汽輪機轉子末葉（yè）片銷孔加（jiā）工裝置的設計與研究 （中）
2017-7-5 來源（yuán）：遼寧工業大學 作者： 張晚青
3.汽輪機轉子末（mò）葉片（piàn）銷孔加工裝置的機構設計與計算（suàn）
汽輪機轉子末葉（yè）片（piàn）銷（xiāo）孔新型的加工裝置主要由定位與夾緊裝置、進給裝置、傳（chuán）動（dòng）裝置、平衡裝（zhuāng）置等（děng）四部分組成，在上一章中對各部分機構的總體設計方案進行了闡述，在這一章中（zhōng）將繼續介紹這台（tái）銷孔加工裝置的各個機構的具體設計方案及（jí）關（guān）鍵部（bù）件的計算。銷（xiāo）孔加工裝（zhuāng）置的各個機構的具體設計方（fāng）案為這（zhè）台裝置的可行性提供了（le）進一步的理論依據和（hé）技術支持。
3.1 定位與夾緊裝置（zhì）的機構設計
新型轉子末葉片錐形銷孔的加工裝置是將采用整個鑽孔裝置固定在轉子上進行加工，這種加工方式稱（chēng）作“螞蟻啃（kěn）骨頭（tóu）”的加工方式。早（zǎo）在上世紀五六十年代，“螞蟻啃骨頭”的機械加工（gōng）方式在當時得到了廣泛的推崇和推廣。這（zhè）種加工方（fāng）式就是（shì）用小型機床加（jiā）工較大型零件的加工方式。在工作時，大型工件由於體積和質量較大，不易移動，故移動體積和質量都相（xiàng）對小的機床在（zài）大工件周圍進行（háng）加工。鑒於這（zhè）樣的加工特點，我們常把相對小的機床叫做移動式機床。一台最小轉子（zǐ）的質量（liàng）也要十幾噸（dūn），而這種新型末葉片銷孔的加工裝置（除平衡裝置外）僅僅 60Kg 左右。因此，“螞蟻”主要是指（zhǐ）所謂的“積木（mù）式（shì）”機床和“移動式”機床，在本文（wén）中指的是汽輪機轉（zhuǎn）子末葉片銷孔的加（jiā）工裝置。而“骨頭”則是指經鑄、鍛、焊接等方法處（chù）理（lǐ）後的大型工件（jiàn），在本文中指的是汽輪（lún）機的轉子[15]。
這種“螞蟻啃骨（gǔ）頭”的加工方式常用於指代各（gè）種“以小幹大（dà）”的（de）方（fāng）法。其（qí）實，這種“以（yǐ）小幹（gàn）大”的（de）加工方式在傳統加工（gōng）工藝中並不少見。在中（zhōng）國的明清時期，曾經就有傳道士使用過這種加工方式（shì）製造天文儀器；在民國時期也（yě）出（chū）現過用小機床加工大的零件的例子；在前蘇聯時代也曾用移動式的“塔式機（jī）床”加工大型零件的事例。本設計中所采用的“螞蟻啃骨頭”的加工方式，不（bú）僅可以節（jiē）省用於定位所（suǒ）需（xū）要的大量時間，而且可以解（jiě）決由於精（jīng）度不高帶來的較大誤差[16]。
本設計的定位（wèi）和夾緊（jǐn）裝置的作用是將小型的加工（gōng）裝置固定在待加工的大型汽輪機轉子上（shàng）。定（dìng）位（wèi）與夾（jiá）緊裝置的設計主要包括定位機構的設計和夾緊機（jī）構的設計兩部分。
3.1.1 定位機構的設計
定（dìng）位機構（gòu）的設計是根據轉子（zǐ）上的（de）平衡孔相對位置和大小的不變進行設計的。在汽輪機的轉子上分布著一級（jí）級的葉輪和隔板，但因為隔板上的（de）汽封（fēng）會存在漏汽的現象，這樣就會使每一級的葉輪前後有一定的（de）壓差（chà）存在，於是就會使軸向推力有所增加。鑒於此，在每一級的葉輪上鑽相同的平衡（héng）孔，可以有效的降低軸向推力的作用。因此，在汽輪機的每一級葉輪上，一般都開有大小和位置相同的平衡孔。為防止偶數個（gè）數的平衡孔對稱而產生斷裂，故一般葉輪上（shàng）開 5 或 7 個的平衡（héng）孔。為方便加工，平衡孔在一般情況（kuàng）下起到定位的作用[17]。
在本設計中，運用“一麵兩銷”的定位原理對定位機構進行設計，利（lì）用相鄰的兩（liǎng）個平衡孔用兩銷進行定位。通常情況下，在（zài）進行機械加工的過（guò）程中，使用頻率（lǜ）最高的一個定位方式就是“一麵兩銷”，即這（zhè）種定位方式第一定（dìng）位基準（zhǔn）是（shì）一個基準麵，另外的兩個基準是垂（chuí）直於（yú）這（zhè）個基準麵的兩（liǎng）個銷，這兩個銷分別是一個圓形銷，一個削邊銷（或菱形銷）。
在（zài）一麵兩銷的定位方式（shì）中，一個（gè）銷和一個麵總共限製了 5 個自由度,僅有一個（gè）自（zì）由度沒有被限製，即繞銷旋轉的自由度,假如在一麵兩銷的定位方式中的另一個銷（xiāo）仍然選用圓（yuán）銷,那麽，就（jiù）對（duì）兩銷間（jiān）距離即兩（liǎng）銷連線方向的自由度多限製了一次（cì）,這樣就形（xíng）成了過定位[18]。一個圓柱銷（xiāo）與一個菱（líng）形銷的設計就是用於防（fáng）止過定位的。故菱形銷隻限（xiàn）製（zhì）了角向的選轉的自由度（dù）,符合 6 點定位原則，限製了全部 6 個自由度。即一麵（miàn），限製了 3 個自由度，即沿 Z 移動，繞 X 轉動，繞 Y 轉動，如圖 3.1 所示。
圖 3.1 一麵兩銷結構示意圖
在機械（xiè）加工過程中，任意的尺寸（cùn）都會存在公差（或誤差），而兩個銷的中心距不可能與兩個（gè）定位孔的中心距完全一致。削邊（biān）銷或菱形銷就是可以有效的避免由中心距的誤差而造成的無法安裝，並且（qiě）可以限製繞 Z 向的轉動。因此，圓柱銷是限製 X、Y 向移動的，菱形銷的長（zhǎng）軸垂直兩銷孔的連心線[19]。
削邊銷的設計及誤差分析：
圖 3.2 一麵兩銷誤差分析示意圖
3.1.2 夾緊（jǐn）機構的設計
快速卡鉗屬於卡具的一種。在機械加工或製造過程中，通常會有將零件或物體放在恰當的位（wèi）置來（lái）進行檢測或加工的工序，用來把對象固定的（de）裝置，我們稱為卡具。卡具也具有其廣泛的含義（yì），隻要能夠快速，準確，方便的固定（dìng）工件，這樣的裝置（zhì）都可（kě）以稱之為卡（kǎ）具。在（zài）卡具這個廣泛的大家庭中，屬機床（chuáng）夾具應（yīng）用最為廣泛，簡稱夾（jiá）具（jù）。
夾具通常由定位元件（確定工件在夾具中的正確位置）、夾緊裝置等組成。故本（běn）設計中的汽（qì）輪機轉子末葉片銷孔加工裝置屬於（yú）機床的一種。
1-壓杆 2-螺母 3-滑動框梁 4-調節滑塊 5-壓緊（jǐn）橡皮墊 6-鉚釘 7-連接杆 8-支撐杆 9-底座 10-控製手柄
圖 3.3 快速卡鉗二維圖
本課題中的夾緊機構是將定位好（hǎo）的鑽孔裝置完全固定到轉子上，它的主要（yào）組成部件是快速卡鉗和連接架。快速卡鉗，又稱為快速夾具。它的（de）實質其實就是雙搖杆機構，雙搖杆機（jī）構屬於平麵連杆機構的一種，它由連杆、機架及兩連架杆等四（sì）構件組成。機構中各構（gòu）件互相作平麵平行運動，其基本型為由四個構件和四個低副組成（chéng）的平麵四連杆機構（簡稱平麵四杆機構（gòu）），它是應用最廣和結構最簡單的機（jī）構，同時又是構成平麵多杆機構的基礎。平麵四杆機構中，與（yǔ）機架相連（lián）接的運動構件（jiàn）稱為連接架，不與機架相聯的構件稱為連杆（gǎn）。能相對機（jī）架作整周轉（zhuǎn）動的連接杆稱為曲（qǔ）柄，相對（duì）機架僅能作（zuò）往複擺動的連架杆稱為搖（yáo）杆[20-24]。
在現實（shí）生活中，我們常巧用死點夾緊原（yuán）理對元件或零件進行夾緊。當平麵四杆機構中，當連杆與從動件在同一條直線時，那麽這個平麵（miàn）連杆機構達到了死點位置。被死（sǐ）點位置中的平麵連杆（gǎn）機構所壓緊的工件，即使存在再大的作用力，同樣沒（méi）有辦法把壓頭鬆（sōng）開，當然（rán）破壞力除外。在（zài）本課題中的所選用的快速夾具，裝夾便捷，快速，使用簡單，並且靈活，節省了在裝（zhuāng）配夾具中（zhōng）所使用的大量時間。本文中設計的夾緊裝置巧妙的運用快速卡鉗，可以使新型的加工裝置安裝在（zài）轉子上更加方便，快（kuài）速，安全[25,26]。
圖 3.4 夾緊機構連（lián）接架
夾緊機構中的另一部件是連接架，連接架的作用是將加（jiā）工裝置與快速卡鉗連接（jiē）起來，使快速卡鉗其發揮（huī）應用作用。由於連接架的兩端（duān）分別由螺（luó）栓連接到加工裝置和快速（sù）卡（kǎ）鉗上，整個連接架均已懸（xuán）出，且懸出麵過大（dà），而連接架自身（shēn）所能承受的（de）載荷（hé）有限，此時，在兩個結合麵之間設計一塊加強肋（lèi），用來提高結合麵的強度和剛性。
3.2 進給（gěi）裝置的機構設（shè）計與計算
汽輪機轉子（zǐ）末葉（yè）片錐型銷孔的新型加工裝置的進給裝置是為了實（shí）現 X、Y、Z 方向進給而進行設計的。其主要部件（jiàn）包括螺旋傳動副、導軌、進（jìn）給鎖緊機構、滑塊、連接板、錐齒輪和帶座軸承等。
3.2.1 螺旋（xuán）傳動副的選用與計算
螺（luó）旋傳（chuán）動是機械傳動的一種，它主要是利用螺紋牙麵與螺旋旋合來實現直線（xiàn）運動（dòng）與回轉運動（dòng）轉換的一種傳動形式[27]。
螺旋傳動的分類根據工作性質的不同可分為：
（1）傳力螺旋。傳遞動力是傳力螺旋的主要工作（zuò）性質的體現，即較大的軸向力和軸向運動均由較小的轉矩轉動（dòng）產生（shēng），螺旋千斤頂和螺旋壓力機就是傳力（lì）螺旋的最好例證，在工作時常用（yòng）低轉速，間歇的工作（zuò）或短時間的工作。
（2）傳（chuán）導螺旋。傳遞運（yùn）動是傳導螺旋的主要工作性質的體現，即傳（chuán）動的精度（dù）高是傳導螺旋的主要特點。金屬切削機床的進給螺旋是傳導螺旋（xuán）的（de）常用方式，其較長且連續的工作時間，較高的工作速度，均可使（shǐ）工作台和刀具的直線進給得到（dào）更（gèng）好（hǎo）的實現。
（3）調整（zhěng）螺旋。軋鋼機軋輥的壓下螺（luó）絲和（hé）衝壓（yā）機的調整螺旋是（shì）調整（zhěng）螺旋的常用形式，其零（líng）部件間的相對位置的調整和固定是調整螺旋傳動實（shí）現的目的，就像（xiàng）帶傳動中心距調整時的張緊螺旋，通常不輕易轉動[28]。
本設（shè）計中根據工作性質，選用（yòng）的是傳導螺旋和傳力螺旋，可以（yǐ）通過人（rén）工對手柄的旋轉，使 X、Y、Z 三個方向進行進（jìn）給，間歇（xiē）的工（gōng）作和進行精確（què）的定位，並通過（guò）旋轉手柄完成（chéng）對預加工的（de）銷孔進行較好的鑽（zuàn）削。
螺旋（xuán）傳動（dòng）根據螺紋（wén）副摩擦性（xìng）質的不同可分為：
（1）滑動（dòng）螺旋（xuán）
滑動螺旋摩擦係數和螺紋升程在通常情況下較小，故縱然具有很大的軸向（xiàng）力，但其具有很（hěn）小的轉矩。運用這（zhè）種工作原理，前麵所述的傳（chuán）力螺旋起到了事（shì）半（bàn）功倍的傳力作用，升程（chéng）越小（xiǎo）“四兩撥千斤”效果就愈發的明顯。
滑動螺旋傳動的特點是：摩擦阻力大，傳動效（xiào）率低，大多數情況（kuàng）為 30-40%；易於自鎖；磨損快，進（jìn）而壽命短；結構簡單，加工方便；運轉平穩，然（rán）而可能有爬行（háng）的情況產生。
滑動螺紋一般可分（fèn）為梯形（xíng）螺紋和鋸齒形螺紋（wén）。在日常生（shēng）活中，我們常（cháng）提到的滑動螺旋傳動就是梯形螺紋傳動（dòng）。梯形螺紋之所以可以得到最廣泛的應用，是因為鋸齒形螺紋近用於單向受力的傳力螺旋。然而矩形（xíng）螺紋常用於要求不是很高的傳動螺旋和傳力螺旋。
（2）滾動螺旋
滾動螺旋，也可稱為滾珠絲杠傳動。在（zài）旋合螺母和螺杆的工（gōng）作麵上，置有適量的（de）滾動體，多數情況下為鋼珠，少（shǎo）數情況下為滾子，當螺母與螺杆進行轉動的時候，滾動體在滾道裏沿著（zhe）螺紋進行滾（gǔn）動，使螺母與螺杆（gǎn）的相對運動成為滾動摩擦（cā），使螺旋副的傳動精度和（hé）傳（chuán）動效率得到了極大的提高。
滾動螺（luó）旋傳（chuán）動的特點是：摩擦（cā）阻力小，傳動（dòng）效率高，其傳動（dòng）效率至少在 90%；結構複雜，製造較難；具有傳動（dòng）的可逆性，即既可以把旋（xuán）轉運動變成直線運（yùn）動，同時也可以把（bǎ）直線運動變成旋轉運（yùn）動；運轉平（píng）穩，啟動時無顫動，低速時不爬行；螺母和螺杆預（yù）緊（jǐn）後，一般能夠調整（zhěng）到（dào）較高的定位精度和重複定位精（jīng）度（dù），其精度介於靜（jìng）壓螺旋和滑動螺旋中間，而且可以提高軸向剛度[29-31]。
多數滾動螺旋的螺母上（shàng）有（yǒu）滾動體返回通道，與螺紋滾道形成閉（bì）合回路，使滾動體在螺紋滾道（dào）內循環。
本課題（tí）中選用的既有滑動螺旋傳動，又有滾動螺旋傳動。在 Z 向進給（gěi）裝置的（de）設計是（shì）在考慮其自身重（chóng）力的基礎上進行設計的，雖然（rán）平（píng）衡（héng）機構能夠使鑽孔裝置處於無重狀態，但為避免操作不當或操作失誤所引起的加工裝置在 Z 向上滑落下來的危害，所以在 Z 向將螺旋傳動副設計為帶自鎖功能的梯（tī）形滑動螺旋傳動，即梯形（xíng）絲杠副。根據上述的（de）滾動螺旋傳動的特點，將 X、Y 向上設計為（wéi）摩擦阻力小，傳動（dòng）效率高的滾動絲杠（gàng）傳（chuán）動。
梯形絲杠螺旋副（fù）的選（xuǎn）型與設計：
圖 3.5 梯形絲（sī）杠
3.2.2 錐齒（chǐ）輪的選用（yòng）與計（jì）算
齒輪是常用的機械設備的重要組成部分與基礎零件。它具有傳動效率高，功率範圍大，使用壽命長，傳動比準確，安全可靠等特點（diǎn），故而成為現今諸多機械產品中不（bú）可（kě）或（huò）缺的傳動部（bù）件。
（1）錐（zhuī）齒輪的選用（yòng）
對於平行軸傳（chuán）動，通常多采（cǎi）用圓柱直齒輪或斜齒齒輪傳動；對於相交軸傳動，多采（cǎi）用直齒、斜齒或曲線齒（chǐ）的錐齒輪傳動（dòng）；對於（yú）兩軸既不平行又不（bú）相交的傳動（dòng）（交錯（cuò）軸傳動（dòng）），可采用準雙曲麵齒輪傳動、蝸杆傳動（dòng）、以及交錯軸斜齒圓柱齒輪傳動。根據一般盡可能選用結構簡單和工藝合理的傳動型式，根據本設計對傳動（dòng）裝置的結構（gòu）和動力參數的要求，Z 向進給方（fāng）向選用兩個直齒錐齒輪（傘形錐齒輪）來實現手柄方向的轉（zhuǎn）向，這樣可以使（shǐ）手柄的操作更加便捷（jié）[32]。
直（zhí）齒圓錐齒輪主要（yào）用於相交軸傳動（dòng），它的效率比較高，可達 98%，通常用於機床、汽車（chē）、拖拉機等機（jī）械中。直齒錐齒輪傳動的主要特點是承載能（néng）力（lì）小，比曲線（xiàn）錐齒輪的軸向力小，製造（zào）和結構都比曲線（xiàn）錐齒輪容易（yì）。
圖 3.6 Z 向手輪轉動結構圖
直齒錐齒輪（lún）一般用（yòng）於（yú）低速傳動，其齒線理論上為直線。為了補償少量的安裝誤差（chà）及負載變形，實際上常在齒長方向上製有微量的鼓形（xíng）。直齒（chǐ）錐齒輪的軸向力比（bǐ）曲線齒錐齒輪小，因此，有時可以用軸承來減小對安裝空間（jiān）的要求[33]。
3.2.3 軸承的選用
本課題進給裝置中，根據不同軸承的性質，功能，及其不（bú）同軸承的特點（diǎn），選用了KFL002 帶座外球麵軸承和深（shēn）溝（gōu）球軸承。
（1）帶座外球麵軸承的選用
本課題中的 KFL002 帶座外球麵軸承是將菱形座（zuò）和潤滑（huá）脂密（mì）封型深溝球軸承組合起來的高精度組件產品，但（dàn）價格不貴。它（tā）是通過幾個螺栓連（lián）接安裝（zhuāng）到 Z 向進給框（kuàng）架上，並（bìng）且具有調心功能，同時又能夠進行潤（rùn）滑脂的補充，它是一種使用（yòng）和安裝都很便捷的產品[34]。
圖 3.7 KFL002 帶座外球麵軸承
（2）深溝球（qiú）軸（zhóu）承的選用
在本設計中，根據深（shēn）溝球軸承的特（tè）點（diǎn）及其結構設（shè）計的需要，選用寬度為 8mm 的（de）國標深溝球軸承。
3.2.4 連接錐齒輪的軸的設計
軸是在機械設備中的一個（gè）重要的零件，它是用來安裝傳動零件，並且使軸繞它（tā）的軸線（xiàn）轉動，傳遞轉矩或（huò）運動，並通過（guò）軸承和機架相連接。根據軸和（hé）軸線的形狀（zhuàng）和功用不同，可分（fèn）為直（zhí）軸，曲軸和軟軸三類。
軸的結構決定於受載情況、軸上零件的布置和（hé）固定方式、軸承的類型和尺寸等條件。軸的結（jié）構，應使軸受力合理，避（bì）免或減輕應（yīng）力集中，有良（liáng）好的工藝性，並使軸上零件（jiàn）定位可靠，裝拆方便。軸上零件的周（zhōu）向固定，可采用鍵、花鍵、銷、過盈及脹緊套等連接。軸上零件的軸向固定，常用軸肩、軸環、螺母、軸端擋圈、套筒、圓錐麵、鎖緊擋圈、緊定螺釘（dìng）和彈性擋圈（quān）等[35]。
本課題中的軸的主要作（zuò）用是連接錐齒輪，使錐齒輪繞著軸線轉動，來實現齒輪的傳動，進而達到手柄轉向的作（zuò）用。軸與（yǔ）直齒錐齒輪之（zhī）間用平鍵相連接，平鍵與軸和錐齒輪（lún）
采用過盈配合的配合方式（shì），在軸的兩（liǎng）端分別用一個帶座外球麵軸承和一個深溝球軸（zhóu）承連接，由於深溝球軸承（chéng）與框（kuàng）架過盈配合，故不需要用軸肩等對其進行軸向固定。
3.2.5 導（dǎo）軌與滑塊的選用與計（jì）算
導軌主要（yào）用來支承和引導運動部（bù）件沿著（zhe）一定的軌跡運動。兩個作相對運動的部件構成一對導軌副。其中，不動（dòng）配合麵稱為固定導軌或靜導軌，運動配合麵稱為運動導軌或動導軌。在運動導軌和固定導軌之間一般隻允許有一個自由度。在本（běn）課題中，進給裝置中的導（dǎo）軌均為直線導（dǎo）軌。導軌按照其摩擦性（xìng）質的（de）不同，分為兩大類，一類是滑動導軌，一類（lèi）是滾動（dòng）導軌。
鑒於導軌的運動性能，針對（duì）於本課題設計（jì）與選（xuǎn）用不同類別（bié）導軌時應注意以下（xià）方麵：
（1）導向精度。由（yóu）於本課題的運動軌跡均為直（zhí）線（xiàn）運動，幾（jǐ）何精度（dù）是影響導向精度的主要因素；
直線運動導軌的幾何精（jīng）度一般包括導軌在垂直（zhí）平麵、水平平麵內的直線度和兩條導軌麵間的平行度，兩導軌麵間橫向某長度的扭曲值；
（2）精（jīng）度保持性；
（3）低速運動的平穩性；
（4）剛度的滿（mǎn）足。
在本課題（tí）中，根據工作性質和不同類型導軌的特點，在進給裝置中，將 Z 向進給的導軌設計為滑動導軌（guǐ），將 X、Y 向的導軌設（shè）計為滾（gǔn）動（dòng）導軌。
（1）Z 向進給導軌的選（xuǎn）用
直線滑動（dòng）導軌既可以（yǐ）是（shì）一（yī）個專門的零件（jiàn），也可以（yǐ）在一個零件上起（qǐ）導（dǎo）向作用的（de）部（bù）分。在 Z 向進給的機構設計中（zhōng）的直線滑動導軌起到導向作用。滑動導軌的（de）運動件和（hé）承導件直接接觸，其優點是結構簡單，接觸（chù）剛度大，缺點是磨（mó）損快，易形成自鎖。
在 Z 向的（de）進給機構中，選用 T 型導軌用來（lái）對（duì）加工裝置的 T 型絲杠進行導向，以減小對絲杠的方形螺母的壓力與扭矩。由於在 Z 向上，絲杠和與其（qí）配合的方形螺母作上下（xià）往複運（yùn）動（dòng）。如果沒有導軌（guǐ）的導向作用，則方形螺母相（xiàng）當於懸臂梁的結構，對方形螺母的壓力和扭矩之（zhī）大可想而知。雖（suī）然（rán）在螺母兩側增加了直線滑動導（dǎo）軌的設計，減緩了對螺母的壓（yā）力，但仍（réng）可能出現自鎖現象，故（gù）需要對導軌的不自（zì）鎖條件進行驗證，以保證進給過程順（shùn）利安全的完成[36-38]。
滑動導軌不自鎖的條件：
作（zuò）用力 F 平行於導軌軸線（xiàn），與軸線的距離（lí）：
（2）X、Y 向（xiàng）進給（gěi）導軌的選用
直線滾動導軌副是一種新型的導軌標（biāo）準組件（jiàn）。它是由四列循（xún）環滾（gǔn）珠、滾珠保持架、支承滑塊和帶滾道的導軌等四部分組成。一般情況下（xià），每根導（dǎo）軌有兩個或兩（liǎng）個以上的支承滑塊。承載時，滾珠與滾道成線接觸，其承載能力比點接（jiē）觸高很多。由於滾（gǔn）動元件在受力時產（chǎn）生彈性變形，因而（ér）可以預緊，以提高導軌副的抗衝（chōng）擊（jī）性能和剛度。
滾動導軌的優點是：在滾動（dòng）導軌中，其動靜摩擦因數的兩個（gè）值相差很小，選用滾動導軌不會容（róng）易出現爬行現象，並且定位精度（dù）高，壽命長。因此（cǐ），在本課題中（zhōng）的 XzY 方向的進給導軌，選用直線滾動導軌副中的光軸和 SBR 滑塊。
SBR 直線導軌：在本課（kè）題中，選用 SBR 直線導軌，它以超高的強度和剛度，以及超低的阻力，在現實（shí）生產與生活中，得（dé）到廣泛的應用。
圖 3.8 SBR 導軌
表 3.1 導軌（guǐ）尺寸（cùn）參數（shù）表
3.2.6 進給鎖緊機構（gòu）的設計
圖 3.9 鎖（suǒ）緊機構（gòu）
本文中的鎖緊機構主要對（duì） Z 向和 Y 向（xiàng）的導軌進行（háng）鎖緊，以（yǐ）使兩個方向的進給裝置（zhì）進行鎖緊在特定的位置停留，且停留後不會因振動或誤碰手柄而產生位移，以確保鑽孔精度滿足加工需求，保證鑽孔過程的（de）順利進行以及操作工人的人身安全。
進給裝置的鎖緊機構由帶螺紋法蘭和帶（dài）手柄螺杆組成。Z 向的鎖緊機構中，帶螺紋法蘭由（yóu）四個沉頭螺釘固定在 Z 向與 Y 向的進給連（lián）接架上。當（dāng）進行 Z 向進給時，將（jiāng）帶手柄螺杆旋鬆或卸下，在進給到特定位置時，將其旋進帶螺紋（wén）法蘭中，將螺杆通過 Z 向與Y 向的帶孔連接架旋到旋不動為止，利用螺杆對（duì）導軌的擠（jǐ）壓力，阻止（zhǐ） Z 向進給，達到鎖緊目的。X 向的鎖緊機構中，帶螺紋法蘭（lán）由四個沉頭螺釘固定在 X 向的一個滑塊上（shàng），進給到特定（dìng）位置後，將螺杆旋進法蘭中，將螺杆通過帶孔的滑塊直接（jiē）旋到 X 向導軌上，直到旋不動為止，以實現對（duì） X 向進給的鎖緊。
3.3 傳動裝置的機構設計與計算
本文中的傳動裝置是由電動機、傳動機構和工作機構三部分（fèn）組成。這部分裝置主要是通過對 X 向進給裝置（zhì）的（de）移動，來對預加工孔進行鑽削。電（diàn）動機接上電源後，通（tōng）過平（píng）鍵（jiàn）傳遞動力到小皮帶（dài）輪上，再通過把小皮帶輪和大皮帶輪連接起來的皮帶將動力傳遞給大皮帶輪（lún），再通過大皮帶輪將主軸的轉動傳遞給鑽頭，就這（zhè）樣實現了鑽孔的過程。
3.3.1 傳動機構的設計與計算（suàn）
在本課題中，選用帶傳動的傳動方式是因為其（qí）自身的優點：傳動穩定，便於拆卸與安裝，不使（shǐ）用（yòng）潤滑油等。根據本文中需要設計（jì）的傳動機構（gòu）功能，選用結構簡單，用於平行軸傳（chuán）動的開口傳動。
傳動帶選用窄 V 帶進行動（dòng）力傳動，窄 V 帶承載層為繩芯，鍥角為 40°，相對高度近似為 0.9 梯形截麵環形帶。窄 V 帶（dài）還具有摩擦係數大，工作麵與輪槽粘附性好，允許包角小，傳動比大（dà），能承受較大的預緊力，傳遞功率大等特點[39]。
關於（yú）帶傳動的（de）參數設計計算：
P -傳遞（dì）功率（kw） KA-工況係數（載荷平穩或變動微小時AK =1） 1n -小帶輪轉速（r/min）
2n -大帶輪轉（zhuǎn）速（r/min）
P1d -小帶輪節徑（mm）
P2d -大帶輪節徑（mm）
3.3.2 工作機構的（de）工作流程及電機的選型
（1）工（gōng）作機構的工（gōng）作流程
電動機（jī）以每分鍾 2800 轉的轉（zhuǎn）速將動力以 3：1 的傳動比通過小皮帶輪和皮帶傳遞給大皮帶輪，在大皮帶輪和軸套（tào）之間用平鍵（jiàn）連接（jiē），以（yǐ）保證主軸轉速的正常運行。在軸套（tào）的外（wài）側的前後，存在兩個銅質的（de）外軸套，並和軸套（tào）之（zhī）間保持一定的縫（féng）隙，以減小主（zhǔ）軸運動時所產生的摩（mó）擦力。其中，兩個銅質的外軸套分別通過三個鉚釘固定在鑽孔工裝的（de）框架上。為方便（biàn）使用，鑽頭套是工廠內部自行加工的（de），它是上下半徑不等的（de）兩個圓麵構成的（de）圓錐體，中間是鑽頭直徑（jìng）的（de）通孔（kǒng）。在（zài）椎體直徑大的一麵，用車床車出（chū）大概 10mm 厚的螺紋，並切（qiē）成均勻的四等分。將鑽頭放入鑽頭套後，用圓形螺母對鑽頭套進行預緊，以便（biàn）將鑽頭固定在鑽孔工（gōng）裝上（shàng）[40,41]。
由於（yú）每兩級葉輪之間的距離相對小，致使普通的鑽床無（wú）法（fǎ）對末（mò）葉片銷孔進行鑽削。本課題中的鑽孔機構就是根據（jù）轉子葉輪（lún）末葉（yè）片銷孔的特殊情況而設計的鑽孔裝置。轉子中，兩葉（yè）輪間的最（zuì）小距離為75m，所以對於鑽孔工（gōng）裝中（zhōng）框架（jià）的設（shè）計，在滿足強度的前提下，盡可能薄一些，以便順利完成整個鑽（zuàn）孔（kǒng）過程。
1-電機 2-框架 3-皮帶 4-小皮帶輪 5-鍵 6-大皮帶輪 7-圓形螺母（mǔ）8-銅質外軸套 9-軸套 10-鑽頭套 11-鑽頭
圖 3.10 傳動（dòng）裝置（zhì）爆炸圖
鑽（zuàn）孔過程：首先將鑽頭裝進鑽（zuàn）頭（tóu）套，再把鑽頭套安置到軸套內，用圓形螺母將鑽頭套鎖緊，固定到工作（zuò）機構中，注意安裝後的露出（chū）的鑽（zuàn）頭長（zhǎng）度（dù）和整個框架（jià）厚度之和（hé）要小於葉（yè）輪之（zhī）間的最小距離；將傳動裝置的電機接上三相（xiàng）電源，而後鑽頭主軸轉動，搖動 X軸手柄，使鑽頭（tóu）對準劃（huá）線後預鑽孔位置，先用較小直徑的鑽頭進行鑽削，而後再用圖紙要求銷孔大小直徑的鑽頭進行鑽削。在鑽削過程中，無法一次順利完（wán）成整個鑽削過（guò）程，將預緊鑽頭套的圓形（xíng）螺母旋鬆（sōng）後，用卡鉗（qián）將鑽頭伸長到能夠將葉輪鑽透長度，進行第二次鑽孔，直到完成通孔鑽削為止（zhǐ）。而後逐個孔進（jìn）行鑽削。鑽削完成（chéng）後，再次旋鬆鑽頭套上圓形（xíng）螺（luó）母，用卡鉗將（jiāng）鑽頭放到（dào）可以（yǐ）順利將鑽孔（kǒng）工裝搖出的長（zhǎng）度，將其旋出（chū）。至此完成一個鑽孔周期（qī）[42,43]。
（2）電機的選型
在（zài）工廠中一般用於加工的電機均為三相交流電（diàn）源。在本設計中，在電機的選用上沿用了原有的三相異（yì）步電機。選取 Y 係列 Y-90S-2 型三（sān）相異步電機,額定功率 1.5kw，電機轉速 2800r/min。該（gāi）電機具有結構（gòu）簡單，效率高，價格低，維（wéi）修方便等優點。
3.4平衡裝置的機（jī）構設計與計算
本課題中的（de）平（píng）衡裝置的作用是平衡掉整個裝置（zhì）的重力，理論上使其處於一種失重狀態，使其運（yùn）動平滑，操作省力，可以（yǐ）大大減輕勞動強度，提高工作效率（lǜ）。平衡裝置在 Z向進給裝置的方形（xíng）螺母出現問題時（shí），使其防止（zhǐ）突然（rán）墜落，並使其處（chù）於三維（wéi）空間（jiān）的懸浮（fú）狀態。
平衡吊夾具操作簡單、方便，所以隻要移動手柄工件物料即可隨動。
3.4.1 平（píng）衡裝置（zhì）的總體設計與受力分析
本課（kè）題中平（píng）衡裝置包括小型移動起重機和彈（dàn）簧平衡（héng）器（qì）兩部分。小型移（yí）動起重機由橫梁，立柱，車輪和配重片等組成。為防止小型起重機發生側翻，加配重片以使裝置達到受力平衡。
圖 3.11 平衡裝置受力分析（xī）圖（tú）
3.4.2 彈簧平衡器與葫蘆的比較（jiào）
彈簧平衡器（qì）的能量來自（zì）於在彈簧平衡器內部的蝸卷彈簧（huáng），蝸卷彈（dàn）簧處於一種蜷縮狀態，凝聚著彈性勢能（néng），使平衡器吊起的重物與彈簧的（de）拉力相抵（dǐ）消，使重物（wù）懸掛在（zài）半空中。它的工作原理實際上使平衡器內的蝸卷彈簧的彈性勢能與重物的重力達到平衡。這種彈簧平衡器（qì）使重物處於失（shī）重狀態，大大降低（dī）了操作工人的勞動強度（dù），提高了勞動生產效率。彈（dàn）簧平衡器還可以節約空間，降（jiàng）低（dī）成本。
葫蘆（lú）屬於小型起重設備的一種，它主（zhǔ）要是（shì）通過（guò）鋼絲繩或（huò）鏈條（tiáo），來帶動取（qǔ）物裝置運動的起（qǐ）重裝（zhuāng）備。葫蘆主要是起到承上啟下的過度作用，結構簡單，易操作，但安全係數低，無保險裝置。而彈簧平（píng）衡器自身存（cún）在優點是葫蘆所（suǒ）不能及的。第一，彈簧平衡器存在保險裝置，當其內部的彈性（xìng）勢能不（bú）足以平（píng）衡掉懸掛的重物時（shí），其內部（bù）的彈簧會（huì）斷裂，起到保險的作用；第二，彈簧平衡器能用較小（xiǎo）的力移動重物，可以節約很多不必要的人力[44]。
1-掛鉤 2-安（ān）全（quán）孔 3-拉杆止動銷 4-塔輪 5-鋼絲強固定螺栓 6-調節蝸杆 7-繩拖動移動孔 8-鋼絲繩 9-緩衝橡膠 10-鋁管 11-吊鉤（gōu）
圖 3.12 彈簧（huáng）平衡器結構圖
3.4.3 彈簧平衡器的選型
由於（yú）鑽孔裝置（zhì）的質量（liàng）在 50Kg 左右，故彈簧平衡器應選稱重 60Kg 的型號，其中要考慮彈簧平衡器自（zì）身重量。
表 3.2 彈簧平衡器工作參數表
3.5 本章小結
本章（zhāng）對汽（qì）輪機轉子末葉片（piàn）銷孔的加工裝置（zhì）的各個部分的（de）重要（yào）機（jī）構的設計與選型進行了係統的介紹，包括（kuò）固定與夾緊裝置的設計（jì），其中一麵兩銷的定位方式的選用與說明和快速卡鉗的原理及選用；進給裝置的機構設（shè）計與計（jì）算，其中包括 X、Y、Z 方向螺旋傳動副的選用，導軌和滑塊的選用，手柄轉向機構錐（zhuī）齒輪的選用（yòng），軸承的選用等；傳動裝置的機構（gòu）設計與計算（suàn）；平衡裝置的設計（jì）與選用等。
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