珠丝杠在使用中的热变形误差补偿具有十分重要的意义。
关键词：预紧力；摩擦力矩；热对流；温升
中图分类号：TH162;TG506
文献标识码：A
Theoretical Analysis and Experimental Study of Temperature
Rise for Pre-tightening Ball Screw
WANG Li,ZHOU Chang-guang,ZU Li,FENG Hu-tian
(School of Mechanical Engineering,Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 221000, China) Abstract: The temperature rise of the ball screw directly affects the accuracy. Error compensation can solve this problem effectively. In order to study the temperature rise of ball screw under the pre-tightening force, a theoretical calculation of ball screw temperature rise was established based on the principle of friction heat and heat convection. The temperature rises under different pre-tightening forces were calculated, and the re-sults were compared with the experimental results. Through these works, the calculation was proved to be seeoeaooaoeaea
Key words:pre-tightening force; friction torque;heat convection;temperature rise
0前言
精密滚珠丝杠副是数控机床的关键功能部件(1] 为了提高滚珠丝杠的使用精度，通常采用预紧技术对间隙进行消除，但是预紧力会增大滚珠丝杠的温升。目前国内对于滚珠丝杠温升的研究多数为温度场热特性仿真[3]，于旭年等人提出丝杠温升与摩擦力矩几乎成比例关系，并分析了温升的主要来源(4)；在计算螺母发热量时，国内外学者几乎全部采用统一的摩擦公式(*)，但此公式的正确性尚不得而知。为了准确的探讨丝杠温升与预紧力的具体公式，本文通过摩擦生热及热对流原理，建立了丝杠温升的计算模型，通过试验
验证了理论分析的正确性。 1理论分析
1.1滚珠丝杠的温升与发热量
滚珠丝杠运行过程中的温升主要来自于滚珠与滚道之间的摩擦以及轴承的生热。由于丝杠与螺母并不
收稿日期：2015-0806；修回日期：2015-0829·基金项目：国家科技重大专项(2012ZX04002021)
直接接触，可以认为滚珠与丝杠滚道单位时间内摩擦产生热量Q：全部被滚珠与丝杠吸收，由于滚珠的质量与螺母相比很小，可以假定热量全部转化为丝杠的温升。丝杠两端的轴承单位时间内产生的热量Q一半被头尾架吸收，一半被丝杠吸收。在丝杠升温的过程中，由于丝杠与环境的温差，有一部分热量Q，以热对流的形式传递到空气中。当在某一单位时间内丝杠吸收的热量与热对流的散失热量相等，即：
Q, +0: = 0,
(1)
滚珠丝杠副的温度达到稳定状态，此时丝杠温度不再增加，保持恒定。
利用轴承发热计算公式)，可以求得轴承单位时间的发热量：
Q, = 1. 047 ×10nM
其中，n—转速，/min；
M一轴承的摩擦力矩，N·mm。
(2)
丝杠运行过程中某一单位时间内与空气通过热对
作者简介：王立（1990一)，男，江苏徐州人，南京理工大学硕士研究生，研究方向为滚动功能部件共性技术和精密机电测控技术，（E-mail）
772966503@q9-com；通讯作者：祖菊（1977一），女，南京人，南京理工大学副教授，博士，研究方向为精密传动、智能系统机构学与动力学研究，(Email)mzmllovey@vip. sina.coms
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