1、超声磨削装置 QQ251133408 有图纸1摘 要旋转超声磨削是在传统机械磨削的基础上，将超声振动加入到磨削工具上的一种新型的复合加工方法。该方法不仅保留了传统机械磨削的一些优良特性，又因加入超声振动后，能较大地提高加工效率，有效地改善工程陶瓷、复合材料等难加工材料磨削表面质量。本文旨在研制出旋转超声磨削装置，并利用该装置进行了一些实验研究。全文主要内容概括如下：1. 讨论分析了旋转超声磨削的材料去除机理。旋转超声磨削中材料去除机理同时具有冲击（磨具上的磨粒对工件表面的高频高速冲击）和磨蚀（磨削工具的旋转和进给运动可模型化为磨削过程）两种作用。2. 研制了一种新型旋转超声磨削装置。该装置能以
2、附件的形式安装在数控机床上或普通机床上，进行常见表面、甚至一些较复杂型面的旋转超声磨削加工。关键词：超声加工意义，旋转超声磨削，结构设计与校核，AbstractRotary ultrasonic grinding (RUG) is a new machining method which integrates rotary movement of traditional grinding with ultrasonic oscillation. This method can keep down some excellent grinding characters of Mechanical
3、grinding, greatly enhance process rate and effectively improve the effect of grinding surface of difficult-to-cut materials (stainless steel and composite material and the like). The aim of this paper is that we design and manufacture the grinding device of rotary ultrasonic machining, and carry out
4、 some research by using developed develop. The main content of this paper can be sum up as follows:1. We have analysis the material remove mechanism of RUG, and materialremove of rotary ultrasonic grinding conclude on high frequency impact of abrasive particles on grinding tool against work piece an
5、d ablation that rotary and in-feed movement of grinding tool can form grinding process.2. A new grinding device of rotary ultrasonic machining have been designed and manufactured. This device can be installed on numerical control machine or common machine tool as an accessory and can carry out rotar
6、y ultrasonic grinding for usual surface and even some complicated surface.Key words: ultrasound processing significance ; Rotate ultrasound grind ;Structure design and checking超声磨削装置 QQ251133408 有图纸2目 录前言 .11.绪 论 21.1 超声的发展史 21.2 超声加工的原理及特点 .21.3 工程陶瓷材料 的使用价值及加工技术 31.4 超声加工陶瓷的意义及前景 .72. 设计说明书 82.1 超
7、声磨削装置的结构设计 .82.1.1 超声加工设备及其组成部分 .82.1.2 初步结构设计 82.1.3 结构的比较 .102.1.4 最后结构的确定 112.2 装置中的各部件的设计及校核 .132.2.1 电机的计算与选择 132.2.2 变幅杆的设计与计算 .152.2.3 压电陶瓷的选择 .172.2.4 轴强度的较核 182.2.5 键的校核 .193.总结与展望 .213.1 总结 .213.2 展望 .21参考资料 23致谢 .24超声磨削装置 QQ251133408 有图纸1前言随着科学技术的发展及航空航天等领域的需求，不锈钢、复合材料、工程陶瓷等难加工材料应用日趋广泛，而此
8、类材料的特殊性能使其加工制造非常困难。例如，海洋结构件普遍采用耐腐蚀的不锈钢，而不锈钢加工起来切削力大、切削温度高、粘刀现象严重、加工硬化趋势强等特点，使得不锈钢切削过程中切削功率消耗大，切削温度高，而且加工工件表面质量较低。又如航空发动机重要零件如机匣、压气机风扇叶片等广泛采用钛、镍基合金等先进结构材料，而钛、镍基合金材料切削加工性较差，主要表现在材料热硬度和热强度很高，所需切削力很大，工件、刀具容易产生较大变形。航天飞机机顶首部广泛采用工程陶瓷，但工程陶瓷具有高强度、高硬度、高脆性等特点，使得陶瓷材料的加工十分困难，加工成本很高。此类材料的出现及广泛应用，对机械制造业提出了一系列迫切需要解
9、决的新问题。对此，采用传统加工方法十分困难，甚至无法加工，而特种加工很适合对这些材料进行经济加工。而在众多特种加工方法中，超声加工有其独特的优点，因而迅速得以发展和推广。超声磨削装置 QQ251133408 有图纸21 绪 论1.1超声的发展史超声波是指频率高于人耳听觉上限的声波。一般来讲，人耳可以听到的声波的频率范围约为 1620KHz。因此，人们常把高于 20KHz 的声波称为超声波。而在实际应用种，有些超声技术使用的频率可能在 16KHz 以下。早在 1830 年，为了探讨人耳究竟能够听到多高的频率，F.Savart 曾用一个多齿的轮首次产生了频率为 2x104HZ 的超声，但人们一般却
10、认为，首次有效产生高频声的，应是 1876 年 F.Galton 的气哨实验。第一次世界大战期间，P.Langevin 发明了石英晶体换能器，用来在水中发射和接收频率较低的超声波，开始了人类真正科学的开展超声技术的研究。超声具有许多独特的性质和优点，如频率高、波长短、在一定距离内沿直线传播具有良好的束射性和方向性、并在液体介质中传播时可在界面上产生强烈的冲击和空化现象。因此，近年来，随着科学技术的发展，超声技术发展极为迅速，应用领域非常广泛。目前，其应用遍及航空、航海、国防、生物工程以及电子等领域，在我国国民经济建设中发挥越来越大的作用。1.2超声加工的原理及特点 旋转超声磨削的加工原理如图
11、1-1 所示，其中，压电陶瓷换能器用于将从外部接入的高频电振荡信号（由 220V 或 380V 的交流电经超声波发生器转换而成）转换为超声频机械振动；由于压电陶瓷换能器产生的振幅较小（大约有 5m） ，一般不能满足需求，需用变幅杆将换能器的振动振幅放大后（振幅为 2030m）再传至磨削工具，磨削工具在由电机驱动做旋转运动的同时也做纵向超声振动，其振动方向如下图中的箭头所示。图 1-1 旋转超声磨削的原理加工过程中，磨削工具既做旋转运动又做纵向超声振动，磨粒直接作用在工件上，可以看出，磨粒与工件是永久性接触的，不存在速度与工件表面分离的特点，因此文中所研究的旋转超声磨削并没有脱离传统的机械磨削。
12、并可知磨削工具上的单颗磨粒在变幅杆超声波发生器超声换能器磨削工具工 件超声振动方向超声磨削装置 QQ251133408 有图纸3磨削平面上的运动轨迹为纵向的正弦运动和砂轮线速度横向的直线运动的合成运动轨迹，因此相对于普通磨削（无超声振动） ，磨粒在工件表面刻划出的痕迹较长。研究表明，旋转超声磨削既能保留传统磨削的较好的磨削特性，又能大幅度提高加工效率，且能有效改善不锈钢、复合材料等难加工材料磨削表面质量。国际生产工程学会在第42 届 CIRP 大会上，将超声振动应用于磨削加工作为下一代精密加工的发展方向之一。旋转超声加工是在传统超声加工基础上发展而来的。它与传统超声加工的不同之处在于：工具在做
13、超声振动的同时附加了旋转运动，从而使工具上的磨粒不断冲击和划擦工件表面。因此可以说，旋转超声加工是一种将传统的超声技术和传统机械加工相结合的方法。目前，旋转超声加工主要应用于超声钻孔、套料、超声螺纹加工、超声铣削以及超声磨削加工等几个方面。国内外研究结果表明，由于这种加工方法把传统加工的一些优良性能与工具的超声频振动结合在一起，与常规钻孔和采用游离磨料的传统超声加工方法相比，具有以下特点：1）加工速度快。例如，在光学玻璃上加工直径为 6mm 的孔，加工速度可达100mm/min 以上。同样条件下，旋转超声加工 RUM 加工速度是传统 USM 的 10 倍，是传统磨削的 610 倍。2）超声振动
14、减小了工具与加工表面的磨擦系数，切削力小，排屑通畅。钻孔加工时，不需退刀排屑，可一次进刀完成，易实现机械化。3）由于所需的切削力小，可在工件的边、角处钻孔，而不产生破裂。4）对材料的适应性广。可用于脆性材料（如玻璃、石英、陶瓷、YAG 激光晶体、碳纤维复合材料等）的钻孔、套料、端铣、内外圆磨削及螺纹加工等。特别适用于深小孔和细长棒套料（已在玻璃上加工出直径为 1.6 mm，深 100 mm 以上的孔） 。5）可大大提高加工精度和改善表面质量，而且工具磨损减小，使用寿命延长。1.3工程陶瓷材料的使用价值及加工技术陶瓷材料一般分为传统陶瓷和现代技术陶瓷两大类。传统陶瓷是指用天然硅酸盐粉末( 如黏土
15、、高岭土等) 为原料生产的产品。因为原料的成分混杂和产品的性能波动大，仅用于餐具、日用容器、工艺品以及普通建筑材料(如地砖、水泥等)，而不适用于工业用途。现代技术陶瓷是根据所要求的产品性能，通过严格的成份和生产工艺控制而制造出来的高性能材料，主要用于高温和腐蚀介质环境，是现代材料科学发展最活跃的领域之一下面对现代技术陶瓷三个主要领域:结构陶瓷、陶瓷基复合材料和功能陶瓷作一简单介绍。一、结构陶瓷同金属材料相比，陶瓷的最大优点是优异的高温机械性能、耐化学腐蚀、耐高温超声磨削装置 QQ251133408 有图纸4氧化、耐磨损、比重小(约为金属的 1/3)，因而在许多场合逐渐取代昂贵的超高合金钢或被应
16、用到金属材料根本无法胜任的场合，如发动机气缸套、轴瓦、密封圈、陶瓷切削刀具等。结构陶瓷可分为三大类;氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷和玻璃陶瓷。1、氧化物陶瓷主要包括氧化铝、氧化错、莫来石和钦酸铝。氧化物陶瓷最突出优点是不存在氧化问题，原料价格低廉，生产工艺简单。氧化铝和氧化错具有优异的室温机械性能，高硬度和耐化学腐蚀性，主要缺点是在 1000以上高温蠕变速率高，机械性能显著降低。氧化铝和氧化错主要应用于陶瓷切削刀具、陶瓷磨料球、高温炉管、密封圈和玻璃熔化池内衬等。莫来石室温强度属中等水平，但它在 1400仍能保持这一强度水平，并且高温蠕变速率极低，因此被认为是陶瓷发动机的主要候选材料之一。上述三种氧
17、化物也可制成泡沫或纤维状用于高温保温材料。钛酸铝陶瓷体内存在广泛的微裂纹，因而具有极低的热膨胀系数和热传导率。它的主要缺点是强度低，无法单独作为受力元件，所以一般用它加工内衬用作保温、耐热冲击元件，并已在陶瓷发动机上得到应用。2、非氧化物陶瓷主要包括碳化硅、氮化硅和赛龙(SIALON)。同氧化物陶瓷不同，非氧化物陶瓷原子间主要是以共价键结合在一起，因而具有较高的硬度、模量、蠕变抗力，并且能把这些性能的大部分保持到高温，这是氧化物陶瓷无法比拟的。但它们的烧结非常困难，必须在极高温度（15002500)并有烧结助剂存在的情况下才能获得较高密度的产品，有时必须借助热压烧结法才能达到希望的密度(95%
18、)，所以非氧化物陶瓷的生产成本一般比氧化物陶瓷高。这些含硅的非氧化物陶瓷还具有极佳的高温耐蚀性和抗氧化性，因此一直是陶瓷发动机的最重要材料，目前已经取代了许多超高合金钢部件。现有最佳超高合金钢的使用温度低于 1100，而发动机燃料燃烧的温度在 1300以上，因而普遍采用高压水强制制冷。待非氧化物陶瓷代替超高合金钢后，燃烧温度可提高到 1400以上，并且不需要水冷系统，这在能源利用和环保方面具有重要的战略意义。非氧化物陶瓷也广泛应用于陶瓷切削刀具。同氧化物陶瓷相比，其成本较高，但高温韧性、强度、硬度、蠕变抗力优异得多，并且刀具寿命长、允许切削速度高，因而在刀具市场占有日益重要地位。它的应用领域还
19、包括轻质无润滑陶瓷轴承、密封件、窑具和磨球等。3、玻璃陶瓷玻璃和陶瓷的主要区别在于结晶度，玻璃是非晶态而陶瓷是多晶材料。玻璃在远低于熔点以前存在明显的软化，而陶瓷的软化温度同熔点很接近，因而陶瓷的机械性能和使用温度要比玻璃高得多。玻璃的突出优点是可在玻璃软化温度和熔点之间进行各种成型，工艺简单而且成本低。玻璃陶瓷兼具玻璃的工艺性能和陶瓷的机械性能，超声磨削装置 QQ251133408 有图纸5它利用玻璃成型技术制造产品，然后高温结晶化处理获得陶瓷。工业玻璃陶瓷体系有镁一铝一硅酸盐、锂一镁一铝一硅酸盐和钙一镁一铝一硅酸盐系列，它们常被用来制造耐高温和热冲击产品，如炊具。此外它们作为建筑装饰材料正
20、得到越来越广泛的应用，如地板、装饰玻璃。二、陶瓷基复合材料复合材料是为了达到某些性能指标将两种或两种以上不同材料混合在一起制成的多相材料，它具有其中任何一相所不具备的综合性能。陶瓷材料的最大缺点是韧性低，使用时会产生不可预测的突然性断裂，陶瓷基复合材料主要是为了改善陶瓷韧性。基于提高韧性的陶瓷基复合材料主要有两类:氧化错相变增韧和陶瓷纤维强化复合材料。氧化锆相变增韧复合材料是把部分稳定的氧化锆粉末同其它陶瓷粉末(如氧化铝、氮化硅或莫来石)混合后制成的高韧性材料，其断裂韧性可以达到 10Mpa ，以上，而一般陶瓷的韧性仅有 3Mpa 左右。这类材料在陶瓷切削刀具方面得到了非常广泛的应用。纤维强化
21、被认为是提高陶瓷韧性最有效和最有前途的方法。纤维强度一般比基体高得多.所以它对基体具有强化作用;同时纤维具有显著阻碍裂纹扩展的能力，从而提高材料的韧性。目前韧性最高的陶瓷就是纤维强化的复合材料，例如碳化硅长纤维强化的碳化硅基复合材料韧性高达 30 Mpa 以上，比烧结碳化硅的韧性提高十倍.但因为这类材料价格昂贵，目前仅在军械和航空航天领域得到应用。另一引人注目的增强材料是陶瓷晶须。晶须是尺寸非常小但近乎完美的纤维状单晶体.其强度和模量接近材料的理论值，极适用于陶瓷的强化。目前这类材料在陶瓷切削刀具方面已经得到广泛应用，主要体系有碳化硅晶须一氧化铝一氧化铅、碳化硅晶须一氧化铝和碳化硅晶须一氮化硅
22、。 三、功能陶瓷功能陶瓷是具有光、电、热或磁特性的陶瓷，已经具有极高的产业化程度。下面简介几类主要功能陶瓷的性能。1、导电性能陶瓷材料具有非常广泛的导电区间，从绝缘体到半导体、超导体。大多数陶瓷具有优异的电绝缘性，因而被广泛用于电绝缘体。半导体分为电子型和离子型半导体，以晶体管集成电路为代表的是电子型半导体。离子型半导体仅对某些特殊的带电离子具有传导作用，最具有代表性的是稳定氧化锆和 一氧化铝。稳定氧化钻仅对氧离子具有传导作用，主要产品有氧传感器(主要用来测定发动机的燃烧效率或钢水中氧浓度)、氧泵( 从空气中获得纯氧) 和燃料电池。 一氧化铝仅对钠离子具有传导作用，主要用来制造钠一硫电池，其特
23、点是高效率、对环境无危害和可以反复充电。陶瓷超导体是近10 年才发展起来的.它的临界超导转化温度在所有类超导体中最高，已经达到液氮温度超声磨削装置 QQ251133408 有图纸6以上。典型的陶瓷超导体为钇一钡一铜一氧系列材料，已经在计算机、精密仪器领域得到广泛应用。2、介电性能 大多数陶瓷具有优异的介电性能，表现在其较高的介电常数和低介电损耗。介电陶瓷的主要应用之一是陶瓷电容器。现代电容器介电陶瓷主要是以钛酸钡为基体的材料。当钡或钛离子被其它金属原子置换后，会得到具有不同介电性能的电介质。认酸钛基电介质的介电常数高达 l000 以上，而过去使用的云母小于 10，所以用钛酸钡制成的电容器具有体
24、积小、电储存能力高等特点。钛酸钡基电介质还具有优异的正电效应。当温度低于某一临界值时呈半导体钟电状态，但当温度超过这一临界值时，电阻率突然增加到 倍成为绝缘体。利用这一效应的产品有电路限流元件和恒温电阻加热元件。许多陶瓷，如错钛酸错，具有显著压电效应。当在陶瓷上施加外力时，会产生一个相应的电信号，反之亦然，从而实现机械能和电能的相互转换。压电陶瓷用途极其广泛，产品有压力传感元件、超声波发生器等。3、光学性能陶瓷在光学方面的应用主要包括光吸收陶瓷、透光陶瓷、陶瓷光信号发生器和光导纤维。利用陶瓷光吸收特性在日常生活中随处可见.如涂料、陶瓷釉和珐琅。核工业中，利用含铅、钡等重离子陶瓷吸收和固定核辐射
25、波在核废料处理方面应用非常广泛。陶瓷也可被制造用来透过不同波长的光线，其中最重要的就是红外线透射陶瓷，它仅允许红外光线透过，被用来制造红外窗口，在武器、航空航天领域和高技术设备上得到广泛应用。这类材料的典型代表有硫化锌陶瓷和莫来石等.陶瓷还是固体激光发生器的重要材料，典型代表有红宝石激光器和忆榴石激光器。光导纤维是现代通讯信号的主要传输媒介，它是用高纯二氧化硅制成的，具有信号损耗低、高保真性、容量大等特性，是金属信号传愉线无法比拟的。4、磁学性能金属和合金磁性材料具有电阻率低、损耗大的特性，尤其在高频下更是如此，已经无法满足现代科技发展的需要。相比之下，陶瓷磁性材料有电阻率高、损耗低、磁性范围
26、广泛等特性.陶瓷磁性材料的代表为铁氧体一种含铁的复合氧化物。通过对成份的严格控制，可以制造出软磁材料、硬磁材料和矩磁材料。软磁材料的磁导率高，饱和磁感应强度大，磁损耗低.主要用于电感线圈、小型变压器、录音磁头等部件。典型的软磁材料有镍一锌、锰一锌和锂一锌铁氧体。硬磁材料的特性是剩磁大、矫顽力大、不易退磁，主要应用为永久磁体，代表材料为铁酸钡。由于脆性材料在韧性和强度方面相互之间差异较大，它的加工既不同于一般高脆性材料（金刚石）的纯断裂过程，又不同于金属材料的塑性剪切过程。常规加工中，材料以断裂去除为主，其加工机理的研究都是建立在断裂力学基础上；而在硬脆材料的超精密加工中，材料以塑性方式去除为主
27、，材料的去除机理是从微观角度来分析研究。现在许多国家都在致力于脆性材料超精密加工这方面的研究，尤其是近十几年来国外超声磨削装置 QQ251133408 有图纸7对脆性材料塑性域的超精密加工作了大量的研究。采用金刚石磨粒砂轮对结构陶瓷材料进行磨削加工过程中产生的磨削热是影响被磨工件表面质量的重要因素。陶瓷材料在机械物理性能上的差异，以及磨削参数的选择，均对工件的表面磨削温度产生重要影响。林彬、于思远、徐燕申等对 SiC 和 ZrO2陶瓷材料的表面磨削温度进行了测量，通过实验得到了这两种材料表面磨削温度随磨削参数的变化规律，并对影响磨削温度的因素进行了分析。尚广庆、孙春华等通过对硬脆材料(玻璃)的
28、切削试验，建立了硬脆材料的磨削模型，讨论了硬脆材料在磨粒作用下的塑性变形和断裂行为，通过对硬脆材料(玻璃)的切削试验，分析讨论了硬脆材料在力作用下的变形规律，认为当切深很小，材料所受围压力足够大时硬脆材料会发生塑性变形；硬脆材料的断裂行为与金属材料有着本质区别。硬脆材料在磨削过程中形成很多相互交贯的裂纹，使切屑呈粉碎状并在被切削表而留下许多裂纹。1.4超声加工陶瓷的意义及前景为了满足科技发展需要，越来越多的科技工作者致力于超声加工的研究，并取得了显著的成果：日本富士工业公司已经开发出“FUM 一1”超声波振动切削装置，通过对机床主轴施加扭转振动，可改善加工表面粗糙度和提高加工精度。该装置是利用
29、超声波使机床主轴产生2.7KHz的微小扭转振动，以增加刀具刀尖与工件的接触次数，从而获得在高速慢走刀下才能得到的高质量加工表面。在第八届中国国际机床展览会（CIMT2003）上，德国DMG公司展出了其新产品 DMS35超声振动加工机床，该机床主轴转速3 0004 0000 r/min，特别适合加工陶瓷、玻璃、硅等硬脆材料。与传统加工方式相比，生产效率提高5倍，加工表面粗糙度Ra 小于0.2m，可加工0.3 mm精密小孔，堪称硬脆材料加工设备性能的新飞跃。尽管如此，由于各种客观条件的限制，迄今为止对于超声加工，特别是旋转超声加工的加工机理、工艺规律和加工稳定性等的研究还处于早期的探索阶段，而对旋
30、转超声磨削加工的研究更是凤毛麟角。而有研究表明，在超声加工中，旋转超声磨削具有加工时磨削力小、加工效率高、精度高、工具磨损小以及对加工材料适应广等优点，也是复合材料、不锈钢等难加工材料比较理想的加工方法。因此得到高度的重视,发展潜力是相当巨大的超声磨削装置 QQ251133408 有图纸82 设计说明书2.1 超声磨削装置的结构设计 2.1.1 超声加工设备及其组成部分设计的旋转超声磨削装置结构，它由无刷电机、碳刷铜环、超声波发生器、装置外壳、压电陶瓷换能器、轴承、变幅杆、前法兰、磨削工具、主轴、装置底座等零部件组成，磨削工具右端部位的阴影部分为在其上镀制的金刚石磨粒。电机与主轴是通过联轴器连
31、接的，而主轴与变幅杆是通过变幅杆上的前法兰连接的，虽然在设计时将前法兰设计在振动节面（变幅杆中质点位移振幅为零的面）位置，但考虑到施加负载或工具磨损后，换能器振动频率将会发生变化，从而导致连接处有微弱振动，因此在主轴端面加一橡皮垫圈用于减少法兰固定后对变幅杆振动振幅的影响。磨削工具是通过变幅杆小端部的内螺纹固定在变幅杆上的，其具有结构简单、拆卸方便等优点。该装置能以附件的形式安装在数控机床上，也可通过变换装置底座安装在普通机床上，进行常见表面、甚至一些较复杂型面的旋转超声磨削加工。工作时，由电机（其转速是通过外带的电机变频调速器调节）通过联轴器驱动主轴以及与之连接在一起的变幅杆和磨削工具旋转；
32、同时在外部超声波发生器的激励下，压电陶瓷换能器产生高频机械振动，其振幅在经过变幅杆进行放大后，作用于磨削工具上。这样磨削工具既具有旋转运动，也具有轴向超声振动，从而可实现旋转超声加工。2.1.2 初步结构设计超声磨削装置要与 XKA714 型数控立式床身铣床联接，装置要座于铣床的铣头。因为加工需要，所以本装置一直处在高速运转的状态。结合变幅杆的工作机理如下图（图 2-1） ，因此变幅杆与主轴的连接处，需要更稳定，防止装置在加工过程中产生震动的现象。以下为初步的几种结构：结构设计一 超声磨削装置 QQ251133408 有图纸9图中：1电机；2联轴器；3轴承外圈端盖；4轴承内圈端盖；5集电环；6
33、电刷；7压电陶瓷；8变幅杆。结构设计二图中 ：1电机；2带轮；3皮带；4集电环螺母；5集电环；6电刷；7压电陶瓷。结构设计三此处省略 NNNNNNNNNNNN 字。如需要完整说明书和 CAD 图纸等.请联系 QQ251133408 专业为您服务.本设计已通过答辩！完整机械毕业设计全套下载地址爱问：http:/ 带来不便请见谅！超声磨削装置 QQ251133408 有图纸10平键联接传递转矩时，联接中各零件的受力情况如图所示。对于采用常见的材料组合和按标准选取尺寸的普通平键联接，其主要失效形式是工作面被溃。除非有严重的过载，一般不会出现键的剪断。因此，通常只按工作面上的挤压应力进行强度较核计算。
34、对于导向平键联接，其主要失效形式是工作面的过度磨损。因此，通常按工作面上的压力进行条件性的强度较核计算。假定载荷在键的工作面上分布均匀，普通平键联接的强度条件为： PPkldT3102式中：T传递的转矩（T=F ） ，单位为 N ;2Fymk键与轮毂键槽的接触高度，k=0.5h，此处 h 为平键的高度，单位 mm；l键的工作长度，单位 mm，圆头平键 l=L-b，平头平键 l=L，这里 L 为键的公称长度，单位 mm，b 为键的宽度，单位 mm；d轴的直径，单位 mm键、轴、轮毂三者中最脆弱材料的许用挤压应力，单位 ,P aMP键、轴、轮毂三者中最脆弱材料的许用应力，单位 。p轴所受扭矩 =0
35、.0627462 2dFTtmN本装置设计中选用的键为 GB1096-90 键 C1650（集电环与轴之间的键 h=10） 。GB1096-90 键 C830（联轴器右半与轴之间的键 h=7） 。GB1096-90 键 C620（联轴器左半与轴之间的键 h=6） 。=300PaMGB1096-90 键 C620 的校核：0.12303 30033120.627410PTkldaaP实际上该键所受扭矩为电刷的摩擦力所产生的，它远远小于轴所受的扭矩 T，则 GB1096-90 键 C620 必符合要求。GB1096-90 键 C830 的校核：0.04925 300332102.6741058PT
36、kldaMPa则 GB1096-90 键 C830 也符合要求。超声磨削装置 QQ251133408 有图纸11GB1096-90 键 C1650 的校核：0.01087 300333210.6274105PTkldaMPa则 GB1096-90 键 C1650 也符合要求超声磨削装置 QQ251133408 有图纸123.总结与展望3.1总结各种高性能材料诸如，复合材料、高强度钢、工程陶瓷以及硬质合金等，因有着令人瞩目的特性，如强度高、耐磨性，耐腐蚀性，抗压，不易变形及耐高温性等，在航空航天、船舶、核电、石油化工和汽车等工业中应用日趋广泛。这些材料加工时切削力大，温升高，刀具磨损严重，加工表
37、面质量差，加工精度也难以提高。最突出的问题是加工困难，而旋转超声磨削是解决加工困难问题的有效的方法之一。它不仅保留了传统磨削的一些优良特性，又因加入超声振动后较大地提高加工效率，因此越来越受到科学工作者的重视。本文研制了一种新型的旋转超声磨削装置，并利用该装置进行了实验研究，取得了一定的成果：1. 介绍了旋转超声磨削的原理，讨论分析了旋转超声磨削的材料去除机理。旋转超声磨削中材料去除机理具有冲击（磨具上的磨粒对工件表面的高频高速冲击）和磨蚀（磨削工具的旋转和进给运动可模型化为磨削过程）两种作用。2. 根据旋转超声磨削的原理及系统的性能需求，分别对旋转超声磨削装置的核心部件超声振动系统各部分进行
38、了设计和计算，讨论了超声振动系统制作与装配时需注意的问题。其中，为解决因连接磨削工具和施加负载会导致系统失谐的难题，本文采取修整变幅杆和磨削工具长度来调整系统状态。3. 设计并研制了新型旋转超声磨削装置。设计的磨削装置具有结构简单，体积小，成本低等特点。并能以附件的形式安装在数控机床或普通机床上，进行实现常见表面、甚至一些较复杂型面的超声磨削加工。4. 对选定的试样进行了旋转超声磨削和传统磨削的对比实验研究，之后观察了试样表面微观形貌的 SEM 照片。结果表明：在相同的磨削条件下，超声磨削可以获得较光滑的加工表面，其磨削表面形貌优于传统磨削。传统磨削下磨粒切痕为沿着磨削方向上的单一直线；超声磨
39、削下磨粒切削痕迹不再是单一斜率的直线，而是微小、密集的正弦曲线。3.2展望本文在磨削装置的设计研制及其实验研究方面取得了一定的成果，但有许多问题有待进一步深入研究和补充：1. 在允许的范围内开展磨削工艺参数（诸如，磨削速度、进给量、背吃刀量、磨削压力、磨粒粒度等）对表面粗糙度、材料去除率和磨削力等加工指标的影响的研究，以深入研究旋转超声磨削的加工机理。2. 尝试采用其它工件材料（如工程陶瓷、高强度钢等） 、开展较复杂型面的超声磨削加工将成为进一步研究的方向。超声磨削装置 QQ251133408 有图纸133. 对磨削后的材料进行晶相等分析，有助于解释磨削后的表面微观形貌，以进一步了解旋转超声磨
40、削的加工机理。4. 设计的旋转超声磨削装置的精度有待进一步提高。5. 对整个加工过程进行跟踪控制，进行动态分析，在此基础上实现加工过程的计算机仿真也具有重要的意义。6. 为使超声振动系统的设计更加简便合理，有必要测试超声振动系统的阻抗特性、测量工具端部输出的振幅并考察负载的施加究竟在多大程度影响到系统谐振频率。7. 设计定制具有频率跟踪功能和输出功率、频率数字显示功能的超声波发生器，以研究超声参数（如超声频率、功率、振幅等）对加工指标的影响。超声磨削装置 QQ251133408 有图纸14参 考 文 献1 中国农业机械化科学研究院编著 实用机械设计手册 中国农业机械出版社 19852 濮良贵，
41、纪名刚主编机械设计第七版北京：高等教育出版社，20013 陈于萍，高晓康主编互换性与测量技术高等教育出版社，20044 刘魁敏，康志远主编计算机绘图机械工业出版社，20055 刘力主编机械制图高等教育出版社，20046 于永泗，齐民主编机械工程材料大连理工大学出版社，20047 陈日曜主编金属切削原理机械工业出版社，200068 国家教委高等教育司，北京市教育委员会编高等教育出版社，19983 9 上海纺织共学院，哈尔滨工业大学，天津大学主编机床设计手册上海科学技术出版社，197910 刘鸿文主编材料力学高等教育出版社，19991011 程碧秀等实用中小电机手册辽宁科学技术出版社，198712
42、12 王先逵主编机械制造工艺学机械工业出版社，2002113 王特典工程材料东南大学出版社，1996214 Kraff KF Wave motion in elastic solidsOhio State University Press,1975超声磨削装置 QQ251133408 有图纸15致谢值此论文完成之际，谨向在课题研究和论文撰写过程中指导和帮助过我的老师和同学们致以诚挚的谢意。本文是在导师杨卫平教授细致的指导和严格的要求下完成的。导师以深厚的理论功底和过人的科研智慧为学生指明了研究方向，渊博的知识、严谨的治学态度、开拓进取的精神和高度的责任心，传授给学生科学研究的方法，并且严格细致地纠正我论文中的疏漏之处，而他身先士卒的实干精神和一丝不苟的治学态度更是令我由衷的敬佩。在论文写作期间，无论在文字和内容上，导师都给了精心的指导，学生受益匪浅。至此学位论文完成之际，谨向杨卫平导师以及在大学四年里曾经教授于我、帮助于我的诸位老师表示衷心的感谢，并致以崇高的敬意！同时我也感谢与我为同一课题的曾世辉同学，对于我的帮助。涂敏2009年5月于江西农业大学
