环形热管砂轮设计及其传热性能分析

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 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