一種基于帕爾貼效應的液體靜壓電主軸冷卻裝置的制作方法

文檔序號:18232395發布日期:2019-07-20 01:35
一種基于帕爾貼效應的液體靜壓電主軸冷卻裝置的制作方法

本發明用于液體靜壓電主軸系統的冷卻,要求可以監測主軸系統的實時溫度,并且根據溫升變化,通過調節電流強度改變液體靜壓電主軸系統的散熱強度。



背景技術:

液體靜壓電主軸具有較高的回轉精度、剛度,轉動平穩,因此在各類精密加工機床中被廣泛采用。但是液體靜壓電主軸實際工作過程中,特別是主軸轉速較高的時候,潤滑油膜摩擦溫升嚴重,溫度升高會導致主軸發生變形,導致工作精度降低。對于電主軸的整體冷卻,通常有液體冷卻和空氣強制冷卻兩種方式,尚且沒有一種簡單有效合理完備的液體靜壓電主軸系統冷卻裝置。

帕爾貼效應是1834年由法國科學家J.C.APeltier發現,也是熱電制冷領域的基礎效應。具體表現為:當直流電流流過由兩類不同材質金屬構成的閉合回路時,其中一個結點發生吸熱的現象,而另一個結點發生放熱的現象。結點處的放熱和吸熱大小取決于材料的熱電性能和通電電流大小,根據Peltier效應表述如下:

dQp=±ΠIdt

式中,Qp是結點放熱吸熱大小,Π是Peltier系數,I為電流大小,t為通電時間。



技術實現要素:

為了克服上述現有技術中存在的問題,本發明基于帕爾貼效應,提供一種結構簡單,高效節能的液體靜壓電主軸冷卻裝置。

為了實現上述目的,本發明采用的技術方案是:一種基于帕爾貼效應的液體靜壓電主軸冷卻裝置,包括溫度數據采集卡1,空心主軸2,液體靜壓前軸承3,液體靜壓后軸承4,電源,溫度傳感器6,銅導流片7,熱PN結8和數據處理計算機9??招闹鬏S2由液體靜壓前軸承3和液體靜壓后軸承4支撐,熱PN結8與銅導流板7連接,銅導流片7固定在兩層金屬基板中間,金屬基板中間靠近軸承位置固定溫度傳感器6,溫度傳感器6將采集的數據傳遞給溫度數據采集卡1,最后將數據傳遞給數據處理計算機9。電源為各個熱PN結8供電。

本發明所述熱PN結8是一種熱電流材料,在回路中存在直流電源通直流電流時,在電偶的兩端將分別產生吸熱和放熱現象。

本發明采用八個溫度傳感器6,四個溫度傳感器6分布在液體靜壓前軸承3周圍,四個溫度傳感器6分布在液體靜壓后軸承4周圍,通過溫度數據采集卡1采集的實時溫度數據傳遞給數據處理計算機9,對比觀測主軸系統的溫升變化。

基于帕爾貼效應,將銅導流片7固定的多個熱PN結8串聯起來,增強散熱效果;并采用了四組串聯的熱PN結8呈軸對稱分布,分布在主軸工作時溫升嚴重的液體靜壓前軸承3和液體靜壓后軸承4周圍。

所述電源為鋰電池5,可以調節輸出電流大小,當主軸轉速升高時,主軸系統升溫明顯,可以通過增大電流的方式增強散熱強度。

附圖說明

圖1帕爾貼效應原理圖;

圖2液體靜壓電主軸系統冷卻裝置整體示意圖;

圖3冷卻裝置A-A剖面結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步描述。

圖1所示,為帕爾貼效應工作原理圖。電流流經熱PN結8時,N型半導體材料中的電子和P型材料中的空穴離開了熱PN結,于是在電子和空穴原先位置產生了電子和空穴對。P型電偶臂中電子將轉移到N型電偶臂上,由于晶格振動導致內部熱能產生,使得電子和空穴朝相反方向運動,結點溫度降低,形成冷端。若電流反向,形成熱端。

圖2所示,是液體靜壓電主軸系統冷卻裝置示意圖。包括溫度數據采集卡1,空心主軸2,液體靜壓前軸承3,液體靜壓后軸承4,鋰電池5,溫度傳感器6,銅導流片7,熱PN結8,數據處理計算機9??招闹鬏S2由液體靜壓前軸承3和液體靜壓后軸承4支撐,兩個軸承在同一高度,以保證主軸同心度,空心主軸2工作時,液壓油通過節流孔進入靜壓軸承油腔,在軸承和主軸轉子之間形成一層油膜,使空心主軸2懸浮工作,隨著轉速升高,主軸系統溫度也會升高;熱PN結8的P結和N結依次間隔與銅導流片7相連,將多個熱PN結8串聯起來,增強散熱效果,將熱PN結8的正負極與鋰電池5相連接,通電后冷卻裝置啟動,當轉速升高,主軸系統溫升嚴重時可以調節鋰電池5的電流,通過增大電流的方式增強散熱;用兩層金屬基板將串聯的熱PN結8包裹,靠近主軸系統那一層是吸熱層,遠離主軸系統那一層是放熱層,金屬基板固定在液體靜壓主軸系統外側,一方面做液體靜壓電主軸系統冷卻裝置,另一方面保護空心主軸2和液體靜壓前軸承3以及液體靜壓后軸承4;在兩層金屬基板中間靠近液體靜壓前軸承3以及液體靜壓后軸承4位置處安裝溫度傳感器6,將液體靜壓電主軸系統的溫升變化實時傳送給溫度數據采集卡1,再傳遞給數據處理計算機9,通過數據處理計算機9監測液體靜壓電主軸系統溫升變化。

圖3所示,是冷卻裝置的剖面圖。將串聯的四組熱PN結8兩兩互呈90°夾角固定在兩層金屬基板之間,這樣不僅可以使金屬基板機構更加穩定,而且使得散熱更均勻,散熱效果更好。

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