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河南理工大學萬方科技學院
研究采用拉瓦爾噴管的冷噴涂技術模型中
參數(shù)對粒子速度的影響
關鍵詞：冷噴涂技術；模型；九孔拉瓦爾噴管；粒子速度
摘要
單孔和九孔拉瓦爾噴管的模擬超音速流場是在液體動力學的基礎上進行計算。在研究中，對于單孔和九孔拉瓦爾噴管，相隔距離和粒子直徑對銅粒子的沖擊速度影響是不同的。結果表示在相隔距離相同的情況下，九孔拉瓦爾噴管中的粒子速度高于單孔拉瓦爾噴管中的粒子速度，并且相隔距離越小，九孔拉瓦爾噴管也能獲得更高的粒子速度。此外，在研究中發(fā)現(xiàn)不同的噴射壓力和溫度對銅粒子的粒子速度也有影響。模型研究表明較高的噴射壓力和溫度可以獲得較好的粒子噴射速度。
介紹
冷噴涂的過程中，噴嘴和基體之間的相隔距離（SoD）是重要參數(shù)之一，它直接影響了粒子的沖擊速度。許多學者已經把研究重心集中在這一個問題。pattison［1] 發(fā)現(xiàn)當SoD很小時，一個噴流弓形激波會在超音速射流和基體之見的沖擊區(qū)域內成型，并且當它減少粒子沖擊速度時，噴流弓形激波對工作過程是有害的。他的研究也表明堆積效率接近SoD，和噴流弓形激波的堆積效率被壓縮在SoD的40% ，小于60毫米或者更少時要使用一個定做的氦氣噴嘴，在2.0 MPa和200 °C 條件下工作。Alkhimov［2]發(fā)現(xiàn)，當噴射空氣和氦時，噴流弓形激波和基體之間所造的壓縮層的厚度取決SoD，而SoD越小，壓縮層越厚。他的研究也表明鋁粒子作為直徑小于5微米的粒子，在壓縮層中明顯減速。Gilmore［3] 和 Dykhuizen［4] 也發(fā)現(xiàn)直徑小于5微米的粒能被減速甚至從噴流弓形激波中遠離基體。
這項研究要表明九孔拉瓦爾噴管與單孔拉瓦爾噴管相比，減少噴流弓形激波對粒子速度沖擊所帶來的不利的影響，在相同狀態(tài)之下會獲得比較好的噴射效果。
理論模型
數(shù)學模型。
可壓縮的流量是一種非常復雜、廣泛的現(xiàn)象，并且噴嘴的實際流量是在實際條件下不恒定的等熵流量。噴嘴的流量內部被認為是一個穩(wěn)定的等熵流量在理論上是為了簡化模擬。用方程[5]描述這個過程。
連續(xù)方程：
動量方程：
能量方程：
狀態(tài)方程：
u、p和T分別表示流量速度、壓力和溫度；p、和k分別表示流量密度，黏性應力張量和熱傳導性，相應的；e，D分別表示每一單位容積內的黏著性和粘性耗散。
粒子可以被視為離散階段連續(xù)氣流，球形粒子的加速度氣流可以由方程［6]來表達，粒子之間的相互作用和重力可以被忽略。
，，分別表示粒子速度、直徑和密度；是阻力系數(shù)而且=，和相互聯(lián)系，是是雷諾數(shù)目并被定義為： ，u 是液體動力粘度，而且這方程際地被應用于＜50000.
幾何學的模型。
冷噴涂過程的噴射流量是由噴管的內部流量和自由的噴射流量組成。由于九孔噴管的使用，一個三維模型建立在這一研究中。圖1是九孔噴管的截面圖，有八個小孔直徑為1.67毫米均勻分布一個直徑為2.6毫米的中心孔周圍，整個圓的直徑為6.4毫米。距離 L（如圖1所示）是小孔于中心孔的距離2.25 毫米，這九個孔的總面積等于直徑為5.4毫米的單孔的面積。在其他方面九孔拉瓦爾噴管與單孔拉瓦爾噴管是一樣的，圖2表示單孔拉瓦爾噴管的截面和計算域，其主要尺寸見表1。
圖1 九孔拉瓦爾噴管的橫截面
表一 單孔拉瓦爾噴管的主要尺寸
接口條件及解決方法
圖2 單孔拉瓦爾噴管的結構和計算區(qū)域
如圖2所示，入口氣體為選定的壓力入口邊界條件，和出口氣體為選定的壓力出口邊界條件，都在常溫常壓下進行。并且選定空氣為加速狀態(tài)。
標準湍流模型是作為分散氣體湍流流場，和標準壁面函數(shù)能被用來處理近壁區(qū)。二階逆風離散化方案用于解方程。分散相的計算連續(xù)的流場。
結果與討論
SoD對粒子速度的影響
直徑為2微米單孔拉瓦爾噴管和九孔拉瓦爾噴管對銅粒子沖擊速度的影響如圖3所示，當噴射壓力P是2.5MPa 和噴射溫度T為700K兩者情況是不同的。明顯看出在相同模擬條件下，九孔拉瓦爾噴管中的粒子速度要高于單孔拉瓦爾噴管。并且SoD越小，九孔拉瓦爾噴管內的粒子速度越高。從圖中也明顯看到單孔拉瓦爾噴管在P=2.5MPa和T=700K情況，SoD值為40毫米。
圖3 SoD對粒子速度的影響 圖4 粒子直徑對粒子速度的影響
當使用單孔拉瓦爾噴管時，一系列壓縮波由于基體前的超音速氣流壓縮而生產。壓縮波相互疊加時，沖擊波就會發(fā)生。當沖擊波，壓力，密度，氣流溫度急劇上升，馬赫數(shù)急劇下降時，超音速氣流將變成亞音速氣流。由于沖擊波的影響粒子的速度不斷減小，增強基體的抗沖擊強度和減少SoD的距離，對粒子速度沒有影響。
所以在九孔拉瓦爾噴管中的粒子速度會使氣流趨于穩(wěn)定。
粒子直徑對粒子速度的影響。
圖4表示在模擬狀態(tài)SoD=40mm, P=2.5MPa ，T=700K下，銅粒子通過拉瓦爾噴口撞擊基體時，粒子直徑對粒子速度的影響。它明顯的說明用不同的拉瓦爾噴管會獲得不同的粒子速度，在相同條件下，使用九孔拉瓦爾噴管的粒子速度高于使用單孔拉瓦爾噴管的粒子速度。
因為小粒子具有低質量、低慣性，并且易受氣體影響，所以沖擊基體之前，粒子速度的沖擊波將減小。若使用九孔拉瓦爾噴管，沖擊波減弱時，粒子速度變化不大。較大的粒子具有較高的質量，較大的慣性并且不易被氣體所加速，因此這樣的粒子速度不能影響沖擊基體的沖擊波。因此九孔拉瓦爾噴管適用與小粒子。
壓力對粒子速度的影響
圖5所示在模擬條件SoD=40mm, T=700K下，直徑為2微米的銅粒子通過九孔拉瓦爾噴嘴沖擊基體時壓力對粒子速度的影響。如圖5所示的距離噴嘴進口到基體的距離為X。它明顯的表示了在噴嘴和基體之間，粒子的速度變化小并且在出口處趨于穩(wěn)定。隨著噴射壓力的增加，噴嘴內的粒子速度有輕微變化，噴嘴外的粒子速度有少量的增大。因此說明壓力對粒子速度影響不大。
圖5 壓力對粒子速度的影響 圖6 溫度對粒子速度的影響
溫度對粒子速度的影響
圖6所示在模擬條件SoD=40mm, T=700K下，直徑為2微米的銅粒子通過九孔拉瓦爾噴嘴沖擊基體時溫度對粒子速度的影響。從圖中明顯看出溫度對粒子速度的影響是很大的，溫度越高，粒子速度越高。此外，大量的塑性變形容易發(fā)生在入射粒子和高溫的基體之間。
結論
（1）在相隔距離相同的情況下，九孔拉瓦爾噴管比單孔拉瓦爾噴管獲得的粒子速度更高，且相隔距離越小，九孔拉瓦爾噴管獲得的粒子速度越高。
（2）在相同條件下，九孔拉瓦爾噴管中的較小粒子也可以獲得較高的粒子速度。
（3）在較高的噴射壓力和溫度下，使用九孔拉瓦爾噴管可以使粒子噴射獲得更高的速度。
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河南理工大學萬方科技學院
本科畢業(yè)設計（論文）中期檢查表
指導教師： 職稱：
所在院（系）： 機械與動力工程系 教研室（研究室）： 機械教研室
題 目
機械式低頻振動鉆削裝置設計
學生姓名
專業(yè)班級
學號
一、選題質量：
本設計題目是機械式低頻振動鉆削裝置的設計，內容涉及到對鉆削裝置的整體布
置和理論研究，還對一些機械零件和機械機構的設計計算與校核，與專業(yè)課程緊密聯(lián)
系，符合專業(yè)培養(yǎng)目標。在設計工作中，需要對所學知識綜合地加以運用，使之能夠
熟練應用有關參考資料、設計手冊；熟悉有關的國家標準，體現(xiàn)了綜合訓練的要求。
工作量大，設計課題與實際生產緊密結合，選題質量較高。
二、開題報告完成情況：
從實際工作環(huán)境出發(fā)，確定了明確的課題設計方向；已經開始對課題進行設計計算，
并有一定進展，設計工作也已經展開。同時，查閱了相關的資料和文獻，對課題有了
總體的分析。開題報告順利完成。
三、階段性成果：
1、查閱有關課題研究的資料,國內外近年的研究發(fā)展成果及其發(fā)展前景。
2、完成開題報告。
3、確定了本設計的設計方案并對其進行分析，對零件進行布局。優(yōu)化設計方案，使
設計方案更具有可行性。
4、本設計的變速傳動部分正在設計中。
四、存在主要問題：
1、對變頻設計部分缺乏相關設計經驗，還未形成明確的設計思路，需要查閱更多資料
進行彌補。
2、有些零部件的選擇及整體布置不是很合理，因此還有待于進一步的改進和提高。
3、獲得資料不充分，資料較為陳舊。
五、指導教師對學生在畢業(yè)實習中，勞動、學習紀律及畢業(yè)設計（論文）進展等方面的評語
指導教師： （簽名）
年 月 日
3
河南理工大學萬方科技學院
本科畢業(yè)設計（論文）開題報告
題目名稱
機械式低頻振動鉆削裝置設計
學生姓名
專業(yè)班級
學號
一、 選題的目的和意義：
小直徑深孔鉆削是機械加工中較難的問題，特別在難加工材料上的鉆削小直徑深孔，難度更大。一般情況下，用麻花鉆來加工小直徑深孔，雖然冷卻潤滑和排屑都有較大的改善，但斷屑并未解決。
振動鉆削技術是一種新的鉆削方法，在小直徑深孔加工中能有效的斷屑，有利于深孔鉆削中排屑問題的解決。
二、 國內外研究綜述：
實現(xiàn)振動鉆削的關鍵是振動鉆削裝置，根據(jù)國內外研究發(fā)現(xiàn)振動參數(shù)的選擇對于斷屑，表面質量和切削力等影響很大。
1．振幅越大，深孔鉆削時的斷屑效果，孔表面質量越好。但振幅太大會帶來其他問題，一是大振幅會增加刀具的磨損，影響刀具壽命；二是大振幅使系統(tǒng)的振動和噪聲加劇。因此對振動裝置的要求是能根據(jù)工件材料，刀具耐磨性，機床抗振性等因素調節(jié)振幅的大小，同時在結構設計上應考慮降低系統(tǒng)的附加振動和噪聲。
2.振動方式對斷屑效果，孔表面加工質量，工具壽命都有直接影響。振動方式一般有軸向振動，周向振動和二者合成振動3種，具體選擇與工件材料，硬度，可切削性有關。軸向振動方式容易形成分離型斷屑，適用于較軟不易斷屑的純鋁，純銅等材料。但軸向振動時，刀具與切削面的分離易造成刀具損壞，故淬火鋼等較硬材料不宜選用這種方式，以免崩刃；周向振動一般為非離型切屑，其斷層效果雖比普通切削強得多，但比軸向振動要差一些。但這種振動方式對刀具保護好，壽命長，適用于較硬易斷屑的淬火鋼等材料；軸向與周向的合成振動的斷屑效果最好，但刀具磨損也最嚴重，可用于難加工材料。
三、 畢業(yè)設計（論文）所用的主要技術與方法：
1.在學校圖書館查閱相關資料；
2.在工廠的進行畢業(yè)實習；
3.通過老師和工程師的指導；
4.通過對相關資料和數(shù)據(jù)的理論計算和分析；
5.用AotuCAD進行畫圖。
四、 主要參考文獻與資料獲得情況：
1.王世清.《孔加工技術》.石油工業(yè)出版社.1993
2.李祥林，薛萬夫等.《振動切削及其在機械加工中的應用》.科學技術出版社.1985
3.孫桓，陳作模，葛文杰.《機械原理》.高等教育出版社.2010
4.蒲良貴，紀名剛.《機械設計》.高等教育出版社.2010
五、 畢業(yè)設計（論文）進度安排（按周說明）
1-4周進行并完成畢業(yè)實習報告；
5周完成開題報告；
6-9周查閱畢業(yè)設計材料，整理適合自己的畢業(yè)設計信息并完成設計初稿；
10-12周對畢業(yè)設計進行完善；
13-14周完成畢業(yè)設計；
15周 畢業(yè)設計上交導師準備答辯；
16周 進行畢業(yè)答辯。
六、 指導教師審批意見：
指導教師： （簽名）
年 月 日
3
機械式低頻振動鉆削裝置設計
摘 要
我的畢業(yè)設計題目是機械式低頻振動鉆削裝置設計。通過該裝置使工作臺產生振動頻率為100Hz，200HZ，300Hz，固定振幅為0.05mm的振動。
電動機經一級皮帶傳動，使輸入軸產生一定的轉速，輸入軸通過齒輪嚙合使中間軸產生更高的轉速。在中間軸上有三個不同的齒輪，三聯(lián)滑移齒輪通過導向花鍵連接在輸出軸上，這個三聯(lián)滑移齒輪可移換左、中、右三個位置，使傳動比不同的三對齒輪嚙合，因而中間軸轉速不變，輸出軸可以得到三級不同轉速。偏心輪安裝在輸出軸上，推動推桿上下往復運動，推桿另一端頂著工作臺，通過調整偏心輪的偏心距，使得推桿產生0.05mm的振幅，即工作臺產生0.05mm的振幅。
關鍵詞：低頻振動鉆削 齒輪 三聯(lián)滑移齒輪 偏心輪
Abstract
The title of my graduation design is mechanical low frequency vibration drilling device design. The device makes the working table vibration frequency of 100Hz,200HZ,300Hz,0.05mm fixed amplitude vibration.
The motor through a belt transmission, the input shaft to produce a certain speed, the input shaft through the gear of the intermediate shaft to generate higher speed. On the intermediate shaft with three different gear, a triple slide gear through a guide connected through splines on the output shaft, the triple gear shift left, right, in three position, The transmission ratio of gear meshing with three different, so the intermediate shaft rotating speed, the output shaft can be three at different speed. Eccentric wheel mounted on the output shaft, push up and down reciprocating motion, rod against the table, by adjusting the eccentric distance of the eccentric wheel handspike, makes the 0.05mm amplitude, i.e. table have 0.05mm amplitude.
Key words: Low frequency vibration drilling Gear
Triple slide gear Eccentric wheel
目 錄
前 言 1
1緒 論 2
1.1 鉆削的簡介 2
1.2 鉆床的分類 2
1.3 鉆削的應用 3
1.4 振動鉆削的介紹 4
1.5 振動鉆削分類 5
1.6 振動鉆削的應用前景 6
2 選擇電動機及分配傳動比 9
2.1 基本原理簡述 9
2.2 選擇電動機 9
2.3 分配傳動比 9
2.4 計算運動參數(shù) 10
3 振動鉆削裝置的設計 12
3.1 V帶的設計 12
3.2 齒輪傳動設計 16
3.2.1 11’組嚙合齒輪 16
3.2.2 22’組嚙合齒輪 23
3.2.3 33’組嚙合齒輪 29
3.2.4 44’組嚙合齒輪 31
3.3 三聯(lián)滑移齒輪設計 37
3.4 軸的設計 38
3.4.1 輸入軸的設計 38
3.4.2 中間軸的設計 40
3.4.3 輸出軸的設計 43
3.5 鍵的校核 45
3.5.1 輸入軸上鍵的校核 46
3.5.2 中間軸上鍵的校核 47
3.5.3 輸出軸上鍵的校核 49
3.6 軸承的校核 51
3.6.1 輸入軸上的軸承 51
3.6.2 中間軸上的軸承 51
3.6.3 輸出軸上的軸承 52
3.7 偏心輪及推桿的設計 52
3.8 撥叉的設計 54
4 箱體的總體設計 56
4.1 箱體的設計 56
4.1.1 箱座的設計 56
4.1.2 箱蓋的設計 57
4.2 軸蓋的設計 57
4.2.1 輸入軸的軸蓋 57
4.2.2 中間軸的軸蓋 58
4.2.3 輸出軸的軸蓋 59
4.3 潤滑及密封 60
4.3.1 潤滑 60
4.3.2 密封 61
致 謝 62
參考文獻 63
ii
前 言
孔加工是金屬切削加工中最常用的加工工藝。據(jù)統(tǒng)計，孔加工的金屬切除量約占切削加工總金屬切除量的1/3，鉆頭的產量約占刀具總產量的60%。目前用于加工微小孔的工藝方法雖然較多，但應用最廣泛、生產實用性最強的仍是采用麻花鉆鉆削加工。隨著對孔加工質量和效率的要求不斷提高，傳統(tǒng)的鉆削工藝已顯示出極大的局限性，而近年來迅速發(fā)展的振動鉆削工藝則日益顯示出其獨特的優(yōu)勢及廣闊的應用前景。
應用振動鉆削技術，在小直徑深孔加工能有效的排屑，有利于深孔加工中排屑問題的解決。由于振動鉆削所具有的特點，國內外已在許多難加工材料的鉆削中采用了振動鉆削。
實現(xiàn)振動鉆削的關鍵之一是振動鉆削裝置。該裝置有機械、電磁、電氣、氣動和液壓等形式。其中機械式振動裝置結構簡單，造價低，使用和維護方便，鉆削過程中振動參數(shù)受負載影響較小，已廣泛使用于實際生產之中。
1緒 論
1.1 鉆削的簡介
鉆削是孔加工的一種基本方法，鉆孔經常在鉆床和車床上進行，也可以在鏜床或銑床上進行。常用的鉆床有臺式鉆床、立式鉆床和搖臂鉆床。
鉆削運動構成：鉆頭的旋轉運動為主切削運動，加工精度較低。
1.2 鉆床的分類
鉆床系指主要用鉆頭在工件上加工孔的機床。通常鉆頭旋轉為主運動，鉆頭軸向移動為進給運動。鉆床結構簡單，加工精度相對較低，可鉆通孔、盲孔，更換特殊刀具，可擴、锪孔，鉸孔或進行攻絲等加工。
1850年前后，德國人馬蒂格諾尼最早制成了用于金屬打孔的麻花鉆；1862年在英國倫敦召開的國際博覽會上，英國人惠特沃斯展出了由動力驅動的鑄鐵柜架的鉆床，這便成了近代鉆床的雛形。 以后，各種鉆床接連出現(xiàn)，有搖臂鉆床、備有自動進刀機構的鉆床、能一次同時打多個孔的多軸鉆床等。由于工具材料和鉆頭的改進，加上采用了電動機，大型的高性能的鉆床終于制造出來了。
(1) 臺式鉆床
可安放在作業(yè)臺上，主軸垂直布置的小型鉆床。主要適用于一般機械制造業(yè)，在單件、成批生產中或維修工作中對小型零件進行纂孔加工。
(2) 立式鉆床
主軸箱和工作臺安置在立柱上，主軸垂直布置的鉆床。主要適用于機械制造和維修部門中的單件、小批生產，對中小型零件進行鉆孔、擴孔、鉸孔、锪孔及攻螺紋等加工。
(3) 搖臂鉆床
搖臂可繞立柱回轉、升降，通常主軸箱可在搖臂上作水平移動的鉆床。它適用于大件和不同方位孔的加工。適用于各種零件的鉆孔、擴孔、鉸孔、锪孔及攻螺紋等加工，在配備工藝裝備的條件下也可鏜孔。
(4) 銑鉆床
工作臺可縱橫向移動，鉆軸垂直布置，能進行銑削的鉆床。適用于單件、小批生產中對中小型零件進行鉆削和銑削?！ ?
(5) 深孔鉆床
使用特制深孔鉆頭，工件旋轉，鉆削深孔的鉆床。帶深孔零件的深孔加工，深孔長徑比一般為5~10，特深孔長徑比大雨20，個別卡達200?！?
(6) 平端面中心孔鉆床
切削軸類端面和用中心鉆加工的中心孔鉆床。切削軸類端面并用中心鉆加工中心孔。通于大批大量生產中軸類零件端部準備工。
(7) 臥式鉆床
主軸水平布置，主軸箱可垂直移動的鉆床。用于加工箱體類零件。
1.3 鉆削的應用
在各類機器零件上經常需要進行鉆孔，因此鉆削的應用還是很廣泛的，但是，由于鉆削的精度較低，表面較粗糙，一般加工精度在IT10以下，表面粗糙度Ra值大于12.5μm ，生產效率也比較低。因此，鉆孔主要用于粗加工，例如精度和粗糙度要求不高的螺釘孔、油孔和螺紋底孔等。但精度和粗糙度要求較高的孔，也要以鉆孔作為預加工工序。
單件、小批生產中，中小型工件上的小孔(一般D 13 mm)常用臺式鉆床加工，中小型工件上直徑較大的孔(一般D<50mm)常用立式鉆床加工，大中型工件上的孔應采用搖臂鉆床加工，回轉體工件上的孔多在車床上加工。
在成批和大量生產中，為了保證加工精度，提高生產效率和降低加工成本，廣泛使用鉆模、多軸鉆的或組合機床進行孔的加工。
1.4 振動鉆削的介紹
孔加工是金屬切削加工中最常用的加工工藝。據(jù)統(tǒng)計，孔加工的金屬切除量約占切削加工總金屬切除量的1/3，鉆頭的產量約占刀具總產量的60%。目前用于加工微小孔的工藝方法雖然較多，但應用最廣泛、生產實用性最強的仍是采用麻花鉆鉆削加工。隨著對孔加工質量和效率的要求不斷提高，傳統(tǒng)的鉆削工藝已顯示出極大的局限性，而近年來迅速發(fā)展的振動鉆削工藝則日益顯示出其獨特的優(yōu)勢及廣闊的應用前景。
振動鉆削是振動切削的一個分支，它與普通鉆削的區(qū)別在于鉆孔過程中通過振動裝置使鉆頭與工件之間產生可控的相對運動。振動方式主要有三種，即軸向振動(振動方向與鉆頭軸線方向相同)、扭轉振動(振動方向與鉆頭旋轉方向相同)和復合振動(軸向振動與扭轉振動迭加)。其中，軸向振動易于實現(xiàn)，工藝效果良好，在振動鉆削中占主導地位。振動的激勵方式主要有超聲波振動、機械振動、液壓振動和電磁振動。其中，超聲波振動的頻率通常在16kHz以上，所以也稱為高頻振動鉆削；其它三種振動方式的頻率一般為幾百赫茲，故稱為低頻振動鉆削。振動鉆削改變了傳統(tǒng)鉆削的切削機理。在振動鉆削過程中，當主切削刃與工件不分離時，切削速度、切削方向等參數(shù)產生周期性變化；當主切削刃與工件時切時離時，切削過程變成脈沖式的斷續(xù)切削。當振動參數(shù)(振動頻率和振幅)、進給量、主軸轉速等選擇合理時，可明顯提高鉆入定位精度及孔的尺寸精度、圓度和表面質量，減小出口毛刺，降低切削力和切削溫度，延長鉆頭壽命。振動鉆削良好的工藝效果已引起國內外研究者的普遍關注，自1954年日本宇都宮大學的隈部淳一郎教授提出振動鉆削理論以來，各國學者對振動鉆削進行了大量理論研究及實驗分析，取得了許多有價值的研究成果，其中一些成果已逐步應用于加工領域。
1.5 振動鉆削分類
(1)按振動性質分為自激振動鉆削和強迫振動鉆削
自激振動鉆削是利用切削過程中產生的振動進行的，強迫振動鉆削是利用專門的振動裝置，使鉆頭(或工件)產生有規(guī)律的可控的振動進行切削。
(2)按振動頻率分為高頻振動鉆削和低頻振動鉆削
鉆頭(或工件)的振動頻率在16kHz以上的稱高頻振動鉆削或超聲波振動鉆削，其高頻振動是利用超聲波發(fā)生器、換能器、變幅桿來實現(xiàn)的。這種振動鉆削方式以改善加工精度和表面粗糙度、提高切削效率和效能、擴大切削加工適應范圍為主要目的；鉆頭(或工件)的振動頻率最高僅為幾百赫茲的稱低頻振動鉆削，低頻振動主要依靠機械或電液等激振裝置來實現(xiàn)，這種振動鉆削方式以斷屑為主要目的，同時也可以有效地提高孔的加工精度。
(3)按刀具振動的方向分為軸向振動鉆削、扭轉振動鉆削和同時具有軸向和扭轉兩種振動的復合振動鉆削
軸向振動鉆削是鉆頭的振動方向與鉆頭的軸線方向相同；扭轉振動是鉆頭的振動方向與鉆頭的旋轉方向相同；復合振動是上述兩種振動的迭加。其中軸向振動鉆削易于實現(xiàn)、 結構簡單，工藝效果明顯，是振動鉆削中占主要地位的振動方式。
(4)按振動對象分為振動主軸和振動工作臺
振動工作臺時工件和夾具組成振源的慣性負載，其結構和質量的變化直接影響振幅出。振動主軸時，振源的慣性負載不因工件而發(fā)生變化，適應性強，一般都采用振動主軸的方式。
1.6 振動鉆削的應用前景
近年來，由于材料科學的飛速發(fā)展，具有優(yōu)良機械和物理性能的新型材料不斷涌現(xiàn)，并逐漸在各個領域得到應用。高強度、高硬度金屬材料、正交纖維束增強復合材料及涂層材料等的應用日益廣泛，尤其是正交纖維束增強復合材料以其優(yōu)良的比強度、比剛度和加工性能被廣泛應用于飛機結構中，然而其主要弱點之一是層間剪切強度低，采用普通鉆削加工時因軸向力較大，使層間容易產生脫層現(xiàn)象，尤其鉆出時脫層更為嚴重。針對這一問題，采用振動鉆削工藝，并在鉆入和鉆出時采用不同的加工參數(shù)(振幅A、振動頻率F、進給量f、主軸轉速n等)以減小軸向力，無疑可顯著提高孔的加工質量。
由多種材料(如鈦合金、鋁合金及復合材料)組合構成的疊層材料已逐漸應用于新型飛機的制造中，其應用前景十分廣闊，但由于其切削性能很差，成為推廣應用的主要障礙，因此亟需解決其切削加工難的問題。對于這種材料采用定參數(shù)振動鉆削的加工方法難以奏效，必須在鉆削不同材料層時相應改變加工參數(shù)，才能在性能差別懸殊的不同材料層上鉆出高質量的孔。
極有發(fā)展前途的金屬基(主要是鋁基)非連續(xù)增強復合材料以及最近出現(xiàn)的一些具有晶須、短纖維和陶瓷顆粒結構的材料，不僅性能優(yōu)異，而且價格也可與傳統(tǒng)金屬材料競爭，國外已在導航系統(tǒng)、航空發(fā)動機、汽車連桿、活塞、汽缸體、工業(yè)機器人傳動齒輪上投入應用。但是這類材料中的增強相(纖維、晶須或顆粒)硬度很高，且在材料中隨機分布，故鉆削加工中刀具磨損嚴重，加工表面質量差，且隨鉆削深度的增加而加劇。所以，必須采用變參數(shù)振動鉆削工藝才能較好解決其加工問題。
上述新型材料有可能在下世紀初被大量廣泛應用，而其加工難題還遠未很好解決，目前僅在車削加工領域有極少的研究和報道。
針對上述材料的加工難題，振動鉆削應根據(jù)加工孔的材料組合特性、孔的長徑比和技術要求等靈活選擇參數(shù)變量(A，F(xiàn)，f，n)，并將參數(shù)變量作為鉆削深度的函數(shù)，即A(l)，F(xiàn)(l)，f(l)，n(l)，最終目的是使整個鉆削過程處于優(yōu)化狀態(tài)，全面提高孔的加工質量。因此，對振動鉆削的研究主要應從以下幾方面進行：
在充分考慮各種復雜因素尤其是非線性因素的基礎上，構造能夠真實反映鉆削過程機理的動力學模型，深入進行振動鉆削動力學特性的研究：①由于振動鉆削系統(tǒng)是一個包含非線性因素的復雜動力學系統(tǒng)，系統(tǒng)運行過程中可能出現(xiàn)諸如分叉、混沌等方面的動力學特性，這方面內容在以往的振動鉆削研究中很少涉及；②鉆頭的結構和幾何參數(shù)比較復雜，以往國內外對振動鉆削進行理論研究時都是把鉆頭近似看作具有兩自由度且自由端具有集中質量(或均勻分布質量)的懸臂梁來建立動力學模型，根據(jù)這種模型進行理論分析，求出的解只能是近似解，不能完全、真實地反映鉆頭結構及切削過程的動力學特性，因此需要從振動理論上進一步深入分析振動鉆削的動力學特性，尋找更為有效的求解方法，為振動鉆削技術在現(xiàn)代加工條件下的完善和發(fā)展提供更充分、更精確的理論依據(jù)。
從切削力學角度看，振動鉆削的實質是變厚切削、變角切削、變速切削和沖擊切削，要搞清各參數(shù)變量對切削過程的多維影響關系、分離型與不分離型振動鉆削的分界、零相位差振動斷屑機理、尤其是在廣域內確定鉆頭橫刃和主切削刃的負后角禁區(qū)及切削厚度的變化對動態(tài)切削力的影響，必須對動態(tài)切削過程進行深入研究，從而為今后的實驗研究奠定基礎。
開發(fā)先進的振動鉆削設備。振動鉆削是一種先進的加工工藝，振動參數(shù)對孔加工質量的影響非常大，而且需要根據(jù)不同的加工對象和鉆削區(qū)段作相應變化。因此，依靠傳統(tǒng)的鉆削設備很難實現(xiàn)這一目標，必須配置能進行變參數(shù)振動鉆削的自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)振動鉆削的自動化和智能化。
開拓新的分析方法。振動鉆削研究的最終目的是適應新型材料的加工要求，優(yōu)化切削過程，全面提高孔加工質量。但受實驗設備等客觀條件的限制，不可能在實驗中大幅度地任意改變參數(shù)，因此采用計算機仿真對切削過程進行全方位的分析和優(yōu)化是必不可少的，這就要求在系統(tǒng)辨識的基礎上根據(jù)振動理論、切削理論、控制理論等對系統(tǒng)進行形象的描述并構造振動鉆削的仿真模型，實現(xiàn)對振動鉆削的動態(tài)仿真。
2 選擇電動機及分配傳動比
2.1 基本原理簡述
電動機經一級皮帶傳動，使輸入軸產生一定的轉速，輸入軸通過齒輪嚙合使中間軸產生更高的轉速。在中間軸上有三個不同的齒輪，三聯(lián)滑移齒輪通過導向花鍵連接在輸出軸上，這個三聯(lián)滑移齒輪可移換左、中、右三個位置，使傳動比不同的三對齒輪嚙合，因而中間軸轉速不變，輸出軸可以得到三級不同轉速。偏心輪安裝在輸出軸上，推動推桿上下往復運動，推桿另一端頂著工作臺，通過調整偏心輪的偏心距，使得推桿產生0.05mm的振幅，即工作臺產生0.05mm的振幅。
2.2 選擇電動機
根據(jù)本設計要求，我選擇Y802-2型封閉式三相異步電動機，其技術參數(shù)如表2-1。
表2-1 電動機參數(shù)
額定功率
額定轉速
額定轉矩
2.3 分配傳動比
由前工作原理可知，的電動機轉速需經傳動機構在輸出軸上達到、、三個轉速，故需三聯(lián)滑移齒輪變速。
故該裝置總傳動比為
在18000時
帶傳動推薦傳動比是，在本設計中，因為主動輪是大帶輪，從動輪是小帶輪，故傳動比可取，取。齒輪變速器傳動比，取，則。變速器是靠改變來進行變速，故各軸轉速：
輸入軸：
中間軸：
于是，
時，
時，
2.4 計算運動參數(shù)
(1) 各軸的功率
已知各參數(shù)：帶傳動效率，軸承傳動效率，齒輪傳動效率。
輸入軸：
中間軸：
輸出軸：
(2) 各軸的轉矩
電機輸出轉矩：
輸入軸：
中間軸：
輸出軸上轉矩不同，在后面的設計中進行計算。
3 振動鉆削裝置的設計
3.1 V帶的設計
1. 計算功率
已知工作條件：載荷變動小，每天工作8小時，查[參考文獻1]表8-7，取=1.1
==1.11.1=1.21
2. 選擇帶型
由= 1.21 =5660
查[參考文獻1]圖8-1，選擇Z型帶
3. 確定帶輪的基準直徑并驗算帶速
(1)初選小帶輪基準直徑
由[參考文獻1]表8-8,和表8-9取=75mm;
(2)驗算帶速v
===22.21
5<<25，故帶速合適。
(3)計算大帶輪基準直徑
=/=75/0.5=150
查[參考文獻1]表8-8，取=150
4. 確定V帶中心距和基準長度
(1)初定中心距
由公式
0.7（+）
得 157.5
初定中心距 =300
(2)確定帶基準長度
由公式
代入數(shù)據(jù)得：958
由[參考文獻1]表8-3，選取基準長度
(3)計算實際中心距
有公式
安裝時所需最小中心距
張緊或補償伸長所需最大中心距
故中心距變化范圍為257.5-298
5. 驗算小帶輪上的包角
6. 計算帶的根數(shù)
(1)計算單根V帶的額定功率
由 ，
查[參考文獻1]圖8-4b得
根據(jù)，，查得
查[參考文獻1]表8-11得
查[參考文獻1]表8-3得
(2)計算V帶的根數(shù)
取3根
7. 計算單根V帶初拉力最小值
由[參考文獻1]表8-2，Z型帶單位帶長質量
所以
代入數(shù)據(jù)，得
應使帶實際初拉力
8. 計算壓軸力
壓軸力最小值為
==
9. 帶輪的結構設計
(1)大帶輪結構
因為帶速，帶輪材料采用鑄鐵。
已知大帶輪基準直徑,型三相異步電動機軸徑為，由[參考文獻1]表8-12查得，大帶輪輪輻結構部分為輻板式型。輻板寬度，槽數(shù)取，輪輻數(shù)。
則
取
取
再由[參考文獻1]表8-13查得
槽間距 最小輪緣厚度
帶輪寬
并得知
(2)小帶輪結構
因為帶速，帶輪材料采用鑄鐵。
已知大帶輪基準直徑，由[參考文獻1]表8-12查得，小帶輪輪輻結構為實心式型。取小帶輪孔徑為，槽數(shù)取
取
再由[參考文獻1]表8-13查得
槽間距 最小輪緣厚度
帶輪寬
并得知
3.2 齒輪傳動設計
3.2.1 11’組嚙合齒輪
1. 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)
(1)按照所設計的傳動方案，選用直齒圓柱齒輪傳動。
(2)該裝置為一般工作機器，故選用7級精度。
(3)材料選擇。選擇小齒輪材料為40Cr（調質），硬度為260 HBS；大齒輪材料為45鋼（調質），硬度為230 HBS，二者材料硬度差30 HBS。
(4)初選小齒輪齒數(shù)Z=17，大齒輪齒數(shù)Z=17/0.47=36.17，取整數(shù)Z=37。
2. 按齒面接觸強度設計
由設計公式
(1)確定公式內各計算數(shù)值。
a.試選載荷系數(shù)。
b.小齒輪傳遞的轉矩。
由之前計算可知，。
c. 由[參考文獻2]表10-7 選取齒寬系數(shù)。
d. 由[參考文獻1]表10-18 查的材料彈性影響系數(shù) 。
e. 由[參考文獻2]圖10-21d 按齒面硬度查的小齒輪的接觸疲勞強度極限，大齒輪的接觸疲勞強度極限。
f. 由計算應力循環(huán)次數(shù)。
=
g.由[參考文獻2]圖10-19 取接觸疲勞壽命系數(shù) 。
h.計算接觸疲勞許用應力。
取失效效率1%，安全系數(shù)，可知，
(2)計算。
a. 試算小齒輪分度圓直徑，代入中較小值。
b. 計算圓周速度。
c. 計算齒寬。
d. 計算齒寬與齒高之比。
模數(shù)
齒高
所以
e. 計算載荷系數(shù)。
根據(jù)，7級精度，由[參考文獻2]圖10-18查得，
直齒輪 。
由[參考文獻2]表10-2 查得 。
由[參考文獻1]表10-13、10-15、10-16用插值法取小齒輪相對支承非對稱位置布置 。
由，查[參考文獻2]圖10-13 取。
故載荷系數(shù)
f. 按實際的載荷系數(shù)校正所得分度圓直徑。
g. 計算模數(shù)。
3. 按齒根彎曲強度設計
設計公式為
(1)確定公式內各值。
a.由[參考文獻2]圖10-20c查的小齒輪的彎曲疲勞強度，大齒輪的彎曲疲勞強度。
b.由[參考文獻2]可以查得圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)，。
c.計算彎曲疲勞許用應力。
取彎曲疲勞許用應力系數(shù) 。
d.計算載荷系數(shù)。
e.查齒形系數(shù)。
由[參考文獻2]表10-5查得 。
f.查取應力校正系數(shù)。
由[參考文獻2]表10-5查得 。
g.計算大、小齒輪并比較。
大齒輪的數(shù)值大。
(2)設計計算
對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)m大于有齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒數(shù)模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關，可取由彎曲強度算得的模數(shù)0.613圓整為標準值m=1，于是可算出小齒輪齒數(shù)
取。
但考慮到齒輪所受到的載荷，軸上零件的裝配以及在實際工作中的需要，這里模數(shù)取m=2。
大齒輪齒數(shù)
取。
4. 幾何尺寸計算
(1)分度圓直徑
(2)中心距
(3)齒寬
取
(4)其余幾何參數(shù)
其余幾何參數(shù)的計算見表3-1
表3-1 11’組嚙合齒輪其余幾何參數(shù)
名 稱
齒輪1
齒輪1’
齒形角
齒頂高系數(shù)
頂隙系數(shù)
基圓
齒頂高
齒根高
齒高
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
齒距
基節(jié)
齒輪1 見圖3-1
圖3-1 齒輪1
3.2.2 22’組嚙合齒輪
1.選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)
(1)按照所設計的傳動方案，選用直齒圓柱齒輪傳動。
(2)該裝置為一般工作機器，故選用7級精度。
(3)材料選擇。選擇小齒輪材料為40Cr（調質），硬度為260 HBS；大齒輪材料為45鋼（調質），硬度為230 HBS，二者材料硬度差30 HBS。
(4)初選小齒輪齒數(shù)Z=17，大齒輪齒數(shù)Z=。
2.按齒面接觸強度設計
由設計公式
(1)確定公式內各計算數(shù)值。
a.試選載荷系數(shù)。
b.小齒輪傳遞的轉矩。
由之前計算可知，。
c. 由[參考文獻2]表10-7 選取齒寬系數(shù)。
d. 由[參考文獻1]表10-18 查的材料彈性影響系數(shù) 。
e. 由[參考文獻2]圖10-21d 按齒面硬度查的小齒輪的接觸疲勞強度極限，大齒輪的接觸疲勞強度極限。
f. 由計算應力循環(huán)次數(shù)。
=
g.由[參考文獻2]可以查得 圖10-19 取接觸疲勞壽命系數(shù) 。
h.計算接觸疲勞許用應力。
取失效效率1%，安全系數(shù)，可知
(2)計算。
a. 試算小齒輪分度圓直徑，代入中較小值。
b. 計算圓周速度。
c. 計算齒寬。
d. 計算齒寬與齒高之比。
模數(shù)
齒高
所以
e. 計算載荷系數(shù)。
根據(jù)，7級精度，由《機械設計》圖10-18查得，
直齒輪 。
由[參考文獻2]表10-2 查的 。
由[參考文獻1]表10-13、10-15、10-16用插值法取小齒輪相對支承非對稱位置布置 。
由，查[參考文獻2]圖10-13 取。
故載荷系數(shù)
f. 按實際的載荷系數(shù)校正所得分度圓直徑。
g. 計算模數(shù)。
3.按齒根彎曲強度設計
設計公式為
(1)確定公式內各值。
a.由[參考文獻2]圖10-20c查的小齒輪的彎曲疲勞強度，大齒輪的彎曲疲勞強度。
b.由[參考文獻2]圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)為，。
c.計算彎曲疲勞許用應力。
取彎曲疲勞許用應力系數(shù) 。
d.計算載荷系數(shù)。
e.查齒形系數(shù)。
由[參考文獻2]表10-5查得 。
f.查取應力校正系數(shù)。
由[參考文獻2]表10-5查得 。
g.計算大、小齒輪并比較。
大齒輪的數(shù)值大。
(2)設計計算
對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)m大于有齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒數(shù)模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關，可取由彎曲強度算得的模數(shù)0.613圓整為標準值m=1，于是可算出小齒輪齒數(shù)。
取
大齒輪齒數(shù) 取
但考慮到齒輪所受到的載荷，軸上零件的裝配以及在實際工作中的需要，這里模數(shù)取m=2。
4.幾何尺寸計算
(1)分度圓直徑
(2)中心距
(3)齒寬
取
(4)其余幾何參數(shù)
其余幾何參數(shù)見表3-2
表3-2 22’組齒輪幾何參數(shù)
名 稱
齒輪2
齒輪2’
齒形角
齒頂高系數(shù)
頂隙系數(shù)
基圓
齒頂高
齒根高
齒高
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
齒距
基節(jié)
齒輪2’見圖3-2
圖3-2 齒輪2’
3.2.3 33’組嚙合齒輪
該組齒輪傳動比是1,即等速傳動,該組齒輪可與齒輪1’相同。
但考慮到齒輪所受到的載荷，軸上零件的裝配以及在實際工作中的需要，這里模數(shù)取。
因為3’齒輪屬于三聯(lián)滑移齒輪中一部分，在工作過程中，要相互嚙合，所以中心距離應為60。在保持模數(shù)，傳動比不變的情況下應改變齒數(shù)。
故。
分度圓直徑
齒寬
取
其余幾何參數(shù)如表3-3
表3-3 33’組嚙合齒輪幾何參數(shù)
名 稱
齒輪3
齒輪3’
齒形角
齒頂高系數(shù)
頂隙系數(shù)
基圓
齒頂高
齒根高
齒高
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
齒距
基節(jié)
3.2.4 44’組嚙合齒輪
1.選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)
(1)按照所設計的傳動方案，選用直齒圓柱齒輪傳動。
(2)該裝置為一般工作機器，故選用7級精度。
(3)材料選擇。選擇小齒輪材料為40Cr（調質），硬度為260 HBS；大齒輪材料為45鋼（調質），硬度為230 HBS，二者材料硬度差30 HBS。
(4)初選小齒輪齒數(shù)Z=17，大齒輪齒數(shù)Z=17/0.67=25.37，取整數(shù)Z=26。
2.按齒面接觸強度設計
由設計公式
(1)確定公式內各計算數(shù)值。
a.試選載荷系數(shù)。
b.小齒輪傳遞的轉矩。
由之前計算可知，
c. 由[參考文獻2]表10-7 選取齒寬系數(shù)。
d. 由[參考文獻1]表10-18 查的材料彈性影響系數(shù)。
e. 由[參考文獻2]圖10-21d 按齒面硬度查的小齒輪的接觸疲勞強度極限，大齒輪的接觸疲勞強度極限。
f. 由計算應力循環(huán)次數(shù)。
=
g.由[參考文獻2]可以查得 圖10-19 取接觸疲勞壽命系數(shù) 。
h.計算接觸疲勞許用應力。
取失效效率1%，安全系數(shù)，可知
(2)計算。
a. 試算小齒輪分度圓直徑，代入中較小值。
b. 計算圓周速度。
c. 計算齒寬。
d. 計算齒寬與齒高之比。
模數(shù)
齒高
所以
e. 計算載荷系數(shù)
根據(jù)，7級精度，由《機械設計》圖10-18查得，
直齒輪 。
由[參考文獻2]表10-2 查得。
由[參考文獻1]表10-13、10-15、10-16用插值法取小齒輪相對支承非對稱位置布置 。
由，查[參考文獻2]圖10-13 取。
故載荷系數(shù)
f. 按實際的載荷系數(shù)校正所得分度圓直徑。
g. 計算模數(shù)。
3.按齒根彎曲強度設計
設計公式為
(1)確定公式內各值。
a.由[參考文獻2]圖10-20c查的小齒輪的彎曲疲勞強度，大齒輪的彎曲疲勞強度。
b.由[參考文獻2]可以查得 圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)，。
c.計算彎曲疲勞許用應力。
取彎曲疲勞許用應力系數(shù) 。
d.計算載荷系數(shù)。
e.查齒形系數(shù)。
由[參考文獻2]表10-5查得 ，。
f.查取應力校正系數(shù)
由[參考文獻2]表10-5查得 ，。
g.計算大、小齒輪并比較。
大齒輪的數(shù)值大。
(2)設計計算
對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)m大于有齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒數(shù)模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關，可取由彎曲強度算得的模數(shù)0.613圓整為標準值m=1，于是可算出小齒輪齒數(shù)。
取
大齒輪齒數(shù) 取
但考慮到齒輪所受到的載荷，軸上零件的裝配以及在實際工作中的需要，這里模數(shù)取m=2。
因為4’齒輪屬于三聯(lián)滑移齒輪中一部分，在工作過程中，要相互嚙合，所以中心距離應為60。在保持模數(shù)，傳動比不變的情況下應改變齒數(shù)。
取，，取
3.幾何尺寸計算
(1)分度圓直徑
(2)齒寬
取
4.其余幾何參數(shù)
其余幾何參數(shù)如表3-4
表3-4 44’組嚙合齒輪幾何參數(shù)
名 稱
齒輪4
齒輪4’
齒形角
齒頂高系數(shù)
頂隙系數(shù)
基圓
齒頂高
齒根高
齒高
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
齒距
基節(jié)
3.3 三聯(lián)滑移齒輪設計
花鍵軸上需要安裝一個三聯(lián)滑移齒輪變速器來對該軸進行變速。三聯(lián)齒輪通過導向花鍵連接在軸上，這個三聯(lián)齒輪可移換左、中、右三個位置，使傳動比不同的三對齒輪嚙合，因而中間軸轉速不變，花鍵軸可以得到三級不同轉速。
所以需要加工一個三聯(lián)齒輪，齒輪2’、齒輪3’、齒輪4’是該滑移齒輪上的三個部分，每個齒輪之間距離=15。直徑=30。則三聯(lián)齒輪寬度為165。
三聯(lián)滑移齒輪如圖3.3所示。
圖3.3 三聯(lián)滑移齒輪
3.4 軸的設計
3.4.1 輸入軸的設計
該軸上裝有小帶輪和齒輪1。由前面計算可知，在該軸上，功率，轉速，轉矩。
(1)求作用在齒輪上的力
圓周力
徑向力
(2)初步確定軸的最小直徑
選取軸的材料為45鋼，由[參考文獻2]表15-3，取，于是得
(3)軸的結構設計
根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各直徑和長度，如圖3.4所示。
圖3.4 輸入軸
在軸的左端安裝小帶輪，已知小帶輪的孔徑為20，即，取小帶輪到軸承之間的距離為30，帶輪寬度為30，則。
因軸受徑向力，可用深溝球軸承，左端軸承安裝在箱體位置，另外一個軸承在軸的右端由一支架固定，由[參考文獻1]表15-19，選深溝球軸承型號為6204，其參數(shù)為，故。所以。
取安裝齒輪1處軸段軸徑，齒輪左端與左軸承之間采用套筒定位，又由于齒輪1和齒輪1’的嚙合關系，該套筒長度應為16，故。齒輪1輪轂寬度為，取，齒輪右端采用軸肩定位，軸肩高度，取。故，軸環(huán)寬度，取。段軸徑應略小與，取。取。
于是軸長
軸上零件周向定位
帶輪上軸的周向定位采用平鍵連接。由[參考文獻1]表7-2，上平鍵截面，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為。齒輪上軸的周向定位采用平鍵連接，由[參考文獻1]表7-2，上平鍵截面，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為。為了保證齒輪與軸配合有良好的對中性，選擇齒輪輪轂與軸配合為。滾動軸承與軸的周向定位由過度配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為。
3.4.2 中間軸的設計
該軸上裝有齒輪1’，齒輪2，齒輪3，齒輪4。由前面計算可知，在該軸上，功率，
轉速，轉矩
(1)求作用在齒輪上的力
圓周力
徑向力
齒輪均為直齒圓柱齒輪，故不受軸向力。
(2)初步確定軸的最小直徑
選取軸的材料為Q235鋼，由[參考文獻2]表15-3，取，于是得
(3)軸的結構設計
根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各直徑和長度，如圖3.5所示。
圖3.5中間軸
軸左端在箱體軸蓋處固定，則在最小軸徑處應安裝軸承，另外一個軸承在軸的右端由一支架固定，因為軸僅受徑向力的作用，故選用深溝球軸承。由[參考文獻1]表15-19，選取深溝球軸承型號為6201，其參數(shù)為。軸承在箱體內用支架進行支撐定位，故，而。
取安裝齒輪1’處的軸段直徑，齒輪左端與左軸承之間采用軸肩擋圈定位，因為沒有標準件，該軸肩擋圈需制作，取擋圈，,，則15。齒輪1’的輪轂寬度為53，齒輪1’右端需安裝套筒b，取套筒長度為17，則。
取安裝齒輪3處軸段軸徑，齒輪3右端需安裝一個套筒c，由于要與Ⅲ軸三聯(lián)齒輪的嚙合關系，該套筒必須大于齒輪3輪轂寬度以及連接件寬度63，取套筒長度為67，。
取安裝齒輪2軸端處軸徑，該齒輪輪轂寬度為45，齒輪2右端安裝一套筒d，由于要與Ⅲ軸三聯(lián)齒輪的嚙合關系，該套筒必須大于齒輪4輪轂寬度以及連接件寬度55，取其長度為，。
取安裝齒輪4處軸段軸徑，該齒輪輪轂為42，則，齒輪4右端采用軸肩定位，軸肩高度，故取，則軸環(huán)處直徑，軸環(huán)寬度，取。
取齒輪4右端。該軸段軸徑應小于軸環(huán)處，取
軸總長
軸上零件周向定位
齒輪上軸的周向定位采用平鍵連接，由[參考文獻1]表7-2，上平鍵截面，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為。上平鍵截面，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為。上平鍵截面，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為。上平鍵截面，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為。為了保證齒輪與軸配合有良好的對中性，選擇齒輪輪轂與軸配合為。滾動軸承與軸的周向定位由過度配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為。
3.4.3 輸出軸的設計
該軸上裝有三聯(lián)滑移齒輪。由前面計算可知，在該軸上，功率，
轉速：、、
(1)求作用在齒輪上的力
轉矩
圓周力
徑向力
齒輪均為直齒圓柱齒輪，故不受軸向力。
(2)初步確定軸的最小直徑
選取軸的材料為Q235鋼，由[參考文獻2]表15-3，取，于是得
(3)軸的結構設計
根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各直徑和長度，如圖3.6所示。
圖3.6 輸出軸
因軸受徑向力，可用深溝球軸承。軸承安裝在軸兩端，選取6202型深溝球軸承，其尺寸。取1-2段軸徑。軸左端軸承的右端應安裝一套筒，取套筒長度29，故。軸右端軸承左端也應安裝一套筒，取套筒長度19，故。
因為三聯(lián)滑移齒輪與Ⅱ軸上的嚙合關系，取軸2-3段軸徑，。
軸上需安裝三聯(lián)滑移齒輪，三聯(lián)齒輪與軸花鍵連接，取3-4段軸內徑，外徑，三聯(lián)滑移齒輪長度為165，則外花鍵長度。故取。
因為偏心輪的基圓直徑，寬度，取5-6處軸徑，軸長。
軸4-5處，取。
軸長：
軸上零件周向定位
三聯(lián)滑移齒輪周向定位采用矩形花鍵連接，查[參考文獻3]表10-17，花鍵尺寸，偏心輪上軸的周向定位采用平鍵連接。由[參考文獻1]表7-2，上平鍵截面，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為。
3.5 鍵的校核
3.5.1 輸入軸上鍵的校核
小帶輪上的平鍵
由公式
鍵的材料為鑄鐵，工作過程中受到輕微沖擊，由[參考文獻2]表6-2查得，。
確定公式內各參數(shù)
故
該鍵滿足強度要求。
齒輪1上的平鍵
由公式
鍵的材料為鑄鐵，工作過程中受到輕微沖擊，由[參考文獻2]表6-2查得，。
確定公式內各參數(shù)
故
該鍵滿足強度要求。
3.5.2 中間軸上鍵的校核
齒輪1’上的平鍵
由公式
鍵的材料為鑄鐵，工作過程中受到輕微沖擊，由[參考文獻2]表6-2查得，。
確定公式內各參數(shù)
故
該鍵滿足強度要求。
齒輪2上的平鍵
由公式
鍵的材料為鑄鐵，工作過程中受到輕微沖擊，由[參考文獻2]表6-2查得，。
確定公式內各參數(shù)
故
該鍵滿足強度要求。
齒輪3上的平鍵
由公式
鍵的材料為鑄鐵，工作過程中受到輕微沖擊，由[參考文獻2]表6-2查得，。
確定公式內各參數(shù)
故
該鍵滿足強度要求。
齒輪4上的平鍵
由公式
鍵的材料為鑄鐵，工作過程中受到輕微沖擊，由[參考文獻2]表6-2查得，。
確定公式內各參數(shù)
故
該鍵滿足強度要求。
3.5.3 輸出軸上鍵的校核
三聯(lián)齒輪的花鍵
該軸上有三個不同轉速可以變換，當轉速為最低轉速時，該軸轉矩最大。即轉速為，轉矩。
花鍵連接的強度條件
由[參考文獻2]表6-3查得 ，載荷分配不均勻系數(shù)，鍵數(shù)。
當33’號齒輪嚙合時，鍵齒的工作長度最長，即。
于是
故該花鍵滿足強度要求
偏心輪上的平鍵
由公式
鍵的材料為鑄鐵，工作過程中受到輕微沖擊，由[參考文獻2]表6-2查得，。
確定公式內各參數(shù)
故
該鍵滿足強度要求。
3.6 軸承的校核
3.6.1 輸入軸上的軸承
該軸上安裝的是6204型深溝球軸承，因為該軸僅受徑向力，故。徑向載荷，要求壽命。
查[參考文獻1]表15-19得
（油潤滑）
由公式
對于球軸承
故6204型深溝球軸承能滿足要求。
3.6.2 中間軸上的軸承
該軸上安裝6201型深溝球軸承，因為該軸僅受徑向力，故。徑向載荷，要求壽命。
查[參考文獻1]表15-19得
（油潤滑）
由公式
對于球軸承
故6201型深溝球軸承能滿足要求。
3.6.3 輸出軸上的軸承
該軸上安裝6202型深溝球軸承，因為該軸僅受徑向力，故。徑向載荷，要求壽命。
查[參考文獻1]表15-19得
（油潤滑）
由公式
對于球軸承
故6202型深溝球軸承能滿足要求。
3.7 偏心輪及推桿的設計
為了使工作臺發(fā)生低頻振動，就需要設計一個偏心輪。偏心輪通過鍵連接在輸出軸上，當軸有轉速時，偏心輪推動推桿作上下往復運動，推桿頂著工作臺，使工作臺發(fā)生低頻振動。改變振幅的方法就是改變偏心輪的偏心距。偏心輪簡圖如圖3.7所示。
圖3.7 偏心輪簡圖
該振動裝置的振幅為0.05mm，即推桿的行程，推桿的行程即是偏心輪的行程。
由公式
于是
偏心輪的偏心距為0.025mm。
偏心輪的材料45鋼，調質處理，硬度為230 HBS。取偏心輪基圓直徑60mm，寬度30mm。
推桿選用平底推桿，這種推桿優(yōu)點是偏心輪與平底的接觸面易形成油膜，潤滑較好。
取推桿材料為45鋼，直徑20mm，高135mm。
3.8 撥叉的設計
要使三聯(lián)滑移齒輪在輸出軸上進行左右滑移，必須設計一個撥叉來撥動三聯(lián)滑移齒輪滑移，撥叉由連桿機構帶動，實現(xiàn)可定位的水平移動。
其工作原理如圖3.8所示.
圖3.8 撥叉工作原理
撥叉材料為35鋼，其設計尺寸如圖3.9。
圖3.9 撥叉
4 箱體的總體設計
4.1 箱體的設計
本設計的傳動部分和振動部分在一個箱體內，故需要先對箱體進行一個總體設計。
該箱體為鑄造而成，材料為HT200。鑄造的箱體箱壁厚度應大于8mm，且箱體處需要支撐軸，故該處箱壁厚度為25mm。其余兩處箱壁厚度為10mm,但在上下箱體連接處翻邊，其厚度為25mm.
中間軸和輸出軸整根軸都在箱體內，軸兩端安裝軸承，軸承在箱壁上固定，所以箱體長度應為490mm。
箱體內最大齒輪為齒輪1，其齒頂圓直徑為108mm，推桿長度135mm，在箱體內長度為95mm。箱體內部空間高度不得低于169mm，取箱體高度為215mm。
齒輪1距箱體的距離應大于54mm，輸入軸與中間軸距離為相嚙合齒輪的中心距，即76mm；中間軸與輸出軸之間距離為60mm。輸出軸距箱體內壁距離為175mm。故整個箱體寬度取440mm。
這樣設計出來的箱體結構緊湊。
4.1.1 箱座的設計
箱座的長度和寬度都已確定，箱蓋和箱座在安裝軸處分開，取箱座的高度為95mm。箱座上要加工安裝軸蓋的部位。透蓋中心距離箱壁距離為105mm，透蓋中心距離悶蓋1中心的距離為76mm，悶蓋1中心距悶蓋2中心的距離為60mm。安裝軸蓋處周圍需加工出螺紋孔，以方便安裝軸蓋。箱座四周加工螺紋孔和銷孔，通過螺紋和銷與箱蓋進行連接。在箱體右下部需加工出一螺紋孔，要安裝螺塞，方便排油。
在距離箱體右端95mm處應加工兩個三個槽，槽寬度為16mm，每兩個槽之間距離20mm。槽的作用是把手在移動撥叉時，在工作位置需要將把手按進槽里進行定位。
4.1.2 箱蓋的設計
箱蓋大體形狀與箱座相似，高度為120mm。箱蓋上要加工安裝軸蓋的部位。透蓋中心距離箱壁距離為105mm，透蓋中心距離悶蓋1中心的距離為76mm，悶蓋1中心距悶蓋2中心的距離為60mm。安裝軸蓋處周圍需加工出螺紋孔，以方便安裝軸蓋。箱蓋四周加工螺紋孔和銷孔，通過螺紋和銷與箱座進行連接。
在距離箱體右端95mm處應加工滑槽，滑槽寬度5mm，長度85mm，該滑槽與箱座槽相配合，實現(xiàn)把手的移動。
在距離右箱壁60mm處，加工兩個圓柱導軌，內徑為20mm，外徑30mm，高為35mm，該導軌其固定推桿的作用，使推桿在上下往復運動中，不發(fā)生作用搖擺。
4.2 軸蓋的設計
該箱體需要裝三根軸，需要六個軸蓋。軸蓋的作用是固定軸承、承受軸向載荷、密封軸承座孔、調整軸系位置和軸承間隙等。
軸蓋有凸緣式和嵌入式兩種，本設計選擇凸緣式軸蓋，該軸蓋用螺釘固定在箱體上，調整軸承間隙是不需要開箱蓋，比較方便，密封性能也好。
4.2.1 輸入軸的軸蓋
該軸需要兩個軸蓋，其中左端的是透蓋，右端是悶蓋。
透蓋用HT200鑄造而成，該透蓋要固定6204型深溝球軸承，該軸承參數(shù)為。故，取38。軸蓋外圓直徑68，軸蓋總長，凸緣長度。在中心處要加工個直徑為18的軸孔，以圓心直徑57圓上加工六個M4螺紋孔，透蓋整體尺寸如圖4.1所示。
圖4.1 透蓋
右端的軸蓋與透蓋尺寸一致，只是不加工軸孔。
4.2.2 中間軸的軸蓋
該軸上兩個軸蓋均為悶蓋。
透蓋用HT200鑄造而成，該透蓋要固定6201型深溝球軸承，該軸承參數(shù)為。故，取26。軸蓋外圓直徑52，軸蓋總長，凸緣長度。，以圓心直徑42圓上加工六個M4螺紋孔，透蓋整體尺寸如圖4.2所示。
圖4.2 悶蓋1
4.2.3 輸出軸的軸蓋
該軸上兩個軸蓋均為悶蓋。
透蓋用HT200鑄造而成，該透蓋要固定6202型深溝球軸承，該軸承參數(shù)為。故，取29。軸蓋外圓直徑55，軸蓋總長，凸緣長度。，以圓心直徑45圓上加工六個M4螺紋孔，透蓋整體尺寸如圖4.3所示。
圖4.3 悶蓋2
4.3 潤滑及密封
4.3.1 潤滑
由[參考文獻1]表18-7，該變速裝置采用飛濺潤滑方式。
潤滑原理：依靠浸入油池中的轉動件，將油濺散到摩擦部件或甩至容器壁上的軸承及其他零件。
特點：潤滑可靠，耗油少，給油充分，維護容易。要保持規(guī)定的油位，需定期清洗更換潤滑油。
由于軸速最大達到18000r/min，故由 由[參考文獻1]表18-2，選擇L-AN5型全損耗系統(tǒng)用油（GB443-89）。
4.3.2 密封
防止外界的灰塵,水分等侵入軸承,并阻止?jié)櫥瑒┑穆┦?各軸密封圈為氈圈密封。箱蓋與箱座接合面的密封采用密封膠進行密封。
致 謝
經過幾個月的忙碌和工作，本次畢業(yè)設計已經接近尾聲。
在這里我要感謝我的導師鄭建新老師。鄭老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設計的每個階段，從查閱資料到設計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設計，裝配草圖等整個過程中都給予了我悉心的指導。我的設計較為復雜煩瑣，但是鄭老師仍然細心地糾正圖紙中的錯誤。除了敬佩鄭老師的專業(yè)水平外，他的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。
其次要感謝我的同學對我無私的幫助，正因為如此我才能順利的完成畢業(yè)設計。我要感謝我的母?！幽侠砉ご髮W萬方科技學院，是母校給我們提供了優(yōu)良的學習環(huán)境；另外，我還要感謝那些曾給我授過課的每一位老師，是你們教會我專業(yè)知識。在此，我再說一次謝謝！謝謝大家！
另外由于本人水平有限，在理論的描述、資料的運用等方面難免有不當、不深，不周之處，有些觀點也尚欠成熟，敬請各位老師批評指正。
參考文獻
[1] 唐金松. 《簡明機械設計手冊》.上海科學技術出版社.2000.10
[2] 濮良貴、紀名剛. 《機械設計》.高等教育出版社.2007.9
[3] 梁德本、葉玉駒.《機械制圖手冊》.中國經濟出版社.2000.6
[4] 陳立德.《機械設計基礎》.高等教育出版社.2008.3
[5] 孫桓、陳作模、葛文杰.《機械原理》.高等教育出版社.2010.1
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