气动式定尺飞锯机的结构设计

本科毕业设计说明书（论文） 第 43 页 共 43 页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。2001年我国冷弯型钢生产30万吨（不包括钢管和涂层板）。据中国钢协冷弯型钢分会统计2001产量约有70万吨，加上其他行业（农机、水电、汽车、机械等）约有150万吨，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3.05.0。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10.050.0。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，改变定尺要求，也可人为暂时中断运行。（3）伺服飞锯机是于2002年面世的一种新型飞锯机，锯切长度5.5m6m时，锯切精度为0mm+5mm，高于国际上通用的英国Bs标准(0mm+6mm)。锯切精度提高了16.7，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30万元。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FJZ60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：60m/min；锯切精度：5mm；锯切长度：4m6m锯切次数：10次/分15次/分锯切型材径向尺寸：1290外型：长宽=4.31.35（米）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50mm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。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60m/min，锯切型材径向尺寸范围为1290，锯切长度为4m6m的型材生产线，其设计使用锯切精度为4mm，锯切次数为10次/分15次/分。目前国内型材生产线上型材的行走速度在60m/min以下，其径向尺寸大都在1290之间，4mm的锯切精度也符合国家标准，10次/分15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。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：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图1 控制原理图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AB段，飞锯机处在零位，当焊管相对于飞锯小车的伸量达到预伸值时，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BC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CE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。DE段时间是由锯切周期所决定的。（4）正向减速段 如图2中EF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FG段为反向追踪段。GH为反向同步段。HI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256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 （3.1） （3.2） （3.3）式中 -系统的阻尼比 -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。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 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/sx焊管的测速脉冲频率，脉冲56k常数t时间，s输入到步进电机的初始脉冲频率，脉冲/s6（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 （3.5） （3.6）（3）反向运行段 为了使正向行程等于反向行程，FG、GH、HI各段与正向运动相对应各段的速度曲线完全一致，FGHI曲线和BCDEF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，14主传动系统的主推缸，21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：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，11行走小车的支撑轮，15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1411mm，宽900mm，厚20mm的45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。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675mm。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150mm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2000mm、宽50mm、后20mm的一块45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10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1012。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2cm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1720。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，这种形式可用图10来示意。图10 采用“V”字形摆臂锯切示意图图10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11来示意13。图11 “一”字形摆臂锯切示意图图11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。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450403.5（唐山锯片厂生产制造），其基本参数为：锯片直径为450mm，内径为40mm，锯片厚度为3.5mm14，15。6.1.2 计算切削力、功率 由经验公式： 切削力 16 （6.1） 其中 B切刃接触面的周长，mm t被切材料厚度，mm 抗剪强度，MPa 我们可以设：被切焊管直径为60mm，厚度为3mm，材料为Q235。又知道，锯片厚度为3.5mm。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5000r/min），所以在工作过程中焊管可以瞬间达到900度以上的高温，根据表1，此时抗剪强度为59MPa14，15。表1 钢材Q235在不同受热温度状态下的抗剪强度所以 =(3.5+3)43.559 =5369N产生的转矩 T=D/2 （6.2）其中， D锯片直径所以， T= 53690.45/2=1208 所需功率为 = （6.3） 其中 锯齿的线速度 又由公式 = ，得 （6.4）P= （6.5）代入数据可得 P=5019Kw即切削功率为5019Kw6.2 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。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380V或220V。选择电动机额定电压220V。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3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/min（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1500r/min和1000r/min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3000r/min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 =Pa （6.6）代入数据得 =14Kw由电动机至锯片的传动总效率为 = （6.7）其中、分别为带传动和轴承的传动效率， =0.96 =0.98所以，代入数据可得 =15Kw查产品目录且进行市场调研选取Y160M2-2型异步电动机。Y160M2-2型异步电动机的外形及主要尺寸7，8如图12：图12 电动机外形其主要参数如下： 额定功率：15Kw 同步转速：3000r/min满载时， 额定电流：29.4A 转速：2930 r/min 效率：88.2% 功率因数：0.88重量：125kg6.3 带传动设计6.3.1 V带轮结构设计带轮材料常采用灰铸铁、钢、铝合金或工程塑料等。带轮由三部分组成：轮缘（用以安装传动带）；轮毂（用以安装在轴上）；轮辐或腹板（联接轮缘与轮毂）。轮缘结构尺寸机械设计手册带轮沟槽尺寸取定。V带带轮按轮辐结构不同划分为实心、腹板、孔板和椭圆轮辐四种结构型式：图13 V带带轮结构型式当带轮直径(2.5-3)时（为轴径），可采用实心式。 当300 mm时，若-100 mm，采用孔板式。当300 mm时，应采用椭圆轮辐式。有经验公式可供带轮结构设计时参考。各种型号V带轮的轮缘宽B、轮毂孔径d和轮毂长L的尺寸，可查阅GB10412-896。 最终设计成的带轮形状如图14所示: 图14 V带轮6.3.2 V带传动设计计算 （1）选择V带型号V带有普通V带、窄V带、宽V带、大楔角V带等多种类型，其中普通V带应用最广，窄V带的使用也日见广泛。普通V带由顶胶、抗拉体（承载层）、底胶和包布组成。抗拉体由帘布或线绳组成，是承受负载拉力的主体。其上下的顶胶和底胶分别承受弯曲时的拉伸和压缩变形。线绳结构普通V带具有柔韧性好的特点，适用于带轮直径较小，转速较高的场合。窄V带采用合成纤维绳或钢丝绳作承载层，与普通V带相比，当高度相同时，其宽度比普通V带小约30。窄V带传递功率的能力比普通V带大，允许速度和挠曲次数高，传动中心距小。适用于大功率且结构要求紧凑的传动2。普通V带有Y、Z、A、B、C、D、E七种型号，窄V带有SPZ、SPA、SPB、SPC四种型号。V带都制成无接头的环形。V带的楔角都是，带弯曲时受拉部分在横向要收缩，受压部分在横向要伸长，因而楔角将减小。为保证带和带轮工作面能良好接触，除直径很大的带轮外，带轮沟槽的楔角都应适当减小15。带的型号可根据计算功率PC和小带轮转速n1选取。计算功率PC=KAP (6.8)式中 -工作情况系数 P-名义传动功率（Kw）当工况位于两种型号相邻区域时，可分别选取这两种型号进行计算，最后进行分析比较，选用较好者。（2）确定带轮基准直径在V带轮上，与所配用V带的节面宽度相对应的带轮直径称为基准直径。带轮愈小，传动尺寸结构越紧凑，但带的弯曲应力愈大，带容易疲劳断裂。为避免产生过大的弯曲应力，对各种型号的V带都规定了最小带轮基准直径3。设计时小带轮基准直径 可参考相关手册选取，大带轮基准直径按公式计算，并圆整为标准尺寸。圆整后应检验传动比或从动轮转速 是否在允许的变化范围内。（3）验算带速带速太高，会因离心力太大而降低带和带轮间的正压力，从而降低摩擦力和传动的工作能力，同时也降低带的疲劳强度；带速太低，所需有效拉力F大，要求带的根数多。带速计算式为 （m/s） (6.9)式中 小带轮转速。一般情况下，带速V在5 m/s25 m/s之间为宜，为充分发挥V带的传动能力，V带传动的最佳范围应为10 m/s20 m/s2。（4）确定中心距a和带的基准长度（a）初定中心距带传动的中心距不宜过大，否则将由于载荷变化一起带的颤动。中心距也宜过小，因为：中心距愈小，带的长度愈短，在一定带速下单位时间内带的应力变化次数愈多，会加速带的疲劳损坏；当传动比i较大时，段的中心距将导致包角过小。对于V带传动，中心距一般可取0.7（）=2（） (6.10) （b）带长当确定后，根据开口带传动的几何关系可计算带的基准长度。 (6.11)根据计算结果，查表选取接近的标准基准长度16。 （5）确定带的初拉力初拉力的大小是保证带传动正常工作的重要因素。初拉力过小，摩擦力小，容易打滑；初拉力过大，带的寿命低，轴和轴承受力大。推荐单根V带张紧后的初拉力为 (6.12) （6）计算带轮轴上所受的压力为了设计带轮的轴和轴承，需求出传动作用在轴上的压力，该压力可以近似按下式计算： (6.13)式中 单根带的初拉力（N） Z带的根数； 小带轮上的包角16。具体计算过程：（a）计算设计功率Pc由表11.3查得工作情况系数，故 (6.14)（b）选择带型号根据Pc=21kw，n1=2930r/min，由手册初步选用A型带（c）选取带轮基准直径，由表选取小带轮基准直径=150mm，则（设滑动率，取传动比i=4/3） (6.15)取直径系列值： （d）验算带速V16在(5m/s25m/s) 范围内，带速合适。（e）确定中心a和带的基准长度在 范围，初选中心距由带长查图选取A型带的标准基准长度可得实际中心距 (6.16)代入数据可得，=350 mm取：=350 mm （f）验算小带轮包角 (6.17)包角合适。（g）确定带的根数Z因，带速=23 m/s，传动比i=4/3由表14-13c，=3.65 Kw =0.10 Kw由表14-9， 由表14-11，16由公式得 (6.18)取Z=4根。（h）确定初拉力由公式得单根普通V带的初拉力 (6.19)（i）计算带轮轴所受压力由公式得综上，所选V带为A-125016。6.4 主轴的设计计算6.4.1 主轴的设计轴直径的设计式 (6.20)轴的刚度计算（1）按当量弯矩法校核设计轴系结构，确定轴的受力简图、弯矩图、合成弯矩图、转矩图和当量弯矩图。（a）轴的受力简图（图15）图15 轴的受力简图求作用在轴上的力（图16）垂直面（Fv）水平面（Fh）锯片1Fp=301.8Fc=191.1轴承2=+=368.6 带轮3+-=977图16 轴的受力图（b）作出弯矩图（图17）垂直面（Mv）水平面（Mh）截面 合成弯矩截面合成弯矩截面0合成弯矩图17 弯矩图（c）作出转弯矩图（图18）图18 转弯矩图（d）作出当量弯矩图（图19），并确定可能的危险截面、和。截面截面截面图19 当量弯矩图（e）确定许用应力已知轴材料为45钢调质，查表得=650MPa。用插入法查表得=102.5MPa，=60MPa。（f）校核轴径截面截面截面结论：按当量弯矩法校核，轴的强度足够。（2）轴的刚度计算 (6.21) (6.22)所以轴的刚度足够。6.4.2 轴承的计算（1）初选轴承型号因为轴承之承受径向载荷，选用径向接触轴承中的深沟球轴承，深沟球轴承摩擦因数小，允许极限转速高，价格低廉，应用广泛。根据轴颈选用6208轴承，选用脂润滑方式，查GB/T276得轴承的性能参数为：=25500，=15200，=8500。（2）寿命计算（a）当量载荷 (6.23)由于轴承不受轴向载荷，所以轴承的轴向载荷=0，查表得X=1，Y=0，=1.3。故=1.3=1.3=1.3=1.31728经校核，选用6208型深沟球轴承能满足要求7 锯切气缸的设计7.1 锯切气缸的计算 摆动部分的运动主要是锯片绕轴运动的同时绕锯片箱体上的凸圆槽摆动它的摆动驱动是以气缸做动力，气缸的伸缩控制锯片的摆动切割。所以气缸锯切的主要部分。（1）初步选择气缸：直径为115mm的气缸所以气缸的拉力为拉力：F=( -)P/4 (7.1)（2）气缸的拉力计算：F=110=3650.25 N上述F为气缸最大理论输出力的计算式，多数场合下活塞杆承受的是推力负载，细长杆件受压易产生弯曲变形，必须考虑压杆稳定性。（3）气缸直径的计算：当活塞杆计算长度比L/d10时，一般按强度条件计算活塞杆的直径，可按照直杆的抗压强度条件计算公式来计算活塞杆的直径：d=1.12835 (7.2)所以选择缸杆直径40mm就能满足要求。（4）活塞杆的计算：当活塞杆L/d10时，一般按压杆稳定性来计算活塞杆的直径。当气缸承受的轴向负载达到极限值后，极微小的干扰力都会使活塞杆产生弯曲变形，出现不稳定现象，导致气缸不能正常工作活塞杆稳定性条件是： 气缸的压杆稳定极限力与气缸的安装型式、活塞杆直径及行程有关。当细长杆比85时，= (7.3)当细长杆比85时，= (7.4) 对于实心活塞杆，可得，当细长杆比85时，L= (7.5)当细长杆比85时，L= (7.6)上述各式中L活塞杆的计算长度，m K活塞杆横截面回转半径，m 对于实心杆 (7.7) 对于空心杆 J活塞杆横截面面积，m 对于实心杆 (7.8)对于空心杆 空心活塞杆内孔直径。A活塞杆横截面面积m由安装连接条件决定的系数，可查表得知E活塞杆材料弹性模量，钢材取E=2.110 PaF材料试验强度值。钢材取4.9110 Paa系数，钢材取气缸的压杆稳定极限力气缸承受的轴向载荷，即气缸的理论输出推力气缸的压杆稳定系数，一般取=2613这样根据已知气缸承受的轴向负载活塞杆直径以及按装方式，计算出活塞杆的最大长度。若给定气缸行程，则可计算出活塞杆的直径。按照上述要求，所使用的气缸而85=855=425，所以，按式，选择活塞杆的长度。经计算得活塞杆长度为L=353 mm（5）缸筒壁厚的计算：一般来说气缸缸筒的壁厚与内径之比气缸缸筒承受压缩空气的压力，其壁厚可按薄壁筒公式计算： (7.9)按公式计算出的壁厚都很薄，加工比较困难，实际设计过程中一般都需按照加工工艺的要求，适当增加壁厚，尽量选用标准钢管和铝合金管。所以根据经验选取壁厚为7.5mm.（6）缓冲装置为内缓冲和外部缓冲装置，常用的内部缓冲装置有：缓冲气腔、弹性垫或缓冲套，常用的外部缓冲装置有液压缓冲器，本次设计中选用内缓冲装置，在活塞两侧加缓冲套来进行缓冲，并在活塞两侧加V型槽，以防压力过大缓冲套直接冲上活塞上造成气缸活塞损坏17。7.2 连接与密封7.2.1 缸筒与缸盖的连接缸筒与缸盖的连接型式主要有拉杆式螺栓连接、螺钉式、缸筒螺纹、卡环等。我采用的是拉杆式螺栓连接，用拉杆式螺栓连接的结构应用很广，结构简单，易于加工，易于装卸。对于双头螺栓和螺纹连接，一般是四根螺栓，由于工作压力为0.5较小，不用校核螺栓强度。7.2.2 密封气缸密封的好坏，直接影响气缸的性能和使用寿命，正确设计、选择和使用密封装置，对保证气缸的正常工作非常重要。对密封元件的要求如下：密封性好，耐磨损，使用寿命长；稳定性好，不易膨胀和收缩，难于溶解，不易老化及软化；摩擦力小；密封件表面平整、光滑，无气泡、杂质、凹凸等缺陷。被密封表面粗糙度对密封元件的使用寿命有重要影响