I南京林業大學本科畢業設計（論文）題目：木材刀具切削試驗臺進給機構設計學院：南方學院專業：機械設計制造及其自動化學號：學生姓名：指導教師：職稱：教授二一三年五月二十八日南京林業大學本科畢業設計說明書II摘要本文主要是進行木材刀具切削實驗臺進給系統的設計。木材刀具切削試驗臺能模擬鋸鏈的工作狀態，有較寬的切削速度調節范圍和進給速度調節范圍。同時具有較大的傳遞扭矩，可以保證大節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，進給力和側向力，進給機構的進給速度，驅動鏈輪的轉矩轉速，軸公路，鋸鏈的鋸切效率。其中本文主要對木材刀具切削試驗臺進給機構的方案、進給機構結構進行了詳細設計。其手搖進給系統與一般車床相似，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合，不搖時在回位彈簧力作用下自動脫開。溜板箱的快速進給傳動由電動機最終傳至進給齒輪軸。安裝在溜板箱右側的電動機與軸通過聯軸器連接，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動實現自動進給。關鍵詞：鋸鏈，切削性能，試驗臺，進給系統。南京林業大學本科畢業設計說明書IIIAbstractWoodcuttercuttingtest-bedfeedmechanismdesignZhangQiyuann090301128(CollegeofsoutheNanjingForestryUniversity,Nanjing,210037)Abstract：Thisarticlemainlyiscarriesonthewoodcuttingtoolcuttingexperimentdesignoffeedsystem.Woodcuttercuttingbenchcansimulatetheworkingstateofthesawchain,hasawidespeedregulationrangeandcuttingfeedspeedadjustingrange.Havelargetransmissiontorque,atthesametimecanensurethehighefficiencyofcoarsepitchdeterminationofsawchainperformance,atthesametimesawchainsawcuttingforceofthethreedirections,namelythemaincuttingforceandfeedforceandlateralforce.Feedspeedofcanfeedmechanism,thedrivesprocketrotationspeed,torqueshaftroad,thecuttingefficiencyofthesawchain.Amongthemthispapercuttingtest-bedforwoodcuttingtoolsolutionsofcanfeedmechanism,thestructureofthefeedmechanismhascarriedonthedetaileddesign.Itshandfeedingsystemsimilartothegenerallathe,handbyhandwheel,shaft,gearshaftgearandfeedcomposition.Handsrestedinhandontheshaft,pushforwardwheelwhenyoushakehandwheelandtheshaft,donotshakethereturnspringforceundertheactionofautomaticrelease.Slipboardboxfastfeeddrivebythemotortofeedgearshaftend.Installedintheslipboardboxontherightsideofthemotorshaftthroughashaftcoupling,theleftfixedactivebevelgear,passivespiralbevelgearandsmallgearisfixedontheshortshaft,shortaxisbytwoballbearingsontheshellwall.Betweenpinionandgearmeshing,themiddlewheelfixedonthesplineshaft,splineshaftinalsoanemptysetofslidinggear,slidinggearforkslotatoneend,forkwasmonopolizedbythegearlevertopromotetheslidesontheslidinggearinsplineshaft,sothattheslidinggearandfeedbiggearmeshingwiththerelease.Whentheslidinggearandfeedbiggearmeshing,theslipboardboxcanbedrivenbyfrequencyconversionmotortorealizeautomaticfeed.Keyword：sawchain，cuttingperformance，lest-bed，feedingsystem南京林業大學本科畢業設計說明書IV目錄緒論11.1引言11.2國內外木材切削試驗臺發展現狀11.2.1國內木材切削試驗臺現狀11.2.2國外木材切削試驗臺現狀31.3本文研究的目的及其展望4第二章試驗臺進給機構設計方案確定52.1木材切削試驗臺進給系統的設計要求及類型52.1.1試驗臺進給機構的設計要求52.1.2試驗臺進給機構的類型及比較52.2木材切削試驗臺進給系統整體設計方案確定62.2.1試驗臺進給機構的工作原理62.2.2試驗臺進給機構設計與創新6第三章進給機構結構設計73.1進給結構設計83.2溜板箱設計93.3驅動裝置設計113.4齒輪傳動副的設計113.5變頻調速電動機的選型163.5.1影響電動機選擇的因素163.5.2電動機類型和結構型式的選擇173.6軸的設計183.7軸承端蓋的設計203.8滾動軸承的選擇和計算20第四章進給速度測試系統設計224.1測試裝置的設計22第五章實驗及總結23致謝24參考文獻25附錄南京林業大學本科畢業設計說明書1木材刀具切削試驗臺進給機構設計緒論1.1引言鋸鏈切削試驗臺對傳動裝置有其特殊要求，一是輸出軸轉速比較高；二是要求電動機能在較大范圍內進行無級調速，并具有硬的外特性。根據目前國內外現有的生產鋸鏈品種規格差異，為了提高生產效率以及降低成本，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、進給力和側向力；進給機構的進給速度；驅動鏈輪軸的軸功率；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的平穩性和鋸切效率的高低，也可用于檢驗鋸鏈導板和驅動鏈輪的高速適應能力。木材刀具切削試驗臺是在總結國內外同類試驗臺的基礎上，根據現代鏈鋸的特點而設計的。1.2國內外木材切削試驗臺發展現狀1.2.1國內研究概況我國自本世紀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據。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）和平衡重塊測量切向力和法向力。這在當時的國內外已屬于比較領先的技術。1992年南京林業大學研制的LQ-119以及后來的LQ-18型切削平臺10都使用了交叉八角環測力傳感器這一新的技術。應用于LQ-11的三向測力儀可同時測定切向力、法向力和側向力。側向力可反映鋸鏈的輕微跑偏,測側向力可避免跑偏對南京林業大學本科畢業設計說明書2切削阻力測定值帶來的嚴重影響。此試驗臺性能良好，試驗結果準確，居國內同類型試驗臺領先水平。迄今已經為全國數十個鋸鏈生產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據。2010年上海大學對八角環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,是提高八角環測力刀架的測量精度的有效方法。應用對稱性原理,在傳統八角環測力刀架上下方增設凸起結構可以顯著地改善應變分布的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12。攪拌摩擦焊用八角環是一種測力元件，可看做為一個彈性系統，當受到一定的激勵時會引起振動。通過對攪拌摩擦焊用測力八角環的有限元模態分析，得出了該八角環結構的前12階固有頻率和相應振型，為該結構的進一步優化設計和理論分析提供了可靠的依據。八角環的固有頻率跟彈性元件的結構有關，因此，對彈性元件進行結構優化設計能提高結構的固有頻率，從而提高測力八角環的測量精度和工作穩定性。近些年，蘭州工業高等專科學校研究了八角環電阻式車削測力儀在車床三向力靜剛度測定中的應用。經修復后的軸瓦在運行中情況良好,檢測振動值在允許范圍內,且只花費幾百元的人工費,給工廠節約開支。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,給企業帶來更好的經濟效益。南京林業大學本科畢業設計說明書31.2.2國外研究概況近幾十年，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向力所用的傳感裝置都是不一樣的。雖然近幾年國外也有利用雙延伸式八角環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組合制成的測磨床工作時單向切削力和扭矩等。國外有些國家用多個八角環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組合制成的測磨床工作時單向切削力和扭矩等。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變片相比較，產品穩定更好，更長時間的測量，產品測量結果更加穩定，能提供完善應變測量選擇。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，澳大利亞林產品實驗室，芬蘭農業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，切向和側向三個方向的切削阻力。九十年代中期，美國McCULLOCH公司，澳大利亞林產品實驗室，芬蘭農業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，切向和側向三個方向的切削阻力。單一八角環式測力儀因其整體穩定性差不適合很多實驗臺的要求。單向延伸式八角環測力儀增強了x方向的穩定性，而沿垂直于xy平面方向上的穩定性還很差，因此不能直接應用于實驗。南京林業大學本科畢業設計說明書4雙向延伸式八角環測力儀在任何方向的整體穩定性均大大提高，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，因此必然使得耳環部位的尺寸較小，且加工精度要求較高，因此制造成本較高。根據國內外對于單向延伸式八角環、組合式八角環及雙向延伸式八角環測力儀的研究表明，雙向延伸式四耳環八角環性能最優，完全符合木材三向切削力測定的要求。1.3本文研究的目的及其展望由于目前國內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、進給力和側向力；進給機構的進給速度；驅動鏈輪軸的軸功率；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，所以研究生產一種結構緊湊，啟動容易，操作靈活，鋸切效率高，維護簡便的木材刀具切削試驗臺是非常必要的。根據國內外對于木材刀具切削試驗臺研究發展概況，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節范圍，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，可保證大節距高效率的鋸鏈性能測定。根據本試驗臺的要求，進行必要設計和改進，既保證了功能，又縮短了研制周期。南京林業大學本科畢業設計說明書5第二章試驗臺進給機構設計方案確定2.1木材切削試驗臺進給系統的設計要求及類型2.1.1試驗臺進給機構的設計要求為適應LQ-18型鋸鏈切削性能試驗臺木材進給速度要求，確定了進給系統的進給方式，和傳動方案優化設計了進給系統床鞍、