散熱的途徑除了本文重點(diǎn)考慮的螺母空心冷卻、中空絲杠冷卻、空氣對(duì)流散熱外， 還有相當(dāng)大的一部分熱量是通過(guò)與滾珠絲杠相連的工作臺(tái)傳遞出去。根據(jù)相關(guān)資料及 傳熱學(xué)理論假設(shè)有一半的熱量傳遞到工作臺(tái)上。
為研究空心滾珠絲杠的溫度分布及熱變形規(guī)律，下面仿真了在不同的冷卻液流速 (O.lm/s，O.lm/s、lm/s,lm/s、10m/s,10m/s)下的空心絲杠的溫度分布及熱變形。 比較圖3.27—圖3.29可知：螺母橫斷面的溫度分布是分層的，且隨著冷卻液流速的 增加，螺母橫斷面的溫度分布變化很大，尤其是空心絲杠中心的溫度明顯地降低了。
理論上如果每一單位長(zhǎng)度的滾珠絲杠傳熱狀態(tài)可知，可以準(zhǔn)確地計(jì)算出滾珠絲杠 的溫度分布與熱變形。一般可以認(rèn)為，滾珠絲杠螺母處的摩擦力正比于滾珠絲杠的預(yù) 緊力。總之，得到精確的滾珠絲杠的溫度分布非常困難。針對(duì)目前滾珠絲杠伺服進(jìn)給 系統(tǒng)的熱補(bǔ)償難點(diǎn)及補(bǔ)償情況，本文認(rèn)為在高速精工機(jī)床上的應(yīng)用上研宄空心滾珠絲 杠冷卻抑制溫升的方法具有重要的意義。主要內(nèi)容包括：
本章從理論分析的角度對(duì)高速機(jī)床伺服傳動(dòng)系統(tǒng)的溫度場(chǎng)及熱位移做了深入的 研究。在理論推導(dǎo)中，得出以下重要結(jié)論：
本章從仿真分析的角度對(duì)高速機(jī)床伺服傳動(dòng)系統(tǒng)的熱位移做了深入的研宄。在仿 真分析時(shí)，通過(guò)空心滾珠絲杠與實(shí)心滾珠絲杠冷卻液冷卻的熱仿真對(duì)比，得出以下結(jié)論：
首先根據(jù)伺服系統(tǒng)的受力分析，分別建立了實(shí)心/空心滾珠絲杠伺服進(jìn)給系統(tǒng)的 數(shù)學(xué)模型?？招臐L珠絲杠開孔對(duì)伺服系統(tǒng)性能的影響有別于實(shí)心滾珠絲杠，故在此做 了對(duì)比研究。由于伺服進(jìn)給系統(tǒng)作為一個(gè)機(jī)電一體化系統(tǒng)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性是前提。本 章不僅用開環(huán)伯德圖判斷了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時(shí)通過(guò)Routh判據(jù)，證明了系統(tǒng)是穩(wěn)定 的。
當(dāng)物體內(nèi)部溫度不均勻而出現(xiàn)溫度梯度時(shí)，熱量的移動(dòng)方式稱為熱傳導(dǎo)。當(dāng)固體 表面有流體流動(dòng)時(shí)，由于固體表面與流體之間存在溫差，流體將熱量帶離高溫固體的 傳熱方式稱為熱對(duì)流。在本課題中采用冷卻杲通過(guò)減壓閥將冷卻液通入空心滾珠絲杠 伺服進(jìn)給系統(tǒng)，是強(qiáng)迫對(duì)流傳熱的過(guò)程，并將傳熱系數(shù)及對(duì)流換熱系數(shù)設(shè)定為常數(shù)。 熱輻射的加工中心傳遞熱量的方式主要是熱對(duì)流與熱傳導(dǎo)，輻射傳熱的熱量只占總傳 熱量極少的部分，一般情況下，熱輻射在實(shí)驗(yàn)室中專門用于實(shí)驗(yàn)的目地研宄精工機(jī)床 的溫度特性時(shí)才會(huì)被考慮到。機(jī)床產(chǎn)生的熱量在接觸的各部件單元間傳遞是熱傳導(dǎo)過(guò) 程，從機(jī)床外壁傳遞到車間環(huán)境中是通過(guò)對(duì)流換熱和輻射換熱的方式，但在相對(duì)穩(wěn)定 的機(jī)床工作環(huán)境下，熱輻射方式對(duì)機(jī)床整體傳熱過(guò)程的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于熱傳導(dǎo)方式與熱 對(duì)流方式，所以在此不予考慮。
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(méi)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(jiǎn)單些，在計(jì)算量和求解上就體現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)。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。
在仿真中溫度分布求解是熱邊界條件的設(shè)置是關(guān)鍵的，除了環(huán)境溫度和冷卻液的 初始溫度外滾珠絲杠模型在仿真時(shí)不能設(shè)置任何的溫度邊界條件。熱載荷由第二章理 論計(jì)算得出。對(duì)于熱載荷的加載，一般有兩種加載處理方法：1、將發(fā)熱量加載在摩 擦生熱的表面作為熱載荷，這里假設(shè)摩擦熱向螺母、絲杠傳導(dǎo)的熱量各為四分之一。2、將發(fā)熱量的一半作為體載荷加載在螺母上（本文假設(shè)絲杠螺母處的熱量有一半傳 導(dǎo)到導(dǎo)軌上，一半傳導(dǎo)到絲杠上）。對(duì)流換熱系數(shù)受溫度變化很小，在仿真中是作為 一個(gè)固定值設(shè)定。
空心滾珠絲杠對(duì)精工機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)的精確性的影響主要是熱誤差方面，這在 前兩章已經(jīng)做了充分的研宄。對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)而言，突出準(zhǔn)確性一方面的同時(shí)還要保證 系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性指標(biāo)。本章主要針對(duì)空心滾珠絲杠對(duì)整個(gè)伺服進(jìn)給系統(tǒng)穩(wěn)定性、 快速性進(jìn)行研宄。最后，針對(duì)開孔對(duì)滾珠絲杠強(qiáng)度、剛度的影響，做了校核驗(yàn)算。