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336 竹木旋切机刀架设计 竹木旋切机 刀架 设计

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毕业论文题目学校代码：10410 序 号：050420本 科 毕 业 设 计题目： 竹木旋切机刀架设计 学 院： 工 学 院 姓 名： 方 称 生 学 号： 20050420 专 业： 机械设计制造及其自动化 年 级： 2005级 指导教师： 龚水泉老师 二OO九年 五 月17竹木旋切机刀架设计摘 要中国是森林资源极度匮乏的国家之一，同时面临着全球环保热情高涨的形势。这种环境造成了我国林木加工资源与市场需求之间的尖锐矛盾。为解决这样的困境，竹林木的深加工是一条必经之路。虽然木头旋切机已经面市而且已经发展完善，但是针对于竹木开发的旋切机却依然迟迟未见其面市，这严重阻碍了竹木深度开发的脚步。在本文中重点探讨了竹木旋切机的设计。本着经济，可行，可靠的原则，仿照木头旋切机，从三个方面着手，纵观国内竹木旋切机的发展形势，充分说明竹木旋切机具有非常广阔的市场前景。其次对竹木旋切机的功能与作用原理进行定性分析，竹木旋切机对竹木旋切产生薄皮多用贴面，其跟卷笔刀类似的工作原理都做了一一介绍。本文中最重要的部分是：对竹木旋切机整体以及刀架的设计。在整体部分中对夹紧方式和推动方式进行了探讨和选择。在刀架部分着重于各类外购件的选择，如减速机的选择。和各类标准件的选择和校核，在最后对刀架的微调机构进行了设计。关键词：竹木加工，无卡旋切机，机电液一体化The design of Wood peeling machine toolAbstract: China is the extreme scarcity of forest resources, one of the countries at the same time facing a global environmental situation enthusiasm. This environment of our forest resources and market demand, the processing of the sharp contradictions between. To address this predicament, the deep processing of bamboo trees is a way that we must follow. Although the wood peeling machines are available now and has been well developed, but for the development of the wood peeling machine is still dragging its feet in keeping its market, which seriously hindered the pace of development of bamboo depth. In this article focuses on the design of wood peeling machine. Based on economic, practical and reliable principles, modeled on wood peeling machine, start from the three areas, when we look at the domestic wood peeling machine of the development of the situation, fully wood peeling machine has a very broad market prospects. Second, wood peeling machine of the function and role of the principle of qualitative analysis, bamboo wood veneer peeling machines have a thin skin on the use of veneer, the pencil sharpener with a similar working principle are introduced one by one done. In this paper, the most important part is: the whole of the wood peeling machine, as well as the design tool. Integral part in the way of clamping and discussed ways to promote and options. Part of the tool focuses on a wide range of options purchased items, such as the choice of reducer. And a variety of standard options and check the final fine-tuning of the tool design agencies. Key words: Wood processing, non-card peeling machine, hydraulic integration目录1 绪 论11.1 引言11.2 竹木旋切机的功能21.3 竹木旋切机基本参数22 旋切机整体设计32.1 旋切机的种类和各自的特点32.2 旋切机刀架推动方式42.4 竹木旋切机的工作原理53旋切机刀架设计63.1刀架功用63.2减速机的选择63.3焊接钢板的材料选择63.4键的选择73.4.1键的类型选择：73.4.2 键的尺寸选择:73.4.3键的强度校核73.5 关于链条与链轮的计算与选择（选用三圆弧一直线齿形链轮）83.5.1 选择链轮齿数与传动比83.5.2 确定计算功率83.5.3链的节距83.5.4链传动的中心距和链节数83.5.5小链轮毂孔最大直径93.5.6链与链轮的选择93.5.7链传动作用在轴上的力103.5.8 确定链条的传递速率103.5.9 低速链传动的静力强度计算103.6轴承与轴承座的选择和校核113.6.1轴承类型选择113.6.2预期计算寿命113.6.3 轴承的选择113.6.4 轴承校核113.6.5轴承座的选择123.7 摩擦导辊轴的设计133.8微调结构的设计144总结155参 考 文 献166 致 谢171 绪 论1.1 引言中国是森林资源贫乏的国家，但是木材需求量却非常大，据有关资料统计，全国森林资源年耗量高达4亿m3，资源赤字约1亿m3。近十年来，蓄积量减少了2800万m3，成熟、过成熟林面积减少了近5000万m3。本世纪初，木材短缺量已经达到近5000万m3。与此同时，中国又拥有丰富的人工林、速生林资源，天然林资源的严重萎缩和供需矛盾的加剧，为开发利用竹木造成了客观上的前提，相对而言，竹木在直径，厚度，材料韧性等方面与普通树木有很大的差异，而目前在木材加工的旋切机市场上多是以树木为加工对象的旋切机，针对于竹木深度加工的旋切机却较少，特别是在南方竹木林区。因此竹木旋切机的设计和开发是具有广泛的市场前景的。目前全世界都在大力提倡绿色环保，保护生态。绿色树木不仅是绿色环保的对象，同时也是人们日常生活中不可或缺的材料。在我国森林木材资源极度匮乏，但是目前处于发展中国家的我国急需绿色环保，又能重复利用的木材。在南方木材相对稀缺，但是盛产竹木，因此竹木在一定程度上可以用来作为木制品加工材料。在竹木的深度加工中仿照林木旋切机，同乔木相比,竹木在材质上更韧性,在直径上较小,在致密度更小.因此在仿照过程之中采用了一系列的措施使得我们的设计可以很好的完成切削加工任务.本文中我们设计的竹木旋切机多用于对竹木的深度加工利用。在设计过程中我们仿照乔木旋切机的结构,同时又具有竹木加工的特点使得本文设计的竹木旋切机具有体积适中，质量轻，加工效率高，加工质量高的优点,非常适合南方地区竹木的深度加工1.2 竹木旋切机的功能竹木旋切机主要是利用摩擦导辊对竹木予以夹紧，在摩擦导辊的摩擦力的作用下，一起旋转。在刀具的作用下，竹木被切成薄皮（其厚度大约为（0.4-4），产品见图1。本机床适用于旋切毛竹薄皮的专用设备，毛竹经软化后在本机床上用旋切的方法能从外到内的将竹片薄皮旋切下来，所旋切的竹薄皮可广泛用于家具、建材等的装饰贴面。做为树木的旋切机的产品是单板主要用于生产胶合板图11.3 竹木旋切机基本参数综合目前国内生产的一系列竹木旋切机其参考基本参数如下旋切单板厚度（无级摩擦导辊功率机床重量旋切速度最大旋切长度最大旋切直径外型尺寸0.44mm10.5kw4500kg1530m/min1400mm150mm290016001050mm2 旋切机整体设计2.1 旋切机的种类和各自的特点木工旋切机大体分为无卡木工旋切机和有卡木工旋切机无卡木工旋切机（见图2 ）就是把一定长度的木材平放入机台内，前后两侧有滚轴转动，用挤压转动木材的方法从而达到旋切目的。无卡木工旋切机的优点在于产品厚度比较均匀，容易装夹。缺点在于由于装夹力不够大而造成跑刀，另外最大的缺点是剩木直径较大有卡木工旋切机： 就是把一定长度的木材平放入机台上，左右两侧分别都有卡头，都可旋转，两侧卡头把木材挤住，开始旋转旋切，达到旋切目的。其优点在于可以获得较大的装夹力，剩木直径也较小。但其缺点在于产品的厚薄容易受到装夹的影响，不太均匀。由于竹木旋切机的产品是薄皮要求厚薄较为均匀，因此在此设计中选择了无卡的方式。图22.2 旋切机刀架推动方式旋切机刀架放置于机身上，由于无卡方式需要利用摩擦导辊在径向施加夹紧力，同时竹木在刀具切割的作用下直径在不断的减小。因此刀架需要在一定得推力作用下移动，同时也要求刀架是在以恒定的速度移动。旋切机推动方式主要有以下两种第一种是在电动机和减速器的作用下利用涡轮和丝杆，对刀架进行恒定推动。第二种是利用液压泵和液压缸对刀架进行恒定推动在本设计中考虑到经济和结构简单的因素，选择了利用液压泵和液压缸对刀架进行恒定推动。2.3 竹木旋切机的结构示意图竹木旋切机的结构示意图（见图3） 图32.4 竹木旋切机的工作原理竹木旋切机的工作原理（见图4）：其工作原理与卷笔刀的工作原理有点相似，在摩擦导辊的摩擦力的作用下，竹木的主运动旋转运动产生，与刀具锋刃的作用下产生切削。图43旋切机刀架设计3.1刀架功用在竹木旋切机的设计过程中，我们是团体合作来完成的，整个设计被分成了三个部分，机身的设计，刀架的设计，液压系统的设计。我选择了刀架的设计。刀架在整个竹木旋切机的设计过程中式最重要的一个部分。刀架的作用是将刀具固定，同时要携带一个摩擦导辊和减速机，另外还需要在滑轨上移动，因此整个刀架的作用主要是支撑和移动。所以在刀架的设计过程中结构的设计是最重要的。3.2减速机的选择查看国内的现有产品，大多数生产厂家在设计竹木旋切时要求所加工的竹木的旋转速度大约为15到20。在本设计中我们设计的磨擦辊的直径为105（见零件图）。因此我们需要的转速大约为86到115。查看减速机的产品样本标准，我们选择摆线针轮减速机。这类减速机具有传动比大，传动效率高，结构紧凑等优点，在绝大多数情况下已替代两级，三级普通圆柱齿轮减速机。在本设计中我们根据其设计转速要求86到115。我们选择了XWD4-11-3-6P。其基本参数如下表：型号输出轴许用径向力输出轴许用转矩输出转速XWD4-11-3-6P3460N490913.3焊接钢板的材料选择在本设计中，设计任务要求我设计的是竹木旋切机机架部分。由于加工材料的特殊性，要求在加工过程中竹木具有一定的长度，以提高加工效率。因此整个机架部分具有一定的长度，厚度，所以我们在设计机架部分的过程之中不能对机架采用铸造的方法来生产，而是采用焊接的方式来加工机架。考虑到作为承受中等载荷的结构件，我们选择了Q235作为我们主要的材料。Q235属于碳素结构钢，含碳量低。这类钢通常在热轧空冷状态下使用，其塑性高，可焊性高等特点。3.4键的选择3.4.1键的类型选择：木工机械传递的力矩较小，振动冲击也较小，因此选用较为实用的普通平键，具有对中良好，装拆方便的优点应用广泛，能够承受高精度，高速的特点，因此适合次场合。我们选择的时普通平键-B型3.4.2 键的尺寸选择:由于我们选择的减速机类型为XWD4-11-3-6P，其输出轴的直径为45.输出轴的长为74.根据机械零件设计手册。其尺寸如下 键宽b键高h键长l149603.4.3键的强度校核其中依据减速机产品样品手册，可知输出轴的许用转矩为依据下列表知 许用挤压应力许用压力联接工作方式键或毂轴的材料载荷性质静载荷轻微冲击冲击静联接钢120-150100-12060-90铸铁70-8050-6030-45动联接钢504030由表查得许用挤压应力，取平均值由于，所以选择这个键是合适的3.5 关于链条与链轮的计算与选择（选用三圆弧一直线齿形链轮）3.5.1 选择链轮齿数与传动比由于摩擦导辊低速转动，因此我们采用的动力源来自于摆线针轮减速机。根据设计要求摩擦导辊的转速为30到50 。而根据减速机产品样品说明书减速机的转速为91 。因此我们预选择传动比为2。另外根据机械设计手册同时摩擦导辊的要求转速大约为0.25-0.33 ，优先选用以下系列17，19，21等系列。因此选择小链轮的齿数3.5.2 确定计算功率 减速机的型号为：XWD4-11-3-6P从产品样品手册易知其许用输入功率为，许用输出转矩为：3.5.3链的节距允许采用的链条节距要根据功率和小链轮的转速来选择由机械设计手册，预选择节距3.5.4链传动的中心距和链节数对中心距不能调整的传动 根据设计技术要求，通过几何计算初步估计 。链节数与中心距之间的关系为：最终圆整为：理论中心距即： 中心距圆整为：3.5.5小链轮毂孔最大直径链与链轮的节距：， 小链轮的齿数为则链轮的结构和各部分基本尺寸分度圆直径：齿顶圆直径：齿根圆直径：3.5.6链与链轮的选择根据以上数据，查找链与链轮产品样品说明书选择以下型号：链轮型号：12B齿部基本尺寸（）：节距 19.05 滚子外径 12.07齿侧半径 19 倒角宽度 2齿宽 11.1 齿宽 10.08齿全宽 30.3 齿全宽 49.8大小链轮的基本参数如下表：齿数齿顶圆直径分度圆直径齿侧凸缘直径19124.2115.758038239230.69100链条型号：链条的基本参数如下表：节距滚子直径内节内宽销轴直径内链板高度19.0512.0711.685.7216.133.5.7链传动作用在轴上的力链传动作用在轴上的压轴力可近似取为：已知减速机输出转矩为：在理论设计上，忽略了轴与孔间的转矩损失，则可近似认为链轮传递的转矩等于所以径向圆周力3.5.8 确定链条的传递速率已知减速机的许用输出转速为则由于竹木的干径较小，因此在旋切的过程之中不宜采用较高的转速。另一方面较高的转速也还会带来刀具的磨损加快。综合国内的各类型竹木旋切机的转速约为0.250.33又因为链条的传递速度为0.55。所以我们在运动传递的过程之中，我们选择了传动比为2。则摩擦导辊的速度为0.28，而我们的大链轮的齿数选择为3.5.9 低速链传动的静力强度计算对于链速小于0.6的低速链传动，因其抗拉静力强度不够而破坏的几率比较大故需进行抗拉静力强度计算即强度符合条件3.6轴承与轴承座的选择和校核3.6.1轴承类型选择鉴于摩擦导辊的转速为低速转动，同时兼顾使用寿命的考虑。此刀架上的轴承的类型为圆柱滚子轴承3.6.2预期计算寿命每日工作8小时并且利用率较高的机械如金属切削机床，木材加工机械，预期计算寿命为2000030000小时3.6.3 轴承的选择根据简明机械设计手册初步选择选择理由如下：轴承所受的载荷的大小，方向，和性质是选择轴承类型的主要依据在竹木旋切机中，其工作原理为利用三个摩擦导辊对竹木予以加紧，利用导辊的摩擦力带动竹木旋转，使竹木在刀具上切割。因此从上述情况来考虑，轴承受到的径向力远比轴向力要大的多，其次导辊的转速较低。利用导辊的直径为40，查看手册选择： 其基本参数如下：轴承代号外形尺寸安装尺寸额定动载荷额定静载荷dDBD1D2N208E4080181.10.6487351.533.23.6.4 轴承校核由上述给定条件，易知 根据机械设计：当量动载荷，当量静载荷刀架在液压缸的作用下顺着滑轨往复运动，而摩擦导辊对木头实施夹紧。在竹木旋切机的整体设计中要求液压缸所能提供的压强为，另外活塞直径。轴承受到的径向力为当量动载荷当量静载荷又知预期计算寿命根据,则所需的轴承应具有的基本额定动载荷。计算得出因此选择的轴承符合条件3.6.5轴承座的选择 根据各厂家的轴承座产品样品手册，由于圆柱滚子轴承的外径80mm。因此查得轴承座型号和基本参数为（如下表）（见图5）型号图53.7 摩擦导辊轴的设计进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的计算方法，并恰当地选取其许用应力。轴1主要承受扭矩，应按扭转强度条件来计算。 轴的扭转强度条件为：，由上式可得轴的直径为：；式中：T扭转切应力，单位为MPa； T轴所受的扭矩，单位为Nmm； WT轴的抗扭截面系数，单位为mm； n轴的转速，单位为r/min； P轴传递的功率，单位为kW； d计算截面处轴的直径，单位为mm； T许用扭转切应力，单位为MPa。 其中 T1=3.94110 Nmm, T2=uT1=13/93.94110 Nmm, p1=7.5kW,n1=164r/min。代人各值得 =110=39.4mm，对于直径100mm的轴，有一个键槽时，轴径增大5%7%，然后将轴径圆整为标准直径，则d1min=40mm，轴1形状和其他尺寸见零件图。 轴常用几种材料的T及A0值 轴的材料Q235-A、20Q275、35（1Cr18Ni9Ti)4540Cr、35SiMn38SiMnMoT/MPa15-2520-3525-4535-55A0149-126135-112126-103112-973.8微调结构的设计从工作原理易知，在竹木旋切机中产品的厚度是由刀架上部的摩擦导辊和刀具的刀尖间距离决定的，因此厚度的调整需要一个微调机构。综合多方面因素的考虑，特别是精度和力学方面，由于精度要求较低，同时在受力较小。在本设计中采用了较为普通的微调设计微调螺栓。另外在刀具装夹装置中，由于刀具的磨损，导致刀具的长度减小，容易造成产品的厚度增大，因此采用上述同样的微调设计4总结本设计虽然经过多次校核，但是在很多细节方面都存在不足，仍然需要在实践的过程中不断改进，不过这种设计方案加工精度不高，取材价格比较低廉，从而大大降低了成本。另一方面，木工锯割对精度要求不是很高，所以本设计生产出的产品会有可观的市场需求量，可用于批量生产。 本设计从开始设计到结束任务的这一段时期，我学到了很多知识，对我的专业有了更深入的了解，头脑中开始有了真正的机械意识。在没有接触实际的设计时，我还只是停留在理论的层面，并且没有接触实际的理论也是比较容易被遗忘的，在刚刚开始设计任务的那段时间里，我是非常着急的，因为很多理论上的东西不知道怎么与设计结合，并且因为没有实践的经验，很多机构都想象不出来，不知道设计怎样的机构才能达到目的要求。所以我就多次到金工实习工厂去接触我们曾经见过但是都没有留心的各种机器，深刻了解各种机构的运动原理，并且我的指导老师有着渊博的理论知识和长期的实际工作经验，从他那里我学到了很多知识，老师严谨的作风和认真的工作态度都深刻地影响到了我，我想，这段时期从老师那里学到的东西无论是在今后的工作上还是在生活上对我都将具有非常重要的意义，我会铭记在心，时刻不忘老师对我的教导。在这段时间当中，我不仅对实践方面的知识有了更深入的体会，在理论上也有了较大的提高，以前的理论可以说是空的理论，只有与实践相结合的理论才能有说服力，才能让人铭记于心。同时，在绘图方面也有了较大的提高，不善电脑绘图的我在这段时间当中对电脑辅助绘图了解的更加透彻了，开始的时候对这方面的知识还比较生疏，遇到问题我就及时去请教老师和同学，尽量在我的能力范围之内将我的图纸完成到最好，将设计完善到更好的标准。 总的来说这次毕业设计是比较成功的设计，它使我学到了很多有用的东西，拓宽了知识面。这四年所学的知识运用到毕业设计当中，为