《振动钻孔低频振动工作台的方案设计》13000字

绪论1.1课题研究的背景和意义随着科学技术的飞速发展，孔加工过程中去除的金属量几乎占金属总量的三分之一。可以看出，孔的加工在加工过程中起着非常重要的作用。当今的技术产品不断发展，越来越小，越来越精确，对微孔加工的质量要求越来越高，加工难度也越来越大，尤其是在工程中，经常使用高强度材料（例如硬度）和其他材料。世界各地的研究人员已经对传统钻探过程中的这些问题进行了分析和研究，并提出了可以更好地解决这些问题的特定处理方法（表1-1）。表1-1小孔特种加工方法特种加工方法电火花加工超声加工电抛光电化学加工水喷射加工激光加工电子束加工超声电加工化学加工辐射腐蚀加工光刻蚀离子東加工这些特殊的加工方法相对于传统钻孔具有许多优势，但也有一些局限性。在激光钻的内表面上留有涂层，上下孔的直径完全不同。电子束钻孔的主要条件应该是真空。EDM与非金属不兼容。钻孔仍然是使用最广泛，最经济的方法。但是，传统的钻孔加工效率低，加工成本高并且难以去除切屑。对于直径较大的小孔，如果加工比大于5，则这些问题尤为重要。因此，有必要寻找新的加工技术来满足对新材料的性能和产品加工质量的要求。在这种情况下，出现了振动钻孔。本主题是创建一种具有低频振动的新型台式机。实践证明，振动钻孔具有良好的加工效果。对于振动钻孔的机理，国内外学者也进行了较深入的研究。低频振动台的发展有助于引入和推广振动钻探和钻探技术，但是振动激励设备的开发和改进已成为其实际应用的关键因素。因此，已经开发了具有高轴向振动频率的新型低频振动台。1.2国内外发展现状1.2.1国外发展的现状1954年，日本宇都宫大学的神户纯一郎发现并提出了振动钻孔理论。从那时起，振动钻孔就吸引了全世界科学家和研究机构的关注。1958年，美国的W.Hansen提出了低频振动钻孔的想法，他开发了自己的低频轴向振动钻机，直径为D=4毫米，直径为14.5碳钢。已经开发出低频轴向振动，发现低频振动钻孔可以有效地延长钻头的使用寿命并提高钻孔效率。在1860年代，爱沙尼亚公司使用低频振动钻来测试耐热合金钢和不锈钢上的振动钻。结果表明，钻孔过程中钻孔表面和工件的周期性分离不仅使加工效率提高了一倍，而且还可以提高钻孔效率，因为它可以均匀地排出钻孔过程中产生的切屑。寿命3次与高频振动钻孔实验中的常规钻孔相比，美国Sonobond公司在超小深度的超声振动钻孔效率提高了3.7倍，从而消除了工具振动，并且效果显着。土地改善了表面粗糙度。延长孔的寿命。1973年，前苏联VN.Poduraev在实验研究中使用了振动钻井冲击理论。他认为，振动钻孔过程的边缘影响可以极大地改善切削条件，而弹塑性理论的使用充分证明了振动钻孔的效果是其两倍。1977年，神户准一郎首次提出了超声振动钻井的“钻井收紧效果”理论（有关精确振动横截面和使用细颗粒振动横截面的基本知识）。他描述了定期接触以及分离工件和工具的过程。由于它在钻孔过程中会影响工件，因此超声波振动钻孔过程不会随时间变化，并且冲击脉冲的冲击力会提高钻头的等效刚度。1979年，AdachiS.Koumoto。根据振动切屑折射的理论，在振动钻孔期间，钻头的横截面厚度是连续的，即，如果钻头的瞬时切割厚度小于零，则可以切割整个几何切屑。此外，他提出了振动钻孔动角理论，即在振动钻孔过程中钻头的工作角是不断变化的；1905年，他给出了计算钻孔截面动角的公式。B.Azarkhoushang和J.Akbar将使用镍的超声振动钻孔与常规钻孔进行了比较，并将他们开发的振动钻孔设备进行了比较。实验结果表明，超声振动钻孔可以显着提高钻孔加工的精度。1991年，在高山市（高山市）进行的许多实验证明，超声振动钻孔减少了出口品种的数量。1996年，H。TakeyamaKoumoto使用超声振动钻孔加工技术来改变加工精度，并且实验结果分析表明，超声振动钻孔可以有效提高井眼的表面加工精度。近年来，法国，加拿大，俄罗斯，印度和其他国家的科学家和研究机构从不同角度研究了振动钻削理论，并取得了许多成果。1.2.2国内发展的现况尽管振动钻探技术的研究在我国相对较晚，但近年来在理论研究和过程效应研究方面已经取得了许多成功。北京航空航天大学张大元教授对振动钻削理论进行了系统而透彻的研究，完善了振动板断裂理论：不可逆的差异和重要的发现。湘工学院的肖继明等在低频振动钻孔的基础上，对螺杆的工作角度进行了较为系统的分析，提高了切削效果和研究进展，并对工作角度进行了归纳总结。切削条件的计算公式和切削条件的计算为提高切削性能和改变切削条件提供了重要的理论基础。江苏大学的张平泉等发现，改变轴向振动钻进中的各种参数是影响工作角度的主要因素。大量的实验和结论为选择振动钻井参数提供了理论基础。西安石油学院的习虎松将其振动钻用于小型振动钻探实验。测试参数如下：切削液为机械油，压力设置为4MPa，系统中的真空差为0.1至0.2mm。该装置具有内部振幅的双偏心结构。可以在0-0.5mm的范围内获得无级调幅和频率。在操作过程中，0-100Hz和钻头的振动频率之间的无级调频不会有太大变化。实验表明，切屑开裂效果好，没有切屑开裂现象，说明了低频振动钻机的优点和振动钻机的广泛使用。中南理工学院的陈孔贵已开发出一套完整的设备，可用于使用三种不同的振动方法进行小规模的钻探实验。为不同的材料选择不同的振动参数可以达到良好的效果。该设备由中国北方大学的庆彦和其他人设计，是一种简单，便宜，舒适且低成本的机械钻机。该装置是一种旋转杠杆机构，对振动参数的负载较小，并且易于调节振幅和频率。通过改变螺旋滑块的位置并调节电动机速度来获得频率，从而实现无级调频和无级调幅。如果钻杆和工件之间的距离太小，请缩回钻杆并获得所需的钻孔过程效果。辽宁工业大学王江野等人提出了一种新型的永磁低频轴向振动钻削方法，从完整性的角度考虑，试验结果和理论表明，所设计的永磁振动钻床具有正确的选材，稳定的性能。性能好，安装方便，高质量，低成本的特点。1.3振动钻削存在的问题在振动钻探的整个历史中，在许多国家的科学家的不懈努力下，振动钻探技术取得了许多成果，但仍有许多问题需要探索和解决。1）振动钻孔的理论研究尚不完善现有的振动钻探理论大部分是基于对实验结果的分析和比较，并且由于缺乏详细的科学证据而受到更多的限制。当前所有的研究都是在振动钻井系统作为线性系统上进行的。从不同的角度进行实验并获得不同的结果。这仍然与振动钻孔理论有些不同，但是振动钻孔切割系统的性质是一个复杂的非线性系统。因此，应将振动钻井系统视为非线性系统，应通过动力学理论研究其非线性特性，并应确定振动钻井系统的机理。2）振动钻孔过程中的振幅损失当通过振动进行钻孔时，钻头尖端的振幅是确定钻孔质量的关键因素。然而，由于振动钻井系统的部件的弹性因素，在钻井过程中振幅损失。特别地，当钻头与工件相互作用时由于弹性变形而引起的振幅损失更加明显，这使得振动钻孔的平滑钻孔过程非常困难。因此，在实验的早期阶段对振幅损失的评估和补偿在振动钻探的可持续发展中起着重要的作用。3）可能的参数不匹配目前，振动钻探参数的符合性主要与实验数据相结合。因此，有必要对钻井过程中振动参数，钻井参数和钻井结果之间的关系进行定期的理论分析和实验研究，然后建立可靠，合适的参数作为加工参考。4）缺乏可靠的振动钻孔设备振动钻探系统的研究仍处于试验阶段，大多数振动钻探系统已升级为现有设备，尚无特殊的振动钻探系统出现。这是因为限制振动钻探系统推广的许多关键问题仍未解决。例如，诸如振动系统组件的松动连接以及超声振动钻孔过程中产生热量之类的问题可能会导致共振频率差和振幅损失。由于我国振动钻探试验的振动频率约为20kHz，因此速度通常小于2000p/min，这意味着高频振动钻探主要集中在相对低频和低速的研究上。但是，对于相对高频的超声振动钻孔，存在一些特别重要的研究空白。2低频振动工作台方案制定2.1振动钻削基本理论就特殊的孔加工技术而言，振动钻孔由于其出色的钻孔性能而已成为加工的重要组成部分。其本质是人为地施加某些类型的振动，其频率和幅度可以在传统工具或工件钻孔的基础上进行调整。与常规钻机相比，振动钻机发生了重大变化。振动钻孔的整个过程是间歇性的和间歇性的。钻孔时间与振动周期的比率非常小。与工件接触时，存储在工具和工件分离中的能量会爆炸，从而影响工件，导致工件材料变脆，并有效地降低平均摩擦力和轴向剪切力。通过仔细调整钻孔过程中的振动参数和切削参数，该振动有效地控制了切屑的形成，并提高了去除钻屑的能力，尤其是在较短的加工时间内防止了切屑的堵塞。振动钻孔，尤其是超声波振动钻孔，因为工具或工件本身的振动频率远低于工作过程的振动频率，因此消除了振动条件，并提高了工具寿命和钻孔过程的效率。简而言之，由于其独特的加工机理，较高的加工效率和出色的钻孔性能，振动钻孔越来越受到人们的关注和关注。孔加工的基本方法具有广阔的前景。2.2振动钻削分类振动钻孔技术通常通过在传统的机床上安装轴向振动钻来使器械或工件振动，从而使工具和工件在钻孔过程中周期性地分离并接触。振动钻孔根据不同的特性可以分为以下几种类型。2.2.1按激振性质分类根据刺激的性质，它可以分为强制振动钻孔和自激振动钻孔。强制振动钻孔使用特殊的振动装置作为激励源，将振动传递到工具或工件，并将其连接到现有的机器上，以在钻孔过程中感应工具或工件的振动。自激振动钻削是指在工件加工过程中为了达到振动目的而对工件本身进行的钻削。2.2.2按激振对象分类根据激励对象，可分为两种类型：激励工具和激励发现。激振器通过安装在主轴上的激振装置将振动传递到工具，以在钻孔过程中感测工具的振动。激励工件当激励装置产生的振动传递到工作台上的工件时，工件在钻孔过程中会不断振动。2.3低频振动工作台方案的确定电路设计的原理如下：指示电机旋转电机轴，以使安装在转向轴上的套筒随转向轴一起旋转。套筒上有三个正弦曲线闭合曲线（图2.1），振动轴上的一个小轮通过压缩弹簧与套筒上的正弦曲线闭合曲线紧密连接，该轮使振动轴工作台向上振动。和向下。振动频率通过变频电动机的无级调频来实现，并且可以通过改变套筒位置来调节振动幅度。结果，进行了振动钻孔。图2.1结构示意图2.4振幅调整机构与原理分析（a）（b）（c）图2.2振动装置工作情形图如图2.2中，中心轴圆心为,凸轮1外圆圆心为，凸轮2外圆圆心为，由于凸轮1和中心轴为紧配合，凸轮1和回转中心就是，凸轮2绕凸轮1转动时，实际是绕转动，那么整体形成的偏心距就是到的距离。设凸轮1与凸轮2的偏心距都为e，与的夹角为。如图2.2（a）所示：振幅=。两个极限位置：当时，和重合。如图2.2（b）所示：振幅=当时，，和成直线。如图2.2（c）所示：振幅=这样，可以将振幅设置为设定值，并且可以松动地安装凸轮1和凸轮2，并且可以轻松进行调整，最大可调幅度为2e，最小可调幅度为0e和0.25mm。可调幅度范围为0∽0.5mm。从上面可以看出，幅度随两个摄像机之间的旋转角度而变化。当e=0.25mm由表2.1可得到所需振幅：表2.1e=0.25时部分振幅表[7]（mm）角度振幅角度振幅角度振幅0°0.00021°0.09142°0.1793°0.01324°0.10445°0.1916°0.02627°0.11748°0.2039°0.03930°0.12951°0.21212°0.05233°0.14254°0.22715°0.06536°0.15557°0.23918°0.07839°0.16760°0.2502.5低频振动工作台总体结构中心轴由皮带轮直流电动机控制，中心轴与凸轮1紧密对准，凸轮2和凸轮1松动，两个腔室的相对位置可以轻松定位。放。然后拧紧两端的螺母，并与中心轴一起旋转。网格可以将凸轮2的从滚动轴承的旋转运动转换成活塞的线性运动以感测轴向振动。将钻杆夹在连接到网格上的螺母上，然后钻杆沿着带有网格的轴使钻头振动。振动箱安装在大型车床机架上，该机架可通过大型机架进行轴向进给运动。当工件旋转并沿轴向进给时，钻头振动并进行振动钻孔。3低频振动工作台主要部件的设计与研究3.1低频振动工作台的理论分析低频振动台的理论应力分析。低频振动台通常包括振动部，主传递部和调节部。在低频振动台中，振动轴充当顶部和底部之间的连接。经过分析，振动轴总共受到五个力，即：振动轴的重量mg，弹簧振动的垂直压缩力Fk，腔室对振动轴的总反作用力以及振动力。作用在导轨两侧的总力。反作用力Fr1，Fr2。图3-1是振动钻床上的力图。图3-1振动钻削装置受力简图振动工作台的设计规律为（3-1）其中A=0.251mm，w=2πf=200π，v=Aw=0.157m/s，T=2π/w=0.01s。图3-2为振动工作台设计的理论曲线。图3-2振动工作台设计的理论曲线对位移，速度和加速度之间关系的分析表明，在图3-3的角度曲线中，本文将图3-3中的点d定义为位移，速度和加速度的起点。fd相：腔室相对于振动轴的总反作用力。它远不止重力和弹簧力。随着弹簧力逐渐增加，加速度减小，点d变为零，点d变为最大。在点F，速度为0，加速度最大。图3-3正弦封闭曲线df阶段：弹簧的力和重力随着凸轮在振动轴上的力而开始增加，并且加速度在e点达到最大值，在该点处速度为零。根据力平衡条件：Fx=0，Fy=0，MA=0。此时，在搜索表中，我们得出移动对的摩擦系数为0.1，摩擦角为6度，并且该系数腔室与振动轴之间的摩擦力为0.05。此时，摩擦角为3度。施加到凸轮的最大扭矩必须处于振动轴的上升阶段，因此仅分析上升阶段fe。在df阶段：Fx=0，Fx=0，MA=0，有：（3-2）在de阶段：Fx=0，Fy=0，MA=0，有：（3-3）3.2振动部件的设计与分析（1）弹簧刚度的计算从前面的分析中，我们知道条件，θ1=θ2=6度，θ=3度，a=50mm，b的值为Fr2。滚筒和相机b=0.25-0.25sin（200πt）+56，又有从动件加速度a=-100sin（200πt），，t单位秒：弹簧的压缩量y=0.25+0.25sin（200πt），，t单位秒。带入3-2与3-3式，化简合并整理可得式3-4：在ef阶段：（3-4）EF阶段的分析表明，弹簧弹性系数很重要。如果弹簧常数太低，请敲击振动台。如果弹簧常数太高，则在e点的振动轴和凸轮的作用力不为零。振动工作台的设计振动台的设计也是低频振动台设计的一个重要组成部分。台面设计的目的是能将工件固定在台面上，使工件随机器振动。设置四个槽道贯穿振动台面，将振动台变成四槽振动台，然后将螺钉安装在凹槽中，将工件放在桌面上，并用螺母固定另一端。钢坯维修和钢坯加工。基于以上设计思想，结合六角形基础螺栓头的厚度和直径以及加工材料的尺寸制作了振动台。（3）振动轴的设计振动台与轧辊、弹簧连接的关键部件是振动轴。用螺栓将预制的振动轴固定在振动台上。这种连接方法具有方便操作等优点，并且在振动轴的下端具有预打开的连接。流动孔用于连接一个小辊子和一个通过腔室表面接触而旋转的小辊子。沿轴箱预打开振动轴的轴和弹簧座，以固定弹簧。结构尺寸与零件尺寸以及结构后的振动轴之间的关系。3.3主传动部件的设计与分析主传动轴的设计和分析通常涉及旋转部件和传动轴的设计和分析。这主要是指传动轴的设计，凸轮，凸轮轮廓的设计和弯曲套筒的设计。（1）传动轴设计传动轴必须满足以下要求：轴和与轴连接的零件必须易于组装，拆卸和调整，轴加工技术必须良好，而且轴要和与之配合工作的零件非常地契合。从伺服电机的选择来设计主动轴，将P的量取为0.75kW，这是从最小直径计算得出的。（3-5）应当注意，如果在轴的末端放置楔形轨道，则在考虑到对轴末端的强度设计的影响后，所获得的直径将被修圆为标准直径。该直径可以用作承受扭矩的轴。最小尖端直径为dmin。传动轴材料为45＃钢，因此最大值为126。在已知条件下，最大n在126-103Ao范围内，为1000r/min，P为0.75kW，输入类型为3-5In，您可以获得以下信息。（3-6）根据给定轴的标准直径和楔形路径的结构尺寸这两方面的因素，将最小轴直径d取为19mm。选择垂直轴最小直径的平口扳手时，请根据最小轴直径19mm，轴深3.5mm和深度2.8mm选择标称直径6×6×40的平口扳手。根据轴位置和结构尺寸的要求，在左端应钻一个最小直径的孔，第二部分的长度应从右到左分别为22mm和30mm。第三和第五部分的左，右第三部分具有与轴承相对应的轴向部分，并且第三轴的左端和第五部分的右端设有凹槽。双轴零件和轴承易于拆卸和定位；从右到左的第四部分是设计中使用的肌腱部分。连接了弯曲套筒，并将加工过的凸轮和中间套筒连接到该套筒上传动轴。花键套的设计根据传动轴的设计，花键必须配合套筒和传动轴。花键联接是基于平键联接的设计，但与平键联接相比，花键联接有很多优点：例如，控制效果更好，连接力更均匀。后套筒新型采用内部花键结构。肌腱套的总长度为150毫米，具体取决于后套筒，凸轮和中间套筒的位置之比，肌腱套右端的第一部分为M45线，下方为凹槽。手机位于左端。后袖的最左端是肩膀。一个长120毫米、深度为5毫米的平键凹槽，被开设在花键套筒的中间部分位置。另外还有一个退刀槽被开设在花键套的中间段的左端。花键套筒的功能是通过平头扳手将六个序列的预成型凸轮和五个间隔套分别连接到花键套筒，一端穿过肩部，另一端用螺母固定。设计的花键套。（3）凸轮的设计1）首先，确定凸轮机构的基本尺寸根据计划的比例，将腔室底部的圆周半径设置为r036.5mm，然后根据工作要求（高速和轻载）选择正弦加速度定律，腔室的处理和计算如下：0.5mm。2）找到凸轮的外轮廓该凸轮机构是离心线性辊凸轮机构。（3-7）式3-7中位移、应分段计算，本设计只有推程阶段和回程阶段。推程阶段：（3-8）回程阶段：（3-9）3）推程阶段的压力角和回程阶段的压力角：（3-10）取计算间隔为5度，计算凸轮的轮廓线坐标值。在计算时应注意：在推程、回程的第一个周期内，推程阶段取=，回程阶段取=+，接下来的几个循环必须将先前通过的循环角添加到当前循环的推动和缩回阶段。计算结果如表3-1所示。凸轮的外轮廓曲线（带极坐标的360度扩展图）如图3-6所示，压力角曲线（360度圆周曲线）如图3-7所示。表3-1凸轮工作廓线的各点坐标及各点时刻的压力角δ（度）X（mm）Y（mm）极坐标（mm）压力角（度）00.00036.50036.5000.00053.18836.44436.5140.749106.36736.11036.5982.241158.88735.64236.7502.975…………3459.51235.49836.7502.975350-6.35536.04236.5982.2413553.18236.37536.5240.7493600.00036.50036.5000.000图3-6凸轮的外轮廓曲线（极坐标展开图）图3-7压力角的变化曲线在推动和返回之间的循环中（腔室的旋转角度为60度），牵引过程中的最大压力角为2,975度，此时腔室的旋转角度为15度。返回阶段的最大压力角为2,975度，此时腔室的旋转角为45度。如图3-8所示。图3-8凸轮外轮廓曲线3.4调整部件的设计与分析（1）调整机构的凸轮轴设计低频振动台的调节机构主要由转叉，分支轴，凸轮轴等组成。旋转凸轮轴以及左右移动凸轮轴实现凸轮轴的功能，然后调整凸轮轴的振幅。调节机构不影响负载。设计阶段与以前的凸轮设计相似。主要因素是压力的角度，因为计划曲线应被圆柱体包围。只能根据推动模式进行填充。凸轮轴仅旋转一圈，然后返回到原始起点以完成凸轮轮廓的左右调整。腔室底部的周长为25mm，行程为30mm。计算结果示于表3-2。表3-2凸轮工作廓线的各点坐标及各点时刻的压力角δ（度）X（mm）Y（mm）极坐标（mm）压力角（度）00.0002500025.000.0.00052.17924.90525.0010.042104.34224.62425.0040.167156.47424.16225.0140.373…………345-15.15552.85354.9820.373350-10.49353.98454.9940.167355-5.74954.69854.9990.0423600.00055000550000.000压力角的变化表示满足允许压力角条件的最大压力角小于允许压力的30°。专用凸轮轴。（2）过渡叉设计在汽车的变速箱中，将变速箱连接至变速杆，然后将其放置在手柄的下端。要更改输入或输出速比，请移动中间变速杆，另一端应与中间套筒相连，这限制了中间套筒对花键轴的圆周运动。凸轮轴旋转，然后齿轮叉。圆柱凸轮轴的旋转在过滤器轴上左右移动以调节振幅。专为空间需求而设计的齿轮和拨叉。（3）箱体设计箱体的设计应考虑传动设备的质量，加工工艺和成本，并应考虑整体铸件的精度要求。包装盒的外壳由HT200铸铁制成。轴承设计：主体必须足够刚性，以确保传动网的精度。肋条有内肋条和外肋条两种，内肋条光滑，美观，脂肪储存能力高，但工艺复杂，因此引入了外肋条结构。盒子的外框：铸造盒子的外框通常由曲线和直线组成。由于本文中的框是必不可少的部分，因此计划在框的左侧和右侧放置两个尺寸为100×90mm的窗口。此外，盒子顶部提供了一个140×110mm的窗口，这三个窗口的主要目的是使零件在组装过程中易于组装。底座底部的法兰必须牢固地连接到框架或底座上，因为它具有较大的转折点。因此，计划的锚固法兰必须足够坚固。一天的厚度通常取为p=2b，b为底的厚度。梁的宽度取决于地脚螺栓的直径和扳手空间的大小，为增加结构的刚度，宽度B必须超过地基的内壁。为了增加地脚螺栓连接的刚度，地脚螺栓中的孔之间的距离不应太大。箱体中心高度h：减速器中心的设计高度在用于润滑剂进入的润滑装置的传动部件的设计中是预定的。（3-11）在公式中：d是距低速相机轮廓中心最远的距离；47是从箱体底部到箱座采石场底部平面的距离。确定了主动轴和伺服电机主轴之间的位置关系，它们的中心距为203mm，考虑到安装实际中，难免会出现些许误差，采用类似于键槽的通孔，通过以主动轴圆心为圆心，半径分别为190mm,216mm画圆它们所交于支撑板中心线的截距即为键槽通孔的距离，在键槽通孔安装位置的最左端分别钻一个M8的螺纹孔，这样可以通过键槽通孔向左移动，使主动轴与伺服电机的位置关系处于最佳，起到左右调节的作用。而支撑板左端的设计是根据伺服电机安装位置要求来设计的，支撑板的主要作用就是一方面调节中心距，另一方面就是通过直径为9的通孔固定伺服电机的位置。设计如图3-9所示。图3-9箱体4凸轮传动的接触强度与摩擦学分析4.1接触强度计算及影响接触疲劳的因素4.1.1滚轮与凸轮的接触强度的计算从理论上讲，当使用高匹配零件时，应该有点连接或线性连接两种情况。然而，实际上，接触部分由于弹性变形而变成表面接触。由于较小的接触表面，因此，接触表面上的接触应力非常高。理论上，这应该是点连接或线性连接。实际上，表面接触是由接触表面的局部弹性变形引起的。由于接触面积小，因此表面层上的接触应力非常高，该应力称为接触应力。在这一点上，部件的力称为接触力。机械零件的接触应力会随时间周期性变化。当反复施加载荷时，该截面的表面会形成一些小凹痕。这种现象称为疲劳孔，是由过度集中应力引起的。这会加速两个零件的磨损。因此，重要的是要检查零件的接触力是否符合设计要求。在此模型中，卷轴和相机之间的连接是线性连接。计算接触应力是灵活性的问题。使用赫兹弹性接触应力公式：（4-1）其中：FN是作用在接触表面上的总压力，N；B是原始接触线的长度，mm；P1和P2分别是滚筒和照相机在接触线上的曲率半径，mm；U1和U2是滚筒和相机的泊松比；E1和E2是胶卷和相机弹性模块，N/mm2。考虑到泊松通用工程材料比率的变化不会显着影响相关文档的性能，因此使用相同和相同的材料比使用完全不同的材料更具摩擦性。相较于辊子辊，腔室的表面处理起来更加困难且昂贵，为便于磨损后更换辊子，辊子应采用硬度比辊子低的材料制成。表4-1列出了这两种材料的材料和特性。表4-1滚轮与凸轮的材料属性属性滚轮凸轮材料27SiMn45泊松比u0.280.31弹性模量E/GPa206210硬度/HBS217300化学处理调质调质许用接触应力/MPa380470将上述数据代入公式4-1，计算得出：廓线上各点接触应力的变化情况如图4-1，由图可知，最大的接触应力出现在处，也即足图3-3中的f点处，其最大值为48.2MPa，而此时Fn也为最大值3300N。由表可知接触应力的最大值均在滚轮及凸轮许用赫兹接触应力范围内，即滚轮和凸轮均满足接触强度的设计要求。最小值出现在也即是图3-3中的e点处，其最小值为0，因为此刻滚轮与凸轮刚好临界接触，之间的正压力Fn为O。图4-1廓线上各点的接触应力4.1.2影响接触疲劳的因素（1）滑移速度系数如果辊在柔性平面内旋转或滑动，则最大剪切应力将在清洁和滑动过程中影响表面；滑动过程中的最大剪切应力点靠近表面，应力会更高。当触点打滑时，疲劳度降低。（2）表面粗糙度系数加工过的零件在表面上保持不平整。实验表明，以最终车削表面的粗糙度为标准，随着抛光过程中两个钢件接触面粗糙度的减小，钢件的接触疲劳时间将减少。大约8倍。在进一步减小接触表面的不平整度之后，减小了对接触疲劳时间的影响。（3）润滑油膜因素如果可以在润滑油腔室压力表之间产生柔性流体的动压力，则可以大大降低两个接触面的最大压力，从而延长了接触疲劳时间。4.2润滑计算及凸轮润滑设计中需解决的关键问题4.2.1润滑计算由于近年来弹性流体动力润滑理论的迅速发展，油膜厚度与最小油膜厚度之比已发生变化。凸轮对的磨损及其设计是重要的指标。根据最低润滑油厚度确定润滑状态。用于计算凸轮传动系统的最小油厚的公式由凸轮传动系统的运行条件确定。DawsonD.和HigginsonGR基于许多数值解，找到了弹性流体动力润滑定律，并提出了最小稳定膜厚的公式。（4-2）式中：a为润滑油压茹系数（m2/N）；U为卷吸速度（m/s）；o为润滑油的动力粘度（Pa·s）；R为两接触体在接触处的综合曲率半径（mm）；E为两接触体综合曲率半径（m）；L为两接触体接触长度（m）；Fn为油膜处所承受的压力（N）。4.2.2凸轮润滑设计中有待解决的关键问题影响摩擦学设计的因素很多，润滑剂的特性随工况变化复杂，接触表面的光洁度不易控制等等，使得凸轮润滑设计中存在着很多需要进一步探讨的问题。在此，提出以下问题进行探讨:1）控制接触面的不平整凸轮传动系统工作了一段时间后，由于凸轮的运动，接触面上的凸起会发生变化并变得平滑，从而提高了表面精度。更好的润滑是磨损的过程。如何考虑此设计更改将影响设计参数的开发，并因此影响凸轮处理的成本。2）从动件运动规律的优化设计对于突然的加速点，加减速规律（例如凸轮）会突然减小机油厚度，并直接影响最小机油厚度。在所有操作过程中，必须始终保持以正确的方式润滑凸轮机构。应该对凸轮进行操作，优化运动规律的设计。3）薄膜润滑剂薄膜润滑是近年来广泛研究的一种新型润滑状态，它是一种过渡润滑状态（界于弹流润滑与边界润滑之间），是凸轮副中和超精密仪器中常出现的一种润滑状态怎样在这类凸轮设计中应用薄膜润滑理论是需要研究的问题。4.3振动钻削系统的稳定性有许多因素会影响钻头的稳定性，但影响钻头稳定性的主要原因是剪切力。与非振动钻井相比，在强迫振动的作用下，振动钻井将会有更为复杂的稳定性。当使用低频轴向振动进行钻孔时，钻孔系统是柔性主体。钻杆钻杆Shimmi的横向振动;钴棒弯曲振动。这些振动是由各种轴向力，旋转力和基本剪切力引起的。4.3.1振动钻削切削力分析一般钻削过程中，可根据经验公式计算轴向力和转矩，振动钻削过程中，由于瞬时进给量的周期性变化，钻削过程中轴向力和转矩的周期变化。如图4-2所示。同时，导向块上的径向力和反作用力也会不时变化。如果整个几何形状的切屑断裂，则切屑会在切削面积为零的位置自动分离。理论剪切力是时间的函数，但是剪切面积不会根据正弦定律发生变化，因此实际瞬时剪切力不会根据正弦定律发生变化。图4-2钻头受力简图图4-3理论切削力波形4.3.2影响振动钻削稳定性的轴向振动和扭转振动为了研究轴向振动，需要确定图4-4中所示模式的仪器支架中的振动，，图4-7中为钻头的瞬时位移，为钻头的质量。图4-4轴向振动模型当m=2时得瞬时轴向进给量为（4.3）由于进给量的变化而产生的瞬时轴向力为（4.4）式中激振力的力幅相邻两转刀刃轨迹波形间的相位差。故，可得出动力学方程（4.5）式中钻头的瞬时位移；钻头的瞬时加速度；系统的弹性系数；系统的固有频率，--激振力频率；模型的质量。解方程可得：（4.6）其中，是由轴向切削力周期性变化而引起的；是由刀柄的振动引起的。令，，一般即（4.7）其中（4.8）其中振动钻削时钻头的振幅。可以看出：当，时，（4.9）总体分析：当时，钻头的轴向激振力的幅值最大，所受冲击最大；当时，钻头轴向激振力的幅值最小，所受振动冲击最小；当时，钻头振幅将无限大，即系统达到共振，要设法避开；刀柄的振幅越大，钻头的振幅越大。4.3.3影响振动钻削稳定性的横向振动和弯曲振动（一）横向振动由于径向力和主切削力的周期性变化，压块的合力和导向套筒上的支撑反作用力也周期性地变化。导向块保持在切削刃后方的轴向位置，因此导向块的主切削力和支撑反作用力形成一对力偶（见图4-5），它们也随着当前的轴向切削厚度而周期性地变化。另外，由于导向块的反向锥度，在导向块的背面和孔壁之间存在间隙，使得周期性变化的力偶引起钻杆横向振动。导向块和主切削刃之间的轴向距离很小，并且产生的力对也很小，因此侧向振动通常不是很严重，但是如果振动频率接近主轴的固有频率侧面振动，将发生共振，应避免。图4-5钻头受到周期性的力偶图4-6轴向力不过钻头轴心（二）钻杆的弯曲振动一方面，由于成对的周期，不可避免地会发生钻杆的弯曲振动，另一方面，当使用单刃工具时，切削时所产生的轴向力将不起作用。钻头的中心（图4-6）和横轴的力将不可避免地导致钻杆弯曲。在轴向力周期性变化的情况下，钻杆也会产生弯曲振动。钻杆的弯曲振动是两者综合而成。当系统的固有频率和振动频率相一致时钻杆就会产生共振的情况，应避免这种情况的发生。4.3.4振幅损失振幅在控制切屑破裂和切屑损坏中起着重要作用，当振动设备传输的振幅值到达边缘时，由于处理系统中的固有缺陷而不可避免地会造成损失。人工振动控制在钻孔过程中，这会给我们带来很多麻烦和阻力。影响低频轴向振动钻机（工具）的振幅损失的三个主要因素。（1）由于从动件在凸轮高速旋转时具有较高的惯性力，因此整个机构会发生柔性变形，从而使钻杆端部的实际位移小于设定的振幅值。（2）由于镗杆的刚性差，因此镗杆在压缩后会弯曲并变形。（3）工作组受到周期性撞击后，它会对振动做出反应并产生一定幅度。振荡和激振之间存在相位差，这会导致振幅损失。在小直径振动钻孔中，如果过程系统的所有组件都紧密连接，则振幅损失主要是由于钻杆的刚性不足所致。模型中幅度损失的大小如图4-7所示。（4.10）当，时，达到最小，振幅损失最小；当，时，达到最大，振幅损失最大。通过以上分析可以得出减小振幅损失的途径有：（1）在保证断屑的前提下，减小相位差。（2）适当加大振幅A，当增加振幅A量过多时，钻头承受的切应力幅值会发生变化，冲击强度增大，影响钻头的使用寿命。（3）增大弹性系数K，即增大钻杆的刚度。5总结本文主要开发新的低频振动模型，增加输入轴的低速轴向振动频率，对基本零件和机构进行材料和工作原理进行分析，找到基本结构参数，并比较凸轮，计算油膜