1 緒論 

汽輪機(jī)是通過蒸汽熱能轉(zhuǎn)化成機(jī)械功的外燃回轉(zhuǎn)式原動(dòng)機(jī)，是火電和核電的主要設(shè)備之一，用于拖動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電來(lái)自鍋爐的蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)后，依次經(jīng)過一系列環(huán)形配置的噴嘴和動(dòng)葉，把蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化成汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能。它主要用作發(fā)電用的原動(dòng)機(jī)，也可直接驅(qū)動(dòng)各種泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)和船舶螺旋槳等[1]。還可以利用汽輪機(jī)的排汽或中間抽汽滿足生產(chǎn)和生活上的供熱需要。就凝汽式汽輪機(jī)來(lái)說，從鍋爐產(chǎn)生的新蒸汽經(jīng)由主閥門進(jìn)入高壓缸，再進(jìn)入中壓缸，再進(jìn)入低壓缸，最終進(jìn)入凝汽器。蒸汽的熱能在汽輪機(jī)內(nèi)消耗，變?yōu)檎羝膭?dòng)能，然后推動(dòng)裝有葉片的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子，最終轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。除了凝汽式汽輪機(jī)，還有背壓式汽輪機(jī)和抽汽式汽輪機(jī)，背壓式汽輪機(jī)可以理解為沒有低壓缸和凝汽器的凝汽式汽輪機(jī)，它的出口壓力較大，可以提供給供熱系統(tǒng)或其它熱交換系統(tǒng)。抽汽式汽輪機(jī)則是指在蒸汽流通過程中抽取一部分用于供熱和再熱的汽輪機(jī)[2]。 

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2  汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子末葉片銷孔新型加工裝置的總體方案設(shè)計(jì) 

2.1 系統(tǒng)技術(shù)需求分析 

本次設(shè)計(jì)研究的課題是針對(duì)汽輪機(jī)的高中壓整體轉(zhuǎn)子的末葉片銷孔的加工裝置，利用五個(gè)平衡孔將加工裝置安裝在體積和質(zhì)量都巨大的轉(zhuǎn)子上進(jìn)行加工。這臺(tái)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子末葉片錐型銷孔加工具體的技術(shù)方案和進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前，首先對(duì)其技術(shù)需求進(jìn)行分析：（1）可以較大地降低勞動(dòng)強(qiáng)度 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子末葉片錐型銷孔的原有加工裝置在工作過程中將一半以上的時(shí)間與工人的勞動(dòng)強(qiáng)度用于對(duì)加工裝置的定位，在新的加工裝置的設(shè)計(jì)上應(yīng)采用合理的定位方式來(lái)提高勞動(dòng)效率，縮短勞動(dòng)時(shí)間，簡(jiǎn)化工作流程。（2）可以降低裝置的制造成本 采用傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)方式，合理的連接方式，以及盡量多的使用標(biāo)準(zhǔn)件，以降低整個(gè)的加工裝置的制造成本，使其具有良好的實(shí)用性和推廣性。

2.2 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子末葉片銷孔的加工現(xiàn)狀 

本課題選自某公司，，該某公司目前加工汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子末葉片錐形銷孔采用經(jīng)改造的普通車床。將一套鉆具置于 CA6140 車床溜板箱上。其目的是利用溜板箱把光杠和絲杠傳遞過來(lái)的螺旋傳動(dòng)轉(zhuǎn)化為溜板箱的直線進(jìn)給。通過溜板箱的直線進(jìn)給使鉆具做同樣的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。簡(jiǎn)而言之，車床在加工過程中是鉆具的承載者，帶著鉆具進(jìn)行各方向的移動(dòng)，以完成鉆具在鉆孔過程所需要完成的功能。 溜板箱通常設(shè)有以下幾種機(jī)構(gòu)：接通絲杠傳動(dòng)的開合螺母機(jī)構(gòu)。將光杠的運(yùn)動(dòng)傳至縱向齒輪齒條和橫向進(jìn)給絲杠的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，接通、斷開和轉(zhuǎn)換縱橫進(jìn)給的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，保證機(jī)床工作安全的過載保險(xiǎn)裝置，絲杠、光杠互鎖機(jī)以及控制刀架縱、橫向機(jī)動(dòng)進(jìn)給的操縱機(jī)構(gòu)。溜扳箱上有一個(gè)小齒輪。而小齒輪又與床身前下面的齒條相嚙合，可用手轉(zhuǎn)動(dòng)溜扳箱手輪，可使床鞍縱向移動(dòng)。

3  汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子末葉片銷孔加工裝置的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算 ......... 24 

3.1  定位與夾緊裝置的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) ........... 24
3.2  進(jìn)給裝置的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算 ....... 28
3.3  傳動(dòng)裝置的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算 ........... 35
4  鉆孔裝置的有限元分析 ............... 41 
4.1 有限元分析法的基本理論和計(jì)算流程 ...... 41 
4.2  有限元軟件 ANSYS Workbench...... 43
4.3 有限元分析法在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 .......... 44
5  總結(jié) ............ 56

4  鉆孔裝置的有限元分析 

4.1 有限元分析法的基本理論和計(jì)算流程 

鉆孔過程：首先將鉆頭裝進(jìn)鉆頭套，再把鉆頭套安置到軸套內(nèi)，用圓形螺母將鉆頭套鎖緊，固定到工作機(jī)構(gòu)中，注意安裝后的露出的鉆頭長(zhǎng)度和整個(gè)框架厚度之和要小于葉輪之間的最小距離；將傳動(dòng)裝置的電機(jī)接上三相電源，而后鉆頭主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，搖動(dòng) X軸手柄，使鉆頭對(duì)準(zhǔn)劃線后預(yù)鉆孔位置，先用較小直徑的鉆頭進(jìn)行鉆削，而后再用圖紙要求銷孔大小直徑的鉆頭進(jìn)行鉆削。在鉆削過程中，無(wú)法一次順利完成整個(gè)鉆削過程，將預(yù)緊鉆頭套的圓形螺母旋松后，用卡鉗將鉆頭伸長(zhǎng)到能夠?qū)⑷~輪鉆透長(zhǎng)度，進(jìn)行第二次鉆孔，直到完成通孔鉆削為止。而后逐個(gè)孔進(jìn)行鉆削。鉆削完成后，再次旋松鉆頭套上圓形螺母，用卡鉗將鉆頭放到可以順利將鉆孔工裝搖出的長(zhǎng)度，將其旋出。至此完成一鉆孔周期[42,43]。 

4.2 有限元軟件 ANSYS Workbench  

自 20 世紀(jì) 70 年代，ANSYS 被研發(fā)出來(lái)后，其作為一個(gè)大型的 CAE 分析軟件，隨著計(jì)算機(jī)和有限元理論的發(fā)展，在各個(gè)領(lǐng)域得到了高度的評(píng)價(jià)和廣泛的應(yīng)用。ANSYS軟件是美國(guó) ANSYS 公司研制的大型通用有限元分析軟件，屬于增長(zhǎng)最快的計(jì)算機(jī)輔助工程軟件，能與多數(shù)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD，computer Aided design）軟件接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如 Creo、 NASTRAN、Alogor、I－DEAS，和 AutoCAD 等。ANSYS 憑借其強(qiáng)大的功能，及其簡(jiǎn)單的操作方法，使其成為如今全國(guó)乃至國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的有限元分析軟件。 

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5  總結(jié) 

本文中設(shè)計(jì)的鉆孔裝置與人們意識(shí)中的鉆孔裝置有所不同，存在其特殊性。由于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的每?jī)杉?jí)葉輪之間的距離各不相同，最小的距離僅為 75mm，所以,普通的鉆床難以達(dá)到鉆孔目的，需要設(shè)計(jì)一種新的加工裝置對(duì)其末葉片銷孔進(jìn)行加工。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子末葉片銷孔的原有的加工裝置是將鉆孔裝置安裝在普通的車床上進(jìn)行定位與進(jìn)給。用吊車將車床吊起，并安放到轉(zhuǎn)子附近，再用撬棍對(duì)車床進(jìn)行微調(diào)，直到鉆孔裝置的水平度和垂直度達(dá)到加工條件，增大了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，延長(zhǎng)了工人的勞動(dòng)時(shí)間。本文設(shè)計(jì)的新型的末葉片銷孔的加工裝置采用“螞蟻啃骨頭”的加工方式將加工裝置固定在轉(zhuǎn)子上進(jìn)行加工，這樣不僅減少了用于定位所需要的大量時(shí)間，同時(shí)還可以減小工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和工作時(shí)間，可以有效的提高加工效率。本文的主要內(nèi)容有：（1）通過對(duì)汽輪機(jī)及有關(guān)鉆孔裝置的介紹，總體了解末葉片銷孔對(duì)轉(zhuǎn)子的作用乃至對(duì)汽輪機(jī)安全運(yùn)行的重要作用與意義，對(duì)之后的設(shè)計(jì)工作的奠定了基礎(chǔ)。（2）介紹了鉆孔裝置的系統(tǒng)技術(shù)需求，加工現(xiàn)狀及其加工流程，說明了現(xiàn)在所用的加工裝置的弊端，提出了改進(jìn)的要求，并明確了改進(jìn)的方向。

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參考文獻(xiàn)（略）

本文編號(hào)：84419