第三章高速实心/空心滚珠丝杠热动态性能分析与研究

3.1仿真建模及仿真的边界条件

3.1.1滚珠丝杠的仿真建模

从某种意义上讲，模型是对实际系统的一种近似描述，当然越精确越好，但一味 追求精确，模型就会变得特别复杂，以致没有实际意义。如果适当降低模型的精度要 求，忽略次要因素，模型就可以简单些，在计算量和求解上就体现出优势。所以在建 立实际系统的模型时，要兼顾精确性和复杂性两方面的因素。在建立空心/实心滚珠 丝杠仿真模型时，网格划分的原则与模型假设为仿真提供了必要的前提。

网格划分的原则：一般来说，稳态分析中网格上结点温度比实际温度要低。也就 是说，如果加密网格，温度将增加，但加密到一定程度，结果将不显著增加(也就是 说，结果收敛)。对于温度梯度大的地方网格划分应该细分，对于温度梯度小的地方， 网格划分应该稀疏些。当网格不断细化的过程中，仿真的结果不再变化，说明网格划 分合适[35]。

仿真与理论的参数差别：温度变化造成结构材料的物性变化。如金属的弹性模量、 剪切模量随温度的升高而减小；泊松比随温度变化不大。线膨胀系数大体上随温度的 升高而线性增加；导热系数随温度的增加而减小；比热容随温度的增加而增加。由于 滚珠丝杠上的这些参数受温度的变化很小，故本课题在理论推导热变形时忽略温度变 化对结构材料的物性造成的影响。然而，仿真过程中软件会根据温度场的变化实时更 新相关的参数。

在处理温度场与结构场的耦合时，本文先求解温度场再将温度场的结果带入结构 场求解结构热变形。图3.1是仿真的流程图。从中可以看出在仿真过程中行温度 场的仿真，再进行结构场的仿真，而结构场的结果不再影响温度场。另外，在仿真中 无需分别对温度场、结构场两次划分网格。在ANSYS/Workbench中可自动实现网格 的转化。

结构场控制方程中包含温度场参数（热应力项），但是导热方程中一般不包含应 力和应变等结构场参数。弱耦合算法先求解导热控制方程获得温度场，对比同一时间 步的初始和终止状态计算得到全部离散节点上的温度增量（热载荷）；其次根据热载 荷和其他载荷求解结构场控制方程获得结构变形、应力和应变。在以后每次计算过程 中，弱耦合算法首先更新导热系统的几何定义域（即坐标参数），然后顺序计算导热 系统控制方程和结构系统控制方程。本文采用弱耦合即热仿真的温度场分布作为热变 形结构的热载荷；而结构的应变产生的热对温度分布的影响忽略。在实际工程问题中， 这种方法比直接耦合要方便一些，因为分析使用的是单场，不用进行多次迭代计算。

本文采摘自“空心滚珠丝杠在数控机床伺服进给系统中的应用研究”，因为编辑困难导致有些函数、表格、图片、内容无法显示，有需要者可以在网络中查找相关文章！本文由伯特利数控整理发表文章均来自网络仅供学习参考，转载请注明！