普通旋切机机座与刀架部件设计说明书

1摘要 竹木旋切机是利用旋转的摩擦棍夹紧木料旋转以使木料在刀具上切片的机器。它的应用使得原本珍贵的木材的利用率得到极大提高，对缓解我国木材供给紧张起到了极大作用。本文结合旋切机的应用环境和未来的发展方向，本着高效实用的原则对旋切机的机座与刀架部件进行了详细的设计，包括依据旋切机的工况环境对机座与刀架的结构和尺寸的设计、材料选择、制造工艺的分析、技术要求研究等。关键词 旋切机 机座与刀架 设计2AbstractBamboo rotary cutting machine is to use the rotating friction roller clamping wood are rotated to make the wood slice in the tool machine. Its application has greatly increased the utilization rate of the original precious wood, to great effect on timber supply of our nervous. Application environment based on rotary cutting machine and the future direction of development, in line with the base and the rest parts of the principle of efficient and practical for the rotary cutting machine are designed in detail, including the basis of rotary cutting machine for working conditions of the structure and size of the machine and tool design, material selection, manufacturing process analysis, technical requirements research etc.keywords Rotary cutting machine The base and the rest Design摘 要 竹 木 旋 切 机 是 利 用 旋 转 的 摩 擦 棍 夹 紧 木 料 旋 转 以 使 木 料 在 刀 具 上 切 片 的 机 器 。 它的 应 用 使 得 原 本 珍 贵 的 木 材 的 利 用 率 得 到 极 大 提 高 ， 对 缓 解 我 国 木 材 供 给 紧 张 起 到 了极 大 作 用 。 本 文 结 合 旋 切 机 的 应 用 环 境 和 未 来 的 发 展 方 向 ， 本 着 高 效 实 用 的 原 则 对 旋切 机 的 机 座 与 刀 架 部 件 进 行 了 详 细 的 设 计 ， 包 括 依 据 旋 切 机 的 工 况 环 境 对 机 座 与 刀 架的 结 构 和 尺 寸 的 设 计 、 材 料 选 择 、 制 造 工 艺 的 分 析 、 技 术 要 求 研 究 等 。 关 键 词 旋 切 机 机 座 与 刀 架 设 计 3目录摘要 .1Abstract.21 前言 .52 旋切机的总体介绍 .52.1 旋切机的功用介绍 .52.2 旋切机的原理介绍 .52.3 旋切机的结构组成 .63 机座部件设计的概要 .73.1 机座部件设计的准则 .73.2 机座部件的设计要求 .83.3 机座部件的整体分析 .84 棍架的设计 .84.1 棍架的结构设计 .84.2 棍架的材料选择 .94.3 棍架的尺寸确定及结构细节设计 .94.3.1 棍架侧板及顶板的尺寸确定 .94.3.2 棍座支承板的尺寸确定 .104.3.3 座板的尺寸确定 .104.4 棍架的强度与刚度校核 .104.4.1 棍架侧板的强度校核与刚度校核 .104.4.2 棍架整体的强度与刚度校核 .114.5 棍架及相关零件的尺寸公差、形位公差、及表面粗糙度 .145 电机底座的设计 .145.1 电机底座的结构设计 .145.2 电机底座的材料选择 .155.3 电机底座的尺寸确定及结构细节设计 .155.3.1 顶板的尺寸确定及结构细节设计 .155.3.2 左右侧板的尺寸确定及结构细节设计 .155.3.3 前后侧板的尺寸确定 .165.3.4 棍座支承板的尺寸确定 .165.3.5 肋板的尺寸确定 .165.4 电机底座的强度与刚度校核 .165.4.1 电机底座左右侧板的强度与刚度校核 .165.4.2 电机底座整体的强度与刚度校核 .186 底架的设计 .226.1 底架的结构设计 .226.2 底架的尺寸确定及结构细节设计 .2246.2.1 大底板的尺寸确定 .236.2.2 小底板的尺寸确定 .236.2.3 槽钢的尺寸选择 .236.2.4 大肋板尺寸确定 .236.2.5 小肋板的尺寸确定 .236.3 底架强度与刚度校核 .236.3.2 横梁的强度与刚度校核 .247 刀架部件的设计 .267.1 刀架部件的设计概要 .267.2 刀架部件的结构设计及材料选择 .267.3 刀架零件的尺寸确定及结构细节设计 .277.3.1 刀架的尺寸确定及结构细节设计 .277.3.2 刀架侧板的尺寸确定及结构细节设计 .278 导轨的设计 .288.1 导轨的类型选择 .288.2 导轨截面形状的确定 .288.3 导轨材料的选择 .298.4 导轨的尺寸确定与技术要求 .299 总结与致谢 .29参考文献 .3051 前言竹木旋切机是利用旋转的摩擦棍夹紧木料旋转以使木料在刀具上切片的机器。它的应用使得原本珍贵的木材的利用率得到极大提高，对缓解我国木材供给紧张起到了极大作用。本文对竹木旋切机设计中的机座和刀架部件以及导轨的设计过程进行了详细的介绍。全文可分为四分部分。第一部分为旋切机总体介绍，主要讲解了旋切机的功用、原理及大致结构；第二部分为机座的设计部分，该部分首先对机架设计的准则和要求进行了阐述，然后在准则和要求的指导下进行机座的具体设计，设计过程主要介绍了机座的结构设计、尺寸设计及材料选择，然对机座的强度和刚度进行了校核；第三部分为刀架和导轨的设计，该部分主要介绍了机架和导轨的结构设计及、尺寸确定以及技术要求；最后一部分为总结，介绍了设计过程中的收获。通过本文可以对旋切机机架的设计过程有全面的了解，并为旋切机机架的生产过程提供指导。2 旋切机的总体介绍2.1 旋切机的功用介绍竹木旋切机主要是利用三根摩擦棍在摩擦力的作用下带动夹在摩擦棍中间的木材旋转，然后利用在木材切线方向的刀具将木材切成厚度均匀、连续的木片。竹木旋切机的发明，给木材的合理高效利用带来了极大的便利。利用旋切机切下的木片，我们可以将它作为各种家具、器具、甚至汽车内饰件等的表面装饰。这样就实现的木材价值利用的最大化，并且发挥了木材纹理的美观性。对于我们中国这种森林资源匮乏的国家，竹木旋切机在缓解木材资源的匮乏是非常有价值的。图 2.1.1 旋切机切片效果62.2 旋切机的原理介绍如图所示，周围三实线圆代表三根摩擦棍，中间紫色双点划线为加工木料。三根摩擦棍的直径大小、转动角速度的大小均相等，而他们各自的转动方向如图所示。待加工木料在三根摩擦棍的挤压和转动产生的摩擦力的作用下向按如图所示的方向转动。而刀具则安装在的木料转动的切线方向上，通过刀具与木料的相对运动实现对木料的切割。其中图中的摩擦棍 1、2 的动力由同一个电机提供，中间通过齿轮传动实现动力的传递。他们安装在一个固定机座上。而摩擦棍 3 的动力则由另一个电机提供，动力传输通过链传动实现。它和刀具的位置保持固定，并且它被安装在另一个通过液压控制的可以在导轨上移动的机座上，利用机座位置的改变实现切割不同直径的木料时的运动进给。图 2.2.1 旋切机原理示意图2.3 旋切机的结构组成旋切机的总体结构如下图所示。1 为底架，主要由槽钢和肋板构成。通过地脚螺栓与地面接触，起固定和支撑整机的作用。2 为摩擦棍架及齿轮传动系统，主要由座板和齿轮等构成。通过螺栓和焊接与底架连接，其作用为支撑和固定摩擦棍、及摩擦棍相关的传动系统，提供动力传递。3 摩擦棍，主要由棍底座、摩擦棍、棍轴、轴承等构成。其通过螺栓与摩擦棍架连接，主要作用为支撑摩擦棍。4 为电机及链传动系统，主要由电机、链条、链轮等构成。其与电机底 5座通过螺栓连接，为右侧单棍提供动力源及动力传递。5 为电机底座，主要由一些座板和肋板构成。其通过螺栓与刀架连接，布置在刀架的上方。其作用为支撑电机和固定右侧单棍。6 为刀架部分，主要由刀架及两侧支撑板构成。其布置在导轨上，可以在导轨上滑动，起支撑刀具和确定刀具位置的作用。77 为液压系统，其与刀架和底座相连，作用是为适应不同直径的木料的切割，通过该系统的提供动力来精确的控制和改变刀架的位置。8 为矩形导轨，由上下导轨面构成，其主要作用为支撑刀架和约束刀架的运动轨迹。图 2.3.1 旋切机的结构组成1.底架 2. 摩擦棍架及齿轮传动系统 3. 摩擦棍 4. 电机及链传动系统 5. 电机底座 6. 刀架部分 7. 液压系统 8. 矩形导轨3 机座部件设计的概要3.1 机座部件设计的准则1. 工况准则，机座的设计首先必须保证机器的特定工作要求。如保证机器上安装的零部件的正常运转，保证上下料的要求，人工操作的方便及安全等。2. 刚度准则，在保证特定外形的条件下，必须保证机座的刚度要求。旋切机机座的刚度决定了旋切加工的效率和加工木料的质量。3. 强度准则，对于一般设备的机座，刚度达到要求，同时也能满足强度的要求。除重载设备在满足刚度要求的同时还必须保证机器在运转中可能发生的最大载荷情况下，机器上任何点的应力都不得大于允许应力。4. 稳定性准则，对于细长的或薄壁的受压结构及受弯-压结构存在失稳问题，8某些板壳也存在失稳问题或局部失稳问题。失稳对结构会产生很大的破坏，设计时必须校核。5. 美观，对机器的要求不仅要能完成特定的工作，还要使外形美观。6. 其他要求，除上述准则外，机座设计时还有散热要求、防腐蚀及特定环境的要求，对于精密机械、仪表等热变形小的要求等。对于旋切机而言，其工作环境良好，基本载荷平稳无重大冲击载荷，精度要求一般。因此在旋切机机座设计过程中主要考虑的工况准则、刚度准则、稳定性准则以及美观的要求。对于强度准则只需在设计完成后进行校核确保强度足够即可。3.2 机座部件的设计要求在满足机座设计准则的前提下，必须根据机座的不同用途和所处环境，考虑以下各项要求，并有所偏重。1. 机座的重量尽量轻，材料选择合适，成本低。2. 结构合理，便于制造。3. 结构应使机座上的零部件安装、调试、修理和更换方便。4. 结构设计合理，工艺性好，还应使机座本身的应力小，由温度变化引起的变形应力小。5. 抗振性好。6. 耐腐蚀、使机座结构在服务期限内尽量少修理。7. 有导轨的机座要求导轨面受力合理，耐磨性好。根据旋切机的用途和工况，对于机座部件的设计重点考虑材料、工艺、成本、调试、维修这几个方面的要求。3.3 机座部件的整体分析机座是指设备的底架或部件，用于支撑、容纳其他零部件，以便设备的使用或安装附件而设计。本设计中的机座部件的主要作用就是支撑棍底座、电机、刀架、传动部件、液压部件以其他的一些附加件。根据上述定义以及图 2.3.1 可知旋切机的机座部件包含以下三部分：1. 棍架，图 2.3.1 中 2 中支撑和固定摩擦棍底座的部分。2. 电机底座，即图 2.3.1 中的支撑和固定电机及单棍座的底座 5。3. 底架，即图 2.3.1 中固定和支撑整机的底架 14. 棍架的设计4.1 棍架的结构设计在进行棍架结构设计之前，首选对棍架的作用进行分析。棍架的主要作用是支撑摩擦棍以及摩擦棍相连的传动系统。因此棍架属于机座类部件中的机架零件，一般机架类部件的结构形式有以下三种：杆系结构、板壳结构、实体结构。其中板壳结构由薄壁构件组成，而薄壁构件的厚度小于其他方向的尺寸，9适于大小适中的机架类结构。而杆系结构适于特大型机架，实体结构适于小型紧凑型机架。由于摩擦棍座的跨度约 800，高度约为 300。据此可知整个棍架的前侧面大小中等。根据上面的分析可知，棍架宜选用板壳式结构。同时为获得良好的抗弯惯性矩，初步确定棍架由四个侧面薄板和一个顶部薄板构成，而为保证棍座与底架的稳定支承和牢固连接，底部设计两块座板连接底架。根据以上分析再结合图 2.3.1 可知，棍架的组成有：前后侧板、左右侧板、顶板、两个座板、两个棍座支承板。4.2 棍架的材料选择查阅有关材料手册得知，类似于机座类零件的常用材料为铸铁或碳钢。其中铸铁的流动性良好，体收缩和线收缩较小，容易获得形状复杂的铸件，其切削性良好，价格便宜适合大批量生产。而碳钢相对于铸铁则相反，其流动性差，抗震性能不如铸铁，但其弹性模量大，强度比铸铁大，故碳钢适合于受力较大的机座。由于棍架 的其结构简单但需要承受一定的弯矩和轴力的作用，故选择材料为碳钢。在确定具体选用哪种材料之前，需对棍架的制造工艺进行简单分析。一般机座类部件的制造工艺有两种，铸造机座和焊接机座。由于铸造机座的性能好、价廉、吸振能力强，因此对于复杂的、大批量生产的、对抗振要求较高的机座类零件常采用铸造的形式。而焊接机座则具有生产周期短、重量轻、成本低等优点，因而在一般的机座类零件的制造中焊接机座更经济适用。对于旋切机的机座而言，其结构相对简单，对抗震性的要求不高，且生产批量不大。因而最终确定本设计中的机座采用焊接机座。考虑到机座的制造工艺为焊接式的机座，因而所选的材料应具有良好的焊接性能。其中 Q235 型碳素结构钢具有高的塑性、韧性和焊接性能、冷冲压性能，以及一定的强度、好的冷弯性能，广泛用于一般要求的零件和焊接结构。如受力不大的拉杆、连杆、销、轴、螺钉、螺母、套圈、支架、机座、建筑结构、桥梁等1 。本着材料经济适用的原则，最终确定棍架的材料选用 Q235。4.3 棍架的尺寸确定及结构细节设计4.3.1 棍架侧板及顶板的尺寸确定询问竹木加工厂的工作人员了解到一般的竹木取段长度为 5060，竹木直径为 710 。根据以上获得的信息结合安装在棍架上的其他零件的尺寸大小，确定侧板及顶板构成的立方体的基本尺寸为 842300300。考虑到棍座支承板要与侧板进行焊接连接，为使焊接过程便于实施、和焊缝的牢靠，应使棍座支承板与单个侧板进行焊接，因此只能前侧板与棍座支承板有接触，同时为减少不同零件的个数便于零件的加工和外购，确定前后侧板的基本尺寸为 84230025。进而左右侧板基本尺寸为 25027525。顶板基本尺寸为 84225025。104.3.2 棍座支承板的尺寸确定由于本设计由多人合作完成，根据其他设计者提供的棍座的底平面尺寸为26064，为保证棍座在棍座支承板上的安装方便和稳定支承确定棍座支承板的基本尺寸为 2707412。根据机座结构应便于安装、调试、拆卸、维修的要求，确定棍座与棍座支承板之间通过螺栓连接，此处螺栓根据经验类比选取M12 普通粗牙螺纹，因此支承板应钻出 4 个螺纹孔。同时为了安装时的定位方便需打出两个销钉孔。 4.3.3 座板的尺寸确定依据棍架侧板尺寸定出棍架的主体尺寸后，根据经验类比法确定底部座板的尺寸为 35025030。因为座板与机座底架的连接方式为螺纹连接，因此在座板上需钻出 4 个螺栓孔，螺栓的大小依据经验选取 M36 普通粗牙螺纹。4.4 棍架的强度与刚度校核在进行强度和刚度的校核之前，首先需分析棍架的受力情况。根据棍架与其他零件的连接情况分析得知，棍架主要受两个力的作用。一是旋切机在加工木料时由棍座施加给棍架的力 F1；二是棍架及受棍架支撑的所有零件的重力G。4.4.1 棍架侧板的强度校核与刚度校核由实验测算 F1 的大小约为 20KN，而 F1 的主要受力对象是棍架左右侧板，且其对左右侧板产生变形式主要是弯曲变形，下面根据变形形式对左右侧板的强度条件进行校核：由于 F1 是左右侧板的整体受力，因此其各自的受力为 F2因为左右侧板底部与底部座板通过焊接连接，所以可以将左右侧板看作是悬臂梁，而 F2 作用在侧板上的力可以看作是均布载荷 q。由此可知侧板顶部为弯矩最大处，因此最大弯曲应力N.m11=3.6所受正应力为=0.48MPa查阅相关手册得知 Q235 的许用应力=160MPa因此棍架侧板满足强度要求因为棍架左右侧板对称布置，且受力大小相等，因此二者的变形量相等，所以其变形不会对旋切机的工作特性产生影响，因此不必对侧板的刚度进行校核。4.4.2 棍架整体的强度与刚度校核根据材料密度及各零件的体积通过计算得重力 G 约为，虽然重力 G 在两个棍座处成一定的集中分布，但为了简化问题分析，视重力 G 对于整个棍架为均布载荷，这样简化之后相当于将两端的载荷移动到中间部分，这样计算的强度偏于安全。如此重力 G 对棍架的作用使棍架产生弯曲变形。为方便对棍架进行应力计算可以将整个棍架合理简化为一个简支梁。棍架所受剪力作用的剪力图如下：图 4.4.2.1 棍架剪力图由以上剪力图作出棍座弯矩图如下：12图 4.4.2.2 棍架弯矩图由弯矩图可知，棍架中间的截面所受弯矩最大，因此对此截面进行强度校核。而棍架截面形状如下：图 4.4.2.3 棍架截面图根据截面形状求出截面对形心的惯性矩，首先需要确定截面的主惯性轴，因此以截面左下角为坐标原点，求出截面形心的 Z 坐标。用面积法求截面形心Z 坐标的步骤如下：接着由为 190 求出截面形心主惯性轴的惯性矩的步骤如下：首先求出截面对原始 Y 轴的惯性矩利用惯性矩的可加性得13=9.67再由平行移轴公式得其中 A 为截面面积A=（300300-275250）10-6=0.021m由此可得=2.09最大弯曲正应力的计算公式为根据弯矩与剪力的关系，得其中 L 为棍架长度，L=0.842 ，所以而由棍架截面图可知所以最大弯曲正应力Pa而 Q235 的许用应力=160MPa因此整个棍架满足强度要求。根据以上对棍架力学模型的分析，由梁在简单载荷作用下的变形表2，得棍架的最大挠度为上式中 E 为材料的弹性模量，查阅相关手册知 Q235 弹性模量为 200GPa，所以最大挠度=4.5m机架构件的横梁允许挠度为 1/300，据此计算允许挠度值由以上计算可知14所以棍架的挠度在允许挠度内，因此棍架刚度符合要求。4.5 棍架及相关零件的尺寸公差、形位公差、及表面粗糙度由于棍架零件间无配合关系，因此公差等级选用 IT12，大多数零件可不标注尺寸公差。但对于棍座支承板，由于其上要安装棍底座，因此对其与棍底座的接触面有平面度的要求，此处选用公差等级为 5 级，根据棍座支承板的尺寸及公差等级，查表得公差值为 0.012。5 电机底座的设计5.1 电机底座的结构设计在进行电机底座的结构设计前，先对底座的作用进行简单分析。电机底座其根本作用是支撑于与带轮相连的电机；而为了合理利用其侧面的空间，将单棍座布置在电机底座的前侧面，由此电机底座也有支撑单棍座的作用；进一步分析，电机机座应该是安装在刀架上方的，而为了能够调节旋切机的切片厚度应使刀刃和摩擦棍之间的距离成为可调节的，由此分析得电机底座和刀架之间的位置应该设计为可调节的，因此电机底座还有调节切片厚度的作用。根据以上分析，进行电机底座的结构设计。首先由以上分析知电机底座主要是为安装和容纳其他附件而设计，因此电机底座可归结为机架类零件。根据棍架的设计中所提到的机架类零件的结构形式，选择电机底座的结构形式为板壳结构。确定机座为板壳类结构后，根据板壳类结构的特点，确定底座应该有侧面四块侧板和顶部一块顶板构成主体部分；而考虑到安装、调试、维修等的方便，不直接将单棍座安装在电机底座上，而是在单棍座和电机底座之间设计一块棍座支撑板，因此电机底座的前侧板上还有两块支撑；根据其他设计者提供的电机的参数知电机底部宽度为 330，为了减轻底座重量、节省材料用量电机底座的宽度设计不直接定位 300，而是短于 330，同时为了稳固支撑电机，短出部分设计两块肋板加强支撑，因此底座还包括两块肋板。由以上分析知电机底座主要包括以下部分：前后侧板、左右侧板、顶板、两块棍座支承板、两块肋板。5.2 电机底座的材料选择由电机底座的结构分析可知，电机底座结构简单，但需承受一定弯矩作用，因此对强度和刚度要求比较高。根据棍架设计中提到的，类似于电机底座这类机座零件的常用材料为铸铁和碳钢。其中碳钢弹性模量大，强度、刚度大，适合于作为电机底座的材料。而电机底座与棍架的结构类似，所以电机底座的制造工艺也采用焊接的方法，具体材料种类也选择 Q235。155.3 电机底座的尺寸确定及结构细节设计5.3.1 顶板的尺寸确定及结构细节设计根据其他设计者提供的电机底部宽度为 330，顶板宽度大于或等于此宽度即可，而实际上顶板宽度没有大于这个宽度的必要，于是确定顶板宽度即为330。由于电机底座也是支撑单棍座的部件，因此它的长度尺寸应与支撑双棍座的棍架相同，因此确定其长度为 842。其厚度则根据同类零件按类比法确定为 25。另外电机通过螺栓连接固定于顶板上，因此在与电机底部的对应位置需加工 M16 的螺纹孔。5.3.2 左右侧板的尺寸确定及结构细节设计左右侧板的长度直接决定了电机的高度，而电机的高度应由电机和摩擦棍之上的链轮的位置决定，所与左右侧板的高度应通过两链轮之间的位置关系计算。根据其他设计者提供数据两链轮的中心距为 389。电机中心至左侧边缘的距离为 165、棍座支承板的厚度为 12（根据棍架中棍座支承板的厚度确定） 、棍座中心的高度为 75，由以上数据得链轮中心在水平方向的距离为252，由此计算两链轮中心在竖直方向的距离为。再由电机中心到底面的距离为 150，顶板厚度为 25，计算出左右侧板顶部到棍座中心的距离为 296-150-25=121。而左右侧板底部到棍架中心的距离依据棍架的大小定位 64。于是左右侧板的高度为 121+64=185。由 5.1 中的分析，电机底座与刀架之间的位置关系应设计为可调节的。而左右侧板作为电机底座与刀架之间的连接件，其上应设计出调节位置的结构。为此设计左右侧板通过螺栓与刀架连接，而左右侧板的螺栓孔设计为腰形孔，以留出电机底座的移动空间。询问竹木加工厂工作人员他们要求切片厚度最好在 5内可调节。因此设计腰形孔的腰长为 5。根据经验左右侧板与刀架之间的连接螺栓选用 M36 普通粗牙螺纹。因此左右侧板各开两个宽度为 38 的腰形孔。因为左右侧板要求开腰形孔，因此其结构设计为 L 形。L 形顶部宽度为30，底部伸出部分依据螺栓大小为 M36 确定其尺寸为 50，底部伸出部分高度定位 30，整个 L 形的长度取 260。考虑到整个电机和电机底座的重量很大，调节电机底座的位置时直接推动比较困难，需要设计省力的传动机构。此处通过螺纹传动来调节电机底座的位置，因此需在左右侧板和刀架之间横向再设计两个螺纹传动，该处螺纹选用M20 粗牙普通螺纹。由此可知左右侧板靠近刀架端需有 M20 的螺纹孔。为保证调整电机底座的位置时的轻松顺畅，要求左右侧板腰孔表面粗糙度16为 Ra1.6，左右侧板与刀架接触面表面粗糙度为 Ra1.65.3.3 前后侧板的尺寸确定因左右侧板与刀架通过螺纹传动改变位置，所以前后侧板应布置与左右侧板之间。由此根据顶板及左右侧板的尺寸得出前后侧板尺寸为 78216012。5.3.4 棍座支承板的尺寸确定根据其他设计者提供的棍座的宽度为 64，以及电机底座其他零件的尺寸确定棍座支承板的尺寸为 2107412。棍座与棍座支承板之间的通过螺纹连接，根据经验选用 M12 粗牙普通螺纹，因此与棍座的对应位置打螺纹孔。5.3.5 肋板的尺寸确定为提高顶板的刚度，在顶板与后侧板之间布置肋板，肋板采用直角梯形的形状。根据顶板及左右侧板的尺寸，确定梯形肋板的上底宽为 5，下底宽为80，高位 70，厚度为 30。5.4 电机底座的强度与刚度校核在进行强度和刚度的校核之前，首先需分析电机底座的受力情况。根据电机底座与其他零件的连接情况分析得知，电机底座主要受两个力的作用。一是旋切机在加工木料时由棍座施加给电机底座的力 F1；二是电机底座及受底座支撑的电机的重力。5.4.1 电机底座左右侧板的强度与刚度校核由实验测算 F1 的大小约为 20KN，而 F1 的主要受力对象是电机底座左右侧板，且其对左右侧板产生变形式主要是弯曲变形，下面根据变形形式对左右侧板的强度条件进行校核：由于 F1 是左右侧板的整体受力，因此其各自的受力为 F2因为左右侧板底部与刀架通过螺栓连接，所以可以将左右侧板看作是悬臂梁，而由于 F2 通过棍座支撑板的作用在侧板上，所以可将其看作是均布载荷q。由此可知侧板顶部为弯矩最大处，最大弯曲应力17N.m虽然左右侧板不是长方体，但此处将其按长方体计算对惯性矩没有影响，所以=2.7所受正应力为=0.45MPa查阅相关手册得知 Q235 的许用应力=160MPa由此可知左右侧板满足强度要求。根据以上对左右侧板力学模型的分析，由梁在简单载荷作用下的变形表2，得棍架的最大挠度为上式中 E 为材料的弹性模量，查阅相关手册知 Q235 弹性模量为 200GPa，所以最大挠度=12.05m而压型钢板的允许挠度为 1/200，由此计算左右侧板的允许挠度值为由以上计算可知侧板挠度小于允许挠度，因而可以确定左右侧板的刚度满足要求。5.4.2 电机底座整体的强度与刚度校核根据材料密度及各零件的体积通过估算得整个电机底座的重力 G1 约为，虽然重力 G1 在两个棍座处成一定的集中分布，但为了简化问题分析，视重力G1 对于整个棍架为均布载荷，这样简化之后相当于将两端的载荷移动到中间部分，这样计算的强度偏于安全。而根据其他设计者提供的电机参数知电机重力 G2 约为，因为电机通过底部平面与底座顶板接触，所以电机重力可看作在接触段内的均布载荷。由此可知以上两个载荷作用与电机底座上使电机底座产生弯曲变形。根据电机底平面与顶板接触面的长度为 250以及上面分析，对电机底座18进行受力分析，设电机底座两端支撑部位对底座的作用力分别为 F3 和 F4，底座受力如下；图 5.4.2.1 电机底座受力简图由以上受力图列出以下受力平衡方程和力矩平衡方程：由以上两方程求出 F3、F4 的大小为：求出 F3 和 F4，以及对于均布载荷的分析，可作出电机底座的剪力图如下：图 5.4.2.2 电机底座剪力图设上图中剪力曲线 Fs 与 X 轴的交点坐标为，则根据上图有：由上式解得根据值，由剪力图，作出弯矩图如下：19图 5.4.2.3 电机底座弯矩图根据弯矩图及上面的分析可知在处弯矩取得最大值，弯矩最大值为：因此对处的截面进行强度校核。而棍架截面形状如下：图 5.4.2.4 电机底座弯矩图根据截面形状求出截面对形心的惯性矩，首先需要确定截面的主惯性轴。因此以截面左下角为坐标原点，求出截面形心的 Z 坐标。由面积法求截面形心Z 坐标的步骤如下：20接着由为 143 求出截面对形心主惯性轴的惯性矩的步骤如下：首先求出截面对原始 Y 轴的惯性矩利用惯性矩的可加性=2.78再由平行移轴公式得其中 A 为截面面积A=（212160+25330）10-6=0.012m由此可得=0.33最大弯曲正应力的计算公式为其中而由棍架截面图可知所以最大弯曲正应力Pa而 Q235 的许用应力=160MPa因此整个棍架满足强度要求。根据以上对棍架力学模型棍架受大小在不同的两段内受两个不同大小的均布载荷作用，校核棍架的刚度时，为方便计算，认为棍架整体受较大的那个均布载荷 q 的作用。其中 F 为较大均布载荷的总体载荷，根据剪力图可知 F=。而 L 为载荷作用段的长度，L=250mmN/m由梁在简单载荷作用下的变形表2，得棍架的最大挠度为上式中 E 为材料的弹性模量，查阅相关手册知 Q235 弹性模量为 200GPa，21所以最大挠度=9.48m一般主梁的允许挠度为 1/400，由此计算棍架的允许挠度=2.1m由此可知即棍架挠度在允许挠度范围内，因此棍架刚度符合要求。6 底架的设计6.1 底架的结构设计底架起支撑整机，方便工人操作机器的作用。由此可知底架作用比较单一，因此对其结构无特别要求。分析机架的三种结构杆系结构、板壳结构、实体结构。其中杆系结构由长度远大于其他两方向的尺寸的杆件组成，其结构简单，适于较大型的机架。而底架其支撑整个机器的作用，其结构相对庞大，但对结构无特别要求，所以适合选用杆系结构。基于底架对结构的要求低，可直接从常用的型材中选用合适的型材作为底架材料以节省成本。查阅常用的型钢种类，其中热轧槽钢焊接性能良好，结构对称，结构平衡性好，且结构比热轧工字钢简单，焊接装配更方便。因此确定底架的主体结构采用以热轧槽钢为材料的杆系结构。虽然底架的主体结构已经确定为杆系结构，但底架与其他部件的连接部位并不适合采用杆系结构，因为杆系结构不便于与其他部件连接，借鉴棍架的结构，其他的连接结构采用板壳结构，且板壳类零件的材料选择 Q235。进一步分析底架结构，直接与其连接的部件包括棍架、轴承架、电机、导轨、液压杆底座。其中导轨和液压杆底座结构较小，可直接安装于底架的槽钢上；但棍架、轴承架、电机结构较大，无法直接安装在底架槽钢上，因此需设计两块底板作为棍架、轴承架、电机三大部件的安装平面。同时为保证两块底板的刚度，在每块底板与底架槽钢的连接处应设计肋板以提高刚度。其中支撑电机和轴承架的底板较大需要伸出底架之外，因此需四块肋板支撑，而另一块较小的底板则只需两块肋板支撑一侧即可。根据以上分析，底架结构主要包括：槽钢构成的底架主体、一块大底板、一块小底板、两块大肋板、四块小肋板。6.2 底架的尺寸确定及结构细节设计226.2.1 大底板的尺寸确定根据棍架尺寸、其他设计者提供的轴承座的尺寸、及棍架与轴承架的相对位置关系以及电机底部安装平面的尺寸，确定大底板的尺寸为 79045520。因为电机与大底板间以及棍架与大底板间通过 M36 的螺栓连接，所以与电机和棍架的对应位置打螺纹孔。6.2.2 小底板的尺寸确定小底板与大底板作用相同，其宽度和厚度应与大底板相同。其长度取为320，因此小底板尺寸为 32045520。小底板与底架间同样通过 M36 的螺栓连接，因此对应位置应打螺纹孔。6.2.3 槽钢的尺寸选择通过类比法，依据同类体积和重量的其他机器所选用的槽钢型号，确定底架选用 18 号槽钢。其高度 h 为 180，宽度 b 为 70。6.2.4 大肋板尺寸确定大肋板的作用是支撑大底板，增强大底板的刚度。由于大底板上安装电机，受力较大，因此大肋板应设计为梯形肋板。根据大底板的尺寸定出梯形大肋板上底尺寸为 80，下底尺寸为 270，高度为 470，厚度为 20。6.2.5 小肋板的尺寸确定小肋板用于支撑棍架，加强支撑处的刚度。由于支撑处的刚度相对较大，因此小肋板设计为三角形肋板即可。根据小底板的尺寸确定小肋板两条直角边的长度为 185和 135，厚度同大肋板为 20。6.3 底架强度与刚度校核底架起支撑整机的作用，它所受的载荷就是它所支撑的机体部分的重力。它对底架的作用是使底脚受压以及使横梁受弯。因为底架是杆系结构主要由槽钢构成，其结构细长，在进行强度校核之前，需先求出其长细比，然后确定按何种变形来来校核其强度。因为棍架下端的底脚的槽钢长度最长，因而先对他进行校核。其长细比为其中为压杆的长度因数，因槽钢两端均通过焊接与其他零件连接，所以将其看作两端固定的压杆，其长度因数为 0.5。23l 为压杆的长度，l=510。i 为惯性半径，查阅相关资料2知 i=19.5。根据以上数据得=13.07槽钢材质为 Q235，其查阅资料2知 a=304MPa， ，b=1.12MPa.由以上数据得由此可知由欧拉公式的应用范围知，当时，杆件的变形不按压杆稳定计算，而按强度问题计算。通过合理估算底架的底脚所受的最大压力为 F1=1500N，由正应力的计算公式：A 为槽钢截面积，A=29.2由此可得=0.51MPa槽钢的需用应力为=160MPa所以底架槽钢满足强度要求。底架受压产生的压缩量为其中 E 为材料的弹性模量，E=200GPa所以压缩量=1.3mm由此可知压缩量极小，符合刚度要求。6.3.2 横梁的强度与刚度校核底架支撑刀架的横梁主要受刀架和电机及其底座的重力 G 作用，经过估算G 大小约为 4.5N。因为横梁与导轨接触，因而其受均布载荷的作用。由以上分析做出横梁所受剪力图如下：24图 6.3.2.1 横梁剪力图由剪力图做出横梁弯矩图如下：图 6.3.2.2 横梁弯矩图由以上剪力图及弯矩图可知最大弯矩=651N.m最大弯曲应力查阅热轧工槽钢表知所以=30.3MPa而=160MPa所以横梁满足强度要求。载荷 G 以均布载荷的形式作用于横梁上，该均布载荷的大小为25L 为载荷作用段的长度，