往复式沙柳切断机主机设计说明书

本科毕业设计说明书 往复式沙柳 切断机主机设计 学 院 ： 材料科学与艺术设计 学院 专 业： 木材科学与工程 姓 名： 学 号： 指导教师： 职 称： 教 授 设计完成日期：二 八 年六月 摘 要 I 摘 要 内蒙古自治区沙生灌木资源丰富，平茬而得的沙柳灌木枝条是很好的人造板原料。目前使用的沙生灌木削片设备均为国产 BX216、 BX218 鼓式削片机，在使用中存在着功率不匹配的问题，生产能力仅能达到 65，且由于沙柳等灌木材的树 皮含量高韧性大等特点，在加工过程中 嫰稍部分切断困难，切断率不高，生产效率低。 为了 解决上述切削问题，需要设计一种新型的切削机构代替，采用一组飞轮带动刀对沙柳 材进行 往复式端向切削，机构简单，安装方便，工作平稳。这种切削机构不仅使得沙柳材 切口平整，切片质量好，而且切断率高，不会造成堵塞影响正常工作。 关键词 沙柳 材 往复式 切削 切片质量 Abstract The Inner Mongolia Autonomous Region, desert shrubs rich in resources, crop-derived from the Salix psammophila shrub branches is a very good man-made board material. At present the use of the desert shrubs chipper equipment are domestic BX216, BX218 drum chipper, in the presence of the use of power does not match the problem, production capacity could only achieve 65%, such as irrigation and because of Salix psammophila wood bark High content of the characteristics of toughness, in the process of tender slightly cut off part of difficulties, cut off rate is not high, low production efficiency. Cutting to address these issues, the need to design a new body to replace the cutting, driven by a flywheel knife on Salix psammophila to build a reciprocating-cutting, institutions simple, easy installation, smooth work. Such institutions not only made the cut wood Salix psammophila incision formation, slices of good quality and high rate cut will not affect the normal work of the plug. Key words ： Salix psammophila wood reciprocating cutting slices quality 目 录 摘 要 . I Abstract . I 目 录 . i 1 前 言 . 1 1.1 生产沙生灌木人造板的必要性 . 1 1.2 内蒙古自治区沙生灌木资源状况 . 1 1.3 沙柳材切断机设计的重要意义 . 2 2 沙柳切削机的相关论述 . 3 2.1 切削机的分类 . 3 2.2 沙生灌木削片机的研究现状 . 3 2.3 沙柳材切断机主机设计对人造板生产的意义 . 4 3 方案的设计拟定、比较、确定 . 5 3.1 方案的设计拟定、比较 . 5 3.1.1 方案 . 5 3.1.2 方案 . 5 3.1.3 方案 . 6 3.2 沙柳材切断机主机结构的初步设计 . 6 3.2.1 沙柳材切断机主机的基本工作部件 . 6 3.2.2 沙柳材切断机主机的工作原理 . 7 4 设计计算部分 . 7 4.1 动力计算 . 7 4.2 电动机的选择 . 8 4.2.1 传动系统 . 8 4.2.2 选择电动机类型 . 8 4.3 V 带及 V 带轮的设计计 算 . 9 4.3.1 V 带传动的计算 . 9 4.3.2 V 带轮的设计 . 11 4.4 减速器的选择 . 13 4.4.1 减速器的安装 . 13 4.5 联轴器的选用 . 13 5 零件结构设计与计算 . 13 目 录 5.1 刀的设计 . 13 5.1.1 刀具的参数 . 14 5.1.2 刀具的切削性能 . 14 5.1.3 刀具的安装 . 14 5.1.4 刀具的材料 . 14 5.2 底刀的设计 . 14 5.2.1 底刀的性能 . 15 5.2.2 底刀的安装 . 15 5.2.3 底刀的材料 . 15 5.3 销轴的设计 . 15 5.3.1 销轴的联接性能 . 15 5.3.2 销轴的材料 . 15 5.3.3 销轴的强度校核 . 15 5.4 刀柄的设计 . 16 5.4.1 刀柄安装 . 16 5.4.2 刀柄的材料 . 16 5.5 滑块的设计 . 16 5.5.1 滑块的性能 . 17 5.5.2 滑块的材料 . 17 5.6 连杆的设计 . 17 5.6.1 连杆的作用 . 17 5.6.2 连杆轴固定 . 17 5.6.3 连杆的材料 . 17 5.7 主动轴的设计 . 17 5.7.1 轴的材料 . 18 5.7.2 轴承的选用 . 18 5.7.3 轴承座的选用 . 18 5.7.4 胀紧套的选用 . 18 5.7.5 轴的强度校核 . 18 5.8 飞轮的设计 . 20 5.8.1 飞轮的固定 . 21 5.9 机架的设计 . 21 5.9.1 机架的材料 . 21 5.9.2 地脚螺栓的选定 . 21 参 考 文 献 . 22 致 谢 . 23 附 录 . 24 内蒙古农业大学学士学位论文 1 1 前 言 1.1 生产沙生灌木人造板的必要性 众所周知，我国是一个少林的国家，现有森林面积 1.59 亿 hm3木材积蓄量仅有112.6 亿 m3，森林覆盖率为 16.55%，在世界各国中居 121 位，我国人均占有森林面积0.128hm2,是世界平均水平的 21.3%，人均木材占有量为世界人均水平（ 72 m3/人）的12.5%。由此可见，尽管我国森林资源丰富，木材积蓄量较多，但由于我国人口众多，人均 占有木材量较少。 随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，我国木材的人均消费量将会越来越高。到 2000 年，木材消费量原预计已达到了 2.2 亿 m3。其中人造板的消费总量达到了约 600 700 万 m3。消费结构见表 1。 表 1 2000 年我国人造板消费预测结构表 (万 /立方米 ) 项目 胶合板 刨花板 纤维板 合计 % 建筑 38.90 13.10 100.50 153.40 24.80 家具 53.20 218.00 40.20 311.40 50.30 广播、交通、通讯 20.64 5.78 24.70 52.12 8.2 包装 5.20 6.00 27.40 38.60 10.5 其它 40.00 10.00 15.00 65.00 10.5 合计 158.40 252.88 207.80 617.52 100 据 1990 年统计数字，我国共有人造板厂家 800 家，设计生产能力 400 多万 m3,其中胶合板 130 万，纤维板 170（包括 MDF100 万。而实际产量远低于上述数字，按2000 年我国人造板消费结构衡量，我国人造板产量还相差甚远。因此，大力发展人造板是解决木材需求与木材短缺的矛盾的很好方法。而随 着天保工程的实施，原来以林区采伐造材剩余物作为主要原料的人造板厂也面临着危机，为此，开发短轮伐期沙生植物人造板具有重要的现实意义。 1.2 内蒙古自治区沙生灌木资源状况 我国西北地区森林资源匮乏，木材供需矛盾长期存在。在西北地区沙生灌木资源丰富，它具有耐干旱、抗风沙、耐瘠薄、天然更新快、萌发能力强，根系发达等特点，是我国造林绿化的重要树种，是西北地区防沙治沙和一些特殊自然地理区植被建设的重要森林群落。 据了解，目前我国灌木林面积已达 0.2 亿 ha，近年来，全国平均每年营造灌木林 60 万 ha 以上， 2002 年更是 多达 120 万 ha，在内蒙古自治区中西部年均灌木营造面积已占总造林面积的 70以上，灌木林已成为内蒙古地方新的增长点。据内蒙古林业资源年度统计，仅内蒙古自治区中西部六盟市现有灌木林面积 334.4 万 ha、已成熟林 224.1 万 ha，见表 2 。 沙柳材切断机主机设计 2 表 2 内蒙古中西部六盟市灌木林地面积 (ha) 地区 起源 合计 已成林 未成林 包头市 人工林 140657 71840 68810 天然林 71885 71885 0 鄂尔多斯市 人工林 1068755 602482 466273 天然林 351482 351482 0 巴彦淖尔市 人工林 103061 45192 57869 天然林 273772 273772 0 呼和浩特市 人工林 179440 108874 70566 天然林 100154 95507 4647 乌兰察布市 人工林 451559 130181 321418 天然林 164237 164237 0 锡林郭勒盟 人工林 127091 13722 113369 天然林 311958 311958 0 六盟市累计 人工林 2070603 972291 1098312 天然林 1273488 1268841 4647 合计 3344091 2241132 1102959 沙柳、柠条、旱柳属于木本灌丛植物 ， 这些植物的化学组成有着相似的性质（见表 3），它们木素含量较高，有利于人造板热压时的胶合；半纤维素含量低，对降低人造板的吸水性有利；纤维形态与杨柳科阔叶材相似，可以用来做刨花板和中密度纤维板的材料。根据对沙柳木材的构造及其形态进行的研究，用其制造出的纤维板和刨花板，据测定制板的各项物理力学指标均达到了国际要求，认为沙柳是制作纤维板和刨花板的优质原料。而从柠条的 纤维形态和化学成分的测定结果可知 ,柠条可用于生产纸浆、纤维板、刨花板等产品。 表 3 沙柳、旱柳、柠条化学组成与常用树种比较 树种 水分 灰分 苯甲醇抽出物 木素 多缩戊糖 热水抽出物 纤维素 备注 沙柳 6.13 1.27 10.02 21.86 23.22 7.17 79.96 综纤维素 旱柳 0.72 2.43 20.84 26.66 3.92 40.68 2-纤维素 柠条 2.87 6.2 19.72 22.81 10.01 49.90 2-纤维素 落叶松 11.56 0.38 2.58 26.46 12.18 10.84 40.17 2-纤维素 白松 0.32 3.08 20.37 30.37 2.11 41.58 2-纤维素 青松 1.50 3.33 24.28 21.54 3.20 40.57 2-纤维素 1.3 沙柳材切断机设计的重要意义 自 1987 年以来， 内蒙古农业大学材料科学与艺术设计 学院的专家、教授，紧紧围绕内蒙古自治区沙生灌木资源的状况，结合自治区林产工业发展的需要进行科学研究和技术推广，对沙柳柠条等沙生灌木的构造、纤维形态、化学成分、物理性能进行内蒙古农业大学学士学位论文 3 了系统的测试研究 ，为扩大人造板原料和制浆造纸原料提供了可靠的理论依据，先后成功地开发研制沙柳材刨花板、沙柳 材中密度纤维板和柠条沙柳混和料刨花板、中密度纤维板等人造板板种。 木片是刨花板、纤维板、纸浆等工业原料，也是木质再生资源的半成品原料，木片生产是充分利用森林资源的重要途径。 由于沙柳材的树皮含量高达 25.4，树皮的韧性大，在加工湿沙柳时存在如下四个问题： 1.木片质量差，未能形成木片，大小不一，造成刨花形差（刨花板生产），纤维得率低（纤维板生产）。 2.进料机构压不紧（枝条细），沙柳的一年生嫰稍部分（ 20-30cm）切 断困难，切断率仅为 50。 3.切不断的嫰稍不仅缠绕鼓式削片机的刀轮、堵塞和筛网，而且造成气力输送管道堵塞、缠绕风机叶轮。 4.木片料仓搭桥，不能正常供料，严重影响正常生产。 为了解决上述沙柳材切削的问题，研究沙柳材切断机械，代替削片机加工沙柳木片。 2 沙柳切削机的相关论述 2.1 切削机的分类 削片机和刨片机是木质纤 维板、刨花板备料工序中生产规格木片和刨花的主要设备。削片机一般将 小径级原木、劣等材、采伐剩余物切削成一定规格的木片，经再分离成纤维，用于造纸或纤维板生产；或者经刨片机制成刨花，用于刨花板生 产。 削片机按其结构分为盘式削片机和鼓式削片机。盘式削片机加工的木片质量较好，因此造纸企业采用较多，我国较小型人造板企业采用鼓式削片机较多，因为人造板对木片的质量要求低于造纸企业。削片机按用途分为原木削片机、板皮枝桠削片机和原竹削片机。按进料槽特征可分为斜口进料和平口进料。按进料方式又可分为非强制进料和强制进料两种。按其是否固定安装可分为固定式和移动式。 削片机的切削特征是刀刃接近垂直于木材纤维方向，并在接近垂直于纤维平面内进行切削，属于端纵向切削，切削机构大多是刀盘、刀辊等，切削出符合规格木片，要求长度均 匀，切口匀整平滑。刨片机的切削特征是刀刃平行或接近于平行木材纤维，并在接近平行纤维平面方向上进行切削，属于横向或接近于横向切削，切削机构大多是鼓轮、刀轴、刀盘等，生产中要用合理的切削参数来保证稳定的切削过程，制得刨花符合规定尺寸，要求刨花厚度控制在工艺允许范围内和刨花纤维的完整。 2.2 沙生灌木削片机的研究现状 沙柳材切断机主机设计 4 随着木片产业和人造板产业的发展，国内外已研制和生产了上百种型号的固定式和移动式削片机，其结构和性能日趋完善，在生产中发挥着主要作用。 上世纪 70 年代以来，各国对木片生产设备的性能和辅助设备等方面进 行了改进和完善，美国、加拿大、瑞典等先后研制成伐倒木削片机，与伐木归塄机和抓钩集材机配套使用，例如莫巴克公司研制出 27-RXL 型移动式伐倒木削片机，可将木片中的砂土、树皮等杂质分离出去；美国呢科尔森制造公司研制出自行式伐木联合削片机。A.Asikainen 和 P.Pulkkinen 等人采用改进后的 910R 型削片机加工采伐剩余物，提高了木片质量； Eglin,J.H.研制了用于切削枝条的削片机与研磨设备。瑞典贝川工业公司生产的 JGB 型重力气流分选机可将全树木片混合物分选成工业木片和燃料木片两部分，能有效的树皮、细 小碎料和砂质分离出来。 近几年，国外削片机的研究有了进一步的发展，主要是进料槽改进、出料方式改进、改进底刀、降低削片机的噪音、刀盘安装方式的改进、新型削片飞刀及其多刀削片机和新型移动式削片机等方面的研究。 国内削片机生产技术比较成熟，现有削片机生产厂家 30 多家。到目前为止，国内外还没有生产用于加工沙生灌木的专用削片机。迫切需要设计和制造新型沙生灌木削片机。 2.3 沙柳材切断机主机设计对人造板生产的意义 当今，国外削片机为了提高削片质量、减少冲击和振动、提高削片效率，采取了各种各样的新措施和新方法。国外有关 专家、研究人员与厂家一道基于传统削片机存在的较多问题，诸如： A：结构笨重，动力消耗大，切削过程不平稳； B 设备稳定性差，生产效率低，木片质量差。 C结构复杂制造费用高，维修困难，有一定的使用局限性。 D噪音较严重，振动比较大。 E：进料口径稍小，枝桠通过能力不强。 F装刀磨刀费时费力。针对以上缺点，近年来，国外林业发达国家致力于对新型削片机的研制，各种新型削片机获得了巨大的经济效益。也使进料机构更为适合削片机的运行。 根据对沙生灌木的显微结构的测定，起纤维结构比较简单，如沙柳材的化学成分主要是纤维素、半纤维素和木素， 还有少量的灰分，其中纤维素以微纤丝形式存在，形成细胞壁的骨架，而半纤维素和木素起填充作用，使纤丝彼此连结起来。可见，沙柳的纤维素含量较高，用亚氯酸钠法测定其综纤维素含量为 78.96%。它是制造人造板的优质原料。但沙生灌木直径小、枝桠多，枝梢长而细。所以，适宜的削片机切削机构对木片生产有着不可忽视的重要意义。而且，沙生灌木的树皮含量高，可直径又较小，如使用剥皮机对其进行剥皮，势必回使一部分纤维流失。所以许多厂家在削片前并不对沙生灌木进行除皮，这就更需要削片机切削机构有良好的性能，用来保证进料的均匀、平稳，而且 不致影响削片机的切削以及得到的木片质量。 内蒙古农业大学学士学位论文 5 因此，沙生灌木削片机切削机构的重要性可想而知。它影响着人造板生产的产品质量和生产能力。 3 方案的设计拟定、比较、确定 主机是削片机切削时的主要机构，不仅影响切削时的稳定性和动力消耗，也影响木片质量。不同的主机传动方式、切削机构的整体的布局等同样不同程度地影响削片机的工作状态 以及削片的质量，从而影响各种板材的整体质量 。 3.1 方案的设计拟定、比较 3.1.1 方案 盘式削片机分为普通盘式、多刀盘式和螺旋面盘式等几种主要形式。 盘式削片机的优点：用于加工原木，间伐材，成小捆状枝桠材，飞刀作平面运动；飞刀与底刀能形成较好的剪切作用、切削功耗小、木材跳动少、加工出的木片质量好。 缺点： 喂料口不能太大不能用于加工沙生灌木 (灌木枝桠多 ,进料困难 )生产率较低， 达不到生产要求 . 由于沙柳的树皮含量高达 25.4树皮的韧性大，在在加工湿沙柳时，其沙柳的一些嫰稍部分（ 20 30cm）切断困难，切断率仅为 50。这切不断的 嫰稍不仅缠绕削片机的刀轮，堵塞筛网，而且造成气力输送管道堵塞、风机叶轮被缠绕和木片料仓搭桥，不能正常供料，严重影响生产。 基于上 面所述，盘式削片机用于切削沙柳生产效率低，所以这种方案有待于改进。 3.1.2 方案 鼓式削片机切削机构由刀鼓和底刀组成。刀鼓是 采用低合金焊接而成，在保证足够的强度和刚度前提下，减小了质量。 鼓式削片机的优点：削片质量虽不如盘式削片机，但鼓式削片机结构简单、紧凑，飞刀装卸方便，尤其适用于板皮、边条、碎单板、小径木和零碎的枝桠材等原料，制片生产率高。 缺点：在已建成的人造板生产企业和沙生灌木产区，目前使用的沙生灌木削片设备为国产 BX216、 BX218 鼓式削片机，共有 20 多台（含个体木片加工专业户），在使用 中存在着功率不匹配的问题，生产能力仅能达到 65左右，另外制片质量差，与木材木片比较，质量相差很多。通过采取增加削片机刀片磨刀次数、工人逆向喂料和料仓专人拨料等措施，虽然生产情况有所改善，但工人劳动强度大，工作环境差，动力消耗大，生产效率低，这也成为沙生灌木人造板生产企业和木片加工专业户迫切需要解决的技术难题。 沙柳材切断机主机设计 6 同盘式削片机，由于沙柳材自身的特点， 也 需要设计一种新型的切削机 构 。 3.1.3 方案 由 一组 飞轮 带动刀 进行往复式 端向 切削 的机构，采用皮带轮和飞轮 传动是属于 缓冲传 动 ，有利于能量的储存，可以减少能耗 和设备的保护 。与属于啮合传动的链传动相比，带传动有 弹性滑动和打滑 现象 ， 可以更好的来防止设备因切削力过大而损坏还可以防止电机被烧坏。 在同样使用的条件下， 带传动能更好的适应环境，而且价格便宜，结构简单，易于安装。 与齿轮传动相比， 带 传动的制造与安装精度要求较低，成本低廉；在远距离传动时，其结构比齿轮结构轻便的多。 端向切削是刀刃与切削方向均与沙柳材纤维方向相互垂直的切削。在切削过程中切削力分解成两个方向的力，即沿进给方向的法向切削力和沿切削方向的主切削力，这两个方向的切削力是切削过程中刀刃相对于试件运动产生的。端 向切削是刀刃垂直于纤维方向，刀具在垂直于纤维的平面中运动，当刀刃刃口切入木材纤维时，木材纤维弯曲，在刃口前方包括切削面以下的纤维都产生拉应力。当拉应力超过木材纤维的抗拉强度极限时，刃口纤维被拉断，刃口起到了切开纤维的作用。这样切出的沙柳切口平整，容易切断，切断率高，避免产生鼓式削片机和盘式削片机缠绕刀轮、堵塞鼓轮和筛网、造成气力输送管道堵塞、风机叶轮被缠绕和木片料仓搭桥的现象。 在查阅大量相关资料，综合比较以上各方案的优缺点，又根据对沙生灌木材性的深入了解，结合现今各厂家的实际情况，决定采用 飞轮 带 动 刀 机构作 为沙 柳切断 机的主机 机构。 3.2 沙柳 材 切断机主机结构的初步设计 由一组飞轮 链带动切削刀对沙柳进行端向切削 ,刀与 刀柄 之间用沉头螺钉固定 ,刀柄 与连杆 之间用销轴联接 .为了保证切削位置准确， 滑块用螺栓 联接 在机架上固定不动保证了切削的稳定 ,滑 轨 在滑 块上 运动 .这样使刀 在切削时 运动平稳 ,不易 发生之振 动 。 3.2.1 沙柳 材 切 断 机主机的基本工作部件 初步设计切削机构由一对飞轮带动连杆和刀柄，利用曲柄连杆机构实现往复运动，再在飞轮中间加一个带轮，利用皮带实现从减速器的传动。 基本的工作部件有 传动 机构、切削机构、机架等组成 。 （ 1） 传动 机构主要由：电动机、 V带传动、减速器、飞轮、连杆 组成 。 （ 2）切削机构主要由：飞轮 、 连杆、 切削刀、底刀、 刀柄 、销轴、滑块、滑轨等 组成 。 内蒙古农业大学学士学位论文 7 （ 3）机架主要由 :槽钢、钢板等组成 。 3.2.2 沙柳 材 切断机主机的工作原理 沙柳切断机主机的主要部件由上 所述 ，沙柳切断机的工作原理如下 ,动力由电机经 V带传到减速器 ,经减速器减速之后两端输出 .由带 传动 ,一端联接进料机构 ,一端联接到主机的传动带 轮 .传动带 轮 带动 主动 飞轮 ,由连杆 带动切削刀实现切削 .飞轮对称分布既有利于切削力的分布对称，又利于能量的储存便于实现缓冲。 飞轮和连杆的曲柄连杆机构实现了从飞轮的圆周运动到切刀的上下往复运动，飞轮转一周切刀上下往复一次，实现一次切削。切断的料由皮带运输机运走。 4 设计计算部分 4.1 动力计算 根据 安珍教授博士论文沙柳材切削加工性能研究中 对端向切削力的研究 ,切削力与切削量成正比关系 ,沙柳切断机的切削量为 25 30mm, 主切削力为43.9470N/mm,切削宽度为 500mm,所以切削力为 22KN,所需切削速度为 。 4.1.1 所需切削功率的计算 切削力 F 22KN，则由图 1知： F1=F/cos37 =22KN/0.8=27.5KN (1) 由图 2知 ： F2= F1/cos18 =27.5KN/0.95=28.9KN (2) PW=F2*V 28.9KN*0.66 19.1KW 沙柳材切断机主机设计 8 4.2 电动机的选择 4.2.1 传动系统 简图如图 3 1 电机 2 减速器 3 小带轮 4 大带轮 5 大飞轮 图 3 传动系统简图 表 4 各种机械传动的效率值 (%) 种类 带传动（ v 带 ） 联轴 器 减速器（一 级） 连杆 备注 效率 0.93 0.98 0.98 0.98 4.2.2 选择电动机类型 按工作要求和条件，选用电磁调速 电动机，封闭式结构，电压 380V。 选择电机容量 : 电动机所需功率按式 KWPPawd (3) 由电动机至刀柄 的传动总效率为 ： 88.098.098.098.093.0 4321 a (4) 所以 ： KWPwPad7.2188.01.191 0 0 0 (5) 根据容量，由机械设计手册查出适用的电动机型号，综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比， ,查机械设计手册 (5)选定电机内蒙古农业大学学士学位论文 9 型号为 YCT250-4B,其主要性能如下表 5： 型号 功率 (Kw) 额定扭矩 (N.m) 调速范围 (r/min) 转速变化率 （） YCT250-4B 22 137 1320 132 2.5 4.3 V 带及 V 带轮的设计计算 4.3.1 V 带传动的计算 第一级用 V带传动，已知电动机的型号为 YCT250-4B，额定功率为 P 22KW，转速 范围 1320 132r/min，定传动比 i 1.45，一天运转时间 10h。 1)确定计算功率 Pca 由机械设计表 8-6 查得工作情况系数 Ka 1.1，故 KWPkP Aca2.24221.1 (6) 2)选取普通 V带类型 根据 Pca、 n1由机械设计图 8-9确定选用 C型。 3)确定带轮基准直径 由机械设计表 8-3 和 8-7 取主动轮直径 d1 290mm。 根据机械设计式（ 8-15），从动轮基准直径 d2, mmidd5.42029045.1 12 (7) 根据机械设计表 8-7，取 d2 420mm。 按机械设计式（ 8-13）验算带的速度 smsmndv/35/66.01 0 0 0605.4329014.31 0 0 06011 (8) 带的速度合适。 n1=in2, n2= m in/3045.1 5.431 rin (9) 4)确定 V带的基准长度和传动中心距 根据 21021 27.0 ddadd ， (10) 初步确定中心距 a0 600mm. 根据机械设计式（ 8-20）计算带所需的基准长度 沙柳材切断机主机设计 10 0212210 422 a ddddaL d (11) mmmm 7.23216004290420420290214.36002 2 由表 2 选带的 基准长度 Ld 2240mm 按机械设计式（ 8-21）计算实际中心距 a mmLLaa dd64122 2 4 07.2 3 2 160020 (12) 5)验算主动轮上的包角 1 由机械设计式（ 8-6）得 0000012011201685.576412904201805.57180add (13) 主动轮上的包角合适。 6)计算 V带的根数 Z 由机械设计式（ 8-22）知 Lca KKPP PZ 0 (14) 由 n1 43.5r/min、 d1 290mm、 i 1.45，机械设计查表 8-5a 和 8-5b， 得 ： KWPKWP28.16.600 查机械设计表 8-8 得 89.0K，查机械设计表 8-2 得 97.0LK ，则 ： 456.389.091.028.16.6 2.24 Z根 7)计算预紧力 Fo 由机械设计式（ 8-23）知 内蒙古农业大学学士学位论文 11 20 15.2500 qvKvzPF ca (15) 查机械设计表 8-4得 q 0.30Kg/m，故 NF 82.51666.03.0189.05.2466.02.24500 20 (16) 8)计算作用在轴上的压轴 力 Fp 由机械设计式（ 8-23）得 ： NZFF p9.41112168s in82.516422s in2010 (17) 4.3.2 V 带轮的设计 4.3.2.1c 型带轮轮槽 材料 :大小带轮均用铸铁制造 c 型带轮轮槽尺寸如表 7 图 4 c 型带轮轮槽 表 6 c 型带轮轮槽尺寸 项目 符号 数值 基准宽度 (节宽 ) b1 19mm 基准线上槽深 H 5 mm 槽间距 E 26 mm 第一槽对称面至端面的距离 F 16 mm 轮缘厚度 P 10 mm 带轮宽 B 110 mm 轮槽角 34 顶宽 b 22 mm 沙柳材切断机主机设计 12 4.3.2.2 小带轮的结构设计 小带轮的结构设计如图 5 图 5 小带轮的结构 小带轮的结构采用孔板式主要结构尺寸见表 7 表 7 小带轮结构尺寸 (mm) 名称 符号 数值 带轮基准直径 dd 280 带轮外径 da 290 带轮宽 B 110 轮毂宽 L 25 轮毂孔径 d 64 轮毂外径 d1 150 4.3.2.3 大带轮的结 构设计 大带轮的结构设计如图 6 内蒙古农业大学学士学位论文 13 图 6 大带轮结构 大带轮采用腹板 式 ,主要尺寸见表 8 表 8 大带轮结构尺寸 ( mm ) 名称 符号 数值 带轮基准直径 dd 411 带轮外径 da 420 带轮宽 B 110 轮毂宽 L 25 轮毂孔径 D1 90 轮毂外径 D 180 4.4 减速器的选择 根据减速器的输入转 速 m in/85.4 0 31 rn ,输出转速 ：m in/5.432 rn ,及其功率 P=22x0.90=19.8kw,查机械设计手册 (3)选择减速器为 ZLY 140-10-1 型 ,其主要参数见表 9。 表 9 减速器的主要参数 名称 公称输入转速 公称输出转速 公称输入功率 数值 750r/min 75r/min 26.6kw 4.4.1 减速器的安装 调节减速器螺栓： M20 160 B 级 GB/T5783 2000 调节减速器螺母： D M20 GB/T6170 4.5 联轴器的选用 ZL3 联轴器132 8232 60YBJD GB/T 5015 1985 5 零件结构 设计与计算 5.1 刀的设计 刀的结构设计简图如图 7 沙柳材切断机主机设计 14 图 7 刀的结构 5.1.1 刀具的参数 刀具的参数 如表 10 表 10 刀具参数 名称 符号 数值 前角 1 1 55 前角 2 2 32 后角 10 楔角 25 长度 L 560mm 厚度 h 100mm 宽度 B 13mm 5.1.2 刀具的切削性能 刀具前角与切削力的关系为 :刀具后角 =10刃口锋利 :随着刀具前角的增加切削力在下降 ,这是因为刀具前角 的增加 使楔角 减小 ,刀具更锋利 ,切削力减小 .但当后角不变 ,前角大于 55时 ,楔角减小刀的强度下降容易破坏刀刃 ,所以前角 1 55 ,后角 10 ,楔角 =90 -55 -10 =25 .前角 322 时对沙柳有挤裂作用 。 5.1.3 刀具的安装 刀具 与刀柄 之间用沉头螺钉固定 ,避免在切削过程中接触沙柳影响切削且换刀容易 。 顶 刀螺钉： M16 35 B 级 GB/T70.3 顶刀柄螺母： 六角薄螺母 D M16 GB/T6172.1 2000 弹簧垫片： GB/T93 16 5.1.4 刀具的材料 刀具 材料选用碳素工具钢 ,T10 碳素工具钢价格低廉、刃口锋利、 热塑性好及切削加工性能好 。 5.2 底刀的设计 底刀的结构设计简图如图 8 内蒙古农业大学学士学位论文 15 图 8 底刀的结构 5.2.1 底刀的性能 底刀为 90，是组焊件 ,在保证足够的刚度和强度下 ,减小了质量 .底刀的楔角为60 ,避免在切削过程中切到底刀 ,造成刀刃变钝甚至损坏刀刃 . 5.2.2 底刀的安装 底刀的安装 用调整螺钉与机架联接 ,利用调整螺钉来限定底刀的伸出量 ,并应达到规定的偏差范围 . 底 刀螺钉 GB/T68 M10 45 5.2.3 底刀的材料 底刀部 T10,刀体部分 35 号钢 . 5.3 销轴的设计 销轴的结构设计如图 9 图 9 销轴的结构 5.3.1 销轴的联接性能 销轴 是用来联接连杆和刀柄 的重要连接件 ,把两个连杆和刀柄串联在一起 ,达到受力均匀一致，在刀柄的固定的地方，采用轴肩和紧固螺母 固定，有效的防止了刀柄的左右滑动。 5.3.2 销轴的材料 销轴材料选用 T8 5.3.3 销轴的强度校核 销的抗剪 强度许用切 应力 aP MP80 , 销的抗剪强度 Zd Fb 24 (18) 沙柳材切断机主机设计 16 24 2 2 0 0 03 . 1 4 7 0 15 7 8 0a P aP M P 式中 : F 横向力 (N) d 销的直径 (mm) Z 销的个数 5.4 刀柄 的设计 刀柄 的结构设计如图 10 图 10 刀柄的结构设计 5.4.1 刀柄安装 刀柄安装螺栓： GB/T5782 M30 120 刀柄安装螺母： D M30 GB/T6170 弹簧垫片： GB/T93 30 刀柄端止动圆螺母： GB/T812 M50 1.5 顶刀柄螺栓： M16 160 B 级 GB/T5783 2000 顶刀柄螺母： D M16 GB/T6170 5.4.2 刀柄 的材料 刀柄的材料选用铸铁 5.5 滑块的设计 滑块的结构设计如图 11 内蒙古农业大学学士学位论文 17 图 11 滑块的结构 5.5.1 滑块的性能 滑块固定在机架上，做切削运动时滑轨沿滑块滑动，保证了刀的切削轨迹，和对沙柳材的切削质量，提高 切削质量从而提高切削效率 . 5.5.2 滑块的材料 滑块的材料选用铸铁 5.6 连杆的设计 连杆的设计如图 12 图 12 连杆的设计 5.6.1 连杆的 作用 连接 飞轮和刀柄，传递功率，将飞轮的圆周运动转化成刀的往复运动实现对木材的往复式切削。 5.6.2 连杆轴固定 连杆轴轴端挡圈： 挡圈 GB/T891 B50 螺钉 M6 16 5.6.3 连杆 的材料 连杆 的材料选用 45#钢。 5.7 主动轴的设计 主动轴的结构如图 13。 沙柳材切断机主机设计 18 图 13 主动轴的结构 5.7.1 轴的材料 轴的材料有 35号钢、 45 号钢、 50号钢等优质碳素钢 ,根据实际情况选用 45Cr，调质处理 。 5.7.2 轴承的选用 轴承选用深沟球轴承 ,因为深沟球轴承主要承受径向载荷 ；可同时承受小的轴向载荷 ；当量摩擦系数最小 ；价格最低 .滚动轴承代号 : 6216 (GB/T276 1994) 5.7.3 轴承座的选用 轴承座 选用 B型 不 等径孔型的 ,型号 :Z2516D 轴承座螺栓 M20 65 B 级 GB/T5783 2000 5.7.4 胀紧套的选用 胀紧套：大带轮用 Z2 90 130 GB5867 86 5.7.5 轴的强度校核 1) 选择轴的材料为 45Cr 钢 ,调质处理 查得 ： ab MP735,as MP540,aMP3551 aMP2001 2) 初步确定轴径 根据 机械设计 (第七版 )表 15-3取 A=97,轴的 输入 直径mmnpAd 8430 6.1997/ 33 (19) 3) 轴的结构设计 见 图 14, 取轴 径处直径为 90mm,与带 轮孔配合 ,其余依次为 ： mmd 802 , mmd 753 。 4) 计算支承反力 ,弯矩及扭矩 轴的受力简图 见 图 14(a), a: 求支承反力 垂直 面支承反力 见 图 14(b) 内蒙古农业大学学士学位论文 19 根据 0cM 097233397190 125 vvv FFvFF (20) NF v4 1 3 8 31901902 6 2 1 5972 9 7 1 15 (21) NFFFF vvvv 4075841383297112621522 5134 (22) b:水平 面支承反力 见 图 14(c) 根据 0cM NFFFFF tttHH 410702/262152621529711 2/)( 32154 (23) c:垂直面弯矩图见图 14(b) mNFFM vvcv 762314026215974075814097 24 mNFFM vvcv 741313626215934138313693 35 d:水平 面弯矩图见图 14(c) mNFFM tHCH 7 6 5 314097 24 e:合成弯矩图见图 14(d) 由图知 F点是危险节面点 mNMMM cHcva 1082276537623 2222 (24) f:扭矩图见图 14(e) 传动带 轮传递的扭矩 mNT