便携式电锯的设计

便携式电锯的设计摘要随着科技水平的提高，装备的研发和生产得到了多种新型机械设计技术的支持，为其提供了可靠的保障。在未来的工作中，我们需要更加高效地运用各种先进技术来完成各项任务，提高工作效率。在社会发展的进程中，运用各种工具来降低工作负担，是一项至关重要的方向。在现代工业领域中，许多先进制造工艺都与工具有直接关系，而其中最为显着的就是伐木锯机械技术。伐木锯机械，是一款集机械、电子、自动化于一身的独特工具，其独特之处在于能够独立实现自动化操作。便携式电锯是一种高效伐木锯设备。为能够开发出更先进、更方便的手持高枝锯对其选型设计有很大的研究意义。为解决日常生产生活中高空作业及高强度作业的问题，本人结合大学期间学习到的专业知识设计了一种便携式电锯。在本次设计过程中，需要根据实际情况选择合适的电动机和蓄电池的型号，在选择蜗轮蜗杆时，应充分考虑可能由于蜗杆过长造成轴心偏离、传动不平稳、噪音大等问题。关键词：便携电锯；手持；蜗杆

目录第1章绪论 [8]。由式m2d1≥KT2（480Z2σH）2（1）确定作用在蜗轮的上的扭矩T2T2=T1×（2）确定载荷系数K因工作载荷较稳定，故取载荷分布系数Kβ=1；根据工作类型选取使用系数KA=1.2；动载系数KVK=KAKVKβ=1.2×（3）确定蜗轮齿数ZZ2（4）确定许用接触应力[σ（5）计算m2d1值m2d1≥1.25×43T1（因Z1=2，故从表中取模数m=2，蜗杆分度圆直径d3.2.4蜗杆和蜗轮的主要参数与几何尺寸（1）中心距a=d1+（2）蜗杆蜗杆头数：Z=1，模数：m=2分度圆直径：d1=22.4mm，喉圆直径：da1齿顶高：ha1齿根高：hf1齿高：h1齿宽：b1表3.1蜗杆参数表名称符号数值名称符号数值头数Z1模数m2齿根圆直径d17.6mm喉圆直径d26.4mm分度圆直径d22.4齿顶高h2mm齿高h4.4mm齿根高h2.4mm（3）蜗轮齿数：Z分度圆直径：d2=mZ2喉圆直径：da2=d2齿顶高：ha2=（da2−d2）/2=齿根高：hf齿高：h2蜗轮齿根圆直径：df2=d2顶圆直径：de2≤d齿宽：b2≤0.75表3.2蜗轮参数表名称符号数值名称符号数值齿数Z69模数m2分度圆直径d138mm喉圆直径d141.6mm齿顶高h1.8齿根高h3.6mm齿高h5.4mm齿根圆直径d130.8顶圆直径d144mm齿宽b18mm由于其与蜗轮之间存在较高的滑移速率，其破坏方式以啮合、点蚀、磨损为主，极少数出现屈曲断裂。所以，在封闭型齿轮中，一般以蜗轮齿面的啮合与点蚀为依据。图3.2蜗轮示意图3.2.5蜗轮蜗杆受力分析电动机转矩:T1=9550Pn（作为参数）（式3-2蜗轮转矩:T2=蜗杆圆周力（蜗轮轴向力）FtF蜗杆传动效率:η1蜗杆轴向力（蜗轮圆周力）:Fx1=−蜗杆径向力（蜗轮径向力）:F法相力:F3.2.6校核齿根弯曲疲劳强度σσ由于σH<[蜗杆轴的最大挠度：yE弹性模量E=207000N/mm2L蜗杆两支撑的跨距：L=（1.3-1.5）a=112mmII=ylim极限挠度调质蜗杆：ylimTyylimy因此，该蜗轮的刚性达到了设计的要求。由这只蜗杆的最大挠度，可求出该电机的最大输出扭矩：T3.3轴的设计与计算3.3.1选择材料主轴材质是45＃钢，表面要使用到淬火工艺。齿轮的轴向确定方位使用套筒以及轴肩。轴的输入端直径D=200mm（毫米）。3.3.2轴的受力分析蜗杆所在轴的受力分析：图3.3蜗杆所在轴的受力分析示意图蜗轮所在轴的受力分析：图3.4蜗轮所在轴的受力分析示意图轴承支撑反力：（1）在Xz平面上：RAx=RDz（2）在Yz平面上：RAy=（3）在Xy平面上：RDy=所以：（T1RRRR3.3.3轴强度计算公式为：d≈3104M式中：M——弯矩NT——转矩N13支反力、弯矩图、转矩图如上图所示蜗杆所在轴的强度计算：d≈3d≈3由于参数T1的范围是T1≤7.14N⋅m，但轴强度计算可知蜗杆轴直径是17mm，蜗轮所在轴直径为35mm只使用于电动机转矩小于等于1.553.3.4轴的刚度计算在设计蜗轮蜗杆时蜗杆轴的刚度已经校核，在此只校核蜗轮所在轴的刚度。表3.3挠度与偏转角挠度y安装蜗轮的轴[y]=（0.02-0.05）mt偏转角[θ安装齿轮的轴[θ等截面轴的挠度和偏转角的计算公式：ymax=Fav1v1=b13I=πd464支点A：θ支点B：θy由于支点A的偏转角大于支点B的偏转角，所以由支点A的偏转角来校核支点A：θ=Fr因此蜗轮所在轴刚度满足要求。3.4轴承寿命校核3.4.1轴承类型的选择滚动轴承是广泛使用的现代机器零件。根据轴承中摩擦性质的不同，可以把轴承分为滑动轴承和滚动轴承两大类。与滑动轴承比较，由于滚动轴承的摩擦因数小，动力消耗少，易于启动等优点，所以滚动轴承已标准化，因此，滚动轴承的使用，只要根据轴承类型和尺寸的正确选择特定的工作条件，再根据承载能力验算轴承。因为轴承需要承受较大的轴向载荷以及径向载荷，并且能够在较高转速下正常工作，因此我决定采用一对角接触球轴承。连接曲柄的轴上的角接触轴承寿命校核：已知轴上齿轮所受力有：圆周力Fte=625.8T1;径向力Fre=227.77T1;轴向力Fae=89.17T1齿轮转速:n=2300/min；齿轮分度圆直径:d=138mm；轴承预期寿命:Lh3.4.2两轴承的径向载荷Fr1和Fr2FFFr1H3.4.3两轴承的计算轴向力Fa1和Fa2通过对蜗轮受力分析得知产生轴向力朝向轴承2的方向，所以根据受力平衡知：Fa1=0，Fa2=Fae=89.17T13.4.4求轴承当量动载荷P1和P2其中(e1=0.401e2=0.422)FF查表得X1=1Y1=0;X2=1Y2=0PP3.4.5验算轴承的寿命因为P2>P1，所以按轴承2的受力大小验算：LT1为参数其范围:0.764-7.14N⋅Lhmin=546630所以轴承满足寿命要求。如果想要提高轴承的性能以及使用寿命，轴承的滚动体与滚道就必须要有合理的空隙，否则会降低轴承的使用寿命，也会降低其工作性能。轴承使用油脂润滑。油脂润滑具有高的润滑强度，能够承载大的负载，不会有损耗，易于密封，一次加油脂能够保持很长的一段时间，适用于一些不方便频繁加入润滑剂的地方，或者是不允许润滑油损耗而导致对产品造成污染的工业机器。3.5管螺纹管螺纹是指为实现管道连接而设计的螺丝，由于受到子壁厚限制及密封要求，与紧固螺丝存在较大差异，其规格系列也跟管道规格系列相对应。目前国际上使用的管螺纹主要分为两种，一种是55度惠氏管螺纹，英国人所创，目前主要用于欧洲和英联邦各国，并已被国际标准化组织所采纳；一种是60度布氏管螺纹，主要用于美国人，主要用于北美洲和美国工业。通常使用的是55度的管螺纹，因此我选择的是55度的管螺纹。3.6锯杆的稳定性校核杆的柔度：压杆为一端固定，另一端自由取：μ=2Iλ=顶杆材料：λ1因为λ>λ1计算临界力：Pc所以此杆稳定性合适。3.7链锯的结构链式锯切削机构，它适用于活动锯切，例如用于伐木的油锯和用于打枝作业的小手持式高枝锯机。锯链式的切削机构能够实现更多的切割面，更大的树枝的直径，更小的链导板，与圆弧面的锯切模式相匹配。图3.5锯头的示意图锯头的CAD图：图3.6链锯的结构

结论通过对整体的设计计算，再加上设计完成后的实际工作效果，对电锯作出以下结论：首先，在设计之前，将手锯换为电锯，以电力为能源，将整个花园的能源消耗，降到最低。而且电机的噪声，比汽油发动机要小很多。地面的晃动，也小了很多，这对花匠们的工作，绝对是一种极大的改善。同时，整个高树枝锯齿的重量也减轻了不少，更加的方便。其次，在电锯头部的选取上也有很大的进步。在此以前，绿化工程中所使用的大部分都是带齿的锯条，这种锯条不但工作效率低下，并且在使用过程中容易产生损耗，造成了较高的费用。此次设计，将常规的齿轮锯改为链条锯，不但可以提升高树枝锯的工作效率，还可以比齿轮锯更持久，可以长期连续工作，极大地满足了园艺工人的需要。但是，本次设计仍然存在着一些缺陷：在设计的过程中，存在了一些数据缺乏的问题。由于时间的限制，在传动轴的选择过程中，由于缺乏实际数据的采集和树枝直径的计算，我们只能通过阅读书籍并按照理论选择传动轴，这可能会对高枝锯的实际工作产生一定的影响，因为理论数据并不适用于所有工作。只有将理论和实践相结合，才可以更完美。通过毕业设计，更加深了我对机械设计的感性认识和理性认识，也提高了我自己的动手能力，独立思考能力和解决实际问题的能力，同时也培养了我们的团队合作精神，使我们认识到和他人协作的重要，为我们将来步入社会打下了坚实的基础。这次毕业设计，使我更加清醒的意识到：学校培养我们是为让我们学以致用，将所学的知识应用于实践并将其转化为生产力。我们在工作和学习中，要不断用理论指导实践，以实践检验理论，在反复的学习与实践中不断摸索，总结经验，积累教训，从而不断提高和完善自己，并以自己的实际行动回报老师回抱社会，为祖国的建设尽上自己的一份力量。参考文献濮良贵.机械设计[M].高等教育出版社，2019.郭克希.王国建.机械制图[M].北京：机械工业出版社,2014.张建民.机电一体化系统设计(第五版)[M].高等教育出版社，2020.霍光青.王乃康.立木整枝机设计方法与主要参数的研究[J].北京林业大学学报，2007.丁洪生.荣辉.机械原理[M].北京理工大学出版社，2016.康积龙.多功能园艺修枝机械手臂的设计与特性分析[J].森林工程，2019.孙慧.新型机械手结构设计研究[J].农村牧区机械化，2018.吴宗泽.机械设计课程设计手册[M].高等教育出版社，2018.关慧珍.机械制造装配设计[M].机械工业出版社，2013.马殿良.飞刀开路法加工蜗轮工艺研究[D].大连理工大学,2017.张建华.精密与特种加工技术[M].北京：机械工业出版社，2003.胡文威.\o"LJMG201607007"基于Ansys/Ls-dyna的树枝锯切模拟仿真[J].林业机械与木工设备，2016.中国机械化科学研究委员会.农业机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，2007.朱权.园林绿化机械设备的现状与发展趋势[J].现代园艺，2011.陈卓.机械安全技术发展趋势分析[J].沈阳产品质量监督检验院，2012.霍光青.螺旋升降式立木整枝机的研究[D].北京林业大学,2008.JensPeterSkovsgaard，\o"STJDDECE2609F292EAB88B2B02DE0745C44F"High-pruning

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