考虑接触热阻与对流换热系数修正的滚珠丝杠副温升建模与分析

王昊; 姜歌东; 杨汉博; 荆亚彬; 王海涛; 梅雪松

西安交通大学学报 ›› 2025, Vol. 59 ›› Issue (7) : 77 -86.

王昊, 姜歌东, 杨汉博, 荆亚彬, 王海涛, 梅雪松

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摘要

针对滚珠丝杠副有限元热分析中接触界面微观形貌导致的接触热阻难以量化以及动态工况下对流换热系数变化的问题，提出了一种滚珠丝杠副接触热阻的等效加载方式，建立了考虑接触热阻与对流换热系数修正的滚珠丝杠副热分析模型。基于MB分形理论计算了滚珠丝杠副各部件之间的接触热阻，并计算了不同工况下丝杠的热边界条件。对某型号丝杠进行的温度场仿真计算结果表明：考虑接触热阻后，不同工况下丝杠/螺母、螺母/工作台之间的温差均升高，最大值由1℃升高到7.2℃;考虑对流换热系数变化后，丝杠整体温升下降，螺母/工作台结合面存在4.8℃的温降。为验证仿真模型，开展了滚珠丝杠工作台温度测量实验。与实验结果相比，考虑接触热阻和对流换热系数修正后，不同工况下滚珠丝杠副上螺母节点温升计算误差由29.5%降低至3.63%、工作台节点温升计算误差由46.8%降低至5.6%,所建立的热分析模型能够适用于不同转速下的滚珠丝杠副温度计算。