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小径级原木六棱柱体成型机的设计与仿真

作　者: 邓文正
导　师: 曹平祥
学　校: 南京林业大学
专　业: 木材科学与技术
关键词: 小径木六棱柱体成型机模态分析运动学分析
分类号: TS652
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

小径级原木通常采用毛边、整边、梯形、三角形下锯法制材，将原木加工成毛边板、整边板、梯形板与三角形，出材率为30-55%，存在出材率低与工序多等不足。为此提出新型大断面六棱柱集成材生产工艺：小径级原木经过双侧齐边、六棱柱毛方加工与接长等工序之后，采用六棱柱体精准成型机，制备成等规格断面的六棱柱体，然后胶拼成大断面六棱柱体集成材。可见，小径级原木六棱柱体精准成型机是新型六棱柱集成材加工的关健设备。本文主要内容和结论如下：（1）分析了小径级原木六棱柱体精准成型工艺，在此基础上提出成型机床布局并将其分成三部分进行设计：斜向40.89°移动的压辊定位机构，链轮驱动的针刺履带进给机构，换刀和主轴水平偏移同时进行的四轴切削机构。（2）制定了小径级原木六棱柱体精准成形机的技术参数和结构参数，介绍了运动参数、动力参数、主轴参数的计算方法，并依照所述方法求得的参数值：水平铣刀所需电机功率为3kW；立轴铣刀所需电机功率5kW，此时刀刃上径向力和切向力分别为：F=110.8N，Fr=98.6N。以此作为结构设计和立轴切削机构的模态仿真分析的依据。（3）运用虚拟样机技术，在Solidworks软件环境下对小径级原木六棱柱体精准成型主要零部件进行了建模，并分别装配成定位机构、进给机构与切削机构。通过排除装配体中存在的干涉，最终获得成型机整机装配体，为后续的机构分析做了准备。（4）运用有限元分析模块Simulation的频率分析功能对立轴铣销机构装配体进行了模态分析，获得了装配体的五阶固有振动特性，包括各阶模态振型和固有频率，并根据主轴转速与频率的关系得出了各阶固有频率对应的转速。分析表明当刀具转速6000r/min小于共振时的一阶临界转速10440r/min，因此工作时不会发生共振，能够满足设计要求。（5）运用运动学分析模块Solidworks Motion对圆锥齿轮传动结构啮合运动过程进行了仿真，并对驱动齿轮（齿数为18）和从动齿轮（齿数为27）的转速、位移、反作用力矩变化周期等参数进行了比较观察和分析。结果表明：主动轮角速度达到60deg/s时，从动轮角速度为86deg/s，符合1.5的传动比；反力矩仿真最大值约为99000N·mm，与实体接触设置中的刚度1×106吻合。

全文目录

致谢  3-4
摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-15
  1.1 引言  9-10
  1.2 木工成型机床的发展现状  10-13
    1.2.1 木工成型机床的定义和类型  10-11
    1.2.2 木工成型机床主要的研究方向  11-13
  1.3 研究内容  13-14
  1.4 研究的技术路线  14
  1.5 研究的特色与创新点  14-15
2 小径级原木六棱柱体成型机的总体设计方案  15-25
  2.1 小径级原木六棱柱工艺分析与机床设计思路  15
  2.2 小径级原木六棱柱体成型机的总体结构方案设计  15-24
    2.2.1 机床总体布局要求  15-16
    2.2.2 机床总体布局  16-17
    2.2.3 定位机构的设计  17-19
    2.2.4 进给机构的设计  19-20
    2.2.5 切削机构的设计  20-24
  2.3 小径级原木六棱柱体成型机的结构设计特点  24
  2.4 本章小结  24-25
3 小径级原木六棱柱体成型机一般技术参数的计算  25-30
  3.1 运动参数  25-26
  3.2 动力参数  26-29
  3.3 主轴参数  29
  3.4 本章小结  29-30
4 基于 Solidworks 的小径级原木六棱柱体成型机数字样机建模  30-42
  4.1 数字样机技术  30-31
    4.1.1 数字样机设计的概念  30-31
    4.1.2 常用的三维数字样机开发软件  31
  4.2 小径级原木六棱柱体成型机的零件建模  31-36
    4.2.1 Solidworks 的零件建模功能  31-32
    4.2.2 圆锥齿轮廓形分析  32-33
    4.2.3 圆锥齿轮模型建立  33-35
    4.2.4 其他零部件模型创建  35-36
  4.3 小径级原木六棱柱体成型机的整机虚拟装配  36-41
    4.3.1 Solidworks 的整机虚拟装配功能及关键技术  36-40
    4.3.2 装配体干涉检验  40-41
  4.4 本章小结  41-42
5 小径级原木六棱柱体成型机的结构有限元分析  42-49
  5.1 基于 Solidworks Simulation 的有限元分析  42-43
    5.1.1 有限元方法基础  42
    5.1.2 结构有限元分析  42
    5.1.3 有限元分析的操作步骤  42-43
  5.2 切削机构主轴部件的模态分析  43-47
    5.2.1 模态分析的理论基础  43-44
    5.2.2 立轴切削机构模型的装配  44
    5.2.3 定义材料属性、约束、荷载  44-45
    5.2.4 装配体模型网格化  45-46
    5.2.5 运行求解及结果分析  46-47
  5.3 本章小结  47-49
6 小径级原木六棱柱体成型机的机构运动学分析  49-55
  6.1 Solidworks Motion 的动力学仿真功能  49-50
    6.1.1 Solidworks Motion 中的基本概念  49
    6.1.2 Solidworks Motion 的特点  49
    6.1.3 Solidworks Motion 的功能  49-50
  6.2 基于 Solidworks Motion 的立轴铣刀定位机构运动学分析  50-54
    6.2.1 圆锥齿轮运动模型的装配  50-51
    6.2.2 定义驱动、弹簧、阻尼、接触  51-53
    6.2.3 仿真结果分析  53-54
  6.3 本章小结  54-55
7 结论和展望  55-56
  7.1 结论  55
  7.2 研究展望  55-56
参考文献  56-58

小径级原木六棱柱体成型机的设计与仿真

内容摘要

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