实心/空心高速滚珠丝杠的热态分析

针对高速机床滚珠丝杠的摩擦发热导致丝杠产生轴向热伸长的问题,采用丝杠和螺母中空冷却的方法抑制丝杠温升,通过在不同进给速度下的实心滚珠丝杠与空心滚珠丝杠的稳态仿真对比,证实这种冷却方法有效;同时对比瞬态仿真得出空心滚珠丝杠达到热平衡的时间远小于实心滚珠丝杠。     

进给系统热特性分析与测温点的选取

滚珠丝杠副由于摩擦产生的热变形是进给系统热误差产生的主要原因.论文以TX1600数控镗铣加工中心为例,首先对丝杠建立了简化的三维模型,根据实际运动状态,通过施加移动热载荷,利用Ansys仿真出丝杠的温度场和热变形,得到了丝杠表面温度场的分布趋势和达到热平衡的时间,确定了滚珠丝杠的热变形.其次通过模糊聚类法对温度变量进行分组,找到关键的测温点的数量和位置,为后续建立补偿模型奠定基础.     

新型热管冷板一体化散热装置的设计与研究

为了有效解决电路芯片热量过高和温度分布不均匀的问题,结合热管强化传热技术与冷板强化散热技术的优点,研制了基于航空电子设备元器件安装空间尺寸的热管冷板散热装置。利用ICEPAK仿真软件对其进行了热仿真分析,通过比较仿真结果所示的温度云图,确定了热管在冷板上的最佳分布情况,并对冷板上的散热翅片进行优化设计。同时,对仿真结果进行了实验验证,结果表明:所设计的热管冷板散热性能和板面均温性良好,能较好地满足设计要求;ICEPAK热仿真软件计算结果与实验验证结果较为接近,在热设计阶段具有可行性。     

刀片服务器液冷系统的设计和探究

文中介绍了一种刀片服务器的液冷散热系统,对系统各部分的流量及管径进行了设计,同时通过仿真分析和实验测试来验证其散热性能。结果表明,液冷方案相比风冷方案能够将刀片内中央处理器（Central Processing Unit, CPU）支持的功率从165 W 提升到300 W,采用铲齿冷板和水工质并将流量控制在1.5 L/min 以下能够提高液冷系统的散热性能。最后对比分析了液冷和风冷系统的成本,液冷系统成本回收时间约为2.5年,长期运行具有良好的经济性。     

中空滚珠丝杠副热动态特性分析

以传热学理论为基础,研究滚珠丝杠进给系统主要热源分布及热传导计算,分析中空滚珠丝杠副的热态特性及达到热稳定状态后进给系统的温度场。探讨了多热源作用下滚珠丝杠的一维温度响应,给出了滚珠丝杠系统的热传导方程。通过实验验证了理论结果的正确性,根据滚珠丝杠系统各主要部件的升温曲线对比,获得滚珠丝杠系统的温度场变化规律,并在此基础上分析了滚珠丝杠的热变形,确定滚珠丝杠的热伸长量,从而为滚珠丝杠的优化设计提供了参考。     

液冷通道分布优化设计的仿真和试验研究

以换热量最大为目标进行液冷通道分布优化设计,构建拓扑优化设计数学模型,采用霍尔姆兹偏微分方程形式的密度过滤避免拓扑形态出现棋盘格现象;同时,采用双曲正切投影方法以得到清晰的流体通道拓扑形态。对不同进出口布置的典型算例进行优化设计,设计结果与传统直通道比较,通过有限元数值模拟,以最高温度为评价指标,对比各进出口布置的拓扑优化通道与传统直通道的散热性能。仿真结果表明,拓扑优化通道比直通道的最高温度低,且采用垂直对角出入口布置散热性能最佳。进一步制作液冷板,通过试验验证了设计方法的有效性及数值模拟的准确性。     

基于HyperWorks的滚珠丝杠疲劳寿命仿真

滚珠丝杠的性能直接影响数控机床整机的质量和寿命。基于HyperWorks软件平台对滚珠丝杠进行疲劳寿命仿真,验证其疲劳寿命符合设计要求,为滚珠丝杠的可靠性提高及其结构优化提供重要依据。     

滚珠丝杠螺母副热态特性建模方法

以某外循环滚珠丝杠螺母副为研究对象,对其热态特性及其建模方法进行研究。在分析滚珠丝杠进给系统的热源和边界条件的基础上,建立了丝杠稳态温度分布的数学模型,并通过软件编程求解得到丝杠温度场和滚道的存在对丝杠稳态温度的影响;建立了考虑滚道影响的滚珠丝杠进给系统有限元分析模型,获得了滚珠丝杠进给系统稳态和瞬态热特性分析结果;最后通过滚珠丝杠螺母副热特性试验,获得了滚珠丝杠进给系统关键点的温度及其变化情况。研究结果表明:所建立的滚珠丝杠螺母副热特性分析数学模型可以较准确地获得滚珠丝杠的温度场,忽略滚道会使滚珠丝杠螺母副的温度场仿真结果产生15%～20%的误差。     

基于ICEPAK的液冷冷板散热的性能分析

针对液冷冷板解决电子设备散热问题,在流道区域受限制的情况下,选用3种新型流道形状。利用ICEPAK仿真软件对其进行热仿真分析,探究其散热性能。在限定散热区域内,保持3种流道截面积相等,进口流量相等,从而控制流速相等。均布流道,通过改变流道数目,得到每种形状流道关于温度-流道数目的曲线,对比分析3种不同形状流道的散热性能。同时,对这3种方案进行了试验验证,确保仿真结果与实测数据的一致性。结果表明:双层流道形状方案的散热性能良好,能较好地满足设计要求。     

某控制器液冷板仿真优化设计与评估

某发动机控制器中驱动板采用液冷散热技术,为此开展了液冷板的散热性能仿真优化设计与力学性能评估。首先基于液冷板外形结构提出一种S形流道结构设计方案,接着仿真验证了液冷板的散热性能,并基于仿真结果优化了流道结构。优化结果表明,液冷板上最大温差由10.41 ℃降为4.82 ℃,满足温差不大于5 ℃的设计要求,散热性能改善117%。进一步评估流体入口压力10 MPa工况下的液冷板力学性能,流–固耦合仿真得到的最大等效应力为71.59 MPa,远低于液冷板铝合金材料屈服强度255 MPa,力学结构可靠。     

基于双进双出流径液冷系统散热的电池模块热特性分析

选取双进双出流径液冷系统作为研究对象,采用试验的方法,对2并12串的电池模块热特性进行分析,结果表明：室温下,液冷系统的散热性能并不是随进液流量增大而改善的,而是呈现先提高后降低的趋势,进液流量为450L/h时满足最佳散热要求,同时也具有最佳的散热效率;电池模块中部间隙增大4mm时的散热性能同样不是随着进液流量增大而改善的,与原电池模块相比,最高温升和内部最大温差均有所降低,散热性能得到改善;35℃环境温度下,相同进液流量时的电池模块内部温差较室温时变大,
可见冷却液温度过多地低于环境温度并不一定会改善电动汽车液冷系统的散热性能,
而45℃环境温度下液冷系统的散热性能更差。所得结论为液冷系统散热性能分析提供了参考依据。
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基于有限元法的中空冷却滚珠丝杠温升及热变形研究

针对高速机床工作过程中滚珠丝杠进给系统的发热及热变形问题,基于传热学理论,建立了中空冷却滚珠丝杠传动过程中温度场和热变形的数学模型,并通过有限元仿真模拟和丝杠冷却模拟运行试验对该模型进行验证.结果表明,随着丝杠转速的提高和运行时间的增加,丝杠温升和热变形先是逐渐增大,然后趋于一个稳定值.     

TX1600G数控镗铣加工中心滚珠丝杠热特性分析

以TX1600G数控镗铣加工中心为例,主要研究在移动热源施加条件下,不同的进给速度以及冷却液流量对系统热平衡的影响。为得到滚珠丝杠在实际工作中的状态,利用ANSYS建立丝杠的简化三维模型,施加移动热源来模拟螺母和轴承的传动热量,从而得到丝杠的温度模型,建立热误差补偿模型。结果表明,进给速度的增加可以缩短系统的热平衡时间,但热平衡温度有所升高; 冷却液可以有效地降低热平衡温度和缩短热平衡时间。热误差模型建立和温度场分析,为系统的热补偿提供必要的理论依据。     

热管模组在机载ATR密闭机箱中的应用研究

某机载电子设备（ATR）密闭机箱内集成了多个中央处理器（Central Processing Unit, CPU）热源,单个CPU热源的热功耗达到了80 W。为了解決整机在高温环境下的散热问题,文中给出了一种基于热管模组的机箱散热结构。通过对热管模组的结构设计,在实现机箱密闭结构的基础上,将每个热源的热量快速传导至机箱两侧的风道内,提高了热源与外界热沉之间的导热效率。对热管模组中的热传导结构、肋片散热器的参数设置以及风机选型进行了理论分析计算,得出了热管模组具有导热效率高、热阻低的性能特点。借助ANSYS Icepak热仿真软件,对热管模组的散热性能进行了模拟仿真,并对仿真结果与设备在高温试验环境下CPU的温度测试结果进行了对比。对比结果表明,热仿真在设计阶段能够比较真实地反映热设计效果,热管模组的散热性能满足机箱的散热需求,解决了机箱内部多热源的散热问题。文中解决ATR密闭机箱多热源散热设计的有效方法对类似机箱的热设计具有参考价值。     

挖掘机液压系统热平衡建模仿真分析

为了分析大型液压挖掘机液压系统热平衡特性,基于SimulationX软件构建挖掘机机械模型、液压系统模型、热交换模型三者耦合建立挖掘机液压系统机-液-热联合仿真模型。对比试验与仿真结果,验证了仿真模型的正确性。结果表明:液压阀产生的热量约占系统总产热量的64%,是液压系统最大的产热源;散热器散热量约占总散热量的77%,系统热平衡时进出口的油液温差约为11 ℃;环境温度越高,系统热平衡温度越高。研究结果证明,现有挖掘机热平衡温度满足工作要求,并对挖掘机液压系统热管理提供了指导。     

一种高效散热器的设计

液态金属相比传统冷却液具有更高的导热系数,且液态金属的高电导属性使其可以采用无任何运动部件的电磁泵驱动。文中集合了液态金属高效导热技术及强迫风冷对流散热技术的优点,将液冷与风冷结合,设计了集液态金属、压电陶瓷风扇、电磁泵及一体化冷板于一身的低能耗、小体积、高可靠新型高效散热器。并采用有限体积法对散热器进行仿真分析,得到散热器的温度分布以及散热能力;同时利用热电偶和红外成像仪开展散热器散热能力的实验测试,测试结果验证了仿真分析的准确性,证明了该散热器的高效散热能力。     

综合液冷盲插系统设计及验证

文中介绍了某综合液冷盲插系统的结构设计方案以及电液一体化盲插设计,同程管网设计,轻量化、模块化设计等关键技术。为了满足恶劣机载条件下的散热性能和力学性能,对该系统的流量分配和振动冲击性能进行了仿真分析和计算。最后对综合液冷系统进行了流阻测试和振动测试,验证了仿真分析的合理性和产品的可靠性。文中的设计思路和方法可供同类产品设计参考和借鉴。     

Thermal characteristics of a CNC feed system under varying operating conditions

In high-speed and high-precision feed systems, thermal positioning errors are mainly caused by the non-uniform temperature variations and resulting time-varying thermal deformations under different operating conditions. The research presented here ultimately aims to develop a generic method capable of evaluating the thermal characteristics (such as temperature rise of heat sources, thermal positioning error) of the feed system induced by varying operating conditions (feed speed, cutting load and preload of ball screw). The thermal contact resistance between the balls and the inner and outer rings of supporting bearing is calculated using the Hertzian theory and JHM method. Experiments were carried out on a high-speed feed system experimental bench, and the influences of operating conditions on temperature rises of supporting bearings and ball screw nut were analyzed. Based on a WNN-NARMAL2 model, the relationship between temperature rise of supporting bearings and operating conditions was established. Furthermore, with the temperature of the ball screw nut set to be a moving heat source load, the temperature and thermal deformation distributions of the ball screw were simulated. The work described lays a solid foundation for thermal error prediction and compensation of a feed system under varying operating conditions.