【正文】 )，粉體顆粒間距較大，輸送氣體的壓力較低(通常 0. 1 MPa)，輸送速度較大(通常 1315m/s)。密相輸送的固氣比通常在 15200kg 范圍內(nèi)，輸送氣體的壓力較高(例如可達(dá) 0. )，輸送速度較低( 一般為稀相輸選速度的一半左右)，適用于輸送量較大，輸送距離較長的場(chǎng)合。粉體氣力輸送的一些基本問題，仍是需要進(jìn)一步關(guān)注的研究課題。 粉末顆粒群的沉降速度在氣力輸送中，在管道中的物料不是單個(gè)粉粒，而是粉粒群。俄國的烏斯賓斯基根據(jù)有限空間對(duì)自由沉降末速度的理論，測(cè)定了受管壁有限空間影響的粉末群懸浮速度 v 39。工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 19 頁，共 49 頁??????????????2sttDd1v，ds 一粉粒群所占截面直徑。根據(jù)懸浮速度與自由沉降末速度大小相等，方向相反原理，可以認(rèn)為粉末群的自由沉降速度等于 Vt?？梢哉J(rèn)為粉粒所在瞬時(shí)截平面的流體的平均速度一定，因而這個(gè)平均速度認(rèn)為是粉末顆粒的沉降速度。這時(shí)沉降( 即懸浮 )速度值與顆粒群濃度有關(guān)，濃度大，則沉降速度減小。另一方面顆粒間摩擦、碰撞機(jī)會(huì)就越多，阻力增大、使沉降速度更為減小。 影響粉末顆粒群運(yùn)動(dòng)的因數(shù)（1）粉粒形狀因素。粉末顆粒的不規(guī)則形狀會(huì)對(duì)懸浮速度有較大影響，當(dāng)然也影響粉末的沉降。（2）粉粒群的濃度。這時(shí)，沉降與懸浮速度與粉粒群濃度有關(guān)。（3）向使粉末顆粒分布均勻。碰撞粉木顆粒的碰撞與摩擦。在設(shè)計(jì)前考慮到空氣濕度對(duì)超細(xì)粉末的影響，在氣流進(jìn)入送粉設(shè)備前對(duì)粉末進(jìn)行干燥處理，為此，需要加入空氣過濾器，濾除空氣中的水、油等。 本章小結(jié)本章介紹了激光熔覆的基本理論和氣動(dòng)傳輸理論以及對(duì)傳輸過程中所要面臨的關(guān)鍵問題進(jìn)行了分析，團(tuán)聚和流動(dòng)性差是超細(xì)粉末在輸送過程中的主要問題，分析了團(tuán)聚形成的原因。在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，給出了鼓輪式結(jié)構(gòu)的機(jī)械原理圖和控制系統(tǒng)框圖。工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 21 頁，共 49 頁3 送粉器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 粉輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算根據(jù)任務(wù)書的要求，送粉器的送粉量為 3170g/min 連續(xù)可調(diào)，送粉器的寬度為連續(xù)可調(diào)為 315mm。查 表，3取鎳基粉末的比重為 ，則可計(jì)算出算出粉輪在轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的過程中粉末的輸送量為G=nvr =2428=表 不同牌號(hào)的粉末比重系列 牌號(hào) 比重 熔點(diǎn)（ C）?膨脹系數(shù) 典型硬度（HRC） 規(guī)格目數(shù)（粒度）Ni25 1040 25 150Ni35 1050 35 150Ni45 1085 45 150Ni55 1092 55 150Ni60 1027 60 150鎳基粉末Ni62 1057 62 150粉輪結(jié)構(gòu)如下圖 所示圖 粉輪結(jié)構(gòu)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 22 頁，共 49 頁 電動(dòng)的選擇本系統(tǒng)初步確定選用兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，一臺(tái)用于粉斗中粉末的攪拌打散，另一臺(tái)則用粉輪的驅(qū)動(dòng)。而粉輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)則根據(jù)不同的送粉量需求需要對(duì)速度進(jìn)行控制。由此可算出粉輪去動(dòng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為：N=3/~170/=~電動(dòng)機(jī)的所需的輸出功率：根據(jù)公式 P= 來控制電動(dòng)機(jī)的功率，其中 N 為粉輪軸的轉(zhuǎn)速，T 為950NT粉輪軸的受力力矩。 齒輪齒條的設(shè)計(jì)計(jì)算齒輪做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，齒條做直線運(yùn)動(dòng)，可以把齒條看作是一個(gè)齒數(shù)無窮多的齒輪，這輪的各圓都變?yōu)橹本€，齒輪的分度圓直徑 d、齒條的直線先速度為 v、轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系為v= 式中 d 為齒輪分度圓直徑，mm；n 為齒輪轉(zhuǎn)速，r/min。齒輪齒條正確配合條件是基圓齒距相等，而齒條的基圓齒距是其相鄰輪廓同側(cè)直線的垂直距離，即 P = ；b本設(shè)計(jì)取齒輪齒數(shù) z =17，齒數(shù)為 17，模數(shù)為 1，壓力角為 20，螺旋角為1工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 23 頁，共 49 頁0 ，則齒輪的分度圓直徑 d =m z =17，由此可算出齒輪寬度1b= d =17=；?1齒條長度 L=17u， 取 u= 則 L=取齒輪的變?yōu)橄禂?shù)為 ，則可算出齒輪中心到齒條的中心距H= +x m= +1=；2d17齒距 P ==，齒條的齒數(shù)為nz = += =?齒輪齒條的傳動(dòng)特點(diǎn)①由于齒條輪廓為直線，所以齒廓上各點(diǎn)具有相同的壓力角，且等于齒廓的傾斜角。③與齒頂線平行且齒厚等于齒槽寬的直線，它是計(jì)算齒條的基準(zhǔn)線。d 2 與 d4 是與軸承接觸的，而選用的軸承為牌號(hào)為 6202 的深溝球軸承，故d2 與 d4 為 15mm。d 5 是為了區(qū)分加工表面，取 d5=。本設(shè)計(jì)才有凸緣聯(lián)軸器其模型如圖 所示，凸緣聯(lián)軸器是把兩個(gè)帶有凸緣的半聯(lián)軸器用普通平鍵分別與兩軸連接，然后用螺栓把兩個(gè)半聯(lián)軸器連成一體，使一個(gè)半聯(lián)軸器的凸肩與另一個(gè)半聯(lián)軸器上的凹槽相配合而對(duì)中。 密封器件的配置本設(shè)計(jì)采用了氣動(dòng)輸送，因此密封是關(guān)鍵，密封的好壞直接影響的送粉質(zhì)量，尤其是軸承腔內(nèi)不能有粉末的進(jìn)入，所以粉輪腔體和軸承連接處，密封尤其重要，設(shè)計(jì)中在軸承腔內(nèi)的端部使用兩端帶有錐度的聚四氟套，將傳動(dòng)軸套在中間兩端用壓蓋壓緊，防止密封套產(chǎn)生軸向竄動(dòng)。工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 25 頁，共 49 頁4 送粉頭的設(shè)計(jì)激光熔覆加工是一個(gè)涉及到粉、氣、水等多方面復(fù)雜過程，在加工過程中，這些因素會(huì)對(duì)加工的質(zhì)量有顯著地影響，因此，在對(duì)噴嘴進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候也應(yīng)充分考慮這些因素，并從這些方面綜合考慮。其主要功能是將激光輸送的加工部位，調(diào)整輻射的參數(shù)。，將激光引導(dǎo)到指定的加工點(diǎn)，這主要是靠系統(tǒng)中的反光鏡來實(shí)現(xiàn)的。因此?在設(shè)計(jì)噴嘴的時(shí)候?？梢园呀蛊矫婵闯衫硐氲囊稽c(diǎn)。焦平面在材料的上方是稱之為正離焦，焦平面在材料的下方稱之為負(fù)離焦。負(fù)離焦的時(shí)候，由于材料內(nèi)部的功率密度比表面還高。然而激光熔覆要求基材表面融化層極低，顯然這中負(fù)離焦的的方法不太合適。位于其下是正錐形的，很工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 26 頁，共 49 頁顯然粉末進(jìn)入下邊區(qū)域更方便。圖 光路圖 激光熔覆的送粉方式激光熔覆加工中的送粉裝置可以分為兩個(gè)部分：送粉器和送粉噴嘴。送粉噴嘴的作用則是將送粉器送來的粉流變成不同的形狀并送入激光中以實(shí)現(xiàn)需要的加工。送粉裝置根據(jù)其送粉過程中是否加入載氣可分為載氣式和自重式。在同軸送粉過程中熔覆粉末流方向與激光走向是一致的，因而能夠適應(yīng)全方位立體的熔覆需求，它與非同軸送粉方式的區(qū)別在于采用了載氣式送粉方式。并且粉末流匯聚之后將使將使激光透過率顯著降低，大大減少能量的其它消耗，集體可以保持在較低的溫度狀態(tài)下，因而，粉末熔化時(shí)的過熱度和熔體凝固時(shí)的過冷度都遠(yuǎn)高于預(yù)置涂層法，熔覆區(qū)組織得到強(qiáng)化，所以目前材料供給設(shè)備的研究熱點(diǎn)集中在同軸送粉方式上。這種送粉方式是目前應(yīng)用較為廣泛的一種送粉方式，它的開發(fā)研制及應(yīng)用都已經(jīng)進(jìn)入了成熟的階段，在應(yīng)用的初期，這種送粉方式大多采用重力式送粉，具有較高的送粉精度，這種送粉方式由于粉末的出口和激光的距離較遠(yuǎn)，粉末的定量性和均勻性的控制性較好不會(huì)出現(xiàn)粉末過早熔化堵塞出粉口的顯現(xiàn)。這也使得加工是平面時(shí)，它不能走諸如圓、方形等復(fù)雜曲線，熔覆質(zhì)量及加工范圍受到了很大的限制。載氣式同軸送粉易于操作、控制、便于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化，在熔覆過程中，只要能適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)送粉工藝。 送粉噴嘴的設(shè)計(jì)要求為了獲得良好的熔覆質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)粉末匯聚點(diǎn)與激光光束的相對(duì)位置重合為前提，粉末匯聚點(diǎn)的軸向、徑向位置在一定范圍內(nèi)方便的進(jìn)行調(diào)節(jié)，這是對(duì)同軸送粉的基本要求。為提高粉末利用率和熔覆的效率，在設(shè)計(jì)上要以實(shí)現(xiàn)粉末匯聚點(diǎn)與激光光束的焦點(diǎn)的相對(duì)位置的準(zhǔn)確定位，且在激光器焦距一定的前提下，粉末匯聚點(diǎn)的位置在軸向方向是可調(diào)的。送粉激光熔覆工藝條件必須滿足一下條件：①粉末束流的大小不大于光斑尺寸。同軸送粉氣體是以惰性氣體作為載送氣體的，但 載送氣體并不能為熔池提供足夠的保護(hù)，因此必須設(shè)置相應(yīng)的保護(hù)氣輸送通道，在熔覆過程中，噴嘴要承受反射的激光以及熔池所帶來的很高的熱輻射，因此還需考慮冷卻措施。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)了孔氏同軸送粉噴嘴，這種送粉噴嘴沿著噴嘴外圓周均勻分布 4 個(gè)獨(dú)立的送粉管入口，沿 4 個(gè)小孔噴出的粉末匯聚于一點(diǎn)。⑵送粉孔在保證不堵塞的情況下，尺寸盡可能小，可有效保證粉末的匯聚效果；⑶各個(gè)送粉孔采用氣流攜載同時(shí)同步獨(dú)立送粉可以保證在大傾角度下，粉末不會(huì)出現(xiàn)偏聚現(xiàn)象；⑷送粉孔可以進(jìn)行不同熔覆材料的合成。在激光熔覆過程中，大約有百分之五的激光能量用于加熱和熔化粉末，而大約有百分之九十五的激光能量用于激光熔池的形成以及由于熱傳導(dǎo)造成的能量損失，不同的送粉方式下激光與粉末的相互作用的情況下相同，但激光熔覆的基本特征是熔覆粉末與基材同時(shí)加熱，因此熔覆材料顆粒的大小，熱物理特性，進(jìn)入激光束的方式，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，停留時(shí)間的長短，分布特征、吸熱性是影響熔覆效率、成份的關(guān)鍵因素?？紤]熔覆時(shí)熔池?zé)彷椛鋵?duì)噴嘴頭部的熱影響，同時(shí)要考慮到較高的粉末利用率，故設(shè)定噴嘴芯下端距熔池的距離為 15mm。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，粉末聚焦點(diǎn)要在熔池中處于光束焦點(diǎn)重合，且設(shè)定在在此處粉末匯聚在 的范圍內(nèi)，?以上條件可以算出噴嘴的外錐面的錐角 。噴嘴的結(jié)構(gòu)如下圖 所示：圖 噴嘴結(jié)構(gòu) 噴嘴座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)噴嘴座的內(nèi)錐孔與噴嘴芯的外錐面構(gòu)成了送粉通道，因此二者的配合必須嚴(yán)格要求，考慮到目前采用通用設(shè)備而非專業(yè)設(shè)備進(jìn)行加工，這必然會(huì)造成一定的技工誤差，因此在工差的選著上，噴錐芯的外錐面取+0/ ，目的是通過。送粉孔的個(gè)數(shù)可以選著 5……在本設(shè)計(jì)選著 4 孔。?送粉口位置的設(shè)計(jì)主要考慮一下幾個(gè)方面的因素：一是噴嘴座上設(shè)計(jì)了四個(gè)入粉口，送粉的均勻性要比單個(gè)送粉口高；二是要是粉末噴入的位置位于環(huán)形通道的中線上，且要盡可能沿切向切入，圖 所示，使粉末在載氣的作用工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 31 頁，共 49 頁下首先在環(huán)形通道內(nèi)充分混合，最后均勻地沿著環(huán)形錐道噴出。Pehenimenological analysis and 【8】 28:56845692 Chiu ChinChen .A method for measuring tenpwraturedependent stress and thermal expansin of 【9】 濮良貴，[M].北京: 【10】 李柱，[M].武漢:華中科技大學(xué)【11】 [M].大連:高等【12】 孫桓，[M].工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 33 頁，共 49 頁【13】 [M].【14】 楊昂岳，[M].【15】 [J].天津工業(yè)大 學(xué) 碩士學(xué)位論文。何老師嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的治學(xué)態(tài)度、忘我的敬業(yè)精神、淵博的專業(yè)知識(shí)讓我獲益匪淺，對(duì)我今后的工作和學(xué)習(xí)都有極大的指導(dǎo)意義，在本次設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，無論學(xué)習(xí)還是生活以及設(shè)計(jì)的完成過程中，他都給予我無微不至的關(guān)心和幫助，在這里對(duì)何老師表示最衷心的感謝。 工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 35 頁，共 49 頁附錄1 英文原文Mechanical Design and Manufacturing Processes Mechanical design is the application of science and technology to devise new or improved products for the purpose of satisfying human needs. It is a vast field of engineering technology which not only concerns itself with the original conception of the product in terms of its size, shape and construction details, but also considers the various factors involved in the manufacture, marketing and use of the product. People who perform the various functions of mechanical design are typically called designers, or design engineers. Mechanical design is basically a creative activity. However, in addition to being innovative, a design engineer must also have a solid background in the areas of mechanical drawing, kinematics, dynamics, materials engineering, strength of materials and manufacturing processes. As stated previously, the purpose of mechanical design is to produce a product which will serve a need for man. Inventions, discoveries and scientific knowledge by themselves do not necessarily benefit people