圆盘切割锯毕业设计说明书.pdf

木材圆盘切割锯设计木材圆盘切割锯设计木材圆盘切割锯设计木材圆盘切割锯设计 作作作作 者者者者 姓姓姓姓 名名名名 专专专专业业业业机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化 指导教师姓名指导教师姓名指导教师姓名指导教师姓名 专业技术职务专业技术职务专业技术职务专业技术职务 I 目目目目录录录录 摘要1 ABSTRACT. 2 第一章 绪论. 3 1.1 产品分析及国内外发展现状3 1.2 课题分析5 1.2.1设计内容及要求5 1.2.2设计方法及技术路线 6 第二章 方案拟定. 7 2.1 拟定整体方案 7 2.2 机械部件方案拟定.10 2.3 控制系统方案拟定.14 第三章 机械部件设计计算. 15 3.1 电动机15 3.1.1 电机的选择和计算.15 3.2 V 型带 18 3.2.1 V 型带的计算.18 3.2.2 选取带型.18 3.2.3 确定带轮的基准直径.18 3.2.4 验算带的速度.19 3.2.5 确定 V 带长度和中心距.19 II 3.2.6 计算小轮包角.20 3.2.7 确定 V 带根数.20 3.2.8 计算作用在轴上的压力.21 3.2.9 带轮结构设计.21 3.3 圆锯机主轴.22 3.3.1 材料选择.22 3.3.2 轴的结构设计.22 3.3.3 轴的强度校核.22 3.3.4 轴的刚度校核.25 3.4轴承 26 3.4.1 轴承的选择.26 3.4.2 轴承的校核.26 3.5键的选择.26 3.6润滑与密封. 27 3.6.1轴承的润滑27 3.6.2轴承密封的选择27 第四章CAD图纸 28 4.1 整体装配图28 4.2 主轴装配图28 第五章 设计小结30 致谢 . 31 参考文献32 本科生毕业设计（论文） 第 1页 摘摘摘摘要要要要 木工机械是家具、建材及装修等行业的基础。而木材圆盘切割锯更是木材加 工生产过程中必不可少的机械设备，在各种木材加工厂随处可见。 圆盘锯又叫圆锯机，是应用很广泛的木工机械，他是由床身、工作台和锯轴 组成。大型圆锯机座必须安装在结实可靠的基础上，小型的可以直接安放在地面 上，工作台的高度约 900mm。锯轴安装在机座的轴承内，锯轴的转动一般用皮带 传动，但新式的机床都用电动机直接带动。有些圆锯机的工作台能够倾斜 45 角，比较新式的圆锯机的工作台，始终保持水平，但是锯片能够自动倾斜，这不 仅对工作带来了很大的方便，而且也比较安全。 本课题就是设计一台木材圆盘切割锯，用来进行木材的粗加工过程中的切 割。该圆盘锯机主要由机架、工作台、锯轴、切削刀片、导尺、传动机构和安全 装置等结构组成。本文通过比较，确定了最终设计方案，针对木材圆盘切割锯的 结构及其特点要求进行了设计与说明，确定单侧皮带轮传动的运动方式。然后圆 盘锯主轴的截面特性，并对主轴和支架的强度、刚度进行了校核验算。以保证所 设计的木材圆盘切割锯满足使用要求。 关键词：关键词：关键词：关键词：木材圆盘锯切割锯锯片皮带轮传动 主轴 机架 电机 本科生毕业设计（论文） 第 2页 ABSTRACTABSTRACTABSTRACTABSTRACT Woodworking machinery furniture, building materials and decoration, etc. basis. The wood cutting circular sawisessential for the production process of wood processing machinery and equipment, wood processing plants in a variety of everywhere. Also known as circular saw circular saw,isthe application of a wide range of woodworking machinery, heisby the bed, table and saw shaft components. Large circular saw base must be installedonsolid and reliable basis, small can be directly placedonthe ground, table heightofabout 900mm. Saw shaft bearings mounted within the base, saw the general useofthe rotational axisofthe belt drive, but the new machineisdirectly driven by electric motors. Some saw machine table can be tilted 45angle, more modern machine table saw, always maintain the level, but can automatically tilt the saw blade, which not only brought about a great convenience, but also safer . The projectisto design a circular cutting saw wood, wood used for rough cutting process. The circular saw mainly from the rack, table, saw shaft, cutting blade, guide foot, transmission and safety devices, etc. structures. By comparison, to determine the final design for wood cutting circular saws and characteristics of the structural requirements for the design and description of the drive pulley to determine the movements of one side. Circular saw and then the section properties of the spindle, and spindle and support the strength, stiffness was checked checked. Designed to ensure that the timber meet the requirements of circular cutting saws. Keywords: Wood Cutting Saw Circular SawSawPulley driveSpindle rack Motor 本科生毕业设计（论文） 第 3页 第一章绪论 1.11.11.11.1产品分析及国内外发展现状产品分析及国内外发展现状产品分析及国内外发展现状产品分析及国内外发展现状 木工圆锯机是以圆锯片为道具，使之做连续的旋转运动，完成锯割原木或板 材的木工机床。 人类在古代就开始使用锯齿形工具锯割木材。1777 年荷兰人首先制成了木 工圆锯机开始以旋转的方式锯割木材，至今已有 200 多年的历史。木工圆锯机被 广泛应用在原木、板方材的纵剖、裁边和横截等锯割工序上，也有将木工圆锯机 作为主锯机进行制材生产的。 1、木工圆锯机的分类 木工圆锯机使用广泛，类型较多。按锯割木材纤维方向不同可以分为纵向 木工圆锯机、横向木工圆锯机和万能木工圆锯机三大类；按加工的工艺特点不同 可分为原木圆锯机、再剖圆锯机、裁边圆锯机、截断圆锯机等；按锯片的数目多 少可以分为单锯片的、双锯片的和多锯片的等型式。 2、木工圆锯机的特点 木工圆锯机的优点是：结构简单、造价低，便于维修和保养；切削速度高， 能适应各种原材料和产品的加工要求；机械进料速度比框锯高，采用毛方下锯法 锯割小径原木时，圆锯比框锯出材率略高。因此，在制材和细木工作业中用途最 广泛。 木工圆锯机的缺点是：锯片工作稳定性差、锯路比其他类型锯机锯路宽， 锯 屑多，木材损失量大，锯材尺寸精度低，出材率比带锯低；受锯片直径约束， 不 宜锯割直径超过 50cm 的大径原木，修锯技术复杂。 20 世纪 70 年代以来，随着工业的发展和科学技术的进步，数显、数控和电 子计算机技术的采用，减小锯片厚度，提高锯片稳定性等新技术的开发、研制和 应用，使木工圆锯机的生产效率、自动化程度、加工精度和操作性能都提高到了 一个新的水平。 3、木工圆锯机的主要技术参数 （1）锯片直径 锯片直径是木工圆锯机的主参数。通过它可以确定加工木料的厚度（或锯路 的高度） 。通常木工圆锯机所用的锯片直径是 300900mm，最大圆锯片直径 可达 1800mm. （2）锯轴转速和进给速度 一般木工圆锯机的锯轴转速在 9003000r/min，机动进给速度在 10 100m/minn。圆锯片直径一定，锯轴转速越高，切削速度越高，切削速度和 本科生毕业设计（论文） 第 4页 进给速度要合理分配，否则将影响木工圆锯机的生产效率和加工木料的质 量。部分国产圆锯机的主要技术参数见下表 1-1 表 1-1 部分国产圆锯机主要技术参数 木材圆盘切割锯是用于木材切割的设备， 其主要作用是对各种形状的木材原 料或粗料进行切割。木材圆盘切割锯又称圆锯机，其构造简单，安装容易，使用 方便，效率较高，应用比较广泛。但是它的锯路高度小，锯路宽度大，出材率低， 锯切的质量较差。主要由机架、工作台、锯轴、切削刀片、导尺、传动机构和安 全装置等组成。 按锯剖方向， 圆锯机分为纵剖圆锯和横截圆锯； 按工艺要求分为原木圆锯机、 再剖圆锯机、裁边圆锯机和截断圆锯机；按锯片数又分为单锯片、双锯片和多锯 片圆锯机。 纵解圆锯机：纵解圆锯机主要用于纵向锯割板材、板皮和方材，适用于建筑 工地和木材加工配料用。通用，由机身（工作台） 、锯轴、锯片和防护装置等部 分组成。 横截圆锯机： 横截圆锯机用以将长料截短， 适用于工地制作门窗和截配模板， 本科生毕业设计（论文） 第 5页 工厂主要用于截配门窗和家具的毛构件。 横截圆锯机又有推车截锯机和吊截锯机 两种形式。 圆锯机的特点：圆锯机传动机构和切削工具简单，安装使用方便，投资少， 易于维修，既可以纵剖又可横截，在制材中应用较为广泛。其缺点是稳定性差， 加工质量低，不适宜锯解大径级原木；圆锯片较厚，出材率低，耗电量大，劳动 强度大，安全性差。 目前随着我国经济的发展，我国木工机械行业最近几年来一直发展很快。 木 工机械设备的产量和出口量每年都增长很快。但是，我们也必须看到，这些生产 和出口的木工机械设备中，大多数都是低端产品和低价位设备。而新型设备的生 产和技术都不规范，基本依靠从国外进口，这是我国与木工机械设备制造强国的 主要差距所在。 随着世界经济的发展和世界经济的复苏， 机械设备制造业迎来了又一个快速 发展的时期。国外木工机械行业发展迅速，各木工机械设备制造国除供应本国木 材行业使用外，还大量出口。目前，在木工机械行业处于世界领先地位的是德国 和意大利，而我国在相关技术方面与世界发达水平有一定的差距。 2、木材圆盘切割锯的发展趋势 （1）产品质量、技术和设备可靠性不断提高； （2）产品种类越来越齐全； （3）小型机械设备受到广泛欢迎； （4）设备的数控化程度越来越高； （5）用于新产品研发、技术创新的资金不断增加。 1.21.21.21.2课题分析课题分析课题分析课题分析 1.2.11.2.11.2.11.2.1设计内容及要求设计内容及要求设计内容及要求设计内容及要求 本课题的任务就是设计一台木材圆盘切割锯， 用来进行木材的粗加工过程中 的切割。该圆盘锯机主要由机架、工作台、锯轴、切削刀片、导尺、传动机构和 安全装置等结构组成。 具体圆锯机的相关尺寸可以根据根据市面上销售的相关产品和互联网资料 获得。 于是，自己确定的圆锯机相关尺寸有以下几条： 额定电压：380V 额定频率：50Hz 本科生毕业设计（论文） 第 6页 锯片规格：350304mm 最大切削厚度：80mm 工作台面的尺寸：1100800800mm 1.2.21.2.21.2.21.2.2设计方法及技术路线设计方法及技术路线设计方法及技术路线设计方法及技术路线 1、根据设计题目查阅及下载相关资料，了解国内外情况。 2、明确设计产品的作用及设计任务，确定设计方案。 3、明确设计步骤，合理安排设计时间。 4、绘制装配图和零件图。 5、修改、整理装配图和零件图。 6、撰写设计说明书。 7、撰写使用说明书。 8、打印并准备答辩。 本科生毕业设计（论文） 第 7页 第二章方案拟定 2.12.12.12.1拟定整体方案拟定整体方案拟定整体方案拟定整体方案 设计要求： 设计一台木材圆盘切割锯， 用来进行木材的粗加工过程中的切割。 该圆盘锯机主要由机架、工作台、锯轴、切削刀片、导尺、传动机构和安全装置 等结构组成。 木材圆盘切割锯又称木工圆锯机，目前市场上出售的相关产品分为两类， 一 种是手提式（便携式）圆盘锯，另一种是台式木工圆锯机。 方案一：手持式圆锯机 如下图所示的样子，为手持式圆锯机。 图 1手提式圆锯机 技术参数（Technical Data）: 功率：1400W 空载转速：5500rpm 重量（不带电缆） ：4.1kg 锯片钻孔：20.0mm 锯片直径：184mm 切割深度：90 67mm45 48mm 本科生毕业设计（论文） 第 8页 工作环境(Work environment)：温度(Temperature)：040 。 配有主轴锁，便于更换锯片，切割深度设置无级可调，同样适合于惯用左手 的人使用。 电动圆盘锯可用来锯木板、木条和其他等木质制品。电动圆盘锯还可以成功 地用在木材做槽， 并可广泛地用于各种木工工作， 建筑中的木材安装的修配工作、 混凝土模板的切边、木板木条的断面加工等等。 相关联零部件的互动精度要求较高，计算必须精确，以保证运动件不干涉或 运动位置准确。 同时， 在长时间使用圆锯机的情况下， 产生的振动直接传于人身， 使人很容易产生疲劳，影响人的健康。 此种设计方案，机器的内部零件排列紧密，对于设计要求较高，有一定的设 计难度，原则上不选着这种设计方案。 方案二：台式木工圆锯机 如下图所示的样子，为台式木工圆锯机。 本科生毕业设计（论文） 第 9页 图 2MJ104 台式木工圆锯机 技术参数（Technical Data）: 额定功率：3Kw 额定电压：380V 额定频率：50Hz 电机额定转速：2870rpm 主轴转速：2870rpm 线速度：47m/s 锯片规格：350304mm 最大切削厚度：80mm 整机重量：1205 工作环境(Work environment)：温度(Temperature)：040 。 基本使用：机械启动后，应待锯片转速正常后进行锯料。进料必须紧贴“挡 板” ，不许将木料左右摇晃或高抬。送料不能用力过猛，遇木节要缓缓送料。 注意事项：操作人员应戴防护眼镜，站在锯片一侧，禁止站在和面对锯片旋 转的离心力方向操作，手不得跨越锯片。 而木材圆盘切割锯更是木材加工生产过程中必不可少的机械设备， 在各种木 材加工厂随处可见。 木材圆盘切割锯又称圆锯机， 其构造简单，安装容易， 使用方便，效率较高， 本科生毕业设计（论文） 第 10页 应用比较广泛。 但是它的锯路高度小，锯路宽度大， 出材率低，锯切的质量较差。 主要由机架、工作台、锯轴、切削刀片、导尺、传动机构和安全装置等组成。 优点:切削力大，切削较厚材料的能力强，安全可靠，固定在地面上时，切 削振动减少，切削过程更加平稳，消除了人工对锯削的影响，切削更准确。缺点 是设备体积较大，对于抬升不方便的木材板件不方便锯削。 此种设计方案相对较简单，机器的零部件排列不是那么紧密，设计相对来说 容易一些，对于设计水平有一定的考察性，能够良好的展示设计思路。 根据所选的毕业设计题目和要求， 毕业设计任务书中要求设计一种简易的木 工圆锯机，能够进行木材的锯削，对于加工精度要求不是很高，介于手持式圆锯 机的复杂性和零件结构的精确性，所以选择设计方案二：台式木工圆锯机进行设 计。 台式木工圆锯机一般有以下各部件的设计和校核： （1）电机的选择：整个圆锯机的动力来源于电机，首选会根据设计要求的 转速，转矩，线速度等相关信息来确定电机的型号和功率等信息。 （2）传动系统的设计：电机产生的动力会有一个传动系统将其传动下去， 来带动要工作的部件进行工作。 （3）工作系统：工作部件的工作，来完成既定的工作要求。 （4）安全系统：用于机器工作中的安全防护，防止发生非人为的故障，造 成人身财产的损失等。 （5）控制系统：用于控制机器的开关，急停等情况。 下面将会一一介绍并说明，各个系统的设计思路及方案。 2.22.22.22.2机械部件方案拟定机械部件方案拟定机械部件方案拟定机械部件方案拟定 本设计采用台式设计方案，整机样式如下图 2-2-1 和图 2-2-2 所示： 本科生毕业设计（论文） 第 11页 图 2-2-1木工圆锯机主视效果图 图 2-2-2木工圆锯机侧视效果图 本科生毕业设计（论文） 第 12页 设备主要部分有：机架机构、安全防护机构、工作平台机构、主轴机构、 传 动机构和定位机构等。 整个机架采用 45 钢板，通过焊接组合而成，结构相对简单，生产成本较低， 且焊接方便，在满足整机要求的条件下，这种方案会产生最高的性价比。下面为 机架结构的效果示意图如下图 2-2-3 图 2-2-3 木工圆锯机机架结构图 安全防护机构即为圆锯机分料刀和锯片外罩盖。 分料刀分料刀是为了防止锯的反 冲，安装时要注意：分料刀与锯片齿圈之间的距离不超过 5mm， ，齿超出分料刀 下缘不大于 5mm。分料刀还有一个作用，防止木材夹锯片。本机的分料刀采取材 料为 45 钢，焊接在机架上面。效果图如下，见图 2-2-4。 图 2-2-4 圆锯机分料刀效果图 本科生毕业设计（论文） 第 13页 工作平台机构位于机架上面，为一个平面钢板中间留有锯片空隙，用于伸出 锯片，另安装一个盖板，可以方便对锯片进行更换和主轴的保养。效果图见图 2-2-5。 图 2-2-5 工作平台效果图 主轴机构，圆锯机的主轴由多个零件组合而成，包括卡盘紧固螺母、法兰卡 盘、轴承盖、轴承、J 型无骨架油封、中心轴和皮带轮等七部分组成。其作用为 将皮带轮传递来的动力带动锯片转动，达到切削的目的。圆锯机主轴的效果图见 图 2-2-6 图 2-2-6 圆锯机主轴效果图 本科生毕业设计（论文） 第 14页 传动机构，采用电机驱动，皮带传动。整个机构固定在机架上面。效果图见 图 2-2-7。 图 2-2-7 传动机构效果图 定位机构：本机定位机构为挡板和导尺，圆锯机工作的时候，人工推动木 板进给，在推动的过程中难免会产生误差，这时候会对切削效果产生影响，甚至 会发生安全事故，这时候需要一个装置使木板按照既定的方向进给，来保证正常 加工。 2.32.32.32.3控制系统方案拟定控制系统方案拟定控制系统方案拟定控制系统方案拟定 本系统控制要求比较简单，控制系统也不复杂。系统所需控制仅有电机的开 关，来开启和关闭机器。 根据以上需求可以确定控制方式为按钮。采用按钮控制可以实现电路的通 断，完成既定的工作任务。而且使用安全，故障率低，性价比极高 本科生毕业设计（论文） 第 15页 第三章机械部件设计计算 3.13.13.13.1电动机电动机电动机电动机 3.1.1电机的选择和计算 本机动力源来自电动机，电动机带动 V 型带转动，V 型带带动主轴转动，主 轴带动锯片转动。 主电机功率可由下式计算： 4 P v N ZDh =(3-2-4) 式中 N主电机功率（kW） ； P 锯片锯削力（N） ； v 切削速度（m/s） 由公式（3-2-4） ，主电机功率 N 和切削速度 v 成正比。 1、 进给电机功率的确定 进空 有效 进 N N N+= 式中：N 有效进给有效功率（kW） N 进空进给系统空载功率（kW） 传动效率 = 12 z-1常见传动件效率平均值 = 0.85 0.90 （1） 进给有效功率 () 1000 Pu NkW = 牵 有效 P 牵进给所需牵引力（N） 对于锯片，如果不考虑其他因素，只从锯木材所产生的各种力来考虑 ()sincossincos xy FFFFP yx += 牵 （N） 式中： t uhb u Haa qaaF zw pz hw qwx += sin 807.9 （N） 薄切削： 本科生毕业设计（论文） 第 23页 6 6263 10 24.3 D a M Pa W = 6 258 10258PaMPa=（3 29） 式中W抗弯截面系数，由式19.32 1 m S K = + 6 270 10 2.62 30.60 0.92 0.81 = + 2.5=（3 31） 式中 1 45钢弯曲对称循环应力时的疲劳极限，由表19.36 按键槽查得 1.5K=，按配合查得2.62K=，故取2.62K=； 表面质量系数，轴经车削加工，按式（19.3-3） 1 m S K = + 6 66 155 10 1.89 10.3 100.21 10.3 10 0.92 0.81 = + 5.48= （332） 本科生毕业设计（论文） 第 24页 式中 1 45钢扭转疲劳极限，由机械设计手册表 19.1-1 查得 1 155MPa=； K 切应力有效应力集中系数，由机械设计手册表 19.36按键槽 1.62K=，按配合1.89K=，故取1.89K=； , 同正应力情况； 平均应力折算系数，由机械设计手册表19.3 13查得0.21 =； 轴 D 截面的安全系数由机械设计手册式(19.3 1)确定 2222 2.5 5.48 2.27 2.55.48 S S S SS = + （3 33） 轴的弯矩图和剪力图。 本科生毕业设计（论文） 第 25页 由图可以看出有效工作辊筒处为危险截面 轴的扭矩为 T=9N.M 轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取=0.6 轴的计算应力为 2222 3 ()27(0.6 9) 0.1 0.07 ca MT W + = 选定轴的材料为 45 号钢，调质处理，由机械设计教材第八版中表 15-1 查的 1 60MPa= 因此 1ca 故安全。 3.3.4轴的刚度校核 1、求当量直径 作用力 0 F mm l ld d i ii ec 50 202 20502 = = 作用力 2 F mm l ld d i ii eI 41.43 86202 54640)586(20502 = + + = 2、求当量轴的截面惯性矩 4 4 2 306641 64 50 64 mm d I ec = = 4 4 4 174268 64 41.43 64 mm d I eI I = = 本科生毕业设计（论文） 第 26页 3、轴的扭转刚度 校核 BI 轴单位长度扭转角 = GI TL T转轴传递的转矩,mNT=86.563 G轴材料切弯弹性模量，取MPaG 4 101 . 8 = L轴受转矩作用的长度 () () () 18 . 0 204014 . 3 101 . 8 32205008686.56332 44444 = + = = dDG OIT 对一般传动 ()m/15.0= = = 20000h 计算圆柱滚子轴承 N208E 的寿命，根据式 24000h397h.380654) 53.2440 10 2 . 32 ( 624.23760 10 ) P Cf ( 60n 10 L 3 10 36 1 rt 2 6 h = = 21000h 3.53.53.53.5键的选择键的选择键的选择键的选择 根据轴的直径和轴的强度校核，选择圆头普通平键（型）8737 本科生毕业设计（论文） 第 27页 3.63.63.63.6润滑与密封润滑与密封润滑与密封润滑与密封 3.6.1轴承的润滑 采用脂润滑，润滑脂填充量不得超过轴承空隙的 1/31/2，过多会引起轴 承发热。 3.6.2轴承密封的选择 密封是为了防止灰尘，水份等侵入轴承，并且防止润滑剂流入。根据密封类 型的特点：选用毡圈密封，安装前用热矿物油浸渍。 在轴承与轴承盖之间安装有油 J 型无骨架油封，用于防治油的泄漏。 本科生毕业设计（论文） 第 28页 第四章CAD 图纸 4.14.14.14.1整体装配图整体装配图整体装配图整体装配图 4.24.24.24.2主轴装配图主轴装配图主轴装配图主轴装配图 本科生毕业设计（论文） 第 29页 圆锯机主轴正视图 圆锯机主轴俯视图 本科生毕业设计（论文） 第 30页 第五章 设计小结 经过几个月的精心准备与设计，毕业设计终于要告一段落了，内心充满了强 烈的自豪感，毕竟这是我自己通过艰辛努力做出的设计，我期待着毕业设计的圆 满成功。这次实际企业课题产品设计中，我学到了很多在课本上学不到的东西， 进一步体会到了作为一名设计者的艰辛与快乐。通过这次的毕业设计，掌握了机 械设计的基本过程和方法，并在这个过程中，熟练运用了 CAD 软件。 现在依然还记得， 有时候一个人画图到深夜， 在昏暗的灯光下， 静静的思考， 想着每一个细节的设计，考虑每一个零部件的形状。通过设计过程，也增加了自 己独自设计产品的耐心，这些将会是我今后的宝贵财富。 在整个设计过程中，通过多种渠道进行查询资料，学会了如何在大量的资料 里面找到自己需要的信息。同时，通过查询机械设计手册、气压系统设计手册等 一系列手册，对各种标准有了更深的了解。在设计时发现要成功的研发设计出一 件好的实用的产品，除了要有独特的创意外，还得有非常丰富扎实的专业知识作 后盾才可以，同时用正确的设计观和设计思想来指导设计工作也是不可或缺的。 总体而言，本次设计基本完成，当然鉴于个人能力有限，设计中肯定还存在 着不足之处，比如方案不够创新，始终不能摆脱现代技术条件的制约；对于一些 材料以及机械原理和气压方面的东