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热管温差测试机设计
摘要
热管是以种传热的介质，利用液、气体间之相变化循环达到传热目的，目前已广泛应用在电子散热器之中。
本文首先介绍了热管技术的发展及应用现状，探讨了热管的加工制造工艺。
针对热管温差测试工艺设计了一台水浴式热管温差测试机。
设计过程中利用了机械设计专业基础课程和专业课程等方面的知识。
热管温差测试机由水浴加热组件、气动运动组件、热管装夹组件、电气控制系统等几个部分组成。
本文所设计的热管温差测试机操作简便、成本低廉、减少了人力劳动，实现了热管温差测试的自动化作业和批量化生产，大大提高了生产效率，具有十分有益的经济价值，值得进一步推广应用。
热管制造工艺工艺难度高、加工工作量大，已经成为机械加工中的关键工序。
随着科学技术的不断发展，市场对机械零部件产品的需求量不断增大，产品的更新换代十分频繁，新型高强度，高硬度的难加工零件不断出现，也对热管制造工艺的质量、效率和刀具的耐用度提出了更高的要求，研究热管制造工艺的新工艺、热管制造工艺刀具的新结构、热管制造工艺的检测方法和监测系统等都成为国内外学者研究的热点问题。
关键词：
热管；热管温差；测试；
Abstract
Thisarticlediscussedintheexistingprocessingconditionsofhydrauliccylinderlinercompletedintheholeprocessing,namelythedeepholeprocessing,putsforwardthelathereformingscheme.Brieflyintroducesthegeneralsituationofthedeephole,deepholeprocessingsystemcomposition,deepholeprocessingsystemofcommondevice,deepholeprocessingofcommonproblem.Sofar,thedeepholeprocessingmachinetoollittle,ordinarylathedon'thavethefunctionofthedeepholeprocessing,therefore,theordinarylatheC620-1modifiedforthedeepholeprocessingmachinetoolsandhasfar-reachingsignificance.
Keywords:
thedeepholeprocessing;lathetransformation;feedmechanism;drilling
第1章绪论
1.1热管温差技术研究背景
热管技术是1963年美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的乔治格罗佛发明的一种称为“热管”的传热元件，它充分利用了热传导原理与相变介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何已知金属的导热能力。
自从热管技术诞生以来，广泛应用于宇航、军工等行业，自从被引入散热器制造行业，使得人们改变了传统散热器的设计思路，摆脱了单纯依靠高风量电机来获得更好散热效果的单一散热模式，采用热管技术使得散热器即便采用低转速、低风量电机，同样可以得到满意效果，使得困扰风冷散热的噪音问题得到良好解决，开辟了散热行业新天地。
现在常见于CPU的散热器上。
目前，人们不仅利用热管技术对电子设备进行散热，还利用热管温差效益发电，其原理如图：
这是一个热管温差发电装置的原理图，它利用了热管的高效导热特性保持温差发电半导体两面的温差达到很高的发电效果，由于此装置没有任何滑动装置，只是一个固态组件或模块，简单而实用。
温差是地球上最大的循环能量之一，利用温差能具有更环保、更安全、更高效等特点之一。
温差发电技术是人类21世纪最高新的技术，今后必将具有更加广阔的发展前景。
热管的主要零部件为管壳、端盖、吸液芯、腰板（四部分。
不同类型的热管对这些零部件有不同的要求。
广东新创意专利发展有限公司成立于1996年，多年来一直致力于应用软件及高效热控制技术的研发，先后被认定为广东省软件企业和广东省高新技术企业。
公司专业生产沟槽式、烧结式、复合型吸液芯热管，可为用户定制不同规格的热管产品，也可根据用户要求为其提供产品的热控制解决方案。
公司研发团队已开发出沟槽式、烧结式、复合型吸液芯结构的高性能微热管和高性能平板热管，与市面上微热管相比具有更快的传热速率、更大的传热功率和更好的等温性能。
在此基础上为合作公司开发的散热模组已成功应用于大功率LED路灯，LED汽车前大灯，LED微投影仪和LED背光源等微电子和光电领域。
本次毕业设计的主要任务是通过在广东新创意专利发展有限公司位于高科路的工厂实习熟悉热管生产流程，以及根据热管加工需要为公司设计一台热管温差测试仪。
这次的设计涉及到包括理论力学、材料力学、模具设计、自动控制系统等专业知识，能很好的锻炼学生对所学专业知识的综合应用能力和动手能力。
同时，通过直接在工厂实践，让学生直观地认识了解工厂生产的基本知识，同时理论联系实际，通过实际的生产加深对专业理论知识的理解。
此外，这次毕业设计也让学生切切实实的接触到了社会，加促进我们由学生到社会人的转变，培养学生在企业中初步担任技术工作的能力。
1.2国内外研究发展状况
在众多的传热元件中，热管是人们所知的最有效的传热元件之攀，它可将大量热量通过其很小的截面积远距离地传输而无需外加动器。
美国LosAlamos国家实验室在热管理论以及热管在空间技术方面的应用研究一直处于领先地位。
1965年Cotter首次提出了较完整的热管理论，为以后的热管理论的研究工作奠定了基础。
1967年一根不锈钢．水热管首次被送入地球卫星轨道并运行成功，从此吸引了很多科学技术工作人员从事热管研究，前西德、意大利、荷兰、英国、前苏联、法国及日本等国均开展了大量的研究工作，使得热管技术得以很快发展。
Katzofft于1966年发明了有干道的热管。
干道的作用是为了给从冷凝段回到蒸发段的液体提供一个压力降较小的通道，大大地提高了热管的传输能力。
1969年前苏联和日本的有关杂志均发表了热管应用研究方面的文章。
在日本的文章中已有描述带翅片热管束的空气加热器，在能源日趋紧张的情况下，可用来回收工业排气中的热能。
同时Tumer和Bienertc提出了用可变热导热管来实现恒温控制。
Grayu研究了一种新型热管——旋转热管，这些发明都是热管技术的重大进展。
1970年在美国出现了供应商品热管的部门，热管的应用从宇航扩大到了地面。
在热管发展史上值得一提的是在横穿阿拉斯加输油管线工程中，应用热管作为管线的支撑，保证地面的永冻层，以满足工程需要。
该工程共使用了112000余根热管，单根热管的长度为9—23m。
1974年以后，热管在节约能源和新能源开发方面的研究得到了充分的重视，用热管组成换热器来回收废热，并将其用于工业以节约能源。
美国和日本在这方面所取得的进展最为显著。
1980年美国Q-Dot公司生产了热管废热锅炉，日本帝人工程公司也成功地用热管做成锅炉给水预热器，解决了排烟的露点腐蚀问题[10]。
之后，各国的热管换热器研制工作迅猛展开，回转式、分离式等新的结构型式相继出现，并日趋工业化、大型化。
1984年Cotter较完整地提出了微型热管的理论及展望，为微型热管的研究与应用奠定了理论基础。
毛细泵回路CPL（Capillarypumpedloops）和回路热管系统LHP（Loopheatpipesystems）以其结构灵活、应用面广及在很小温差下可远距离传递较常规热管更大的热量的特点，引起了整个热管界的普遍关注，成为理论研究和应用研究的热点。
70年代以来，热管技术飞速发展，各国的科研机构、高等院校、公司及厂矿均开展了多方面的开发、应用研究，国际间、地区间及各国自身的热管技术交流活动日益频繁，1973年在德国斯图加特。
在德国斯图加特召开了第一届国际热管会议后，1976年在意大利的波伦亚召开了第二届国际热管会议，1978年在美国加尼福利亚州召开了第三届国际热管会议，此后1981年在英国伦敦，1984年在日本筑波，1987在法国格林贝尔，1990年在前苏联明斯克，1992年在中国北京，1995年在美国新墨西哥州阿尔布开克，1997在德国斯图加特，1999年在日本东京分别召开了第四至十一届国际热管会议。
除此之外，中日双方从1985年至1994年分别召开了四届双边及多边热管技术研讨会，1996年在澳大利亚墨尔本召开的多边会议正式发展为国际热管技术研讨会。
我国自70年代开始，开展了热管的传热性能研究以及热管在电子器件冷却及空间飞行器方面的应用研究。
由于我国是一个发展中的国家，能源的综合利用水平较低，因此自80年代初我国的热管研究及开发的重点转向节能及能源的合理利用，相继开发了热管气-气换热器，热管余热锅炉、高温热管蒸汽发生器，高温热管热风炉等各类热管产品。
由于碳钢．水两相闭式热虹吸管的结构简单、价格低廉、制造方便，易于在工业中推广应用，碳钢-水相容性的基本解决，使得此类热管得以广泛的应用，我国的热管技术工业化应用的开发研究发展迅速，学术交流活动也十分活跃，从1983年起已先后召开了六届全国性的热管会议，具体日期和地点见表1-1。
表1-1全国热管会议情况一览表
全国热管会议届次
召开日期
召开地点
第一届
第二届
第三届
笫四届
第五届
第六届
1983年
1988年
1991年
1994年
1996年
1998年
哈尔滨
湖南大庸
四川都江堰
黑龙江牡丹江
江苏无锡
福建邵武
随着科学技术水平的不断提高，热管研究和应用的领域也将不断拓宽。
新能源的开发，电子装置芯片冷却、笔记本电脑CPU冷却以
及大功率晶体管、可控硅元件、电路控制板等的冷却，化工、动力、冶金、玻璃、轻工、陶瓷等领域的高效传热传质设备的开发，都将促进热管技术的进一步发展。
第2章热管温差测试机总体设计
2.1设计任务分析
本次设计所针对的热管温差测试仪主要用于热管的温差特性测量，本设备采用水浴式加热，测试迅速准确。
测试过程为手动放料，由电脑进行测温、性能判断、数据记录功能。
热管由于其制造工艺和规格的不同，其蒸发端与冷凝端的温差ΔT也会有不同，目前行业内结合实际应用，规定热管的温差ΔT<2℃即未合格。
热管温差测试仪测试热管温差的基本原理是：
在室温下，将可调温恒温水槽的温度设定在75±1℃,将待测热管工件垂直放入恒温水槽浸入25mm，经过一段设定时间，通常是20s后，连接在热管上的温度感温线自动记录热管在初始时刻和结束时刻的温度值，并通过电脑计算其差值ΔT，然后判断ΔT是否小于预先设定的要求即ΔT<2℃？
如果符合要求，则红色指示灯亮，显示为合格，如果绿色指示灯亮，则表示不合格。
接到设计任务需求以后，可以明确本设备所需要设计的是一台非标机械设备，顾名思义，即区别于普通通用机械设备，是没有标准的设备，是根据实际功能进行全新设计或者改进设计的设备。
非标设备具有市场需求量小，专业用途大等特点。
根据本次设备设计的任务，可将设计认为分为三个方面的设计，即机械结构部分、电气控制部分、气动系统部分设计，本设备机械结构运动机构较为简单，只有升降机构的动作，完全可以通过气动系统实现。
气压传动和控制是生产自动化和机械化最有效的手段之一，一般地，气动系统具有以下优点：
1、气动装置结构简单，轻便，安装维护均非常简便，使用安全。
2、气动系统采用空气作为动力，非常清洁，成本低廉。
3、输出力及工作速度非常容易调节，且速度快。
4、可靠性及寿命都很高，通常一个SMC的电磁阀的寿命可以达到3000万次。
5、空气具有可压缩性，因而可储存能量，实现集中供气，在一定条件下气动装置具有自保持能力。
6、气动控制具有防火、防爆、防潮灯能力，更适合在高温环境工作。
在了解了各种控制系统的优缺点之后，本次设计决定采用PLC和气动系统的控制方式对设备进行控制。
2.2非标设备概述
“非标设备”就是非标准设备，不是按照国家颁布的统一的行业标准和规格制造的设备，而是根据自己的用途需要，自行设计制造的设备。
且外观或性能不在国家设备产品目录内的设备。
“非标设备”就是非标准设备，不是按照国家颁布的统一的行业标准和规格制造的设备，而是根据自己的用途需要，自行设计制造的设备。
且外观或性能不在国家设备产品目录内的设备。
非标设备具有广泛的应用，其设计步骤和所需要的几个条件主要有以下几个方面。
一、完全的了解消化加工产品的基本要求，找出所有能提高产品质量的方法和工艺，特别要考虑其它先进的生产工艺。
二、对已在老式工艺生产的产品。
放下你的架子，不仅仅和技术人员沟通，要找实际的操作制造工人沟通，了解实际生产过程中的问题和想法，常常会有意想不到的收获的。
三、分析初步设计方案所需要的条件。
产品生产工艺、制定设备技术参数、明确所能承受的综合制造成本、对比传统制造工艺的综合性能等，尽可能详细。
四、初步设计方案，主要要体现设备的可行性和制造成本。
五、设备的设计：
1、明确产品的加工流程。
优化合并多余的步骤，制定最合理的加工流程图。
2、选择理想的加工方位。
注意事项：
安全、人性化、设备的清洁、设备组合的可能性等。
本人认为是非标设备设计最主要的步骤，已经体现了设备的优和差。
3、主功能件和辅助功能件的设计，计以第2条为基本依据。
注意：
各功能件的寿命、维护以更换易损件不影响设备性能为依据。
4、功能件的合理组合。
注意事项：
合理的考虑升级的可能性和通用性。
我们毕竟不希望专用专用，其它一无用处的。
5、设备主体的设计，以设备钢性为依据，美观为理念。
6、线路和管路的布置。
别让他破坏了设备的美观。
7、设备的优化，不用多说了，最需要时间但很多设计者最不愿意花时间和精力的地方。
要求在设备完工那一天还需不断优化。
8、控制部分，时间很充足，不容忽视的关键部分。
设计简快明了大方，避免控制故障率。
设备的有些控制故障真的是很冤枉。
9、简单实用的控制面板。
如果用不锈刚雕刻，美观耐用。
2.3气动系统概述
气动技术，全称气压传动与控制技术，是生产过程自动化和机械化的最有效手段之一，具有高速高效、清洁安全、低成本、易维护等优点，被广泛应用于轻工机械领域中，在食品包装及生产过程中也正在发挥越来越重要的作用。
气动系统由气压发生器、气源处理元件、控制元件、执行元件和辅助元件组成，典型气压传动系统如图1所示。
气压发生装置即能源元件，它是获得压缩空气的装置，其主体部分是空气压缩机或真空泵，它将原动机供给的机械能转换成气体的压力能。
空气压缩机有容积式和速度式两种，真空泵有回转式和喷射式两种。
气动系统的能量元件一般设在距控制、执行元件较远的压气机站内，用管道远距离输送。
近年来也有小型低噪音压缩机或增压泵设置在控制、执行元件的近旁，实行单机单泵供给或局部加压。
回转式真空泵一般安装在控制和执行元件近旁，而喷射式真空泵一般尽量安装在吸盘真空执行元件附近，以减少真空容积，节省空气消耗量。
气源处理元件主要是净化压缩空气的净化器，有过滤器、干燥器等。
控制元件是用来调节和控制压缩空气的压力、流量和流动方向，以便使执行机构按要求的程序和性能工作。
控制元件分为压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀和逻辑元件。
压力控制阀包括调压阀、溢流阀、顺序阀等。
流量控制阀简单分为节流阀和速度控制阀两种。
发现控制阀可分为单向型和换向型两种。
逻辑元件分为气动逻辑元件和射流逻辑元件，实现“是”、“与”、“或”、“非”等逻辑功能。
气动执行元件是以压缩空气为工作介质，将压缩空气的压力能转换成机械能的能量转换装置。
执行元件分为实现直线运动的直线气缸、实现摆动的摆动气缸和实现回转运动的气动马达三大类。
1、气动控制元件是用来调节和控制压缩空气的压力、流量和流动方向，以便使执行机构按要求的程序和性能工作。
2、控制元件分为压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀和逻辑元件。
3、通过控制压缩空气的压力可以控制执行元件的输出力、控制流量可以控制执行元件的运动速度、控制流动方向可以控制执行元件的运动方向。
辅助元件包括消除噪声的消声器，提供系统冷却的冷却器，还有连接元件的管件和所必须的仪器、仪表如压力表等。
采用气动技术具有显著的优缺点，其主要优点有：
1、系统的组装、维修以及元件的更换比较简单（相对液压）。
2、易于实现直线运动（相对电、机械）。
3、执行元件运动速度快。
4、价格低。
5、气压具有较高的自保持能力。
6、即使压缩机停止运行，阀关闭，气动系统仍可维持一个稳定的压力。
7、可安全可靠地应用于易燃、易爆场所。
其缺点有：
1、刚度低：
由于空气有压缩性，气缸的动作易受负载变化和外部干扰的影响。
2、稳定性差（体现在速度变化大，位置控制和速度控制精度低）。
3、和液压传动相比，输出力小。
随着工业机械化和自动化的发展，气动技术越来越广泛地应用于各个领域里。
例如汽车制造业、气动机器人、医用研磨机、电子焊接自动化，家用充气筒，喷漆气泵等，特别是成本低廉结构简单的气动自动装置已得到了广泛的普及与应用，在工业企业自动化中位于重要的地位。
气动技术应用的最典型的代表是工业机器人。
代替人类的手腕、手以及手指能正确并迅速的做抓取或放开等细微的动作。
除了工业生产上的应用之外，在游乐场的过山车上的刹车装置，机械制作的动物表演以及人形报时钟的内部，均采用了气动技术，实现细小的动作。
液压可以得到巨大的输出力但灵敏度不够；另一方面要用电能来驱动物体，总需要用一些齿轮，同时不能忽视漏电所带来的危险。
而与此相比，使用气动技术即安全又对周围环境无污染，即使在很小的空间里，也可以实现细小的动作。
如果尺寸相同，其功率能超过电气。
与此特性所带来的需求完全相一致的就是半导体产业。
在生产线上，实现前进、停止、转动等细小简单的动作，在自动化设备中不可或缺。
在其它方面，如制造硅晶片生产线上不可缺少的电阻液涂抹工序中使用的定量输出泵以及与此相配合的周边机器。
另外，虽然气动技术在各工业部门已经获得了广泛应用，但是，在许多应用之间还是存在着相当大差异的。
就应用气动技术来说，最基本条件就是要有一台空气压缩机，对已有用于其它用途的空气压缩机的地方，应用气动技术就更方便些。
特别是在--些非生产加工部门，如畜牧业、种植业或服装业，情况更是如此。
在机器设备制造领域中，大多数场合都有空气压缩机，且气动技术已有应用，每个应用项目在本质上也有许多相似之处。
我国气动行业通过产品结构调整，改善经营管理，自20世纪90年代后期开始，一直保持着良好的经济运行态势，生产稳步、持续增长。
由于它具有节能、无污染、高效、低成本、安全可靠、结构简单等优点，广泛应用于各种机械和生产线上。
气动技术应用面的扩大是气动工业发展的标志。
气动元件的应用主要为两个方面：
维修和配套。
过去国产气动元件的销售要用于维修，近几年，直接为主要配套的销售份额逐年增加。
国产气动元件的应用，从价值数千万元的冶金设备到只有1~2百元的椅子。
铁道扳岔、机车轮轨润滑、列车的煞车、街道清扫、特种车间内的起吊设备、军事指挥车等都用上了专门开发的国产气动元件。
这说明气动技术已“渗透”到各行各业，并且正在日益扩大。
气动技术的发展逐渐与电子技术结合，大量使用传感器，气动元件智能化。
气动行业的发展也是趋向于保护环境、提高产品的性能、降低成本，同时由于性能的提高和成本的降低又助于节省能源从而利于环境保护，其关键在于提高气动行业的自动化水平，使其产品更加优越，所以气动行业的发展方向大致为：
1.机电气一体化一体化一体化一体化2.高压、小型化3.高效、低成本4.无油化5.高寿命、高可靠性6.集成化、复合型、多功能7.高速化随着气动产品越来越多地应用于生物工程、医药、原子能、微电子、机器人等各行业，相应地提出了许多新的要求，因此大力发展新材料、铸造技术、表面热处理、密封技术、计算机技术、传感技术等许多基础技术越来越受到人们的重视。
带开关的气缸国内已普遍使用，开关体积将更小，性能更高，可嵌入气缸缸体；有些还带双色显示，可显示出位置误差，使系统更可靠。
用传感器代替流量计、压力表、能自动控制压缩空气的流量、压力，可以节能并保证使用装置正常运行。
气动伺服定位系统已有产品进入市场。
该系统采用三位五通气动伺服阀，将预定的定位目标与位置传感器的检测数据进行比较，实施负反馈控制。
气缸最大速度达2m/s、行程300mm时，系统定位精度±0.1mm。
日本试制成功一种新型智能电磁阀，这种阀配带有传感器的逻辑回路，是气动元件与光电子技术结合的产物。
它能直接接受传感器的信号，当信号满足指定条件时，不必通过外部控制器，即可自行完成动作，达到控制目的。
它已经应用在物体的传送带上，能识别搬运物体的大小，使大件直接下送，小件分流。
1、体积更小，重量更轻，功耗更低
在电子元件、药品等制造行业中，由于被加工件体积很小，势必限制了气动元件的尺寸，小型化、轻型化是气动元件的第一个发展方向。
国外已开发了仅大拇指大小、有效截面积为0.2mm2的超小型电磁阀。
能开发出外形尺寸小而流量较大的元件更为理想。
为此，相同外形尺寸的阀，流量已提高2~3.3倍。
有一种系列的小型电磁阀，其阀体宽仅10mm，有效面积可达5mm2；宽15mm,有效面积达10mm2等。
国外电磁阀的功耗已达0.5W，还将进一步降低，以适应与微电子相结合。
2、执行元件的定位精度提高刚度增加，活塞杆不回转，使用更方便
为了提高气缸的定位精度，附带制动机构和伺服系统的气缸应用越来越普遍。
带伺服系统的气缸，即使供气压力和所负的载荷变化，仍可获得±0.1mm的定位精度。
在国际展览会上，各种异型截面缸筒和活塞杆的气缸甚多，这类气缸由于活塞杆不会回转，应用在主机上时，无须附加导向装置即可保持一定精度。
此外还开发了不少带各种导向机构的气缸和气缸滑动组件，例如具有两根导向杆的气缸、双活塞杆双缸筒气缸等。
3、更高的安全性和可靠性
从近几年的气动技术国际标准可知，标准不仅提出了互换性要求，并且强调了安全性。
管接头、气源处理外壳等耐压试验的压力提高到使用压力的4~5倍，耐压时间增加到5~15min，还要在高、低温度下进行试验。
如果贯彻这些国际标准，国内的缸筒、端盖、气源处理铸件和管接头等都难达到标准要求。
除耐压试验处，结构上也作了某些规定，如气源处理的透明壳外部规定要加金属防护罩。
4、向高速、高频、高响应、高寿命方向发展
为了提高生产设备的生产效率，提高执行元件的工作速度势在必行。
现在我国的气缸工作速度一般在0.5m/s以下。
根据日本专家预测，五年以后大部分的气缸工作速度将提高到1~2m/s，有的要求达5m/s。
气缸工作速度的提高，不仅要求气缸的质量提高，而且结构上也要相应改进，例如要配置油压吸震器以增加缓冲效果等。
电磁阀的响应时间将小于10ms，寿命提高到5000万次以上。
美国有一种间隙密封的阀，由于阀芯悬浮在阀体内，相互不接触，在无需润滑下，寿命高达2亿次。
5、各种异型截面缸筒和活塞杆的气缸甚多
这类气缸由于活塞杆不会回转，应用在主机上时，无须附加导向装置即可保持一定精度。
此外还开发了不少带各种导向机构的气缸和气缸滑动组件，例如具有两根导向杆的气缸、双活塞杆双缸筒气缸等。
气缸筒外形已不限于圆形、而是方形、米字形或其它形状，在型材上开了导向槽、传感器和开关的安装槽等，让用户安装使用更方便。
多功能化，复合化.为了方便用户，适应市场的需要开发了各种由多只气动元件组合并配有控制装置的小型气动系统。
如用于移
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