Neuer Simulationsansatz für Maschinenkomponenten/New simulation approach for machine components – Coupled thermo-mechanical calculation of ball screws

Abstract

Aufgrund des hohen Wirkungsgrads und der hohen Positioniergenauigkeit und Steifigkeit sind Kugelgewindetriebe die am häufigsten eingesetzten Vorschubantriebe moderner Werkzeugmaschinen. Zur Verbesserung der Auslegung und Optimierung von Kugelgewindetrieben wird in diesem Beitrag ein Simulationsansatz vorgestellt, der es ermöglicht, den Zusammenhang zwischen der durch Reibung entstehenden Verlustleistung und der Erwärmung im Kugelgewindetrieb abzubilden. Dazu wird ein Reibmodell verwendet, das sich bei der Betrachtung von Spindellagern bewährt hat. Die Übertragbarkeit des Reibmodells auf Kugelgewindetriebe wird in Versuchen bestätigt. Due to their high efficiency and high positioning accuracy and stiffness, ball screws are the most frequently used feed drives in modern machine tools. To improve the design and optimization of ball screws, this paper presents a simulation approach, which allows for mapping the relationship between the power loss caused by friction and the heating in the ball screw. For this purpose, a friction model is used which has proven successful in the analysis of spindle bearings. The transferability of the friction model to ball screws is confirmed in tests.