【正文】 656655565c o ss i ns i ns i nc o slklklkZZvBlklkZZvAff ????? ?? ??666666 cossin lkvB lkvAff 將式（ 312）代入（ 23）（ 214）得復(fù)合圓錐前后諧振比： bavvbf ? 式中 ll lklkrrlklklklkZZa s i ns i nc osc oss i ns i n 44543322332223 ?????????? ????? 55665556 c oss i ns i n lklklkZZb ???? 手持式超聲振動(dòng)切割機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 19 將式（ 319）代入（ 33）（ 314）的頻率方程 ?????????????? ???????5445444555655544544466c o tt a n1t a nc o tt a nrlkrrlklkZZlkrlk rrlklk （ 321） 取設(shè)計(jì)頻率 KHZf 60? ，則振動(dòng)系統(tǒng)各部分結(jié)構(gòu)尺寸如下圖所示： 圖 32 超聲振動(dòng)系統(tǒng)各部分的尺寸 手持式超聲振動(dòng)切割機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 20 4 部分零件的強(qiáng)度校核 鍵的校核 在小型超聲切割機(jī)工作過(guò)程中，半圓鍵受到最大的扭矩為 ，許用應(yīng)力? ? MPap 30?? 其所受剪應(yīng)力為： 33 ???? ????? k ldTp? 符合要求。 軸的校核 進(jìn)行軸的強(qiáng)度計(jì)算 [3]時(shí)，應(yīng)該根據(jù)具體的受載情況，采取相應(yīng)的計(jì)算方法，并恰當(dāng)?shù)倪x取其許用應(yīng)力，忽略對(duì)軸的剛度及其振動(dòng)穩(wěn)定性進(jìn)行校核。 軸的最 小軸為 12mm,軸的強(qiáng)度校驗(yàn)公式為： ? ?rTT d nPWT ?? ???? 9 5 5 0 0 0 0 式中： T? ，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力， MPa ； NmT ? ，軸所受的扭矩 Nm； Nm ； TW ，軸的抗扭截面系數(shù)， 3mm 1000?n ，軸的轉(zhuǎn)速， r/min ； wp 350? ，軸傳遞的功率， KW ； mmd 12? ，計(jì)算截面處軸的直徑， mm ??r? ，許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力， MPa 手持式超聲振動(dòng)切割機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 21 代入數(shù)據(jù)得 163DWt ?? 1 0 0 0 5 5 0 0 0 03 ???T? 選用軸的材料為 45， 45 的許用應(yīng)力 為 1525MPa,因此軸的最大應(yīng)力符合設(shè)計(jì)要求。 手持式超聲振動(dòng)切割機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 22 5 小型超聲切割機(jī)的整機(jī)裝配 小型超聲切割機(jī)的整體裝配 [5]包括動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)以及超聲振動(dòng)系統(tǒng)這三個(gè)部分，大部分連接采用六角螺栓連接，使得結(jié)構(gòu)更加牢靠、緊湊，殼體與殼體之間的配合部分都有引導(dǎo)的卡位定位，使得安裝更加方便，同時(shí)保證精度，同時(shí)整個(gè)裝置也留有空間用以線(xiàn)路布置，以使得整機(jī)達(dá)到可行。 動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 小型切割機(jī)的動(dòng)力結(jié)構(gòu)系統(tǒng)由電機(jī)軸（轉(zhuǎn)子，如圖 51）、定子（如圖 52）、電機(jī)殼（如圖 53）、螺釘、軸承（如圖 54）散熱片（如圖 55）組成，其結(jié)構(gòu)圖，如圖 56 所示，動(dòng)力系統(tǒng)的裝配過(guò)程是先用螺釘將定子裝在電機(jī)殼，把軸承裝進(jìn)電機(jī)軸上，再將這兩個(gè)整體配合起來(lái)，最后裝上散熱片，完成組裝。 圖 51 電機(jī)軸 圖 52 定子 手持式超聲振動(dòng)切割機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 23 圖 53 電機(jī)殼 圖 54 深溝球軸承 圖 55 散熱片 手持式超聲振動(dòng)切割機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 24 1．散熱片 圖 56 動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 小型超聲切割機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由碳刷殼（如圖 57）、聯(lián)軸器（如圖 58）、圓柱滾子軸承（如 圖 59）、輸出軸（如圖 510）、定位彈簧片（如圖 511），其結(jié)構(gòu)圖，如圖 513 所示，該結(jié)構(gòu)是由一對(duì)聯(lián)軸器連接，再輔以定位和配合而完成的。 圖 57 碳刷殼 手持式超聲振動(dòng)切割機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 25 圖 58 聯(lián)軸器 圖 59 圓柱滾子軸承 圖 510 輸出軸 手持式超聲振動(dòng)切割機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 26 圖 511 彈簧定位片 1. 碳刷殼 圖 512 傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 手持式超聲振動(dòng)切割機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 27 超聲振動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 超聲振動(dòng)系統(tǒng)是小型超聲切割機(jī)的核心部分，它由后蓋板、電極片、壓電陶瓷片、螺桿、前蓋板、變幅桿和墊圈組成，如圖 513所示 圖 513 超聲振動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 小型超聲切割機(jī)的整機(jī)裝配 由上可知，小型超聲切割機(jī)由動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、超聲振動(dòng)系統(tǒng)三大部分組成，它是由這三個(gè)部分通過(guò)螺栓和各零件的精確卡位組裝而成的，其 PROE 3D整機(jī)外觀，如圖 514所示，其 CAD完整裝配圖，如圖 515 所示。 圖 514 小型超聲切割機(jī)的 PROE 3D整機(jī)外觀圖 手持式超聲振動(dòng)切割機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 28 板 承 釘 26.開(kāi)口墊片 圖 515 小型切割機(jī)的整機(jī)裝配圖 手持式超聲振動(dòng)切割機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 29 6 結(jié)束語(yǔ) 超聲加工是新型的加工技術(shù)，是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。目前，硬脆材料在工業(yè)中的應(yīng)用相當(dāng)普遍，但這類(lèi)材料堅(jiān)硬易碎，導(dǎo)致它們的孔加工是一大難題。小型切割機(jī)是日常生活乃至工程建設(shè)中非常便捷的切割加工工具，傳 統(tǒng)的小型切割機(jī)在切割瓷磚，超薄零件時(shí)，由于瓷磚是脆性材料，當(dāng)傳統(tǒng)切割機(jī)在切割的時(shí)候，經(jīng)常出現(xiàn)瓷磚會(huì)碎掉，這樣一來(lái)會(huì)造成了成品率不高，同時(shí)也造成了浪費(fèi)，甚至出現(xiàn)大量的固體污染，特殊垃圾；對(duì)超薄零件而言，和脆性材料一樣，由于薄這個(gè)特殊原因，導(dǎo)致了加工的時(shí)候也容易碎掉，另外，超薄零件對(duì)于切削應(yīng)力，切削熱是非常敏感的，容易產(chǎn)生熱變形，特別是對(duì)于精度要求高的零件，考慮熱變形是重中之重，而如果在加上低剛度的條件的話(huà)，那么傳統(tǒng)切割機(jī)在加工的時(shí)候，成品率就更加低了，浪費(fèi)和造成的垃圾就更加嚴(yán)重了。本文針對(duì)這一現(xiàn)象，進(jìn)行小型超 聲切割機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，得到一下結(jié)論： 1. 小型超聲切割機(jī)的設(shè)計(jì)首先必須考慮切割機(jī)的尺寸，盡量要讓它小型化。 2. 小型超聲切割機(jī)小型化的關(guān)鍵在傳動(dòng)系統(tǒng)和超聲振動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，采用聯(lián)軸器傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，符合傳動(dòng)鏈盡量短的原則，又可以很好的把超聲振動(dòng)系統(tǒng)安裝到切割機(jī)上面，實(shí)現(xiàn)超聲切割，采用四分之一波長(zhǎng)壓電式換能器和四分之一波長(zhǎng)變幅桿組成的超聲振動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)小型超聲切割機(jī)的小型化有重大的意義。 3. 部分可以可以采用塑料，可以降低成本，減輕重量，優(yōu)化結(jié)構(gòu)。 4. 必要時(shí)采用非標(biāo)零件，可以減少尺寸，使得結(jié)構(gòu)更加緊湊，更加小型化。 手持式超聲振動(dòng)切割機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 30 7 致謝 畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種提高。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我明白了自己原來(lái)知識(shí)還比較欠缺，自己要學(xué)習(xí)的東西還很多，通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我明白了學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己的知識(shí)和綜合素質(zhì)。 在此，感謝曾老師的的細(xì)心指導(dǎo)，在曾老師的悉心指導(dǎo)下讓我懂得了不少的東西，比如獨(dú)立思考解決問(wèn)題，要學(xué)會(huì)去尋找資料，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題等，讓我受益匪淺。在此論文完成之際，向他表示由衷的感謝，同時(shí)也感謝所有教育過(guò)我的專(zhuān)業(yè)老師。 手持式超聲振動(dòng)切割機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 31 8 參考文獻(xiàn) [1]隈部淳一郎 .精密加工振動(dòng)切削基礎(chǔ)與應(yīng)用機(jī)械工業(yè)出版社 ,1985. 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