毕业设计（论文）-无卡轴旋切机机构设计及实现（全套图纸）.doc

图书分类号： 密 级： 无卡轴旋切机机构设计及实现无卡轴旋切机机构设计及实现 THE DESIGN AND IMPLEMENTATION OF THE MECHANISM OF THE NONCLAMPING SHAFT ROTARY CUTTING MACHINE 摘摘 要要 旋切机就是把圆木旋切成单板的形式，是制造胶合板的主要机械。本文设计的无 卡轴旋切机是对有卡旋切机的一次改进，采用双辊驱动，液压系统推动刀具进给的方 式，同时可以用输送机把圆木输送到三根辊中间，用托木钩接住圆木，刀具向前进给 并压紧圆木，从而实现旋切。无卡轴旋切机由电机、减速机、床身、导轨、底座、液 压系统及刀具组成。液压进给是一种比较新颖的进给系统，效率高，噪声小。本文无 卡轴旋切机能够充分的利用圆木，提高木材的利用率。 关键词关键词 无卡轴旋切机；液压系统；刀具进给 全套图纸加 153893706 1 Abstract The rotary cutting machine is to cut the logs into veneer form, is the main machinery manufacturing plywood. This design without card axis peeling machine is of card peeling machine improvements, driven by double roller, hydraulic system promote the tool feed, and conveyor with the logs transported to the middle of the three roller, used hook to catch log tool to move forward to and compacting log, so as to realize the rotary cutting. Spindlelessveneer lathe is composed of motor, reducer, bed, guide, base, hydraulic system and tool. Hydraulic feed is a relatively novel feed system, high efficiency, low noise. The lathe can make full use of the log, improve the utilization rate of wood. Keywords no card shaft rotary cutting machine using hydraulic system tool feed 2 目录目录 摘要.1 Abstract.2 1 绪论.5 1.1 课题研究的意义.5 1.2 国内外无卡轴旋切机的发展状况.6 2 旋切机的简介.9 2.1 旋切机的分类.9 2.2 无卡轴旋切机的旋切步骤.9 2.3 无卡轴旋切机的主要工作过程.10 2.4 我国无卡轴旋切机的主要技术问题.10 3 零件的选择与设计.12 3.1 电动机的选择.12 3.2 减速器的设计.12 3.2.1 各轴的转速.12 3.2.2 齿轮的设计.12 3.2.3 齿轮的校核.13 3 3.2.4 各轴的轴径.16 3.3 电动机与减速器的连接.17 3.4 链传动的设计计算.17 3.4.1 链轮的选择.18 3.4.2 链传动的计算.19 3.5 链轮支架的设计.20 3.6 滚动轴承的设计与选用.20 3.6.1 滚动轴承的选择.20 3.6.2 滚动轴承寿命的校核.21 3.6.3 滚动轴承的润滑.21 3.6.4 滚动轴承材料的选择.22 3.6.5 滚动轴承的预紧.22 3.7 轴承座的设计.22 3.8 驱动辊的设计.23 3.9 导轨的设计.23 3.10 床身底板的设计.23 4 液压进给系统的设计.24 4.1 液压进给系统的简介.24 4.2 刀具与木材的进给运动.24 4.3 液压系统各个部分的选择.27 4.3.1 液压泵的选择.27 4.3.2 液压缸的选择.28 4.3.3 控制阀的选择.28 4.3.4 辅助元件的选择.29 4.4 液压进给系统的回路设计.29 结论.31 致谢.32 参考文献.33 附录 1.34 附录 2.34 4 1 绪论 1.1 课题研究的意义 胶合板是由单板组合而成，单板的质量和精度很大程度的决定胶合板的质 量。胶合板有很多的优点，材质均匀，稳定性良好，不易变形，力学性能好， 易于加工，所以很多工业都能应用到胶合板。胶合板的需求量很多，在日益增 加的需求量下，迫切需要一种利用率相对较高的旋切机，所以无卡轴旋切机应 运而生。 我国是一个人均木材比较匮乏的国家，木材行业基本处于一个供不应求的 状态，与发达国家相比我国的木材利用率仅仅为百分之六十左右，世界上一般 发达国家的木材利用率达到了百分之八十，而瑞典更是达到了百分之九十。由 此可见提高木材的利用率是我国的当务之急，据统计我国木材利用率每提高百 5 分之一就会节省 23 万立方米的木材，会大大增加我国的经济效益，无卡轴旋切 机的研究方向在于提高木材的利用率和加工精度，减少废料的产生。 相比较传统有卡轴旋切机采用的有卡旋切，无卡轴旋切机不存在卡芯，可 以旋切直径较小的木材。而有卡旋切机在旋切的时候必须采用卡轴来固定木材， 所以卡轴的大小决定了木材加工的大小，卡轴越大则剩余木材量也就越大，但 是如果卡轴过小，则旋切时木材容易打滑，提供不了旋切所需要的扭矩。无卡 轴旋切机由两个驱动辊带动木材的转动，可以加工的木材直径更小，从而提高 了木材的利用率，使利用率提高了百分之十。 但是无卡轴旋切机在我国的起步很晚，现在传统的木材旋切的主流，仍是 先用有卡旋切机旋切木材，再使用无卡旋切机旋切剩余的木料。所以在我国无 卡轴旋切机在质量和技术先进性方面与发达国家仍存在很大的差距。在旋切过 程中，木材直径越来越小，使得刀具进给的速度需要越来越大，这就给无卡轴 旋切机的设计带来了一定的难度，而且使得单板的厚度难以保证，从而造成胶 合板质量的参差不齐。单板厚度的变化使得胶合板需要用更大的压力，但是这 样增加了木材的压缩损失，也使得胶层厚薄不均匀，内部会产生很大的残余应 力，容易使胶合板变形，降低了产品的质量。 木工机械行业是组成我国机械制造业的重要部分，大量运用在人造板生产 制 造、建筑装潢材料制造、家具制造领域。木工机械有很多种分类，可以用于 加工原木，制造家具，其中原木加工机械是最基础的，包括原木旋 切机、单板 干燥机、热压机等，主要用来对原木进行第一道工序的加工。旋切机在原木加 工机械中占有很大的比重。 改革开放以来，我国经济在不断的增长，现在我国经济 GDP 总量排名世界 第二。经济增长相对应的带来了中国制造业的增长。特别是现如今中国房地长 行业的发展使得中国对于装修行业的需求增大，同时相对的使得中国对于人造 板的需求大大增加。但是我国人造板的相对技术比较薄弱，虽然目前中国人造 板的产量很高，但是相对利用率却很低下。不仅如此，酒店业、家具业和室内 装修业也在快速的发展着，对于胶合板的需求量更大了。巨大的木材需求与现 如今中国木材产量的不平衡，使我国不得不从国外进口很大数量的胶合板。随 着我国制造水平的提高，对木材利用率的提高，我国胶合板的制造目前已经可 以达到自给自足的状态。根据相关资料的表明，到目前为止我国百分之九十六 的人造板都是有国内生产，只有很少很特殊一部分从国外进口。到 2010 年底， 我国有木工机械生产企业 1000 多家，从业人员超过 10 万人，可向用户提供 1100 多种木材加工机械产品，总产值超过了 125 亿元人民币。这为我国人造板 6 产量连续几年处在世界首位起到了难以替代的支撑用。 国家林业局在 2010 年提出，我国要在旋切机的研发上加大研发资金的投入， 以此来加快我国旋切机前进的步伐。同时还要学习国外先进的制造技术与经验， 学习国外人造板相关产业的结构。为了促进我国林业装备的发展，林业局制定 了一系列相关政策。首要的就是在国内要培养大量技术型人才，扶植一些相关 企业，在政策上予以优惠，而且还可以提供良好的投资环境用来吸引外资，从 而提升我国林业机械设备的制造水平。我国“十二五”规划明确预测了我国将保 持每年百分之七到百分之八的经济增长水平，建筑业、装饰业、家具业等对胶 合板有巨大需求产业将一直保持较快的发展趋势，这些行业对于人造板的需求 非常旺盛，在很大程度上刺激了人造板的生产，也推动了旋切机在不断快速的 发展着。 1.2 国内外无卡轴旋切机的发展状况 林业产业是世界上最重要的产业之一，而人造板产业是其支柱产业。人造 板产业的出现促进了木材的高效利用，使得木材和一些纤维织物可以通过人工 加工的方式用于人类社会的生产上，极大地提高了木材的利用率，也减少了人 类对于森林的砍伐。人造板最早起源于上世纪五十年代的美国，那时候美国的 经济在高速的发展，对于木材的使用量急剧增加，人们迫切需要一种质量较好 造价相对低廉的木材，此时人造板应运而生。在随后的二十年，人造板有美国 传入欧洲，自此整个世界意识到了人造板的巨大经济效益人造板进入了飞速的 发展状态。一些欧美国家在四十年以前就已经在人造板的生厂上实现了全部的 机械化，在一些关键部位实现了自动化。随着第一台计算机的诞生到目前为只 计算机技术的高速发展，在电子技术方面已经可以做到微控制，比如 PLC 技术。 现在的木材产业已经完全可以做到由电脑控制，人工辅助，可以不断的提高效 率，减少能耗，降低成本，使生产能力持续增加。国际人造板机械行业的三大 巨头美卓(Met-so)、迪芬巴赫(Dieffenbacher)和辛北尔康普(Siempelkamp)在 上世纪 90 年代顺应激烈的国际竞争而生。他们的集团化重组使他们具有了更大 的竞争力，更高的开发研制能力，以及更多的知名度。据报道，三大集团 2001 年的人造板机械销售总额达到 12.75 亿欧元；世界上百分之八十的木工机械都 是由其提供，可以说三大集团已经做到了无人可以超越的地步。其中美卓人造 板机械公司由于其领先的技术，高度集成的设备，是目前世界上唯一能提供全 套人造板生产线设备和工艺技术以及全面的工艺解决方案的供应商。 以人为主操作的机器可能会出现很多的问题，会造成各种各样的误差，而 机器自主的操作这种误差就会小很多，所以更多人考虑的是增大机器的自主权， 7 减少设备的手动操作。发达国家的许多企业就已经成功实现了上述想法。很多 发达国家的工厂中，一整条生产线只用到 5 个人或者 7 个人，他们只是做一些 计算机的调整，用监控设备监控设备的生产，由此达到整条生产线不断的运行。 机器控制比认为控制的系统更容易达到利益的巨大化并且减少失误，并做到设 备外观美学化9。 上世纪五十年代，我国的骨干国营胶合板生产企业主要集中在北京、天津、 长春、哈尔滨等一些重工业基地，这些地方遗留了一些西方侵略者的原有设备， 所以当时的国有企业可以就地的利用这些设备，另外当时的中国由于研发能力 很弱，不能制造出属于自己木工机械，所以大部分的木工设备还要从原捷克斯 洛伐克、原联邦德国等国家进口。上世纪七十年代我国开始自主的研发旋切机， 在当时信阳木工机械公式承担了中国旋切机的主要研发，同时也是中国当时最 大的木材加工企业，当时信阳生产的人造板出口到国外，一致受到国外公司的 好评。1977 年信阳方面成功生产我国第一台“液压双卡轴恒定线速度旋切机”， 可加工木材直径达到 12120cm，加工长度 198275cm，板材厚度可达 0.8mm，主轴变速范围 0180r/min。它的驱动电机在当时的国内处于最先进的 水平，采用的是直流拖动，能够自由方便的实现无极调速、变速，除了变速之 外，次直流驱动电机还可以人为的设定恒定线速度。从此木材生产率得到了极 大地提高，并且节省了大量的能源。并可以实现特定应用区段恒功率调速，从 而满足旋切机恒功率特性的需求，使电机容量得到充分利用，节省能源。1987 年信阳木工机械有限责任公司成功引进意大利 Ceremony 公司设计的双卡轴旋 切机液压控制术。伺服液压技术的核心在于自动控制刀架进给动作，从而使加 工的单板厚度可以无级平顺调节。上个世纪 90 年代，信阳木工机械有限责任公 司成功研制出达到国内外领先水平的、并具有自主知识产权的“单卡轴三刀旋切 机”，并于 1993 年获得国家发明专利。该类型旋切机不但可以有效减小剩余木 芯直径，还可同时进行木芯和原木的连续加工，而且可以保持较高的旋切精度。 两侧卡轴的伸缩动作由液压系统驱动，并由电机直接驱动卡轴旋转。使得剩余 木材直径可小于 6.5cm，有效的提高了材料利用率。上世纪 80 年代，当时位于 北京市的林业机械研究所成功研制了具有自主知识产权的 BQ-1813 型无卡轴旋 切机，这标志着我国已经可以自主研发无卡轴型旋切机。该旋切机采用特殊的 振动旋切结构，有效的降低旋转阻力和旋切耗能；由于采用先进的摩擦式驱动 木材完成旋转，并进行旋切加工，使得剩余木芯直径小于 5cm，不仅使旋切单 板的出材率较有卡轴旋切机提高 8%，而且使采用较细木材进行旋切加工单板成 为可能。此项设计于 1990 年 3 月荣获“林业部科技进步二等奖”，同年 12 月获 得“国家科技进步二等奖”荣誉称号12。此后，以“无卡轴切削原理”为基础的各 8 式旋切机在国内得到大量的使用，无卡轴旋切机不仅仅是在我国极为广泛地应 用，而且此类旋切机占同类机械最大的出口份额，已经出口到亚太非、欧洲以 及南美洲等多个国家和地区。 最近几年我国许多高校实验室都对无卡轴旋切机做了很多的研究，有的高 校已经取得了重大的突破，浙江大学对于无卡轴旋切机的进给系统做出了一种 新型的研究，他们研究的主要方向就是驱动辊在进给时产生一定的夹角，那样 就可以对更小的原木进行旋切，并且提出了新的旋切公式，这个公式的提出使 得旋切机可以更加高效的旋切木材。基于液压控制系统的发展，为了使旋切机 的进给更加精确，工作环境更加良好，广东城市职业学院的鲁霞和厦门大学的 胡国清教授利用液压进给系统推动刀具的前进，推导出液压系统流量计算公式， 此计算公式是关于液压流量与进给速度之间的关系，为了保证旋切机正常的工 作，必须要确定流量和速度之间按照一定的关系在运行。河南农业大学等教授 提出了一种基于 PLC 控制的新型旋切机。正是通过这些高校师生的不断努力， 国家才一直没有停下研发的脚步，而如今中国也在用一种高速发展的姿态在不 断的追逐发达国家的脚步，我坚信中国在高端技术方面终有一天会追上发达国 家的脚步，并且打出属于中国自己的名号。 2 旋切机的简介 2.1 旋切机的分类 旋切机分为有卡轴旋切机和无卡轴旋切机，有卡轴旋切机适合旋切较大的 木材直径，一般有卡轴旋切机的旋切直径为在 300mm 以上，有卡轴旋切机使用 两端的卡头卡住木材，通过卡头的转动来带动木材的转动，带动木材在刀具上 旋转，从而旋出单板。 【更多毕业设计，更多毕业设计，Q380615448】 【代做毕业设计，代做毕业设计，Q380615448】 9 无卡轴旋切机不采用卡头，采用两根驱动辊与一根压尺辊，通过三根辊抱 住木材，然后两根驱动辊旋转带动木材在刀具上旋转。无卡轴旋切机一般旋切 木材的直径为 30mm-300mm，可以旋切有卡轴旋切剩余的木芯，从而达到提高 旋切的效率。 2.2 无卡轴旋切机的旋切步骤 工作原理（图 2-1），呈三角形布置的三个辊简将木段 5 抱住.其中辊简压 尺的作用由固定辊 2 实现，摩擦驱动和进给作用由另外两个摆动辊 1 实现，摩 擦辊 1 的长度，压尺架的长度和勺旋刀的长度相等。为了使旋切出的单板厚薄 适中，拥有光滑的表面，所以在旋切时两只摩擦辊必须始终沿着木段全长拖加 均匀的压力。为了实现进给运动，必须在驱动木段逆若旋刀 4 的刃口旋转时， 也要同时将木段 5 推向旋刀。无卡轴旋切机之所以木材利用率高，可以旋切直 径较小的木材，是因为旋切终了时，其两个摩擦辊彼此可以靠得很近，从而使 得旋切后木芯的直径可以很小，最终旋切后的木材的直径一般小于 50mm，使 得旋切机可以旋切直径更小的木材。此外，在刀床振动系统的带动下的旋刀将 沿着旋刀的长度方向做往复帘动，在运动过程中，旋刀的振动的频率为 2 次 /s，不仅减小了旋切阻力，延长了旋刀的使用寿命，同时还提高了旋切出来的 单板的质量。 1.摆动辊 2.固定辊 3.旋切单板 4.若旋刀 5.木段 图 2-1 无卡轴旋切机旋切原理图 10 无卡轴旋切机的刀门间隙的大小决定了其最终旋切出的单板厚度.相较于有 卡轴旋切，其旋切出来的单板的厚度的误差较大。无卡轴旋切机虽然一般不能 单独使用，但是可以与旋圆机相配套.作为小径木或竹材的旋切设备或者在胶合 板的生产线上作为木芯的再旋设备。 2.3 无卡轴旋切机的工作过程 旋切机的工作主要由电动机带动减速机的旋转，减速机带动床身上的两根 摩擦辊转动，两根摩擦辊带动圆木转动，同时由液压系统推动刀具和压尺向前 进给，实现圆木的旋切，此时圆木被切成单板，直到刀具进给到与摩擦辊最小 距离时液压系统反向滑行，回到原点，然后再装入木材继续加工。 图 2-2 旋切机简图 2.4 我国无卡轴旋切机的主要技术问题 我国人造板生产程序很不成熟，技术方面存在很大问题，创新能力弱，国 内研究环境差，因此我国生产的无卡轴旋切机还存在很大的问题。随着科学技 术的发展，人造板正朝着自动化的路上发展，自动化成都的高低代表了旋切机 发展的高低，而且随着自动化的发展，对于人工的需求就会降低，从而降低了 生产的成本，也降低了由于人工生产而带来的误差。所以说自动化的发展对于 无卡轴旋切机的发展是至关重要的。 由于无卡轴旋切机是采用三根摩擦辊，由两根驱动辊带动木材的转动，所 以驱动辊与木材之间有无相对转动对于木材的旋切很重要，要保证木材与驱动 辊不打滑，这样加工出来的单板精度会更高。驱动辊的转速不宜太高，但是也 11 不宜太低，否则不能够加工木材。 传统无卡轴旋切机的进给系统是滚珠丝扛进给，但是滚珠丝扛的噪声很大， 这样会造成旋切机工作环境变差，因此越来越多的厂家选用液压进给系统。 3 零件的选择与设计 3.1 电动机的选择 本设计选用型号为 Y132S-4 的三相异步电动机，这种电动机结构简单，占 地面积小，运行平稳，价格相对便宜，额定功率：5.5kw，额定转速:1440r/min, 额定电压：380v，输出轴直径：38mm 3.2 减速器的设计 12 3.2.1 各轴的转速 采用二级直齿圆柱齿轮减速器，调研厂家得知一般摩擦辊转速为 120r/min，电动机转速为 1440r/min，传动比 1440 12 120 i 一般来说 12 1.31.5ii:，则 1 4i ， 2 3i 。该减速器有三个轴，轴、轴 、轴，各轴的转速为 1 1440 / minnr 2 1440 360 / min 4 nr 3 360 120 / min 3 nr 轴是高速轴、轴是中速轴、轴是低速轴。 3.2.2 齿轮的设计 无卡轴旋切机工作的速度不高，为一般机械，所以选用 7 级精度。 第一级齿轮的设计： 小齿轮最高转速为 n= 1440r/min 小轮齿最大扭矩 T=63744.50N.mm 传动比为 i=4 小轮齿数 Z1= 17 小轮齿宽 b1=68mm 选择小齿轮的材料为合金钢调质， 硬度为 280HBS 大轮齿数 Z2=85 中心距 D=204mm 大轮齿宽 b2=68mm 大轮齿面硬度为 240HBS 大轮材料及热处理方式为结构钢正火 第二级齿轮的设计： 小轮最高转速 n=360r/min 小轮最大扭矩 T=299948.18N*m 传动比 i=4 小轮齿数 Z1=17 小轮齿宽 b1=110mm 13 小轮材料及热处理方式为合金钢调质 小轮齿面硬度为 280HBS 大轮齿数 Z2=68 中心距 D=276.250mm 大轮齿宽 b2=110mm 大轮齿面硬度为 240HBS 大轮材料及热处理方式为结构钢正火 3.2.3 齿轮的校核 齿根弯曲疲劳强度的校核： 校核公式为： 0 2 F KFt YFa YsaKTYFa Ysa YsaF bmbdm F= 式（3.1） 载荷系数 K 的计算： KKaKvKFaKF 式（3.2） 1 1.05 1.2 1.31.638 小齿轮传递的转矩 T 的计算： 减速机的许用输出转矩为： 394.1394100TN mN m 故： 1394100TTN mm 齿宽系数 d ，齿宽 b1,b2取: 0.6 d 则由: / d b d 式（3.3） 可得: 11 0.6 9054 d bdmm 22 0.6 13078 d bdmm 式（3.4） 齿形系数 YFa： 1 2.91YFa ， 2 2.60YFa 应力校正系数 Ysa： 1 1.53YSa ， 2 1.595YSa 大小齿轮弯曲疲劳强度极限 FE： 14 1 500 FE MPa， 2 380 FE MPa 查的弯曲寿命系数: 1 0.85KFN ， 2 0.88KFN 弯曲疲劳许用应力： 取弯曲疲劳安全系数 S=1.4，由式 11 1 0.85 500 303.57 1.4 KFNFE FMPaMPa S 22 2 0.88 380 238.86 1.4 KFNFE FMPaMPa S 式（3.5） 由公式: 11 11 11 2 KTYFaYsa FF bd m 式（3.6） 代人各值，得: 11 2 1.638 2.91 1.53 394100 236 54 90 5 FMPaF 22 2 22 2KTYFaYsa F b d m 2 2 1.638 2.60 1.595 394100 105.6 78 130 5 MPaF 所以符合要求。 齿面接触疲劳强度得校核： 参考公式: 1 2 2(1) 2.5 KTu HZEH bdu 式（3.7） 载荷系数的计算： 1 3.14 90 164 0.772/ 60 100060 1000 dn Vm s 7 级精度，查得动载系数 Kv=1.05，直齿轮，假设: /100/KA Ft bN m 式（3.8） 得: 1.2KHaKFa 可得使用系数: 1KA 15 223 1.120.18(1 6.7 0.6 )0.60.23 10541.352KH 由: /54/ 2.23 54.8b h 1.352KH 可得: 1.3KF 故载荷系数: 1 1.05 1.2 1.3521.70KKA KvKHaKH 传动比: 2 1 13 9 Z u Z 由相关资料可得材料的弹性影响系数: 1/2 189.8ZEMPa 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限: lim1 1200HMPa 大齿轮的接触疲劳强度极限: lim2 650HMPa N=60njLh 计算应力循环次数： 8 1 60 164 1 (1 8 300 15)3.54 10N ， 8 8 2 2 22 3.54 10 4.90 10 13/9 N N u 根据相关资料可得接触疲劳寿命系数 : 1 0.9KHN ， 2 0.95KHN 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1%，安全系数 S=1， 2lim2 2 0.95 650617.5 KHNH HMPa S : 式（3.9） 16 把各数据代人公式: 1 2 2(1) 2.5 189.8 KTu HH bdu 式（3.10） 11 2 2 1.70 394100 13 2.5 189.8998.1 54 909 HH 12 2 2 1.70 394100 13 2.5 189.8576 78 1309 HH 则符合要求。 3.2.4 各轴的轴径 电动机机的效率 0.96 wj 传动装置中各部分的效率,查手册中表 1-7 可知 一般齿轮传动效率 1 0.97 联轴器传动效率 =0.99联 双排链轮传动效率=0.99双 轴承传动效率 =0.98轴 电动机至工作机之间传动装置的总效率 =0.99 0.98 0.97 0.98 0.97 0.99 0.98 0.96=0.833 轴的功率 11 =5.33kwP P 电 轴的功率 212 5.176ppkw 轴的功率 323 5.021ppkw 由式 16.2,得各轴的最小直径分别为: 1 3 3 1 1 5.335 10230.783 1440 p dCmm n 2 3 3 2 2 5.176 10235.802 360 p dCmm n 17 3 3 3 3 3 5.021 10250.410 120 p dCmm n 根据减速机实际情况选择 1 35dmm， 2 40dmm ， 3 70dmm 3.3 电动机与减速器的连接 减速机与电动机通过轴连器连接，电动机转速为 1440r/min，电动机轴径为 38mm，减速机输入轴径为 24mm，本设计采用摩擦片式电磁离合器来连接电动 机和减速机，结构图如下： 1.主动轴 2.从动齿轮 3.套筒 4.衔铁 5.从动摩擦片 6.主动摩擦片 7.集电环 8.线圈 9.铁芯 图 3-1 电磁离合器实物图与结构图 摩擦片式电磁离合器性价比高，适合轻工业，而无卡轴旋切机的工作功率 不是很高，转动频繁，工作环境比较干燥，很适合电磁离合器。 3.4 链传动的设计计算 3.4.1 链轮的选择 减速机与两个驱动辊采用双排链轮连接，减速机轴上双排链轮与两个驱动 辊链轮成三角形布置，通过链条连接，是一种链传动。由于链条的存在，减速 机与驱动辊速动相同，传动效率比普通带传动有很大的提高。传动简图如图所 示 18 图 3-2 传动结构简图 双排链轮的三维图如下： 图 3-3 双排链轮三维图 双排链轮实物图如下： 图 3-4 双排链轮 双排链轮 CAD 图画法如下： 19 图 3-5 双排链轮 CAD 图 本设计双排链轮孔径为 50mm，滚子链为 21Z-12A 双排链轮，双排滚子链。 3.4.2 链传动的计算 查阅机械设计相关数据及相关步骤得知，首先本设计要确定链传动的相关 参数，首先需要确定的就是链轮的齿数 z，由于此旋切机选用双排链轮，而且 参数完全相同，所以只需计算一排的齿轮的相关数据。链轮的最少齿数 zmin=9，由于这里旋切机的转速较高，冲击较大，所以链轮的齿数 Z17，而且 链轮的链齿要进行淬硬。本设计链轮齿数为 19，由于本设计链轮齿数相同，所 以传动比为 1:1. 双排链工作功率为： AZ ca P K K P K P 式（3.1） 式中 KA工作系数 KZ主动链轮齿数 KP多排链系数（双排链系数为 1.75） P传递功率 双排链的工作节距： 01221 0 0 2() 22 p azzzzp L pa 式（3.2） 这里求得链节距 p 为 25.4 3.5 链轮支架的设计 20 减速机输出轴表面到驱动辊中心的距离 a=399.4mm，驱动辊轴直径为 D=50mm，齿轮支架设计的高度 h=192.5mm，底座宽为 b=80mm，厚度 d=24mm，孔壁的表面粗糙度要达到 3.2，防止轴的表面过度磨损，其他表面的 粗糙度达到 12.5 即可，材料为 45 号钢，具体详见零件图 3.6 滚动轴承的设计与选用 3.6.1 滚动轴承的选择 本设计多处需要用到轴承，因此轴承的选择至关重要。减速机需要用到六 个轴承，两个驱动辊需要用到八个轴承，压尺辊需要用到四个轴承，根据旋切 机的特性，本设计选用滚动轴承。滚动轴承有很多种选择，需要考虑以下方面 来选择： (1)、根据荷载的方向、大小和性质选择 向心轴承可以承受的荷载是径向荷载，所有的推力轴承可以承受的荷载是 轴向荷载，如果要同时承受这两种荷载，可以选择角接触轴承或者圆锥滚子轴 承。如果轴向荷载很小时可以选择深沟球轴承。角接触球轴承与圆锥滚子轴承 需要成对的按住使用。一般的滚子轴承的承载能力要比同尺寸下的球轴承的承 载力要大，并且能够承受更强的冲击荷载。本设计中所有轴承只承受径向荷载。 （2）、根据轴承的转速选择 一般在转速较低的情况下，转速对于类型的选择并没有产生什么影响，但 是在高转速的时候，就会对轴承的类型产生很大影响。轴承样本中有各种类型， 各种尺寸轴承不同的极限转速 nmin的值，一般情况下，轴承的工作转速要小于 这个极限值。由于轴承旋转也同样受到温度的影响，因此，并不认为轴承的极 限转速不能超越。球轴承的极限转速比滚子轴承的转速要高，故一般在高速运 动时优先选用球轴承。 （3）、根据轴承的支承限位要求选择 一般要求轴承能够承受双向的轴向荷载，这样可以用作轴承两个方向的轴 向位移，可以用来固定支承限制轴的两个方向。而只能够承受单向轴向荷载的 轴承可以用作单向限位支承。游动支承则不限位。 （4）、根据轴承的调心性能选择 21 轴的中心线与轴承座的中心线不重合时，或者因受力弯曲或者倾斜时，都 会造成轴承的轴线发生偏斜。所以选择轴承时要考虑采用调心性能较好的轴承。 因为这种轴承在发生偏斜时仍能正常的工作。轴承的偏斜对于滚子轴承的影响 比较大，滚子轴承在偏斜的状况下承载能力要低于球轴承。 （5）、根据轴承的刚度要求选择 一般滚子轴承的刚度大时，球轴承的刚度较小。 这里无卡轴旋切机的驱动辊，与双排链轮连接的一端选用深沟球轴承，型 号为 6201，共有两个，驱动辊另外三个轴承选择圆柱滚子轴承，型号为 N210E，内径 d=50mm，两个驱动辊共有六个。压尺辊轴承则选用型号为 6006 的深沟球轴承。减速机高速轴两端选用型号为 6307 的深沟球轴承，内径 d=35mm。中速轴两端选用型号为 6308 的深沟球轴承，内径 d=47mm。低速轴 选用型号为 6314 的深沟球轴承，内径 d=70mm。 3.6.2 滚动轴承寿命的校核 滚动轴承有很多的失效形式，一般滚动轴承的失效形式为点蚀破坏。轴承 被点蚀破坏后，会产生一系列不稳定的情况，如：振动、噪声和发热。按接触 疲劳寿命选用轴承的基本公式为： 10/3 (/)LC P，或 6 10/3 10 () 60 C Lh n P 。 L额定寿命（百万转） C额定动载荷（KN) P当量动载荷（KN) Lh额定寿命（小时） n轴承转速（r/min) 3.6.3 滚动轴承的润滑 轴承在正常工作下都需要良好的润滑。轴承各种参数的确定都是在良好润 滑的环境下确定的，一般在润滑良好的环境下，轴承的工作效率更高，寿命更 加的长。如果润滑不适当，会使轴承在早期就会产生一定的破坏。轴承在工作 的过程中会产生发热和磨损，对轴承的润滑主要是为了避免轴承与支架的直接 连接，减少金属与金属之间的摩擦。这样能够很好地减小摩擦，是温度保持在 可以接受的水准，减小了磨损和锈蚀，从而增加了轴承的寿命。一般情况下还 22 可以采用循环润滑的方式，润滑油的循环流动可以起到一定的密封作用，还可 以增加散热，加速冷却。 根据轴承的工作环境来选择润滑油的种类和性能，在这里本设计参考无卡 轴旋切机的工作环境，选用复合钙基润滑油，代号 ZFG-2，滴点200C，工作 锥入度（1/10/mm) ：265-295。 3.6.4 滚动轴承材料的选择 滚动轴承在旋切机工作的情况下有较高的转速，首先要保证滚动轴承有较 高的强度和硬度，还要有淬透性。然后在此基础上要保证轴承有较高的寿命， 同时轴承在工作状态下的稳定性要高，因为要保证加工材料的尺寸。在结构和 尺寸都正确的情况下，材料的选择对于轴承正常的工作有很大的关系。到目前 为止，用得最多的轴承钢仍然是碳的质量分数大于 0.8%的高碳铬钢。 3.6.5 滚动轴承的预紧 滚动轴承安装在支架上需要预紧，采取一定的预紧措施是内外圈处于压紧 的状态，这样可以增加一定的刚性，减小噪声，减小振动，防止滚动轴承的滑 动。 3.6.6 滚动轴承的密封 由于润滑油的存在，滚动轴承都需要密封，以防止润滑油的泄露，也可以 防止轴承和润滑与与外部接触，减小了外部对轴承的干扰，保证了轴承的寿命， 所以密封装置是轴承系统的重要设计环节之一。这里本设计采用接触密封，采 用橡胶封油环。 3.7 轴承座的设计 两根驱动辊的中心距为 a=114.3mm，驱动辊长为 1400mm，为避免驱动辊 轴在工作过程中发生变形，在本设计中每根驱动辊上安装四个轴承。本设计把 轴承座设计成双孔座，两孔中心距为 114.3，每个孔装一个轴承，用轴承挡圈来 实现对轴承的固定，轴承座的内壁孔的表面