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型冰切割机的设计及装配仿真【三维SW】【全套11张CAD图纸+毕业论文】【原创资料】

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YC553-型冰切割机 —新三维设计

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关键词：: 切割机设计装配仿真三维 sw 全套 cad 图纸毕业论文原创资料

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型冰切割机的设计及装配仿真

摘要

本文主要介绍型冰切割机的发展状况，型冰切割机传动装置结构设计原理，型冰切割机传动装置总体方案分析及确定，型冰切割机传动装置结构设计内容所包含的机械图纸的绘制，传动装置的计算，传动装置的结构设计结论与建议。

工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期、频繁、单调的操作，采用传动装置是有效的；此外，它能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其它有毒、污染环境条件下进行操作，更显示其优越性，有着广阔的发展前途。

本论文研究内容：

(1) 型冰切割机传动装置总体结构设计。

(2) 型冰切割机传动装置工作性能分析。

(3) 电动机的选择。

(4) 型冰切割机传动装置的传动系统、执行部件及机架设计。

(5) 对设计零件进行设计计算分析和校核。

(6) 运用计算机辅助设计，对设计的零件进行三维建模。

(7) 绘制整机装配图及重要部件装配图和设计零件的零件图。

关键词：型冰切割机传动装置，结构设计，三维建模；步进电机

Design and assembly simulation of ice cutting machine

Abstract

Is mainly introduced in this paper ice type cutting machine, the current situation, ice type cutting machine transmission device structure design principle, ice type cutting machine transmission device, the overall scheme analysis and determination, ice type cutting machine drive device, structural design, content contained in the mechanical drawing of rendering, calculation of the drive device, transmission device of the structure design of the conclusions and recommendations.

Industrial production often appears in the heavy work of handling and long-term, frequent, and monotonous operation by transmission device is effective; in addition, it can be operated at high temperature, low temperature, water, the universe, radioactive and other toxic and pollution of the environment conditions, its superiority, has broad development prospects.

Research content of this thesis:

(1) the overall structure design of the transmission device of the ice cutting machine.

(2) working performance analysis of the transmission device of the ice cutting machine.

(3) motor selection.

(4) the transmission system, the execution parts and the frame design of the transmission device of the ice cutting machine.

(5) design and calculation of the design parts for calculation and verification.

(6) the use of computer-aided design, the design of three-dimensional modeling of parts.

(7) drawing the assembly drawings and important parts of the assembly drawings and parts drawings of the design parts.

Key words: ice cutting machine transmission device structure design 3D modeling stepper motor

摘要II

AbstractIII

1 绪论1

1.1 概述1

1.2 课题研究的目的和意义1

1.3 国内外研究现状及发展趋势2

1.4 本课题的基本设计思路及研究方法2

1.5 本文研究主要内容2

2 型冰切割机总体方案设计4

2.1 项目的研究背景4

2.2 研究的目的意义4

2.3 项目的研究内容5

2.4 研究的手段及方法5

2.5 方案拟定6

2.6 传动装置材料的选择6

2.7 机械的运动方式7

2.8 传动装置的驱动元件7

3 型冰切割机传动装置的机械计算8

3.1 电机的选取8

3.2 同步带的概述及计算10

3.2.1 同步带介绍10

3.2.2 同步带的特点11

3.2.3 同步带传动的主要失效形式11

3.2.4 同步带传动的设计准则14

3.2.5 同步带分类14

3.2.6 同步带计算选型14

3.2.7 同步带的主要参数（结构部分）17

3.2.8 同步带的设计19

3.2.9 同步带轮的设计20

3.3 轴的设计20

3.4 轴的校核21

3.5 键的校核22

3.6 轴承的校核23

4 型冰切割机主轴部分及其设计计算25

4.1 型冰切割机主轴所需标准25

4.1.1 主轴的刚度25

4.1.2 主轴的耐磨性26

4.1.3 主轴的旋转精度26

4.1.4 主轴的抗震能力27

4.1.5 主轴的热变形27

4.2 型冰切割机主轴部分的分布27

4.3 型冰切割机主轴形状的选择28

4.4 型冰切割机主轴的热处理28

4.5 型冰切割机主轴的设计标准28

4.6 型冰切割机主轴上轴承的挑选29

4.7 型冰切割机主轴上轴承的校对计算30

4.8 型冰切割机主轴外部伸长量31

4.9 型冰切割机主轴的校核32

4.9.1 受力作用的转换32

4.9.2 型冰切割机主轴的挠度33

4.9.3 型冰切割机主轴的倾角33

4.10 主轴结构图34

5 型冰切割机主轴相关部件35

5.1 调整垫圈35

5.2 圆螺母35

5.3 主轴套筒36

6 机架的强度与刚度的计算37

结束语42

致谢43

参考文献44

1 绪论

1.1 概述

在任何一个国家的国民生活和经济发展中，机械制造行业都起着举足轻重的作用，是各行各业生存发展的依靠，是经济发展的根本基础，是社会发展的不可或缺的部分。机械制造业在国防，交通业，工农业，科学研究等这些部门中提供着品种繁多的工具，设备等，同时也为机械行业本身提供着各种生产设备。看一个国家或地区的科技发展和经济水平，很大程度上就是看这个国家的机械行业的水平怎样。

然而，以切割机加工生产为代表的精密加工是机械企业生产所需装备的核心之一，其加工主要靠金属的切削工艺来达到所要求的精度等级。在机械设备的加工总工作量中，有很大一部分是靠以切割机的磨削为代表的加工工艺来完成的，因此，机械产品零件的加工质量和企业的效率，在很大程度上都是受磨头的磨削工艺。所以说，一个国家或地区的工业发展水平和科研能力，很大程度上是依靠这个国家或地区的工业化。所以，以切割机为代表的磨头磨削在一个国家的工业现代化和经济全球化浪潮中有着令人不用质疑的重要性。

从近数十载的世界工业发展史来看，从上世纪的八九时年代到现在的二十一世纪，机械发展的趋势已从之前的一味只追求如何提高产品的节约经济性到如今的产品所含技术水平的竞争。如今，我国已成为WTO的成员国之一，工业现代化，经济全球化的浪潮已经扑面而来，然而，由于我国的机械发展水平相对于世界上的发达国家还有不小的差距，因而，我们国家的工业发展还面临着很大的考验，但同时，我们也面临着新的机遇：从产品零件的理论设计到最终的加工出来，所需的时间周期不断变小，产品所需包含的质量水平和技术要求不断提升，同时国民心中的安全和营造绿色家园的心声愈演愈烈，所以以磨头磨削为代表的高技术水平的加工生产将是现代机械企业生存和发展的必然之选。

三维截图 (1).jpg

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装配图.jpg

主轴套筒.jpg

大压盖.jpg

防尘盖.jpg

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内容简介：: 项目号零件号说明数量1 jijia 12 1221 63 zhouchenzuo 344 ys7124 25 tongbudailun 56 1222 117 tongbudai1 18 jieliaopingtai 19 maopi 110 1223 211 xidaopian 812 tongbudai2 113 tongbudai3 114 tongbudai5 5nts关于冰雪大世界型冰自动加工设备可行性方案论证一：项目的研究背景中国哈尔滨冰雪大世界凭借哈尔滨的冰雪时节优势，以大型冰雪艺术精品工程为特色，逐渐成为中国向世界展示冰雪美景与中华传统文化的名片。为推出大型冰雪艺术精品工程、展示北方名城哈尔滨冰雪文化和冰雪旅游魅力，冰雪大世界需以浩大工程作为基础。在冰雪工艺加工工程中，起初由于缺乏些许经验，自动化设备缺失，从采冰到最终竣工验收，人力、物力都体现出很大程度上的消耗，到现阶段随着工程量逐渐加大，规模逐渐宏伟，消耗越来越大。庞大的冰雪工程便需要数目巨大的冰料，“毛坯”易得，“精工”难制，而目前，加工毛坯的冰只能通过人为徒手用一般的切削用具如电锯、铲锯等进行有限的加工处理，手段颇为原始，耗时耗力，工期进行较为缓慢。现如今，国内外尚没有完备的可加工冰毛坯料的设备，不能形成较完善的自动化加工流水线，需对其提高加工效率、简化结构和提升各方面加工性能等进一步研究。二：研究的目的意义随着哈尔滨冰雪大世界知名度的提升和影响力的拓展，景区的占地面积和用冰量也逐年增加。以 1999 年为例，景区位于松花江段江心沙滩，总占地面积近 20 万平方米，总用冰量 6 万立方米，总用雪量 13 万立方米，工程项目 500 余项， 5000 余名建筑工人参加建设，投入大小运冰车辆 600 余台，历时 33 天。到 2010 年哈尔滨冰雪大世界占地面积已达到 60 万平方米，建筑工人近万人。而采冰和型冰的nts工艺和设备仍然大部分为人工完成，不能形成自动化流水线，并且加工冰块的形状、尺寸及精度不能得到精确的保障。特别是，近万名建筑工人的人身安全不能得到良好的保障。所以，从提高冰雪大世界型冰的效率、加工工艺及安全性的角度来看，型冰自动化加工设备都是迫切的。三：项目的研究内容该项目的主要研究内容是做一条“型冰”的生产线，并做到相对严整的归方和归料，考虑到现场外面的条件恶劣等因素，有效的提高冰料表面的工艺性，以减少不必要的时间，增加效率。四：研究的手段及方法该项目主要是针对将毛坯冰按一定确定的尺寸通过所设计的设备进行规整型冰。在做方案之前，我们对冰雪大世界施工地点进行了细致的调研。通过询问工作人员了解到，总工程需作业人员近两万人，用冰量和用雪量分别约为 18 万立方米和 16 万立方米，并通过现场测量，每块毛坯的尺寸约为 50 150 80，通过在现场观测，一个毛坯要被分成三块型冰，在精度要求的范围内，对毛坯进行指定要求形状加工。目前，我们的研究只能从木料加工设备着手，将冰料毛坯和木料进行对比，研究其独有特性，如冰的脆性等，并对木料加工设备进行改进。其中，设备的安全性犹为重要，在设计的过程中，加以考虑严寒的环境，在操作设备不复杂的情况下，降低设备行进过程中的危险nts性，来完成设备的构造。与此同时，我们也需要有对突发情况的应对和处理的能力。五：时间节点 14.12 月 -15.01 月调研、可行性方案论证。 15.01 月 -15.03 月基础机构的设计 15.03 月 -15.05 月结构设计的完善与仿真 15.05 月 -15.09 月机构的装配与调试六：所需设备材料及经费 nts哈尔滨理工大学毕业设计（论文）任务书学生姓名：赵振名学号： 1101010639 学院：机械动力工程学院专业：机械设计制造及其自动化任务起止时间： 2015 年 2 月 25 日至 2015 年 6 月 19 日毕业设计（论文）题目：型冰切割机的设计及装配仿真毕业设计工作内容：题目要求完成利用 UG 软件进行三维建模及装配仿真。具体工作如下： (1)2015-2 到 2015-3，查资料，调研课题内，学习相关知识； (2)2015-3 到 2015-4，熟悉木工机械的自动化设备，相同规则、尺寸型冰，可以调节尺寸，加工不同的形状。三面体、六面体的加工。 (3)2015-4 到 2015-5，型冰切割机参数设计 ,三维建模模型； (4)2015-5 到 2015-6，型冰切割机装配仿真及建立爆炸图； (5)2015-6 到 2015-6，课题总结、资料整理、审核鉴定。资料： 1 马秋成 .聂松辉 .张高峰 UG CAM 篇 2002 2 王玉新数字化设计 2003 3 张晗 .CAD/CAM UG 应用机械工业出版社 ,2008 4 单岩 .UG 三维造型应用实例 .清华大学出版社 ,2005 5 赵东福 .UG NX 数控编程技术基础 .南京大学出版社 ,2007 6 史鹏涛 .袁越锦 .舒蕾 UGNX6.0 建模基础与实例 2009 指导教师意见：按时完成上述任务。签名：年月日系主任意见：签名：年月日教务处制表 nts1 哈尔滨理工大学毕业设计题目：型冰切割机的设计及装配仿真院、系：姓名：指导教师：系主任：年月日 nts哈尔滨理工大学学士学位论文 II 型冰切割机的设计及装配仿真摘要本文主要介绍型冰切割机的发展状况，型冰切割机传动装置结构设计原理，型冰切割机传动装置总体方案分析及确定，型冰切割机传动装置结构设计内容所包含的机械图纸的绘制，传动装置的计算，传动装置的结构设计结论与建议。工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期、频繁、单调的操作，采用传动装置是有效的；此外，它能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其它有毒、污染环境条件下进行操作，更显示其优越性，有着广阔的发展前途。本论文研究内容： (1) 型冰切割机传动装置总体结构设计。 (2) 型冰切割机传动装置工作性能分析。 (3) 电动机的选择。 (4) 型冰切割机传动装置的传动系统、执行部件及机架设计。 (5) 对设计零件进行设计计算分析和校核。 (6) 运用计算机辅助设计，对设计的零件进行三维建模。 (7) 绘制整机装配图及重要部件装配图和设计零件的零件图。关键词：型冰切割机传动装置，结构设计，三维建模；步进电机 nts哈尔滨理工大学学士学位论文 III Design and assembly simulation of ice cutting machine Abstract Is mainly introduced in this paper ice type cutting machine, the current situation, ice type cutting machine transmission device structure design principle, ice type cutting machine transmission device, the overall scheme analysis and determination, ice type cutting machine drive device, structural design, content contained in the mechanical drawing of rendering, calculation of the drive device, transmission device of the structure design of the conclusions and recommendations. Industrial production often appears in the heavy work of handling and long-term, frequent, and monotonous operation by transmission device is effective; in addition, it can be operated at high temperature, low temperature, water, the universe, radioactive and other toxic and pollution of the environment conditions, its superiority, has broad development prospects. Research content of this thesis: (1) the overall structure design of the transmission device of the ice cutting machine. (2) working performance analysis of the transmission device of the ice cutting machine. (3) motor selection. (4) the transmission system, the execution parts and the frame design of the transmission device of the ice cutting machine. (5) design and calculation of the design parts for calculation and verification. (6) the use of computer-aided design, the design of three-dimensional modeling of parts. (7) drawing the assembly drawings and important parts of the assembly drawings and parts drawings of the design parts. Key words: ice cutting machine transmission device structure design 3D modeling stepper motornts哈尔滨理工大学学士学位论文 IV 目录摘要 . II Abstract . III 1 绪论 . 1 1.1 概述 . 1 1.2 课题研究的目的和意义 . 1 1.3 国内外研究现状及发展趋势 . 2 1.4 本课题的基本设计思路及研究方法 . 2 1.5 本文研究主要内容 . 2 2 型冰切割机总体方案设计 . 4 2.1 项目的研究背景 . 4 2.2 研究的目的意义 . 4 2.3 项目的研究内容 . 5 2.4 研究的手段及方法 . 5 2.5 方案拟定 . 6 2.6 传动装置材料的选择 . 6 2.7 机械的运动方式 . 7 2.8 传动装置的驱动元件 . 7 3 型冰切割机传动装置的机械计算 . 8 3.1 电机的选取 . 8 3.2 同步带的概述及计算 . 10 3.2.1 同步带介绍 . 10 3.2.2 同步带的特点 . 11 3.2.3 同步带传动的主要失效形式 . 11 3.2.4 同步带传动的设计准则 . 14 3.2.5 同步带分类 . 14 3.2.6 同步带计算选型 . 14 3.2.7 同步带的主要参数（结构部分） . 17 3.2.8 同步带的设计 . 19 3.2.9 同步带轮的设计 . 20 3.3 轴的设计 . 20 3.4 轴的校核 . 21 3.5 键的校核 . 22 3.6 轴承的校核 . 23 4 型冰切割机主轴部分及其设计计算 . 25 4.1 型冰切割机主轴所需标准 . 25 4.1.1 主轴的刚度 . 25 nts哈尔滨理工大学学士学位论文 V 4.1.2 主轴的耐磨性 . 26 4.1.3 主轴的旋转精度 . 26 4.1.4 主轴的抗震能力 . 27 4.1.5 主轴的热变形 . 27 4.2 型冰切割机主轴部分的分布 . 27 4.3 型冰切割机主轴形状的选择 . 28 4.4 型冰切割机主轴的热处理 . 28 4.5 型冰切割机主轴的设计标准 . 28 4.6 型冰切割机主轴上轴承的挑选 . 29 4.7 型冰切割机主轴上轴承的校对计算 . 30 4.8 型冰切割机主轴外部伸长量 . 31 4.9 型冰切割机主轴的校核 . 32 4.9.1 受力作用的转换 . 32 4.9.2 型冰切割机主轴的挠度 . 33 4.9.3 型冰切割机主轴的倾角 . 33 4.10 主轴结构图 . 34 5 型冰切割机主轴相关部件 . 35 5.1 调整垫圈 . 35 5.2 圆螺母 . 35 5.3 主轴套筒 . 36 6 机架的强度与刚度的计算 . 37 结束语 . 42 致谢 . 43 参考文献 . 44 nts哈尔滨理工大学学士学位论文 1 1 绪论 1.1 概述在任何一个国家的国民生活和经济发展中，机械制造行业都起着举足轻重的作用，是各行各业生存发展的依靠，是经济发展的根本基础，是社会发展的不可或缺的部分。机械制造业在国防，交通业，工农业，科学研究等这些部门中提供着品种繁多的工具，设备等，同时也为机械行业本身提供着各种生产设备。看一个国家或地区的科技发展和经济水平，很大程度上就是看这个国家的机械行业的水平怎样。然而，以切割机加工生产为代表的精密加工是机械企业生产所需装备的核心之一，其加工主要靠金属的切削工艺来达到所要求的精度等级。在机械设备的加工总工作量中，有很大一部分是靠以切割机的磨削为代表的加工工艺来完成的，因此，机械产品零件的加工质量和企业的效率，在很大程度上都是受磨头的磨削工艺。所以说，一个国家或地区的工业发展水平和科研能力，很大程度上是依靠这个国家或地区的工业化。所以，以切割机为代表的磨头磨削在一个国家的工业现代化和经济全球化浪潮中有着令人不用质疑的重要性。从近数十载的世界工业发展史来看，从上世纪的八九时年代到现在的二十一世纪，机械发展的趋势已从之前的一味只追求如何提高产品的节约经济性到如今的产品所含技术水平的竞争。如今，我国已成为 WTO 的成员国之一，工业现代化，经济全球化的浪潮已经扑面而来，然而，由于我国的机械发展水平相对于世界上的发达国家还有不小的差距，因而，我们国家的工业发展还面临着很大的考验，但同时，我们也面临着新的机遇：从产品零件的理论设计到最终的加工出来，所需的时间周期不断变小，产品所需包含的质量水平和技术要求不断提升，同时国民心中的安全和营造绿色家园的心声愈演愈烈，所以以磨头磨削为代表的高技术水平的加工生产将是现代机械企业生存和发展的必然之选。 1.2 课题研究的目的和意义随着社会生产和科学技术的迅速发展，很多企业已经越来越注重精细化生产和发展，从而来满足人们对复杂多变的产品的需要。因而，在现代机械工业生产中，小批量多品种零件的加工生产占产品总数量的比例会越来越高，而零件的复杂性和精度等级要求也会迅速地提高，所以很多产品都需要进行磨削加工。但是由于高科技，高精度的专用设备其在价格，设备的日常管理，操作维护和保养等方面的成本均比较高，所以在现实中很多企业尤其是中小规模的企业，出于对经济成本等方面因素的考虑，厂里有不少的普通车床设备，然而拥有能满足较高精度的磨削加工生产的专用设备的企业数量却寥寥无几。但是在日常的实际加工生产中，企业却经常会遇到一些小批量甚至是单件大型零件的磨削加工，针对此种情况，很多中小企业会根据企业的自身现状，对现有的普通车床进行改造，车床改，设计出一种符合磨削加工生产要求的切割机机构装置安装在现有机床上，从而实现用现有的普通车床却能实现的功能对零件进行加工，这样，既满足了零件的加工生产要求，同时也省去了企业买专用设备的一笔昂贵的费用，从而达到了既节约了成本，提高了加工生产效率，又很好的增强了企业在社会生产发展中的竞争力。大学生的毕业设计是大学四年中的一项非常重要的工作，其通过根据大学四年所学的专业知识，运用机械原理的思想进行设计，从而很好地培养了自己在实践中提出问题，分析问题，解决问题的实践能力，为毕业后能成为一名优秀的设计人员做了很好的铺垫。nts哈尔滨理工大学学士学位论文 2 本次毕业设计，我的题目是：车床切割机的机构设计与应用，通过此次的设计，我可以对切割机装置的内部零件结构，运动方式，工作原理等方面能有进一步的理解；通过车床切割机机构的设计，从而掌握设计的基本原理和方法，同时也能够对专用的设计作进一步的学习和理解应用；同时也能够很好的提高自身的专业技能水平，争取早日成为一名优秀的设计人员。 1.3 国内外研究现状及发展趋势机械制造业是一个国家或地区的核心产业之一，其先进水平标志着一个国家的工业现代化现状和综合国力的强弱，因而实际上甚至具有超过其经济价值的战略地位。现如今，我国的机械制造水平总体上与世界上一些发达国家如美国，德国，日本等，还有不小的差距。在美国，日本和德国这些发达国家，他们的机械化水平已相当高，机械加工已呈现高精度，高技术的特点，他们已把设计型冰切割机作为新的经济增长点，如今从事这方面的企业生意盎然，正处于黄金发展阶段。我国虽然是世界上生产和使用机床最多的国家之一，但是由于大多的现有机床服役时间比较长，设备也已经陈旧落后，因而面临的形势实际上很严峻。由于可以通过对现有的普通车床进行改造，通过设计出灵活多变的切割机装置安装在车床上，从而能够对零件进行磨削加工，这样既满足了加工生产的需要，同时也节约了设备成本，提高了生产率，所以是众多机械企业尤其是中小规模的企业生存和发展的必然趋势。因为如果其全部购买新的专用进行磨削加工，不仅所需一笔不小数目的资金，而且也造成现有的机床设备得不到有效利用而形成资源浪费。我国的机械制造业起步较晚已是事实，因而迫切需要大力发展，能充分利用现有的旧机床设备进行资源整合，从而进行加工生产，这样既能减小资源浪费又能以较小的代价而获得性能比较先进的加工生产工艺，所以是众多中小企业的明智之选。 1.4 本课题的基本设计思路及研究方法本课题要研究的内容：根据学校和指导老师的要求，到机械厂实际参观学习，根据企业的具体加工生产要求，设计出一种型冰切割机，安装在厂里，以求能达到实际生产之用。本课题拟采用的手段和途径：本课题的研究需要查阅大量的资料，我要先到学校图书馆查阅与本课题有关的书籍和资料本，同时上网浏览最新的有关课题的文献资料。因为这是企业的实际生产工艺，所以我还需到企业进行实地参观学习，弄明白机床的具体改造要求，切割机机构的具体工作原理，具体的设计和安装要求，以及其具体要实现的功能，同时要弄明白整个加工的工艺流程，要虚心的向企业里的技术人员和师傅请教，以求最终能设计出符合实际加工要求的型冰切割机 1.5 本文研究主要内容通过利用网络工具、图书馆的书籍和各类期刊、杂志查阅了解装置的相关知识，确定本设计符合要求，满足需要。具体设计方法如下： 1、查阅资料、结合所学专业课程，产生结构设计的基本思路； 2、查阅各类机械机构手册，确定合理的传动装置结构； 3、根据给定技术参数来选择合适的部位； nts哈尔滨理工大学学士学位论文 3 4、重点对驱动机构及控制机构进行设计研究； 5、通过研究国内外情况，确定本设计课题的重点设计； 6、完成 2D 装配图的设计和绘制，并由此绘制零件图； 7、编写设计说明书； 8、检查并完善本设计课题。本设计采用的方法是理论设计与经验设计相结合的方案，所运用的资料来源广泛，内容充足。 nts哈尔滨理工大学学士学位论文 4 2 型冰切割机总体方案设计 2.1 项目的研究背景中国哈尔滨冰雪大世界凭借哈尔滨的冰雪时节优势，以大型冰雪艺术精品工程为特色，逐渐成为中国向世界展示冰雪美景与中华传统文化的名片。为推出大型冰雪艺术精品工程、展示北方名城哈尔滨冰雪文化和冰雪旅游魅力，冰雪大世界需以浩大工程作为基础。在冰雪工艺加工工程中，起初由于缺乏些许经验，自动化设备缺失，从采冰到最终竣工验收，人力、物力都体现出很大程度上的消耗，到现阶段随着工程量逐渐加大，规模逐渐宏伟，消耗越来越大。庞大的冰雪工程便需要数目巨大的冰料， “毛坯 ”易得， “精工 ”难制，而目前，加工毛坯的冰只能通过人为徒手用一般的切削用具如电锯、铲锯等进行有限的加工处理，手段颇为原始，耗时耗力，工期进行较为缓慢。现如今，国内外尚没有完备的可加工冰毛坯料的设备，不能形成较完善的自动化加工流水线，需对其提高加工效率、简化结构和提升各方面加工性能等进一步研究。 2.2 研究的目的意义随着哈尔滨冰雪大世界知名度的提升和影响力的拓展，景区的占地面积和用冰量也逐年增加。以 1999 年为例，景区位于松花江段江心沙滩，总占地面积近 20 万平方米，总用冰量 6 万立方米，总用雪量 13 万立方米，工程项目 500 余项， 5000 余名建筑工人参加建设，投入大小运冰车辆 600 余台，历时 33 天。到 2010 年哈尔滨冰雪大世界占地面积已达到 60 万平方米，建筑工人近万人。而采冰和型冰的工艺和设备仍然大部分为人工完成，不能形成自动化流水线，并且加工冰块的形状、尺寸及精度不能得到精确的保障。特别是，近万名建筑工人的人身安全不能得到良好的保障。所以，从提高冰雪大世界型冰的效率、加工工艺及安全性的角度来看，型冰自动化加工设备都是迫切的。 nts哈尔滨理工大学学士学位论文 5 2.3 项目的研究内容该项目的主要研究内容是做一条 “型冰 ”的生产线，并做到相对严整的归方和归料，考虑到现场外面的条件恶劣等因素，有效的提高冰料表面的工艺性，以减少不必要的时间，增加效率。 2.4 研究的手段及方法该项目主要是针对将毛坯冰按一定确定的尺寸通过所设计的设备进行规整型冰。在做方案之前，我们对冰雪大世界施工地点进行了细致的调研。通过询问工作人员了解到，总工程需作业人员近两万人，用冰量和用雪量分别约为 18 万立方米和 16 万立方米，通过在现场观测，一个毛坯要被分成三块型冰，在精度要求的范围内，对毛坯进行指定要求形状加工。目前，我们的研究只能从木料加工设备着手，将冰料毛坯和木料进行对比，研究其独有特性，如冰的脆性等，并对木料加工设备进行改进。其中，设备的安全性犹为重要，在设计的过程中，加以考虑严寒的环境，在操作设备不复杂的情况下，降低设备行进过程中的危险性，来完成设备的构造。与此同时，我们也需要有对突发情况的应对和处理的能力。 nts哈尔滨理工大学学士学位论文 6 2.5 方案拟定主要通由 2 个部分组成，一个是送料传动机构，一个部分是切割部分，其他部分为辅助部分，比如机架（起支撑作用）等组成。 2.6 传动装置材料的选择 (l)碳素结构钢和合金结构钢等高强度钢：这类材料强度好，尤其是合金结构钢强度增加了很多倍、弹性模量大、抗变形能力强，是应用最广泛的材料 ; (2)铝、铝合金及其它轻合金材料：其共同特点是重量轻、弹性模量不大，但是材料密度小，但仍可与钢材相比 ; (3)陶瓷：陶瓷材料具有良好的品质，但是脆性大，可加工性不高，一般用于和金属连接的特殊部位。然而，国外已经设计出纯陶瓷的传动装置臂了。从本文设计的传动装置的角度来看，在选用材料时不需要很大的负载能力，也不需要很高的弹性模量和抗变形能力，此外还要考虑材料的成本，可加工性等因素。在衡量了各种因素和结合工作状况的条件下，初步选用铝合金作为机械臂的构件材料。 nts哈尔滨理工大学学士学位论文 7 2.7 机械的运动方式考虑到传动装置的作业特点，即要求其动作灵活、有较大的工作空间、且要求结构紧凑、占用空间小等特点，故选用水平传动装置。 2.8 传动装置的驱动元件在传动装置驱动系统中，电气驱动是利用各种电动机产生的力或力矩，直接或经过减速机构去驱动传动装置的关节，来获得动力。电气驱动主要有步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机、直线电动机以及最近几年出现的超声波电机和 HD 电动机【 10】等几种。步进电机是一种用电脉冲信号进行控制，每输入一个脉冲，步进电机就进行回转一定的角度，脉冲数与角度数成正比，旋转方向取决于输入脉冲的顺序。步进电机可在很宽的范围内，通过脉冲频率同步，能够按照脉冲要求进行起动、停止、反转和制动变速，有较强的阻碍偏离稳定的能力。在传动装置中位置控制系统中得到了极大的应用。主要有永磁式、反应式、永磁感应子式三种。直流伺服电机是用直流电供电的电动机。其功能是将输入的受控电压 /电流能量转换为电枢轴上的角位移或角速度输出。直流伺服电机的工作原理和基本结构均与普通动力用直流电机相同。特点是稳定性好、可控性好、响应迅速、转矩大。一般有永磁式和电磁式，在传动装置驱动系统中多采用永磁式直流伺服电机。 . 交流伺服电机的使用情况与直流伺服电机相同，但交流伺服电机与直流伺服电机相比，结构简单、工作可靠、功率大、过载能力强、无电刷、维修方便，因而交流伺服电机是今后传动装置用电机的主流。低速电机主要用于系统精度要求高的传动装置。为了提高功率效率比，伺服电机制成高转速，经齿轮减速后带动机械负载。由于齿轮传动存在间隙，系统精度不易提高，若对功率效率比要求不十分严格，而对于精度有严格的要求，则最好取消减速齿轮，采用大力矩的低速电机，配以高分辨率的光电编码器及高灵敏度的测速发电机，实现直接驱动。环形超声波电动机具有低速大转矩的特点，使用在传动装置的关节处，不需齿轮减速，可直接驱动负载，因而可大大改善功率重量比，并可利用其中空结构传递信息。 HD 电动机是一种小型大转矩 (大推力 )的电动机，电动机可直接与负载连接，可应用在系统定位精度要求高的传动装置产品中。通过上述对几种传动装置常用电机的分析和比较，综合考虑本文传动装置臂并不要求有很高的扭矩，但是要求有较高精度并要求能够快速启动和制动，所以选择应用较为广泛的步进电机作为驱动电机。 nts哈尔滨理工大学学士学位论文 8 3 型冰切割机传动装置的机械计算 3.1 电机的选取（ 1）粗略计算驱动电机的功率已知重量为 m=100kg g=10N/kg 总重力 G1=mg=1000N 查表 3-1 得摩擦系数为 0.035 表 3.1 摩擦系数表冰块采用的参数依照木材取值。 1）驱动功率计算则工件受到的摩擦力为： 1 0 0 0 0 . 0 3 5 3 5f m g N 则移行电机所需牵引力为： 35F f N 假设直径 R=125mm 假设转速 na=61rpm 速度 v=Rna=0.12561=24m/min 设功率安全系数为 1.2，驱动装置的效率为 0.8，则需要的驱动功率为： kWFVP 05.0)8.0100060/(2.1245.87)8.0100060/(2.1 2）电动机至的总效率 b对滚动轴承效率， b=0.99 v带效率， v=0.94 cy效率， cy=0。 96 估算传动系统总效率 =vbccy=0.940.990.990.96=0.88 3）所需电动机的功率 Pd（ kw） Pd=Pw/=0.05/0.88=0.06kw （ 1）基于电动机的以上特点，本文选用作为北京和利时电机技术有限公司部分 110BYG 系列混合式步进电机输送机床的驱动装置。作用在一个滚动轴上的载荷（包括滚轴自重） N 物品与接触的底面材料金属木材硬底板 0 110 0.04 0.045 0.05 110 450 0.035 0.035 0.05 450 900 0.025 0.03 0.045 900 0.02 0.025 0.05 nts哈尔滨理工大学学士学位论文 9 图 3.1 是北京和利时电机技术有限公司部分 110BYG 系列混合式步进电机的技术数据。图 3.1 110BYG 系列混合式步进电机的技术数据所以根据计算所得数据选择 110BYG350DH-SAKRMA 型号的电机，图3.2 是 110BYG 系列混合式步进电机的型号说明。图 3.2 110BYG 系列混合式步进电机的型号说明 110BYG 系列混合式步进电机的外形尺寸，如图 3.3 所示。图 3.3 110BYG 系列混合式步进电机的外形尺寸 nts哈尔滨理工大学学士学位论文 10 110BYG 系列混合式步进电机的矩频特性曲线，如图 3.4 所示。图 3.4 110BYG350DH 型电机矩频特性曲线 3.2 同步带的概述及计算 3.2.1 同步带介绍同步带是综合了带传动、链条传动和齿轮传动的优点而发展起来的新塑传动带。它由带齿形的一工作面与齿形带轮的齿槽啮合进行传动，其强力层是由拉伸强度高、伸长小的纤维材料或金属材料组成，以使同步带在传动过程中节线长度基本保持不变，带与带轮之间在传动过程中投有滑动，从而保证主、从动轮间呈无滑差的间步传动。同步带传动（见图 3.5）时，传动比准确，对轴作用力小，结构紧凑，耐油，耐磨性好，抗老化性能好，一般使用温度 -20 80 ， v50m/s，P300kw,i10,对于要求同步的传动也可用于低速传动。 nts哈尔滨理工大学学士学位论文 11 图 3.5 同步带传动同步带传动是由一根内周表面设有等间距齿形的环行带及具有相应吻合的轮所组成。它综合了带传动、链传动和齿轮传动各自的优点。转动时，通过带齿与轮的齿槽相啮合来传递动力。同步带传动具有准确的传动比，无滑差，可获得恒定的速比，传动平稳，能吸振，噪音小，传动比范围大，一般可达 1:10。允许线速度可达 50M/S，传递功率从几瓦到百千瓦。传动效率高，一般可达 98%，结构紧凑，适宜于多轴传动，不需润滑，无污染，因此可在不允许有污染和工作环境较为恶劣的场所下正常工作。本产品广泛用于纺织、机床、烟草、通讯电缆、轻工、化工、冶金、仪表仪器、食品、矿山、石油、汽车等各行业各种类型的机械传动中。同步带的使用，改变了带传动单纯为摩擦传动的概念，扩展了带传动的范围，从而成为带传动中具有相对独立性的研究对象，给带传动的发展开辟了新的途径。 3.2.2 同步带的特点 (1)、传动准确，工作时无滑动，具有恒定的传动比； (2)、传动平稳，具有缓冲、减振能力，噪声低； (3)、传动效率高，可达 0.98，节能效果明显； (4)、维护保养方便，不需润滑，维护费用低； (5)、速比范围大，一般可达 10，线速度可达 50m/s，具有较大的功率传递范围，可达几瓦到几百千瓦； (6)、可用于长距离传动，中心距可达 10m 以上。 3.2.3 同步带传动的主要失效形式在同步带传动中常见的失效形式有如下几种： (1)、同步带的承载绳断裂破坏同步带在运转过程中承载绳断裂损坏是常见的失效形式。失效原因是带在传递动力过程中，在承载绳作用有过大的拉力，而使承载绳被拉断。此外当选用的主动捞轮直径过小，使承载绳在进入和退出带抡中承受较大的周期性的弯曲疲劳应力作用，也会产生弯曲疲劳折断 (见图 3.6)。 nts哈尔滨理工大学学士学位论文 12 图 3.6 同步带承载绳断裂损坏 (2)、同步带的爬齿和跳齿根据对带爬齿和跳齿现象的分析，带的爬齿和眺齿是由于几何和力学两种因素所引起。因此为避免产生爬齿和跳齿，可采用以下一些措施： 1、控制同步带所传递的圆周力，使它小于或等于由带型号所决定的许用圆周力。 2、控制带与带轮间的节距差值，使它位于允许的节距误差范围内。 3、适当增大带安装时的初拉力开。，使带齿不易从轮齿槽中滑出。 4、提高同步带基体材料的硬度，减少带的弹性变形，可以减少爬齿现象的产生。 (3)、带齿的剪切破坏带齿在与带轮齿啮合传力过程中，在剪切和挤压应力作用下带齿表面产生裂纹此裂纹逐渐向齿根部扩展，并沿承线绳表面延件，直至整个带齿与带基体脱离，这就是带齿的剪切脱落（见图 3.7）。造成带齿剪切脱落的原因大致有如下几个： 1、同步带与带轮问有较大的节距差，使带齿无法完全进入轮齿槽，从而产生不完全啮合状态，而使带齿在较小的接触面积上承受过大的载荷，从而产生应力集中，导致带齿剪切损坏。 2、带与带轮在围齿区内的啮合齿数过少，使啮合带齿承受过大的载荷，而产生剪切破坏。 3、同步带的基体材料强度差。为减少带齿被剪切，首先应严格控制带与带轮间的节距误差，保证带齿与轮齿能正确啮合；其次应使带与带轮在围齿区内的啮合齿数等于或大于 6，此外在选材上应采用有较高勿切韧挤压强度的材料作为带的基体材料。 nts哈尔滨理工大学学士学位论文 13 图 3.7 带齿的剪切破坏 (4)、带齿的磨损带齿的磨损（见图 3.8）包括带齿工作面及带齿齿顶因角处和齿谷底部的廓损。造成磨损的原因是过大的张紧力和忻齿和轮齿间的啮合干涉。因此减少带齿的磨损，应在安装时合理的调整带的张紧力；在带齿齿形设计时，选用较大的带齿齿顶圆角半径，以减少啮合时轮齿的挤压和刮削；此外应提高同步带带齿材料的耐磨性。图 3.8 带齿磨损 (5)、同步带带背的龟裂 (图 3.9) 同步带在运转一段时期后，有时在带背会产生龟裂现象，而使带失效。同步带带背产生龟裂的原因如下， 1、带基体材料的老化所引起； 2、带长期工作在道低的温度下，使带背基体材料产生龟裂。图 3.9 同步带带背龟裂 nts哈尔滨理工大学学士学位论文 14 防止带背龟裂的方法是改进带基体材料的材质，提向材料的耐寒、耐热性和抗老化性能，此外尽量避免同步带在低温和高温条件下工作。 3.2.4 同步带传动的设计准则据对同步带传动失效形式的分析，可知如同步带与带轮材料有较高的机械性能，制造工艺合理，带、轮的尺寸控制严格，安装调试也正确，那么许多失效形式均可避免。因此，在正常工作条件下，同步带传动的主要失效形式为如下三种； (1)同步带的承载绳疲劳拉断； (2 同步带的打滑和跳齿； (3)同步带带齿的磨损。因此，同步带传动的设计淮则是同步带在不打滑情况下，具有较高的抗拉强度，保证承线绳不被拉断。此外，在灰尘、杂质较多的工作条件下应对带齿进行耐磨性计算。 3.2.5 同步带分类同步带齿有梯形齿和弧齿两类，弧齿又有三种系列：圆弧齿 (H 系列又称HTD 带 )、平顶圆弧齿 (S 系列又称为 STPD 带 )和凹顶抛物线齿（ R 系列 )。梯形齿同步带梯形齿同步带分单面有齿和双面有齿两种，简称为单面带和双面带。双面带又按齿的排列方式分为对称齿型（代号 DA)和交错齿型 (代号 DB。梯形齿同步带有两种尺寸制：节距制和模数制。我国采用节距制，并根据 ISO 5296 制订了同步带传动相应标准 GB/T 11361 11362-1989 和 GB/T 11616-1989。弧齿同步带弧齿同步带除了齿形为曲线形外，其结构与梯形齿同步带基本相同，带的节距相当，其齿高、齿根厚和齿根圆角半径等均比梯形齿大。带齿受载后，应力分布状态较好，平缓了齿根的应力集中，提高了齿的承载能力。故弧齿同步带比梯形齿同步带传递功率大，且能防止啮合过程中齿的干涉。弧齿同步带耐磨性能好，工作时噪声小，不需润滑，可用于有粉尘的恶劣环境。已在食品、汽车、纺织、制药、印刷、造纸等行业得到广泛应用。 3.2.6 同步带计算选型设计功率是根据需要传递的名义功率、载荷性质、原动机类型和每天连续工作的时间长短等因素共同确定的，表达式如下： d A mP K P g式中 mP需要传递的名义功率 nts哈尔滨理工大学学士学位论文 15 AK工作情况系数，按表 3.2 工作情况系数AK选取AK=1.7；表 3.2 工作情况系数AKWPKP Ad 63.037.07.1 2）确定带的型号和节距可根据同步带传动的设计功率 Pd和小带轮转速 n1，由同步带选型图中来确定所需采用的带的型号和节距。其中 Pd=0.63kw， n1=61rpm。查表 3.3 表 3.3 同步带选型 nts哈尔滨理工大学学士学位论文 16 选同步带的型号为 H：，节距为： Pb=8.00mm 3)选择小带轮齿数 z1， z2 可根据同步带的最小许用齿数确定。查表 3-3-3 得。查得小带轮最小齿数 14。实际齿数应该大于这个数据初步取值 z1=34 故大带轮齿数为： z2=iz1=1z1=34。故 z1=34， z2=34。 4）确定带轮的节圆直径 d1， d2 小带轮节圆直径 d1=Pbz1/=8.0034/3.1486.53mm 大带轮节圆直径 d2=Pbz2/=8.0034/3.1486.53mm nts哈尔滨理工大学学士学位论文 17 5）验证带速 v 由公式 v=d1n1/60000 计算得， smdnv /276.0100060 6153.8614.3100060 s vmax=40m/s,其中 vmax=40m/s由表 3-2-4 查得。 10、同步带带长及其齿数确定 0L=22 0 a( 21 dd ) = 2/)53.8653.86(14.32242 =719.7mm 11、带轮啮合齿数计算有在本次设计中传动比为 1，所以啮合齿数为带轮齿数的一半，即mz=17。 12、基本额定功率0P的计算 1000 )(20vmvTP a 查基准同步带的许用工作压力和单位长度的质量表 4-3 可以知道aT=2100.85N， m=0.448kg/m。所以同步带的基准额定功率为 0P=1 0 0 0 1.0)1.04 4 8.085.2 1 0 0(2 =0

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