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第三章高速實心/空心滾珠絲杠熱動態(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，模型是對實際系統(tǒng)的一種近似描述，當然越精確越好，但一味追求精確，模型就會變得特別復雜，以致沒有實際意義。如果適當降低模型的精度要求，忽略次要因素，模型就可以簡單些，在計算量和求解上就體現(xiàn)出優(yōu)勢。所以在建立實際系統(tǒng)的模型時，要兼顧精確性和復雜性兩方面的因素。在建立空心/實心滾珠絲杠仿真模型時，網(wǎng)格劃分的原則與模型假設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)點溫度比實際溫度要低。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)。對于溫度梯度大的地方網(wǎng)格劃分應該細分，對于溫度梯度小的地方，網(wǎng)格劃分應該稀疏些。當網(wǎng)格不斷細化的過程中，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熱變形時忽略溫度變化對結(jié)構材料的物性造成的影響。然而，仿真過程中軟件會根據(jù)溫度場的變化實時更新相關的參數(shù)。

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

結(jié)構場控制方程中包含溫度場參數(shù)（熱應力項），但是導熱方程中一般不包含應力和應變等結(jié)構場參數(shù)。弱耦合算法先求解導熱控制方程獲得溫度場，對比同一時間步的初始和終止狀態(tài)計算得到全部離散節(jié)點上的溫度增量（熱載荷）；其次根據(jù)熱載荷和其他載荷求解結(jié)構場控制方程獲得結(jié)構變形、應力和應變。在以后每次計算過程中，弱耦合算法首先更新導熱系統(tǒng)的幾何定義域（即坐標參數(shù)），然后順序計算導熱系統(tǒng)控制方程和結(jié)構系統(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)構的熱載荷；而結(jié)構的應變產(chǎn)生的熱對溫度分布的影響忽略。在實際工程問題中，這種方法比直接耦合要方便一些，因為分析使用的是單場，不用進行多次迭代計算。

本文采摘自“空心滾珠絲杠在數(shù)控機床伺服進給系統(tǒng)中的應用研究”，因為編輯困難導致有些函數(shù)、表格、圖片、內(nèi)容無法顯示，有需要者可以在網(wǎng)絡中查找相關文章！本文由伯特利數(shù)控整理發(fā)表文章均來自網(wǎng)絡僅供學習參考，轉(zhuǎn)載請注明！

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