【文章內(nèi)容簡介】 有著豐富珍貴的寶玉石資源，開發(fā)利用寶玉石的歷史悠久，但是 我國玉石加工業(yè)起步晚發(fā)展快，玉石加工由一向的純手工完成到現(xiàn)在各種玉石加工機(jī)的廣泛的應(yīng)用，玉石加工業(yè)進(jìn)入了現(xiàn)代化新的發(fā)展階段。我國的玉石加工企業(yè)多，個(gè)體多，玉石加工技術(shù)發(fā)展迅速，隨著市場的需求的增加，而玉石作為一次性資源的不可再利用的特點(diǎn)，這就要求玉石加工機(jī)械隨之相應(yīng)發(fā)展。目前國內(nèi)有專業(yè)于設(shè)計(jì)制造寶石加工機(jī)械、寶石工具、寶石自動(dòng)化加工設(shè)備、寶石超聲波打孔設(shè)備以及寶玉石超聲波雕刻設(shè)備 的企業(yè)，比如廣州卓的寶玉石機(jī)械有限公司，廣州雄興寶石機(jī)械工具廠等。國內(nèi)玉石加工和國際上相比，主要的優(yōu)勢在于：由于我國玉石加工主要依賴人工，從開料、圈形、打磨、拋光幾乎都依賴手工，玉石加工的利用率和出成率較高，這對降低綜合成本有很大吸引力。因此，越來越多的國外寶石商都愿到中國來謀求發(fā)展，特別是中低檔寶石的加工。由此也可看出玉石加工機(jī)的市場也很大。玉石加工機(jī)產(chǎn)業(yè)緊跟市場的需求，不斷地引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)力量和生產(chǎn)設(shè)備，如計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、數(shù)控車床等，使玉石加工設(shè)備的自動(dòng)化程度不斷提升。目前數(shù)控技術(shù)以應(yīng)用于玉雕加工，玉雕 制作工具從最初的完全手工制作到機(jī)器協(xié)助雕刻，一直到現(xiàn)在的電腦玉雕機(jī)自動(dòng)雕刻，其間經(jīng)歷了巨大的進(jìn)步，其制作效果和生產(chǎn)效率也得到了成倍的改善。 國際上寶玉石業(yè)是發(fā)展速度最快的幾種行業(yè)之一。報(bào)導(dǎo)，五十年代末期，世界年產(chǎn)寶玉石的價(jià)值約為 2 億美元，但僅僅過了三十年，到 1989 年國際寶石總貿(mào)易額就達(dá)到了 720億美元以上， 2021 年達(dá)到 1000 億美元以上，市場需求與價(jià)格水平依然成倍上升，堅(jiān)挺不衰。國外玉石加工產(chǎn)業(yè)的自動(dòng)化水平比國內(nèi)的普遍要高，國內(nèi)的寶玉石加工生產(chǎn)已具相當(dāng)大的規(guī)模和實(shí)力，已經(jīng)引起了國外珠寶商的高度關(guān)注，外商 欲尋求國內(nèi)加工業(yè)比較集中、能提供綜合服務(wù)的、信譽(yù)度較好的寶石加工區(qū)域一體化的市場格局已經(jīng)成為追在眉睫的現(xiàn)實(shí)。 玉石加工的基本操作總的來說是鋸割、琢磨、拋光、上蠟四個(gè)步驟，而目前玉石加工機(jī)械的應(yīng)用都能覆蓋這些操作過程，比如卓的品牌的開料機(jī)、自控單驅(qū)動(dòng)磨珠機(jī)、倒角機(jī)、六角滾桶拋光機(jī)、無級調(diào)速成型機(jī)、微型高速鉆鉆孔機(jī)、微型高速鉆孔機(jī)、超聲波寶玉石自動(dòng)雕刻機(jī) /超聲波寶玉石自動(dòng)打孔機(jī)超聲波自動(dòng)雕刻機(jī) (打孔、清洗 )機(jī)、真空灌膠桶等完全使玉石加工由手工生產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械加工。 玉石切割機(jī)的應(yīng)用 玉石切割機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制作 2 玉石切割機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中 的應(yīng)用非常普遍，南陽作為寶玉石資源與玉雕產(chǎn)業(yè)的大市，南陽珠寶玉石產(chǎn)業(yè)的從業(yè)人員 35 多萬，加工廠家 1 萬多家，有各類技術(shù)職稱的約200 人，年產(chǎn)值 40 多億人民幣，年出口珠寶玉器占河南同類產(chǎn)品的 80％以上，已經(jīng)形成了南陽的特色經(jīng)濟(jì)。由此在玉石切割機(jī)的應(yīng)用方面對于本人的畢業(yè)設(shè)計(jì)的參考有著重要的優(yōu)勢。 本次設(shè)計(jì)的目的和意義 通過本次玉石切割機(jī)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與制作，可以全面檢驗(yàn)學(xué)生對本專業(yè)相關(guān)基礎(chǔ)專業(yè)知識(shí)、機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)知識(shí)的掌握情況，培養(yǎng)和提高學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)切割機(jī)械的能力，學(xué)會(huì)理論聯(lián)系實(shí)際，提高綜合知識(shí)應(yīng)用能力，通 過獨(dú)立完成設(shè)計(jì)內(nèi)容，為學(xué)生畢業(yè)后從事機(jī)械方向的生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、管理工作做好技術(shù)準(zhǔn)備，為未來就業(yè)打下重要的基礎(chǔ)。 本課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 本課題通過對玉石切割機(jī)總體及傳動(dòng) 機(jī)構(gòu)進(jìn)行工藝性分析，設(shè)計(jì)并制造了玉石切割機(jī)。 首先， 對玉石切割機(jī)機(jī)進(jìn)行了初步的選擇且闡述了它的的結(jié)構(gòu)與工作原理，然后對其主要參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與計(jì)算并對其主要結(jié)構(gòu)件進(jìn)行了受力分析，對一些零件 的 強(qiáng)度與剛度也進(jìn)行了分析，然后又對部分零件的加工工藝進(jìn)行了編制，制造并裝配了所設(shè)計(jì)機(jī)器。手工繪制了設(shè)計(jì)圖紙一套，包括部分零件圖、產(chǎn)品總裝配圖。 在設(shè)計(jì)過程中充 分利用了 CAD 軟件輔助設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)過程更加快捷 ,設(shè)計(jì)結(jié)果更加準(zhǔn)確。 2 玉石切割機(jī)切割部分的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)要求 本產(chǎn)品要求切割刀具能不停機(jī)時(shí)的加工，且能實(shí)現(xiàn)無級變速，切割后的玉石件厚薄度誤差不超過 毫米。 方案設(shè)計(jì) ，即刀片的選取 經(jīng)過市場調(diào)研，選取直徑為 510mm 的金剛石刀片 ,轉(zhuǎn)速約為 1000，故所需電機(jī)的最小功率為 . 3 傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì) 玉石切割機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制作 3 電機(jī)的選取 根據(jù)刀片的切割要求選取 Y系列 三相異步 電動(dòng)機(jī) ，這是因?yàn)?Y系列電動(dòng)機(jī)是全封閉自冷式鼠籠型三相異步電動(dòng)機(jī)。它集中了國內(nèi)外的先 進(jìn)技術(shù)，是全國統(tǒng)一設(shè)計(jì)的新系列產(chǎn)品。 Y 系列電機(jī)具有高效、節(jié)能、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩高、噪聲小、可靠性高、壽命長等優(yōu)點(diǎn)。安裝尺寸和功率等級完全符合 IEC 標(biāo)準(zhǔn)。采用 B 級絕緣，外殼防護(hù)等級為 IP44，冷卻方式為 IC411。 Y系列電機(jī)，額定電壓為 380V，額定頻率為 50Hz， 3kW 及以下為 “Y”接法， 4kW 以上為 “△”接法。 Y系列電機(jī)用于一般無特殊要求的機(jī)械設(shè)備，如風(fēng)機(jī)、水泵、機(jī)床、攪拌機(jī)等。 本次設(shè)計(jì)選取功率為 的 Y90s4型號的三相異步 電動(dòng)機(jī) ，具體參數(shù)如下： 電流： A 電壓： 380V 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩： 額定功率： 效率： ﹪ 額定轉(zhuǎn)速： 1400 r/min 功率因數(shù)： 頻率： 50 Hz 額定轉(zhuǎn)矩： 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 帶傳動(dòng)的主要失效形式是打滑和帶的疲勞破壞，因此，帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是：在保證帶傳動(dòng)不打滑的前提下，具有一定的疲勞強(qiáng)度和壽命。 為保證帶不出現(xiàn)打滑，必須限制帶所傳遞的圓周力，使之不超過最大有效拉力，即eF ≤ maxeF ；為保證 V帶有足夠的壽命，必須使帶工作時(shí)的最大應(yīng)力小于或等于帶的許用應(yīng)力，即 ][max ?? ? 。根據(jù)既不打滑又有一定疲勞壽命這兩個(gè)條件，在特定的條件下得到的單根 V帶所能傳遞的功率稱為單根 V 帶的基本額定功率。 通常情況下設(shè)計(jì) V帶傳動(dòng)時(shí)已知的原始數(shù)據(jù)有： ① 傳遞的功率 P； ② 主動(dòng)輪、從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速 、 ； ③ 傳動(dòng)的用途和工作條件； ④ 傳動(dòng)的位置要求，原動(dòng)機(jī)種類等。 玉石切割機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制作 4 設(shè)計(jì)內(nèi)容 主要包括：帶的型號、基準(zhǔn)長度、根數(shù)、傳動(dòng)中心距、帶輪直徑及結(jié)構(gòu)尺寸、軸上壓力等。 確定設(shè)計(jì)功率 根據(jù)傳遞的功率 P、載荷的性質(zhì)和每天工作的時(shí)間等因素來確定設(shè)計(jì)功率 PKP Ad ? kW,kW 式中 P ——傳遞的額定功率， kW ； AK ——工作情況系 數(shù)。 由機(jī)械設(shè)計(jì)第 108 頁表 77 查得工作情況系數(shù)為 AK =,則功率為 = PKA == kW 選擇帶型 根據(jù)設(shè)計(jì)功率 dP 和小帶輪轉(zhuǎn)速 1n 由 圖 。 圖 31 普通 v帶選型圖 玉石切割機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制作 5 圖 32 窄 v 帶選型圖 由上圖可選得帶的型號為 Z 型普通 V 帶。 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑 1d 和 2d (1) 小帶輪的基準(zhǔn)直徑 1d 初選帶輪直徑愈小，結(jié)構(gòu)愈緊湊，但帶的彎曲應(yīng)力增大，壽命降低，而且?guī)У乃俣纫步档?，單根帶的基本額定功率減小，所以小帶輪的基準(zhǔn)直徑 1d 不宜選得太小。 由機(jī)械設(shè)計(jì)第 109 頁表 78 查得 1d 不大于 80mm，所以可取 1d =71mm。 (2) 驗(yàn)算帶的速度 v 由 來計(jì)算帶的速度 v ，并滿足 max/5 vvsm ?? 。對于普通 V 帶，smv /30~25m ax ? ；對于窄 V帶， smv /40~35m ax ? 。如 maxvv? ，則離心力過大，即應(yīng)減小 1d ；如 v 過小 ( smv /5? )，這將使所需的有 效圓周力 eF 過大，即所需帶的根數(shù)過多，于是帶輪的寬度、軸徑及軸承的尺寸都要隨之增大，故 v 過小時(shí)應(yīng)增大 1d 。 所以根據(jù)公式可算得： 100060?? nv d?? = sm /???? ,故滿足上述帶速要求。 玉石切割機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制作 6 (3) 計(jì)算從動(dòng)輪的基準(zhǔn)直徑 2d 12 dd idd ? = ， 其中 i 傳動(dòng)比，其值等于電機(jī)轉(zhuǎn)速與刀片轉(zhuǎn)速之比，即? ， 查表可取 2d =100 mm 確定中心距 0a 和帶的基準(zhǔn)長度 帶傳動(dòng)的中心距如過大，會(huì)引起帶的抖動(dòng)，且傳動(dòng)尺寸也不緊湊；中心距如過小，帶的長度愈短，帶的應(yīng)力變化也就愈頻繁，會(huì)加速帶的疲勞破壞，當(dāng)傳動(dòng)比較大時(shí)，中心距太小將導(dǎo)致包角過小，降低傳動(dòng)能力。 如果中心距未給出，可根據(jù)傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)需要按下式給定的范圍初定中心距 0a )(2)( 21021 dddd ddadd ???? （式 1） 0a 取定后，根據(jù)帶傳動(dòng)的幾何關(guān)系，按下式計(jì)算所需帶的基準(zhǔn)長度 02212100 4 )()(22 addddaL ddddd ????? ? (式 2) 根據(jù) 上式 選取相近的基準(zhǔn)長度 dL ，再根據(jù) dL 來計(jì)算實(shí)際中心距。帶傳動(dòng)實(shí)際中心距 a 用下式計(jì)算 )( 2 BAAa ??? 式中 mmddLA ddd 8 )(4 21 ??? ? ； mmddB dd 8 )(212 ?? ； 由于帶傳動(dòng)的中心距一般是可以調(diào)整的，故可近似計(jì)算 2 00 dd LLaa ??? 考 慮 到 安 裝 調(diào) 整 和 張 緊 的 需 要 ， 實(shí) 際 中 心 距 的 變 動(dòng) 范 圍dLaa in ?? dLaa ax ?? 因此，由 （ 式 1）得 0 ?? a ，故取 mma 2500 ? 。 有（ 式 2）得 ?dL ，由機(jī) 械設(shè)計(jì)第 96 頁表 72 查得帶的基準(zhǔn)長度800?dL ， 玉石切割機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制作 7 故可近似計(jì)算 2642 00 ???? dd LLaa 驗(yàn)算小帶輪包角 1a 根據(jù)包角計(jì)算公式及對包角的要求，應(yīng)保證 001201 120~9060180 ???? a dda dd 如 1a 太 小，則應(yīng)增大中心距 a ，或增設(shè)張緊輪。 經(jīng)算得 01 ?a ，因此，滿足要求。 確定帶的根數(shù) z 根據(jù)給出的單根 V 帶的基本額定功率是在特定條件下（ ? ＝ 180176。、特定的基準(zhǔn)長度）得出的，實(shí)際工 作條件與上述條件不同時(shí)，應(yīng)對 1p 值進(jìn)行修正，以求得實(shí)際工作條件下，單根 V 帶的許用功率 [ 1p ]，其計(jì)算公式為 LaKKppp )(][ 111 ??? KW （ 式 3） 式中 1P? —— 基本額定功率增量。由于 1?i 時(shí)，帶在大帶輪上的彎曲應(yīng)力較小，故在壽命相同的條件下，可增大傳遞的功率。 aK —— 包角系數(shù)，考慮 180?a 時(shí)對傳動(dòng)能力的影響 LK —— 長度系數(shù)，考慮帶的基準(zhǔn)長度不為特定長度時(shí)對傳動(dòng)能力的影響 V 帶的 根 數(shù) Ladd KKPPPPPz )(][111 ???? （ 式 4） 在確定 V 帶的根數(shù)時(shí)，為了使各根 V 帶受力均勻，根數(shù)不應(yīng)過多，一般以不超過 8～10 根為宜，否則應(yīng)改選帶的型號，重新計(jì)算。 由 kwP ? , kwP ?? ,再根據(jù)（ 3）式得 單根 V 帶的許用功率 [1p ]，由 （式 4）得 V 帶的根數(shù) ?z ，因此 V 帶的根數(shù)應(yīng)取 5 確定帶的初拉力 單根 V 帶所需的初拉力為 NqvzvKPKFada )(500 20 ????? 玉石切割機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制作 8 由于新帶容易松弛，所以對非自動(dòng)張緊的帶傳動(dòng)，安裝新帶時(shí)的初拉力應(yīng)為上述初拉力的 倍。 在帶傳動(dòng)中， 初拉力 是通過在兩帶輪的切點(diǎn)跨距的中點(diǎn) M 處，加上一個(gè)垂直于兩輪上部外公切線的適當(dāng)載荷 G，使沿跨距每長 100 mm 所產(chǎn)生 的撓度 y 為 mm來控制的。 G 值可查閱有關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊。 計(jì)算對軸的壓力 QF 為了設(shè)計(jì)安裝帶傳動(dòng)的軸和軸承，必須確定帶傳動(dòng)作用在軸上的徑向壓力 QF 。如果不考慮帶的兩邊拉力差，則壓軸力可近似地按帶兩邊的初拉力的合力來計(jì)算，由圖34 可得 ： NzFF Q in2 10 ?? ? NazFF in3 1m a x ?? 由以上算得的數(shù)據(jù) 可查得本次設(shè)計(jì)帶輪的外徑 ，