《木工砂带磨样机的结构分析及设计计算8900字（论文）》

PAGE1木工砂带磨样机的结构分析及设计计算摘要砂带磨样机是一种降低工件表面粗糙度的机器。砂带磨样机分为金属砂带磨样机和木材砂带磨样机。木材砂带磨样机，又称木工砂带磨样机。砂带磨样机主要用于人造板基板砂切割，砂带磨样机是用于人造板类型的磨料工具，木材制品部件用于砂加工。砂带磨样机广泛应用于刨花板和家具行业，需求量大，品种多，近年来发展迅速。以上综合考虑后，本文进行了一种砂带磨样机的设计。本文首先进行绪论探讨，然后进行总体方案拟定、再进行机床的结构及工作原理，最后进行主要的设计计算。关键词：宽带；砂带磨样机；辊式砂架目录6676第一章引言 319911第二章总体方案拟定 48642.1设计的总体原则 451022.2砂架的形式 491912.3机架的设计 7281612.4升降系统 794232.5吸尘系统 7305952.6清洁系统 7140092.7进给系统 8156332.8总体方案 8246492.9技术要求 83411第三章机床的结构及工作原理 10219703.1机床的总体结构 1047203.1.1机床的布局 10193183.1.2机床的总体结构 11513.2机床的工作原理 13320633.3设计计算 15174743.3.1电机的选择 15176553.3.2带轮的选择 15207523.3.3轴承的选择 1750653.3.4气缸选择 1885733.3.5砂带磨样机的安全防护和润滑 185624第四章主要的设计计算 20169474.1概述 20146324.2切削速度及接触辊直径的确定 21223484.3机床对比 21210014.4轴强度校核 2319874.5轴承的校核与计算 28175234.6电动机的校核计算 3017846结论 3126921参考文献 32第一章引言砂带磨样机是一种对各种板、木材制品部件进行砂加工(或砂带磨样机)使用磨料的设备。砂带磨样机在刨花板和家具行业的应用广泛，需求量大，品种多，近年来发展更快。砂带磨样机的特点是适应性强，能够提高工件的尺寸精度和表面粗糙度；可以处理宽件或窄件；可以处理各种平面，也可以处理各种表面；可用于批量生产，也可用于少量生产。目前，越来越多的国外砂带磨样机代替复床加工。砂带磨样不仅可以大大减少滚刀造成的木屑、划痕和表面损伤，而且可以将灰色织物的尺寸减少5%至10%，克服滚刀床不安全和噪音高等缺点。如果你把它和草莓、旅游等结合起来，可以连续完成砂光的成型和加工。第二章总体方案拟定2.1设计的总体原则(1)在木材研磨过程中应考虑到各种因素，以适应不同零件的加工弹性，确保加工精度高，加工质量稳定。(2)易于使用和舒适，易于维护、维修和调节。(3)尽量减少振动、灰尘和噪音，提高机床整体强度，保证其可靠性和安全性。结构布置必须合理，保证机器寿命。(4)降低成本、成本效益、耐用性、电力和压缩空气消耗。(5)几何精度、操作精度、制造、接收条件、安全防护等。整个机器-刀具必须符合国家规定的宽带玻璃设备标准。2.2砂架的形式(1)木材磨蚀时，应考虑各种因素，适应不同零件的加工弹性，保证加工精度高，加工质量稳定。(2)易于使用、舒适、易于维护、维护和调节。(3)尽量减少振动、灰尘和噪音，提高机床整体强度，保证其可靠性和安全性。结构布置必须合理，保证机器寿命。(4)降低成本、成本效益、耐用性、电源和压缩空气消耗。(5)几何精度、操作精度、制造条件、接收条件、安全防护等。整机-刀具必须符合国家宽带玻璃标准。图2-1辊式砂架图2-3组合式砂架

2.3机架的设计(1)应考虑振动、噪声、刚性、可靠性等因素。砂带磨样机焊接机架整体填充水泥砂时，此结构牢固，抗震钢框架结构保证了一定厚度砂光的精度。(2)整个机器的升降、运输、调平和固定问题——工具应考虑在内。(3)机床-工具应具有快速换砂带的功能，便于清洗，便于维修人员进行日常维护。(4)机架采用厚钢板焊接，经济实用。2.4升降系统为了保证不同厚度零件的砂光质量，砂光辊和压力研磨机的升降采用发动机驱动的丝杆升降和手摇轮转动的组合形式。顶部机架有四个升降支柱，其中一侧有一个升降钥匙孔，可使用滚轮钥匙手动控制顶部机架的升降。吊装过程中不同位置的平行度应符合砂带磨样机器的几何精度标准。升降系统设计时使用了精密厚度查看器。-确保工件厚度公差小于0.05mm。2.5吸尘系统零件在研磨过程中产生大量粉尘，因此必须在砂光处安装吸尘装置。吸尘器和收集器之间接口管直径的大小取决于机器的研磨宽度和研磨功率。在设计吸尘装置时，应确保集尘器与吸尘装置之间的接口处的真空状态。吸尘管内平均气流速度和吸尘风量，确保沙带磨区除尘点附近的吸尘罩设计和配置节能高效。2.6清洁系统在工件切割过程中，砂带表面会粘上木粉，如果不及时去除，砂粒之间的间隙会堵塞，砂带会失去适当的磨蚀效果，沙带发热会突然升高，不利于继续切割砂，如果用一定压缩空气喷洒沙带，沙带将始终保持在沙粒切割边缘清洁切割，以保证沙带砂量的可靠性和较长的使用寿命。此外，高速剥离砂带不可避免地会产生大量热量，压缩空气的持续流动可以迅速冷却砂带。零件应使用软刷辊清洁砂切割前后的杂质和木质餐具，以利于砂切割的正常进行和砂切割质量的鉴定。2.7进给系统在确定成型机的驱动力时，必须考虑以下因素:零件硬度、脱模量、进给速度、脱模零件的最大宽度、接触辊直径等。此机器-工具使用发送器电源。前轮主要起驱动作用，发动机通过蜗轮减速器带动前轮，后轮运动。进给速度在6-30米/分钟之间进行无极速度调节。传送带下的工作台应坚固平整，传送带应采用耐高温抗拉材料，传送带应配备夹紧装置，及时加润滑油，灵活转动，避免振动引起的负面砂带磨样效应。2.8总体方案一种既具有粗砂功能又具有细砂功能的滚砂支架与压砂支架相结合的砂架。机架采用厚钢板焊接形式，有效降低了整机质量，机内空间更有利于砂带冷却和除尘，使结构简单易行。升降系统采用手动协调方法和电气控制方法，动作迅速准确，电气控制装置在运行过程中提供动态反馈，自动控制产品质量，降低劳动者的劳动强度。机顶开三个吸尘孔，吸出机内外砂光产生的粉尘，改善工作环境。零件应使用软刷辊清洁砂切割前后的杂质和木屑，以利于砂切割的正常进行和砂切割质量的鉴定。使用皮带进料，零件在皮带上展开，皮带向前驱动零件，直到它与沙带接触并开始切割沙土。2.9技术要求(1)最大加工宽度和砂带宽度最大处理宽度是宽带砂带磨样机的主要参数。国家标准定义的主要参数为630mm、800mm、1000mm、1250(1300)mm、1600mm等。砂带宽度主要由最大加工宽度决定。应通过将40mm至60mm添加到最大加工宽度来选择砂带宽度，同时考虑进刀板时的平均误差和横向误差。(2)脱壳板厚度范围对于通用宽带玻璃设备，最小加工厚度不得小于3mm，最大加工厚度不得大于120mm。通常，沙板厚度介于3-3-200mm之间。(3)砂带速度提高砂带速度可以提高零件表面状态和砂带磨样机的生产效率，但砂带速度太大，容易迅速磨碎和分离砂粒，阻断砂带间隙，并使木材表面碳化。木质材料脱胶时的砂带速度:辊式砂支架应采用20米/秒-30米/秒；磨合砂支架应采用15m/s-25m/s；复合砂支架应采用18m/s-25m/s。软面油漆时砂带速度:3m/s-7m/s瓷面；聚氨酯表面8米/秒-10米/秒。(4)进给速度进给速度影响砂带磨样的表面质量、生产力和能量消耗；进给速度大，脱壳生产率高，但表面质量会下降，脱壳功率会增加。进给速度必须与砂带速度、切割的砂量、零件宽度和材料硬度等相匹配。本机制砂带磨样机用于切割砂材的进给速度一般为16米/分钟至70米/分钟；对于回收板，平均密度纤维板砂切割的最大进给速度为24米/分钟至36米/分钟，最大进给速度可达70米/分钟。光漆表面进给速度通常为5m/min至10m/min。(5)砂层剥离压力增加切砂压力，增加切砂深度，增加切砂量；它还降低了切砂表面的质量，对湿材料的影响更大，切砂压力过大，易使切砂表面生长，木粒漂浮，而且砂带有可能堵塞或损坏剪切砂温度迅速升高，使剪切砂带变得柔和和膨胀，从而降低剪切砂的质量和效率。(6)切砂功率切砂强度和切砂功率主要与切砂材料、切砂深度、加工宽度、进给速度和砂带速度有关。所选主电动机的功率通常根据最大处理宽度、最大拆离深度和平均进给速度进行计算，以确保主电动机在拆离时不会过载。第三章机床的结构及工作原理第三章机床的结构及工作原理3.1机床的总体结构3.1.1机床的布局本机床采用布局中的上型双砂支架布置，首先粗端，即先按进料顺序粗砂，相应布置为辊式砂支架；然后用压磨料砂支架制作细砂。砂架位于底座上方，为了平衡整个装置的重心，主电机位于底座下方，采用皮带传动，厚砂传动辊为砂光辊，薄砂传动辊为。12341.辊式砂架2.压磨式砂架3.4.驱动电机图3-1传动原理参见图3.1:该图是砂带磨样机工作部分结构的简单示意图，其中1是滚轮式砂架、砂辊和驱动辊，由发动机3驱动；2是压力成型砂支架，由发动机4驱动，传动辊由两个导向辊共用。它可以同步导向辊的转速，平衡轴上的扭矩，承受剪切砂时的应力，降低轴要求，并提高轴的安全系数。两个马达选择的马达模型会根据作业条件而有所不同。3.1.2机床的总体结构两个砂架，即上述滚砂架和滚砂架沙带偏置装置、沙带防运动装置及其行程控制开关、各缸、安全防护装置等。它还包括各种控制柄。在进料口安装导向辊以确保材料的正确进给方向，在材料进给过程中安装三组前、中、后压力板以固定加工材料，整体装置设计考虑到机床的性能、方便性和安全性d机床-刀具机构如图3.2所示。图3-2机床结构3.2机床的工作原理一种新型砂带磨样机，基于原单型砂带磨样机，经过创造性设计改造，其特点是用双砂支架代替原单型砂支架，使砂切割周期明显缩短，切砂强度更加均匀和根据砂架的形状，直接由压路机将它分为压路机压路机，前者采用辊式砂架主要实现厚度和厚砂光，后者采用磨耗砂架进行精加工。滚砂支架由接触辊、紧固辊、支架等组成紧砂带后，接触辊将砂带压入工件表面，实现砂光。滚装砂支架的砂带与零件呈线性接触，接触区域小，砂带厚，切砂强度大，切砂量大，但在一定程度上替代了切砂功能，但切砂质量粗糙，切砂表面的痕量仅为接触辊是用于砂带的砂带驱动器，紧固辊是用于拧紧砂带的辊。为了提高辊的刚性和抗冲击性，在接触辊内安装了根筋，通常在接触辊外包裹一层橡胶，以获得更大的摩擦。接触辊表面设有螺旋槽，用于砂带内表面的散热和除尘功能。接触辊设计为上下可调，并配有显示辊精确位置的装置，可改变脱壳压力和砂量，满足各种脱壳工艺的需要。接触辊的结构如图3-3所示。图3-3接触辊通常，驱动辊是由皮带驱动的夹紧或导向辊。机器中的两种沙子形状由不同的引擎驱动，以满足不同的切割砂质量和功率要求。为了使砂带始终保持足够的张力，绝大多数砂带采用气缸或气囊来拧紧，当砂带张力小于调节值时，张力大小由压力表指示并由压力开关控制的压力调节阀来调节多晶砂支架由传动辊、紧固辊、紧固板、支架等组成。拧紧砂带后，调整紧固板，紧固板将砂带压在零件表面，实现砂光。压力成型砂支架砂带与零件的接触是表面接触，接触面积大，减砂力小，减砂量小，减砂质量平稳，适用于薄砂光。夹紧板是一种钢条板，其工作表面抛光，并复盖有石墨的橡胶层，以减少摩擦和热传导。夹紧板安装在上下可调的垂直支架上，砂带接触零件较大的平整表面，砂带粒径较小，因此参与切割砂粒多细密，单位压力低，并且，在接触辊砂切割过程中留下的划痕用较小的磨削量消除，以达到光滑平整表面的精细磨削目标。这两种作用在生产优质木材产品和满足市场需求方面相辅相成。机床工作原理如图3-4所示。1进料方向2341.排气管2.支撑柱3.气缸4.工件图3-4机床工作原理工作方式如下:工件由机器左端之间的沙子切割，平整放在传送带上，传送带绕着左侧有源电力辊和右侧动态电压辊，输送带在发动机驱动下使工件缓慢向右移动。调整要加工的厚度值，以使砂光辊和压力研磨机到位。气缸负责拧紧砂带。零件首先通过高速发动机驱动下配置的单面滚砂支架高速转动砂辊，然后高速转动砂带接触零件的慢砂部分完成厚砂，切割的砂量约为60~70接下来，零件继续通过压力成型砂架移动，高速电机带动两个紧固辊驱动砂带高速转动，砂带在压力成型压力下接触零件的高速细砂件。最后，通过出口端的刷辊去除脱壳表面残留的灰尘。在高压气流作用下，排气管将粉尘和沙带吹至上部，而高速沙盘切割后的沙带在高速气流作用下冷却，高温气体也通过管道d吸入工件已完成，从厚度到砂光精加工，工件的一部分已加工完毕。砂带的旋转方向与工件的前进方向相反，从砂中落下的木粉通过吸尘孔吸出，并经过无尘处理。另一侧必须退回，或者两台机器必须一起使用，以便工件在生产线上完成灰色，并进入成品的有效生产线。3.3设计计算3.3.1电机的选择功率的确定方法有计算法、实验法和类比法，此处选用类比法初选。最后还须对电机进行校核。辊式砂架电机所选型号为Y180M-4技术参数：p=18.5kw=1470r/min压磨式砂架电机所选型号为y160M-4技术参数：p=11kw=1460r/min进给机构电机所选型号为Y90L-4技术参数：=1.5kw=1400r/min3.3.2带轮的选择(1).工况系数：=1.2(2).设计功率：是工况系数，P是传递功率，初定18.5kw，故=22.2kw。(3).初选小带轮直径大带轮直径D=250mm通常带轮的节圆直径可看作为基准直径。(4).带速：V=普通V带=25-30，窄V带=35-40。一般V不低于5m/s，为充分发挥v带传动能力，应使v带速约为20m/s。V=15.39m/s(5).大带轮转速=(1-)=(1-0.01)=1176r/min(3.2)(6).初定轴间距：0.7（）2（）所以=600mm(7).所需带长：=2+（）+=1407.54mm(3.3)(8).基准带长：=2000mm(9).实际轴间距a+=236.33mm，安装时需最小轴间距=a-0.015，张紧或补偿所需最大轴间距=a+0.03(10).小带轮包角：=—=175.57，如果较小，应增大a或用张紧轮。(11).单根v带传递的额定功率：=5.17kw。是a=，载荷平稳时，特定基准长度的单根v带的基本额定功率。(12).传动比不为1时的额定功率增量：=0.32kw。(13).小带轮包角修正系数：=0.99(14).带长修正系数：=0.98(15).V带的根数：Z==5(3.4)(16).v带每米长的质量：m=0.17kg/m(17).单根v带的预紧力：N，m是v带每米长的质量。(18).作用在轴上的力：=2564.47N(3.5)3.3.3轴承的选择砂光辊的轴承：（1）轴左端轴承处直径40，所选轴承为带立式座顶丝外球面轴承，代号为UCP208。安装尺寸：D=50B=160（2）轴右端直径40，所选轴承为带立式座顶丝外球面轴承，代号为UCP208。安装尺寸D=50B=160轴承校核：附加轴向力=N=N(3.6)轴承轴向力因+=230+900=1130＞Fs2轴承2被压紧，故：NX，Y值＜e,查表得=1，=0＞e,查表得=0.4,=1.6冲击载荷系数=1.5当量动载荷=N=N轴承寿命因＞,只计算轴承1寿命==206807h＞h所以，所选轴承合格。3.3.4气缸选择根据气动系统系统需要，所选的气缸型号为ESC-63×80-S-LB。气缸在本机床的作用：为砂带张紧提供预紧力吸收接触辊和压磨器在加工过程中所产生的振动，因为只要气压稳定气缸就会保持接触辊和压磨器对工件的压紧，无需人为干预方便实用。而且空气压缩机在为气缸提供高压气体的同时也可以为机床除尘和砂带冷却提供高压空气，一物多用经济实用。本气缸特点：（1）采用含油轴承，使活塞杆无需加油润滑。（2）除带固定缓冲外，气缸终端还带可调缓冲，使气缸换向时平稳无冲击。（3）多种安装附件供客户选择。3.3.5砂带磨样机的安全防护和润滑1)安全防护本机床的安全防护主要是针对以下几方面:（1）皮带轮的制动主运动中，当机床发生故障时，如拖带或断裂，需要马上停机。此时砂带作用于安全开关上，切断各台电动机的电源，同时接触辊端部的气压制动闸立即发生作用，可在2～3s内夹紧摩擦轮，使接触辊停止运动，摩擦轮（即制动轮）安装在皮带轮旁边，在正常时，气缸不动作，摩擦轮随皮带一起转动，当发生故障时，气缸轴伸出，使虎钳上的弹簧张紧，带动虎钳夹住摩擦轮，使摩擦轮制动。本机中，摩擦轮上下各一个，其材料是耐磨的铸铁。在图纸上，摩擦轮的制动原理图并未画出。由于本次设计资料有限，有关气动方面的问题，并不在本设计重量之列。故其传动原理图不作任何显示。（2）整机的防护整机的防护措施有以下几方面：eq\o\ac(○,1)机架及外露部分喷涂深绿漆，防止其受腐蚀而生锈，影响机床外观及使用寿命。eq\o\ac(○,2)定期检查各重要部件，如立柱是否强度刚度保持足够，摩擦轮是否反应灵敏，各配合处是否仍符合标准。eq\o\ac(○,3)定期注油或涂油，加强润滑，防止机床过度磨损。2)润滑在具有零件相对运动表面的机床中，由于摩擦，可能会导致不同程度的磨损。必须加强润滑才能控制摩擦和减少磨损润滑有几个方面(1)摩擦控制在摩擦表面之间加入润滑油可建立一个油膜，以降低摩擦系数并降低摩擦阻力，例如，在良好的摩擦条件下，摩擦系数可降低至0.001或更低(2)减少量选择合适的润滑油时，将创建良好的润滑条件，以防止损坏油膜，从而保持零件的计算精度，从而大大减少摩擦损失(3)降低温度在机器运行过程中，摩擦会转变为热量，从而导致润滑油摩擦零件中的温度升高，可以降低摩擦表面温度以使其冷却，并在所需的温度范围内进行机械控制(4)防止腐蚀和保护金属表面润滑不影响金属，该金属可将空气湿度与有害介质隔离开来，并将润滑剂添加到机械金属表面以进行防腐、耐腐蚀和保护金属表面(五)关闭润滑不仅可以起到润滑作用，减少摩擦，还可以增加密封以防止湿气或其他灰尘、进入摩擦的污垢，从而产生良好的密封效果。第四章主要设计计算第四章主要的设计计算4.1概述机床的主运动为驱动辊即接触辊或两导向辊的转动，其中也包括一些辅助运动比如砂带的轴向串动等。主运动原理如图4-1所示。12345671.驱动辊（接触辊或导向辊）2.轴承3.驱动轴4.大带轮5.高速电动机6.电动机轴7.小带轮图4-1砂带磨样机主要运动原理图主电机5由皮带轮经V型皮带传动，带动轴3转动，将回转运动传给驱动辊1，驱动辊带动砂带高速转动。实现电机高速转动传递到砂带的高速转动，为砂带高速砂削工件提供动力。4.2切削速度及接触辊直径的确定经多方面查证，宽带砂带磨样机的砂带运行速度一般为18—32m/s。则：其中：V砂带线速度D接触辊直径N电机转速i皮带轮传动比（i=1.25）故：=6000020/(3.1414701.25)=207.98mm所以取D=210mm4.3机床对比功率的确定方法有计算法、实验法和类比法，此处选用类比法。根据青岛千川木工机械有限公司的SPR130砂带磨样机的设备数据，同类设备主电机功率进行类比确定。见表4-1（设计主参数的类比对照表）。SPR130双砂架砂带磨样机双砂架砂带磨样机加工宽度mm50～130050～1300加工厚度mm2.5～1202.5～150第一组砂架速度m/s1820第二组砂架速度m/s1218输送速度m/min5～256～30砂带尺寸（宽周长）mm1330×22001330×2785电机总功率kw3431工作气压MP0.550.55吸风速度m/s25～3025～30所需吸尘风量/h95009800外型尺寸mm2230×2650×20702623×2770×2520重量kg30004500表4-1设计主参数的的类比对照表由图对比可知本机床可加工厚度大、砂削速度高、允许较高速度的进给、砂带长度大易于冷却、电机总功率小节能环保，本机具有明显的优点。4.4轴强度校核轴的形式见图4-2：1601500160240图4-2轴的形式图计算接触辊的受力情况见图4-3：ABFt1601500160240Fr图4-3接触辊的受力图在水平面上的受力情况见图4-4：FrRaxRbxABFt1601500160240图4-4水平面受力图在水平面上：Σ=0×1500=×160=45×1500/160=422ΣX=0++=0（4.1）=-132N图4-5为水平面上的弯矩图：FrRaxRbxAB1601500160240图4-5水平面的弯矩图图4-6为垂直面上的受力图为FrRaxRbxABFt1601500160240图4-6垂直面上受力图Σ=0×120=×12=18×1500/160=169NΣY=0-+=0（4.2）=52.8N图4-7为垂直面弯矩图：FrAB1601500160240图4-7垂直面弯矩图=×58=34.8×58=2018.4（4.3）图4-8为合成弯矩图：AB1601500160240图4-8合成弯矩图M===7919.6N·mm（4.4）许用应力值用插入法由查表得：［σ］=102.5MPa［σ］=60MPa应力校正系数σ===0.59图4-9为扭矩图：AB1601500160240图4-9扭矩图扭矩T=973.6其中：——轴传递的功率n轴的转速n=2800r/min则T=973.6=973.6×=0.76Kg=7000N·mm（4.5）图4-10为弯扭合成图：AB1601500160240图4-10弯矩合成图===8930N·mm=11.4〈30（4.6）所以符合安全要求。安全系数校核：A为危险截面。轴的材料选用45钢调质，=650MPa,=360MPa由表所列公式计算疲劳极限：对称疲劳极限=0.44=0.44650=286MPa=0.30=0.30650=195MPa（4.7）脉动疲劳极限=1.7=1.7286=486MPa=1.6195=312MPa（4.8）等效系数=0.18=0.25（4.9）弯矩应力幅=2.93kw（4.10）弯矩平均应力=0扭转切应力=1.30kw（4.11）扭转应力幅和平均切应力=0.65有效应力集中系数因在此截面处，轴有直径变化，过渡圆角半径r=2mm,由D/d=30/24=1.25r/d=2/24=0.083MPa从附表中查出如果一个截面上有多种产生应力集中的结构，则分别求出其有效应力集中系数，从中取最大值。表面状态系数由附表5查得=0.92尺寸系数由附表6查得=0.91=0.89弯曲安全系数设为无限寿命=1=58（4.12）扭曲安全系数（4.13）复合安全系数=55.3S（4.14）轴的静强度校核：A截面安全系数校核（4.15）其中：——材料的屈服极限=36Kg/mm——轴上所受的最大弯矩=7917.6N·mm——轴上所受的最大扭矩=7000N·mmZ——截面抗弯截面模数——截面抗扭截面系数==1346（4.16）则（4.17）所以轴有足够的静强度，轴的强度符合要求。4.5轴承的校核与计算算y向丝杠上一对轴承丝杠转速r/min，N,预期寿命15000h，静载荷安全系数查手册该轴承N，N，。计算得轴承组的基本额定动载荷枪和额定静载荷分别为：NN（4.18）寿命计算由手册可查双列当量动载荷轴承组寿命（4.19）静载荷计算：由手册查得双列=1