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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 41 頁 共 41 頁
1 引言
1.1 氣動(dòng)式飛鋸機(jī)的功用
隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，現(xiàn)代化的大型廠房、大跨度的展覽場館、體育運(yùn)動(dòng)場館、大型倉儲(chǔ)、橋梁、機(jī)場、起重、運(yùn)輸、車輛等各行各業(yè)廣泛地采用鋼結(jié)構(gòu)，使得鋼結(jié)構(gòu)需求量大幅度增加，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)鋼材材質(zhì)、規(guī)格品種也提出了更高的要求。
2001年我國冷彎型鋼生產(chǎn)30萬噸（不包括鋼管和涂層板）。據(jù)中國鋼協(xié)冷彎型鋼分會(huì)統(tǒng)計(jì)2001產(chǎn)量約有70萬噸，加上其他行業(yè)（農(nóng)機(jī)、水電、汽車、機(jī)械等）約有150萬噸，占全國鋼材產(chǎn)量的1‰左右，而國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家冷彎型鋼占全國鋼材的3.0‰～5.0‰。冷彎型鋼的特點(diǎn)： 可生產(chǎn)各種復(fù)雜的斷面與熱軋型鋼相比具有斷面形狀合理、重量輕，強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)，又在冷彎加工中提高了強(qiáng)度。比一般熱軋型鋼的構(gòu)件節(jié)約鋼材10.0‰～50.0‰。
在線定長切割飛鋸機(jī)是冶金企業(yè)連續(xù)軋制各種型材、管材等生產(chǎn)線上不可缺少的重要設(shè)備，用于連續(xù)生產(chǎn)中將無限長的鋼管按預(yù)定的長度在線自動(dòng)切斷。定尺飛鋸機(jī)在生產(chǎn)中決定著管材的質(zhì)量、長度等。它的精度保證了管材的精度[1]。
1.2 定尺飛鋸機(jī)的國內(nèi)外現(xiàn)狀
在國外定尺飛鋸機(jī)的發(fā)展很快，基本上都能達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)。我國焊管生產(chǎn)設(shè)備起步較晚，一些關(guān)鍵設(shè)備比較陳舊。隨著鋼鐵行業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)鋼鐵加工行業(yè)提出了要求。全國各地加工業(yè)也開始著眼于技術(shù)開發(fā)。就定尺飛鋸機(jī)來說，從技術(shù)含量較低的液壓傳動(dòng)，氣動(dòng)傳動(dòng)，發(fā)展到如今的微機(jī)控制定尺飛鋸機(jī)，電液數(shù)控飛鋸機(jī)等。
下面介紹幾種現(xiàn)代主要應(yīng)用生產(chǎn)中的飛鋸機(jī)：
（1）微機(jī)控制定尺飛鋸機(jī)是由微機(jī)控制系統(tǒng)、大功率可逆伺服系統(tǒng)、機(jī)械液壓、氣路系統(tǒng)所組成的機(jī)電一體化高技術(shù)產(chǎn)品焊管、冷彎生產(chǎn)線的關(guān)鍵組成設(shè)備，可用于高速跟蹤自動(dòng)切割鋼管、型材等。
（2）電液數(shù)控飛鋸機(jī)是由微機(jī)控制電子液壓傳動(dòng)，一般包括液壓箱，電子計(jì)算機(jī)，軟件等幾部分組成，采用半開環(huán)控制無參數(shù)調(diào)整，電路簡單，性能穩(wěn)定，故障率低。機(jī)床可實(shí)現(xiàn)程序鋸切，預(yù)設(shè)多種鋸切定尺與其根數(shù)，自動(dòng)轉(zhuǎn)換可不停車，改變定尺要求，也可人為暫時(shí)中斷運(yùn)行。
（3）伺服飛鋸機(jī)是于2002年面世的一種新型飛鋸機(jī)，鋸切長度5.5m～6m時(shí)，鋸切精度為0mm～+5mm，高于國際上通用的英國Bs標(biāo)準(zhǔn)(0mm～+6mm)。鋸切精度提高了16.7％，且在這方面處于國際先進(jìn)的水平[1]。
1.3 本設(shè)計(jì)的目的與意義
目前市場上大量應(yīng)用的在線定尺飛鋸機(jī)主要有氣動(dòng)式飛鋸機(jī)，液動(dòng)式飛鋸機(jī)，電腦鋸等幾種形式。其中，氣動(dòng)式飛鋸機(jī)的鋸切割裝置，夾緊裝置，主傳動(dòng)裝置都是氣動(dòng)的，與近些年市場上推廣的電腦鋸相比，氣動(dòng)式飛鋸機(jī)的定尺精度稍微低點(diǎn)兒，但是，電腦鋸它也存在著一定的缺陷， 例如：(1)價(jià)格偏高，一臺(tái)設(shè)備近30萬元。一次性投資很大，一般中小廠家難以承受；(2)微機(jī)抗干擾性能差，使得控制設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜?，F(xiàn)場安裝要求高；(3)調(diào)試以及維修保養(yǎng)困難，需專門人員維護(hù)，一旦發(fā)生故障很難立即排除。但它也具有一定的缺陷，噪音大，利用率低，無功損耗大，工作速度不穩(wěn)定，零部件損壞的概率大等。而氣動(dòng)式飛鋸機(jī)恰恰具有成本低、壽命長、工作可靠、使用維修方便的特點(diǎn)，其定尺精度也足以滿足要求，固市場前景廣闊[2]。
因此，針對(duì)大量中小企業(yè)這一中低端市場，結(jié)合我國的國情，選定了“氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)”作為畢業(yè)設(shè)計(jì)的攻關(guān)課題。
1.4 設(shè)備簡介
FJZ60型氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)可用于高速跟蹤自動(dòng)切割鋼管、型材等。具有定尺精度高，設(shè)備可靠性高，結(jié)構(gòu)簡單，易于維修等特點(diǎn)。因此，該機(jī)將會(huì)運(yùn)行狀況良好，效率高，發(fā)展前景遠(yuǎn)大。
飛鋸主要技術(shù)參數(shù)：
型材生產(chǎn)速度：60m/min；
鋸切精度：±5mm；
鋸切長度：4m～6m
鋸切次數(shù)：10次/分～15次/分
鋸切型材徑向尺寸：12㎜～90㎜
外型：長×寬=4.3×1.35（米）
1.5 設(shè)計(jì)中需注意的問題
（1）鋸切小車與定尺小車之間要?jiǎng)傂月?lián)接且穩(wěn)定，一般多采用Φ50mm鋼管制作。
（2）鋸切小規(guī)格鋼管時(shí)因鋼管剛性差，易彎曲，從而影響定尺精度，需要增加防彎壓輥。
（3）氣壓源壓力要穩(wěn)定可靠，才能準(zhǔn)確、協(xié)調(diào)完成飛鋸機(jī)的各項(xiàng)動(dòng)作，保證定尺精度的準(zhǔn)確和生產(chǎn)的連續(xù)。
（4）在夾緊、鋸切到松夾的過程中，飛鋸小車的行走速度應(yīng)與焊管軋制速度基本同步。
（5）鋸切精度要滿足焊管產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求。
（6）由于飛鋸是生產(chǎn)線上的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，因此要求設(shè)備運(yùn)行可靠， 否則一出故障將全線停產(chǎn)。
（7）控制系統(tǒng)的關(guān)鍵問題是在小車與軋管速度同步的瞬間，如何使鋸片與管端間的距離正好是定尺鋼管的設(shè)定長度。
2 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)總體設(shè)計(jì)方案
2.1 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)應(yīng)實(shí)現(xiàn)的功能
氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)定尺飛鋸機(jī)適用于連續(xù)軋制各種管材、型材生產(chǎn)線，如焊管、鋼筋、鋁管、合金管的生產(chǎn)線。其顯著特點(diǎn)是鋸切效率高，可鋸切的管類直徑范圍大，這得益于它的氣壓裝置，體現(xiàn)了氣壓技術(shù)高壓、高效、可控制性強(qiáng)的特點(diǎn)。其整體結(jié)構(gòu)簡單，工作性能可靠，應(yīng)用廣泛。
本機(jī)適用于型材行走速度為60m/min，鋸切型材徑向尺寸范圍為12㎜～90㎜，鋸切長度為4m～6m的型材生產(chǎn)線，其設(shè)計(jì)使用鋸切精度為±4mm，鋸切次數(shù)為10次/分～15次/分。目前國內(nèi)型材生產(chǎn)線上型材的行走速度在60m/min以下，其徑向尺寸大都在12㎜～90㎜之間，±4mm的鋸切精度也符合國家標(biāo)準(zhǔn)，10次/分～15次/分的鋸切次數(shù)也能達(dá)到大多廠家的要求，尤其是大量的中小廠家[3]。
2.2 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)的總體方案制定
開始擬定的幾套氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)的總體方案：
方案一：當(dāng)管材（或型材）運(yùn)行接觸到發(fā)訊開關(guān)時(shí)，發(fā)訊開關(guān)指令行走氣壓缸牽引飛鋸小車行走，助推氣壓缸同步助推，管材（或型材）與飛鋸小車運(yùn)行中達(dá)到同步，同時(shí)夾緊裝置的氣壓缸動(dòng)作鉗口夾緊，夾緊裝置的鉗口同時(shí)也已經(jīng)夾緊，之后管材運(yùn)行距離達(dá)到鋸切長度，接近開關(guān)指令鋸切裝置運(yùn)作實(shí)現(xiàn)鋸切。鋸切完成后鋸片抬起，同時(shí)指令?yuàn)A緊氣壓缸抬起，完成定尺鋸切的全部動(dòng)作，鋸切后的定尺管材離開飛鋸沿輥道前進(jìn)到下一步工序，同時(shí)飛鋸小車在行走氣壓缸牽引力作用下回復(fù)到原位，等待開始下一次鋸切。
方案二：當(dāng)管材（或型材）運(yùn)行接觸到發(fā)訊開關(guān)時(shí)，發(fā)訊開關(guān)指令行走氣壓缸牽引飛鋸小車行走，管材（或型材）與飛鋸小車運(yùn)行中達(dá)到同步，同時(shí)夾緊裝置的氣壓缸動(dòng)作鉗口夾緊，之后管材運(yùn)行距離達(dá)到鋸切長度，接近開關(guān)指令鋸切裝置運(yùn)作實(shí)現(xiàn)鋸切。鋸切完成后延時(shí)一小段時(shí)間，鋸片抬起，同時(shí)指令?yuàn)A緊氣壓缸抬起，完成定尺鋸切的全部動(dòng)作，鋸切后的定尺管材離開飛鋸沿輥道前進(jìn)到下一步工序，同時(shí)飛鋸小車在行走氣壓缸牽引力作用下回復(fù)到原位，等待開始下一次鋸切。
方案三：當(dāng)管材（或型材）運(yùn)行接觸到發(fā)訊開關(guān)時(shí)，發(fā)訊開關(guān)指令?yuàn)A緊裝置的氣壓缸動(dòng)作，同時(shí)行走氣壓缸牽引飛鋸小車行走，管材（或型材）與飛鋸小車運(yùn)行中達(dá)到同步，夾緊裝置的鉗口同時(shí)也已經(jīng)夾緊，之后管材運(yùn)行距離達(dá)到鋸切長度，接近開關(guān)指令鋸切裝置運(yùn)作實(shí)現(xiàn)鋸切。鋸切完成后延時(shí)一小段時(shí)間，鋸片抬起，同時(shí)指令?yuàn)A緊氣壓缸抬起，完成定尺鋸切的全部動(dòng)作，鋸切后的定尺管材離開飛鋸沿輥道前進(jìn)到下一步工序，同時(shí)飛鋸小車在行走液壓缸牽引力作用下回復(fù)到原位，等待開始下一次鋸切。
方案四：當(dāng)行進(jìn)中的鋼管端部靠近接近開關(guān)時(shí)，由可編程序控制器，發(fā)出夾緊命令，夾緊鋼管后，鋸切氣壓缸起動(dòng)，進(jìn)行鋸切，抬鋸，夾緊松開，鋸車返回氣壓缸起動(dòng)，鋸車返回，等待下一次循環(huán)。
方案五：當(dāng)行進(jìn)中的鋼管端部靠近接近開關(guān)時(shí)，由可編程序控制器，發(fā)出夾緊命令，夾緊鋼管后，鋸切氣缸起動(dòng)，進(jìn)行鋸切，經(jīng)可編程控制器延時(shí)后，抬鋸，夾緊松開，再經(jīng)可編程序控制器延時(shí)后，鋸車返回氣缸起動(dòng)，鋸車返回，等待下一次循環(huán)。
上述五種方案的比較如下：
方案一中，“助推氣壓缸助推”這一步驟是多余的，因?yàn)橥蟿?dòng)氣缸可以完成推動(dòng)行走小車跟蹤到行進(jìn)的管材，但是反方向復(fù)位時(shí)由于設(shè)計(jì)要求速度很大，拖動(dòng)氣缸達(dá)不到要求，所以“助推氣壓缸助推”這一步驟要設(shè)置在反方向復(fù)位時(shí)。另外，此方案中“鋸切完成后鋸片抬起，同時(shí)指令?yuàn)A緊氣壓缸抬起”，沒有“延時(shí)一小段時(shí)間”這一步驟，是一種設(shè)計(jì)缺陷，是不合理的。
方案二中，“鋸切完成后延時(shí)一小段時(shí)間，鋸片抬起”，在鋸切完成之后，鋸片抬起之前就延時(shí)了一小段時(shí)間，這是不符合實(shí)際情況的，屬于不合理設(shè)計(jì)。
方案三中，“發(fā)訊開關(guān)指令?yuàn)A緊裝置的氣壓缸動(dòng)作，同時(shí)行走氣壓缸牽引飛鋸小車行走”，夾緊氣壓缸動(dòng)作與行走氣壓缸同步，這是不合理的，這樣影響了行走小車對(duì)管材（或型材）的跟蹤，夾緊氣壓缸應(yīng)在管材（或型材）與飛鋸小車運(yùn)行中達(dá)到同步是實(shí)施夾緊。
方案四和方案五是用可編程序控制器對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，考慮到成本因素，我們選擇用行程開關(guān)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，另外方案四中缺少延時(shí)的步驟。
2.3 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)
通過以上對(duì)這五種方案的分析比較，我們?cè)O(shè)計(jì)并完善了我們的氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)的總體方案：
當(dāng)管材（或型材）運(yùn)行接觸到發(fā)訊開關(guān)時(shí)，發(fā)訊開關(guān)指令行走氣壓缸牽引飛鋸小車行走，管材（或型材）與飛鋸小車運(yùn)行中達(dá)到同步，同時(shí)夾緊裝置的氣壓缸動(dòng)作鉗口夾緊，管材（或型材）與飛鋸小車運(yùn)行中達(dá)到同步，夾緊裝置的鉗口同時(shí)也已經(jīng)夾緊，之后管材運(yùn)行距離達(dá)到鋸切長度，接近開關(guān)指令鋸切裝置運(yùn)作實(shí)現(xiàn)鋸切。鋸切完成后鋸片抬起，同時(shí)指令?yuàn)A緊氣壓缸抬起，完成定尺鋸切的全部動(dòng)作，鋸切后的定尺管材離開飛鋸沿輥道前進(jìn)到下一步工序，同時(shí)飛鋸小車在行走氣壓缸牽引力作用、助推氣壓缸同步助推下回復(fù)到原位，等待開始下一次鋸切[4]。
正如圖1所示：
管移動(dòng)鋸車原位
管移動(dòng)鋸車返回
管移動(dòng)鋸車與管同步
管移動(dòng)鋸車同步跟蹤夾緊落鋸
管移動(dòng)鋸車同步跟蹤松夾
管移動(dòng)鋸車同步跟蹤抬鋸
管移動(dòng)鋸車移動(dòng)
零點(diǎn)
到位
抬鋸
到位
松夾
到位
圖1 控制原理圖
3 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1 飛鋸小車運(yùn)動(dòng)描述
飛鋸小車的運(yùn)動(dòng)可分為以下七個(gè)階段（見圖2）。
圖2 飛鋸車速度示意圖
（1）等待段 如圖2中AB段，飛鋸機(jī)處在零位，當(dāng)焊管相對(duì)于飛鋸小車的伸量達(dá)到預(yù)伸值時(shí)，計(jì)算機(jī)發(fā)出指令，指揮飛鋸車啟動(dòng)，進(jìn)入追蹤段。
（2）追蹤段 如圖2中BC段，飛鋸小車在計(jì)算機(jī)控制下，以指數(shù)曲線升速，當(dāng)飛鋸小車運(yùn)行到C點(diǎn)，正好被加速到與焊管同步，此時(shí)焊管相對(duì)于飛鋸機(jī)的伸出量正好達(dá)到定值，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入同步運(yùn)行段。
（3）同步段 如圖2中CE段，進(jìn)入同步段后，焊管相對(duì)于飛鋸機(jī)的伸出量便固定不變了，D點(diǎn)是飛鋸小車進(jìn)入同步段后，經(jīng)過一定的延時(shí)開始鋸切的時(shí)刻，也是鋸切氣缸開始動(dòng)作的時(shí)刻。延時(shí)時(shí)間是由飛鋸小車的速度超調(diào)量所決定的。E點(diǎn)是飛鋸車同步結(jié)束的時(shí)刻，此時(shí)飛鋸小車已完成鋸切任務(wù)，鋸切氣缸恢復(fù)到原位，飛鋸車開始進(jìn)入正向減速段。DE段時(shí)間是由鋸切周期所決定的。
（4）正向減速段 如圖2中EF段，飛鋸小車受制動(dòng)，按等減速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)速度降至零時(shí)，轉(zhuǎn)入反向加速段。
（5）反向運(yùn)行段 圖2中FG段為反向追蹤段。GH為反向同步段。HI段為反向減速段。以上各段與與正向運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的速度曲線完全一致。當(dāng)速度為零時(shí)，飛鋸小車正好停在零位。至此，一個(gè)工作循環(huán)結(jié)束。
3.2 確定飛鋸小車各段運(yùn)動(dòng)曲線
（1）追蹤段 追蹤段在向同步段過渡時(shí)會(huì)產(chǎn)生超調(diào)現(xiàn)象，超調(diào)量直接影響到鋸切精度，因此追蹤段的運(yùn)動(dòng)曲線非常重要，我們采用數(shù)控技術(shù)，無論采用何種運(yùn)動(dòng)曲線，實(shí)際曲線都不能與理論曲線完全吻合，如圖3所示，Δt越小實(shí)際曲線越接近理論曲線。在整個(gè)追蹤段中，我們一共分成了256個(gè)小段，每一小段都相當(dāng)于接受了一個(gè)新的階躍信號(hào)，當(dāng)飛鋸車加速追蹤時(shí)，我們可以把系統(tǒng)看成為二階系統(tǒng)，由自動(dòng)控制原理可知，當(dāng)二階系統(tǒng)輸入階躍信號(hào)時(shí)，二階系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的階躍響應(yīng)為
圖3 追蹤段速度曲線
（3.1）
（3.2）
（3.3）
式中 -------------系統(tǒng)的阻尼比
------------系統(tǒng)的固有頻率
A（t）---------階躍值
圖4為二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)圖，從圖3可以看出速度在平衡位置上振蕩，超調(diào)量隨時(shí)間的推移越來越小。超調(diào)量的計(jì)算式為
[5] （3.4）
分析公式，當(dāng)其他參數(shù)不變時(shí)，A（t）越小，超調(diào)量越小。
圖4 二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)
通過以上的分析可知，對(duì)于追蹤段數(shù)學(xué)曲線的選擇原則是：階躍值A(chǔ)(t)應(yīng)越來越小，這樣方能保證超調(diào)量越來越小，當(dāng)過渡到同步段時(shí)，不會(huì)引起過大的振蕩，以使焊管定尺精度提高。
對(duì)于等加速曲線，如圖5，A（t）值從頭至尾一樣大，不滿足要求。
對(duì)于正弦曲線，如圖6，A（t）值在尾部稍有變化。
對(duì)于指數(shù)曲線，如圖3，A（t）值越來越小。
經(jīng)過反復(fù)比較，我們認(rèn)為指數(shù)曲線是最為理想的曲線，最終飛鋸車追蹤段的運(yùn)動(dòng)方程為
圖5 等加速曲線
圖6 正弦曲線
式中 y ——輸入到步進(jìn)電機(jī)的脈沖頻率，脈沖/s
x——焊管的測速脈沖頻率，脈沖56
k——常數(shù)
t——時(shí)間，s
——輸入到步進(jìn)電機(jī)的初始脈沖頻率，脈沖/s[6]
（2）正向減速段 因?yàn)轱w鋸小車已完成鋸切任務(wù)，飛鋸車運(yùn)行中由變速引起的超調(diào)現(xiàn)象已不影響鋸切精度，故減速段時(shí)間應(yīng)盡量減少，該段采用的是等減速曲線，其運(yùn)動(dòng)方程為
（3.5）
（3.6）
（3）反向運(yùn)行段 為了使正向行程等于反向行程，F(xiàn)G、GH、HI各段與正向運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)各段的速度曲線完全一致，F(xiàn)GHI曲線和BCDEF曲線下所包絡(luò)的面積和接受的脈沖數(shù)完全相同。因此，當(dāng)反向行程結(jié)束時(shí)，飛鋸小車正好返回到原點(diǎn)。
4 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)
4.1 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)的整體結(jié)構(gòu)方案
本次設(shè)計(jì)的氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)主要有飛鋸床身，主傳動(dòng)系統(tǒng)，行走小車，鋸切系統(tǒng)，夾緊裝置等幾部分組成，其外形如圖7所示：
圖7 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)總裝圖
圖7中為飛鋸床身，2為主傳動(dòng)系統(tǒng)的助推缸，3為導(dǎo)軌，4為夾緊裝置，7為鋸切系統(tǒng)的氣壓缸，14主傳動(dòng)系統(tǒng)的主推缸，21為行走小車。
氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)總體上采用下部床身上部行走小車的布局，在床身上安裝導(dǎo)軌，在行走小車下部安裝四個(gè)支撐輪，這樣床身就可以通過導(dǎo)軌支撐行走小車并使小車可以在床身上來回行走。主傳動(dòng)系統(tǒng)布置在床身上，它的氣壓缸缸筒與床身相連，活塞桿頭通過接頭與行走小車拖動(dòng)軸座相連，這樣拖動(dòng)氣壓缸就可以拖動(dòng)行走小車完成由靜止到跟蹤行進(jìn)的型材，再到復(fù)位的動(dòng)作。鋸切系統(tǒng)安裝在行走小車的底盤之上，它們與小車一起運(yùn)動(dòng)，適時(shí)地完成鋸切動(dòng)作。夾緊裝置也安裝在行走小車的底盤之上，它也與小車一起運(yùn)動(dòng)，適時(shí)地完成夾緊動(dòng)作。
4.2 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)
在其上端安裝導(dǎo)軌，導(dǎo)軌再支撐行走小車，只不過這里的導(dǎo)軌設(shè)計(jì)形式比車床上的導(dǎo)軌簡單的多，如圖所示：這種設(shè)計(jì)非常簡單，但是也非常的實(shí)用，簡單的螺釘固定，起了很大的作用。如圖8所示：
圖8 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)導(dǎo)軌連接圖
4.3 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)的行走小車的結(jié)構(gòu)方案
氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)的行走小車的結(jié)構(gòu)形式如圖9所示：
圖9 行走小車結(jié)構(gòu)示意圖
圖9中1是連接主推缸的活塞桿，2是活塞桿與小車之間的連接體，3是上托鏈支板，4是行走小車底盤，5是支撐板，6是行進(jìn)中的管材的支撐輥，11行走小車的支撐輪，15防側(cè)翻板兒。
氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)的行走小車的結(jié)構(gòu)方案：用四個(gè)支撐輪將行走小車底盤支撐起來，在行走小車底盤下面焊接連接體（主推缸要推動(dòng)，小車與活塞桿的連接體），為了增加剛度焊接了兩塊支撐板，在行走小車底盤上面安裝電機(jī)，夾緊裝置，鋸切系統(tǒng)，防護(hù)罩，管材的支撐輥以及拖鏈的連接板。行走小車底盤是一塊長1411mm，寬900mm，厚20mm的45號(hào)鋼板。防側(cè)翻板兒是用螺栓將其聯(lián)接在支撐輪座上的。在防側(cè)翻板兒上用軸固定了一個(gè)小軸承，它鉤住了導(dǎo)軌支撐板下側(cè)，起到防止小車側(cè)翻的作用。具體的安裝位置參看行走小車裝配圖。
4.4 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)的床身的結(jié)構(gòu)方案
下部床身使整個(gè)設(shè)備的載體，起的是支撐作用。它的設(shè)計(jì)直接影響到操作者的工作，所以它的設(shè)計(jì)必須人性化，必須考慮操作者的身高等因素?？紤]到中國人的平均身高，所以取床身身高為675mm。
氣動(dòng)式定尺飛鋸床身的結(jié)構(gòu)可以仿照普通車床的床身結(jié)構(gòu)來布局，但是這里的床身是焊接的，而車床床身是鑄造件。床身前后兩側(cè)支撐導(dǎo)軌，床身中部安裝主傳動(dòng)系統(tǒng)。
（1）床身外側(cè)的筋板是焊接在床身外側(cè)的，這些筋板是為了提高床身側(cè)部支撐剛度而設(shè)計(jì)的。
（2）床身頂部安裝導(dǎo)軌的支撐板是用來安裝導(dǎo)軌的，同時(shí)也可以提高床身縱向的剛度，并能保持導(dǎo)軌相對(duì)床身的平行度。飛鋸床身上的導(dǎo)軌是由一個(gè)加工而來的，其傳動(dòng)精度相對(duì)車床導(dǎo)軌來說地的多，但是足以滿足本機(jī)的要求。在兩根導(dǎo)軌的四個(gè)端部，我們?cè)O(shè)計(jì)安裝了四個(gè)擋塊，并在擋塊上安裝上橡皮塊兒，用以防止高速行進(jìn)的行走小車在過位或失控時(shí)從床身上竄出來，不至于給操作者帶來危險(xiǎn)和損壞行走小車上的各部分裝置。
（3）床身的吊裝孔是為了方便安裝整個(gè)飛鋸設(shè)備而設(shè)計(jì)的，它是在床身前后兩側(cè)均部了四個(gè)Φ150mm的孔，在設(shè)備裝卸、托運(yùn)以及校正床身位置是可以用天車吊鉤鉤住這四個(gè)孔來操作。
（4） 行程開關(guān)支座是焊接在床側(cè)面筋板上的一塊長2000mm、寬50mm、后20mm的一塊45號(hào)鋼板，在這塊上我們開了四個(gè)螺栓槽，可以將行程開關(guān)用螺栓固定在支座上，并且當(dāng)要調(diào)整所鋸切的管材的長度時(shí)，可以相應(yīng)的調(diào)節(jié)行程開關(guān)連接螺栓在支座上的位置。
（5）考慮到飛鋸工作過程中，床身承受很大的沖擊力，為了使床身平穩(wěn)的固定在地面上，我們?cè)O(shè)計(jì)使用10根地腳螺栓來固定床身，螺栓分布位置參看氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)總裝圖。
（6）考慮到管材是在用水冷卻后行進(jìn)到飛鋸設(shè)備上而進(jìn)行鋸切的，因此，它往往帶一部分水到飛鋸設(shè)備上，多余的水往往會(huì)腐蝕床身，有時(shí)還影響設(shè)備的正常運(yùn)作，故而要設(shè)計(jì)排水設(shè)施，在床身上設(shè)計(jì)了排水管[10～12]。
5 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)的鋸切系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算
5.1 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)鋸切系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)
鋸切機(jī)構(gòu)的基本組成包括：氣缸，用于推動(dòng)鋸臂作擺切動(dòng)作；鋸臂，連接氣缸和鋸切主軸；主軸，連接小帶輪和鋸片，用于傳動(dòng)；鋸臂支座，支撐鋸臂；氣缸支座，支撐氣缸；其他。
所謂鋸切裝置，顧名思義就是執(zhí)行鋸切任務(wù)將焊管切斷的裝置。它包括動(dòng)力源機(jī)構(gòu)即電動(dòng)機(jī)部分，鋸切機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及其它輔助機(jī)構(gòu)。制定氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)鋸切系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)方案的關(guān)鍵是確定鋸切方式，然后才能設(shè)計(jì)與之相應(yīng)的各部分具體結(jié)構(gòu)。
在鋸切方式中用的較多的是下擺式和平推式兩種飛鋸。在實(shí)際生產(chǎn)使用中，下擺式飛鋸顯然優(yōu)于平推式飛鋸，它不但具有鋸片安裝、更換容易，傳動(dòng)系統(tǒng)維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，而且鋸切裝置重心繞心軸呈弧形擺動(dòng)、穩(wěn)定性好，能鋸切較大寬高比的型鋼及薄壁焊管，且被鋸切的型鋼端部不變形、無毛刺、定尺誤差較小(一般控制在±2cm之內(nèi))?？傊?，用下擺式飛鋸鋸切的產(chǎn)品質(zhì)量很受客戶的歡迎。因此，我們確定選用下擺式鋸切方式[17～20]。
5.2 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)的鋸切系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案
方案一：采用“V”字形擺臂，將主軸焊接在“V”字形擺臂一端，將心軸焊接在“V”字形擺臂拐角處。在安裝主軸那一端加裝一根銷軸，銷軸再與鋸切液壓缸的接頭相連，心軸是通過心軸支座固定在行走小車底盤之上的，而鋸切氣壓缸也通過支座和氣壓缸耳軸相連再將支座固定在行走小車底盤之上的形式與小車相連，這種形式可用圖10來示意。
圖10 采用“V”字形擺臂鋸切示意圖
圖10中1是行走小車底盤，2是鋸切氣壓缸支座，3是鋸切氣壓缸，4是接頭，5是銷軸，6是“V”字形擺臂，7是心軸，8是心軸支座，9是主軸。
方案二：采用“一”字形擺臂，分別將主軸（安裝鋸片，高速旋轉(zhuǎn)并實(shí)施鋸切的軸）和心軸焊接在擺臂兩端，在安裝主軸那一端加裝一根銷軸，銷軸再與鋸切氣壓缸的接頭相連，心軸是通過心軸支座固定在行走小車底盤之上的，而鋸切氣壓缸也通過支座和氣壓缸耳軸相連再將支座固定在行走小車底盤之上的形式與小車相連，這種形式可用圖11來示意[13]。
圖11 “一”字形擺臂鋸切示意圖
圖11中1是行走小車底盤，2是心軸支座，3是“一”字形擺臂，4是鋸片，5是主軸，6是銷軸，7是接頭，8是鋸切氣壓缸，9是鋸切氣壓缸支座。
5.3 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)鋸切系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案的比較優(yōu)化
方案一和方案二都采用的是下擺式鋸切方式，其最大的差別是鋸切氣壓缸的安放位置不同，這就造成了擺臂的形式差異，擺臂形式的不同，其剛度優(yōu)異性不同?！癡”字形擺臂在鋸切過程中是臂的兩端受力，向中間擠壓；“一”字形擺臂在鋸切過程是兩端部受相同方向的徑向力，中部靠聯(lián)接氣壓缸一段受相反方向的徑向力?！癡”字形擺臂在鋸切中更容易實(shí)現(xiàn)擺切動(dòng)作，并且對(duì)氣缸推力的要求比較小。
最后，我確定使用“V”字形擺臂形式的鋸切方式。
6 主要零部件的設(shè)計(jì)
6.1 切削力、功率的計(jì)算
6.1.1 鋸片的選擇
考慮到本次設(shè)計(jì)的技術(shù)要求及要加工的焊管的情況，選定鋸片為Φ450Φ40×3.5（唐山鋸片廠生產(chǎn)制造），其基本參數(shù)為：鋸片直徑為450mm，內(nèi)徑為40mm，鋸片厚度為3.5mm[14，15]。
6.1.2 計(jì)算切削力、功率
由經(jīng)驗(yàn)公式：
切削力 [16] （6.1）
其中 B——切刃接觸面的周長，mm
t——被切材料厚度，mm
——抗剪強(qiáng)度，MPa
我們可以設(shè)：被切焊管直徑為60mm，厚度為3mm，材料為Q235。又知道，鋸片厚度為3.5mm。在上面的公式中B隨著鋸切深度的變化而變化，是變量，當(dāng)鋸齒切到焊管的直徑時(shí)，B最大，約為（鋸片厚度+焊管厚度）4。
被鋸切焊管部位的溫度愈高，其抗剪強(qiáng)度愈低（如表1所示），從而鋸切力就愈小。由于該鋸切系統(tǒng)采用自然冷卻方式，不能及時(shí)地將熱量散去，且鋸片的轉(zhuǎn)速很高（據(jù)估算可達(dá)到5000r/min），所以在工作過程中焊管可以瞬間達(dá)到900度以上的高溫，根據(jù)表1，此時(shí)抗剪強(qiáng)度為59MPa[14，15]。
表1 鋼材Q235在不同受熱溫度狀態(tài)下的抗剪強(qiáng)度
所以 =(3.5+3)43.559
=5369N
產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩 T=D/2 （6.2）
其中， D——鋸片直徑
所以，
T= 53690.45/2=1208
所需功率為 = （6.3）
其中 Ｖ——鋸齒的線速度
又由公式 Ｖ= ，得 （6.4）
P=? （6.5）
代入數(shù)據(jù)可得 P=5019Kw
即切削功率為5019Kw
6.2 電機(jī)的選擇
6.2.1 電動(dòng)機(jī)類型的選擇
（1）根據(jù)電動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境選擇電動(dòng)機(jī)類型
（a）安裝方式的選擇
電動(dòng)機(jī)安裝方式有臥式和立式兩種，臥式電動(dòng)機(jī)的價(jià)格較立式的便宜，所以通常情況下多選用臥式電動(dòng)機(jī)，一般只在為簡化傳動(dòng)裝置且必須垂直運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)才選用立式電動(dòng)機(jī)。在此選用臥式電動(dòng)機(jī)。
（b）防護(hù)形式的選擇
電動(dòng)機(jī)防護(hù)形式有開啟式、封閉式、防護(hù)式和防暴式四種。
（c）開啟式電動(dòng)機(jī)在定子兩側(cè)與端蓋上有較大的通風(fēng)口，散熱條件好，價(jià)格便宜，但水氣、塵埃等雜物容易進(jìn)入，因此只在清潔、干燥環(huán)境下使用。
（d）封閉式電動(dòng)機(jī)又可分為自扇冷式、他扇冷式和密閉式三種。前兩種可在潮濕、多塵埃、有腐蝕性氣體或易受風(fēng)雨的環(huán)境中工作。第三種可浸入液體中使用。
（e）防護(hù)式電動(dòng)機(jī)在機(jī)座下方開有通風(fēng)口，散熱較好，能防止水滴、鐵屑等雜物從上方落入電動(dòng)機(jī)，但不能防止塵埃和潮氣入侵，所以適宜與較清潔干凈的環(huán)境中。
（f）防暴式電動(dòng)機(jī)適用于有爆炸危險(xiǎn)的環(huán)境中，如油庫、礦井中。
我們所設(shè)計(jì)的機(jī)械定尺飛鋸機(jī)一般安裝在焊管機(jī)組的后面，鑒于其生產(chǎn)環(huán)境，因此選擇封閉式電動(dòng)機(jī)。
（2）根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載性質(zhì)選擇電動(dòng)機(jī)類型
（a）對(duì)于不要求調(diào)速、對(duì)啟動(dòng)性能亦無過高要求的生產(chǎn)機(jī)械，應(yīng)優(yōu)先考慮使用一般鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。若要求啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，則可選用高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。
（b）對(duì)于要求經(jīng)常啟、制動(dòng)，且負(fù)載轉(zhuǎn)矩較大、又有一定調(diào)速要求的生產(chǎn)機(jī)械，應(yīng)考慮用線繞式異步電動(dòng)機(jī)。
（c）經(jīng)常對(duì)于只需要幾種速度，而不需要無級(jí)調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械，為了簡化變速機(jī)構(gòu)，可選用多變速異步電動(dòng)機(jī)。
（d）對(duì)于要求恒速穩(wěn)定運(yùn)行的生產(chǎn)機(jī)械，且需要補(bǔ)償電網(wǎng)功率因素的場合，應(yīng)優(yōu)先選用同步電動(dòng)機(jī)。
（f）對(duì)于需要大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，又要求恒功率調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械，常選用直流串勵(lì)或復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)。
（e）對(duì)于要求大范圍無級(jí)調(diào)速，且要求經(jīng)常啟動(dòng)、制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械，則可選用帶調(diào)速裝置的直流電動(dòng)機(jī)或鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。
電動(dòng)機(jī)分為交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)兩種。由于直流電動(dòng)機(jī)需要直流電源，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價(jià)格較高，維護(hù)比較不便，因此選用交流電動(dòng)機(jī)。
綜上所述根據(jù)在滿足生產(chǎn)機(jī)械對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性要求的前提下，力求結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、價(jià)格低廉的原則下。選用封閉扇冷式Y(jié)系列異步電動(dòng)機(jī)。
6.2.2 電動(dòng)機(jī)額定電壓的選擇
電動(dòng)機(jī)額定電壓一般選擇與供電電壓一致。普通工廠的供電電壓為380V或220V。選擇電動(dòng)機(jī)額定電壓220V。
6.2.3 電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速的選擇
容量相同的同類型電動(dòng)機(jī)，有幾種不同的轉(zhuǎn)速系列可供選擇，如三相異步電動(dòng)機(jī)常用的有四種同步轉(zhuǎn)速，即3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/min（相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)定子繞組的極對(duì)數(shù)為2、4、6、8）。低速電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)多，轉(zhuǎn)矩也大，因此外廓尺寸及重量都較大，價(jià)格較高，但可以使傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比減小，使傳動(dòng)裝置的體積、重量較??；高速電動(dòng)機(jī)則相反[6]。因此確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)要綜合考慮，分析比較電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)裝置的性能，尺寸、重量和價(jià)格等因素。通常多選用同步轉(zhuǎn)速1500r/min和1000r/min的電動(dòng)機(jī)（軸不需要逆轉(zhuǎn)時(shí)常用前者），但由于此電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)飛鋸，需高速運(yùn)轉(zhuǎn)，因此選用電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為3000r/min左右。
6.2.4 電動(dòng)機(jī)容量的選擇
電動(dòng)機(jī)的選擇主要是容量的選擇，如果電動(dòng)機(jī)的容量選小了，一方面不能充分發(fā)揮機(jī)械設(shè)備的能力，使生產(chǎn)效率降低，另一方面電動(dòng)機(jī)經(jīng)常在過載下運(yùn)行，會(huì)使他過早損壞，同時(shí)還可能出現(xiàn)啟動(dòng)困難、經(jīng)受不起沖擊負(fù)載等故障。如果電動(dòng)機(jī)容量選大了，則不僅使設(shè)備投資費(fèi)用增加，而且由于電動(dòng)機(jī)經(jīng)常輕載下運(yùn)行，運(yùn)行效率和功率因數(shù)（對(duì)異步電動(dòng)機(jī)而言）都會(huì)下降。
電動(dòng)機(jī)所需工作功率按式
=Pηa （6.6）
代入數(shù)據(jù)得 =14Kw
由電動(dòng)機(jī)至鋸片的傳動(dòng)總效率為
= （6.7）
其中、分別為帶傳動(dòng)和軸承的傳動(dòng)效率，
=0.96
=0.98
所以，代入數(shù)據(jù)可得 =15Kw
查產(chǎn)品目錄且進(jìn)行市場調(diào)研選取Y160M2-2型異步電動(dòng)機(jī)。
Y160M2-2型異步電動(dòng)機(jī)的外形及主要尺寸[7，8]如圖12：
圖12 電動(dòng)機(jī)外形
其主要參數(shù)如下：
額定功率：15Kw 同步轉(zhuǎn)速：3000r/min
滿載時(shí)， 額定電流：29.4A 轉(zhuǎn)速：2930 r/min
效率：88.2% 功率因數(shù)：0.88
重量：125kg
6.3 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)
6.3.1 V帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
帶輪材料常采用灰鑄鐵、鋼、鋁合金或工程塑料等。
帶輪由三部分組成：輪緣（用以安裝傳動(dòng)帶）；輪轂（用以安裝在軸上）；輪輻或腹板（聯(lián)接輪緣與輪轂）。輪緣結(jié)構(gòu)尺寸機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)帶輪溝槽尺寸取定。V帶帶輪按輪輻結(jié)構(gòu)不同劃分為實(shí)心、腹板、孔板和橢圓輪輻四種結(jié)構(gòu)型式：
圖13 V帶帶輪結(jié)構(gòu)型式
當(dāng)帶輪直徑<(2.5-3)時(shí)（為軸徑），可采用實(shí)心式。 當(dāng)<300 mm時(shí)，若-<100 mm，采用腹板式；若->100 mm，采用孔板式。
當(dāng)>300 mm時(shí)，應(yīng)采用橢圓輪輻式。有經(jīng)驗(yàn)公式可供帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)參考。各種型號(hào)V帶輪的輪緣寬B、輪轂孔徑d和輪轂長L的尺寸，可查閱GB10412-89[6]。
最終設(shè)計(jì)成的帶輪形狀如圖14所示:
圖14 V帶輪
6.3.2 V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算
（1）選擇V帶型號(hào)
V帶有普通V帶、窄V帶、寬V帶、大楔角V帶等多種類型，其中普通V帶應(yīng)用最廣，窄V帶的使用也日見廣泛。
普通V帶由頂膠、抗拉體（承載層）、底膠和包布組成?？估w由簾布或線繩組成，是承受負(fù)載拉力的主體。其上下的頂膠和底膠分別承受彎曲時(shí)的拉伸和壓縮變形。線繩結(jié)構(gòu)普通V帶具有柔韌性好的特點(diǎn)，適用于帶輪直徑較小，轉(zhuǎn)速較高的場合。
窄V帶采用合成纖維繩或鋼絲繩作承載層，與普通V帶相比，當(dāng)高度相同時(shí)，其寬度比普通V帶小約30％。窄V帶傳遞功率的能力比普通V帶大，允許速度和撓曲次數(shù)高，傳動(dòng)中心距小。適用于大功率且結(jié)構(gòu)要求緊湊的傳動(dòng)[2]。
普通V帶有Y、Z、A、B、C、D、E七種型號(hào)，窄V帶有SPZ、SPA、SPB、SPC四種型號(hào)。V帶都制成無接頭的環(huán)形。
V帶的楔角都是，帶彎曲時(shí)受拉部分在橫向要收縮，受壓部分在橫向要伸長，因而楔角將減小。為保證帶和帶輪工作面能良好接觸，除直徑很大的帶輪外，帶輪溝槽的楔角都應(yīng)適當(dāng)減小[15]。
帶的型號(hào)可根據(jù)計(jì)算功率PC和小帶輪轉(zhuǎn)速n1選取。計(jì)算功率
PC=KAP (6.8)
式中 --工作情況系數(shù)
P--名義傳動(dòng)功率（Kw）
當(dāng)工況位于兩種型號(hào)相鄰區(qū)域時(shí)，可分別選取這兩種型號(hào)進(jìn)行計(jì)算，最后進(jìn)行分析比較，選用較好者。
（2）確定帶輪基準(zhǔn)直徑
在V帶輪上，與所配用V帶的節(jié)面寬度相對(duì)應(yīng)的帶輪直徑稱為基準(zhǔn)直徑。
帶輪愈小，傳動(dòng)尺寸結(jié)構(gòu)越緊湊，但帶的彎曲應(yīng)力愈大，帶容易疲勞斷裂。為避免產(chǎn)生過大的彎曲應(yīng)力，對(duì)各種型號(hào)的V帶都規(guī)定了最小帶輪基準(zhǔn)直徑[3]。
設(shè)計(jì)時(shí)小帶輪基準(zhǔn)直徑 可參考相關(guān)手冊(cè)選取，大帶輪基準(zhǔn)直徑按公式計(jì)算，并圓整為標(biāo)準(zhǔn)尺寸。圓整后應(yīng)檢驗(yàn)傳動(dòng)比或從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速 是否在允許的變化范圍內(nèi)。
（3）驗(yàn)算帶速
帶速太高，會(huì)因離心力太大而降低帶和帶輪間的正壓力，從而降低摩擦力和傳動(dòng)的工作能力，同時(shí)也降低帶的疲勞強(qiáng)度；帶速太低，所需有效拉力F大，要求帶的根數(shù)多。帶速計(jì)算式為
（m/s） (6.9)
式中 ——小帶輪轉(zhuǎn)速。
一般情況下，帶速V在5 m/s～25 m/s之間為宜，為充分發(fā)揮V帶的傳動(dòng)能力，V帶傳動(dòng)的最佳范圍應(yīng)為10 m/s～20 m/s[2]。
（4）確定中心距a和帶的基準(zhǔn)長度
（a）初定中心距
帶傳動(dòng)的中心距不宜過大，否則將由于載荷變化一起帶的顫動(dòng)。中心距也宜過小，因?yàn)椋褐行木嘤?，帶的長度愈短，在一定帶速下單位時(shí)間內(nèi)帶的應(yīng)力變化次數(shù)愈多，會(huì)加速帶的疲勞損壞；當(dāng)傳動(dòng)比i較大時(shí)，段的中心距將導(dǎo)致包角過小。
對(duì)于V帶傳動(dòng)，中心距一般可取
0.7（）<=<=2（） (6.10)
（b）帶長
當(dāng)確定后，根據(jù)開口帶傳動(dòng)的幾何關(guān)系可計(jì)算帶的基準(zhǔn)長度。
(6.11)
根據(jù)計(jì)算結(jié)果，查表選取接近的標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)長度[16] 。
（5）確定帶的初拉力
初拉力的大小是保證帶傳動(dòng)正常工作的重要因素。初拉力過小，摩擦力小，容易打滑；初拉力過大，帶的壽命低，軸和軸承受力大。推薦單根V帶張緊后的初拉力為
(6.12)
（6）計(jì)算帶輪軸上所受的壓力
為了設(shè)計(jì)帶輪的軸和軸承，需求出傳動(dòng)作用在軸上的壓力，該壓力可以近似按下式計(jì)算：
(6.13)
式中 ——單根帶的初拉力（N）
Z ——帶的根數(shù)；
——小帶輪上的包角[16]。
具體計(jì)算過程：
（a）計(jì)算設(shè)計(jì)功率Pc
由表11.3查得工作情況系數(shù)，故
(6.14)
（b）選擇帶型號(hào)
根據(jù)Pc=21kw，n1=2930r/min，由手冊(cè)初步選用A型帶
（c）選取帶輪基準(zhǔn)直徑，
由表選取小帶輪基準(zhǔn)直徑=150mm，則（設(shè)滑動(dòng)率，取傳動(dòng)比i=4/3）
(6.15)
取直徑系列值：
（d）驗(yàn)算帶速V
[16]
在(5m/s～25m/s) 范圍內(nèi)，帶速合適。
（e）確定中心a和帶的基準(zhǔn)長度
在 范圍，初選中心距
由帶長查圖選取A型帶的標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)長度
可得實(shí)際中心距
(6.16)
代入數(shù)據(jù)可得，=350 mm
?。?350 mm
（f）驗(yàn)算小帶輪包角
(6.17)
包角合適。
（g）確定帶的根數(shù)Z
因，帶速=23 m/s，傳動(dòng)比i=4/3
由表14-13c，=3.65 Kw
=0.10 Kw
由表14-9，
由表14-11，[16]
由公式得
(6.18)
取Z=4根。
（h）確定初拉力
由公式得單根普通V帶的初拉力
(6.19)
（i）計(jì)算帶輪軸所受壓力
由公式得
綜上，所選V帶為A-1250[16]。
6.4 主軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
6.4.1 主軸的設(shè)計(jì)
軸直徑的設(shè)計(jì)式
(6.20)
軸的剛度計(jì)算
（1）按當(dāng)量彎矩法校核
設(shè)計(jì)軸系結(jié)構(gòu)，確定軸的受力簡圖、彎矩圖、合成彎矩圖、轉(zhuǎn)矩圖和當(dāng)量彎矩圖。
（a）軸的受力簡圖（圖15）
圖15 軸的受力簡圖
求作用在軸上的力（圖16）
垂直面（Fv）
水平面（Fh）
鋸片1
Fp=301.8
Fc=191.1
軸承2
=
=+=368.6
帶輪3
+-=977
圖16 軸的受力圖
（b）作出彎矩圖（圖17）
垂直面（Mv）
水平面（Mh）
Ⅰ截面
合成彎矩
Ⅱ截面
合成彎矩
Ⅲ截面
0
合成彎矩
圖17 彎矩圖
（c）作出轉(zhuǎn)彎矩圖（圖18）
圖18 轉(zhuǎn)彎矩圖
（d）作出當(dāng)量彎矩圖（圖19），并確定可能的危險(xiǎn)截面Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。
Ⅰ截面
Ⅱ截面
Ⅲ截面
圖19 當(dāng)量彎矩圖
（e）確定許用應(yīng)力
已知軸材料為45鋼調(diào)質(zhì)，查表得=650MPa。用插入法查表得=102.5MPa，=60MPa。
（f）校核軸徑
Ⅰ截面
Ⅱ截面
Ⅲ截面
結(jié)論：按當(dāng)量彎矩法校核，軸的強(qiáng)度足夠。
（2）軸的剛度計(jì)算
(6.21)
(6.22)
所以軸的剛度足夠。
6.4.2 軸承的計(jì)算
（1）初選軸承型號(hào)
因?yàn)檩S承之承受徑向載荷，選用徑向接觸軸承中的深溝球軸承，深溝球軸承摩擦因數(shù)小，允許極限轉(zhuǎn)速高，價(jià)格低廉，應(yīng)用廣泛。根據(jù)軸頸選用6208軸承，選用脂潤滑方式，查GB/T276得軸承的性能參數(shù)為：=25500，=15200，=8500。
（2）壽命計(jì)算
（a）當(dāng)量載荷 (6.23)
由于軸承不受軸向載荷，所以軸承的軸向載荷=0，查表得X=1，Y=0，=1.3。
故=1.3=1.3
=1.3=1.3
<，且軸承1.2有同型號(hào)，尺寸相同的，故對(duì)軸承2進(jìn)行壽命計(jì)算即可。
==1274N
（b）計(jì)算軸承壽命
=
=
式中ε=3
（3）極限轉(zhuǎn)速計(jì)算
(6.24)
C/=25500/1274=20
β=arctan（）=0
查表得 載荷系數(shù)=1.0
載荷分布系數(shù)=1.0
故=1.01.08500=8500>1728
經(jīng)校核，選用6208型深溝球軸承能滿足要求
7 鋸切氣缸的設(shè)計(jì)
7.1 鋸切氣缸的計(jì)算
擺動(dòng)部分的運(yùn)動(dòng)主要是鋸片繞軸運(yùn)動(dòng)的同時(shí)繞鋸片箱體上的凸圓槽擺動(dòng)它的擺動(dòng)驅(qū)動(dòng)是以氣缸做動(dòng)力，氣缸的伸縮控制鋸片的擺動(dòng)切割。所以氣缸鋸切的主要部分。
（1）初步選擇氣缸：直徑為115mm的氣缸
所以氣缸的拉力為拉力：F=( -)P/4 (7.1)
（2）氣缸的拉力計(jì)算：F=×1×10=3650.25 N
上述F為氣缸最大理論輸出力的計(jì)算式，多數(shù)場合下活塞桿承受的是推力負(fù)載，細(xì)長桿件受壓易產(chǎn)生彎曲變形，必須考慮壓桿穩(wěn)定性。
（3）氣缸直徑的計(jì)算：當(dāng)活塞桿計(jì)算長度比L/d≦10時(shí)，一般按強(qiáng)度條件計(jì)算活塞桿的直徑，可按照直桿的抗壓強(qiáng)度條件計(jì)算公式來計(jì)算活塞桿的直徑：
d≥=1.128≥35 (7.2)
所以選擇缸桿直徑40mm就能滿足要求。
（4）活塞桿的計(jì)算：當(dāng)活塞桿L/d﹥10時(shí)，一般按壓桿穩(wěn)定性來計(jì)算活塞桿的直徑。當(dāng)氣缸承受的軸向負(fù)載達(dá)到極限值后，極微小的干擾力都會(huì)使活塞桿產(chǎn)生彎曲變形，出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，導(dǎo)致氣缸不能正常工作
活塞桿穩(wěn)定性條件是：≦
氣缸的壓桿穩(wěn)定極限力與氣缸的安裝型式、活塞桿直徑及行程有關(guān)。
當(dāng)細(xì)長桿比≧85時(shí)，= (7.3)
當(dāng)細(xì)長桿比﹤85時(shí)，= (7.4)
對(duì)于實(shí)心活塞桿，可得，
當(dāng)細(xì)長桿比≧85時(shí)，L= (7.5)
當(dāng)細(xì)長桿比﹤85時(shí)，L= (7.6)
上述各式中L——活塞桿的計(jì)算長度，m
K——活塞桿橫截面回轉(zhuǎn)半徑，m
對(duì)于實(shí)心桿 (7.7)
對(duì)于空心桿
J——活塞桿橫截面面積，m
對(duì)于實(shí)心桿 (7.8)
對(duì)于空心桿
——空心活塞桿內(nèi)孔直徑。
A——活塞桿橫截面面積
m——由安裝連接條件決定的系數(shù)，可查表得知
E——活塞桿材料彈性模量，鋼材取E=2.1×10 Pa
F——材料試驗(yàn)強(qiáng)度值。鋼材取4.91×10 Pa
a——系數(shù)，鋼材取
——?dú)飧椎膲簵U穩(wěn)定極限力
——?dú)飧壮惺艿妮S向載荷，即氣缸的理論輸出推力
——?dú)飧椎膲簵U穩(wěn)定系數(shù)，一般取=2～6[13]
這樣根據(jù)已知?dú)飧壮惺艿妮S向負(fù)載活塞桿直徑以及按裝方式，計(jì)算出活塞桿的最大長度。若給定氣缸行程，則可計(jì)算出活塞桿的直徑。
按照上述要求，所使用的氣缸
而85=85×5=425，所以，按式，選擇活塞桿的長度。經(jīng)計(jì)算得活塞桿長度為L=353 mm
（5）缸筒壁厚的計(jì)算：一般來說氣缸缸筒的壁厚與內(nèi)徑之比
氣缸缸筒承受壓縮空氣的壓力，其壁厚可按薄壁筒公式計(jì)算： (7.9)
按公式計(jì)算出的壁厚都很薄，加工比較困難，實(shí)際設(shè)計(jì)過程中一般都需按照加工工藝的要求，適當(dāng)增加壁厚，盡量選用標(biāo)準(zhǔn)鋼管和鋁合金管。所以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取壁厚為7.5mm.
（6）緩沖裝置為內(nèi)緩沖和外部緩沖裝置，常用的內(nèi)部緩沖裝置有：緩沖氣腔、彈性墊或緩沖套，常用的外部緩沖裝置有液壓緩沖器，本次設(shè)計(jì)中選用內(nèi)緩沖裝置，在活塞兩側(cè)加緩沖套來進(jìn)行緩沖，并在活塞兩側(cè)加V型槽，以防壓力過大緩沖套直接沖上活塞上造成氣缸活塞損壞[17]。
7.2 連接與密封
7.2.1 缸筒與缸蓋的連接
缸筒與缸蓋的連接型式主要有拉桿式螺栓連接、螺釘式、缸筒螺紋、卡環(huán)等。我采用的是拉桿式螺栓連接，用拉桿式螺栓連接的結(jié)構(gòu)應(yīng)用很廣，結(jié)構(gòu)簡單，易于加工，易于裝卸。對(duì)于雙頭螺栓和螺紋連接，一般是四根螺栓，由于工作壓力為0.5較小，不用校核螺栓強(qiáng)度。
7.2.2 密封
氣缸密封的好壞，直接影響氣缸的性能和使用壽命，正確設(shè)計(jì)、選擇和使用密封裝置，對(duì)保證氣缸的正常工作非常重要。對(duì)密封元件的要求如下：密封性好，耐磨損，使用壽命長；穩(wěn)定性好，不易膨脹和收縮，難于溶解，不易老化及軟化；摩擦力??；密封件表面平整、光滑，無氣泡、雜質(zhì)、凹凸等缺陷。被密封表面粗糙度對(duì)密封元件的使用壽命有重要影響，表面粗糙度應(yīng)在左右。結(jié)構(gòu)簡單，成本低。
密封元件的材料：耐油橡膠、聚氨脂、夾織物橡膠、聚氯乙烯、灰鑄鐵或耐磨鑄鐵活塞環(huán)等。
密封元件的形狀：O型密封圈、Y形、小Y形、L形、J形、U形和V形密封圈以及金屬活塞環(huán)等。O形密封圈工作可靠，靜摩擦因數(shù)大，密封的結(jié)構(gòu)比較簡單，目前使用的范圍較廣，但其使用壽命比其他幾種稍低些。對(duì)于動(dòng)密封，小Y形密封圈應(yīng)用較廣，它的摩擦因數(shù)較其他幾種小，磨損后有自動(dòng)補(bǔ)償功能，使用壽命較高[21，22]。
我設(shè)計(jì)的活塞的密封結(jié)構(gòu)采用的是O型密封圈，密封可靠，結(jié)構(gòu)簡單，摩擦阻力小。O型密封圈安裝后，應(yīng)比被密封表面的內(nèi)徑或外徑分別大于或小于，如果預(yù)壓縮量太大，摩擦阻力會(huì)增大。
活塞桿的密封采用的也是O型密封圈形式，密封可靠，結(jié)構(gòu)簡單，安裝后O型密封圈內(nèi)徑應(yīng)比活塞桿小。
結(jié)束語
本次畢業(yè)課程設(shè)計(jì)，歷時(shí)三個(gè)月有余，終于宣告結(jié)束，同時(shí)也意味著四年的大學(xué)生活劃下了一個(gè)完滿的句號(hào)。在這短暫而又漫長的三個(gè)月中，我在吳晟老師的指導(dǎo)下，完成了氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)及鋸切系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
（1）這次設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)：在鋸切裝置的設(shè)計(jì)中，采用“V”字形擺臂，優(yōu)點(diǎn)是采用“V”字形擺臂在鋸切中更容易實(shí)現(xiàn)擺切動(dòng)作，并且對(duì)氣缸推力的要求??；夾緊缸的添加大大的提高了鋸切精度；導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)非常簡潔、非常實(shí)用：在普通實(shí)心圓柱鋼的基礎(chǔ)上加工一個(gè)平面，與導(dǎo)軌座靠螺釘把住。我們?cè)O(shè)計(jì)的氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)價(jià)格適宜，操作簡單，維修方便，故深受廣大中小型企業(yè)的愛戴。
（2）這次設(shè)計(jì)的不足之處：由于推動(dòng)力靠氣壓缸提供（氣壓源的不穩(wěn)定性），雖然添加了助推缸、夾緊缸，但是鋸切精度還是無法與電腦鋸相比。
（3）這次設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)：在與飛鋸機(jī)“相識(shí)、相知”的過程中，我深刻的認(rèn)識(shí)了、了解了飛鋸機(jī)。深知我國焊管行業(yè)還有待發(fā)展，當(dāng)然焊管行業(yè)最重要的設(shè)備：飛鋸機(jī)更加有待發(fā)展。
這次設(shè)計(jì)是對(duì)四年所學(xué)的一個(gè)總結(jié)，也為今后的工作做了鋪墊。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，學(xué)到了很多知識(shí)，雖然設(shè)計(jì)的是飛鋸機(jī)，但是對(duì)機(jī)床的了解也處類旁通，收益非淺。對(duì)設(shè)計(jì)的過程和步驟都有了更系統(tǒng)、更深刻的認(rèn)識(shí)，不但鞏固了所學(xué)的理論知識(shí)，還增加了許多實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，也是我深深地認(rèn)識(shí)到自己知識(shí)和能力的不足，這將激勵(lì)我在以后的學(xué)習(xí)中會(huì)更加努力，是自己不斷地充實(shí)、提高。
當(dāng)然，由于我們的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)有限，難免出現(xiàn)不足之處，望指導(dǎo)教師和其他關(guān)心我們的人給予批評(píng)指正。
致 謝
首先，感謝吳晟老師多日來的悉心指導(dǎo)，不辭辛勞。為我們指引前進(jìn)的方向，使我們?cè)谠O(shè)計(jì)遇到困難時(shí)能夠迎刃而解，順利的找到出路；在失敗時(shí)可以冷靜分析，最終獲得解決的方案；老師和藹的態(tài)度，使我們?nèi)玢宕猴L(fēng)；老師淵博的知識(shí)，給我們以教益；老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，給我們無形的感染；使我們?cè)诰o張的設(shè)計(jì)中能夠保持清醒的意識(shí)，深刻地思維，積極進(jìn)取，奮發(fā)向上。最終圓滿完成設(shè)計(jì)任務(wù)。
本次設(shè)計(jì)是整個(gè)大學(xué)學(xué)習(xí)的總結(jié)和深化過程。在大學(xué)學(xué)習(xí)中，我們系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了與機(jī)械相關(guān)的基礎(chǔ)課和專業(yè)課，并在金工實(shí)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)中，掌握了一定的生產(chǎn)實(shí)踐能力，加深了對(duì)以往所學(xué)知識(shí)的理解。而這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，不僅鞏固了我的實(shí)踐能力，進(jìn)一步加深了對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，更重要的是使我對(duì)如何進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臋C(jī)械設(shè)計(jì)有了很大的認(rèn)識(shí)。
畢業(yè)設(shè)計(jì)貫穿了所學(xué)的大多數(shù)專業(yè)課程，并且鍛煉了我們的計(jì)算機(jī)繪圖能力，這為我們的今后熟練運(yùn)用計(jì)算機(jī)打下了基礎(chǔ)。
本次設(shè)計(jì)經(jīng)歷了設(shè)計(jì)---修改---再設(shè)計(jì)的過程，反復(fù)多次的進(jìn)行。在此期間，通過吳晟老師耐心的指導(dǎo)，開闊了我的思路，學(xué)到了許多課堂上學(xué)不到的東西，從而使我進(jìn)一步地對(duì)本專業(yè)產(chǎn)生了濃厚的興趣。老師及時(shí)幫我解決了設(shè)計(jì)中遇到的問題，使我的設(shè)計(jì)得以順利的進(jìn)行。在這里我要再次感謝吳晟老師對(duì)我的幫助和關(guān)心。
同學(xué)的幫助也讓我受益匪淺，相互討論學(xué)習(xí)，不僅解決了問題，而且增進(jìn)了友誼，在此對(duì)他們表示感謝。
最后，在即將離開大學(xué)之際，對(duì)在大學(xué)學(xué)習(xí)生活中幫助過我的老師同學(xué)們致以真誠的感謝！
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 孫瑞岐，崔蕓．DYJ-97A-89 低噪音滾壓式飛鋸焊管[J]．1999 (9