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    2  摆动装置的基本结构设计

    2.1  初定摆动装置的基本组件

    摆动装置的主体是一个身管,身管要实现摆动,首先需要设计一个摇摆架,身管与摇摆架连接固定,摇摆架置于支撑座架上,通过使摇摆架摆动,身管就可以随着摇摆架进行摆动;同时实验装置需要的不仅仅是在水下摆动,对于身管的摆动速度也有要求, 匀加速, 为匀速, 为匀减速,匀速阶段的角速度为 。为了实现身管的摆动速度则需要添加一个电机进行动力的提供,同时设计一个传动装置将电机及实验装置进行连接。此外,由于摆动实验装置是在水下进行实验的,则电机需要一个密封的环境,应设计一个密封装置。

    2.2  装置组件设计的顺序

    首先我们设计装置的主体身管,通过在水下环境的计算,得到身管承受的压力,初步选定身管的材料,已知身管内径为 计算得到身管的外径,有了身管的外径然后设计身管的摇摆架,然后我们需要模拟计算摆动装置受到的外部阻力选择合适的电动机,选定电机之后我们就可以开始设计合适的传动装置,实现身管摆动的角速度等,最后设计支架座体,然后组装。

    3  身管和摇摆架的设计

    3.1  选择身管的材料

    为了保证机械的正常工作,构件应该有足够的承受载荷的能力,则各构件应该满足以下几个要求:

    (1) 强度  强度的要求是指构件在外力(规定载荷)的作用下抵抗破坏(永久变形和断裂)的能力,即构件在外力的作用下,不应折断,爆裂等。强度是机械零部件首先应当满足的要求。

    (2) 刚度  刚度是指构件在外力的作用下,抵抗弹性变形的能力。在外力的作用下,如果构件没有足够的刚度,即使强度再大,但若变形过大,不能恢复,仍然会失效,不能正常的工作。例如齿轮轴变形过大则造成齿轮和轴承磨损。

    (3) 稳定性  稳定性是指要求构件具有足够的保持原有源`自*751~文·论^文`网[www.751com.cn平衡状态的能力,例如千斤顶的螺杆不能被压弯。

    根据该装置在水下的工作环境,对于它的材料选择我们需要考虑材料的耐腐蚀性、强度,另外我们也要考虑到它的可加工性能等各方面的参数。目前在水下环境的工作中,主要使用的金属材料有合金钢、不锈钢、铝合金等。

    (1) 合金钢  合金钢是钢里除了铁、碳元素之外还加入了其他的合金元素,比如铬、镍、钼、钒、钛、铜、钨等,有的还含有某些非金属元素。元素添加不同,加工工艺也不同。采取合适的加工方法可以获得高强度、耐腐蚀、耐高温等优点。

    (2) 不锈钢  不锈钢的全称是不锈耐酸钢,含碳量较低,耐腐蚀性随着碳含量的增加而降低。因此,我们生活中有的上百种的不锈钢,含碳量最高不会高于 。另外,不锈钢里主要含的合金元素为Cr,Cr的含量高则会提高钢材的耐蚀性,因此不锈钢内的含Cr量一般不低,最低含Cr量至少也有 。不锈钢主要具有可焊接性、耐腐蚀性、耐热性、抛光性能等。

    (3) 铝合金  铝合金也是工业生产中比较常用的一种有色金属材料,尤其在汽车、船舶、汽车以及航空航天方面运用广泛。铝合金密度较低,强度高,塑性好,是目前应用最多的合金之一。不过铝合金的造价较贵,不适合作为身管的材料,在此处不作考虑。

    在这里我们的身管材料选择炮钢,炮钢是合金钢的一种,一般用来制造炮身、炮尾以及炮闩。通常是碳CrNiMo钢,如PcrNi1Mo和PcrNi3Mo钢,比例强度极限在 到 。这里我们取炮钢的比例强度极限为 。

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