论文总字数：16488字

摘 要

近年来航空航天以及高速列车的高速发展，使得人们对于高速、重载条件下机械表面的质量有了更高的要求。如何提高机械零件的强度和表面质量，成为了一个重要的研究方向。因此，研究一种高质量、低成本的表面强化方法具有非常重要的现实意义。

随着超声技术的日渐成熟，把超声技术运用到表面强化领域已经被人们所研究，这也是一种新的研究方向。所以此文章对于超声波强化的技术的基本情况以及其在 当前时代的发展进行了介绍，同时也了解以及对比了几项不同的超声强化的技术。以此来搭建了一套适用于复杂曲面的带冷却功能的的超声滚压强化加工机床，实现了对复杂曲面的强化和加工，此过程中需要进行的步骤有：结合超声滚压强化技术的加工原理，确定装置的总体方案；再设计超声波方面的元件以及系统，比如超声工具头，超声变幅杆，超声换能器等。然后对这些元件进行尺寸，模式的详细设计，以及部分优化，以满足整体系统的需求。最后将超声模块的结构完善，确认零部件之间的装配关系，并在solid works中完成三维图的绘制。

由于设计的机床需要具有冷却功能，本文介绍了几种机床加工中的风冷却，通过对比比较后，选取了涡流管风冷却，这种冷却方式具有能够使工具头磨损速度减慢的作用，从而可以使得工具头工作更长的时间，提高工具的寿命，另外也具有无化学污染的特点。因此本设计将使用涡流管风冷却对机床加工过程中的工具头进行冷却。在了解了涡流管工作原理之后，阐述了了喷嘴，调节阀，涡流冷却主管等主要的元件的作用，并对其尺寸结构进行了设计，确定了各个零部件之间的装配关系。并运用solid works完成了三维图的设计。

以此来创建一个带冷却功能的超声滚压强化机床。

关键词：超声滚压；表面强化；涡流管；风冷却

Structural Design of Ultrasonic Rolling Strengthening Machine Head with Cooling Function

Abstract

The rapid development of air and high-speed trains has led in recent years to: that people have higher demands on the quality of mechanical surfaces under high speed and heavy loads conditions The Commission Improving the strength and surface quality of mechanical parts has become an important research direction.

Therefore,introduces the development status of ultrasonic strengthening technology in detail, and compares and contrasts several ultrasonic strengthening technologies. In this way, a set of ultrasonic machining tools with cooling function suitable for complex curved surfaces was built to achieve the enhanced processing of complex curved surfaces. Specific research will include: combining the principle of processing ultrasonic rolling reinforcing technologies to determine the overall apparatus solution;complete the structural design of the ultrasonic module, including: ultrasonic tool head, ultrasonic horn, ultrasonic transducer and so on. The size of the ultrasonic tool head and ultrasound horn is optimised. Improve the structure of the ultrasonic module, confirm the assembly relationship between the components, and complete the drawing of the three-dimensional map in solid works.

Because the designed machine tool needs to have a cooling function, this article introduces several types of machine tool air cooling. After comparison and comparison, the vortex tube air cooling is selected because it has reduced tool head wear, increased tool head life, and reduced processing costs. No chemical pollution and other advantages. Therefore, this article builds a vortex tube wind cooling system to cool the tool head during the machining process of the machine tool. Principle of vortex tube refrigeration and energy separation process .Based on this, the basic principles of the original components such as nozzles, vortex tubes, heat separation tubes, and control valves are described. And its size structure was designed to determine the assembly relationship between various parts. And using solid works to complete the design of the three-dimensional map.

In order to create an ultrasonic rolling strengthening machine with cooling function.

Keywords: ultrasonic rolling; surface strengthening; vortex tube; air cooling

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章．绪论 1

1.1选题背景 1

1.2超声技术在表面强化领域的应用 1

1.2.1超声喷丸强化技术 2

1.2.2超声深滚技术 2

1.2.3超声深滚技术在齿轮强化领域的应用 3

1.3风冷却的三种形式 4

1.3.1 利用沸点低的中间介质进行间接性的冷却 4

1.3.2涡流管制冷方式 4

1.3.3空气绝热膨胀制冷 4

1.4研究意义 4

第二章．超声滚压强化机床的装置及原理 6

2.1超声滚压强化技术的加工原理 6

2.2强化装置的设计方案 7

2.3超声强化装置 7

2.3.1超声波模块 7

2.3.2涡流管气冷却 9

2.4章节总结 10

第三章 超声滚压强化机床中相关组件的设计 11

3.1超声波模块的设计 11

3.1.1变幅杆类型的选择 11

3.1.2变幅杆材料的选择 11

3.1.3超声工具头设计方案 11

3.1.4超声波模块的装配关系。 12

3．2涡流管的设计 13

3.2.1喷嘴 14

3.2.2涡流分离室 14

3.2.3热分离管的长度L 14

3.2.4调节阀 15

3.2.5材料选择、制造工艺 16

3.3章末总结 16

第四章．经济性分析 17

第五章 结论与展望 19

5.1全文总结 19

5.2展望 19

参考文献 20

致谢 21

第一章．绪论

1.1选题背景

表面强化技术是一种普遍的能够将机械结构零部件的表面进行升级的技术，能使得零部件的表面更加的耐摩擦，从而提高零部件的寿命。最典型的表面强化的技术有热喷涂技术，激光淬火技术，表面渗碳渗氮技术等等。当下，随着超声波被广泛地应用在各个领域，其在表面强化领域也获得了很好的发展，例如超声喷丸强化技术，超声深滚技术等。

随着社会经济和科学经济的高速发展，在制造业领域，人类越来越追逐加工技术的进步，高精度，高质量，高寿命的产品也注定更受人们的欢迎[1]。在机械制造方面更是如此。所以，在超声波技术达到一个成熟的高度后，利用这项技术完成零部件表面的强化，已经成为了表面强化技术的一个新的研究方向[2]。因此我选择研究超声滚压技术，这符合了当今时代发展的需求。

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