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*优尔~文·论^文`网[www.youerw.com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 。