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世界最新機(jī)械設(shè)計(jì)理念
來(lái)源:中國(guó)科技期刊
摘要:根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)學(xué)者進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)的主要思維特點(diǎn)，將產(chǎn)品方案的設(shè)計(jì)方法概括為系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)模塊化、基于產(chǎn)品特征知識(shí)和智能。這幾種方法的特點(diǎn)及其相互間的有機(jī)聯(lián)系，提出產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的努力方向。
關(guān)鍵詞：機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)方法發(fā)展趨勢(shì)
設(shè)計(jì)文件是將語(yǔ)義設(shè)計(jì)網(wǎng)作為設(shè)計(jì)工具，在其開(kāi)發(fā)的活性語(yǔ)義設(shè)計(jì)網(wǎng)ASK中，采用結(jié)點(diǎn)和線條組成的網(wǎng)絡(luò)描述設(shè)計(jì)，結(jié)點(diǎn)表示元件化的單元(如設(shè)計(jì)任務(wù)、功能、構(gòu)件或加工設(shè)備等)，線條用以調(diào)整和定義結(jié)點(diǎn)間不同的語(yǔ)義關(guān)系，由此為設(shè)計(jì)過(guò)程中的所有活動(dòng)和結(jié)果預(yù)先建立模型，使早期設(shè)計(jì)要求的定義到每一個(gè)結(jié)構(gòu)的具體描述均可由關(guān)系間的定義表達(dá)，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)過(guò)程由抽象到具體的飛躍。
系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法
系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)是：將設(shè)計(jì)看成由若干個(gè)設(shè)計(jì)要素組成的一個(gè)系統(tǒng)，每個(gè)設(shè)計(jì)要素具有獨(dú)立性，各個(gè)要素間存在著有機(jī)的聯(lián)系，并具有層次性，所有的設(shè)計(jì)要素結(jié)合后，即可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)所需完成的任務(wù)。
系統(tǒng)化設(shè)計(jì)思想于70年代由德國(guó)學(xué)者Pahl和Beitz教授提出，他們以系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)，制訂了設(shè)計(jì)的一般模式，倡導(dǎo)設(shè)計(jì)工作應(yīng)具備條理性。德國(guó)工程師協(xié)會(huì)在這一設(shè)計(jì)思想的基礎(chǔ)上，制訂出標(biāo)準(zhǔn)VDI2221技術(shù)系統(tǒng)和產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)方法。
1. 將用戶需求作為產(chǎn)品功能特征構(gòu)思、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和零件設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、作業(yè)控制等的基礎(chǔ)，從產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的宏觀過(guò)程出發(fā)，利用質(zhì)量功能布置方法，系統(tǒng)地將用戶需求信息合理而有效地轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)各階段的技術(shù)目標(biāo)和作業(yè)控制規(guī)程的方法。
2. 將產(chǎn)品看作有機(jī)體層次上的生命系統(tǒng)，并借助于生命系統(tǒng)理論，把產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程劃分成功能需求層次、實(shí)現(xiàn)功能要求的概念層次和產(chǎn)品的具體設(shè)計(jì)層次。同時(shí)采用了生命系統(tǒng)圖符抽象地表達(dá)產(chǎn)品的功能要求，形成產(chǎn)品功能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
3. 將機(jī)械設(shè)計(jì)中系統(tǒng)科學(xué)的應(yīng)用歸納為兩個(gè)基本問(wèn)題：一是把要設(shè)計(jì)的產(chǎn)品作為一個(gè)系統(tǒng)處理，最佳地確定其組成部分（單元）及其相互關(guān)系；二是將產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程看成一個(gè)系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)，正確、合理地確定設(shè)計(jì)中各個(gè)方面的工作和各個(gè)不同的設(shè)計(jì)階段。
由于每個(gè)設(shè)計(jì)者研究問(wèn)題的角度以及考慮問(wèn)題的側(cè)重點(diǎn)不同，進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)采用的具體研究方法亦存在差異。下面介紹一些具有代表性的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法。
4. 設(shè)計(jì)元素法
用五個(gè)設(shè)計(jì)元素（功能、效應(yīng)、效應(yīng)載體、形狀元素和表面參數(shù)）描述“產(chǎn)品解”，認(rèn)為一個(gè)產(chǎn)品的五個(gè)設(shè)計(jì)元素值確定之后，產(chǎn)品的所有特征和特征值即已確定。我國(guó)亦有設(shè)計(jì)學(xué)者采用了類似方法描述產(chǎn)品的原理解。
5. 圖形建模法
研制的“設(shè)計(jì)分析和引導(dǎo)系統(tǒng)”KALEIT，用層次清楚的圖形描述出產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)及其相關(guān)的抽象信息，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能關(guān)系的圖形化建模，以及功能層之間的聯(lián)接。
將設(shè)計(jì)劃分成輔助方法和信息交換兩個(gè)方面，利用Nijssen信息分析方法可以采用圖形符號(hào)、具有內(nèi)容豐富的語(yǔ)義模型結(jié)構(gòu)、可以描述集成條件、可以劃分約束類型、可以實(shí)現(xiàn)關(guān)系間的任意結(jié)合等特點(diǎn)，將設(shè)計(jì)方法解與信息技術(shù)進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)過(guò)程中不同抽象層間信息關(guān)系的圖形化建模。
6. “構(gòu)思”—“設(shè)計(jì)”法
將產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)分成“構(gòu)思”和“設(shè)計(jì)”兩個(gè)階段。“構(gòu)思”階段的任務(wù)是尋求、選擇和組合滿足設(shè)計(jì)任務(wù)要求的原理解?！霸O(shè)計(jì)”階段的工作則是具體實(shí)現(xiàn)構(gòu)思階段的原理解。
將方案的“構(gòu)思”具體描述為：根據(jù)合適的功能結(jié)構(gòu)，尋求滿足設(shè)計(jì)任務(wù)要求的原理解。即功能結(jié)構(gòu)中的分功能由“結(jié)構(gòu)元素”實(shí)現(xiàn)，并將“結(jié)構(gòu)元素”間的物理聯(lián)接定義為“功能載體”，“功能載體”和“結(jié)構(gòu)元素”間的相互作用又形成了功能示意圖(機(jī)械運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖)。方案的“設(shè)計(jì)”是根據(jù)功能示意圖，先定性地描述所有的“功能載體”和“結(jié)構(gòu)元素”，再定量地描述所有“結(jié)構(gòu)元素”和聯(lián)接件(“功能載體”)的形狀及位置，得到結(jié)構(gòu)示意圖。Roper，H.利用圖論理論，借助于由他定義的“總設(shè)計(jì)單元(GE)”、“結(jié)構(gòu)元素(KE)”、“功能結(jié)構(gòu)元素(FKE)”、“聯(lián)接結(jié)構(gòu)元素(VKE)”、“結(jié)構(gòu)零件(KT)”、“結(jié)構(gòu)元素零件(KET)”等概念，以及描述結(jié)構(gòu)元素尺寸、位置和傳動(dòng)參數(shù)間相互關(guān)系的若干種簡(jiǎn)圖，把設(shè)計(jì)專家憑直覺(jué)設(shè)計(jì)的方法做了形式化的描述，形成了有效地應(yīng)用現(xiàn)有知識(shí)的方法，并將其應(yīng)用于“構(gòu)思”和“設(shè)計(jì)”階段。
7. 鍵合圖法
將組成系統(tǒng)元件的功能分成產(chǎn)生能量、消耗能量、轉(zhuǎn)變能量形式、傳遞能量等各種類型，并借用鍵合圖表達(dá)元件的功能解，希望將基于功能的模型與鍵合圖結(jié)合，實(shí)現(xiàn)功能結(jié)構(gòu)的自動(dòng)生成和功能結(jié)構(gòu)與鍵合圖之間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，尋求由鍵合圖產(chǎn)生多個(gè)設(shè)計(jì)方案的方法。
提倡在產(chǎn)品功能分析的基礎(chǔ)上，將產(chǎn)品分解成具有某種功能的一個(gè)或幾個(gè)模塊化的基本結(jié)構(gòu)，通過(guò)選擇和組合這些模塊化基本結(jié)構(gòu)組建成不同的產(chǎn)品。這些基本結(jié)構(gòu)可以是零件、部件，甚至是一個(gè)系統(tǒng)。
本結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有標(biāo)準(zhǔn)化的接口(聯(lián)接和配合部)，并且是系列化、通用化、集成化、層次化、靈便化、經(jīng)濟(jì)化，具有互換性、相容性和相關(guān)性。我國(guó)結(jié)合軟件構(gòu)件技術(shù)和CAD技術(shù)，將變形設(shè)計(jì)與組合設(shè)計(jì)相結(jié)合，根據(jù)分級(jí)模塊化原理，將加工中心機(jī)床由大到小分為產(chǎn)品級(jí)、部件級(jí)、組件級(jí)和元件級(jí)，并利用專家知識(shí)和CAD技術(shù)將它們組合成不同品種、不同規(guī)格的功能模塊，再由這些功能模塊組合成不同的加工中心總體方案。
以設(shè)計(jì)為目錄作為選擇變異機(jī)械結(jié)構(gòu)的工具，提出將設(shè)計(jì)的解元素進(jìn)行完整的、結(jié)構(gòu)化的編排，形成解集設(shè)計(jì)目錄。并在解集設(shè)計(jì)目錄中列出評(píng)論每一個(gè)解的附加信息，非常有利于設(shè)計(jì)工程師選擇解元素。
網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，異地協(xié)同設(shè)計(jì)與制造，以及從用戶對(duì)產(chǎn)品的功能需求→設(shè)計(jì)→加工→裝配→成品這一并行工程的實(shí)現(xiàn)成為可能。但是，達(dá)到這些目標(biāo)的重要前提條件之一，就是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)效果的三維可視化。為此，不僅三維圖形軟件、智能化設(shè)計(jì)軟件愈來(lái)愈多地應(yīng)用于產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及多媒體、超媒體工具也在產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)中初露鋒芒。目前，德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家正著力于研究超媒體技術(shù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)STEP，以及標(biāo)準(zhǔn)虛擬現(xiàn)實(shí)造型語(yǔ)言上基于虛擬環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)交換格式)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。
機(jī)械產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)正朝著計(jì)算機(jī)輔助實(shí)現(xiàn)、智能化設(shè)計(jì)和滿足異地協(xié)同設(shè)計(jì)制造需求的方向邁進(jìn)，由于產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法的研究起步較晚，目前還沒(méi)有成熟的、能夠達(dá)到上述目標(biāo)的方案設(shè)計(jì)工具軟件。作者認(rèn)為，綜合運(yùn)用文中四種類型設(shè)計(jì)方法是達(dá)到這一目標(biāo)有效途徑。雖然這些方法的綜合運(yùn)用涉及的領(lǐng)域較多，不僅與機(jī)械設(shè)計(jì)的領(lǐng)域知識(shí)有關(guān)，而且還涉及到系統(tǒng)工程理論、人工智能理論、計(jì)算機(jī)軟硬件工程、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等各方面的領(lǐng)域知識(shí)，但仍然是產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)必須努力的方向。國(guó)外在這方面的研究已初見(jiàn)成效，我國(guó)設(shè)計(jì)學(xué)者也已意識(shí)到CAD技術(shù)與國(guó)際交流合作的重要性，及其應(yīng)當(dāng)采取的措施。
基于產(chǎn)品特征知識(shí)設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)是：用計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的語(yǔ)言描述產(chǎn)品的特征及其設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)，建立相應(yīng)的知識(shí)庫(kù)及推理機(jī)，再利用已存儲(chǔ)的領(lǐng)域知識(shí)和建立的推理機(jī)制實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)。
機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)主要是依據(jù)產(chǎn)品所具有的特征，以及設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推量和決策，完成機(jī)構(gòu)的型、數(shù)綜合。欲實(shí)現(xiàn)這一階段的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，必須研究知識(shí)的自動(dòng)獲取、表達(dá)、集成、協(xié)調(diào)、管理和使用。為此，國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)學(xué)者針對(duì)機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)知識(shí)的自動(dòng)化處理做了大量的研究工作，采用的方法可歸納為下述幾種。
畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
小型木材剝皮機(jī)的設(shè)計(jì)
學(xué) 院：
專 業(yè)：
學(xué)生姓名：
學(xué) 號(hào)：
指導(dǎo)教師：
二零一七年六月
2
摘 要
木材剝皮在木材使用中是非常重要的一項(xiàng)工序，許多用材部門(mén)都需要在加工之前對(duì)原木進(jìn)行剝皮處理。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)在調(diào)研國(guó)內(nèi)外木材剝皮機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，根據(jù)導(dǎo)師的設(shè)計(jì)要求，分析了現(xiàn)有小型木材剝皮機(jī)的工作原理，在導(dǎo)師的精心指導(dǎo)下，設(shè)計(jì)了一種切削式小型木材剝皮機(jī)。該剝皮機(jī)主要由進(jìn)給和切削兩部分組成，主要通過(guò)移動(dòng)進(jìn)給支撐滾子適應(yīng)不同直徑的木材，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的剝皮處理
此次設(shè)計(jì)主要是利用UG開(kāi)發(fā)軟件對(duì)剝皮機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了三維設(shè)計(jì)，之后利用AutoCAD軟件繪制零部件的二維圖紙及剝皮機(jī)的總裝配圖，使設(shè)計(jì)更方便指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。
關(guān)鍵詞：木材剝皮 計(jì)算機(jī) 三維設(shè)計(jì) 總裝配圖
I
abstract
ABSTRACT
Wood peeling is a very important step in the use of wood, and many woodworking departments require peeling of the logs before processing.
The graduation design based on the research and development of the present situation of wood peeling machine at home and abroad. According to the design requirements of mentor, this paper analyzed the working principle of the existing small wood peeling machine, and designs a kind of cutting small wood under the careful guidance of the mentor. The peeling machine is mainly composed of two parts, feed and cutting, mainly through the movement of the feed roller to adapt to different diameter of the wood, to achieve high-quality peeling treatment.
The design is mainly the use of UG development software on the mechanical structure of the peeling machine was a 3D design, and then use AutoCAD software to draw parts of the two-dimensional drawings and peeling machine assembly diagram, so that the design more convenient to guide the actual production.
Key words: wood peeling computer 3D design assembly diagram
II
目錄
目錄
摘 要 I
ABSTRACT II
第一章 引言 1
1.1木材剝皮機(jī)械化的意義 1
1.2 剝皮機(jī)發(fā)展?fàn)顩r 2
1.3 剝皮機(jī)種類 3
1.4 國(guó)外剝皮機(jī)概況 4
1.5 剝皮機(jī)發(fā)展趨勢(shì) 5
第二章 小型木材剝皮機(jī)的結(jié)構(gòu)及原理分析 7
2.1 剝皮機(jī)整體設(shè)計(jì) 7
2.1.1 剝皮機(jī)的整體結(jié)構(gòu) 7
2.1.2 剝皮機(jī)的工作原理 8
2.1.3 剝皮機(jī)的操作過(guò)程 9
2.1.4 如何確定滑塊移動(dòng)距離 9
2.2 進(jìn)給組件設(shè)計(jì) 11
2.2.1 進(jìn)給組件整體結(jié)構(gòu) 11
2.2.2 軸 12
2.2.3 進(jìn)給滾子 13
2.3 切削組件設(shè)計(jì) 16
2.3.1 切削組件整體結(jié)構(gòu) 16
2.3.2 切削部件 17
2.3.3 剝皮部件 18
2.4 支撐部件設(shè)計(jì) 20
2.4.1切削組件支撐部件 20
2.4.2 進(jìn)給組件支撐部件 21
2.4.3 主框架 22
第三章 組件校核 23
3.1電動(dòng)機(jī)的選擇 23
3.2 普通V帶校核 24
3.3 進(jìn)給軸的校核 26
3.4 鍵的選擇與校核 29
3.5 安全系數(shù)校核 30
第四章 總結(jié)與展望 33
參考文獻(xiàn) 35
致 謝 36
IV
第一章 引言
第一章 引言
1.1木材剝皮機(jī)械化的意義
絕大部分地區(qū)的人們對(duì)木材剝皮機(jī)的了解并不多，因?yàn)槿藗兤匠Ｒ?jiàn)到的大部分木材都已經(jīng)進(jìn)行過(guò)剝皮處理。不過(guò)大家都知道木材的用途非常廣泛，可以用來(lái)蓋房子供人們居住，做高檔家具供人們使用，另外還可以雕刻成工藝品供人們觀賞把玩，剩下的邊角料用木粉機(jī)粉碎便是造紙的材料?，F(xiàn)如今樹(shù)皮的作用也不僅僅局限在粉碎后成為造紙的原材料了，一些藝術(shù)家開(kāi)啟了樹(shù)皮新的應(yīng)用領(lǐng)域，將樹(shù)皮進(jìn)行稍微處理后做成樹(shù)皮畫(huà)供大家觀賞，具有較高的收藏價(jià)值。但是，樹(shù)皮與樹(shù)木是結(jié)合在一起的，如何能夠在保證工作效率情況下使它們分開(kāi)，這時(shí)木材剝皮機(jī)就顯得尤為重要，特別是靈活性強(qiáng)的小型木材剝皮機(jī)。
對(duì)于許多木材生產(chǎn)以及用材部門(mén)而言木材剝皮處理是一項(xiàng)非常重要的工序。例如：造紙廠、木材加工處理廠、鉛筆板材生產(chǎn)廠、火柴加工廠、貯木廠等眾多部門(mén)，它們所使用的木材都必須進(jìn)行過(guò)剝皮處理。
在實(shí)際情況中，木材剝皮處理具有許多不可缺少的實(shí)際性意義：
1.便于木材貯存：樹(shù)干主要由韌皮部和形成層兩大部分組成，兩者成分中都含有大量有機(jī)物質(zhì)，這些有機(jī)物質(zhì)為部分有害菌蟲(chóng)的快速繁殖創(chuàng)造了非常有利的生存條件。為了能夠避免木材受到損壞，對(duì)新砍伐的原木直接進(jìn)行剝皮處理能大大降低菌蟲(chóng)對(duì)木材的損壞度。在我國(guó)南方的許多林區(qū)就是在木材砍伐的同時(shí)進(jìn)行剝皮處理，諸如：廣西、云南、四川等。否則在南方那樣潮濕的環(huán)境下，樹(shù)木在伐倒后很短時(shí)間內(nèi)就有可能被害蟲(chóng)蛀蝕，最終木材將會(huì)腐爛成廢材。
2.確保加工成品質(zhì)量：對(duì)于需要使用的木材來(lái)說(shuō)，原木進(jìn)行剝皮處理后更容易發(fā)現(xiàn)木材是否存在缺陷以及缺陷的位置，從而能夠更早更合理的做到量材下鋸，以便更好地提高工廠的出材率。為了能夠獲得更高質(zhì)量的紙張、單板和膠合板等木材加工品必須先進(jìn)行木材剝皮處理。
3.降低鋸的磨損量：砍伐后的原木經(jīng)過(guò)機(jī)械拖拉，搬運(yùn)以及貯存后，樹(shù)皮表面會(huì)積存許多泥沙等雜物，當(dāng)直接用鋸對(duì)這樣的原木進(jìn)行加工時(shí)，泥沙等雜物增加了鋸齒磨損程度，容易造成鋸齒變鈍或蹦齒等現(xiàn)象。木材剝皮處理后，表面比較光滑，泥沙很難大量積存大大降低了對(duì)鋸齒的損壞程度。
4.降低勞動(dòng)強(qiáng)度：由于提前對(duì)原木進(jìn)行剝皮處理，除掉了約占整段木材重量10％的樹(shù)皮，大大地降低了裝卸和搬運(yùn)等過(guò)程對(duì)工人勞動(dòng)力的損耗，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。同時(shí)，對(duì)于用材部門(mén)而言省去了加工前處理樹(shù)皮的工序，改善工作廠區(qū)的衛(wèi)生條件，節(jié)約了廠房空間，提高了工作效益。
隨著用材部門(mén)對(duì)木材需求量的增加和剝皮質(zhì)量要求的不斷提升，原始手工剝皮已經(jīng)不能滿足用材部門(mén)的要求，機(jī)械化剝皮需求的呼吁聲越來(lái)越高。主要原因是原始手工剝皮的方法勞動(dòng)強(qiáng)度太大，而且生產(chǎn)效率和剝皮質(zhì)量較低，僅剝皮這一個(gè)工序就會(huì)耗費(fèi)大量勞動(dòng)力，這必將導(dǎo)致相關(guān)產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)成本大大提高。如果采用機(jī)械式剝皮，十幾人的工作量一兩個(gè)人就可完成，而且工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，相關(guān)產(chǎn)業(yè)的成本也必然隨之降低。因此，實(shí)現(xiàn)剝皮機(jī)械化對(duì)林木業(yè)的快速發(fā)展有著十分重要的意義。
1.2 剝皮機(jī)發(fā)展?fàn)顩r
木材剝皮機(jī)屬于對(duì)木材進(jìn)行處理加工系列機(jī)械產(chǎn)品中的一類，主要由進(jìn)料組件、切削組件、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、出料組件以及底座等結(jié)構(gòu)構(gòu)成，適合對(duì)新砍伐的木材、部分凍材以及晾干后的木材進(jìn)行剝皮處理。
國(guó)內(nèi)外木材的剝皮處理都經(jīng)歷了從手工剝皮到半機(jī)械化剝皮最終實(shí)現(xiàn)機(jī)械化剝皮以及水力剝皮等幾個(gè)階段的演化，但是國(guó)外剝皮機(jī)的使用比國(guó)內(nèi)要早幾十年。國(guó)內(nèi)剝皮機(jī)的剝皮質(zhì)量和生產(chǎn)效率都要遠(yuǎn)低于美國(guó)、德國(guó)等部分發(fā)達(dá)國(guó)家制造的剝皮機(jī)。 國(guó)外某些發(fā)達(dá)國(guó)家正致力于剝皮機(jī)技術(shù)升級(jí)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)運(yùn)用，與國(guó)外相比在剝皮機(jī)的研制方面還是存在很大差距的。
1）手工剝皮階段：在機(jī)械式剝皮還沒(méi)有研究制造出來(lái)之前或僅僅小范圍使用機(jī)械剝皮時(shí)，所有的原木剝皮工作都是工人們用彎刀、斧子、磨刀和鏟刀等手持刀具進(jìn)行剝皮和磨削，生產(chǎn)效率受工人體力、原料狀態(tài)及工作環(huán)境等條件的限制，導(dǎo)致用材部門(mén)的工作計(jì)劃很難如期完成，對(duì)該部門(mén)的生產(chǎn)效益產(chǎn)生較大影響。在好剝皮的時(shí)候（春夏兩季），使用薄型鏟或空心鏟便能將樹(shù)皮剝干凈。在難剝皮或樹(shù)皮厚的冬季，則要使用厚型鏟或剝皮彎刀進(jìn)行木材剝皮。鏟刀刃口十分鋒利，剝皮時(shí)對(duì)木質(zhì)層的破壞很小。一般情況下，工人在工作時(shí)都會(huì)自帶三、四把刀具以便根據(jù)所剝樹(shù)皮的厚薄選擇合適的刀具。
2）半機(jī)械化剝皮：工人們手抱原木向運(yùn)行的機(jī)械設(shè)備中推進(jìn)，對(duì)原木進(jìn)行剝皮處理；或工人手持運(yùn)行的切削設(shè)備向原木推進(jìn)從而完成剝皮工作，例如：簡(jiǎn)易小型銑刀式剝皮機(jī)。無(wú)論哪一種，剝皮設(shè)備均為小型的低動(dòng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)器，剝皮的效率大約是手動(dòng)剝皮的2-3倍。
3）機(jī)械化剝皮：機(jī)械化木材剝皮機(jī)的形式大多為銑刀式、環(huán)式以及滾筒式三種。滾筒式和環(huán)式剝皮機(jī)研發(fā)較早已形成固定系列，剛開(kāi)始使用的滾筒式木材剝皮機(jī)為濕式，在剝皮的同時(shí)需要向木材進(jìn)行灑水。這樣的方式雖然剝皮方便了，但是對(duì)環(huán)境具有較大污染，浪費(fèi)大量水資源而且冬天無(wú)法工作。為了改變這一狀況，研發(fā)出現(xiàn)新的干式滾筒木材剝皮機(jī)。這種剝皮機(jī)生產(chǎn)效率高，對(duì)外界環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)。環(huán)式木材剝皮機(jī)在不斷發(fā)展的過(guò)程中，運(yùn)用了光電、液壓以及氣動(dòng)等新型技術(shù)。
1.3 剝皮機(jī)種類
用材部門(mén)對(duì)剝皮機(jī)主要有以下幾點(diǎn)要求：剝皮效率要高，對(duì)木質(zhì)的損壞要少，剝皮技術(shù)要先進(jìn)，設(shè)備結(jié)構(gòu)要可靠，具體操作要簡(jiǎn)單方便。在充分考慮以上要求以及原木的種類、直徑、彎曲度等影響因素的情況下，發(fā)達(dá)國(guó)家研究制造出了適應(yīng)各種環(huán)境的不同類型的木材剝皮機(jī)，到目前為止，已經(jīng)批量生產(chǎn)并投入市場(chǎng)的大約有一百多種，其中90%左右的剝皮機(jī)為機(jī)械式剝皮機(jī)。所以，目前除了使用小部分水力等其他類型剝皮機(jī)，世界各國(guó)使用的剝皮機(jī)絕大部分是機(jī)械式。
剝皮機(jī)的種類根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式、安裝情況、剝皮原理以及適用范圍的不同可大致分為以下幾種：
1.按結(jié)構(gòu)形式分為：
1）滾筒式木材剝皮機(jī)；2）環(huán)式木材剝皮機(jī)；3）銑刀式木材剝皮機(jī)；4）摩擦、錘擊式木材剝皮機(jī)；5）水力式木材剝皮機(jī)6）非機(jī)械式剝皮裝置。
2.按安裝情況分為：
1）移動(dòng)型木材剝皮機(jī)：該類型的木材剝皮機(jī)主要具有設(shè)備重量輕、移動(dòng)方便快捷以及設(shè)備機(jī)動(dòng)性能強(qiáng)的特點(diǎn)，諸如：手提式剝皮機(jī)和其他廣泛應(yīng)用于伐區(qū)內(nèi)的木材剝皮機(jī)械等。
2）固定型木材剝皮機(jī)：該類型的木材剝皮機(jī)主要是安裝在需求量很大并且作業(yè)場(chǎng)地比較固定的生產(chǎn)廠中，一般為大型木材剝皮機(jī)。它的主要特點(diǎn)包括生產(chǎn)效率高，振動(dòng)小，剝皮速度快以及木質(zhì)損壞少。
3.按剝皮原理分為：
1）機(jī)械式木材剝皮機(jī)（包括銑刀式木材剝皮機(jī)、滾刀式木材剝皮機(jī)以及摩擦式木材剝皮機(jī)等）；2）水力式木材剝皮機(jī)；3）化學(xué)腐蝕式木材剝皮機(jī)；4）超高頻聲波式木材剝皮機(jī)；5）氣力式木材剝皮機(jī)；6）電力水波式木材剝皮機(jī)。
4. 按適用范圍分為：
1）普通式木材剝皮機(jī)；2）專用式木材剝皮機(jī)。
1.4 國(guó)外剝皮機(jī)概況
國(guó)外的木材剝皮機(jī)無(wú)論是種類還是工作性能都發(fā)展的非常迅速，各個(gè)類型木材剝皮機(jī)的生產(chǎn)數(shù)量逐年增加，例如：早在1970年，日本滾筒式木材剝皮機(jī)就已經(jīng)擁有1840多臺(tái)，銑刀式木材剝皮機(jī)的數(shù)量就更多了，高達(dá)2800多臺(tái)，合計(jì)擁有木材剝皮機(jī)4640多臺(tái)。除此之外，日本還致力于環(huán)式木材剝皮機(jī)、水力式木材剝皮機(jī)等新種類的研制。美國(guó)、加拿大、西德、北歐等大多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家都廣泛使用環(huán)式木材剝皮機(jī)、滾筒式木材剝皮機(jī)、銑刀式木材剝皮機(jī)及各種專用式木材剝皮機(jī)。
國(guó)外研制的木材剝皮機(jī)主要包括以下幾個(gè)特點(diǎn)：
1）對(duì)已經(jīng)研制成功的并且在日常生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用的木材剝皮機(jī)進(jìn)行不斷的結(jié)構(gòu)升級(jí)改造，努力將現(xiàn)有的木材剝皮機(jī)的結(jié)構(gòu)與先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合。諸如，芬蘭研究制造的VK-16環(huán)式木材剝皮機(jī)，自五十年代問(wèn)世至今已經(jīng)進(jìn)行過(guò)多次機(jī)構(gòu)和技術(shù)的改進(jìn)升級(jí)，原有的刀盤(pán)由離心配重式改進(jìn)為液壓式，剝皮機(jī)的進(jìn)給部分全部升級(jí)改造成由液壓控制，還結(jié)合了許多新技術(shù)，像光電控制等技術(shù)。大大提高了木材剝皮機(jī)的自動(dòng)化程度。與此同時(shí)，VK-16木材剝皮機(jī)也進(jìn)行了幾種變形處理，以便能夠適應(yīng)更多種類的樹(shù)木和具有更多地剝皮方式。到目前為止VK－16型木材剝皮機(jī)已經(jīng)發(fā)展的相當(dāng)成熟，形成了一個(gè)獨(dú)特的剝皮機(jī)系列，該系列剝皮機(jī)有20余種，在國(guó)際市場(chǎng)上擁有非常高的競(jìng)爭(zhēng)能力，產(chǎn)品在世界50多個(gè)國(guó)家內(nèi)都有銷售。
2）致力于新結(jié)構(gòu)、新用途以及新形式木材剝皮機(jī)的研制，積極向新技術(shù)、新工藝靠攏，爭(zhēng)取在木材剝皮機(jī)的性能和種類方面有所突破和升級(jí)。同時(shí)，逐步淘汰生產(chǎn)效率低和剝皮質(zhì)量差一些的舊機(jī)型。
3）對(duì)已經(jīng)研制成功的木材剝皮機(jī)，國(guó)外專家支持在生產(chǎn)中大量使用，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題，對(duì)該類型的木材剝皮機(jī)進(jìn)行更快的結(jié)構(gòu)和技術(shù)升級(jí)。這也是國(guó)外木材剝皮機(jī)得以迅速發(fā)展的一個(gè)至關(guān)重要的原因。
4）在國(guó)外環(huán)式木材剝皮機(jī)、滾筒式木材剝皮機(jī)、銑刀式木材剝皮機(jī)以及水力式木材剝皮機(jī)得到最廣泛的應(yīng)用。對(duì)于芬蘭、瑞士以及蘇聯(lián)等工業(yè)起步較早的國(guó)家而言環(huán)式木材剝皮機(jī)是它們的首選；對(duì)于日本、西德等二戰(zhàn)后迅速發(fā)展的國(guó)家而言滾筒式木材剝皮機(jī)和銑刀式木材剝皮機(jī)是它們普遍的選擇；而像美國(guó)、加拿大等水力技術(shù)比較先進(jìn)的發(fā)達(dá)國(guó)家則大量使用水力剝皮機(jī)。
多年以來(lái)，機(jī)械式木材剝皮機(jī)一直是國(guó)外的研制重點(diǎn)，機(jī)械式木材剝皮機(jī)約占剝皮機(jī)總數(shù)的90％。但是，近幾年隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及運(yùn)用越來(lái)越成熟，新型的非機(jī)械式木材剝皮機(jī)發(fā)展速度越來(lái)越快，在剝皮機(jī)的產(chǎn)業(yè)中所占比重也是逐漸增加。
1.5 剝皮機(jī)發(fā)展趨勢(shì)
木材剝皮機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)可大概歸納成以下幾個(gè)方面：
1）滾筒式木材剝皮機(jī)是機(jī)械式木材剝皮機(jī)種類中研制最早的，至今已有七十多年的使用歷史。滾筒式木材剝皮機(jī)在七十多年的生產(chǎn)中彰顯了它強(qiáng)大的生命力。滾筒式木材剝皮機(jī)為何能在這么多年以后依然在木材剝皮機(jī)的領(lǐng)域內(nèi)占有一席之地主要是因?yàn)樗軐?duì)彎曲的，甚至是帶叉的原木或枝丫的木材進(jìn)行剝皮處理，并且在一定程度上能夠去朽，這些都是其他機(jī)械式木材剝皮機(jī)無(wú)法超越。此外，滾筒式木材剝皮機(jī)還具有工作效率高，使用壽命長(zhǎng)，操作簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)。
滾筒式木材剝皮機(jī)包括濕式和干式兩種，濕式滾筒木材剝皮機(jī)比干式滾筒木材剝皮機(jī)對(duì)木質(zhì)損壞少，不過(guò)干式滾筒木材剝皮機(jī)的生產(chǎn)效率比濕式的高，并且對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染，所以這兩種滾筒式木材剝皮機(jī)各有各的優(yōu)勢(shì)，在今后較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)將可能繼續(xù)使用和發(fā)展。目前，滾筒式木材剝皮機(jī)應(yīng)該會(huì)朝著大規(guī)格化的方向發(fā)展，以便進(jìn)一步提高剝皮機(jī)的生產(chǎn)效率，從而降低廠家的加工成本。
2）環(huán)式木材剝皮機(jī)是機(jī)械式木材剝皮機(jī)的另一種較好的機(jī)型，在使用過(guò)程中也得到了廣泛的應(yīng)用和不斷的發(fā)展。該類木材剝皮機(jī)結(jié)構(gòu)上采用了一些新的技術(shù)進(jìn)行升級(jí)，促使該類型的木材剝皮機(jī)的自動(dòng)化程度越來(lái)越高。目前，環(huán)式木材剝皮機(jī)正努力克服自身適用范圍窄的弱點(diǎn)，朝著更廣的適用范圍發(fā)展?，F(xiàn)在已經(jīng)研制出了一批具有新型結(jié)構(gòu)的環(huán)式木材剝皮機(jī)和專用木材剝皮機(jī)。
3）銑刀式木材剝皮機(jī)的生產(chǎn)效率比環(huán)式和滾筒式木材剝皮機(jī)的要低一些，對(duì)木質(zhì)損壞程度也要比它們高一些。但是，由于銑刀式木材剝皮機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，造價(jià)相對(duì)較低，在中小型原木剝皮機(jī)中應(yīng)用依然比較廣泛?，F(xiàn)如今國(guó)外已經(jīng)研制出生產(chǎn)效率較高、木質(zhì)損失較小，甚至無(wú)木質(zhì)損失的銑刀式木材剝皮機(jī)，促使銑刀式木材剝皮機(jī)得到進(jìn)一步發(fā)展，占據(jù)了中小型木材剝皮機(jī)的絕大部分市場(chǎng)。
4）水力式木材剝皮機(jī)是一種新研發(fā)的采用新型剝皮方式的機(jī)械式木材剝皮機(jī)，它剝皮過(guò)程不受原木的形狀限制，剝皮效率高而且十分干凈，最重要的是對(duì)木質(zhì)沒(méi)有任何損壞，到目前為止，已經(jīng)有一些國(guó)家將大量的水力式木材剝皮機(jī)投入廠區(qū)使用，我們相信隨著技術(shù)的逐漸成熟，新型剝皮方式的木材剝皮機(jī)必將會(huì)有進(jìn)一步發(fā)展。
在努力改造傳統(tǒng)木材剝皮機(jī)的同時(shí)一些發(fā)達(dá)國(guó)家正致力于氣力剝皮、木片去皮以及削片同時(shí)去皮等新技術(shù)的研究。在這個(gè)過(guò)程中，超高頻剝皮法、電力水波剝皮法等一批新型剝皮方式不斷出現(xiàn)，為木材剝皮機(jī)事業(yè)開(kāi)辟了更廣闊的發(fā)展前景。
雖然國(guó)外研制的各種類型的木材剝皮機(jī)的性能都十分優(yōu)越，但是它們的價(jià)格昂貴，并不是最適合我國(guó)國(guó)情的木材剝皮產(chǎn)品。如何實(shí)現(xiàn)對(duì)木材剝皮的同時(shí)降低生產(chǎn)成本已經(jīng)成為亟待解決的問(wèn)題，本課題也正是基于此目的而開(kāi)展的。
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第二章 小型木材剝皮機(jī)的結(jié)構(gòu)及原理分析
第二章 小型木材剝皮機(jī)的結(jié)構(gòu)及原理分析
2.1 剝皮機(jī)整體設(shè)計(jì)
此次設(shè)計(jì)的木材剝皮機(jī)外形尺寸（長(zhǎng)*寬*高）控制在3000*2000*1600以內(nèi)，主要由進(jìn)料組件、切削組件、出料組件、驅(qū)動(dòng)部分以及眾多支撐部件等五大部分組成。各部分進(jìn)行了合理的設(shè)計(jì)，各零部件與其他零部件之間配合緊密，組裝后的剝皮機(jī)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，安裝方便合理，操作簡(jiǎn)單安全以及維修容易快捷等各項(xiàng)預(yù)期目標(biāo)。該剝皮機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)木材自動(dòng)進(jìn)給，每臺(tái)機(jī)器只需兩名工人負(fù)責(zé)上料和下料即可，大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)料和出料組件中的支撐滾子部件上的底部滑塊以及橫臂支撐的傳動(dòng)滾子的高度實(shí)現(xiàn)對(duì)不同直徑木材的固定。剝皮機(jī)加工木材的直徑范圍可以控制在8cm—18cm，切削與剝皮相結(jié)合的切削組價(jià)部分設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了去皮率高于90%，木材損失率控制在2%以內(nèi)的加工要求。
2.1.1 剝皮機(jī)的整體結(jié)構(gòu)
該剝皮機(jī)（除去頂部調(diào)節(jié)桿和皮帶）整體結(jié)構(gòu)的俯視圖和斜視圖如圖2-1和圖2-2所示。切削部分的電機(jī)安裝在刀軸的底部通過(guò)皮帶直接驅(qū)動(dòng)刀軸，進(jìn)料和出料部分的電機(jī)分別安裝在位于傳動(dòng)滾子一側(cè)的框架上，電機(jī)經(jīng)過(guò)減速器減速后通過(guò)皮帶作用在轉(zhuǎn)軸上。頂部調(diào)節(jié)桿安裝在頂板上通過(guò)螺母來(lái)控制橫臂5的上下的轉(zhuǎn)動(dòng)。
圖2-1 木材剝皮機(jī)整體結(jié)構(gòu)俯視圖
1—底板、2—進(jìn)給支撐套筒、3—木材支撐筒、4—進(jìn)料傳動(dòng)滾子、5—帶座外球面軸承、
6—2V帶輪、7—橫臂轉(zhuǎn)軸、8—4V電機(jī)帶輪、9—減速器、10—聯(lián)軸器、11—電機(jī)、12—電機(jī)支撐框架、13—帶座外球面軸承、14—進(jìn)給傳動(dòng)軸、15—出料傳動(dòng)滾子、16—進(jìn)給傳動(dòng)套筒、17—進(jìn)給支撐軸、18—刀軸、19—刀軸套筒、20—切削刀部件、21—?jiǎng)兤さ恫考?
圖2-2 木材剝皮機(jī)整體結(jié)構(gòu)斜視圖
22—滑塊、23—進(jìn)給支撐臂、24—支撐角鐵、25—橫臂、26—傳動(dòng)豎臂、27—L型支撐臂、28—切削支撐臂、29—2V帶輪、30—左右支撐隔板、31—底座支撐架
2.1.2 剝皮機(jī)的工作原理
假設(shè)此次設(shè)計(jì)的木材剝皮機(jī)的放置方式如圖2-1所示，原木沿水平方向從右向左進(jìn)給一次通過(guò)進(jìn)料、切削和出料三個(gè)區(qū)域。在設(shè)備調(diào)試完成后，由工人甲將進(jìn)行過(guò)側(cè)枝預(yù)處理后的原木抱到剝皮機(jī)右側(cè)通過(guò)進(jìn)料木材支撐筒3推送到進(jìn)料組件工作區(qū)內(nèi)與進(jìn)料滾子接觸，電機(jī)驅(qū)動(dòng)著進(jìn)料傳動(dòng)滾子4繞軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，滾子上具有一定傾斜度的錐型凸起對(duì)木材同時(shí)施加轉(zhuǎn)動(dòng)和向左移動(dòng)的力，在木材的樹(shù)皮上留下螺旋式的劃痕。支撐滾子和同側(cè)的兩個(gè)傳動(dòng)滾子把原木材夾在中間，并把原木順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)著傳送到切削組件工作區(qū)；切削組件工作區(qū)內(nèi)的刀軸在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)刀架順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，原木依次通過(guò)剝皮刀部件和切削刀部件；完成剝皮和切削工序后進(jìn)入出料組件工作區(qū)，出料傳動(dòng)滾子15的表面覆蓋一層有半球型凸起的橡膠，支撐滾子表面覆蓋一層平滑的橡膠。在與剝皮后光滑的木材表面接觸時(shí)，摩擦系數(shù)相對(duì)增大，橡膠具有一定的彈性，對(duì)木質(zhì)的損壞程度較低，木材依然可以順時(shí)針旋轉(zhuǎn)著前進(jìn)，切削結(jié)束的木材傳送到出料支撐筒處后由工人乙搬走堆放，一次剝皮循環(huán)結(jié)束。
2.1.3 剝皮機(jī)的操作過(guò)程
此次設(shè)計(jì)的木材剝皮機(jī)加工木材范圍為80mm—180mm，這就要求該設(shè)備的各支撐臂要存在相對(duì)于地板能夠前后移動(dòng)的，以便能夠保證原木直徑變化的情況下進(jìn)給組件部分能夠?qū)υ具M(jìn)行適當(dāng)加緊固定。因此，具體操作主要分為以下三個(gè)階段：準(zhǔn)備階段、調(diào)試階段和運(yùn)行階段。
1）準(zhǔn)備階段：在剝皮機(jī)開(kāi)機(jī)工作之前或者當(dāng)被加工的原木的直徑發(fā)生變化時(shí)，工人們需要對(duì)剝皮機(jī)中存留的樹(shù)皮進(jìn)行清理，以便接下來(lái)的調(diào)試工作更加便捷。工人首先要根據(jù)接下來(lái)要加工的原木直徑確定進(jìn)料和出料組件中安裝支撐滾子的支撐臂23的移動(dòng)尺寸a（原木直徑的變化對(duì)應(yīng)的滑塊移動(dòng)的距離數(shù)值及依據(jù)，詳見(jiàn)章節(jié)2.1.4）；然后查找或測(cè)量出所要加工木材種類的樹(shù)皮厚度d，通過(guò)調(diào)節(jié)滑塊移動(dòng)相應(yīng)的尺寸c（c=a+d）。
2）調(diào)試階段：由于同種樹(shù)皮厚度為近似值以及人工調(diào)節(jié)滑塊移動(dòng)距離時(shí)存在刻度尺讀數(shù)時(shí)因角度不同產(chǎn)生誤差以及其他的影響因素，所以在正式加工之前需要進(jìn)行調(diào)試。工人啟動(dòng)機(jī)器后加工3-5根原木，觀察剝皮效果對(duì)剝皮機(jī)的相應(yīng)支撐臂再進(jìn)行微調(diào)處理，直到加工好的木材符合剝皮后木材的要求。
3）運(yùn)行階段：調(diào)試接受后剝皮機(jī)可以正式運(yùn)行了，如果加工批次較小可一次性加工完成，如果加工批次較大，下料工人需要根據(jù)木材的情況進(jìn)行停機(jī)調(diào)整，以保證較高的去皮率和較低的木材損壞程度。
2.1.4 如何確定滑塊移動(dòng)距離
該剝皮機(jī)設(shè)計(jì)的進(jìn)料和出料組件的支撐臂23均安裝在滑塊上可前后移動(dòng)，橫臂25設(shè)計(jì)成可上下調(diào)節(jié)式。切削組件的支撐臂28也安裝在滑塊上，便于在調(diào)試階段時(shí)進(jìn)行微調(diào)以便更好地達(dá)到木材的剝皮要求。這樣設(shè)計(jì)的目的是使木材的軸心隨著直徑變化沿著水平直線移動(dòng)。如何實(shí)現(xiàn)木材直徑變化軸心只是水平移動(dòng)？這就需要木材直徑與滑塊移動(dòng)尺寸的精確對(duì)應(yīng)。
通過(guò)使用Auto CAD繪圖軟件直觀精確地確定了木材直徑變化與滑塊移動(dòng)距離的對(duì)應(yīng)關(guān)系。我們?cè)O(shè)木材直徑變化的單位量為10mm，測(cè)量發(fā)現(xiàn)進(jìn)出料組件滑塊的移動(dòng)距離為d=（8.6+c）mm，橫臂需要向左移動(dòng)4.3mm，向下轉(zhuǎn)動(dòng)的高度為7mm。如圖2-3所示:
圖2-3 木材直徑與進(jìn)出料支撐臂移動(dòng)關(guān)系簡(jiǎn)圖
1—支撐下臂、2—支撐上臂、3—木材、4—橫支撐臂、5—進(jìn)（出）料滾子、6—傳動(dòng)滾子水平移動(dòng)尺寸（43.3mm）、7—傳動(dòng)滾子豎直移動(dòng)尺寸（70.3mm）、8—支撐滾子水平移動(dòng)尺寸（86.6mm）、9—支撐臂、10—底部滑塊
剝皮機(jī)進(jìn)料組件和出料組件部分結(jié)構(gòu)相似，所以尺寸調(diào)節(jié)方式相同。如圖2-3,在滑塊10的中間刻有基準(zhǔn)線，在底板的滑槽下表面安裝特質(zhì)刻度尺（如圖2-4），當(dāng)滑塊基準(zhǔn)線均與零刻度對(duì)齊時(shí)，加工木材為最大直徑φ180mm。當(dāng)木材直徑為最小直徑φ80mm時(shí)，支撐臂10需要向內(nèi)側(cè)移動(dòng)86mm方可接觸木材外表面。橫臂需要向下轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)支撐臂2需要向外側(cè)移動(dòng)43.3mm。
圖2-4 特質(zhì)刻度尺
1—110mm刻度處、2—零刻度處、3—50mm刻度處、4—180mm刻度處
進(jìn)料和出料組件按尺寸移動(dòng)完畢后，啟動(dòng)設(shè)備進(jìn)行尺寸調(diào)試確定最終尺寸，此時(shí)刀軸支撐板底部的滑塊與進(jìn)給部分的支撐滑塊起著相同的作用，距離微調(diào)生產(chǎn)出符合要求的木材。
2.2 進(jìn)給組件設(shè)計(jì)
進(jìn)給部分在一部機(jī)器設(shè)備中起著至關(guān)重要的作用，進(jìn)給部分設(shè)計(jì)不合理往往會(huì)導(dǎo)致整個(gè)機(jī)器無(wú)法正常運(yùn)行，成為一件廢品。在剝皮機(jī)中進(jìn)給部分的作用更加突出，只有進(jìn)給部分實(shí)現(xiàn)緊密配合，切削部分才能正常平穩(wěn)的工作。
2.2.1 進(jìn)給組件整體結(jié)構(gòu)
進(jìn)給部分除了要承擔(dān)對(duì)木材支撐和固定任務(wù)，還要承擔(dān)一項(xiàng)更加重要的任務(wù)就是讓原木按順時(shí)針繞軸旋轉(zhuǎn)同時(shí)，在此期間既要保證原木的旋轉(zhuǎn)又要使原木直線進(jìn)給。
如何保證原木的旋轉(zhuǎn)？經(jīng)過(guò)查閱資料和老師探討后決定在進(jìn)料傳動(dòng)滾子的外表面每隔30°加工上五個(gè)錐型凸起，從而抓緊未加工的原木表面，再電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下帶有凸起的兩個(gè)傳動(dòng)滾子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)對(duì)木材施加力使其順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，凸起對(duì)表面產(chǎn)生一定的劃痕;由于原木在剛剝?nèi)?shù)皮的情況下木材比較滑，所以在出料滾子的外表面覆蓋一層表面粗糙的橡膠，在與木材緊密接觸帶動(dòng)其旋轉(zhuǎn)的同時(shí)對(duì)已加工的表面起到保護(hù)作用；如何使木材實(shí)現(xiàn)直線進(jìn)給？這主要依靠進(jìn)給滾子的合理設(shè)計(jì)，將進(jìn)料滾子外表面的錐型凸起設(shè)計(jì)成具有一定斜度，同時(shí)安裝進(jìn)給滾子的中心軸線與原木的軸線也傾斜一個(gè)較小的角度，使進(jìn)料滾子作用在原木上的力可以分解出一個(gè)較大的且與原木進(jìn)給方向相同的力。至于夾緊和支撐功能則由進(jìn)給滾子和支撐滾子配合實(shí)現(xiàn)，整體結(jié)構(gòu)如圖2-5、圖2-6所示，以便達(dá)到最佳效果。
圖2-5進(jìn)料組件整體結(jié)構(gòu) 圖2-6 出料組件整體結(jié)構(gòu)
進(jìn)給部分按結(jié)構(gòu)主要分為軸和滾子兩部分，滾子又分為傳動(dòng)滾子和支撐滾子，還有軸承座及套筒等附屬零部件。接下來(lái)將對(duì)進(jìn)給部分主要零件結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)描述。
2.2.2 軸
軸是電機(jī)轉(zhuǎn)矩傳遞的載體，進(jìn)給系統(tǒng)的中心，滾子及其他零件都要安裝在軸上，軸的結(jié)構(gòu)尺寸直接決定其他部分的設(shè)計(jì)，對(duì)于軸的結(jié)構(gòu)主要有以下兩種選擇方案：
一種選擇是將軸設(shè)計(jì)成芯軸，即軸并不轉(zhuǎn)動(dòng)，心軸的兩端與支撐臂通過(guò)螺栓和螺母擰緊，兩者緊緊固定在一起來(lái)提供克服滾子及軸上其他零件重力所需要的摩擦力。至于滾子如何的轉(zhuǎn)動(dòng)，可以將滾子與帶輪固定在一起，然后在它們的圓柱孔內(nèi)安裝一對(duì)軸承。這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，軸不用開(kāi)鍵槽加工方便，也無(wú)需傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩使用壽命長(zhǎng)而且進(jìn)給部分調(diào)整其在支撐臂上的相對(duì)位置將更加方便。但是這種設(shè)計(jì)存在致命缺陷：芯軸不轉(zhuǎn)而傳動(dòng)滾子轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣的話必須在滾子內(nèi)部安裝軸承，而軸承的內(nèi)圈與芯軸和外圈與滾子內(nèi)圓柱面必須是過(guò)盈配合或過(guò)渡配合，滾子和軸的連接僅僅依靠軸承進(jìn)行摩擦，軸承需要承受滾子和帶輪的重力。而軸承又屬易損件，軸承一旦損壞整臺(tái)機(jī)器就需要停機(jī)維修，而且這種安裝方式很難更換，所以此種選擇并不適用。
另一種選擇是將軸做成轉(zhuǎn)軸，軸兩端加軸承安裝在支撐臂上，而并非將軸承安裝在滾子內(nèi)部，滾子和帶輪用鍵與軸連接在一起，軸向方向利用軸肩、套筒和軸承座進(jìn)行定位，并用螺釘固定在支撐臂上。結(jié)構(gòu)如圖2-7所示：
圖2-7 進(jìn)給部分軸設(shè)計(jì)
這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)就在于軸本身轉(zhuǎn)動(dòng)，而軸承所受的壓力也比第一種設(shè)計(jì)小得很，且軸承容易維護(hù)和更換。滾子和軸的連接不用通過(guò)軸承而通過(guò)鍵連接，從工藝性上來(lái)講要好得多。而缺點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，且螺釘擰緊后整個(gè)進(jìn)給部分不能再調(diào)整及移動(dòng)，應(yīng)變能力不強(qiáng)。但是可以通過(guò)調(diào)節(jié)支撐臂來(lái)適應(yīng)木材直徑變化。出于綜合考慮，最終設(shè)計(jì)采取第二種方案。
2.2.3 進(jìn)給滾子
在木材剝皮機(jī)中，滾子的主要作用是壓緊原木，使切削部分能夠正常工作，并在壓緊原木的同時(shí)保證其繞軸線旋轉(zhuǎn)和沿軸線方向前進(jìn)。根據(jù)安裝位置剝皮機(jī)中設(shè)計(jì)的滾子分為進(jìn)料滾子、支撐滾子和出料滾（分別位于切削部件的兩側(cè)），木材經(jīng)過(guò)進(jìn)料滾子時(shí)只進(jìn)行分支處理還沒(méi)有被剝皮，因此為了能夠抓緊樹(shù)皮，在進(jìn)料滾子的表面鑲有一排排傾斜的錐型突起，以便在木材經(jīng)過(guò)時(shí)卡入木材的縫隙或樹(shù)皮從而帶動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)著前進(jìn)；而木材經(jīng)過(guò)出料滾子時(shí)木材剝皮工作已經(jīng)完成，為了保護(hù)已加工的表面和繼續(xù)帶動(dòng)木材旋轉(zhuǎn)著前進(jìn)，故在出料滾表面覆蓋一層表面粗糙的橡膠，因?yàn)橄鹉z具有一定的彈性，表面設(shè)計(jì)成具有一定斜度的半球型凸起，從而起到既帶動(dòng)木材轉(zhuǎn)動(dòng)著前進(jìn)又不會(huì)對(duì)原木表面產(chǎn)生傷害的作用。支撐堅(jiān)固作用主要依靠?jī)蓚€(gè)帶凸起傳動(dòng)滾子和支撐滾子三者配合實(shí)現(xiàn)，支撐滾子不需要對(duì)木材起傳動(dòng)作用，所以表面覆蓋光滑橡膠起保護(hù)作用即可。支撐緊固示意圖如圖2-8所示：
圖2-8 支撐緊固配合示意圖
1—帶凸起的傳動(dòng)滾子、2—木材、3—支撐滾子
對(duì)于滾子的傳動(dòng)裝置，主要有兩種設(shè)計(jì)方案：鏈傳動(dòng)和帶傳動(dòng)。鏈傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有相對(duì)滑動(dòng)，工況相同時(shí)尺寸配合比較緊湊，不需要很大的張緊力，作用在軸上的載荷小，傳動(dòng)效率高，適應(yīng)比較惡劣的工作環(huán)境，軸與軸之間距離可以很大。但是，鏈傳動(dòng)也存在著不可避免的缺點(diǎn)，例如：瞬時(shí)傳動(dòng)速率不均勻，平穩(wěn)性較差，對(duì)沖擊振動(dòng)的抵抗能力較差,而且造價(jià)較高。相對(duì)而言，帶傳動(dòng)雖然傳動(dòng)效率較低，存在一定的打滑現(xiàn)象，傳動(dòng)比并不是很精確，作用在軸上的載荷較大，但其可以緩和載荷沖擊，運(yùn)行平穩(wěn)且噪聲低，制造和安裝精度要求遠(yuǎn)低于鏈傳動(dòng)，且在過(guò)載情況下出現(xiàn)的打滑現(xiàn)象還可以起到保護(hù)零件的作用。木材剝皮的傳動(dòng)并不需要很精確，但是在加工過(guò)程中會(huì)有沖擊和震蕩，運(yùn)動(dòng)并不平穩(wěn)，切削部分需要比較穩(wěn)定的傳輸，故綜合考慮后選擇帶傳動(dòng)作為傳動(dòng)方式。進(jìn)料滾子如圖2-9所示，未覆蓋凸起橡膠時(shí)的出料滾子和光滑橡膠時(shí)的支撐滾子如圖2-10所示：
圖2-9 進(jìn)料滾子 圖2-10 出料和支撐滾子
裝配后的進(jìn)料組件如圖2-11所示，出料組件如圖2-12所示，支撐組件如圖2-13所示：
圖2-11 進(jìn)料組件裝配圖
圖2-12 出料組件裝配圖
圖2-13 支撐組件裝配圖
2.3 切削組件設(shè)計(jì)
切削組件是剝皮機(jī)的核心部分，該部分合理的刀具設(shè)計(jì)及安裝分布將直接決定剝皮機(jī)的工作性能，切削組件安裝后要實(shí)現(xiàn)木材去皮率高于90%，木材損失率控制在2%以內(nèi)。這就要求切削部分的設(shè)計(jì)和安裝更加合理。
2.3.1 切削組件整體結(jié)構(gòu)
為了實(shí)現(xiàn)這一加工要求將剝皮機(jī)的切削部分設(shè)計(jì)成先切削后剝皮的模式，進(jìn)行單側(cè)剝皮切削，電機(jī)直接安裝在刀具下方，在木材直徑發(fā)生變化切削組件微調(diào)時(shí)電機(jī)的位置無(wú)需調(diào)整。整體結(jié)構(gòu)如圖2-14所示：
圖2-14 切削組件整體結(jié)構(gòu)
單側(cè)先切削后剝皮的滾刀剝皮機(jī)比直接進(jìn)行剝皮的滾刀剝皮機(jī)工作效率更高，剝皮更干凈，對(duì)木材的損傷也更少，設(shè)備的使用壽命更長(zhǎng)。為了達(dá)到木材剝皮平穩(wěn)且表面質(zhì)量較好的要求，故將切削部件分成兩塊：切削部件和剝皮部件，如圖2-15和圖2-16所示。切削部件負(fù)責(zé)將木材堅(jiān)硬表面以及一些節(jié)子、枝丫、傷疤等統(tǒng)統(tǒng)去除，為徹底剝皮做好準(zhǔn)備。而剝皮部件負(fù)責(zé)將已經(jīng)粗加工的木材進(jìn)一步加工，從而加工成符合要求的木材。
圖2-15 切削部件左視圖 圖2-16 剝皮部件右視圖
在切削和剝皮區(qū)域內(nèi)將切削部件和剝皮部件安裝在圓筒形刀架上，剝皮部件位于切削部件的左側(cè)。刀架通過(guò)鍵安裝在轉(zhuǎn)軸上，軸安裝在切削組件的支撐臂上，軸與支撐臂之間通過(guò)軸承座連接，軸向由軸肩和套筒實(shí)現(xiàn)軸向定位。
2.3.2 切削部件
切削部件的刀架上安裝了十把高度不同的圓柱形切刀，分成兩組在軸線方向上按一定間隔排成5排，徑向上每?jī)砂亚械秾?duì)稱分布。每一組刀具按高度不同分成a-e五把刀。切削刀架右端安裝的切削刀高度最短，向剝皮部件的方向逐漸增大，即5列刀齒a，b，c，d，e由低到高依次排列。每?jī)砂巡煌牡毒咻S向間隔30毫米，徑向角度間隔36度，而每一型號(hào)刀具有兩把，從端面看為沿中心線對(duì)稱分布，沿徑向展開(kāi)后排列為如圖2-17所示：
圖2-17 切皮刀具展開(kāi)圖
從端面看如圖2-18所示：
圖2-18 切皮刀端面圖
各刀的切削刃口向切削部件的軸線方向傾斜，也就是切刀有向左上方傾斜的切削刃口，依次類推。在切削部件的軸向凹槽內(nèi)安裝切削刀。切削刀從刀體的切線方向有銳利的刃口突出。切削刀利用從壓緊板中形成的開(kāi)口和長(zhǎng)孔穿過(guò)的螺栓固定在刀體上。長(zhǎng)孔用來(lái)調(diào)整刀具的伸出量。各切刀的切削刃口的關(guān)系是外側(cè)齒的切削刃口的最高點(diǎn)同它相鄰的內(nèi)側(cè)齒的最低點(diǎn)一樣高，即刀a-c的切削刃口的傾斜大約是一致的，可是刀d和e的切削刃口傾斜度數(shù)比較大一些，這是考慮到木材在進(jìn)給過(guò)程中被切除了一部分，直徑減小，后面的刀具必須采用刀具半徑遞增的安排，才能繼續(xù)剝皮。刀具的材料為硬質(zhì)合金鋼，刀具與刀體之間通過(guò)螺紋連接，這樣做的優(yōu)點(diǎn)在于刀具的伸出量在一定范圍內(nèi)是可調(diào)的，可以適應(yīng)不同要求的剝皮厚度。因此，當(dāng)原木沿著切削部件軸向運(yùn)動(dòng)時(shí)，左側(cè)的切刀將節(jié)子和傷疤部分削去，剝皮刀c、d、e開(kāi)始對(duì)原木進(jìn)行剝皮，去除絕大部分樹(shù)皮。從回轉(zhuǎn)軸右端看，為防止木材急劇切削，在剝皮刀上設(shè)有過(guò)渡刃，切削刃的右端和刃口的左端一樣高。剝皮刀的外端有向下傾斜的刃口。出料滾可對(duì)加工后的木材表面施以適當(dāng)壓力，以防刀具把從切削部分出來(lái)的原木表面削成環(huán)狀刀跡。
2.3.3 剝皮部件
剝皮部分由四把剝皮刀組成，四把刀安裝在刀架上，分成90度分布，安裝刀具時(shí)通過(guò)壓板固定，用螺釘聯(lián)結(jié)，通過(guò)擰緊螺釘產(chǎn)生很大的切向力與切削力抵消從而保證刀片不會(huì)滑動(dòng)。刀片上的孔稍微長(zhǎng)出一部分，以此可以適當(dāng)調(diào)整刀片的伸出量，和切皮刀一起從而實(shí)現(xiàn)適應(yīng)不同剝皮厚度的要求。而且剝皮刀的伸出量要和切皮刀的e刀（即刀具伸出量最大的那個(gè)）平齊，以保證加工質(zhì)量。在刀片的端面加過(guò)渡刃，以免崩刃。
刀具端面圖為如圖2-19所示：
圖2-19 剝皮刀斷面圖
其側(cè)面圖為如圖2-20所示：
圖2-20 剝皮刀側(cè)面圖
與切皮部分組合后為如圖2-21所示：
圖2-21 切削部件側(cè)面圖
2.4 支撐部件設(shè)計(jì)
支撐部件也是一部機(jī)器中不可缺少的部分，起著支撐各部件，并將各個(gè)零部件有機(jī)的聯(lián)系成一個(gè)整體的作用。支撐部件可以籠統(tǒng)的分成切削組件支撐部件、進(jìn)給組件支撐部件、木材支撐筒和主框架四部分。
2.4.1切削組件支撐部件
切削組件支撐部件的主要功能就是支撐切削軸及其軸上的切削零部件，故切削部件支撐部件主要由兩個(gè)支撐臂、兩個(gè)套筒以及兩個(gè)軸承座構(gòu)成。支撐臂的作用是將整個(gè)切削部分支撐相應(yīng)的高度，以便切削組件能夠和進(jìn)給組件更好的配合，其次，支撐臂可以緩解原木對(duì)刀具的壓力，防止刀具受到過(guò)大的壓力時(shí)，作用在軸上的載荷超越切削軸的剛度使軸發(fā)生變形。支撐臂的結(jié)構(gòu)如圖2-22所示，底部設(shè)計(jì)是為了更好的安裝在滑塊上，頂部設(shè)計(jì)成直徑小于切削刀的最大直徑，從而保證在起到支撐作用的同時(shí)避免影響刀具對(duì)木材進(jìn)行切削和木材的軸向進(jìn)給。套筒在支撐部件中起著軸向支撐的作用，兩側(cè)分別支撐在帶輪和軸承座上，來(lái)保證切削軸在轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中各零部件不會(huì)發(fā)生軸向移動(dòng)。軸承座與支撐臂通過(guò)螺釘連接在一起，兩者不發(fā)生任何相對(duì)移動(dòng)。支撐臂、套筒以及軸承座三者支撐起整個(gè)切削組件的軸向定位，確保切削組件正常工作。
圖2-22 切削組件支撐臂
2.4.2 進(jìn)給組件支撐部件
進(jìn)給組件支撐部件的主要功能就是支撐進(jìn)給系統(tǒng)，即進(jìn)料組件和出料組件。相對(duì)于切削組件支撐部件而言，進(jìn)給組件支撐部分設(shè)計(jì)的更加復(fù)雜，雖然它也是只包括支撐臂、套筒和軸承座三件，但是進(jìn)給部分的支撐臂包括支撐傳動(dòng)滾子的橫臂、豎臂和L型支撐臂以及支撐滾子的豎臂。進(jìn)給組件支撐臂的底部設(shè)計(jì)跟切削支撐臂是一樣的，能夠根據(jù)剝皮原木直徑的不同來(lái)進(jìn)行調(diào)整并固定。橫臂左側(cè)與安裝有滾子的傳動(dòng)軸配合，右側(cè)與豎臂配合，兩側(cè)安裝軸承座保證橫臂可以上下調(diào)節(jié)。豎臂底部設(shè)計(jì)有滑槽，在橫臂轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，豎臂可以相對(duì)L型支撐臂前后微調(diào)來(lái)保證上傳動(dòng)滾子的位置調(diào)節(jié)。L型支撐臂和支撐滾子的豎臂底部都安裝在滑塊上可以比對(duì)刻度尺先后調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)木嚯x。而調(diào)整之后上進(jìn)給部分應(yīng)保持該位置，以保證進(jìn)料滾或出料滾在木材通過(guò)后不會(huì)由于重力下落而與機(jī)器發(fā)生不應(yīng)該的碰撞。實(shí)現(xiàn)這一要求則需要在上下進(jìn)給部分之間或上進(jìn)給部分和主框架之間安裝螺旋進(jìn)給裝置。一開(kāi)始通過(guò)調(diào)整螺母來(lái)適應(yīng)不同的原木直徑，調(diào)整完畢后則利用螺母與螺桿間的摩擦力形成自鎖保證上進(jìn)給部分不會(huì)下落。因?yàn)樯线M(jìn)給部件是繞鉸鏈旋轉(zhuǎn)，故其在垂直方向內(nèi)不是直線運(yùn)動(dòng)，為了適應(yīng)這一點(diǎn)，在螺旋裝置中間的支撐板上開(kāi)一長(zhǎng)孔,以保證上進(jìn)給部件在任何位置都可以被固定。具體結(jié)構(gòu)如圖2-23所示：
圖2-23 進(jìn)給支撐結(jié)構(gòu)
1—L型支撐臂、2—豎臂、3—橫臂、4—支撐滾子豎臂、5—滑塊連接
2.4.3 主框架
主框架的作用是將機(jī)器的各部分有機(jī)的統(tǒng)一起來(lái)，結(jié)構(gòu)較其它部分而言比較隨意，可根據(jù)其它部分尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)。在主框架對(duì)應(yīng)切削部件的部位開(kāi)一通槽，使剝下的樹(shù)皮可以漏至槽內(nèi)而不只在切削部件周?chē)逊e，影響加工效果。在進(jìn)給組件和切削組件之間安裝隔離擋板，防止樹(shù)皮影響到進(jìn)給組件的正常工作同時(shí)起著支撐引導(dǎo)的作用。在地板相應(yīng)位置設(shè)置滑槽和安裝刻度尺，以便更好的調(diào)整相應(yīng)的位置。其結(jié)構(gòu)如圖2-24所示：
圖2-24 主框架軸側(cè)圖
第三章 組件校核
第三章 組件校核
3.1電動(dòng)機(jī)的選擇
本次設(shè)計(jì)的剝皮機(jī)使用3個(gè)電機(jī)，分別用于驅(qū)動(dòng)進(jìn)料組件、切削組件和出料組件，三者為同一類型Y2-100L1-4，驅(qū)動(dòng)進(jìn)料組件和出料組件的電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與型號(hào)均為為ZDY的減速器相連接后再通過(guò)皮帶與進(jìn)給傳動(dòng)組件連接，減速器的的公稱傳動(dòng)比為2，帶輪尺寸比為1:2；切削部分在電機(jī)上直接安裝帶輪與切削組件連接，帶輪尺寸為1:2（電機(jī)帶輪：切削部分帶輪）。這樣設(shè)計(jì)的原因是進(jìn)給部分需要將木材固件夾緊后為其提供進(jìn)給力，該部分轉(zhuǎn)速不需要太高，所以需要安裝減速器增大輸出轉(zhuǎn)矩；切削部分不需要對(duì)木材進(jìn)行加緊，只需在其一側(cè)對(duì)木材進(jìn)行快速剝皮即可，所以切削部分轉(zhuǎn)速需要高一些，轉(zhuǎn)矩不需要太大，故只通過(guò)帶輪傳動(dòng)比i對(duì)轉(zhuǎn)速縮小一倍即可。
根據(jù)剝皮機(jī)工作環(huán)境的特點(diǎn)電機(jī)需要能夠防塵、防濺水等外殼防護(hù)。通過(guò)查閱資料選擇Y2系列（IP54）封閉式三相異步電動(dòng)機(jī)，該電機(jī)工作效率高，耗電少，性能好，噪聲低，振動(dòng)小，體積小，重量輕，運(yùn)行可靠，維修方便，為B級(jí)絕緣，結(jié)構(gòu)為全封閉，自扇冷式，能防止灰塵、鐵屑等雜物侵入電動(dòng)機(jī)內(nèi)部，冷卻方式為IC411。適用于灰塵多、土揚(yáng)水濺的場(chǎng)所，如農(nóng)業(yè)機(jī)械、礦山機(jī)械、攪拌機(jī)、剝皮機(jī)等，為一般用途電動(dòng)機(jī)。因?yàn)榍邢鞑糠蛛姍C(jī)對(duì)轉(zhuǎn)矩要求較低接下來(lái)只對(duì)安裝在進(jìn)給組件部分的相關(guān)零件進(jìn)行校核。
進(jìn)給組件選擇的電機(jī)型號(hào)為Y2-100L1-4，參數(shù)如表3-1所示。配套減速器的型號(hào)為ZDY，參數(shù)如表3-2所示。聯(lián)軸器選擇了彈性套柱銷聯(lián)軸器，型號(hào)為T(mén)L5，彈性聯(lián)軸器能夠緩沖吸振，可以補(bǔ)償較大的軸向位移，微量的徑向位移和角位移。
表3-1 進(jìn)給電機(jī)的相關(guān)參數(shù)
電機(jī)型號(hào)
額定功率（KW）
額定轉(zhuǎn)矩（N·M）
轉(zhuǎn)速（r/min）
長(zhǎng)度（mm）
寬度（mm）
高度（mm）
Y2-100L1-4
2.2
2.3
1430
340
220
200
表3-2 減速器的相關(guān)參數(shù)
減速器型號(hào)
公稱傳動(dòng)比
公稱輸入轉(zhuǎn)數(shù)n1（r/min）
公稱輸出轉(zhuǎn)數(shù)n2（r/min）
長(zhǎng)度（mm）
寬度（mm）
高度（mm）
ZDY
2
1500
750
150
238
210
根據(jù)設(shè)計(jì)的進(jìn)給組件結(jié)構(gòu)的單位圖測(cè)量數(shù)據(jù)知：進(jìn)給滾子和帶輪的體積和為3218cm3，選用灰鑄鐵HT200為加工材料，密度為7.2-7.3g/cm3。所以整體對(duì)鍵的壓力約為114.7N，軸的直徑為60mm，所以轉(zhuǎn)軸需要的機(jī)械轉(zhuǎn)矩T1約為3.4N·M，電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩乘以效率η得機(jī)械轉(zhuǎn)矩，所以輸出轉(zhuǎn)矩約為4.3N·M。電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩為2.3N·M，經(jīng)過(guò)減速器后輸出轉(zhuǎn)矩約為4.6N·M，滿足機(jī)械要求，Y2-100L1-4型號(hào)的電機(jī)可以用于進(jìn)給組件。
3.2 普通V帶校核
計(jì)算項(xiàng)目 計(jì)算內(nèi)容 計(jì)算結(jié)果
【定V帶型號(hào)和帶輪直徑】
工作情況系數(shù) ： KA=1.2
計(jì)算功率： Pc=KAP=1.2×2.2 Pc=2.64
選帶型號(hào)： A型
初選小帶輪基準(zhǔn)直徑： 取d1=75mm
大帶輪直徑： d2=(1-ξ)d1n1/n2
=(1-0.01)×75×1430/715
選d2=150mm
大帶輪轉(zhuǎn)速： n2=(1-ξ) d1n1/d2
=(1-0.01)×75×1430/150
n2=707.8r/min
驗(yàn)算帶速v： v=3.14×d1×n1/(60×1000)
=3.14×75×1430/(60×1000)
v=5.61m/s
計(jì)算項(xiàng)目 計(jì)算內(nèi)容 計(jì)算結(jié)果
因?yàn)?m/s
【求帶根數(shù)】
帶速： v=3.14×d1×n1/(60×1000) v=5.61m/s
傳動(dòng)比： i=2.02
計(jì)算項(xiàng)目 計(jì)算內(nèi)容 計(jì)算結(jié)果
帶根數(shù)： 由d1=75mm,n1=1430r/min
查表得P0=0.68KW K=0.97
KL=0.96 △P0=0.17KW
取z=4根
【求軸上載荷】
最小張緊力：
F0=95.8N
軸上載荷： FQ=2×Z F0sinα1/2
=2×4×95.8×sin(/2)
FQ=762.6N
3.3 進(jìn)給軸的校核
軸材料選用45鋼調(diào)質(zhì)，бB=650Mpa，бs=360 Mpa
Ⅰ
圖3-1 進(jìn)給軸
(a) 軸受轉(zhuǎn)矩T=9550P/n2=9550×2.2/710=29.6N·M
（a）
(b)軸受圓周力Ft=2T/d=2×29.6/0.06=986N
(c)軸水平受力圖
水平面反力 F1=F2=986/2=493N，方向和作用力相反
(c)
(d)軸垂直受力圖
垂直面反力 F3=F4=200/2=100N，方向豎直向上
(d)
(e)水平面彎矩圖
(e)
(f)垂直面受力圖
(f)
(g)合成彎矩圖
（g）
（4）許用應(yīng)力
許用應(yīng)力值 用插入法查得： ［б0b］=102.5MPa
［б-1b］=60 MPa
應(yīng)力校正系數(shù) α=［б-1b］/［б0b］=60/102.5=0.59
（5）畫(huà)當(dāng)量彎矩圖
當(dāng)量轉(zhuǎn)矩 αT=0.59×29.6=17.5 Nm
當(dāng)量彎矩 軸中間截面處
M==34.4 Nm
當(dāng)量彎矩圖為：
（h）
3.4 鍵的選擇與校核
根據(jù)與鍵連接的軸的直徑d=60mm，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)知，選擇平頭的普通鍵，其參數(shù)為：bh為1811（mm）,鍵槽深度：軸t1=，轂t2=，l=100mm，具體如圖3-2所示。
圖3-2 圓頭平鍵的結(jié)構(gòu)
選擇普通平鍵，
3.5 安全系數(shù)校核
對(duì)稱循環(huán)疲勞極限
б-1b=0.44бB=0.44×650=286 MPa
τ-1=0.30бB=0.30×650=195 MPa
脈動(dòng)循環(huán)疲勞極限
б0b=1.7б-1b=1.7×286=486 MPa
τ0=1.6τ-1=1.6×195=312 MPa
等效系數(shù)
ψб=（2б-1b-б0b）/б0b=（2×286-486）/486=0.18
ψτ=（2τ-1-τ0）/τ0=(2×195-312)/312=0.25
截面Ⅰ上的應(yīng)力
彎矩
M1=290×133=38570Nmm
彎曲應(yīng)力幅
бa=б= M/W= 38570/(0.1×40)=6.03 MPa
彎曲平均應(yīng)力
бm=0
扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力
τ=T/WT=53.48/(0.2×40)=4.18 MPa
扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力幅和平均切應(yīng)力
τa=τm