机械毕业设计（论文）-1800移动式型钢冷锯机设计【全套图纸】 .pdf

第 i 页 1800 移动式型钢冷锯机设计 摘 要 锯机作为一种切割类型的机械设备，它在木工机械、建筑机械、冶金机械等方面得 到了广泛的应用。锯机是切割系统中不可缺少的重要组成部分。由于冷锯机在一定程度 上提高了锯切断面质量和定尺精度， 所以现在的大型和中型型钢轧钢厂多采用冷锯机进 行轧件的切头、切尾和定尺锯切。移动式冷锯机的主要结构有三部分：锯片传动机构、 锯片送进机构和调整定尺的锯机横移机构。 此设备的锯片传动机构是电动机经三角皮带 方式传动，这种传动方式可使电动机远离锯切点，减省专门的防护措施。锯片送进机构 采用液压传动方式，液压传动可以保证锯片在锯切时能够稳定送进，减少振动。锯机横 移机构由电动机直接传动，当设备根据定尺要求移动到规定位置时，用夹轨器将设备固 定，然后完成锯切。本文论述了冷锯机设备在国内、外的发展状况，提出了本课题的研 究背景以及研究本课题的意义；设计主要是围绕移动冷锯机主轴传动机构、进锯机构、 走行机构的分析和设计进行的，通过对各个机构的功率计算，选择合适的电机并进行校 核，同时对各个重要零件进行校核，以满足锯切要求。 关键字：冷锯机；传动；锯切 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 第 ii 页 design of the 1800 travelling cold saw for shape steel abstract as a kind of incision equipment, the saw is used comprehensively in the fields ofwoodwork mechanism, architecture mechanism, metallurgy mechanism and so on. it is the indispensable and important equipment of the incision system.in order to improve the sectionquality and length accuracy, nowadays, the large and medium rolling mill for shape steel gradually replaces the heat with cold saw machine for the cutting head, tail and length of rolling. there are three main structural parts for the mobile cold saw: the mechanismfor saw transmission, the mechanismfor saw movement, the mechanismfor adjusting length of the rolling. the first part is a motor driven mechanism by means of triangular belt driving, which can keep the motor away from the sawing to reduce the special protective measures. the second part uses hydraulic transmission, which insures the stability and reduce vibration whenrolling is sawing. the third part is driven by motor directly. this equipment starts working when it is fixed by rail holder in accordance with the request. in this paper, i introduce the development of the travellingcold saw in domestic and foreign, and tell the research backgroundas well as the significance of studying this subject. this design will focus on the analysis of the spindle drive mechanism, the mechanismfor saw movement and the moving mechanism. through the power calculation of every mechanism, i select the appropriate motor and check it as well as all important parts to meet the requirements. keywords: cold saw；transmission； sawing 第 iii 页 目录 摘要 i abstract . ii 第 1 章绪论 . 1 1.1 毕业设计的选题背景及目的 . 1 1.1.1 毕业设计的选题背景 1 1.1.2 毕业设计的目的 1 1.2 冷锯机的发展概述 . 1 1.3 冷锯机的用途及类型 . 2 1.4 冷锯机的结构 . 2 1.5 存在的问题 . 3 1.6 主要设计研究的内容 . 3 第 2 章冷锯机总体方案设计 4 2.1 冷锯机的结构型式及工作过程 . 4 2.2 冷锯机的基本参数 . 5 2.3 锯齿形状和锯片材料 . 6 2.4 锯片结构参数的设计 . 8 2.5 高速冷锯机锯切功率计算 . 8 第 3 章带传动的设计及锯切力计算 14 3.1 v 带的设计 . 14 3.2 锯切力的计算 . 16 第 4 章轴的设计和强度校核 20 4.1 主传动轴的设计和强度校核 20 4.2 大带轮轴的强度校核 . 24 第 5 章送锯和走行机构的设计计算 29 第 iv 页 5.1 进锯机构的设计计算 . 29 5.2 走行机构的设计计算 30 第 6 章联轴器、键、轴承的选择与校核 . 32 6.1 联轴器的选择和计算 . 32 6.2 键的选择和键连接强度计算 . 32 6.3 轴承的选择与校核 . 34 6.3.1 主传动轴轴承的选择与校核 . 34 6.3.2 大带轮轴轴轴承的选择与校核 36 第 7 章设备的润滑、密封及维护 . 38 7.1 设备的润滑 38 7.1.1 润滑的作用 . 38 7.1.2 润滑的种类 . 38 7.1.3 润滑方式的选择 39 7.2 设备的密封 . 39 7.3 设备维护 . 39 第 8 章设备的环保和经济可行性分析 . 41 8.1 设备的环保 . 41 8.1.1 冷锯机噪声主要来源 . 41 8.1.2 噪声控制方案与措施 41 8.2 经济可行性分析 . 43 总结 . 45 致谢 . 46 参考文献 . 46 第 1 页 第 1 章 绪论 1.1 毕业设计的选题背景及目的 1.1.1 毕业设计的选题背景 移动式冷锯机是目前全世界型钢锯切的一个趋势。在国内，大多数的大型和中型型 钢厂都选用移动式冷锯机。冷锯机之所以称为目前的一个主流，是因为它有许多老式锯 机无法比拟的优点。 首先， 移动式冷锯机打破常规的固定式锯机， 这就能够实现不同定尺的切割。 其次， 冷锯机是在常温下进行切割，不仅减少了热轧件对设备的热辐射作用，同时减少了冷却 装置，而且提高了锯片的使用寿命。 作为一个冶金机械类学生，研究和设计应倾向于冶金设备，而且课题应该新颖、具 有使用性。1800 移动式冷锯机是 80 年代初从德国引进的先进设备，至今一直在生产线 上服役， 在型钢的生产中发挥了重要作用。 选择本课题也是为了和以后的工作提前接轨， 为以后的发展打好基础。 1.1.2 毕业设计的目的 1、通过移动式型钢冷锯机的设计，熟悉冶金机械设备设计的全过程； 2、深入理解力能参数计算基本理论，并能在各设计环节中准确应用，理论联系实际； 3、将四年中所学机械知识最大限度的和设计相融合， 使所学理论知识在设计中得以应 用； 4、培养实事求是的作风，不怕反复修改； 5、学会论文说明书的书写及对其相关内容的掌握。 1.2 冷锯机的发展概述 早期的锯机是固定式的，既无橫移机构也无送进机构，锯切时用气动小车将轧件送 往锯片。这种固定式锯机的主要优点是设备简单、重量轻、生产率也比较高。但是，这 种锯机由于用气动小车送进轧件，在送进过程中常将轧件推弯，从而使锯切后的切口断 面和轧件轴线不垂直，影响产品的质量。所以，固定式锯机逐渐被移动式锯机所取代。 同时为提高锯切断面质量和定尺精度，现代的大型和中型型钢轧钢厂，铸件用冷锯机代 第 2 页 替热锯机，进行轧件的切头、切尾和定尺锯切。即发展为现在的移动式冷锯机。 1.3 冷锯机的用途及类型 1、冷锯机的用途是冷锯机（锯切常温轧件的锯机称为冷锯机）广泛设置于型钢、 钢坯及钢管车间，用来将异形断面的型钢、管坯、以及方坯或薄板坯等切去头尾,并切成 定尺长度， 在轧件上取式样也要用锯， 锯机作为切断设备也是剪机的发展及补充,因为用 平行剪刀片或成型刀片剪切异形材和管材，都难以保证切口平滑而不受挤压，所以要采 用锯。 2、圆盘冷锯机的加工方法属于锯切，其工作过程为：将圆盘锯片安装在可以高速 旋转的主轴上，圆盘锯一面做旋转运动，一面做进给运动，从而将工件切断。由于冷锯 机是在热锯机的基础上改进而来的， 所以移动式冷锯机跳过固定式和杠杆式的老锯机结 构，采用由电动机直接驱动的滚轮横移装置和液压缸驱动的送锯装置，这样既克服了固 定式的不够灵活和杠杆式的不够稳定的缺点。 1.4 冷锯机的结构 移动式冷锯机主要由锯切机构、进锯机构及横移机构三部分组成。 1、锯切机构 锯片的传动方式有电机直接传动或用三角皮带传动。 应用皮带传动可避免电机受锯 切产生高温火花的影响，过载时可通过皮带打滑来保护电机，皮带轮也可起飞轮作用。 但是使用皮带（68 根）易产生松紧不同，传动效率低、更换不便等缺点。电动机直接 传动使锯机结构简单、 传动效率高， 但也存在上滑台受载不均等缺点， 所以应用得较少。 2、进锯机构 进锯机构的作用是将旋转的锯片送向被切的轧件。 通常锯片轴及其驱动机构装设在 框架上， 整个框架相对下横梁移动实现锯片的送进。 送进机构常用的形式有齿轮齿条式、 四连杆式和液压缸驱动式三种， 目前液压缸式驱动由于它的稳定性较好而得到广泛应用。 3、横移机构 横移机构用于使锯机沿进钢方向移动，以改变锯机与锯机之间的距离，满足轧件锯 切不同定尺长度的要求。固定锯则不设横移机构。横移机构一般用交流电机驱动，当行 程较短时也可采用液压驱动。经常使用的横移机构有导轨滑板式和滚轮走形式两种。导 第 3 页 轨滑板式由设在锯机下滑座上的电机，经减速装置传动前、后两个齿轮，由于齿轮与装 在轨道内侧的固定齿条相啮合，使整个锯机沿导轨横移。 1.5 存在的问题 虽然大型冷锯机在型钢轧制车间用来切断各种异型断面轧件，其速度之快，效率之 高，是现有的其他切割工具无法比拟的，但本身还存在着很多问题。 1、在锯切中除出现强烈振动外，还经常出现夹不紧现象，使管排整体移动，这不 仅影响锯切精度和断面质量，而且严重损坏锯片和上夹紧系统的各零部件，以致影响生 产的正常进行。 2、这种锯机在锯切过程中产生的噪声污染极为严重，对马鞍山钢铁公司第二轧钢 厂大型玲锯机现场噪声测量表明，最大噪声级可达 124db(a)，由于以往对其产生的噪 声不能定量预估，因而给锯切噪声的有效控制和治理带来困难。 3、锯片耐用性较差，锯片年消耗量高，直接影响企业成本的降低和经济效益的提 高；发生锯片碎裂飞溅事故，严重威胁人身和设备安全。 4、后续加工工作量大：锯切是利用高速旋转所产生的摩擦能并转换成热能，使材 料软化，然后，配合进给压力进行锯切作用，此时，热影响区造成不良副作用，和工件 材料粘附在锯片上形成毛刺，增加了后续的加工量。 5、材料浪费大：圆盘冷锯机锯缝处材料损耗大，每锯一次，就有(1015)mm 的长 度损耗，加上钢板两边的毛刺清理，每年的消耗也是很可观的浪费。 1.6 主要设计研究的内容 1、根据有关资料确定总体设计方案，然后依照给定的设计参数，参考轧机设计理 论进行冷锯机基本参数的计算并选择电机型号； 2、锯切机进锯机构和走行机构的设计计算； 3、按照机械设计理论校核主要零件的强度。 第 4 页 第 2 章 冷锯机总体方案设计 2.1 冷锯机的结构型式及工作过程 图 2.1 1800 移动式冷锯机 a 主视图；b俯视图 1移动框架；2液压装置；3电机；4带传动；5导向辊；6压下辊；7横移装置；8夹轨器 如图 1.1 所示：移动式冷锯机主要有传动装置、进锯装置、横移装置组成。 工厂根据客户需要， 通过由交流电机驱动的7横移装置来调节相邻两台之间的距离， 即调节定尺， 然后用 8 夹轨器将设备固定， 这样就可以生产出所需长度的轧件。 锯切时， 锯片由 4 带传动通过 3 电机带动，同时 2 液压装置推动 1 移动框架向锯切方向运动，完 成锯切。在锯切过程中，5 导向辊来确保锯片沿直线运动，6 压下辊防止锯片在锯切过 程中的上翻。 第 5 页 2.2 冷锯机的基本参数 冷锯机的基本参数可分为两大类：结构参数和工艺参数。 1. 结构参数 冷锯机结构参数包括锯片直径 d、锯片厚度 、夹盘直径 d1、锯轴高度 h、锯片最 大行程 l 以及锯齿形状。其中，除锯齿形 状另行阐述外，其他结构参数选择原则简 述如下： （1） 锯片直径 d 它是冷锯机最主要的 结构参数， 常以锯片直径 d 做为冷锯机的 主 要 系 列 标 称 ， 如1500mm 、 1800mm、冷锯机。 锯片直径d决定于被锯切件的断面尺 寸。 要保证锯切最大高度的轧件时， 锯轴、 上滑台和夹盘能在轧件上面自由通过（图 2.2） 。同时，为使被锯切件断面能完全锯断， 锯片下缘应比辊道表面最少低 4080mm（新锯片可达 100150mm） 。 初选锯片直径 d 时，可按被锯切的最大轧件高度用以下经验公式计算 对于方钢 d10a300 (a方钢边长) (2.1a) 对于圆钢 d8d300 (d圆钢直径) (2.1b) 对于角钢 d3b350 (b角钢对角线长度) (2.1c) 对于圆钢 dc400 (c钢材宽度) (2.1d) 根据计算的锯片直径值，参考有关系列标准和资料加以最后确定。锯片直径的允许 重磨量为 5%10%。 （2） 锯片厚度 锯片厚度 过大， 将增加锯切功率损耗; 过小， 将会降低锯片强度， 并增加锯切时锯片的变形。一般按以下经验公式选择 (0.180.20) (2.2) （3）夹盘直径 d1 锯片用夹盘和螺栓加紧装在锯轴上。当锯片直径一定时，夹盘 直径 d1过大，锯片能锯切的轧件最大高度减小；d1过小，锯切时锯片变形和轴向振动 加大，导致锯片寿命降低。一般按以下经验公式选择 图表 1 图 2.2 冷锯机基本结构参数图 第 6 页 d1(0.350.50) d(2.3) （4）锯轴高度 hh 为锯轴轴心（亦即锯片中心）到辊道上表面的高度（图 2.2） 。 冷锯机一般采用被切轧件不动，由冷锯机向被切件运动而达到锯切的目的。为此， h 不能过小，否则会在冷锯机送进锯切过程中将被切件推开而不能进行锯切；同时，当 锯片直径 d 一定时，h 又不能过大，否则无法保证重磨后的锯片最小直径下缘应低于辊 道上表面的要求。一般可按以下经验公式选择 )12045( 2 = d h (2.4) （5）锯片行程 l 锯片行程 l 由被锯切件的最大宽度和并排锯切的最多根数而定。冷 锯机的送进机构应保证具有大于 l 的行程。 2. 工艺参数 现将较为主要的工艺参数简述如下： （1）锯片圆周速度 v 提高锯片圆周速度 v，可以再同样送进速度 u 的条件下，减 少每个锯齿所锯切的切削厚度，从而减小每齿的受力。换言之，如果每齿所能承受的载 荷一定，则提高 v 可为提高 u 创造条件，亦即可以提高生产率。但是随着 v 的增加，由 于离心力而引起的径向拉应力也将增加，从而降低了锯齿所能承受的锯切能力。因此， 一般应用的锯片圆周速度 v130m/s。 （2）进锯速度（或称进给速度、送进速度）u 根据被切轧件断面的大小，进锯速 度 u 也应做相应的调整。一般取 u200mm/s。 u 除了应和轧件断面相适应外（大断面所用的 u 小） ，也要和 v 相适应。因为如果 v 过低而 u 过高，切削厚度增加，锯切阻力将增加；相反，如果 v 过高而 u 过低，切削厚 度太薄，锯屑容易崩碎成为粉末，将使锯齿尤其是齿尖部分迅速磨损。这两种情况都会 影响锯齿寿命。 （3）每秒锯切断面面积（锯机生产率会锯切生产率）ff 是冷锯机的一项主要工艺参 数，它不仅关系到冷锯机的生产率和锯切质量，而且，也是计算冷锯机锯切力和锯切功 率的主要参数。 2.3 锯齿形状和锯片材料 （1）锯齿形状 合理的锯齿形状应满足下列条件：锯齿强度好，锯切能耗少，使用寿 第 7 页 命长，噪音低，制造和重磨成本经济。 常用的锯齿形状如图 2.3 所示 图 2.3 冷锯机的锯齿形状 a狼牙形；b鼠牙形；c等腰三角形 冷锯机锯齿齿形的主要参数为：齿前角,齿距,齿后角,齿顶角，齿高，齿根圆角半 径等。常用的齿形有狼牙型，鼠牙型和等腰三角型三种。 为了比较上述三种齿形的工作性能，经工业性实验研究分析，得出以下结果：当齿 距和齿高相同时，等腰三角形齿形的齿根强度较好，制造和修齿比较方便，切屑很少在 齿尖处形成屑瘤。但是，锯切能耗大、噪声也最大。狼牙形齿形制造和修齿比较用难， 难以保证所设计的齿形。鼠牙形齿形的锯切能耗小，制造和修齿也比较方便，噪声也较 低。该实验结果表明，齿前角的鼠牙形齿形最好，其次为的鼠牙形齿形和齿高 3 t h 的 狼牙形齿形。 (2)锯片材料和锯齿热处理 锯片材料通常采用 65mn 制成。锯齿齿尖一般采用高 频感应加热或接触电加热法进行淬火，齿尖硬度为 hrc。锯片整体热处理后板面硬度 为 hrc。 (3)锯齿冷却 锯切时，切削和摩擦产生大量热量，而且冷锯机锯片还直接与轧件 接触，使锯齿部分温度迅速升高，故必须进行强力冷却，以免齿尖退火。此外，有时 切屑粘附在齿尖或齿槽中，继续据切时将降低齿尖的锋利程度，或使切屑压实在齿 第 8 页 槽中形成“塞齿”现象。这两种情况都导致锯切力迅速增大，从而损坏锯齿和锯片。为 此，采用较大流量的高压水进行冷却，是提高锯齿和锯片寿命的有效措施。 2.4 锯片结构参数的设计 根据设计任务书知设计参数： 被锯件：36a 槽钢 材质：q235 锯切温度：常温 查槽钢规格表知 36a 槽钢尺寸：360969 （1）锯片直径 d 由式(2.1d)知 d 考虑到锯机的使用范围和生产要求，此处我们取 d= （2）锯片厚度 由式(2.2)知 ()()0.18 0.200.18 0.201800d =mm 考虑到锯片强度和功率影响，此处我们取。 （3）夹盘直径 d1 由式(2.3)知 mm 考虑到 d1对锯片的影响，此处取 d1=750mm。 （4）锯轴高度 h 由式(2.4)知 (45 120)900(45 120)(855 780) 2 d h = mm 考虑到设备尺寸和被锯件高度，我们取 h=770mm。 2.5 高速冷锯机锯切功率计算 锯切功率（平均锯切功率）为 + = 321 nnn n (2.5) 第 9 页 式中： 1 n 用于锯切金属的功率，k w； 2 n 夹锯功率，kw； 3 n空载功率，kw； 总传动效率。 因为型钢断面复杂多样， 为使计算方法统一， 可做如下假设， 即不论锯切何种型钢， 皆按与横放在辊道上的轧件宽度相等的等面积矩进行计算。此时，换算的锯形高度 h， 亦即复杂的型钢断面的平均高度。当型钢断面面积为 0 f时 0 0 b f h = (2.6) 式中： 0 b据切时横放在辊道上的该轧件的高度，mm。 所以，对于 36a 槽钢： 360 0 =bmm 48069)18360(2996 0 =+=fmm 由式(2.6)得 35.13 360 4806 0 0 = b f hmm 下面介绍高速冷锯机锯切过程的主要运动参数及其计算方法。 1. 锯切过程主要运动参数的计算 （1）锯切速度（锯片的圆周速度） i dn v 60 0 = (2.7) 式中： 0 n驱动锯片电机的转速，r/min； i 从电机到锯片的传动比。 初取100=vm/s，8 . 0=i，则由式(2.7)得 min/ r3 .849 8 . 114. 3 8 . 01006060 0 = = d vi n （2）锯切行程 () 100 coscos 2 += d bl (2.8) 式中： 0 开始锯切角 锯片与换算的等面积锯形开始接触时，锯片半径与锯 第 10 页 轴中心水平移动线之间的夹角： rad724. 0 900 96770 sin 2 sin 11 0 = = = d hh 1 终止锯切角 锯片与换算的等面积锯形锯切终了时，锯片半 径与锯轴中心水平移动线之间的夹角： 027. 1 900 770 sin 2 sin 11 1 = d h rad 则 mm596.568)517. 0749. 0(900360)cos(cos 2 100 =+=+= d bl （3）锯切时间 u l t = 0 (2.9) 式中：u。平均进锯速度，初取s/mm75=u （4） 锯切生产率) s/mm( 2 f，由文献【2，式 1021】得 s/mm930.633 596.568 754806 2 0 0 0 = = l uf t f f (2.10) 2. 锯切过程功率的计算 （1）纯锯切金属的功率 1 n 锯切滑移角，由文献【2，式 1022】得 ooo 345.39 2 2 . 0tan 045 22 45 1 =+=+= (2.11) 式中：锯齿与被切轧件之间的摩擦角，)( ,tan 1o =； 摩擦系数，冷锯时可取2 . 0； 锯齿前角，)(o，有前一节锯片形状的性质得 o 0=。 切屑纵向收缩系数，由文献【2，式 1023】得 220. 1 345.39sin )0345.39cos( sin )cos( = = = o o k (2.12) 切屑压缩变形程度，由文献【2，式 1024】得 第 11 页 180 . 0 220 . 1 1 1 1 1= k (2.13) 被切屑金属变形程度，由文献【2，式 1025】得 13 6 62622 10958. 1 352. 0101475 10180. 0402. 010010 cos 10sin10 = = = 平均 t u v &m/s (2.14) 式中: t 锯齿齿距，取14= t mm； u 进锯速度，根据其范围初取75=umm/s； 平均 cos平均锯切角，rad： ，由文献【2，式 1026】得 () 211 . 1 302 . 0 107 . 0 sinsin cos 01 011 = = 平均rad (2.15) 考虑金属材质与变形程度影响的压缩变形阻力，由文献【2，式 1027】得 622.49218 . 0 810 29 . 0 10 1 = ampa (2.16) 式中 11 ，a视钢中含碳量而定的系数及阻力值； （由文献【4，127 页】知 q235 的含碳量为 0.20%，然后查文献【2，表 105】 知29 . 0 mpa810 11 =，a） 考虑变形温度、变形速度影响的金属变形阻力，由文献【2，式 1028】得 553.625 10 10958 . 1 622.496 006. 0 4 13 0 0 2 = = = & & mpa (2.17) 式中： 0 & 相当于近似静载作用时的变形速度，；， s 1 10 4 0 & 2 系数： 006. 004. 0 1773 293 278. 0 112 =km 1 m 系数，；278 . 0 1 m 1 k 系数，；04 . 0 1 k 第 12 页 熔 锯切时相对温度， t t + + = 273 273 t o 20t冷锯时金属温度，； 熔 t o 1500 熔 材可取此近似值计算，被锯切件熔点，一般钢tc； 锯切时剪切变形阻力，由文献【2，式 1030】得 mpa163.361 3 553.625 3 = k (2.18) 被锯切金属单位体积变形功，由文献【2，式 1031】得 ()() ()()220 . 1 1314.359cot1 cos)( sinsincot 01 01 +=+= + k lk a 平均 =801.783mpa (2.19) 由此，用于纯锯切金属的功率，由文献【2，式 1032】得 kw140. 6 10 783.80108.12930.633 10 66 1 = = fba n (2.19) 式中：b。锯槽宽度，mm mm08.1218000006. 0110006 . 0 =+=+db （2）确定夹锯功率 2 n 锯切金属时，锯片圆周边缘夹在锯槽中，受径向力 r f 作用产生的锯片周缘侧向变 形被锯槽侧壁限制，从而产生正压力和摩擦力。当锯片以锯切速度 v 通过锯槽时，其 摩擦能耗即被称为夹锯功率。由于 fr与生产率 f 及纯锯切功率 1 n 有关，计算夹锯功 率时，应考虑这些影响。根据实测数据建立的夹锯功率计算公式由文献【2，式 10 34】得 kw306.88140 . 6 35.13 96 2)( 1 max 02 = =n h h an (2.20) 式中： 0 a耗之比：夹锯能耗与锯切金属能 锯切碳钢时 ；5 . 25 . 1 0 =a 锯切合金钢时 5 . 35 . 2 0 =a。 第 13 页 （查文献【4，127 页】知 q235 为碳钢，取2 0 =a） （3）空载功率 n3 作用在锯轴上的空载功率 n3，主要包括锯片、夹盘、锯轴等在锯轴轴承中的摩擦能 耗，以及锯片高速转动时空气阻力产生的能耗。 实测表明 03 15. 0nn 所以，锯切功率（总锯切功率）n 由式(2.5)知 + = 321 nnn n 一般可取总传动效率85. 0 。 新设计时，电机功率 0 n尚未确定，从而，空载功率 n3不能确定。对此，可由文献 【2，式 1036】初选电机功率 kw334.133 85. 0 306.88140 . 6 2 . 12 . 1 21 0 = + = + nn n 根据 0 n、 0 n 查文献【5，347349 页】并考虑到以后生产规模的扩大和功率的增 加，最后取电机型号为 js500，其参数：n0=320kw，min/ r970 0 =n，电压 u=380v。 第 14 页 第 3 章 带传动的设计及锯切力计算 3.1 v 带的设计 1. 确定计算功率 d p 由文献【6，表 2291】查得工作情况系数05. 1= a k，由文献【6，表 2281】知 kw33632005. 1=pkp ad (3.1) 式中：p所需传递功率 2. 选择 v 带类型 根据 d p和大带轮转速 1 n 由文献【6，图 2261】选用 25n，25j 型。 3. 确定带轮的基准直径 d d，并验算带速 0 v （1） 初选大带轮的基准直径 1 d d ，由文献【6，表 22141】取 1 d d =710mm 由文献【6，表 2281】知 7052 11 =edd dp mm (3.2) 由 8 . 0 1 2 = p p d d i (3.3) 知 564 2 = p dmm 则 5695564 2 =+= d dmm 根据文献【6，表 22141】圆整后取560 2 = d dmm。 （2） 验算带速 0 v，由文献【6，表 2281】知 78.35 100060 97070514. 3 100060 11 0 = = = nd v p m/s (3.4) 高速带的带速通常大于 30m/s,可知 0 v符合要求。 4. 确定 v 带的中心距 a 和基准长度 d l （1） 通常初选中心距 0 a由文献【6，表 2281】确定，但对于移动冷锯的设计来说， 第 15 页 得根据结构的需要来取，此处取4710 0 =amm。 （2） 由文献【6，表 2281】计算带所需的基准长度 () () 0 2 0 42 2 21 210 a dd ddal dd ddd + ()11416 47104 150 560710 2 47102 2 += mm (3.5) 查文献【6，表 2271】知 11430= d lmm （3） 按文献【6，表 2281】计算实际中心距 a mm4717mm45.4717 2 =+=baaa (3.6) 式中 () 025.2359 8 )710560(14. 3 4 11430 84 21 = + = + = dd d dd l a mm () 5 . 2812 8 150 8 2 2 21 = = dd dd bmm 5. 验算小带轮上的包角 1 ，由文献【6，表 2281】知 ()() oo o o o o 90178 4602 3 .57 560710180 3 .57 180 21 1 = a dd dd (3.7) 6. 计算带的根数 z 由文献【6，表 2281】知 () kkpp p z l d + = 11 (3.8) 式中：z带的根数 d p设计功率（kw） ； 1 p单根 v 带的基本额定功率（kw） ； 1 p由传动比不同所附加的功率（kw） 。 1 p、 1 p由文献【6，图 22141】查得： 1 p=97.75kw， 1 p=3.12kw 第 16 页 l k 长度修正系数，查文献【6，图 22111】知： l k =1.09 k包角修正系数，查文献【6，图 22101】知， k=1.00 则由式(3.8)得 ()() 06. 3 109 . 1 12 . 3 75.97 336 11 = + = + = kkpp p z l d (3.9) 考虑到工作环境和扩大再生产需要，这里取 z=6。 7. 初拉力 0 f的计算 由文献【6，表 2281】知 () + = 2 0 0 0 5 . 2 5009 . 0mv zvk pk f d () 1361789.3557 . 0 789.3561 33615 . 2 5009 . 0 2 = + =n (3.10) 式中：mv 带单位长度质量（kg/m） ，查文献【6，表 22121】知：m=0.57kg/m 8. 计算压轴力 p f 由文献【6，表 2281】知 330.16 2 178 sin136162 2 sin2)( 1 0min = o zffpkn （3.11） 3.2 锯切力的计算 图 3.1 带传动示意图 第 17 页 （1） 传动装置简图见图 3.1，从电动机开始计算各轴运动及动力参数 （2） 查文献【7，表 4.29】知：。， 球滚带联 992 . 0 98 . 0 90 . 0 99 . 0 2 = （3） 参考文献【7，9 页】 0 轴：即电动机轴 mn1015 . 3 970 10320 55 . 9 55 . 9 min/ r979 kw320 3 3 0 0 0 0 0 = = = = n p t n p i 轴：即大带轮轴 mn1012 . 3 970 10 8 . 316 55 . 9 55 . 9 min/ r970 kw 8 . 31699 . 0 320 3 3 1 1 1 01 01 = = = = n p t nn pp 联 轴：即小带轮轴 mn1015 . 2 4 . 1229 1018.277 55 . 9 55 . 9 min/ r 4 . 1229 789 . 0 970 kw18.277992 . 0 90 . 0 98 . 0 8 . 316 3 3 2 2 2 1 2 2 12 = = = = n p t i n n pp 带 球带滚 （4） 计算锯片所受切线方向的力 t f， n1039. 2 9 . 0 1015. 2 2 3 3 2 = = d t ft （5） 计算锯片所受径向力 r f 参考由文献【2，340 页】知：158= t r f f ，此处取10= t r f f 则 n1039 . 2 1039 . 2 1010 43 = tr ff 第 18 页 图 3.2 锯片受力示意图 由图 3.2 知 2 sin d hh = (3.12) 切向力的水平分力 tx f与竖直分力 ty f 为： cos sin = = tty ttx ff ff (3.13) 径向力的水平分力 rx f与竖直分力 ry f 为： sin cos = = rry rrx ff ff (3.14) 锯片所受水平方向合力 x f 与竖直方向合力 y f 为： cossin sincos = = try trx fff fff (3.15) 则锯片所受合力f为： 2sin2 2222 +=+= trtryx fffffff (3.16) 由式(3.16)可知：成反比与2sinf，设计时应按最大 f 设计，而由式可知0=h处 第 19 页 2sin取最小值，此时 o 59=。 当 o 59=时，由式(3.15)得 n19251515 . 0 1039 . 2 857 . 0 1039 . 2 cossin n10260857 . 0 1039 . 2 515 . 0 1039 . 2 sincos 34 34 = = try trx fff fff 第 20 页 第 4 章 轴的设计和强度校核 4.1 主传动轴的设计和强度校核 图 4.1 主传动轴的载荷分部图 第 21 页 1、按扭矩初步估算轴径 选择轴的材料为 40cr，经调质处理，查文献【8，表 26.11】得材料机械性能 数据为 mpa1015 . 2 mpa185 mpa320 mpa500 mpa700 5 1 1 = = = = = e s b 根据文献【8，表 26.31】公式初步计算轴径，由于材料为 40cr，由文献【8， 表 26.32】选取100=a，则得 mm 9 . 60 42.1229 18.277 100 3 3 2 2 min = n p ad 考虑到带轮连接加键，需将其轴径增加 45%，故mm65 min =d。 2、轴的结构设计 如图 4.1a 所示，根据轴的受力和生产的需要，选取 a、b、c、d 处的轴径分 为 ： mm195 mm200 mm170 mm150 = = = = d c b a d d d d 3、轴上受力分析（图 4.1b） 轴传递的转矩t mn1015. 2 3 2 =tt 带产生的压轴力 p f n16330= p f 锯片所受力 yx ff 、 n19251 n10260 = = y x f f 4、求支反力 第 22 页 a） 在 x 方向上的支反力（图 4.1c） 由 = = 0 0 a m x =+ =+ 021253302525 0 21 21 xxf ffxx x px = = n9544 n17046 2 1 x x b）在 y 方向上的支反力（图 4.1e） 由 = = 0 0 b m y = = = = n23541 n4290 04001759 0 2 1 1 12 y y fy fyy y y 5、作弯矩图和扭矩图 a） x 方向上的弯矩图（图 4.1d） mn4104102601021252125 mn 9 . 53881633010330330 3 3 2 1 = = xx px fm fm b）y 方向上的弯矩图（图 4.1f） mn4 .77001925110400400 3 = yy fm c） 由 yx mm 、合成的总弯矩图（图 4.1g） 由 22 yx mmm+= 得 = = mn8726 mn 9 . 5388 2 1 m m d）作转矩图（图 4.1h） mn1015. 2 3 2 =tt 6、轴的强度校核 a） 确定危险截面 第 23 页 根据轴的结构尺寸及弯矩图、扭矩图，截面 b 处弯矩较大，且有轴承配合引的 应力集中；截面 d 处弯矩最大，且有轴承配合引起的应力集中，故属于危险截面。现 对 d 截面进行强度校核。 b）安全系数校核计算 由于该轴的转动， 弯矩引起对称循环的弯应力， 转矩引起的为脉动循环的剪应力。 弯曲应力幅为 mpa84.10 108 8672 4 = = w md a 式中 w抗弯断面系数，由文献【8，表15326】查得 3433 3 m1082 . 01 . 01 . 0 32 =d d w 。 由于是对称循环弯曲应力，故平均应力0= m 根据文献【8，式2326】得 2 . 5 01084.10 60. 092. 0 62. 2 10270 6 6 1 = + = + = ma k s 式中： 1 45 号钢弯曲对称循环应力时的疲劳极限，由文献【8，表1126】查 得mpa270 1 = ； k正应力有效应力集中系数，由文献【8，表5326】查得62 . 2 = k； 表面质量系数，轴经车削加工，按文献【8，表8326】查得92. 0=； 尺寸系数，由文献【8，表11326】查得60. 0= ； 剪切应力幅为 mpa67. 0 10162 1015. 2 2 4 3 = = p am w t 式中 p w 抗扭断面系数，由表15326得 343 3 m10182 . 0 16 =d d wp 第 24 页 由文献【8，式3326】 67.63 1067. 021. 01067. 0 60. 092. 0 89. 1 10155 66 6 1 = + = + = ma k s 式中： 1 45 号钢扭转疲劳极限，由文献【8，表1126】查得mpa155 1= ； k剪切力有效应力集中系数，由文献【8，表5326】查得89. 1= k； 表面质量系数，轴经车削加工，按文献【8，表8326】查得92. 0=； 尺寸系数，由文献【8，表11326】查得60. 0= ； 平均应力折算系数，由文献【8，表13326】查得，21. 0= 轴 d 截面的安全系数由文献【8，式1326】确定 18 . 5 67.632 . 5 67.632 . 5 2222 = + = + = ss ss s 由文献【8，表4326】可知，5 . 23 . 1=s 故ss ，该轴 d 截面是安全的。 4.2 大带轮轴的强度校核 1、按扭矩初步估算轴径 选择轴的材料为 40cr，经调质处理，查文献【8，表 26.11】得材料机械性能数据为 mpa500 mpa700 = = s b mpa185 mpa320 1 1 = = mpa1015. 2 5 =e 根据文献【8，表 26.31】公式初步计算轴径，由于材料为 40cr，由文献【8， 表 26.32】选取100=a，则得 第 25 页 mm9 .68 970 8 . 316 100 3 3 1 1 min = n p ad 考虑到联轴器加键，需将其轴径增加 45%，故mm70 min =d。 2、轴的结构设计 图 4.2 大带轮轴的载荷分部图 如图 4.1a 所示，根据轴的受力和生产的需要，选取 a、b、c、d 处的轴径分别