【正文】 至此學(xué)位論文完成之際，謹(jǐn)向楊衛(wèi)平導(dǎo)師以及在大學(xué)四年里曾經(jīng)教授于我、幫助于我的諸位老師表示衷心的感謝，并致以崇高的敬意！同時(shí)我也感謝與我為同一課題的曾世輝同學(xué)，對(duì)于我的幫助。導(dǎo)師以深厚的理論功底和過人的科研智慧為學(xué)生指明了研究方向，淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、開拓進(jìn)取的精神和高度的責(zé)任心，傳授給學(xué)生科學(xué)研究的方法，并且嚴(yán)格細(xì)致地糾正我論文中的疏漏之處，而他身先士卒的實(shí)干精神和一絲不茍的治學(xué)態(tài)度更是令我由衷的敬佩。參 考 文 獻(xiàn)[1]中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院編著 實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 中國農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社 1985[2]濮良貴，紀(jì)名剛主編．機(jī)械設(shè)計(jì)．第七版．北京：高等教育出版社，2001[3]陳于萍，高曉康主編．互換性與測量技術(shù)．高等教育出版社，2004[4]劉魁敏，康志遠(yuǎn)主編．計(jì)算機(jī)繪圖．機(jī)械工業(yè)出版社，2005[5]劉力主編．機(jī)械制圖．高等教育出版社，2004[6]于永泗，齊民主編．機(jī)械工程材料．大連理工大學(xué)出版社，2004[7]陳日曜主編．金屬切削原理．機(jī)械工業(yè)出版社，2000．6[8]國家教委高等教育司，北京市教育委員會(huì)編．高等教育出版社，1998．3 [9]上海紡織共學(xué)院，哈爾濱工業(yè)大學(xué)，天津大學(xué)主編．機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)．上海科學(xué)技術(shù)出版社，1979[10]劉鴻文主編．材料力學(xué)．高等教育出版社，1999．10[11]程碧秀等．實(shí)用中小電機(jī)手冊(cè)．遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1987．12[12]王先逵主編．機(jī)械制造工藝學(xué)．機(jī)械工業(yè)出版社，2002．1[13]王特典．工程材料．東南大學(xué)出版社，1996．2[14]Kraff KF． Wave motion in elastic solids．Ohio State University Press,1975致謝值此論文完成之際，謹(jǐn)向在課題研究和論文撰寫過程中指導(dǎo)和幫助過我的老師和同學(xué)們致以誠摯的謝意。6. 為使超聲振動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更加簡便合理，有必要測試超聲振動(dòng)系統(tǒng)的阻抗特性、測量工具端部輸出的振幅并考察負(fù)載的施加究竟在多大程度影響到系統(tǒng)諧振頻率。4. 設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)超聲磨削裝置的精度有待進(jìn)一步提高。2. 嘗試采用其它工件材料（如工程陶瓷、高強(qiáng)度鋼等）、開展較復(fù)雜型面的超聲磨削加工將成為進(jìn)一步研究的方向。傳統(tǒng)磨削下磨粒切痕為沿著磨削方向上的單一直線；超聲磨削下磨粒切削痕跡不再是單一斜率的直線，而是微小、密集的正弦曲線。4. 對(duì)選定的試樣進(jìn)行了旋轉(zhuǎn)超聲磨削和傳統(tǒng)磨削的對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究，之后觀察了試樣表面微觀形貌的SEM照片。設(shè)計(jì)的磨削裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，體積小，成本低等特點(diǎn)。其中，為解決因連接磨削工具和施加負(fù)載會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)失諧的難題，本文采取修整變幅桿和磨削工具長度來調(diào)整系統(tǒng)狀態(tài)。旋轉(zhuǎn)超聲磨削中材料去除機(jī)理具有沖擊（磨具上的磨粒對(duì)工件表面的高頻高速?zèng)_擊）和磨蝕（磨削工具的旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可模型化為磨削過程）兩種作用。它不僅保留了傳統(tǒng)磨削的一些優(yōu)良特性，又因加入超聲振動(dòng)后較大地提高加工效率，因此越來越受到科學(xué)工作者的重視。這些材料加工時(shí)切削力大，溫升高，刀具磨損嚴(yán)重，加工表面質(zhì)量差，加工精度也難以提高。GB109690鍵C830的校核：300則GB109690鍵C830也符合要求。 GB109690鍵C620（聯(lián)軸器左半與軸之間的鍵h=6）。軸所受扭矩 = 本裝置設(shè)計(jì)中選用的鍵為GB109690鍵C1650（集電環(huán)與軸之間的鍵h=10）。假定載荷在鍵的工作面上分布均勻，普通平鍵聯(lián)接的強(qiáng)度條件為：式中：T—傳遞的轉(zhuǎn)矩（T=F），單位為N。對(duì)于導(dǎo)向平鍵聯(lián)接，其主要失效形式是工作面的過度磨損。除非有嚴(yán)重的過載，一般不會(huì)出現(xiàn)鍵的剪斷。 鍵的校核平鍵聯(lián)接傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，聯(lián)接中各零件的受力情況如圖所示。軸所受扭矩為： ；電機(jī)需提供的功率為：；最小的軸徑d為：20mm；軸的轉(zhuǎn)速n約為：10000rpm；50可以看出軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力遠(yuǎn)小于許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，因此此處滿足扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度要求。 圖21為軸主件軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為：實(shí)心軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度可轉(zhuǎn)化為：式中：—扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為；—軸所受的扭矩，單位為；—軸的抗扭截面系數(shù)；單位為； —軸的轉(zhuǎn)速，單位為r/min； —軸傳遞的功率，單位為KW；d—計(jì)算截面處軸的直徑，單位為mm； —許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，單位為。對(duì)于僅僅（或主要）承受扭矩的軸（傳動(dòng)軸），應(yīng)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算；對(duì)于只承受彎矩的軸（心軸），應(yīng)安彎矩強(qiáng)度計(jì)算；對(duì)于既承受彎矩又承受扭矩的軸（轉(zhuǎn)軸），應(yīng)按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算，需要時(shí)還應(yīng)按疲勞強(qiáng)度條件進(jìn)行計(jì)算。而壓電換能器能量效率很高（可達(dá)90~96%），不需要任何冷卻。綜上所述，磁致伸縮換能器的主要缺陷在于高電能損失（例如渦流損失）和低能量利用率（50%），這些損失表現(xiàn)為熱，因此換能器必須水冷或空冷而且體積很大。 壓電陶瓷材料是目前超聲研究及應(yīng)用中極為常用的材料，其優(yōu)點(diǎn)為：機(jī)電轉(zhuǎn)換效率高，一般可達(dá)到 80%左右；容易成型，可以加工成各種形狀，如圓盤、圓環(huán)、圓筒、圓柱、矩形及球形；通過改變成分可以得到具有各種不同性能的超聲換能器；造價(jià)低廉，性能較穩(wěn)定，易于大規(guī)模推廣使用。壓電式換能器尺寸小，瞬時(shí)輸出功率高，機(jī)械強(qiáng)度低，工作時(shí)所加電壓較高。天然壓電晶體的居里溫度一般是固定不變的，而人工壓電晶體的居里溫度可以通過成分、配方、及工藝等的改變而加以調(diào)整。壓電效應(yīng)是可逆的，當(dāng)在晶體表面加一定數(shù)量電荷時(shí)，晶體會(huì)發(fā)生變形，這就是壓電逆效應(yīng)。這也進(jìn)一步限制了磁致伸縮換能器的應(yīng)用。任何磁滯伸縮材料都具有磁飽和現(xiàn)象，即當(dāng)外加的磁場從小到大逐漸增大時(shí)，開始時(shí)應(yīng)變隨之增大，但當(dāng)磁場增大到一定的程度以后，應(yīng)變就不再增大，即出現(xiàn)了磁飽和現(xiàn)象。此外，由磁致伸縮換能器組成的工具振動(dòng)系統(tǒng)使用安全可靠，調(diào)整方便；換能器使用壽命長；頻率范圍廣，工具在磨損比較大的情況下，仍能找到諧振頻率點(diǎn)；性能穩(wěn)定，功率容量大。下面對(duì)這兩種換能器進(jìn)行簡要介紹：1. 磁致伸縮式換能器磁致伸縮換能器是基于某些鐵磁材料及陶瓷材料所具有的磁致伸縮效應(yīng)而制成的一種機(jī)聲轉(zhuǎn)換發(fā)聲器。在超聲加工中，是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)信號(hào)，此轉(zhuǎn)換有兩種物理效應(yīng)可以應(yīng)用：A：磁致伸縮效應(yīng)；B：壓電效應(yīng)的逆效應(yīng)。因此換能器、變幅桿或整個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)選擇在振幅為零的駐波節(jié)點(diǎn)固定，故需要在節(jié)面處加工出連接法蘭。例如換能器長度1/2處的中間截面上的任何點(diǎn)，即為靜止不動(dòng)的波節(jié)點(diǎn)，以后向兩端處振幅即逐漸增大，到換能器與變幅桿交界面上振幅為最大，稱波腹點(diǎn)。必要時(shí)，需在螺紋連接處應(yīng)涂以凡士林，絕不可存在空氣間隙，因?yàn)槌暡ㄍㄟ^空氣時(shí)會(huì)很快衰減。2. 整個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)的連接部分應(yīng)接觸緊密，不但可以減少磨削工具的跳動(dòng)，還可以減少超聲能量的損失，使磨削工具可靠工作。超聲變幅桿的設(shè)計(jì)方法主要有兩種：一是根據(jù)變幅桿實(shí)際需要的特定性能，來設(shè)計(jì)變幅桿滿足波動(dòng)方程的外形函數(shù)；二是根據(jù)一些隨坐標(biāo)有規(guī)律變化的外形函數(shù)來得出波動(dòng)方程的解，并由此計(jì)算出變幅桿的各種性能參量。因此，要求變幅桿材料應(yīng)該滿足以下要求:1. 在工作頻率范圍內(nèi)材料的損耗小，材料的疲勞強(qiáng)度高，而聲阻抗率小；2. 易于機(jī)械加工，當(dāng)負(fù)載為液體時(shí)還要求變幅桿的輻射面所用的材料耐腐蝕，抗酸性；3. 變幅桿材料應(yīng)鍛造，纖維伸長方向應(yīng)與聲傳輸線一致，以提高變幅桿的抗疲勞性能及聲學(xué)性能。為盡力提高放大系數(shù)，從而提高超聲加工的效率，并綜合考慮變幅桿的設(shè)計(jì)、制造等因素，本實(shí)驗(yàn)裝置采用由圓柱形和圓錐形變幅桿組合而成的復(fù)合型變幅桿，且此變幅桿兩段采用不同截面、不同材料的桿件。后來，為改善變幅桿的某些性能，人們研制出了各種組合型變幅桿，此類變幅桿往往是由兩種或兩種以上的桿或單一變幅桿組合而成。因此，為滿足加工需求，本實(shí)驗(yàn)裝置采用在換能器與工具間增加變幅桿的方法進(jìn)行振幅放大。相對(duì)來說。第一種方法不能改變換能器前后的振速比，效率低，而且持續(xù)的工作會(huì)引起換能器發(fā)熱，導(dǎo)致?lián)Q能器工作效率及功率容量嚴(yán)重下降