【導(dǎo)讀】超聲珩磨加工是利用超聲振動的工具端面，促使懸浮在工作液體。中的固結(jié)磨粒沖擊工件表面，去除工件表面材料的加工方法。本次設(shè)計系統(tǒng)的介紹超聲振動珩磨技術(shù)發(fā)展的概況。并通過比較論證進(jìn)一步闡述了超聲振動珩磨技術(shù)的發(fā)展前景和應(yīng)。畢業(yè)設(shè)計是本科學(xué)習(xí)最為關(guān)鍵的一部分。畢業(yè)設(shè)計是對大學(xué)四年來所學(xué)。知識的系統(tǒng)的總結(jié)和綜合運(yùn)用，同時又是對我們分析和解決問題的檢驗(yàn)與鞏固，認(rèn)真學(xué)習(xí)并搞好畢業(yè)設(shè)計。眾所周知，它對我們即將走上工作崗位或者更進(jìn)一。論聯(lián)系實(shí)際的能力。老師以汲取他們的經(jīng)驗(yàn)，同時也請他們指出本次設(shè)計過程中的不足之處。更激發(fā)了進(jìn)行本專業(yè)工作、學(xué)習(xí)的激情與興趣。和機(jī)構(gòu)設(shè)計以及校核。產(chǎn)品設(shè)計得更具有良好的實(shí)用性，經(jīng)濟(jì)性和產(chǎn)品性能更可靠。之處敬請老師批評指正以完善此次設(shè)計，本人將感激終生。有充足的時間來彌補(bǔ)錯誤取得更加完整的系統(tǒng)化知識。首先，在聆聽了指導(dǎo)老師的部署安排以后，，就著手在圖書館及

　　

【正文】 液體與固體粒子的混合液時 (如乳化、破碎固體粒子或細(xì)胞 )，在超聲處理過程中負(fù)載變化較小，而且不需要外加靜壓力。此時對變幅桿的輸入阻抗特性及彎曲勁度要求不高，因此常常采用簡單圓錐形變幅桿，因其機(jī)械加工較容易，而 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 34 且在面積系數(shù)相同的情況下，放大系數(shù)最大。下面給出常用的幾種變幅桿的設(shè)計算公式。 表 31 幾種常用變幅桿的設(shè)計計算公式 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 35 變幅桿的設(shè)計與計算 根據(jù)具體情況和設(shè)計要求，選用圓錐形變幅桿大端 直徑為 ,小端直徑為 13mm，系統(tǒng)諧振頻率為 20KHz，材料為 45鋼。 圖 31 中，因變幅桿的縱向變形引起的橫向變形很小，不致引起應(yīng)力波的波振面畸變，因此振速分布滿足微分方程式： S1 S2 D d 圖 31 圓錐型變副桿 01 2)()(22 ???????? ?? kxssx xx 式中 : ? 為振速 S（ x）為振面離 大端的距離 S（ x） ?2 我們又已知如下式 ???? ??????? xlR rRRR 1 ? ?2)()( 1 xxx vSS ?? V= lRrR? 式中： v、 l分別為圓錐變幅桿大小端的半徑及變幅桿的長度， )(xS 、 xR 為任意 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 36 處圓錐變幅桿橫截面面積及半徑。 SR 為聚能器輸入端面積 因?yàn)椋??)(xS xsx??)( =2 SR r ? ?xr22 1? 代入式（ *）得 012 2222 ????????? ?? kxvrx rx 這是一個變系數(shù)的二階微分方程，為了 求解我們令： v)()( 12xx urxr ??? )()(2)( )1( 1)1( 1 xxx urxurxv ??????? v ?)(x ?? )1(2rx)(23 )1(1)1(2xx urxurx???? v2)(3)( )1(2)1(2rxurxxx ???? )(xu?+)(11xurx??? 把這些公式代入（ 31d）方程可化為 0)()( ??? xx kuu 所以 u kxBkxAu x c o ss in)( ?? 為方程通解 則 )c oss in()1(1)( kxBkxArxv x ??? 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 37 ?????????????????????????????????????????????????2)()1(c oss i n111)1(s i nc os)1(1= FrxkkxkxrxBrxkkxkxrxAj R sxvsjwyxx 式中： Rc 為變副桿材料的聲速， y 為楊氏模量 又邊界條件為： f?? ?)0( el ??? 0)0( ?F eel ZvF ?)( 把（ 31 f? ）和式（ 31c? ）分別代入（ 31e? ）式和（ 31f）式： B= rvf /? kvA f /? 再把 A、 B 值代入（ 31e）和（ 31f） 立即得到圓錐形 變幅桿振速分布函數(shù)應(yīng)力分布函數(shù)。 振速分布： ?????? ??? kxkxkyrxvv fx c o ss in1)( 應(yīng)力分布： ?????? ?????? ????????? ???? kxrkkxrxk ykxxykxrxk yvjRV fex s i nc o s)1(s i nc o s)1()( 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 38 由（ 31d? ）式和（ 31d）式、（ 31f）式可求得頻率方程的一般表示 ]1[c os1{ 2221 rRr rRlkklrRr rRj kl ??????? ????????? ??? ?ZZklrRklklrRkl e /]}s in)1(1[ c o s/{}s in ????? 其中 ?Z = ?sRc? Ze 為變幅桿的輸出端阻抗。當(dāng) 0?eZ 時便可求得無負(fù)荷條件下的頻率方程： ???????? ??? 22)(1/ta n lkrRRrklkl 由 R/r=，查圓錐形變幅桿參數(shù)表 可得到： N= ??dD 共振長度有式22221 212 )1()(1)()(1t a n??????NNKlKlRRRRklKlKl 得： kl= L= 位移節(jié)點(diǎn) )a r c t a n (121310 RR RRklKx ??? 得： 0x = 放大系數(shù) MP = ? ? ?????? ???? KlKl RRKlRRRR s inc o s1 213132 = ? ?? ? in os325315 1 ???? = 最后得如圖 32： 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 39 圖 32 變幅桿的參數(shù) 彎 曲振動圓盤及其撓性桿的設(shè)計 彎曲振動圓盤微微于圓錐形變幅桿和珩磨桿之間，他是立式超聲珩磨設(shè)備的重要零部件，彎曲震動圓盤應(yīng)滿足下述條件： 共振頻率接近換能器和變幅桿的共振頻率； 圓盤的波腹振幅 ?15?m； 圓盤有足夠的遷都和剛度； 準(zhǔn)確確定圓周節(jié)線位置 使圓盤圓周節(jié)線附近的振動傳遞到珩磨桿上的振幅達(dá)到最小； 彎曲振動圓盤相當(dāng)于中心固定的薄圓盤，其共振頻率 f 可按下式計算： vcrhf ??? 10 4 5 9 4 ? 式中： h圓盤厚度（ m） ， r圓盤半徑（ m）， c聲波在細(xì)棒中傳播的速度（ m/s）， ?? 泊桑系數(shù)，?? 頻率系數(shù)，當(dāng) ? = 時， ?值見表 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 40 32 取 h=10mm ? = ? = 則可得 r= n s 0 1 2 3 ? 0 表 32 系數(shù) ?值 撓性桿油石子系統(tǒng)的設(shè)計 根據(jù)換能器變幅桿及彎曲振動圓盤的諧振狀態(tài)，可得振動子系統(tǒng)的諧振頻率 kHzfp 20? ，由此可得出撓性桿的聲波波長為： mfc p ????? 根據(jù)被珩磨孔徑的大小和長度確定撓性桿的長度 1L 1L =n 2/1?? (n=1, 2, 3……… ) 這里取 n=2 即取撓性桿為 1L =260mm ?=4mm 根據(jù)珩磨的材料和珩磨孔的長度來確定油石座的長度 2L ，若 2L 較大則選擇聲 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 41 速大的材料做油石座；若 2L 較小則選擇聲速較小的材料來做油石座。則 pfc /22 ?? 考慮到油石座和油石要用彈簧拉緊，故通常油石 座的長度 2L = ?/2， ? 或2? 本設(shè)計取 2L =260mm。 根據(jù)珩磨頭的直徑確定油石條和油石寬度，珩磨直徑為 170180mm 所以這里選油石條數(shù)為 8 1620???HB 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 42 第四章 珩磨機(jī)械系統(tǒng)部件設(shè)計 分度進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計主要功能在于實(shí)現(xiàn)珩磨 的切削進(jìn)給，以保證小進(jìn)給量（ m?10 ）。 錐體頂角的設(shè)計 已知珩磨進(jìn)給為 170180mm，則選取 6mm 的余量，則頂銷的移動距離為 8mm，又取斜面軸向長度為 40mm 則： 40/82/tan ?a 則a=? 螺紋的選取與套筒的周向分度 圖41 如圖 41：根據(jù)普通螺紋滿足傳遞距離的需要，由設(shè)計需 要這里 D、d 取 125， P 取 2mm； D2 、 d 取 ；小徑 D d1 取 套筒 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 43 的周向分度為 100，則一格為 2021?/100=20?m，又錐體的斜度反應(yīng)到珩磨頭可得的進(jìn)給量為： m?840/2820 ??? 則可以實(shí)現(xiàn)珩磨進(jìn)給量為 10?m的要求。 —— 套筒機(jī)構(gòu)設(shè)計 機(jī)構(gòu)的主要功能及其注意的問題 換能器的外接電源與其相接 電源與套筒的絕對絕緣，以保證珩磨頭不帶電 保證套筒與主軸的 圓周向的相對運(yùn)動 保證零件的定位 由以上分析可知，如圖 42 實(shí)現(xiàn)上述功能可以采用圖示的電刷 —— 套筒機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)： 圖 42 電刷機(jī)構(gòu)設(shè)計 —— 套筒機(jī)構(gòu) 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 44 球頭浮動機(jī)構(gòu)設(shè)計 浮動機(jī)構(gòu)的形式 珩磨加工中使用的夾具除具有通常幾加工夾具的共性要求外，還要有足夠的自由度浮動環(huán)節(jié)來補(bǔ)償工件中心與主軸中心不對中的誤差，從而使油石與工件表面的互研正常進(jìn)行。珩磨頭與夾具的配置形式有三種： ①珩磨頭采用雙浮動連接機(jī)構(gòu)； ②珩磨頭及夾具各 用一個浮動結(jié)構(gòu)； ③珩磨頭不浮動，夾具采用雙浮動結(jié)構(gòu)。 第一種方式的不足之處是工件和珩磨主軸不對中，運(yùn)動中的珩磨頭受到傾覆力的作用，加上珩磨頭旋轉(zhuǎn)時的離心力和雙萬向節(jié)制動誤差，均會使珩磨頭擺動，造成油石磨耗成鼓形，被加工孔也成鼓形。當(dāng)珩磨短孔和小孔時，這種現(xiàn)象更明顯。為了減小這種影響，雙萬向節(jié)之間的距離應(yīng)大，下萬向節(jié)至油石的距離應(yīng)該小，后兩種方式運(yùn)動平穩(wěn)，適用于聲振系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸的確定。在該部分的設(shè)計過程中，如果沒有合適的方法和步驟，所設(shè)計的聲振系統(tǒng)振動能量損耗大，能量利用率低，達(dá)不到振動珩磨的效果。按照上述 設(shè)計方法和步驟，當(dāng)工件重量大時，工件浮動會受到影響，大件珩磨常取第一種方式。超聲振動珩磨頭浮動結(jié)構(gòu)形式的選取，同樣是根據(jù)工件的大小。為了保證珩磨的精度和珩磨頭與接桿采用浮動連接結(jié)構(gòu)來消除各種不利的作用力，珩磨頭在珩磨過程中處于自由狀態(tài)。 浮動機(jī)構(gòu)設(shè)計 浮動機(jī)構(gòu)是由球頭配合來完成的，可實(shí)現(xiàn)垂直方向、水平方向和軸向的浮動。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 45 調(diào)節(jié)套 小球體 珩磨頭基體 螺母 壓蓋 緊定螺母 大球頭體 圖 43 球頭浮動機(jī)構(gòu) 垂直方向的浮動 調(diào)節(jié)螺母與壓蓋、錐形套相連接， 通過調(diào)節(jié)螺母就可以調(diào)節(jié)施加在壓蓋上的力的大小就可以調(diào)節(jié)球頭與錐形套配合的垂直的間隙，使得垂直方向有一定的空間以實(shí)現(xiàn)均載。調(diào)節(jié)好后。通過緊定螺母還保證連接的可靠性。 44 球頭配合剖面圖 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 46 水平方向的浮動 如圖 44 所示，水平方向上分布著大小兩個球體，他們通過嵌入配合來完成水平方向上的浮動連接的實(shí)現(xiàn)。當(dāng)珩磨頭收到不均衡的外力的時候，他就是會通過大小球體的移動來實(shí)現(xiàn)載荷的均衡，使工具頭工作在良好的工作狀態(tài)。同樣他的間