　　　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。

绪论1

1.1 引言1

1.2 国内外木材切削试验台发展现状1

1.2.1 国内木材切削试验台现状1

1.2.2 国外木材切削试验台现状3

1.3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5

2.1 木材切削试验台进给系统的设计要求及类型5

2.1.1 试验台进给机构的设计要求5

2.1.2 试验台进给机构的类型及比较5

2.2 木材切削试验台进给系统整体设计方案确定6

2.2.1 试验台进给机构的工作原理6

2.2.2 试验台进给机构设计与创新6

第三章进给机构结构设计7

3.1 进给结构设计8

3.2 溜板箱设计9

3.3 驱动装置设计11

3.4 齿轮传动副的设计11

3.5 变频调速电动机的选型16

3.5.1 影响电动机选择的因素16

3.5.2电动机类型和结构型式的选择17

3.6 轴的设计18

3.7轴承端盖的设计20

3.8滚动轴承的选择和计算20

第四章进给速度测试系统设计22

4.1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

　　　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。　　　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。

木材刀具切削试验台进给机构设计.gif

内容简介：: 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。AbstractWood cutter cutting test-bed feed mechanism design ZhangQiyuan n090301128(College of southe NanjingForestryUniversity ,Nanjing,210037)Abstract：This article mainly is carries on the wood cutting tool cutting experiment design of feed system.Wood cutter cutting bench can simulate the working state of the saw chain, has a wide speed regulation range and cutting feed speed adjusting range. Have large transmission torque, at the same time can ensure the high efficiency of coarse pitch determination of saw chain performance, at the same time saw chain saw cutting force of the three directions, namely the main cutting force and feed force and lateral force. Feed speed of can feed mechanism, the drive sprocket rotation speed, torque shaft road, the cutting efficiency of the saw chain.Among them this paper cutting test-bed for wood cutting tool solutions of can feed mechanism, the structure of the feed mechanism has carried on the detailed design.Its hand feeding system similar to the general lathe, hand by hand wheel, shaft, gear shaft gear and feed composition. Hands rested in hand on the shaft, push forward wheel when you shake hand wheel and the shaft, do not shake the return spring force under the action of automatic release.Slip board box fast feed drive by the motor to feed gear shaft end. Installed in the slip board box on the right side of the motor shaft through a shaft coupling, the left fixed active bevel gear, passive spiral bevel gear and small gear is fixed on the short shaft, short axis by two ball bearings on the shell wall. Between pinion and gear meshing, the middle wheel fixed on the spline shaft, spline shaft in also an empty set of sliding gear, sliding gear fork slot at one end, fork was monopolized by the gear lever to promote the slides on the sliding gear in spline shaft, so that the sliding gear and feed big gear meshing with the release. When the sliding gear and feed big gear meshing, the slip board box can be driven by frequency conversion motor to realize automatic feed.Keyword：saw chain， cutting performance， lest-bed， feeding system目录绪论1 1.1 引言1 1.2 国内外木材切削试验台发展现状1 1.2.1 国内木材切削试验台现状1 1.2.2 国外木材切削试验台现状3 1.3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5 2.1 木材切削试验台进给系统的设计要求及类型5 2.1.1 试验台进给机构的设计要求5 2.1.2 试验台进给机构的类型及比较5 2.2 木材切削试验台进给系统整体设计方案确定6 2.2.1 试验台进给机构的工作原理6 2.2.2 试验台进给机构设计与创新6 第三章进给机构结构设计7 3.1 进给结构设计8 3.2 溜板箱设计9 3.3 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22 4.1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 V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。1.2.2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。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。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、溜板箱的结构。保证了进给系统具有足够刚度和精确的传动速度，速度可调范围为0.225cm/s，进给力60kg，主切削力80kg，侧向力20kg，达到试验台无级调速的要求。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。LQ-18型锯链切削性能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。它能模拟各种手持式链锯和树木收割机的工况，所设计的LQ-18型锯链切削性能试验台锯链驱动电机的功率达18.5kW，驱动链轮轴转速可在015000r/min范围内无级调速，木材进给速度可在0.225cm/s范围内无级调速。当锯切20cm高木材时，锯切生产率为50500cm2/s。LQ-18.型锯链切削性能试验台的试验范围大，测试精度高。配备该试验台的木材进给系统在原有机床进给系统基础上，根据本试验台的要求，进行了专用设计和改进，既保证了功能，又缩短了研制周期。2.1.2 试验台进给机构的类型及比较车床的进给运动是通过光杆或丝杆来实现的，光杆或丝杆的动力来自床头箱，通过进给箱再到溜板箱，传动路线长，结构复杂。锯链切削性能试验台进给运动速度可调范围大，且只有一个沿导轨方向的纵向运动，因此原有床头箱无法使用，应将其去掉。进给运动有液压传动和机械传动两种可行的方案。（1）液压传动方案。用一个细长液压缸直接推动床鞍运动，用调速阀调节进给速度。但液压系统不能兼手动进给，仍然需要一个手动进给机构，结构反而复杂。此外，液压系统工作的可行性不如机械进给机构，还容易漏油。（2）机械传动方案。机械传动有两种方式，一种是通过丝杆和溜板箱上的螺母传动，丝杆的旋转由安装在床身左端的电动机及减速装置驱动。另一种是将电动机直接安装在溜板箱上，相当于车床的快进快退电动机，但功率和速度要更大一些。比较两种方式，第二种方式结构紧凑，容易实现，造价低，故选用它。为了实现进给运动的无级调速，选用了变频调速电动机，其频率变化范围为565Hz，高低速之比为13倍。试验台木材水平进给速度的变化范围为0.225cm/s，高低速之比为10倍。只要传动系统的传动比合适就可以满足要求。综上所述：本试验台采用机械传动进给，通过手轮和电动机来配合试验台进给运动。2.2 木材切削试验台进给系统整体设计方案确定2.2.1 试验台进给机构的工作原理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。侧向力可翻页锯链的轻微跑偏，测侧向力可避免跑偏对切削阻力测定值带来的严重影响，同时还能检验锯链的锋利性，进锯的轻便性，锯链运转的平稳性，也可用于检验锯链，导板和驱动链轮的告诉适应能力。2.2.2 试验台进给机构设计与创新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。LQ-18型锯链切削性能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。它能模拟各种手持式链锯和树木收割机的工况，所设计的LQ-18型锯链切削性能试验台锯链驱动电机的功率达18.5kW，驱动链轮轴转速可在015000r/min范围内无级调速，木材进给速度可在0.525cm/s范围内无级调速。当锯切20cm高木材时，锯切生产率为50500cm2/s。LQ-18.型锯链切削性能试验台的试验范围大，测试精度高。配备该试验台的木材进给系统在原有机床进给系统基础上，根据本试验台的要求，进行了专用设计和改进，既保证了功能，又缩短了研制周期。LQ-18型锯链切削性能试验台采用三向八角环式测力仪，安装在木材下面。木材和测力仪总计达100kg以上。如采用垂直进给则需要很大的平衡重，再加上机架和导轨，整个进给机构将过于庞大，为此采用了木材水平进给的方式，导板固定于垂直方向。锯链切削性能试验台要求木材进给运动平稳，沿水平直线匀速进给，不应歪斜和晃动，不应产生明显的振动。这就要求木材夹持装置和导轨有足够精度和刚度。为此，本文选用普通车床的床身作基础，床鞍作为木材夹持装置的支承架，床身上的大导轨面作为木材夹持装置的导轨。由于原有的床鞍上无法安装八角环式测力仪，故设计了专用的床鞍。第三章进给机构结构设计 3.1 进给结构设计根据以上确定的方案进给系统的总体结构如图所示。床身与右床脚及左床脚组成木材进给系统的机座。床身的长度根据试验时木材进给行程来选用。此进给行程必须大于2倍木材宽度与导板宽度之和，还要考虑标定加载的需要和每端至少20cm的加速减速段，因此选用导轨 800mm长的床身（750mm长普通车床的车身也可），这样的车身、床脚均为可直接订做的通用件，使设计更加简化，成本也得到降低。床鞍带动木材和八角环测力仪可在床身导轨上作水平直线移动。床鞍上面需装八角环测力仪，因此上表面设计为一平面，下表面则类似于普通车床的床鞍，设计有导轨槽，并装有压板。床鞍与导轨间隙调整到最小的间隙配合，既保证运动的精度，又降低了进给阻力和导轨副的磨损。床鞍导轨槽两端装有毡刷，可刷去导轨上的灰尘及锯屑，以防其进入导轨槽产生阻塞现象。床鞍厚度较大，其具有足够的刚度是保证八角环测力仪测试精度的必要条件。床鞍沿导轨的纵向长度略大于八角环测力仪的底板，它也是选择床身导轨长度的影响因素之一。专门设计的溜板箱考虑了简单实用而又轻便的原则，其吊挂在床鞍下面，用4个螺栓固定。变频调速电动机通过传动机构带动小齿轮旋转，小齿轮与固定在床身上的齿条啮合，推动溜板箱和床鞍移动。进给系统设计了手动和电动两种进给方式，根据操作需要，通过挂档手柄来接通或断开变频调速电动机至小齿轮的传动线路。挂档时，由电动机带动溜板箱和床鞍移动，脱档时，则由操作者摇动手轮移动床鞍。电气控制箱安装在床身的左端，即原来安装床头箱处。这样不但整个试验台结构紧凑，而且也方便操作者随时观察试验台的工作情况。电气控制箱控制整个试验台的电气系统。面板上有两个变频控制器和一些按钮及旋钮，两个变频器分别控制锯链驱动变频电动机及木材进给变频电动机。为了实时测定木材的进给速度，床身左部安装有进给速度传感器。在床身右端，有进给力标定支架。标定加载时，一尼龙绳绕过支架上端的滑轮，一端挂在木材上，另一端悬挂砝码。砝码的重量就是所施加的水平进给力。3.2. 齿轮箱设计根据试验台的工作需要设计了简单而进给速度快的溜板箱。下图为溜板箱结构示意图。其手摇进给系统与一般车床相似，由手轮、手轮轴、减速齿轮及进给齿轮轴组成。手轮轴齿轮的模数为2.5，齿数为15，进给大齿轮的齿数为69。进给齿轮轴上的小齿轮与原车床相同，模数为2.8252，齿数13。这样，手摇一圈的进给量为25mm，既轻便速度又适中。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。这样，溜板箱快速进给时，手轮不会空转伤人或触及其他物体。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平键连接。轴由两个球轴承支承在壳体内，左端固定有主动锥齿轮，且被动锥齿轮与主动锥齿轮齿数相同。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。这样，小齿轮与被动锥齿轮同步旋转。小齿轮与中间大齿轮啮合，小齿轮齿数为26，中间大齿轮齿数为83，减速比为3.192。中间大齿轮固定在花键轴上，花键轴由两个球轴承支承旋转。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。滑动齿轮的齿数为20，电动机至进给齿轮轴的传动比为：i=69/20*83/26=11.013.变频电源的频率变化范围为556Hz。相应地，电动机的转速为1401820r/min，溜板箱的进给速度为2.4431.88cm/s，正好满足了试验的需要。3.3 驱动装置的设计我校师生研制的LQ11型锯链切削试验台的输出轴转数范围为32009000 r /min，对于一些高转速链锯来说是不够的，特别是高速切削已成为当现代锯链的一种发展趋势，作为试验台，应能适用于不同的锯链产品，能模拟锯链在不同切削速度下的实际工作状态，我们要研制的试验台采用增速齿轮传动和变频调速相结合的方法实现链轮高转速，宽范围的调节，转速范围为015000 r /min 试验台主电机选用额定功率为18.5 kW型号为Y160L-02的变频电机，配合相应变频器，使用的电机输出转速在0 4100 r /min 范围内可调，增速传动装置由带传动和齿轮传动构成，带传动的传动比为1:1。44，增速齿轮传动机构的传动比为1：3.51，整个增速传动装置的传动比为5，使输出最大转速满足设计要求。3.4齿轮传动副的设计齿轮传动装置主要由齿轮传动副组成，其任务是传递电动机输出的扭矩和转速，并使电动机与负载（试验台）之间的扭矩、转速、以及负载惯量相匹配，使电机的高速低扭矩输出变为负载所需要的低速扭矩。对传动装置的总要求是传动精度要求高、稳定性好和灵敏度高（或响应速度快），在设计齿轮传动装置时，也应从有利于提高这三个指标的角度来提出设计要求。对于进给系统而言，传动误差直接影响试验台传动的工作精度，因而应尽可能缩短传动距离、消除传动间隙，以提高传动精度和刚度。齿轮传动装置将影响整个系统的灵敏度（响应速度），从这个角度考虑应注意减少摩擦和转动惯量，以提高传动装置的加速度。在设计齿轮传动装置时，除考虑以上要求外，还应考虑其传动比分配及传动级数对传动件的转动惯量和执行件的失动影响。增加传动级数，可以减少传动惯量，但级数增加，使传动装置结构复杂，降低了传动效率，增大了噪声，同时也增大了传动间隙和摩擦损失，对伺服系统不利。因此不能单纯根据转动惯量来选取传动级数，而应综合考虑来选取最佳的传动，而应综合考虑来选取最佳的传动级数和各级传动比。在木材切削试验台的进给系统中，考虑到惯量、扭矩、或脉冲当量的要求，有时要在电动机到丝杠之间加入齿轮传动副，而齿轮等传动副存在的间隙，会使进给运动反向滞后于指令信号，造成反向死区而影响其传动精度和系统的稳定性。因此，为了提高进给系统的传动精度，必须消除齿轮副的间隙。1 原始数据材料牌号热处理方法强度极限屈服极限硬度45正火560200169217调质580220229286 其中小齿轮45号钢调质，大齿轮45号钢正火 2 齿轮的主要参数由上述硬度可知，该齿轮传动为闭式软尺面传动，软尺面硬度350，所以齿轮的相关参数按接触强度设计由教材图529查得：小齿轮；大齿轮。所以：式中：重合度系数，对于斜齿轮传动=0.750.88，取=0.80；载荷系数，一般近视取k=1.31.7,因是斜齿轮传动，故k取小=1.5；齿宽系数，对于软尺面（350），齿轮相对于轴承对称布置时，=0.81.4,取=1；齿数比，对于斜齿轮。所以： 3 计算各齿轮分度圆直径小齿轮：mm中间大齿轮：mm 滑动齿轮：进给大齿轮：手轮轴齿轮：mm4 3组啮合齿轮的相关参数如下表名称代号单位小齿轮中间大齿轮中心距amm136.25传动比i3.192模数mm2.5变位系数X0齿数Z2683分度圆直径dmm65 207.5齿顶圆直径 mm70212.5齿根圆直径d fmm58.75200.75 表1 小齿轮和中间大齿轮传动数据图1 小齿轮和中间大齿轮啮合示意图名称代号单位滑动齿轮进给大齿轮中心距amm111.25传动比i3.45模数mm2.5变位系数X0齿数Z2069分度圆直径dmm50 172.5齿顶圆直径 mm55177.5齿根圆直径d fmm44.75166.25 表2 滑动齿轮和进给大齿轮传动数据图2 滑动齿轮和进给大齿轮啮合示意图名称代号单位手轮轴齿轮进给大齿轮中心距amm210传动比i4.6模数mm2.5变位系数X0齿数Z1569分度圆直径dmm37.5 172.5齿顶圆直径 mm42.5177.5齿根圆直径d fmm31.25166.25 表3 手轮轴齿轮和进给大齿轮相关数据图3 手轮轴齿轮和进给大齿轮啮合示意图图4 中间大齿轮零件图 3.5 变频调速电动机的选型3.5.1 影响电动机选择的因素(1)根据机械的负载特性和生产工艺对电动机的启动、制动、反转、调速等要求，选择电动机类型。(2)根据负载转矩、转速变化范围和启动频繁程度等要求，考虑电动机的温升限制、超载能力额启动转矩，选择电动机功率，并确定冷却通风方式。所选电动机功率应留有余量，负荷率一般取0.80.9。(3)根据使用场所的环境条件，如温度、湿度、灰尘、雨水、瓦斯以及腐蚀和易燃易爆气体等考虑必要的保护措施，选择电动机的结构型式。(4)根据企业的电网电压标准和对功率因素的要求，确定电动机的电压等级和类型。(5)根据生产机械的最高转速和对电力传动调速系统的过渡过程的要求，以及机械减速机构的复杂程度，选择电动机额定转速。此外，还要考虑节能、可靠性、供货情况、价格、维护等等因素。3.5.2电动机类型和结构型式的选择由于不同的齿轮箱要求不同的主轴输出性能(旋转速度，输出功率，动态刚度，振动抑制等)，因此，主轴选用标准与实际使用需要是紧密相关的。总的来说，选择主轴驱动系统将在价格与性能之间找出一种理想的折衷。下表简要给出了用户所期望的主轴驱动系统的性能。下面将对各种交流主轴系统进行对比、分析。项目内容高性能低速区要有足够的转矩宽恒功率范围,并在高速范围内保持一定转矩高旋转精度高动态响应高加减速,起制动能力具有强鲁棒性,能适应环境条件和参数变化高效率,低噪声低价格低购买价格,低维护价格,低服务价格通用要求耐用性,可维护性,安全可靠性表4 理想主轴驱动系统性能根据以上因素选择驱动电动机的型号：电动机型号额定功率（kw）同步转速（r/min）满载转速（r/min）总传动比Y180L-615 1000 970 4.26查表可得：外伸轴长度80mm,直径38mm，额定功率和满载转速见上表。3.6 轴的设计3对啮合齿轮主要通过键连接中间大齿轮和滑动齿轮，进给大齿轮和进给齿轮。手轮轴是连接手轮轴和手轮轴齿轮。所以要设计键槽，可设计一个键槽为两个齿轮传力。轴的材料选用45号钢，调质处理。初算直径时，若最小直径段开于键槽，应考虑键槽对轴强度的影响，当该段截面上有一个键槽时，d增加5%7%，两个键槽时，d增加10%15%，有教材表12-2，高速轴，低速轴。同时要考虑电动机的外伸直径d=10mm。所以结合电动机的外伸直径d=10mm，初选LT8联轴器 ,所以初确定mm.轴的结构设计短轴的结构设计各轴段径向尺寸的初定短轴通过联轴器LT6联轴器连接电动机，所以取；由此直径确定轴承，选择滚动轴承, ,。各轴端轴向尺寸的初定；求齿轮上的作用力的大小和方向齿轮上作用力的大小 3.7轴承端盖的设计滚珠丝杠两端有轴承端盖，它的作用是轴承外圈的轴向定位，和防尘和密封，除它本身可以防尘和密封外，它常和密封件配合以达到密封的作用。左侧端盖因为滚珠丝杠要通过所以设计了一个孔用毡垫来封油。3.8 滚动轴承的选择与计算滚动轴承的选择低速轴和高速轴的轴承段的直径=48, =48 选用轴承，初选深沟球轴承, 滚动轴承的校核由于低速轴的转矩大于高速轴，同时各轴直径相差很小，所以只需校核短轴的深沟球轴承。FAFR2FR1由前面的计算可得轴向力：转速：求当量动载荷由上图可知轴2未受轴向载荷，轴2受轴向载荷，则，由教材表14-12可得，查有关轴承手册可得。轴2：，查表可得，可计算出，可得轴1：求轴承寿命则按单班制计算每天工作8小时，一年工作365天，则（满足年限要求）第四章进给速度测试系统设计测试装置的设计试验台的测试系统大量应用了虚拟仪器技术及计算机技术，自动化、智能化的引入提高了系统的先进性，信号处理的核心是一台工业计算机，转矩转速信号连接在计算机的转矩转速信号处理卡上，八角环三向测力传感器的应变信号经桥盒接成所需的桥路后，由 USB 接口的WS3811 数字应变仪处理，并将结果通过 USB口与计算机相连进给速度信号采用光电脉冲传感器，实现了长位移高精度的测量，光电脉冲传感器的抗干扰能力突出，输出信号为数字脉冲，笔者采用通过计算机的并行接口中的 EPP 模式，从输入口读得该TTL电平信号，节省了 F /V 变换及 A/D板实践证明该方法简单实用，也避免了信号转换可能带来的二次误差。如下图所示：处理软件由 Visual Basic 6. 0 及 LabView STU感器的零点标定及八角环三向测力传感器的零点标定及加载线性标定系统参数设定模块设定所测试锯链的型号参数等信息实时测试模块用于同时记录扭矩转速切向力法向力侧向力及进给速度，并以曲线的形式显示计算分析模块用于将记录的数据进行分析计算，主要计算单位锯切功力比锯切效率及其它相关数据。结束语通过本文对木材刀具切削试验台进给机构的方案、进给机构结构的设计，能够使木材切削试验台实现手摇进给运动和快速进给运动的结合。其手摇进给系统与一般车床相似，是通过手轮、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。致谢经过3个月的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个大学生的毕业设计，由于平时实际锻炼的少，经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有许导师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。在这里首先要感谢我的导师许林云老师。许老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从查阅数据到设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。我的设计较为复杂烦琐，但是许老师仍然细心地纠正图纸中的错误。除了敬佩许老师的专业水平外，她的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。其次要感谢我的同学对我无私的帮助，特别是在CAD软件的使用方面，正因为如此我才能顺利的完成设计，我要感谢我的母校南京林业大学，是母校给我们提供了优良的学习环境；另外，我还要感谢那些曾给我授过课的每一位老师，是你们教会我专业识。在此，我再说一次谢谢！谢谢大家！。参考文献1.许林云. 自制实验仪器设计及在课程教学中的应用. 中国现代教育装备，2009，84：5-72. 许林云，刘军，周克宁，林石.自制测力仪用于木材三向切削力的测定. 森林工程，2

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