木材刀具切削试验台增速机构设计论文[带图纸].doc

1南京林业大学本科毕业设计（论文）题目：木材刀具切削试验台增速机构设计学院：南方学院专业：机械设计制造及其自动化学号：学生姓名：指导教师：职称：教授二O一三年五月二十七日2摘要本文是在LQ-18型锯链切削试验台的基础上，分析总结经验，并结合设计要求对增速部分进行设计。介绍试验台的研究意义以及作用。本文主要设计了一种木材刀具切削试验台增速机构可以更好的评定油锯、电链锯锯链的切削性能，即检测锯链的锋利性、进锯的轻便性、锯链运转的平稳性及锯切效率的高低。根据目前国内外现有的生产锯链品种规格多，适用于不同的油锯、电链锯，且工作时的锯链切削速度高低差异很大，切削功耗相差很大。为能评定锯链切削木材时的切削性能，所设计的试验台，需能模拟锯链的工作状态，反映锯链实际的切削速度和切削效率，因此应具有较宽的切削速度调节范围和进给速度调节范围；同时应具有较大的传递扭矩，可保证大节距高效率的锯链性能测定。关键词：传感器试验台切削3AbstractThispaperwasdesignedakindofexperimenttablecanbeusedforsimultaneousmeasurementofthesensortoforcethree,anditcanevaluationfire-fightingbetter,electricitychainsawschainsawsthecuttingperformance,i.e.,detectingthesharpsex,chainsawsintothelightermaterials,sawchainoperationofthestabilityandsawcuttingefficiency.Inordertofurtherimprovethemeasurementaccuracyofthesensorisadoptedinthispaper,akindofatthesametimeusetheeightaniseringmeasurementsensor,andthesensorofthedirectionoftheforcemeasurementhighsensitivity,crosssensitivitysmall.Firsttheontologytocarryonthedesign,determineitseighteartypeaniseringstructure,nexttootherpartsdesigntomeetthemechanicaldesignrequirements,inthefinalanalysis,researchpatchpositiontobemeasureddirectionsensitivity,nonlinearityinfluence,andthemeasureddirectionacrosstheinfluenceofsensitivity.Thisdesignoffourscheme,whereeachearringsoninastraingaugesetbridge,thesamelevelortakethestrainontheverticallinesetofbridge,takethestraingaugeonthediagonalearringssetbridge,alltakethestraingaugesetbridge.Tocontacttheproductionpractice,consideringthechangemustbeloadedpoints,finallychoosingalltakeallofthestraingaugeearringssetbridge.Keyword：sensor；experimenttable；cuttingforce4目录1绪论.51.1引言.51.2木材刀具切削试验台国内外研究概况.51.2.1国内研究概况.51.2.2国外研究概况.61.3本文设计工作要求.72增速机构的整体设计.82.1增速机构整体方案的设计.82.2电动机的类型选择.82.3增速机构输入和输出连接装置的选择.93增速机构的设计.113.1带传动的设计.113.1.1带传动的优点.113.1.2带的选型.113.1.3试验台带轮的工作情况.113.1.4带的工作参数.113.1.5带的计算设计.123.1.6带的张紧.153.2齿轮级设计.163.2.1传动方式选择.163.2.2齿轮工作参数.173.2.3齿轮计算设计.173.3齿轮轴的设计计算.243.3.1低速轴的设计与计算.243.3.2高速轴的设计与计算.253.4轴的强度校核计算.263.4.1低速轴的校核计算.263.5齿轮增速箱的设计.303.6冷却润滑系统的设计.303.6.1冷却润滑系统的设计.313.6.2冷却润滑系统俯视图.313.6.3增速机构维护.324结论.36致谢.37参考文献.38附录.4051绪论1.1引言目前，能较全面科学地评定锯链切削木材时切削性能锯试验台，市场上仅浙江一家企业拥有，是由我校机电院教师自主设计完成的。该锯链切削性能试验台可测定锯链锯齿上切削力的三个方向分力，即主切削力、进给力和侧向力；进给机构的进给速度；驱动链轮轴的轴功率；锯链的锯切效率。通过该传感器测定三个相互垂直的切削力可用来衡量刀具的切削性能（如锯链、圆锯片等），也可反应木材或金属材料的品质。同时结合转矩转速测试系统，可测定锯链或圆锯片的切削功率和切削效率。根据八角环式测力传感器的基本原理，及锯链或圆锯片切削木材时所承受的最大阻力值，即可设计出合适的八角环传感器结构。而所谓的八角环八耳式三向测力传感器是在以上的基础上设计出的一款更加灵敏、更加准确的一种传感器。通过对八角环八耳式三向测力传感器各个方向的力的标定,分析研究贴片位置对被测方向灵敏度、非线性度的影响,以及对非被测方向交叉灵敏度的影响。比较各个方案的贴片位置,选出灵敏度最好，交叉灵敏度最小，同时非线性度最好的方案。1.2木材刀具切削试验台增速机构国内外同类研究概况1.2.1国内研究概况我国自本世纪60年代以来，不断进行木材切削力的测定试验。特别是80年代以来的试验研究成果积累了许多有价值的数据。1964年中国东北林学院研制的T-1型试验台，用电阻应变片（环）和平衡重块测量切向力和法向力。这在当时的国内外已属于比较领先的技术。1982年南京林学院研制的NL-1型试验台，是利用薄壁圆筒形应变传感器同时测量两向力。1988年南京林业大学研制的MQ-30型试验台，首次用交叉八角环测力传感器同时直接测三向力。1992年南京林业大学研制的LQ-119以及后来的LQ-18型切削平台10都使用了交叉八角环测力传感器这一新的技术。应用于LQ-11的三向测力仪可同时测定切向力、法向力和侧向力。侧向力可反映锯链的轻微跑偏,测侧向力可避免跑偏对切削阻力测定值带来的6严重影响。而LQ-18改善了三向测力传感，采用先进的计算机技术，具有测定精度高，重复性好等特点，使整机的多项技术指标达到了国内领先水平。2010年上海大学对八角环三向测力的贴片进行了研究11，提高贴片面应变均匀度可以降低因贴片位置误差引起的测量误差,是提高八角环测力刀架的测量精度的有效方法。应用对称性原理,在传统八角环测力刀架上下方增设凸起结构可以显著地改善应变分布的均匀程度。2010年南京航空航天大学和中国搅拌摩擦焊中心共同研究搅拌摩擦焊用测力八角环12。搅拌摩擦焊用八角环是一种测力元件，可看做为一个弹性系统，当受到一定的激励时会引起振动。通过对搅拌摩擦焊用测力八角环的有限元模态分析，得出了该八角环结构的前12阶固有频率和相应振型，为该结构的进一步优化设计和理论分析提供了可靠的依据。八角环的固有频率跟弹性元件的结构有关，因此，对弹性元件进行结构优化设计能提高结构的固有频率，从而提高测力八角环的测量精度和工作稳定性。近些年，兰州工业高等专科学校研究了八角环电阻式车削测力仪在车床三向力静刚度测定中的应用13。经修复后的轴瓦在运行中情况良好,检测振动值在允许范围内,且只花费几百元的人工费,给工厂节约开支。对于剖分式轴瓦磨损较小的使用此法修理比较科学、经济。若该处理方法能够得到推广,将延长一批同类型轴承的使用寿命,给企业带来更好的经济效益。关于增速机构的技术及机构，国内为了准确的测量切削力,很早就开展了对测力仪的研究,但迄今为止,还没有完整的设计方案和定型的产品。增速传动的方式很多,常用的是齿轮传动和带传动，如采用齿轮传动必须设计专用高速齿轮箱,不仅费用高、加工时间长,而且噪声大,影响周围环境。而带传动传动平稳、噪声小、造价低,比较适合锯链切削试验台。但在上述功率、转速、传动比条件下,一般需采用两级带传动,尺寸加大，造价也会上升,故决定采用一级带传动。一般设计手册上推荐普通2带传动的使用范围是：传动比i=24(7)，（减速传动），带轮转速n7000r/min,带的线速度v25m/s,最好采用高速带传动,同时考虑购买和维修的方便。1.2.2国外研究概况虽然近几年国外也有利用双延伸式八角环制成测力仪测拖拉机挂钩处的二向力和用多个单一八角环组合测磨床工作时单向切削力和扭矩的案例，但是国外仍然以电阻应变片形式来测量切削阻力。71978年，日本研制的试验台，用桁架式以电阻应变片形式测量切向力和法向力。1985年，德国STIHL公司研制的试验台，利用测力电阻应变形式测量切向力和法向力。AKissellaach教授在高速切削技术方面的研究有一些新的进展。高速切削通过提高切削速度来减少加工时间并同时改进切削质量。高速切削提高了CNC机械的生产力，是木材加工中最有效益的加工方法之一。高速切削除了要有合适的机器设备外，最需要的是特殊刀具来辅助解决高速加工问题。传统的镂铣机主轴转速为18000dmin，而高速切削主轴转速则达30000dmin甚至更高。削进给速度同主轴转速是成比例的，因此主轴转速加倍进给速度也要加倍。九十年代中期，美国McCULLOCH公司，澳大利亚林产品实验室，芬兰农业工程研究所都使用自己的方法测量切削阻力，但是都无法同时测量法向，切向和侧向三个方向的切削阻力。关于增速机构的技术及机构方面，国外关于测力仪的研究进展快得多,已处于实用阶段。在国际市场上已有专门的厂商提供多种型号的切削和磨削测力仪。定型的测力仪特点为1g,固有振动频率不低于2.5千赫。最大相互干扰小于1%,且能补偿。1.2.3国内外同类概况总结国内外对于木材切削试验台增速机构的发展正在逐步发展，改进。机构的细节设计还需要适当的改进与调试。还需要一批技术人才进行设计、研发。总的来说，国外的增速机构设计技术相对先进些。一般切削速度的调节范围为1015000rpm，增速齿轮箱高速运转时要进行冷却、润滑。现在，高性能、高寿命、高速度、重切削的圆锯机是锯机圆锯设计的基本要求，国产圆锯机已经打入国际市场，但我们的产品在技术上还没有和国际接轨。国外锯机主轴转速超过4000rmin的已经非常普遍，圆锯机工作台移动的速度最高可达80mmin，多锯片圆锯机的基本功能和质量已经和带锯机接轨。1.3本文设计工作要求根据本次设计任务，切削速度的调节范围为1015000rpm，链锯驱动功率18.5Kw，增速齿轮箱高速运转时要进行冷却，润滑。本次内容要求有：试验台增速机构方案、结构、输入和输出连接装置设计，以及齿轮箱冷却润滑系统设计。即在设计传动部分时，从带传动出发，经高速齿轮箱。因为是高速齿轮，所以对冷却、润滑要求较高，所以需考虑润滑方式和设计相适应的冷却装置。82增速机构的整体设计2.1增速机构整体方案的设计为能评定锯链切削木材时的切削性能，所设计的试验台，要能够模拟链锯的工作状态，反映锯链的实际切削速度和切削效率，因此要具有较宽的切削速度调节范围和进给速度调节范围；同时应具有较大的传递扭矩，以保证大节距高效率的链锯性能测定。根据设计要求,本次需设计的是一台能够满足切削速度在1015000rpm范围内进行调节，并且链锯驱动功率达到18.5kw的增速机构。2.2电动机的类型选择能大范围进行无极调速的电动机主要有两类，一类是直流电动机，另一类是调速电动机。由于直流电动机的缺点是要另加直流电源，价格高，体积大，且外特性比较软，不适合木材刀具切削试验台。所以本次设计的切削试验台我们选择调速电动机为YTP系列变频调速三相异步电动机，如下图2-1所示。图2-1YTP系列变频调速三相异步电机YTP系列变频调速三相异步电动机是以变频调速装置为供电电源的变频调速三相异步电动机，与变频装置组成的系统能够实现无级调速，达到节能和控制自动化的目的。YTP系列变频调速电动机是在公司原YSPA系列变频调速电动机基础上改进设计的更新换代产品。具有效率高、调速范围广、精度好、运行稳定、操作和维修方便等特点。适用于驱动轧钢、起重、运输、机床、印染、造纸、化工、纺织、制药等要求连续调速和频繁正反转的各种机械设备上，可与国内外各种变频装置配套使用。YTP系列变频调速三相异步电动机是一种交流、高效、节能调速电动机，与变频器配合使用，是机电一体化的调速新产品。9A:YT