木材刀具切削試驗臺進給機構(gòu)設計論文[帶圖紙]

1、<p><b>　　南京林業(yè)大學</b></p><p>　　本科畢業(yè)設計（論文）</p><p>　　題 目： 木材刀具切削試驗臺進給機構(gòu)設計</p><p>　　學 院： 南方學院 </p><p>　　專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 </p><p>&

2、lt;b>　　學 號： </b></p><p><b>　　學生姓名： </b></p><p><b>　　指導教師： </b></p><p>　　職 稱： 教 授 </p><p>　　二○一三年 五月二十八日</p><p>&l

3、t;b>　　摘要</b></p><p>　　本文主要是進行木材刀具切削實驗臺進給系統(tǒng)的設計。</p><p>　　木材刀具切削試驗臺能模擬鋸鏈的工作狀態(tài)，有較寬的切削速度調(diào)節(jié)范圍和進給速度調(diào)節(jié)范圍。同時具有較大的傳遞扭矩，可以保證大節(jié)距高效率的鋸鏈性能測定，同時測定鋸鏈鋸齒上切削力的三個方向分離，即主切削力，進給力和側(cè)向力，進給機構(gòu)的進給速度，驅(qū)動鏈輪的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速，軸公路

4、，鋸鏈的鋸切效率。</p><p>　　其中本文主要對木材刀具切削試驗臺進給機構(gòu)的方案、進給機構(gòu)結(jié)構(gòu)進行了詳細設計。</p><p>　　其手搖進給系統(tǒng)與一般車床相似，由手輪、手輪軸、手輪軸齒輪、進給齒輪及進給齒輪軸組成。手輪空套在手輪軸上，搖動時往前推手輪即可使手輪與軸結(jié)合，不搖時在回位彈簧力作用下自動脫開。 </p><p>　　溜板箱的快速進給傳動由電動機最終

5、傳至進給齒輪軸。安裝在溜板箱右側(cè)的電動機與軸通過聯(lián)軸器連接，左端固定有主動錐齒輪，被動錐齒輪及小齒輪都固定在短軸上，短軸由兩個球軸承支承在殼體壁上。小齒輪與中間大齒輪嚙合，中間大齒輪固定在花鍵軸上，另外花鍵軸上還空套著滑動齒輪，滑動齒輪的一端有撥叉槽，撥叉由掛擋手柄操縱以推動滑動齒輪在花鍵軸上滑動，從而使滑動齒輪和進給大齒輪實現(xiàn)嚙合與脫開。當滑動齒輪與進給大齒輪嚙合時，溜板箱就可由變頻電機驅(qū)動實現(xiàn)自動進給。</p><

6、;p>　　關(guān)鍵詞：鋸鏈，切削性能，試驗臺，進給系統(tǒng)。</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Wood cutter cutting test-bed feed mechanism design ZhangQiyuan n090301128</p><p>　　(Colleg

7、e of southe NanjingForestryUniversity ,Nanjing,210037)</p><p>　　Abstract：This article mainly is carries on the wood cutting tool cutting experiment design of feed system.</p><p>　　Wood cutter cu

8、tting bench can simulate the working state of the saw chain, has a wide speed regulation range and cutting feed speed adjusting range. Have large transmission torque, at the same time can ensure the high efficiency of co

9、arse pitch determination of saw chain performance, at the same time saw chain saw cutting force of the three directions, namely the main cutting force and feed force and lateral force. Feed speed of can feed mechanism, t

10、he drive sprocket rotation speed, torque shaft</p><p>　　Among them this paper cutting test-bed for wood cutting tool solutions of can feed mechanism, the structure of the feed mechanism has carried on the de

11、tailed design.</p><p>　　Its hand feeding system similar to the general lathe, hand by hand wheel, shaft, gear shaft gear and feed composition. Hands rested in hand on the shaft, push forward wheel when you s

12、hake hand wheel and the shaft, do not shake the return spring force under the action of automatic release.</p><p>　　Slip board box fast feed drive by the motor to feed gear shaft end. Installed in the slip b

13、oard box on the right side of the motor shaft through a shaft coupling, the left fixed active bevel gear, passive spiral bevel gear and small gear is fixed on the short shaft, short axis by two ball bearings on the shell

14、 wall. Between pinion and gear meshing, the middle wheel fixed on the spline shaft, spline shaft in also an empty set of sliding gear, sliding gear fork slot at one end, fork was monopolize</p><p>　　Keyword：

15、saw chain， cutting performance， lest-bed， feeding system</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　緒論···············

16、3;····································&#

17、183;··············1 </p><p>　　1.1 引言···········

18、····································

19、3;···············1 </p><p>　　1.2 國內(nèi)外木材切削試驗臺發(fā)展現(xiàn)狀······&#

20、183;································1

21、 </p><p>　　1.2.1 國內(nèi)木材切削試驗臺現(xiàn)狀·····························

22、83;·············1 </p><p>　　1.2.2 國外木材切削試驗臺現(xiàn)狀···········

23、;································3

24、 </p><p>　　1.3本文研究的目的及其展望·····························&

25、#183;················4 </p><p>　　第二章 試驗臺進給機構(gòu)設計方案確定·······

26、83;······························5 </p><p>

27、　　2.1 木材切削試驗臺進給系統(tǒng)的設計要求及類型·····························5 <

28、/p><p>　　2.1.1 試驗臺進給機構(gòu)的設計要求······························

29、83;··········5 </p><p>　　2.1.2 試驗臺進給機構(gòu)的類型及比較·············

30、3;·························5 </p><p>　　2.2 木材切削試驗臺進給系

31、統(tǒng)整體設計方案確定·····························6 </p><p>

32、;　　2.2.1 試驗臺進給機構(gòu)的工作原理·································&

33、#183;·······6 </p><p>　　2.2.2 試驗臺進給機構(gòu)設計與創(chuàng)新················

34、83;························6 </p><p>　　第三章 進給機構(gòu)結(jié)構(gòu)設計·

35、;····································

36、83;··········7 </p><p>　　3.1 進給結(jié)構(gòu)設計················

37、83;····································&

38、#183;·8 </p><p>　　3.2 溜板箱設計······················&#

39、183;··································9

40、 </p><p>　　3.3 驅(qū)動裝置設計·························&#

41、183;····························11</p><p>　　3.4 齒輪傳動副的設計··

42、;····································

43、83;···········11</p><p>　　3.5 變頻調(diào)速電動機的選型··················

44、3;···························16</p><p>　　3.5.1 影響電動機選擇的因素··

45、83;····································&

46、#183;····16</p><p>　　3.5.2電動機類型和結(jié)構(gòu)型式的選擇························

47、3;··············17</p><p>　　3.6 軸的設計·················

48、;····································

49、83;····18</p><p>　　3.7軸承端蓋的設計··························&#

50、183;··························20</p><p>　　3.8滾動軸承的選擇和計算···

51、3;····································&#

52、183;······20 </p><p>　　第四章 進給速度測試系統(tǒng)設計··················

53、83;························22 </p><p>

54、;　　4.1測試裝置的設計··································

55、83;··················22 </p><p>　　第五章 實驗及總結(jié)······

56、····································

57、3;··········23 </p><p>　　致謝·················&

58、#183;····································

59、;············24 </p><p>　　參考文獻············

60、83;····································&

61、#183;············25 </p><p>　　附錄 </p><p>　　木材刀具切削試驗臺進給機構(gòu)設計</p>

62、<p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　1.1引言</b></p><p>　　鋸鏈切削試驗臺對傳動裝置有其特殊要求，一是輸出軸轉(zhuǎn)速比較高；二是要求電動機能在較大范圍內(nèi)進行無級調(diào)速，并具有硬的外特性。根據(jù)目前國內(nèi)外現(xiàn)有的生產(chǎn)鋸鏈品種規(guī)格差異，為了提高生產(chǎn)效率以及降低成本，這是研究鋸鏈切削試的主要目的。研制鋸鏈切

63、削性能試驗臺需要測定鋸鏈鋸齒上切削力的三個方向分力，即主切削力、進給力和側(cè)向力；進給機構(gòu)的進給速度；驅(qū)動鏈輪軸的軸功率；鋸鏈的鋸切效率。鋸鏈切削性能試驗臺可用來檢驗鋸鏈的鋒利性，進鋸的輕便性鋸鏈運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性和鋸切效率的高低，也可用于檢驗鋸鏈導板和驅(qū)動鏈輪的高速適應能力。木材刀具切削試驗臺是在總結(jié)國內(nèi)外同類試驗臺的基礎(chǔ)上，根據(jù)現(xiàn)代鏈鋸的特點而設計的。</p><p>　　1.2國內(nèi)外木材切削試驗臺發(fā)展現(xiàn)狀</

64、p><p>　　1.2.1 國內(nèi)研究概況</p><p>　　我國自本世紀60年代以來，不斷進行木材切削力的測定試驗。特別是80年代以來的試驗研究成果積累了許多有價值的數(shù)據(jù)。1964年中國東北林學院研制的T-1型試驗臺，用電阻應變片（環(huán)）和平衡重塊測量切向力和法向力。這在當時的國內(nèi)外已屬于比較領(lǐng)先的技術(shù)。</p><p>　　1992年南京林業(yè)大學研制的LQ-11[9]

65、以及后來的LQ-18型切削平臺[10]都使用了交叉八角環(huán)測力傳感器這一新的技術(shù)。應用于LQ-11的三向測力儀可同時測定切向力、法向力和側(cè)向力。側(cè)向力可反映鋸鏈的輕微跑偏, 測側(cè)向力可避免跑偏對切削阻力測定值帶來的嚴重影響。此試驗臺性能良好，試驗結(jié)果準確，居國內(nèi)同類型試驗臺領(lǐng)先水平。迄今已經(jīng)為全國數(shù)十個鋸鏈生產(chǎn)廠家做過鋸鏈性能測試，并為我校近年研制新型鋸鏈提供了較可靠的測試數(shù)據(jù)。</p><p>　　2010年上海

66、大學對八角環(huán)三向測力的貼片進行了研究[11]，提高貼片面應變均勻度可以降低因貼片位置誤差引起的測量誤差, 是提高八角環(huán)測力刀架的測量精度的有效方法。應用對稱性原理, 在傳統(tǒng)八角環(huán)測力刀架上下方增設凸起結(jié)構(gòu)可以顯著地改善應變分布的</p><p>　　2010年南京航空航天大和中國攪拌摩擦焊中心共同研究攪拌摩擦焊用測力八角環(huán)[12]。攪拌摩擦焊用八角環(huán)是一種測力元件，可看做為一個彈性系統(tǒng)，當受到一定的激勵時會引起振

67、動。通過對攪拌摩擦焊用測力八角環(huán)的有限元模態(tài)分析，得出了該八角環(huán)結(jié)構(gòu)的前12 階固有頻率和相應振型，為該結(jié)構(gòu)的進一步優(yōu)化設計和理論分析提供了可靠的依據(jù)。八角環(huán)的固有頻率跟彈性元件的結(jié)構(gòu)有關(guān)，因此，對彈性元件進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計能提高結(jié)構(gòu)的固有頻率，從而提高測力八角環(huán)的測量精度和工作穩(wěn)定性。</p><p>　　近些年，蘭州工業(yè)高等?？茖W校研究了八角環(huán)電阻式車削測力儀在車床三向力靜剛度測定中的應用。經(jīng)修復后的軸瓦在運行

68、中情況良好, 檢測振動值在允許范圍內(nèi), 且只花費幾百元的人工費, 給工廠節(jié)約開支。對于剖分式軸瓦磨損較小的使用此法修理比較科學、經(jīng)濟。若該處理方法能夠得到推廣, 將延長一批同類型軸承的使用壽命, 給企業(yè)帶來更好的經(jīng)濟效益。</p><p>　　1.2.2國外研究概況</p><p>　　近幾十年，國外的國家研制的木材刀具切削試驗臺的整體裝置，雖然大體上的原理都是差不多的，但是測量切削力和法

69、向力所用的傳感裝置都是不一樣的。</p><p>　　雖然近幾年國外也有利用雙延伸式八角環(huán)制成測力儀測拖拉機掛鉤處的二向力和用多個單一八角環(huán)組合測磨床工作時單向切削力和扭矩的案例。國外有用多個八角環(huán)按不同布置測定刀具切削金屬材料的三向切削力，但其整體性差，且多個八角環(huán)安裝時相互之間的位置公差要求相當高。還有用雙延伸式八角環(huán)制成測力儀測拖拉機掛鉤處的二向力，有用多個單一八角環(huán)組合制成的測磨床工作時單向切削力和扭矩等

70、。</p><p>　　國外有些國家用多個八角環(huán)按不同布置測定刀具切削金屬材料的三向切削力，但其整體性差，且多個八角環(huán)安裝時相互之間的位置公差要求相當高。還有用雙延伸式八角環(huán)制成測力儀測拖拉機掛鉤處的二向力，有用多個單一八角環(huán)組合制成的測磨床工作時單向切削力和扭矩等。</p><p>　　1978年，日本研制的切削試驗臺，用桁架式電阻應變片測量切向力和法向力。桁架式電阻應變片與薄壁圓筒型應

71、變片相比較，產(chǎn)品穩(wěn)定更好，更長時間的測量，產(chǎn)品測量結(jié)果更加穩(wěn)定，能提供完善應變測量選擇。</p><p>　　1985年，德國STIHL公司研制的木材切削試驗臺，利用測力電阻應變傳感器測量切向力和法向力。九十年代中期，美國McCULLOCH公司，澳大利亞林產(chǎn)品實驗室，芬蘭農(nóng)業(yè)工程研究所都使用自己的方法測量切削阻力，但是都無法同時測量法向，切向和側(cè)向三個方向的切削阻力。</p><p>　　

72、九十年代中期，美國McCULLOCH公司，澳大利亞林產(chǎn)品實驗室，芬蘭農(nóng)業(yè)工程研究所都使用自己的方法測量切削阻力，但是都無法同時測量法向，切向和側(cè)向三個方向的切削阻力。</p><p>　　單一八角環(huán)式測力儀因其整體穩(wěn)定性差不適合很多實驗臺的要求。單向延伸式八角環(huán)測力儀增強了x方向的穩(wěn)定性，而沿垂直于xy平面方向上的穩(wěn)定性還很差，因此不能直接應用于實驗。</p><p>　　雙向延伸式八角環(huán)

73、測力儀在任何方向的整體穩(wěn)定性均大大提高，可用于三向力的測量，且相互交叉靈敏度較低，安裝簡單可靠。但由于許多實驗臺針對的切削力較小，靈敏度要求較高，因此必然使得耳環(huán)部位的尺寸較小，且加工精度要求較高，因此制造成本較高。</p><p>　　根據(jù)國內(nèi)外對于單向延伸式八角環(huán)、組合式八角環(huán)及雙向延伸式八角環(huán)測力儀的研究表明，雙向延伸式四耳環(huán)八角環(huán)性能最優(yōu)，完全符合木材三向切削力測定的要求。</p><

74、p>　　1.3本文研究的目的及其展望</p><p>　　由于目前國內(nèi)外鮮有可同時測量三向力的傳感器的報道，多是可同時測量二向力的傳感器。LQ-18鋸鏈切削性能試驗臺可測定鋸鏈鋸齒上切削力的三個方向分力，即主切削力、進給力和側(cè)向力；進給機構(gòu)的進給速度；驅(qū)動鏈輪軸的軸功率；鋸鏈的鋸切效率,更好的衡量刀具的切削性能。而同時測量三向力還能反應木材或者金屬材料的品質(zhì)，所以研究生產(chǎn)一種結(jié)構(gòu)緊湊，啟動容易，操作靈活，鋸

75、切效率高，維護簡便的木材刀具切削試驗臺是非常必要的。</p><p>　　根據(jù)國內(nèi)外對于木材刀具切削試驗臺研究發(fā)展概況，綜合我們實驗的目的，確定了我們要設計的切削試驗臺的方案。把握好木材刀具切削試驗臺整體設計，我們需要加寬進給速度調(diào)節(jié)范圍，多次研究測試以計算出的更精確地速度達到更好的切削效果，降低切削過程中的功耗。所設計的試驗臺應具有較大的傳遞扭矩，可保證大節(jié)距高效率的鋸鏈性能測定。根據(jù)本試驗臺的要求，進行必要設

76、計和改進，既保證了功能，又縮短了研制周期。</p><p>　　第二章 試驗臺進給機構(gòu)設計方案確定 </p><p>　　2.1木材切削試驗臺進給系統(tǒng)的設計要求及類型</p><p>　　2.1.1 試驗臺進給機構(gòu)的設計要求</p><p>　　為適應LQ-18型鋸鏈切削性能試驗臺木材進給速度要求，確定了進給系統(tǒng)的進給方式，和傳動方案優(yōu)化設計

77、了進給系統(tǒng)床鞍、溜板箱的結(jié)構(gòu)。保證了進給系統(tǒng)具有足夠剛度和精確的傳動速度，速度可調(diào)范圍為0.2~25cm/s，進給力≤60kg，主切削力≤80kg，側(cè)向力≤20kg，達到試驗臺無級調(diào)速的要求。</p><p>　　鋸鏈切削性能試驗臺可用來檢驗鋸鏈的鋒利性、進鋸的輕便性、鋸鏈運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性和鋸切效率的高低，也可用于檢驗鋸鏈、導板和驅(qū)動鏈輪的高速適應能力。LQ-18型鋸鏈切削性能試驗臺是在總結(jié)國內(nèi)外同類試驗臺的基礎(chǔ)上，

78、根據(jù)現(xiàn)代鏈鋸的特點而設計的。它能模擬各種手持式鏈鋸和樹木收割機的工況，所設計的LQ-18型鋸鏈切削性能試驗臺鋸鏈驅(qū)動電機的功率達18.5kW，驅(qū)動鏈輪軸轉(zhuǎn)速可在0~15000r/min范圍內(nèi)無級調(diào)速，木材進給速度可在0.2~25cm/s范圍內(nèi)無級調(diào)速。當鋸切20cm高木材時，鋸切生產(chǎn)率為50~500cm2/s。LQ-18.型鋸鏈切削性能試驗臺的試驗范圍大，測試精度高。配備該試驗臺的木材進給系統(tǒng)在原有機床進給系統(tǒng)基礎(chǔ)上，根據(jù)本試驗臺的要求

79、，進行了專用設計和改進，既保證了功能，又縮短了研制周期。</p><p>　　2.1.2 試驗臺進給機構(gòu)的類型及比較</p><p>　　車床的進給運動是通過光桿或絲桿來實現(xiàn)的，光桿或絲桿的動力來自床頭箱，通過進給箱再到溜板箱，傳動路線長，結(jié)構(gòu)復雜。鋸鏈切削性能試驗臺進給運動速度可調(diào)范圍大，且只有一個沿導軌方向的縱向運動，因此原有床頭箱無法使用，應將其去掉。進給運動有液壓傳動和機械傳動兩種

80、可行的方案。</p><p>　　液壓傳動方案。用一個細長液壓缸直接推動床鞍運動，用調(diào)速閥調(diào)節(jié)進給速度。但液壓系統(tǒng)不能兼手動進給，仍然需要一個手動進給機構(gòu)，結(jié)構(gòu)反而復雜。此外，液壓系統(tǒng)工作的可行性不如機械進給機構(gòu)，還容易漏油。</p><p>　　機械傳動方案。機械傳動有兩種方式，一種是通過絲桿和溜板箱上的螺母傳動，絲桿的旋轉(zhuǎn)由安裝在床身左端的電動機及減速裝置驅(qū)動。另一種是將電動機直接安裝

81、在溜板箱上，相當于車床的快進快退電動機，但功率和速度要更大一些。比較兩種方式，第二種方式結(jié)構(gòu)緊湊，容易實現(xiàn)，造價低，故選用它。為了實現(xiàn)進給運動的無級調(diào)速，選用了變頻調(diào)速電動機，其頻率變化范圍為5~65Hz，高低速之比為13倍。試驗臺木材水平進給速度的變化范圍為0.2~25cm/s，高低速之比為10倍。只要傳動系統(tǒng)的傳動比合適就可以滿足要求。</p><p>　　綜上所述：本試驗臺采用機械傳動進給，通過手輪和電動機

82、來配合試驗臺進給運動。</p><p>　　2.2 木材切削試驗臺進給系統(tǒng)整體設計方案確定</p><p>　　2.2.1 試驗臺進給機構(gòu)的工作原理</p><p>　　木材刀具切削試驗臺能模擬鋸鏈的工作狀態(tài)，有較寬的切削速度調(diào)節(jié)范圍和進給速度調(diào)節(jié)范圍。同時具有較大的傳遞扭矩，可以保證大節(jié)距高效率的鋸鏈性能測定，同時測定鋸鏈鋸齒上切削力的三個方向分離，即主切削力，進

83、給力和側(cè)向力。進給機構(gòu)的進給速度，驅(qū)動鏈輪的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速，軸公路，鋸鏈的鋸切效率。</p><p>　　側(cè)向力可翻頁鋸鏈的輕微跑偏，測側(cè)向力可避免跑偏對切削阻力測定值帶來的嚴重影響，同時還能檢驗鋸鏈的鋒利性，進鋸的輕便性，鋸鏈運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性，也可用于檢驗鋸鏈，導板和驅(qū)動鏈輪的告訴適應能力。</p><p>　　2.2.2 試驗臺進給機構(gòu)設計與創(chuàng)新</p><p>　　鋸鏈

84、切削性能試驗臺可用來檢驗鋸鏈的鋒利性、進鋸的輕便性、鋸鏈運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性和鋸切效率的高低，也可用于檢驗鋸鏈、導板和驅(qū)動鏈輪的高速適應能力。LQ-18型鋸鏈切削性能試驗臺是在總結(jié)國內(nèi)外同類試驗臺的基礎(chǔ)上，根據(jù)現(xiàn)代鏈鋸的特點而設計的。它能模擬各種手持式鏈鋸和樹木收割機的工況，所設計的LQ-18型鋸鏈切削性能試驗臺鋸鏈驅(qū)動電機的功率達18.5kW，驅(qū)動鏈輪軸轉(zhuǎn)速可在0~15000r/min范圍內(nèi)無級調(diào)速，木材進給速度可在0.5~25cm/s范圍內(nèi)

85、無級調(diào)速。當鋸切20cm高木材時，鋸切生產(chǎn)率為50~500cm2/s。</p><p>　　LQ-18.型鋸鏈切削性能試驗臺的試驗范圍大，測試精度高。配備該試驗臺的木材進給系統(tǒng)在原有機床進給系統(tǒng)基礎(chǔ)上，根據(jù)本試驗臺的要求，進行了專用設計和改進，既保證了功能，又縮短了研制周期。</p><p>　　LQ-18型鋸鏈切削性能試驗臺采用三向八角環(huán)式測力儀，安裝在木材下面。木材和測力儀總計達100

86、kg以上。如采用垂直進給則需要很大的平衡重，再加上機架和導軌，整個進給機構(gòu)將過于龐大，為此采用了木材水平進給的方式，導板固定于垂直方向。</p><p>　　鋸鏈切削性能試驗臺要求木材進給運動平穩(wěn)，沿水平直線勻速進給，不應歪斜和晃動，不應產(chǎn)生明顯的振動。這就要求木材夾持裝置和導軌有足夠精度和剛度。為此，本文選用普通車床的床身作基礎(chǔ)，床鞍作為木材夾持裝置的支承架，床身上的大導軌面作為木材夾持裝置的導軌。由于原有的床

87、鞍上無法安裝八角環(huán)式測力儀，故設計了專用的床鞍。</p><p>　　第三章 進給機構(gòu)結(jié)構(gòu)設計 </p><p>　　3.1 進給結(jié)構(gòu)設計</p><p>　　根據(jù)以上確定的方案進給系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖所示。床身與右床腳及左床腳組成木材進給系統(tǒng)的機座。床身的長度根據(jù)試驗時木材進給行程來選用。此進給行程必須大于2倍木材寬度與導板寬度之和，還要考慮標定加載的需要和每端至少

88、20cm的加速減速段，因此選用導軌 800mm長的床身（750mm長普通車床的車身也可），這樣的車身、床腳均為可直接訂做的通用件，使設計更加簡化，成本也得到降低。</p><p>　　床鞍帶動木材和八角環(huán)測力儀可在床身導軌上作水平直線移動。床鞍上面需裝八角環(huán)測力儀，因此上表面設計為一平面，下表面則類似于普通車床的床鞍，設計有導軌槽，并裝有壓板。床鞍與導軌間隙調(diào)整到最小的間隙配合，既保證運動的精度，又降低了進給阻力

89、和導軌副的磨損。床鞍導軌槽兩端裝有氈刷，可刷去導軌上的灰塵及鋸屑，以防其進入導軌槽產(chǎn)生阻塞現(xiàn)象。床鞍厚度較大，其具有足夠的剛度是保證八角環(huán)測力儀測試精度的必要條件。床鞍沿導軌的縱向長度略大于八角環(huán)測力儀的底板，它也是選擇床身導軌長度的影響因素之一。</p><p>　　專門設計的溜板箱考慮了簡單實用而又輕便的原則，其吊掛在床鞍下面，用4個螺栓固定。變頻調(diào)速電動機通過傳動機構(gòu)帶動小齒輪旋轉(zhuǎn)，小齒輪與固定在床身上的齒

90、條嚙合，推動溜板箱和床鞍移動。進給系統(tǒng)設計了手動和電動兩種進給方式，根據(jù)操作需要，通過掛檔手柄來接通或斷開變頻調(diào)速電動機至小齒輪的傳動線路。掛檔時，由電動機帶動溜板箱和床鞍移動，脫檔時，則由操作者搖動手輪移動床鞍。</p><p>　　電氣控制箱安裝在床身的左端，即原來安裝床頭箱處。這樣不但整個試驗臺結(jié)構(gòu)緊湊，而且也方便操作者隨時觀察試驗臺的工作情況。電氣控制箱控制整個試驗臺的電氣系統(tǒng)。面板上有兩個變頻控制器和一

91、些按鈕及旋鈕，兩個變頻器分別控制鋸鏈驅(qū)動變頻電動機及木材進給變頻電動機。</p><p>　　為了實時測定木材的進給速度，床身左部安裝有進給速度傳感器。在床身右端，有進給力標定支架。標定加載時，一尼龍繩繞過支架上端的滑輪，一端掛在木材上，另一端懸掛砝碼。砝碼的重量就是所施加的水平進給力。</p><p>　　3.2. 齒輪箱設計</p><p>　　根據(jù)試驗臺的工作

92、需要設計了簡單而進給速度快的溜板箱。下圖為溜板箱結(jié)構(gòu)示意圖。其手搖進給系統(tǒng)與一般車床相似，由手輪、手輪軸、減速齒輪及進給齒輪軸組成。手輪軸齒輪的模數(shù)為2.5，齒數(shù)為15，進給大齒輪的齒數(shù)為69。進給齒輪軸上的小齒輪與原車床相同，模數(shù)為2.8252，齒數(shù)13。這樣，手搖一圈的進給量為25mm，既輕便速度又適中。手輪空套在手輪軸上，搖動時往前推手輪即可使手輪與軸結(jié)合，不搖時在回位彈簧力作用下自動脫開。 這樣，溜板箱快速進給時，手輪不會空轉(zhuǎn)傷

93、人或觸及其他物體。</p><p>　　溜板箱的快速進給傳動由電動機最終傳至進給齒輪軸。安裝在溜板箱右側(cè)的電動機與軸通過平鍵連接。軸由兩個球軸承支承在殼體內(nèi)，左端固定有主動錐齒輪，且被動錐齒輪與主動錐齒輪齒數(shù)相同。被動錐齒輪及小齒輪都固定在短軸上，短軸由兩個球軸承支承在殼體壁上。這樣，小齒輪與被動錐齒輪同步旋轉(zhuǎn)。小齒輪與中間大齒輪嚙合，小齒輪齒數(shù)為26，中間大齒輪齒數(shù)為83，減速比為3.192。中間大齒輪固定在花

94、鍵軸上，花鍵軸由兩個球軸承支承旋轉(zhuǎn)。另外花鍵軸上還空套著滑動齒輪，滑動齒輪的一端有撥叉槽，撥叉由掛擋手柄操縱以推動滑動齒輪在花鍵軸上滑動，從而使滑動齒輪和進給大齒輪實現(xiàn)嚙合與脫開。當滑動齒輪與進給大齒輪嚙合時，溜板箱就可由變頻電機驅(qū)動實現(xiàn)自動進給?；瑒育X輪的齒數(shù)為20，電動機至進給齒輪軸的傳動比為：i=69/20*83/26=11.013.</p><p>　　變頻電源的頻率變化范圍為5~56Hz。相應地，電動機

95、的轉(zhuǎn)速為140~1820r/min，溜板箱的進給速度為2.44~31.88cm/s，正好滿足了試驗的需要。</p><p>　　3.3 驅(qū)動裝置的設計</p><p>　　我校師生研制的LQ－11型鋸鏈切削試驗臺的輸出軸轉(zhuǎn)數(shù)范圍為3200～9000 r /min，對于一些高轉(zhuǎn)速鏈鋸來說是不夠的，特別是高速切削已成為當現(xiàn)代鋸鏈的一種發(fā)展趨勢，作為試驗臺，應能適用于不同的鋸鏈產(chǎn)品，能模擬鋸鏈在

96、不同切削速度下的實際工作狀態(tài)，我們要研制的試驗臺采用增速齒輪傳動和變頻調(diào)速相結(jié)合的方法實現(xiàn)鏈輪高轉(zhuǎn)速，寬范圍的調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)速范圍為0～15000 r /min 試驗臺主電機選用額定功率為18.5 kW型號為Y160L-02的變頻電機，配合相應變頻器，使用的電機輸出轉(zhuǎn)速在0 ～ 4100 r /min 范圍內(nèi)可調(diào)，增速傳動裝置由帶傳動和齒輪傳動構(gòu)成，帶傳動的傳動比為1:1。44，增速齒輪傳動機構(gòu)的傳動比為1：3.51，整個增速傳動裝置的傳動比

97、為5，使輸出最大轉(zhuǎn)速滿足設計要求。</p><p>　　3.4齒輪傳動副的設計</p><p>　　齒輪傳動裝置主要由齒輪傳動副組成，其任務是傳遞電動機輸出的扭矩和轉(zhuǎn)速，并使電動機與負載（試驗臺）之間的扭矩、轉(zhuǎn)速、以及負載慣量相匹配，使電機的高速低扭矩輸出變?yōu)樨撦d所需要的低速扭矩。</p><p>　　對傳動裝置的總要求是傳動精度要求高、穩(wěn)定性好和靈敏度高（或響應速

98、度快），在設計齒輪傳動裝置時，也應從有利于提高這三個指標的角度來提出設計要求。對于進給系統(tǒng)而言，傳動誤差直接影響試驗臺傳動的工作精度，因而應盡可能縮短傳動距離、消除傳動間隙，以提高傳動精度和剛度。齒輪傳動裝置將影響整個系統(tǒng)的靈敏度（響應速度），從這個角度考慮應注意減少摩擦和轉(zhuǎn)動慣量，以提高傳動裝置的加速度。</p><p>　　在設計齒輪傳動裝置時，除考慮以上要求外，還應考慮其傳動比分配及傳動級數(shù)對傳動件的轉(zhuǎn)動慣

99、量和執(zhí)行件的失動影響。增加傳動級數(shù)，可以減少傳動慣量，但級數(shù)增加，使傳動裝置結(jié)構(gòu)復雜，降低了傳動效率，增大了噪聲，同時也增大了傳動間隙和摩擦損失，對伺服系統(tǒng)不利。因此不能單純根據(jù)轉(zhuǎn)動慣量來選取傳動級數(shù)，而應綜合考慮來選取最佳的傳動，而應綜合考慮來選取最佳的傳動級數(shù)和各級傳動比。</p><p>　　在木材切削試驗臺的進給系統(tǒng)中，考慮到慣量、扭矩、或脈沖當量的要求，有時要在電動機到絲杠之間加入齒輪傳動副，而齒輪等傳

100、動副存在的間隙，會使進給運動反向滯后于指令信號，造成反向死區(qū)而影響其傳動精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，為了提高進給系統(tǒng)的傳動精度，必須消除齒輪副的間隙。</p><p><b>　　1 原始數(shù)據(jù)</b></p><p>　　其中小齒輪45號鋼調(diào)質(zhì)，大齒輪45號鋼正火</p><p><b>　　2 齒輪的主要參數(shù)</b><

101、;/p><p>　　由上述硬度可知，該齒輪傳動為閉式軟尺面?zhèn)鲃?，軟尺面硬?lt;350，所以齒輪的相關(guān)參數(shù)按接觸強度設計 </p><p><b>　　—</b></p><p><b>　　—</b></p><p><b>　　—</b></p>&l

102、t;p>　　由教材圖5—29查得：小齒輪；</p><p><b>　　大齒輪。</b></p><p><b>　　所以：</b></p><p>　　式中：—重合度系數(shù)，對于斜齒輪傳動=0.75~0.88，取=0.80；</p><p>　　—載荷系數(shù)，一般近視取k=1.3~1.7,因是斜

103、齒輪傳動，故k取小</p><p><b>　　=1.5；</b></p><p>　　—齒寬系數(shù)，對于軟尺面（<350），齒輪相對于軸承對稱布置時，=0.8~1.4,取=1；</p><p>　　—齒數(shù)比，對于斜齒輪。</p><p><b>　　所以：</b></p><

104、;p>　　3 計算各齒輪分度圓直徑</p><p><b>　　小齒輪：mm</b></p><p><b>　　中間大齒輪：mm</b></p><p><b>　　滑動齒輪：</b></p><p><b>　　進給大齒輪：</b></p&

105、gt;<p><b>　　手輪軸齒輪：mm</b></p><p>　　4 3組嚙合齒輪的相關(guān)參數(shù)如下表</p><p>　　表1 小齒輪和中間大齒輪傳動數(shù)據(jù)</p><p>　　圖1 小齒輪和中間大齒輪嚙合示意圖</p><p>　　表2 滑動齒輪和進給大齒輪傳動數(shù)據(jù)</p><

106、;p>　　圖2 滑動齒輪和進給大齒輪嚙合示意圖</p><p>　　表3 手輪軸齒輪和進給大齒輪相關(guān)數(shù)據(jù) </p><p>　　圖3 手輪軸齒輪和進給大齒輪嚙合示意圖 </p><p>　　圖4 中間大齒輪零件圖 </p><p>　　3.5 變頻調(diào)速電動機的選型</p><p>　　3.5

107、.1 影響電動機選擇的因素</p><p>　　(1)根據(jù)機械的負載特性和生產(chǎn)工藝對電動機的啟動、制動、反轉(zhuǎn)、調(diào)速等要求，選擇電動機類型。</p><p>　　(2)根據(jù)負載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速變化范圍和啟動頻繁程度等要求，考慮電動機的溫升限制、超載能力額啟動轉(zhuǎn)矩，選擇電動機功率，并確定冷卻通風方式。所選電動機功率應留有余量，負荷率一般取0.8～0.9。</p><p>　　

108、(3)根據(jù)使用場所的環(huán)境條件，如溫度、濕度、灰塵、雨水、瓦斯以及腐蝕和易燃易爆氣體等考慮必要的保護措施，選擇電動機的結(jié)構(gòu)型式。</p><p>　　(4)根據(jù)企業(yè)的電網(wǎng)電壓標準和對功率因素的要求，確定電動機的電壓等級和類型。</p><p>　　(5)根據(jù)生產(chǎn)機械的最高轉(zhuǎn)速和對電力傳動調(diào)速系統(tǒng)的過渡過程的要求，以及機械減速機構(gòu)的復雜程度，選擇電動機額定轉(zhuǎn)速。</p><

109、p>　　此外，還要考慮節(jié)能、可靠性、供貨情況、價格、維護等等因素。</p><p>　　3.5.2電動機類型和結(jié)構(gòu)型式的選擇</p><p>　　由于不同的齒輪箱要求不同的主軸輸出性能(旋轉(zhuǎn)速度，輸出功率，動態(tài)剛度，振動抑制等)，因此，主軸選用標準與實際使用需要是緊密相關(guān)的。總的來說，選擇主軸驅(qū)動系統(tǒng)將在價格與性能之間找出一種理想的折衷。下表簡要給出了用戶所期望的主軸驅(qū)動系統(tǒng)的性能。

110、下面將對各種交流主軸系統(tǒng)進行對比、分析。</p><p>　　表4 理想主軸驅(qū)動系統(tǒng)性能</p><p>　　根據(jù)以上因素選擇驅(qū)動電動機的型號：</p><p>　　查表可得：外伸軸長度80mm,直徑38mm，額定功率和滿載轉(zhuǎn)速見上表。</p><p><b>　　3.6 軸的設計</b></p>

111、<p>　　3對嚙合齒輪主要通過鍵連接中間大齒輪和滑動齒輪，進給大齒輪和進給齒輪。手輪軸是連接手輪軸和手輪軸齒輪。所以要設計鍵槽，可設計一個鍵槽為兩個齒輪傳力。軸的材料選用45號鋼，調(diào)質(zhì)處理。</p><p>　　初算直徑時，若最小直徑段開于鍵槽，應考慮鍵槽對軸強度的影響，當該段截面上有一個鍵槽時，d增加5%~7%，兩個鍵槽時，d增加10%~15%，有教材表12-2，高速軸，低速軸。同時要考慮電動機的外

112、伸直徑d=10mm。</p><p>　　所以結(jié)合電動機的外伸直徑d=10mm，初選LT8聯(lián)軸器 ,所以初確定mm.</p><p><b>　　軸的結(jié)構(gòu)設計</b></p><p><b>　　短軸的結(jié)構(gòu)設計</b></p><p>　　各軸段徑向尺寸的初定</p><p>

113、;　　短軸通過聯(lián)軸器LT6聯(lián)軸器</p><p>　　連接電動機，所以??；；</p><p>　　由此直徑確定軸承，選擇滾動軸承, </p><p><b>　　,,。</b></p><p>　　各軸端軸向尺寸的初定</p><p><b>　??；</b></p&g

114、t;<p>　　求齒輪上的作用力的大小和方向</p><p><b>　　齒輪上作用力的大小</b></p><p>　　3.7軸承端蓋的設計</p><p>　　滾珠絲杠兩端有軸承端蓋，它的作用是軸承外圈的軸向定位，和防塵和密封，除它本身可以防塵和密封外，它常和密封件配合以達到密封的作用。左側(cè)端蓋因為滾珠絲杠要通過所以設計了一個

115、孔用氈墊來封油。</p><p>　　3.8 滾動軸承的選擇與計算</p><p><b>　　滾動軸承的選擇</b></p><p>　　低速軸和高速軸的軸承段的直徑=48, =48 選用軸承，初選深溝球軸承, </p><p><b>　　滾動軸承的校核</b></p>

116、<p>　　由于低速軸的轉(zhuǎn)矩大于高速軸，同時各軸直徑相差很小，所以只需校核短軸的深溝球軸承。</p><p><b>　　由前面的計算可得</b></p><p><b>　　軸向力：</b></p><p><b>　　轉(zhuǎn)速：</b></p><p><b&g

117、t;　　求當量動載荷</b></p><p>　　由上圖可知軸2未受軸向載荷，軸2受軸向載荷，則，由教材表14-12可得，，查有關(guān)軸承手冊可得。</p><p>　　軸2：，查表可得，可計算出，</p><p><b>　　可得</b></p><p><b>　　軸1：</b><

118、/p><p><b>　　求軸承壽命</b></p><p><b>　　則</b></p><p>　　按單班制計算每天工作8小時，一年工作365天，則</p><p><b>　　（滿足年限要求）</b></p><p>　　第四章 進給速度測試系統(tǒng)設計

119、</p><p><b>　　測試裝置的設計</b></p><p>　　試驗臺的測試系統(tǒng)大量應用了虛擬儀器技術(shù)及計算機技術(shù)，自動化、智能化的引入提高了系統(tǒng)的先進性，信號處理的核心是一臺工業(yè)計算機，轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速信號連接在計算機的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速信號處理卡上，八角環(huán)三向測力傳感器的應變信號經(jīng)橋盒接成所需的橋路后，由 USB 接口的WS3811 數(shù)字應變儀處理，并將結(jié)果通過 USB口

120、與計算機相連 進給速度信號采用光電脈沖傳感器，實現(xiàn)了長位移高精度的測量，光電脈沖傳感器的抗干擾能力突出，輸出信號為數(shù)字脈沖，筆者采用通過計算機的并行接口中的 EPP 模式，從輸入口讀得該TTL電平信號，節(jié)省了 F /V 變換及 A/D板 實踐證明該方法簡單實用，也避免了信號轉(zhuǎn)換可能帶來的二次誤差。如下圖所示：</p><p>　　處理軟件由 Visual Basic 6. 0 及 LabView STU感器的零點

121、標定及八角環(huán)三向測力傳感器的零點標定及加載線性標定 系統(tǒng)參數(shù)設定模塊設定所測試鋸鏈的型號 參數(shù)等信息 實時測試模塊用于同時記錄扭矩 轉(zhuǎn)速 切向力 法向力 側(cè)向力及進給速度，并以曲線的形式顯示 計算分析模塊用于將記錄的數(shù)據(jù)進行分析計算，主要計算單位鋸切功力比鋸切效率及其它相關(guān)數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　通過本文對木材刀具切削試

122、驗臺進給機構(gòu)的方案、進給機構(gòu)結(jié)構(gòu)的設計，能夠使木材切削試驗臺實現(xiàn)手搖進給運動和快速進給運動的結(jié)合。</p><p>　　其手搖進給系統(tǒng)與一般車床相似，是通過手輪、手輪軸、手輪軸齒輪、進給齒輪及進給齒輪軸組成。手輪空套在手輪軸上，搖動時往前推手輪即可使手輪與軸結(jié)合，不搖時在回位彈簧力作用下自動脫開。 </p><p>　　溜板箱的快速進給傳動由電動機最終傳至進給齒輪軸。安裝在溜板箱右側(cè)的電動

123、機與軸通過聯(lián)軸器連接，左端固定有主動錐齒輪，被動錐齒輪及小齒輪都固定在短軸上，短軸由兩個球軸承支承在殼體壁上。小齒輪與中間大齒輪嚙合，中間大齒輪固定在花鍵軸上，另外花鍵軸上還空套著滑動齒輪，滑動齒輪的一端有撥叉槽，撥叉由掛擋手柄操縱以推動滑動齒輪在花鍵軸上滑動，從而使滑動齒輪和進給大齒輪實現(xiàn)嚙合與脫開。當滑動齒輪與進給大齒輪嚙合時，溜板箱就可由變頻電機驅(qū)動實現(xiàn)自動進給。</p><p><b>　　致

124、 謝</b></p><p>　　經(jīng)過3個月的忙碌和工作，本次畢業(yè)設計已經(jīng)接近尾聲，作為一個大學生的畢業(yè)設計，由于平時實際鍛煉的少，經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有許導師的督促指導，以及一起工作的同學們的支持，想要完成這個設計是難以想象的。 在這里首先要感謝我的導師許林云老師。許老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設計的每個階段，從查閱數(shù)據(jù)到設計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設計，裝

125、配草圖等整個過程中都給予了我悉心的指導。我的設計較為復雜煩瑣，但是許老師仍然細心地糾正圖紙中的錯誤。除了敬佩許老師的專業(yè)水平外，她的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。 其次要感謝我的同學對我無私的幫助，特別是在CAD軟件的使用方面，正因為如此我才能順利的完成設計，我要感謝我的母?！暇┝謽I(yè)大學，是母校給我們提供了優(yōu)良的學習環(huán)境；另外，我還要感謝那些曾給我授過課的每一位老師，是你們教會我專業(yè)識。

126、在此，我再說一次謝謝！謝謝大家?。?！。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1.  許林云. 自制實驗儀器設計及在課程教學中的應用. 中國現(xiàn)代教育裝備，2009，84：5-7</p><p>　　2.   許林云，劉軍，周克寧，林石.自制測力儀用于木材三向切削力的測定. 森林

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