移动式枝桠粉碎机设计说明书.doc

1、移动式枝桠粉碎机设计机械设计制造及其自动化06-1 肖志远指导教师：刘毅摘要随着社会经济的发展，园林绿化面积不断扩大,由此而产生的废残树枝等园林养护剩余物的数量也大量增加。现代的处理方法是将它切碎,并经发酵处理，制成有机复合肥。本课题所设计的移动式枝桠粉碎机主要用于粉碎园林绿化剩余物，要求其体积小，结构简单，移动方便和便于操作，因此在结构设计上有其特殊性. 本机的机架、上盖都采用了铸件，降低了整机的重心；发动机和主轴之间通过皮带传动，缓和了载荷冲击；主轴通过两个圆锥滚子轴承与机架连接；刀盘和主轴之间采用平键联接；飞刀用垫块和螺栓固定。机架上配置有车轮，可以由牵引机械带动,适合用于城市绿化剩余物

2、和伐区小径级木材的加工。关键词：移动式枝桠粉碎机，园林绿化，削片机，木材加工The Design of Mobile branch chipperMechanical Design， Manufacturing and Automation 061 Xiao ZhiyuanSupervisor： Liu YiAbstractWith the social and economic development, peoples environmental awareness and landscaping requirements continue to strengthen and gardeni

3、ng expand, The park maintenance surplus such as waste branch also is multiplied。 The traditional approach is the burning of broken branches, landfill, not only cause environmental pollution， but also can not make full use of resources。 The modern branch processing method is cutting it to pieces and

4、after fermentation processing, make it to fertilizer。 It can be used in the gardening applying fertilizer or in the agriculture， turning waste into wealth. The topics are designed mainly for mobile branches mill residues such as gardening crush smaller branch wood or wood chips， Requirements of its

5、small size， simple structure, easy to move and easy to operate, therefore there is specialty in the design of structure. 文档为个人收集整理，来源于网络个人收集整理，勿做商业用途The machines rack, about the top head has used the casting to reduce the machine's center of gravity， Strengthened the stability of complete machin

6、e effectively； Between the engine and the main axle adopts the belt transmission to relax the load impact, reduced the harm of overload which brings for the major component such as fly cutter；The connection of main axle and rack is two circular cone roller， to prevent the main axle have great beatin

7、g； The connection of cutter head and main axle is flat key, Coordinates closely;The fly cutter uses the bolt and cushion to be fixed， Reliable and stable, The fly cutter stretches out the quantity to be able to adjust，And advantageous for disassembling and the replacement. Rack is equipped with whee

8、ls， can be driven by the traction machine，Suitable to use in the urban green residues and the trail level lumber processing。 个人收集整理，勿做商业用途个人收集整理，勿做商业用途Key words: mobile branch chipper, landscaping, chipper, wood processing目录1 绪论11.1课题研究背景，目的及其意义11.2 枝桠粉碎机的分类特点及其工作原理11。3 国内外枝桠粉碎机的发展现状和趋势31.4 选题的设计思想，

9、设计方法及改进41。5 预期结果52 移动式枝桠粉碎机的总体设计62.1 枝桠粉碎机设计任务62。2 普通盘式枝桠粉碎机的结构62。3盘式枝桠粉碎机的削片原理82.4本章小结103 主要技术参数的确定和计算113.1 生产能力的确定113。2 飞刀数量的确定113。3切削力的计算123。3。1主切削力的理论分析与计算123。3。2主切削力的经验公式143。4切削功率的计算193。4.1 切削功率的计算193.4.2 空载功率的计算203.5飞刀伸出量的确定213.6 本章小结214 主要部件的设计计算224。1刀盘结构设计及尺寸的确定224.2主轴的结构设计234.2。1 轴的最小直径计算23

10、4。2。2轴的结构设计244。3 滚动轴承的选择254。4 带传动的计算254。5 键连接的设计294。5。1带轮与输入轴间键的选择及校核294。5。2输出轴与齿轮间键的选择及校核294。6 进料槽的设计294.7 飞刀的设计294.8 机架的设计304。9 箱体结构设计314。10 本章小结315 主要部件的校核和验算325.1 主轴强度的校核325。1.1求轴上的载荷325.1.2按弯扭合成应力校核轴的强度335。1.3 精确校核轴的疲劳强度335.2 滚动轴承的校核365.3 车轮轴的校核375.4 本章小结38结论39致谢40参考文献41附录421 绪论1。1课题研究背景，目的及其意义

11、城市绿化过程中,每年都要修剪下大量的枝桠。修剪下的枝桠形状各异、大小不等、粗细不均,收集整理十分不便。由于枝桠蓬松,运输效率低，费时又费力，而且运输安全性差.而运出的枝桠,部分被送到垃圾场,部分被烧掉.虽然树枝处理了，但污染了环境,浪费了人力物力。因此枝桠处理不但是令市政部门头疼的问题，也是工厂、学校、小区、果园等每年都要面临的问题。将枝桠就地粉碎削片，不仅可以节省运输成本、减少枝桠堆积用地、净化环境，削片粉碎后的枝叶碎渣还可以用于生产有机堆肥,改良土壤，进行循环利用；或加工成制浆造纸和生产人造板所需的工艺木片；或进行粉碎后再利用，制作成压缩燃料块或作为裸露地覆盖物，能变废为宝1。近年来，枝桠

12、削片粉碎处理悄然兴起,这不仅大大地改变了以往靠人力处理枯枝落叶的模式、加快了树枝树叶的处理速度，而且节省了费用，还减轻了工人的劳动量，成了枝桠处理的必然发展趋势。因此，研制枝桠粉碎削片机，对提高枝桠处理效率、扩大枝桠的用途、提高枝桠的利用率、节约资源、美化环境具有重要意义。1.2 枝桠粉碎机的分类特点及其工作原理枝桠粉碎机机是将原木、采伐与抚育剩余物（枝桠、梢头木、树根、小径木等）以及木材加工剩余物（如板皮、板条、碎单板、木芯等）加工成一定规格长度木片的设备.它属于备料设备，但也是十分重要的。其切削特征是纵端向切削,主要参数是削出木片的长度。对枝桠粉碎机的主要工艺要求是：削出的木片长度应均匀一

13、致，其合格率应在允许范围内，且应厚度均匀,切口大而平滑，产生的碎料少，削出的木片的尺寸规格依使用要求而定。随着人造板工业的发展和原木资源的日益缺乏，利用各种剩余制品削制工艺木片作为充分利用木材资源、提高木材综合利用率的主要手段的观点，已得到了人们的普遍赞同，削片机的种类也随之而日益增多。枝桠粉碎机按切削机构的形状可分为鼓式和盘式，它们的结构简图如下图：1。轴承座 2.主轴 3.刀盘 4.压刀块 5。飞刀 6.侧刀 7。底刀图 1.1 盘式枝桠粉碎机结构简图 2 Fig1。1 Schematic of disc chipper要把枝桠加工成碎片， 首先需要人工将枝桠材放进料斗, 木材在人力或进料

14、机构的压力作用下进入削片机， 当木材的端面碰到飞刀刀盘端面时， 进给停止, 飞刀转到切削位置开始切削, 由于飞刀有一定角度, 当切入木材一定深度时， 木材受到飞刀切削面的分力、刀盘和料斗（ 或底刀）的阻碍作用， 局部沿木材纤维方向崩裂成木片, 从前刀面飞出.切削过程中， 木材在压力和飞刀切削分力的作用下，向刀盘方向进给, 使切削加工得以连续进行, 完成整根木材的加工 4 。鼓式枝桠削片机机座采用高腔度钢板焊接而成，是整台机器的支承基础;刀辊上安装两把飞刀，用专门制造的飞刀螺栓，通过压力块,把飞刀固定在刀辊上；根据被切削原料的不同厚度，上喂料辊总成可以借助液压系统在一定范围内上下浮动；切削下来的

15、合格木片通过网筛孔落下，有底部排处，大的片料将在机内再进行切削。鼓式削片机的结构简图如下图2所示。1.主轴 2.锁紧装置 3。飞刀 4.飞刀螺栓 5.压刀块6。飞刀座 7.刀辊 8.上喂料辊 9。下喂料辊 10。底刀图1.2 鼓式枝桠粉碎机结构简图【3】Fig 1。2 Schematic of drum chipper一般而言,盘式枝桠粉碎机由于飞刀运动时的切削平面固定不变，飞刀和底刀可以很好的形成剪切作用，所以盘式枝桠粉碎机的木片比鼓式枝桠粉碎机的木片质量好，生产率高；适宜加工原木、劈木、木芯、较厚的板皮和成捆的枝桠材，因其进料槽为方形或圆形，可充分发挥其生产能力，主要用于生产规模较大的人造

16、板企业和造纸企业。鼓式枝桠粉碎机由于飞刀的切削平面随飞刀位置的变化而变化，削片过程中不能形成有利的剪切作用,其进料槽沿刀鼓方向为长方形，适用于加工板皮、板条、碎单板、小径木、枝桠材等厚度较小、径级不大的木料和竹材，这种削片机主要用于中小型人造板企业；现在经改进的鼓式削片机的削片质量完全能够满足人造板生产的工艺要求。盘式枝桠粉碎机大多数采用自由进料，而鼓式枝桠粉碎机大多数采用强制进料，水平进料的适宜加工较长的原料，而加工较短的原料通常采用倾斜进料。总之,枝桠粉碎机的结构形式主要取决于原料的特征和对削片质量及生产率的要求。对于中小型枝桠粉碎机而言，由于其削制的原料大多数是枝桠、板皮等剩余物，材径较

17、小，采用平面盘式机削片时，对平面盘式的削片长度的均匀性影响不大，而其制造成本低廉，易于推广。因此,中小型枝桠粉碎机采用平面刀盘结构是一个发展方向。水平进料可防止原料撞击刀盘轴，操作方便，安全可靠；而倾斜进料便于投料，可保证合理的切削参数。1.3 国内外枝桠粉碎机的发展现状和趋势我国枝桠粉碎机的研制工作始于20世纪60年代，70年代中期开始研究伐区木片生产工艺设备，80年代国家设立“伐区枝桠木片生产设备及工艺的研究"攻关课题，进行了系统研究，取得了一定成果。进入90年代，木片生产得到了快速发展，木材削片机制造业也随之进一步发展.目前已至少有30多家生产削片机的厂家，生产20多种型号的木

18、材削片机.我国目前所用的削片机主要有以下几种型号：(1)BX117C盘式削片机;（2）BX1107/4盘式削片机；（3)BX116盘式削片机;（4)BX1108/3盘式削片机;此外，还有极少量的BX1710B盘式削片机和BX1112盘式削片机等.至于枝桠粉碎机，我国常州市林机厂及其它生产企业在90年代就曾研制过多种机型，功率一般为3-5kW，但都未推广，主要原因都是功率太小,只能削小枝桠，径级到3040mm就削不动,无法满足使用要求。国外大规模的木片生产始于60年代，近年来发展很快，不仅产量迅速增加，而且在一些国家，如日本、前苏联、美国等国已发展成为木材工业部门中的一个独立体系。在瑞典、芬兰等

19、国则成为木材加工企业中不可缺少的组成部分。而且国外枝桠削片机的性能也比国内要好一些，这主要表现在其产品型号齐全,功率强劲,外形美观，操作方便，噪声低，人性化设计等.如美国的百莱玛设备公司的产品威猛系列切枝机。其中威猛BC600XL型就是一款高产量、大功率的切枝机，它具有独创的外观设计和驱动系统，具有同类产品中最大的进料口。从细小的树枝到直径150mm的树干，BC600XL型切枝机都能从容应付.其较大的动力和宽阔的进料口使其功效超卓，并可省去大量的对树枝的预先修理时间。个人收集整理，勿做商业用途本文为互联网收集,请勿用作商业用途近年来，国外削片机的研制有了进一步的发展 5 ,主要是增加辅助进料槽

20、；增加进料槽的截面积；铰接式安装进料槽;侧面出料（木片)；减少飞刀尺寸和角度，并且装刀多刀化；飞刀夹装在刀盘上，并呈螺旋线安装；刀盘悬臂式装配；降低削片机噪声；增设第二底刀以及使其多刃化;可调节生产率的削片机;改进切削机构和进给方式以及适应不同原料的削片的专用、通用、以及削片机组和削片生产线。1.4 选题的设计思想,设计方法及改进 本课题要求设计的枝桠粉碎机主要用于粉碎小径级的木料和树叶等园林绿化废料，粉碎出的碎料也是用于制造肥料等，对削片质量要求不高。 故对机器的主要要求是体积小,结构简单，移动方便和便于操作。针对这些要求,设计飞刀为对称分布的长刀,以满足最大切削直径和力矩平衡的要求.设想枝

21、桠粉碎机切削出的木片长度为10-20mm，根据设计要求，进料口和出料口有了改进，刀盘保持一定的厚度加大其转动惯量，以防止切削过程中刀盘转速波动太大。刀盘上安装两片风叶，刀盘转动过程中产生风力将切削出的木屑吹出.由发动机的功率要求确定枝桠粉碎机的生产能力，计算出合适的飞刀数量和切削功率以及切削力。飞刀的伸出量能够调整，保证切削质量。选用圆锥滚子轴承和主轴配合，利用皮带传动进行动力传递。 由于进料方式为水平进料，故设计进料槽为方形进料口，长度较长，保证长枝桠也能顺利进料.进料槽的结构型式也比较简单,以使其安装方便，并便于加工。普通枝桠粉碎机的工作噪声高达110dB左右.为了减低噪声降低噪声，本设计

22、采用以下方式：加厚机罩体的厚度，以提高隔声效果；缩短主轴二轴承的间距,提高主轴刚度，减小振动.1。5 预期结果本枝桠粉碎机机，结构紧凑合理，零件加工方便，操作简便，生产能力大,木片合格率高，木片质量还可以适当调节，单位木片产量能耗低，用一般的牵引机车即可拖动和运输，适用于城市绿化，小型人造板生产企业的材料处理,花卉园林企业的废料处理等，是国内生产木片，处理小型枝桠材的理想设备。2 移动式枝桠粉碎机的总体设计2.1 枝桠粉碎机设计任务根据枝桠粉碎机的用途及其使用要求,并结合任务书所给初始参数，设计本机设计任务如下：切削机构形状:盘式进料方式：水平进料出料方式：上出料最大切削直径:150mm刀盘半

23、径：560 mm刀盘转速：1800 r/min发动机功率：20kw刀盘形式:平面刀盘飞刀数:2把飞刀的调整使用齿形调整结构2.2 普通盘式枝桠粉碎机的结构由参考文献4可知，普通盘式枝桠粉碎机主要由刀盘、进料槽、传动装置和机壳等部分组成。刀盘套装在主轴上，主轴由两个装在轴承座中的轴承支承，由发动机通过皮带传动驱动。刀盘除作为切削机构切削木料外,还起飞轮作用,使飞刀在间断切削时，速度波动不大，因此要求刀盘有较大质量。大型盘式削片机除刀盘起飞轮作用外，在主轴上还专门装有1个飞轮，并兼作制动轮.刀盘的材料一般采用30，35，45号铸钢；当切削速度大于50 m/s时采用A4、A5锻钢.铸钢件必须退火处理

24、，锻钢件须正火处理；粗加工后进行探伤检查，在开口处不允许有降低使用性能的缺陷。主轴的毛坯应为锻件，不应有降低使用性能的缺陷。普通（少刀）盘式机的刀盘上装有24把飞刀,飞刀在刀盘上的安装一般使其刀刃相对刀盘半径沿转动方向向前倾斜8°15°布置。在安装每把飞刀下面的刀盘上,沿刃口方向开有一条宽度为100 mm左右的长缝。飞刀和楔形垫块用螺栓固定在刀盘上。垫块的作用是保证飞刀有一定的后角,一般为5°左右.飞刀的材料一般采用铬镍合金工具钢或优质碳素工具钢，热处理后刃口部分的硬度为HRC5256。飞刀的楔角取30°45°，冻材、硬材取较大值 6 。飞刀刃

25、口伸出刀盘平面的高度称为刀片的伸出量（又称装刀高度），其大小影响木片的长度,因此刀盘上所有飞刀刃口的伸出量必须相等。飞刀更换或刃磨后，应保持伸出量不变。飞刀有利用刀片后部的齿定位的，属有级调节,也有利用刀片后部的硬木垫块或浇铸的铅条定位的，属无级调节，精度较高。盘式机是由安装在刀盘上的飞刀和安装在进料槽上的底刀形成剪切机构的.底刀的刃口有的是用硬质合金堆焊而成。为防止印较大的冲击力损坏刃口，底刀的刃磨角较大，一般为85°90°,也有的大于90°的（采用90°的底刀，四角可轮换使用）.飞刀与底刀的间隙一般为0。3 mm1.0 mm,这取决于削片机的精度和刀

26、盘直径的大小等因素.文档为个人收集整理,来源于网络文档为个人收集整理，来源于网络大多数盘式枝桠粉碎机不设强制进料机构，仅有进料槽（又称喂料槽).进料槽相对刀盘平面的安装角度影响自由进料时削出的木片长度。如图2.1所示，ABCD为平盘平面,BD为进料槽的中心线，CD平行于刀盘轴线，其值等于刀盘伸出量,则木片的长度l为： (2。1)即 (2。2）式中： h飞刀伸出量；a1-倾斜角，即进料槽的中心线与水平面间的夹角;a2-偏角，即进料槽的中心线在水平面上的投影与刀盘轴线的夹角。由于削片时原料尾端在进料槽中抬起，为获得要求的木片长度，实际装刀高度应比计算值小2 mm左右。倾斜角a1取45°5

27、2°,偏角a2取20°30°。它们的大小不但影响木片的长度及厚度，而且还影响木片的切口面积、木片质量和削片的动力消耗。倾斜进料的进料槽通常还有转角a3，即进料槽底面与水平面的夹角，其作用是使木料在切削时沿槽底滑向刀盘中心，有利于实现连续切削、减小切削的阻力矩.对于水平进料的进料槽,倾斜角a1=0,只有偏角a2,由于偏角的作用,使削片机在削片时产生的进给方向的分力，牵引木料向刀盘进给运动。盘式枝桠粉碎机的排料分为上排料和下排料两种形式.上排料是在刀盘的外缘安装个个叶片,它在刀盘转动时产生气流,把削出的木片沿刀盘的切口方向从上排料口排出。当叶片的速度为27 m/s28

28、 m/s时，木片的抛出高度可达4 m5 m.当刀盘的转速较高或直径较大而使得刀盘线速度较大时,为防止过度打碎木片，减小动力消耗，在刀盘上不装叶片，削出的木片由下部开口的机壳直接落到皮带运输机上输出，这称为下排料。图2.1 木片长度与进料槽安装角的关系Fig 2.1 the relationship of Chip length and the trough installation angle2.3盘式枝桠粉碎机的削片原理通过观察和研究证明，盘式枝桠粉碎机在削片过程中,木料的已被切削面紧贴在飞刀的后面，并沿着飞刀后面滑动,直到与刀盘平面相遇。当木料的上端与刀盘表面接触后，被切平面则由斜面变成平

29、行于刀盘表面的直面，最后被切表面形成了一个折面.因此，盘式机的削片过程并不是过去人们认为的那样,原料的被切平面始终平行于刀盘平面。在削片时，木料沿着进料槽的移动，主要是由于飞刀对木料的作用力在进给方向的分力（牵引力）的作用而致.理论上可以证明：在倾斜进料时,靠木料自重产生的下滑是不能产生足够位移的。无强制进给机构的水平进料盘式枝桠粉碎机，木料仍能按木片长度进料,也充分证明了这一点。对于结构参数已定的盘式机，在削片过程中,切削方向与进给方向形成的遇角是不变的，与木料的厚度和径级大小无关,飞刀对木料产生的牵引力的方向不变；牵引力的大小虽与木料的树种、含水率等因素有关，但其大小足以带动木料克服摩擦阻

30、力并向刀盘方向进给.因此大多数盘式枝桠粉碎机不采用强制进给机构，并且适宜加工厚度和径级较大的木料 7 。如图2.2所示，木料被飞刀牵引向前进给的速度u为：图2.2 盘式削片机的运动分析Fig2.2 the Motion Analysis of Disc chipper (2.3)式中：飞刀的切削速度；-飞刀的安装后角；遇角.从上述分析可见：盘式削片机的飞刀在运转过程中形成的切削平面是固定不变的，在每一切削层的切削过程中，基本上始终通过底刀刃口，飞刀和底刀可以很好地形成剪切机构，这也使得盘式削片机比鼓式削片机的削片质量好。木料在飞刀和底刀的剪切作用下,被切下的木块（切屑）经过刀盘的窄缝时,由于受

31、到飞刀前面挤压力的作用,被分裂成一定厚度的木片。研究与试验表明，木片的厚度为： （2.4)式中： -木片长度;沿纤维方向木材的抗剪强度;-沿纤维方向木材的抗压强度；其他因素的影响系数。如木片长度为20 mm时，木片厚度为3。9 mm6.2 mm；木片长度为25 mm时，木片厚度为4.8 mm7。5 mm。木片厚度不仅取决于木片长度和木材的物理机械性能等因素，还与进料槽及飞刀的安装角度和飞刀的刃磨角等因素有关。当飞刀的刃磨角和安装后角较大时，则削出的木片较厚，反之,较薄。2。4本章小结本章主要介绍了枝桠粉碎机的结构和工作原理，普通盘式枝桠粉碎机的组成，木片的长度和厚度计算，排料方式的选择为上出料

32、，木料被飞刀牵引向前进给的速度计算等。3 主要技术参数的确定和计算3。1 生产能力的确定在削片过程中，由于加料的不连续性,树种、含水率和被切削断面积的变化，以及同时参加切削的飞刀的数量不同，使切削力不是一个固定的数值。由文献4知，目前盘式削片机的主电机功率(kW）一般按下列经验公式推算 (3.1)式中：不均匀系数，取； -加工1实积m3木材所需的能量，kWh/实积m3； Q-削片机的生产率，m3/h。根据实验测得.由发动机功率为20KW，取K=1.1，E=6，N=20KW则 3。2 飞刀数量的确定由文献4知,非强制进料的盘式枝桠粉碎机的生产能力(实积m³/h）为 （3.2)式中： -

33、设备时间利用系数，取；工作时间利用系数，取;原料形态影响系数，成捆枝桠材取，其他原料取1；刀盘转速，r/min;飞刀数量； -木片平均长度，mm；原料的断面积,mm²；取=0。4，=0.7，=0。7,l=10mm,F=，d=150mm则 ,圆整为Z=2故由生产率可选飞刀的数量为2把。选择电动机型号为科勒Command PRO CV740 27HP 汽油机，额定功率20.1kw，额定转速3600r/min。3.3切削力的计算3。3。1主切削力的理论分析与计算 盘式削片机是由径向安装在刀盘上的飞刀和装在壳体上的底刀组成的切削机构，其切削过程可看成是

34、有支承的铣削或剪切。削片机切削木材时，木材经进料槽向刀盘进给，刀盘上每把飞刀的切削厚度为h，大小等于飞刀从刀盘表面的伸出量。切掉的木块形成木片,穿过刀盘上的通孔，落到刀盘背面,经出料口排出。木材削片机的整机载荷包括切削阻力,风扇叶片阻力，强制进料机构的阻力等，其中切削阻力占绝大部分，飞刀间歇切削和木材进料的不连续性使削片机工作时切削阻力在0到最大值之间变化。木料径级不一，材性不同及节子等也会引起载荷的变化。木材削片机在工作时载荷波动很大,为了使削片机运转平稳和充分利用原动机的功率，刀盘具有很大的转动惯量，起到了飞轮的作用，利用其惯性能来克服短时的大负荷.此外，异步电动机和汽油机都具有一定的过载

35、能力，当遇到大负荷转速下降的时候,这种过载能力就发挥出来.利用惯性动能和过载能力这两点是削片机不同于一般平稳载荷机械的特点，传统削片机的设计计算中常考虑这两点。飞刀切削木材时，除前刀面对木材作用以外，后刀面和刀刃部分对木材也有作用力，刀刃处虽应力较大，但表面积很小，刀刃作用力在总作用力中所占比例很小，可忽略不计。为简化问题，设刀刃为直线，切削速度垂直于刀刃方向，木材纤维方向亦垂直于刀刃方向【8】.飞刀前刀面对木材的作用力合力为Fr,飞刀后刀面对木材的作用力由正压力和摩擦阻力两个力合成；此外还有底刀对木材的作用力,，木材受力见下图3。1：图3.1 木材所受刀片作用力Fig 3。1 Force a

36、cting on wood将各力投影到X轴和Y轴上，有 则有 则有 联立以上方程解得:的计算式可参考文献8,其中： （3。3） （3。4）式中： l木片纤维长度，m； B-切削宽度，m; -木材顺纹理剪切强度,N/mm2； 附加阻力系数,由试验测定； -飞刀后角; -飞刀楔角； -进料槽斜角； -后刀面与木材摩擦角； 前刀面与木材摩擦角； ,-前刀面与木材摩擦系数，一般在0.50.75之间，常取0.6。将代入公式得： （3。5） 利用此公式,可以对主切削力进行理论计算,将各已知参数以及不同径级木材代入公式，其中飞刀伸出量h=10mm,切削木片长度l=10mm，飞刀楔角=30度,水平进料时 =9

37、0度， =5度, =75N/cm2, =0.6, =,最后得出=2347N,由切削最大直径为150mm, ，取切削宽度b=100mm.a=1mm,得出理论单位切削阻力=23.47N/mm2。3.3。2主切削力的经验公式由切削力可按下式计算: （3.6）式中：b切削宽度，mm；a-切削厚度，mm。切削力与切削面积的关系,可以用单位切削宽度上作用的切削力与切削厚度a的关系来代替,即： （3。7）可以把单位切削力P当作一个系数，用以反映切削力与切削厚度之间的函数关系。若表示与a之间变化规律的曲线为通过坐标原点的斜直线，单位切削力便是该斜线的斜率。实际上，从实验结果中可知，随a而变化的直线具有纵截距，

38、而且在不同的切削厚度范围内，直线的斜率不同，即单位切削力不同。所以需要根据不同的切削厚度范围，分别建立不同的单位切削力的计算公式. 切削力经验公式的建立,是从确立切削厚度与单位切削力的关系着手的；然后将影响切削力的一系列因素,如刀具变钝，刀具切削方向相对于纤维的方向,切削角，切削速度，材种等，通过系数修正,经验公式换算，加以综合考虑;最后建立随不同因素变化的切削力经验公式。1。确定切屑厚度与单位切削力的关系近半个世纪以来,对木材切削过程的试验研究表明,在切屑厚度时，单位切削宽度上作用的切削力与切屑厚度之间的关系可用AB直线表示，如下图9。图3。2 单位切削宽度上作用的切削力与切屑厚度之间的关系

39、曲线Fig3。2 The relationship of the cutting force of unit cutting width and cutting thickness直线AB的方程为： (3.8）式中:AB直线的纵截距。 -时，直线AB的斜率，。实际上，当切屑厚度变小，在时,与a之间的函数关系改用曲线BD表示，若以直线BD近似地代替曲线BD，则直线BD的方程为： （3。9）式中：-BD直线的纵截距； 时，BD直线的斜率：。下面在两种切屑厚度范围内，根据前，后刀面作用力的不同,分别建立作用在前，后刀面上的单位切削力计算公式：（1） 当时: （3。10）式中:作用在后刀面上的单位切屑

40、宽度上的切削力。从真实切刀切削木料的过程中可以观察到,虽然a=0，但后刀面仍然对切削平面以下的木材起作用，这时;-作用在前刀面上的单位切屑宽度上的切削力，.（2） 当时： （3。11）式中：作用在后刀面上的单位切屑宽度上的切削力。该力不因切屑厚度变化而异； -作用在前刀面上的单位切屑宽度上的切削力,。相应单位切削力p随切屑厚度a的变化而变化的关系式为：（1)当时： （3。12）式中：作用在后刀面上的单位切削力； 作用在前刀面上的单位切削力。（2）当时： （3。13)式中：-作用在后刀面上的单位切削力; 作用在前刀面上的单位切削力。2.确定刀具变钝与单位切削力的关系在真实切刀切削木材的过程中，既

41、然刀刃圆半径的大小只是影响后刀面的变形功，那么变钝刀具对单位切削力的影响也应该局限在对后刀面单位切削力的影响上。刀具变钝的影响用变钝系数修正。根据试验=11.7。值与刀刃圆半径的增量成正比。锐利刀具取=1.刀刃即使刚刚磨锐,但初始圆半径仍有510，因而后刀面上还是存在作用力。变钝刀具取大于1，相应。将上述关系代入单位切削力计算式，得：（1）当时： (3.14）（2）当时： （3。15)3。确定切削角,切削速度,切削方向相对于纤维方向和材种等因素与单位切削力的关系单位切削力公式中的两个变量，在综合了对松木，桦木等材种的不同切削方向的试验数据后，可按下法决定.主要切削方向的单位切削力为： （3。1

42、6）式中:可以根据某一主要切削方向按材种查下表1； 。（系数根据某一主要切削方向分别查表1和2决定。在该式中同时反映和V对p的影响.在锯切速度小于70m/s，刨削，铣削速度小于40m/s时，以90V代替V。锯切时，在V大于，等于或者接近于70m/s情况下以V代入。）表3。1 系数 f, A的值Lab3。1 Coefficients f, A材种 端向纵向横向端向纵向横向松木0。490。160。100。0560.0200。003桦木0。550.190。140.0760。0250。0045麻栎0.640。210.1720。0820.0280。006表3.2 系数 B，C的值Lab3.2 Coeff

43、icients B,C材种 端向纵向横向端向纵向横向松木0.0200.0070。0060.0072。000.550。066桦木0。0240。0080.0070。0102.300.700.085麻栎0。0270.0090.0850。0122.560。760。104。最后确定上述所有因素与单位切削力的关系（1）当时: 主要切削方向） （3。17)（2）当时：主要切削方向） （3.18）由材种取松a=1mm，r=280mm，Cp取1。7,得出.综上所述,单位切削阻力理论计算值与经验值相差不大,故可取切削阻力=2347N。相应的单位切削阻力3.4切削功率的计算3。4.1 切削功率的计算由文献8可知计算

44、公式 kW （3。19）如图3.1所示:图中表示削片时飞刀对木材的总切削力。刀盘对木材的支承力降低了后刀面对木材的支承力，互相影响，所以也包括在总作用力中。总作用力分解为切向分力及法向分力。在切削过程中，随木片的变化而变化，其短时平均值为。与宽度成正比，有： （3.20） 式中：-切削宽度，m;单位宽度平均切向阻力，N/m。一把飞刀一次切削功耗为： (3。21)式中:切口面积，(m²）。 , 木料横断面积，m²)如果进料槽在通过主轴线的两个相互垂直平面内的投影倾斜角分别为和，则由下式确定： (3.22)切削功率为 (3.23)式中:-刀盘转速，r/min； -飞刀数。对于原

45、木有： （3.24)式中：原木直径，m .考虑木材径级不同大小不一时，可经计算取其平均直径 （m）式中：各径级木材直径，(m）；各径级木材长度占总木材数的比例。考虑木段之间的空隙时间应增加一个切削连续性系数，则切削功率为： (3。25)值由下式确定： (3。26）式中：每段木材切削时间，s ；-相邻木段之间的间隙时间，s 。由于本机采用水平进料，且入料口轴线与刀盘端面垂直，故，取c=0.9，单位切削阻力,故根据式3.24，有： =14.13kw3.4。2 空载功率的计算由文献8知 (3.27) (3.28)当、时，kw=17。13kw综上所述,发动机的功率符合要求。3。5飞刀伸出量的确定由2.

46、2盘式枝桠粉碎机的结构分析知 (3.29) 设切削木片长度mm ，水平进料方式时,，,则飞刀伸出量mm。3.6 本章小结本章主要介绍了盘式枝桠粉碎机的各个主要技术参数的确定，包括生产能力，发动机功率，切削功率，切削力，飞刀伸出量的确定等。4 主要部件的设计计算4.1刀盘结构设计及尺寸的确定图4.1 刀盘的结构设计Fig4。1 The structural design of the cutter如图4。1所示，将刀盘看作实心圆盘，计算刀盘应有的转动惯量【11】： (4。1)式中： -刀盘运转时的盈亏功，取J；刀盘的角速度，；速度不均匀系数，。则 =0。41kgm-2根据国家推荐刀盘直径选取范围

47、，取刀盘直径为560mm 。 由 （4.2)得： kg即刀盘重量为102.5kg。由 （4。3) 式中：飞轮材料的比重飞轮的宽度得: m取 mm为防止轮缘破裂,验证轮缘的圆周速度m/s钢制飞轮的最大圆周速度:60m/s ,故刀盘强度满足要求。刀盘的材料选用钢，刀盘结构各部位是根据力的要求和安装叶片而设计的，飞刀经夹紧机构夹紧.在刀盘上，刀盘的内孔为圆孔，上挖键槽，以保证刀盘与主轴的同轴度和固定。由于少刀盘式枝桠粉碎机工作时属于间歇运动，故实际消耗功率是变化的,因此，将刀盘看作飞轮设计，以便在驱动力的功超过切削阻力的功时,将多余的能量贮藏起来，使动能增大时，速率增加不太大；反之,当切削阻力的功超

48、过驱动力的功时,把多余的能量释放出来,使动能减少时，速率降低不至于太大。刀盘的作用就是使刀盘的速率波动不至于太大。4。2主轴的结构设计4。2。1 轴的最小直径计算根据实心圆轴公式 12，其切应力 MPa 图4。2 主轴结构Fig4.2 The structure of Spindle写成设计公式,轴的最小直径 mm （4.4）上两式中: 轴的抗扭截面系数，mm³ 轴传递的功率，kW; 轴的转速，r/min;-许用切应力，MPa；-与轴材料有关的系数，可由表4.1查得13。对于受弯矩较大的轴宜取较小的值。当轴上有键槽时，应适当增大轴径：单键增大，双键增大。表4.1轴强度计算公式中的系数

49、Lab4.1 coefficients C of Shaft strength calculation轴的材料Q235，20 Q255,Q275，35 4540Cr,38SiMnMo/MPa121520253035404552C16014813512511811210610298由带传动传动，取带传动效率，则轴的最小直径为mm为了保证轴的强度，选mm。输出轴的最小直径显然是安装带轮处的直径，取，根据带轮结构和尺寸，取。4.2.2轴的结构设计（1)。根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度.1）。为了满足带轮的轴向定位要求，段右端需制出一轴肩，故取段的直径； 2)。初步选择滚动轴承。因轴承同时受

50、有径向力和轴向力的作用,故选用圆锥滚子轴承。按照工作要求并根据，查手册选取单列圆锥滚子轴承33010，其尺寸为，故；轴右端宽度应能安装轴承，由 。3).安装刀盘的轴端-的直径,由刀盘宽度为60mm，为了使套筒端面可靠地压紧刀盘，此轴段应略短于刀盘宽度，轴肩高度，故取，则轴环处的直径.轴环宽度，取。 4)。轴承端盖的总宽度为（由箱体及轴承端盖的结构设计而定）.根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求,取端盖的外端面与大带轮右端面间的距离,故。 5）。取刀盘距箱体内壁的距离，考虑到箱体的铸造误差,在确定滚动轴承位置时，应距箱体内壁一段距离，取，已知轴承宽度，则取，已初步确定了轴的各段直径和长

51、度.（2).轴上零件的周向定位 带轮与轴的周向定位均采用平键连接。按由机械设计表6-1查得平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为。轴承与轴的周向定位是由过度配合来保证的,此处选轴的直径尺寸公差为。(3)。确定轴上圆角和倒角尺寸参考文献13表152，取轴端圆角.4。3 滚动轴承的选择两个轴承支撑着刀盘的重量,轴承应能承受较大的单向径向力，同时由于木材对刀盘有冲击作用，以及切削分力，都使得刀盘受到一个轴向力,同时考虑到轴的轴向位置要求准确，从而保证飞刀与底刀的间隙,故选用一对圆锥滚子轴承14，轴承型号33010,mm，mm，宽度mm,其径向承载能力大，满足设计要求.密封装置采用毛毡式。4.4 带传动的计算由发动机输出功率 ，转速，带传动传动比i=2，每天工作8小时.(1）.确定计算功率由文献13表87查得工作情况系数，故 （4.5）（2)。选择V带类型 根据，由文献13图811