小尺寸孔

关键词：

小尺寸孔（精选七篇）

小尺寸孔 篇1

机械零件的螺纹连接中, 经常要对螺孔进行攻丝加工。攻丝是一种常见且较困难的加工工序, 因为在攻丝时, 丝锥整体在螺孔中切削, 切削刃与工件接触区域较大, 因而其工作负荷大;并且丝锥在封闭的孔内切削, 孔内容纳切屑的空间小, 切屑容易堵塞螺孔, 排屑困难。为了方便攻丝, 应事先充分考虑工件材料的性能, 选择合适的丝锥, 确定预钻孔尺寸以及选用合适的操作方法与设备等。紫铜是比较纯净的一种铜, 一般可近似地认为是纯铜, 其塑性较好, 但强度、硬度较差。紫铜在攻牙时容易粘刀, 特别是用传统的普通直槽丝锥加工紫铜零件小尺寸螺孔时, 由于紫铜的塑性, 切屑不易断裂, 会卷在一起, 很快堵塞小尺寸丝锥的排屑槽, 使排屑不顺畅, 从而使加工无法进行。针对紫铜零件小尺寸的内螺纹孔, 本文将分别介绍紫铜零件小尺寸盲螺纹孔和通螺纹孔的几种新的攻丝工艺方法。

1 某紫铜零件小尺寸的内螺纹孔攻丝工艺分析

如图1所示, 是一种大电流传感器的一个紫铜零件, 该零件的正面有6个M5的通螺纹孔, 通孔深14 mm, 而该零件的侧面则各有3个M4的盲螺纹孔, 盲螺纹孔的螺纹有效深度为12 mm, 由于两种螺纹孔孔径较小, 孔深较大, 并且由于紫铜的塑性, 切屑不易断裂, 使用一般的普通丝锥攻丝时排屑不顺畅, 且丝锥容易磨损、折断, 加工很困难, 必须要有新的工艺方法与加工刀具。

1.1 紫铜零件加工的丝维刀具的选择

对于小尺寸的内螺纹孔来说, 丝维几乎是唯一的加工刀具。丝维的种类较多, 按加工方式分为切削丝锥和挤压丝锥;按驱动不同分为手用丝锥和机用丝锥;按丝锥形状分为直槽丝锥、螺尖丝锥和螺旋槽丝锥等。针对不同形状的丝维, 我们来分析一下其工作原理与特点, 进而优选出最合理的上述紫铜零件螺孔加工刀具。

直槽丝锥的特点:如图2 (a) 所示, 是最普通、最传统的一种直槽丝锥, 它的丝维端部磨成锥形, 外周有3条或4条直槽, 端部锥形使丝锥前端切削齿顺次增高, 对螺孔分多层切削, 减少切削阻力, 并有导正作用, 多条直槽对丝锥形成切齿并起容屑槽作用。由于3条直槽对丝锥切削部分形成的切齿的上表面既不倾向螺孔上面, 也不倾向螺孔下面, 其切齿的刃倾角为零, 切削时切屑既不向丝锥前面排出, 也不向丝锥后面排出, 因而直槽丝锥排屑不是很好。

螺旋槽丝锥的特点:如图2 (b) 所示, 是一种通常的螺旋槽丝锥, 其容屑槽为螺旋形。由于螺旋槽对丝锥切削部分形成的切齿的上表面倾向螺孔上面, 其切齿的刃倾角为正值, 加工时切屑沿螺旋槽向上排出, 排屑较好。此外, 螺旋槽丝锥实际切削前角与丝锥的螺旋角有关, 会随螺旋角的增大而加大。

螺尖丝锥的特点:如图2 (c) 所示, 是一种通常的螺尖丝锥, 它的外形与直槽丝锥相似, 只是在丝锥前端切削部分磨有斜槽, 丝锥切齿上表面向孔底倾斜, 形成负的刃倾角, 切削时切屑向前排出, 不会刮伤后面加工好的螺纹, 排屑顺畅。另外, 此种螺丝锥之刃槽比普通直槽丝锥的容屑槽少而浅, 它的芯部截面尺寸较大, 因此其强度较好, 可承受较大的切削力。加工各类金属材料效果都很好, 加工省时省力, 通孔螺纹应优先采用此类丝锥。

无槽挤压丝锥的特点:如图2 (d) 所示, 是一种通常的无槽挤压锥, 靠挤压孔壁时金属的塑性变形形成螺纹, 因此不会产生切屑, 不存在排屑槽, 因此也叫无槽丝锥。此丝锥不会因切屑堵塞等问题而损坏螺纹或丝锥。主要用于加工塑性材料, 如铝合金、铜等;也可加工硬度不高的低碳钢和不锈钢。丝锥前端的挤压锥部是锥形螺纹, 为了减少摩擦、降低挤压力, 丝锥断面做成多边形;为了增加润滑, 也有的在丝锥上开有油槽。挤压丝锥特别适于加工直径在6 mm以下的小规格螺孔。有如下3个优点:1) 攻牙时不会产生切屑, 因没有切屑, 适合于盲孔的螺纹加工且可以省去切屑的处理时间;2) 没有切屑槽, 丝锥截面积较大, 故抗扭强度大、丝锥寿命较长, 亦没有切屑的干扰, 不易折断;3) 内螺纹之加工面为挤压面, 外观美丽、光滑、材料纤维连续没有切断, 螺纹强度约增加30%, 且精度稳定。

一般来说, 直槽丝锥通用性最强, 价格也最便宜, 是最传统的攻丝工具, 其不足之处是什么都可做, 什么都不是做得最好。若工件材料在加工时, 容易碎屑或碎裂, 用普通的直槽丝锥是可以的, 但是对于紫铜零件, 特别是小孔径螺孔的攻丝, 由于丝锥小, 容屑槽也小, 加上紫铜的塑性好, 加工时不容易碎屑, 铜屑很容易卷成一团, 很容易粘刀, 严重时可将丝锥容屑槽堵塞, 使攻丝无法进行。因此针对图1所示的紫铜零件, 其螺孔采用此种直槽丝锥加工是较困难的。

螺旋槽丝锥比较适合加工不通孔螺纹 (也叫盲孔) , 加工时切屑向上排出。由于螺旋槽丝锥实际切削前角与丝锥的螺旋角有关, 会随螺旋角增大而加大。攻丝时, 为了保证螺旋齿的强度, 延长丝锥寿命, 加工黑色金属时, 丝锥螺旋角选小一点, 一般在30°左右;加工有色金属 (如铜、铝、镁、锌等) , 丝锥螺旋角选大一点, 可在45°左右, 这样刀刃锋利一些, 有利于排屑。针对图1所示的紫铜零件的螺纹孔加工, 采用螺旋槽丝锥是比较适合的, 一方面由于螺旋槽排屑空间大, 另一方面由于螺旋槽丝锥有向后排屑的推力, 切屑容易排出。更进一步地, 如图3 (a) 所示的丝锥, 是针对紫铜材料具有黏性的特点, 将螺旋槽丝锥设计为短刃, 并加大螺旋角, 进刀角度较斜, 工作前角增大, 刀刃较为锋利, 能顺利排屑, 降低攻丝转矩, 攻丝质量好。

螺尖丝锥是一种新型的且最有效率的丝锥, 攻丝时由斜角刃槽的角度折曲切屑, 使其在刃部端前脱落, 以免切屑在刃槽内缠绕。由于螺尖丝锥切削时切屑向前排出, 若用于盲孔攻丝, 则除非孔底有相当大的间隙, 否则切屑会堆积在孔底, 致使丝锥被夹住而碎裂。而攻通孔螺丝时, 则不会有切屑阻塞, 可以增加攻丝速度。针对图1所示的紫铜零件的螺纹孔加工, 6个M5的通孔采用螺尖丝锥是非常适合的, 加工时铜屑向通孔孔底排出, 丝锥不会受到切屑的阻挡, 攻丝轻巧, 加工速度很快。至于3个M44的盲螺纹孔, 由于向下排入孔底的铜屑堆积在孔底, 无法排出, 如果要用螺尖丝锥加工, 则事先钻孔要加深, 让攻丝时底部有相当大的间隙, 并且攻丝不能攻到底部。

无槽挤压丝锥是应用塑性成形方式, 靠挤压孔壁材料起伏而形成螺纹。特别适合塑性材料螺孔的加工。针对图1所示的紫铜零件的螺纹孔加工, 其3个M4的盲螺纹孔用无槽挤压丝锥是较好的。攻牙时不会产生切屑, 可以省去切屑的处理时间;且表面质量较好。至于6个M5的通螺纹孔, 用挤压丝锥也可加工, 但阻力比螺尖丝锥大, , 加工速度较慢。对于紫铜零件螺孔加工, 为了进一步提高攻丝速度, 提高挤压丝锥耐磨性、抗黏着性, 可采用对高速钢挤压丝锥表面镀Cr N涂层, 如图3 (b) 所示, 是一种镀Cr N涂层的铜用挤压丝锥。

综合各种丝锥的特性, 我们针对图1紫铜零件的两种螺孔加工对各种丝锥的优劣情况列表, 如表1所示。

攻丝前必先钻孔, 孔径的大小依螺丝的外径及螺距而定。孔径过小时, 螺丝攻除牙顶在铰丝外, 牙底亦在铰丝, 使螺丝攻阻力增大容易折断, 而且铰成的螺丝面亦很粗糙。孔径过大时, 丝锥仅以牙头一部分进行铰丝, 铰成的螺纹深度过浅, 将减低螺纹的强度。理论上, 孔径的大小应等于螺纹底径, 即是外径减2倍的牙深。实际上, 螺丝配合之松紧度因其用途不同而牙深之保留率亦不同, 因此, 攻丝钻头的孔径因之而异。最常用的牙深保留率为75%, 如此不但攻丝未受到过度阻力, 而且攻丝容易, 牙深亦可保持适当的强度。60°V型螺丝的攻丝钻头直径可由下式求出:攻丝钻头直径=外径-2× (0.6495×导程) ×牙深保留率=外径-2× (0.6495×导程) ×75%=外径-导程。

至于挤压丝锥, 攻丝钻头直径的选择比非挤压丝锥要大些, 并且要考虑到丝锥的精度与螺纹的咬合率。一般按下面式计算:攻丝钻头直径=外径- (0.44~0.54) ×导程≈外径-导程/2。

1.2 紫铜零件攻丝加工操作注意事项

1) 工件上M4的盲螺孔钻直径3.3 mm螺纹底孔, 如果用挤压丝锥则钻3.6 mm的孔。螺纹底孔的孔口要倒角。

2) 工件上M5的通螺孔钻直径4.2 mm螺纹底孔, 通孔螺纹两端都倒角, 一般建议采用螺尖丝锥加工。

3) 攻丝时, 尽量使螺纹孔中心线置于竖直位置, 使攻丝实容易判断丝锥轴线是否垂直于工件的平面。

4) 在紫铜零件攻丝开始时, 要加润滑冷却液, 并要尽量把丝锥放正, 与螺孔要保持同轴性, 然后对丝锥加压力并转动绞手, 当切入1~2圈时, 仔细检查和校正丝锥的位置。一般切入3~4圈螺纹时, 丝锥位置应正确无误。以后, 只须转动绞手, 而不应再对丝锥加压力, 否则螺纹牙形将被损坏。

5) 如采用机攻时, 丝锥不仅与螺孔要保持同轴性, 而且丝锥与机床主轴之间要有专用的柔性接头连接。

6) 在机攻工件上通孔M5时, 丝锥的校准部分不能全部出头, 否则在反转退出丝锥时会产生乱牙。

2 结语

紫铜零件小尺寸的内螺纹孔, 如M3、M4、M5等, 在攻牙时容易粘刀, 切屑不易断裂, 会卷在一起, 很快堵塞小尺寸丝锥的排屑槽, 使排屑不顺畅, 从而使加工无法进行。通过对多种丝锥刀具的特性分析, 对于盲螺纹孔和通螺纹孔我们要有针对性地选取合理的丝锥刀具, 一般来说, 紫铜零件盲螺纹孔用挤压丝锥或用短刃、大螺旋角的螺旋槽丝锥, 效果较好;而通螺纹孔则用螺尖丝锥效果较好。另外在螺孔加工时, 合理的钻孔直径以及合理的操作方法也是必要的。

摘要：分析了直槽丝锥、螺旋槽丝锥、螺尖丝锥以及挤压丝锥的工作原理与结构特点, 通过选择合适的丝锥、合理的攻丝钻头直径, 并采用合理的攻丝操作方法, 完全解决了紫铜零件小尺寸螺纹孔的加工工艺问题。

关键词：直槽丝锥,螺旋槽丝锥,螺尖丝锥,挤压丝锥,紫铜零件,小尺寸螺纹孔

参考文献

[1]黄涛勋.简明钳工手册[M].上海:上海科学技术出版社, 2009.

[2]陈家芳.实用金属切削加工工艺手册[M].上海:上海科学技术出版社, 1996.

[3]叶旭明.工具钳工实际操作手册[M].沈阳:辽宁科学技术出版社, 2009.

超小尺寸秀功能 篇2

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球头销锁销孔位置尺寸计算方法 篇3

关键词：球头销,锁销孔,计算

0 引言

锁销孔位置尺寸的计算是球头销设计过程中的重要环节, 如果该尺寸设计不合理将影响锁销的装配及防松性能。通过工作过程中的经验积累, 笔者找出了球头销锁销孔位置尺寸计算方法, 通过此方法可以快速且准确地计算出锁销孔位置尺寸。

1 球头销的作用及装配示意图

1.1 球头销的作用

连接转向节与摆臂并传递载荷, 实现车轮转向。

1.2 球头销与转向节装配 (图一) 及槽型螺母 (图二) 示意图

图中字母代表的含义:A球销大端直径, B转向节大端直径, B1转向节小端直径, D1转向节下端与球销大端距离, D2转向节厚度, D球销大端到开口销孔中心尺寸, E转向节上端到开口销孔下端距离, H螺母总高, h槽高, F转向节上端到开口销孔上端距离。

2 计算公式

3 计算过程

通过举例对计算过程进行说明, 已知数据见下表:

D≥ (Amax-Bmin) *e+D2max+hmax+C/2-0.5=36.77

D≤ (Amin-Bmax) *e+D2min+Hmin-C/2=36.83

4 结论

锁销孔到大端尺寸为36.7±0.05

5 结束语

小尺寸孔 篇4

为了避免水轮机甩负荷时,在尾水管进口产生过大的真空,甚至发生断流弥合和抬机现象,常需设置尾水调压室。我国水电站尾水调压室中采用较多的是阻抗式调压室[1]。其中阻抗孔尺寸的确定是阻抗式调压室的设计重点。

调压室设计规范[2]中指出,阻抗式调压室阻抗孔尺寸的选择与调压室涌浪水位及其底部隧洞测压管水头有关。而尾水管道长度又是影响波动过程中调压室水位和隧洞水压力的因素之一,因此,尾水管道长度对阻抗孔尺寸的选择具有重要的影响。有学者研究了尾水调压室位置对尾水管最小压力值的影响[3],但该研究是在保持尾水管进口到下库总长度不变,调整尾水调压室在尾水道上的位置对调压室水位和管道水锤压力的影响,并没有考虑到尾水道总长度的变化对调压室水位和管道水锤压力的影响。本文以某常规水电站中一个简单的输水系统为例,采用FORTRAN编译计算机程序对其相应的过渡过程进行数值计算,通过改变其尾水管长度,讨论分析不同尾水管长度对调压室水位和隧洞水压力的影响,并进一步得出了尾水管长度对阻抗孔尺寸选择的影响。

2 模型建立

2.1 特征线法[4]

特征线方程:

$\begin{array}{l}C{}^{+}:{\rm H}{}_{{\rm P}i}=C{}_{{\rm P}}-B{}_{{\rm P}}Q{}_{{\rm P}i}(1)\\ C{}^{-}:{\rm H}{}_{{\rm P}i}=C{}_{{\rm M}}+B{}_{{\rm M}}Q{}_{{\rm P}i}(2)\end{array}$

式中:CP、CM、BP、BM是时刻t-Δt的已知量。

$\begin{array}{l}C{}_{{\rm P}}={\rm H}{}_{i-1}+BQ{}_{i-1}B{}_{{\rm P}}=B+R|Q{}_{i-1}|\\ C{}_{{\rm M}}={\rm H}{}_{i+1}-BQ{}_{i+1}B{}_{{\rm M}}=B+R|Q{}_{i+1}|\end{array}$

式中:$B=\frac{a}{gA}‚R=\frac{f\text{Δ}x}{2gDA{}^2}$为常数;Hi-1、Qi-1、Hi+1、Qi+1为时刻t-Δt的已知量;a,D,A,f分别为水锤波速、管道直径、面积和摩阻系数;Δx为特征网格管段长度,满足库朗条件$\text{Δ}t=\frac{\text{Δ}x}{a}$。

2.2 边界条件[4]

上游水库:假设水库水位为常数,这样HP1=Hres=const,代入C-相容性方程,可得时刻t的管道进口流量,即

$Q{}_{{\rm P}1}=\frac{{\rm H}{}_{res}-C{}_{{\rm M}}}{B{}_{{\rm M}}}(3)$

采用类似的方法,可以利用C+相容性方程确定下游水库的边界条件。

阻抗式调压室节点:描述该节点各参数的控制方程为:

$\begin{array}{l}{\rm H}{}_{{\rm P}1}=C{}_{{\rm P}1}-B{}_{{\rm P}1}Q{}_{{\rm P}1}(4)\\ {\rm H}{}_{{\rm P}2}=C{}_{{\rm M}2}+B{}_{{\rm M}2}Q{}_{{\rm M}2}(5)\\ {\rm H}{}_{{\rm P}1}={\rm H}{}_{{\rm P}2}={\rm H}{}_{{\rm P}}(6)\\ Q{}_{{\rm P}1}=Q{}_{{\rm P}2}+Q{}_{{\rm P}S}(7)\\ {\rm H}{}_{{\rm P}}={\rm H}{}_{{\rm P}S}+R{}_S|Q{}_{{\rm P}S}|Q{}_{{\rm P}S}(8)\\ {\rm H}{}_{{\rm P}S}={\rm H}{}_{{\rm P}S0}+\frac{(Q{}_{{\rm P}S}+Q{}_{{\rm P}S0})\text{Δ}t}{2A{}_S}(9)\end{array}$

式中:HPS为调压室水位;QPS为流入调压室的流量,流出时为负;RS为调压室的阻抗损失系数;AS为调压室面积;Δt为计算时步;各参数带下标0者为其前一时步的值。

对于阻抗式调压室而言,通过阻抗孔的水头损失值可通过公式hc=Rs·Q2近似计算得出,其中Rs为阻抗孔阻抗系数,Q为进出调压室的流量。

$Rs=\frac{1}{2gA{}^2\phi }(10)$

式中:A为阻抗孔断面面积;φ为流量系数,计算时通常可在0.60～0.80之间选择, 在计算中,当水流流入调压室时φ取0.7,水流流出调压室时取0.8。

水轮机节点:水轮机节点处流量随时间变化过程作为已知条件给出,假设当导叶正常开关时,水轮机引用流量按直线规律变化。这与实际电站运行时流量变化规律较相近,且有前人研究作为参考[5]。机组前后水头可根据C+、C-相容性方程求得,如下:

$\begin{array}{l}{\rm H}{}_{{\rm P}1}=C{}_{{\rm P}1}-B{}_{{\rm P}1}Q{}_{{\rm P}1}(11)\\ {\rm H}{}_{{\rm P}2}=C{}_{{\rm M}2}+B{}_{{\rm M}2}Q{}_{{\rm P}2}(12)\\ {\rm P}=\gamma Q{\rm H}\eta (13)\\ Q{}_{11}=\frac{Q}{D{}_1^2\sqrt{{\rm H}}}(14)\\ n{}_{11}=\frac{D{}_1{\rm H}}{\sqrt{{\rm H}}}(15)\end{array}$

水轮机模型综合特性曲线Q11=f1(n11,τ),η=f2(n11,τ)τ为导叶开度。

计算水轮机转速变化采用如下方程:

$n{}_{t+\text{Δ}t}=\sqrt{n{}_t^2+\frac{1}{{\rm T}a}\frac{{\rm P}{}_{t+\text{Δ}t}+{\rm P}{}_t}{2}\text{Δ}t}(16)$

式(11)～(16)中:P、Q、H、η分别为水轮机的出力、流量、工作水头和效率;D1为机组转轮直径;n为转速;Q11、n11为水轮机的单位流量和单位转速;Ta主机组惯性时间常数。

基于上述理论基础,本文用FORTRAN语言编写计算机程序,根据某一电站实例进行大波动过渡过程的计算。

3 实例计算与分析

某电站上游设计洪水位1 478.50 m,下游设计洪水位1 419.10 m,额定流量418.2 m3/s,导叶开启、关闭总时间均为13 s。该输水系统布置简图如图1所示,其中L1为尾水管进口到尾水调压室的管线长度163.81 m,L2为尾水调压室到下库的管线长度713.43 m。该电站所采用的尾水调压室为阻抗式调压室,调压室前两支管在室外交汇后由连接管与调压室相连接。调压室有效面积为1 266 m2,底部高程为1 371.30 m。

3.1 阻抗孔口尺寸的选择

调压室设计规范[2]提出:调压室阻抗孔尺寸的选择,应使增设阻抗后,压力管道末端的水锤压力变化不大;而调压室处压力水道的水压力,任何时间均不大于调压室出现最高涌波水位时的水压力,也均不低于最低涌波水位时的水压力,并尽可能地抑制调压室的波动幅度,以及加速波动的衰减。

表1列出了该输水系统在不同的阻抗孔尺寸下调压室涌浪最高、最低水位及其底部隧洞测压管水头的最大、最小值。

根据规范提出的控制条件,由表1可看出,该输水系统中尾水调压室的阻抗孔直径为9.8 m,即面积为75.39 m2时,已满足规范要求。若继续增大阻抗孔直径,会使调压室内涌浪水位波动过大,而其底部隧洞测压管水头将受调压室内水位产生的水压力控制,随之增大,失去了设置阻抗式调压室的意义。因此,该输水系统中的尾水调压室的阻抗孔直径为9.8 为佳。在以下计算中,阻抗孔直径均取9.8 m。

3.2 尾水管长度对调压室水力特性的影响

3.2.1 保持L2不变,L1的影响

现保持L2不变,对L1的取值从163.81 m以每50 m递增,计算对应L1下调压室底部隧洞测压管水头和调压室涌浪水位随时间的变化过程,以两台机组同时甩负荷过程进行计算。图2和图3为L1每隔50 m增加的计算结果。

从上图可以看出,在一定范围内,仅改变L1的长度对水锤压力和调压室涌浪水位影响甚小,几乎无关。这是因为在机组甩负荷过程中,随着导叶的关闭,尾水道中主要发生尾水调压室与下游水库之间的水位波动,尾水进口到尾水调压室间的水位波动较小,对调压室的水位波动影响不大。同时从图2中可以看出,在机组导叶完全关闭后,隧洞底部水压力有微小的震荡,而且这震荡随着L1的增加有略微地加强。

3.2.2 保持L1不变, L2的影响

现保持L1不变,改变L2的长度,从713.43 m以每50 m递减,计算对应L2下调压室涌浪水位和底部隧洞测压管水头随时间的变化过程,图4和图5为L2每隔50 m减小的计算结果,同样以两台机组同时甩负荷过程为例。

从图4和5中可知,在完全关闭导叶(关闭导叶时间为13 s)之前,L2的增加对水锤压力和调压室水位的影响都不明显。但在导叶完全关闭之后,随着L2的增加,调压室水位和其底部测压管水头都有明显地变化,变化幅度和变化周期均有相应地增加。这对调压室内涌浪的衰减和压力水道中水锤的影响都是不利的。

3.2.3 保持L1+L2不变,L2的影响

现保持L1+L2不变,将L2从763.43 m以每50 m递减,同时L1从113.81 m相应地以每10 m递增,计算各条件下调压室涌浪水位和底部隧洞测压管水头随时间的变化过程,图6和图7为L2每隔50 m减小的计算结果,同样以两台机组同时甩负荷过程为例。

从上图中可以看出,当尾水管长度一定时,改变尾水调压室在尾水段的位置时,随着调压室离下游水库越远,调压室内水位波动越剧烈,动荡周期越长,同样隧洞测压管水头变化也是随之变大。

综上可知:无论是调压室内水位还是调压室底部隧洞的测压管水头,两者随着管线长度的变化的趋势与保持L1不变,改变L2时的趋势保持一致。说明在实际工程中,尾水调压室离尾水渠越近,调压室所起的作用越弱。这为实际设计工作提供了一定的依据。

3.3 L1+L2不变,L2对阻抗孔尺寸选择的影响

有上文的计算可以看出:L2对调压室底部隧洞的水锤压力和调压室涌浪水位的影响比L1要明显得多,而底部隧洞的水压力大小和调压室涌浪水位的高低正是决定阻抗孔尺寸选择的关键。以上计算,分析了在给定阻抗孔尺寸的情况下,改变L2对过渡过程中水压力和调压室涌浪水位的变化过程的影响,在实际情况下,当L2改变时,过渡过程中的水锤压力和涌浪水位必然发生变化。为了满足调压室规范中最优阻抗孔的要求,阻抗孔尺寸也应相应变化,所以有必要进一步研究L2对阻抗孔尺寸的影响。

现保持L1+L2不变,将L2从763.43 m以每50 m递减,同时L1从163.81 m相应地以每10 m递增,计算各条件下阻抗孔尺寸的值,表2列出了每隔50 m的结果。

从表2中可得出:随着L1的增长,L2的减小,阻抗孔的直径有略微地增大,相应阻抗孔面积增大。说明在实际工程中,当尾水调压室离下游较近时,按规范要求选择所需的阻抗孔有所增大。

4 结 语

本文采用特征线法,借助计算机程序对设置尾水调压室的水电站的大波动过渡过程进行了数值计算研究,结果表明:在一定范围内,尾水调压室到下游尾水渠的管线长度越长,隧洞水锤压力越大,尾水调压室水位波动也越强;尾水进口到尾水调压室的距离对压力和调压室水位波动几乎没有影响。尾水道总长度一定时,尾水调压室越接近下库,所需阻抗孔尺寸越大。

参考文献

[1]刘启钊.水电站[M].南京:河海大学出版社,2009.

[2]中华人民共和国电力工业部.水电站调压室设计规范[S].1996.

[3]鲍海艳,杨建东,付亮.尾水调压室位置对尾水管最小压力值的影响[J].水力发电学报,2007,(12).

[4]杨开林.电站与泵站中的水力瞬变及调节[M].北京:中国水利水电出版社,2000.

小尺寸孔 篇5

1 锥孔测量方法及检具设计过程

1.1 测量部位要求及改进前检测方法分析

以某品种拨叉轴为例, 该锥孔处加工简图如图1。

由图1看出, 锥孔与R槽之间的长度方向尺寸公差较严, 而锥孔本身角度公差为自由公差, 若按未注角度公差等级2级查表可得公差为±1°15′, 锥孔中心相对拨叉轴轴线基准位置度为0.10 mm。

在以往的检验中, 是把锥度塞规S32-05191插入锥孔中, 凭感觉贴紧, 然后在平台上用高度尺测量两锥孔相对于R槽的位置尺寸55±0.10 mm和95±0.10 mm, 同时测量锥孔位置度。工件上锥孔角度为30°±15′, 量销上角度为30°±20′。下面分析量销S32-05191测量锥孔时在极限状态下的情况。

图2为工件锥孔角度αmax=31.25°、量销头部锥度βmin=29.67°时的一种极限情况。由图2计算可得:

即量销轴线可绕锥孔中心摆动±0.79°, 量销总长度为40 mm, 取测量部位为长度L=30 mm处, 即h=30tanθ=30tan0.79°=0.41 mm。

由于θ角很小, 近似可以认为量销上长度为30mm处测量读数点高度变化为±0.41 mm。

图3为另一种极限情况, 即当锥孔αmin=29.75°, 量销头部角度βmax=30.33°, 由图3计算可得

则θ3=75.125°-74.835°=0.29°, 即量销孔轴线可绕锥孔中心摆动±0.29°。

取测量部位为长度L=30 mm处, 即

由于θ角很小, 可近似认为量销上长度为30mm处测量读数点高度变化为±0.15 mm。

从以上分析可知, 量销S 3 2-0 5 1 9 1测量拨叉轴锥孔位置尺寸时测量不确定度误差最小为±0.1 5 m m, 最大为±0.4 1 m m, 而拨叉轴上的锥孔位置设计尺寸 (以上述零件为例) 为55±0.10 mm和95±0.10 mm, 可见用此量销不能准确度量锥孔的实际位置尺寸是否合适, 在现场检测中往往造成误检, 给检验人员和操作者之间造成麻烦和误解, 有时操作者为了调试使得量销插进锥孔中不晃动 (减少测量误差) 而反复试钻, 严重影响了生产率。

1.2 改进并设计新检具

分析认为, 量销S32-05191只能用于检测锥孔角度, 而不能用于检测锥孔位置尺寸。为此, 设计了一种专门用于测量这种锥孔的量销S36-05035, 如图4。

该量销由套和轴组成, 其工作原理如下。

套、轴上分别有长为L1、L2, 角度为α1、α2的短锥面, 轴与套之间配合间隙很小, 两锥面中心同基准A同轴, 测量时套、轴的短锥面与工件上锥孔内表面接触。当工件上锥孔角度30°±1°15′在公差范围内变动时, 由于轴、套能相对滑动, 故套、轴能调整其锥面处贴紧于工件锥孔内表面, 其测量部位基准A也将处于较理想状态, 使得测量读数准确、稳定。

2 改进后效果

小尺寸孔 篇6

关键词：工作过程,项目化单元教学,教、学、做一体化,特色与创新

以能力为本位、以工作过程为导向的教学模式可运用于公差配合与测量技术教学。以工作过程为导向是将学生的学习情景模拟企业的生产活动,即为检测实验工作,用实验任务引导学生、以完成实验任务为教学目的,启发学生对公差配合与测量技术课程的学习兴趣,使其主动参与学习。下面用成功的“孔、轴尺寸测量”单元教学实例分析说明。

1 任务引入

1.1 情境描述

在某工厂加工车间,员工正车削齿轮减速器低速轴(如图1所示)和磨削该轴上装配的齿轮内孔(如图2所示),它们正要准备进入到下一个工序。

1.2 任务引导

为了更好地保证产品质量,车间主任要求先对它们的尺寸进行检测,分析检测结果。

1.3 角色定位

质检员(机械加工)。

1.4 能力训练任务

(1)正确使用万能卧式测长仪、内径千分尺等测量孔尺寸。

(2)正确使用万能卧式测长仪、立式光学计等测量轴尺寸。

(3)处理检测数据。

1.5单元教学目标

能力目标:能正确使用检测量具万能卧式测长仪、立式光学计等检测轴径;能正确使用万能卧式测长仪、内径千分尺等检测孔径。

知识目标:认识极限与配合国家标准构成精度构成;掌握孔类、轴类零件尺寸检测的基本方法和数据处理的原则。

素质目标:严格实验操作规范;正确使用万能卧式测长仪等精密测量仪器;自觉爱护和维护精密测量仪器。

2 单元教学设计与实施

2.1计划准备

2.1.1 学生认识本单元学习所用实验仪器

本单元学习所用实验仪器有立式光学计、量块、内径百分表、万能卧式测长仪等。

2.1.2 任务单引导

轴径检测:对图1所示的A,B,C三处对应实物图3,按图4所示检测部位及实验报告单(见表1)的要求分别进行检测。

孔径检测 : 如图5所示 , 对应Ⅰ— Ⅰ , Ⅱ—Ⅱ,Ⅲ—Ⅲ三处及实验报告单(见表1)的要求分别进行检测。

2.1.3 学生任务单

(1)测量轴径常用的测量仪器及适用的精度等级。(2)立式光学计的杠杆放大原理,使用立式光学计测量轴径的测量方法及合格性判定。

(3)使用立式光学比较仪时,选择工作台和测帽的原则是什么?

(4)使用立式光学比较仪,测量前为什么要调整工作台?

(5)为什么要在摆动内径百分表时调零和读数?指针转折点是最小值还是最大值,为什么?

(6)可换固定测量头磨损对测量结果有影响吗?

(7)测量孔径常用的测量仪器及应用场合;万能卧式测长仪标准环的作用。

(8)内径百分表的测量原理,使用内径百分表测量孔径的测量方法及合格性判定。

(9)填写实验报告单,解答实验项目思考题。

(10)分析测量结果及评价。

2.2 项目实施

2.2.1实施过程

这一阶段就是完成检测工作的过程。由于测量器具套数的限制,同时进行2个项目,以保证人人都有足够多的时间操作测量仪器。将学生分成2个项目组,在规定的操作时间内轮换,教师巡回指导。4人一组分成6个组,第一个项目组由3个小组进行轴径检测,另外3个小组进行第二个项目孔径检测,每组学生再分成设计组与实验操作组。每组的成员按照生产企业的产品质量检定部与实验操作部的员工角色进行项目实施(如图6所示)。要求学生戴手套、轻拿轻放、注意保养测量仪器,规范操作,边熟悉边操作。

具体的操作步骤:首先详细把握教材中的操作步骤及其他相关知识,4人共同讨论,找到切入点及数据读取方法;其次是4人各负其责,依据图纸和实验报告单(见表1)的要求实操并读取数值,完成数据处理步骤。

(1)认识极限与配合国家标准构成精度构成并查表计算出Ф50k6,Ф55k6,Ф55H7的极限偏差。

(2)理解实际尺寸、验收极限等的相关术语,对测量处测量获取多组测得值。

(3)轴用:ei≤ea≤es,孔用:EI≤Ea≤ES,判断检测部位的实际尺寸合格与否。让学生深入地掌握了尺寸公差理论知识。

2.2.2教师检查任务完成情况

(1)1,3,5组每组推荐1名学生随机抽取任务单中的4个检测过程中的问题回答,2,4,6组对应其中一组就回答的问题进行修正、补充。

(2)教师听学生回答,结合实验中出现的问题、了解学生对本检测实验单元学习内容掌握的情况。

2.3 总结、归纳

对照学生的实验结果,教师与学生一同进行归纳、总结。

(1)重点强调数据处理的公式的得来与应用。

(2)与学生一同回忆实验项目学习过程中理论与实践上的收获。

(3)具体分析出现的问题,例如使用立式光学计测帽选择不正确;量块组合未按块数最少要求进行;绝对测量与相对测量的数据处理方法不清晰;孔的验收极限计算有误;多组实际尺寸不会处理;内径百分表装夹和对零的操作不规范;内径百分表更换固定测头时的尺寸大小处理有误差;内径百分表正、负分不清楚;使用卧式测长仪测量时未正确寻找转折点等。

2.4 评价

教师与学生分别根据各组回答、实验态度、实验操作规范程度、组内交流、协作等,依据实验项目评价表(见表2)的内容进行评价。

通过上面的项目化单元教学活动,使各小组基本都能独立完成对孔、轴的尺寸检测与数据处理任务,且能判断合格与否,既懂得了极限与配合国家标准构成,又会应用于实践再展示实验报告单(见表1),各小组之间相互学习与借鉴,进而促进各小组相互竞争和提高;同时培养了合作能力和团队精神。最后,由教师对工作成果进行考核评分,推出本次学习活动最优秀的小组。

3 衔接后续实验项目

公差配合与测量技术包括尺寸公差及检测、形位公差及检测、表面粗糙度及检测、典型零件表面的国家标准及检测四部分。四者关系相互关联、相互影响。尺寸公差及检测是基础;尺寸公差是认识精度等级、进行尺寸精度设计的一个基础的基础;形位公差及检测、表面粗糙度及检测是这个基础上的上升,目的是考虑装配和使用寿命等的具体需要。学生在实施上述工作过程时,看到自己能使用高精度的测量仪器完成测量,判断出企业员工“车削的齿轮减速器低速轴”和“磨削的该轴上装配的齿轮内孔”的加工质量时,会很有成就感,也大大增加了自信心和学习的兴趣,同时,随着能力的提升,会以更大的热情投入到下一个工作过程的单元学习中。

4 结束语

对于以上以工作过程为导向的单元教学设计与实施,归纳以下特色与创新。

(1)情境引入、任务驱动且又有任务单引导启发学生观察思考,激发学生的学习兴趣。

(2)按照基于工作过程的模式实施单元学习,很好地践行了教、学、做一体化的指导思想,收效甚好。

(3)引导学生对所学知识进行归纳总结和评价,培养良好的学习习惯。

(4)教师巡回指导时,不断提示学生注意已经初步实现了哪些目标或能力,让学生收获自信。

小尺寸孔 篇7

1 实验

1.1 冲击实验设备

采用落锤冲击实验机(9250HV型),在华南理工大学土木与交通检测中心实验室进行落锤冲击实验。落锤冲击实验机落锤质量为7～30kg,冲击速度为3～10m/s,冲击能量满足实验要求。对多孔金属材料进行冲击实验,分别测得材料应力-应变关系和吸能量关系曲线。落锤式冲击实验装置如图1所示。

1.2 实验材料

当闭孔泡沫材料的厚径比大于6时,试样自身的尺寸效应可以消除。不同几何尺寸对材料吸能性能有一定的影响,选择材料孔径约为2.5mm,材料几何尺寸大于15mm时即可消除自身的尺寸效应。因此,本实验材料最小厚度为30mm,消除自身尺寸效应后考虑几何尺寸对材料吸能性能的影响。采用落锤式冲击实验方法进行吸能性能分析,实验材料均为Al-Si6基CCAF材料,尺寸分别为30mm×30mm×30mm、30mm×30mm×45mm、30mm×30mm×60mm和30mm×30mm×90mm,Φ30mm×30mm、Φ30mm×45mm、Φ30mm×60mm和Φ30mm×90mm,Φ45mm×30mm、Φ45mm×45mm和Φ60mm×60mm。实验材料如图2所示。

选择材料尺寸均为Φ30mm×40mm、不同材料密度(0.35g/cm3、0.55g/cm3和0.70g/cm3)、不同孔隙度(65%、75%和87%)以及材料孔径(1.0mm、2.5mm和4.0mm)的Al-Si6基CCAF材料。实验材料如图3所示。

2 实验结果

2.1 立方体材料冲击吸能性能分析

根据实验结果可知,不同尺寸材料的应力-应变关系曲线规律具有一致性,均表现出弹性阶段较明显,应力达到峰值后突然降低,且降低幅值都较大。随着立方体尺寸的增加,材料应变值减小,且应力值也降低;通过吸能特性曲线也可看出,材料体积增加,应变值减小,也同样说明材料易发生孔壁破裂或材料整体破坏[14],不宜用作缓冲吸能功能材料。

图4和图5为不同几何尺寸立方体材料应力-应变和冲击吸能特性关系对比曲线。由对比曲线可知,随着材料几何尺寸的增大,在冲击作用下材料应变值减小,且材料吸能量均在50J左右,说明材料几何尺寸增大,极易产生材料孔壁破裂或整体失稳破坏,造成材料抵抗冲击[15,16]载荷能力降低。通过对比可知,对于立方体材料,试件高宽比在1.0～1.5之间为宜。

2.2 圆柱体材料冲击吸能性能分析

通过不同几何尺寸圆柱体材料应力-应变关系对比可知,各材料应力变化规律基本一致,具体表现为随着应变的增加,应力出现明显弹性阶段,达到峰值后迅速降低,减低幅值都较大,但材料几何尺寸增大,应变值逐渐减小,出现与立方体材料类似的结果,且材料抗压强度值减小,说明抵抗冲击载荷作用减弱。由吸能特性曲线可知,随着圆柱体高度的增加,材料吸能值没有明显变化,而应变值减小,说明材料高度增大后,材料易发生孔壁破裂和整体斜剪破坏,也不宜用作缓冲吸能功能材料。

图6和图7为不同几何尺寸圆柱体材料应力-应变和冲击吸能特性关系对比曲线。

由应力-应变对比曲线可知,随着圆柱体材料高度的增加,材料抗压强度值在不断降低,同时材料应变值也减小;吸能特性对比曲线表现为随着圆柱体高度的增加,材料体积的增大,应变值减小,吸能量却无明显变化,也说明了圆柱体高度增加后,抗压强度值降低,应变量减小,材料容易发生孔壁破裂或结构失稳破坏,抗冲击作用[17]减弱。通过实验结果对比可知,对于圆柱体材料,试件高宽比在1.0～2.0之间时缓冲吸能作用发挥较好。

2.3 不同直径材料冲击吸能性能分析

图8和图9分别为不同几何尺寸的泡沫材料冲击应力-应变和吸能特性关系曲线。

由应力-应变关系可知,当材料高度均为30mm时,应力-应变关系较一致,弹性阶段明显,抗压强度值较大,且峰值后降低幅值也较大,材料应变值较大,同时吸能值也较大。随着材料直径的增大,材料抗压强度值增加,且峰值后降低幅值减小,应变值逐渐减小,吸能量基本保持不变,说明材料直径的增加,提高了抗压强度值,增强了材料抗冲击能力,但增加直径的幅度也是有一定界限的,通过实验结果对比可知,圆柱形和立方体形材料高宽比为1.0左右较好,直径可根据实际使用确定。

3 结果分析与讨论

3.1 密度对冲击吸能性能的影响

对不同密度的Al-Si6基CCAF材料冲击破坏结果进行对比分析可知,在相同冲击载荷作用和相同材料尺寸条件下,随着材料密度的增大,材料变形量减小,说明材料抗压强度增大,但在材料外表面出现明显的裂纹,材料抗冲击能力降低。材料密度越小,变形量越大,说明材料抗压强度较低,冲击作用后材料容易形成“饼状”。当材料密度为0.55g/cm3时,材料产生一定的变形,且材料整体性较好,吸能效果也较佳。

通过对不同密度的Al-Si6基CCAF材料冲击实验结果对比可知,应力-应变对比曲线(图10)中表现为材料密度越大,抗压强度值也越大,但峰值后的突降也越大,说明材料孔壁易发生破裂或破碎,抗冲击能力降低。材料密度越小,抗压强度值也越小,提供大初撑力效果差。从吸能特性对比曲线(图11)中可知,当材料密度为0.55g/cm3时,材料吸能量最大,且材料应变值也较合适。因此,对于冲击吸能效果良好的泡沫材料密度在0.35～0.70g/cm3为宜。

3.2 孔隙度对冲击力学特性的影响

通过对不同孔隙度的Al-Si6基CCAF材料冲击破坏结果对比分析可知,在相同冲击载荷作用和相同材料尺寸条件下,材料孔隙度越大,变形量也越大,且有部分破碎块体从材料中抛出,说明随着孔隙度的增大,材料抗压强度降低,抵抗冲击载荷能力[15,16,17]减弱。材料孔隙度越小,变形量越小,抗压强度越高,但不适合作为提供大变形吸能材料。

对不同孔隙度的Al-Si6基CCAF材料冲击实验结果进行对比分析可知,其应力-应变对比曲线(图12)呈现出随着孔隙度的降低,材料抗压强度值增加,峰值后降低幅度也较大,材料孔壁和结构面极易产生破裂和破坏。同样材料孔隙度越大,抗压强度值越小,材料也极易产生破坏,材料抗冲击能力都较低。通过吸能特性对比曲线(图13)也可知,当孔隙度为75%时,吸能量最大,应变值也较合适。因此,选择冲击吸能效果良好的泡沫材料孔隙度在65%～87%之间。

3.3 孔径影响的动态力学特性分析

根据不同孔径的Al-Si6基CCAF材料冲击破坏结果对比分析可知,在相同冲击载荷作用和相同材料尺寸条件下,随着材料孔径的增大,变形量增加,说明材料抗压强度降低,抗冲击能力减弱。材料孔径越小,抗压强度越高,但变形量小,也不适合作为让位缓冲材料。

根据不同孔径的Al-Si6基CCAF材料冲击实验结果分析可知,从应力-应变对比曲线(图14)中可以看出,随着材料孔径的增大,抗压强度值降低,但变形量增加;孔径越小,抗压强度值越大,且峰值后降低幅值也较大,说明材料受冲击载荷作用影响较大。从吸能特性对比曲线(图15)中可知,当材料孔径为4.0mm时,材料吸能量最大,但材料应变值也最大,说明抗冲击载荷能力较差;当材料孔径分别为1.0mm和2.5mm时,材料吸能量相当,但当孔径为1.0mm时,材料应变量较小,也不适合作缓冲材料。因此,选择冲击吸能效果良好的泡沫材料合适孔径为1.0～4.0mm。

4 结论

(1)材料几何高度增加,冲击作用下应变值减小,吸能量有减小趋势,极易产生材料孔壁破裂或整体失稳破坏,立方体试件高宽比为1.0～1.5,圆柱体试件高宽比为1.0～2.0时缓冲吸能作用发挥较好。

(2)随着材料直径增大,抗压强度值增加,且峰值后降低幅值减小,材料抗冲击能力增强,但直径增加有一定界限,圆柱和立方体形高宽比为1.0左右为宜。

(3)材料密度越大,抗压强度值也越大,但峰值后突降也越大,冲击实验结果说明材料密度为0.35～0.70g/cm3时吸能效果较好。

(4)材料孔隙度越大,抗压强度值越小,材料易产生破坏,抗冲击能力也较低,实验结果分析可知冲击力学性能良好的材料孔隙度65%～87%为宜。

(5)材料孔径增大,抗压强度值降低,但变形量增加,受冲击载荷作用影响较大,根据冲击力学特性实验结果得到良好吸能效果的材料孔径为1.0～4.0mm。

摘要：几何尺寸和物性参数对铝硅闭孔泡沫材料动态力学性能影响较大。消除材料自身尺寸效应的影响,采用落锤冲击实验方法对不同几何尺寸和物性参数的泡沫材料进行冲击实验,研究几何尺寸和物性参数对材料冲击吸能特性的影响。冲击实验结果表明:(1)材料几何高度增加,冲击作用下应变值减小,吸能量却有减小趋势,说明材料几何高度增大,极易产生材料孔壁破裂或整体失稳破坏,造成材料抵抗冲击载荷能力降低,立方体试件高宽比在1.0～1.5之间为宜,圆柱体试件高宽比为1.0～2.0时缓冲吸能作用发挥较好;(2)随着材料直径增大,抗压强度值增加,且峰值后降低幅值减小,应变值逐渐减小,说明材料直径的增加提高了抗压强度值,增强了材料抗冲击能力,但直径增加有一定界限,圆柱和立方体高宽比为1.0左右为宜;(3)材料密度越大,抗压强度值也越高,但峰值后的突降也越大;材料孔隙度越大,抗压强度值越小,材料易产生破坏,抗冲击能力也较低;材料孔径增大,抗压强度值降低,但变形量增加,受冲击载荷作用影响较大;(4)对比结果得到冲击吸能效果良好的泡沫材料合理物性参数,密度为0.35～0.70g/cm3,孔隙度为65%～87%,孔径为1.0～4.0mm。