机床热问题.doc

机床热源：电动机、齿轮和带传动、联轴器、制动器、液压泵、液压伺服电机、各种控制系统的部件以及轴承。齿轮传动中的功率损失与其啮合效率和加在驱动轮上的功率（输入功率）有关，啮合效率与润滑油粘度、温度、齿轮制造精度、摩擦系数有关。齿轮传动中的功率损失对热的产生有很大的影响。带传动的功率损失（主要采用齿形带）传递扭矩M25N.m时，=0.978损失功率N=(1-)*Nwe, Nwe是输入功率。滚珠丝杠的功率损失滚珠丝杠功率损失在机床热的产生中只占一小部分，精确分析中要考虑。滑动和滚动导轨连接处的功率损失N=s*P*v，s导轨摩擦系数，P载荷，v运动速度钢/钢材料，s为0.1,0.07(润滑条件下);钢/铸铁, s0.18,0.05(润滑)重载和高速情况下，机床的功率损失和热变形需要考虑这个因素。滚动导轨功率损失滚动连接处合成载荷Pw=P0+k*fw*Pn,fw*PnP02.83时P0预载荷，fw载荷系数，Pn动载，k外部载荷系数电机驱动数控机床主轴和电主轴的功率损失电主轴电机是一大热源，使电主轴产生变形，数控主轴由矢量场控制的三相交流电驱动。转速由电流频率决定，电机输入功率N=3*U*I电机产生的热Qmot=2*fmot*Mmot1-motmot，fmot电机频率，Mmot电机转矩，mot电机效率，电机效率与电机最大效率和随转速、载荷变化的效率有关。传递给动子的热Qrot=Qmot*fslipfsync,Qstat=Qmot-Qrot, fsync电机同步频率，fslip转差频率定子与转子间的空气摩擦也会产生一定的热机床主轴滚动轴承的功率损失轴承的热现象和变形会影响主轴径向和轴向的位置；轴承的载荷及变形功率损失是由润滑膜中的摩擦力矩M0和轴承载荷产生的力矩引起的M1；总的摩擦力矩M=M0+M1，M0=10-7*f0*(vn)p*dm3, f0关于轴承和润滑模式的系数，v润滑液的运动学粘度，n转速，dm轴承平均直径；P的大小可以根据润滑情况以及减小功率损失来确定；轴承中加大量的润滑油会导致摩擦力矩的增加，如果润滑油的流动率低于保证最小功率损失时的流动率，功率损失会迅速增加。油膜的粘度对于油膜的厚度有很大影响，外载荷没什么大影响，轴承部件啮合表面粗糙度要低；M1=f1*T*dm,f1与轴承类型和载荷相关的系数，T当量载荷（与轴承的轴向力和径向力有关）；当量载荷也受轴承与轴间的间隙影响（负间隙）；运动间隙影响功率损失和轴承刚度，会导致温升，它随转速增加而增加，运动间隙会导致主轴箱单元低的热稳定性；轴承内外圈由于热变形的不同会产生张力，张力会导致功率损失和温升，这样会限制主轴轴承的最大转速；将轴承嵌入套筒中，可以通过其热变形减少负间隙的增加，可以提高轴承转速。功率损失和轴承温度的增加对主轴有很大影响，产生热变形；双列滚子轴承一个滚子负间隙，另一个正间隙，他们的刚度比受相等力的轴承差，功率损失也小；在径向力作用下，必须施加预载使受力区域在90-180间；滚动体的离心力对预紧力有很大影响，抵消了预紧力，不仅会引起摩擦力矩，还会引起轴承圈和外壳的变形；润滑剂和润滑方式的最优选择润滑剂的粘度随着载荷的增加而增加，功率损失增加，承载能力增加；润滑剂中增加添加剂可以产生抗磨损的膜；选择润滑油时，注意油粘度随温度的变化，当轴承转速和进给箱的速度增加时，对润滑油的需求也会增加；在操作机床之前，组装主轴时添加油脂，即使轴承在一开始有很大温升，但当油脂分布好时，温度将会稳定在一个比较低的水平。油气润滑油注射润滑，陶瓷滚动体机床的热传导建立机床热模型进行在线仿真计算，选择合适材料，创造节点间适当的热传导条件可以优化热传导问题；在强迫冷却中，冷却介质的热特性很重要；对于配合部件来说，需要匹配他们的材料，这样他们间热膨胀系数的差异不会导致张力或压力；热传递（热传导，热对流，热辐射）热传导傅里叶定律=-A*dtdx,导热系数；负号表示热量传递方向与温升方向相反；导热系数是一种热物性参数，金属导热系数最高；单位时间内通过单位面积的热流量为热流密度q，w/m2;当温度仅在x方向变化时，热流密度q=-*dtdx傅里叶导热定律：导热过程中，单位时间内通过给定截面的导热量，正比于垂直该截面方向上的温度变化和截面面积，热量传递的方向与温度升高方向相反。非稳态导热微分方程Tt=a(2Tx2+2Ty2+2Tz2),a热扩散系数稳态时2Tx2+2Ty2+2Tz2=0；接触区域的抗热性取决于接触层的粗糙度和接触区域的单