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曲线锯设计


金华职业技术学院



曲线锯的设计说明书
专业:机械设计制造及其自动化

指导教师 课题名称

张建荣

组长

熊狄楠

组员

郑书楼 姜云晓 龚约 陆涛 张扬 林上红

曲线锯的设计



一、设计的主要技术参数 1,输入功率/电流(美线产品) 一般在 370W/3A~710W/6A 之间, 2,锯片的空载往复速率: 500~3200Min-1(从 1~6 档) 。 3,往复行程(Stroke) : 18MM~26MM。 4,最大切割深度

内 容 及 任 务

50 到 110MM。Makita 甚至标称锯木的最大切割能力达到 135MM。 5,抬刀功能 通常设定有 0,1,2,3 档 二、毕业设计图纸 1.整体装配图 2.控制原理图 3.各部零件图 三、设计说明书 1.说明书中文摘要 2.总体方案的分析与确定 3.电机及组件的选择 4.传动装置的设计 5.重要零部件的设计

III

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第 1 章 概述 ································ ································ ·······························1
1.1 曲线锯的简介 ··································· ··································1 ·································· 1.2 曲线锯的功能 ··································· ··································1 ·································· 1.3 曲线锯的分类 ··································· ··································1 ··································

第 2 章 电钻的总体设计方案 ······················· ······················· ······················2
2.1 曲线锯的结构及工作原理 ···························· ···························· ···························2 2.2 主要技术参数的确定 ······························· ······························2 ······························

第 3 章 电动机及电器元件的选择 ····················3 ···················· ····················
3.1 电动机的选择 ··································· ··································3 ·································· 3.1.1 单向串励电动机的结构和规格 ······················· ······················3 ······················ 3.1.2 单向串励电动机型号的选择 ························ ························ ·······················3 3.2 风扇的选择 ···································· ···································· ···································4 3.2.1 3.2.2 3.2.3 风扇的直径 ·································4 ································· ································· 叶片数 ···································· ···································· ···································4 叶片形状 ··································· ··································4 ··································

3.3 换向器的选择 ··································· ··································5 ·································· 3.4 电刷装置的选择 ·································5 ································· ································· 3.5 开关的选择 ···································· ···································· ···································6 3.6 电源线及护套的选择 ······························· ······························6 ······························

第 4 章 传动装置的设计 ························· 7 ························· ·························
4.1 往复传动的设计 ·································7 ································· ································· 4.2 减速齿轮的设计

第 5 章 三维建模结构设计补充说明 ··················· 8 ··················· ··················· 结论 ···································· 10 ···································· ····································
III

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第1章
1.1 曲线锯的简介

概述

主要用于切割金属和有色金属。切割金属时,切屑处理能力更强。锯齿较大(6,8 tpi),切割木材及其他木制品时效率更高。 碳钢曲线锯 用于切割各种木材及非金属。锯齿被磨尖,呈圆锥型,切割很快而且切屑处理能力 更强。

1.2 曲线锯的功能

高速钢制曲线锯
主要用于切割有色金属,木材和非金属 。

碳化粗砂曲线锯
用于切割化纤玻璃、瓷砖、复合材料、胶合布、大理石地砖等。超强抗热、抗磨损。 能切割其他锯片不能切割的物质。

曲线锯组套
与气锯配套使用。锯片长 3“,细齿距,适用于切割金属。被广泛使用于经营汽 车车身、消音器或其他金属成型工具的店铺。

1.3 曲线锯的分类 按结构型式
1、拎攀(Top Handle) 2、直筒式(Barrel)

从性能及功能
OPP—普通性能产品 MPP—中等性能产品 SCROLLING 功能 Laser/LED 曲线锯 PROFESSIONAL

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第2章

曲线锯的总体设计方案

2.1 曲线锯的结构和基本工作原理
结构上主要由:串激电机、减速齿轮、往复杆、平衡板、底板、开关、调速器等组成。

工作原理是:电机通过齿轮减速,大齿轮上的偏心滚套带动往复杆及锯条往复运 动进行锯割。

2.2 主要技术参数的确定
初步选定所设计的电钻主要技术参数列于表 2.1 中。 表 2.1 曲线锯主要技术参数
往复行程 18-26mm 最大切割深 度/ mm 50-100 额定电压 /V 220 输入功率 /W 400 锯片的空 载往复速率 500~3200 Min-1 额定输出功率 /W 300

第3章
3.1 电动机的选择

电动机及电器元件的选择

电动机是曲线锯的驱动源,可谓曲线锯的“心脏” 。不同的曲线锯使用的电动机种类规格 不尽相同,通常采用以下三种电动机:单相串励电动机、三相工频电动机和三相中频电动机。 其中使用最广泛的是单相串励电动机,据统计在交流电动工具中有 95% 使用这种电动机,其 特点是:转速高、体积小、重量轻、启动转矩大、过载力强等,适用于交、直流两种电源。 因为它的特点符合曲线锯体积小、重量轻等特点,故采用单相串励电动机。

3.1.1 单相串励电动机的结构和规格
单相串励电动机由定子、转子、电刷装置及风扇等部件组成,其中定子由定子铁心和定 子绕组构成,定子铁心是由硅钢片冲制成具有凸级的定子片叠压而成的,一般为 2 极,凸级

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上绕有励磁绕组。转子由转子铁心、电枢绕组、换向器及转轴等构成,转子铁心也是由硅钢 片冲制成具有槽的圆片叠压而成,转子冲片的槽形一般是半闭口槽,在槽内放置绝缘材料后, 在铁心上叠绕电枢线圈,线圈的进、出线端与整流子铜片相焊接。为简化工艺,转子铁心的 槽,一般与转轴轴线相平行,也可以叠装成斜槽形式。斜槽结构可使极面和电枢间的磁组变 化较小,在运行时可减小电动机噪声。[1]冷却风扇也装置在转子的转轴上。 本次设计的曲线锯所用的电动机将从这三档冲片中选择。这三挡冲片设计的电动机性能 数据列于表 3.1 中。表中数据来源于[1] 单相串励电动机性能数据表。 表 3.1 电动机性能数据表
定子 冲片
D1
(m m )

输出 功率
P ?w?

电 压
U

频 率
f

?V ?

电流 ?Hz? I ? A?

转矩 M t ?N ?m?

转速
n
r m in

效率
? ?% ?

功率 因数 co s ?

定子每 级匝数
W1

转子 每元 件匝 数W 2 36 27 20 17 13 10 8

实 槽 节 距
Y3

56 71

90

140 204 275 385 550 770 1250

220

50

1 1.57 2.1 2.71 4.1 5.42 8.05

0.096 0.136 0.22 0.278 0.53 0.557 0.938

14000 14300 12100 13200 9900 13200 12500

62.3 63.8 68 68.2 69 75

0.9524 0.939 0.955 0.917 0.936 0.94

247 197 185 138 134 116 8

4 4 5 5 9 9 8

定子 冲片
D1
(m m )

定子绕 组线规 d1 ? m m ? 0.33 0.38 0.49 0.55 2?0.49 2?0.55 2?0.64

转子绕 组线规
d2 ?mm ?

风扇直 换向器 径 直径 D B1 ? m m ? De
?mm ?

换 向 器 片 数 27 33

电刷长 度 ab ? cm ?

电刷宽 度
bb ? c m ?

定子内 径
D 1 2 ? cm ?

转子直径
D 2 ? cm ?

56 71 90

0.23 0.27 0.33 0.38 0.49 0.57 0.64

48 64 81 90

22 26

0.65 0.8

0.4 0.5

3.1 3.9

3.03 3.81

33

38

1.25

0.8

5.1

4.98

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定子冲片
D1 ( m m )

转子内径
D 22 ? c m ?

铁心长度
L ? cm ?

气隙长度
g ? cm ?

槽数
Z

转子齿宽

定子轭高

? cm ?
0.269 0.326 0.258

? cm ?
0.46 0.685 0.9

56 71 90

0.9 1.15 1.6

3.8 5 4.4 5.2 5.2 7.6

0.035 0.045 0.06

9 11 19

3.3 换向器的选择
换向器由许多梯形换向片相围而成。换向片与换向片间一般用云母片绝缘,换向片下部 两端半月槽内压制玻璃纤维酚醛压塑料,使各换向片能构成一体。换向片与转轴绝缘,并能 承受高速旋转产生的离心力。 有的换向器在压制时还放置金属或用增强尼龙制作的加强套圈, 以提高换向器在高速下的回转强度。 换向器按其每一换向片与绕组相应的线圈联接的形式可分为槽形换向器和钩形换向器。 沟形换向器的换向片端部有一舌形小沟,转子绕组引线绕在小钩上,点焊,连接质量好。换 向器内孔有金属衬套,与塑料压在一起,与轴配合结为一体;无套则结构简单,精度不高, 金属衬套与轴配合较差。换向片燕尾槽内设有钢制加强环,或用无纬玻璃带绕制的绝缘加强 环,机械强度较高;无环则强度一般。综合以上特点选择沟形加固型换向器,内孔结构有衬 套。其规格尺寸如表 3.4。 表 3.4
型号 DZQD-RA-D-441 结构 钩型加固 片数 24 内径
/ mm

外径
/ mm

总高
/ mm

片高
/ mm

沟长
/ mm

钩外径
/ mm

10

25.5

18.5

17.3

3.0

30

3.4 电刷装置的选择
电刷装置由电刷、刷握和弹簧等组成,其结构应能保证电刷能在正确的位置与换向器保 持连续不断的全面的良好接触,使其接触电压降保持恒定。 电刷装置按其结构形式可分为卡式、辫式和芯式。卡式结构是盘簧通过导电片把电刷压 在换向器表面,随着电刷的磨短,盘簧、导电片和电刷下移,当电刷磨损使得盘簧、导电片 被凹槽底部挡住,电刷就不再受压,电流不再导通,此时需更换新电刷。这种结构的电刷产 生火花等级在二级以内。辫式结构是压缩弹簧作用于电刷上,使之与换向器表面接触,弹簧 随着电刷磨短而伸长,同时电刷辫也逐渐伸直,当电刷磨至刷辫完全伸直时,弹簧不再对电 刷施压,此时电刷与换向器面脱离接触,电动机停转。芯式结构是在电刷内部埋有带反力弹 簧的圆柱塑料芯。当电刷磨到某一位置时,反力弹簧作用力使塑料芯冲破电刷面,同时电刷

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脱离换向器表面,电动机停转。[4] 上述三种结构中,前两种结构简单、易制作且成本低,但是电刷磨短至一定程度时,电 刷与换向器之间的火花就会增大,从而损坏换向器。芯式结构能弥补这一不足,但是加工要 求较高,成本也高。由于辫式结构较卡式结构可靠耐用,故选择辫式结构。 电刷也称为“碳刷” ,一般采用电化石墨制成,形状为长方形,上装有弹簧及引线。它由 刷架定位,用弹簧加一定压力使其与换向器面接触。电刷除接通转子绕组与定子绕组外还起 到电流换向作用。单相串励电动机有两个电刷,其位置相差 1 8 0 ? 。电刷与高速旋转的换向器 面接触是热动接触,且有一定压力,故电刷与换向器间存在着机械磨损的振动,电流换向时 产生火花使用不当时,火花会很严重,从而使换向器寿命大大缩短,影响电动工具正常工作。 选用电刷主要考虑它的温升,而温升与电刷电流密度及其与换向器之间压降密切相关,此外 还要考虑电刷硬度、磨损性能和惰性等因素。 电动工具用电刷常用的型号为 D374L,由表 3.2 可知电刷长度为 8mm,宽度为 5mm,根据 电刷规格、结构形式及性能表,查出所选电刷的规格及性能数据列于表 3.5 中,电刷的结构 如图 3.1 所示。 表 3.5
型号 /mm D374L 规格/mm l× r a×
5 ? 8 ? 16

导线 截面 /mm2 0.3

导线 长度 /mm 29

电阻率 /??· m 50

硬度 /HRC 90

电流密 度 /A· -2 cm 12

允许圆 周速度 /m·-1 s 50

使用压力 /kPa 19.6~39.2

1-电刷 2-引出线 3-弹簧

4-引线铜片

图 3.1 电刷结构简图

3.5 开关的选择
开关是曲线锯控制电动机的元件,其主要功能是接通和断开电源。为操作方便,开关一 般装在手柄内,因此要求开关结构紧凑、体积小、安全可靠、操作方便。由于开关直接与人 接触,为防止触电,开关、手柄、自锁按钮均采用绝缘塑料制造。目前电动工具常用的开关 有普通电源开关、正反转开关和无级调速开关三类。 选择的开关类型为电子调速开关, 并具有正反转功能, 带自锁机构。 根据[1]表 2-5 和[2] 表 1-15 得到开关的规格及性能数据如表 3.6 所示: 表 3.6

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型号

额定电压/V
: 380 ; 22

额定电流 /A

接线方式

触点类型

手柄类型

揿手种类

通断能力 /A

DZKE-A 0

5

接线柱

单级单断

扳机式

1

35

3.6 电源线及护套的选择
曲线锯在使用时经常移动,连接电源与工具的软电缆或软线要承受频繁的弯曲和扭转。 因此,工具的电源线在工具进线处除采用橡胶护套外,选用的软电缆或软线应柔软、不易扭 结的有较高的耐磨性。此外,还要求电源线轻便、色泽鲜艳。[1] 软电缆采用 QY 型轻型橡套软电缆,常用的规格有两芯电缆、三芯电缆和四芯电缆。电钻 是由单相电源供电,故采用两芯电缆,其规格见表 3.7。护套用在电源线进线处对软电缆或 软线进行保护。护套采用橡胶等弹性绝缘材料制造,它能承受 20000 次弯曲后不发生裂纹的 撕裂等缺陷;能承受试验电压为 2500V、频率为 50Hz、历时 1min 的耐电压试验。电动工具电 源线护套有 A 型和 B 型两种,该电钻选择 B 型护套,尺寸列于表 3.7 中。 表 3.7
配用的电源线 芯线 ? 标称截面 平均外径上限 a 芯线股数
27

b

c

d

?mm ?
2 ? 1 .0 0
8 .8

?mm ?
? 22
4

?15

? 9 .0

第4章
4.1 往复传动的设计

传动装置的设计

电动工具的往复运动装置,常采用曲柄滑块杆机构,在具体结构上有几种不同的形式, 在曲线锯中用到的是偏心齿轮与滑槽杆机构。其原理是将电机的转动通过齿轮先减速,再通 过机构将旋转运动变为往复运动。 曲线锯是利用齿轮的偏心转换为往复切割功能的工具。传动套绕着大齿轮的中心做圆周 运动,从而带动往复杆沿着上下滑块做上下往复运动。为了消除往复杆的上下运动而引起的 不平衡量,所以在设计是加平衡块,使整个机构的过程趋于平衡。而为了提高曲线锯的工作 效率,设计时加上一套抬刀装置。抬刀装置包括抬刀撞杆,滚轮架组件构成,机器在切割过 程齿轮的偏心摆动,带动抬刀撞杆的上下运动,对滚轮支架形成撞击,促使刀片进行恒易, 快速的切入工件中。完成横移后由回复弹簧复位。

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曲线锯的动平衡三个方面采取措施实现平衡: 电机转子必须进行严格动平衡,让转子的惯性力系主矢为零,惯性力主距也为零。必要 时在串接电机转子两头的滚珠轴承外套上减震橡皮圈。

4.1.2 减速齿轮的设计
减速齿轮室旋转件,两边各有偏心凸出部分,要使减速齿轮的质心尽量在轴心上,根据 质心不运动准则,满足: G 1r 1 ? G 2 r 2 ,那么,齿轮旋转时对轴承的动反里基本接近于零。 往复杆件的运动要有与之反向的平衡块,一个平衡块与刀架构成一组系统。系统的质心 满足不运动准则:
xc ? m 3 x 3 ? m 4 x 4 m 3 ? m 4 ?

常数

式中 xc 为往复运动系统的质心位置, x 3 为平衡块质心位置,m 3 为平衡块的质量,m 4 为 往复运动刀架和刀头的质量, x 4 为往复运动刀头及刀架的质心位置。

第 5 章 三维建模结构设计补充说明

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电动工具传动原理很简单,但是结构复杂,整机外壳大部分由曲面构成,由于二维工程 图表达复曲面结构的的局限性,借助三维软件辅助设计显得特别重要。在本次设计中,proe 发挥了重要作用。 部分二维图不便于表达的结构,在此用三维模型作一些补充展示和说明。

图 5.1 装配好的整机模型

图 5.2 外壳模型

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图 5.3 转子模型

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图 5.4 往复机构

图 5.5 开关模型

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本文所设计的曲线锯具有结构简单、体积小、质量轻、操作舒适及使用安全等特点。 通过提高电动机额定转速来提高单位重量出力;通过提高齿轮的加工精度、轴的绝缘工 艺及换向器的质量等来减小噪声和振动;采用人体工程学原理来设计曲线锯的外壳,使外壳 具有外表美观、质量轻、握持舒适等特点。本文设计的两大重点是传动装置的设计和外壳的 设计,尤其在传动装置的设计这一部分,运用了大量的计算公式和图表说明,涉及到许多机 械设计、机械原理和材料力学等方面的专业知识。 由于设计经验不足且水平有限,因此所设计的产品还有一些很值得改善的地方,与生产 实际也存在一定的差距,还需要更进一步的钻研。 通过设计有效的巩固了本专业的基础知识,同时还接触了不少新知识,拓宽了知识面, 使我受益匪浅


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