【毕业设计论文】气动式定尺飞锯机的结构设计-论文【有对应的CAD图】

订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 毕业设计说明书( 论文) 题 目: 气动式定尺飞锯机的结构设计 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 中 文 摘 要 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 本设计是关于气动式定尺飞锯的结构设计。气动式定尺飞锯机可用于高速跟 踪自动切割钢管、型材等。具有定尺精度高，设备可靠性高，结构简单，易于维 修等特点。针对大量中小企业这一中低端市场， 结合我国的国情, 选定了“气动 式定尺飞锯机”做为毕业设计的攻关课题。设计内容包括总体方案制定、飞锯小 车运动设计、结构方案设计、导轨的设计、行走小车的结构方案等。在设计中结 合我们的专业知识，在老师的指导下，完成设计任务。 关键词 飞锯 锯切 飞锯小车 本科毕业设计说明书（论文） 第 4 页 共 47 页 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 外 文 摘 要 本科毕业设计说明书（论文） 第 5 页 共 47 页 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 T i t l e T h e S t r u c t u r a l D e s i g n o f F l y i n g P n e u m a t i c S a w A b s t r a c t T h e d e s i g n i s o n t h e p n e u m a t i c s a w F l y i n g t h e s t r u c t u r a l d e s i g n . F l y i n g s a w p n e u m a t i c h i g h - s p e e d t r a c k i n g c a n b e u s e d f o r a u t o m a t i c c u t t i n g s t e e l p i p e s , p r o f i l e s a n d s o o n . L e n g t h w i t h h i g h p r e c i s i o n , h i g h r e l i a b i l i t y , s i m p l e s t r u c t u r e , e a s y m a i n t e n a n c e a n d s o o n . T h i s i n r e s p o n s e t o a l a r g e n u m b e r o f s m a l l a n d m e d i u m - s i z e d l o w - e n d m a r k e t s , c o m b i n e d w i t h C h i n e s e n a t i o n a l c o n d i t i o n s , s e l e c t e d t h e “ F l y i n g p n e u m a t i c s a w “ a s a g r a d u a t i o n p r o j e c t o f r e s e a r c h s u b j e c t s . D e s i g n i n c l u d e s t h e o v e r a l l p r o g r a m d e v e l o p m e n t , f l y i n g s p o r t s c a r s a w t h e d e s i g n , s t r u c t u r e d e s i g n , r a i l d e s i g n , t h e s t r u c t u r e o f t h e p r o g r a m r u n n i n g , s u c h a s c a r s . I n t h e d e s i g n c o m b i n e d w i t h o u r e x p e r t i s e , u n d e r t h e g u i d a n c e o f t h e t e a c h e r t o c o m p l e t e t h e d e s i g n t a s k . K e y w o r d s F l y i n g S a w S a w i n g F l y i n g S a w T r o l l e y 本科毕业设计说明书（论文） 第 6 页 共 47 页 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 目 录 1 引言 1 1 . 1 气动式飞锯机的功用 1 1 . 2 定尺飞锯机的国内外现状 1 1 . 3 本设计的目的与意义 2 1 . 4 设备简介 2 1 . 5 设计中需注意的问题 2 2 气动式定尺飞锯机总体设计方案 4 2 . 1 气动式定尺飞锯机应实现的功能 4 2 . 2 气动式定尺飞锯机的总体方案制定 4 2 . 3 气动式定尺飞锯机的总体方案设计 5 3 气动式定尺飞锯机的设计计算 7 3 . 1 飞锯小车运动描述 7 3 . 2 确定飞锯小车各段运动曲线 8 4 气动式定尺飞锯机结构方案设计 1 1 4 . 1 气动式定尺飞锯机的整体结构方案1 1 4 . 2 导轨的设计1 1 4 . 3 气动式定尺飞锯机的行走小车的结构方案1 2 4 . 4 气动式定尺飞锯机的床身的结构方案1 3 5 气动式定尺飞锯机的锯切系统的设计与计算1 5 5 . 1 气动式定尺飞锯机锯切系统整体结构方案设计1 5 5 . 2 气动式定尺飞锯机的锯切系统的结构方案1 5 5 . 3 气动式定尺飞锯机锯切系统的结构方案的比较优化1 7 6 主要零部件的设计1 8 6 . 1 切削力、功率的计算1 8 6 . 2 电机的选择1 9 6 . 3 带传动设计2 2 6 . 4 轴的设计计算2 7 7 锯切气缸的设计3 3 7 . 1 锯切气缸的计算3 3 7 . 2 连接与密封3 5 结束语 3 7 致谢 3 8 参考文献 3 9 本科毕业设计说明书（论文） 第 7 页 共 47 页 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 1 引言 1 . 1 气动式飞锯机的功用 随着国民经济的发展，现代化的大型厂房、大跨度的展览场馆、体育运动场馆、 大型仓储、桥梁、机场、起重、运输、车辆等各行各业广泛地采用钢结构，使得钢结 构需求量大幅度增加，对钢结构钢材材质、规格品种也提出了更高的要求。 2 0 0 1 年我国冷弯型钢生产 3 0 万吨（不包括钢管和涂层板）。据中国钢协冷弯型 钢分会统计 2 0 0 1 产量约有 7 0 万吨，加上其他行业（农机、水电、汽车、机械等）约 有 1 5 0万吨，占全国钢材产量的 1 左右，而国外工业发达国家冷弯型钢占全国钢材 的 3 . 0 5 . 0 。冷弯型钢的特点： 可生产各种复杂的断面与热轧型钢相比具有断 面形状合理、重量轻，强度高的优点，又在冷弯加工中提高了强度。比一般热轧型钢 的构件节约钢材 1 0 . 0 5 0 . 0 。 在线定长切割飞锯机是冶金企业连续轧制各种型材、管材等生产线上不可缺少的 重要设备，用于连续生产中将无限长的钢管按预定的长度在线自动切断。定尺飞锯机 在生产中决定着管材的质量、长度等。它的精度保证了管材的精度 1 。 1 . 2 定尺飞锯机的国内外现状 在国外定尺飞锯机的发展很快，基本上都能达到国际标准。我国焊管生产设备起 步较晚，一些关键设备比较陈旧。随着钢铁行业的飞速发展，对钢铁加工行业提出了 要求。全国各地加工业也开始着眼于技术开发。就定尺飞锯机来说，从技术含量较低 的液压传动，气动传动，发展到如今的微机控制定尺飞锯机，电液数控飞锯机等。 下面介绍几种现代主要应用生产中的飞锯机： （1 ）微机控制定尺飞锯机是由微机控制系统、大功率可逆伺服系统、机械液压、 气路系统所组成的机电一体化高技术产品焊管、冷弯生产线的关键组成设备，可用于 高速跟踪自动切割钢管、型材等。 （2 ）电液数控飞锯机是由微机控制电子液压传动，一般包括液压箱，电子计算 机，软件等几部分组成，采用半开环控制无参数调整，电路简单，性能稳定，故障率 低。机床可实现程序锯切，预设多种锯切定尺与其根数，自动转换可不停车，改变定 本科毕业设计说明书（论文） 第 8 页 共 47 页 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 尺要求，也可人为暂时中断运行。 （3 ）伺服飞锯机是于2 0 0 2 年面世的一种新型飞锯机，锯切长度5 . 5 m 6 m 时，锯 切精度为0 m m + 5 m m ，高于国际上通用的英国B s 标准( 0 m m + 6 m m ) 。锯切精度提高了 1 6 . 7 ，且在这方面处于国际先进的水平 1 。 1 . 3 本设计的目的与意义 目前市场上大量应用的在线定尺飞锯机主要有气动式飞锯机，液动式飞锯机，电 脑锯等几种形式。其中，气动式飞锯机的锯切割装置，夹紧装置，主传动装置都是气 动的，与近些年市场上推广的电脑锯相比，气动式飞锯机的定尺精度稍微低点儿，但 是，电脑锯它也存在着一定的缺陷， 例如：( 1 ) 价格偏高，一台设备近3 0 万元。一次 性投资很大，一般中小厂家难以承受；( 2 ) 微机抗干扰性能差，使得控制设备结构复 杂。现场安装要求高；( 3 ) 调试以及维修保养困难，需专门人员维护，一旦发生故障 很难立即排除。但它也具有一定的缺陷，噪音大，利用率低，无功损耗大，工作速度 不稳定，零部件损坏的概率大等。而气动式飞锯机恰恰具有成本低、寿命长、工作可 靠、使用维修方便的特点，其定尺精度也足以满足要求，固市场前景广阔 2 。 因此，针对大量中小企业这一中低端市场，结合我国的国情，选定了“气动式定 尺飞锯机”作为毕业设计的攻关课题。 1 . 4 设备简介 F J Z 6 0型气动式定尺飞锯机可用于高速跟踪自动切割钢管、型材等。具有定尺精 度高，设备可靠性高，结构简单，易于维修等特点。因此，该机将会运行状况良好， 效率高，发展前景远大。 飞锯主要技术参数： 型材生产速度：6 0 m / m i n ； 锯切精度：5 m m ； 锯切长度：4 m 6 m 锯切次数：1 0 次/ 分1 5 次/ 分 锯切型材径向尺寸：1 2 9 0 外型：长宽= 4 . 3 1 . 3 5 （米） 本科毕业设计说明书（论文） 第 9 页 共 47 页 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 1 . 5 设计中需注意的问题 （1 ）锯切小车与定尺小车之间要刚性联接且稳定，一般多采用5 0 m m 钢管制作。 （2 ）锯切小规格钢管时因钢管刚性差，易弯曲，从而影响定尺精度，需要增加 防弯压辊。 （3 ）气压源压力要稳定可靠，才能准确、协调完成飞锯机的各项动作，保证定 尺精度的准确和生产的连续。 （4 ）在夹紧、锯切到松夹的过程中，飞锯小车的行走速度应与焊管轧制速度基 本同步。 （5 ）锯切精度要满足焊管产品标准要求。 （6 ）由于飞锯是生产线上的一个重要环节，因此要求设备运行可靠， 否则一出 故障将全线停产。 （7 ）控制系统的关键问题是在小车与轧管速度同步的瞬间，如何使锯片与管端 间的距离正好是定尺钢管的设定长度。 本科毕业设计说明书（论文） 第 10 页 共 47 页 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 2 气动式定尺飞锯机总体设计方案 2 . 1 气动式定尺飞锯机应实现的功能 气动式定尺飞锯机定尺飞锯机适用于连续轧制各种管材、型材生产线，如焊管、 钢筋、铝管、合金管的生产线。其显著特点是锯切效率高，可锯切的管类直径范围大， 这得益于它的气压装置，体现了气压技术高压、高效、可控制性强的特点。其整体结 构简单，工作性能可靠，应用广泛。 本机适用于型材行走速度为 6 0 m / m i n ，锯切型材径向尺寸范围为 1 29 0， 锯切长度为 4 m 6 m的型材生产线，其设计使用锯切精度为4 m m ，锯切次数为 1 0次/ 分1 5次/ 分。目前国内型材生产线上型材的行走速度在 6 0 m / m i n以下，其径向尺寸 大都在 1 29 0之间，4 m m的锯切精度也符合国家标准，1 0次/ 分1 5次/ 分的 锯切次数也能达到大多厂家的要求，尤其是大量的中小厂家 3 。 2 . 2 气动式定尺飞锯机的总体方案制定 开始拟定的几套气动式定尺飞锯机的总体方案： 方案一：当管材（或型材）运行接触到发讯开关时，发讯开关指令行走气压缸牵 引飞锯小车行走，助推气压缸同步助推，管材（或型材）与飞锯小车运行中达到同步， 同时夹紧装置的气压缸动作钳口夹紧，夹紧装置的钳口同时也已经夹紧，之后管材运 行距离达到锯切长度，接近开关指令锯切装置运作实现锯切。锯切完成后锯片抬起， 同时指令夹紧气压缸抬起，完成定尺锯切的全部动作，锯切后的定尺管材离开飞锯沿 辊道前进到下一步工序，同时飞锯小车在行走气压缸牵引力作用下回复到原位，等待 开始下一次锯切。 本科毕业设计说明书（论文） 第 11 页 共 47 页 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 方案二：当管材（或型材）运行接触到发讯开关时，发讯开关指令行走气压缸牵 引飞锯小车行走，管材（或型材）与飞锯小车运行中达到同步，同时夹紧装置的气压 缸动作钳口夹紧，之后管材运行距离达到锯切长度，接近开关指令锯切装置运作实现 锯切。锯切完成后延时一小段时间，锯片抬起，同时指令夹紧气压缸抬起，完成定尺 锯切的全部动作，锯切后的定尺管材离开飞锯沿辊道前进到下一步工序，同时飞锯小 车在行走气压缸牵引力作用下回复到原位，等待开始下一次锯切。 方案三：当管材（或型材）运行接触到发讯开关时，发讯开关指令夹紧装置的气 压缸动作，同时行走气压缸牵引飞锯小车行走，管材（或型材）与飞锯小车运行中达 到同步，夹紧装置的钳口同时也已经夹紧，之后管材运行距离达到锯切长度，接近开 关指令锯切装置运作实现锯切。锯切完成后延时一小段时间，锯片抬起，同时指令夹 紧气压缸抬起，完成定尺锯切的全部动作，锯切后的定尺管材离开飞锯沿辊道前进到 下一步工序，同时飞锯小车在行走液压缸牵引力作用下回复到原位，等待开始下一次 锯切。 方案四：当行进中的钢管端部靠近接近开关时，由可编程序控制器，发出夹紧命 令，夹紧钢管后，锯切气压缸起动，进行锯切，抬锯，夹紧松开，锯车返回气压缸起 动，锯车返回，等待下一次循环。 方案五：当行进中的钢管端部靠近接近开关时，由可编程序控制器，发出夹紧命 令，夹紧钢管后，锯切气缸起动，进行锯切，经可编程控制器延时后，抬锯，夹紧松 开，再经可编程序控制器延时后，锯车返回气缸起动，锯车返回，等待下一次循环。 上述五种方案的比较如下： 方案一中，“助推气压缸助推”这一步骤是多余的，因为拖动气缸可以完成推动 行走小车跟踪到行进的管材，但是反方向复位时由于设计要求速度很大，拖动气缸达 不到要求，所以“助推气压缸助推”这一步骤要设置在反方向复位时。另外，此方案 中“锯切完成后锯片抬起，同时指令夹紧气压缸抬起”，没有“延时一小段时间”这 一步骤，是一种设计缺陷，是不合理的。 方案二中，“锯切完成后延时一小段时间，锯片抬起”，在锯切完成之后，锯片 抬起之前就延时了一小段时间，这是不符合实际情况的，属于不合理设计。 方案三中，“发讯开关指令夹紧装置的气压缸动作，同时行走气压缸牵引飞锯小 本科毕业设计说明书（论文） 第 12 页 共 47 页 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 车行走”，夹紧气压缸动作与行走气压缸同步，这是不合理的，这样影响了行走小车 对管材（或型材）的跟踪，夹紧气压缸应在管材（或型材）与飞锯小车运行中达到同 步是实施夹紧。 方案四和方案五是用可编程序控制器对系统进行控制，考虑到成本因素，我们选 择用行程开关对系统进行控制，另外方案四中缺少延时的步骤。 2 . 3 气动式定尺飞锯机的总体方案设计 通过以上对这五种方案的分析比较，我们设计并完善了我们的气动式定尺飞锯机 的总体方案： 当管材（或型材）运行接触到发讯开关时，发讯开关指令行走气压缸牵引飞锯小 车行走，管材（或型材）与飞锯小车运行中达到同步，同时夹紧装置的气压缸动作钳 口夹紧，管材（或型材）与飞锯小车运行中达到同步，夹紧装置的钳口同时也已经夹 紧，之后管材运行距离达到锯切长度，接近开关指令锯切装置运作实现锯切。锯切完 成后锯片抬起，同时指令夹紧气压缸抬起，完成定尺锯切的全部动作，锯切后的定尺 管材离开飞锯沿辊道前进到下一步工序，同时飞锯小车在行走气压缸牵引力作用、助 推气压缸同步助推下回复到原位，等待开始下一次锯切 4 。 正如图 1 所示： 图1 控制原理图 管 移 动 锯 车原位 管移动锯车 返回 管移动锯车 与管同步 管移动锯车同步 跟踪夹紧落锯 管移动锯车同 步跟踪松夹 管移动锯车同 步跟踪抬锯 管 移 动 锯 车移动 零点 到位 抬锯 到位 松夹 到位 本科毕业设计说明书（论文） 第 13 页 共 47 页 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 3 气动式定尺飞锯机的设计计算 3 . 1 飞锯小车运动描述 飞锯小车的运动可分为以下七个阶段（见图 2 ） 。 图 2 飞锯车速度示意图 （1 ）等待段 如图 2中 A B段，飞锯机处在零位，当焊管相对于飞锯小车的伸量 本科毕业设计说明书（论文） 第 14 页 共 47 页 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 达到预伸值时，计算机发出指令，指挥飞锯车启动，进入追踪段。 （2 ）追踪段 如图 2中 B C段，飞锯小车在计算机控制下，以指数曲线升速，当 飞锯小车运行到 C 点，正好被加速到与焊管同步，此时焊管相对于飞锯机的伸出量正 好达到定值，系统转入同步运行段。 （3 ）同步段 如图 2中 C E段，进入同步段后，焊管相对于飞锯机的伸出量便固 定不变了，D点是飞锯小车进入同步段后，经过一定的延时开始锯切的时刻，也是锯 切气缸开始动作的时刻。延时时间是由飞锯小车的速度超调量所决定的。E点是飞锯 车同步结束的时刻，此时飞锯小车已完成锯切任务，锯切气缸恢复到原位，飞锯车开 始进入正向减速段。D E 段时间是由锯切周期所决定的。 （4 ）正向减速段 如图 2中 E F段，飞锯小车受制动，按等减速运动，当速度降 至零时，转入反向加速段。 （5 ）反向运行段 图 2 中 F G 段为反向追踪段。G H 为反向同步段。H I 段为反向减 速段。以上各段与与正向运动相对应的速度曲线完全一致。当速度为零时，飞锯小车 正好停在零位。至此，一个工作循环结束。 3 . 2 确定飞锯小车各段运动曲线 （1 ）追踪段 追踪段在向同步段过渡时会产生超调现象，超调量直接影响到锯切 精度， 因此追踪段的运动曲线非常重要， 我们 采用数控技术， 无论采用何种运动曲线， 实际 曲线都不能与理论曲线完全吻合， 如图3 所示， t 越小实际曲线越接近理论曲线。在整个追 踪段中，我们一共分成了2 5 6 个小段，每一小 段都相当于接受了一个新的阶跃信号， 当飞锯 车加速追踪时， 我们可以把系统看成为二阶系 统， 由自动控制原理可知， 当二阶系统输入阶 跃信号时，二阶系统对应的阶跃响应为 图3 追踪段速度曲线 本科毕业设计说明书（论文） 第 15 页 共 47 页 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 )()sin( 1 1)( 2 tAt e tv d t n + = （3 . 1 ） 2 1= nd （3 . 2 ） 2 1 = arctg （3 . 3 ） 式中 - - - - - - - - - - - - - 系统的阻尼比 n - - - - - - - - - - - - 系统的固有频率 A （t ）- - - - - - - - - 阶跃值 图4 为二阶系统阶跃响应图，从图3 可以看出速度在平衡位置上振荡，超调量随时 间的推移越来越小。超调量的计算式为 )()sin( 1 )( 2 tAt e tv d t n + = 5 （3 . 4 ） 分析公式，当其他参数不变时，A （t ）越小，超调量越小。 图4 二阶系统的阶跃响应 通过以上的分析可知，对于追踪段数学曲线的选择原则是：阶跃值A ( t ) 应越来越 小，这样方能保证超调量越来越小，当过渡到同步段时，不会引起过大的振荡，以使 焊管定尺精度提高。 本科毕业设计说明书（论文） 第 16 页 共 47 页 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 对于等加速曲线，如图5 ，A （t ）值从头至尾 一样大，不满足要求。 对于正弦曲线，如图6 ，A （t ）值在尾部稍有 变化。 对于指数曲线，如图3 ，A （t ）值越来越小。 经过反复比较，我们认为指数曲线是最为理 想的曲线，最终飞锯车追踪段的运动方程为 t kt xty xe kt 0 )1 ( 1 1+ = 图5 等加速曲线 图6 正弦曲线 式中 y 输入到步进电机的脉冲频率，脉冲/ s x 焊管的测速脉冲频率，脉冲5 6 k 常数 t 时间，s 0 x 输入到步进电机的初始脉冲频率，脉冲/ s 6 （2 ）正向减速段 因为飞锯小车已完成锯切任务，飞锯车运行中由变速引起的 本科毕业设计说明书（论文） 第 17 页 共 47 页 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 超调现象已不影响锯切精度，故减速段时间应尽量减少，该段采用的是等减速曲线， 其运动方程为 2 2 1 atMxtS= （3 . 5 ） atMxv= （3 . 6 ） （3 ）反向运行段 为了使正向行程等于反向行程，F G 、G H 、H I 各段与正向运动 相对应各段的速度曲线完全一致，F G H I 曲线和B C D E F 曲线下所包络的面积和接受的脉 冲数完全相同。因此，当反向行程结束时，飞锯小车正好返回到原点。 4 气动式定尺飞锯机结构方案设计 4 . 1 气动式定尺飞锯机的整体结构方案 本次设计的气动式定尺飞锯机主要有飞锯床身，主传动系统，行走小车，锯切系 统，夹紧装置等几部分组成，其外形如图 7 所示： 图 7 气动式定尺飞锯机总装图 本科毕业设计说明书（论文） 第 18 页 共 47 页 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 图 7 中为飞锯床身，2 为主传动系统的助推缸，3 为导轨，4 为夹紧装置，7 为锯 切系统的气压缸，1 4 主传动系统的主推缸，2 1 为行走小车。 气动式定尺飞锯机总体上采用下部床身上部行走小车的布局，在床身上安装导 轨，在行走小车下部安装四个支撑轮，这样床身就可以通过导轨支撑行走小车并使小 车可以在床身上来回行走。主传动系统布置在床身上，它的气压缸缸筒与床身相连， 活塞杆头通过接头与行走小车拖动轴座相连，这样拖动气压缸就可以拖动行走小车完 成由静止到跟踪行进的型材， 再到复位的动作。 锯切系统安装在行走小车的底盘之上， 它们与小车一起运动， 适时地完成锯切动作。 夹紧装置也安装在行走小车的底盘之上， 它也与小车一起运动，适时地完成夹紧动作。 4 . 2 导轨的设计 在其上端安装导轨， 导轨再支撑行走小车， 只不过这里的导轨设计形式比车床上 的导轨简单的多，如图所示：这种设计非常简单，但是也非常的实用，简单的螺钉固 定，起了很大的作用。如图 8 所示： 本科毕业设计说明书（论文） 第 19 页 共 47 页 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 图 8 气动式定尺飞锯机导轨连接图 4 . 3 气动式定尺飞锯机的行走小车的结构方案 气动式定尺飞锯机的行走小车的结构形式如图 9 所示： 图 9 行走小车结构示意图 图 9中 1是连接主推缸的活塞杆，2是活塞杆与小车之间的连接体，3是上托链 支板，4是行走小车底盘，5是支撑板，6是行进中的管材的支撑辊，1 1行走小车的 支撑轮，1 5 防侧翻板儿。 气动式定尺飞锯机的行走小车的结构方案：用四个支撑轮将行走小车底盘支撑起 来，在行走小车底盘下面焊接连接体（主推缸要推动，小车与活塞杆的连接体） ，为 了增加刚度焊接了两块支撑板，在行走小车底盘上面安装电机，夹紧装置，锯切系统， 防护罩，管材的支撑辊以及拖链的连接板。行走小车底盘是一块长 1 4 1 1 m m ，宽 9 0 0 m m ， 厚 2 0 m m 的 4 5 号钢板。防侧翻板儿是用螺栓将其联接在支撑轮座上的。在防侧翻板儿 上用轴固定了一个小轴承，它钩住了导轨支撑板下侧，起到防止小车侧翻的作用。具 体的安装位置参看行走小车装配图。 本科毕业设计说明书（论文） 第 20 页 共 47 页 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 4 . 4 气动式定尺飞锯机的床身的结构方案 下部床身使整个设备的载体，起的是支撑作用。它的设计直接影响到操作者的工 作，所以它的设计必须人性化，必须考虑操作者的身高等因素。考虑到中国人的平均 身高，所以取床身身高为 6 7 5 m m 。 气动式定尺飞锯床身的结构可以仿照普通车床的床身结构来布局，但是这里的床 身是焊接的，而车床床身是铸造件。床身前后两侧支撑导轨，床身中部安装主传动系 统。 （1 ）床身外侧的筋板是焊接在床身外侧的，这些筋板是为了提高床身侧部支撑 刚度而设计的。 （2 ）床身顶部安装导轨的支撑板是用来安装导轨的，同时也可以提高床身纵向 的刚度，并能保持导轨相对床身的平行度。飞锯床身上的导轨是由一个加工而来的， 其传动精度相对车床导轨来说地的多，但是足以满足本机的要求。在两根导轨的四个 端部，我们设计安装了四个挡块，并在挡块上安装上橡皮块儿，用以防止高速行进的 行走小车在过位或失控时从床身上窜出来，不至于给操作者带来危险和损坏行走小车 上的各部分装置。 （3 ）床身的吊装孔是为了方便安装整个飞锯设备而设计的，它是在床身前后两 侧均部了四个1 5 0 m m的孔，在设备装卸、托运以及校正床身位置是可以用天车吊钩 钩住这四个孔来操作。 （4 ） 行程开关支座是焊接在床侧面筋板上的一块长 2 0 0 0 m m 、宽 5 0 m m 、后 2 0 m m 的一块 4 5号钢板，在这块上我们开了四个螺栓槽，可以将行程开关用螺栓固定在支 座上，并且当要调整所锯切的管材的长度时，可以相应的调节行程开关连接螺栓在支 座上的位置。 （5 ）考虑到飞锯工作过程中，床身承受很大的冲击力，为了使床身平稳的固定 在地面上，我们设计使用 1 0根地脚螺栓来固定床身，螺栓分布位置参看气动式定尺 飞锯机总装图。 （6 ）考虑到管材是在用水冷却后行进到飞锯设备上而进行锯切的，因此，它往 往带一部分水到飞锯设备上， 多余的水往往会腐蚀床身， 有时还影响设备的正常运作， 故而要设计排水设施，在床身上设计了排水管 1 0 1 2 。 本科毕业设计说明书（论文） 第 21 页 共 47 页 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 5 气动式定尺飞锯机的锯切系统的设计与计算 5 . 1 气动式定尺飞锯机锯切系统整体结构方案设计 锯切机构的基本组成包括：气缸，用于推动锯臂作摆切动作；锯臂，连接气缸和 锯切主轴；主轴，连接小带轮和锯片，用于传动；锯臂支座，支撑锯臂；气缸支座， 支撑气缸；其他。 所谓锯切装置，顾名思义就是执行锯切任务将焊管切断的装置。它包括动力源机 构即电动机部分，锯切机构，传动机构及其它辅助机构。制定气动式定尺飞锯机锯切 系统整体结构方案的关键是确定锯切方式，然后才能设计与之相应的各部分具体结 构。 在锯切方式中用的较多的是下摆式和平推式两种飞锯。在实际生产使用中，下摆 式飞锯显然优于平推式飞锯，它不但具有锯片安装、更换容易，传动系统维护方便等 优点，而且锯切装置重心绕心轴呈弧形摆动、稳定性好，能锯切较大宽高比的型钢及 薄壁焊管，且被锯切的型钢端部不变形、无毛刺、定尺误差较小( 一般控制在2 c m 之内) 。总之，用下摆式飞锯锯切的产品质量很受客户的欢迎。因此，我们确定选用 下摆式锯切方式 1 7 2 0 。 5 . 2 气动式定尺飞锯机的锯切系统的结构方案 方案一：采用“V ”字形摆臂，将主轴焊接在“V ”字形摆臂一端，将心轴焊接在 “V ”字形摆臂拐角处。在安装主轴那一端加装一根销轴，销轴再与锯切液压缸的接 头相连，心轴是通过心轴支座固定在行走小车底盘之上的，而锯切气压缸也通过支座 和气压缸耳轴相连再将支座固定在行走小车底盘之上的形式与小车相连，这种形式可 本科毕业设计说明书（论文） 第 22 页 共 47 页 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 用图 1 0 来示意。 图 1 0 采用“V ”字形摆臂锯切示意图 图 1 0 中 1 是行走小车底盘，2 是锯切气压缸支座，3 是锯切气压缸，4 是接头，5 是销轴，6 是“V ”字形摆臂，7 是心轴，8 是心轴支座，9 是主轴。 方案二：采用“一”字形摆臂，分别将主轴（安装锯片，高速旋转并实施锯切的 轴）和心轴焊接在摆臂两端，在安装主轴那一端加装一根销轴，销轴再与锯切气压缸 的接头相连，心轴是通过心轴支座固定在行走小车底盘之上的，而锯切气压缸也通过 支座和气压缸耳轴相连再将支座固定在行走小车底盘之上的形式与小车相连，这种形 式可用图 1 1 来示意 1 3 。 本科毕业设计说明书（论文） 第 23 页 共 47 页 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 图 1 1 “一”字形摆臂锯切示意图 图 1 1中 1是行走小车底盘，2是心轴支座，3是“一”字形摆臂，4是锯片，5 是主轴，6 是销轴，7 是接头，8 是锯切气压缸，9 是锯切气压缸支座。 5 . 3 气动式定尺飞锯机锯切系统的结构方案的比较优化 方案一和方案二都采用的是下摆式锯切方式，其最大的差别是锯切气压缸的安放 位置不同，这就造成了摆臂的形式差异，摆臂形式的不同，其刚度优异性不同。“V ” 字形摆臂在锯切过程中是臂的两端受力，向中间挤压；“一”字形摆臂在锯切过程是 两端部受相同方向的径向力，中部靠联接气压缸一段受相反方向的径向力。“V ”字 形摆臂在锯切中更容易实现摆切动作，并且对气缸推力的要求比较小。 最后，我确定使用“V ”字形摆臂形式的锯切方式。 本科毕业设计说明书（论文） 第 24 页 共 47 页 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 6 主要零部件的设计 6 . 1 切削力、功率的计算 6 . 1 . 1 锯片的选择 考虑到本次设计的技术要求及要加工的焊管的情况，选定锯片为4 5 0 4 0 3 . 5 （唐山锯片厂生产制造） ，其基本参数为：锯片直径为 4 5 0 m m ，内径为 4 0 m m ，锯片厚 度为 3 . 5 m m 1 4 ，1 5 。 6 . 1 . 2 计算切削力、功率 由经验公式： 切削力 =tBF切 1 6 （6 . 1 ） 其中 B 切刃接触面的周长，m m t 被切材料厚度，m m 抗剪强度，M P a 我们可以设：被切焊管直径为6 0 m m ，厚度为3 m m ，材料为Q 2 3 5 。又知道，锯片厚 度为3 . 5 m m 。在上面的公式中B 随着锯切深度的变化而变化，是变量，当锯齿切到焊管 的直径时，B 最大，约为（锯片厚度+ 焊管厚度）4 。 被锯切焊管部位的温度愈高，其抗剪强度愈低（如表1 所示），从而锯切力就愈 小。由于该锯切系统采用自然冷却方式，不能及时地将热量散去，且锯片的转速很高 （据估算可达到5 0 0 0 r / m i n ） ， 所以在工作过程中焊管可以瞬间达到9 0 0 度以上的高温， 根据表1 ，此时抗剪强度为5 9 M P a 1 4 ，1 5 。 表1 钢材Q 2 3 5 在不同受热温度状态下的抗剪强度 所以 切 F = ( 3 . 5 + 3 )43 . 55 9 本科毕业设计说明书（论文） 第 25 页 共 47 页 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 = 5 3 6 9 N 产生的转矩 T = 切 FD / 2 （6 . 2 ） 其中， D 锯片直径 所以， T = 5 3 6 90 . 4 5 / 2 = 1 2 0 8 mN 所需功率为 P=vF 切 （6 . 3 ） 其中 锯齿的线速度 又由公式 = 60 Dn ， 得 （6 . 4 ） P = 切 F ?60 Dn （6 . 5 ） 代入数据可得 P = 5 0 1 9 K w 即切削功率为 5 0 1 9 K w 6 . 2 电机的选择 6 . 2 . 1 电动机类型的选择 （1 ）根据电动机的工作环境选择电动机类型 （a ）安装方式的选择 电动机安装方式有卧式和立式两种，卧式电动机的价格较立式的便宜，所以通常 情况下多选用卧式电动机，一般只在为简化传动装置且必须垂直运转时才选用立式电 动机。在此选用卧式电动机。 （b ）防护形式的选择 电动机防护形式有开启式、封闭式、防护式和防暴式四种。 （c ）开启式电动机在定子两侧与端盖上有较大的通风口，散热条件好，价格便 宜，但水气、尘埃等杂物容易进入，因此只在清洁、干燥环境下使用。 （d ）封闭式电动机又可分为自扇冷式、他扇冷式和密闭式三种。前两种可在潮 湿、多尘埃、有腐蚀性气体或易受风雨的环境中工作。第三种可浸入液体中使用。 （e ）防护式电动机在机座下方开有通风口，散热较好，能防止水滴、铁屑等杂 物从上方落入电动机， 但不能防止尘埃和潮气入侵， 所以适宜与较清洁干净的环境中。 （f ）防暴式电动机适用于有爆炸危险的环境中，如油库、矿井中。 本科毕业设计说明书（论文） 第 26 页 共 47 页 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 我们所设计的机械定尺飞锯机一般安装在焊管机组的后面，鉴于其生产环境，因 此选择封闭式电动机。 （2 ）根据生产机械的负载性质选择电动机类型 （a ）对于不要求调速、对启动性能亦无过高要求的生产机械，应优先考虑使用 一般鼠笼式异步电动机。若要求启动转矩较大，则可选用高启动转矩的鼠笼式异步电 动机。 （b ）对于要求经常启、制动，且负载转矩较大、又有一定调速要求的生产机械， 应考虑用线绕式异步电动机。 （c ）经常对于只需要几种速度，而不需要无级调速的生产机械，为了简化变速 机构，可选用多变速异步电动机。 （d ）对于要求恒速稳定运行的生产机械，且需要补偿电网功率因素的场合，应 优先选用同步电动机。 （f ）对于需要大的启动转矩，又要求恒功率调速的生产机械，常选用直流串励 或复励电动机。 （e ）对于要求大范围无级调速，且要求经常启动、制动、正反转的生产机械， 则可选用带调速装置的直流电动机或鼠笼式异步电动机。 电动机分为交流电动机和直流电动机两种。由于直流电动机需要直流电源，结构 较复杂，价格较高，维护比较不便，因此选用交流电动机。 综上所述根据在满足生产机械对拖动系统静态和动态特性要求的前提下，力求结 构简单、运行可靠、维护方便、价格低廉的原则下。选用封闭扇冷式 Y 系列异步电动 机。 6 . 2 . 2 电动机额定电压的选择 电动机额定电压一般选择与供电电压一致。 普通工厂的供电电压为 3 8 0 V 或 2 2 0 V 。 选择电动机额定电压 2 2 0 V 。 6 . 2 . 3 电动机额定转速的选择 容量相同的同类型电动机，有几种不同的转速系列可供选择，如三相异步电动机 常用的有四种同步转速，即 3 0 0 0 r / m i n 、1 5 0 0 r / m i n 、1 0 0 0 r / m i n 、7 5 0 r / m i n （相应的 电动机定子绕组的极对数为 2 、4 、6 、8 ） 。低速电动机的极对数多，转矩也大，因此 本科毕业设计说明书（论文） 第 27 页 共 47 页 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 外廓尺寸及重量都较大，价格较高，但可以使传动装置总传动比减小，使传动装置的 体积、重量较小；高速电动机则相反 6 。因此确定电动机转速时要综合考虑，分析比 较电动机及传动装置的性能，尺寸、重量和价格等因素。通常多选用同步转速 1 5 0 0 r / m i n 和 1 0 0 0 r / m i n 的电动机（轴不需要逆转时常用前者） ，但由于此电机用于驱 动飞锯，需高速运转，因此选用电动机的额定转速为 3 0 0 0 r / m i n 左右。 6 . 2 . 4 电动机容量的选择 电动机的选择主要是容量的选择，如果电动机的容量选小了，一方面不能充分发 挥机械设备的能力，使生产效率降低，另一方面电动机经常在过载下运行，会使他过 早损坏，同时还可能出现启动困难、经受不起冲击负载等故障。如果电动机容量选大 了，则不仅使设备投资费用增加，而且由于电动机经常轻载下运行，运行效率和功率 因数（对异步电动机而言）都会下降。 电动机所需工作功率按式 w P = P a （6 . 6 ） 代入数据得 w P = 1 4 K w 由电动机至锯片的传动总效率为 a ? = 21? ? （6 . 7 ） 其中 1 ?、 2 ?分别为带传动和轴承的传动效率， 1?= 0 . 9 6 2 ?= 0 . 9 8 所以，代入数据可得 w P = 1 5 K w 查产品目录且进行市场调研选取 Y 1 6 0 M 2 - 2 型异步电动机。 Y 1 6 0 M 2 - 2 型异步电动机的外形及主要尺寸 7 ，8 如图 1 2 ： 本科毕业设计说明书（论文） 第 28 页 共 47 页 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 图 1 2 电动机外形 其主要参数如下： 额定功率：1 5 K w 同步转速：3 0 0 0 r / m i n 满载时， 额定电流：2 9 . 4 A 转速：2 9 3 0 r / m i n 效率：8 8 . 2 % 功率因数：0 . 8 8 重量：1 2 5 k g 6 . 3 带传动设计