普通旋切機機座與刀架部件設(shè)計【22張CAD圖紙+PDF圖】

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本設(shè)計依據(jù)各個設(shè)計要素在旋切機中的布置和作用將機座和刀架部件細(xì)分為5個部分：棍架、電機底座、底架、刀架、導(dǎo)軌。首先提出設(shè)計準(zhǔn)則和設(shè)計要求，以這些準(zhǔn)則和要求作為整個設(shè)計的方向和要點展開設(shè)計。然后在準(zhǔn)則和要求的前提下，對5個細(xì)分結(jié)構(gòu)進行結(jié)構(gòu)和尺寸的設(shè)計、制造工藝的簡單分析、材料選擇、技術(shù)要求研究以及強度與剛度的校核等。結(jié)構(gòu)細(xì)分設(shè)計脈絡(luò)旋切機的總體介紹旋切機的總體介紹n如圖所示，三根大小相同摩擦棍夾緊木料，使木料在摩擦力的作用下作回轉(zhuǎn)運動，進而使在木料回轉(zhuǎn)切線方向的刀具將木料切成薄片n其中圖中三個摩擦棍的角速度相同，轉(zhuǎn)動方向如圖所示工作原理簡介旋切機的總體介紹旋切機的總體介紹旋切機的總體結(jié)構(gòu)如圖所示，旋切機主要由以下8個部分組成：1.底架、2.棍架、3.摩擦棍及齒輪傳動系統(tǒng)、4.電機及鏈傳動系統(tǒng)、5.電機底座、6.刀架、7.液壓系統(tǒng)、8.導(dǎo)軌。其中3、4兩部分構(gòu)成旋切機的傳動系統(tǒng)，為摩擦棍提供工況需求的扭矩和轉(zhuǎn)速。7為液壓系統(tǒng)，用于調(diào)節(jié)刀架的位置，以適應(yīng)不同直徑的大小的木料的切割。1、2、5、6、8構(gòu)成旋切機的機座與刀架部件，主要用于支撐和容納其他零部件。根據(jù)設(shè)計題目，他們也 就是本設(shè)計所要設(shè)計的部分。棍架的設(shè)計棍架的設(shè)計n棍架結(jié)構(gòu)形式的確定：一般機架類零件常用結(jié)構(gòu)形式有桿系結(jié)構(gòu)、板殼結(jié)構(gòu)、實體結(jié)構(gòu)。其中板殼類結(jié)構(gòu)由薄壁構(gòu)成，其厚度方向的尺寸小于其他方向的尺寸，適于中小型的機架，根據(jù)以上結(jié)構(gòu)形式的特點，選擇棍架結(jié)構(gòu)形式為板殼類結(jié)構(gòu)。n棍架制造工藝的簡單分析：棍架屬于機座類零件，常用的制造工藝有鑄造和焊接。鑄造機架性能好，適合復(fù)雜結(jié)構(gòu)的機座。焊接機架生產(chǎn)周期短，經(jīng)濟適用。根據(jù)以上工藝的特點結(jié)合棍架的工況要求低等特點選擇棍架制造工藝為焊接。n棍架材料選擇：一般類似于機座零件的常用材料為鑄鐵和碳鋼。其中鑄鐵流動性好適合于鑄造。而碳鋼強度大適合于受力較大的機座。根據(jù)兩種材料的特性結(jié)合棍架的制造工藝，確定棍架材料選擇碳鋼，而在 碳鋼中Q235碳素結(jié)構(gòu)鋼具有高的塑性、韌性且焊 接性能良好。因此最終確定棍架的材料選擇Q235 碳素結(jié)構(gòu)鋼。n最后根據(jù)棍架的工況要求及相關(guān)零件的尺寸 確定棍架各部分尺寸。棍架的強度與剛度校核棍架的強度與剛度校核 根據(jù)棍架及其所承載的各零件的密度和體積估算出棍架所受載荷為G=2KN。G均布作用于整個棍架。由此作出棍架所受剪力圖和彎矩圖。根據(jù)棍架截面形狀尺寸，由面積法求出截面形心，然后由形心位置求出截面形心主慣性矩。由剪力圖求出棍架所受最大彎矩，由公式 求出棍架所受最大彎曲正應(yīng)力 查閱資料得Q235的許用應(yīng)力=160MPa 由此可知強度滿足要求 依據(jù)簡單載荷的梁變形表得撓度 代入相關(guān)數(shù)據(jù)得出撓度值與允許撓度值比較 在允許撓度范圍內(nèi)，滿足剛度要求電機底座的設(shè)計電機底座的設(shè)計 由于電機底座與棍架結(jié)構(gòu)類似，因此其結(jié)構(gòu)類型，材料，工藝等設(shè)計同于棍架的設(shè)計。電機底座的設(shè)計電機底座的設(shè)計 電機底座的強度校核電機底座的強度校核分析可知電機底座主要受力G1、G2和F3、F4的作用，根據(jù)各已知力的大小和如下受力簡圖，求出電機底座受力情況根據(jù)以上力的大小作出電機底座剪力圖 ；由剪力圖作出彎矩圖如下同樣根據(jù)電機底座的截面及其尺寸求出其形心，進而求出形心主慣性矩，然后由公式求出最大彎曲正應(yīng)力由此可知出電機底座滿足強度要求底架的設(shè)計底架的設(shè)計由于底架作用主要就是支撐其他零部件，其比較單一，因此結(jié)構(gòu)以經(jīng)濟適用為主。由此選擇底架由18#熱軋槽鋼焊接而成桿系結(jié)構(gòu)。底架的結(jié)構(gòu)設(shè)計與材料選擇底架的強度校核由于底架由槽鋼構(gòu)成，因此進行強度校核之前首先對其穩(wěn)定進行討論，根據(jù)底架尺寸求出其長細(xì)比查閱相關(guān)資料得槽鋼的由此可知不用對槽鋼穩(wěn)定性進行校核因此直接根據(jù)底架所受的軸力對其強度進行校核得最大應(yīng)力 由此可知底架滿足強度刀架的設(shè)計刀架的設(shè)計刀架的工藝分析：刀架結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜不適合焊接，因而確定刀架采用鑄造工藝加工。由于刀架工況要求較高，因而鑄造獲得毛坯后還需進行機加工。刀架的材料選擇：由刀架的加工工藝可知刀架材料應(yīng)具有良好的鑄造性能和機加工性能，查閱相關(guān)資料得ZG270-500鑄鋼具有良好的鑄造性能和機加工性能。因而選擇刀架材料為ZG270-500。導(dǎo)軌的設(shè)計導(dǎo)軌的設(shè)計n導(dǎo)軌的類型選擇：根據(jù)常用導(dǎo)軌類型和導(dǎo)軌截面選擇導(dǎo)軌為矩形截面的普通滑動導(dǎo)軌，這種導(dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡單、結(jié)構(gòu)工藝性好、精度適中、使用維修方便等特點。適合于旋切機對導(dǎo)軌的工況要求。n導(dǎo)軌材料選擇：根據(jù)導(dǎo)軌對材料的要求-導(dǎo)軌材料應(yīng)具有良好的耐磨性、動靜摩擦系數(shù)小、尺寸穩(wěn)定性好等。選擇導(dǎo)軌材料為QT500-7球墨鑄鐵，其強度和塑性中等，硬度為170-230HBW 敬請各位老師批評指正！謝 謝！普通旋切機機座與刀架部件設(shè)計 院院 系：系：工學(xué)院工學(xué)院 班班 級：級：機制機制104104班班 姓姓 名：名：劉彪劉彪 學(xué)學(xué) 號：號：2010113220101132 指導(dǎo)老師：指導(dǎo)老師：龔水泉龔水泉設(shè)計概要設(shè)計概要 本設(shè)計依據(jù)各個設(shè)計要素在旋切機中的布置和作用將機座和刀架部件細(xì)分為5個部分：棍架、電機底座、底架、刀架、導(dǎo)軌。首先提出設(shè)計準(zhǔn)則和設(shè)計要求，以這些準(zhǔn)則和要求作為整個設(shè)計的方向和要點展開設(shè)計。然后在準(zhǔn)則和要求的前提下，對5個細(xì)分結(jié)構(gòu)進行結(jié)構(gòu)和尺寸的設(shè)計、制造工藝的簡單分析、材料選擇、技術(shù)要求研究以及強度與剛度的校核等。結(jié)構(gòu)細(xì)分設(shè)計脈絡(luò)旋切機的總體介紹旋切機的總體介紹n如圖所示，三根大小相同摩擦棍夾緊木料，使木料在摩擦力的作用下作回轉(zhuǎn)運動，進而使在木料回轉(zhuǎn)切線方向的刀具將木料切成薄片n其中圖中三個摩擦棍的角速度相同，轉(zhuǎn)動方向如圖所示工作原理簡介旋切機的總體介紹旋切機的總體介紹旋切機的總體結(jié)構(gòu)如圖所示，旋切機主要由以下8個部分組成：1.底架、2.棍架、3.摩擦棍及齒輪傳動系統(tǒng)、4.電機及鏈傳動系統(tǒng)、5.電機底座、6.刀架、7.液壓系統(tǒng)、8.導(dǎo)軌。其中3、4兩部分構(gòu)成旋切機的傳動系統(tǒng)，為摩擦棍提供工況需求的扭矩和轉(zhuǎn)速。7為液壓系統(tǒng)，用于調(diào)節(jié)刀架的位置，以適應(yīng)不同直徑的大小的木料的切割。1、2、5、6、8構(gòu)成旋切機的機座與刀架部件，主要用于支撐和容納其他零部件。根據(jù)設(shè)計題目，他們也 就是本設(shè)計所要設(shè)計的部分。棍架的設(shè)計棍架的設(shè)計n棍架結(jié)構(gòu)形式的確定：一般機架類零件常用結(jié)構(gòu)形式有桿系結(jié)構(gòu)、板殼結(jié)構(gòu)、實體結(jié)構(gòu)。其中板殼類結(jié)構(gòu)由薄壁構(gòu)成，其厚度方向的尺寸小于其他方向的尺寸，適于中小型的機架，根據(jù)以上結(jié)構(gòu)形式的特點，選擇棍架結(jié)構(gòu)形式為板殼類結(jié)構(gòu)。n棍架制造工藝的簡單分析：棍架屬于機座類零件，常用的制造工藝有鑄造和焊接。鑄造機架性能好，適合復(fù)雜結(jié)構(gòu)的機座。焊接機架生產(chǎn)周期短，經(jīng)濟適用。根據(jù)以上工藝的特點結(jié)合棍架的工況要求低等特點選擇棍架制造工藝為焊接。n棍架材料選擇：一般類似于機座零件的常用材料為鑄鐵和碳鋼。其中鑄鐵流動性好適合于鑄造。而碳鋼強度大適合于受力較大的機座。根據(jù)兩種材料的特性結(jié)合棍架的制造工藝，確定棍架材料選擇碳鋼，而在 碳鋼中Q235碳素結(jié)構(gòu)鋼具有高的塑性、韌性且焊 接性能良好。因此最終確定棍架的材料選擇Q235 碳素結(jié)構(gòu)鋼。n最后根據(jù)棍架的工況要求及相關(guān)零件的尺寸 確定棍架各部分尺寸。棍架的強度與剛度校核棍架的強度與剛度校核 根據(jù)棍架及其所承載的各零件的密度和體積估算出棍架所受載荷為G=2KN。G均布作用于整個棍架。由此作出棍架所受剪力圖和彎矩圖。根據(jù)棍架截面形狀尺寸，由面積法求出截面形心，然后由形心位置求出截面形心主慣性矩。由剪力圖求出棍架所受最大彎矩，由公式 求出棍架所受最大彎曲正應(yīng)力 查閱資料得Q235的許用應(yīng)力=160MPa 由此可知強度滿足要求 依據(jù)簡單載荷的梁變形表得撓度 代入相關(guān)數(shù)據(jù)得出撓度值與允許撓度值比較 在允許撓度范圍內(nèi)，滿足剛度要求電機底座的設(shè)計電機底座的設(shè)計 由于電機底座與棍架結(jié)構(gòu)類似，因此其結(jié)構(gòu)類型，材料，工藝等設(shè)計同于棍架的設(shè)計。電機底座的設(shè)計電機底座的設(shè)計 電機底座的強度校核電機底座的強度校核分析可知電機底座主要受力G1、G2和F3、F4的作用，根據(jù)各已知力的大小和如下受力簡圖，求出電機底座受力情況根據(jù)以上力的大小作出電機底座剪力圖 ；由剪力圖作出彎矩圖如下同樣根據(jù)電機底座的截面及其尺寸求出其形心，進而求出形心主慣性矩，然后由公式求出最大彎曲正應(yīng)力由此可知出電機底座滿足強度要求底架的設(shè)計底架的設(shè)計由于底架作用主要就是支撐其他零部件，其比較單一，因此結(jié)構(gòu)以經(jīng)濟適用為主。由此選擇底架由18#熱軋槽鋼焊接而成桿系結(jié)構(gòu)。底架的結(jié)構(gòu)設(shè)計與材料選擇底架的強度校核由于底架由槽鋼構(gòu)成，因此進行強度校核之前首先對其穩(wěn)定進行討論，根據(jù)底架尺寸求出其長細(xì)比查閱相關(guān)資料得槽鋼的由此可知不用對槽鋼穩(wěn)定性進行校核因此直接根據(jù)底架所受的軸力對其強度進行校核得最大應(yīng)力 由此可知底架滿足強度刀架的設(shè)計刀架的設(shè)計刀架的工藝分析：刀架結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜不適合焊接，因而確定刀架采用鑄造工藝加工。由于刀架工況要求較高，因而鑄造獲得毛坯后還需進行機加工。刀架的材料選擇：由刀架的加工工藝可知刀架材料應(yīng)具有良好的鑄造性能和機加工性能，查閱相關(guān)資料得ZG270-500鑄鋼具有良好的鑄造性能和機加工性能。因而選擇刀架材料為ZG270-500。導(dǎo)軌的設(shè)計導(dǎo)軌的設(shè)計n導(dǎo)軌的類型選擇：根據(jù)常用導(dǎo)軌類型和導(dǎo)軌截面選擇導(dǎo)軌為矩形截面的普通滑動導(dǎo)軌，這種導(dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡單、結(jié)構(gòu)工藝性好、精度適中、使用維修方便等特點。適合于旋切機對導(dǎo)軌的工況要求。n導(dǎo)軌材料選擇：根據(jù)導(dǎo)軌對材料的要求-導(dǎo)軌材料應(yīng)具有良好的耐磨性、動靜摩擦系數(shù)小、尺寸穩(wěn)定性好等。選擇導(dǎo)軌材料為QT500-7球墨鑄鐵，其強度和塑性中等，硬度為170-230HBW 敬請各位老師批評指正！謝 謝！普通旋切機機座與刀架部件設(shè)計 摘要 竹木旋切機是利用旋轉(zhuǎn)的摩擦棍夾緊木料旋轉(zhuǎn)以使木料在刀具上切片的機器。它的應(yīng)用使得原本珍貴的木材的利用率得到極大提高，對緩解我國木材供給緊張起到了極大作用。本文結(jié)合旋切機的應(yīng)用環(huán)境和未來的發(fā)展方向，本著高效實用的原則對旋切機的機座與刀架部件進行了詳細(xì)的設(shè)計，包括依據(jù)旋切機的工況環(huán)境對機座與刀架的結(jié)構(gòu)和尺寸的設(shè)計、材料選擇、制造工藝的分析、技術(shù)要求研究等。 關(guān)鍵詞 旋切機 機座與刀架 設(shè)計 Abstract Bamboo rotary cutting machine is to use the rotating friction roller clamping wood are rotated to make the wood slice in the tool machine. Its application has greatly increased the utilization rate of the original precious wood, to great effect on timber supply of our nervous. Application environment based on rotary cutting machine and the future direction of development, in line with the base and the rest parts of the principle of efficient and practical for the rotary cutting machine are designed in detail, including the basis of rotary cutting machine for working conditions of the structure and size of the machine and tool design, material selection, manufacturing process analysis, technical requirements research etc.. keywords Rotary cutting machine The base and the rest Design 摘要 1 Abstract 2 1 前言 5 2 旋切機的總體介紹 5 2.1 旋切機的功用介紹 5 2.2 旋切機的原理介紹 5 2.3 旋切機的結(jié)構(gòu)組成 6 3 機座部件設(shè)計的概要 7 3.1 機座部件設(shè)計的準(zhǔn)則 7 3.2 機座部件的設(shè)計要求 8 3.3 機座部件的整體分析 8 4 棍架的設(shè)計 8 4.1 棍架的結(jié)構(gòu)設(shè)計 8 4.2 棍架的材料選擇 9 4.3 棍架的尺寸確定及結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計 9 4.3.1 棍架側(cè)板及頂板的尺寸確定 9 4.3.2 棍座支承板的尺寸確定 10 4.3.3 座板的尺寸確定 10 4.4 棍架的強度與剛度校核 10 4.4.1 棍架側(cè)板的強度校核與剛度校核 10 4.4.2 棍架整體的強度與剛度校核 11 4.5 棍架及相關(guān)零件的尺寸公差、形位公差、及表面粗糙度 14 5 電機底座的設(shè)計 14 5.1 電機底座的結(jié)構(gòu)設(shè)計 14 5.2 電機底座的材料選擇 15 5.3 電機底座的尺寸確定及結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計 15 5.3.1 頂板的尺寸確定及結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計 15 5.3.2 左右側(cè)板的尺寸確定及結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計 15 5.3.3 前后側(cè)板的尺寸確定 16 5.3.4 棍座支承板的尺寸確定 16 5.3.5 肋板的尺寸確定 16 5.4 電機底座的強度與剛度校核 16 5.4.1 電機底座左右側(cè)板的強度與剛度校核 16 5.4.2 電機底座整體的強度與剛度校核 18 6 底架的設(shè)計 22 6.1 底架的結(jié)構(gòu)設(shè)計 22 6.2 底架的尺寸確定及結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計 22 6.2.1 大底板的尺寸確定 23 6.2.2 小底板的尺寸確定 23 6.2.3 槽鋼的尺寸選擇 23 6.2.4 大肋板尺寸確定 23 6.2.5 小肋板的尺寸確定 23 6.3 底架強度與剛度校核 23 6.3.2 橫梁的強度與剛度校核 24 7 刀架部件的設(shè)計 26 7.1 刀架部件的設(shè)計概要 26 7.2 刀架部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計及材料選擇 26 7.3 刀架零件的尺寸確定及結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計 27 7.3.1 刀架的尺寸確定及結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計 27 7.3.2 刀架側(cè)板的尺寸確定及結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計 27 8 導(dǎo)軌的設(shè)計 28 8.1 導(dǎo)軌的類型選擇 28 8.2 導(dǎo)軌截面形狀的確定 28 8.3 導(dǎo)軌材料的選擇 29 8.4 導(dǎo)軌的尺寸確定與技術(shù)要求 29 9 總結(jié)與致謝 29 參考文獻 30 1 前言 竹木旋切機是利用旋轉(zhuǎn)的摩擦棍夾緊木料旋轉(zhuǎn)以使木料在刀具上切片的機器。它的應(yīng)用使得原本珍貴的木材的利用率得到極大提高，對緩解我國木材供給緊張起到了極大作用。本文對竹木旋切機設(shè)計中的機座和刀架部件以及導(dǎo)軌的設(shè)計過程進行了詳細(xì)的介紹。全文可分為四分部分。第一部分為旋切機總體介紹，主要講解了旋切機的功用、原理及大致結(jié)構(gòu)；第二部分為機座的設(shè)計部分，該部分首先對機架設(shè)計的準(zhǔn)則和要求進行了闡述，然后在準(zhǔn)則和要求的指導(dǎo)下進行機座的具體設(shè)計，設(shè)計過程主要介紹了機座的結(jié)構(gòu)設(shè)計、尺寸設(shè)計及材料選擇，然對機座的強度和剛度進行了校核；第三部分為刀架和導(dǎo)軌的設(shè)計，該部分主要介紹了機架和導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計及、尺寸確定以及技術(shù)要求；最后一部分為總結(jié)，介紹了設(shè)計過程中的收獲。通過本文可以對旋切機機架的設(shè)計過程有全面的了解，并為旋切機機架的生產(chǎn)過程提供指導(dǎo)。 2 旋切機的總體介紹 2.1 旋切機的功用介紹 竹木旋切機主要是利用三根摩擦棍在摩擦力的作用下帶動夾在摩擦棍中間的木材旋轉(zhuǎn)，然后利用在木材切線方向的刀具將木材切成厚度均勻、連續(xù)的木片。竹木旋切機的發(fā)明，給木材的合理高效利用帶來了極大的便利。利用旋切機切下的木片，我們可以將它作為各種家具、器具、甚至汽車內(nèi)飾件等的表面裝飾。這樣就實現(xiàn)的木材價值利用的最大化，并且發(fā)揮了木材紋理的美觀性。對于我們中國這種森林資源匱乏的國家，竹木旋切機在緩解木材資源的匱乏是非常有價值的。 圖 2.1.1 旋切機切片效果 2.2 旋切機的原理介紹 如圖所示，周圍三實線圓代表三根摩擦棍，中間紫色雙點劃線為加工木料。三根摩擦棍的直徑大小、轉(zhuǎn)動角速度的大小均相等，而他們各自的轉(zhuǎn)動方向如圖所示。待加工木料在三根摩擦棍的擠壓和轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的摩擦力的作用下向按如圖所示的方向轉(zhuǎn)動。而刀具則安裝在的木料轉(zhuǎn)動的切線方向上，通過刀具與木料的相對運動實現(xiàn)對木料的切割。其中圖中的摩擦棍1、2的動力由同一個電機提供，中間通過齒輪傳動實現(xiàn)動力的傳遞。他們安裝在一個固定機座上。而摩擦棍3的動力則由另一個電機提供，動力傳輸通過鏈傳動實現(xiàn)。它和刀具的位置保持固定，并且它被安裝在另一個通過液壓控制的可以在導(dǎo)軌上移動的機座上，利用機座位置的改變實現(xiàn)切割不同直徑的木料時的運動進給。 圖 2.2.1 旋切機原理示意圖 2.3 旋切機的結(jié)構(gòu)組成 旋切機的總體結(jié)構(gòu)如下圖所示。 1為底架，主要由槽鋼和肋板構(gòu)成。通過地腳螺栓與地面接觸，起固定和支撐整機的作用。 2為摩擦棍架及齒輪傳動系統(tǒng)，主要由座板和齒輪等構(gòu)成。通過螺栓和焊接與底架連接，其作用為支撐和固定摩擦棍、及摩擦棍相關(guān)的傳動系統(tǒng)，提供動力傳遞。 3摩擦棍，主要由棍底座、摩擦棍、棍軸、軸承等構(gòu)成。其通過螺栓與摩擦棍架連接，主要作用為支撐摩擦棍。 4為電機及鏈傳動系統(tǒng)，主要由電機、鏈條、鏈輪等構(gòu)成。其與電機底5座通過螺栓連接，為右側(cè)單棍提供動力源及動力傳遞。 5為電機底座，主要由一些座板和肋板構(gòu)成。其通過螺栓與刀架連接，布置在刀架的上方。其作用為支撐電機和固定右側(cè)單棍。 6為刀架部分，主要由刀架及兩側(cè)支撐板構(gòu)成。其布置在導(dǎo)軌上，可以在導(dǎo)軌上滑動，起支撐刀具和確定刀具位置的作用。 7為液壓系統(tǒng)，其與刀架和底座相連，作用是為適應(yīng)不同直徑的木料的切割，通過該系統(tǒng)的提供動力來精確的控制和改變刀架的位置。 8為矩形導(dǎo)軌，由上下導(dǎo)軌面構(gòu)成，其主要作用為支撐刀架和約束刀架的運動軌跡。 圖 2.3.1 旋切機的結(jié)構(gòu)組成 1.底架 2. 摩擦棍架及齒輪傳動系統(tǒng) 3. 摩擦棍 4. 電機及鏈傳動系統(tǒng) 5. 電機底座 6. 刀架部分 7. 液壓系統(tǒng) 8. 矩形導(dǎo)軌 3 機座部件設(shè)計的概要 3.1 機座部件設(shè)計的準(zhǔn)則 1. 工況準(zhǔn)則，機座的設(shè)計首先必須保證機器的特定工作要求。如保證機器上安裝的零部件的正常運轉(zhuǎn)，保證上下料的要求，人工操作的方便及安全等。 2. 剛度準(zhǔn)則，在保證特定外形的條件下，必須保證機座的剛度要求。旋切機機座的剛度決定了旋切加工的效率和加工木料的質(zhì)量。 3. 強度準(zhǔn)則，對于一般設(shè)備的機座，剛度達到要求，同時也能滿足強度的要求。除重載設(shè)備在滿足剛度要求的同時還必須保證機器在運轉(zhuǎn)中可能發(fā)生的最大載荷情況下，機器上任何點的應(yīng)力都不得大于允許應(yīng)力。 4. 穩(wěn)定性準(zhǔn)則，對于細(xì)長的或薄壁的受壓結(jié)構(gòu)及受彎-壓結(jié)構(gòu)存在失穩(wěn)問題，某些板殼也存在失穩(wěn)問題或局部失穩(wěn)問題。失穩(wěn)對結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生很大的破壞，設(shè)計時必須校核。 5. 美觀，對機器的要求不僅要能完成特定的工作，還要使外形美觀。 6. 其他要求，除上述準(zhǔn)則外，機座設(shè)計時還有散熱要求、防腐蝕及特定環(huán)境的要求，對于精密機械、儀表等熱變形小的要求等。 對于旋切機而言，其工作環(huán)境良好，基本載荷平穩(wěn)無重大沖擊載荷，精度要求一般。因此在旋切機機座設(shè)計過程中主要考慮的工況準(zhǔn)則、剛度準(zhǔn)則、穩(wěn)定性準(zhǔn)則以及美觀的要求。對于強度準(zhǔn)則只需在設(shè)計完成后進行校核確保強度足夠即可。 3.2 機座部件的設(shè)計要求 在滿足機座設(shè)計準(zhǔn)則的前提下，必須根據(jù)機座的不同用途和所處環(huán)境，考慮以下各項要求，并有所偏重。 1. 機座的重量盡量輕，材料選擇合適，成本低。 2. 結(jié)構(gòu)合理，便于制造。 3. 結(jié)構(gòu)應(yīng)使機座上的零部件安裝、調(diào)試、修理和更換方便。 4. 結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，工藝性好，還應(yīng)使機座本身的應(yīng)力小，由溫度變化引起的變形應(yīng)力小。 5. 抗振性好。 6. 耐腐蝕、使機座結(jié)構(gòu)在服務(wù)期限內(nèi)盡量少修理。 7. 有導(dǎo)軌的機座要求導(dǎo)軌面受力合理，耐磨性好。 根據(jù)旋切機的用途和工況，對于機座部件的設(shè)計重點考慮材料、工藝、成本、調(diào)試、維修這幾個方面的要求。 3.3 機座部件的整體分析 機座是指設(shè)備的底架或部件，用于支撐、容納其他零部件，以便設(shè)備的使用或安裝附件而設(shè)計。本設(shè)計中的機座部件的主要作用就是支撐棍底座、電機、刀架、傳動部件、液壓部件以其他的一些附加件。根據(jù)上述定義以及圖2.3.1可知旋切機的機座部件包含以下三部分： 1. 棍架，圖2.3.1中2中支撐和固定摩擦棍底座的部分。 2. 電機底座，即圖2.3.1中的支撐和固定電機及單棍座的底座5。 3. 底架，即圖2.3.1中固定和支撐整機的底架1 4. 棍架的設(shè)計 4.1 棍架的結(jié)構(gòu)設(shè)計 在進行棍架結(jié)構(gòu)設(shè)計之前，首選對棍架的作用進行分析。棍架的主要作用是支撐摩擦棍以及摩擦棍相連的傳動系統(tǒng)。因此棍架屬于機座類部件中的機架零件，一般機架類部件的結(jié)構(gòu)形式有以下三種：桿系結(jié)構(gòu)、板殼結(jié)構(gòu)、實體結(jié)構(gòu)。其中板殼結(jié)構(gòu)由薄壁構(gòu)件組成，而薄壁構(gòu)件的厚度小于其他方向的尺寸，適于大小適中的機架類結(jié)構(gòu)。而桿系結(jié)構(gòu)適于特大型機架，實體結(jié)構(gòu)適于小型緊湊型機架。 由于摩擦棍座的跨度約800㎜，高度約為300㎜。據(jù)此可知整個棍架的前側(cè)面大小中等。根據(jù)上面的分析可知，棍架宜選用板殼式結(jié)構(gòu)。同時為獲得良好的抗彎慣性矩，初步確定棍架由四個側(cè)面薄板和一個頂部薄板構(gòu)成，而為保證棍座與底架的穩(wěn)定支承和牢固連接，底部設(shè)計兩塊座板連接底架。根據(jù)以上分析再結(jié)合圖2.3.1可知，棍架的組成有：前后側(cè)板、左右側(cè)板、頂板、兩個座板、兩個棍座支承板。 4.2 棍架的材料選擇 查閱有關(guān)材料手冊得知，類似于機座類零件的常用材料為鑄鐵或碳鋼。其中鑄鐵的流動性良好，體收縮和線收縮較小，容易獲得形狀復(fù)雜的鑄件，其切削性良好，價格便宜適合大批量生產(chǎn)。而碳鋼相對于鑄鐵則相反，其流動性差，抗震性能不如鑄鐵，但其彈性模量大，強度比鑄鐵大，故碳鋼適合于受力較大的機座。由于棍架 的其結(jié)構(gòu)簡單但需要承受一定的彎矩和軸力的作用，故選擇材料為碳鋼。 在確定具體選用哪種材料之前，需對棍架的制造工藝進行簡單分析。一般機座類部件的制造工藝有兩種，鑄造機座和焊接機座。由于鑄造機座的性能好、價廉、吸振能力強，因此對于復(fù)雜的、大批量生產(chǎn)的、對抗振要求較高的機座類零件常采用鑄造的形式。而焊接機座則具有生產(chǎn)周期短、重量輕、成本低等優(yōu)點，因而在一般的機座類零件的制造中焊接機座更經(jīng)濟適用。對于旋切機的機座而言，其結(jié)構(gòu)相對簡單，對抗震性的要求不高，且生產(chǎn)批量不大。因而最終確定本設(shè)計中的機座采用焊接機座。 考慮到機座的制造工藝為焊接式的機座，因而所選的材料應(yīng)具有良好的焊接性能。其中Q235型碳素結(jié)構(gòu)鋼具有高的塑性、韌性和焊接性能、冷沖壓性能，以及一定的強度、好的冷彎性能，廣泛用于一般要求的零件和焊接結(jié)構(gòu)。如受力不大的拉桿、連桿、銷、軸、螺釘、螺母、套圈、支架、機座、建筑結(jié)構(gòu)、橋梁等[1]。本著材料經(jīng)濟適用的原則，最終確定棍架的材料選用Q235。 4.3 棍架的尺寸確定及結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計 4.3.1 棍架側(cè)板及頂板的尺寸確定 詢問竹木加工廠的工作人員了解到一般的竹木取段長度為50~60㎝，竹木直徑為7~10㎝。根據(jù)以上獲得的信息結(jié)合安裝在棍架上的其他零件的尺寸大小，確定側(cè)板及頂板構(gòu)成的立方體的基本尺寸為842×300×300。 考慮到棍座支承板要與側(cè)板進行焊接連接，為使焊接過程便于實施、和焊縫的牢靠，應(yīng)使棍座支承板與單個側(cè)板進行焊接，因此只能前側(cè)板與棍座支承板有接觸，同時為減少不同零件的個數(shù)便于零件的加工和外購，確定前后側(cè)板的基本尺寸為842×300×25。進而左右側(cè)板基本尺寸為250×275×25。頂板基本尺寸為842×250×25。 4.3.2 棍座支承板的尺寸確定 由于本設(shè)計由多人合作完成，根據(jù)其他設(shè)計者提供的棍座的底平面尺寸為260×64，為保證棍座在棍座支承板上的安裝方便和穩(wěn)定支承確定棍座支承板的基本尺寸為270×74×12。根據(jù)機座結(jié)構(gòu)應(yīng)便于安裝、調(diào)試、拆卸、維修的要求，確定棍座與棍座支承板之間通過螺栓連接，此處螺栓根據(jù)經(jīng)驗類比選取M12普通粗牙螺紋，因此支承板應(yīng)鉆出4個螺紋孔。同時為了安裝時的定位方便需打出兩個銷釘孔。 4.3.3 座板的尺寸確定 依據(jù)棍架側(cè)板尺寸定出棍架的主體尺寸后，根據(jù)經(jīng)驗類比法確定底部座板的尺寸為350×250×30。因為座板與機座底架的連接方式為螺紋連接，因此在座板上需鉆出4個螺栓孔，螺栓的大小依據(jù)經(jīng)驗選取M36普通粗牙螺紋。 4.4 棍架的強度與剛度校核 在進行強度和剛度的校核之前，首先需分析棍架的受力情況。根據(jù)棍架與其他零件的連接情況分析得知，棍架主要受兩個力的作用。一是旋切機在加工木料時由棍座施加給棍架的力F1；二是棍架及受棍架支撐的所有零件的重力G。 4.4.1 棍架側(cè)板的強度校核與剛度校核 由實驗測算F1的大小約為20KN，而F1的主要受力對象是棍架左右側(cè)板，且其對左右側(cè)板產(chǎn)生變形式主要是彎曲變形，下面根據(jù)變形形式對左右側(cè)板的強度條件進行校核： 由于F1是左右側(cè)板的整體受力，因此其各自的受力為F2 F2=F12 F2=10KN 因為左右側(cè)板底部與底部座板通過焊接連接，所以可以將左右側(cè)板看作是懸臂梁，而F2作用在側(cè)板上的力可以看作是均布載荷q。由此可知側(cè)板頂部為彎矩最大處，因此最大彎曲應(yīng)力 σmax=MmaxZmaxIy 而 Mmax=104*0.2752 =1375N.m Zmax=0.125 Iy=b*h312 =0.275*0.250312 =3.6×10-4 所受正應(yīng)力為σ σ=1375*0.1253.6×10-4 =0.48MPa 查閱相關(guān)手冊得知Q235的許用應(yīng)力[σ]=160MPa σ?[σ] 因此棍架側(cè)板滿足強度要求 因為棍架左右側(cè)板對稱布置，且受力大小相等，因此二者的變形量相等，所以其變形不會對旋切機的工作特性產(chǎn)生影響，因此不必對側(cè)板的剛度進行校核。 4.4.2 棍架整體的強度與剛度校核 根據(jù)材料密度及各零件的體積通過計算得重力G約為2×103N，雖然重力G在兩個棍座處成一定的集中分布，但為了簡化問題分析，視重力G對于整個棍架為均布載荷，這樣簡化之后相當(dāng)于將兩端的載荷移動到中間部分，這樣計算的強度偏于安全。如此重力G對棍架的作用使棍架產(chǎn)生彎曲變形。為方便對棍架進行應(yīng)力計算可以將整個棍架合理簡化為一個簡支梁。棍架所受剪力作用的剪力圖如下： 圖 4.4.2.1 棍架剪力圖 由以上剪力圖作出棍座彎矩圖如下： 圖 4.4.2.2 棍架彎矩圖 由彎矩圖可知，棍架中間的截面所受彎矩最大，因此對此截面進行強度校核。而棍架截面形狀如下： 圖 4.4.2.3 棍架截面圖 根據(jù)截面形狀求出截面對形心的慣性矩，首先需要確定截面的主慣性軸，因此以截面左下角為坐標(biāo)原點，求出截面形心的Z坐標(biāo)。用面積法求截面形心Z坐標(biāo)的步驟如下： Z=i=1nAiZi i=1nAi Z=300*300*3002-275*250*2752300*300-275*250 　 =190㎜ 接著由Z為190求出截面形心主慣性軸的慣性矩Iyc的步驟如下： 首先求出截面對原始Y軸的慣性矩Iy 利用慣性矩的可加性得 Iy=Z13*y3-Z23*y3 =3003*3003-2753*2503*10-12 =9.67×10-4 再由平行移軸公式得 Iyc=Iy-Z2*A 其中A為截面面積 A=（300×300-275×250）×10^-6 =0.021m3 由此可得 Iyc=9.67*10-4-0.192*0.021 =2.09×10-4 最大彎曲正應(yīng)力的計算公式為 σmax=MmaxZmaxIyc 根據(jù)彎矩與剪力的關(guān)系，得 Mmax=L2*Fmax 其中L為棍架長度，L=0.842，所以 Mmax=0.8422*1000 =210.5N.m 而由棍架截面圖可知 Zmax=Z 所以最大彎曲正應(yīng)力 σmax=210.5*0.192.09*10-4 =191×103Pa 而Q235的許用應(yīng)力[σ]=160MPa σmax?[σ] 因此整個棍架滿足強度要求。 根據(jù)以上對棍架力學(xué)模型的分析，由梁在簡單載荷作用下的變形表[2]，得棍架的最大撓度為 ωmax=5qL4384EI 上式中E為材料的彈性模量，查閱相關(guān)手冊知Q235彈性模量為200GPa， 所以最大撓度 ωmax=5*2000*0.8423384*200*109*17.25*10-4 =4.5×10-5m 機架構(gòu)件的橫梁允許撓度為1/300，據(jù)此計算允許撓度值 [ω]=0.842300 [ω]=2.81×10-3m 由以上計算可知 ωmax?[ω] 所以棍架的撓度在允許撓度內(nèi)，因此棍架剛度符合要求。 4.5 棍架及相關(guān)零件的尺寸公差、形位公差、及表面粗糙度 由于棍架零件間無配合關(guān)系，因此公差等級選用IT12，大多數(shù)零件可不標(biāo)注尺寸公差。但對于棍座支承板，由于其上要安裝棍底座，因此對其與棍底座的接觸面有平面度的要求，此處選用公差等級為5級，根據(jù)棍座支承板的尺寸及公差等級，查表得公差值為0.012㎜。 5 電機底座的設(shè)計 5.1 電機底座的結(jié)構(gòu)設(shè)計 在進行電機底座的結(jié)構(gòu)設(shè)計前，先對底座的作用進行簡單分析。電機底座其根本作用是支撐于與帶輪相連的電機；而為了合理利用其側(cè)面的空間，將單棍座布置在電機底座的前側(cè)面，由此電機底座也有支撐單棍座的作用；進一步分析，電機機座應(yīng)該是安裝在刀架上方的，而為了能夠調(diào)節(jié)旋切機的切片厚度應(yīng)使刀刃和摩擦棍之間的距離成為可調(diào)節(jié)的，由此分析得電機底座和刀架之間的位置應(yīng)該設(shè)計為可調(diào)節(jié)的，因此電機底座還有調(diào)節(jié)切片厚度的作用。 根據(jù)以上分析，進行電機底座的結(jié)構(gòu)設(shè)計。首先由以上分析知電機底座主要是為安裝和容納其他附件而設(shè)計，因此電機底座可歸結(jié)為機架類零件。根據(jù)棍架的設(shè)計中所提到的機架類零件的結(jié)構(gòu)形式，選擇電機底座的結(jié)構(gòu)形式為板殼結(jié)構(gòu)。 確定機座為板殼類結(jié)構(gòu)后，根據(jù)板殼類結(jié)構(gòu)的特點，確定底座應(yīng)該有側(cè)面四塊側(cè)板和頂部一塊頂板構(gòu)成主體部分；而考慮到安裝、調(diào)試、維修等的方便，不直接將單棍座安裝在電機底座上，而是在單棍座和電機底座之間設(shè)計一塊棍座支撐板，因此電機底座的前側(cè)板上還有兩塊支撐；根據(jù)其他設(shè)計者提供的電機的參數(shù)知電機底部寬度為330㎜，為了減輕底座重量、節(jié)省材料用量電機底座的寬度設(shè)計不直接定位300，而是短于330，同時為了穩(wěn)固支撐電機，短出部分設(shè)計兩塊肋板加強支撐，因此底座還包括兩塊肋板。由以上分析知電機底座主要包括以下部分：前后側(cè)板、左右側(cè)板、頂板、兩塊棍座支承板、兩塊肋板。 5.2 電機底座的材料選擇 由電機底座的結(jié)構(gòu)分析可知，電機底座結(jié)構(gòu)簡單，但需承受一定彎矩作用，因此對強度和剛度要求比較高。根據(jù)棍架設(shè)計中提到的，類似于電機底座這類機座零件的常用材料為鑄鐵和碳鋼。其中碳鋼彈性模量大，強度、剛度大，適合于作為電機底座的材料。而電機底座與棍架的結(jié)構(gòu)類似，所以電機底座的制造工藝也采用焊接的方法，具體材料種類也選擇Q235。 5.3 電機底座的尺寸確定及結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計 5.3.1 頂板的尺寸確定及結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計 根據(jù)其他設(shè)計者提供的電機底部寬度為330，頂板寬度大于或等于此寬度即可，而實際上頂板寬度沒有大于這個寬度的必要，于是確定頂板寬度即為330㎜。由于電機底座也是支撐單棍座的部件，因此它的長度尺寸應(yīng)與支撐雙棍座的棍架相同，因此確定其長度為842㎜。其厚度則根據(jù)同類零件按類比法確定為25㎜。另外電機通過螺栓連接固定于頂板上，因此在與電機底部的對應(yīng)位置需加工M16的螺紋孔。 5.3.2 左右側(cè)板的尺寸確定及結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計 左右側(cè)板的長度直接決定了電機的高度，而電機的高度應(yīng)由電機和摩擦棍之上的鏈輪的位置決定，所與左右側(cè)板的高度應(yīng)通過兩鏈輪之間的位置關(guān)系計算。根據(jù)其他設(shè)計者提供數(shù)據(jù)兩鏈輪的中心距為389㎜。電機中心至左側(cè)邊緣的距離為165㎜、棍座支承板的厚度為12㎜（根據(jù)棍架中棍座支承板的厚度確定）、棍座中心的高度為75㎜，由以上數(shù)據(jù)得鏈輪中心在水平方向的距離為252㎜，由此計算兩鏈輪中心在豎直方向的距離為3892+2522=296㎜。再由電機中心到底面的距離為150㎜，頂板厚度為25㎜，計算出左右側(cè)板頂部到棍座中心的距離為296-150-25=121㎜。而左右側(cè)板底部到棍架中心的距離依據(jù)棍架的大小定位64㎜。于是左右側(cè)板的高度為121+64=185㎜。 由5.1中的分析，電機底座與刀架之間的位置關(guān)系應(yīng)設(shè)計為可調(diào)節(jié)的。而左右側(cè)板作為電機底座與刀架之間的連接件，其上應(yīng)設(shè)計出調(diào)節(jié)位置的結(jié)構(gòu)。為此設(shè)計左右側(cè)板通過螺栓與刀架連接，而左右側(cè)板的螺栓孔設(shè)計為腰形孔，以留出電機底座的移動空間。詢問竹木加工廠工作人員他們要求切片厚度最好在5㎜內(nèi)可調(diào)節(jié)。因此設(shè)計腰形孔的腰長為5㎜。根據(jù)經(jīng)驗左右側(cè)板與刀架之間的連接螺栓選用M36普通粗牙螺紋。因此左右側(cè)板各開兩個寬度為38的腰形孔。 因為左右側(cè)板要求開腰形孔，因此其結(jié)構(gòu)設(shè)計為L形。L形頂部寬度為30㎜，底部伸出部分依據(jù)螺栓大小為M36確定其尺寸為50，底部伸出部分高度定位30㎜，整個L形的長度取260㎜。 考慮到整個電機和電機底座的重量很大，調(diào)節(jié)電機底座的位置時直接推動比較困難，需要設(shè)計省力的傳動機構(gòu)。此處通過螺紋傳動來調(diào)節(jié)電機底座的位置，因此需在左右側(cè)板和刀架之間橫向再設(shè)計兩個螺紋傳動，該處螺紋選用M20粗牙普通螺紋。由此可知左右側(cè)板靠近刀架端需有M20的螺紋孔。 為保證調(diào)整電機底座的位置時的輕松順暢，要求左右側(cè)板腰孔表面粗糙度為Ra1.6，左右側(cè)板與刀架接觸面表面粗糙度為Ra1.6 5.3.3 前后側(cè)板的尺寸確定 因左右側(cè)板與刀架通過螺紋傳動改變位置，所以前后側(cè)板應(yīng)布置與左右側(cè)板之間。由此根據(jù)頂板及左右側(cè)板的尺寸得出前后側(cè)板尺寸為782×160×12。 5.3.4 棍座支承板的尺寸確定 根據(jù)其他設(shè)計者提供的棍座的寬度為64，以及電機底座其他零件的尺寸確定棍座支承板的尺寸為210×74×12。棍座與棍座支承板之間的通過螺紋連接，根據(jù)經(jīng)驗選用M12粗牙普通螺紋，因此與棍座的對應(yīng)位置打螺紋孔。 5.3.5 肋板的尺寸確定 為提高頂板的剛度，在頂板與后側(cè)板之間布置肋板，肋板采用直角梯形的形狀。根據(jù)頂板及左右側(cè)板的尺寸，確定梯形肋板的上底寬為5㎜，下底寬為80㎜，高位70㎜，厚度為30㎜。 5.4 電機底座的強度與剛度校核 在進行強度和剛度的校核之前，首先需分析電機底座的受力情況。根據(jù)電機底座與其他零件的連接情況分析得知，電機底座主要受兩個力的作用。一是旋切機在加工木料時由棍座施加給電機底座的力F1；二是電機底座及受底座支撐的電機的重力。 5.4.1 電機底座左右側(cè)板的強度與剛度校核 由實驗測算F1的大小約為20KN，而F1的主要受力對象是電機底座左右側(cè)板，且其對左右側(cè)板產(chǎn)生變形式主要是彎曲變形，下面根據(jù)變形形式對左右側(cè)板的強度條件進行校核： 由于F1是左右側(cè)板的整體受力，因此其各自的受力為F2 F2=F12 F2=10KN 因為左右側(cè)板底部與刀架通過螺栓連接，所以可以將左右側(cè)板看作是懸臂梁，而由于F2通過棍座支撐板的作用在側(cè)板上，所以可將其看作是均布載荷q。由此可知側(cè)板頂部為彎矩最大處，最大彎曲應(yīng)力 σmax=MmaxZmaxIy 而 Mmax=104*0.1852 =925N.m Zmax=0.130 雖然左右側(cè)板不是長方體，但此處將其按長方體計算對慣性矩沒有影響，所以 Iy=b*h312 =0.185*0.260312 =2.7×10-4 所受正應(yīng)力為σmax σmax=925*0.1302.7×10-4 =0.45MPa 查閱相關(guān)手冊得知Q235的許用應(yīng)力[σ]=160MPa σ?[σ] 由此可知左右側(cè)板滿足強度要求。 根據(jù)以上對左右側(cè)板力學(xué)模型的分析，由梁在簡單載荷作用下的變形表[2]，得棍架的最大撓度為 ωmax=qL48EI 上式中E為材料的彈性模量，查閱相關(guān)手冊知Q235彈性模量為200GPa，所以最大撓度 ωmax=10000*0.18538*200*109*2.7*10-4 =12.05×10-7m 而壓型鋼板的允許撓度為1/200，由此計算左右側(cè)板的允許撓度值為 [ω]=0.185200 ω=9.25×10-4 由以上計算可知 ωmax?[ω] 側(cè)板撓度小于允許撓度，因而可以確定左右側(cè)板的剛度滿足要求。 5.4.2 電機底座整體的強度與剛度校核 根據(jù)材料密度及各零件的體積通過估算得整個電機底座的重力G1約為3×103N，雖然重力G1在兩個棍座處成一定的集中分布，但為了簡化問題分析，視重力G1對于整個棍架為均布載荷，這樣簡化之后相當(dāng)于將兩端的載荷移動到中間部分，這樣計算的強度偏于安全。 而根據(jù)其他設(shè)計者提供的電機參數(shù)知電機重力G2約為1.5×103N，因為電機通過底部平面與底座頂板接觸，所以電機重力可看作在接觸段內(nèi)的均布載荷。由此可知以上兩個載荷作用與電機底座上使電機底座產(chǎn)生彎曲變形。 根據(jù)電機底平面與頂板接觸面的長度為250㎜以及上面分析，對電機底座進行受力分析，設(shè)電機底座兩端支撐部位對底座的作用力分別為F3和F4，底座受力如下； 圖 5.4.2.1 電機底座受力簡圖 由以上受力圖列出以下受力平衡方程和力矩平衡方程： G1+G2=F3+F4 G1×0.125+G2×0.421=F4×0.842 由以上兩方程求出F3、F4的大小為： F3=2.78KN F4=1.72KN 求出F3和F4，以及對于均布載荷的分析，可作出電機底座的剪力圖如下： 圖 5.4.2.2 電機底座剪力圖 設(shè)上圖中剪力曲線Fs與X軸的交點坐標(biāo)為X0，則根據(jù)上圖有： 0.842-X00.842=1.723 由上式解得X0=0.36 根據(jù)X0值，由剪力圖，作出彎矩圖如下： 圖 5.4.2.3 電機底座彎矩圖 根據(jù)彎矩圖及上面的分析可知在X0=0.36處彎矩取得最大值，彎矩最大值為： Mmax=0.4822*1720 Mmax=414.5N.m 因此對X0=0.36處的截面進行強度校核。 而棍架截面形狀如下： 圖 5.4.2.4 電機底座彎矩圖 根據(jù)截面形狀求出截面對形心的慣性矩，首先需要確定截面的主慣性軸。因此以截面左下角為坐標(biāo)原點，求出截面形心的Z坐標(biāo)。由面積法求截面形心Z坐標(biāo)的步驟如下： Z=i=1nAiZi i=1nAi Z=12*160*80*2+330*25*172.512*160*2+330*25 =143㎜ 接著由Z為143求出截面對形心主慣性軸的慣性矩Iyc的步驟如下： 首先求出截面對原始Y軸的慣性矩Iy 利用慣性矩的可加性 Iy=i=1nIyi Iy=2*Iy1+Iy2-Iy3 =2*1603*123+1853*3303-160*3303*10-12 =2.78×10-4 再由平行移軸公式得 Iyc=Iy-Z2*A 其中A為截面面積 A=（2×12×160+25×330）×10^-6 =0.012m3 由此可得 Iy=2.78*10-4-0.1432*0.012 =0.33×10-4 最大彎曲正應(yīng)力的計算公式為 σmax=MmaxZmaxIy 其中 Mmax=414.5N.m 而由棍架截面圖可知 Zmax=Z 所以最大彎曲正應(yīng)力 σmax=414.5*0.1430.33*10-4 =1.80MPa 而Q235的許用應(yīng)力[σ]=160MPa σmax?[σ] 因此整個棍架滿足強度要求。 根據(jù)以上對棍架力學(xué)模型棍架受大小在不同的兩段內(nèi)受兩個不同大小的均布載荷作用，校核棍架的剛度時，為方便計算，認(rèn)為棍架整體受較大的那個均布載荷q的作用。 q=FL 其中F為較大均布載荷的總體載荷，根據(jù)剪力圖可知F=2.39*103N。而L為載荷作用段的長度，L=250mm q=2.39*1030.25 q=9.56×103N/m 由梁在簡單載荷作用下的變形表[2]，得棍架的最大撓度為 ωmax=5qL4384EI 上式中E為材料的彈性模量，查閱相關(guān)手冊知Q235彈性模量為200GPa， 所以最大撓度 ωmax=5*9.56×103*0.8424384*200*109*0.33*10-4 =9.48×10-6m 一般主梁的允許撓度為1/400，由此計算棍架的允許撓度 [ω]=0.842400 =2.1×10-3m 由此可知 ωmax?[ω] 即棍架撓度在允許撓度范圍內(nèi)，因此棍架剛度符合要求。 6 底架的設(shè)計 6.1 底架的結(jié)構(gòu)設(shè)計 底架起支撐整機，方便工人操作機器的作用。由此可知底架作用比較單一，因此對其結(jié)構(gòu)無特別要求。分析機架的三種結(jié)構(gòu)桿系結(jié)構(gòu)、板殼結(jié)構(gòu)、實體結(jié)構(gòu)。其中桿系結(jié)構(gòu)由長度遠(yuǎn)大于其他兩方向的尺寸的桿件組成，其結(jié)構(gòu)簡單，適于較大型的機架。而底架其支撐整個機器的作用，其結(jié)構(gòu)相對龐大，但對結(jié)構(gòu)無特別要求，所以適合選用桿系結(jié)構(gòu)?；诘准軐Y(jié)構(gòu)的要求低，可直接從常用的型材中選用合適的型材作為底架材料以節(jié)省成本。查閱常用的型鋼種類，其中熱軋槽鋼焊接性能良好，結(jié)構(gòu)對稱，結(jié)構(gòu)平衡性好，且結(jié)構(gòu)比熱軋工字鋼簡單，焊接裝配更方便。因此確定底架的主體結(jié)構(gòu)采用以熱軋槽鋼為材料的桿系結(jié)構(gòu)。 雖然底架的主體結(jié)構(gòu)已經(jīng)確定為桿系結(jié)構(gòu)，但底架與其他部件的連接部位并不適合采用桿系結(jié)構(gòu)，因為桿系結(jié)構(gòu)不便于與其他部件連接，借鑒棍架的結(jié)構(gòu)，其他的連接結(jié)構(gòu)采用板殼結(jié)構(gòu)，且板殼類零件的材料選擇Q235。 進一步分析底架結(jié)構(gòu)，直接與其連接的部件包括棍架、軸承架、電機、導(dǎo)軌、液壓桿底座。其中導(dǎo)軌和液壓桿底座結(jié)構(gòu)較小，可直接安裝于底架的槽鋼上；但棍架、軸承架、電機結(jié)構(gòu)較大，無法直接安裝在底架槽鋼上，因此需設(shè)計兩塊底板作為棍架、軸承架、電機三大部件的安裝平面。同時為保證兩塊底板的剛度，在每塊底板與底架槽鋼的連接處應(yīng)設(shè)計肋板以提高剛度。其中支撐電機和軸承架的底板較大需要伸出底架之外，因此需四塊肋板支撐，而另一塊較小的底板則只需兩塊肋板支撐一側(cè)即可。 根據(jù)以上分析，底架結(jié)構(gòu)主要包括：槽鋼構(gòu)成的底架主體、一塊大底板、一塊小底板、兩塊大肋板、四塊小肋板。 6.2 底架的尺寸確定及結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計 6.2.1 大底板的尺寸確定 根據(jù)棍架尺寸、其他設(shè)計者提供的軸承座的尺寸、及棍架與軸承架的相對位置關(guān)系以及電機底部安裝平面的尺寸，確定大底板的尺寸為790×455×20。因為電機與大底板間以及棍架與大底板間通過M36的螺栓連接，所以與電機和棍架的對應(yīng)位置打螺紋孔。 6.2.2 小底板的尺寸確定 小底板與大底板作用相同，其寬度和厚度應(yīng)與大底板相同。其長度取為320㎜，因此小底板尺寸為320×455×20。小底板與底架間同樣通過M36的螺栓連接，因此對應(yīng)位置應(yīng)打螺紋孔。 6.2.3 槽鋼的尺寸選擇 通過類比法，依據(jù)同類體積和重量的其他機器所選用的槽鋼型號，確定底架選用18號槽鋼。其高度h為180㎜，寬度b為70㎜。 6.2.4 大肋板尺寸確定 大肋板的作用是支撐大底板，增強大底板的剛度。由于大底板上安裝電機，受力較大，因此大肋板應(yīng)設(shè)計為梯形肋板。根據(jù)大底板的尺寸定出梯形大肋板上底尺寸為80㎜，下底尺寸為270㎜，高度為470㎜，厚度為20㎜。 6.2.5 小肋板的尺寸確定 小肋板用于支撐棍架，加強支撐處的剛度。由于支撐處的剛度相對較大，因此小肋板設(shè)計為三角形肋板即可。根據(jù)小底板的尺寸確定小肋板兩條直角邊的長度為185㎜和135㎜，厚度同大肋板為20㎜。 6.3 底架強度與剛度校核 底架起支撐整機的作用，它所受的載荷就是它所支撐的機體部分的重力。它對底架的作用是使底腳受壓以及使橫梁受彎。 因為底架是桿系結(jié)構(gòu)主要由槽鋼構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)細(xì)長，在進行強度校核之前，需先求出其長細(xì)比，然后確定按何種變形來來校核其強度。 因為棍架下端的底腳的槽鋼長度最長，因而先對他進行校核。其長細(xì)比為λ λ=μli 其中μ為壓桿的長度因數(shù)，因槽鋼兩端均通過焊接與其他零件連接，所以將其看作兩端固定的壓桿，其長度因數(shù)為0.5。 l為壓桿的長度，l=510㎜。 i為慣性半徑，查閱相關(guān)資料[2]知i=19.5㎜。 根據(jù)以上數(shù)據(jù)得 λ=0.5*51019.5 =13.07 槽鋼材質(zhì)為Q235，其 λ2=a-σsb 查閱資料[2]知a=304MPa，σs=235MPa，b=1.12MPa. 由以上數(shù)據(jù)得 λ2=61.6 由此可知 λ<λ2 由歐拉公式的應(yīng)用范圍知，當(dāng)λ<λ2時，桿件的變形不按壓桿穩(wěn)定計算，而按強度問題計算。 通過合理估算底架的底腳所受的最大壓力為F1=1500N，由正應(yīng)力σ的計算公式： σ=FNA A為槽鋼截面積，A=29.2×10-4㎡ 由此可得 σ=150029.2×10-4 =0.51MPa 槽鋼的需用應(yīng)力為[σ]=160MPa σ<[σ] 所以底架槽鋼滿足強度要求。 底架受壓產(chǎn)生的壓縮量為 Δl=FNlEA 其中E為材料的彈性模量，E=200GPa 所以壓縮量 Δl=1500×0.51200×109×29.2×10-4 =1.3×10-3mm 由此可知壓縮量Δl極小，符合剛度要求。 6.3.2 橫梁的強度與剛度校核 底架支撐刀架的橫梁主要受刀架和電機及其底座的重力G作用，經(jīng)過估算G大小約為4.5×103N。因為橫梁與導(dǎo)軌接觸，因而其受均布載荷的作用。由以上分析做出橫梁所受剪力圖如下： 圖 6.3.2.1 橫梁剪力圖 由剪力圖做出橫梁彎矩圖如下： 圖 6.3.2.2 橫梁彎矩圖 由以上剪力圖及彎矩圖可知最大彎矩 Mmax=2170*0.134+0.5*2170*0.332 =651N.m 最大彎曲應(yīng)力 σmax=MmaxZmaxIy 查閱熱軋工槽鋼表知 Zmax=51.6㎜ Iy=111 所以 σmax=651*0.0516111*10-8 =30.3MPa 而[σ]=160MPa σ<[σ] 所以橫梁滿足強度要求。 載荷G以均布載荷的形式作用于橫梁上，該均布載荷的大小為 q=GL L為載荷作用段的長度，L=650mm q=4.5*1030.65 q=6.92×103N/m 雖然q只在導(dǎo)軌段對橫梁產(chǎn)生載荷作用，但因為整個導(dǎo)軌段占橫梁的長度比較較大，所以在計算橫梁的撓度時為了能利用載荷變形表簡化計算，將q看作是整個橫梁的載荷 于是根據(jù)載荷變形表得撓度ωmax ωmax=5qL4384EI 由以上兩式，代入相關(guān)數(shù)據(jù)得： ωmax=5*6.92×103*0.9924384*200*109*111*10-8 =0.39×10-3 而有重軌構(gòu)件的相關(guān)撓度允許值為1/600，計算橫梁允許撓度為 ω=0.992600 =1.65×10-3 由此可知 ωmax<[ω] 即橫梁撓度在允許撓度范圍內(nèi)，因此橫梁的剛度符合要求。 7 刀架部件的設(shè)計 7.1 刀架部件的設(shè)計概要 刀架的作用是為固定和支撐刀具而設(shè)計，根據(jù)刀架的作用可知其屬于機架類零件。因此刀架的設(shè)計準(zhǔn)則和設(shè)計要求同于機架的設(shè)計，即應(yīng)滿足的準(zhǔn)則為工況準(zhǔn)則、剛度準(zhǔn)則、強度準(zhǔn)則、穩(wěn)定性準(zhǔn)則、美觀等。 7.2 刀架部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計及材料選擇 根據(jù)刀架的工況要求：刀架應(yīng)能在液壓缸的推動作用下在導(dǎo)軌上移動，刀架應(yīng)能穩(wěn)固支撐刀具，刀具切出的切片應(yīng)能方便從刀架部件中排出，為方便刀具的修磨刀具在刀架上的位置應(yīng)可調(diào)。由以上工況要求，刀架部件設(shè)計兩塊架側(cè)板安裝于導(dǎo)軌上實現(xiàn)刀架的靈活移動。兩塊側(cè)板之間設(shè)計一個刀架，由于刀架側(cè)面積較大，若通過焊接方法與側(cè)板連接，則焊縫過大，不經(jīng)濟，因此將直接將刀架和側(cè)板鑄造為一體。對于刀具則通過螺栓連接安裝于刀架上。 根據(jù)上面的要求，刀架制造工藝采用鑄造的方法，根據(jù)鑄造工藝對材料的要求及刀架后續(xù)機加工的要求，查閱相關(guān)資料ZG270-500有較高的強度和較好的塑性，鑄造性能良好，焊接性能尚好，加工性佳[10]。因此刀架材料選用ZG270-500。 7.3 刀架零件的尺寸確定及結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計 7.3.1 刀架的尺寸確定及結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計 根據(jù)刀架的工況要求刀架應(yīng)通過螺栓與刀具連接，所以刀架螺栓孔的位置及大小應(yīng)根據(jù)刀具確定。為方便切片的排出，刀架應(yīng)設(shè)計出排料的斜面。刀架的具體形狀及尺寸依據(jù)工況環(huán)境和要求確定如下圖所示。 圖 7.3.1.1 刀架截面圖 7.3.2 刀架側(cè)板的尺寸確定及結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計 刀架側(cè)板用于支撐刀架并要求能在導(dǎo)軌上自由滑動，因而側(cè)板底部應(yīng)設(shè)計出相應(yīng)的扣軌結(jié)構(gòu)，與刀架連接部位則依據(jù)刀架形狀確定其結(jié)構(gòu)。同時在電機底座的設(shè)計過程中要求電機底座能在刀架上移動來調(diào)整其與刀刃的相對位置，因而刀架側(cè)板的頂部結(jié)構(gòu)依據(jù)與電機底座的連接結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。而刀架側(cè)板需與液壓缸連接，因此在側(cè)板上需通過螺栓連接吊耳傳遞液壓缸的動力，即側(cè)板側(cè)面還需有螺栓孔。 根據(jù)以上要求設(shè)計出刀架側(cè)板的結(jié)構(gòu)如下圖所示。 圖 7.3.2.1 刀架側(cè)面結(jié)構(gòu)圖 8 導(dǎo)軌的設(shè)計 8.1 導(dǎo)軌的類型選擇 旋切機導(dǎo)軌的用作是限制刀架運動的自由度，使刀架在與摩擦輥軸線相垂直的方向移動以適應(yīng)對不同大小竹材的切割。首先導(dǎo)軌對幾何精度有較高要求，要求運動直線度好；其次對運動精度要求也比較高，要求運動平穩(wěn)；再次其要求有足夠的承載能力和剛度，較長的使用壽命，以及結(jié)構(gòu)簡單、工藝性良好、便于維修和調(diào)整。 導(dǎo)軌常用的6種類型普通滑動導(dǎo)軌、塑料導(dǎo)軌、鑲鋼導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌、動壓導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌。其中普通滑動導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡單、使用維修方便適用于普通機床。根據(jù)上面的要求，旋切機的導(dǎo)軌對精度的要求相比其他高精度設(shè)備比較低，但對于結(jié)構(gòu)的簡單及工藝性要求較高，因而選用普通滑動導(dǎo)軌。 8.2 導(dǎo)軌截面形狀的確定 導(dǎo)軌常見的截面形狀有4種，分別是V形導(dǎo)軌、矩形導(dǎo)軌、燕尾形導(dǎo)軌、圓柱形導(dǎo)軌。其中矩形導(dǎo)軌制造簡單、承載能力大，但不能自動補償磨損需用鑲條調(diào)整間隙，適用于載荷較大的機床。根據(jù)8.1中提到的旋切機導(dǎo)軌的要求，其對結(jié)構(gòu)和工藝性要求較高，并且由于刀架和電機機座重量較大因而其對載荷的承載能力也要求較高。由此可知旋切機的導(dǎo)軌適合選用矩形導(dǎo)軌截面。 8.3 導(dǎo)軌材料的選擇 導(dǎo)軌的材料應(yīng)具有良好的耐磨性、摩擦系數(shù)小、動靜摩擦系數(shù)差小，加工和使用時產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力小，尺寸穩(wěn)定性好。并且通常固定導(dǎo)軌的硬度和耐磨性需比動導(dǎo)軌的好。根據(jù)以上要求在結(jié)合刀架側(cè)板的材料為Q235，選擇導(dǎo)軌材料為QT500-7球墨鑄鐵，其具有中等的強度和塑性，硬度為170-230HBW[4]。 8.4 導(dǎo)軌的尺寸確定與技術(shù)要求 導(dǎo)軌截面為矩形截面，結(jié)構(gòu)采用上下兩個導(dǎo)軌面拼合出矩形的截面。下軌為L形，上軌為方形，二者拼合形成矩形截面。 導(dǎo)軌長度依據(jù)加工竹材的大小及刀架的尺寸來確定。通常竹材的直徑在30-170mm之間，而刀架的長度為435mm。導(dǎo)軌長度應(yīng)為最大竹材直徑和刀架的長度之和并留出一定的余量，因此確定導(dǎo)軌長度為650mm。 根據(jù)導(dǎo)軌對幾何精度的要求，導(dǎo)軌與刀架接觸的水平接觸面和側(cè)面應(yīng)有形位公差要求。此處確定導(dǎo)軌精度等級為4級，導(dǎo)軌長度為650mm，查表得導(dǎo)軌水平接觸面的平面度為0.012mm，側(cè)面與水平接觸面的垂直度要求為0.03mm。 根據(jù)導(dǎo)軌運動精度的要求，保證運動的平穩(wěn)性，導(dǎo)軌所有與刀架側(cè)板接觸的表面粗糙度為Ra0.8。 9 總結(jié)與致謝 隨著本章節(jié)的完成本次設(shè)計也即將畫上句號，在這漫長、艱難、充實、忙碌的設(shè)計過程中，我收獲了很多、成長了很多，或許它們對我的意義已經(jīng)超過了設(shè)計本身。首先，這次設(shè)計讓我切身體會到再長的路一步一步也能走完，再難的事一步一步也能做完。我所要想的不是我能做什么而是我該做什么，當(dāng)你堅持不懈的一步一步往前時，事情就已經(jīng)走向成功了；其次，借助這次設(shè)計的過程我溫習(xí)了大學(xué)里學(xué)習(xí)的許多專業(yè)課，它使得我的專業(yè)素質(zhì)獲得鞏固，專業(yè)技能得到了提高，實踐操作能力得到了訓(xùn)練，學(xué)會了用機械設(shè)計的思維來看待一個產(chǎn)品的優(yōu)劣。但同時它也使我看到我在學(xué)習(xí)過程中的疏漏，讓我意識到課本知識與自身思考相結(jié)合的重要意義；再次，在設(shè)計的過程需要查閱大量的資料，需要整合吸收大量的資料內(nèi)容，因此設(shè)計使得我查閱資料和利用資料的能力獲得提高，我想這對于我以后的工作將是以個極大的幫助。最后，我要感謝在本次設(shè)計中為我提供幫助的龔老師，設(shè)計過程中遇到過許多問題，每次遇到問題龔老師都會在百忙中抽空為我解答，幫我分析，通過他的幫助才使設(shè)計得以順利進行。 參考文獻 [1] 數(shù)字化手冊編委會.機械設(shè)計軟件2008.化學(xué)工業(yè)出版社.2008 [2] 劉鴻文.材料力學(xué).高等教育出版社.2004.1 [3] 成大先.機械設(shè)計手冊機架、箱體、導(dǎo)軌單行本.機械工業(yè)出版社.2001 [4] 于永泗，齊民.機械工程材料.大連理工大學(xué)出版社.2011 [5] 王伯平.互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ).機械工業(yè)出版社.2011 [6] 王先奎.機械制造工藝學(xué).機械工業(yè)出版社.2011 [7] 王會霞，胡云巖.焊工識圖.化學(xué)工業(yè)出版社.2012 [8] 何銘新，錢可強，徐祖茂.機械制圖.高等教育出版社.2010 [9] 哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室.理論力學(xué).高等教育出版社.2009 [10] 鄧文英，郭曉鵬.金屬工藝學(xué).高等教育出版社.2008 36