木材刀具切削試驗臺整體設(shè)計論文[帶圖紙]

1、<p><b>　　南京林業(yè)大學(xué)</b></p><p><b>　　本科畢業(yè)設(shè)計</b></p><p>　　題 目：木材刀具切削試驗臺整體設(shè)計</p><p>　　學(xué) 院： 南方學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 </p><

2、;p><b>　　學(xué) 號： </b></p><p><b>　　學(xué)生姓名： </b></p><p><b>　　指導(dǎo)教師： </b></p><p>　　職 稱： 教 授 </p><p><b>　　二○一三年 六月</b>

3、</p><p>　　木材刀具切削試驗臺整體設(shè)計</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本文主要是進行木材刀具切削實驗臺的整體設(shè)計的構(gòu)思。我們所設(shè)計的木材刀具切削試驗臺采用驅(qū)動鏈輪軸和進給速度無極調(diào)速的運動形式，能測出切向切削力，驅(qū)動鏈輪軸扭矩，鏈切削速度和進給速度。而大多數(shù)國內(nèi)外切削試驗臺裝置并不能測定以上全部參數(shù)，有

4、的參數(shù)測定精度也很低。</p><p>　　根據(jù)目前國內(nèi)外現(xiàn)有的切削試驗臺品種規(guī)格多，適用于不同的電鏈鋸，且工作時的鋸鏈切削速度高低差異很大，切削功耗相差很大。為能評定鋸鏈切削木材時的切削性能，所設(shè)計的試驗臺，需能模擬鋸鏈的工作狀態(tài)，反映鋸鏈實際的切削速度和切削效率，因此應(yīng)具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；同時應(yīng)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。</p><p&

5、gt;　　本文闡述了木材刀具切削試驗臺的總體方案設(shè)計，構(gòu)造及功能，驅(qū)動鏈輪軸，導(dǎo)板支撐座等部件的設(shè)計，以及木材刀具切削試驗臺的電控電路設(shè)計。</p><p>　　關(guān)鍵詞：試驗臺設(shè)計?切削? 變頻調(diào)速</p><p>　　Wood cutter cutting test-bed design literature review as a whole</p><p>

6、<b>　　Abstract</b></p><p>　　In this paper, the idea of a wood cutter cutting the overall design of the experiment station.Wood cutting tool designed test rig should be able to measure the tangenti

7、al cutting force, the drive chain axle torque, chain cutting speed and feed rate. </p><p>　　While most of the cutting test at home and abroad station apparatus and can not be measured all of the above parame

8、ters, and some parametric measurement accuracy is also very low. Difference in the level of the saw chain when cutting speed and cutting test rig varieties and specifications applicable to electric chain saws, and work,

9、cutting power consumption is a big difference. </p><p>　　Cutting performance when cutting wood saw chain can be assessed, the test stand design, can simulate the working condition of the saw chain, to reflec

10、t the actual cutting speed and cutting efficiency of the saw chain and therefore should have a wide cutting speed adjustment range and into the ; the same time should have a larger transfer torque, can ensure the high ef

11、ficiency of the large pitch saw chain performance measurement to the speed adjustment range.</p><p>　　Keyword：Test rig design cutting frequency control </p><p><b>　　目 錄</b></

12、p><p><b>　　1.緒論3</b></p><p>　　1.1研究的意義及目的3</p><p>　　1.1.1研究的意義3</p><p>　　1.2．1研究的目的4</p><p>　　1.2 國內(nèi)外同類研究概況4</p><p>　　1.2.1 國內(nèi)研究

13、概況5</p><p>　　1 .2. 2 國外研究概況………………………………………………….6 </p><p>　　1. 2 .3 結(jié)論…………………………………………………………….7 </p><p>　　2.木材刀具切削試驗臺設(shè)計的主要內(nèi)容及要求...................................

14、.... 9</p><p>　　3總體方案的確定10</p><p>　　3.1木材刀具切削試驗臺的功能原理10</p><p>　　3.2驅(qū)動鏈輪軸轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速的測量10</p><p>　　3.3切削力的測量11</p><p>　　3.4驅(qū)動裝置的設(shè)計11</p><p>　　3.

15、5進給裝置的設(shè)計12</p><p>　　3.6電控電路的設(shè)計12</p><p>　　4木材刀具切削試驗臺的構(gòu)造13</p><p>　　5木材刀具切削試驗臺的部件設(shè)計15</p><p>　　5.1驅(qū)動鏈輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計.........................................................

16、........15</p><p>　　5.2導(dǎo)板支撐裝置的設(shè)計17</p><p>　　5.3鋸鏈張緊裝置的設(shè)計.................................. 18</p><p>　　5.4驅(qū)動鏈輪的設(shè)計………………………………………………….19 </p><p>　　5.5床身的設(shè)計………………………………

17、……………………….19 </p><p>　　5.6木材刀具切削試驗臺的電控電路設(shè)計………………………….20 </p><p>　　6.木材刀具切削試驗臺的總裝配圖………………………………………26 </p><p>　　7.測試方案設(shè)計……………………………………………………………27 </p><p>　　8.總結(jié)和展望...

18、.............................................................................................28</p><p>　　8.1總結(jié).................................................................................................

19、..28</p><p>　　8.2展望...................................................................................................28</p><p><b>　　致謝29</b></p><p><b>　　參考文獻30&

20、lt;/b></p><p><b>　　附 錄32</b></p><p><b>　　1.緒論</b></p><p>　　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。研究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

21、；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。根據(jù)鋸鏈切削原理，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。大量的研究結(jié)果表明，切削狀態(tài)的每個微小變化都能通過切削力的變化反應(yīng)出來，檢測切削力是目前國內(nèi)外研究與應(yīng)用最多的檢測方法之一。隨著切削加工的高速度，高精度，高度自動化，對切削試驗臺的要求越來越高，所以我們設(shè)計出這樣的功能兼?zhèn)涞?/p>

22、木材刀具試驗臺迫在眉睫。</p><p>　　1.1研究的意義及目的</p><p>　　1.1.1研究的意義</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

23、衡量刀具的切削性能。而同時測量三向力還能反應(yīng)木材或者金屬材料的品質(zhì)，所以研究木材刀具切削試驗臺就顯得尤為重要。</p><p>　　1.1.2研究的目的</p><p>　　在我國，電鏈鋸的發(fā)展都是解放后發(fā)展起來的，七十年代先后研制成功的YJ4和GJ85，YH25等三種新型鋸，這種小節(jié)鋸的鋸鏈對鋼材的強度很高，制造工業(yè)難度較大，對齒型和結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計也要求很高，雖然已經(jīng)研究了20多年，但是

24、質(zhì)量仍未過關(guān)，國內(nèi)鋸鏈市場仍被進口貨所占領(lǐng)，所以研究鋸鏈是十分必要的。雖然國內(nèi)一些企業(yè)生產(chǎn)的木材刀具切削試驗臺已經(jīng)達到國外或超過國外同內(nèi)產(chǎn)品的標準，但大部分國內(nèi)生產(chǎn)的木材刀具切削試驗臺噪聲大，安全系數(shù)低，效率較低，進鋸阻力和外觀較差，在競爭中處于劣勢，且根據(jù)鏈切削原理，所設(shè)計的鏈切削實驗系統(tǒng)應(yīng)該能測出切向切削力，驅(qū)動鏈輪軸扭矩，鏈切削速度和進給速度。而大多數(shù)國內(nèi)外切削試驗臺裝置并不能測定以上全部參數(shù)，有的參數(shù)測定精度也很低。所以研究生產(chǎn)

25、一種結(jié)構(gòu)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。</p><p>　　1.2 國內(nèi)外同類研究概況</p><p>　　1.2.1 國內(nèi)研究概況</p><p><b>　　2.1國內(nèi)研究概況</b></p><p>　　我國自本世紀60年代以來，不斷進行木材刀具切削試驗臺的研究。特

26、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(xué)院研制的T-1型試驗臺，用電阻應(yīng)變片（環(huán)）和平衡重塊測量切向力和法向力。這在當(dāng)時的國內(nèi)外已屬于比較領(lǐng)先的技術(shù)。電阻應(yīng)變片由敏感柵等構(gòu)成用于測量應(yīng)變的元件。由于測力系統(tǒng)中摩擦力的影響，其切向力的測定精度是很低的。</p><p>　　1982年南京林學(xué)院研制的NL-1型試驗臺，是利用薄壁圓筒形應(yīng)變傳感器同時測量兩向力。</p>

27、<p>　　圖1.交叉八角環(huán)三向木材切削測力臺</p><p>　　薄壁圓桶形應(yīng)變傳感器與采用的電阻應(yīng)變片和平衡重塊測力相比，這種測力系統(tǒng)無摩擦力影響，測量更方便。</p><p>　　1984年，東北林學(xué)院研制了SJM-50型鋸鏈試驗臺和T-2鋸鏈試驗臺。T-2試驗臺采用TP801單反機配以適當(dāng)?shù)膫鞲邢到y(tǒng)，放大電路，A/D轉(zhuǎn)換電路和接口電路的結(jié)構(gòu)。由于采用計算機技術(shù)，每次實

28、驗后可自動打印出鋸切參數(shù)，但是該試驗臺采用扇形進鋸，鋸口長度變化大，對過程數(shù)據(jù)難以處理。而且用測電功率的方法求切向力，有較大的誤差。</p><p>　　1992年南京林業(yè)大學(xué)研制的LQ-11型切削平臺使用了交叉八角環(huán)測力傳感器這一新的技術(shù)同時測三向力，同時用扭轉(zhuǎn)傳感器和扭矩轉(zhuǎn)速儀測驅(qū)動鏈輪的軸功率，具有較完善的功能，某些方面處于國內(nèi)外領(lǐng)先水平，但是此試驗系統(tǒng)仍用手工處理數(shù)據(jù)，不僅工作量大，而且使數(shù)據(jù)的精度受到一

29、定的影響。交叉八角環(huán)測力傳感器與前面的薄壁圓筒傳感器等幾種相比，靈敏度要更高，而相互之間的交叉靈敏度要低，并且更方便。</p><p>　　2010年上海大學(xué)對八角環(huán)三向測力的貼片進行了研究，提高貼片面應(yīng)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(yīng)用對稱性原理, 在傳統(tǒng)八角環(huán)測力刀架上下方增設(shè)凸起結(jié)構(gòu)可以顯著地改善應(yīng)變分布的均勻程度。</p><

30、p>　　圖2.八角環(huán)三向測力傳感器</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)。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(dāng)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(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(yīng)振型，為該結(jié)構(gòu)的進一步優(yōu)化設(shè)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，

31、對彈性元件進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)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>　　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向力所用的傳感裝置都是不一樣的。</p><p>　　1978年，日本研制的切削試驗臺，用桁架式電阻應(yīng)變片測

32、量切向力和法向力。</p><p>　　桁架式電阻應(yīng)變片與薄壁圓筒型應(yīng)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(yīng)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(yīng)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

33、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>　　近幾年，國外一些國家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研制的試驗臺，這些試驗臺代表了各個國家的最新水平和成功，但是一般情況下仍然以電阻應(yīng)變片傳感器來測量切削阻力。</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

34、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(dāng)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>　　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。</p><p>　　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</p><p>　　上的

35、穩(wěn)定性還很差，因此不能直接應(yīng)用于實驗。</p><p>　　雙向延伸式八角環(huán)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

36、，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><p><b>　　1.2.3.結(jié)論</b></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(shè)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(shè)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

37、削過程中的功耗。所設(shè)計的試驗臺應(yīng)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(shè)計和改進，既保證了功能，又縮短了研制周期。研究生產(chǎn)一種結(jié)構(gòu)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。</p><p>　　2.此木材刀具切削試驗臺設(shè)計的主要內(nèi)容及要求</p><p>　　鋸鏈的切削性能主要包括鋒利性以及進鋸阻力的大小兩個

38、方面。鋸鏈切削試驗臺必須圍繞這兩個因素進行功能設(shè)計。為能評定鋸鏈切削木材時的切削性能，所設(shè)計的試驗臺學(xué)能模擬鋸鏈的工作狀態(tài)，反映鋸鏈實際的切削速度和切削效率，因此應(yīng)具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；同時應(yīng)具有較大的傳遞扭矩整個傳動系統(tǒng)的最大傳遞扭矩為30Nm，可保證大節(jié)距高效率的鋸鏈性能測定。</p><p>　　本設(shè)計的要求：1.切削速度的調(diào)節(jié)范圍為10～15000rpm；2.進給速度調(diào)節(jié)范圍為0.

39、2～25cm/s ，3.整個傳動系統(tǒng)的最大傳遞扭矩為30Nm。</p><p>　　本設(shè)計內(nèi)容：1.試驗臺整體方案設(shè)計 2.驅(qū)動鏈輪軸，鏈輪，導(dǎo)板支撐座等的設(shè)計 3.床身設(shè)計 4.電控電路設(shè)計等</p><p><b>　　3總體方案的確定</b></p><p>　　3.1木材刀具切削試驗臺的功能</p><p>

40、　　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，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

41、性，鋸鏈運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性，也可用于檢驗鋸鏈，導(dǎo)板和驅(qū)動鏈輪的告訴適應(yīng)能力。</p><p>　　3.2驅(qū)動鏈輪軸轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速的測量</p><p>　　轉(zhuǎn)矩的測量轉(zhuǎn)矩的測量可以用兩種方法:一種是在鏈輪軸表面粘貼電阻應(yīng)變片另一種是采用專門的轉(zhuǎn)矩傳感器。前一種方法需要用集流環(huán)把軸上的轉(zhuǎn)矩信號輸出，但高轉(zhuǎn)速的集流環(huán)價格昂貴。而且鏈輪軸很細，粘貼應(yīng)變片和安裝集流環(huán)都比較困難。后一種方法只要把轉(zhuǎn)矩傳感器安裝

42、在驅(qū)動鏈輪軸與驅(qū)動電機之間即可，容易實施，且價格也不高。我們設(shè)計的試驗臺采用ZJ型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器，在測轉(zhuǎn)矩的同時,還測得鏈輪軸的轉(zhuǎn)速。</p><p>　　轉(zhuǎn)速的測量有三種：1.用光電計數(shù)測量 2.通過測量發(fā)電機的轉(zhuǎn)速進行計算3.采用專門的轉(zhuǎn)速傳感器測量。第一種和第二種方法都存在較大的測量誤差，第三種方法只要把轉(zhuǎn)矩傳感器安裝在驅(qū)動鏈輪軸與驅(qū)動電機之間，也很容易實施。</p><p>　　通

43、過比較沒采用講轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器安裝在驅(qū)動電機與驅(qū)動鏈輪軸之間，可同時測量鏈輪軸的轉(zhuǎn)速。根據(jù)設(shè)計參數(shù)要求，試驗臺采用NJG030型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器，許用轉(zhuǎn)速最大為30000r/min，額定轉(zhuǎn)矩最大為30Nm。為了減少中間傳動環(huán)節(jié)的影響，應(yīng)將轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器安裝在最后一級的輸出軸與負載之間。</p><p><b>　　3.3切削力的測量</b></p><p>　　切削力的測

44、量方法有：1.切削力可以再鋸鏈上測量，但因為鋸鏈零件的尺寸很小，且處于高速回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)頭，所以不能愛鋸鏈上安裝測力傳感器 2。在導(dǎo)板支撐座上安裝測力傳感器，但是受鋸鏈張力及鋸鏈與導(dǎo)板之間摩擦力的影響，無法獲得凈切削力的數(shù)值 3.將測力傳感器安裝在鋸鏈驅(qū)動裝置與導(dǎo)板支撐座之間，則傳感器可能只感受部分切削力，還有一部分切削力被摩擦力或傳動機構(gòu)的作用抵消，這樣會對切削力測量精度有很大影響 4.采用整體式測力傳感器直接安裝在試材與承座之間，這樣傳感

45、器能感受全部切削力，沒其他的影響，而且試材的重量比較小，對切削力的測量影響不大。</p><p>　　通過以上四種方案的比較，采用第四種方案比較合理。切削力測量傳感器采用整體式測力方式直接安裝在試材與承座之間，傳感器可承受全部切削力，通過加載標定出切削力與輸出信號之間的關(guān)系常數(shù)。我們研制的試驗臺采用自制的交叉八角環(huán)形應(yīng)變式三向切削力整體式傳感器，傳感器本體由整塊鍛造鋼經(jīng)線切割加工成形，加工精度高，應(yīng)變片貼片細致，

46、靈敏度高，測試范圍寬。而且提高了切削阻力的測定精度。</p><p>　　3.4驅(qū)動裝置的設(shè)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(dāng)現(xiàn)代鋸鏈的一種發(fā)展趨勢，作為試驗臺，應(yīng)能適用于不同的鋸鏈產(chǎn)品，能模擬鋸鏈在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

47、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(yīng)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為5，使輸出最大轉(zhuǎn)速滿足設(shè)計要求。</p>

48、<p>　　3.5進給裝置的設(shè)計</p><p>　　進給運動的方式有三種：1.擺動進給，但擺動進給時鋸口長度和切屑厚度是變化的，不便處理試驗數(shù)據(jù)，試驗工況的控制也較困難。2.垂直進給，垂直進給的試驗臺高度和重量都比較大，造價較高，且操作不便3.水平進給，水平進給方案操作方便，穩(wěn)定性也較好。我們研制的試驗臺采用水平進給方案。</p><p>　　通過三種方案的比較，我們選擇第三

49、種方案。進給運動可以由鋸木機構(gòu)的運動來實現(xiàn)，也可以由試材的運動來實現(xiàn)。 如果由鋸木機構(gòu)運動來實現(xiàn)，必然整個進給機構(gòu)非常龐大;而由試材來實現(xiàn)進給運動，則進給機構(gòu)很緊湊。試驗臺用一臺普通車床的床身作為基礎(chǔ)，試材及測力傳感器安裝在床鞍上。床身上的大導(dǎo)軌作為木材夾持裝置的導(dǎo)軌。當(dāng)采用高速擋大螺距進給時，床鞍的縱向進給速度能滿足試驗要求。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 ～ 65 Hz，滿足試驗臺木材水平進給速

50、度的變化范圍為0.2 ～ 25 cm/ s。</p><p>　　3.6電控電路的選擇</p><p>　　基于本試驗臺的需要，鋸鏈電動機和進給電動機都需要配合想要的變頻器來進行調(diào)速。對變頻器的給定方式有三種：1.無極調(diào)速頻率給定 2.分段調(diào)速頻率給定 3.配合PLC的分段調(diào)速頻率給定。由于無極調(diào)速頻率給定非但增加了轉(zhuǎn)速的選擇性，且電路也比較簡單。所以本試驗臺的變頻器采用無極調(diào)速頻率給定方

51、式。對鋸鏈電動機配合的變頻器直接通過變頻器的面板進行調(diào)速，對進給電動機配合的變頻器通過外接電位器進行調(diào)速。</p><p>　　本試驗臺主要由三個電動機控制，分別是：1.鋸鏈電動機M1, 2.冷卻泵電動機M2 3.進給電動機M3.根據(jù)實驗特點，三者采用M1，M2，M3順序連鎖控制，其運轉(zhuǎn)順序為：先開冷卻泵電動機M2，再開鋸鏈電機M1，最后開進給電動機M3。先關(guān)閉進給電動機M3，再關(guān)閉鋸鏈電動機M1，最后關(guān)冷卻泵

52、電動機M2。</p><p>　　4.木材刀具切削試驗臺的構(gòu)造</p><p>　　木材刀具切削試驗臺主要由三個部分組成：鋸切機構(gòu)，進鋸機構(gòu)，電測系統(tǒng)。</p><p>　　鋸切機構(gòu)主要由交流變頻調(diào)速電動機，增速傳動裝置，導(dǎo)板支撐座，驅(qū)動鏈輪，鋸鏈，導(dǎo)板，聯(lián)軸器等組成。</p><p>　　進鋸機構(gòu)主要由床鞍，床身，床鞍驅(qū)動裝置，平行八角環(huán)三

53、向測力儀，試材夾具組成。</p><p>　　測試系統(tǒng)由轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器，平行八角環(huán)測力傳感器，光電脈沖位移傳感器等組成。</p><p>　　圖3. 木材刀具切削試驗臺結(jié)構(gòu)示意</p><p>　　木材刀具切削試驗臺的基本機構(gòu)示意圖如上圖所示。電動機1經(jīng)帶傳動裝置2和齒輪傳動裝置3增速后轉(zhuǎn)速可達0-15000r/min。為了保證齒輪能在高速情況下正常工作，齒輪箱設(shè)有

54、獨立的潤滑系統(tǒng)。增速齒輪箱的輸出軸通過花鍵聯(lián)軸器4與轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器5相連接，轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器的輸出軸再通過花鍵聯(lián)軸器與驅(qū)動鏈輪軸相連。鋸鏈傳動裝置6包括導(dǎo)板，鋸鏈，導(dǎo)板支撐座等，驅(qū)動鏈輪軸的軸承座和導(dǎo)板支撐座合為一體，為兼顧了不痛形式導(dǎo)板，鋸鏈的測試要求，同時也兼顧了能對鋸鏈進行潤滑。導(dǎo)板具有張緊裝置，能將鋸鏈調(diào)整到最佳張緊狀態(tài)。為了便于調(diào)整花鍵聯(lián)軸器的同心度，并確保在使用中不會改變，將增速齒輪箱，轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器及導(dǎo)板支撐座安裝在同一支撐

55、架上。試材8固定在八角環(huán)三向測力傳感器7的上臺板上，八角環(huán)三向測力傳感器安裝在車床的床鞍9上由變頻調(diào)速電動機驅(qū)動床鞍進給以實現(xiàn)試材的進給運動。為了便于用砝碼加載進行標定，床身10尾端裝有定滑輪及支架。</p><p>　　5 木材刀具切削試驗臺的部件設(shè)計</p><p>　　5.1驅(qū)動鏈輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　1.軸上零件的裝配方案及參數(shù) </

56、p><p>　　表1.漸開線外花鍵參數(shù)表</p><p>　　2.確定軸的各段直徑和長度</p><p>　　根據(jù)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器的輸出軸端為漸開線花鍵，其模數(shù)為1，齒數(shù)為12，則驅(qū)動鏈輪軸與轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器相連的軸端I-II也為漸開線花鍵，模數(shù)為1，齒數(shù)為12.具體參數(shù)鍵上圖。同時確定軸I-II的長度為20mm。為了滿足花鍵聯(lián)軸器的軸向定位要求，I-II軸端右側(cè)制出一軸剪

57、，故取DI-II=15mm。</p><p>　　初步選擇滾動軸承。因為驅(qū)動鏈輪軸轉(zhuǎn)速很高，故選擇角接觸球軸承。參照工作要求并根據(jù)dIII-IV=15mm，由軸承產(chǎn)品中選取單列角接觸球軸承7003AC型，其尺寸為dxDxT=17mm x 35mm x 10mm,故取dIII-IV=dv-vI=17mm,而LIII-IV=156mm，左端軸承的右端和右端軸承的左端均采用軸肩進行軸向定位，由手冊上查的7003AC型軸

58、承的定位軸肩高度h=1.5mm,故DIV-V=20mm.</p><p>　　根據(jù)需要軸，軸承端蓋的總寬度為16mm，根據(jù)軸承端蓋的拆裝及便于對軸承添加潤滑油的要求，取端蓋的外端面至II處和VII處之間的距離為9mm，故取LII-III=167=25mm.</p><p>　　軸端VII-VIII處安裝鏈輪，因為驅(qū)動鏈輪軸轉(zhuǎn)速很好，為了使鏈輪與軸的對稱性好，故采用矩形花鍵連接。為了使軸承能

59、拆裝，并查手冊，確定軸VII VIII處矩形花鍵的尺寸為N x d x D x B=6x11mmx14mmx3mm</p><p>　　為了對軸VII VIII處安裝的鏈輪進行軸向固定，采用雙圓螺母對鏈輪進行軸向固定，為了使鏈輪能拆裝，取d-VIII-IX=10mm,LVIII-IX=17mm。</p><p>　　3．軸與軸上零件的配合</p><p>　　滾動軸

60、承與軸的軸向定位是由過渡配合來保證的，此外選軸的直徑尺寸公差為K6。鏈輪與軸的軸向定位采用矩形花鍵連接，為了吧保證鏈輪與軸配合有狂好的對中性，故選擇鏈輪與軸的配合為</p><p>　　圖4.軸的結(jié)構(gòu)和裝配圖</p><p>　　5.2 導(dǎo)板支撐座的設(shè)計</p><p>　　考慮到鋸鏈要潤滑的需要，在該支撐座的上方安裝一塊板，能安防鋸鏈潤滑油壺，通過自重流油潤滑裝置

61、直接對鋸鏈進行潤滑。</p><p>　　導(dǎo)板支撐座前方的板是用來支撐導(dǎo)板的，兼顧了鋸鏈潤滑，張緊的需求，左側(cè)的小圓孔是通油孔，因為鋸鏈需要張緊，導(dǎo)板一側(cè)的通油孔會上下移動，所以在通油孔的前方設(shè)計一個槽用來盛油，導(dǎo)板的上下移動密度能給鋸鏈進行潤滑。</p><p>　　導(dǎo)板支撐座的下方的圓孔用來裝軸和軸承孔，它的大小是根據(jù)軸承的大小來設(shè)計的。軸孔中心應(yīng)與上方固定導(dǎo)板的兩個孔的中心相對齊，這

62、樣可保證巨款的垂直性，不會傾斜。</p><p>　　圖5. 導(dǎo)板支撐座的三位示意圖</p><p>　　5.3 鋸鏈張緊裝置的設(shè)計</p><p>　　鋸鏈張緊裝置又叫鋸鏈導(dǎo)板調(diào)整裝置。鋸鏈在導(dǎo)板上應(yīng)有一定的張緊力，才能保證鋸鏈的戰(zhàn)場工作。太緊會加快鋸鏈與導(dǎo)板的磨損，增加功率消耗，太松則容易脫鏈。張緊裝置多與鋸導(dǎo)板的固定裝置制成一體，用改變導(dǎo)板后端與驅(qū)動鏈輪的相對

63、位置，以調(diào)節(jié)鋸鏈的松緊度。</p><p>　　此裝置在導(dǎo)板支撐座上有一滑槽，滑槽內(nèi)裝一可移動的滑塊，見下圖，滑塊上有一螺孔與穿過導(dǎo)板支撐座的調(diào)節(jié)螺釘結(jié)合，滑塊的左側(cè)有一銷釘，安裝導(dǎo)板時，導(dǎo)板候補的兩個調(diào)節(jié)孔的一個必須套在銷釘上。且調(diào)節(jié)螺釘?shù)南露擞瞄_口銷將調(diào)節(jié)螺釘固定住，使調(diào)節(jié)螺釘只能轉(zhuǎn)動，不能上下移動。當(dāng)用螺絲刀擰動調(diào)節(jié)螺釘時，因調(diào)節(jié)螺釘受限制，只能轉(zhuǎn)動不能上下移動，與螺釘結(jié)合的滑塊受滑槽限制只能上下移動而不能

64、轉(zhuǎn)動，所以滑塊側(cè)方的銷釘就能帶動導(dǎo)板作上下移動，而改變導(dǎo)板與驅(qū)動鏈輪的相對位置。</p><p>　　1.開口銷 2.導(dǎo)板 3.滑塊與銷釘 4.導(dǎo)板支撐座 5.墊片 6.調(diào)節(jié)螺釘</p><p>　　圖6.鋸鏈張緊裝置圖</p><p>　　5.4驅(qū)動鏈輪的設(shè)計</p><p>　　按鏈輪的結(jié)構(gòu)不同，鏈輪有以下幾種：星形鏈輪，齒形鏈輪，轉(zhuǎn)圈式

65、鏈輪，圓形鏈輪。見下圖</p><p>　　綜合考慮，本試驗臺的設(shè)計采用輪圈式鏈輪，它將星形鏈輪鑲在兩輪之間。當(dāng)鋸鏈在鏈輪的帶動下旋轉(zhuǎn)時，導(dǎo)向齒齒尾與鏈輪輪齒相接觸，傳遞動力，二鋸齒和連接片則支撐在兩輪圓圈外表面，由后則承受鋸鏈的張力。鏈輪的輪齒并不直接頂在連接片或鋸齒的缺口內(nèi)。所以傳動平穩(wěn)，噪聲較小，不易脫鏈，可延長鋸鏈和鏈輪的使用壽命。</p><p><b>　　圖7.輪圈

66、式鏈輪圖</b></p><p>　　輪圈式鏈輪的計算與星形鏈輪的計算一樣，其幾何參數(shù)見下表，主要計算公式如下。</p><p>　　表2.鏈輪的幾何參數(shù)表</p><p>　　星輪相鄰兩齒間的中心線夾角α= （a）</p><p>　　節(jié)圓上相對于鋸鏈節(jié)鋸的夾角γ=

67、 (b)</p><p>　　星輪節(jié)圓直徑 (c)</p><p>　　齒頂弧心圓直徑(d)</p><p>　　齒頂圓直徑 (e)</p><p>　　齒底圓直徑 (f)</p&g

68、t;<p><b>　　5.5 床身的設(shè)計</b></p><p>　　木材刀具切削試驗臺的進給機構(gòu)以普通車床的床身作為基礎(chǔ)，床身與右床腳及左床腳組成木材進給系統(tǒng)的機座。床身的長度由試驗時的木材進給行程來選用。</p><p>　　5.6 木材刀具切削試驗臺的電控電路設(shè)計</p><p>　　試驗臺的主電路圖見下圖5.6（1）。主

69、電路有三臺控制電動機。</p><p>　　鋸鏈電動機M1完成鋸鏈切削運動的驅(qū)動，為了滿足試驗的需要，電動機M1和相應(yīng)的變頻器配合，該變頻器采用面板操作調(diào)節(jié)其頻率，從而改變電動機的轉(zhuǎn)速。</p><p>　　冷卻泵電動機M2，進行試驗時提供冷卻液，防止增速齒輪箱的溫度過高。</p><p>　　電動機M3為進給電動機，根據(jù)試驗需要，與相應(yīng)的變頻器結(jié)合，通過外接端子調(diào)

70、節(jié)進給速度，進給方向。</p><p>　　電動機M1，M2，M3均采用全壓直接啟動，M1，M2為接觸器控制的單向運行控制電路。三相交流電源通過轉(zhuǎn)換開關(guān)QS引入，接觸器KM1控制M1的啟動與停止。接觸器KM2控制M2的啟動與停止，接觸器KM3的啟動與停止。KM1由按鈕SB1，SB2控制，KM2由SB3，SB4控制，接觸器KM3用于接通變頻器的電源，由按鈕SB5，SB6控制，繼電器KA1用于正轉(zhuǎn)，由按鈕ST,SF控

71、制實現(xiàn)，繼電器KA2用于反轉(zhuǎn)，由按鈕ST,SR控制實現(xiàn)。同時分別對電動機M1，M2，M3采用熱繼電器FR1，F(xiàn)R2，F(xiàn)R3做過載保護。熔斷器FU1-FU4分別對主電路和控制電路實行短路保護。</p><p>　　圖8.木材刀具切削試驗臺電氣控制主電路</p><p>　　電動機M2，M1，M3采用順序連鎖控制，以滿足要求，使冷卻泵電動機啟動后，鋸鏈電動機才能啟動，隨之進給電動機才能啟動。實

72、驗結(jié)束后，只能先關(guān)閉電機，才能關(guān)閉鋸鏈電機，最后才能關(guān)閉冷卻泵電動機。即電動機運轉(zhuǎn)順序是：開冷卻泵電動機M2—開鋸鏈電動機M1—開進給電動機M3；關(guān)進給電動機M3—關(guān)鋸鏈電動機M1—關(guān)冷卻泵電動機M2。采取這樣的順序是為了保護增速裝置高速轉(zhuǎn)動后溫度過高，損壞部件。</p><p>　　下圖為木材刀具切削試驗臺的控制電路</p><p>　　圖9.木材刀具切削試驗臺電氣控制的控制電路<

73、/p><p><b>　　控制電路工作過程：</b></p><p>　　控制電路的電源由控制變壓器TC次級輸出的220V電壓。</p><p>　　冷卻泵電動機M2的控制</p><p>　　按下啟動按鈕SB4，接觸器KM2得電吸合，其輔助觸點KM2閉合自鎖；其主觸電閉合，冷卻泵SB3機M2啟動，同時其輔助觸電KM2閉合，

74、作為KM1得電的先決條件。同時只有在輔助接觸點KM1斷開的前提下，按下停止按鈕SB3，接觸器KM2失電釋放，電動機M2停止轉(zhuǎn)動，否則冷卻泵電動機M2繼續(xù)轉(zhuǎn)動。</p><p>　　鋸鏈電動機M1的控制</p><p>　　鋸鏈電動機M2采用兩臺電動機M1，M2順序連鎖控制的典型環(huán)節(jié)，以滿足試驗要求，使冷卻泵電動機M2啟動后，鋸鏈電動機M1才能啟動，當(dāng)冷卻泵電動機M2停止運行時，鋸鏈電動M1

75、也自動停止運行。冷卻泵電動機M2啟動后，即在接觸器KM2得電吸合，鋸鏈電動機M1才能啟動。在鋸鏈電動機M1仍處于運轉(zhuǎn)情況下，即使按下停止按鈕SB3，冷卻泵電動機M2仍繼續(xù)轉(zhuǎn)動。</p><p>　　進給電動機M3的控制</p><p>　　進給電動機M3和變頻器相配合，M1，M3采用順序連鎖控制，只有在M1運轉(zhuǎn)的情況下，按下按鈕SB6，接觸器KM3線圈得電吸合，才能接通變頻器的電源。KM3

76、，KA1，KA2之間有互鎖，只有在接觸器KM3線圈得電吸合，其輔助觸點KM3閉合后，按下按鈕SF，繼電器KA1線圈才能得電吸合，控制進給電動機M3正轉(zhuǎn)。當(dāng)進給床鞍帶動試材移動進行切削，當(dāng)運動至行程開關(guān)SQ2處，KA1失電，KA2得電，進給電動機M3反轉(zhuǎn)，床鞍移至SQ1，見如下示意圖，KA2失電，進給電動機M3停止轉(zhuǎn)動。這樣進給電動機完成一次往復(fù)運動，便于試驗中更換鋸鏈等需求。與SB5并聯(lián)的KA1，KA2觸點用于防止電機M3在運行狀態(tài)下通

77、過KM3直接停機。若試驗時間有限，想讓進給電機M3在切削完成馬上反轉(zhuǎn)，讓床鞍作回程運動，至需要按下按鈕SR。</p><p>　　表3.木材刀具切削試驗臺電控電路裝置元件表</p><p>　　6.木材刀具切削試驗臺整體裝配圖</p><p><b>　　圖10.</b></p><p><b>　　7.測試方

78、案設(shè)計</b></p><p>　　試驗臺的測試系統(tǒng)大量應(yīng)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(yīng)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(yīng)變儀處理，并將結(jié)果通過 USB口與計算機相連 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，

79、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(shè)定模塊設(shè)定

80、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</p><p>　　鋸切功力比鋸切效率及其它相關(guān)數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　圖11.</b></p><p><b>　　8.總結(jié)和展望</b&g

81、t;</p><p>　　總結(jié)：本文研究的是木材刀具切削試驗臺，試驗臺采用驅(qū)動鏈輪軸和進給速度無極調(diào)速的運動形式，能同時測量三向切削力，驅(qū)動鏈輪軸轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速以及進給速度。測側(cè)向力克避免跑偏對切削阻力測定帶來的嚴重影響，同時還能檢驗鋸鏈的鋒利性，鋸鏈的輕便性，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(dǎo)板和驅(qū)動鏈輪的高速適應(yīng)能力。該試驗臺具有測試范圍廣，能反應(yīng)鋸鏈切削性能的優(yōu)點，對各種油鋸，電鏈鋸提高鋸切

82、效率有很大的意義。</p><p>　　展望：科技在不斷地發(fā)展，所以我們也應(yīng)該對以后的設(shè)計抱有信心，此次所設(shè)計的試驗臺體積略為笨重，希望能夠在將來的設(shè)計改良中減小體積，更加輕便，設(shè)計的更加完善，更美觀大氣。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計的完成離不開老師和同學(xué)們的幫助，本論文在設(shè)計和撰寫過程中得到

83、了許林云老師的大力幫助，導(dǎo)師細心的指導(dǎo)、創(chuàng)新的思維方法和嚴謹?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)讓我受益匪淺。在此我向她表示最誠摯的感謝！同時也要感謝四年辛苦培養(yǎng)我的各位老師們，是你們不知辛苦的教誨，讓我不斷健壯的成長。</p><p>　　通過這次畢業(yè)設(shè)計我學(xué)到很多知識，對于木材刀具切削試驗臺有了比較深刻的認識。尤其是我的CAD制圖的水平得到了很大的提高。</p><p>　　這次的畢業(yè)設(shè)計不光是一個設(shè)計，也是對

84、我大學(xué)四年所學(xué)知識的總結(jié)。這次機會使我受益匪淺，因為不僅僅是獲得了知識，還有從中學(xué)到了思維方法，這些都會在以后的學(xué)習(xí)中對我有很大的幫助。在此我還要感謝所有幫助過我的老師和同學(xué)！感謝本文中參考文獻的原作者們，沒有你們對知識的總結(jié)和分享你們獨特的見解，我就無法完成這篇畢業(yè)設(shè)計！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1. 林石. LQ－11型鋸

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