第二章空心滚珠丝杠的热特性理论研宄

2.1滚珠丝杠副的传热理论

2.1.1热传导理论

当物体内部温度不均匀而出现温度梯度时，热量的移动方式称为热传导。当固体 表面有流体流动时，由于固体表面与流体之间存在温差，流体将热量带离高温固体的 传热方式称为热对流。在本课题中采用冷却杲通过减压阀将冷却液通入空心滚珠丝杠 伺服进给系统，是强迫对流传热的过程，并将传热系数及对流换热系数设定为常数。 热辐射的加工中心传递热量的方式主要是热对流与热传导，辐射传热的热量只占总传 热量极少的部分，一般情况下，热辐射在实验室中专门用于实验的目地研宄数控机床 的温度特性时才会被考虑到。机床产生的热量在接触的各部件单元间传递是热传导过 程，从机床外壁传递到车间环境中是通过对流换热和辐射换热的方式，但在相对稳定 的机床工作环境下，热辐射方式对机床整体传热过程的影响远远小于热传导方式与热 对流方式，所以在此不予考虑。

在某一时刻将物体内的温度相同的点连接成线或面叫做等温线或等温面。不同温 度的等温线或等温面相交，正是由于不同等温面之间的温度差导致热量的传递， 所以温度差是能量传递的动力。等温面法向方向的温度变化率叫做温度梯度。用于表

示温度变化的陡缓程度。

根据热力学定律和傅里叶定律可以建立温度场的导热微分方程。傅立叶定律 表明了热流密度与温度梯度之间的线性关系，然而要求出热流密度的大小，仍要进一 步得到物体内部的温度分布，这就必须要建立起导热微分方程。当然，温度分布应满 足一定的边界条件，初始条件。

第三类边界条件表明固体边界热流密度与固体和流体之间的温度差成正比，实质 上是Robin条件的一种表现形式。结合本课题，流体温度和换热系数设置为常数，特 殊情况下可以是温度、时间、与位置的某种函数。换热系数与流体物性、流动速度、 流体和固体之间的温度差等因素相关，多数情况下需要采用实验方法测定。

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