砂輪切斷機(jī)自動切割系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）砂輪切斷機(jī)自動切割系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué) 生： 學(xué) 號：專 業(yè)：機(jī)械制造及其自動化設(shè)計(jì)班 級： 級 班指導(dǎo)教師： 四川理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院二 O 一六年六月四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書設(shè)計(jì)（論文）題目： 砂輪切斷機(jī)自動切割系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)院：機(jī)械工程學(xué)院專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì) 班級：班 學(xué)號： 學(xué)生： 指導(dǎo)教師： 接受任務(wù)時(shí)間 系主任（簽名） 院長（簽名）1．畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的主要內(nèi)容及基本要求1)切斷機(jī)裝配圖設(shè)計(jì)；2）切斷機(jī)主要零件設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核；3）切斷機(jī)進(jìn)給部分液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)；4)電機(jī)驅(qū)動電路部分設(shè)計(jì)；5）出圖：切斷機(jī)裝配圖（A0 圖紙） ，主要零件設(shè)計(jì)；液壓傳動原理圖 ;6）編寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書。2．指定查閱的主要參考文獻(xiàn)及說明《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 《液壓傳動》 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》《機(jī)電一體化設(shè)計(jì)手冊》 《SolidWorks2012 軟件教程 》3．進(jìn)度安排設(shè)計(jì)（論文）各階段名稱 起 止 日 期1 查閱資料，完成開題報(bào)告，車庫總體方案設(shè)計(jì) 01.04~03.152 主要零件設(shè)計(jì)計(jì)算及強(qiáng)度校核 03.16~03.293 裝配圖設(shè)計(jì)和零件圖 03.30~04.154 部分主要零件的強(qiáng)度分析（建議用分析軟件） 04.16~05.105 裝配圖完善 05.11~05.196 編寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 05.20~05.307 修改完善，提交，準(zhǔn)備答辯 05.31~06.10I摘 要通過對切割過程觀察和研究，本課題采用機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想對整體造型、機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì),此棒料切割機(jī)電一體化系統(tǒng)主要由四個(gè)部分組成：機(jī)械本體、電子控制單元、執(zhí)行器和動力源。工作原理是電動機(jī)通過帶傳動帶動切割片做高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，電機(jī)與工作臺之間采用鉸支撐方式，升降液壓缸可推動切割片進(jìn)行上下移動帶動刀片完成順序切割動作。切割機(jī)采用PLC 控制各個(gè)液壓換向閥的電磁鐵，實(shí)現(xiàn)棒料的自動下料和切割以及檢測工作。隨動工作臺前進(jìn)速度也可以通過夾緊機(jī)械手夾緊棒料使之與棒料速度同步。橫向切割時(shí)的切割速度可以通過液壓缸來調(diào)節(jié)。現(xiàn)場運(yùn)行情況表明，此切割機(jī)具有動作快、運(yùn)動平穩(wěn)以及與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)方便等優(yōu)點(diǎn)，能夠降低工人的勞動強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)自動控制，提高勞動生產(chǎn)率。關(guān)鍵詞：電氣控制；自動進(jìn)給；砂輪切斷；電一體化；液壓；棒料IIABSTRACTThis Project: Through the cutting process observation and research, this paper using mechatronics system design ideas of overall shape, mechanical structure and control system design, the bar cutting mechatronic system is mainly composed of four parts: machine body, electronic control unit, actuator and a power source. Work principle is the motor through the belt drives the cutting blade is rotated at high speed, the motor and the table between the hinge support means, the lifting hydraulic cylinder can push a cutting blade on the moving blade is driven to complete the order of cutting action. The cutting machine adopts PLC to control the electromagnet of each hydraulic directional valve, realizes the automatic blanking and cutting of the bar material and the detection work. The forward speed of the follow-up working table can also be synchronized with the speed of the bar through the clamping of the clamping mechanism. The cutting speed can be adjusted by the hydraulic cylinder. The field operation shows that the cutting machine has the advantages of fast action, stable movement and convenient with computer on line, which can reduce the labor intensity of workers, realize automatic control and improve labor productivity.Keywords:Electrical control; automatically feed; Grinding wheel cutting；Mechatronics; Bar materialIII目錄摘 要 IABSTRACT.II第 1 章緒論 11.1 背景 .11.2 砂輪切斷機(jī)概況 .11.2.1 切斷磨損主要特性 .21.2.2 砂輪切斷機(jī)的優(yōu)點(diǎn) .21.2.3 砂輪切斷機(jī)切斷方法 31.3 砂輪切斷機(jī)的總體設(shè)計(jì) 3第 2 章切斷設(shè)計(jì)部分 52.1 設(shè)計(jì)的要求 .52.2 方案的設(shè)計(jì) 5IV2.3 切割部分工作原理 62.4 切割部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 72.4.1 切割片的選取 .72.4.2 電機(jī)的選取 .72.4.3 帶傳動設(shè)計(jì) .72.4.4 升降液壓缸的設(shè)計(jì) .112.4.5 滾動軸承的選取及校核 15第 3 章夾緊部分設(shè)計(jì) .193.1 設(shè)計(jì)要求 193.2 簡述加緊部分的作用 193.3 方案設(shè)計(jì) .19第 4 章 三維建模 214.1 三維軟件的選擇 214.2 砂輪切割機(jī)三維建模 .21第 5 章進(jìn)給部分設(shè)計(jì) .275.1 設(shè)計(jì)要求 .275.2 方案設(shè)計(jì) 275.3 直線導(dǎo)軌的選擇計(jì)算 .295.3.1 選定條件 295.3.2 選擇方式 .305.4 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) .325.4.1 設(shè)計(jì)依據(jù) .325.4.2 工況分析 .325.4.3 液壓系統(tǒng)參數(shù)的確定 .32V第 6 章電氣控制線路設(shè)計(jì) .386.1 設(shè)計(jì)要求 386.2 控制電路的設(shè)計(jì)方法 386.3 電機(jī)驅(qū)動電路部分設(shè)計(jì) 406.4 液壓控制設(shè)計(jì) 45總結(jié) .47參考文獻(xiàn) .48致謝 .49VI四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1第 1 章 緒 論1.1 背景砂輪起動機(jī)的種類繁多，但是工業(yè)應(yīng)用中以直線式以及直線式的變形型式最為多見。砂輪切斷技術(shù)應(yīng)用廣泛，可以適應(yīng)各種被切斷材料及工作場合。尤其對難切屑的材料切斷有明顯的優(yōu)勢。技術(shù)發(fā)展趨向于自動化，將會有更為廣發(fā)的應(yīng)用前景。國外在各方面發(fā)展走在前列，而國內(nèi)則相對落后。在進(jìn)入二十一世紀(jì)以后，隨著我國加入 WTO 以后，切斷機(jī)行業(yè)的出口數(shù)量不斷增加，我國國民經(jīng)濟(jì)的的也不斷地發(fā)展，我國切斷機(jī)行業(yè)自身也保持了多年快速增長，這就要求我們對砂輪切斷機(jī)的品質(zhì)有更進(jìn)一步的提升，才很滿足出口的要求，我們國家自己對砂輪切斷機(jī)的工作需求，迫使我們要對砂輪切斷機(jī)的各種種類有進(jìn)一步的了解，技術(shù)要求更加了解，自動化程度要求也提高，更加要求我們和國外的技術(shù)水準(zhǔn)進(jìn)一步縮小。2008 年全球金融危機(jī)爆發(fā)，我國切斷機(jī)行業(yè)的發(fā)展顯然也會遇到很大的困難，很大的麻煩；比如出口量減少，國內(nèi)需求量下降等，切斷機(jī)行業(yè)都普遍出現(xiàn)了不景氣以及利潤下降的情況，這些問題都是金融危機(jī)帶來的，這就要求我們必須更進(jìn)一步提高在砂輪切斷機(jī)的技術(shù)水平，提高競爭力。在 2009 年隨著全球經(jīng)濟(jì)走出低谷和我國經(jīng)濟(jì)刺激計(jì)劃的出臺，我國切斷機(jī)行業(yè)也終于逐漸從 2008 年的金融危機(jī)中慢慢的恢復(fù)了過來，重新進(jìn)入良性發(fā)展軌道，這也不能說是我們不需要對砂輪切斷機(jī)進(jìn)行研究，反而要對各個(gè)方面的技術(shù)水平去提高，去研究，去發(fā)展，在激烈的競爭中不落敗下來。1.2 砂輪切斷機(jī)概況砂輪切斷機(jī)是鋼筋以及很多硬質(zhì)材料加工過程中必不可少的設(shè)備之一，砂輪切斷機(jī)的主要用在機(jī)械的加工、橋梁、隧道、電站、大型水利和房屋建筑等工程中對棒料的定長切斷。砂輪切斷機(jī)和其他切斷機(jī)相比的主要優(yōu)點(diǎn)在于：耗能少、安全性高、重量輕、體積小、效率高、操作便捷、工作可靠等，總之砂輪切斷機(jī)在國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中有著很大的作用，在建筑行業(yè)也起到了不可缺少的作用，是我們加工硬質(zhì)棒料的主要根據(jù)。第 1 章 緒論21.2.1 切斷磨損主要特性砂輪切斷機(jī)是利用高速旋轉(zhuǎn)的平型薄片砂輪來切割、切斷工件的專用機(jī)床。其對工件的切割、切斷的切削機(jī)理仍屬于磨削加工范疇，具有磨削加工的高速、強(qiáng)力、重磨削特征。但是，與磨削加工常用方法（外圓、內(nèi)圓、平面磨削）相比，砂輪切斷機(jī)的得切斷磨削有其自身特點(diǎn)：(1)砂輪切斷磨削主要追求高的生產(chǎn)率即高的磨削比。砂輪一般速度為80m/s，壓力為 7-10KN，磨削比為 40-50。(2)砂輪切斷機(jī)屬于自由磨削，因而加工精度和表面粗糙度不是其主要考慮對象。(3)切斷磨削過程中的磨削力和一般磨削方法相比很大。而磨削工況兼有高速磨削和緩進(jìn)給深磨特征。(4)切斷磨削過程中砂輪損耗很大，所用砂輪為大粒度、中軟砂輪，砂輪不需修整。1.2.2 砂輪切斷機(jī)的優(yōu)點(diǎn)與鋸削等用切削刀具進(jìn)行的切斷相比，砂輪切斷有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)可以容易地切斷用切斷刀具難以切斷的高硬度材料。(2)切斷過程所用的時(shí)間短、效率高。(3)無需象對切斷刀那樣刃磨刀具。(4)切斷斷面美觀、精度高。由于切斷磨削具有以上特征、優(yōu)點(diǎn)，所以這一技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛，尤其在機(jī)械加工、橋梁、隧道、電站、大型水利、房屋建筑等大型工程中擁有重要的低位。與一般切割機(jī)比較，本次設(shè)計(jì)的新型切割機(jī)具有以下的優(yōu)點(diǎn)：四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3(1)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械工程和自動控制的有效結(jié)合，機(jī)械部分采用機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)，整個(gè)設(shè)計(jì)過程中都進(jìn)行了綜合技術(shù)比較與經(jīng)濟(jì)評價(jià)，實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的功能。(2)在設(shè)計(jì)過程中，縱橫行走裝置采用了直線導(dǎo)軌，即提供了系統(tǒng)的運(yùn)動精度，又很大程度的減小了摩擦力，達(dá)到了節(jié)能的效果。(3)整個(gè)切割過程全部由電氣控制，以其結(jié)構(gòu)簡單合理、設(shè)備性能良好、使用壽命長、安全系數(shù)高等因素，滿足了自動化大批量的生產(chǎn)要求。1.2.3 砂輪切斷機(jī)切斷方法砂輪切斷機(jī)的種類較多，其磨削方式可分為如圖1-1所示的幾種方式。其中a）所示的懸掛式切斷機(jī)屬于手動方式，不作重點(diǎn)描述。b）和c）兩種均屬于直線式切斷機(jī)應(yīng)用廣泛，技術(shù)含量高。d）中所示擺動式切斷機(jī)是對直線式切斷機(jī)的發(fā)展，對切斷過程進(jìn)行了改善，有其獨(dú)特的一面。圖 1-1 切斷磨削的各種方式a）懸掛式切割機(jī) b）橫向進(jìn)給式切割機(jī)c）工件旋轉(zhuǎn)式切斷機(jī) d）擺動式切斷機(jī)第 1 章 緒論41.3 砂輪切斷機(jī)的總體設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的砂輪切斷機(jī)的性能安全很可靠，操作方便可行，結(jié)構(gòu)較簡單，能夠很好的實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能。砂輪切斷機(jī)主要由切割部分、夾緊部分和縱橫行走部分三個(gè)部分組成。其中切割部分是由電動機(jī)通過V帶帶動砂輪片旋轉(zhuǎn)來切斷棒料，再由液壓缸來控制砂輪片的上下移動來配合完成切割；夾緊部分主要采用了一個(gè)簡單的液壓夾緊機(jī)械手來加緊棒料，而且由液壓缸活塞的伸縮來實(shí)現(xiàn)機(jī)械手對棒料的夾緊和放松；縱橫行走部分也是由液壓缸控制縱向、橫向行走板，使之沿直線導(dǎo)軌前進(jìn)或返回。在與傳統(tǒng)的一般切斷機(jī)比較的過程中可以得出本次設(shè)計(jì)的新型切斷機(jī)具有很多優(yōu)點(diǎn)：第一，整個(gè)切割過程全部由電氣控制，以其結(jié)構(gòu)簡單合理、設(shè)備性能良好、使用壽命長、安全系數(shù)高等因素，滿足了自動化大批量的生產(chǎn)要求。第二，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械工程和自動控制的有效結(jié)合，機(jī)械部分采用機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)，整個(gè)計(jì)過程中都進(jìn)行了綜合技術(shù)比較與經(jīng)濟(jì)評價(jià)，實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的功能。 第三，在設(shè)計(jì)過程中，縱橫行走裝置采用了直線導(dǎo)軌，既提高了系統(tǒng)的運(yùn)動精度，又很大程度的減小了摩擦力，達(dá)到了節(jié)能的效果。第四，砂輪切割機(jī)是一種既能有效的提高生產(chǎn)率，又在價(jià)格和使用方面能被廣大用戶所接受的一種新型的自動控制切割機(jī)。這種切割機(jī)具有控制方便，性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)節(jié)、維修方便，生產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。在現(xiàn)在的很多行業(yè)都采用機(jī)電一體化來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)產(chǎn)品管理，切割技術(shù)也在不斷的發(fā)展，不斷的進(jìn)步，由于傳統(tǒng)的手工切割機(jī)，加工精度低、加工質(zhì)量低、勞動力大，加工效率低、工作環(huán)境差、自動化程度低等一系列缺點(diǎn)，顯然已經(jīng)不能適二十一世紀(jì)工業(yè)發(fā)展的生產(chǎn)要求。為了提高砂輪切斷機(jī)的自動化程度，棒料的加緊是一個(gè)必須解決的問題，在人們的日常工作學(xué)習(xí)研究中，對于其夾四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）5緊機(jī)構(gòu)也有了很大的發(fā)展，一些結(jié)構(gòu)簡單的機(jī)械手在砂輪切斷機(jī)的加緊裝置上已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，而且效果非常明顯，提高了加工精度以及加工效率。在最近幾十年的發(fā)展中簡單的機(jī)械手得到了很大程度的進(jìn)步，現(xiàn)在在很多行業(yè)都采用了機(jī)械手來幫助工人的工作，顯然已進(jìn)入以通用機(jī)械手為標(biāo)志的時(shí)代。一直以來對于機(jī)械手的研究和發(fā)展一直比較活躍，不斷地對以前的設(shè)計(jì)進(jìn)行修改，對已有的品種加以創(chuàng)新，對未知的方式方法加以嘗試，從而機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷的擴(kuò)大，不斷的推廣。簡單的機(jī)械手是一種仿人操作、自動控制、的機(jī)電一體化自動化生產(chǎn)的簡單設(shè)備，只能進(jìn)行簡單的操作。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。第 2 章 切斷設(shè)計(jì)部分6第 2 章 切斷設(shè)計(jì)部分2.1 設(shè)計(jì)的要求要求切斷機(jī)能夠根據(jù)要求切割直徑為Ф12～30mm，長度為1000mm的棒料，實(shí)現(xiàn)對棒料的準(zhǔn)確定長切割，切割后自動返回初始位置。其切口深度為40mm。電機(jī)轉(zhuǎn)速為2840rpm，砂輪轉(zhuǎn)速為1800rpm。為了保證棒料的剪斷，剪應(yīng)力應(yīng)超過材料的許應(yīng)剪應(yīng)力 ,即切斷棒料的][?條件為：（2-1）??QA???查資料可知棒料的許用剪應(yīng)力為： MPa285~1,取最大值 Pa285。由于本切斷機(jī)切斷的最大棒料粗度為： md3ax。則本機(jī)器的最小切斷力 由（2-1）得：Q??274063N4351.82max????d??取切割機(jī)的 Q8?項(xiàng)目設(shè)計(jì)采用機(jī)電一體化設(shè)計(jì)思想，要求棒料切割機(jī)采用 PLC 對棒料的切割過程及檢測進(jìn)行自動控制，并能根據(jù) PLC 定長信號分別切割兩條連續(xù)的棒料，完成了系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)后可以實(shí)現(xiàn)對棒料的準(zhǔn)確定長切割，切割后自動返回初始位置。原始棒料尺寸范圍在角鋼： 10? 圓鋼： 50?? 槽鋼：120x53鋼管： 6135??，切割成 m l~0.1之間的棒料，其切口深度為 3m~,再用壓斷機(jī)進(jìn)行壓斷處理。四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）72.2 方案的設(shè)計(jì)切割部分主要有砂輪切片、電動機(jī)和傳動機(jī)構(gòu)組成?，F(xiàn)在設(shè)計(jì)的在切割部分有兩種方案可行：第一，電動機(jī)通過帶傳動帶動切割片轉(zhuǎn)動。第二，電動機(jī)通過圓錐齒輪傳動方式帶動切割片轉(zhuǎn)動。但考慮到切割過程中電動機(jī)帶動切割片進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，所以優(yōu)先選取第一種方案，原因是圓錐齒輪傳動不宜應(yīng)用在轉(zhuǎn)速太高的場合，并且在運(yùn)用齒輪進(jìn)行傳動時(shí)，還應(yīng)考慮怎樣消除震動和用什么方法潤滑齒輪，這樣就會使設(shè)計(jì)成本增加，而帶傳動則具有結(jié)構(gòu)簡單，傳動平穩(wěn)、價(jià)格低廉和緩沖吸振等優(yōu)點(diǎn)。切割部分結(jié)構(gòu)如圖 2-1 所示。 15432圖 2-1 切割部分結(jié)構(gòu)圖1-電動機(jī)；2-升降液壓缸；3-砂輪片；4- 支撐板；5-傳送帶2.3 切割部分工作原理切割部分的原理如圖 2-2 所示，電動機(jī)帶動割切片高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，電機(jī)與工作臺之間采用鉸鏈支撐方式，升降液壓缸可推動切割片進(jìn)行上下移動，完成切割運(yùn)動。橫向行走液壓缸可推動工作臺橫向移動，控制切割的長度。縱向行第 2 章 切斷設(shè)計(jì)部分8走液壓缸可使工作臺縱向移動，使切割片能切割兩根棒料。其中電動機(jī)和液壓缸電磁閥都需要通過由 PLC 機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)其按照順序完成動作。圖 2-1 切斷部分的原理圖2.4 切割部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.4.1 切割片的選取設(shè)計(jì)任務(wù)所需電機(jī)的最小功率為 KWP2.min?，主軸轉(zhuǎn)速：280r.pm條件下，輪片的最大線速度為 s/40。最終選取砂輪片的型號為 A 型，其規(guī)格為 32.4?，磨料為棕剛玉，粒度為 #，硬度為 R[2]。2.4.2 電機(jī)的選取根據(jù)切割系統(tǒng)的要求，應(yīng)考慮電動機(jī)的種類、型式、額定電壓、額定轉(zhuǎn)速和額定功率、工作方式，在決定電動機(jī)功率時(shí)考慮到電動機(jī)的發(fā)熱，允許過載能力啟動能力等問題，現(xiàn)選用比較適合的 Y 系列三相異步電動機(jī)，這是由于 Y系列三相異步電動機(jī)的功率等級和安裝尺寸與國外同類型的先進(jìn)產(chǎn)品相當(dāng)，因而具有與國外同類型產(chǎn)品之間良好的互換性，供配套出口及引進(jìn)設(shè)備替換。選取功率為 3.0KW，額定電壓：380V，頻 率：50HZ ,額定轉(zhuǎn)速為 2880r.p.m，額定轉(zhuǎn)矩 mN?3.2，型號為 Y100-2，電動機(jī)選用三角型啟動方法啟動 [3]。四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）92.4.3 帶傳動設(shè)計(jì)根據(jù)帶截面形狀的不同，帶傳動可分為：平帶傳動、多楔帶傳動、圓帶傳動、V 帶傳動等。在一般的機(jī)械中由于 V 帶的楔形增壓原理，結(jié)構(gòu)緊湊，允許的傳動比大，且多標(biāo)準(zhǔn)化并大批量生產(chǎn),所以被廣泛應(yīng)用。本設(shè)計(jì)中選用 V 帶傳動。由于 V 帶傳動中的帶及帶輪槽型均已標(biāo)準(zhǔn)化，所以設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括帶的型號、確定基準(zhǔn)長度、根數(shù)、中心距、帶輪的材料、基準(zhǔn)直徑以及結(jié)構(gòu)尺寸、初拉力和壓軸力、張緊裝置等參數(shù)。(1)確定計(jì)算功率由《機(jī)械設(shè)計(jì)》查得工作情況系數(shù) （電機(jī)帶動砂輪切割鐵棒，??42.1?AK載荷性質(zhì)為載荷變動較大），則計(jì)算功率為 caPWAca6.3.??（2-2）公式中： AK—工作系數(shù) [3]；P—所需傳遞的額定功率， KW。(2)初選帶的型號根據(jù) ca和 1n，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》查的初選普通 V 帶 [4]。(3)確定帶輪的基準(zhǔn)直徑 1d和 2，并驗(yàn)算帶速 v1)《機(jī)械設(shè)計(jì)》查得 V 帶的最小基準(zhǔn)直徑 md75in?,考慮到帶輪太小，其彎曲應(yīng)力過大，所以要使 min1d?，取 1602）驗(yàn)算帶的速度 v smnd/1.240681061?????（2-3）帶速不宜過高或過低，一般應(yīng)使 . ,因?yàn)?25.5?帶5~2/vms第 2 章 切斷設(shè)計(jì)部分10速符合要求。3）計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑 2d，并根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》加以取整 12ddn??（2-4）由于電機(jī)轉(zhuǎn)速與砂輪轉(zhuǎn)速基本同步，選速比 21?，則基準(zhǔn)直徑 2dmd6012?(4)確定中心距 并選擇 V 帶的基準(zhǔn)長度 La1）根據(jù)帶傳動總尺寸的限制條件或要求的中心距初定中心距 0a由綜合式 )(2)(7.021021dda???（2-5）考慮到結(jié)構(gòu)要求，初選 ma9?帶的初始長度 0dL： 0211204)()(addad ?????（2-6）9)6()6(292?m30?由《機(jī)械設(shè)計(jì)》V 帶的基準(zhǔn)長度系列及長度系數(shù)表中取帶的 87.0?lK[4]，帶基準(zhǔn)長度 Ld22)最后確定中心距 a mLd 7492309020 ???????（2-7）則 ad 51.7651.min ? （2-8）四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）11mLad 82503.76503.mx ?????（2-9）最后取 82~(5)驗(yàn)算帶輪包角 1??????6080121ad（2-10）7503.6???1280（合適）(6)確定帶根數(shù) z0'Pzca?（2-11）其中： rP—額定功率， KW； 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》查得： KP3.0??[4]；由《機(jī)械設(shè)計(jì)》查得包角系數(shù) 1a[4]；由《機(jī)械設(shè)計(jì)》查得長度系數(shù) 03.L[4]；采用非化纖結(jié)構(gòu)的普通帶，取材質(zhì)系數(shù) 75.?K[4]。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》查得 V 帶處于臨界打滑狀態(tài)所能傳遞的最大功率： WP2.0[4] Kr 70.15)3.1.(???26?rcaz第 2 章 切斷設(shè)計(jì)部分12取 3?z根。(7)確定單根帶的初拉力 0F（2-12）20)15.(qvKvzPac????查得 1.0?q[4],對于新安裝的帶，初拉力為 min0.F；對于運(yùn)轉(zhuǎn)后帶初拉力min0)(3.1F NF4.951.20).430.1652(0 ??????(2-13）(8)計(jì)算帶對軸的壓力 QNzF6.572180sin34.952sin210 ?????（2-14）(9)張緊裝置的選擇各種材質(zhì)的 V 帶都不是完全的彈性體，在預(yù)緊力的作用下，經(jīng)過一定時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)后，就會由于塑性變形而松弛，使初拉力降低。為了保證帶傳動的能力，應(yīng)定期檢查初拉力的數(shù)值。如發(fā)現(xiàn)不足時(shí)，必須重新張緊，才能正常工作。常見的張緊裝置有以下幾種：定期張緊裝置、自動張緊裝置和采用張緊輪的裝置。因?yàn)樵诒痉桨钢兄行木嗖荒苷{(diào)節(jié)，可采用張緊輪將帶張緊。張緊輪放在松邊內(nèi)側(cè)，使帶只受單向彎曲，同時(shí)張緊輪還應(yīng)盡量靠近大輪，以免過分影響小帶輪的包角。(10)帶輪的設(shè)計(jì)帶輪的設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)內(nèi)容1)帶輪的材料帶輪的材料主要采用鑄鐵，常用材料的牌號為 HT150 或 HT200，轉(zhuǎn)速較高時(shí)宜采用鑄鋼，或用鋼板沖壓后焊接而成 [7]。在本次設(shè)計(jì)中，采用了比較常見的 HT150。四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）132)帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸由于帶輪的基準(zhǔn)直徑 md160?，軸的直徑 md30?，根據(jù)帶輪的選擇原則：即當(dāng) 35.2? 時(shí)采用腹板式結(jié)構(gòu)，鑄造帶輪的結(jié)構(gòu)如圖 2-3 所示。 3042156圖 2-3 帶輪的結(jié)構(gòu)2.4.4 升降液壓缸的設(shè)計(jì)（1）液壓缸設(shè)計(jì)要求根據(jù)主機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，應(yīng)考慮液壓系統(tǒng)的執(zhí)行件的數(shù)量、運(yùn)動形式、工作循環(huán)、行程范圍、各執(zhí)行件的運(yùn)作順序、液壓元件承受的負(fù)載、運(yùn)動速度、變化范圍。對液壓系統(tǒng)的性能要求有調(diào)速性能，運(yùn)動平穩(wěn)性能、轉(zhuǎn)換精度、可靠性程度、使用與維修的方便性等（2）選擇安裝方式根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求，要實(shí)現(xiàn)砂輪片的上下移動完成切割，要求液壓缸在上下伸縮的同時(shí)，還要繞點(diǎn)轉(zhuǎn)動，所以選用鉸鏈連接安裝方式。第 2 章 切斷設(shè)計(jì)部分141F4040圖 2-4 手動切割機(jī)受力示意圖1-砂輪片；2-手柄（3）負(fù)載大小根據(jù)手動切割機(jī)的工作原理（如圖 2-4 所示），圖中 F=300N 估算得砂輪片的支反力為 60?N。再由所設(shè)計(jì)切割機(jī)的切割受力示意圖（如圖 2-5 所示）由于砂輪所受的支反力相同，算得液壓缸所承受的力即理論推力為 NF120'?（4）工作壓力當(dāng)前所用的液壓缸的負(fù)載小于 Kg5的工作壓力一般在 MPa8.0左右，所以選取其正常工作壓力為 MPa1[5]。因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)時(shí)一般要求安全系數(shù)比較高，所以在選取液壓缸的時(shí)候一般要求有較大余量，所以在缸徑選擇時(shí)，其工作壓力一般按 Pa1計(jì)算。（5）缸徑選擇理論推力為 N120時(shí)，需選擇其缸徑為 m40。考慮到安全系數(shù)，初選缸四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）15徑為 m60。（6）行程大小根據(jù)機(jī)構(gòu)簡圖（如圖 2-6 所示），其中實(shí)線為機(jī)構(gòu)初始位置，在初始位置時(shí)，砂輪片的直徑在最大狀態(tài)，當(dāng)砂輪切割到終位（圖 2-6 中虛線部分）時(shí)，連桿所轉(zhuǎn)過的角度為 ?10，此時(shí)砂輪直徑為最小直徑。 280F'4圖 2-5 棒料切割機(jī)受力示意圖1-砂輪片；2-液壓缸 10°45352圖 2-6 氣缸行程計(jì)算簡圖第 2 章 切斷設(shè)計(jì)部分161-砂輪 ；2-液壓缸；3-工件在初始位置時(shí)測得液壓缸的總長度為 mL5401?，在終了位置時(shí)測得液壓缸的總長為 mL402?，所以在此過程中氣缸的行程 21?（2-15）即升降液壓缸的行程為 L0?（7）液壓缸穩(wěn)定性校核 1) 液壓缸直徑校核液壓工作壓力 Pa610??工 作,則液壓缸直徑 m1.390246???工 作理 論 力FD(2-16)取 m40??？紤]到安全系數(shù)，選缸徑為 合理。2)液壓缸活塞桿選擇及校核 42理 論液 壓 缸 PDF???(2-17)??N1201.59624105.2 ???理 論?故設(shè)計(jì)符合要求。由 3.0~2/?Dd，可計(jì)算出活塞桿直徑 d??m18~23.0?Dd(2-18)可取活塞桿直徑 m1通過公式:四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）17?????2d4工 作F(2-19)對 進(jìn)行校核，d其中 ??MPa120?NF120?理 論則 12m6.31204?????d選活塞桿直徑為 m12?的液壓缸符合要求。在所需要的 行 程桿 長 sl?的前提下 15L/d?，須進(jìn)行穩(wěn)定校核，應(yīng)使活塞桿承受的力 F 不能超過使它保持穩(wěn)定工作所允許的臨界壓力 crF,但考慮到安全性，安全因數(shù) 工 作n/cr?應(yīng)大于規(guī)定的許用安全因數(shù) stn，以免發(fā)生縱向彎曲，破壞液壓缸的正常工作。 （ PA?工 作 為液壓缸桿工作負(fù)載；??64?st）關(guān)于穩(wěn)定安全因數(shù)可在設(shè)計(jì)手冊中查到。兩端鉸支鏈接的、細(xì)長壓桿的臨界力的歐拉公式 [6]2)(ulEIFcr??(2-20)其中:截面的慣性矩： 46dI??；桿件的兩端都是鉸鏈連接： 1?； NFnstcr 45216)106(0423??????工 作(2-21)mdPaEIlcr .45216)(4922????(2-22)第 2 章 切斷設(shè)計(jì)部分18則所選取的桿長不超過 m15，且大于行程 m102?，所以選取液壓缸活塞桿的長度 20， 3) 缸筒壁厚的計(jì)算缸筒壁厚可按薄壁筒公式計(jì)算: ????2pDP?(2-23)式中： ——缸筒壁厚 ??m；?D——液壓缸內(nèi)徑 60；pP——實(shí)驗(yàn)壓力，取 PaPp5102??工 作；材料為：ZQ 的許用應(yīng)力 ??M4.?[6]可計(jì)算出壁厚 ?m5.2104.266??(2-24)因此，液壓缸外徑 'D65.260???(2-25)(8)確定液壓缸型號綜上所述，根據(jù)《液壓與氣壓傳動》，選用型的標(biāo)準(zhǔn)液壓缸 ZQ-60/12×200-F2[7]合適，缸徑為 m60，活塞桿直徑為 m12，液壓缸行程為 m20，帶防塵罩 F 數(shù)量為 2。2.4.5 滾動軸承的選取及校核在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，采用了既有轉(zhuǎn)速高的優(yōu)點(diǎn)，又能夠承受少量軸向力的角接觸球軸承，（其中軸向力的主要來源是安裝或拆卸帶輪時(shí)所承受的載荷估算載四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）19荷大小為 100N）。據(jù)分析，在安裝和拆卸帶輪時(shí)的力相同的情況下，拆卸帶輪時(shí)，軸承所受的力更大，所以選取軸向力 AF的方向向右，如圖 2-6 所示。圖中 M 為電極的輸出轉(zhuǎn)矩，F(xiàn) 為砂輪的切割阻力，在切割過程中，電極的輸出轉(zhuǎn)矩與砂輪所受的切割阻力矩大小相同，方向相反，在切割時(shí)相互抵消，所以在計(jì)算過程中不再考慮電極輸出轉(zhuǎn)矩和切割阻力對軸承的影響。由于軸承受一定的軸向力，所以選取接觸角 ??25?的角接觸球軸承。其代號為 7207ACJ[7],基本額定動載荷 KNCr5.2?，基本額定靜載荷 KNCor5.16?[8]。軸承的校核計(jì)算（1）計(jì)算軸承所受的徑向力 1R、 2，其受力如圖 2-6 所示由力矩平衡條件 02??M得徑向力 18201??F（2-26）05?N836由 01??M得徑向力 2R18022???F（2-27） 5N2?第 2 章 切斷設(shè)計(jì)部分20M20F11 2R1 RSS 018020 F2FA圖 2-6 軸承計(jì)算簡圖（2）計(jì)算派生軸向力 1S、 2所選的軸承型號為 7207ACJ，其派生軸向力 RS63.0?則 NR527863.0.11?? （2-28） S922（2-29）（3）求軸承所受的軸向力 1A、2167105NFSA???故軸承 2 被壓緊，軸承 1 被放松，所以有 NSFA62710512???（4）計(jì)算當(dāng)量動載荷 1P、 263.08571?RA（2-30）