细实木板加工机械毕业论文设计.doc

1 此文档为此文档为 wordword 格式 下载后您可任意编辑修改 格式 下载后您可任意编辑修改 山东大学山东大学 毕毕 业业 设设 计 论计 论 文 文 设计设计 论文论文 题目 题目 细实木板加工机械 山东大学毕业设计 论文 成绩评定表山东大学毕业设计 论文 成绩评定表 学院 机械工程学院 专业 机械设计制造及其自动化 年级 2007 级 姓 名王渤设计 论文 成绩 设计 论文 题目履带式长螺旋钻机的改进性设计 指 导 教 师 评 语 评定成绩 签名 年 月 日 评 阅 人 评 语 评定成绩 签名 年 月 日 答 辩 小 组 评 语 答辩成绩 组长签名 年 月 日 注 设计 论文 成绩 指导教师评定成绩 30 评阅人评定成绩 30 答辩成绩 40 目录 目录 摘要 I ABSTRACT II 第一章 绪 论 1 1 1 木工机械概况 1 1 1 1 木工机械的定义与分类 1 1 1 2 国内木工机械现状与发展趋势 2 1 2 细实木加工机械原理 4 1 2 1 旋切机的组成及分类 4 1 2 2 旋切的基本原理 5 1 2 3 方案的初步确定 7 1 3 本次设计的主要内容及要达到的目标 10 第二章整体方案设计 12 2 1 方案总体设计 12 2 1 1 主轴传动设计 12 2 1 2 尾座体设计 13 2 1 3 旋切刀进给设计 15 2 2 齿轮设计校核 17 2 2 1 一级传动齿轮设计校核 17 2 2 2 二级传动齿轮设计校核 24 2 3 主要传动轴的设计校核 34 2 3 1 主动轴设计校核 34 2 3 2 二级传动轴设计校核 40 2 3 3 主轴设计校核 40 2 4 V 型带及带轮设计 41 本章小结 42 第三章 标准件的选用 43 3 1 轴承选用 43 3 2 电机选用 43 3 2 1 主轴电机选用及其参数 43 3 2 2 进给电机选用及其参数 44 3 3 其他标准件的选用 46 3 3 1 键 46 3 3 2 轴承座 46 3 3 3 螺钉 螺柱 螺母 垫片 挡圈 46 目录 本章小结 47 第四章 总结与展望 48 谢词 49 参考文献 50 译文和原文 51 摘要 I 摘要 细木工板与刨花板 中密度纤维板相比 其天然木材特性更顺应人类自然的 要求 它具有质轻 易加工 握钉力好 不变形等优点 是室内装修和高档家具 制作的首选材料 细木板加工机械的设计也越来越受到国内外的重视 细木工机 械设计主要方向是降低成本 智能化 减少木材浪费 提高加工效率 随着细木 工板越来越广泛的应用 对木工机械提出了越来越高的要求 本文在总结国内外细木板加工机械现状后 结合相关文献 资料 以及国内 木工机械市场特点 完成细木板加工主要过程设备旋切机的设计 并对其进行结 构及强度校核 最后在其基础上完成 CAD 图纸设计 关键词 关键词 细木工板 木工机械 旋切机 设备 Abstract II Abstract The BLOCKBOARD compares the shaving board and the density fiberboard its natural lumber characteristic complies with the natural request It it is the first choice material for the and the upscale furniture manufacture The blockboard processes machinery s design is also more and more to receive the domestic and foreign values The blockboard machine design main direction is reduces the cost intellectualized the reduced lumber waste the enhancement processing efficiency Along with the blockborad more and more widespread application set more and more in domestic and overseas Combined the related books and documents on the blockboard processing machine as well as the domestic woodworking machinery market characteristic completes the laminated wood board processing main process equipment veneer peeling lathe s design and the structural design of the main equipmengts and the intensity checking was completed Ultimately the drawings of the whole supercritical fluid sterilization equipment were accomplished Key word Joiner board Woodworking machinery Veneer peeling lathe Equipment 山东大学毕业设计论文 1 第一章 绪 论 木工机械在近 20 年内有了很大变化 传动的刨 铣 钻加工已经基本退出 大型木料加工市场 而细木工板因其应用前景广阔 细木工板加工机械也随之迅 速发展 随着工业技术的进步 木工机械已经从最初的单一功能转向综合 加工 中心 自动化发展 但目前市场上细木工板加工机械设备成本高 木料加工投 入需求资金巨大 无法在广大农村地区推广 本设计的目的就是是在目前细木板 加工设备的基础上 简化设备复杂性 降低成本 本设计完成了细木工板主要加 工设备的设计 1 1 木工机械概况 1 1 1 木工机械的定义与分类 传统意义上的木工机械是指以木材为加工对象的机械或设备 一般指制材 机械 细木工机械和木工机床 广义的木工机械还应包括人造板机械和家具机 械 按木工机械所使用的刀具 加工方法以及工艺用途分类 共可分为两大领域 即木工机床和人造板机械 1 木工机床 木工机床是指切削类型的木工机械 包括 木工锯机 B9D C 木工刨机 B9EC 木工车床 B9FC 木工铣床及开榫机 B9GC 木工钻孔及榫槽机 B9HC 木工磨光机 B99C 木工刃具修磨 机 B9IC 及其他木工机床 B9JC 2 人造板机械 人造板机械是指以木质或非木质材料为原料生产家具用 和建筑用板材的机械设备 包括 刨花板 普通刨花板 轻质刨花板 定向 刨花板 竹刨花板 麻屑板 麦秸刨花板 水泥刨花板 石膏刨花板等 设备 纤维板 干法纤维板 湿法纤维板 9K4 7K4 等 设备 胶合板 普通胶合板 层积板 复合地板 设备 装饰板 印刷贴面 平压贴面 异型真空贴面 设备 山东大学毕业设计论文 2 1 1 2 国内木工机械现状与发展趋势 1 木工剧机 我国制材工业近年来发展较慢 主要木工机械为带锯机 排锯机和圆锯机 由于近百年来对天然林的大量采伐 可供制材的原木日趋下 降 自 1998 年起 国家实施天然林保护工程以来 可采资源更是逐步减少 原木直径减小 可供应优质木料急剧减少 国有大 中型木材加工企业因缺乏原 料而纷纷减产 停产 倒闭 而一些小型作坊式木料加工厂数量猛增 市场上锯 材质量下降 原始的落后的锯机反而得到使用 而长期以来 对制材的科研工 作重视不够 特别是原木资源发生了变化 对小径级材 人工林 为原料的高 效制材锯机的研究和利用远远落后于原木结构的变化 2 木工刨床 木工刨床一般分为平刨 压刨 边刨 双面刨 三面 刨 四面刨及精光刨等 目前 我国现行木工刨床有以下特点 小型化 技 术水平低的产品充斥市场 而国外先进的刨床 在木材加工企业中装备较少 进给方式还是以人工给料为主 而发达国家 多采用自动化进给 目前国外 已经出现了以生产独立进给装置为主要产品的专业化企业 控制方式上 多数 采用常规电气控制 采用数控方式的较少 因此 造成了加工效率低 加工尺 寸精度低的现状 刀具材料多数采用碳钢 高速钢或硬质合金应用较少 与发 达国家有一定差距 3 木工铣床 木工铣床是木料加工的通用设备 常用于对木材的曲线 或直线轨迹进行铣削加工 而且也可用做锯切 开榫 仿形甚至镂铣加工 木 工铣床 按进给方式可分为手工进给和机械进给铣床 按主轴数目可分为单轴和 多轴铣床 按主轴位置可分为上轴 下轴 立式和卧式铣床 数控木工铣床是目 前木工铣床发展的主要方向 与其他数控机床一样 数控镂铣机和数控加工中心 的主要区别在于是否具有刀库 具有自动换刀功能的称之为数控加工中心 否 则为数控镂铣机 木工用数控镂铣采用计算机控制技术 根据不踩加工特点 实 现高速 高精度加工木材 并可得到复杂形状 数控镂铣机和数控加工中心是数 控技术在木工机械上应用的典型产品 是目前木工机械产品的最高境界 在木工数控镂铣设备的研究方面 日本是最早开始研究并制造出木工数控铣 山东大学毕业设计论文 3 床的国家 目前木工数控铣床研制方面主要有德国 IMA 公司的 BIMA 210310410610810 系列数控加工中心 意大利 BIESSE 公司的 Rover 336332232015 系列数控加工中心以及日本庄田公司的 NC516 系列数控镂铣机 国内木工数控铣床起步较晚 但近 20 年发展较快 已取得长足进步 目前国内 生产数控加工中心的有 国家林业局北京林业机械研究所 常州佳纳机电有限公 司和牡丹江木工机械股份有限公司 生产数控镂铣机的有 上海家具机械厂 牡丹江木工机械股份有限公司 昆明四联人造板机械有限公司 苏福马股份有限 公司和国家林业局北京林业机械研究所 其中 MXK I 型木工数控加工中心 MXK5026 型四轴数控镂铣机和 MXK II 经济型数控镂铣机是我国研发的较成功 的产品 4 人造板机械工业 人造板机械在木工机械中有着重要地位 也是近 三十年来发展最迅速的 人造板机械是指以木质或非木质材料为原料 生产家具 用和建筑用板材的机械设备 包括 刨花板设备 纤维板设备 胶合板设备 装 饰板设备 国家林业局发布的 2009 年全国林业统计年度报告称 2009 年我国人 造板产量首次突破 1 亿立方米 达到 11546 65 万立方米 比 2008 年增长 22 71 江苏 河南 山东和河北四省人造板产量均突破 1000 万立方米 广 西 福建 安徽 广东四省区产量均超过 500 万立方米 以上八省区人造板产量 占全国的 75 30 2009 年我国木地板产量达到 3 78 亿立方米 与 2008 年基 本持平 木地板产量最大的省份是浙江省 产量达到 7224 万立方米 2010 年 1 4 月 我国林产品进出口已取明显的效果 如木材 人造板进口和人造板及木制家具 出口都有明显增长 前四个月 我国原木进口量 1056 39 万立方米 比 09 年同期 增长 23 89 纤维板进口量继续实现增长 6 53 胶合板和刨花板进口量比 09 年同期分别增长 17 3 和 37 31 全国的胶合板 中纤板和刨花板出口量都有明 显增长 刨花板生产设备 与国外相比 我国刨花板水平仍存在单线产量小 技术落后 质量不稳定等状况 特种刨花板和非木质刨花板 人造板 亦有所 成就 竹刨花板 麦秸刨花板 水泥刨花板 石膏刨花板等特种人造板设备 的研究和开发已经取得突破 并已有小批量投入生产 纤维板生产设备 我国 纤维板生产起步较早 解放初期引进瑞典成套设备 生产硬质纤维板 70 年代 山东大学毕业设计论文 4 末 MDF 生产开始起步 并取得了巨大进步 但在关键工序如热磨机 连续热压 机及生产规模 自动化程度等方面 与国外先进技术差距还是显而易见的 胶合板生产设备 我国胶合板生产历史较早 解放前即有数家 合板厂 目前仍为人造板主导产品 产量接近人造板总量的一半 目前胶合板生产厂家中 绝大多数企业生产规模小 技术装备落后 年产量低 目前国内胶合板生产设备 主要有单卡旋切机 双卡旋切机 无卡旋切机 单板干燥机 热压机等并已经达 到了世界水平 但我国多数生产企业还采用手工作坊式的生产方式 不仅劳动生 产率低 浪费原料 劣质胶合板充斥市场 而且直接影响了胶合板设备水平的发 展 随着我国加入 WTO 我国木工机械装备水平与国外的差距越来越小 国外 的先进技术和设备不断涌入 我国木工机械未来发展趋势有以下特点 高新技 术介入木工机械 促进自动化 智能化 更多的效仿金属加工手段 如剪切 压型等 以规模带效益 以人为本 实现绿色环保 1 2 细实木加工机械原理 1 2 1 旋切机的组成及分类 旋切机主要由卡轴箱 刀床 刀架进给系统 机座 主轴动系统及操作控制 系统等部分组成 轴箱分左 右两部分 用来夹持并带动元圆木旋转 刀床用来 安装旋刀和压尺 并根据旋切的单板厚度来调节压尺位置 以保证所需的压榨率 刀床进给机构由进给箱及进刀座两部分组成 进给箱用来改变单板的旋切厚度 而进刀座则把进给箱输出轴的旋转运动转变为旋切刀的直线进给运动 现代大型 旋切机还设有防弯压辊装置 以上部件都装在机座上 机座用型钢焊接或用铸铁 铸成箱形结构 具有良好的强度 刚度和抗振性能 为了排除木芯 有的旋切 机的机座上设有排料口 在地基上设有地沟 用链式或带式运输机把木芯运走 旋切机按木材是否绕自身轴线旋转可分同心旋切和偏心旋切两类 同心旋 切机又分为有卡轴旋切机和无卡轴旋切机两种 有卡轴旋切机中的木料可由卡轴 山东大学毕业设计论文 5 驱动 也可以由卡轴与动力防弯压辊或与刺盘联合驱动 有卡轴旋切机按卡轴对 木段的夹紧方法可分为机械夹紧和液压夹紧 按木材每段的卡轴数又可分为单 卡轴和双卡轴 机械夹紧的卡轴均为单卡轴 液压夹紧的轴有单卡轴和双卡 轴之分 无卡轴旋切机中的木材是由摩擦辊定心并驱动的 在偏心旋切机中木段 可由卡轴夹紧 或由卡梁夹紧 偏心旋切可获得美观的径向花纹 但生产效率比 同心旋切的低 旋切机按旋切木段的尺寸可分为大型旋切机 可旋切木段最大长 度在 2m 以上 木段最大直径可达 1 6m 中型旋切机 旋 切木段的长度为 1 m 2 m 和小型旋切机 旋切木段 的最大长度一般在 1 m 以下 直径在 0 5m 以下 1 2 2 旋切的基本原理 旋切的一般方法是 左右卡轴夹紧木材两端并带动其旋转 旋切刀的刃平 行于卡轴轴线并沿其垂直方向作进给运动 沿木材年轮方向旋切出等厚的单板 无论是恒转速旋切 还是恒线速旋切 为了获得一定厚度的单板 都应使卡轴 每转一转 旋切刀的进给量必须保持不变 其进给量大小等于单板的名义厚度 改变这个进给量 就可获得不同厚度的单板 在旋切过程中 旋切刀的刀刃在木 横断面上所走过的轨迹称为旋切曲线 如 图 1 1 所示 其运动方程为 R2 a2 2 卡轴转速 r mi n S 旋切单板厚度 mm 山东大学毕业设计论文 6 图 1 1 旋切示意图 从木段初始半径 r0 旋切到木段瞬时半径为 r 所需的旋切时间 t s t r0 r u 60 r0 r nS 3 对于恒线速旋切 因其线速度 v 2 n60 常量 这就要求随着圆木半径的减 小 其转速成反比例的增大 因此刀架的进给运动为变加速运动 进给速度 u mms u Sv2 r 4 即 u 5 t Sv r Sv 2 0 2 从木段初始半径 r0 旋切到圆木的瞬时半径为 r 所需的旋切时间 t s 6 Sv rr t 4 22 0 山东大学毕业设计论文 7 式中 v 旋切的线速度 mms 通过对式 4 求导 可得恒线速旋切时刀架的加速度 a mms2 7 32 22 4r vS a 即 a 8 32 0 2 22 4 t Sv r vS 由式 4 5 和式 7 8 可见 刀架的进给速度和加速度均随圆木 半径的减小 即随旋切时间的增大而增大 当计算恒线速旋切的刀架或进给丝 杠所受的惯性力时 可由式 7 或 8 先求出刀架的加速度 即可求出惯性力 1 2 3 方案的初步确定 旋切机的主要技术参数包括旋切木段的最大长度 最大直径 旋切单板的厚 度 旋切刀片的长度 卡轴和卡爪的直径 卡轴转速和主电机功率等 1 旋切木段的最大长度 旋切圆木的最大长度是旋切机的主要参数 它 主要取决于 胶合板等人造板成品的幅面尺寸 并考虑热压后锯边的加工余量及原木截断的长 度公差和截 断面的偏斜误差 一般情况下 旋切机圆木的最大长度等于成品的 幅面尺寸加上 100mm 300mm 我国旋切机的国家标准推荐的旋切圆木的最大长 度有 1060 mm 1320 mm 2000mm 2300 mm 和 2600mm 五种规格 如表 1 1 左右卡轴顶尖之间的最大距离为旋切木段的最大长度加上 100 mm 左右 以保 证卡轴的顶尖与木段的端面之间有足够的装卸间隙 左右卡轴顶尖距离的变化范 围决定了卡轴的最大伸出量 由于考虑一种规格的旋切机也能够兼顾旋切更短些 的木段 而卡轴的伸出量较大 会使其刚度受到影响 所以为保证卡轴在旋切短 木段时能有足够的刚度 旋切机应附有中心架 山东大学毕业设计论文 8 2 旋切圆木的最大直径 旋切圆木的最大直径是旋切机的第二主参数 它应与旋切木段的最大长度相适应 对应于每一种旋切木段的最大长度 旋切圆 木的最大直径有多种规格 当旋切木段的最大直径确定后 旋切机卡轴轴线距机 座的高度及刀架距卡轴轴线的最大距离也就相应确定 一般卡轴轴线距机座的高 度比旋切圆木的最大半径大 100 mm 左右 3 旋切单板的厚度 我国旋切机旋切单板的厚度范围为 0 25 mm 5 5mm 国外特殊用途旋切机旋切单板的厚度 最厚可达 12mm 最薄可达 0 05mm 根据旋切机的用途 一般可选择 30 50 余种不同规格的旋切厚度 旋 切单板的厚度范围及厚度规格的数量决定了旋切机进给箱的结构及尺寸 是设 计旋切机进给箱的主要依据 4 旋切刀刀片的长度 考虑到左右卡轴夹紧木段时 木段的轴向位置 与旋刀的偏差 旋刀的长度要比旋切木段的量大长度大 150mm 200mm 刀片的 其余尺寸参数一般为 宽度 180 200 mm 厚度 16 mm 楔角 20 左右 5 卡轴和卡爪的直径 旋切机卡轴和卡爪的直径不仅决定着本身的强度 和所能传递的最大扭距 同时还影响着木芯的直径 因此必须合理选择 卡轴直 径主要由旋切木段的最大长度和最大直径决定 如单卡轴的卡轴直径取 70mm 130 mm 对于双卡轴 内卡轴的直径取 75 mm 120 mm 外卡轴直径 取 150 mm 200mm 旋切圆木的最大长度和最大直径取最大值则以上数值则取 大值 若旋切圆木的长度和直径小则取小值 单卡轴旋切机通常配有一组不同直 径的卡爪 以传递不同的扭矩和减小木芯的直径 但在旋切中更换卡爪很不方便 且影响生产率 对于双卡轴小卡爪的外径与内卡轴直径相同 而大卡爪直径大于 外卡轴直径 以保证最大的出材率 满足所需传递最大扭矩的要求 6 卡轴转速 卡轴转速不仅决定了旋切机的生产效率 对单板的质量也 有巨大影响 目前 一些先进的旋切机采用可控硅控制直流电动机来实现恒线 速旋切 常用的最高转速为 180 r mi n 240 r min 旋切速度达 3 ms 7 主电动机功率 旋切机主电动机功率与多种因素有关 如旋切圆木的 山东大学毕业设计论文 9 树种 蒸煮状态 旋切长度和速度 旋刀的研磨角和后角 压尺的形式和压榨 率等 为了粗略估算旋切机主电动机的功率 N k W 可用以下经验公式进行计 算 3 10 Klv N 9 式中 l 木段长度 cm v 旋切速度 ms K 单位切削阻力 Nc m 对柳树和东北松 K 160 240 对水曲柳 K 250 300 机械效率 表 1 1 我国旋切机产品的规格尺寸 mm 旋切刀片卡轴直径 不 大于 双卡轴 旋切圆木 最大长度 旋切圆木 最大直径 长度宽度单卡轴 外内 左右卡轴左 右距离变化 范围 旋切单板 厚度范围 50070 1060 650 1250180 200 8515075 650 12000 25 5 5 50070 6508515075 80011020095 100011020095 1250 220120 1320 1600 1500180 200 220120 900 14500 25 5 5 山东大学毕业设计论文 10 6508515075 800130200100 1000130200100 1250 220120 2000 1600 2150180 200 220120 1500 21000 25 5 5 800130200100 1000130200100 1250 220120 2300 1600 2450180 200 220120 1800 24000 25 5 5 800130200100 1000130200100 1250 2201202600 1600 2750180 200 220120 2100 27000 25 5 5 1 3 本次设计的主要内容及要达到的目标 本设计主要针对小型加工作坊市场 主要内容及应达到的技术指标如下 1 进行细木工板机械国内外发展状况研究 2 确定并完善细木工板主要加工机械 卡轴旋切机 的设计 3 对设计的卡轴旋切机进行强度 刚度校核及结构设计 4 完成卡轴旋切机的 CAD 图纸绘制 山东大学毕业设计论文 11 第二章整体方案设计 整体方案设计是本设计的关键环节 本章将确定卡轴旋切机的主要参数及性 能指标 并完成主要轴 齿轮等的强度校 山东大学毕业设计论文 12 2 1 方案总体设计 根据旋切的基本原理 初步确定本设计的设计参数如下 单卡轴机械加紧旋切机 旋切圆木 750 1200mm 旋切刀规格 1260 80 12 7mm 主轴转速 80100 rmin 旋切单板厚度 0 51 0mm 主电机功率 15KW 2 1 1 主轴传动设计 1 齿轮轴 2 二级传动轴 3 主轴 4 齿轮对 2 5 齿轮对 1 6 齿轮对 3 图 2 1 主轴箱传动图 主动电机通过带轮传动带动齿轮轴 1 传动 经过齿轮对 1 带动二级传动轴转 动 齿轮对 2 3 为选择传动齿轮对 其具体机构如图 图 2 2 通过选择齿轮对 2 或者 3 实现主轴的不同转速 初定电机选择 Y 系列 3 项异步电机 同步转速为 1500 根据初定主轴转速 分配传动比 i1 2 5 i2 2 5 i3 2 传动实图如图 图 2 3 山东大学毕业设计论文 13 图 2 2 二级传动齿轮选择结构 图 2 3 齿轮传动 2 1 2 尾座体设计 尾座的主要作用是与卡轴 本设计中的主轴即为卡轴 配合加紧要旋切的圆 木 初步设计采用机械加紧方式 尾座体得最初设计欲参考 CA6140 尾架顶针设 计 及其改进设计 研究 CA6140 尾架顶针结构 因其结构较为复杂 与设计目 标的简单实用不符 尾座将自行设计 本设计的尾座结构如图 图 2 4 山东大学毕业设计论文 14 1 紧固螺钉 2 球星滚珠 3 重型弹性销 图 2 4 尾架结构图 首先尾架顶针必须可以前后滑移 以保证圆木的安装 其次顶针需跟随圆木 转动 所以根据以上要求 设计如图所示结构 顶针分为两部分 第一部分为跟 随圆木选择部分 通过球型滚珠与第二部分顶针尾部接合 顶针与顶针尾部安装 在套筒里 套筒与尾座基座配合安装 通过紧固螺钉或者尾座夹紧机构固定顶针 位置 如果用紧固螺钉定位 则在套筒上开孔 以确保可靠性 尾座的固定如图 图 2 5 所示 它由手柄 1 叉型偏心轮 2 拉杆 5 及压簧 6 等构成 该装置操 作非常简单 当向下扳动手柄 1 时 由于偏心轮 3 的作用 带动拉杆 5 连同压 板 7 一起向上移动 即可将尾座夹紧 图 2 5 位置为松开状态 抬起手柄时 借助 弹簧力和压板的自重 将尾座松开口 也可采用螺栓紧固 以减化结构设计和安 装 本设计为力求简单 采用螺栓紧固安装 尾架的滑移范围为 0 400mm 可加 工 1m1 2m 长木段 山东大学毕业设计论文 15 1 手柄 2 销轴 3 叉型偏心轮 4 8 垫圈 5 拉杆 6 压簧 7 压板 9 六角螺母 图 2 5 尾座夹紧机构 2 1 3 旋切刀进给设计 旋切刀进给机构设计与主轴设计是本设计的两个设计重点 卡轴旋切机的进 给一般有两种方式 一是恒线速度进给 二是恒转速进给 本设计采用恒转速进 山东大学毕业设计论文 16 给 刀架进给采用丝杆进给如图 图 2 6 所示 减速电机输出转速通过锥齿轮 传动 传动比为 1 5 带动丝杆转动 丝杆转动带动刀架进给块线向进给 丝杆 的螺距为 2 5mm 通过调节减速电机的输出转速可得到不同的进给速度 以得 到不同单板厚度 刀架另一侧通过导轨滑块固定 跟随丝杆移动进给如图 图 2 7 所示 图 2 6 丝杆进给装置 图 2 7 导轨滑块机构 山东大学毕业设计论文 17 根据初定主轴转速 80 rmin 经计算当减速电机输出转速为 2448 rmin 时可得 到单板旋切厚度为 0 51mm 当主轴转速为 100rmin 时 减速电机输出转速为 2448 rmin 可得到单板厚度为 0 61 2mm 符合国家规定单板厚度标准 同理通 过控制减速电机的输出转速 可得到其他单板厚度尺寸要求 2 2 齿轮设计校核 根据初定传动方案 传动比分配 i1 2 5 i2 2 5 i3 2 设计传动齿轮对 2 2 1 一级传动齿轮设计校核 一 设计参数 传递功率 P 15 kW 传递转矩 T 286 47 N m 齿轮 1 转速 n1 500 rmin 齿轮 2 转速 n2 200 00 rmin 传动比 i 2 5 原动机载荷特性 SF 轻微振动 工作机载荷特性 WF 均匀平稳 预定寿命 H 10000 小时 二 布置与结构 结构形式 ConS 闭式 齿轮 1 布置形式 ConS1 对称布置 齿轮 2 布置形式 ConS2 对称布置 三 材料及热处理 齿面啮合类型 GFace 硬齿面 山东大学毕业设计论文 18 热处理质量级别 Q ML 齿轮 1 材料及热处理 Met1 45 齿轮 1 硬度取值范围 HBSP1 45 50 齿轮 1 硬度 HBS1 48 齿轮 1 材料类别 MetN1 0 齿轮 1 极限应力类别 MetType1 11 齿轮 2 材料及热处理 Met2 45 齿轮 2 硬度取值范围 HBSP2 45 50 齿轮 2 硬度 HBS2 48 齿轮 2 材料类别 MetN2 0 齿轮 2 极限应力类别 MetType2 11 四 齿轮精度 齿轮 1 第 组精度 JD11 7 齿轮 2 第 组精度 JD21 7 齿轮 1 第 组精度 JD12 7 齿轮 2 第 组精度 JD22 7 齿轮 1 第 组精度 JD13 7 齿轮 2 第 组精度 JD23 7 齿轮 1 齿厚上偏差 JDU1 F 轮 2 齿厚上偏差 JDU2 F 齿轮 1 齿厚下偏差 JDD1 L 轮 2 齿厚下偏差 JDD2 L 五 齿轮基本参数 模数 法面模数 Mn 3 mm 端面模数 Mt 3 00000 mm 螺旋角 0 00000 度 基圆柱螺旋角 b 0 0000000 度 齿轮 1 齿数 Z1 20 齿轮 2 齿数 Z2 50 山东大学毕业设计论文 19 齿轮 1 变位系数 X1 0 00 齿轮 2 变位系数 X2 0 00 齿轮 1 齿宽 B1 50 004 mm 轮 2 齿宽 B2 50 004 mm 齿轮 1 齿宽系数 d1 0 833 轮 2 齿宽系数 d2 0 333 总变位系数 Xsum 0 000 标准中心距 A0 105 00000 mm 实际中心距 A 105 00000 mm 中心距变动系数 yt 0 00000 齿高变动系数 yt 0 00000 齿数比 U 2 50000 端面重合度 1 65576 纵向重合度 0 00000 总重合度 1 65576 齿轮 1 分度圆直径 d1 60 00000 mm 齿轮 1 齿顶圆直径 da1 66 00000 mm 齿轮 1 齿根圆直径 df1 52 50000 mm 齿轮 1 基圆直径 db1 56 38156 mm 齿轮 1 齿顶高 1 00 弯曲强度用安全系数 SFmin 1 40 接触强度计算应力 H 946 5 MPa 接触疲劳强度校核 H H 满足 齿轮 1 弯曲疲劳强度计算应力 F1 224 9 MPa 齿轮 2 弯曲疲劳强度计算应力 F2 205 2 MPa 齿轮 1 弯曲疲劳强度校核 F1 F 1 满足 齿轮 2 弯曲疲劳强度校核 F2 F 2 满足 山东大学毕业设计论文 20 八 强度校核相关系数 齿形做特殊处理 Zps 特殊处理 齿面经表面硬化 Zas 不硬化 齿形 Zp 一般 润滑油粘度 V50 120 mm 2s 有一定量点馈 Us 不允许 小齿轮齿面粗糙度 Z1R Rz 6 m Ra 1 m 载荷类型 Wtype 静强度 齿根表面粗糙度 ZFR Rz 16 m Ra 2 6 m 刀具基本轮廓尺寸 圆周力 Ft 9549 000 N 齿轮线速度 V 1 571 ms 使用系数 Ka 1 100 动载系数 Kv 1 043 齿向载荷分布系数 KH 1 000 综合变形对载荷分布的影响 K s 1 000 安装精度对载荷分布的影响 K m 0 000 齿间载荷分布系数 KH 1 000 节点区域系数 Zh 2 495 材料的弹性系数 ZE 189 800 接触强度重合度系数 Z 0 884 接触强度螺旋角系数 Z 1 000 重合 螺旋角系数 Z 0 884 接触疲劳寿命系数 Zn 1 30000 润滑油膜影响系数 Zlvr 0 97000 工作硬化系数 Zw 1 00000 山东大学毕业设计论文 21 接触强度尺寸系数 Zx 1 00000 齿向载荷分布系数 KF 1 000 齿间载荷分布系数 KF 1 000 抗弯强度重合度系数 Y 0 703 抗弯强度螺旋角系数 Y 1 000 抗弯强度重合 螺旋角系数 Y 0 703 寿命系数 Yn 2 06859 齿根圆角敏感系数 Ydr 1 00000 齿根表面状况系数 Yrr 1 00000 尺寸系数 Yx 1 00000 齿轮 1 复合齿形系数 Yfs1 4 38000 齿轮 1 应力校正系数 Ysa1 1 54586 齿轮 2 复合齿形系数 Yfs2 3 99695 齿轮 2 应力校正系数 Ysa2 1 71210 根据齿轮 1 的结构 齿轮 1 设计为齿轮轴 2 2 2 二级传动齿轮设计校核 二级传动齿轮有 2 对 齿轮对 2 和齿轮对 3 传动比分别为 i2 2 5 i3 2 由于齿轮对 2 3 为选择齿轮对 其中心距需相等 初定中心距为 200 1 齿轮对 1 一 设计参数 传递功率 P 15 kW 传递转矩 T 716 18 N m 齿轮 1 转速 n1 200 rmin 齿轮 2 转速 n2 80 00 rmin 传动比 i 2 5 原动机载荷特性 SF 轻微振动 山东大学毕业设计论文 22 工作机载荷特性 WF 均匀平稳 预定寿命 H 10000 小时 二 布置与结构 结构形式 ConS 闭式 齿轮 1 布置形式 ConS1 对称布置 齿轮 2 布置形式 ConS2 对称布置 三 材料及热处理 齿面啮合类型 GFace 硬齿面 热处理质量级别 Q ML 齿轮 1 材料及热处理 Met1 45 齿轮 1 硬度取值范围 HBSP1 45 50 齿轮 1 硬度 HBS1 48 齿轮 1 材料类别 MetN1 0 齿轮 1 极限应力类别 MetType1 11 齿轮 2 材料及热处理 Met2 45 齿轮 2 硬度取值范围 HBSP2 45 50 齿轮 2 硬度 HBS2 48 齿轮 2 材料类别 MetN2 0 齿轮 2 极限应力类别 MetType2 11 四 齿轮精度 齿轮 1 第 组精度 JD11 7 齿轮 1 第 组精度 JD12 7 齿轮 1 第 组精度 JD13 7 山东大学毕业设计论文 23 齿轮 1 齿厚上偏差 JDU1 F 齿轮 1 齿厚下偏差 JDD1 L 齿轮 2 第 组精度 JD21 7 齿轮 2 第 组精度 JD22 7 齿轮 2 第 组精度 JD23 7 齿轮 2 齿厚上偏差 JDU2 F 齿轮 2 齿厚下偏差 JDD2 L 五 齿轮基本参数 模数 法面模数 Mn 4 mm 端面模数 Mt 4 00000 mm 螺旋角 0 00000 度 基圆柱螺旋角 b 0 0000000 度 齿轮 1 齿数 Z1 24 齿轮 1 变位系数 X1 0 00 齿轮 1 齿宽 B1 45 804 mm 齿轮 1 齿宽系数 d1 0 477 齿轮 2 齿数 Z2 60 齿轮 2 变位系数 X2 0 00 齿轮 2 齿宽 B2 45 804 mm 齿轮 2 齿宽系数 d2 0 191 总变位系数 Xsum 0 000 标准中心距 A0 168 00000 mm 实际中心距 A 168 00000 mm 山东大学毕业设计论文 24 中心距变动系数 yt 0 00000 齿高变动系数 yt 0 00000 齿数比 U 2 50000 端面重合度 1 69331 纵向重合度 0 00000 总重合度 1 69331 齿轮 1 分度圆直径 d1 96 00000 mm 齿轮 1 齿顶圆直径 da1 104 00000 mm 齿轮 1 齿根圆直径 df1 86 00000 mm 齿轮 1 基圆直径 db1 90 21049 mm 齿轮 1 齿顶高 1 00 弯曲强度用安全系数 SFmin 1 40 接触强度计算应力 H 959 3 MPa 接触疲劳强度校核 H H 满足 齿轮 1 弯曲疲劳强度计算应力 F1 269 1 MPa 齿轮 2 弯曲疲劳强度计算应力 F2 252 3 MPa 齿轮 1 弯曲疲劳强度校核 F1 F 1 满足 齿轮 2 弯曲疲劳强度校核 F2 F 2 满足 八 强度校核相关系数 齿形做特殊处理 Zps 特殊处理 齿面经表面硬化 Zas 不硬化 齿形 Zp 一般 润滑油粘度 V50 120 mm 2s 有一定量点馈 Us 不允许 小齿轮齿面粗糙度 Z1R Rz 6 m Ra 1 m 山东大学毕业设计论文 25 载荷类型 Wtype 静强度 齿根表面粗糙度 ZFR Rz 16 m Ra 2 6 m 刀具基本轮廓尺寸 圆周力 Ft 14920 417 N 齿轮线速度 V 1 005 ms 使用系数 Ka 1 100 动载系数 Kv 1 021 齿向载荷分布系数 KH 1 000 综合变形对载荷分布的影响 K s 1 000 安装精度对载荷分布的影响 K m 0 000 齿间载荷分布系数 KH 1 000 节点区域系数 Zh 2 495 材料的弹性系数 ZE 189 800 接触强度重合度系数 Z 0 877 接触强度螺旋角系数 Z 1 000 重合 螺旋角系数 Z 0 877 接触疲劳寿命系数 Zn 1 30000 润滑油膜影响系数 Zlvr 0 97000 工作硬化系数 Zw 1 00000 接触强度尺寸系数 Zx 1 00000 齿向载荷分布系数 KF 1 000 齿间载荷分布系数 KF 1 000 抗弯强度重合度系数 Y 0 693 抗弯强度螺旋角系数 Y 1 000 抗弯强度重合 螺旋角系数 Y 0 693 山东大学毕业设计论文 26 寿命系数 Yn 2 06859 齿根圆角敏感系数 Ydr 1 00000 齿根表面状况系数 Yrr 1 00000 尺寸系数 Yx 1 00000 齿轮 1 复合齿形系数 Yfs1 4 24540 齿轮 1 应力校正系数 Ysa1 1 57832 齿轮 2 复合齿形系数 Yfs2 3 98000 齿轮 2 应力校正系数 Ysa2 1 74000 2 齿轮对 3 校核与齿轮对 1 2 类似 略去 齿轮基本参数 模数 法面模数 Mn 4 mm 端面模数 Mt 4 00000 mm 螺旋角 0 00000 度 基圆柱螺旋角 b 0 0000000 度 齿轮 1 齿数 Z1 28 齿轮 2 齿数 Z2 56 齿轮 1 变位系数 X1 0 00 齿轮 2 变位系数 X2 0 00 齿轮 1 齿宽 B1 41 720 mm 齿轮 2 齿宽 B2 41 720 mm 齿轮 1 齿宽系数 d1 0 373 齿轮 2 齿宽系数 d2 0 186 总变位系数 Xsum 0 000 标准中心距 A0 168 00000 mm 实际中心距 A 168 00000 mm 中心距变动系数 yt 0 00000 齿高变动系数 yt 0 00000 齿数比 U 2 00000 端面重合度 1 70586 纵向重合度 0 00000 山东大学毕业设计论文 27 总重合度 1 70586 齿轮 1 分度圆直径 d1 112 00000 mm 齿轮 1 齿顶圆直径 da1 120 00000 mm 齿轮 1 齿根圆直径 df1 102 00000 mm 齿轮 1 基圆直径 db1 105 24557 mm 齿轮 1 齿顶高 功率 15kW 转矩 286500N mm 所设计的轴是实心轴 材料牌号 45 调质 硬度 HB 230 抗拉强度 650MPa 屈服点 360MPa 弯曲疲劳极限 270MPa 扭转疲劳极限 155MPa 许用静应力 260MPa 许用疲劳应力 180MPa 二 确定轴的最小直径如下 所设计的轴是实心轴 A 值为 100 许用剪应力范围 40 52MPa 最小直径的理论计算值 31 07mm 满足设计的最小轴径 32mm 三 轴的结构造型如下 轴各段直径长度 长度 直径 90mm 42mm 60mm 45mm 180mm 50mm 50mm 60mm 230mm 50mm 20mm 45mm 轴的总长度 630mm 轴的段数 6 山东大学毕业设计论文 28 轴段的载荷信息 直径 距左端距离 垂直面剪力 垂直面弯矩 水平面剪力 水平面弯矩 轴向扭矩 42mm 45mm 3164N 0N mm 0N 0N mm 286500N mm 60mm 355mm 3475N 0N mm 0N 0N mm 286500N mm 轴所受支撑的信息 直径 距左端距离 45mm 120mm 45mm 620mm 四 支反力计算 距左端距离 水平支反力 Rh1 垂直支反力 Rv1 120mm 0N 5480 33N 距左端距离 水平支反力 Rh2 垂直支反力 Rv2 620mm 0N 1158 64N 五 内力 xmm dmm m1N mm m2N mm 45 42 0 0 120 45 237300 237300 355 60 307037 53 307037 52 620 45 10 02 10 02 六 弯曲应力校核如下 危险截面的 x 坐标 120mm 直径 45mm 危险截面的弯矩 M 230000N mm 扭矩 T 573000N mm 截面的计算工作应力 50 74MPa 许用疲劳应力 180MPa 120mm 处弯曲应力校核通过 结论 弯曲应力校核通过 山东大学毕业设计论文 29 七 安全系数校核如下 静校核计算 危险截面的 x 坐标 355mm 直径 60mm 危险截面的弯矩 M 307037 53N mm 扭矩 T 573000N mm 截面的静强度安全系数 13 7 许用安全系数 Ss 1 5 355mm 处静强度校核通过 八 扭转刚度校核如下 圆轴的扭转角 0 49 许用扭转变形 0 85 m 扭转刚度校核通过 九 弯曲刚度校核如下 挠度计算如下 xmm imm 1 15 0 120748 2 30 0 102548 3 45 0 084348 4 60 0 066147 5 75 0 048297 6 90 0 031145 7 105 0 015042 8 120 0 9 145 0 013716 10 170 0 024646 11 195 0 034339 许用挠度系数 0 0035 最大挠度 0 034339mm 弯曲刚度校核通过 山东大学毕业设计论文 30 十 临界转速计算如下 当量直径 dv 53 62mm 轴截面的惯性距 I 405767 04mm 4 支承距离与 L 的比值 0 79 轴所受的重力 350N 支座形式系数 1 12 15 轴的一阶临界转速 ncr1 11232 97rmin 2 3 2 二级传动轴设计校核 二级传动轴因为传动转矩与功率与一级传动齿轮轴相近 而轴长教一级传动 齿轮轴段 故不进行强度校核 进行结构设计 其最小直径理论计算值为 32 取 最小直径 45 即与一级传动齿轮轴相同的支撑轴颈 以减少所需选用轴承的类型 二级传动轴如下图 图 2 15 所示 图 2 15 二级传动轴 2 3 3 主轴设计校核 主轴不仅要传递转矩还要起到卡紧圆木的作用 故要在结构上做特殊改进 经计算 主轴最小直径理论计算值为 30 考虑到要承受圆木重量及安全性考虑 设计最小直径为 60 即圆木加工将会产生 60 以上直径的心木 其结构如图 图 2 16 所示 其端部设计为方型结构 在安装圆木时 需要在圆木两端心部凿 山东大学毕业设计论文 31 1 45 见方的孔 将主轴端部方形结构安进圆木中 以保证圆木与主轴同步转动 同样尾座顶针与主轴端部采用相同设计 以确保安装 旋切的可靠性 图 2 16 主轴 2 4 V 型带及带轮设计 一 初始条件 传动功率 P 为 15 kW 主动轴转速 n1 为 1500 rmin 从动轴转速 n2 为 500 rmin 传动比 i 3 二 选定带型和基准直径 设计功率 Pd 18 kW 带型 SPA 型 小带轮基准直径 dd1 112 mm 小带轮基准直径 dd2 335 mm 三 轴间距的确定 初定轴间距 a0 550 mm 所需基准长度 Ld 1800 mm 实际轴间距 a 538 mm 四 额定功率及增量的确定 单跟 V 带传递的额定功率 P1 3 31 kW 传动比 i 1 的额定功率增量 P1 0 5 kW 五 带速 包角和 V 带根数 带速 v 8 8 ms 小带轮包角 156 25 V 带的根数 z 5 六 各项力的计算 V 带每米长的质量 m 0 12 kgm 单跟 V 带的预紧力 Fo 321 28 N 作用在轴上得力 Fr 3144 04 N 山东大学毕业设计论文 32 本章小结 在本章中主要完成了主轴传动 刀架进给系统 尾架顶针结构等主要结构参 数的设计及其校核 通过本章的计算 可以确定设备的基本功率 效率及威胁截 面设计是否符合设计要求 同时统筹考虑旋切机整天尺寸结构 及各部分细节如 轴承安装 齿轮轴向 径向定位等以保证后续的设计 零件选用等顺利进行 第三章 标准件的选用 本设计中大量采用标准件 以降低加工成本 并在设计过程中