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附錄1
專題：水射流清洗技術(shù)的研究現(xiàn)狀
摘要 近年來(lái)水射流清洗技術(shù)已在眾多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，并且取得了顯著的成效。本文主要介紹了水射流清洗技術(shù)的工作原理、特點(diǎn)及其應(yīng)用現(xiàn)狀，并展望其發(fā)展前景和趨勢(shì)。
關(guān)鍵詞 水射流清洗技術(shù) 應(yīng)用現(xiàn)狀 發(fā)展趨勢(shì)
Abstract In resent years, water jet cleaning technology has obtained extensive application in many fields, and results of its application are notable. This paper mainly introduces operating principle feature and current situation of application of water jet cleaning technology, then, describes its development foreground and trend.
Key words water jet cleaning technology current situation of application
development trend
水射流清洗是一項(xiàng)不斷發(fā)展的清洗技術(shù)，傳統(tǒng)的水射流清洗是延用至今的低壓大流量水射流沖洗，那時(shí)水射流清洗作業(yè)又稱為“水力剝層”。而高壓水射流清洗技術(shù)是水射流清洗技術(shù)的最新發(fā)展。由于世界各國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)日益重視，高壓水射流清洗技術(shù)以其廣泛的通用性和對(duì)環(huán)境無(wú)害性在清洗行業(yè)異軍突起，備受清洗行業(yè)的表睞，應(yīng)用日益廣泛。
1.高壓水射流清洗技術(shù)的工作原理和特點(diǎn)
高壓水射流清洗技術(shù)的工作原理是利用高壓水泵將普通水的壓力提高至40－250MPa，單槍流量約為20-39L/min，從噴嘴射出，形成超高壓水射流或磨料水射流，利用水射流的強(qiáng)大沖擊力、沖蝕力和剝離能力，快速地將涂層、結(jié)垢，鐵銹和油漆去除干凈。在清洗時(shí)，可采用純水射流清洗和磨料水射流清洗兩種方式。采用純水清洗時(shí)，水射流的壓力很高，可采用旋轉(zhuǎn)噴頭，清洗速度快，設(shè)備簡(jiǎn)單。采用磨料水射流清洗時(shí)，水射流的壓力相對(duì)較小，磨料為便宜的石莫砂，操作相對(duì)復(fù)雜。水射流清洗技術(shù)是射流技術(shù)和清洗設(shè)備組合在一起而形成的。磨料水射流是磨料與高速流動(dòng)的水或者與高壓水互相混合而形成的液固兩相介質(zhì)射流。磨料射流也稱為高效射流（也包括脈沖射流，空化射流等），分為后混合磨料射流，前混合磨料射流和外混合磨料射流。外混合磨料射流主要用于清洗。在清洗技術(shù)中實(shí)際應(yīng)用的水射流大致可以分為三種類型：連續(xù)射流、脈沖射流和空化射流。連續(xù)射流又根據(jù)其周圍介質(zhì)分為：淹沒(méi)射流和非淹沒(méi)射流，高壓水射流清洗使用非淹沒(méi)連續(xù)射流。水射流清洗的工作參數(shù)主要是射流的工作壓力和流量，其中，尤以壓力對(duì)水射流的影響顯著，只有當(dāng)水射流的工作壓力達(dá)到一定值時(shí)，才能對(duì)材料造成破壞。提高水射流的沖蝕和切割效果的有力措施是適當(dāng)?shù)靥岣吖ぷ鲏毫?，而要提高水射流的崩裂、剝離及沖運(yùn)效果，則要在保證足夠壓力的情況下，增加射流的水流量。高壓水射流清洗裝置稱為高壓水射流清洗機(jī)主要由高壓柱塞泵、動(dòng)力部分、噴嘴、高壓軟管及工作附件等組成。
2. 高壓水射流清洗的應(yīng)用現(xiàn)狀
高壓水射流清洗是物理清洗方法中的一項(xiàng)重要的新技術(shù)，物理清洗技術(shù)是世界清洗技術(shù)發(fā)展的方向，而化學(xué)清洗只能適用于有限的清洗對(duì)象。通過(guò)多年的研究與實(shí)踐，越來(lái)越多的用戶開始尋找和轉(zhuǎn)向物理清洗方法。與傳統(tǒng)的手工、機(jī)械方法清洗、化學(xué)方式清洗相比，高壓水射流清洗具有如下優(yōu)點(diǎn)：
1． 選擇合適的壓力等級(jí)，高壓水射流清洗不會(huì)損傷被清洗機(jī)體。
2． 清洗過(guò)后的零部件不需要進(jìn)行潔凈處理。
3． 能夠清洗形狀和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件，能在空間狹窄、復(fù)雜環(huán)境、惡 劣有害的場(chǎng)合進(jìn)行清洗。
4． 清洗效率高、質(zhì)量好，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，安全可靠。
5． 易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化、便于數(shù)字控制。
6． 高壓水射流清洗是用普通自來(lái)水于高速度下的沖刷清洗，所以它不污染，環(huán)境，不腐蝕設(shè)備，不會(huì)造成任何機(jī)械損傷，還可除去用化學(xué)清洗難溶或不能溶的特殊垢。
由于高壓水射流清洗是利用水射流的打擊力將附著物清除掉，在水中不需加入任何化學(xué)藥劑。因此高壓水射流清洗技術(shù)范圍非常廣泛，幾乎遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，被清洗物的形狀、大小和性質(zhì)差異很大，清洗要求也各不相同。具體來(lái)說(shuō)，在石油化工、電力、冶金等工業(yè)部門中得到廣泛的應(yīng)用，可用于清洗容器，也可用于清洗各種設(shè)備、管道、煤氣管線及換熱器，還可用于清洗船舶上積附的海洋生物和鐵銹、鋼鐵鑄件上的清砂等。
水射流技術(shù)的清洗對(duì)象主要有：換熱器，包括列管式換熱器、管程換熱器、螺旋板式換熱器、蒸發(fā)器等；管道，包括各種輸送物料管、廢水、廢渣排放管、管網(wǎng)及管式干燒器等；容器，包括反應(yīng)塔、缸、罐釜、沸騰槽、混合器、冷卻塔、槽車仍儲(chǔ)罐等，專業(yè)器材包括船舶、機(jī)場(chǎng)跑道、鉆桿、鉆具、機(jī)車、軋機(jī)和鋼鐵構(gòu)件及陽(yáng)極板等；其它設(shè)備包括過(guò)濾機(jī)板框、柵格板、水泥地板、排風(fēng)機(jī)、送風(fēng)管及大型零部件等，被清洗的物料包括各種類型的結(jié)垢、結(jié)晶、板結(jié)、附著物、反應(yīng)成沉淀物料及涂料、油漆、油污等。近年來(lái)，高壓水射流清洗技術(shù)還要更深入、更廣泛的領(lǐng)域擴(kuò)展、延伸。高壓水射流清洗火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，清洗飛機(jī)跑道、清洗50萬(wàn)伏超高壓線路，清洗火炮筒壁等主面也都取得了一定進(jìn)展。此處，高壓水射流技術(shù)非常適合核電站及核化條件清洗。對(duì)核電站的清洗，是保證核電站安全正常運(yùn)行必不可少的重要工作。水射流清洗核電站技術(shù)優(yōu)于化學(xué)、機(jī)械等清洗方法，是目前最理想的清洗方法。在野戰(zhàn)條件下式軍事演習(xí)后對(duì)遭受核生化污染的人員、武器、技術(shù)裝備也可采用高壓水射流清洗。
3. 高壓水射流清洗技術(shù)的發(fā)展前景
采用先進(jìn)的高壓水射流清洗技術(shù)，取代傳統(tǒng)落后的清洗方法，可大幅度地提高清洗質(zhì)量和清洗效率、降低成本、改善工作環(huán)境，避免污染。特別是近10年來(lái)，由于高壓往復(fù)式柱塞泵以及與配套的高壓軟管。高壓閥和旋轉(zhuǎn)接頭等輔助裝置的提高，性能的改善；國(guó)內(nèi)外一些高壓水射流清洗技術(shù)的研究成果已逐步形成商品，應(yīng)用的領(lǐng)域和范圍還在迅速擴(kuò)大。
從整體上來(lái)說(shuō)，水射流清洗產(chǎn)業(yè)的回化進(jìn)程將加快，即向?qū)I(yè)化、社會(huì)化、系列化和高級(jí)化方向發(fā)展，全能化和全程化服務(wù)水平不斷提高【1】。在工業(yè)清洗行業(yè)中，高壓水射流清洗技術(shù)將占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，是我國(guó)工業(yè)清洗的必由之路【3】。在高壓水射流技術(shù)設(shè)備自身實(shí)現(xiàn)可靠運(yùn)行的前提下，提高智能化水平。高壓水射流、機(jī)器人與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的結(jié)合，將是高壓水射流清洗技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。
參考文獻(xiàn)：
【1】 曹昊翔，張正學(xué).水射流清洗技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及其前景.長(zhǎng)沙礦山研究建院50周年院慶論文集，2006.10
【2】 孫建勛，陳毅強(qiáng)，趙隕.高壓水射流清洗技術(shù).管道技術(shù)與設(shè)備，
2001.2
【3】 辛承梁.高壓水射流的清洗功能.化學(xué)清洗，1992.
附錄2
水射流的數(shù)值模擬
摘要
計(jì)算流體力學(xué)的方法已經(jīng)發(fā)展到找出在磨料－空氣－水噴射形成期間在管嘴處相遇的微粒和空氣的速度的分布情況。這項(xiàng)研究已進(jìn)行了采用一種多相方法。磨粒被視為一個(gè)固體顆粒連續(xù)相。被用于抽取磨粒進(jìn)入噴射裝置的空氣被視為一連續(xù)相，水被視為主要的連續(xù)相?；痉匠屉x散為采用有限體積方法?；痉匠痰慕夥ㄊ遣捎孟嚅g滑移算法?；痉匠探剖褂猛牧髂Ｐ汀．?dāng)空氣相集中于混合頻管的中心區(qū)域時(shí)，磨粒進(jìn)入噴嘴和集中管，在這兩個(gè)地方微粒沿著無(wú)孔壁面分布、沿著管壁飄動(dòng)。在集中管處，空氣相和水相的分布形式表明了一個(gè)可能的振動(dòng)。采用不同的磨料進(jìn)口角度和不同的磨料進(jìn)口位置進(jìn)行仿真模擬實(shí)驗(yàn)。模擬的結(jié)果清楚地表明，磨料進(jìn)口角度和位置對(duì)集中管出口處速度分布的影響。從模擬中發(fā)現(xiàn)最優(yōu)的磨料進(jìn)口角度取決于磨料在混合室中的位置。當(dāng)磨料進(jìn)口位置靠近錐形部分，即混和空氣的較低部分時(shí)，較低的角度是有益的；當(dāng)磨料進(jìn)口位置靠近開孔口（節(jié)流口）的，即混合空氣的較高部分時(shí)，較高的角度是優(yōu)秀的。在出口處的空氣、水和磨料的速度和體積分?jǐn)?shù)與可得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。模擬的結(jié)果顯示出與試驗(yàn)數(shù)據(jù)很好的一致性。
1.引言
速度分布在磨料水射流精密切割中是非常重要的參數(shù)。找到水和磨料的速度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果已經(jīng)采用不同的方法獲得。但是在實(shí)際情況下，磨料水射流包含三相的流動(dòng)（水、空氣和固體）。大多數(shù)研究者已經(jīng)進(jìn)行了磨料和水的實(shí)驗(yàn)，由于在集中管的出口處的空氣速度是難以測(cè)量的。
Scharner et al 在1998年根據(jù)磨料的流動(dòng)頻率計(jì)算出空氣的流動(dòng)頻率。從他們的研究論文可以清楚地知道，混合室的幾何形狀對(duì)空氣流動(dòng)頻率有很大的影響。Abduka和 Crofton在1998年指出，在混合室內(nèi)部的真空壓力隨著水壓力的增加而增加，而且也取決于孔口部位的直徑。Neusen et al 在1994年指出關(guān)于容積積位的磨料水射流是由大約4%至6%的水，0.2%至0.5%的磨料和93%至95%的空氣所組成。Tazibt et al在1996年指出磨粒吸收的空氣占磨料水射流多于百分之九十的體積，于是在磨料水射流中，空氣有很大的影響。有些作者已試圖模擬磨料水射流，但是他們僅考慮到兩相（水和固體）。JainYe在1996年也試圖模擬磨料水射流，他考慮到粒子運(yùn)動(dòng)和粒子運(yùn)動(dòng)的拉格朗日方程的軌線。他指出漸細(xì)的進(jìn)口角度對(duì)在噴嘴出口的粒子聚集和運(yùn)動(dòng)的能量分布有著深遠(yuǎn)的影響。J Ye和R Kovacevic在1999年也還模擬了水射流的兩相，在這兩個(gè)模擬中，他們采用了直接注射的磨粒水射流（磨粒射流）。在本篇文章中，鑒于傳統(tǒng)噴嘴三相射流的情況，我們已試著模擬磨料水射流。
用計(jì)算流體力學(xué)方法來(lái)分析磨料水射流對(duì)找出在磨料水射流形成期間存在的不同相的速度分布是十分有用的工具。軟件CFX-4被用于這些模擬。水和固體被認(rèn)為是不可壓縮流，而空氣被認(rèn)為是可壓縮流。
本文論述磨料水射流所模擬的存在于傳統(tǒng)噴射系統(tǒng)的三相和不同磨料進(jìn)口角度及在混合室中的磨料進(jìn)口位置。
2.數(shù)學(xué)模型
依據(jù)雷諾數(shù)，顯然磨料水射流是湍流。水通常是以高速通過(guò)節(jié)流口的，然而空氣和磨料是以相當(dāng)小的速度流動(dòng)。從高速水到低速的磨粒有一個(gè)能量轉(zhuǎn)移，從而影響了工件。因此，磨料射流的沖擊性能是沖擊微粒的總質(zhì)量和他們?cè)谂鲎仓械乃俣鹊囊粋€(gè)參數(shù)。所有磨粒的平均速度是一個(gè)數(shù)量，這就必須決定提高截割頭設(shè)計(jì)。為了找出在噴嘴出口的速度分布采用模擬技術(shù)，水、空氣和固體系統(tǒng)需要被視為多相流。對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)、湍流和關(guān)于熱傳遞也進(jìn)行了模擬。在多相中水被視為主要相。模擬技術(shù)隨著湍流模型（湍流的動(dòng)能和能量損耗）采用CFX-4軟件而得到改善。
2.1模擬方程
三相由希臘記號(hào)、和標(biāo)記，它們分別代表水、空氣和固體，表示相的數(shù)目。每一相的體積分?jǐn)?shù)被標(biāo)記為。當(dāng)模擬仿真采用柱面坐標(biāo)系進(jìn)行時(shí)，變量由三個(gè)分量，像，所有的三相用歐拉方法。
由連續(xù)性方程：
-------------------------------------------------- （1）
由動(dòng)量方程：
------------------------（2）
這里，
----------------------------------------------------------------------（3）
和
-----------------------------------------------------------------------（4）
及能量方程（不可壓縮流）
-----------------------------（5）
其中是焓（熱函），，于是，狀態(tài)代數(shù)方程和每相的分量方程如下：
---------------------------------------------------------------------（6）
----------------------------------------------------------------------（7）
考慮到體積分?jǐn)?shù)總和是1：
普遍對(duì)流損耗方程是：
--------------（8）
術(shù)語(yǔ)描述在和之間范圍的相間轉(zhuǎn)換。
。于是，所有的相間的轉(zhuǎn)換術(shù)語(yǔ)的總和是0。
體積分?jǐn)?shù)方程：
------------------------------------------------（9）
其中
體積分?jǐn)?shù)的湍流擴(kuò)散采用Eddy擴(kuò)散假說(shuō)來(lái)模擬。假設(shè)在一個(gè)湍流相中參數(shù)為k和的運(yùn)輸方程將以同樣的形式作為相對(duì)標(biāo)量的對(duì)流損耗方程。
--------（10）
--------（11）
源術(shù)語(yǔ)被視為同它們的單相相似一樣，于是
--------------------------------------------------------------（12）
-----------------------------------（13）
其中P是剪切應(yīng)力，并且G是由于內(nèi)部力而產(chǎn)生的。
常數(shù)被設(shè)置為。
由于空氣被視為可壓縮流，其密度將隨著壓力的變化而變化，理想氣體定律：
-----------------------------------------------------------------------（14）
其中
用代碼存儲(chǔ)和解決的壓力P實(shí)際上是不同于熱力壓力p和固定參考?jí)毫?.
2.2幾何和參數(shù)
柱坐標(biāo)系是用來(lái)創(chuàng)建常規(guī)霧沬噴射的幾何。示意圖顯示在圖1中，對(duì)于三相流（水，空氣和固體）來(lái)說(shuō)，環(huán)境被認(rèn)為是在大氣條件。由那個(gè)原因額外的阻塞被創(chuàng)建，被當(dāng)作大氣壓和100％空氣的壓力邊界。然而，水壓被視為276MPa，幾何尺寸和參數(shù)見表1。磨料進(jìn)口角度和它的位置見圖2。
3．模擬仿真驗(yàn)證
盡管模擬發(fā)展為三相，為了充分驗(yàn)證理論結(jié)果，測(cè)量三相的速度是十分困難的。然而，在集中管出口處的速度分布已被Zoltani和Bicen在1990年所出版的一相流的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所證實(shí)。完全湍流，直徑25.4mm的兩相圓射流，20m/s的出口速度，包含1.5％的載荷密度的直徑為80μm的小珠在他們的測(cè)試中被檢驗(yàn)。他們利用激光多普勒在出口少數(shù)幾個(gè)位置測(cè)量空氣和固體的速度，展現(xiàn)在圖3到圖5的結(jié)果表明，發(fā)展起來(lái)的數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究處于良好的量的一致性。
一些其它的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)也被用來(lái)驗(yàn)證模擬結(jié)果，這些實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)提供在出口處三相體積分?jǐn)?shù)的測(cè)量法及提供對(duì)水、空氣和固體的分析。例如，Neusen et al在1991年使用X光掃描密度計(jì)來(lái)測(cè)量在出口處空氣、水和固體的體積分?jǐn)?shù)。X光掃描器產(chǎn)生一束非常細(xì)的為0.125mm的X射線，它通過(guò)射流并且受包含在射流內(nèi)的物質(zhì)的相互作用而減弱。X－射線束的強(qiáng)度通過(guò)使用一個(gè)閃爍探測(cè)器而被測(cè)得。吸光系數(shù)接著被用來(lái)估計(jì)空氣、水和磨料的局部平均物質(zhì)體積分?jǐn)?shù)。他們使用范圍從207到345MPa的壓力，和從0.34到0.57kg/min的磨料流動(dòng)率來(lái)測(cè)量4mm投射距離的體積分?jǐn)?shù)。源于模擬的體積分?jǐn)?shù)與這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。在集中管出口處即0mm投射距離處；從模擬中獲取體積分?jǐn)?shù)。在集中管出口處水的模擬體積分?jǐn)?shù)在靠近壁處是更高的。這可能導(dǎo)致射流裝置可能的閃爍現(xiàn)象。比較的體積分?jǐn)?shù)結(jié)果顯示于圖6.7.8中。
4.磨料進(jìn)口角度和它的位置的影響
模擬被發(fā)展為在混合室中不同的磨料進(jìn)口角度和它的位置。集中管出口處的速度分布在本節(jié)中被介紹。出口處的射流速度被發(fā)現(xiàn)取決于在混合室中的混合過(guò)程及磨粒加速過(guò)程中所花費(fèi)的時(shí)間，也有從水到磨粒的動(dòng)量轉(zhuǎn)移。對(duì)于傳統(tǒng)的噴射系統(tǒng)，模擬條件在表1中被給出。
對(duì)于精密切割，靠近中心軸線的射流速度是重要的，而且靠近射流中心位置的速度應(yīng)該是最大速度。三個(gè)不同的磨料進(jìn)口位置被使用為獲得最佳的進(jìn)口位置（圖2）。磨料的中心距離距裝置的錐形部分是2.25mm。距混合室的較低部分分別為5.25mm和6.75mm的另外兩個(gè)磨料進(jìn)口位置也被考慮。對(duì)于不同的磨料進(jìn)口角度，空氣和固體將從在混合室、錐形部分和集中管中的不同位置彈回。表2說(shuō)明了這些現(xiàn)象。
顯然，從表2中，如果進(jìn)口角度在20.56°和55.56°之間，在距錐形部分為2.25mm的磨料進(jìn)口位置，磨料將會(huì)擊中斜面。如果進(jìn)口角度少于20.56°，那么它將擊中混合室。圖9表明了在集中管出口為不同磨料進(jìn)口角度的水速。對(duì)于30°進(jìn)口角度，水速被發(fā)現(xiàn)比沿半徑的其它水速要高。同樣，圖10和11顯示了不同的磨料進(jìn)口角度的空氣和固體的速度。從圖9至圖11，顯然，對(duì)于30°磨料進(jìn)口角度，由噴嘴的這種幾何輪廓射流速度才變成最大。但是如果幾何尺寸被改變，像混合室長(zhǎng)度和直徑，錐形進(jìn)口角度等，在最大射流速度，最佳磨料進(jìn)口角度可能會(huì)改變。
在這里還應(yīng)該提到，對(duì)于30°磨料進(jìn)口角度，沿半徑方向的不同相的速度是不準(zhǔn)確的模式。這暗示著在混合室內(nèi)混合過(guò)程是不足夠得到在射流中心位置處的最大速度。圖12顯示了不同磨料進(jìn)口角度的射流的平均速度。顯然，對(duì)于30°磨料進(jìn)口角度（29°磨料進(jìn)口角度也被使用為獲得一個(gè)精確的模式），射流的平均速度是最大的。圖13顯示了靠近中心軸線處水、空氣和固體的速度，并且能看出對(duì)于30°磨料進(jìn)口角度，不同相的各自速度是最大的，而且遵循一個(gè)幾乎相似的模式。若是75°，三相的速度是相似的但不是最大。
下一步準(zhǔn)備找出不同磨料進(jìn)口角度對(duì)進(jìn)口位置的影響。就圖12中所說(shuō)明的結(jié)果而論，模擬技術(shù)被發(fā)展為不同的磨料進(jìn)口角度（30°，45°和60°）和不同的進(jìn)口位置。
新的磨料進(jìn)口位置距錐形部分為6.75mm，模擬是采用為30°，45°和60°磨料進(jìn)口角度進(jìn)行的。一個(gè)附加的模擬被實(shí)施采用45°磨料進(jìn)口角度，進(jìn)口位置為5.25mm。對(duì)于精密切削，靠近射流中心區(qū)域射流速度應(yīng)該是最大。圖14至16展示了在沿著半徑方向?yàn)?0°磨料進(jìn)口角度和兩個(gè)不同的進(jìn)口位置的出口平面處的速度分布。盡管為以前的進(jìn)口位置，卻獲得了一個(gè)更好的結(jié)果。但是如果45°進(jìn)口角度，對(duì)5.25mm的進(jìn)口位置來(lái)說(shuō)，更好的結(jié)果會(huì)被獲得。這些結(jié)果展示在圖17，18和19中。但是如果是60°的磨料進(jìn)口角度（圖20，21和22），當(dāng)使用6.75mm的磨料進(jìn)口位置，更好的結(jié)果會(huì)被找到。于是，顯然，對(duì)于靠近孔口或者混合室的較高面的進(jìn)口位置，一個(gè)更高的角度是最佳磨料進(jìn)口角度。對(duì)于磨料進(jìn)口角度的較高位置，速度分布圖顯示了最大速度是在射流中心線的附近。
5.結(jié)論
如果磨料進(jìn)口位置接近錐形部分即混合室的底部，當(dāng)考慮到射流的最大速度時(shí)，一個(gè)較低的角度將是最佳的磨料進(jìn)口角度。
如果進(jìn)口位置朝著孔口方向改變（即混合室的較高位置），一個(gè)較高的磨料進(jìn)口角度將是最佳的。一個(gè)磨料進(jìn)口角度的較高位置即靠近孔口速度分布圖，表明射流的最大速度是在中心軸線附近。這也在混合室中，混合過(guò)程是最佳的，于是射流的閃爍現(xiàn)象減至最低限度，因此精密射流切割能夠?qū)崿F(xiàn)。
6．致謝
編者們要感謝澳大利亞研究咨詢委員會(huì)支持本項(xiàng)工作（作品）。
7．參考文獻(xiàn)（略）
8．學(xué)術(shù)用語(yǔ)
B 內(nèi)部力 c相間術(shù)語(yǔ) C常數(shù) D集中管直徑 F內(nèi)部相非阻力 G基于內(nèi)部力的產(chǎn)品 h熱力學(xué)焓 H總焓或狀態(tài)焓 k動(dòng)能
相的總數(shù) p熱力學(xué)壓力 P壓力/剪切應(yīng)力 參考?jí)毫?
r半徑 R普遍氣體常數(shù) S源術(shù)語(yǔ) t時(shí)間 T溫度 U速度 射流速度 W分子量 x出口距離 柱面坐標(biāo)
錐形進(jìn)口部分計(jì)算角度 磨料進(jìn)口角度 物理性質(zhì) 密度 湍流普蘭特爾數(shù) 湍流動(dòng)能損耗 導(dǎo)熱系數(shù) 分子黏度 湍流黏度 渦流渦流擴(kuò)散系數(shù)
下標(biāo)（腳碼、索引）
a空氣 P磨粒 w水 T湍流 、、相
符號(hào)
d阻力 h熱轉(zhuǎn)移 T張量
9.表格
表格1. 模擬條件
噴嘴尺寸
孔口直徑 0.33mm
混合室直徑 6mm
混合室長(zhǎng)度， 12mm
錐形進(jìn)口角度
集中管直徑， 1.27mm
集中管長(zhǎng)度 75mm
磨料進(jìn)口直徑 3mm
水的密度
空氣密度
磨料密度
磨料直徑
進(jìn)口條件
水壓
氣壓
磨料質(zhì)量流動(dòng)率
空氣流動(dòng)率
磨料進(jìn)口角度
表格2
距錐形管距離(mm)
角度范圍（空氣和磨料將擊中斜面）
角度范圍（空氣和磨料將通過(guò)集中管）
2.25
5.25
6.75
10.圖
圖1，磨料水射流噴嘴示意圖 圖2，混合室中的網(wǎng)格和板型
圖3，空氣速率 圖4，固體粒子速率
圖5，水的速率 圖6，水的體積分?jǐn)?shù)
圖7，磨料的體積分?jǐn)?shù) 圖8，空氣的體積分?jǐn)?shù)
圖9，集中管出口處沿半徑方向的水速
圖10，集中管出口處沿半徑方向的空氣速度
圖11，集中管出口處沿半徑方向的固體速度
圖12，不同磨料進(jìn)口角度的射流平均速度
圖13，不同磨料進(jìn)口角度的射流中心線附近的相的速度
圖14，兩不同位置處磨料進(jìn)口角度的水的速度
圖15，兩不同位置處磨料進(jìn)口角度的空氣速度
圖16，兩不同位置處磨料進(jìn)口角度的固體速度
圖17，三個(gè)不同位置處磨料進(jìn)口角度的水的速度
圖18，三個(gè)不同位置處磨料進(jìn)口角度的空氣速度
圖19，三個(gè)不同位置處磨料進(jìn)口角度的固體速度
圖20，兩不同位置處磨料進(jìn)口角度的水的速度
圖21，兩不同位置處磨料進(jìn)口角度的空氣速度
圖22，兩不同位置處磨料進(jìn)口角度的固體速度
附錄3
黑龍江科技學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書
學(xué)生姓名：
任務(wù)下達(dá)日期： 2007 年 1 月 5 日
設(shè)計(jì)開題日期： 2007 年 4 月 13 日
設(shè)計(jì)開始日期： 2007 年 4 月 16 日
中期檢查日期： 2007 年 5 月 18 日
設(shè)計(jì)完成日期： 2007 年 6 月 29 日
一、設(shè)計(jì)題目：水射流噴丸強(qiáng)化測(cè)試件裝卡試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)
二、專題題目： 水射流清洗技術(shù)研究現(xiàn)狀
三、設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：被試件裝卡的方案實(shí)現(xiàn)、齒輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)、帶傳動(dòng)和電動(dòng)機(jī)的選型、軸承的校核、機(jī)構(gòu)總圖的繪制以及組件圖和零件圖的繪制。
說(shuō)明書（一般部分加外文翻譯）：2萬(wàn)字左右；
圖紙（內(nèi)容、幅面及數(shù)量）：合計(jì)零號(hào)3張左右。
1、水射流噴丸強(qiáng)化測(cè)試件裝卡試驗(yàn)裝置總圖： A0 1張
2、水射流噴丸強(qiáng)化測(cè)試件裝卡試驗(yàn)裝置傳動(dòng)系統(tǒng)圖： A0 1張
3、行星減速器設(shè)計(jì)： A0 1張
4、零件圖： A3 1張 A2 2張
四、設(shè)計(jì)目標(biāo)：根據(jù)所給設(shè)計(jì)參數(shù)試件長(zhǎng)200mm，夾持直徑Φ12（js）噴丸長(zhǎng)度40mm(Φ9.5)和工作環(huán)境的要求，進(jìn)行水射流噴丸試件裝卡裝置的設(shè)計(jì)，使之能達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)要求和工作要求，并保證操作簡(jiǎn)單、維護(hù)容易。
指 導(dǎo) 教 師：
院（系）主管領(lǐng)導(dǎo)：
年 月 日
摘 要
高壓水射流噴丸強(qiáng)化工藝是近30年來(lái)迅猛發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)。加強(qiáng)水射流噴丸強(qiáng)化工藝的試驗(yàn)研究，對(duì)改善產(chǎn)品質(zhì)量和提高零件使用壽命都具有十分重要的意義。該課題是黑龍江省教育廳計(jì)劃項(xiàng)目“前混合磨料射流噴丸強(qiáng)化的研究”中涉及到的試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)，目的是解決被測(cè)試件的裝卡和以一定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)的問(wèn)題。本研究主要是設(shè)計(jì)噴丸強(qiáng)化裝夾裝置，針對(duì)試件裝夾受力要求嚴(yán)格的問(wèn)題，以彈性?shī)A頭和與試件間隙配合的軸承為要點(diǎn)，對(duì)裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)，還進(jìn)行了整體設(shè)計(jì)，通過(guò)比較分析確定最佳設(shè)計(jì)方案。
本文介紹了高壓水射流噴丸強(qiáng)化技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r等，對(duì)NGW型行星減速器進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，并對(duì)帶傳動(dòng)傳動(dòng)組件進(jìn)行了選型。此外，還作了經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析。
該裝夾裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝夾方便、制造成本低等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞 水射流 噴丸強(qiáng)化 彈性?shī)A頭 行星減速器
Abstract
The craft on water jet shot peening at high pressure has been a new technology developed rapidly in the past thirty years. It is an extremely important meaning for improving the quality of production and increasing the service life of spare parts by way of strengthening experimental research of water jet shot peening craft. The task is the design of test apparatus involved in the planned item “the research of the pre-mixed abrasive jet shot peening” of the Education Department of Heilongjiang province, with the aim of solving the problem on installation and vise of specimen, as well as rotating at a specified rotational speed .
The research mainly designs the chucking fixture of shot peening and in allusion to the question that the force that the specimen undergoes has strict restrictions when the specimen is in the course of operation, we take collet and bearing as a bottom line to design chucking fixture, besides this bearing is clearance conjunction with the specimen. Moreover, we yet carry out the whole design. The optimal design scheme is confirmed by way of comparing and analyzing several design schemes put forward.
This paper introduces the development state of water jet shot peening technology at high pressure, etc, then the design calculations of NGW planet-gear speed reducer and the selection type of belt-driving of transmission assembly are carried out. In addition analysis of economic technology is accomplished.
Key words water jet shot peening collet
planet-gear speed reducer[1]
目 錄
第1章 緒 論 1
1.1研究的目的及意義 1
1.2概述 1
1.2.1 高壓水射流噴丸強(qiáng)化技術(shù)在國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 1
1.2.2高壓水射流噴丸強(qiáng)化機(jī)理及特點(diǎn) 2
1.2.3高壓水射流噴丸強(qiáng)化技術(shù)發(fā)展前景 2
1.3 本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 3
第2章 總體設(shè)計(jì) 4
2.1 確定總體傳動(dòng)設(shè)計(jì)方案 4
2.2 對(duì)方案的說(shuō)明 7
第3章 漸開線行星減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算 9
3.1 電動(dòng)機(jī)的選型 9
3.1.1 電動(dòng)機(jī)容量的選擇 9
3.2 傳動(dòng)比的分配 10
3.3 減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算 11
3.3.1配齒計(jì)算 11
3.3.2 按接觸強(qiáng)度初算A-C傳動(dòng)的中心距a和模數(shù)m 12
3.3.3 計(jì)算A-C傳動(dòng)的實(shí)際中心距和嚙合角 13
3.3.4 計(jì)算C-B傳動(dòng)的中心距和嚙合角 13
3.3.5 幾何尺寸計(jì)算 13
3.3.6 驗(yàn)算A-C傳動(dòng)的接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度 15
3.3.7 驗(yàn)算C-B傳動(dòng)的接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度 19
3.4 行星齒輪減速器主要零件的設(shè)計(jì) 20
3.4.1 行星輪軸直徑 20
3.4.2確定輸出軸的直徑 21
3.4.3選擇軸承 22
3.4.4浮動(dòng)的齒輪聯(lián)軸器 23
3.4.5浮動(dòng)齒輪聯(lián)軸器的幾何尺寸的計(jì)算 23
3.4.6 行星架及輸入軸的的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 25
第4章 V帶傳動(dòng)的選型設(shè)計(jì) 26
4.1傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 26
4.2 V帶的選型設(shè)計(jì)計(jì)算 26
第5章 試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 31
5.1計(jì)算裝置中裝夾機(jī)構(gòu)中彈性?shī)A頭的最小錐度 32
5.2裝置的軸承的選用及校核 33
5.2.1 軸承選用 33
5.2.2 對(duì)選用軸承的校核計(jì)算 34
第6章 減速器和強(qiáng)化裝置的潤(rùn)滑方式的選擇 36
6.1 NGW行星減速器的潤(rùn)滑 36
6.2 NGW行星減速器齒輪潤(rùn)滑油的使用要求 36
6.3 水射流噴丸強(qiáng)化測(cè)試件試驗(yàn)裝置的潤(rùn)滑 36
第7章 傳動(dòng)系統(tǒng)中聯(lián)軸器的選擇和各組件的固定 37
7.1 聯(lián)軸器的選擇 37
7.2 傳動(dòng)系統(tǒng)各組件的固定 37
第8章 經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析 38
結(jié) 論 39
致 謝 40
參考文獻(xiàn) 41
45
第1章 緒 論
1.1研究的目的及意義
本文所設(shè)計(jì)的課題是黑龍江省教育廳計(jì)劃項(xiàng)目“前混合磨料射流噴丸強(qiáng)化的研究”中涉及到的試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)，目的是解決被測(cè)試件的裝卡和以一定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)的問(wèn)題。該課題具有裝卡精確、受力要求嚴(yán)格、能夠鍛煉考慮問(wèn)題細(xì)致和創(chuàng)新能力，同時(shí)可以鍛煉科研能力。
1.2概述
1.2.1 高壓水射流噴丸強(qiáng)化技術(shù)在國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r
材料表面改性作為傳統(tǒng)材料性能優(yōu)化的基礎(chǔ)研究被列為國(guó)家自然科學(xué)基金“九五”、“十五”優(yōu)先資助領(lǐng)域,充分體現(xiàn)了表面改性技術(shù)在促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和貫徹可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中的顯著作用和重要地位。而在表面涂鍍、表面合金化和摻雜、表面組織轉(zhuǎn)化等眾多表面改性技術(shù)群中,對(duì)提高金屬零構(gòu)件抗交變載荷作用下的疲勞能力最顯神威的是噴丸強(qiáng)化技術(shù)。它集制造工藝和使用維修于一體,從邊際設(shè)計(jì)的維修補(bǔ)救措施,發(fā)展到原型設(shè)計(jì)的一部分。目前,廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車、核動(dòng)力、兵器、石油、煤炭、化工、機(jī)車、工程機(jī)械、汽輪機(jī)、農(nóng)機(jī)、塑料模具電氣開關(guān)等眾多工業(yè)部門。隨著科技的進(jìn)步,新的噴丸方法不斷涌現(xiàn),超音速噴丸、高壓水射流噴丸、高能振動(dòng)噴丸等相繼問(wèn)世。高壓水射流技術(shù)是近30年來(lái)迅猛發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)。它的應(yīng)用范圍由單純采礦業(yè)的水力開采發(fā)展到機(jī)械、化工航空、航天、建筑、紡織、冶金等眾多領(lǐng)域 ,用以切割、清洗、除銹和破碎等作業(yè)。在20世紀(jì)80年代末,Zafred 首先提出了利用高壓水射流進(jìn)行金屬表面噴丸強(qiáng)化的思想,從而開始了高壓水射流噴丸強(qiáng)化技術(shù)的研究。美國(guó)的Kunaporn等設(shè)計(jì)了高壓純水射流噴丸器。俄羅斯的 ФУДОВИН等研制了電液壓脈沖射流噴丸器。日本的Hitoshi等設(shè)計(jì)了帶有加熱器的空化射流噴丸器。日本開發(fā)了自吸式干丸后混合水射流噴丸強(qiáng)化加工設(shè)備。我國(guó)基于流體網(wǎng)絡(luò)理論設(shè)計(jì)了前混合水射流和前混合自激振蕩水射流噴丸強(qiáng)化裝置[2]。
1.2.2高壓水射流噴丸強(qiáng)化機(jī)理及特點(diǎn)
高壓水射流噴丸強(qiáng)化的基本原理，就是將攜帶巨大能量的高壓水射流以某種特定的方式高速噴射到金屬零構(gòu)件表面上，使零構(gòu)件表層材料在再結(jié)晶溫度下產(chǎn)生塑性形變(冷作硬化層)，呈現(xiàn)理想的組織結(jié)構(gòu)(組織強(qiáng)化)和殘余應(yīng)力分布(應(yīng)力強(qiáng)化)，從而達(dá)到提高零構(gòu)件周期疲勞強(qiáng)度的目的。高壓水射流噴丸強(qiáng)化時(shí)，在水射流的強(qiáng)烈沖擊碰撞下材料表層產(chǎn)生的變形是由多種作用引起的，對(duì)于不同的射流介質(zhì)、射流形式和噴射方式，各種作用效果不同，有的居于主導(dǎo)地位，有的處于次要位置。研究認(rèn)為，高壓純連續(xù)水射流噴丸強(qiáng)化時(shí)，水射流的滯止壓力引起的沖擊和彈性沖擊波產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)壓力起主導(dǎo)作用；脈沖水射流噴丸強(qiáng)化時(shí)，彈性沖擊波產(chǎn)生的動(dòng)態(tài) 壓力和液體橫向分流對(duì)表面的剪切作用居主要地位；空化水射流噴丸強(qiáng)化時(shí)，空泡潰滅產(chǎn)生的沖擊起主要作用；混合水射流 (混入彈丸)噴丸強(qiáng)化時(shí)，彈丸沖擊壓入產(chǎn)生的法向力和切向力起主導(dǎo)作用。研究表明，高壓水射流噴丸強(qiáng)化與傳統(tǒng)的噴丸強(qiáng)化具有相似的工藝過(guò)程和表現(xiàn)形式，水射流沖擊下在零構(gòu)件表層形成塑性形變，產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，增加了材料表面硬度，從而可以有效控制疲勞源的萌生和裂紋的擴(kuò)展，提高零構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度。
噴丸強(qiáng)化適應(yīng)性較廣；工藝簡(jiǎn)單、操作方便 ；生產(chǎn)成本低 、經(jīng)濟(jì)效益好；強(qiáng)化效果明顯。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展，帶有信息反饋監(jiān)控的噴丸技術(shù)已在實(shí)際生產(chǎn)中得到應(yīng)用，使強(qiáng)化的質(zhì)量得到了進(jìn)一步提高。目前噴丸強(qiáng)化不僅用于汽車工業(yè)領(lǐng)域的彈簧、連桿、曲軸、齒輪、搖臂、凸輪軸等承受交變載荷的部件，還廣泛用于其他工業(yè)領(lǐng)域。如噴丸強(qiáng)化可以提高電鍍零件的疲勞強(qiáng)度和結(jié)合力；各種合金鋼經(jīng)過(guò)任何一種電鍍處理后，一般均會(huì)導(dǎo)致疲勞強(qiáng)度下降10％--60％，而噴丸強(qiáng)化則可有效提高疲勞強(qiáng)度，同時(shí)還可以增加電鍍層的結(jié)合力，防止起泡。
1.2.3高壓水射流噴丸強(qiáng)化技術(shù)發(fā)展前景
目前，高壓水射流噴丸強(qiáng)化技術(shù)的研究剛剛起步，理論上有待發(fā)展，技術(shù)上有待完善。
1.3 本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容
本設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)水射流噴丸強(qiáng)化裝置中試件的奘夾夾具以及傳動(dòng)系統(tǒng)，主要包括水射流噴丸強(qiáng)化裝卡夾具裝置的設(shè)計(jì)、NGW型行星減速器的設(shè)計(jì)，V帶傳動(dòng)、電動(dòng)機(jī)和聯(lián)軸器的選型。同時(shí)還要進(jìn)行傳動(dòng)系統(tǒng)方案分析選擇和經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析、英文專題的研究和各組件的裝配圖和零件圖的繪制。
第2章 總體設(shè)計(jì)
2.1 確定總體傳動(dòng)設(shè)計(jì)方案
傳動(dòng)方案一般用機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖表示。它反映運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞路線和各部件的組成和連接關(guān)系。合理的傳動(dòng)方案首先要滿足機(jī)器的功能要求。此外，還要適應(yīng)工作條件（工作環(huán)境、場(chǎng)地、工作制度等），滿足工作可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、傳動(dòng)效率高、使用維護(hù)便利、工藝性和經(jīng)濟(jì)性合理等要求。要同時(shí)滿足這些要求是比較困難的，因此要通過(guò)分析比較多種方案來(lái)選擇能保證重點(diǎn)要求的較好的傳動(dòng)方案[11]。圖2－1、2－2、2－3和2－4所示為水射流噴丸強(qiáng)化奘卡裝置的四組傳動(dòng)方案。
第一組方案：
圖2－1聯(lián)軸器－V帶方案示意圖
第二組方案：
圖2－2 雙聯(lián)軸器方案示意圖
第三組方案：
1－頂輪機(jī)構(gòu)
圖2－3頂輪機(jī)構(gòu)方案示意圖
第四組方案：
圖2－4雙驅(qū)動(dòng)方案示意圖
對(duì)以上四組方案進(jìn)行比較分析，確定選擇最佳設(shè)計(jì)方案。
第一組方案：由于水射流噴丸強(qiáng)化測(cè)試件裝卡試驗(yàn)裝置中所要求設(shè)計(jì)的裝卡夾具在裝夾試件時(shí)，必須使試件在夾緊過(guò)程中滿足以下條件：裝卡精確、受力要求嚴(yán)格，即試件在夾緊和工作的過(guò)程中，試件的中間段部分處于自由狀態(tài)，也就是說(shuō)不受外力、彎矩和扭矩的作用。依據(jù)試件的裝卡和受力條件，以及裝夾方便等要求，此方案設(shè)計(jì)為采用V帶傳動(dòng)，聯(lián)接減速器和裝置，減速器和電動(dòng)機(jī)之件由聯(lián)軸器聯(lián)接（方案示意圖如圖2－1所示）。由于帶傳動(dòng)為柔性傳動(dòng)，具有緩沖和減震作用，且?guī)У拇蚧哂邪踩雷o(hù)作用，因此，采用V帶傳動(dòng)是合理且可行的。同時(shí)裝置的大帶輪裝在固定的支承軸的軸承上，開有花鍵槽孔的花鍵透蓋通過(guò)螺栓固定在帶輪上，并通過(guò)花鍵與帶有孔的花鍵旋轉(zhuǎn)軸相聯(lián)接，具體情況見水射流噴丸強(qiáng)化裝卡裝置圖（圖號(hào)為SPQ02）。夾具機(jī)構(gòu)采用彈性?shī)A頭（見參考文獻(xiàn)[3]《夾具－非標(biāo)準(zhǔn)夾緊裝置》 〔美〕 HIRAME·GRANT 編著 機(jī)械工業(yè)出版社 1975.9）夾持試件，使試件具有較高的同軸度，因而裝夾精度高。而試件的另一端采用軸承作為支承件，軸承和試件為間隙配合，這樣試件可以通過(guò)左端花鍵旋轉(zhuǎn)軸孔進(jìn)出裝置，旋轉(zhuǎn)軸的孔、試件和軸承的中心處于一條直線上，故用桿通過(guò)右軸承孔可以頂出試件，從而能夠使裝夾十分方便。綜上所述，此方案完全符合設(shè)計(jì)要求。
第二組方案：與第一組方案不同，此方案中的裝夾裝置直接通過(guò)聯(lián)軸器與行星減速器相連雖說(shuō)總體結(jié)構(gòu)比較緊湊，但由于聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)的限制，使得旋轉(zhuǎn)軸有孔如同無(wú)孔，且聯(lián)軸器不具有V帶的安全防護(hù)作用。這樣，就會(huì)使裝夾試件時(shí)操作不方便，影響裝夾效率。因此，此方案較之第一組方案不夠合理。
第三組方案：此方案中除裝夾裝置中的支承部件不同外，其余設(shè)計(jì)部分均與第一組方案相同。由于此方案的支承部件采用了頂輪機(jī)構(gòu)，與軸承相比，勢(shì)必增大了對(duì)試件的摩擦力，從而影響試件的受力狀態(tài)，雖影響不大，但還是有悖于設(shè)計(jì)要求，而第一組方案雖說(shuō)也存在摩擦力，但與頂輪機(jī)構(gòu)相比要小的多，故可以視為無(wú)影響作用。故此方案不夠恰當(dāng)。
第四組方案：此方案為通過(guò)齒輪進(jìn)行雙驅(qū)動(dòng)，由于齒輪在設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)存在誤差，因此，兩對(duì)相同型號(hào)的齒輪在嚙合傳動(dòng)時(shí)，其傳動(dòng)的情況也不可能完全相同，即不能夠達(dá)到完全同步效果，會(huì)引起兩驅(qū)動(dòng)齒輪的不協(xié)調(diào)性的發(fā)生，使測(cè)試件產(chǎn)生扭曲變形，這是設(shè)計(jì)所不允許的。況且裝夾裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也比較復(fù)雜，而齒輪傳動(dòng)的維護(hù)也不方便，使用壽命短，同時(shí)制造費(fèi)用高而又不夠經(jīng)濟(jì)。因此，此方案也不夠妥當(dāng)。
通過(guò)對(duì)以上四組方案的比較分析，確定選擇第一組方案為最佳設(shè)計(jì)方案。
2.2 對(duì)方案的說(shuō)明
對(duì)最佳方案（第一組方案）的裝夾裝置的設(shè)計(jì)及減速器的選用設(shè)計(jì)作如下說(shuō)明：水射流噴丸強(qiáng)化測(cè)試件裝卡試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)主要分為兩部分：一部分為夾緊且傳遞運(yùn)動(dòng)部分，其裝夾夾具設(shè)計(jì)為彈性?shī)A頭，為錐形結(jié)構(gòu)，為防止自鎖采用大于莫氏錐度的角度。另一部分為支承部件，采用軸承結(jié)構(gòu)，試件與軸承為間隙配合以滿足試件受力要求嚴(yán)格的條件。減速器的選用設(shè)計(jì)：考慮到減速器在此傳動(dòng)系統(tǒng)中的作用為分配傳動(dòng)比，以降低轉(zhuǎn)速，使試件達(dá)到所要求的轉(zhuǎn)速，并且僅傳遞運(yùn)動(dòng)而不傳動(dòng)動(dòng)力，因此選擇行星減速器作為設(shè)計(jì)對(duì)象。因?yàn)樾行驱X輪傳動(dòng)與普通的定軸齒輪傳動(dòng)相比，具有質(zhì)量小、傳動(dòng)比大、承載能力大以及傳動(dòng)平穩(wěn)和傳動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn)；這些已被我國(guó)越來(lái)越多的機(jī)械工程技術(shù)人員所了解和重視。由于在各種類型的行星齒輪傳動(dòng)中均有效地利用了功率分流性和輸入、輸出的同軸性以及合理地采用內(nèi)嚙合，才使得其具有了上述的許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。行星齒輪傳動(dòng)不僅適用于高速、大功率，而且可用于低速、大轉(zhuǎn)矩的機(jī)械傳動(dòng)裝置上。
第3章 漸開線行星減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1 電動(dòng)機(jī)的選型
3.1.1 電動(dòng)機(jī)容量的選擇
1.計(jì)算噴丸強(qiáng)化的打擊力
由于裝置工作時(shí)，對(duì)試件進(jìn)行噴丸強(qiáng)化，考慮到試件的受力狀況，采用對(duì)稱雙噴頭對(duì)試件噴丸強(qiáng)化，這樣試件所受的噴丸強(qiáng)化時(shí)水射流的打擊力就會(huì)相互抵消。
設(shè)噴丸強(qiáng)化時(shí)每個(gè)彈丸的打擊面積為，彈丸直徑，打擊時(shí)對(duì)試件的阻力系數(shù)，由參考文獻(xiàn)知一般的噴丸設(shè)備的每個(gè)噴嘴的噴丸量為，本設(shè)計(jì)取為。則單個(gè)噴嘴每秒鐘的噴丸數(shù)
（3－1）
式中—彈丸的密度，??；
—單個(gè)彈丸的體積，；
將數(shù)據(jù)代入式（3－1）得，則兩個(gè)噴嘴每秒鐘的噴丸數(shù)為。每個(gè)彈丸對(duì)試件的打擊力為
,
則試件在1秒鐘所受的總的阻力為。
2．電動(dòng)機(jī)容量的選擇
由計(jì)算得知工作機(jī)所需有效功率
，
傳動(dòng)系統(tǒng)總效率
式中—彈性柱銷聯(lián)軸器的效率，查參考文獻(xiàn)[10]，取；
—浮動(dòng)齒輪聯(lián)軸器的效率，由文獻(xiàn)[10]，?。?
—太陽(yáng)輪與行星輪的嚙合效率，由文獻(xiàn)[10]，?。?
—行星齒輪軸承的效率，由文獻(xiàn)[10]，取。
工作機(jī)所需電動(dòng)機(jī)功率
由文獻(xiàn)所列Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)中可以確定，滿足條件的電動(dòng)機(jī)額定功率應(yīng)取為0.55kW。
現(xiàn)場(chǎng)一般采用三相交流電源，且根據(jù)工作機(jī)的轉(zhuǎn)速，以及傳動(dòng)系統(tǒng)的情況，初選常用的Y2-90L-8型三相異步電動(dòng)機(jī)，額定功率，滿載轉(zhuǎn)速,效率。
3.2 傳動(dòng)比的分配
由工作機(jī)即裝置的轉(zhuǎn)速,裝置傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳動(dòng)比可由公式 （3－2）
得。由傳動(dòng)方案知，，。由計(jì)算公式
（3－3）
可得行星減速器的總傳動(dòng)比為，根據(jù)文獻(xiàn)[8]《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第二版）的減速器的設(shè)計(jì)情況知，設(shè)計(jì)NGW型一級(jí)漸開線行星減速器即可滿足裝置的傳動(dòng)要求。
3.3 減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.3.1配齒計(jì)算
所謂配齒計(jì)算就是根據(jù)給定的傳動(dòng)比來(lái)確定行星齒輪中各輪的齒數(shù)；這是行星齒輪傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)學(xué)的主要任務(wù)之一[13]。
考慮到行星輪和太陽(yáng)輪的裝配條件及均載分配，選行星輪的數(shù)目。由及，各輪的齒數(shù)按公式
（3－4）
進(jìn)行配齒計(jì)算。計(jì)算中根據(jù)并適當(dāng)調(diào)整使系數(shù)C等于整數(shù)，再求出，應(yīng)盡可能取質(zhì)數(shù)，并使整數(shù)。則，可得 ，，
，
這些符合取質(zhì)數(shù)，整數(shù)，及無(wú)公約數(shù)的NGW型行星減速器的配齒要求。
各個(gè)齒輪采用高變位，因，所以太陽(yáng)輪取正變位，行星輪和內(nèi)齒輪取負(fù)變位，查表可得，。
3.3.2 按接觸強(qiáng)度初算A-C傳動(dòng)的中心距a和模數(shù)m
工作時(shí)，由于要驅(qū)動(dòng)減速器，克服啟動(dòng)時(shí)的慣性，因而啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩按電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算，以保證行星齒輪結(jié)構(gòu)啟動(dòng)時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)強(qiáng)度。
由公式 （3－5）
可得輸入轉(zhuǎn)矩
，
因傳動(dòng)中有一個(gè)或兩個(gè)基本構(gòu)件浮動(dòng)作為均載機(jī)構(gòu)，且齒輪精度低于6級(jí)，所以取載荷不均勻系數(shù)，在一對(duì)A-C傳動(dòng)中，小齒輪（太陽(yáng)輪）傳遞的扭矩
，
行星輪和太陽(yáng)輪全為硬齒面的外嚙合的齒輪，在對(duì)稱，輕微沖擊載荷時(shí)：7級(jí)精度時(shí)，使用的綜合系數(shù)k=1.2～2.0 ；8級(jí)精度時(shí)，k＝2.4～3.0。考慮到裝置的使用的實(shí)際條件，取k＝2，齒數(shù)比，太陽(yáng)輪和行星輪的材料用40鋼表面淬火，齒面硬度HRC50～55（太陽(yáng)輪）和HRC45～50（行星輪），取。齒寬系數(shù)，由參考文獻(xiàn)[5]《現(xiàn)代機(jī)械傳動(dòng)手冊(cè)》（GB10090-88）規(guī)定為：0.20、0.25、0.30、0.35、0.40、0.45、0.50、0.60。因齒面硬度HB﹥350，則取。
按接觸強(qiáng)度初算中心距a，依公式
（3－6）
計(jì)算中心距（內(nèi)嚙合用“－”號(hào)）：
，模數(shù)，取模數(shù)m=1mm。
3.3.3 計(jì)算A-C傳動(dòng)的實(shí)際中心距和嚙合角
模數(shù)m=1mm，則實(shí)際中心距
，
因是直齒輪高度變位，則中心距變動(dòng)系數(shù)
，
則＝。
3.3.4 計(jì)算C-B傳動(dòng)的中心距和嚙合角
實(shí)際中心距
，
因?yàn)橹行木嘧儎?dòng)系數(shù)，所以嚙合角＝。
3.3.5 幾何尺寸計(jì)算
按高度變位齒輪傳動(dòng)的幾何計(jì)算，計(jì)算A（太陽(yáng)輪）,C（行星輪）,B（內(nèi)齒輪）三輪的幾何尺寸見表3－1。
表3－1
名稱
計(jì)算公式
計(jì)算結(jié)果
單位
外齒輪
內(nèi)齒輪
A輪
C輪
B輪
分度圓直徑
mm
齒頂高
mm
齒根高
mm
齒高
mm
齒頂圓直徑
mm
齒根圓直徑
mm
1）上表中的；；。
3.3.6 驗(yàn)算A-C傳動(dòng)的接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度
強(qiáng)度計(jì)算所用的公式同定軸線齒輪傳動(dòng)，但確定和 所用的圓周速度用相對(duì)于行星架的圓周速度。
由 （3－7）
可得到圓周速度 。
動(dòng)載系數(shù) ，
依據(jù)參考文獻(xiàn)[9]《漸開線齒輪行星傳動(dòng)的設(shè)計(jì)與制造》圖5－15可得速度系數(shù)＝0.94。
1.確定計(jì)算公式中的其他系數(shù)
使用系數(shù)，齒間載荷分布系數(shù)、，彎曲強(qiáng)度計(jì)算時(shí)：；接觸強(qiáng)度計(jì)算時(shí)：。
式中及— 齒輪相對(duì)于行星架的圓周速度及大齒輪齒面硬度 對(duì)及的影響系數(shù)，取。
—齒寬和行星輪數(shù)目對(duì)和的影響系數(shù)。
對(duì)于圓柱直齒輪或人字齒輪行星傳動(dòng)，如果行星架剛性好，行星輪對(duì)稱布置或行星輪采用調(diào)位軸承，則使太陽(yáng)輪和行星輪的軸線偏斜可以忽略不計(jì)，則值可根據(jù)參考文獻(xiàn)[6]《電動(dòng)滾筒設(shè)計(jì)與選用手冊(cè)》圖6-10查取。由于，查得，，。齒間載荷分布系數(shù)及也可以用公式計(jì)算出，但算出的數(shù)值可能偏高。另外，在NGW 型和NW型行星齒輪傳動(dòng)的內(nèi)齒輪寬度與行星輪分度圓直徑的比值小于或等于1時(shí)，可取。
求齒間載荷分配系數(shù)及，先求端面重合度：
（3－8）
式中
則由（3－8）得
因?yàn)槭侵饼X輪，總重合度，則。
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)： （3－9）
式中 （3－10）
則由（3－9）得 。
彈性系數(shù)：；
式中E=206000和泊桑比由參考文獻(xiàn)[9]表5-10查得。
接觸強(qiáng)度計(jì)算的重合度系數(shù)：；
接觸強(qiáng)度計(jì)算的螺旋角系數(shù)：；
接觸強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù)：因?yàn)楫?dāng)量循環(huán)次數(shù)，則；
最小安全系數(shù)：取；
潤(rùn)滑劑系數(shù)：考慮用N46（30號(hào)）機(jī)械油作為潤(rùn)滑冷卻劑，由參考文獻(xiàn)[9]圖5-14查?。?
粗糙度系數(shù)：由文獻(xiàn)[9]圖5-16?。?
齒面工作硬化系數(shù)：由文獻(xiàn)[9]圖5-17查?。?
由圖5-18可得接觸強(qiáng)度計(jì)算的尺寸系數(shù)：。
2.A-C傳動(dòng)接觸強(qiáng)度的驗(yàn)算
計(jì)算接觸應(yīng)力：
（3－11）
由式（3－11）可得
計(jì)算許用接觸應(yīng)力：按式，強(qiáng)度條件： ，則，即
，
由計(jì)算結(jié)果知，接觸強(qiáng)度通過(guò)。
3.A-C傳動(dòng)彎曲強(qiáng)度驗(yàn)算
（） （3－12）
式中 —齒形系數(shù)，由參考文獻(xiàn)[4]《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-5查得，。
—應(yīng)力修正系數(shù)。由文獻(xiàn)[4]表10-5查得，。
—彎曲強(qiáng)度計(jì)算的重合度系數(shù)；
。
—彎曲強(qiáng)度計(jì)算的螺旋角系數(shù)，由于是直齒，取。
由公式（3－12）可得
考慮到行星輪輪齒受力可能出現(xiàn)不均勻性，齒根最大應(yīng)力
，由強(qiáng)度條件
， （3－13）
則
式中 —試驗(yàn)齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)，取。
由調(diào)質(zhì)、表面淬火、，A-C傳動(dòng)改用材質(zhì)后，彎曲強(qiáng)度也通過(guò)。
3.3.7 驗(yàn)算C-B傳動(dòng)的接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度
1.根據(jù)A-C傳動(dòng)的來(lái)確定C-B傳動(dòng)的接觸應(yīng)力
因?yàn)镃-B傳動(dòng)為內(nèi)嚙合，，
所以 。
2.核算內(nèi)齒輪材料的接觸疲勞極限
根據(jù) （3－14）
則 ，
由45號(hào)鋼調(diào)質(zhì)，則內(nèi)齒輪用45號(hào)調(diào)質(zhì)鋼，調(diào)質(zhì)硬度：，接觸強(qiáng)度符合要求。
3.彎曲強(qiáng)度的驗(yàn)算
只對(duì)內(nèi)齒輪進(jìn)行驗(yàn)算，計(jì)算齒根應(yīng)力，其大小和A-C的外嚙合一樣，即，。由式（3－13）強(qiáng)度條件得
45號(hào)調(diào)質(zhì)，所以C-B傳動(dòng)中的內(nèi)齒輪彎曲強(qiáng)度也符合要求。
3.4 行星齒輪減速器主要零件的設(shè)計(jì)
3.4.1 行星輪軸直徑
結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：行星輪軸承安裝在行星輪內(nèi)，行星輪軸固定在行星架的行星輪軸孔中，輸出軸和行星架制成一體，其支承軸承在減速器殼體內(nèi)，太陽(yáng)輪與高速級(jí)行星架通過(guò)雙聯(lián)齒輪聯(lián)軸器聯(lián)結(jié)，以實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)輪浮動(dòng)。
確定計(jì)算負(fù)載，計(jì)算太陽(yáng)輪的名義圓周力：
名義轉(zhuǎn)矩T=3.05 ；
名義圓周力
其中d=mz=1×19=19mm。
在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中，每個(gè)行星輪軸承受穩(wěn)定載荷，當(dāng)行星輪相對(duì)于行星架對(duì)稱配置時(shí)，載荷則作用在軸跨距的中間。取行星輪與行星架之間的間隙，則跨距長(zhǎng)度，其中：，取，則。當(dāng)行星輪軸在轉(zhuǎn)臂中的配合選為時(shí)，就可以把它看成是具有跨距為的雙支點(diǎn)梁。當(dāng)軸較短時(shí)；兩個(gè)軸承幾乎緊緊地靠著，因此，可以認(rèn)為軸是沿整個(gè)跨度承受均布載荷，如圖3－1所示。
圖3－1
危險(xiǎn)截面（在跨度中間）內(nèi)的彎矩
（3－15）
由式（3－15）得
行星輪軸采用45號(hào)調(diào)質(zhì)，考慮到可能的沖擊振動(dòng)，取安全系數(shù)S＝2.5，則許用彎曲應(yīng)力，故行星輪軸的直徑，出于輪軸的應(yīng)力考慮，故直徑放大1倍。取，實(shí)際尺寸將在選擇軸承時(shí)最后確定。
3.4.2確定輸出軸的直徑
在三個(gè)行星輪均布的條件下，輪齒嚙合中作用于中心輪上的力是相互平衡的，由于是個(gè)軸承和半球支承之間不受彎矩只受轉(zhuǎn)矩，許用剪切應(yīng)力，這兩支承中間軸段直徑為
考慮到設(shè)計(jì)的整體結(jié)構(gòu)的一致性和加工的方便，將軸的直徑擴(kuò)大，取。
3.4.3選擇軸承
1.行星輪軸承的選擇
在行星輪內(nèi)安裝兩個(gè)軸承，每個(gè)軸承上的徑向載荷：，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中，軸承外圈以轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。其中
則。
考慮到行星輪軸的直徑，以及安裝在行星輪內(nèi)的軸承，其外廓尺寸受到限制，故初步選用兩個(gè)深溝球軸承并列，中間由彈性擋圈隔開。根據(jù)參考文獻(xiàn)[12]《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)》選型號(hào)為6000型的軸承，其參數(shù)為：，，，，，，。
2.輸出軸的軸承的選擇
由于輸出軸的軸承雖承受V帶的壓軸力及承受行星架的自重，但因兩力不大，故軸承的尺寸應(yīng)由結(jié)構(gòu)的要求來(lái)確定。輸出軸的直徑，故按結(jié)構(gòu)要求查文獻(xiàn)[7]選用特輕系列單列深溝球軸承61906型，其參數(shù)為：，，，，，。
3.4.4浮動(dòng)的齒輪聯(lián)軸器
所謂“浮動(dòng)”是指某些基本構(gòu)件不設(shè)徑向支承，允許作徑向及偏轉(zhuǎn)位移，當(dāng)受載不均衡時(shí)即可自動(dòng)尋找平衡位置，直至各行星輪之間載荷接近均勻分配。實(shí)質(zhì)上也就是通過(guò)基本構(gòu)件浮動(dòng)來(lái)增加機(jī)構(gòu)的自由度，消除或減少虛約束，從而達(dá)到均載目的?；緲?gòu)件浮動(dòng)最常用的方法是采用雙齒式聯(lián)軸器[8]。
在行星齒輪傳動(dòng)中，采用浮動(dòng)的齒輪聯(lián)軸器作為其載機(jī)構(gòu)已獲得廣泛的應(yīng)用。它是利用內(nèi)、外齒輪副的嚙合，以實(shí)現(xiàn)兩半聯(lián)軸器的連接。齒輪聯(lián)軸器具有結(jié)構(gòu)緊湊，承載能力大，工作可靠、補(bǔ)償性能好，即具有綜合補(bǔ)償兩軸的相對(duì)位移的能力；使用速度范圍廣等許多優(yōu)點(diǎn)。正是由于它能夠較好地保證行星齒輪傳動(dòng)中的基本構(gòu)件在實(shí)現(xiàn)行星輪間載荷均衡的過(guò)程中所需要的自由度，從而補(bǔ)償了由于制造和裝配誤差對(duì)行星輪間載荷分布的不良影響。因此浮動(dòng)聯(lián)軸器已被認(rèn)為是行星齒輪傳動(dòng)中性能良好的均載機(jī)構(gòu)之一，而被廣泛地采用。但是，在行星齒輪傳動(dòng)中所采用的浮動(dòng)聯(lián)軸器，目前尚未制定標(biāo)準(zhǔn)系列，同時(shí)也不能直接地選用標(biāo)準(zhǔn)齒式聯(lián)軸器（JB/ZQ4222～4223－1986）。
浮動(dòng)齒輪聯(lián)軸器一般是由內(nèi)齒圈和外齒半聯(lián)軸套等零件組成。為了減少輪齒的磨損和相對(duì)移動(dòng)的阻力，在相互嚙合的兩輪齒間應(yīng)留有適當(dāng)?shù)凝X側(cè)間隙。同時(shí)，當(dāng)浮動(dòng)齒輪聯(lián)軸器的軸線偏移時(shí)，仍可使?jié)櫥屯ㄟ^(guò)齒側(cè)間隙滲入嚙合處，以避免輪齒被咬住，而保證該嚙合齒輪副的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
3.4.5浮動(dòng)齒輪聯(lián)軸器的幾何尺寸的計(jì)算
齒形角，采用非變位齒輪傳動(dòng)，模數(shù)取m=0.8mm，齒數(shù)
，浮動(dòng)齒輪聯(lián)軸器的幾何尺寸的計(jì)算見表3－2。
表3－2
名 稱
計(jì)算公式
計(jì)算結(jié)果
單位
外齒輪
內(nèi)齒輪
外齒輪
內(nèi)齒輪
分度圓直徑
24
mm
節(jié)圓直徑
24
mm
齒頂高
0.8
0.64
mm
齒根高
1
0.8
mm
齒頂圓直徑
25.6
22.72
mm
齒根圓直徑
22
25.6
mm
表中外齒輪：，；內(nèi)齒輪：，。
3.4.6 行星架及輸入軸的的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
行星架的結(jié)構(gòu)尺寸如圖3－2所示。
圖3－2行星架的結(jié)構(gòu)尺寸
輸入軸結(jié)構(gòu)尺寸如圖3－3所示。
圖3－3輸入軸的結(jié)構(gòu)尺寸
第4章 V帶傳動(dòng)的選型設(shè)計(jì)
4.1傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)計(jì)算
電動(dòng)機(jī)軸：，，，
則行星減速器的輸出軸的轉(zhuǎn)速和功率
，
4.2 V帶的選型設(shè)計(jì)計(jì)算
1.確定計(jì)算功率
由文獻(xiàn)[4]表8－6查得工作情況系數(shù)，故
。
2.選取窄V帶的帶型
根據(jù)，由文獻(xiàn)[4]圖8－9確定選用SPZ型。
3.確定帶輪的基準(zhǔn)直徑
由文獻(xiàn)[4]表8－3和表8－7取主動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑，則從動(dòng)輪的基準(zhǔn)直徑 ，
根據(jù)文獻(xiàn)[4]表8－7取。
驗(yàn)算帶的速度
<35,
帶的速度合適。
4.確定窄V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度和傳動(dòng)中心距
根據(jù)，初步確定中心距。
計(jì)算帶所需的基準(zhǔn)長(zhǎng)度
由文獻(xiàn)[4]表8－2選帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度，計(jì)算實(shí)際中心距。
5.驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角
，
主動(dòng)輪上的包角合適。
6.計(jì)算窄V帶的根數(shù)z
（4-1）
由，，，查表8－5c和8－5d得，，查表8－8得，查表8－2得，則由公式
（4－1）得，取根。
7.計(jì)算預(yù)緊力
， （4-2）
查文獻(xiàn)[4]表8－4得q=0.07㎏/m,
故 。
8.計(jì)算作用在軸上的壓軸力
9.主、從動(dòng)V帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
從動(dòng)輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：由于帶輪的基準(zhǔn)直徑為
，且，
其中d為軸的直徑。由文獻(xiàn)[4]圖8－12知，從動(dòng)V帶輪可采用腹板式結(jié)構(gòu)。
由帶的設(shè)計(jì)部分，需兩根SPZ型窄V帶，由文獻(xiàn)[4]表8－10查得V帶的基準(zhǔn)寬度，，第一槽對(duì)稱面至端面的距離，最小輪緣厚，則帶輪寬
，
外徑 。
由文獻(xiàn)[4]圖8－12V帶輪的結(jié)構(gòu)及其中設(shè)計(jì)尺寸計(jì)算得
，。
由表8－1V帶的截面尺寸查得V帶的高度，頂寬，節(jié)寬，楔角，則V帶輪的槽角。則從動(dòng)V帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4－1所示。
圖4-1 從動(dòng)V帶輪結(jié)構(gòu)尺寸圖
主動(dòng)V帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：由于其基準(zhǔn)直徑很小，故主動(dòng)V帶輪可采用實(shí)心式，由從動(dòng)輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)易得主動(dòng)輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸：，由，則，，則主動(dòng)V帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4－2所示
圖4—2 主動(dòng)V帶輪結(jié)構(gòu)尺寸圖
第5章 試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算
裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)組成介紹：所設(shè)計(jì)的裝置主要由以下幾部分組成，現(xiàn)說(shuō)明如下：箱體――焊接件，由鋼板焊接而成，主要起容器保護(hù)和支承作用，容納工作時(shí)噴嘴所噴出的液體，使其處于封閉的空間而不致于水溶液飛濺，箱體的底部邊沿設(shè)有出水孔，能夠使水溶液流出而循環(huán)利用。再者，充當(dāng)軸承座，支承軸承。旋轉(zhuǎn)體――主要由帶輪及其上花鍵透蓋、花鍵旋轉(zhuǎn)軸、滾花螺釘推桿和彈性?shī)A頭（彈性?shī)A頭的結(jié)構(gòu)尺寸如圖5－1所示）組成。花鍵旋轉(zhuǎn)軸通過(guò)花鍵與V帶輪連接，帶輪通過(guò)軸承架在固定支承軸上，花鍵旋轉(zhuǎn)軸開有軸孔，即為螺紋孔和錐形孔，分別與滾花螺釘推桿和彈性?shī)A頭配合。滾花螺釘推桿向里旋合時(shí)，推動(dòng)彈性?shī)A頭向小錐面移動(dòng)而加緊工件，滾花螺釘推桿旋出時(shí)，脫離彈性?shī)A頭，而使其松開，從而松開工件，同時(shí)滾花螺釘推桿也是中空便于試件通過(guò)此孔而進(jìn)入預(yù)定位置。軸承――有三個(gè)，其一是支承帶輪和固定支承軸，屬于正常的軸承配合；其二支承花鍵旋轉(zhuǎn)軸，也屬于正常的軸承配合；而第三個(gè)軸承是支承試件，與試件為間隙配合。
圖5－1彈性?shī)A頭結(jié)構(gòu)尺寸圖
5.1計(jì)算裝置中裝夾機(jī)構(gòu)中彈性?shī)A頭的最小錐度
彈性?shī)A頭雖然是圓錐形的，但由于試件的另一端并未固定而是處于自由狀態(tài)，與軸承為間隙配合，所以彈性?shī)A頭加緊試件的加緊力可視為內(nèi)部力，即將彈性?shī)A頭與試件視為一個(gè)整體，則彈性?shī)A頭在松開時(shí)，只受錐形套的壓力和摩擦力。彈性?shī)A頭的受力分析如圖5－2所示。
圖5－2彈性?shī)A頭受力示意圖
則彈性?shī)A頭不自鎖的條件為：
即，可得（其中為彈性?shī)A頭的摩擦系數(shù)，對(duì)于材料為的摩擦系數(shù)為＝0.25），則，為了使彈性?shī)A頭更易松開，現(xiàn)取。
5.2裝置的軸承的選用及校核
5.2.1 軸承選用
根據(jù)所設(shè)計(jì)的固定支承軸和花鍵旋轉(zhuǎn)軸的直徑的大小及試件的直徑尺寸分別選擇軸承的型號(hào)。
1.固定支承軸的直徑為100 mm，及設(shè)計(jì)的帶輪的寬度為34 mm，依據(jù)參考文獻(xiàn)[11]，選型號(hào)為6020的深溝球軸承，其參數(shù)為：d=100mm,D=150mm,B=24mm，基本額定動(dòng)載荷，基本額定靜載荷，極限轉(zhuǎn)速3800 。
2.由于花鍵旋轉(zhuǎn)軸的設(shè)計(jì)直徑為80mm ，則由參考文獻(xiàn)[7]《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》，選深溝球軸承，型號(hào)為61916，其參數(shù)為：d=80mm,D=110mm,B=16mm,基本額定動(dòng)載荷，基本額定靜載荷，極限轉(zhuǎn)速5000 。
3.試件的另一端的軸承由于與試件為間隙配合，所以此軸承的選用取決于試件的配合部分的直徑，，則由文獻(xiàn)[7]選深溝球軸承，型號(hào)為6201，其參數(shù)為：d=12mm,D=32mm,B=10mm，
,, 極限轉(zhuǎn)速18000 。
5.2.2 對(duì)選用軸承的校核計(jì)算
1. 對(duì)型號(hào)為6020的軸承校核
由于型號(hào)為 6020的軸承支承帶輪，所以此軸承主要受V帶的壓軸力作用，由帶輪的選型計(jì)算知帶輪的壓軸力，軸承所受的軸向力，徑向力，軸承工作轉(zhuǎn)速。由，故Y=0,X=1,沖擊載荷系數(shù)，，，則6020型軸承滿足要求。
2. 對(duì)型號(hào)為61916的軸承校核
裝置工作時(shí)，對(duì)試件進(jìn)行噴丸強(qiáng)化，考慮到試件的受力狀況，采用對(duì)稱雙噴頭對(duì)試件噴丸強(qiáng)化，這樣試件所受的噴丸強(qiáng)化時(shí)水射流的打擊力就會(huì)相互抵消。在考慮到其中一噴頭在工作中可能會(huì)出現(xiàn)故障的因素，會(huì)對(duì)軸造成影響，故校核時(shí)，按一個(gè)噴頭工作時(shí)進(jìn)行校核。由前面的計(jì)算知在瞬間彈丸對(duì)試件的打擊力為，軸承預(yù)期壽命。
由于有支承軸套的支承作用，則花鍵旋轉(zhuǎn)軸的除受噴丸打擊力的徑向力外，不受其它徑向力，瞬間的扭矩也很小。，則61916型軸承所受的軸向力，徑向力，軸承工作轉(zhuǎn)速。由，故Y=0,X=1,沖擊載荷系數(shù)，，，則61916型深溝球軸承滿足要求。
由以上對(duì)旋轉(zhuǎn)軸的軸承的校核可知，與試件間隙配合的軸承也滿足要求。
第6章 減速器和強(qiáng)化裝置的潤(rùn)滑方式的選擇
6.1 NGW行星減速器的潤(rùn)滑
行星齒輪減速器的潤(rùn)滑對(duì)行星減速器是至關(guān)重要的。其中包括正確地選擇潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑方式和潤(rùn)滑油的使用維護(hù)等。潤(rùn)滑油采用N46（30號(hào)）機(jī)械油作為潤(rùn)滑冷卻劑，由于所設(shè)計(jì)的行星減速器的轉(zhuǎn)速較低，且載荷較小，故采用油浴潤(rùn)滑。采用油浴潤(rùn)滑方式時(shí)，以減速器的箱體作為油箱，油位一般控制在浸入低速級(jí)輸出轉(zhuǎn)架軸承最下面的滾珠為宜。輸入級(jí)軸承的潤(rùn)滑采用在前機(jī)蓋上設(shè)置集油槽潤(rùn)滑。油浴潤(rùn)滑的行星齒輪減速器在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，要經(jīng)常檢查工作狀態(tài)油位，并能及時(shí)補(bǔ)充和定期更換潤(rùn)滑油。
6.2 NGW行星減速器齒輪潤(rùn)滑油的使用要求
1.環(huán)境溫度
一般情況下，行星齒輪減速器可在環(huán)境溫度－40℃～+55℃范圍條件下工作，環(huán)境溫度定義為最接近行星齒輪減速器周圍大氣的溫度。
2.行星齒輪減速器油池內(nèi)油的極限溫度
潤(rùn)滑油的溫度過(guò)高，會(huì)引起潤(rùn)滑油過(guò)早老化，縮短使用周期，甚至?xí)瘕X輪的失效。礦物基工業(yè)齒輪潤(rùn)滑油的使用溫度最高上限為95℃，合成型工業(yè)齒輪潤(rùn)滑油的使用溫度最高上限為107℃。當(dāng)潤(rùn)滑油超過(guò)上述規(guī)定的最高上限時(shí)，許多潤(rùn)滑劑就會(huì)失去了其穩(wěn)定性。
行星齒輪減速器在低溫環(huán)境下工作，應(yīng)保證潤(rùn)滑油能夠自由循環(huán)流動(dòng)，并不引起過(guò)大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，這時(shí)可選擇合適的低溫工業(yè)齒輪潤(rùn)滑油。所選潤(rùn)滑油的傾點(diǎn)至少要比預(yù)期的環(huán)境溫度值低5℃以上。
6.3 水射流噴丸強(qiáng)化測(cè)試件試驗(yàn)裝置的潤(rùn)滑
強(qiáng)化裝置的潤(rùn)滑主要是軸承的潤(rùn)滑，由于裝置工作時(shí)，僅以轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速工作，同時(shí)考慮到裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單性和經(jīng)濟(jì)性，故裝置中軸承的潤(rùn)滑方式采用脂潤(rùn)滑。
第7章 傳動(dòng)系統(tǒng)中聯(lián)軸器的選擇和各組件的固定
7.1 聯(lián)軸器的選擇
聯(lián)軸器主要用于聯(lián)結(jié)兩軸以傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩。聯(lián)軸器具有補(bǔ)償因制造和安裝誤差而引起的兩軸線偏移的功能；有些類型的聯(lián)軸器還具有吸振、緩沖等功能。對(duì)于傳動(dòng)系統(tǒng)聯(lián)軸器的選擇，首先應(yīng)根據(jù)工作條件和作用要求選擇聯(lián)軸器的類型，然后根據(jù)聯(lián)軸器所傳遞的計(jì)算轉(zhuǎn)矩、被聯(lián)結(jié)軸的轉(zhuǎn)速和直徑確定其結(jié)構(gòu)尺寸；并按標(biāo)準(zhǔn)選定聯(lián)軸器的型號(hào)。
中、小型減速器的輸入軸和輸出軸均可選用彈性聯(lián)軸器，其特點(diǎn)是裝拆方便，并能吸振緩沖，兩軸線允許有偏移[10]。故本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的聯(lián)軸器選為彈性套柱銷聯(lián)軸器。由參考文獻(xiàn)[10]選TL2型聯(lián)軸器。彈性套柱銷聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝容易，更換易損件彈性套時(shí)不需軸向移動(dòng)兩個(gè)半聯(lián)軸器[8]。
對(duì)選用的聯(lián)軸器的校核：聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩，許用轉(zhuǎn)速。因，
，故所選TL2型聯(lián)軸器滿足要求。
7.2 傳動(dòng)系統(tǒng)各組件的固定
傳動(dòng)系統(tǒng)各組件的固定主要是指電動(dòng)機(jī)、行星減速器和噴丸強(qiáng)化裝置的固定。由于本裝置為試驗(yàn)裝置，主要與工作臺(tái)相連接，而工作臺(tái)一般為T型槽結(jié)構(gòu)，又因?yàn)楸鞠到y(tǒng)的傳動(dòng)系統(tǒng)主要傳遞的是運(yùn)動(dòng)，所傳遞的動(dòng)力很小，因而系統(tǒng)產(chǎn)生的振動(dòng)小，故固定各個(gè)組件所需要的力不大，同時(shí)由于所設(shè)計(jì)的各組件的地腳螺栓的兩個(gè)螺栓之間的距離不相等，且不等于工作臺(tái)兩相鄰T型槽間距的整數(shù)倍，因此固定時(shí)采用壓板來(lái)固定各組件，而且用壓板固定時(shí)拆卸比較方便。
第8章 經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析
本文所設(shè)計(jì)的水射流噴丸強(qiáng)化測(cè)試件裝卡試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且箱體所使用的材料為常見的材料Q235,況且此材料價(jià)格也較為便宜，為焊接件，由手工電弧焊加工。最昂貴的材料就數(shù)彈性?shī)A頭，為65Mn，但因?yàn)榇肆慵樾〖?，因而?gòu)買材料所用的費(fèi)用占的比例是很小的，同時(shí)由于此件的加工精度要求相當(dāng)高，一般的技術(shù)水平不足以滿足要求，故對(duì)其加工所耗不能忽略不計(jì)。對(duì)其余零部件來(lái)說(shuō)，一般的加工技術(shù)水平即可達(dá)到要求。總的來(lái)說(shuō)，對(duì)此裝置的加工所需的技術(shù)還是比較經(jīng)濟(jì)的。
對(duì)帶傳動(dòng)的選型設(shè)計(jì)，選一根窄V帶作為聯(lián)接件進(jìn)行傳遞運(yùn)動(dòng)，幾乎不傳遞動(dòng)力，則工作時(shí)所需的預(yù)緊力很小，大大增加了帶的使用壽命。所設(shè)計(jì)的行星減速器為一級(jí)傳動(dòng)，體積小、質(zhì)量輕，且零部件數(shù)目不多，而標(biāo)準(zhǔn)件又占很大比例，這樣就減少了加工成本，況且那些標(biāo)準(zhǔn)件是常用的，價(jià)格低廉。
對(duì)于其它的非標(biāo)準(zhǔn)件，諸如壓板和底板等，更是沒(méi)有特別嚴(yán)格的加工要求，且加工工藝十分簡(jiǎn)單，一般的技術(shù)水平即可勝任，在常規(guī)機(jī)床上就可以加工。
結(jié) 論
水射流噴丸強(qiáng)化測(cè)試件裝卡試驗(yàn)裝置的傳動(dòng)系統(tǒng)是該裝置的重要組成部分，傳動(dòng)系統(tǒng)將動(dòng)力源的動(dòng)力合理地傳輸給需要?jiǎng)恿Φ牟考?。傳?dòng)系統(tǒng)的工作性能直接影響到裝置的工作質(zhì)量。因此，在確定傳動(dòng)系統(tǒng)方案時(shí)，提出幾個(gè)備選方案，并通過(guò)對(duì)其進(jìn)行比較和分析，確定出了最佳傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。
本次通過(guò)對(duì)水射流噴丸強(qiáng)化測(cè)試件裝夾試驗(yàn)裝置的傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，最終完成了電動(dòng)機(jī)和彈性聯(lián)軸器，以及帶傳動(dòng)的選型，設(shè)計(jì)了裝夾裝置和傳動(dòng)比為2.85的NGW型一級(jí)行星減速器，在設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程中。該系統(tǒng)以功率為0.55kW、轉(zhuǎn)速為660的電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源，通過(guò)減速器的減速和帶傳動(dòng)的分速，最終實(shí)現(xiàn)了裝置中的測(cè)試件以20的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)的要求。同時(shí)本裝置的夾具的設(shè)計(jì)也滿足了測(cè)試件裝卡受力嚴(yán)格的要求。
本次所設(shè)計(jì)的裝置和行星減速器，是根據(jù)裝置的“傳動(dòng)系統(tǒng)幾乎僅傳遞運(yùn)動(dòng)給裝置，裝置就可正常工作?！钡墓ぷ魈攸c(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，因此，所設(shè)計(jì)的裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、操作和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。所設(shè)計(jì)的行星減速器特點(diǎn)是：體積小、質(zhì)量輕。
致 謝
本次設(shè)計(jì)是在李光煜老師的悉心指導(dǎo)下完成的，在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，她給予我極大的幫助。在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，她一直監(jiān)督我的工作進(jìn)程，幫我查找我難以找到的資料，解決我設(shè)計(jì)中的困難，指導(dǎo)規(guī)范我的設(shè)計(jì)文件和圖紙等等?？梢哉f(shuō)，老師嚴(yán)肅認(rèn)真的工作態(tài)度，細(xì)心周到的關(guān)懷促使我順利完成整個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)。此外，我也要感謝身邊的許多同學(xué)，他們也給了我諸多幫助和許多很好的建議。同時(shí)，還要向在畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)期間給予我支持和幫助的機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室和材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)室的老師們表示衷心地感謝。
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