环形热管砂轮设计及其传热性能分析

摘要

磨削加工中所做的功几乎全部转化为热能,且大部分热量积聚在磨削弧区,导致弧区温度的急剧升高。若不能把积聚在磨削弧区的热及时地疏导出去,将影响工件加工表面质量,同时还会影响砂轮的使用寿命。热管依靠工质的相变实现传热,可将大量热量通过很小的截面积远距离的传输而无需外加动力,被称为热的“超导体”,已广泛应用于能源、电子、航空、医学等领域。
　　 本文利用旋转热管的工作原理,设计了环形热管砂轮并进行了传热性能分析,期望利用热管优异的换热能力将磨削区热量及时地导出,有效控制弧区温度。完成的主要研究工作如下:
　　 (1)在深入分析旋转热管的工作原理及特点的基础上,设计了环形热管砂轮,包括工质的选择、管壁材料的选择、充液量的估算、热阻的分析及冷端的设计等。
　　 (2)提出热管砂轮基体的设计要求,建立热管砂轮结构分析有限元模型,通过应力分析对其结构进行了强度校核。
　　 (3)进行了环形热管砂轮平面磨削温度场计算,分析了热管砂轮壁厚、砂轮转速和热流密度对其温度场的影响,为热管砂轮的最终设计与制作提供了依据。

目录

文摘

英文文摘

图清单

表清单

注释表

第一章 绪论

1.1 磨削加工中的冷却技术

1.2 热管技术及其在机械加工中的应用

1.2.1 热管技术

1.2.2 热管技术在机械加工中的应用

1.3 基于热管技术的磨削加工强化换热方法的提出

1.4 本课题拟开展的主要工作

第二章 热管砂轮的设计

2.1 热管砂轮的工作原理

2.1.1 旋转热管的工作原理

2.1.2 同轴径向热管的工作原理

2.1.3 热管砂轮的工作原理

2.2 热管砂轮的设计

2.2.1 工质的选择

2.2.2 管壁材料的选择

2.2.3 充液量的估算

2.2.4 热阻的分析

2.2.5 冷端设计

2.3 热管砂轮基体结构的设计

2.3.1 结构尺寸要求

2.3.2 基于有限元分析的强度分析

2.4 本章小结

第三章 温度场的理论分析

3.1 磨削温度场的理论分析

3.1.1 磨削温度的研究方法

3.1.2 热源法温度场分析方法

3.2 基于热源法的平面磨削温度场传热学模型

3.2.1 平面磨削工件的传热学模型

3.2.2 平面磨削区温度场的理论计算

3.2.3 平面磨削砂轮的传热学模型及温度场理论计算

3.3 磨削温度场的有限元模型

3.4 本章小结

第四章 基于ANSYS热管砂轮传热性能分析

4.1 有限元模型的建立

4.2 移动热源及边界条件加载

4.3 温度场仿真结果与分析

4.3.1 温度场分布云图

4.3.2 热源节点温度随时间的变化

4.3.3 各参数对温度场的影响

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 主要结论

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的主要论文