便攜式電鋸的設(shè)計(jì)

便攜式電鋸的設(shè)計(jì)摘要隨著科技水平的提高，裝備的研發(fā)和生產(chǎn)得到了多種新型機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的支持，為其提供了可靠的保障。在未來的工作中，我們需要更加高效地運(yùn)用各種先進(jìn)技術(shù)來完成各項(xiàng)任務(wù)，提高工作效率。在社會(huì)發(fā)展的進(jìn)程中，運(yùn)用各種工具來降低工作負(fù)擔(dān)，是一項(xiàng)至關(guān)重要的方向。在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域中，許多先進(jìn)制造工藝都與工具有直接關(guān)系，而其中最為顯著的就是伐木鋸機(jī)械技術(shù)。伐木鋸機(jī)械，是一款集機(jī)械、電子、自動(dòng)化于一身的獨(dú)特工具，其獨(dú)特之處在于能夠獨(dú)立實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作。便攜式電鋸是一種高效伐木鋸設(shè)備。為能夠開發(fā)出更先進(jìn)、更方便的手持高枝鋸對(duì)其選型設(shè)計(jì)有很大的研究意義。為解決日常生產(chǎn)生活中高空作業(yè)及高強(qiáng)度作業(yè)的問題，本人結(jié)合大學(xué)期間學(xué)習(xí)到的專業(yè)知識(shí)設(shè)計(jì)了一種便攜式電鋸。在本次設(shè)計(jì)過程中，需要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的電動(dòng)機(jī)和蓄電池的型號(hào)，在選擇蝸輪蝸桿時(shí)，應(yīng)充分考慮可能由于蝸桿過長(zhǎng)造成軸心偏離、傳動(dòng)不平穩(wěn)、噪音大等問題。關(guān)鍵詞：便攜電鋸；手持；蝸桿

目錄第1章緒論 [8]。由式m2d1≥KT2（480Z2σH）2（1）確定作用在蝸輪的上的扭矩T2T2=T1×（2）確定載荷系數(shù)K因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布系數(shù)Kβ=1；根據(jù)工作類型選取使用系數(shù)KA=1.2；動(dòng)載系數(shù)KVK=KAKVKβ=1.2×（3）確定蝸輪齒數(shù)ZZ2（4）確定許用接觸應(yīng)力[σ（5）計(jì)算m2d1值m2d1≥1.25×43T1（因Z1=2，故從表中取模數(shù)m=2，蝸桿分度圓直徑d3.2.4蝸桿和蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸（1）中心距a=d1+（2）蝸桿蝸桿頭數(shù)：Z=1，模數(shù)：m=2分度圓直徑：d1=22.4mm，喉圓直徑：da1齒頂高：ha1齒根高：hf1齒高：h1齒寬：b1表3.1蝸桿參數(shù)表名稱符號(hào)數(shù)值名稱符號(hào)數(shù)值頭數(shù)Z1模數(shù)m2齒根圓直徑d17.6mm喉圓直徑d26.4mm分度圓直徑d22.4齒頂高h(yuǎn)2mm齒高h(yuǎn)4.4mm齒根高h(yuǎn)2.4mm（3）蝸輪齒數(shù)：Z分度圓直徑：d2=mZ2喉圓直徑：da2=d2齒頂高：ha2=（da2?d2）/2=齒根高：hf齒高：h2蝸輪齒根圓直徑：df2=d2頂圓直徑：de2≤d齒寬：b2≤0.75表3.2蝸輪參數(shù)表名稱符號(hào)數(shù)值名稱符號(hào)數(shù)值齒數(shù)Z69模數(shù)m2分度圓直徑d138mm喉圓直徑d141.6mm齒頂高h(yuǎn)1.8齒根高h(yuǎn)3.6mm齒高h(yuǎn)5.4mm齒根圓直徑d130.8頂圓直徑d144mm齒寬b18mm由于其與蝸輪之間存在較高的滑移速率，其破壞方式以嚙合、點(diǎn)蝕、磨損為主，極少數(shù)出現(xiàn)屈曲斷裂。所以，在封閉型齒輪中，一般以蝸輪齒面的嚙合與點(diǎn)蝕為依據(jù)。圖3.2蝸輪示意圖3.2.5蝸輪蝸桿受力分析電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩:T1=9550Pn（作為參數(shù)）（式3-2蝸輪轉(zhuǎn)矩:T2=蝸桿圓周力（蝸輪軸向力）FtF蝸桿傳動(dòng)效率:η1蝸桿軸向力（蝸輪圓周力）:Fx1=?蝸桿徑向力（蝸輪徑向力）:F法相力:F3.2.6校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度σσ由于σH<[蝸桿軸的最大撓度：yE彈性模量E=207000N/mm2L蝸桿兩支撐的跨距：L=（1.3-1.5）a=112mmII=ylim極限撓度調(diào)質(zhì)蝸桿：ylimTyylimy因此，該蝸輪的剛性達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。由這只蝸桿的最大撓度，可求出該電機(jī)的最大輸出扭矩：T3.3軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算3.3.1選擇材料主軸材質(zhì)是45＃鋼，表面要使用到淬火工藝。齒輪的軸向確定方位使用套筒以及軸肩。軸的輸入端直徑D=200mm（毫米）。3.3.2軸的受力分析蝸桿所在軸的受力分析：圖3.3蝸桿所在軸的受力分析示意圖蝸輪所在軸的受力分析：圖3.4蝸輪所在軸的受力分析示意圖軸承支撐反力：（1）在Xz平面上：RAx=RDz（2）在Yz平面上：RAy=（3）在Xy平面上：RDy=所以：（T1RRRR3.3.3軸強(qiáng)度計(jì)算公式為：d≈3104M式中：M——彎矩NT——轉(zhuǎn)矩N13支反力、彎矩圖、轉(zhuǎn)矩圖如上圖所示蝸桿所在軸的強(qiáng)度計(jì)算：d≈3d≈3由于參數(shù)T1的范圍是T1≤7.14N?m，但軸強(qiáng)度計(jì)算可知蝸桿軸直徑是17mm，蝸輪所在軸直徑為35mm只使用于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩小于等于1.553.3.4軸的剛度計(jì)算在設(shè)計(jì)蝸輪蝸桿時(shí)蝸桿軸的剛度已經(jīng)校核，在此只校核蝸輪所在軸的剛度。表3.3撓度與偏轉(zhuǎn)角撓度y安裝蝸輪的軸[y]=（0.02-0.05）mt偏轉(zhuǎn)角[θ安裝齒輪的軸[θ等截面軸的撓度和偏轉(zhuǎn)角的計(jì)算公式：ymax=Fav1v1=b13I=πd464支點(diǎn)A：θ支點(diǎn)B：θy由于支點(diǎn)A的偏轉(zhuǎn)角大于支點(diǎn)B的偏轉(zhuǎn)角，所以由支點(diǎn)A的偏轉(zhuǎn)角來校核支點(diǎn)A：θ=Fr因此蝸輪所在軸剛度滿足要求。3.4軸承壽命校核3.4.1軸承類型的選擇滾動(dòng)軸承是廣泛使用的現(xiàn)代機(jī)器零件。根據(jù)軸承中摩擦性質(zhì)的不同，可以把軸承分為滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)軸承兩大類。與滑動(dòng)軸承比較，由于滾動(dòng)軸承的摩擦因數(shù)小，動(dòng)力消耗少，易于啟動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，所以滾動(dòng)軸承已標(biāo)準(zhǔn)化，因此，滾動(dòng)軸承的使用，只要根據(jù)軸承類型和尺寸的正確選擇特定的工作條件，再根據(jù)承載能力驗(yàn)算軸承。因?yàn)檩S承需要承受較大的軸向載荷以及徑向載荷，并且能夠在較高轉(zhuǎn)速下正常工作，因此我決定采用一對(duì)角接觸球軸承。連接曲柄的軸上的角接觸軸承壽命校核：已知軸上齒輪所受力有：圓周力Fte=625.8T1;徑向力Fre=227.77T1;軸向力Fae=89.17T1齒輪轉(zhuǎn)速:n=2300/min；齒輪分度圓直徑:d=138mm；軸承預(yù)期壽命:Lh3.4.2兩軸承的徑向載荷Fr1和Fr2FFFr1H3.4.3兩軸承的計(jì)算軸向力Fa1和Fa2通過對(duì)蝸輪受力分析得知產(chǎn)生軸向力朝向軸承2的方向，所以根據(jù)受力平衡知：Fa1=0，F(xiàn)a2=Fae=89.17T13.4.4求軸承當(dāng)量動(dòng)載荷P1和P2其中(e1=0.401e2=0.422)FF查表得X1=1Y1=0;X2=1Y2=0PP3.4.5驗(yàn)算軸承的壽命因?yàn)镻2>P1，所以按軸承2的受力大小驗(yàn)算：LT1為參數(shù)其范圍:0.764-7.14N?Lhmin=546630所以軸承滿足壽命要求。如果想要提高軸承的性能以及使用壽命，軸承的滾動(dòng)體與滾道就必須要有合理的空隙，否則會(huì)降低軸承的使用壽命，也會(huì)降低其工作性能。軸承使用油脂潤(rùn)滑。油脂潤(rùn)滑具有高的潤(rùn)滑強(qiáng)度，能夠承載大的負(fù)載，不會(huì)有損耗，易于密封，一次加油脂能夠保持很長(zhǎng)的一段時(shí)間，適用于一些不方便頻繁加入潤(rùn)滑劑的地方，或者是不允許潤(rùn)滑油損耗而導(dǎo)致對(duì)產(chǎn)品造成污染的工業(yè)機(jī)器。3.5管螺紋管螺紋是指為實(shí)現(xiàn)管道連接而設(shè)計(jì)的螺絲，由于受到子壁厚限制及密封要求，與緊固螺絲存在較大差異，其規(guī)格系列也跟管道規(guī)格系列相對(duì)應(yīng)。目前國(guó)際上使用的管螺紋主要分為兩種，一種是55度惠氏管螺紋，英國(guó)人所創(chuàng)，目前主要用于歐洲和英聯(lián)邦各國(guó)，并已被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織所采納；一種是60度布氏管螺紋，主要用于美國(guó)人，主要用于北美洲和美國(guó)工業(yè)。通常使用的是55度的管螺紋，因此我選擇的是55度的管螺紋。3.6鋸桿的穩(wěn)定性校核桿的柔度：壓桿為一端固定，另一端自由?。害?2Iλ=頂桿材料：λ1因?yàn)棣?gt;λ1計(jì)算臨界力：Pc所以此桿穩(wěn)定性合適。3.7鏈鋸的結(jié)構(gòu)鏈?zhǔn)戒徢邢鳈C(jī)構(gòu)，它適用于活動(dòng)鋸切，例如用于伐木的油鋸和用于打枝作業(yè)的小手持式高枝鋸機(jī)。鋸鏈?zhǔn)降那邢鳈C(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)更多的切割面，更大的樹枝的直徑，更小的鏈導(dǎo)板，與圓弧面的鋸切模式相匹配。圖3.5鋸頭的示意圖鋸頭的CAD圖：圖3.6鏈鋸的結(jié)構(gòu)

結(jié)論通過對(duì)整體的設(shè)計(jì)計(jì)算，再加上設(shè)計(jì)完成后的實(shí)際工作效果，對(duì)電鋸作出以下結(jié)論：首先，在設(shè)計(jì)之前，將手鋸換為電鋸，以電力為能源，將整個(gè)花園的能源消耗，降到最低。而且電機(jī)的噪聲，比汽油發(fā)動(dòng)機(jī)要小很多。地面的晃動(dòng)，也小了很多，這對(duì)花匠們的工作，絕對(duì)是一種極大的改善。同時(shí)，整個(gè)高樹枝鋸齒的重量也減輕了不少，更加的方便。其次，在電鋸頭部的選取上也有很大的進(jìn)步。在此以前，綠化工程中所使用的大部分都是帶齒的鋸條，這種鋸條不但工作效率低下，并且在使用過程中容易產(chǎn)生損耗，造成了較高的費(fèi)用。此次設(shè)計(jì)，將常規(guī)的齒輪鋸改為鏈條鋸，不但可以提升高樹枝鋸的工作效率，還可以比齒輪鋸更持久，可以長(zhǎng)期連續(xù)工作，極大地滿足了園藝工人的需要。但是，本次設(shè)計(jì)仍然存在著一些缺陷：在設(shè)計(jì)的過程中，存在了一些數(shù)據(jù)缺乏的問題。由于時(shí)間的限制，在傳動(dòng)軸的選擇過程中，由于缺乏實(shí)際數(shù)據(jù)的采集和樹枝直徑的計(jì)算，我們只能通過閱讀書籍并按照理論選擇傳動(dòng)軸，這可能會(huì)對(duì)高枝鋸的實(shí)際工作產(chǎn)生一定的影響，因?yàn)槔碚摂?shù)據(jù)并不適用于所有工作。只有將理論和實(shí)踐相結(jié)合，才可以更完美。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，更加深了我對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的感性認(rèn)識(shí)和理性認(rèn)識(shí)，也提高了我自己的動(dòng)手能力，獨(dú)立思考能力和解決實(shí)際問題的能力，同時(shí)也培養(yǎng)了我們的團(tuán)隊(duì)合作精神，使我們認(rèn)識(shí)到和他人協(xié)作的重要，為我們將來步入社會(huì)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我更加清醒的意識(shí)到：學(xué)校培養(yǎng)我們是為讓我們學(xué)以致用，將所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐并將其轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。我們?cè)诠ぷ骱蛯W(xué)習(xí)中，要不斷用理論指導(dǎo)實(shí)踐，以實(shí)踐檢驗(yàn)理論，在反復(fù)的學(xué)習(xí)與實(shí)踐中不斷摸索，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，積累教訓(xùn)，從而不斷提高和完善自己，并以自己的實(shí)際行動(dòng)回報(bào)老師回抱社會(huì)，為祖國(guó)的建設(shè)盡上自己的一份力量。參考文獻(xiàn)濮良貴.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].高等教育出版社，2019.郭克希.王國(guó)建.機(jī)械制圖[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2014.張建民.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)(第五版)[M].高等教育出版社，2020.霍光青.王乃康.立木整枝機(jī)設(shè)計(jì)方法與主要參數(shù)的研究[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2007.丁洪生.榮輝.機(jī)械原理[M].北京理工大學(xué)出版社，2016.康積龍.多功能園藝修枝機(jī)械手臂的設(shè)計(jì)與特性分析[J].森林工程，2019.孫慧.新型機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究[J].農(nóng)村牧區(qū)機(jī)械化，2018.吳宗澤.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].高等教育出版社，2018.關(guān)慧珍.機(jī)械制造裝配設(shè)計(jì)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2013.馬殿良.飛刀開路法加工蝸輪工藝研究[D].大連理工大學(xué),2017.張建華.精密與特種加工技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.胡文威.\o"LJMG201607007"基于Ansys/Ls-dyna的樹枝鋸切模擬仿真[J].林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2016.中國(guó)機(jī)械化科學(xué)研究委員會(huì).農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.朱權(quán).園林綠化機(jī)械設(shè)備的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].現(xiàn)代園藝，2011.陳卓.機(jī)械安全技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)分析[J].沈陽產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院，2012.霍光青.螺旋升降式立木整枝機(jī)的研究[D].北京林業(yè)大學(xué),2008.JensPeterSkovsgaard，\o"STJDDECE2609F292EAB88B2B02DE0745C44F"High-pruning

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