木材刀具切削试验台进给机构设计论文[带图纸].doc

I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进给机构设计学院：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：教授二一三年五月二十八日南京林业大学本科毕业设计说明书II摘要本文主要是进行木材刀具切削实验台进给系统的设计。木材刀具切削试验台能模拟锯链的工作状态，有较宽的切削速度调节范围和进给速度调节范围。同时具有较大的传递扭矩，可以保证大节距高效率的锯链性能测定，同时测定锯链锯齿上切削力的三个方向分离，即主切削力，进给力和侧向力，进给机构的进给速度，驱动链轮的转矩转速，轴公路，锯链的锯切效率。其中本文主要对木材刀具切削试验台进给机构的方案、进给机构结构进行了详细设计。其手摇进给系统与一般车床相似，由手轮、手轮轴、手轮轴齿轮、进给齿轮及进给齿轮轴组成。手轮空套在手轮轴上，摇动时往前推手轮即可使手轮与轴结合，不摇时在回位弹簧力作用下自动脱开。溜板箱的快速进给传动由电动机最终传至进给齿轮轴。安装在溜板箱右侧的电动机与轴通过联轴器连接，左端固定有主动锥齿轮，被动锥齿轮及小齿轮都固定在短轴上，短轴由两个球轴承支承在壳体壁上。小齿轮与中间大齿轮啮合，中间大齿轮固定在花键轴上，另外花键轴上还空套着滑动齿轮，滑动齿轮的一端有拨叉槽，拨叉由挂挡手柄操纵以推动滑动齿轮在花键轴上滑动，从而使滑动齿轮和进给大齿轮实现啮合与脱开。当滑动齿轮与进给大齿轮啮合时，溜板箱就可由变频电机驱动实现自动进给。关键词：锯链，切削性能，试验台，进给系统。南京林业大学本科毕业设计说明书IIIAbstractWoodcuttercuttingtest-bedfeedmechanismdesignZhangQiyuann090301128(CollegeofsoutheNanjingForestryUniversity,Nanjing,210037)Abstract：Thisarticlemainlyiscarriesonthewoodcuttingtoolcuttingexperimentdesignoffeedsystem.Woodcuttercuttingbenchcansimulatetheworkingstateofthesawchain,hasawidespeedregulationrangeandcuttingfeedspeedadjustingrange.Havelargetransmissiontorque,atthesametimecanensurethehighefficiencyofcoarsepitchdeterminationofsawchainperformance,atthesametimesawchainsawcuttingforceofthethreedirections,namelythemaincuttingforceandfeedforceandlateralforce.Feedspeedofcanfeedmechanism,thedrivesprocketrotationspeed,torqueshaftroad,thecuttingefficiencyofthesawchain.Amongthemthispapercuttingtest-bedforwoodcuttingtoolsolutionsofcanfeedmechanism,thestructureofthefeedmechanismhascarriedonthedetaileddesign.Itshandfeedingsystemsimilartothegenerallathe,handbyhandwheel,shaft,gearshaftgearandfeedcomposition.Handsrestedinhandontheshaft,pushforwardwheelwhenyoushakehandwheelandtheshaft,donotshakethereturnspringforceundertheactionofautomaticrelease.Slipboardboxfastfeeddrivebythemotortofeedgearshaftend.Installedintheslipboardboxontherightsideofthemotorshaftthroughashaftcoupling,theleftfixedactivebevelgear,passivespiralbevelgearandsmallgearisfixedontheshortshaft,shortaxisbytwoballbearingsontheshellwall.Betweenpinionandgearmeshing,themiddlewheelfixedonthesplineshaft,splineshaftinalsoanemptysetofslidinggear,slidinggearforkslotatoneend,forkwasmonopolizedbythegearlevertopromotetheslidesontheslidinggearinsplineshaft,sothattheslidinggearandfeedbiggearmeshingwiththerelease.Whentheslidinggearandfeedbiggearmeshing,theslipboardboxcanbedrivenbyfrequencyconversionmotortorealizeautomaticfeed.Keyword：sawchain，cuttingperformance，lest-bed，feedingsystem南京林业大学本科毕业设计说明书IV目录绪论11.1引言11.2国内外木材切削试验台发展现状11.2.1国内木材切削试验台现状11.2.2国外木材切削试验台现状31.3本文研究的目的及其展望4第二章试验台进给机构设计方案确定52.1木材切削试验台进给系统的设计要求及类型52.1.1试验台进给机构的设计要求52.1.2试验台进给机构的类型及比较52.2木材切削试验台进给系统整体设计方案确定62.2.1试验台进给机构的工作原理62.2.2试验台进给机构设计与创新6第三章进给机构结构设计73.1进给结构设计83.2溜板箱设计93.3驱动装置设计113.4齿轮传动副的设计113.5变频调速电动机的选型163.5.1影响电动机选择的因素163.5.2电动机类型和结构型式的选择173.6轴的设计183.7轴承端盖的设计203.8滚动轴承的选择和计算20第四章进给速度测试系统设计224.1测试装置的设计22第五章实验及总结23致谢24参考文献25附录南京林业大学本科毕业设计说明书1木材刀具切削试验台进给机构设计绪论1.1引言锯链切削试验台对传动装置有其特殊要求，一是输出轴转速比较高；二是要求电动机能在较大范围内进行无级调速，并具有硬的外特性。根据目前国内外现有的生产锯链品种规格差异，为了提高生产效率以及降低成本，这是研究锯链切削试的主要目的。研制锯链切削性能试验台需要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。锯链切削性能试验台可用来检验锯链的锋利性，进锯的轻便性锯链运转的平稳性和锯切效率的高低，也可用于检验锯链导板和驱动链轮的高速适应能力。木材刀具切削试验台是在总结国内外同类试验台的基础上，根据现代链锯的特点而设计的。1.2国内外木材切削试验台发展现状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。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南京林业大学本科毕业设计说明书2切削阻力测定值带来的严重影响。此试验台性能良好，试验结果准确，居国内同类型试验台领先水平。迄今已经为全国数十个锯链生产厂家做过锯链性能测试，并为我校近年研制新型锯链提供了较可靠的测试数据。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2010年南京航空航天大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。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。南京林业大学本科毕业设计说明书31.2.2国外研究概况近几十年，国外的国家研制的木材刀具切削试验台的整体装置，虽然大体上的原理都是差不多的，但是测量切削力和法向力所用的传感装置都是不一样的。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。国外有用多个八角环按不同布置测定刀具切削金属材料的三向切削力，但其整体性差，且多个八角环安装时相互之间的位置公差要求相当高。还有用双延伸式八角环制成测力仪测拖拉机挂钩处的二向力，有用多个单一八角环组合制成的测磨床工作时单向切削力和扭矩等。国外有些国家用多个八角环按不同布置测定刀具切削金属材料的三向切削力，但其整体性差，且多个八角环安装时相互之间的位置公差要求相当高。还有用双延伸式八角环制成测力仪测拖拉机挂钩处的二向力，有用多个单一八角环组合制成的测磨床工作时单向切削力和扭矩等。1978年，日本研制的切削试验台，用桁架式电阻应变片测量切向力和法向力。桁架式电阻应变片与薄壁圆筒型应变片相比较，产品稳定更好，更长时间的测量，产品测量结果更加稳定，能提供完善应变测量选择。1985年，德国STIHL公司研制的木材切削试验台，利用测力电阻应变传感器测量切向力和法向力。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。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。单一八角环式测力仪因其整体稳定性差不适合很多实验台的要求。单向延伸式八角环测力仪增强了x方向的稳定性，而沿垂直于xy平面方向上的稳定性还很差，因此不能直接应用于实验。南京林业大学本科毕业设计说明书4双向延伸式八角环测力仪在任何方向的整体稳定性均大大提高，可用于三向力的测量，且相互交叉灵敏度较低，安装简单可靠。但由于许多实验台针对的切削力较小，灵敏度要求较高，因此必然使得耳环部位的尺寸较小，且加工精度要求较高，因此制造成本较高。根据国内外对于单向延伸式八角环、组合式八角环及双向延伸式八角环测力仪的研究表明，双向延伸式四耳环八角环性能最优，完全符合木材三向切削力测定的要求。1.3本文研究的目的及其展望由于目前国内外鲜有可同时测量三向力的传感器的报道，多是可同时测量二向力的传感器。LQ-18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,更好的衡量刀具的切削性能。而同时测量三向力还能反应木材或者金属材料的品质，所以研究生产一种结构紧凑，启动容易，操作灵活，锯切效率高，维护简便的木材刀具切削试验台是非常必要的。根据国内外对于木材刀具切削试验台研究发展概况，综合我们实验的目的，确定了我们要设计的切削试验台的方案。把握好木材刀具切削试验台整体设计，我们需要加宽进给速度调节范围，多次研究测试以计算出的更精确地速度达到更好的切削效果，降低切削过程中的功耗。所设计的试验台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。根据本试验台的要求，进行必要设计和改进，既保证了功能，又缩短了研制周期。南京林业大学本科毕业设计说明书5第二章试验台进给机构设计方案确定2.1木材切削试验台进给系统的设计要求及类型2.1.1试验台进给机构的设计要求为适应LQ-18型锯链切削性能试验台木材进给速度要求，确定了进给系统的进给方式，和传动方案优化设计了进给系统床鞍、