CN109623461B - 一种散热方法、装置及设置该装置的滚珠丝杠进给系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有散热功能的双驱滚珠丝杠进给系统及散热方法，所述散热方法具体分为以下步骤：步骤1：设计合理的振荡热管，并在振荡热管中加入具有相变能力的冷却介质加以密封；步骤2：在需要散热的装置内部套设如步骤1所述的振荡热管；步骤3：在如步骤2所述的振荡热管一端设置冷却装置。本发明通过设计一种高效率的散热方法以及基于此散热方法的散热装置，提高了散热装置的冷却效率，并使冷却系统对环境更加友好，同时设计了设置此散热装置的滚珠丝杠进给系统，通过调整低温冷却气体的流量和温度以控制振荡热管低温段温度差，实现对滚珠丝杠进给系统温度场和热变形的实时调控。

Description

一种散热方法、装置及设置该装置的滚珠丝杠进给系统
技术领域
本发明涉及机械领域，具体的，涉及一种散热方法、装置及设置该装置的滚珠丝杠进给系统。
背景技术
现代数控机床对于加工效率及精度的要求日益提高，进给系统作为机床的关键部件直接影响着机床加工精度，它是实现高速和高精度加工的必要关键功能部件。在机床的加工过程中，例如滚珠丝杠副摩擦生热、滚动轴承摩擦生热等，许多因素会致使进给系统温度场分布不均产生热变形进而影响数控机床加工精度。因此，必须采取一定措施控制机床进给系统的温升和热变形，使温升和热变形恒定在一定值内。
现有的机床进给系统在散热方面普遍有一定的局限性：不能实现滚珠丝杠及丝杠两端轴承的可控循环冷却；且无法从原理上克服旋转密封的缺点；普遍存在冷却效率较低，热源敏感性较差，对环境不友好等缺点。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种散热方法，优点是提高了降温速度和温度可控性，目的之二是提供一种基于此散热方法的散热装置，优点是对热量更敏感，灵敏度更高，冷却效率更高，对环境更加友好，目的之三是提供设置该装置的滚珠丝杠进给系统，优点是实现对滚珠丝杠进给系统冷却速度的实时调控。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种散热方法具体分为以下步骤：
步骤1：设计合理的振荡热管，在振荡热管中加入具有相变能力的冷却介质并密封；
步骤2：在需要散热的装置内部套设如步骤1所述的振荡热管；
步骤3：在如步骤2所述的振荡热管管体一端设置冷却装置；
进一步，所述振荡热管包括管体，所述管体包括串联连接的主管道和副管道，所述副管道的数量至少为1个。
一种散热装置，包括冷却装置，还包括一端置于所述冷却装置内部的振荡热管，所述振荡热管包括管体，所述管体内部设置主管体和副管体，所述主管体设置于所述振荡热管管体竖直方向的中心，且轴线与所述振荡热管管体的轴线重合，所述副管体设置于所述管体的内侧壁；
进一步，所述振荡热管副管体的两端与振荡热管主管体的两端连通，形成闭合的回路，所述副管体的数量至少为1个；
进一步，所述振荡热管管体内部设置冷却介质，所述冷却介质为氧化铝-水纳米流体。
一种设置有上文所述的散热装置的滚珠丝杠进给系统，包括相连接的机床床身和冷却装置，所述机床床身包括通过滚珠连接的丝杆轴和螺母，所述丝杆轴为内部中空且两端开口构造，所述丝杆轴内部设置两端闭合的振荡热管，所述振荡热管内部设置冷却剂，所述丝杆轴和管体的数量至少为1个；
进一步，所述振荡热管包括管体，所述管体内部设置振荡热管主管体和副管体，所述振荡热管主管体设置于所述振荡热管管体竖直方向的中心，且轴线与所述振荡热管管体的轴线重合，所述振荡热管副管体设置于所述振荡热管管体的内侧壁，所述冷却介质的工质为氧化铝-水纳米流体；
进一步，所述冷却装置包括闭合连接的腔体、壳体、压缩机、气泵和节流阀，所述振荡热管管体伸出端进入所述腔体内，所述腔体内部设置惰性气体；
进一步，所述丝杆轴的两端均设置固定连接的旋转轴承和固定座，所述螺母套设于固定连接的台体内部，用于在所述丝杆轴旋转运动的作用下沿着所述丝杆轴的轴线作往复直线运动；
进一步，所述振荡热管管体在水平方向的长度大于所述丝杆轴在水平方向的长度。
本发明的有益效果是：
本发明通过设计一种高效率的散热方法以及基于此散热方法的散热装置，提高了散热装置的冷却效率，并使冷却系统对环境更加友好，同时设计了设置此散热装置的滚珠丝杠进给系统，通过调整低温冷却气体的流量和温度以控制振荡热管低温段温度差，实现对滚珠丝杠进给系统冷却速度的实时调控。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
附图1为振荡热管二维结构示意图；
附图2为A-A面剖面图；
附图3为振荡热管三维结构示意图；
附图4为双驱滚珠丝杠进给系统二维示意图；
附图5为双驱滚珠丝杠进给系统三维示意图。
具体实施方式
以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
本发明提出了一种散热方法，具体分为以下步骤：
步骤1：设计合理的振荡热管，在振荡热管中加入具有相变能力的冷却介质并密封，冷却介质的工质为氧化铝-水纳米流体；
步骤2：在需要散热的装置内部套设如步骤1所述的振荡热管,振荡热管包括串联连接的主管道和副管道，副管道的数量至少为1个；
步骤3：在如步骤2所述的振荡热管一端设置冷却装置。
本发明提出的散热方法原理是：当采用的振荡热管管径满足条件时并产生热量时，工质会在表面张力的作用形成随机分布、间隔布置的气泡和液塞。在加热段，工质由于吸收热量发生气化产生气泡，气泡或气塞与管壁之间的液膜由于吸热会不断蒸发，导致气泡膨胀和压力上升，进而推动气液塞流向冷却段，同时冷却段气泡冷凝收缩或破裂，从而在冷热端之间形成较大的压差。在此压差和相邻管内的压力不平衡的作用下，使工质产生强烈的往复振荡运动，从各单独管路共享的中心管路流回高温段，实现高效的热传递。
本发明提出了一种散热装置，包括冷却装置，如图1-3所示，还包括一端置于冷却装置内部的振荡热管，振荡热管包括管体6，管体6内部设置主管体61和副管体62，主管体61设置于管体6竖直方向的中心，且轴线与管体6的轴线重合，副管体62设置于管体6的内侧壁，副管体62轴线与主管体61的轴线平行或相交,当相交时，需将冷端朝上，热端朝下，这样的方式有助于加快管体6内部冷却剂流体的流动速度。副管体62的两端与主管体61两端连通，形成闭合的回路，本实施例中副管体62的数量为4个。
如图4和5所示，一种设置有上文所述的散热装置的滚珠丝杠进给系统，包括相连接的机床床身9和冷却装置10，机床床身9包括可拆卸连接的内部中空且两端开口构造的丝杆轴3和螺母4，螺母4通过滚珠与丝杆轴3连接，丝杆轴3内部设置振荡热管管体6，振荡热管管体6的内部设置冷却介质，冷却介质的工质为氧化铝-水纳米流体。振荡热管管体6内部设置主管体61和副管体62，主管体61设置于管体竖直方向的中心，且轴线与振荡热管管体6的轴线重合，副管体62设置于管体6的内侧壁，副管体62的两端与主管体61两端连通，形成闭合的回路，本实施例中副管体62的数量为4个，丝杆轴3和管体6的数量为2个。
作为进一步改进，冷却装置包括闭合连接的腔体105、壳体101、压缩机102、气泵103和节流阀104，管体6伸出端进入腔体105内。腔体105、壳体101、压缩机102、气泵103和节流阀104，用以调节冷却气体的流量进而实现冷却气体的循环与冷却。
作为进一步改进，丝杆轴3的两端均设置固定连接的旋转轴承和固定座，本实施例中旋转轴承包括前旋转轴承2和后旋转轴承7，固定座包括前端固定座1和后端固定座2，螺母4套设于固定连接的台体5内部，用于在丝杆轴3旋转运动的作用下沿着丝杆轴3的轴线作往复运动。滚珠，用于连接螺母4和丝杠轴3，用于实现台体5的进给往复运动。台体5，用以实现机床加工零件的布置与定位；螺母4，用以实现台体5的安装，旋转轴承、固定座，用于支承丝杠轴；机床床身9，用于定位、支承固定座。丝杆轴3和螺母4的数量至少为1个，旋转轴承和固定座至少为2个，本实施例中丝杆轴3的数量为2个，螺母4的数量为4个，前端旋转轴承2和后端旋转轴承7的数量均为2个，前固定座1和后固定座2的数量均为2个。
作为进一步改进，管体6在水平方向的长度大于丝杆轴3在水平方向的长度。
作为进一步改进，腔体105内部设置惰性气体，本实施例中为氮气。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种散热方法，其特征在于：所述散热方法具体分为以下步骤：
步骤1：设计合理的振荡热管，在振荡热管中加入具有相变能力的冷却介质并密封；
所述振荡热管包括管体，所述管体内部设置主管体和副管体，所述主管体的轴线与所述管体的轴线重合，所述副管体设置于所述管体的内侧壁，所述副管体的两端与主管体两端连通并形成闭合的回路；
步骤2：在需要散热的装置内部套设如步骤1所述的振荡热管；
步骤3：在如步骤2所述的管体一端设置冷却装置。
2.一种散热装置，包括冷却装置，其特征在于：还包括一端置于所述冷却装置内部的振荡热管，所述振荡热管包括管体，所述管体内部设置主管体和副管体，所述主管体设置于所述管体竖直方向的中心，且轴线与所述管体的轴线重合，所述副管体设置于所述管体的内侧壁，所述副管体的两端与主管体两端连通并形成闭合的回路。
3.根据权利要求2所述的一种散热装置，其特征在于：所述副管体的两端与主管体的两端连通，形成闭合的回路，所述副管体的数量至少为1个。
4.根据权利要求2所述的一种散热装置，其特征在于：所述管体内部设置具有相变能力的冷却介质，所述冷却介质的工质为氧化铝-水纳米流体。
5.一种设置有如权利要求2-4任一所述的散热装置的滚珠丝杠进给系统，其特征在于：包括相连接的机床床身和冷却装置，所述机床床身包括通过滚珠连接的丝杆轴和螺母，所述丝杆轴为内部中空且两端开口构造，所述丝杆轴内部设置两端闭合的振荡热管，所述振荡热管内部设置冷却剂,所述丝杆轴和管体的数量至少为1个。
6.根据权利要求5所述的一种滚珠丝杠进给系统，其特征在于：所述冷却装置包括闭合连接的腔体、壳体、压缩机、气泵和节流阀，所述振荡热管管体伸出端进入所述腔体内，所述腔体内部设置惰性气体。
7.根据权利要求5所述的一种滚珠丝杠进给系统，其特征在于：所述丝杆轴的两端均设置固定连接的旋转轴承和固定座，所述螺母套设于固定连接的台体内部，用于在所述丝杆轴旋转运动的作用下沿着所述丝杆轴的轴线作往复直线运动。
8.根据权利要求5所述的一种滚珠丝杠进给系统，其特征在于：所述管体在水平方向的长度大于所述丝杆轴在水平方向的长度。
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