DB34T∕ 3179-2018 超導(dǎo)回旋加速器 輸運(yùn)線(xiàn)旋轉(zhuǎn)機(jī)架設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

DB34DB34/T3179—2018超導(dǎo)回旋加速器輸運(yùn)線(xiàn)旋轉(zhuǎn)機(jī)架設(shè)計(jì)準(zhǔn)則SuperconductingcyclotronDesigncriteriaforrotatinggantryofbeamline2018-08-08發(fā)布2018-09-08實(shí)施安徽省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布I1GB/T16823.1-1997螺紋緊固件應(yīng)力GB/T25306-2010輻射加工用電子加2圖1束流光學(xué)等中心點(diǎn)注：變直徑主體圓筒結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖2。圖2變直徑主體圓筒結(jié)構(gòu)可旋轉(zhuǎn)、承載筒體重量的環(huán)形結(jié)構(gòu)。注：支撐環(huán)內(nèi)環(huán)面和端面與變直徑圓筒主體結(jié)構(gòu)連接。變直徑主體圓筒結(jié)構(gòu)由兩個(gè)支撐環(huán)支撐，示意圖見(jiàn)圖3。3可調(diào)磁體支撐結(jié)構(gòu)adjustablemagnetsupport安裝在與磁體呈180度對(duì)稱(chēng)的位置，可通過(guò)增減配重塊進(jìn)行旋轉(zhuǎn)機(jī)架平衡調(diào)整的結(jié)構(gòu)。4設(shè)計(jì)原則4.1.1工況要求：應(yīng)保證機(jī)架上安裝的零部件能順利運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)架的外形或內(nèi)部結(jié)構(gòu)無(wú)4強(qiáng)度安全系數(shù)為2,接觸疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)為1.6,螺栓抗拉強(qiáng)度安全系數(shù)為2,齒輪銷(xiāo)軸抗剪強(qiáng)度安5圖6機(jī)械等中心點(diǎn)偏差5設(shè)計(jì)步驟5.2初定制造工藝。5.3分析載荷情況，載荷包括機(jī)架上的設(shè)備重量、機(jī)架本身重量、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)載荷等。6結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)撐環(huán)結(jié)構(gòu)、多平臺(tái)維護(hù)桁架結(jié)構(gòu)、線(xiàn)纜拖鏈、配重，主體結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖7。支撐結(jié)構(gòu)配重圖7旋轉(zhuǎn)機(jī)架主體結(jié)構(gòu)66.2變直徑主體圓筒結(jié)構(gòu)6.2.1大環(huán)結(jié)構(gòu)大環(huán)設(shè)計(jì)為等直徑的結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖8。內(nèi)部應(yīng)預(yù)留增加強(qiáng)度結(jié)構(gòu)的空間，半徑宜滿(mǎn)足式(1)的要求。R?<L-100mmR大環(huán)半徑，單位為毫米(mm);R,治療室半徑，單位為毫米(mm);L強(qiáng)度結(jié)構(gòu)的尺寸，單位為毫米(mm);L最后一個(gè)掃描磁鐵端部到等中心點(diǎn)的距離，單位為毫米(mm);L治療頭的長(zhǎng)度，單位為毫米(mm)。三圖8大環(huán)結(jié)構(gòu)6.2.2中間環(huán)結(jié)構(gòu)中間環(huán)用于支撐旋轉(zhuǎn)機(jī)架束流線(xiàn)上升段的磁體，中間環(huán)宜設(shè)計(jì)為變直徑主體圓筒結(jié)構(gòu)，可以降低重量，見(jiàn)圖9。中間環(huán)直接與小支撐環(huán)連接。中間環(huán)尺寸宜滿(mǎn)足式(2)的要求。R?<Lp-500mmR大環(huán)半徑，單位為毫米(mm);R中間環(huán)大直徑段半徑，單位為毫米(mm);R中間環(huán)小直徑段半徑，單位為毫米(mm);L旋轉(zhuǎn)機(jī)架束流線(xiàn)入口段的磁體外部結(jié)構(gòu)到旋轉(zhuǎn)機(jī)架軸線(xiàn)的最大距離，單位為毫米(mm)。7小環(huán)與小支撐環(huán)連接，用于支撐端部的四極鐵以及線(xiàn)纜拖鏈。小環(huán)尺寸宜滿(mǎn)足式(3)的要求。R?=R?-100mm....................................(3)R小環(huán)的半徑，單位為毫米(mm);R中間環(huán)小直徑段半徑，單位為毫米(mm)。a)在X,Y,Z方向的尺寸誤差應(yīng)不大于0.1mm;b)各個(gè)軸向的偏轉(zhuǎn)精度應(yīng)不大于0.1mrad。磁體布局見(jiàn)圖10,設(shè)計(jì)應(yīng)：b)偏轉(zhuǎn)磁體1的支撐宜考慮在中間環(huán)提供的安裝平臺(tái)進(jìn)行支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，滿(mǎn)足磁體的位置調(diào)整c)偏轉(zhuǎn)磁體2和偏轉(zhuǎn)磁體3宜在磁體支撐與主體圓筒結(jié)構(gòu)之間設(shè)計(jì)過(guò)渡支撐結(jié)構(gòu)，過(guò)渡支撐提供一個(gè)安裝平面來(lái)支撐偏轉(zhuǎn)磁體2和偏轉(zhuǎn)磁體3的磁體支撐結(jié)構(gòu)。8圖10磁體布局6.4支撐環(huán)結(jié)構(gòu)6.4.1精度要求旋轉(zhuǎn)機(jī)架支撐環(huán)用于支撐全部旋轉(zhuǎn)部分，宜滿(mǎn)足如下技術(shù)要求：a)在旋轉(zhuǎn)機(jī)架束流線(xiàn)入口處的位置采用小直徑支撐環(huán)，在旋轉(zhuǎn)機(jī)架靠近治療室的位置采用大直徑b)同軸度應(yīng)不大于0.1mm;c)圓度應(yīng)不大于0.2mm。6.4.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6.4.2.1大支撐環(huán)設(shè)計(jì)的參考因素：a)寬度設(shè)計(jì)應(yīng)考慮支撐環(huán)與支撐滾輪之間的壓力和旋轉(zhuǎn)機(jī)架整體的支撐平穩(wěn)性；b)直徑設(shè)計(jì)應(yīng)考慮變直徑主體圓筒結(jié)構(gòu)的大環(huán)外徑和旋轉(zhuǎn)過(guò)程中部件之間的干涉。6.4.2.2小支撐環(huán)設(shè)計(jì)的參考因素：a)寬度應(yīng)與大支撐環(huán)寬度相等；b)直徑設(shè)計(jì)應(yīng)考慮中間環(huán)的小直徑段和旋轉(zhuǎn)過(guò)程中部件之間的干涉。6.5多平臺(tái)維護(hù)桁架結(jié)構(gòu)主要的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則為：a)輕便性，采取輕質(zhì)型材；c)操作、維護(hù)方便。6.6線(xiàn)纜拖鏈6.6.1線(xiàn)纜拖鏈用于將旋轉(zhuǎn)機(jī)架全部電氣設(shè)備的電源、水冷、控制等方面的線(xiàn)纜接入地面，且在機(jī)架旋轉(zhuǎn)過(guò)程中保證線(xiàn)纜不纏繞，長(zhǎng)期運(yùn)行中線(xiàn)纜不破損。6.6.2宜進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)件選型。設(shè)計(jì)要求應(yīng)滿(mǎn)足：9a)靠近旋轉(zhuǎn)機(jī)架軸線(xiàn)的位置應(yīng)采取中空式設(shè)計(jì)，將配重布置在遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)機(jī)架軸線(xiàn)的位置，在實(shí)現(xiàn)相同轉(zhuǎn)矩的情況下，應(yīng)降低旋轉(zhuǎn)機(jī)架重量；b)根據(jù)旋轉(zhuǎn)機(jī)架磁體的分布，沿著旋轉(zhuǎn)機(jī)架軸線(xiàn)方向合理布置配重；c)在配重結(jié)構(gòu)最外部設(shè)計(jì)安裝孔，保證后期配重的可調(diào)節(jié)性。6.8多滾輪自定心支撐結(jié)構(gòu)多滾輪自定心支撐結(jié)構(gòu)用于承載支撐環(huán)，相對(duì)于旋轉(zhuǎn)機(jī)架豎直中平面呈對(duì)稱(chēng)分布，支撐環(huán)對(duì)該結(jié)構(gòu)的支撐滾輪施加徑向力，支撐滾輪繞其支點(diǎn)進(jìn)行自定心位置調(diào)整，從而保證了支撐滾輪和支撐環(huán)外表面的良好接觸，結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖11、圖12。支撐環(huán)與支撐滾輪之間壓力主要遵循的設(shè)計(jì)原則應(yīng)滿(mǎn)足式(4)的要求。o?——支撐環(huán)與支撐滾輪之間壓應(yīng)力，單位為兆帕(Mpa);on——支撐環(huán)的許用應(yīng)力，單位為兆帕(Mpa);og——支撐滾輪的許用應(yīng)力，單位為兆帕(Mpa)。圖11多滾輪自定心支撐結(jié)構(gòu)圖12支撐滾輪與支撐環(huán)接觸狀態(tài)7關(guān)鍵參數(shù)7.1驅(qū)動(dòng)參數(shù)7.1.1驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩參數(shù)Fdm1g................................Fxm2gFd——大支撐滾輪所受壓力，單位為牛頓（NFx——小支撐滾輪所受壓力，單位為牛頓（Nm1——旋轉(zhuǎn)機(jī)架大支撐端質(zhì)量，單位m2——旋轉(zhuǎn)機(jī)架小支撐端質(zhì)量，單位g——重力加速度，g=9.8,單位為米每二MdFdfRMxFxfr....................................(6)MMdMxMd——大支撐端力矩，單位為?！っ祝∟·mMx——小支撐端力矩，單位為牛·米（N·mM——總力矩，單位為?！っ祝∟·mf——摩擦系數(shù)；R——大支撐環(huán)半徑，單位為米（mM1S（Ja1m3）M2S（Ja3Md）................................M1——旋轉(zhuǎn)機(jī)架正常啟動(dòng)和停止時(shí)需要的最大轉(zhuǎn)矩，單位為?！っ祝∟·mM2——旋轉(zhuǎn)機(jī)架緊急停車(chē)時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩，單位為?！っ祝∟·mJ——旋轉(zhuǎn)機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，單位為千克每二次方秒（kg·m2a1——旋轉(zhuǎn)機(jī)架正常啟動(dòng)時(shí)角加速度，單位為弧度每二次方秒a3——旋轉(zhuǎn)機(jī)架正常停止時(shí)角加速度,單位為弧度每二次方秒Md——大支撐端力矩，單位為?！っ祝∟·7.1.2.2齒輪材料的參數(shù)包括：材料種類(lèi)、表面硬度、彎曲疲勞強(qiáng)度極限、壓 FPFPm/Fmm....................................(9)m——齒輪模數(shù)；T1——作用在齒輪上的轉(zhuǎn)矩，單位為?！っ祝∟·m）；n——齒輪的轉(zhuǎn)速，單位為轉(zhuǎn)每分鐘（r/min）；φd——齒輪的轉(zhuǎn)速，單位為轉(zhuǎn)每分鐘（r/minT9550P/n..................................）；ind/nx................）；裝配時(shí)需要預(yù)緊，可用力矩扳手法控制力矩。擰緊力矩和TTTT——擰緊力矩，單位為?！っ祝∟·mTTF0——預(yù)緊力，單位為牛頓（Nd——螺紋公稱(chēng)直徑，單位為毫米（mm）。k值-d2d1H24242As——螺紋的應(yīng)力截面積，單位為平方毫米（mm2d2——螺紋中徑的基本尺寸，單位為毫H——螺紋原始三角形高度（H=0.866025P單位為毫米（mmP——螺距，單位為毫米（mm1....................σ1——螺紋的最大拉伸應(yīng)力，單位為兆帕（MPaF0——預(yù)緊力,單位為牛頓（NAs——螺紋的應(yīng)力截面積，單位為平方σca σ123τ2....................................σca——螺栓在預(yù)緊狀態(tài)下應(yīng)