第頁目錄摘要 3Abstract 41緒論 61.1研究背景 61.2研究目的及意義 61.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 71.3.1國外研究現(xiàn)狀 71.3.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀 71.3.3竹加工機(jī)械發(fā)展趨勢 81.4破竹機(jī)存在的問題 101.5研究的主要內(nèi)容 111.6本章小結(jié) 112新型破竹機(jī)總體設(shè)計(jì) 122.1方案設(shè)計(jì) 122.1.1總功能分解 122.1.2形態(tài)學(xué)矩陣求解 122.1.3方案評價與決策 132.2破竹機(jī)設(shè)計(jì)要求 152.3破竹機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù) 152.4破竹機(jī)主要機(jī)構(gòu)分析 162.5本章小節(jié) 173傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 183.1上料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 183.1.1輸送速度的設(shè)計(jì) 183.1.2電機(jī)的設(shè)計(jì)和選型 183.1.3電機(jī)輸出軸鏈傳動的設(shè)計(jì)和選型 193.2對中機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 203.3推竹機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 213.3.1電機(jī)的設(shè)計(jì)和選型 213.3.2確定齒輪齒條精度等級及材料 213.3.3齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 213.3.4按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 233.4刀盤及換刀機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 233.5出料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 253.5.1確定齒輪精度等級及材料 253.5.3按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 273.6竹條收料裝置的設(shè)計(jì)與計(jì)算 283.6.1橫移電機(jī)的設(shè)計(jì)和選取 283.7本章小節(jié) 304三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 314.1三維軟件SolidWorks介紹 314.2上料機(jī)構(gòu)的三維模型 324.3對中機(jī)構(gòu)的三維模型 324.4推竹機(jī)構(gòu)的三維模型 334.5刀盤及換刀機(jī)構(gòu)的三維模型 334.6出料機(jī)構(gòu)的三維模型 344.7總裝配體的三維模型 354.8本章小節(jié) 355總結(jié)與展望 365.1總結(jié) 365.2展望 37致謝 38參考文獻(xiàn) 39

摘要中國作為竹林大國，國內(nèi)竹子資源也是十分豐富，而它作為可以再生的資源，具有良好的用處，在生活中經(jīng)常也會用到，因此在竹子資源的利用和開發(fā)上就顯得尤為重要。但是對于竹資源的開發(fā)以及利用就需要在實(shí)際加工中進(jìn)行體現(xiàn)，比如如何提高其加工效率和降低加工成本。因?yàn)槌Ｒ姷闹癫募庸ぴO(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，并且危險系數(shù)高，總體加工效率不高，從而也為開采竹林資源增加了些許成本，故此就需要研究一款新型的破竹機(jī)來解決以往老式破竹機(jī)的一些問題。在前期進(jìn)行了充分的調(diào)查和研究后，針對新型破竹機(jī)機(jī)構(gòu)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，對各組成零部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)和計(jì)算，包括材料的選取和尺寸的確定，使用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行了三維實(shí)體的建模和二維圖紙的繪制，本課題設(shè)計(jì)的新型破竹機(jī)結(jié)構(gòu)，具有穩(wěn)定性好、控制簡單、結(jié)構(gòu)精妙、工作性能好等特點(diǎn)，其加工速度快，生產(chǎn)效率高，加工簡單，可以提高相關(guān)行業(yè)的技術(shù)水平，提高竹子加工產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)用性較高。本課題設(shè)計(jì)的新型破竹機(jī)機(jī)構(gòu)，首先說明了課題的研究背景、目的和意義，同時闡述了竹加工機(jī)械發(fā)展趨勢和目前破竹機(jī)存在的問題，以及破竹機(jī)機(jī)構(gòu)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，論述了主要研究的內(nèi)容、方法和目的。最后針對設(shè)計(jì)要求和課題目的進(jìn)行了總體的設(shè)計(jì)，包括破竹機(jī)設(shè)計(jì)要求、破竹機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)、破竹機(jī)主要機(jī)構(gòu)分析和破竹機(jī)整體結(jié)構(gòu)等內(nèi)容。對三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行了零件和裝配體的建模，包括三維軟件SolidWorks介紹、總裝配體的三維模型、上料機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、對中機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、推竹機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、刀盤及換刀機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和出料機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等內(nèi)容。關(guān)鍵詞：新型、破竹機(jī)、刀盤、推竹機(jī)構(gòu)、上料機(jī)構(gòu)

AbstractAsabamboocountry,Chinaisalsorichindomesticbambooresources.Asarenewableresource,ithasgoodusesandisoftenusedindailylife.Therefore,theutilizationanddevelopmentofbambooresourcesisparticularlyimportant.However,theexploitationandutilizationofbambooresourcesneedtobereflectedintheactualprocessing,suchashowtoimprovetheprocessingefficiencyandreducetheprocessingcost.Becausethemechanicalstructureofthecommonbambooprocessingequipmentissimple,andtheriskfactorishigh,theoverallprocessingefficiencyisnothigh,whichalsoincreasesthecostfortheexploitationofbambooresources,soitisnecessarytostudyanewtypeofbamboobreakingmachinetosolvesomeproblemsoftheoldbamboobreakingmachine.Aftersufficientinvestigationandresearchintheearlystage,themechanicalstructureofthenewbamboobreakingmachinemechanismwasdesigned,thecomponentsweredesignedandcalculated,includingtheselectionofmaterialsandthedeterminationofsize,theuseofcomputersoftwareforthree-dimensionalentitymodelingandtwo-dimensionaldrawing,thedesignofthenewbamboobreakingmachinestructure,Ithasthecharacteristicsofgoodstability,simplecontrol,exquisitestructureandgoodworkingperformance.Ithastheadvantagesoffastprocessingspeed,highproductionefficiencyandsimpleprocessing,whichcanimprovethetechnicallevelofrelatedindustries,improvetheeconomicbenefitsofbambooprocessingindustryandhighpracticability.Thenewbamboobreakingmachineisdesignedinthisproject.Firstly,itexplainstheresearchbackground,purposeandsignificanceoftheproject.Atthesametime,itexpoundsthedevelopmenttrendofbambooprocessingmachineryandtheexistingproblemsofbamboobreakingmachine,aswellastheresearchstatusanddevelopmenttrendofbamboobreakingmachineinstitutionsathomeandabroad,anddiscussesthemainresearchcontent,methodsandpurpose.Finally,accordingtothedesignrequirementsandthepurposeoftheproject,theoveralldesign,includingthedesignrequirementsofthebamboomachine,thedesignparametersofthebamboomachine,theanalysisofthemainmechanismofthebamboomachineandtheoverallstructureofthebamboomachine.Thethree-dimensionalstructureofthepartsandassemblymodeling,includingtheintroductionofthree-dimensionalsoftwareSolidWorks,thetotalassemblyofthethree-dimensionalmodel,thestructureofthefeedingmechanism,thestructureofthestructureofthemechanism,thestructureofthepushbamboomechanism,thecutterheadandthetoolchangemechanismofthestructureofthedesignandthestructureofthedischargemechanism.Keywords:Newtype,bamboobreakingmachine,cutterhead,bamboopushingmechanism,feedingmechanism1

1緒論1.1研究背景 隨著社會的發(fā)展,人們在日常生活中對生產(chǎn)效率和生活環(huán)境提出了更高要求,因此就需要不斷提高工作質(zhì)量[1]。目前我國竹材加工主要采用手搖式、人工控制等傳統(tǒng)機(jī)械方式進(jìn)行。這種方法雖然能夠保證一定勞動強(qiáng)度及操作簡單方便且成本較低但存在很多不足之處:一方面由于竹根具有很好的韌性抗壓能力以及耐腐蝕性能;另一方面在竹子生長過程中容易受到外界條件因素影響導(dǎo)致應(yīng)力變化,造成材料破壞或開裂甚至脫落。在竹材加工過程中,為了滿足不同的工藝要求,需要采用相應(yīng)的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對材料和生產(chǎn)環(huán)境質(zhì)量等方面進(jìn)行提高;同時由于竹子生長快、容易受到外界因素干擾導(dǎo)致其抗壓能力較差且不易受外部條件變化而產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象等等原因都使得竹材加工成本較高。因此設(shè)計(jì)一種新型破竹機(jī)以適應(yīng)現(xiàn)階段我國林業(yè)機(jī)械行業(yè)發(fā)展需求具有重要意義[2]。1.2研究目的及意義中國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，同時對于竹子的加工上也是發(fā)展的十分迅速,2021年就廣西的竹材工業(yè)產(chǎn)值就超過了3000億元，竹子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也越來越好，許多人也依靠著竹子而發(fā)家致富，所以在南方許多農(nóng)村地區(qū)，都有很多人依靠著種植竹子來發(fā)家致富。今天我們就來一起了解一下關(guān)于南方的竹產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況。竹子具有很好的經(jīng)濟(jì)價值，所以南方的竹業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展十分迅速，特別是在我國的一些竹鄉(xiāng)中，幾乎家家戶戶都在種植竹子，這也促進(jìn)了當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展。竹子不僅具有很好的經(jīng)濟(jì)價值，它還有很高的實(shí)用價值。在我國的一些地區(qū)中，竹子經(jīng)常用來做家具，這也是人們所熟知的一種用途。同時我們知道竹材具有很好的抗菌能力，所以很多人在生產(chǎn)生活中都會用到竹材。我國也是作為竹材加工生產(chǎn)的主要地區(qū)，從竹子的加工中獲得一定的經(jīng)濟(jì)，已經(jīng)成為了許多農(nóng)民工收入來源重要的一部分，從而漸漸形成了竹材生產(chǎn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的一種發(fā)展趨勢。竹加工企業(yè)要想實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,就需要將技術(shù)創(chuàng)新作為首要任務(wù),在生產(chǎn)過程中不斷提高其工藝水平與質(zhì)量。目前我國的竹林面積大、資源豐富且價格低廉。但是由于市場需求量有限以及國家政策限制等因素使得一些中小型竹子加工企業(yè)難以得到較好地經(jīng)濟(jì)收益和社會效益;并且當(dāng)前國內(nèi)竹林機(jī)械設(shè)備技術(shù)不夠先進(jìn)導(dǎo)致竹材質(zhì)量不能達(dá)到高質(zhì)量要求,從而影響了產(chǎn)品產(chǎn)量及品質(zhì)提升,同時也制約著生產(chǎn)效率與生產(chǎn)能力的提高因此,竹加工企業(yè)要想實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,就必須加大對技術(shù)的創(chuàng)新力度。在我國傳統(tǒng)的竹材加工技術(shù)與研發(fā)中，竹子的原始原料加工占了總成本的很大比重，并且以手工勞動為主，還有大量來自于生產(chǎn)地區(qū)的廉價勞動力。雖然我國的竹產(chǎn)業(yè)發(fā)展很快，但是在竹產(chǎn)業(yè)的整體發(fā)展過程中，依然存在著低效率的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致承包竹材加工的企業(yè)遇到一些阻礙。而想要提高竹材的加工效率，就得從竹材最初的加工上進(jìn)行工藝處理，利用全自動化技術(shù)從而來順利的解決效率不足的問題。1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.3.1國外研究現(xiàn)狀竹子不但是世界上最重要的一種資源，在中國也是最常見的一種，除此之外，在亞洲的幾個國家，比如北美洲、非洲、南美洲、大洋洲等等，都有很多的竹子。其中日本在亞洲發(fā)展十分的迅速，也是最早的的發(fā)法國家，它的工業(yè)發(fā)展很迅速，加上日本在對比他的陸地領(lǐng)土面積上也占有許多的竹林資源，因此日本在竹子的加工業(yè)上也發(fā)展得非常出色。直到上個世紀(jì)三十年代和四十年代，日本才逐漸開始采用電機(jī)和其他機(jī)器來制造竹子。最后因?yàn)槿毡镜念I(lǐng)土有限，地理位置也有很大的劣勢，所以一直導(dǎo)致其竹材加工發(fā)展受到了局限。東南亞以及印度的一些地區(qū)，也具有許多的竹材資源，尤其是印度，在竹材資源上僅僅只是次于中國。不過這些地方的國家在竹林的利用和開發(fā)上主要是針對生物和化學(xué)方向的研究，故此在竹材的具體機(jī)械加工上次并沒有做過多的研究，也并沒有什么先進(jìn)的破竹機(jī)械加工設(shè)備，所有他們的裝備都是從我們國家采購的。非洲是世界上三大竹子產(chǎn)地中最小的一個，但其竹子資源卻比較集中。但非洲人對竹子的使用，更多的是將其作為原料，用來建造，用來裝飾。非洲的竹子工業(yè)剛剛開始，人們對竹子的使用還停留在手工制作的階段，與竹子有關(guān)的機(jī)器也幾乎沒有。在歐美等發(fā)達(dá)國家，竹子的研究已經(jīng)很早了，而且已經(jīng)有了很深的基礎(chǔ)，但因?yàn)橹癫馁Y源的限制，大部分都停留在理論層面上的研究和對環(huán)境的探索上，很少有真正意義上的竹材生產(chǎn)企業(yè)?？傊?，對于國外的話，基本上是沒有先進(jìn)的竹材加工設(shè)備。1.3.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀在20世紀(jì)30年代以前，全球竹子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展還是一片空白，基本上都是人工進(jìn)行。隨著工業(yè)革命的推進(jìn)，木材資源的日益緊缺，竹子的工業(yè)利用也開始受到重視。臺灣省地區(qū)是我國第一個采用機(jī)械式竹加工的地方。七十年代以后，從內(nèi)地引入了竹子的加工設(shè)備。目前我國大部分竹制品生產(chǎn)企業(yè)采用的是傳統(tǒng)手工式和半自動化相結(jié)合的方式來進(jìn)行木材加工。人工手工藝由于其效率低、勞動強(qiáng)度大等缺點(diǎn)嚴(yán)重影響了整個產(chǎn)業(yè)鏈條的發(fā)展,因此必須要加快研究與創(chuàng)新機(jī)械設(shè)備系統(tǒng)中所涉及到的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)以提高竹材加工質(zhì)量并促進(jìn)竹子產(chǎn)品向高附加值方向轉(zhuǎn)變。進(jìn)入本世紀(jì)以來，我國實(shí)行了天然木本植物的禁伐，使我國竹子資源受到了極大的關(guān)注，竹子加工機(jī)的發(fā)展前景十分廣闊。尤其是在過去的十幾年里，我們在研究和生產(chǎn)竹子的過程中，有了一定的探索，并開發(fā)出了一批新的設(shè)備。該項(xiàng)目的實(shí)施，對研發(fā)竹材行業(yè)前期工序的高效處理裝備，包括竹材破碎機(jī)，都有著重大的意義。90年代是我國竹子加工機(jī)械發(fā)展的一個關(guān)鍵時期，我國的科技人員在借鑒國外先進(jìn)技術(shù)的同時，也在不斷地對竹子進(jìn)行吸收和吸收，帶動了竹子加工機(jī)械的研發(fā)，經(jīng)過長期的摸索，竹子加工機(jī)械的發(fā)展速度很快，并逐漸形成了規(guī)模，竹子加工場也從傳統(tǒng)的手工場逐步向機(jī)械化和工業(yè)化發(fā)展。浙江安吉響鈴竹材機(jī)器有限公司研制了超高速竹材四邊精刨機(jī)，浙江德邁竹材機(jī)器有限公司研制了竹材兩面平整機(jī)等；南京林業(yè)大學(xué)開發(fā)出的竹制膠合板加工技術(shù)，已經(jīng)在建筑模板和車箱地板上得到了應(yīng)用，蘇州林業(yè)機(jī)械廠等也制造出了相應(yīng)的配套加工機(jī)械，竹制人造板加工機(jī)械、竹制涼席等產(chǎn)品的加工機(jī)械也在逐步發(fā)展起來。目前已經(jīng)初步開發(fā)成功的竹材加工機(jī)械有很多，在經(jīng)過持續(xù)的改進(jìn)、優(yōu)化、定型之后，就可以投入到生產(chǎn)中去。吳哲研究了一種數(shù)控竹材剖分加工機(jī)床，可以實(shí)現(xiàn)自動換刀、自動對中和開條。數(shù)控破竹加工機(jī)床整體結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。該設(shè)備能初步實(shí)現(xiàn)自動換刀和對中，但無法保證準(zhǔn)確度，實(shí)際加工中原竹位置可能發(fā)生偏移，對開條造成影響，對于刀盤及自動換刀機(jī)構(gòu)進(jìn)行簡單闡述，但是換刀的準(zhǔn)確性難以保證。1.3.3竹加工機(jī)械發(fā)展趨勢相比于竹產(chǎn)業(yè)發(fā)展較快的國家和地區(qū)，我國的竹加工機(jī)械具有起步晚、發(fā)展快的特點(diǎn)，竹材加工機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定也相對落后，隨著竹材加工機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化工作的展開，我國的竹材加工機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化逐步健全。2000年以后，竹產(chǎn)業(yè)發(fā)展腳步越來越快，為適應(yīng)竹產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，竹加工機(jī)械也伴隨著一輪大的技術(shù)變革，1999年實(shí)施的林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《竹材加工機(jī)械型號編制方法》已不能完全適應(yīng)現(xiàn)代竹工機(jī)械的發(fā)展要求，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系不夠完整。今天的人們更加注重產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化，如果任由竹產(chǎn)業(yè)自由發(fā)展，一直缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，那么竹加工行業(yè)乃至整個竹產(chǎn)業(yè)鏈都將面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn)。截止到2018年，我國現(xiàn)有竹類產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)71項(xiàng)，其中22項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)。在竹材加工機(jī)械未來的發(fā)展中，首先，要依托國家發(fā)展戰(zhàn)略，走可持續(xù)發(fā)展道路，抓住安全、節(jié)約、環(huán)保等主題，將科技作為產(chǎn)品研發(fā)的重心，根據(jù)現(xiàn)有市場迅速更新?lián)Q代這一特點(diǎn)，以科技創(chuàng)新來立足當(dāng)今市場環(huán)境，增加產(chǎn)品的適應(yīng)性，在滿足消費(fèi)者對產(chǎn)品的各方面要求的同時盡量縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期，在時間上占據(jù)優(yōu)勢，搶占竹加工機(jī)械市場；其次，要推動精細(xì)化的管理，加速信息化的工程建設(shè)。目前，控制技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、自動化技術(shù)等一系列先進(jìn)技術(shù)趨于成熟，竹材加工機(jī)械要想不斷的發(fā)展，也需要將這些現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)融入到自己身上，未來我國竹材加工機(jī)械的發(fā)展趨勢是要更加專業(yè)化、精細(xì)化，減少不必要的浪費(fèi)，降低安全隱患，高效、智能將會是現(xiàn)階段竹材加工機(jī)械的最終目標(biāo)。1）推進(jìn)機(jī)構(gòu)，2）對中彈性支撐機(jī)構(gòu)，3）底座，4）刀具定位架，5）刀具及刀架，6）換刀機(jī)構(gòu)。圖1.1數(shù)控破竹加工機(jī)床整體結(jié)構(gòu)孫曉東等設(shè)計(jì)了一種竹材去內(nèi)節(jié)破竹機(jī)。能夠?qū)崿F(xiàn)破竹和去竹內(nèi)節(jié)的同時進(jìn)行，從加工工藝上改變，縮短對竹材處理的時間，但其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，使破竹和去除竹內(nèi)節(jié)的準(zhǔn)確性大大降低，其中破竹刀盤結(jié)構(gòu)簡圖如圖1.2所示。圖1.2去內(nèi)節(jié)破竹機(jī)破竹刀盤結(jié)構(gòu)簡圖更換刀具，無法保障換刀的準(zhǔn)確性。圖1.3自動換刀機(jī)構(gòu)1.4破竹機(jī)存在的問題縱觀我國近幾年的破竹機(jī)械技術(shù),由于其研究和發(fā)展時間較短,在一些關(guān)鍵性問題上還沒有解決好。具體表現(xiàn)如下：（1）如何才能提高生產(chǎn)率。（2）怎樣使竹材在運(yùn)輸過程中更加安全。（3）通過對加工工藝控制、優(yōu)化設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)有效地提升產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)量的目標(biāo)是當(dāng)前存在于國內(nèi)大部分破竹林道竹子加工環(huán)節(jié)之中的難題之一;④由于破竹機(jī)機(jī)械系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展時間較短,所以其研究程度還不夠成熟和完善其在研究中還存在著許多的問題,需要我們?nèi)ソ鉀Q和完善。從國內(nèi)外竹材初加工的情況來觀望，新型破竹機(jī)需要解決的問題主要有以下四個方面：（1）如何使形狀長短不一、彎曲度不一致、重量不等的竹段完成逐個自動上料，以節(jié)約人工。（2）竹材在剖分過程中需要將每根竹材中心對準(zhǔn)刀具，刀具中心通過竹材中心完成竹材的剖分，如何對不同直徑的竹段進(jìn)行定位檢測，找準(zhǔn)中心。（3）由于竹材的直徑大小不一，為了保證竹材較高的出材率,必須將不同直徑范圍的竹材剖分成不同數(shù)量的竹條，因此在剖分過程中需要不斷的更換刀具如何實(shí)現(xiàn)多把刀具的自動更換。（4）由于竹材長短、直徑大小不一，為了節(jié)省效率，如何讓竹材完成分揀。1.5研究的主要內(nèi)容本論文研究一種自動化破竹加工設(shè)備，實(shí)現(xiàn)直徑50-120mm，長度1000-1600mm竹筒自動的自動上料、自動測量直徑、自動夾持與對中、自動刀盤定位、自動換刀、自動破竹、自動送料、自動分揀等功能。根據(jù)破竹方法研究自動化破竹設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)，并完成三維模型和仿真分析，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的可靠性;完成整機(jī)的加工與裝配，并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。研究的主要內(nèi)容如下所示（1）查閱有關(guān)破竹機(jī)構(gòu)的文獻(xiàn)，了解其國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，完成開題報告的娛寫(要求含初略的設(shè)計(jì)方案)，查閱的文前不少于15篇，至少有1篇外文資料:完成1篇外文資料的完整割譯，譯文不少于3000個漢字。（2）破竹機(jī)構(gòu)總體方案設(shè)計(jì)。根據(jù)研究的破竹機(jī)構(gòu)的功能及設(shè)計(jì)要求，同時考慮社會、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、法律法規(guī)和安全等因素，從眾多可行方案中通過評價，決策出相對最合理的破竹機(jī)構(gòu)方案(要求具體的設(shè)計(jì)方案)。破竹機(jī)構(gòu)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。對破竹機(jī)構(gòu)進(jìn)行整體布局，對破竹機(jī)構(gòu)各組成構(gòu)件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并對破竹機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵部件進(jìn)行受力分析。使用Solidworks、UG、ProeE等三維軟件完成破竹機(jī)構(gòu)的實(shí)體建模、三維裝配、干涉檢查及工程圖制作(累積圖紙當(dāng)量不少于3張0號圖紙)。1.6本章小結(jié)現(xiàn)有的竹材加工機(jī)械自動化程度低，生產(chǎn)成本高，加工效率低，耐用性能差，自動化程度低，安全性能差，不能滿足高質(zhì)量高效率的竹材加工生產(chǎn)要求。目前，我國毛竹加工裝備存在著自動化水平低、成本高、加工效率低、耐久性差、安全性差等問題，無法滿足毛竹高品質(zhì)高效加工的需求，并總結(jié)了現(xiàn)有新型破竹機(jī)系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中存在的問題。重點(diǎn)介紹了本論文研究的主要內(nèi)容和技術(shù)路線。

2新型破竹機(jī)總體設(shè)計(jì)2.1方案設(shè)計(jì)原始破竹機(jī)的構(gòu)造比較簡單，尤其在自動化程度以及效率上都比較低，而破竹機(jī)作為一種竹工機(jī)械，有其自身和工作對象的特殊性。對于開條工序來說，竹材的性質(zhì)和要求是開條加工工作的出發(fā)點(diǎn)，也是開條能夠如何的有序進(jìn)行。開條加工時，首先要分析竹材的性質(zhì)、形狀、大小和重量，以及本工序的加工要求等，然后根據(jù)這些情況選定機(jī)床和開條刀具的具體形式，并在合理的工藝條件下安全的進(jìn)行開條加工，以經(jīng)濟(jì)的達(dá)到竹條要求的加工質(zhì)量。另外機(jī)床是進(jìn)行開條工作的基礎(chǔ)，它的性能的好壞，對于開條加工的順利與否具有決定性的作用。2.1.1總功能分解總功能分解是系統(tǒng)工程中常用的一種方法，它通過逐步將系統(tǒng)或產(chǎn)品層次化為子系統(tǒng)或功能，再次逐步細(xì)分最后獲得單個功能或物理組件的功能來為之后的設(shè)計(jì)提據(jù)，最終形成清晰結(jié)構(gòu)，提高功能之間的協(xié)調(diào)性和完整性。該方法經(jīng)常應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)的需求分析和產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的制定?？偟膩碚f，總功能分解法可以幫助工程師了解并設(shè)計(jì)子系統(tǒng)及其功能，并形成完整的產(chǎn)品。破竹機(jī)構(gòu)由破竹件和竹節(jié)件兩個部分組成。破竹件采用了高強(qiáng)度、高耐蝕性的材料制成，可以承受大量的重壓和擠壓，并具有較強(qiáng)的彎曲和扭轉(zhuǎn)能力。竹節(jié)件則采用了復(fù)合材料制成，可以承載和連接破竹件，并使機(jī)構(gòu)的連接更加牢固和穩(wěn)定?？偣δ芊纸獬龅淖庸δ苋鐖D2.1所示圖2.1新型破竹機(jī)總功能分解2.1.2形態(tài)學(xué)矩陣求解形態(tài)學(xué)矩陣是一種采用矩陣形式進(jìn)行系統(tǒng)搜索和程式化求解的方法。原理方案分析與求解的形態(tài)學(xué)矩陣如表2.2所示。表2.2新型破竹機(jī)構(gòu)的形態(tài)學(xué)矩陣子功能功能載體A動力源電動機(jī)柴油機(jī)汽油機(jī)B上料手動自動C換刀手動自動B對心手動自動D推竹帶傳動鏈傳動渦輪傳動齒輪傳動E去竹節(jié)先去竹節(jié)后破竹先破竹后去竹節(jié)第一列為各子功能，第一行為功能載體（子功能解）的序號，表中列出各子功能的功能載體。根據(jù)新型破竹機(jī)機(jī)的形態(tài)學(xué)矩陣，可解得其原理方案的總量為N=3×2×2×由此可以發(fā)現(xiàn)，新型破竹機(jī)的原理方案解很多?？紤]到新型破竹機(jī)是在室內(nèi)進(jìn)行，不缺乏電力。所以可以剔除A動力源中的柴油機(jī)和汽油機(jī)功能載體?？傻眯滦推浦駲C(jī)原理方案解N的總數(shù)為N在此基礎(chǔ)上，從64個原理方案中選擇2個，對其進(jìn)行評估分析，并對其中最合理的原理方案解決方案進(jìn)行評價。原理方案1：A1+B1+C1+D1+E5+F1先去內(nèi)節(jié)后破竹；原理方案2：A1+B2+C2+D3+E1+F1先破竹后去內(nèi)節(jié)；2.1.3方案評價與決策在機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)中往往要解決許多復(fù)雜、多解的問題。獲得盡可能多的方案，然后通過分析評價從中選擇最佳方案，這是合理設(shè)計(jì)的重要途經(jīng)。在機(jī)械系統(tǒng)的各個設(shè)計(jì)階段，例如確定，例如確定原理方案、總體方案等，都要通過逐段評價才能得到優(yōu)化的方案。對于技術(shù)方案而言，評價內(nèi)容一般包括技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性和外部環(huán)境三個方面，評價方法采用加權(quán)系數(shù)法，并確定評價指標(biāo)及評價指標(biāo)的加權(quán)系數(shù)。評價指標(biāo)的加權(quán)系數(shù)大，說明其重要性高；反之評價指標(biāo)的加權(quán)系數(shù)小，說明其重要性低。然后根據(jù)評價指標(biāo)的重要程度兩兩進(jìn)行比較，當(dāng)兩項(xiàng)指標(biāo)同等重要時，各給2分；若一項(xiàng)比另一項(xiàng)重要，則分別給3分和1分；若一項(xiàng)比另一項(xiàng)重要得多，則分別給4分和0分，然后分別打分并進(jìn)行計(jì)算。各評價指標(biāo)、判別結(jié)果和加權(quán)系數(shù)計(jì)算如表2.2所示。表2.SEQ表2.\*ARABIC2新型破竹機(jī)的加權(quán)系數(shù)計(jì)算評價指標(biāo)平穩(wěn)性可靠性壽命價格維修性外觀k加權(quán)系數(shù)q平穩(wěn)性023233130.22可靠性203233130.22壽命11002370.12價格224044160.27維修性11200370.12外觀11101000.05總計(jì)kq根據(jù)加權(quán)系數(shù)計(jì)算計(jì)算結(jié)果繪制新型破竹機(jī)的評價指標(biāo)樹如圖2.3所示。圖2.3新型破竹機(jī)的評價指標(biāo)樹根據(jù)所求得各評價指標(biāo)的加權(quán)系數(shù)，對上文所述的三種原理方案進(jìn)行評價打分并建立方案評價表如表2.4所示，從中選出得分最高的方案1作為最終原理方案。表2.4原理方案評價表性能指標(biāo)加權(quán)系數(shù)q原理方案1原理方案2原理方案3評分加權(quán)分評分加權(quán)分評分加權(quán)分技術(shù)性（0.56）平穩(wěn)性0.2271.5471.5491.98可靠性0.2271.5481.7681.76壽命0.1260.7250.670.84社會性（0.05）外觀0.0560.370.3580.4經(jīng)濟(jì)性（0.49）價格0.2771.8961.6251.35維修性0.1250.670.8460.72加權(quán)總分6.596.717.052.2破竹機(jī)設(shè)計(jì)要求人們在利用破竹機(jī)械對竹材進(jìn)行加工時，會碰到各種問題，在工作中，破竹機(jī)會被各種因素所制約，其中包括了機(jī)器本身的特性和竹材的特殊性[3]。當(dāng)破竹機(jī)在進(jìn)行破竹作業(yè)時，實(shí)際上就是在進(jìn)行竹材開條工序，我們要按照該工序的要求來對加工技術(shù)或工藝進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，在此情況下，我們要將竹材自身的特性，包括竹子的形狀、直徑、重量、中空性等因素對加工過程的影響考慮在內(nèi)，以此為基礎(chǔ)，我們才能確定破竹機(jī)的設(shè)計(jì)方案以及具體形式。在對竹加工機(jī)械的認(rèn)知和理解中，我們從機(jī)械設(shè)計(jì)的合理性角度，并與竹加工機(jī)械相結(jié)合。破竹機(jī)的特殊屬性，對破竹機(jī)器的設(shè)計(jì)要求如下：竹片破碎時，竹片破碎時壓板受力不均，破碎時機(jī)器各個部件所引起的振源擾動，對破碎效果有很大的影響，破碎時應(yīng)盡可能地避免或減小這種振動。切竹器的切割器，在切割器被切碎的那一刻，要受到巨大的沖擊，切割器的刀身能否承受得住，必須要有足夠的硬度，足夠的硬度來切割竹子，以確保切割器刀刃不會變形，焊接處不會出現(xiàn)裂縫，切割機(jī)的使用壽命更長[4]。(3)推竹機(jī)的導(dǎo)軌必須具有很高的剛度；用來抵擋竹子破碎時產(chǎn)生的沖擊。(4)切竹子時，要確保切竹刀的刀尖與竹管的刀尖在一條直線上。(5)需要按照竹筒的外形特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出適合于該碎竹機(jī)的支承機(jī)構(gòu)。2.3破竹機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)本課題要求設(shè)計(jì)一款結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠的新型破竹機(jī)構(gòu)，主要技術(shù)指標(biāo)或研究目標(biāo)為針對直徑為50-120mm，長度為1000-1600m的毛竹，竹條出材率在70%左右，竹條毛邊率在8.0%左右，破竹機(jī)的加工速度為12m/min。2.4破竹機(jī)主要機(jī)構(gòu)分析結(jié)合設(shè)備布局與整體結(jié)構(gòu)的要求，確定了新型破竹機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案。自動化破竹設(shè)備主要包括自動上料機(jī)構(gòu)、快速對中裝置、直徑檢測及自動換刀機(jī)構(gòu)、推竹機(jī)構(gòu)、竹片出料裝置、竹條收料機(jī)構(gòu)等幾部分組成。(1)上料機(jī)構(gòu)舊式碎竹機(jī)沒有專門的上料裝置，主要靠手動上料，這樣不僅效率低，上料速度不均勻，而且安全性也很差。上料機(jī)構(gòu)的主要功能是將竹材連續(xù)、均勻地輸送到竹材的支承構(gòu)件，在破竹過程中，竹材要一個接一個地經(jīng)過破竹刀，這就要求竹材的上料必須是一根一根地進(jìn)行。在此次上料機(jī)構(gòu)中，主要是依靠鏈條上的刮板來實(shí)現(xiàn)竹筒的前進(jìn)，每一塊刮板之間都有一定的間隔，這樣可以讓竹筒的上料能夠一個一個地進(jìn)行，刮板與鏈條之間形成一個一定的角度，從而確保竹筒不會滑落[5]。(2)對中機(jī)構(gòu)早期的切竹機(jī)是通過手動對中來實(shí)現(xiàn)對中的，這種方法工作量很大，而且誤差也很大，目前的切竹機(jī)都是通過對中的方式來實(shí)現(xiàn)的，比如使用彈性對中，利用竹子的自重和彈簧，來實(shí)現(xiàn)對竹子重心的調(diào)整，但是這些方法都存在著一些問題。在本次設(shè)計(jì)中，將使用V字形抓取裝置，并與氣壓位移直線驅(qū)動機(jī)構(gòu)相結(jié)合，將夾具送到與刀具中心對齊的指定位置，從而實(shí)現(xiàn)自動對中。(3)推竹機(jī)構(gòu)推竹機(jī)構(gòu)的主要功能是把竹筒送入到破竹刀中，舊式破竹機(jī)使用的是人工撞竹，這不僅對人造成了很大的傷害，對機(jī)械也造成了很大的傷害，并且因?yàn)闆_擊所造成的力量不受控制，會造成很大的震動，導(dǎo)致破竹后的竹條品質(zhì)很差；目前，許多破竹機(jī)械以電機(jī)為驅(qū)動，通過單側(cè)的鏈傳動將動力傳遞到推板或者運(yùn)動臺，將竹筒帶向刀盤，因此，推竹機(jī)構(gòu)的受力存在一側(cè)大、一側(cè)小不均勻的問題，而且還未解決因沖擊帶來的振動問題。在本次設(shè)計(jì)中，為了降低推板對竹筒的瞬間沖擊力，降低振動，從而提升竹筒開條質(zhì)量。(4)刀盤及換刀機(jī)構(gòu)由于所用毛竹原料的粗細(xì)參差不齊，若僅采用一把刀片對毛竹進(jìn)行開條，則毛竹的粗細(xì)差異較大，給以后的毛竹加工造成了很大的困難。根據(jù)不同的竹筒直徑，選用不同刀片數(shù)的刀具來進(jìn)行破竹開條處理，可以使破竹開條后得到的竹條寬度保持一致。所以，破竹機(jī)需要有多個刀具選擇，以適應(yīng)一定直徑范圍內(nèi)竹筒開條的要求，在減少人工處理的前提下，換刀過程需要實(shí)現(xiàn)自動化[6]。(5)出料機(jī)構(gòu)破竹機(jī)的出料機(jī)構(gòu)由電機(jī)經(jīng)過減速器，經(jīng)過鏈傳動，帶動齒輪傳動，達(dá)到出料的目的。(6)收料機(jī)構(gòu)收料機(jī)構(gòu)由夾持裝置和橫移電機(jī)驅(qū)動的形式，提供了竹條夾持和橫移送料的功能。2.5本章小節(jié)本章主要針對設(shè)計(jì)要求和課題目的進(jìn)行了總體的設(shè)計(jì)，包括破竹機(jī)設(shè)計(jì)要求、破竹機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)、破竹機(jī)主要機(jī)構(gòu)分析和破竹機(jī)整體結(jié)構(gòu)等內(nèi)容。

3傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1上料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算3.1.1輸送速度的設(shè)計(jì)本文設(shè)計(jì)的竹段上料系統(tǒng)，由于竹段的外形固定，因此每一道擋板平均運(yùn)輸?shù)?個。擋板的上下間隔距離為254mm，因此計(jì)算可得運(yùn)輸?shù)木€速度為[7]：v=（3.1）由于電機(jī)輸出軸鏈輪的半徑為r=0.033m，此鏈輪的角速度計(jì)算為：w=（3.2）3.1.2電機(jī)的設(shè)計(jì)和選型（1）確定電機(jī)類型破竹機(jī)的原動力件為電動機(jī)，因此需要確定和選取電機(jī)的類型，在選取過程中我們需要根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、所需要的扭矩、電機(jī)控制方式、電機(jī)安裝方式以及電機(jī)使用的環(huán)境等因素。根據(jù)以上條件，本次破竹機(jī)的設(shè)計(jì)選取了Y系列的三相異步電機(jī)作為原動力。這種類型的電機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行穩(wěn)定、安全性能高[8]。計(jì)算電機(jī)的功率電機(jī)的功率根據(jù)下式來計(jì)算：P=（3.3）其中ηw為本次傳動鏈的總效率，包含了齒輪傳動、軸承等很多裝置查閱相關(guān)資料可知，根據(jù)下式計(jì)算總效率：η（3.4）其中η1為本次鏈傳動的傳動效率，取值為0.96；η2為軸承的傳動效率，取值為0.98；η3為傳送帶的傳動效率，取值為0.97[因此計(jì)算可得ηw本次設(shè)計(jì)的破竹機(jī)負(fù)載較小，假定所需要的總驅(qū)動力為F=3000N，線速度由前文可知為12m/min，即為0.2m/s。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，電動機(jī)的功率計(jì)算如下所示：P=（3.5）（3）電機(jī)型號的確定由破竹機(jī)傳動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以知道，電機(jī)選取為4級或6級電機(jī)，對應(yīng)的同步轉(zhuǎn)速的值一般是1500r/min或者是1000r/min，根據(jù)本課題的傳動效率，最終選取了1500r/min同步轉(zhuǎn)速的電機(jī)。根據(jù)相關(guān)的設(shè)計(jì)原則，一般電機(jī)的額定功率要比實(shí)際所需要的功率略大一些，同時為了節(jié)約能源不能超過太多，因此最終選取了型號為Y80M2-4的電動機(jī)，其額定功率為0.75KW，額定轉(zhuǎn)速為1390r/min，效率為74.5%，重量為17kg[10]。3.1.3電機(jī)輸出軸鏈傳動的設(shè)計(jì)和選型1鏈條的設(shè)計(jì)本課題的破竹機(jī)采用滾子鏈的形式，具體步驟如下：（1）確定小鏈輪的齒數(shù)z按照規(guī)定，鏈輪的最小齒數(shù)應(yīng)該不小于9，為了使得鏈輪和鏈條在轉(zhuǎn)動過程中可以互相磨損及配合良好，鏈輪齒數(shù)應(yīng)該盡可能為奇數(shù)。一般情況下為了傳動結(jié)構(gòu)的緊湊，本文最終選取電機(jī)軸鏈輪的齒數(shù)z1=15。傳動比均為1[11]（2）確定鏈條的鏈節(jié)數(shù)L本次破竹機(jī)初選中心距為a0=25p，鏈節(jié)數(shù)的計(jì)算如下所示L（3.6）算出來的值進(jìn)行圓整，一般鏈節(jié)數(shù)取偶數(shù)，因此可得鏈節(jié)數(shù)為66。（3）確定單排鏈的傳遞功率p0參考相關(guān)資料，工作情況系數(shù)取值為KA=1，計(jì)算如下所示P（3.7）查閱相關(guān)資料，鏈輪齒數(shù)系數(shù)取值為Kz=1.11，鏈長系數(shù)取值為Kl=1.07；本次選用了單排鏈，其相關(guān)系數(shù)為KpP（3.8）由上文可知，鏈輪轉(zhuǎn)速為n=36.78r/min和功率為0.75KW，根據(jù)鏈傳動設(shè)計(jì)原則，確定鏈節(jié)距的值為p=12.700mm，因此選取的鏈條的最終型號為08A-1[12]。（4）計(jì)算鏈條鏈速根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)原則，鏈速的計(jì)算如下式所示：v=（3.9）根據(jù)上文的設(shè)計(jì)參數(shù)相差不大，所以符合設(shè)計(jì)原則。（2）計(jì)算電機(jī)軸的鏈輪尺寸鏈輪的分度圓直徑計(jì)算如下所示：d=齒頂圓的直徑計(jì)算如下，其中d1為滾子外徑，取值為ddd根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，其齒頂圓直徑為68mm。因此齒根圓直徑計(jì)算可得：d齒的高度計(jì)算如下：h3.2對中機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算本文中氣動系統(tǒng)的工作壓力為0.1MPa~0.7MPa，此時由于氣缸用于夾緊，估算單個氣缸需要的最大夾緊力為200N，故以氣壓系統(tǒng)的最大壓力為0.7MPa來計(jì)算[13]。氣缸內(nèi)徑的計(jì)算：竹段對中時需要?dú)飧谆钊麠U伸出，此時氣壓進(jìn)入氣缸的無桿腔：F=P（3.10）其中D為氣缸的內(nèi)徑，單位為mm；d為活塞桿的直徑，單位為mm；機(jī)械效率取值為η=0.96；F是工作負(fù)載，估算其取值為F=200N，上文已知P=0.7MPa；參照相關(guān)設(shè)計(jì)原則，可知活塞桿直徑可以取值為d=0.4D。故可得：D=4FπPη1?0.2經(jīng)過查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，由標(biāo)準(zhǔn)GB/T2348-93可以選取氣缸標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑[14]。取D為40mm，故可取d=16mm。選取活塞桿材料為45鋼。查表知，45鋼的屈服強(qiáng)度σs按強(qiáng)度條件校核：d≥4此時d為16mm，大于0.7mm，所以符合要求。缸體外徑D本次設(shè)計(jì)的氣缸外徑可以取值為D1=50mm，計(jì)算可知該氣缸的壁厚為5mm一般氣缸的壁厚計(jì)算會根據(jù)薄壁圓筒和厚壁圓筒等兩種類型來計(jì)算[15]。由于本文參數(shù)可知δD=0.125<0.3，因此需要根據(jù)薄壁圓筒來進(jìn)行計(jì)算，δ≥(P_yD)/(2[σ])（3.11）pp查表得[σ]=157.8MPa，計(jì)算可得δ≥1.05×180由上文已知壁厚δ=5mm?0.6mm，故滿足強(qiáng)度要求。3.3推竹機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算3.3.1電機(jī)的設(shè)計(jì)和選型由破竹機(jī)傳動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以知道，電機(jī)選取為4級或6級電機(jī)，對應(yīng)的同步轉(zhuǎn)速的值一般是1500r/min或者是1000r/min，根據(jù)本課題的傳動效率，最終選取了1500r/min同步轉(zhuǎn)速的電機(jī)。根據(jù)相關(guān)的設(shè)計(jì)原則，一般電機(jī)的額定功率要比實(shí)際所需要的功率略大一些，同時為了節(jié)約能源不能超過太多，最終選取的電機(jī)型號為SAF37DR63L4，其額定功率的取值為3KW，額定轉(zhuǎn)速取值為1390r/min，效率確定為74.5%，重量大概是35kg。3.3.2確定齒輪齒條精度等級及材料本文設(shè)計(jì)的齒輪齒條傳動的材料選擇，小齒輪的材料確定為40cr，熱處理采取了調(diào)質(zhì)來進(jìn)行處理，硬度要求為250-280HBS，45號鋼作為齒條的材料，也進(jìn)行了調(diào)質(zhì)的熱處理方式，硬度要求取值為220-240HBS[16]。查閱相關(guān)文獻(xiàn)可知，本文設(shè)計(jì)的齒輪傳動機(jī)構(gòu)選取了7級精度。同時，選取齒輪傳動的齒數(shù)分別為，小齒輪齒數(shù)為Z13.3.3齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)查閱相關(guān)參考文獻(xiàn)，可以按照下式進(jìn)行，如下所示：d（3.12）根據(jù)上述計(jì)算公式，初定取值為Kt=1.3，因此扭矩的計(jì)算如下所示為：T=9550（3.13）根據(jù)齒輪設(shè)計(jì)原則，齒寬的系數(shù)取值為Φd=0.5；彈性影響系數(shù)取值為ZE=189.8MPa1/2；小齒輪的接觸疲勞極限取值為σHlim1=600MPa；大齒輪的接觸疲勞極限取值為σHlim2=550MPa。根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的計(jì)算如下式所示：N查閱相關(guān)文獻(xiàn)可知，接觸疲勞壽命系數(shù)為kHN1=1.7。計(jì)算接觸許用應(yīng)力，則取安全系數(shù)S=1。因此，根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算可得：σ（3.14）其他參數(shù)計(jì)算如下所示：（1）小齒輪的分度圓直徑d1t：d（2）圓周速度計(jì)算如下所示：v=（3齒寬b及模數(shù)mn的計(jì)算如下所示：b=mh=2.25b（5）根據(jù)齒輪傳動的實(shí)際的載荷系數(shù)來校正和計(jì)算，所得分度圓直徑由參考文獻(xiàn)如下所示：d（3.15）（6）計(jì)算模數(shù)m如下m=（3.16）綜上所述，本次齒輪傳動的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)取值為m=2.5mm。3.3.4根據(jù)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核查閱相關(guān)資料可知，本課題設(shè)計(jì)的曲柄壓力機(jī)齒輪傳動按照齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算如下式所示：σ（3.17）確定公式內(nèi)各參數(shù)的計(jì)算數(shù)值如下所示：Fb=k=查閱相關(guān)參考文獻(xiàn)，小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限取值為σFE1=500MPa，σFE2=380MPa；其彎曲疲勞壽命系數(shù)取值為kFN1=0.85，kFN2=0.88；許用彎曲應(yīng)力取值為S=1.4[17]。相關(guān)計(jì)算如下所示：σσ查閱相關(guān)資料，齒形系數(shù)的取值為YFa1=2.91，YFa2=2.18；Ysa1=1.53，Ysa2=1.79。相關(guān)參數(shù)計(jì)算如下所示：YY互相比較對比可知σF代入數(shù)值，計(jì)算可得：σ因此本文設(shè)計(jì)的齒輪傳動系統(tǒng)的彎曲強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。3.4刀盤及換刀機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算對于刀盤換刀機(jī)構(gòu)而言，其不需要很大的扭矩，因此選取了伺服電機(jī)作為刀盤機(jī)構(gòu)的驅(qū)動電機(jī)，其型號為MSMF113L，額定轉(zhuǎn)速為300r/min，額定扭矩為9.55N·m。設(shè)計(jì)有減速器配合使用，減速器型號為ZJU01-120-P2-P，減速比為10。因此小齒輪軸上的轉(zhuǎn)速為30r/min，最大轉(zhuǎn)矩95.5N·m。槽輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)緊湊，傳動效率高，能實(shí)現(xiàn)等角度間歇性傳動，因此本課題的換刀機(jī)構(gòu)采用了槽輪機(jī)構(gòu)，槽輪機(jī)構(gòu)的示意圖如下圖3.1所示，主要包括主動撥盤、從動輪和機(jī)架等零部件。圖3.1槽輪機(jī)構(gòu)示意圖如上圖3-1所示，主動撥盤B轉(zhuǎn)動一圈時，槽輪A的轉(zhuǎn)動時間與B的轉(zhuǎn)動時間的比值，可以稱之為運(yùn)動系數(shù)，本課題用k來表示。由于槽輪由四個互成90度的均布槽構(gòu)成，因此本課題的運(yùn)動系數(shù)K=1/4。查閱相關(guān)資料可知，對于四槽的槽輪機(jī)構(gòu)來說，其圓柱銷所受到的最大作用力FmaxF（3.18）其中a為中心距，查閱相關(guān)資料，可以得到參數(shù)c=2.000，參數(shù)d=2.327，代入上式計(jì)算可得Fmax=1.19綜上所述，槽輪的尺寸和參數(shù)如下所示:槽數(shù)z=4槽輪每次轉(zhuǎn)位時，主動件的轉(zhuǎn)角α=π（1-2/z）=0.5π槽間角β=2π/z=0.5π主動件圓銷中心直徑R1=asinβ本課題設(shè)計(jì)的槽輪如下圖3.2所示。圖3.2新型破竹機(jī)刀盤及換刀機(jī)構(gòu)3.5出料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算由出料的整體性能可知，由于負(fù)載較小，因此選取的電動機(jī)型號為QABP71M2B，額定功率的取值為0.55KW，額定轉(zhuǎn)速的取值為1490r/min，效率確定為78.6%，重量大概是13kg。本文的鏈傳動采用滾子鏈，具體設(shè)計(jì)流程如下：按照規(guī)定，鏈輪的最小齒數(shù)應(yīng)該不小于9，為了使得鏈輪和鏈條在轉(zhuǎn)動過程中可以互相磨損及配合良好，鏈輪齒數(shù)應(yīng)該盡可能為奇數(shù)。一般情況下為了傳動結(jié)構(gòu)的緊湊，鏈輪取值z1≥17，本文最終選取電機(jī)軸鏈輪的齒數(shù)z1=30。一般情況下鏈傳動的傳動比不大于7，因此取從動軸鏈輪為i=齒輪傳動的特點(diǎn)是可以傳遞較大的扭矩，同時，齒輪傳動具有結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性能高、工作壽命長等優(yōu)點(diǎn)。3.5.1確定齒輪精度等級及材料根據(jù)材料屬性和相關(guān)要求，齒輪的材料選取為40cr，熱處理采取了調(diào)質(zhì)處理，其硬度范圍是為250-280HBS，確定大齒輪材料為45號鋼，同樣進(jìn)行了調(diào)質(zhì)處理，硬度范圍是220-240HBS。查閱相關(guān)文獻(xiàn)可知，本文設(shè)計(jì)的齒輪傳動機(jī)構(gòu)選取了7級精度。同時，選取齒輪傳動的齒數(shù)分別為，小齒輪齒數(shù)為Z1=17，大齒輪齒數(shù)為Z2=uZ3.5.2齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)查閱相關(guān)參考文獻(xiàn)，可以按照下式進(jìn)行，如下所示：d（3.19）初步確定相關(guān)值為Kt=1.3；小齒輪的扭矩的值計(jì)算為T1=95.55N.m；齒寬系數(shù)的取值為Φd=1；彈性影響系數(shù)取值為ZE=189.8MPa1/2；小齒輪的接觸疲勞極限為σHlim1=600MPa；大齒輪的接觸疲勞極限取值為σHlim2=550MPa。根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)原則，其應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的計(jì)算如下所示：NN查閱相關(guān)文獻(xiàn)可知，接觸的疲勞壽命系數(shù)取值為kHN1=0.92，kHN2=0.97；安全系數(shù)取值S=1。因此，根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算可得：σσσ齒輪相關(guān)參數(shù)計(jì)算如下：（1）確定小齒輪分度圓直徑d1t：d（2）確定圓周速度：v=（3）確定齒寬b和模數(shù)mn：b=mh=2.25bh（4）確定載荷系數(shù)k：其使用系數(shù)確定為KA=1，同時根據(jù)線速度的值ν=1.1m/s，結(jié)合7級的精度等級，動載系數(shù)取值為Kv=1.1。KHβ的計(jì)算如下所示：kk查閱相關(guān)資料，取值為KFβ=1.3；KHα=KFα=1.2。故載荷系數(shù)計(jì)算如下：k=（5）根據(jù)齒輪傳動的實(shí)際的載荷系數(shù)來校正和計(jì)算，所得分度圓直徑由參考文獻(xiàn)如下所示：d（3.20）（6）計(jì)算齒輪傳動的模數(shù)m：m=根據(jù)設(shè)計(jì)原則，本次模數(shù)取值為標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=2mm。3.5.3按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核查閱相關(guān)資料可知，本課題設(shè)計(jì)的曲柄壓力機(jī)齒輪傳動按照齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算如下式所示：σ（3.21）確定公式內(nèi)各參數(shù)的計(jì)算數(shù)值如下所示：Fb=k=查閱相關(guān)參考文獻(xiàn)，小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限取值為σFE1=500MPa，σFE2=380MPa；彎曲疲勞壽命系數(shù)取值為kFN1=0.85，kFN2=0.88；許用彎曲應(yīng)力取值為S=1.4。因此計(jì)算可知σ（3.22）σ（3.23）查閱相關(guān)資料，齒形系數(shù)的取值為YFa1=2.91，YFa2=2.18；Ysa1=1.53，Ysa2=1.79[39]。相關(guān)參數(shù)的計(jì)算如下所示：YY互相比較對比可知σF代入數(shù)值，計(jì)算可得：σ（3.24）因此本文設(shè)計(jì)的齒輪傳動系統(tǒng)的彎曲強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。3.6竹條收料裝置的設(shè)計(jì)與計(jì)算3.6.1橫移電機(jī)的設(shè)計(jì)和選取查閱相關(guān)資料，依據(jù)電機(jī)設(shè)計(jì)原理，橫移電機(jī)按照下式計(jì)算：（1）負(fù)載慣量計(jì)算為：J（3.25）其中M為負(fù)載重量；D為輸出軸直徑；R1為減速比，假定M=25kg，D為32mm，R計(jì)算得：J按照負(fù)載慣量小于3倍電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量JJ（2）計(jì)算電機(jī)驅(qū)動負(fù)載所需要的扭矩如下：克服摩擦力所需轉(zhuǎn)矩為：T（3.26）其中M為負(fù)載重量；D為直徑，R1摩擦系數(shù)μ為0.6，重力加速度g為9.8g/cm2，T加速時所需轉(zhuǎn)矩為：T（3.27）經(jīng)過計(jì)算，其中負(fù)載運(yùn)行加速遞a為15m/min2，計(jì)算得T由以上得，伺服電機(jī)額定扭矩大于Tf，最大扭矩大于T（3）計(jì)算電機(jī)所需要轉(zhuǎn)速如下：N=（3.28）電機(jī)選擇森創(chuàng)牌的伺服電機(jī)，其型號和規(guī)格如下表所示。經(jīng)過以上分析，選擇電機(jī)型號為130MB150B-501000，森創(chuàng)伺服電機(jī)型號規(guī)格3.7本章小節(jié)本章主要進(jìn)行了上料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算、對中機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算、推竹機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算、刀盤及換刀機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算、出料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算、竹條收料裝置的設(shè)計(jì)與計(jì)算等內(nèi)容，其中上料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算又包括輸送速度的設(shè)計(jì)、電機(jī)的設(shè)計(jì)和選型和電機(jī)輸出軸鏈傳動的設(shè)計(jì)和選型，推竹機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算又包括電機(jī)的設(shè)計(jì)和選型、確定齒輪齒條精度等級及材料、齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)和按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核，出料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算又包括確定齒輪精度等級及材料、按照齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)和按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行強(qiáng)度校核，竹條收料裝置的設(shè)計(jì)與計(jì)算又包括橫移電機(jī)的設(shè)計(jì)和選取和夾持手爪夾緊力的計(jì)算等內(nèi)容。

4三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)盡管生產(chǎn)實(shí)踐是對產(chǎn)品設(shè)計(jì)最為重要的評價依據(jù)，但在實(shí)際的系統(tǒng)開發(fā)研究過程中，一般先對系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析。仿真分析可對整個系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行評估，為實(shí)驗(yàn)提供數(shù)據(jù)參考，減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)，縮短周期，降低成本。4.1三維軟件SolidWorks介紹SolidWorks軟件是PTC軟件公司提供的一個工程實(shí)際的解決方案，是世界上第一個三維繪圖軟件，SolidWorks的出現(xiàn)，為客戶在工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造加工過程中，提供了現(xiàn)代化的造型手段和驗(yàn)證方式。同時，SolidWorks可以根據(jù)不同用戶對產(chǎn)品設(shè)計(jì)的虛擬建模和工業(yè)設(shè)計(jì)的目的，還有其他各種需求，提供了科學(xué)化的解決手段和驗(yàn)證方案。SolidWorks軟件功能非常強(qiáng)大，可以對不同結(jié)構(gòu)的實(shí)體進(jìn)行方便的建模和虛擬構(gòu)造。SolidWorks軟件最開始應(yīng)用于工業(yè)工作站上，但是隨著技術(shù)發(fā)展過程，SolidWorks有了非常長足的發(fā)展和改進(jìn)，目前已經(jīng)成為了三維建模行業(yè)的一個十分主流的工業(yè)軟件具有十分廣泛的應(yīng)用。綜上所述，SolidWorks軟件的主要功能有以下四種：（1）工業(yè)設(shè)計(jì)功能SolidWorks為工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域提供了科學(xué)化的解決方案和創(chuàng)新性研究平臺，工業(yè)設(shè)計(jì)師可以通過使用SolidWorks軟件，十分方便地建立產(chǎn)品的外觀形狀以及工業(yè)構(gòu)造，SolidWorks軟件還可以提供非?，F(xiàn)代化的渲染工具，可以滿足工業(yè)設(shè)計(jì)史對產(chǎn)品外觀的美觀和審美需求，因此，SolidWorks可以極大程度上滿足工業(yè)設(shè)計(jì)上的需求。（2）產(chǎn)品設(shè)計(jì)功能SolidWorks是世界上應(yīng)用最廣泛也是設(shè)計(jì)功能最強(qiáng)大的建模軟件之一，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域，SolidWorks具有非常強(qiáng)大的機(jī)械設(shè)計(jì)功能，能夠建立十分完美的三維和二維模型，為機(jī)械設(shè)計(jì)及加工制造領(lǐng)域提供高性能和高可靠性的模塊，從而可以復(fù)合使用者不同產(chǎn)品和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需求。對比于其他的產(chǎn)品設(shè)計(jì)軟件，SolidWorks具有很多專業(yè)性的模塊，比如鈑金模塊、電路板設(shè)計(jì)模塊、塑料產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工具，可以滿足很多工業(yè)領(lǐng)域上的設(shè)計(jì)需求，具有非常廣泛的產(chǎn)品設(shè)計(jì)上的應(yīng)用[22]。（3）數(shù)控加工功能SolidWorks的數(shù)控加工模塊可以提供科學(xué)化的建?？蚣芎徒涌?，包括圖形化數(shù)字化的操作窗口和簡單易操作的界面環(huán)境，使用者可以方便地觀察數(shù)控機(jī)場的刀具的加工軌跡，并且可以對圖形化的窗口進(jìn)行直接修改，比如對刀具的軌跡來修正和完善。本模塊還可以提供各種點(diǎn)位的編程功能，可以對不同機(jī)械加工工序的程序進(jìn)行修改和完善，以減小工作時間。SolidWorks軟件還可以通過其實(shí)體模型，直接識別并形成數(shù)控加工的程序，程序保持和三維模型高度吻合，加工可靠度高，減小了很多編程序的時間[23]。（4）模具設(shè)計(jì)SolidWorks在模具設(shè)計(jì)的領(lǐng)域，應(yīng)用非常普遍，主要原因一是因?yàn)镾olidWorks可視化操作簡單的應(yīng)用界面，另一方面也是其非常強(qiáng)大而完善的模具設(shè)計(jì)工具。模具設(shè)計(jì)作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一個分支，不同于其他的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程，其具有很多工藝流程，其中最關(guān)鍵的一步流程就是分模。在工業(yè)領(lǐng)域一般把分模過程分為兩類，一類是自動進(jìn)行分模，另外一類需要進(jìn)行手動分模。SolidWorks軟件提供自動分模的功能，可以實(shí)現(xiàn)分模過程的高度自動化。4.2上料機(jī)構(gòu)的三維模型如下圖4.2所示，為本課題設(shè)計(jì)的上料機(jī)構(gòu)三維模型，其包括支架、電機(jī)、傳動鏈、擋塊、傳感器等零部件。圖4.2上料機(jī)構(gòu)的三維模型4.3對中機(jī)構(gòu)的三維模型如下圖4.3所示，為本課題設(shè)計(jì)的對中機(jī)構(gòu)三維模型，其包括氣缸、軸承、支座、連桿、壓板等零部件。圖4.3對中機(jī)構(gòu)的三維模型4.4推竹機(jī)構(gòu)的三維模型如下圖4.4所示，為本課題設(shè)計(jì)的推竹機(jī)構(gòu)三維模型，其包括電機(jī)、齒條、齒輪、支座和軸等零部件。圖4.4推竹機(jī)構(gòu)的三維模型4.5刀盤及換刀機(jī)構(gòu)的三維模型如下圖4.5所示，為本課題設(shè)計(jì)的刀盤及換刀機(jī)構(gòu)三維模型，其包括刀盤、切刀、支座、軸承、支架、槽輪機(jī)構(gòu)等零部件。圖4.5刀盤及換刀機(jī)構(gòu)的三維模型4.6出料機(jī)構(gòu)的三維模型如下圖4-6所示，為本課題設(shè)計(jì)的出料機(jī)構(gòu)三維模型，其包括鏈條、齒輪、傳動軸、電機(jī)、減速器、支撐板、外罩板等零部件。圖4.6出料機(jī)構(gòu)的三維模型4.7總裝配體的三維模型本文設(shè)計(jì)的新型破竹機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，如下圖4.7所示，主要包括自動上料機(jī)構(gòu)、快速對中裝置、直徑檢測及自動換刀機(jī)構(gòu)、推竹機(jī)構(gòu)、竹片出料裝置、竹條收料機(jī)構(gòu)等幾大部分，結(jié)構(gòu)緊湊，維修方便，成本低，具有很高的經(jīng)濟(jì)價值。圖4.7新型破竹機(jī)的三維結(jié)構(gòu)4.8本章小節(jié)本章主要對三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行了零件和裝配體的建模，包括三維軟件SolidWorks介紹，以及總裝配體、上料機(jī)構(gòu)、對中機(jī)構(gòu)、推竹機(jī)構(gòu)、刀盤及換刀機(jī)構(gòu)和出料機(jī)構(gòu)等的三維建模。

5總結(jié)與展望5.1總結(jié)隨著社會的發(fā)展，人們在日常生活中對生產(chǎn)效率和生活環(huán)境提出了更高要求，因此就需要不斷提高工作質(zhì)量。目前我國竹材加工主要采用手搖式、人工控制等傳統(tǒng)機(jī)械方式進(jìn)行。這種方法雖然能夠保證一定勞動強(qiáng)度及操作簡單方便且成本較低但存在很多不足之處:一方面由于竹根具有很好的韌性抗壓能力以及耐腐蝕性能；另一方面在竹子生長過程中容易受到外界條件因素影響導(dǎo)致應(yīng)力變化，造成材料破壞或開裂甚至脫落。在竹材加工過程中，為了滿足不同的工藝要求，需要采用相應(yīng)的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對材料和生產(chǎn)環(huán)境質(zhì)量等方面進(jìn)行提高；同時由于竹子生長快、容易受到外界因素干擾導(dǎo)致其抗壓能力較差且不易受外部條件變化而產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象等等原因都使得竹材加工成本較高。本課題在前期進(jìn)行了充分的調(diào)查和研究，后續(xù)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，主要包括材料的選取和尺寸的確定，使用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行了三維實(shí)體的建模和二維圖紙的繪制，本課題設(shè)計(jì)的新型破竹機(jī)結(jié)構(gòu)，具有穩(wěn)定性好、控制簡單、結(jié)構(gòu)精妙、工作性能好等特點(diǎn)，其加工速度快，生產(chǎn)效率高，加工簡單，本課題的研究對破竹機(jī)的發(fā)展具有非常重大的意義，可以提高相關(guān)行業(yè)的技術(shù)水平。本次設(shè)計(jì)主要的工作分為以下幾點(diǎn)：（1）本次設(shè)計(jì)的新型破竹機(jī)機(jī)構(gòu)，首先說明了課題的研究背景、目的和意義，同時闡述了竹加工機(jī)械發(fā)展趨勢和目前破竹機(jī)存在的問題，以及破竹機(jī)機(jī)構(gòu)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，論述了主要研究的內(nèi)容、方法和目的。（2）本課題設(shè)計(jì)的新型破竹機(jī)機(jī)構(gòu)，針對設(shè)計(jì)要求和課題目的進(jìn)行了總體的設(shè)計(jì)，包括破竹機(jī)設(shè)計(jì)要求、破竹機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)、破竹機(jī)主要機(jī)構(gòu)分析和破竹機(jī)整體結(jié)構(gòu)等內(nèi)容。（3）本次設(shè)計(jì)主要進(jìn)行了上料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算、對中機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算、推竹機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算、刀盤及換刀機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算、出料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算、竹條收料裝置的設(shè)計(jì)與計(jì)算等內(nèi)容，其中上料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算又包括輸送速度的設(shè)計(jì)、電機(jī)的設(shè)計(jì)和選型和電機(jī)輸出軸鏈傳動的設(shè)計(jì)和選型，推竹機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算又包括電機(jī)的設(shè)計(jì)和選型、確定齒輪齒條精度等級及材料、齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)和按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核，出料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算又包括確定齒輪精度等級及材料、按照齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)和按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行強(qiáng)度校核，竹條收料裝置的設(shè)計(jì)與計(jì)算又包括橫移電機(jī)的設(shè)計(jì)和選取和夾持手爪夾緊力的計(jì)算等內(nèi)容。（4）本課題設(shè)計(jì)的新型破竹機(jī)機(jī)構(gòu)，對三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行了零件和裝配體的建模，包括三維軟件SolidWorks介紹，以及總裝配體、上料機(jī)構(gòu)、