圆弧板切机毕业论文.doc

武汉理工大学毕业论文 设计 目 录 摘 要 I Abstract II 1 绪论 1 1 1 综述 1 1 2 发展概况 1 1 2 1 国内发展概况 1 1 2 2 国外发展概况 2 1 3 课题背景 2 1 4 目的及意义 2 1 5 本文主要的研究工作 2 2 设计内容 4 2 1 理论依据 4 2 2 方案实施 4 2 2 1 方案比较 6 2 2 2 方案的选定 6 3 进给系统传动机构设计 7 3 1 电动机的选取 7 3 1 1 选择电动机类型 7 3 1 2 确定电动机的功率和型号 7 3 1 T 型丝杠螺母的设计 7 3 1 1 初始参数的确定 7 3 1 2 尺寸选择及计算 8 3 2 直齿锥齿轮传动设计 9 3 2 1 初始参数的确定 9 3 2 2 主要参数计算 10 3 2 3 几何参数计算 11 4 传动机构设计 13 4 1 电动机的选取 13 4 1 1 选择电动机类型 13 4 1 2 确定电动机的功率和型号 13 4 2 普通 V 带传动设计 13 4 3 普通 V 带的选定与参数计算 16 武汉理工大学毕业论文 设计 5 主轴组件设计 17 5 1 主轴组件的总体布置 17 5 2 主轴的结构设计 17 5 2 1 主轴的材料和热处理 18 5 2 2 初估轴径 18 5 2 3 主轴跨距 L 选择 18 5 2 4 主轴结构的确定 18 5 2 5 主轴的强度验算 20 5 2 5 1 对于交变应力的分析 20 5 2 5 2 交变应力的验算 21 5 2 5 3 弯矩合成应力的验算 21 5 2 6 键的选择与校核 25 5 3 轴承的选取和校核 25 6 支承件设计 28 6 1 材料和时效处理 28 6 2 壁厚的选择 28 6 3 立柱 28 6 4 滑板和工作台 28 6 5 箱体 28 6 5 1 箱体材料的选择 28 6 5 2 铸铁的热处理 29 6 5 3 横梁的加工 29 7 导轨设计 30 8 操作与安装 31 小结 32 参考文献 34 致 谢 35 武汉理工大学毕业论文 设计 I 摘摘 要要 随着硬脆材料应用领域的日益扩展 其切割加工技术也不断发展 圆弧板切机正是 顺应此时代要求而被设计出来的 目前市场上应用的比较多的金刚石串珠绳锯切机加工 精度较高 但成本高昂 另外一种金刚石筒锯切机加工精度较差 出材率也较低 为了 能满足各种加工要求 提高加工效率 特研究设计了一种结构实用 高效经济的圆弧板 切机 整个圆弧板切机采用龙门式 设计分为纵向移动系统 主切削系统 料车水平进给 系统等 纵向移动系统由减速电机带动丝杠进行上下进给运动 丝杠固定在横梁上 横 梁两端固定在龙门式机架的圆柱形立柱上 并随着丝杠进给带动刀具进退刀 主切削系 统直接由主电动机通过 V 带带动金刚石圆筒进行回转切割运动 金刚石圆筒与主轴上法 兰盘采用螺栓联接 圆筒刀具下面焊接有金刚石锯齿 金刚石锯齿在电动机带动下作旋 转运动 实现对荒料切割 料车水平进给系统 用于方便切割不同宽度的板材和装夹工 件 该锯切机刚性好 加工出的板规格一致 质量好 不浪费石材 与现有的技术相比 具有加工效率高 加工成本低 操作简便 加工的装饰板质量好等显著优点 关键词 圆弧板切机 结构设计 纵向移动系统 主切削系统 支承件 导轨设计 武汉理工大学毕业论文 设计 II Abstract With the application of hard and brittle materials expanding the area of its cutting technology is the continuous development of circular plate cutting machine was in keeping with the times was designed Applications currently on the market more of Diamond Wire Cutting machining high precision but the cost is high another kind of precision diamond machining tube cutting less the material was also low in order to meet a variety of processing requirements and improve processing efficiency especially research and design a structure of practical effective and economic arc plate cutting machine The circular plate cutting machine gantry design is divided into longitudinal movement system the main cutting systems material feed systems vehicle level Vertical mobile systems driven by a gear motor feed screw for movement up and down Screw fixed to the beam the beam fixed at both ends of the cylindrical column gantry on the rack and with the screw driving tool to the advance and retreat into the knife The main cutting system directly from the main motor V belt driven by diamond rotary cutting cylinder for movement Diamond cylinder and spindle flange connected by bolts The following are diamond cutter cylinder welding jagged sawtooth diamond to make an rotation in the motor drive to achieve cutting of the blocks Skip horizontal feed system for easy cutting boards of different width and workpiece clamping Rigidity of the cutting machine processing the same board size good quality do not waste stone Compared with existing technologies with high efficiency low cost easy to operate processing quality decorative panels and other significant advantages Key words Circular plate cutting machine structure design longitudinal main cutting system mobile system supporting pieces of rail design 武汉理工大学毕业论文 设计 1 1 1 绪论绪论 1 11 1 综述综述 随着科学技术和现代工业的发展 硬脆材料的应用领域日益扩展 硬脆材料加工技 术也不断发展 在各种硬脆材料加工方法中 切割加工占有重要地位 80 年代末到 90 年代 锯切机向着大型化自动化的方向发展 圆弧板切机正是顺应 市场的要求而被设计出来的 采用不同直径的金刚石圆筒切割不同直径的花岗岩 属于 建筑材料机械技术领域 目前市场上应用的比较多的金刚石串珠绳锯切机加工精度较高 但成本高昂 另外 一种金刚石筒锯切机加工精度较差 出材率也较低 当然有些厂家制作的圆弧板切机性 能也十分良好 机身采用龙门式结构 优化的电控和动力系统 加工成本低 生产效率 高 但售价又偏高 面对这一市场需求 为了能满足各种加工要求 提高加工效率 我 开始了本次毕业设计的任务 即设计出一种性能良好价格低廉的圆弧板切机 我觉得此次毕业设计意义很大 我希望能将自己所学的知识运用于生产实践中 能 够让书本上的知识变成真正的生产力 解决一点实际的问题 这也是我一直为之努力的 目标 1 21 2 发展概况发展概况 石材加工历史悠久 最初都是手工完成的 直到石材机械发明以后 人类才从石材 加工体力劳动中解脱出来 石材毛板加工最初采用摆式砂锯 进给系统靠重力配重完成 锯条张紧机构也是靠楔形块张紧 加工工艺比较简单 产品单一 劳动强度大 质量较 差 80 年代末到 90 年代 随着建筑装饰业的发展 锯切机向着大型化自动化的方向发展 它如雨后春笋 发展很快 且品种多样 可满足各种石材加工需求 在工艺水平的科技 进步下 石材产品的质量和加工自动化水平也得倒不断提高 石材加工从简单的平面加 工向立体加工发展 从手工加工向机械化 自动化 数控化方向发展 从单件加工向流 水线 柔性系统方向发展 1 2 11 2 1 国内发展概况国内发展概况 国内已经有很多成形的产品用于生产圆弧面等厚薄板 厚板以及圆墩等石料制品的坯 料 改变了用人工钻凿加工石材圆弧板的方法 产品质量好 石材利用率高 刀片采用 机械夹固在刀体上 拆装方便 制造容易 刀体寿命长 是一种加工石材圆弧板材的专 用机具 不过 从石材企业整体生产线的自动化程度来说 与国外相比仍有差距 某些 生产环节仍靠人力操作 不但影响了生产效率 而且质量存在不稳定性 武汉理工大学毕业论文 设计 2 1 2 21 2 2 国外发展概况国外发展概况 20 世纪 80 年代末 一系列高科技在石材技术中应用 使石材加工技术设备大型化 多功能化 90 年代石材工业最突出的技术成果当属石材异型加工设备的出现 例如 二 柱龙门弧形板切石机 弧形板 罗马柱毛坯切割的专用设备 在次基础 吸收龙门式多 种结构优点相继推出四柱弧形切石机 产该系列机型采用圆桶形金刚石剧片对荒料进行 圆弧切割 能通过数字控制对荒料进行半自动切割 同时可为客户提供等厚圆弧板刀桶 该机造型新颖美观 结构刚性好 成本低 质量好 割切效率是直锯片切割弧形板的 5 6 倍 还有一些异型石材加工机 异型数控加工中心 配备 WINDOWS 系 AUTOCAD 计算 机辅助设计系统 CAM 计算机辅助制造系统及专用图形软件包 使得数控加工中心操作系 统更强大 兼容性更好 目前 磨机上也开始使用这类软件 1 31 3 课题背景课题背景 在社会物质文明高度发达的今天 人们对于生活的品味与追求已越来越高 因此在 家庭装修方面也更加重视 这必然导致石材行业的迅猛发展 那么石材加工设备的需求 则是不言而喻的 对于切机 目前市场上存在的同类产品 多数都不是数控类比较先进 的 而是目前市场上应用的比较多的金刚石串珠绳锯切机加工精度较高 但成本高昂 另外一种金刚石筒锯切机加工精度较差 出材率也较低 有些机器还噪声大 产品质量 不稳定 在此情况下 我所要设计的是用于生产弧形板 圆柱 罗马柱 墓碑石等复杂 形状的石材机床 该机结构性能良好 高效实用 可良好改善和提高工人生产加工的条 件 1 41 4 目的及意义目的及意义 本次设计的目的就是对目前圆弧板切机使用中的一些不足作相应的改进 以满足各 种复杂形状的石材的加工需求 并从机床实用性和高效性方面考虑 以改善工人的生产 加工条件 龙门式圆弧板切机的设计意义主要体现在 一 要设计这一机械设备 必然先要了解石材这一行业 那么 这次毕业设计更多 方面帮助我认识熟悉了石材加工设备 学以致用 让我更深刻地体会到本专业的广泛用 途 二 某种程度上 在汲取前人原有的成果经验和合理的设计成果时并对其不足之处 进行创新和改造 这就是一种技术的进步 整个机械行业 也是在这种不断修正 不断 进步中不断地前行 三 是对切机的使用性上 设计改进后的锯切机刚性好 加工出的板规格一致 质量 好 不浪费石材 与现有的技术相比 具有加工效率高 加工成本低 操作简便 加工 的装饰板质量好等显著优点 武汉理工大学毕业论文 设计 3 1 51 5 本文主要的研究工作本文主要的研究工作 本设计是分析目前市场中存在的圆弧板切机的利弊 根据人们对于切机使用方面的 要求 对切机作一次全面的改进 设计出一款具有适用性和高效率的圆弧板切机 我所 要做的主要工作为 1 为圆弧板切机的设计提出合理设计方案 并根据市场的需求选定合理的方案 2 根据已经确定的方案 进行设计计算 完成整个圆弧板切机的结构设计 绘制圆 弧板切机的装配图和所设计零件的零件图 3 完成圆弧板切机的设计说明书 武汉理工大学毕业论文 设计 4 2 2 设计内容设计内容 2 12 1 理论依据理论依据 本设计主要分为结构方案整体设计 各零部件设计计算和绘制装配图零件图 即先 确定整体方案 然后进行传动机构总体设计 电机的选择 锥齿轮的设计 丝杠螺母等 的设计 其次主轴组件设计 基本结构设计 传动方式选择 组件中轴承的选择 主轴 箱的设计制造 主轴的设计制造等 支承件的设计 静刚度考虑 形状选择 结构设计 包括其材料和时效处理 壁厚的选择 立柱横梁滑板工作台箱体的设计及结构工艺性考 虑 导轨设计等 然后根据相关资料手册确定各零部件尺寸 最后绘制装配图 零件图 主要用的理论知识有 机械设计 机械原理 理论力学 材料力学 电动机原理 机电控制系统设计 机电产品创新设计 机械制造技术以及等 2 22 2 方案实施方案实施 通过了解石材加工中市场上常用切机 分析其工作原理 并参考和借鉴了相关机床 的结构特点 特拟定了以下结构方案 a 方案一 图图 2 12 1 方案一示意图方案一示意图 武汉理工大学毕业论文 设计 5 b 方案二 图图 2 22 2 方案二示意图方案二示意图 c 方案三 图图 2 32 3 方案三示意图方案三示意图 武汉理工大学毕业论文 设计 6 2 2 12 2 1 方案比较 方案比较 如图所示 方案 1 中使用减速电机带动两对锥齿轮 螺母固定在锥齿轮上 使得螺 母随这锥齿轮旋转从而带动丝杠上下移动 丝杠固定在横梁上 横梁随之运动进而带动 刀具进退刀 同时 使用 V 带减速并带动刀具旋转实现主切削运动 使用手轮摇动 丝 杠旋转 带动固定在工作台上的螺母来回运动从而实现工作台的直线运动 方案 2 中使 用减速电机带动蜗轮蜗杆减速 螺母固定在横梁上 丝杠旋转 带动螺母上下运动 从 而使横梁上下运动并带动刀具进退刀 同时 使用齿轮传动减速并带动刀具旋转实现主 切削运动 使用电机带动齿轮齿条实现工作台的直线进给运动 方案 3 中 使用液压缸 带动横梁上下移动从而实现进退刀 使用电机带动齿轮减速并带动刀具旋转做主切削运 动 使用手轮摇动 带动丝杠旋转从而带动固定在工作台上的螺母来回运动实现工作台 的直线运动 以上 3 种方案的原理大致相同 都基本能实现所需功能 但是 3 种方案均使用减速 电机带动传动机构 则减速时所需减速比较小 方案 1 中的锥齿轮即可满足 而且相对 于方案 2 中的蜗轮蜗杆 制造简单 成本低廉 同时方案 1 中使用丝杠与横梁固定 可 承受较大的静载荷 方案 2 中螺母与横梁固定时 当行程开关失效时 有可能超行程导 致丝杠与螺母旋脱 造成横梁下坠的危险 因为大理石属于硬脆材料 存在硬质点 方 案 1 中使用 V 带传动较方案 2 中的齿轮减速可以更好地实现过载保护 同时因为所需的 主轴刀具的转速无需很精确 V 带也可以满足其要求 也更经济 因为石板的厚度大 加 工时间长 手动调整工作台即可满足节拍的要求 相对于电机带动齿轮齿条的自动化线 更加简单 也更省钱 主运动为旋转切削运动 进退刀所需力量不大 方案 3 中使用液 压缸成本太高 床身结构也更加复杂 2 2 22 2 2 方案的选定方案的选定 综上所诉 方案 1 中的设计既很好地满足了弧形板切机的各项动作的需求 而且制 造简单 成本低廉 故选用方案 1 设备结构 方案 1 中使用减速电机带动两对锥齿轮 螺母固定在锥齿轮上 使得螺 母随这锥齿轮旋转 因为横梁固定 则限制了螺母这 5 个自由度 同时丝yxzyx 杠固定在横梁上 与螺母螺纹连接 限制了丝杠这 5 个自由度 所以此时 zyxyx 螺母旋转 带动丝杠上下移动 丝杠固定在横梁上 横梁随之运动进而带动主轴与刀具 进退刀 主切削系统直接由主电动机通过 V 带带动金刚石圆筒进行回转切割运动 金刚 石圆筒与主轴上法兰盘采用螺栓联接 圆筒刀具下面焊接有金刚石锯齿 金刚石锯齿在 电动机带动下作旋转运动 实现对荒料切割 使用手轮摇动 丝杠旋转 带动固定在工 作台上的螺母来回运动从而实现工作台的直线运动 导轨处在油槽中 外部采用良好的 武汉理工大学毕业论文 设计 7 密封装置 因此减少了工作台与导轨间的摩擦 使切割更加容易 武汉理工大学毕业论文 设计 8 3 3 进给系统传动机构设计进给系统传动机构设计 在本设计中 进给系统传动链的设计为 减速电机 锥齿轮 丝杠螺母 横梁 故传动部分主要设计电动机 锥齿轮 丝杠螺母 3 13 1 电动机的选取电动机的选取 3 1 13 1 1 选择电动机类型选择电动机类型 电动机的类型和结构形式是要根据电源种类 直流和交流 工作条件 环境 温度 工作时间的长短 连续或者间歇 以及载荷的性质 大小 启动性能和过载情况等条件 来选取的 因为圆弧板切机中考虑到刚度与稳定性 需要两根丝杠同时带动横梁垂直进给 同一 电机带动 而且因为节拍很长 垂直进给速度很小 兼顾到减速的因素 采用空心轴减 速电机 同时空间的需要 安装的简便 采用底角安装 3 1 23 1 2 确定电动机的功率和型号确定电动机的功率和型号 电动机的功率选择是否合理对于电动机的正常工作和经济性都有影响 功率选得过 小 不能保证工作机的正常工作或使得电动机长期过载而过早损坏 电动机的功率选择 过大 则电动机价格高 且经常不在满载下运行 电动机效率和功率因数都较低 造成 很大的浪费 在本设计中 垂直进给电动机选用机规格为 DR DT DV 电机型号为 F67 M1 4 极 电机功率为 1 1KW 的底脚空心轴锁紧盘安装平行轴斜齿轮减速电机 FH B 3 1T3 1T 型丝杠螺母的设计型丝杠螺母的设计 3 1 13 1 1 初始参数的确定初始参数的确定 丝杠的工进速度为 20 快进速度为 100 快退速度为 100 min mm min mm min mm 武汉理工大学毕业论文 设计 9 3 1 23 1 2 尺寸选择及计算尺寸选择及计算 表表 1 1 丝杠的尺寸参数丝杠的尺寸参数 计算项目单位计算公式说明 初算导程 h p mm mm n v ph8 5 12 100 max max 丝杠最大移动速度 max v min mm 丝杠最大转动速度 max n min r 当量载荷 M F N N NFFFM 3166 50045002 3 1 2 3 1 minmax 最大载荷 max F 最小载荷 min F 当量转速 m n min r min 5 9 321 332211 r ttt tntntn nm min 25 1 r n min2 1 t min 5 2 r n min50 2 t min 25 3 r n min12 3 t 估算丝杠 允许的最 大轴向变 形 m um因为丝杠在横梁上两处均需定位 所以属于重 复定位 根据公示 取 m 4 1 重复定位精度 4 1 3 1 m 定位精度 5 1 4 1 m mmm 中较小值为 取 估算丝杠 底径 m d2 mm m m lF d 0 2 4 1 1201125 078 0 3 57mm 1125WuF 00 25 0 4500 N 21 wwpgvW 453084004 004 0 38 9109 7 3 00N 一端固定一端游动时为 0 078 导轨静摩擦力 0 F 导轨静摩擦因素 0 u 两轴支撑点间距离 l 验算丝杠 压杆稳定 性 c F N c F max2 1 4 2 5 21 10 a c F L dKK c FNN6001094 120 631025 0 2 45 临界压缩载荷 c F 安全系数为 0 5 1 K 一端固定一端游动时为 2 2 K 武汉理工大学毕业论文 设计 10 丝杠承受最大受压长度 1c L 丝杠副所受最大轴向压载荷 maxa F 校验dn min mmr 70000 max0 nd 7000015752563 min mmr 丝杠副的公称直径 0 d 丝杠副最大转速 max n 验算额定 静载荷 oa C N maxasF f oa C KNKN370 17939133 丝杠副轴向基本额定静载荷 oa C 静态安全系数 有冲击或振动取 s f 2 3 丝杠副最大轴向载荷 maxa F 验算丝杠 轴拉压强 度 KN max 4 2 4 a p F d KN1358 15 4 6314 3005 0 2 丝杠轴许用拉压应力 p 综上所诉 选择丝杠螺母的型号为 6308 3 23 2 直齿锥齿轮传动设计直齿锥齿轮传动设计 3 2 13 2 1 初始参数的确定初始参数的确定 因为丝杠的工进速度为 20 快进速度为 100 快退速度为 100 min mm min mm min mm 螺距为 8 根据经验选择的锥齿轮减速 所以锥齿轮中小轮的转速为 r mm 2 1 min 5 1 r n 则其当量转速 小轮的计算转矩 min 25 2 r n min 5 9 321 332211 r ttt tntntn nm 1c T 700 1 9550 c A n pk mN 5 9 10 19550mN 一般工业用锥齿轮分度圆直径确定 美国标准 ANSI AGMA2005 C96 和格力森齿制是根据 齿数比和小轮计算转矩 按齿面接触强度和弯曲强度由图分别确定小齿轮大 1 2 z z u 1c T 端分度圆直径 取其中较大者为小齿轮直径初值 10 d 用及 700查表得 100 90 取 1002 u 1c T mN 10 dmm 10 dmm 10 dmm 由于表面热处理使用火焰淬火 则材料与硬度修正系数因为载荷变动较小 05 1 1 K 武汉理工大学毕业论文 设计 11 而且有振动 则载荷修正系数因为属于直齿锥齿轮 则齿面修正系数 8 0 2 K2 1 3 K 故 12 18 005 1 321 KKKK 综上 取 mmd100 1 mmd200 2 3 2 23 2 2 主要参数计算主要参数计算 表表 2 2 锥齿轮的基本参数锥齿轮的基本参数 序号名称代号计算公式和说明结果 1 轴交角 90 2 齿数比 200 i u 2 1 200 n n iu 2 3 小轮转矩 1c T 初始计算得 700 mN 4 小齿大端分度圆 直径 10 d 时 20 100mm 5 小轮齿数 1 z 由图查得 25 6 小轮齿数 2 z 102 zuz 50 7 齿数比 u 1 2 z z u 2 8 模数m 1 10 z d m 4mm 9 小轮分度圆锥角 1 时 90 1 u 1 arctan 565 26 10 锥距R 1 1 sin 5 0 mz R 111 8mm 11 齿宽b 410 3 0 5 33 mb Rb RR 33 5mm 12 螺旋角 m 0 武汉理工大学毕业论文 设计 12 3 2 33 2 3 几何参数计算几何参数计算 表表 3 3 锥齿轮的几何参数锥齿轮的几何参数 序号名称代号 单 位 计算公式和说明结果 原始参数小齿轮大齿轮 1 齿数 i z 见上表 2550 2 大端模数 m mm 见上表4mm 3 齿宽 bmm 见上表33 5mm 4 齿顶高系 数 a h GB T12369 19901 5 顶隙系数 c GB T12369 19900 2 6 压力角 GB T12369 1990 20 7 轴交角 见上表 90 8 高变位系 数 i x i x cos cos 1 46 0 2 2 u 12 xx 0 345 0 345 几何参数计算 1 大端分度 圆直径 mmdi ii mzd 100200 2 分锥角 i 见上表 1 12 565 26 435 63 3 大端锥距 R mm 见上表111 8mm 4 大端齿距 mmpmp 12 56mm 5 大端齿顶 高 ai h mm ai h ia xhm 5 382 62 6 大端齿根 高 fi h mm fi h ia xchm 3 426 18 武汉理工大学毕业论文 设计 13 7 大端全齿 高 h mm h ai h fi h 8 8 8 齿根角 fi arctan R hfi fi 742 1 164 3 9 无根切许 用最大齿 根角 max fi 2 5 022 costan2 1 cossintan41 180 max i i fi 56 64 344 26 10 齿顶角 ai arctan R hai ai 755 2 342 1 11 大端顶圆 直径 ai d mm iaiiai hdd cos2 109 7202 34 武汉理工大学毕业论文 设计 14 4 4 传动机构设计传动机构设计 在本设计中 传动链的设计为 电动机 皮带轮 主轴 圆筒状锯切刀具 故传动部分主要设计电动机及 V 带 4 14 1 电动机的选取电动机的选取 4 1 14 1 1 选择电动机类型选择电动机类型 电动机的类型和结构形式是要根据电源种类 直流和交流 工作条件 环境 温度 工作时间的长短 连续或者间歇 以及载荷的性质 大小 启动性能和过载情况等条件 来选取的 根据切机的工作性质 采用 Y 系列相异步电动机 4 1 24 1 2 确定电动机的功率和型号确定电动机的功率和型号 电动机的功率选择是否合理对于电动机的正常工作和经济性都有影响 功率选得过 小 不能保证工作机的正常工作或使得电动机长期过载而过早损坏 电动机的功率选择 过大 则电动机价格高 且经常不在满载下运行 电动机效率和功率因数都较低 造成 很大的浪费 在本设计中 金刚石锯片主电动机选用 Y132S 4 额定功率 5 5 垂直进给电 KW 动机选用机规格为 DR DT DV 电机型号为 F47 M1 4 极 电机功率为 1 1KW 的底脚空心 轴锁紧盘安装平行轴斜齿轮减速电机 FH B 4 24 2 普通普通 V V 带传动设计带传动设计 已知传递功率为 5 5KW 计算如下 表表 4 4 V V 带的尺寸参数带的尺寸参数 结论设计计算项目设计计算依据 方案 I方案 II方案 III 工况系数 A K 机床运动性质 1 1 A K 计算功率 d p d p A Kp 传递的功率 p 1 1 5 5 6 05 d p KW 选择 V 带型号 查图选定 d p 1 w 小轮转速 1 w Z 型A 型SPZ 型 小轮直径 1 d 带轮寿命 推荐值 80mm100mm80mm 验算带速v 1 1 max 60 1000 d n vv 6 03m s7 54m s6 03m s 武汉理工大学毕业论文 设计 15 max 2530 vm s 大轮直径 2 d 1 211 2 11 w didd w 传动比 大带轮角速度 i2 w 弹性滑动率 一般取 0 2 查表圆整后 200 2 d mm 查表圆整后 236 2 d mm 查表圆整后 200 2 d mm 从动轮转速 2 n 2 1 1 2 d d nn 576mm610mm576mm 从动轮转速误差 005 0 22 2 nnn 0 04 0 017 0 04 初定中心距 0 a 80 0 70 0 210 dda 212mm265mm212mm 初算带长 2 d L 0 a 12 2 dd 2 21 0 4 dd a 881mm1075mm881mm 选定胶带的长度 d L 标准值 900mm1120mm900mm 定中心距a 0 2 dd LL aa 222mm288mm222mm 安装时所需最小 中心距 min a a 0 015 min a d L208mm271mm208mm 张紧或补偿伸长 所需最大中心距 max a a 0 03 max a d L249mm322mm249mm 验算小带轮包角 1 21 1 18057 3174 73 dd a 175 1 152 9 175 1 单根 V 带基本额 定功率 0 p 和带的型号 v1 d 查表得 0 36 0 p KW 查表得 1 31 0 p KW 查表得 1 58 0 p KW 传动比i 1 2 d d i 2 52 362 5 功率增量 0 p 弯曲影 01 1 1 b i pK n K b K 响系数 传动比系数 i K 查表得 0 02 0 p KW 查表得 0 17 0 p KW 查表得 0 23 0 p KW 长度系数 L K 查表得 1 030 910 88 包角系数 K 查表得 0 980 930 98 武汉理工大学毕业论文 设计 16 2 sin2 1 0 ZFFQ 带的根数z 00 d Lm p z ppK K K 材质系数 1 m K m K 16 15 9 5 4 84 4 3 88 V 带单位长度质 量q 见下表 0 06 m kg 0 10 m kg 0 07 m kg 单根 V 带初拉力 2 0 5 2500 qv K K zv P F c 51N141N197N 带轮对轴所产生 的压力 1281N1015N1252N 情况评价带根数及初拉力等不好较好好 武汉理工大学毕业论文 设计 17 4 34 3 普通普通 V V 带的选定与参数计算带的选定与参数计算 综上所诉 选用 spz 900 GB T 12370 1991 4 根 表表 5 5 V V 带几何参数的计算带几何参数的计算 设计计算项目符号槽型 spz 基准宽度 d b8 5mm 基准线上槽深 mina h2 0mm 基准线下槽深 minf h9 0mm 槽间距emm 3 012 第一槽对称面至端 面的距离 fmm 18 最小轮缘厚 min 5 5mm 带轮宽BmmfezB528212 14 2 1 小轮外径 1a dmmhdd ada 104221002 11 大轮外径 2a dmmhdd ada 204222002 22 小轮孔径 01 d30mm 整体长度L mmdL o 603022 1 小轮轮槽角 1 34 1 大轮轮槽角 2 38 2 武汉理工大学毕业论文 设计 18 5 5 主轴组件设计主轴组件设计 5 15 1 主轴组件的总体布置主轴组件的总体布置 主轴组件是石材机械的关键部件之一 其设计和制造水平直接关系到主轴旋转精度 设备运行的平稳性 主轴组件的振动直接影响石材产品的表面加工质量和圆筒状锯切刀 具的使用寿命 圆弧板切机在工作过程中 由主轴带着圆筒状锯切刀具旋转对石材进行 切割加工 主轴直接承受切削力 而且锯片在工作过程中 由于各刀片间的间隙 切削 力是不断变化的使主轴组件产生振动 水平与垂直方向的晃动 进而导致整机的振动并 影响整机的运动精度 因此 在设计主轴组件时必须综合考虑主轴组件中各零件对整机 工作性能的影响 旋转精度 刚度 抗振性 热变形 并提高零件的设计和工艺制造水 平 主轴组件由 主轴 轴承 轴 承座 横梁和安 装在主轴上的皮 带轮 圆筒状锯 切刀具及附件组 成 根据单臂切 机的特点及所需 承受的工作载荷 主轴组件的布置 及结构形式可初步定为 图图 5 15 1 主轴组件的布置图主轴组件的布置图 5 25 2 主轴的结构设计主轴的结构设计 工作中主轴承受的是交变压应力和扭转载荷 同时还受到中等程度的冲击载荷 对 材料的要求既要有较高的强度 又要有高的塑性 同时还应有相当高的冲击韧性与疲劳 强度 轴颈安装轴承和止口定位的部位还要有一定的表面硬度 防止更换轴承和圆筒状 锯切刀具时主轴受到磨损 主轴头部的结构 要便于 V 带的装卸 同时尽量缩短主轴端的悬伸长度 主轴的尾 端采用止口定位 要便于刀具的装卸 同时尽量接触良好 另外在主轴设计和制造中 非定位面与定位面应严格分开 同时应根据各轴段的定位要求 选择不同的粗糙度 在 工艺条件允许的情况下可适当提高主轴表面粗糙度 这样可以增加其耐磨性 接触刚度 和疲劳强度 提高尺寸的稳定性 武汉理工大学毕业论文 设计 19 5 2 15 2 1 主轴的材料和热处理主轴的材料和热处理 主轴受载荷后允许的弹性变形是很小的 为保证主轴有足够的耐磨性和冲击韧性 主轴采用 45 钢并进行调质处理 此外 局部高频淬火还可提高局部接触面的硬度 增加 其使用寿命 故主轴加工的主要工序可设定为 下料 粗车 调质 精车 局部高频淬火 圆磨 5 2 25 2 2 初估轴径初估轴径 当轴段截面上有一个键槽时 增大 5 3 min n P Cd mmmm25 600 05 6 110 3 d 则主轴上最小的轴颈应大于 其中为安 min dmm d d 5 52 5 0 05 1 25 0 1 全系数 但是 根据设计任务书 圆筒状锯切刀具的直径在900 1200之间 选定为直 mm 径 1000 则需用主轴的止口定位 为了保证接触良好 达到足够的强度刚度 至少 mm 需要止口直径达到100 以上 所以可根据需要适当增大轴颈的直径 用类比法并参 mm 考市场上圆弧板切机主轴的结构和尺寸 经过分析对比 确定所设计主轴的直径 5 2 35 2 3 主轴跨距主轴跨距 L L 选择选择 主轴的跨距 前后轴承间的距离 对于主轴组件的性能有相当大的影响 在结构允 许的情况下 主轴的跨距越大 主轴的刚度越好 主轴的工作性能也越好 但主轴越长 抗扭越差 在加工和热处理时尺寸的精度和稳定性就越难保证 因此 在设计中必须根 据主轴上所装配的零件以及主轴的结构尺寸选择主轴的跨距 参照相关手册和资料 初 定跨距为 275mm 5 2 45 2 4 主轴结构的确定主轴结构的确定 主轴的结构和形状主要决定于主轴上的传动件 轴承等零件的类型 数量 位置和 安装方法等 同时还应考虑主轴的加工工艺性和装配工艺性 为了便于装配 常把主轴 设计成阶梯状 初选主轴跨距后 根据主轴组件的零件及其相关尺寸 初步确定主轴的 结构为 武汉理工大学毕业论文 设计 20 图图 5 25 2 主轴的结构设计图主轴的结构设计图 各轴段直径的确定 D1 初算轴径得出 75mm D2 轴肩定位 并安装螺母 直径大出 5 10 取为 85 mmmm D3 安装轴承处 计算取整 得出 100 32 80 0 75 0 dd mm D4 非加工面与加工面分开 取为 90mm D5 安装轴承处 取为 100mm D6 轴肩定位 直径大出 5 10 计算取整为 115 mmmm D7 法兰端 标准化 145mm D8 法兰大端 标准化 280mm D9 轴端刀具定位止口 需有足够接触面 根据经验 取为 185mm 各轴段长度的确定 L1 由皮带轮及装配关系确定 58mm L2 由定位螺母及装配关系确定 47mm L3 L5 由滚动轴承及装配关系确定 68mm L4 由横梁尺寸及装配关系确定 205mm L6 由压紧螺母及装配关系确定 38mm L7 L8 L9 法兰端 标准化 45 5 47 5 25 mmmmmm L10 刀具厚度确定 12mm 此外 考虑轴的结构工艺性 在轴的左端制成 2 45 的倒角 螺纹与车削加工连接处 留有 4 0 5 的退刀槽 武汉理工大学毕业论文 设计 21 5 2 55 2 5 主轴的强度验算主轴的强度验算 此主轴不仅受到扭转载荷 而且受到了因切削力而产生的很大的交变压应力同时还受 到中等程度的冲击载荷 所以校验需主要从两个方面进行 5 5 2 2 5 5 1 1 对于交变应力的分析对于交变应力的分析 因为此工作中的应力和石板的加工及其机理有十分重要的关系 所以我们先熟悉一 下石板的加工机理 对石材加工机理的分析 石材加工是从传统的金属切削加工衍生出来的一个新的学科分支 不论何种花岗石 材 它们都可以被看作是一种非均质各向异性的硬脆性天然复合材料 实际锯切花岗石 材时其可能的状态不外以下三种 1 磨粒相对于石材的干涉切深过小 相应的干涉力不 足以使石材产生需要的解理破坏 磨粒与石材间多为激烈的挤压滑擦和耕犁刻划 此时 去除的材料多呈粉末状 在这种状态下锯切 不仅材料去除率极低 且因锯切比能高 温升明显 磨粒磨损极为严重 故锯片寿命极低 2 磨粒相对于石材的干涉切深过大 磨粒与石材间作用的干涉力过大 在这种状态下锯切虽可获得高的材料去除率 但同时 也会因超负荷工作导致磨粒过早地破碎和脱落 锯片寿命同样很低 3 磨粒与石材间有 比较合理和适宜的干涉切深以及相应的干涉力 在此种状态下锯切 不仅石材可因理想 的解理性碎断而获得极高的去除率 而且由于以解理为主的锯切过程轻松平稳 锯片本 身也可获得最高的寿命 对锯切加工机理的研究从早期开始使用的单颗粒化上表面形貌观察方法 逐渐发展 到综合使用偏光显微镜和扫描电镜观察矿物成份及划痕形貌 用声发射信号评价切削状 态 近年来 这种加强了岩石矿物特征等对锯切工程的各种现象如锯切力 刀具磨损和 锯切工艺等的影响研究 一般情况下 圆筒刀具下焊接的金刚石锯齿 切入石板的深度较小 因此对其受力 分析时 可以按平面应力问题处理 金刚石圆筒与主轴上法兰止口端采用螺栓联接 因 此圆筒刀具中心孔的5 个自由度都受到限制 圆筒刀具的受力主要是瞬时yxzyx 与石材切割相接触的金刚石锯齿上 参与切割的锯齿数与切割深度有关 锯切时 金刚石锯片的锯齿对石材产生的切割力有两个 一个是轴向力 Fn 另一个 是沿线速度方向的切向力 Ft 锯切力 Ft 是切割力 影响锯切功率 轴向力 Fn 则直接影 响主轴的刚度 稳定性和耐磨损等特性 锯片以高速旋转对石材进行切割 通常切割花岗石的线速度为 25 40m s 当主切削系 统电机功率确定以后 切向力大小由锯片线速度而定 在此暂把线速度取为 30m s 则 NkNvpFt 7 189 30 95 0 99 0 5 51 1 则根据经验取值 n F 武汉理工大学毕业论文 设计 22 5 5 2 2 5 5 2 2 交变应力的验算交变应力的验算 主轴选用 45 钢 低碳钢压缩时的弹性模量 E 屈服极限等都与拉伸时基本相同 s 在屈服阶段以后 随着外力的增加 试件越压越扁 横截面面积不断增大 所以低碳钢 的力学性能里抗压强度很大 适合做需经锻压 冷加工并承受一定冲击载荷的构件 b 书本上查得 45 钢 as Mp353 ab Mp598 16 s 许用应力 其中 安全系数 常温静载下 n s n5 25 1 n 构件强度条件 因为很小 可把主轴看成轴向拉伸和压缩的等面杆 maxc T 其强度条件为 其中为杆件最大轴力 为横截面积 AFN maxmaxmaxN FA 除了工作时的交变压应力 静载时也因刀具的自重而产生了拉应力 所以 asa Ns MpMp d dbhbdg d gv A G AF 2 141 5 2 353 088 0 1075 4 008 011008 01 4 100 2 4 4 4 3 23 2 min 2 2 min maxmax asa S Nb MpMp d G A F A GF AF 2 239 5 2 598 76 40 1075 4 10454 4 4 23 3 2 min maxmax 受切削力 主轴的水平方向上的弯矩合成应力不小 需要进行验算 5 5 2 2 5 5 3 3 弯矩合成应力的验算弯矩合成应力的验算 首先计算出轴的受力大小 然后作出受力简图 取集中载荷作用于带轮和轴承的中 点 1 计算主轴上的转矩 轴传递的转矩 n P T9550 皮带轮的传动效率 轴承的效率 21 c pp 1 2 武汉理工大学毕业论文 设计 23 查表得 0 95 0 99 1 2 故转矩 TmN 600 05 6 99 0 95 0 9550 mN 57 90 圆周力NN d T Ft906 2 0 257 90 2 2 求轴承的支反力 如图 因为是带轮 所以只受到水平面上的支反力 由 1 A F B F t F 2 221 lFllF At 其中mmlmml235 46 21 求得 1083N A F 177N 向下 B F 3 画出弯矩图 转矩图和计算弯矩图 a 弯矩的计算 截面 A 处 mNmNlFM AA 8 4910461083 3 1 b 画转矩图 TmN 57 90 c 当量弯矩的值 因双向回转 视转矩为双向循环对称转矩 1 1 1 b b 则截面 C 处当量计算弯矩为 NTMM AvA 4 10357 90 8 49 2222 武汉理工大学毕业论文 设计 24 各示意图如下 图图 5 35 3 弯矩及转矩图弯矩及转矩图 4 按照弯曲合成应力校核轴的强度 在截面 A 处当量弯矩最大 故截面可能危险截面 根据 查机械设计NmMvA 4 103 手册得 55 b1 a MP 55 aa AA A MpMp d M W M 03 1 1001 0 10 4 103 1 0 3 3 3 b1 a MP 所以该截面安全 截面 D 虽然仅受弯矩 但其直径最小 则截面亦可能为危险截面 mNTMD 57 90 55 aa DD D MpMp d M W M 15 2 751 0 1057 90 1 0 3 3 3 b1 a MP 武汉理工大学毕业论文 设计 25 所以该截面安全 5 安全系数的校核 校核安全系数 截面处疲劳安全系数校核III 抗弯截面系数 3333 42188751 01 0mmmmdW 抗弯截面系数 3333 84375752 02 0mmmmdWT 合成弯矩 mmNMIII 103400 扭矩 mmNTIII 90570 弯曲应力幅 aa IIIIII a MpMp d M W M 45 2 42188 103400 1 0 3 弯曲平均应力 按对称循环应变力计算 am Mp0 扭剪应力幅 aa T III a MpMp W T 54 0 843752 90570 2 扭剪平均应力 按脉动循环应变力计算 aam Mp54 0 弯曲 剪切疲劳极限 a Mp255 1 a Mp140 1 弯曲 扭转的等效系数 2 0 1 0 r 绝对尺寸系数 78 0 74 0 r 表面质量系数 截面为车削加工 III95 0 弯曲对配合 边缘处 圆角处 有效应力集中系数分别为6 7 kH2 r 954 1 k74 1 k 扭转对配合 边缘处 圆角处 有效应力集中系数分别为 6 7 kH2 r50 1 k 466 1 k 取大值 即配合边缘处有效应力集中系数计算值为 954 1 k50 1 k 受弯矩作用时的