门式锯机升降机构及走行机构设计自考论文.docx
《门式锯机升降机构及走行机构设计自考论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《门式锯机升降机构及走行机构设计自考论文.docx（50页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
门式锯机升降机构及走行机构设计自考论文
门式锯机升降机构及走行机构设计-自考论文
日期:
门式锯机升降机构及走行机构设计
门式锯机作为锯切机械的一种，主要用来锯切各种复杂断面形状的轧件，能够获得断面整齐的定尺产品。
锯切机械一般装设在轧机后面的生产线上，在很多情况下整个轧钢车间的生产量常因锯机生产能力的限制而受到影响。
门式锯机的主要机构有四部分：
走行机构、升降机构、锯片进给机构和锯切机构。
通过这四部分实现锯机的行走、锯片的升降、进退和旋转运动。
本文主要介绍，锯机的走行机构和升降机构的设计。
包括升降机构电动机的选择、螺旋升降器的选择、联轴器的选择、固定升降机构的梁的结构设计和校核，走行机构电机的选择、链传动的设计、轴的设计、轴承的选择和校核、轴承座的选择、蜗杆减速器的选择、机架和立柱的结构设计和校核等内容。
本次毕业设计的目的在于对一般的机械结构进行设计和校核，熟练掌握各种机械
手册的用法，熟练掌握Auto-CAD的使用方法，掌握一般零件的设计原则及方法，掌握
一般标准零部件的选用原则，培养独立动手的能力。
关键词：
升降机构；走行机构；机架和立柱；横梁
ABSTRACT
Asakindofsawingmechanical,framesawingmachinesmostlyareusedtosawinga1lkindsofsophisticatedsectionalform,beabletosetthistypeofworkpieceobtainsectionregu1artocertain
sizeproduct.sawingmachinegeneralisfurnishedattheendofrollproductline.Inmanycases,theproductionofro1lingplantislimitedtothemanufacturabilityofsawing.
Theprincipa1organofframesawingmachinesis:
runningme
chanism,elevatingmechanism,feedingmechanismofsawbladeandsawinginstitution.Byusingofthistetrameroustorealizethes
epingofsawing,fluctuatingofsawb1ade,advaneeandretreata
of
de
dwhir1ingmotion.Thispapermost1yintroduce,thedesign
runningmechanismandelevatingmechanismofsawing.Inclu
elevatingmechanism,selectingmotor,selectingscrewriser,se1
ectingcoup1ing,designingandcheckinggirderoffixinge1e
vatingmechanism,selectingelectricmoto
rofrunningme
cha
nism,designingofchain-driven,designingaxial,se
1ectingandcheck
bearing,selectingpillow,selectingwormr
educer,physica1
signingandcheckingchassisandupright.
Thedesignforgraduationisaimedatdesigningandchecki
gforgeneralmechanicalstructure,graspingusingof
di
fferentkindsofmechanicalhandbook,graspingusingofAu
cad,graspingdesignphi1osophyandmethodofgeneralc
ponent,graspinga11achprincipieofgeneralstandardscompon
ent,
ght;Beam
1.绪论
错误!
未定义书签。
1.1选题的背景和意义？
错误！
未定义书签。
1.1.1工业生产中的应用
错误!
未定义书签。
1.1.2锯机的分类和组成
错误!
未定义书签。
1.1.3锯机的发展历史
错误!
未定义书签。
1.2国内外的研究现状
错误!
未定义书签。
1.2.1国外的研究现状?
昔误!
未定义书签。
1.2.2国内的研究现状
错误!
未定义书签。
1.3本文的研究内容？
昔误！
未定义书签。
2.总体方案设计
错误!
未定义书签。
2.1主要技术参数
错误!
未定义书签。
2.2具体的设计方案?
昔误!
未定义书签。
2.2.1走行机构的设计
错误!
未定义书签。
2.2.2升降机构的设计?
昔误!
未定义书签。
3.升降机构的设计?
昔误!
未定义书签。
3.1电动机的选择?
昔误!
未定义书签。
3.2螺旋升降机的选择？
昔误!
未定义书签。
3.3联轴器的选择？
昔误!
未定义书签。
3.3.1电机端半联轴器的选择
错误!
未定义书签。
3.3.2螺旋升降机端半联轴器的选择
错误!
未定义书签。
3.4固定升降机构的梁的结构设计和校核
错误!
未定义书签。
3.4.1梁的结构设计
错误!
未定义书签。
3.4.2梁的校核？
昔误!
未定义书签。
4.走行机构的设计?
昔误!
未定义书签。
4.1走行机构电机诜择
错误!
未定义书签。
4.2链传动的设计
错误!
未定义书签。
错误!
未定义书签。
4.3轴的设计
错误!
未定义书签。
421链传动的特点
4.2.2链的传动设计？
昔误!
未定义书签。
4.3.1选择轴的材料?
昔误!
未定义书签。
4.3.2按扭转强度初步计算轴径
错误!
未定义书签。
错误!
未定义书签。
4.3.3轴的结构设计
4.3.4轴上受力分析？
昔误!
未定义书签。
4.3.5合成弯矩和转矩？
昔误!
未定义书签。
27
4.3.6轴的强度校核
5.结论
错误!
未定义书签。
34
致谢?
昔误!
未定义书签。
参考文献
1.绪论
1.1选题的背景和意义
1.1.1工业生产中的应用
门式锯机作为锯切机械的一种，用来将轧制后的型材切头、切尾或定尺。
主要用来锯切各种复杂断面形状如重轨、钢管坯、薄管坯等：
因为这类断面轧件如果用剪切机剪
切，切口会压扁或弯曲，不能保证切口断面质量，而门式锯机能够获得断面整齐的定尺产品。
锯切机械在轧钢车间里是辅助设备，一般装设在轧机后面的生产线上。
轧件多为断面形状比较复杂的高温型材，在现代生产中，为了提高产品质量，提高成材率，随着长尺轧制、长尺冷却、长尺矫直技术的应用，锯机已成为定尺的重要工具。
在很多情况下,整个轧钢车间的生产量常因锯机生产能力的限制而受到影响。
1.1.2锯机的分类和组成
根据工作方式和结构形式，锯切机械可以分为两类：
1.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
轧件的锯机称为热锯机。
2.飞锯机。
用于将运行中的轧件切头、切尾或切定尺长度。
飞锯机也可以分为冷飞锯机和热飞锯机。
门式锯机则综合了锯机和飞锯机的优点。
这种锯切机设备重量轻，生产率高，锯切质量好并且可以锯切较硬的钢种。
门式锯机的主要机构有四部分：
锯机走行机构、锯机升降机构、锯片进给机构和锯切机构。
通过这四部分实现锯机的行走、锯片的升降、进退和旋转运动。
本文主要介绍,锯机的走行机构和锯机升降机构。
1.1.3锯机的发展历史
早期的锯机是固定式的，既无横移机构也无送进机构，锯切时用气动小车将轧件送往锯片。
这种固定式锯机的主要优点是设备简单，重量轻，生产率也比较高。
但是这种
锯机由于用气动小车送进轧件，在送进过程中常将轧件推弯，从而使锯切后的切口断面
和轧件轴线不垂直，影响产品质量。
所以，固定式锯机逐渐被移动式锯机所取代。
随着轧钢车间产量和轧件断面的增大，工作行程较长和生产率较高的滑座式热锯机，在大型及中型型钢车间得到广泛应用。
早期的滑座式热锯机，滑座的送进是沿着滑道滑行前进的，因滑道磨损快，需要经常更换滑道衬板，维护不便；此外，当滑道磨损后,
滑座不能保持平直的向前滑动，从而增加了锯切时锯机的振动幅度。
因此，现在我国多用滚轮送进代替滑道送进。
老式的齿轮齿条式横移机构虽然自锁性能较好，但是，横移齿轮和齿条常被油泥，铁屑堵塞，不易清除,锯机横移困难，造成齿面过快磨损。
滚轮则克服了这个缺点，但必须装设有将锯机夹紧在轨道上的夹轨器，以防止锯机在工作时因
行走轮移动而改变轧件的定尺长度，影响锯切质量。
一般锯机采用手动式夹轨器，结构
较简单，但操作不便。
现在多采用液压传动夹轨器，当锯机工作时，夹轨器夹紧轨道的
头部,横移时夹轨器松拖。
锯切完毕,松开夹在轨道上的夹轨器，锯切机构返回原位，轧件
（一般不超过
继续向前移动。
此种方式虽然严格保持同步，但只用于轧件运行速度较低
1m/S）的生产流程中。
门式锯机采用直线导轨实现行走运动。
直线导轨又称滑轨、线性导轨、线性滑轨用于直线往复运动场合，拥有比直线轴承更高的额定负载，同时可以承担一定的扭矩,
可在高负载的情况下实现高精度的直线运动直线轴承主要用在自动化机械上比较多，像
德国进口的机床、纸碗机、激光焊接机等等，当然直线轴承和直线轴是配套用的。
像直线导轨主要是用在精度要求比较高的机械结构上，滑块使运动由曲线转变为直线。
直线轴承是与淬火直线传动轴配合使用，作无限直线运动的系统。
负荷滚珠和淬火传动轴因为是点接触，容许载荷较小，但直线运动时,摩擦阻力最小，精度高，运动快捷。
无论是滑动送进还是滚轮送进，其设备重量都较大，四连杆式锯机设备重量比较轻，而且装设有送进齿轮和齿条传动，工作行程也比较大，所以应用较多。
送进机构的电动机装在锯座上，经过减速机及安全连轴器使曲柄摆动从而带动锯架前后移动，实现进锯和退锯，所以必须合理的选择曲柄和连杆尺寸才可以保证锯片基本上是水平移动的。
曲柄的下端有与它做成一体的扇形平衡重，以平衡可移动系统的重量，降低送进电动机的能耗。
为了提高锯切端面质量和定尺精度，门式锯机用螺旋升降机构代替四连杆机构。
锯片的升降运动是通过螺旋升降机带动移动梁，沿着立柱上、下移动来实现的，螺旋升降机构一端在顶梁上，另一端伸出的螺杆固定在移动梁上，通过螺旋传动，将螺母的旋转运动转变为螺杆的直线运动，从而实现了锯片的升降运动。
螺旋升降器结构主要为由机身、含内螺纹之铜件、螺杆及其它附件组成。
在设计规范上从0.5吨-100吨，有多种规格。
其动态承受力从0.3吨-26吨,举升速度可高达3600mm/min。
螺杆端在应用上又可分为顶板式、栓孔式、牙口式、平口式。
螺旋升降器具有
体积小、功能多、重量轻、无噪音、结构紧凑、安装方便、灵活、动力源广、传动效率
高、使用寿命长等特点。
可以顶升、降落、提升、下压、推进、翻转等多种安装使用方式。
螺旋升降机可单台或多台组合使用。
1.2国内外的研究现状
1.2.1国外的研究现状
国外的工业相当发达，像德、美、日等发达国家的锯切技术已达到领先水平，其可靠性、准确率、及效率都较高，而且维修率较低。
已走在当今的锯切技术前沿，其主要的趋势如下：
（1）加工精度进一步提高。
采用先进的变频电动机驱动，精密的滚珠丝杠和激光定位方式，配以伺服控制的液压系统，由计算机自动在线监控锯切全过程，锯片速度、进
给速度、卡紧力均可做到任意控制、最优化组合，由此提高锯机的加工精度。
（2）锯机加工高效化、范围扩大化。
提高锯切效率，尤其是提高厚材及硬质合金效率，避免锯切成为整条生产线的瓶颈，一直是锯切技术领域多年的关注的焦点。
（3）锯机的全数控化、网络化。
大型工件的切割过程往往持续数小时，为保证一
人多机的生产条件，提高锯切加工的精度和效率，锯切过程的全数字化势在必行。
1.2.2国内的研究现状
锯机在近年来在国内有了飞速的发展。
然而必须看到，我们目前所做的工作，无论是锯床的电控设计方面还是机械设计方面，仍然是仿制国外七，八时年代的同类产品。
随着机械加工工业的崛起和冶金轧制企业整体工业基础的提高，对于锯机的各种技术性能也提出了更高的要求，所以急需研制更高性能的各种锯机。
1.3本文的研究内容
本文研究的门式锯机主要由四部分组成：
锯切机构、升降机构、进给机构和走行机构。
四大机构分别能够实现锯片的旋转、升降、进退以及走行运动。
本文主要介绍锯机的走行机构和升降机构的设计。
包括升降机构电动机的选择、
螺旋升降器的选择、联轴器的选择、固定升降机构的梁的结构设计和校核，走行机构
电机的选择、链传动的设计、轴的设计、轴承的选择和校核、轴承座的选择、蜗杆减速器的选择、机架和立柱的结构设计和校核等内容。
本次毕业设计的目的在于对一般的机械结构进行设计和校核，熟练掌握各种机械手册的用法，熟练掌握Aut0—CAD的使用方法，掌握一般零件的设计原则及方法
掌握一般标准零部件的选用原则，培养独立动手的能力。
2.总体方案设计
2.1主要技术参数
1）锯切直径①400mm;
2）升降机构的升降速度V1=0.05m/s;
3走行机构的走行速度V2=0.1m/s;
4）驱动方式为电动驱动。
2.2具体的设计方案
根据设计要求本设计升降机构和走行机构，具体设计方案如下:
根据锯切及进锯机构的重量，计算出符合要求的电机，根据锯机要求的升降速
度计算出螺旋升降器的转速，从而确定出传动比，选取螺旋升降器。
根据电机的输出端直径转速及扭矩选取电机端联轴器，根据螺旋升降器的输入端直径确定升降器端的联轴器。
根据电机和螺旋升降器的安装位置确定梁的宽度，根据设计要求确定梁的跨度。
初步设计梁的尺寸，对梁进行受力分析及校核，画升降机构的草图，查看机构中各零件是否有干涉的地方再进行修改，优化设计。
2.2.1走行机构的设计
走行机构的设计，首先确定各部分的重量，进而计算出走行机构驱动的电机功率。
根据设计车轮的直径及走行速度确定大链轮的转速，对链轮进行初步设计。
确定链传动的传动比及大,小链轮的齿数，链传动的中心距等参数，对链传动校核。
根据小链轮的转速及电机的转速确定螺杆减速器的传动比，选择蜗杆减速器。
根据电机及减速器选择联轴器，根据蜗杆输出轴确定输出端联轴器，根据车轮直径对走行机构的轴受力分析及校核，然后选择轴承及校核，计算轴承寿命。
2.2.2升降机构的设计
机架及立柱设计根据设计要求的跨度初步设计机架草图，然后对机架进行受力分
析及校核。
各部分初步设计之后，根据各部分机构画总装配图，根据走行螺杆减速器的
中心高及链传动的中心距及偏角确定车轮轴的安装位置，确定车轮的位置后确定轴承
座的位置，从而确定机架上电机及轴承座底座的位置及尺寸。
在画装配图的过程中遇到问题时再对设计进行调整，从而使设计结构合理化。
升降机构筒ffl
走行给构简圈
图2.1升降及走行机构简图
3.升降机构的设计
3.1电动机的选择
升降机构用于使锯切机构和进锯机构作垂直运动。
当锯切机构和进锯机构将工件锯切之后，由升降机构将锯片抬起。
这样进锯机构就可以将锯片空转退回原位。
所
以升降机构承载锯切和进锯机构的总重量。
已知锯切机构的重量为Q=2800N,进锯机
构的重量为G=3100N,机构的升降速度为V=0.05m/s，则升降机构所需电机功率为：
NFV（QG）V
（3.1）
59000.05295w0.295kw
由于该锯机的锯切机构和进锯机构的升降均由此电机完成，所以该电机的工作负荷比较大，为了满足要求，应选一个比较大容量的电机，在此选取一个安全系数为
0,贝UN=2.95kW.通过查文献[1]表4.12-2，初选电机型号为Y100L-2.。
详细
电机参数见表3.1
表3.1电机参数表
电动机型
号
额定功率
kw
额定转速
r/min
额定电流
A
中心高
H/mi
n
外伸轴段
DE/min
电机质量
kg
Y1001_-
3.0
2870
6.39
100
2860
33
2.
3.2螺旋升降机的选择
螺旋升降机提供强制机械运动，精确的定位和稳定的提升速度。
标准构造包括直
立或倒立形式,移动或旋转螺旋升降机,
法兰，螺纹或铰接端。
根据升降机构的升降速
度V=0.05m/s及承载的重量FQ
G=5900N=0.59t，查文献[2]选择承载
能力为1吨螺旋升降器即可满足要求。
考虑到螺旋升降安全性选取安全系数为K=2,
则最终选取2吨螺旋升降机。
型号为
M9001,螺距为P=0.25英寸，螺杆直径为d=1
英寸，速比为i=6，结构形式为倒立构造
，铰接端。
（3.2）5060472r/min
0.2525.4
n1——螺旋升降机丝杠转速
V――升降机构的升降速度
P――丝杠螺距
（3.3）
n2in164722832r/min
i――螺旋升降器速比
n2电动机输出转速
所得电机输出转速符合初选电动机额定转速。
螺旋升降器的重量是17磅=7.718
公斤。
3.3联轴器的选择
联轴器是联结两轴或轴和回转件，在传递运动和动力过程中一同回转而不脱开
的一种装置。
此外，联轴器还可能具有补偿两轴相对位移，缓冲和减振以及安全防护等
功能。
通过对各种联轴器的比较，凸缘联轴器具有结构简单，工作可靠，装拆方便，刚
性好，传递转矩大等特点，满足升降机构的传动要求，所以拟选用YL型凸缘联轴器。
由于电机端与螺旋升降机输入端输入端距离较短，所以选择标准联轴器分别与电机和
螺旋升降机相联，并在中间加带法兰的接管与两个半联轴器相联实现传动目的。
3.3.1电机端半联轴器的选择
根据电机功率及转速计算联轴器的理论转矩
T9550-
（3.3）
95509.98Nm
2870
根据文献［3］表29.1-1联轴器的工况系数为K=1.9,
计算转矩
Tckt
（3.4）
1.99.9818.97Nm
N――电机额定功率
n电机额定转速
K――电机的工况系数
由于电机输出端轴径d=28mm长度L=60mm所以在文献［4］表11-4查得LY4凸
缘联轴器的轴孔直径符合要求，而且该联轴器公称转矩Tn=112Nm>T
c=18.97Nm,许用转速［n］=9500r/min>n=3000r/min也符合要求。
故选择联轴器的型号为LY4联轴器2862GB584386,重量约为2.47kg,外径D=100mm。
3.3.2螺旋升降机端半联轴器的选择
该半联轴器同样选择LY4凸缘联轴器。
由于该端联轴器于螺旋升降机水平输
入端相联，所以联轴器内孔直径根据螺旋升降机输入端直径而定。
螺旋升降机输入端直径d=28mm,配合长度L=60mm。
在标准联轴器中无与之相符的标准内径所以该半
联轴器的内径为非标准的，型号为LY4联轴器2862GB584386,重量约为2.47kg,
外径D=100mm。
3.4固定升降机构的梁的结构设计和校核
3.4.1梁的结构设计
梁的结构设计主要是考虑满足梁的强度和刚度的条件下，尽量减轻梁的重量，且
降低成本。
故该梁采用焊接结构的空心梁，用厚度为20mm的Q235钢板焊接而成。
考虑到电机两端的输出轴的安装高度于电机的中心高度相等时，其结构尺寸过大，结构不紧凑，为满足电机的安装尺寸要求，所以在安装电动机的梁部分焊接成凹槽形以
降低电动机的中心高度其具体的结构尺寸由机架和立柱的总体尺寸确定，其结构简图如图3.1所示。
◎
Finro
■Kg■:
mIK:
"m■:
認S
lann
i
5.
or
一—
图3.1梁的结构尺寸
342梁的校核
Q235钢的机械性能由文献⑸表2.1查得,s235MPa,b375MPa,取梁的安
全系数ns2.5,则该梁的许用应力为：
[]
s/ns235/2.594MPa。
1.对梁的静强度校核
（1）对梁受力分析
设梁所受的载荷均为集载荷，则对梁的受力简化如图3.2a所示。
图中Fi
电动机的重力，Fi339.8323N
F2、F3——升降机构的负载的重量，F2F35900/22950N
Ri、R2
立柱对横梁的竖直支反力
为了确保横梁的强度满足要求，计算对各个力均取一个安全系数S=2，即
F13232646N
F2295025900N
31门
@5,2梁的g力*箭
（2）计算支反力
Ri
R2
F1F2F3
2
646590059006223N
（3）画出横梁的弯矩图
Ma
Mb
Mc
Md
Ri
AC
6223
200
1244.6Nm
MER1
AE
F2
CE
622380059006001438.4Nm
该梁在不工作时的弯矩图如图3.2b所示
（4）确定危险剖面
，由于设有凹槽结构，即为该横
根据横梁的结构图可知，在固定电机的梁段E处
梁的截面尺寸最小处。
又根据弯矩图可知，恰恰在该位置横梁所承受的弯矩是最大的。
由于可以确定E截面为该横梁的危险截面。
（5）强度校核
横梁所受的最大应力为：
max
Mmaxymax
—"TZ
（3.5）
1438.40.047.147MPa
6
8.0510
max
横梁所受的最大应力，Mpa;
Mmax
横梁所受的最大弯矩，Nm。
由弯矩图知,
Mmax1438.4N
ymax
横梁要校核的截面的危险点到截面形心的距值,
ymax80/2
40mm;
Iz
横梁的截面对Z轴的惯性矩,
IzBH
3
升级会员 