陈义舟2稿.doc

学号 2012030361088 密级 武汉东湖学院本科毕业论文 某木材加工厂带锯锯齿打磨机设计 送料及打磨部分设计 院 系 名 称 机电工程学院 专 业 名 称 机电一体化技术 学 生 姓 名 陈义舟 指 导 教 师 张荣 讲师 二 一四年五月 郑郑 重重 声声 明明 本人呈交的学位论文 是在导师的指导下 自己独立进行研究 工作所取得的成果 所有数据 图片资料真实可靠 尽我所知 除 文中已经注明引用的内容外 本学位论文的研究成果不包含他人享 有著作权的内容 对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人 和集体 均已在文中以明确的方式标明 本学位论文的知识产权归 属于培养单位 本人签名 日 期 I 摘 要 一款新型的带锯锯片打磨机主要用于打磨锯齿前角 提高锯片的使用效率 和精度 锯片和砂轮同步间歇运转 这种方式不仅提高了工作效率也满足了锯 片工作所需的精度 我所设计的这款带锯锯齿打磨机主要是由电动机装置 传动装置 包括皮 带传动和连杆传动 打磨装置所组成的 采用打磨机机架与带锯锯片同步间歇 运动的方式 1号电动机匀速旋转通过减速器和带轮传动带动凸轮和锯齿同步转 动 凸轮外径大小与锯齿外径大小一样 安装刚好相错一个齿位 凸轮转到最 低点 连杆被拉簧拉回 砂轮回退不打磨锯齿 凸轮转到最高点 连杆推动砂 轮前移打磨锯齿 当锯齿逆时针旋转一个齿位的过程中 打磨机前进 高速旋 转的2号电动机带动砂轮打磨锯齿前角 打磨完毕打磨机后退 锯齿再移动一个 齿位 打磨机再前进再打磨 如此周而复始直至打磨完所有的锯片 最后利用 solid works三维软件进行三维运动仿真 关键词 带锯 磨齿机 solid works 三维运动仿真 II ABSTRACT A new type of band saw blade grinding machine is mainly used for grinding blade rake Angle improve the efficiency and precision of the saw blade Saw blade and grinding wheel synchronous intermittent operation this way not only improves the work efficiency and satisfy the accuracy of the saw blade work required I designed the band saw blade grinding machine mainly by the motor device transmission device including the belt drive and connecting rod drive polishing device the frame synchronization with band saw blade grinding machine intermittent movement 1 rotate at a constant speed motor through the gear reducer and belt wheel transmission driven CAM and sawtooth synchronous rotation the CAM diameter size and the sawtooth outer diameter size installation with just a tooth bit turn CAM to the lowest point connecting rod tension spring back grinding wheel back grinding blade not CAM to the highest point connecting rod drive wheel forward grinding blade When sawtooth counterclockwise a tooth bit in the process of grinding machine high speed rotating 2 motor driving wheel grinding blade rake Angle the completion of polishing machine back sawtooth and moving a tooth burnish machine go forward again burnish so and the process continues until all of the saw blade grinding finish finally using solid works 3 d software for three dimensional motion simulation Keywords Band saw Gear grinding machine Solid works Three dimensional motion simulation 目目 录录 摘 要 I ABSTRACT II 第 1 章 绪论 1 1 1 本论文的目的意义及国内外现状 1 1 2 本论文的主要内容 1 1 3 本论文的设计亮点 2 第 2 章 机构总体运动方案设计 3 2 1 机构运动简图及工作原理 3 2 2 机构自由度计算 4 2 3 凸轮的设计 5 2 4 运动循环图 6 第 3 章 执行部分设计 7 3 1 传动装置 7 3 1 1 皮带传动 7 3 1 2 连杆传动 7 3 2 打磨装置 7 3 3 减速装置和连接装置 8 第 4 章 电机的选择 9 4 1 传动电机的选择 9 4 2 砂轮电机的选择 10 第 5 章 重要零部件的参数设计及校核 11 5 1 1 号轴的设计及强度校核 11 5 2 轴承寿命的校核 13 5 3 键的校核 13 5 4 V 带及带轮设计 14 第 6 章 三维运动仿真效果图 17 第 7 章 总结与展望 19 参考文献 20 致谢 21 附录 22 1 第第 1 1 章章 绪论绪论 1 1 本论文的目的意义及国内外现状 目的目的 随着我国木材需求量的 不断增加 木材加工业如今不断快 速发展 然而在实际锯材生产中 锯片的使用效率比较低 自动化打 磨装置十分稀缺 部分工厂采用手 持式人工打磨 相对而言工作量大 结构复杂 并且电动工具既要满足 手感要求 还要考虑美感 往往由 于打磨机无法固定和把持 再加上 操作人员的打磨技术水平不高或者使用不当 致使在打磨锯片的过程中不仅达不 到锯片使用时所需要的刚度和锋利程度而且还会使锯片的使用寿命大大缩短 因 此 为了降低加工成本 减轻工人工作负担 提高效率 更考虑到自动控制技术 发展的大趋势 电动锯片打磨机产生了 意义意义 企业为了在市场中能占据优势 满足 相关木材加工行业的生产需求 从而设计了 这款带锯锯片专用打磨机 该款带锯锯片专 用打磨机不仅自动化程度高 工作效率高 操作简便而且使用起来安全性能好 能够满 足生产过程中的所需的各项要求 与传统的 手持式电动打磨机相比 不但提高了使用效 率 减轻了工人的劳动强度还降低了生产成 本 并且对于打磨机行业来说也是一种变革 与创新 从大的方面来说 由于我国工业起步较晚 工业基础较差 科学技术水 平不高 我国的打磨机产品与国外的产品相比不论是技术含量还是自动化程度 工作效率 切割质量等技术指标都远远落后 所以 研究和设计出新型的锯片打 磨机具有很强的现实意义和并且必将带来一定的经济效益 图 1 1 手持式打磨机 1 图 1 2 手持式打磨机 2 2 国内外发展现状 国内外发展现状 由于我国的人力资源丰富 市场上磨齿机价格比较高 初期投资比较大 集 成度不够高 这些因素直接影响到了打磨机的推广与应用 所以目前打磨机的应 用还是比较局限的 另外一个方面 目前所用的锯齿研磨机大多来自进口 我国 在该方向上的研究比较少 技术不够成熟 虽然也有厂家生产出了技术含量很高 的机器 但是受长期进口的影响 采用国产研磨机的还是比较少 从现在存在的问题来看 我国锯齿打磨机的研究需要解决以下几个方面的问 题 以便达到广泛应用 提高效率 精度 取代进口的目的 首先 降低成本 当然这不能通过降低质量来实现 其次 精度上要加强 达不到精度要求的机器 没有实用性 再者 提高集成度 目前多采用多台机器研磨锯齿 我们可以想办 法用1台机器来代替 从而大大降低成本 提高简洁性和实用性 1 2 本论文研究的主要内容 1 机构总体运动方案设计 介绍带锯锯片专用打磨机的主要功能及工作原理 2 原动机选择 机械运动方案设计及相关机构设计 3 了解带锯锯片专用打磨机的各种工作状态 熟悉打磨机的各主要部件 了 解它们的功能和用处 4 传动部分设计及关键机械零件的设计 校核 5 控制部分设计 画出起带锯锯片专用打磨机的工作原理图 6 做出带锯锯片专用打磨机的三维运动仿真 1 3 本论文的设计亮点 1 该设计打破了传统锯齿打磨的工作缺陷 无需人为手动操作 节约了人力 和财力 提高了工作效率 2 相对于手持式打磨机 打磨精度进一步得到提高 3 结构简单 运动紧凑协调 受力均匀平衡 4 根据形态学设计外观 简单大方 无需考虑人机手感相适应问题 5 可操作性强 自动化程度较高 实用性较高 3 第第 2 2 章章 机构总体运动方案设计机构总体运动方案设计 2 1 机构运动简图及工作原理 这款带锯锯齿打磨机主要是由电动机装置 传动装置 包括皮带传动和连杆 传动 打磨装置所组成的 采用打磨机机架与带锯锯片同步间歇运动的方式进 行工作 图 2 1 运动方案图 图 2 2 机构运动简图 1 号电机 2 号电机 1 号转轴 4 机构工作原理 1号电动机匀速旋转通过减速器和带轮传动带动凸轮和锯齿同步转动 凸轮5 外径大小与锯齿外径大小一样 安装刚好相错一个齿位 凸轮转到最低点 连杆 被拉簧拉回 砂轮回退不打磨锯齿 凸轮转到最高点 连杆推动砂轮前移打磨锯 齿 当锯齿逆时针旋转一个齿位的过程中 打磨机前进 高速旋转的2号电动机 带动砂轮打磨锯齿前角 打磨完毕打磨机后退 锯齿再移动一个齿位 打磨机再 前进再打磨 如此周而复始直至打磨完所有的锯片 这种方式不仅提高了工作效 率也满足了锯片工作所需的精度 2 2 机构自由度的计算 由于在此平面机构中 各个组件只做平面运动 所以每个自由构件具有三个 自由度 而每个平面底副 转动副和移动副 各提供两个约束 每个平面高副 只提供1个约束 设平面机构中共有n个活动件 注 机架不是活动构件 在各 个构件尚未用运动副连接时 它们共有3n个自由度 而当各个构件用运动副连接 之后 设共有p1个低副和Ph个高副 则它们将提供 2P1 Ph 个约束 在计算自由 度时 应减去局部自由度F 故机构的自由度为 F 3n 2P1 Ph F 公式2 1 由机构运动简图可看出 此机构共3个活动件 即砂轮 凸轮轴 砂轮连杆 1个连杆低副 4个高副 1个齿轮高副 1个涡轮蜗杆高副 凸轮与推杆 砂轮与 推杆分别构成的2个高副 2个滚子虚约束 故该机构的自由度为 F 3 3 2 1 4 2 1 5 6 2 3 凸轮的设计 根据运动机构要求 凸轮作为主动件做等速转动 需要满足凸轮行程与齿轮 行程成比例 凸轮外径大小与锯齿外径大小一样 安装刚好相错一个齿位 凸轮 转到最低点时 齿轮转到最高点 凸轮转到最高点时齿轮正好转到最低点 锯齿齿高 50mm 共 30 个齿 故锯齿外径为 500mm 则凸轮外径为 500mm 最 高点与最低点的距离为 20mm 即行程 20mm 具体尺寸如下图 图 2 3 凸轮尺寸设计 7 2 4 运动循环图 凸轮机构最高点最低点最高点最低点 砂轮机构前进后退前进后退 表 2 1 运动循环图 图 2 4 砂轮行程 图 2 5 凸轮行程 8 第 3 章 电机的选择 3 1 传动电机的选择 根据锯片的设定 我们取锯片为 30 个齿 每打磨一个齿耗时 1s 所以转轴 的转速是 2r min 传递功率初步估测为 0 37kw 而设定的大带轮直径是 300mm 小带轮的直径是 100mm 因此小带轮的转速是 6r min 再倒推二级减速器的传动 二级减速器选择蜗轮蜗杆传动和齿轮传动相配合 蜗轮蜗杆的传动比分别为 i蜗轮 50 齿轮的传动比为 i齿轮 5 1号电机是带动转轴转动去联动凸轮和锯片卡盘的转动 从而形成锯片卡盘 的匀速圆周运动 而凸轮的转动来带动连杆从而拉动砂轮的前后运动行程 使得 整个装置做一个周期性运转 图2 4 1是1号电机 其工作功率小 降低了工作时 的能耗 转速慢 从一方面来说增强了整个结构的稳定性 整个装置在运作的过 程中震动不会很大 图3 1 1号电机 所以我们选定电机的转速为 1500r min 所以选择电机型号为 Y801 4 表 3 1 电机参数 堵转转矩 倍数 最大转矩 倍数 电动机型号额定功率 KW 满载转速 r min 1额定转矩 倍数 额定转矩 倍数 质量 kg Y801 40 5513902 42 317 表 3 1 Y801 4 电机参数 9 3 2 砂轮电机的选择 2 号电机是带动砂轮进行高速匀速运转 从而去打磨锯片 因为这个电机是 整个悬挂在一个面板上面的 所以在选择的时候 我们考虑到了其自身的重量 工作运转时产生的震动但是又要保证它能够稳定的匀速带动砂轮运转 图3 2 2号电机 根据砂轮所需要求和电机摆放位置的要求 考虑到电机质量需较轻且转速需 满足要求 我们选择砂轮电机型号为 表 3 2 电机参数 堵转转矩 倍数 最大转矩 倍数 电动机型号额定功率 KW 满载转速 r min 1额定转矩 倍数 额定转矩 倍数 质量 kg Y801 20 7528252 22 316 表 3 2 Y801 2 电机参数 10 第 4 章 主要执行部分 4 1 传动装置 带锯锯齿打磨机的传动装置主要由皮带传动和连杆传动 两部分组成 4 1 1 皮带传动 皮带传动是电机通过一个二级减速器再经过皮带的传动 将最后的转速传递给转轴 转轴再通过一个键连接将转速传 给锯片卡盘和凸轮 如图2 4 皮带传动 4 1 2 连杆传动 连杆传动是通过凸轮的转动 每当连杆上的滚轮在凸轮 上从一个远端走到最近端最后回到最远端的一个过程 会带 动连杆的传动带动另外一端固定的砂轮做一个前进后退的周 期运动 从而达到周期性循环 如图2 5 连杆传动 图4 2 连杆传动 4 2 打磨装置 带锯锯齿打磨机的打磨装置采用的是一 个砂轮直接连接着一个电机 电机的高速运 转带动砂轮的运转 砂轮又在连按的作用下 做前进后退往复运动从而实现打磨 图 4 1 皮带传动 图 4 3 打磨装置 11 4 3 减速装置和连接装置 在连杆传动的过程中 我们在机架和滑动面板之间采用了导轨滑块组件 使 着连接在面板上的砂轮做直线上的往复周期性运动 而在皮带传动和电机连接直 接我们选用的是一个二级减速器 将电机里面出来的高速运转的东西最后能平稳 的传动给转轴 如下图 2 7 所示 图 4 4 减速装置 图 4 5 连接装置 12 第第 5 5 章章 重要零部件的重要零部件的设计及校核设计及校核 5 1 1 1 号轴的设计及校核号轴的设计及校核 我们设计的带锯锯齿打磨机的 1 号转轴材质 45Cr 在轴上有两个键槽 转速 为 2r min 由 机械零件设计手册 中的图表查得 选 45 号钢 调质处理 HB 217 250HBS 650MPa 360MPa 280Mpa b s 1 由 1 号电机选择得功率 P 0 55kw 总 齿 蜗杆 带 0 55 0 96 0 7 0 96 0 37 传递功率 P0 P 总 0 37kw 按照扭转强度的条件计算 这种方法是按轴所受的扭矩来计算轴的强度 如果还受有不大的弯矩时 则 用降低许用扭转切应力的方法予以考虑 在做轴的结构设计时 通常用这种方法 初步估算轴径 轴的扭转强度条件为 公式 5 1 式中 TT 扭转切应力 M Pa T 轴所受的扭矩 N mm WT 轴的抗扭截面系数 mm3 n 轴的转速 r min P 轴传递的功率 kw d 计算截面处轴的直径 mm TT 许用扭转切应力 M Pa 见表 4 1 表 5 1 轴常见几种材料的 TT 及 A0值 轴的材料Q235 A 20 Q275 35 1Cr 18Ni9Ti 45 40Cr 35SiMn 38SiMnMo 3Cr13 TT M Pa15 2520 3525 4535 55 A0149 126135 112126 103112 97 2 0 n 9550000 3 d P TW T 13 由上式可得轴的直径 公式 5 2 式中 取 A0 105 查表 15 3 对于空心轴 则 mm 考虑键槽对轴的削弱 将直径增大 5 7 则 1 号轴的最小直径 D 59 83 1 5 62 82mm 应轴端连接轴承 是标准件 其直径应取标准直径 D 65mm 所以转轴取 D 65mm 45Cr 在轴上有两个键槽 传递的功率 P 0 37kw 转 速为 2r min 是满足要求的 根据轴上零件的定位 装拆方便的需要 同时考虑到强度的原则 1 号轴设计 为阶梯轴 确定轴各段直径和长度 1 从轴的左端开始 连接轴承 1 取 D1 65mm L1 75mm 2 第二段连接机架 取机架厚度为 30mm 故 D2 65mm L2 75mm 3 第三段连接轴承 2 取 D3 65mm 则 L3 150mm 4 第四段连接大带轮 考虑到键槽对轴的影响 取 D4 70mm 长度取 L4 300mm 4 第五段加上轴套 取 D5 80mm 长度取 L4 60mm 6 第六段连接凸轮 取 D6 70mm 长度取 L4 300mm 7 第七段连接轴承 3 取 D6 65mm L6 240mm 轴的相应尺寸如下表 D1 L1D2 L2D3 L3D4 L4D5 L5D6 L6 65 7565 7565 15070 30080 6065 240 表 5 2 轴尺寸设计 3 0 3 33 n P A n P 2 0 9550000 n2 0 P9550000 d 3 0 2 0 9550000 A 83 59 2 37 0 105 n P Ad 33 0 14 3 6 36 h 101 21 10 5 311 260 10 L 图 5 1 1 号轴尺寸设计 5 2 轴承的寿命校核 1 号轴上的三个轴承采用的同一种轴承 根据转轴直径 D 65mm 查机械设计 课程设计表 14 1 选择轴承 6211 得 d 65mm D 120mm B 23mm Cr 57 2kN 根据公式 公式 5 3 对于球轴承 3 2r min 1 1ntf1f p P 公式 5 4 arYFXF 查机械设计 13 5 得 X 1 Y 0 则 P Fr 20 公式 5 5 已知 P0 370w n0 2r min 又 Ft1 2T1 d T1 9 55x106xP0 n0 1 77x109 故 P T1 tan d1 1 77 109 tan20 300 2 1x106w 1 67 108 h L h 16 300 5 24000h L h L h 故轴承校核合格 5 3 键的校核 一号转轴上共有两个键 分别与大带轮和凸轮连接 根据轴的公称直径 d 65mm 查机械设计课程设计表 13 21 得 n60 10 f6 Pfp Cr h t L 2 tan1 t F 15 键的公称尺寸 b h 18 11 公称长度 L0 300mm 查机械设计课程设计表 6 1 选择键的长度 L 90mm 标记为 GB T1096 键 18 11 90 圆头普通平键 A 型 选材 45 号钢 p 100 200MPa 选材为 45 号钢 p 4 9 55 105 65 11 90 136MPa p 键校核合格 5 4 V 带及带轮设计 由前面算的 V 带传动功率 P 0 37Kw 转速 n 6r min 传动比 i 3 每天工 作 8 小时 1 确定计算的功率 P ca 由机械设计手册查得工作情况系数 KA 1 2 故 P ca KAP 1 2 0 37 Kw 0 44 Kw 2 选择 V 带的带型 根据 P ca n 查表选用 A 型 3 确定带轮的准直径 d 并验算带的速度 v 1 初选小带轮的基准直径 d1 经查表 取小带轮的基准直径 d1 100mm 2 验算带速 v 按公式验算带的速度 m s 因为 v 30m s 故带速合适 3 计算大带轮的基准直径 根据公式 计算大带轮的基准直径 d2 mm3001003 112 dd did 根据查表 圆整为 d2 315 mm 4 确定 V 带的中心距 a 和基准长度 Ld 1 根据公式 初定中心距 a0 500mm 2 由公式计算带所需的基准长度 hl T d 4 1 0314 0 100060 610014 3 100060 1 md nd v 16 公式 5 6 mm1648 经查表选带的基准长度 L 1600 mm 3 按公式计算实际中心距 a mm 中心距的变化范围为 456 mm 528 mm 5 验算小带轮上的包角 6 计算带的根数 z 1 计算单根 V 带的额定功率 Pr 由 d1 100 mm 和 n 6r min 查表得 P0 0 15 Kw 根据 n 6r min i 3 和 A 型带 查表得 P0 0 003 Kw 查表得 K 0 906 KL 0 99 于是 V 带的根数 z 故 V 带取 4 根 7 计算单根 V 带的初拉力的最小值 F0 min 经查表得 A 型带的长度质量 q 0 1kg m 所以 3081 7 N 应使带的实际初拉力 F0 F0 min 5004 100300 300100 2 14 3 5002 2 480 2 16481600 500 2 0 0 LL aa d 0 2 21 2100 4 2 2 a dd ddaL dd dd 90 1 156 3 57 480 100300 1803 57180 12 1 a dd dd 2 3 99 0 906 0 003 0 15 0 44 0 00 L ca KKPP P z 2 2 0 0314 01 0 906 0 906 05 2 0314 04 44 0500 5 2 500 min qv K K zv P F c 17 8 计算压轴力 Fp 压轴力的最小值为 经计算 确定大带轮之间 D 310mm 小带轮直径 d 100mm 如图为带轮尺寸设计 图 5 2 带轮尺寸设计 NzFF24112 2 1 156 sin 8 308142 2 sin2p 1 0 18 第第 6 6 章章 三维运动仿真效果图三维运动仿真效果图 我们采用的 s o l i d w o r k s 2012 三维设计制作该机构的三维运动仿真 图 该软件操作简单 易掌握 主要分别设计出传动装置 控制部分 打磨装置 将各个执行部分组装起来 构造整体机构装配图 图 7 1 主视图 图 7 2 总视图 图 7 3 俯视图 19 图 7 4 右视图 图 7 4 左视图 20 第第 7 7 章章 总结与展望总结与展望 本方案所设计的新型某木材加工厂带锯锯齿打磨机 改变了传统打磨机的工 作方式和原理 它运用新的方式实现了自动化程度高 工作效率高 操作简便而 且使用起来安全性能好 能够满足生产过程中的所需的各项要求 目前我国的打磨机产品与国外的产品相比不论是技术含量还是自动化程度 工作效率 切割质量等技术指标都远远落后 因此 如何打破这种落后的局面 如何在竞争如此激烈的国际贸易中抢占市场便成了众多生产厂家急需解决的重大 问题 所以 研究和设计出新型的锯片打磨机具有很强的现实意义和很大的经济 效益 我们设计的这款新型带锯锯齿打磨机 无需人为手动操作 节约了人力和财 力 提高了工作效率 相对于手持式打磨机 打磨精度进一步得到提高 结构简 单 运动紧凑协调 受力均匀平衡 根据形态学设计外观 简单大方 无需考虑 人机手感相适应问题 可操作性强 自动化程度较高 实用性较高 这款锯齿打 磨机的应用前景还是相当可观的 21 参考文献参考文献 1 濮良贵 纪名刚 机械设计 第八版 高等教育出版社 2011 2 成大先 机械设计手册 轴承 M 4 版 北京 化学工业出版社 2002 3 孙桓 陈作模 葛文杰 机械原理 高等教育出版社 4 卢敦民 机电传动控制 第一版 哈尔滨工程大学出版社 5 杨建民 工程材料 第一版 机械工业出版社 6 吴浩 宗振奇 张磊 机械设计课程设计手册 M 北京 高等教育出版社 7 机械原理课程设计手册 北京 高等教育出版社 8 钟毅芳 杨家军 机械设计原理与方法 上 下册 M 武汉 华中科 技大学出版社 2002 9 中国机械设计大典编委会 中国机械设计大典 第 1 6 卷 M 南昌 江西科技出版社 2002 10 联合编写组 金属机械加工工艺人员手册 M 上海 上海科学技术 出版社 1981 11 中国轻工业总会 轻工业技术装备手册