木材切割机的结构设计

保定理工学院本科毕业设计-1-论文题目：严格控制在25个汉字（符）以内，如题目语意末尽，可用副题名补充说明报告论文中的特定内容，论文题目字体采用一号黑体，居中书写，副题名字体采用小一号黑体，副题名字体另起一行，并采用1.25倍行距。论文题目：严格控制在25个汉字（符）以内，如题目语意末尽，可用副题名补充说明报告论文中的特定内容，论文题目字体采用一号黑体，居中书写，副题名字体采用小一号黑体，副题名字体另起一行，并采用1.25倍行距。。木材切割机的结构设计。摘要本课题研究的是木材切割机的机构设计。木材机械是家具、建材及装修等行业的基础，在各种木材加工厂中随处可见。随着人们生活水平的不断提高，也要求着木材机械设备也要质量、技术水平和设备可靠性的不断提升。现在所使用的木材切割机一般由电机、机架、工作台、锯轴、切削刀片、传动机构和分料刀等结构组成。切割锯是木材切割机结构的核心，其主要功能是对不同形态的木质原料以及粗材的切削加工，它结构简洁，安装简单，使用方便，工作效率也较快，因此使用较为普遍。我对木材切割机的调查制定出具体设计方案，并确定好了方便简单可操纵的木材切割机；再根据木材切割机的构造特点与特性要求做出了详细方案设计和说明比如：机架结构和工作台，电源功率和单侧皮带轮驱动的操作方法。最后针对木材圆盘锯主轴的截面特点，并对主轴与车架之间的重量比、刚性做出了校核验算。目的是机械程度简单的木材切割机设备，切割机设计小型化简单配制。提供一种稳定加工生产安全的木材圆盘切割机，主要保证安全性能增强，实用性广泛。以保证所设计的木材切割机满足家具使用要求。关键词：木材切割机；电机；皮带轮传动；主轴；机架；

目录TOC\o"1-2"\h\u1274第1章绪论 2192401.1国外发展状况 2258521.2国内发展状况 29685第2章设计思路 4322502.1切割机的结构简介： 452292.2技术参数: 4265232.3设计方向 54332第3章机械设计 6146163.1切割机的设计 6282033.2机架的结构设计 7144303.3安全装置的设计 717783.5主轴的设计 859833.6传动机构的设计 99869第4章设计计算 10227374.1电机的选择和计算 10327394.2传送带的选择和计算 12252604.3圆锯机主轴的设计和校核 15247754.4轴承的选择和校核 1930126第5章操作简介 21114435.1木材切割机的主要工作原理： 21137355.2木材切割机的操作： 2190125.3木材切割机的安全规范： 2118941结论 2311585参考文献 2419149致谢 25第1章绪论木材是家具的重要组成材料，木材产品的生产可谓是提高了我们日常生活的指标。随着人类社会的发展，我们的人口也在不断增加，人民生活质量也在不断的提高，形形色色的木制家具已经由我们的生产领域进入到了我们的生活，而我国木制机器生产技术也取得了发展进步。REF_Ref18198\r\h[3]四十余年来，我国人已经从仿制、测绘生产发展为自己设计生产的木制机器。目前我国已拥有四十余个企业，设计制造了一百余种商品。已构建起了一个包括设计、制造和科研开发的大制造体系。而我国木制圆锯机械中的主要品种木制圆锯机使用领域较广，产品种类也较多。按刨切木料纤维方式的不同,可以分为纵向木工圆锯机、横向木工圆锯机和万能木工圆锯机等三大类别；按加工工艺处理的技术方法不同,可分为原木圆锯机、再剖圆锯机、裁边圆锯机、切割圆锯机等；按木屑的数量多少,可分为单木屑的、双木屑的和多木屑的等类别.这使得木材的产量也急剧增加。进入21世纪以后，木材切割机得到日益广泛地应用。它促进了木材产品的发展，提高了木材的生产效率，也改变了木材产品单一。人们木材家具也丰富多样，提高了人们的生活水平。也极大提高了我国经济的发展。1.1国外发展状况国外木材工业是一个有着悠久历史的现代企业。现代传感器和计算机化机械的广泛结合使得当前的工艺从过去发展而来。REF_Ref18198\r\h[2]如今木材工业是光学传感器的第二大用户，仅次于电子工业。当下天然木材原料的巨大变化在设计和操作木材加工设备时提出了巨大的挑战;坚固性和效率是首要目标。REF_Ref18198\r\h[6]俄罗斯木材产品市场的动态化发展和技术优势的趋紧赋予了特定的关联性，运用先进的技术方法优化生产工艺。这将导致企业竞争力的提高。在形成生产系统技术发展有效领域的背景下，完善企业技术发展管理办法，为工业企业提供各类创新资源和技术，优化利用所有储备，显得尤为重要。20世纪90年代初，俄罗斯联邦有23家工厂每年生产3万~3万台木工机具和生产线。目前，据Rosstat公司统计，仅生产木工设备4-6000台。与国外领先企业的设备相比，国内木工机械大多没有竞争力，机床企业产量锐减或不复存在。近年来，俄罗斯国内木工设备消费量的相对份额呈下降趋势。据专家测算，2000~2017年期间，国产设备份额由29%下降到7%。相应地，进口设备的市场占有率超过91%。对木材工业综合体家具企业与木材加工工艺1.2国内发展状况由于国民经济的发展，人类的生存状况不断提高，各个领域对木材产品的市场要求也在不断提高。从而又带动了木制品生产行业的快速发展。如今数控技术在木制品加工方面的应用已经越来越广泛,并使企业生产率和经济效益取得了很大的提升。REF_Ref18198\r\h[7]虽然目前中国木制加工企业的出口产品质量研究当前高质量发展阶段，但由于保障产品质量始终是中国制造业和国民经济发展的重要目标，同时由于中国木制加工企业已广泛参与全球价值链中，并过度依赖国际化生产网络，产品的高中低端化问题也越来越突出。从市场发展趋势上分析，目前中国的木质加工产品市场分布形式上已经较为平衡，且总体呈上升态势。从市场异质性角度分析，由于民营木制品加工企业的产品质量水准较高，而其他种类的木制品加工企业的产品质量水准较低，为了维护相对公平的市场竞争环境并促进木制品加工产业的高质量发展，十分必要；木及木制品的加工产品质量虽然长期保持着平稳提升的态势，但软木制品和竹、藤、棕、草等制品由于受全球性经济危机影响较大，其产品质量回升的速率也较为迟缓，因此急需探寻提升木制品加工质量的新途径；尽管目前全国木制加工产品质量中心还没有进行过明显移动，但加工商品的质量水平也正在全国区域内快速提高，北方城市的加工产品质量增速明显快于南方城市，而中西部内陆城市明显快于东部沿海城市，使得中国南方地区的木制品加工公司也必须及时转换营销观念，以跟随产业转型升级的步伐。第2章设计思路2.1切割机的结构简介：木材切割机主要由木材切割机木材切割机主要由电机、机架、工作台、锯轴、切削刀片、传动机构和挡板等结构组成。整体采用了45钢，并通过焊接方式组合而成，在结构上更加简单，生产成本低。安全防护机构，即为圆刨机分料刀的锯末外套盖。分料刀具方面，分料刀具主要用于防止锯的反冲，在安装时要注意：分料刀具与锯末齿圈之间的距离不超过5mm，同时，齿超出到分料刀具的下缘距离也不能大于5mm。此外分料刀具还有一种功用，是防止木材夹锯末。滚槽机的分料刀主要采用材料都为45钢，并焊于齿轨上。工作台面机构位于机架上方，有的与平面钢板之间有锯末缝隙，能够伸出锯末，另有一个盖板，以方便于对锯末的更换和发展主轴部分的修理。主轴构造，圆锯机上的主轴部分由多个零件组合而成，主要功能是用皮带轮传来的动力带动锯末转动，以达到切削的目的。驱动结构，一般采用发电机驱动，或皮带传动式。该机械机构通常设置在机架上方。2.2技术参数:额定功率：3Kw额定电压：380V额定频率：50Hz电机额定转速：2870rpm主轴转速：2870rpm线速度：47m/s锯片规格：350×30×4mm最大切削厚度：80mm整机重量：120±5工作环境(Workenvironment)：温度(Temperature)：0~40℃。（1）木屑尺寸：以锯末尺寸作为木圆刨机的主要技术参数。通过它可以判断机械加工后木料的厚薄（如刨路的宽度）。普通木材切割机所用的木屑孔径仅有300mm，而其圆形刨子孔径可达到1800mm.（2）锯轴速度与供弹速率：木材切割机的锯轴速度约以900/min为宜，而机动的进给速率约为10～100m/min。圆锯片长度一定，锯轴速度愈高，则切削速度也愈快，因此切削速度与供弹速度必须正确分配，否则将会降低木工圆锯机的制造质量与生产材料产量。我的毕业设计是制作木材切割锯的结构设计，设计出一个能够进行木材个切割的机械设备，对其要求是设计出一种简单且小型的木材切割机设备并且具有安全性，介于其他木材切割机的复杂性和零件结构要求的准确性，我选择了设计出一台台式木材圆锯机设备。2.3设计方向通过上网资料查询台式木材切割机REF_Ref18198\r\h[8]一般有以下各部件的设计和校核：（1）电机的选择：整个台式木材切割机的动力来源于电机，首选会根据设计要求的转速，转矩，线速度等相关信息来确定电机的型号和功率，确保提供动能来源。（2）传动系统的设计：台式木材切割机电机产生的动力都会有传动系统将电能转化为机械能，完成能量的传送，保障实现整个台式木材圆锯切割机设备切割木材的重要环节。（3）工作系统：要求台式木材切割机各工作部件的正常工作，且不会发生设备使用过程中发生严重的损耗，来确保完成长期的工作顺利。（4）控制系统：是用于控制台式木材切割机机器的启动开关，还有特殊情况下紧急停止的按键。（5）安全系统：用于台式木材切割机工作中的安全防护，防止发生非人为的故障或者人为不小心的触碰机械造成人身伤亡或财产损失等情况的发生。第3章机械设计3.1切割机的设计本台式木材切割机设计整机样式如下图3-1所示：图3-1台式木材切割机效果图工作台2.分料刀3.挡板4.锯片5.台架6.挡板夹具7.卡盘紧固螺栓8.法兰卡盘9.轴承盖10.轴体11.主轴皮带轮12.V型皮带13.电动机14.做底15.十字槽沉头螺母16.盖板17.六角螺栓M1218.电机底板木材切割机主要由木材切割机木材切割机主要由电机、机架、工作台、锯轴、切削刀片、传动机构和安全装置等结构组成。整体采用了45钢，并通过焊接方式组合而成，在结构上更加简单，生产成本低。3.2机架的结构设计整体木材切割机机架使用45钢材，采用焊接组合而成，构造较为简洁，成本较低，并且连接简单，在符合整机需求的情况下，REF_Ref18198\r\h[10]这个设计将带来最高的性价比。下图是机架结构的效果示意图如下图3-2图3-2切割机机机架结构图3.3安全装置的设计安全防护机构，即为圆刨机的分料刀片与锯末外套罩。REF_Ref18198\r\h[4]分料刀片和分料刀片主要用于防止锯的反冲，在运用时要注意：分料刀片与锯末齿圈之间的距离不超过5mm，同时，齿超出分料刀片内缘处也不大于5mm。分料刀具也拥有这种功能，可以防止木头和锯子。而该机的分料刀所使用材料为45钢，并放置在齿轨上。效果图如下，见图3-3-1。图3-3-1圆锯机分料刀效果图定位结构：本机的结构上有挡板和导尺，当圆刨机在运行的时候，人工推动木板进给时，在推动的过程中难免会出现偏移，在这时候就会给切割质量造成一些负面影响，甚至可能产生安全事故，所以在这时候需要一个装置推动木板顺着固定的位置进给，以保证工作顺利进行。工作台面机构设在机架上部，有一平面钢板中间的锯片间隙，可以伸出锯片，另有一盖板，以便于对进行调换和工作主轴的维修。效果图见图3-3-2。图3-3-2工作平台效果图3.5主轴的设计主轴结构方面，木材切割机主轴部分由各种零件所组合而成，主要由于由固定螺栓和螺母、法兰卡盘、轴承盖、轴承、J型无骨架油封和皮带轮对等七个部分所组成。其作用原理主要是利用由皮带轮对传递来的动力使锯片转动，以达到切削的目的。圆锯机工作主轴的效果图见图3-5图3-5圆锯机主轴效果图3.6传动机构的设计传动机构的驱动由电马达带动，传动方式有齿轮传动，蜗轮蜗杆传动，带传动。为保证设备的安全和稳定所以采用皮带轮传动。因为皮带传动准确，具有恒定的传动比，传动平稳，具有缓冲减震能力，噪音低，维护保养方便，不需要润滑，维护费用低。相比较其他传动方式，带传动在木材切割机的设备中更具有优势。驱动方式由发电机的圆盘轮带动皮带驱动主轴的转动。材料主要是由45钢调质处理，该结构安装在车架上面。效果图见图3-6。图3-6传动机构效果图第4章设计计算4.1电机的选择和计算本机械动力源来自于马达，由电动机带动V型带旋转，V型带的转动发展主轴旋转，由电机驱动锯末旋转。主电机功率可由下式计算：N=P式中N——主电机功率（kW）；Pλv——切削速度（m/s）根据公式（3-2-4），主电动机的输出功率N与最大切削速度v成正比。１.进给电机功率的确定N进式中：N有效——进给有效功率（KW）N进空——进给系统空载功率（KWKW）η——传动效率η=η进给有效功率N有效P牵—进给所需牵引力（NN）至于锯片，如果不考虑其他原因，仅从锯木材时所形成的各种力来考虑P牵式中：Fx=9.807a薄切削：Fxu厚切削：Fyf2=9.807F2摩擦系数：μ=0.25~0.5φ=15要求能锯的软硬木材料所以软木选用松木，硬木则选用硬桃花心木，通过不同的材料可以决定不同的可能使用功率，以便选择所要求的产品。计算过程如下：含水率取15%，则查表得awTh取4小时，则查表得aq=1.10aℎ摩擦角ϕ=16°摩擦系数μ=锯的角度δ=55°锯的速度取松木的情况：查表得A//sinθ纤维倾斜角ϕ1与平均运动遇角θq=Aδ+BV−Cq//q⊥qδ1H⊥H=F=9.807[10xfFFP牵N取红木的情况：查表得A//sinq=AqqqHHFfFFPN=2.2KW通过运算可知硬石的N进等于松木的N进，于是可以按照硬石的N进选择电动机的类型。则选择电动机型号为Y100L-2额定功率P=3kw同步转速n=2870rpm4.2传送带的选择和计算4.2.1V型带的计算设计功率是依据需要传递的名义能力、负载特性、原动机型式以及需要持续运行的时间长度等各种因素所决定的REF_Ref18198\r\h[9]，表示为：P式中 P——需要传递的名义功率KA——工作情况系数，按表7.6工作情况系数KA选取所以 P4.2.2选取带型根据Pd、n4.2.3确定带轮的基准直径在表7.7最小基准长度中，可提供选择的小带轮直径为dd1则大带轮的直径为42.5mm。又其传动比i=/=2则大带轮直径为d由7.3取dd2=56mm时,其传动比误差4.2.4验算带的速度v=2.1m<25m/s=式中 n1dd1故符合要求。4.2.5确定V带长度和中心距确定V带长度和中心距。根据0.7（dd1+dd2）<2(dd10.7（28+56）=58.8<2(28+56)=168因要求结构紧凑，故取a0根据式（7.4）计算V带基准长度L'd由表7.2选V带基准长度为L'd并确定带长修正系数KL由式（7.22）计算实际中心距aa=4.2.6计算小轮包角小带轮包角：a4.2.7确定V带根数定义为V的根数。由式（7.23）求带的单根数可以从表七点三中查取单根V带所能传递的功率为P0由式（7.19）计算功率增量△P由表7.4查得K由表7.5查得K故得△由表7.8查得K由表7.2查得K则带的根数为z=P4.2.8计算作用在轴上的压力Q=2z4.2.9带轮结构设计带轮材质选择:在设计中速度要求并不高，材料可以选择为HT200；带轮构成型式:本设计中以带轮为大规格，并采用了椭圆轮辐轮。带轮结构尺寸:（以下单位均为mm）查教材表7.9得ℎe=20，△e=4.8，e=25.5±0.5，f=17−1+2，bd由上面得d计算得;39.55∗dℎaf2=0.24.3圆锯机主轴的设计和校核4.3.1材料选择所选材料为45号钢，调质处理。4.3.2轴的结构设计轴的结构设计如下图：1.卡盘紧固螺母2.法兰卡盘3.锯片4.轴承盖5.主轴外壳6.圆锯机主轴7.J型无骨架油封8.主轴皮带轮9.皮带轮紧固螺母轴承的机构和类型，主要取决于下列各种因素：轴承上零件的类型、布置与固定方式，载荷的特点、范围、方向与分配情况。轴承的类型和尺寸，以及对轴承的生产毛坯、使用技术和装配工艺要求等。轴承的总体结构必须便于轴承和零件之间的定位、拧紧和装配，应尽量减小应力集中，受力方向合理，以便产生良好的制造加工力。而对于要求整体刚度大的轴承，则从总体结构上考虑以减小轴承的变形。4.3.3轴的强度校核1.确定最危险截面根据轴承的结构尺寸和弯矩图，转矩图，散射截面宽度处较大，且有与轴承结合设计引起的应力集中，而截面E处弯矩相等较大，直径处较小，又有与圆角设计引起的应力集中而截面D处弯矩相等较大，且有与齿轮结合设计和键槽产生的应力集中，故属危险截面，现对D截面进行了强化校正。2.安全系数校核计算随着减速机主轴的旋转，力矩产生了相对循环的弯应力，而扭矩产生的则是脉动循环的切应力。弯曲应力幅为σ式中W—抗弯截面系数，根据<<机械设计手册>>表19.3-7查的W=24.3由于是对称的循环应力，所以平均应力，根据<<机械设计手册>>式19.3−2查的S=式中σ−1−45钢弯曲对称循环应力时的疲劳极限，由《机械设计手册表》19.1−1查得Kσ−正应力的位置集中系数，由《机械设计手册》表19.3-6按键槽查得Kσ=1.5，按配合查得β−表面质量系数，轴经车削加工，由《机械设计手册》;表19.3-8查得β=0.92；ε−尺寸系数，由《机械设计手册》表19.3-11查得ε=0.81。切应力幅为t式中W'p−抗扭截面系数，由《机械设计手册》表19.3-15查得根据《机械设计手册》式（19.3-3）S=式中t−1−45钢扭转疲劳极限，由《机械设计手册》表19.1-1查得Kt−切应力是有效应力集中系数，根据《机械设计手册》表19.3-6按键槽Kt=1.62，按配合β,εΨt−平均应力折算的系数，由《机械设计手册》表19.3-13查得Ψ轴D截面的安全系数由《机械设计手册》式(19.3-1)确定S=轴的弯矩图和剪力图。从上图中可得到在有效的辊筒处的危险截面轴的扭矩为T=9N.M轴为单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取=0.6轴的计算应力为σ选定轴的材质质量通常是45号钢，调质处理，根据机械设计教材第八版中的表15-1查的[因此[故安全。4.3.4轴的刚度校核1、求当量直径作用力Fdec作用力deI2、求当量轴的截面惯性矩IσII轴的扭转刚度校核BI轴单位长度扭转角φ=T—转轴传递的转矩,T=563.86N.mG—轴材料切弯弹性模量，取G=8.1∗L—轴受转矩作用的长度φ=T.OI.32对一般传动[φ]=(0.5φ<[φ]符合要求4.4轴承的选择和校核4.4.1轴承的选择由于轴承的设计主要承受较大径向载荷，但却能同时承受较小的轴向载荷，所以选择了深沟球轴承。根据实际的操作情况并根据d1=20mm，应选用深沟球轴承6004。由于滚动轴承二具有很大的径向承载，因而采用了圆锥滚子轴承。根据实际工作条件并根据d2=40mm，应选用圆锥滚子轴承N208E4.4.2轴承的校核计算深沟球轴承6004的寿命，根据式L计算圆柱滚子轴承N208E的寿命，根据式Lℎ4.4.3键的选择根据轴的直径和轴的强度校核，选择圆头普通平键（Ａ型）8*7*3784.4.4轴承的润滑需要用脂润滑，但油脂填充数量不能大于与轴承间隙的1/3～1/2，如果过多就会导致轴承过热。4.4.5轴承密封的选择密封是用来避免尘埃，水分等进入轴承，以及避免润滑油进入。根据密封件种类的特点：一般采用毛毡圈密封件，装配前用热矿物绝缘油浸渍。在轴承和轴承之间套间放置有油J的无骨架油封，用以预防润滑油的泄露。第5章操作简介5.1木材切割机的主要工作原理：该木工切割机一种木材刀具，REF_Ref18198\r\h[11]用于各种木制品的粗加工过程中的切削。提供动力，通过设计计算选取的三根Z型皮带连接带轮,带动主轴轴承连接圆锯片旋转实现木材的锯切加工。5.2木材切割机的操作：1、工作开机前,应首先检查机床各部位连接是否紧固可靠。机架要放在平稳的地面上，插电点动开关观察电机是否启动锯片旋向是否正确,然后让机床空运转5分钟,看机床有无异常现象。2、工作时,操作者推动木料放在木材切割机工作台上应匀速递给切割木材（可根据材质硬度来变动进给速度）,不应加料过猛,给木材切割机各结构造成负担以防止可能不运作使电机过载,烧坏电机。3、工作完毕,拔掉电源，在应清除机床上产生的锯屑及灰尘。5.3木材切割机的安全规范：木材切割机的安全操作规程也是十分关键的，了解规范制定才可以达到良好的效果，对各种细节的管理也都要做到预期效果才好。接下来有我说一下木材圆盘切割锯安全操作规程。1、木材切割机机械应由专人作业，应遵守“十字作业法方针”严禁非操作工上机操作。2、在操作时必须检查电源接线是否合理，各供电部位的绝缘情况是否良好，以及机身上是否有安全的保险连接和安全接零。检查锯条定位是否合理，定位是否良好，各防护帽、保护器和安全装置是否完整有效。3、在使用前须先行空车试运转，当转速恢复后，再经2—3分钟空运转，确认并无异样后，才能运料进行试验操作。4、在机器运行过程中，不得开展温度调节、检测和清洗工作，且作业人衣袖也要扎紧，不得戴手套。5、加工老料时，需要把环锤、灰垢、冰雪等清洗干净后才能用机械加工。6、在操作时必须注意木料情况，当遇到硬岩、节疤、残茬等时要适当减小推料、进料的速度，且不得用手指直接按在节疤上作业，以避免木料的跳动及弹起而伤人。7、在生产价值较高木材时应当有2人同时操作，1人在上手输料，另1人在下盘接料，下手接料时必须等木头达到危险区域后方准接料，且接料时不得猛拉。8、每个建筑施工人员都应该戴好防护眼镜，一切的设备也必须齐全合理，严禁任何人站在锯条旋转的断点上，如果将原木锯至尽头时，也应该用小棍推进原木，切割木头时也应该用推板推进，锯短料时也应该用推棍，更严禁用手推，供应材料的速度也不得过快，用力也不得过猛，对于长度不足50厘米的短料也严禁采用木材切割机。9、当作业结束，就需要先把锯末清理完毕，并将拉闸切断，锁好电闸箱方可撤离。10、操作棚（房）内人员不得吸烟或生火取暖，并应当设置消防器材和设备。结论本课题研究了用于加工木材的切割机，在切削中存在着加工传动不稳定，传动效率低，切削时震动等问题。通过上网查阅相关资料和参与生产实践，并与第一线的工作人员交流，找出造成木材切割机传动系统运行不平