机械专业毕业设计水泥瓦切割机.doc

毕 业 论 文

论文题目 水泥瓦切割机设计
系 别 电子信息工程系
专 业 机械制造设计及其自动化
班 级
学 号
学生姓名
指导教师（署名）
完毕时间 2023 年 5 月

摘要
水泥瓦切割机是专门用来切割水泥瓦的设备。云石机切割水泥瓦时会产生很多粉尘，对人体导致极大的危害。本设计依照云石机的工作原理来设计切割机的切割部分，在云石机的基础上还做了改善，在保存云石机方便切割的同时，还能通过相应的部件来克服粉尘对人体的危害。
本人通过查阅各类石材切割机的造型及工作原理，得出了大约造型，借助pro/E建模仿真、CAD绘图等软件，设计出了专门用来切割水泥瓦的设备----水泥瓦切割机。该切割机是用三相异步电动机来提供动力，借助V带轮和V带的传动来使圆锯片旋转，再通过工作台的移动来实现水泥瓦的切割的。同时用水来克服切割过程中产生的多灰尘现象，在方便切割的同时也不会对人体产生伤害。

关键词：水泥瓦切割机； 云石机； 三相异步电机； 带轮传动； 圆锯片
The Design of Cement Tile Cutting Machine
Abstract
Cement tile cutting machine is special equipment for cutting cement tile. Marble cutting machine for cement watts will produce a lot of dust, causing great harm to human body. This design according to the working principle of marble machine to design the cutting part cutting machine, based on a marble machine is improved, in the marble machine cutting conveniently at the same time, but also to overcome the dust harm to human body by the corresponding components.
I through access to all kinds of stone cutting style and working principle, that probably other, using pro/E modeling and simulation, CAD drawing software, designed specifically for cutting tile cement equipment, cement tile cutting machine. The cutting machine is used in three-phase asynchronous motor to provide power, by means of transmission to make circular rotating V belt wheel and V band, then moves through the table to realize the cement tile cutting. At the same time, use water to overcome much dust phenomenon in the cutting process, the cutting conveniently also will not harm the human body.

Keywords: cement tile cutting machine marble three-phase asynchronous motor belt drive saw blades

目录
第一章 前言 1
1.1 水泥瓦的概述 1
1.2 国内外石材切割机的发展状况 1
1.3 设计的意义 2
第二章 水泥瓦切割机整机设计 3
2.1切割机的加工工艺规定 3
2.2水泥瓦切割机的设计简图 3
2.3 设计原理 3
第三章 机架的设计 5
3.1 机架的设计思绪 5
3.2 水箱的设计 6
3.3 槽钢的选择 9
3.4 万向轮的选择 11
第四章 工作台的设计 13
4.1 工作台的整体设计 13
4.2 电动机的选择 13
4.3 V带和带轮的选择 14
4.4 轴的设计 18
4.5 轴承的选择 22
4.6 键的选择及强度校核 24
4.7 V脚轮的选择 25
4.8 锯片的选择及切割深度 26
第五章 电路控制部分 28
5.1 电路控制的概述 28
5.2 电路控制的设计 28
第六章 总的装配设计 30
6.1 装配总图 30
6.2 工作原理 30
6.3 创新点的设计 30
第七章 总结与展望 31
7.1 总结 31
7.2 工作展望 31
参考文献 33
致谢 34

第一章 前言
1.1 水泥瓦的概述
随着社会的发展和科技的进步，很多东西慢慢地被淘汰，也有很多东西通过改造以新的形象出现在我们的生活里面瓦片，人们第一个想到的就是那由泥土烧制而成，又重又小的弧状物体，但随着科技的进步，这些使用的麻烦，易碎且不易更换的瓦片现在已经不再被农村人使用，取而代之的是一种叫做水泥瓦的瓦片。
水泥瓦是以水泥为基体材料，配以天然石棉纤维增强，经成型、加压、高温蒸养而制成。以前称作石棉瓦，顾名思义重要材料是石棉纤维，水泥含量低。通过几年的改造，现在称为水泥瓦，重要成分还是水泥和石棉纤维，但水泥所占的比例相对与以前的来说大了很多。
水泥瓦种类很多，大小不一，在农村使用最多的还是大瓦片的那种。该种瓦片由硅酸盐水泥和黄沙通过水的调和而成，外表成波浪状，有着1800mm×745mm×（4.5mm～6mm）的尺寸由于经济耐用，安装方便，容易更换，多被用来封盖养殖场房顶、家禽类的窝、暂时住房等不需要长期使用的场合,同时尚有厂房、锅炉房、仓库、车库等都有用到水泥瓦，在自然灾害发生地还可以用来建造灾民的临时住房，不管是在商业、农业、自然灾害等领域，水泥瓦都扮演着很重要的角色。
随着水泥瓦使用数量的增多，关于水泥瓦修剪设备的应用越显得有必要。由于瓦厂造出来的瓦片都是固定的，水泥瓦比较坚硬宽敞，导致瓦片的切割成了使用者和出售商头疼的问题。
1.2 国内外石材切割机的发展状况
对于能用来大量切割水泥瓦的有一些大型的石材切割机。石材加工机械重要是采用国产的龙门锯石机，该种机械分单锯片和多锯片两种类型，重要结构是锯片部分和工作台，一次可加工10mm以上各种厚度的花岗石、大理石等石材。要加工工件时，把工件放在工作台上固定好，控制工作台的来回移动即可加工。但龙门锯石机花销成本太高，不适合民用水泥瓦的切割。为了能有更高的工作效率，出现了PLC应用在石材切割设备中,PLC 是合用于现场运营的微机控制器，抗干扰能力强、编程简朴，价格适中，非常适合用于石材加工机械[1]。而最近出现了一种新型的PLC技术---矩形科技混合型PLC，该技术已经运用到石材切割机中。该种石材切割机能把工件的位置转变成电流信号转换成0-10V的电信号，从而通过对电信号反馈的信息来控制切割速度和切割位置来达成提高自动化的目的。在2023年美国芝加哥国际建材展览会上，出现了石材切割机器人。该种机器人的锯片可以进行三维空间内任意加工方位的改变和定位，其加工灵活性和位置准确性是多维数控加工中心上具有六维功能加工动力头所不能媲美的[2]。
云石机在石材的切割过程中的使用是最普遍的。云石机这种切割虽也还是需要人来操作，但借助于电力，有效高的工作效率，切削深度100mm～110mm之间，符合农村人所需求的便携操作简朴的规定，缺陷是切割过程中所产生的粉尘过多，并且粉尘所奔向的是操作者，对人导致一定的伤害和极大的不便。
1.3 设计的意义
国内外能用来切割水泥瓦的设备很多，但是多运用了高科技来实现切割，不符合大多数人的使用，并且价格高昂，不合用于水泥瓦的切割。云石机经济实用，可安全性不高，况且切割石材产生的粉尘对人体的危害大，也不太适合用来切割水泥瓦。水泥瓦切割很需要有专门的设备来实现既方便又实用，同时能让大多数人承受的起的价格。
本设计运用三相异步电机，通过带轮传动带动金刚石锯片，借助导轨使工作台直线运动，从而实现了对水泥瓦的直线切割。此外还通过水来减少了切割过程中所产生的大量灰尘对人体的危害。本设计所用的零配件价格低廉，组装出来的整机价格也很实惠，合用于大多数人。

第二章 水泥瓦切割机整机设计
2.1切割机的加工工艺规定
农村所需求的水泥瓦除了整块的使用之外，在一些情况下需要有一定尺寸的瓦块，以保证水泥瓦的充足运用。

图2-1 水泥瓦切割效果
图2-1是水泥瓦所规定的切割效果，由于一般房子都是方形状的，故所规定的瓦片也是方形状的，所以切割出来的瓦片绝大多数都应当是方的，三角状、圆形状等较复杂的形状不需求。
要有上图的切割效果，就规定切割设备除了能纵向直线切割外，还应具有横向移动的能力，不然达不到多次切割的效果。
2.2水泥瓦切割机的设计简图

1-大带轮； 2-V带；3-小带轮；4-轴承；5-锯片；6-电机
图2-2 工作台机构简图
2.3 设计原理
图2-2所画只是工作台的机构简图，工作台是通过V脚轮跟导轨贴合的。电机通电后带动了大带轮旋转，大带轮与V带贴合，V带把扭矩传给小带轮，小带轮带动锯片旋转，从而使切割机工作。要可以切割水泥瓦，应当把工作台放在导轨上，使其能左右移动。在切割瓦片的过程中，要有水喷射到圆锯片上，来减少切割过程中所产生的粉尘对人体的危害。要实现移动切割，可以用轮子与地接触，并且轮子应当能固定不动，保证切割过程中整个设备不因电机的震动而移动，同时也保证了切口的平整性。

第三章 机架的设计
3.1 机架的设计思绪
3.1.1机架材料的选择
在机器（或仪器）中支承或容纳零部件的零件称之为机架[3]。机架是机械设备的整体框架，除了对机器上的零件机构起到支撑作用外，还要能满足机构部件的功能，比如移动、旋转等。水泥瓦切割机要切割的是有一定宽度和长度的瓦片，瓦片由混泥土制成，有较高的硬度；动力由异步电机提供，电机的旋转存在一定的震动，所以所选的材料应当具有一定的硬度跟挠度，本设计选择的是钢和铁，这两种有一定的钢度、硬度、挠度，并且应用广泛，价格便宜。
3.1.2 机架的构思
所设计的切割机要有能移动的功能，在与地板接触的地方应当用到滚轮；要使工作台直线移动来保证切割的平整度，可以选择导轨来达成目的。水泥瓦切割过程中产生很多粉尘，而水能有效地防止粉尘对人体的危害，所以机架上应当有蓄水部件，给切割过程供水。

图3-1 机架
如图3-1所示，机架的设计方案是由两根角钢、两根槽钢、两根导轨、四个万向轮和水箱组成，其中角钢跟槽钢、导轨与槽钢、万向轮与角钢、角钢与水箱都是用焊接来固定。槽钢的一边焊有铁挡板，用来定导轨的终点，而另一端则是开口，这是为了安放工作台时所需要的。导轨能让工作台直线移动，保证切割出瓦片的平整度；万向轮能让这个设备在地上运动，同时尚有刹车功能，从而固定住切割机的移动；水箱则是用来蓄水的。
3.2 水箱的设计
3.2.1 水箱容量的计算
水箱蓄水部分是上半部的长方体，两个支撑脚是不注水的，故可计算出最大容水量V。
长：a=950mm， 宽：b=150mm， 高：h=300mm

为了计算方便取水的质量为。
3.2.2 水箱表面积的计算
水箱表面积的计算是通过pro/E软件测出来的，量出来的各个表面的面积如下：

图3-2 正面面积

图3-3 侧面面积

图3-4 顶面面积

图3-5 脚面面积

图3-6 腹面面积

图3-7 底面面积
通过软件的测量，可以得出水箱的总表面积S：

为了计算方便，可选取
3.2.3 水箱质量的计算
选择的是1mm厚度的钢板，钢板规格如下：
表3-1 钢板理论重量表
钢板厚度

钢板厚度

0.35
2.75
12
94.2
0.5
3.93
14
109.9
0.75
5.89
15
117.75
1
7.85
16
125.6

1.2
9.42
18
141.3
1.25
9.81
20
157
1.5
11.78
22
172.7
1.75
13.74
24
188.4
水箱总体的质量=水的质量+箱体铁皮的质量
由表3-1可知道，厚度是1mm的钢板密度为,从而求得箱体铁皮的总质量：
；

3.3 槽钢的选择
3.3.1 槽钢的介绍
槽钢是截面为凹槽形的长条钢材。槽钢是截面为凹槽形的长条钢材，槽钢分普通槽钢和轻型槽钢。槽钢按形状又可分为四种：冷弯等边槽钢、冷弯不等边槽钢、冷弯内卷边槽钢、冷弯外卷边槽钢[4]。
3.3.2 槽钢的校核

图3-8 槽钢的截面
h-高度；b-腿宽度；-腰厚度；t-平均腿厚度；-内圆弧半径； -轴与轴间距
图3-8是槽钢的一些参数及其所代表的意义，机架所用的的槽钢的受力分析如下：

图3-9 槽钢的受力分析图
选用8#热轧槽钢，两根槽钢要承受的是工作台的压力，工作台上有电机、钢板、机盖、两个大小不一的带轮、锯片及其固定零件等。用到的电机型号是Y2-90L-4，电机质量，估算工作台上其他物件的总的质量
单根槽钢所受的压力：；
槽钢的计算长度:；
（1）查表可知[5]，相关参数如下：

（2）通过相关资料可知

（3）计算槽钢内力

(4) 强度及刚度验算
求

剪应力：

最大挠度：

综上所述，所选择的槽钢远远满足承载规定。对于不等边角钢的验算，由于每根角钢所受到的压力只有185N，力太小，有以上的验算可知对于槽钢的挠度及应力只有一点点，故可没必要校核就可知满足强度规定。
3.4 万向轮的选择
3.4.1 万向轮的介绍
万向轮以其转向灵活、使用维护方便、成本低等优点, 广泛用于厂矿公司的工位转运器具轻工业、物流、商场物品搬运拖车等领域，有活动轮和固定轮[6]。活动轮也就我们所说的万向轮，它的结构允许360度旋转；固定脚轮没有旋转结构，不能转动。通常是两种脚轮一般都是搭配用的，比如手推车的结构是前边两个固定轮，后边靠近推动扶手的是两个活动万向轮。
3.4.2 万向轮材料的选择
通常万向轮有尼龙轮、超级聚氨脂轮、高强度聚氨脂轮、高强度人造胶轮、铁轮、打气轮。超级聚氨脂轮和高强度聚氨脂轮由于硬度高，所以能承受较大的重载荷，不管在平坦的路面还是在比较颠簸的地方都能使用；高强度人造胶轮材料柔软，不能承载大载荷，合用低重量载荷的运载情况，并且大部分只能在水泥地、木地板、瓷砖地板等这些路面平整度较高的场合；尼龙轮、铁轮合用于地面不平或地面上有铁屑等物质的场地；而打气轮则合用于轻荷重及路面软不平坦的场合。
水泥瓦切割机工作场合不分室内外，并且规定场地平坦，所以选择高强度聚氨脂轮来做为机架的支撑轮。该材料有机械强度搞、耐磨、减震、不伤地板等功能，带支撑钢套的双滚珠精密轴承，使轮子更加稳重和承重。
3.4.3 万向轮尺寸的选择
市场上有一些万向轮可供选择，以下是所选万向轮的规格：
轮片直径:50mm  
轮宽:25mm 
安装高度:74mm    
安装孔直径:8mm
底板尺寸：7051mm
安装孔距：5335mm 
单轮最大承载:60kg
3.4.4 万向轮载荷的校核
需要计算校核的是轮子的总载荷是否符合规定。需要四个轮子来支撑机架，假如地面是平坦的，可认为是四个轮负荷；假如地面不平坦，则是三个轮负荷。整部切割机总的重量涉及机架的总质量、水箱装满水后的质量、工作台的质量，至于V带等一些不是很重的零部件可以大约估算。
机架还需计算的有角钢的质量、槽钢的质量、导轨的质量。
本设计用到的角钢是50#热轧不等边角钢，槽钢8#热轧槽钢，导轨选择2#边厚度d=4mm的热轧等边角钢，长度分别为0.7m、1.5m和1.5m。查表可知，不等边角钢的理论重量为2.494kg/m，槽钢的为8.045kg/m，等边角钢的为1.145kg/m。
；

用到的电机型号是Y2-90L-4，电机质量；工作台上有钢板、机盖、两个大小不一的带轮、锯片及其固定零件等，估算工作台的质量
整机的总质量：

地面比较平坦时单个万向轮所承受的载荷：

地面不平坦时单个万向轮所承受的载荷：

无论是在平地还是在不平地，单个轮子所承受的载荷都小于额定负载，故所选的万向轮符合设计规定。

第四章 工作台的设计
4.1 工作台的整体设计
工作台规定能移动，并且要能实现切割水泥瓦的功能。本设计的工作台放在导轨上，由V脚轮跟导轨贴合，上面装有电源开关、电机、带轮、锯片等。打开电源开关使电机转动，电机通过带轮传输，把转矩传给锯片，带动了锯片旋转，之后移动工作台就可以实现水泥瓦的切割。

图4-1 工作台整体
4.2 电动机的选择
电动机选择内容应涉及：电动机的类型、电压、转速、以及容量（功率）等、并且这些方面的参数应综合考虑[7]。
4.2.1 电动机功率的选择
由于很难找到电机选择的相关数据，假如通过计算来选择所需要电机的功率可行性不高，所以可根据类比法来选择电机的额定功率。
云石机是现在用来切割水泥瓦比较普遍的一种设备，可以通过云石机的相关数据来拟定所选的电机。以下是一种云石机的部分数据：
表4-1 东成云石机 Z1E-FF-110
额定电压（V）
220
额定频率（Hz）
50
砂轮片最大直径（mm）
110
砂轮片孔径（mm）
30
额定输入功率（kw）
1.2
额定转速（r/min）
13000
净重（kg）
3.0
所以设计的水泥瓦切割机所切割的深度与云石机的切割深度差不多，故可以依照该云石机的额定功率来定所选电机的功率，考虑到其他因素，可以选择比云石机大点的功率，可选择电机额定功率P额=1.5kw。
4.2.2 电动机类型的选择
查相关资料可知[8]，由于所设计的切割机不规定调速、对启动性能没有过高的规定，故可优先考虑一般的鼠笼式异步电机。考虑到电动机工作环境多粉尘且湿度较高，选择封闭型、外壳防护等级为IP54的电动机。
4.2.3 电动机转速的选择
还是通过类比法来拟定电动机的转速。瓷砖切割机切割的材料与水泥瓦切割机的相似，都是石材，并且瓷砖硬度比水泥瓦高得多，可以通过瓷砖切割机的转速来定水泥瓦切割机的转速。以下是一种瓷砖切割机的相关参数：
表4-2 10寸桥式瓷砖切割机
产品型号
DV61010V
电机
200V/50Hz/单相
额定功率
1.5Kw
转速
3000rpm
切割角度
0°- 45°
刀片芯轴
Φ25.4mm
刀片规格
Φ250mm
最佳切深
15mm
最佳切长
900mm
最大直切长度
1000mm
平台尺寸
1060×638mm
净重
54kg
包装尺寸
1420×580×455mm
毛重
58kg
有以上表4-2可知，所选的电机转速应当在3000rpm左右。
电机可以通过一些调速设备来使工作转速达成所规定的效果，由以上所用的数据可选择的Y2系列（IP54）三相异步电机Y2-90L-4,该电机额定功率为1.5kW，转速为1400r/min,可通过带轮来改变转速，使锯片的转速达成2800r/min.
4.3 V带和带轮的选择
4.3.1 V带的选择
由于V 带传动具有结构简朴、运营平稳、抗冲击能力强、传递功率较大、成本较低等优点, 所以广泛应用于各类机械中[9]。
（1）拟定计算功率Pca
查相关资料可得[10]，工作情况系数

（2）计算小轮转速

（3）验算带速

（4）

（5）计算带长

(6)计算基准长度

（7）计算传动的实际中心距

（8）验算小带轮的包角

（9）拟定带的根数

所以选择的根数为2
（10）拟定带的最小初拉力
（4-1）
（11）计算最小轴压力
（4-2）
4.3.2 小带轮的选择

图4-2 小V带轮
根据相关资料可知，

由于小带轮的基准直径
，

4.3.3 大带轮的选择

图4-3 大V带轮
由于大带轮的基准直径,故选择辐板式V带轮。
大带轮的大径:

想要设计的轴的直径：
大带轮的厚度：

当时，

4.4 轴的设计
轴的设计应考虑很多方面的因素和规定，其中重要问题是轴的材料、结构、强度和刚度，对于高速运转的轴还应考虑振动稳定性问题[11]。

图4-3 轴的设计图
4.4.1 轴的整体设计
考虑到经济实用性，选择45钢来作为轴的材料。如图4-2，左边Ф16的部分用来固定圆锯片，两个Ф25的部分用来与轴承过盈配合，Ф20的端面开有键槽，用来与小带轮连接。
4.4.2 验算轴的最小直径
因在该设计中轴的受力重要为扭转力，所以在校核时，重要考虑的是扭转强度。由查表得，45钢的许用扭转应力[τT]=30Mpa，轴的扭转强度条件为
（4-3）
式中：τT为扭转切应力，Mpa；
T为轴所受的扭矩，N×mm；
WT为轴的扭转截面系数，mm3
n为轴的转速，r/min；
P为轴传递的功率，Kw;
d为计算截面处轴的直径，mm；
由式（4-1）可得轴的直径应当满足以下条件：
（4-4）
轴上有两个深沟球轴承，传输给轴扭矩的尚有两根皮带，查相关资料可知轴承的传动效率为0.99，V带的为0.96。

[τT]取较大值，A0取较小值的情况是：弯矩较小或只受扭矩作用、载荷较平稳、无轴向载荷或只有较小的轴向载荷、减速器的低速轴、轴只做单向旋转。所设计的水泥瓦切割机的轴所受的弯矩小，载荷平稳，只做单向旋转且无轴向载荷，故可取[τT]=45MPa，A0=103。由式（4-2）得

轴右端有一键槽，轴径增大5%～7%，为了安全起见取7%。

有图4-2可知，轴最小的直径，所以轴的直径符合设计规定。
4.4.3 验算轴的扭矩

图4-4 轴的受力分析
（1）水平受力计算

图4-5 水平方向的受力分析
由式（4-2）可知

为了画出AC段的弯矩图，需要将AC段提成AB段和BC段用×1表达AB段中任意横截面到左端的距离，用×2表达BC段中任意横截面到左端的距离

图4-6 水平弯矩图
当时有最大水平转矩

(2)垂直方向的受力计算

图4-7 垂直方向的受力分析
由式（4-1）可知，

有以上可得

为了画出AC段的弯矩图，需要将AC段提成AB段和BC段用x3表达AB段中任意横截面到左端的距离，用x4表达BC段中任意横截面到左端的距离。
AB段弯矩方程：

BC段的我就方程：

图4-8 垂直方向的弯矩图

（3）计算总弯矩

（4）计算轴的扭矩

图4-9 扭矩图
(4-5)
(5)校核轴的强度
在B处弯矩最大，直径也比较小，所以在B处最容易收到破坏，计算应力
（4-6）
此处的取0.6
对于直径为d的圆轴，弯曲应力为，扭转切应力为，将和代入得到
（4-7）
式中：——轴的计算应力，MPa；
M——轴所受的弯矩，；
T——轴所受的扭矩，；
W——轴的抗弯截面系数，；
——对称循环变应力时轴的许用弯曲压力；
由资料可知，根据式（4-6）

由资料可知45钢的
所以轴的强度满足该课题的规定。
4.5 轴承的选择
轴承的选择重要是对轴承的类型、额定动载荷、基本额定动载荷、当量动载荷、使用寿命的计算与校核[12]。
4.5.1 轴承种类的选择
水泥瓦切割机的轴承放在锯片的轴上，受到的力重要是径向力，同时也有较小的轴向力，根据规定，可以选用单列深沟球轴承。
出于对轴和安装方便的考虑，初选型号6205的深沟球轴承，其相关参数如下：

图4-10 深沟球轴承
表4-3 6205轴承部分参数
基本尺寸
/mm
基本额定尺寸
/kN
极限转速
/r·min-1
质量
/kg

脂
油

25
52
15
14
7.88
12023
15000
0.127
4.5.2 轴承的校核
受力分析如图4-3所示，有以上对轴的运算可知，在B点的受力最大，故应选择B处的轴承来校核。A、B两处装的都是6205轴承。
（1）轴承受到的径向力
;
由于无法求得锯片和带轮的轴向力，可以估算给轴向力一个值，所取值。
（2）计算相对轴向载荷：
（4-8）
（4-9）
由式（4-8）和（4-9）可知，轴承所相相应的相对轴向载荷取0.025，相应的判断系数。由于，所以。
（3）计算实际当量动载荷

（4）预期计算寿命
水泥瓦切割机是间断使用的机械，中断使用后果比较严重，故预期计算寿命。
轴承应具有的基本额定动载荷值C为：
(4-10)
式中：P——当量动载荷，N；
n——轴承的转速，r/min；
——指数。对于球轴承，；对于滚子轴承，；
将P=338.32N，，n=2800r/min, =3代入式(4-10)可得出轴承应具有的基本额定动载荷值：

由表4-3可知，6205轴承的额定动载荷,所以可选用这种轴承。
4.6 键的选择及强度校核
键是一种标准零件，用来实现传递转矩、轴向固定或者轴向滑动的导向。键联接是通过键实现轴和轴上零件间的周向固定以传递运动和转矩[13]。
键连接的重要类型为：平键连接、半圆键连接、切向键连接等。
轴上的键装在Ф20的轴径上，选择的尺寸为6×6×10的圆头普通平键；电机轴的直径Ф24应当选择的圆头普通平键尺寸8×7×36。
普通平键连接的强度条件为
（4-11）
式中： T——传递的转矩（），；
K——键与轮毂键槽的接触高度，k=0.5h,此处h为键的高度，mm；
——键的工作长度，mm，圆头平键l=L-b，平头平键l=L，这里L为键
的公称尺寸，mm，b为键的宽度，mm；
——轴的直径，mm；
——键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，MPa；
由式（4-5），对于轴上的键有：

所以轴上的键符合强度规定
对于电机上的键有：

4.7 V脚轮的选择
V脚轮由铸铁制成，表面有成直角的槽，可用来与V型导轨贴合，来实现导轨与轮子的运动。V型槽脚轮在V型槽的两面，留有足够宽的轮面，保证了此款V型脚轮离开轨道后，仍然可以再平面的工作面上运营。

图4-11 V脚轮与导轨的配合
V脚轮用来支撑工作台的，所选的脚轮最大载荷有500kg的重量，而电机及工作台上其他零部件的质量，工作台的总质量远远不及V脚轮的最大载荷，故可选择该型号的V脚轮。选择那么大载荷V脚轮，重要是为了有大的直径来抬高工作台，从而使锯片切割深度达成保证。
4.8 锯片的选择及切割深度
金刚石锯片是一种切割工具，广泛应用于石材，陶瓷等硬脆材料的加工。金刚石锯片重要由两部分组成；基体与刀头。基体是粘结刀头的重要支撑部分，而刀头则是在使用过程中起切割的部分，刀头会在使用中而不断地消耗掉，而基体则不会，刀头之所以能起切割的作用是由于其中具有金刚石，金刚石作为目前最硬的物质，它在刀头中摩擦切割被加工对象，而金刚石颗粒则由金属包裹在刀头内部[14]。本机采用金刚石刀片进行切削，具有切割速度快，切口平整美观的优点。
某厂家生产的金刚石锯片参数如表4-5所示
表4-5 金刚石锯片参数
直径
(mm)
刀头尺寸
(mm)
齿数
孔径
（mm）
105
35×1.8×7.5
8
16/20
22.23
25.4/50
115
38.3×1.8×8.0
8
125
37.5×2.0×8.0
10
150
33.5×2.0×7.5
10
180
35×2.2×8.0
14
200
39.2×2.2×8.0
14
230
34.4×2.4×8.0
16
250
40×2.4×8.0
18
300
40×2.8×8.0
22
350
40×2.6×8.0
24
为了能达成较大的切割深度，初步选定直径350，刀头尺寸40×2.2×8.0，齿数24，孔径20的锯片。通过类比法来校核锯片是否符合规定。
金刚石锯片重要通过对其线速度、切割深度和进刀速度来考虑是否达成设计规定。
HLQ-18型混泥土路面切割机是一种用来切割钢筋及混泥土的设备，由柴油机带动金刚石锯片。虽然水泥瓦切割机只用来切割水泥瓦，不需切割钢筋，但还是可以根据类比的方法来校核水泥瓦切割机的锯片。
表4-6 HLQ-18型混泥土路面切割机部分参数
最大切深
mm
锯片最大转速
r/min
锯片线速度
m/s
进给速度
m/min
170
2200
35～55
9～12
所选直径350锯片转速：

计算周长：

计算线速度：
。
锯片的切割深度可由pro/E软件测量出来：

图4-12 切割深度测量结果
由图4-11可知，锯片所能切割的最大深度为56.02mm<170mm,故所选的锯片切割深度也符合规定。
水泥瓦切割机由人来推动工作台移动的，所以很容易控制切割的进给速度，所以不用校核进给速度。
综上所述，选择的直径350，刀头尺寸40×2.2×8.0，齿数24，孔径20的金刚石锯片符合设计规定。
表4-7 常用水泥瓦参数
长×宽×厚
/mm
重量
/kg
1800×745×4.5
10
1800×745×5
12
1800×745×5.5
13.5
1800×745×6
15
以一张水泥瓦的厚度为6mm来计算，锯片的最大切割深度为56mm，水泥瓦切割机一次最多能切割水泥瓦的张数：
考虑到瓦片在重叠过程中有的间隙，两张瓦片间的距离应当算8mm，切割机一次实际的切割张数：
锯片不是与地想接，要想一次切割7张瓦片，应当在地先垫上其他物体，以使锯片能切割到最底下的瓦片。所垫物体的最小高度：

第五章 电路控制部分
5.1 电路控制的概述
水泥瓦切割机是用电动机来提供动力，通过V带来带动锯片切割水泥瓦的，所以控制部分的设计就是对电机工作的设计。切割机只用来切割水泥瓦，可认为载荷稳定，所以不需要电机正反转和调速，只需控制电机的运转跟停止即可。本设计所用到的电机是Y2系列（IP54）三相异步电机Y2-90L-4，其相关参数表5-1所示：
表5-1 三相异步电机Y2-90L-4部分参数
额定功率
/kW
额定电流
/A
转速
/
额定电压
/ V
1.5
3.7
1400
380/660
5.2 电路控制的设计

图5-1 三相异步电机电路控制
图5-1中个符号所表达的意义：

熔断器FU起到电路保护的作用，当电路发生短路时会使电流过大，从而可熔断FU，使电路断开。
热继电器FR起到过载保护的作用，当过载时可令元件发热，从而将动断触点断开，热继电器线圈断电，主触点断开，电路断电。
交流接触器KM由电磁铁和触点两部分组成，KM的线圈通电时，电磁铁把主触点吸取下来，使上下触点接触，从而使电路接通。
控制电路的工作原理。电机额定电压380V，先把电路接到380V工业用电上，即开关闭合，按下开关,电路接通，电机运转。松开后，34段电路断开，但由于交流接触器的辅助触点和主触点已经粘合，电路依旧能保持接通，实现了电路的自锁，电机继续运转。当按下开关，线圈断路，辅助触点和主触点分开，电路断开，电机停转[15]。
第六章 总的装配设计
6.1 装配总图

1-V导轨；2-万向轮；3-电机；4-电源开关；5-手柄；6-水箱；7-大带轮；8-V带；9-小带轮；10-圆锯片
图6-1 总体设计图
6.2 工作原理
见图6-1，按下电源开关，电机工作带动大带轮旋转，通过V带使小带轮转动，从而实现了圆锯片工作。工作台下装有V型脚轮，脚轮与V导轨配合，使工作台能左右移动。电源开关固定在了手柄上，方便了对电机的控制，推动手柄，使工作台左右运动，从而能把放在地上的水泥瓦切割掉。在切割瓦片的过程中，水箱里的水通过胶管喷射到圆锯片上，来减少切割过程中所产生的粉尘对人体的危害。切割机机架装有四个万向轮，万向轮与地板接触。假如想到切割下一处，先关闭电源，然后移动切割机到指定位置后，压下万向轮的刹车片，使万向轮处在固定状态，之后就可以打开电源重新切割了。
6.3 创新点的设计
1、所设计出来的水泥瓦切割机相对与大型的切割设备更容易操作，同时价格便宜，占地空间小。
2、有专门的贮水部件，能借助水来使切割过程出现的粉尘得到有效地控制。
3、一次性最多能切割7张水泥瓦，工作效率高。
4、通过导轨来实现直线移动，保证了切口的平整度。
5、使用到万向轮，从而方便了移动切割。

第七章 总结与展望
7.1 总结
通过以上的讲述，本人在设计水泥瓦切割机的过程中，由于其所用到的材料和零件，对相应的内容做出了一些研究。
（1）钢材料的选择。切割机的机架用到的重要是钢材料，水箱和工作台底板用到了钢板，导轨部分用到了槽钢和角钢。通过对这些钢材料的极限扭矩和应力等性能研究，拟定了钢材料的型号和尺寸。
（2）切割机造型的研究。切割机要实现切割功能，只有两种方案：锯片部分的移动和工件的移动。出于控制的方便和占地面积的考虑，本设计选择了锯片部分的移动进行设计。
（3）万向轮的研究。为了移动的方便，本设计用到了万向轮。万向轮分旋转和固定两种形式，一般这两种形式的万向轮是同时应用到一部机械上的。能旋转的万向轮有刹车功能，而固定万向轮则没有。
（4）电机的研究。查阅《机械设计手册》可知，电机分直流电机和交流电机，而交流电机又可分异步电机和同步电机。要选择合适的电机，就应当了解到电机的工作环境、工作性质、工作时