大学毕业设计---飞锯机控制系统的设计.doc

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1、东北大学(本科段)毕业论文第一章 绪论1.1 课题背景随着我国钢铁工业的飞速发展，以钢带产品为原料的焊管工业也在迅速发展。“九五”计划以来的11年是我国焊管工业发展最快的时期，焊管产量屡创新高，年均增长16.7%。进入21世纪以后，我国焊管产量呈急剧增长态势，2001年我国焊管年产量超越日本，至今稳居世界第一位。我国焊管产量的大幅增长建立在焊管机组数量急剧增加的基础之上。据不完全统计，20世纪70年代末，我国仅有焊管机组224套，80年代发展到400套，90年代约1600套，本世纪已发展到2000多套，增长了10倍。我国已成为全球钢管出口大国之一。目前国内新建焊管生产线的投资热度不减，一大批的

2、建设项目又在策划和进行中。在线定长切割飞锯机是冶金企业连续轧制各种型材、管材等生产线上不可缺少的重要设备，用于连续生产中将无限长的钢管按预定的长度在线自动切断。定尺飞锯机在生产中决定着管材的质量、长度等。它的精度保证了管材的精度。1.1.1 锯切机械概述 锯切机械广泛用来切断异型断面轧件，以获得断面整齐的定尺产品。 根据工作方式和结构形式，锯切机械可分为两类：(1) 锯机 锯机用于（停放着的）单根或整束轧件的切头、切尾或切定尺长度。锯切常温轧件的锯机称为冷锯机，锯切高温轧件的锯机称为热轧机。(2) 飞锯机用于将运行中的轧件切头、切尾或切成定尺长度。飞锯机也可分为冷飞锯机和热飞锯机。1.1.2

3、32焊管机组32焊管机组是冶金、石油、建材、轻工业等生产部门生产直缝焊管的主要设备，它能将一定规格的带钢经开卷、成型、高频焊接机，再由飞锯剪切，生产出一定规格和长度的圆管。 飞锯机是焊管生产线上的主要设备之一。它将连续生成的焊管按预定长度在线自动切断，以提高整套生产线的生产效率，满足用户对焊管长度的不同需要。是焊管生产线实现自动化的重要设备。1.2 飞锯机的国内外研究现状目前国内管径325以下的ERW焊管机组配套的在线锯切设备以普通飞锯为主，其特点是设备投资比较小，操作简单、容易掌握，具有良好的产品适应能力和较高的生产效率。 从国外在线锯切技术的发展来看，已淘汰了直径2000mm左右的大型飞锯

4、，代之以新型数控仿形飞锯机，它采用多个小锯片，环绕钢管外形轮廓快速切断钢管，既节省能耗又降低噪声，还可以改善现场安全性和钢管加工质量。国内新建的上海宝钢、中油天宝、金洲管道的ERW610mm等多套大型机组从国外引进或自行开发了这种锯切设备，投入生产使用后效果良好。目前国外大于219mm圆管机组、200mm200mm方矩形管机组已大量采用这种锯切方式。其余小规格圆管仍使用普通飞锯，普通飞锯所具备的自身优势仍在，仍具有一定的市场占有率。1.2.1 飞锯机发展趋势 飞锯机由最初只能切断圆管的垂直进锯型飞锯发展为既能切断圆管，又能切断各类异型管材的飞锯，到目前可以切断大规格及各种异形材钢管的数控仿形飞

5、锯，技术水平越来越高，功能越来越完善。对于大规格ERW焊管，普通飞锯能耗高、噪声高、危险性大、锯切质量不佳，难以连续生产，有待于更新换代。钢管数控仿形锯切技术以铣削加工代替摩擦锯切，具有节能、降噪、安全等优点，可以大大改善钢管的锯切口质量。国内钢管生产厂家通过引进和自主开发已经开始采用钢管数控仿形锯切技术，由于其具有较高的经济和社会效益，将会得到越来越广泛的应用。但对于小规格的ERW焊管，采用数控仿形飞锯会使生产成本大幅提高，并造成资源浪费。且数控仿形飞锯技术含量高、不易操作，需培养专业人员，无形中又增加了生产成本。而普通飞锯成本低廉、操作简单、容易掌握，具有良好的产品适应能力和较高的生产效率

6、。对于小规格焊管仍是以普通飞锯为主。1.2.2 飞锯机存在的问题普通飞锯机具有锯切噪声高、能耗大、单次锯切寿命较低、断口质量差的缺点，另外由于锯片在高速旋转状态下完成锯切工作，遇到冲击后很容易产生裂片甚至碎片，给生产现场造成很大的安全隐患。普通的飞锯在锯切钢管时，除了对钢管的跟踪运动以外，锯片还要做旋转和单向进给运动，用一张锯片一次锯断整根钢管，因此锯片直径至少是最大工件的34倍以上。对于大规模的焊管机组，如610mm20mm或500mm500mm20mm方矩形管机组，如果选用普通飞锯，锯片规格要达到2000mm以上，锯机功率达到300KW以上，整机重量要达到20t以上，这给在线跟踪锯切带来很

7、大困难。1.3 设计的目的与意义目前市场上大量应用的在线定尺飞锯机主要有气动式飞锯机，液动式飞锯机，数控仿形飞锯等几种形式。其中，气动式飞锯机的锯切割装置，夹紧装置，主传动装置都是气动控制，与近些年市场上推广的数控仿形飞锯相比，气动式飞锯机的定尺精度较低，但是，数控仿形飞锯也存在着一定的缺陷： (1)价格偏高。一次性投资很大，一般中小厂家难以承受。(2)微机抗干扰性能差，使得控制设备结构复杂。现场安装要求高。(3)调试以及维修保养困难，需专门人员维护，一旦发生故障很难立即排除。气动式飞锯机具有成本低、寿命长、工作可靠、使用维修方便的特点，其定尺精度也足以满足要求，固市场前景广阔。因此，针对大量

8、中小企业这一中低端市场， 结合我国的国情, 选定“气动飞锯机”做为毕业设计的研究课题。1.4 设备概述本机采用气动切割，从而使本飞锯机具有反应迅速，运行轻便，切割噪音低及维护方便等特点。1.4.1主要技术参数(1) 锯切形式：气动切割(2) 切断长度：4-12m(3) 切断精度：5mm1.4.2 设备主要结构(1) 车身：由机座、导轨、缓冲器和牵引气缸构成。由牵引气缸引导锯切车在机座导轨上往复运动，缓冲器在车终位起缓冲、安全保护作用。(2) 锯切车：由锯切小车、锯切头、锯切气缸构成。由锯切气缸推动臂架使锯切头摆动来实现切割动作。(3) 卡钳：由钳体，卡紧块和卡紧气缸构成。在即将切管时，由卡钳将

9、焊管卡住，以保证切断工作的顺利进行。1.5 设计中需注意的问题(1) 锯切小车与定尺小车之间要刚性联接且稳定，一般多采用50mm钢管制作。(2) 锯切小规格钢管时因钢管刚性差，易弯曲，从而影响定尺精度，需要增加防弯压辊。(3) 气压源压力要稳定可靠，才能准确、协调完成飞锯机的各项动作，保证定尺精度的准确和生产的连续。(4) 在夹紧、锯切到松夹的过程中，飞锯小车的行走速度应与焊管轧制速度基本同步。(5) 锯切精度要满足焊管产品标准要求。(6) 控制系统的关键问题是在小车与轧管速度同步的瞬间，如何使锯片与管端间的距离于定尺钢管的设定长度相等。第二章 气动飞锯机总体方案设计2.1 气动飞锯机应实现的

10、功能飞锯机主要装设在连续焊管机组后面，将正在运行的焊管切成定尺长度。飞锯机是焊管生产线上的主要设备之一。它将连续生成的焊管按预定长度在线自动切断，以提高整套生产线的生产效率，满足用户对焊管长度的不同需要。是焊管生产线实现自动化的重要设备。气动式定尺飞锯机定尺飞锯机适用于连续轧制各种管材、型材生产线，如焊管、钢肋、铝管、合金管的生产线。其显著特点是锯切效率高，可锯切的管类直径范围大，这得益于它的气压装置，体现了气压技术高压、高效、可控制性强的特点。其整体结构简单，工作性能可靠，应用广泛。2.2飞锯机的基本工艺要求(1) 飞锯机必须和运行着的钢管同步，亦即在锯切过程中，锯片既要绕锯轴转动，又要与钢

11、管以相同的速度移动。(2) 根据用户要求，飞锯机应能锯切不同的定尺长度。(3) 要保证锯切的切口平整。在整个锯切过程中，锯片都应和钢管轴线垂直，并且要使切头部分不弯不扁，以免钢管弯曲。2.2.1 飞锯机的基本机构 (1) 锯切机构 飞锯的锯切机构多为直接传动方式（间接传动方式较少）。(2) 同步机构 这是飞锯的重要组成部分，也是区别飞锯机与其它锯机的主要标志。(3) 定尺机构 一般由专门的送进机构和空切机构组成。2.2.2 飞锯机的结构类型 根据同步机构的型式来分，飞锯机有两大类。（1）具有直线往复运动同步机构的飞锯机最简单的方式是使运行中的钢管带着锯切机构一起进行。锯切完毕，松开夹在钢管上的

12、夹紧装置，锯切机构返回原位，钢管继续向前移送。此种方式虽然严格保持同步，但只用于钢管运行速度较低（一般不超过1m/s ）的生产流程中。 较为复杂的方式是应用气动系统将锯切机构往复移送。但是，也只用于低速（一般在2m/s以下）移送的钢管锯切中。具有直线往复运动同步机构的飞锯机虽有不少优点，如结构紧凑、设备较轻、在一定范围内可以锯切任意定尺等。但由于往复运动时惯性作用的影响，不适用于以较高速度运行的钢管锯切。因此，在现代的焊管机组中应用较少。（2）回转运动同步机构的飞锯机这种结构的飞锯机因惯性作用影响较小，所以可使所锯切的焊管速度达到10m/s以上。这种结构的飞锯机可分为两大类。 行星轮系式回转机

13、构 四连杆式回转机构2.3气动飞锯机总体方案的制定2.3.1初始方案拟定 (1) 方案一 当钢管运行接触到行程开关时，行程开关指令行走气压缸牵引飞锯小车行走，助推气压缸同步助推，钢管与飞锯小车运行达到同步，同时夹紧装置的气缸动作、钳口夹紧，钢管与飞锯小车运行达到同步，夹紧装置的钳口同时也已经夹紧，之后钢管运行距离达到锯切长度，行程开关指令锯切装置动作实现锯切。锯切完成后锯片抬起，同时指令夹紧装置松开，完成定尺锯切的全部动作，锯切后的定尺管材离开飞锯沿辊道前进到下一步工序，同时飞锯小车在行走气压缸牵引力作用下回复到原位，等待开始下一次锯切。(2) 方案二 当钢管运行接触到行程开关时，助推气缸助推

14、飞锯小车行走，钢管与飞锯小车运行达到同步，同时夹紧装置的气压缸动作钳口夹紧，之后管材运行距离达到锯切长度，行程开关指令锯切装置运作实现锯切。锯切完成后延时一小段时间，锯片抬起，同时指令夹紧装置松开，完成定尺锯切的全部动作，锯切后的定尺管材离开飞锯沿辊道前进到下一步工序，同时飞锯小车在行走气压缸牵引力作用下回复到原位，等待开始下一次锯切。（3）方案三当钢管与锯片距离达到指定锯切长度时，由测速装置发出信号，夹紧装置的气压缸动作，卡钳夹紧钢管，同时助推气压缸给飞锯小车一个推力，使飞锯小车有了加速度，之后由钢管带动飞锯小车行走，当钢管运行接触到行程开关时，行程开关指令锯切装置动作实现锯切，锯片抬起。当

15、刚管再次接触到行程开关时夹紧装置松开，完成定尺锯切的全部动作。锯切后的定尺管材离开飞锯沿辊道前进到下一步工序，锯车延时一小段时间后再由行走气缸牵引力作用下回复到原位，等待开始下一次锯切。2.3.2最终方案确定 三种方案的分析如下：(一) 方案一：“行走气压缸牵引”与“助推气压缸助推”这两个步骤是重复的，其中之一就可以完成要求的动作。这个方案最大的缺陷在于无法控制锯车与钢管同步。锯车启动后只有一个初始加速度，并且这个加速度是未知的，无法确定锯车什么时候与钢管恰好同步，进而无法确定卡钳在何时夹紧。因此这个方案存在设计缺陷，是不可行且不合理的。 (二) 方案二：“锯切完成后延时一小段时间，锯片抬起”

16、，在锯切完成之后，锯片抬起之前就延时了一小段时间，这是不符合实际情况的，属于不合理设计。(三) 方案三： 方案三通过测速装置确定钢管的行走距离，同时发出讯号使夹紧装置与助推气缸同时动作，之后由钢管拖动锯车行走保证了锯车与钢管的同步，但“当钢管运行接触到行程开关时，行程开关指令锯切装置动作实现锯切” 是没有必要的。只要在程序中设置延时即可，不必再装备行程开关。通过上述方案的比较分析，方案三是三个方案中较完善可行的，但还存在需要改进的地方，因此选定方案三为基础进行改进及优化。 2.4 气动飞锯机总体方案设计优化通过对方案的分析，现改进优化如下：钢管与锯片距离达到指定锯切长度时，由测速装置发出信号，

17、夹紧装置的气压缸动作，卡钳夹紧钢管，同时助推气压缸给飞锯小车一个推力，使飞锯小车有了加速度，之后由钢管带动飞锯小车行走，然后锯切装置动作，锯片锯切，锯片抬起。当锯车运行接触到行程开关时夹紧装置松开，完成定尺锯切的全部动作，同时行走气缸动作。锯切后的定尺管材离开飞锯沿辊道前进到下一步工序，锯车在行走气缸推力作用下回复到原位，等待开始下一次锯切。运动方向 焊管测速辊编码器主轴电机 机锯片 夹具 托辊锯车计算机系统锯车动作信号脉冲信号焊管测速辊计算机系统脉冲信号锯车编码器脉冲信号图1 系统控制原理图第3章 气动飞锯机总体结构方案设计3.1 气动飞锯机的整体结构方案3.1.1气动飞锯机整体装配草图 设

18、备主要组成部分：飞锯床身，主传动系统，行走小车，锯切系统，夹紧装置等几部分组成，其外形如图2所示： 图2 气动飞锯机总装配草图图2中1为床身，2为行走气缸，3为导轨，4为托辊装置，5为锯切装置，6为夹紧装置，7为助推气缸。3.1.2气动飞锯机整体布局 气动飞锯机总体上采用下部床身上部行走小车的布局。在床身上安装导轨，在行走小车下部安装四个支撑轮，这样床身就可以通过导轨支撑行走小车并使小车可以在床身上来回行走。(1) 行走气缸行走气缸安装在床身上，它的气压缸缸筒与床身相连，助塞杆头通过接头与行走小车拖动轴座相连，这样行走气压缸就可以完成复位的动作。(2) 助推气缸 助推气缸安装在床身的尾端，缸身

19、通过螺纹联结与床身装配在一起。助推气缸给锯车一个助推力，使锯车拥有加速度进而从静止状态运动起来，之后锯车随钢管运动，完成规定动作。(3) 锯切系统 锯切系统安装在行走小车的底座上，它们与小车一起运动，适时地完成锯切动作。(4) 夹紧装置夹紧装置也安装在行走小车的底座上，它也与小车一起运动，适时地完成夹紧动作。(5) 托辊装置 托辊装置分别安装在床身和锯车上。安装在锯车上的托辊装置托着钢管，在钢管的拖动下锯车跟随钢管运动。安装在床身的为中间托辊装置，起的也是托起钢管的作用。(6) 行程控制装置 行程控制装置安装在床身上。其上有若干行程开关，分别控制锯车的初始位置、终位，同时形成开关还控制夹紧装置

20、何时松开。3.2 气动飞锯机锯车的结构方案3.2.1锯车整体结构方案 图3 锯车整体装配结构示意图图3中各部分名称：1 托辊装置，2 夹紧装置，3 锯片，4 锯切气缸，5 主轴电机，6 飞锯小车， 7 感应器，8 支撑轮。3.2.2锯车的整体布局(1) 飞锯小车 锯车由锯切小车、锯切头、锯切气缸构成。由锯切气缸推动臂架使锯切头摆动来实现切割动作。飞锯小车底部设计有四个车轮使行走小车沿床身上的导轨往复运动，行走小车底座下面设计有拖动轴座，行走气缸的助塞杆头通过接头与行走小车拖动轴座相连，拖动小车往复运动。为了增加刚度焊接了两块支撑板，分别与床身上的助推气缸和挡板接触。分别起助推和限位的作用。在行

21、走小车底座上面安装电机，夹紧装置，锯切系统，防护罩，钢管的托辊以及拖链的联结板。行走小车底盘是一块长1650mm，宽1162mm，厚20mm的45号钢板。防侧翻板儿是用螺栓将其联接在支撑轮座上的。在防侧翻板儿上用轴固定了一个小轴承，它钩住了导轨支撑板下侧，起到防止小车侧翻的作用。(2) 锯切装置锯切装置安装在飞锯小车的底座上，整个主传动系统包括主轴电机、带传动装置、锯片、锯切气缸及锯罩装置。其中主轴电机和锯切气缸分别安装在飞锯小车底座上。锯片及带传动装置则是通过主轴分别与锯切气缸和主轴电机相连。锯切装置跟随飞锯小车运动，当系统发出信号时切断钢管。(3) 夹紧装置夹紧装置包括卡钳和夹紧气缸。卡钳

22、由钳体，卡紧块和卡紧气缸构成。在即将切管时，由卡钳将焊管卡住，以保证切断工作的顺利进行。卡钳和夹紧气缸分别安装在飞锯小车上，跟随飞锯小车运动，当系统发出信号时夹紧钢管。(4) 托辊装置 托辊装置是成对的安装在小车底座上的，分别位于小车的两端。对钢管起托起作用。3.3 气动飞锯机床身的结构方案下部床身是整个设备的载体，起的是支撑作用。它的设计直接影响到操作者的工作，所以它的设计必须人性化，必须考虑操作者的身高等因素。考虑到中国人的平均身高，所以取床身身高加装配在床身上的气缸总高不超过625mm。气动式定尺飞锯床身的结构可以仿照普通车床的床身结构来布局，但是这里的床身是焊接的，而车床床身是铸造件。

23、床身前后两侧支撑导轨，床身中部安装主传动系统。(1) 床身外侧的肋板是焊接在床身外侧的，这些肋板是为了提高床身侧部分支撑刚度而设计的。(2) 床身顶部安装导轨的支撑板是用来安装导轨的，同时也可以提高床身纵向的刚度，并能保持导轨相对床身的平行度。飞锯床身上的导轨是由一个加工而来的，其传动精度相对车床导轨来说低的多，但是足以满足本机的要求。在两根导轨的四个端部，我们设计安装了四个挡块，并在挡块上安装上橡皮块儿，用以防止高速行进的行走小车在过位或失控时从床身上窜出来，不至于给操作者带来危险和损坏行走小车上的各部分装置。(3) 床身的吊耳是为了方便安装整个飞锯设备而设计的，它是在床身前后两侧均部了四个

24、吊耳，在设备装卸、托运以及校正床身位置是可以用天车吊钩钩住这四个吊耳来操作。(4) 行程开关支座是焊接在床侧面肋板上的一块长2000mm、宽50mm、后20mm的一块45号钢板,在这块上我们开了四个螺栓槽，可以将行程开关用螺栓固定在支座上，并且当要调整所锯切的管材的长度时，可以相应的调节行程开关联结螺栓在支座上的位置。(5) 考虑到飞锯工作过程中，床身承受很大的冲击力，为了使床身平稳的固定在地面上，我们设计使用6根地脚螺栓来固定床身，螺栓分布位置参看气动式定尺飞锯机总装图。(6) 考虑到管材是在用水冷却后行进到飞锯设备上而进行锯切的，因此，它往往带一部分水到飞锯设备上，多余的水往往会腐蚀床身，

25、有时还影响设备的正常运作，故而要设计排水设施，在床身上设计了排水管。图4 锯车整体结构示意图第4章 气动飞锯机传动机构的设计4.1 锯片的设计钢管的基本参数：管径 d=32mm,壁厚，钢管运行速度v=80m/s,钢管材料为低碳钢。根据以上条件我们设计锯片的基本参数，因为关于飞锯机的参数研究很少，我们先根据热锯机的经验公式来计算，在结合飞锯机的特点来进行调整。(1)锯片直径D 初选直径时，对于切圆钢，热锯机有以下经验公式 D=8d+300 (d圆钢直径)可计算得 D=556mm因为我们这次锯切的是圆管，并且飞锯机锯片刚度比热锯机大，直径一般比热锯机小，我们取D=450mm. (2)锯片厚度 由经

26、验公式 =（0.180.20） 计算得 =3.8 飞锯机锯片刚度大，锯片厚度可取较小值，我们取=3mm(3)锯齿的设计 锯片我们选用整体式锯片，材料用65Mn,锯齿采用鼠牙型，鼠牙形锯齿锯切功能小，制造和修齿也比较方便，噪声也低。 齿数Z查机械加工工艺手册 定为72 (4) 夹盘直径D D =（0.350.5）D 因钢管直径较小，取D =0.5D=225mm (5)锯片的圆周速度和进给速度提高锯片的圆周速度可提高生产率，但过大由于离心力的增加，降低了锯齿的承受能力， 所以一般圆周速度v应在100-120m/s之间，我们初取110m/s 则锯片转速n=4671r/min进给速度u要和v 和钢管厚

27、度适应，飞锯机的圆周速度很大，所切钢管又很薄，如u取得小则锯屑容易崩碎成为粉末，将使锯齿尤其齿尖部分迅速磨损，影响锯齿寿命。所以我们取u=1000mm/s4.2 切削功率的计算4.2.1计算切削功率 锯切功率主要由三部分组成 N=N+N+N N-锯切金属所需的功率，KWN-锯片与被锯切金属槽壁的摩擦所消耗的功率，KWN-空载功率 N=B f a /10 B锯槽宽度 有经验公式 B=+2=5mm f每秒锯切的断面面积 f=a 单位体积锯切功ak(1+cot)-被切金属滑移角，取=45 k剪切变形阻力 k= 抗剪强度 被锯切焊管部位的温度愈高，其抗剪强度愈低（如下表1所示），从而锯切力就愈小。由于

28、该锯切系统采用自然冷却方式，不能及时地将热量散去，且锯片的转速很高（据估算可达到5000r/min）,所以在工作过程中焊管可以瞬间达到900度以上的高温，根据表1，此时抗剪强度为59MPa。表1 钢材Q235在不同受热温度状态下的抗剪强度 所以 N=N=uv() u摩擦系数 钢软钢 为 0.2 v锯片圆周速度 M锯片振幅 查10表10-3 取M=0.3 C系数 按表10-4 取C=0.71 所以 计算得 N=9.3KW N为空载功率 一般取0.15 倍的电机功率所以初步设计时 可取N N-电机额定功率 -传动总效率，一般先取0.85 所以N=14.59KW 取电机额定功率为15KW4.3 电机

29、的选择4.3.1电动机类型的选择(1)根据电动机的工作环境选择电动机类型 安装方式的选择电动机安装方式有卧式和立式两种，卧式电动机的价格较立式的便宜，所以通常情况下多选用卧式电动机，一般只在为简化传动装置且必须垂直运转时才选用立式电动机。在此选用卧式电动机。 防护形式的选择电动机防护形式有开启式、封闭式、防护式和防暴式四种。 开启式电动机在定子两侧与端盖上有较大的通风口，散热条件好，价格便宜，但水气、尘埃等杂物容易进入，因此只在清洁、干燥环境下使用。 封闭式电动机又可分为自扇冷式、他扇冷式和密闭式三种。前两种可在潮湿、多尘埃、有腐蚀性气体或易受风雨的环境中工作。第三种可浸入液体中使用。 防护式

30、电动机在机座下方开有通风口，散热较好，能防止水滴、铁屑等杂物从上方落入电动机，但不能防止尘埃和潮气入侵，所以适宜与较清洁干净的环境中。 防暴式电动机适用于有爆炸危险的环境中，如油库、矿井中。我们所设计的机械定尺飞锯机一般安装在焊管机组的后面，鉴于其生产环境，因此选择封闭式电动机。(2)根据生产机械的负载性质选择电动机类型对于不要求调速、对启动性能亦无过高要求的生产机械，应优先考虑使用一般鼠笼式异步电动机。若要求启动转矩较大，则可选用高启动转矩的鼠笼式异步电动机。对于要求经常启、制动，且负载转矩较大、又有一定调速要求的生产机械，应考虑用线绕式异步电动机。 经常对于只需要几种速度，而不需要无级调速

31、的生产机械，为了简化变速机构，可选用多变速异步电动机。对于要求恒速稳定运行的生产机械，且需要补偿电网功率因素的场合，应优先选用同步电动机。对于需要大的启动转矩，又要求恒功率调速的生产机械，常选用直流串励或复励电动机。对于要求大范围无级调速，且要求经常启动、制动、正反转的生产机械，则可选用带调速装置的直流电动机或鼠笼式异步电动机。电动机分为交流电动机和直流电动机两种。由于直流电动机需要直流电源，结构较复杂，价格较高，维护比较不便，因此选用交流电动机。综上所述根据在满足生产机械对拖动系统静态和动态特性要求的前提下，力求结构简单、运行可靠、维护方便、价格低廉的原则下。选用封闭扇冷式Y系列异步电动机。

32、4.3.2电动机额定电压的选择电动机额定电压一般选择与供电电压一致。普通工厂的供电电压为380V或220V。选择电动机额定电压220V。4.3.3电动机额定转速的选择容量相同的同类型电动机，有几种不同的转速系列可供选择，如三相异步电动机常用的有四种同步转速，即3000、1500、1000、750r/min（相应的电动机定子绕组的极对数为2、4、6、8）。低速电动机的极对数多，转矩也大，因此外廓尺寸及重量都较大，价格较高，但可以使传动装置总传动比减小，使传动装置的体积、重量较小；高速电动机则相反。因此确定电动机转速时要综合考虑，分析比较电动机及传动装置的性能，尺寸、重量和价格等因素。通常多选用同

33、步转速1500和1000r/min的电动机（轴不需要逆转时常用前者），但由于此电机用于驱动飞锯，需高速运转，因此选用电动机的额定转速为3000r/min左右。4.3.4 电动机容量的选择电动机的选择主要是容量的选择，如果电动机的容量选小了，一方面不能充分发挥机械设备的能力，使生产效率降低，另一方面电动机经常在过载下运行，会使他过早损坏，同时还可能出现启动困难、经受不起冲击负载等故障。如果电动机容量选大了，则不仅使设备投资费用增加，而且由于电动机经常轻载下运行，运行效率和功率因数（对异步电动机而言）都会下降。由上面计算可知 选用15KW的电机查产品目录且进行市场调研选取Y160M2-2型异步电动

34、机。Y160M2-2型异步电动机的外形及主要尺寸如下：图12 电动机外形其主要参数如下： 额定功率：15KW 同步转速：3000r/min满载时， 额定电流：29.4A 转速：2930 r/min 效率：88.2% 功率因数：0.88重量：125kg4.4 带传动设计4.4.1 V带传动设计计算 (1) 选择V带型号V带有普通V带、窄V带、宽V带、大楔角V带等多种类型，其中普通V带应用最广，窄V带的使用也日见广泛。普通V带由顶胶、抗拉体（承载层）、底胶和包布组成。抗拉体由帘布或线绳组成，是承受负载拉力的主体。其上下的顶胶和底胶分别承受弯曲时的拉伸和压缩变形。线绳结构普通V带具有柔韧性好的特点，

35、适用于带轮直径较小，转速较高的场合。窄V带采用合成纤维绳或钢丝绳作承载层，与普通V带相比，当高度相同时，其宽度比普通V带小约30。窄V带传递功率的能力比普通V带大，允许速度和挠曲次数高，传动中心距小。适用于大功率且结构要求紧凑的传动。普通V带有Y、Z、A、B、C、D、E七种型号，窄V带有SPZ、SPA、SPB、SPC四种型号。V带都制成无接头的环形。V带的楔角都是 ，带弯曲时受拉部分在横向要收缩，受压部分在横向要伸长，因而楔角将减小。为保证带和带轮工作面能良好接触，除直径很大的带轮外，带轮沟槽的楔角都应适当减小。带的型号可根据计算功率PC和小带轮转速n1选取。 计算功率PC=KAP式中 KA-

36、工作情况系数 P-名义传动功率（kW）当工况位于两种型号相邻区域时，可分别选取这两种型号进行计算，最后进行分析比较，选用较好者。(2) 确定带轮基准直径在V带轮上，与所配用V带的节面宽度bp 相对应的带轮直径称为基准直径dd 。带轮愈小，传动尺寸结构越紧凑，但带的弯曲应力愈大，带容易疲劳断裂。为避免产生过大的弯曲应力，对各种型号的V带都规定了最小带轮基准直径ddmin 。设计时小带轮基准直径 可参考相关手册选取，大带轮基准直径按公式计算，并圆整为标准尺寸。圆整后应检验传动比或从动轮转速 是否在允许的变化范围内。(3) 验算带速带速太高，会因离心力太大而降低带和带轮间的正压力，从而降低摩擦力和传

37、动的工作能力，同时也降低带的疲劳强度；带速太低，所需有效拉力F大，要求带的根数多。带速计算式为 （m/s） 式中 小带轮转速。 一般情况下，普通V带速V在5-25m/s之间为宜，窄v带一般不超过35m/s,极限带速为40-50m/s(4)确定中心距a和带的基准长度Ld 初定中心距带传动的中心距不宜过大，否则将由于载荷变化引起带的颤动。中心距也不宜过小，因为：中心距愈小，带的长度愈短，在一定带速下单位时间内带的应力变化次数愈多，会加速带的疲劳损坏；当传动比i较大时，段的中心距将导致包角1过小。对于V带传动，中心距a一般可取0.7（dd1+dd2）=a0=2（dd1+dd2） 带长当a0确定后，根

38、据开口带传动的几何关系可计算带的基准长度Ld0。 Ld0= 根据计算结果Ld0,查3表选取接近的标准基准长度Ld。 (5) 确定带的初拉力初拉力的大小是保证带传动正常工作的重要因素。初拉力过小，摩擦力小，容易打滑；初拉力过大，带的寿命低，轴和轴承受力大。推荐单根V带张紧后的初拉力F0 为 (6) 计算带轮轴上所受的压力FQ为了设计带轮的轴和轴承，需求出传动作用在轴上的压力，该压力可以近似按下式计算： 式中 F0单根带的初拉力（N） Z带的根数； a1小带轮上的包角。 具体计算过程：计算设计功率Pc 带传动载荷小，预计每天工作时间16小时以上。 由表91-11查得工作情况系数K=1.31.05=

39、1.365，故Pd=KAP0.9 5=19.35kw 选择带型号和计算传动比根据Pd=19.35kw, n1=4671r/min，由手册图91-3初步选用基准宽度窄V型带SPB型带轮直径110-180mm。传动比i = =4671/2930=1.594 选取带轮基准直径,由表13-6选取小带轮基准直径dd1=160mm，则（设滑动率）252mm取直径系列值： 修正锯片转速： 根据选好的大小带轮直径，计算实际的传动比i=1.56，可知锯片的实际转速为n=2930250/160=4578r/min.锯片线速度v=107m/s 验算带速V 窄v带最大速度为40-50m/s，所选V带合格 确定中心a

40、和带的基准长度在 范围，初选中心距 带的基准长度Ld0 计算得Ld0=1647.4 mm 在表91-3选取L=1600mm可得实际中心距代入数据可得，=476mm 所以a=a-(0.009L2b) 查表91-2 b=14 a=433.6mm a=a0.02Ld =508mm 本机采用固定中心距 ，取a=480mm 验算小带轮包角包角合适。 确定带的根数Z由表913-1-15，单根v带额定功率P1=6.36 kw 由表913-1-13，由表913-1-14， 由公式得取Z=4根。 确定初拉力 由公式得单根普通V带的初拉力 计算带轮轴所受压力由公式得综上，所选V带基准宽度制窄v带 SPB-1600

41、 3 中心距固定的皮带轮装置易发生松边现象，我们在松边内周上安装张紧轮，节圆直径 d(0.8-1)d 取 d=120mm 安装在靠近大圆的方向，具体位置根据实际情况调整 4.4.2.皮带轮的设计 带轮材料常采用灰铸铁、钢、铝合金或工程塑料等。因带轮直径较大选用45号钢。V带带轮按轮辐结构不同划分为实心、腹板、孔板和椭圆轮辐四种结构型式。当带轮直径dd(2.5-3)d 时（d为轴径），可采用实心式。 当dd300 mm时，应采用椭圆轮辐式。有经验公式可供带轮结构设计时参考。(1)大带轮的设计大带轮基准直径dd2=250300,我们采用孔板式，示意图如下 因为大带轮与电机的伸出轴连接，所以d=42

42、mm,L=110mm,由dd=250mm查表121- 6 可知da=257mm 轮齿的基本结构如下图所示查表121-5 可得轮齿的一些基本参数 e=19mm， e为轮槽间距，fmin=12.5mm，f为轮边到第一个轮槽中心线的距离，我们取f=13mm，h=3.5 h=14 =7.5 取=13.5mm =36 由公式 B=(Z-1)e+2f 其中Z为轮槽数 ，Z=4， ，所以B= （4-1）19+213=83mmd12d=242=84mm,取d=85mm由公式 d2=da-2（ha+hf+) 可计算出d2 所以 d=195 mm S由表131-17 查得s=25mm孔径取30mm带轮的形位公差和

43、粗糙度由表121-8 查得 (2)小带轮的设计 若小带轮与传动轴相连接,传动轴不仅受到扭矩,还受到较大弯矩,易产生应力集中,产生疲劳破坏,这使得轴的安全系数降低 ,轴比较贵重,不易拆卸,为此我们设计时,让小带轮和轴不直接相连接,在它们之间设一中轴,中轴和小带轮之间有轴承,轴通过端盖和小带轮连接,这样一来,轴只受转矩,很好的保护了传动轴,如下图所示; 图中 1-中轴 2-小皮带轮 3-轴承 4-螺钉5-轴承端盖 6-传动轴 小皮带轮的轮槽基本参数与大皮带轮基本一样,不过因为论上有螺纹孔,f和应取较大值,我们分别取 f=16mm, =16mm,查表121-5, 可得e=19mm，h=3.5 h=1

44、4 =34 所以B= （4-1）19+216=89mm4.5 传动轴的设计和校核(1)选择轴的结构材料选择轴的材料为45钢,调制处理.由表61-1查得:=650MPa,=360MPa,=155MPa(2)初步选定轴端直径由表61-19 选取A=103轴的输入端直径 d=A=103mm取轴端直径为35mm(3)轴的结构设计轴的基本结构草图如下图所示 1处于端盖相连，直径取35mm；2上为中轴，要求中轴不予传动轴相接触，直径取34mm ；4和6处各安装一对标准轴承GB276-1994，直径为40mm；3处安装圆螺母与止动垫圈，M39,7处安装挡油环，直径为38mm；8处安装锯齿，直径为35mm；9处安装螺母，为M30。各段轴的长度由整体结构确定，分别设为51，123，17，60，194，49，40，65，35，总长为654mm(4)键联接的强度校核选用A型平键（GB/