GQ40型钢筋切断机的结构设计与运动分析【说明书+CAD】
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黄河科技学院毕业设计 (文献综述 ) 第 1 页 钢筋切断机 运动分析 综述 摘要 :本文首先针对典型的钢筋切断机的结构建立了钢筋切断过程中的通用动力学计算模型，并采用 序编制了求解电机真实运动的总程序，程序的界面清晰，运算结果准确。该计算模型的运算结果对于改良现有的钢筋切断机的结构以及开发新的品种有指导的意义 。 关键词 ： 钢筋切断机；通用动力学模型；电机真实运动； 钢筋切断机是一种各类工程建设领域广泛使用的设备，在近年来的生产、使用中呈现快速增长的趋势。国内各相关厂家先后开发了 、 、 、 、等多个品 种的切断机。随着建设工程规模的扩大，建筑质量的要求提高，钢筋切断机的规格有逐渐增大的趋势。各生产厂家为提高自己的生产产品的技术性能、增加产品的竞争优势，不断优化结构，努力降低生产成本，并不断开发新的品种。但由于未见国内外有关钢筋切断机动力学研究的文献，因而在改良产品设计及开发新的产品过程中，在产品试制及完成测试之前尚不能对结构的动力学参数及驱动电机在工作过程中的真实运动情况有比较明确的了解，而电机在工作过程中的速度降是衡量钢筋切断机设计质量的重要指标之一。为此，我们首先建立了一种钢筋切断机的通用动力学计算模 型，并采用 序编制了求电机真实运动的总程序，使我们在产品的改良设计及研发新产品的过程中通过 成产品结构图的设计后，通过联机计算的方法就可以清楚的求得所开发产品的动力学参数及驱动电机的真实运动情况，可以极大的加快产品的开发速度及方便的修改产品的结构参数。相关工作对于提高国内产品技术开发工作的进度，提高产品的竞争力有一定的积极作用。 2. 国内外钢筋切断机存在的缺点和问题 目前，国内外现有的钢筋切断机，就其传动方式分为两种类型：一种是开式传动，一种是闭式传动。开式传动的形式，其轴、齿 轮等主要传动件都要暴露在外，各传动件均要靠人工加油，极为不方便。闭式传动的形式，主要传动件均安装在机器箱体内，形成整体密封，其机体为整体构件，加工工艺复杂。国内外的钢筋切断机主要存在以下几 黄河科技学院毕业设计 (文献综述 ) 第 2 页 个问题： 45 (1) 用电动机作原动机的钢筋切断机和用柴油机作原动机的钢筋切断机，所用的原动机不能代换，着给使用带来了一定的不方便。 (2) 国内外使用的全封闭结构的钢筋切断机的活动刀处采用上开盖的机体，大都是采用的是减速器结构，用螺栓连接，而这种结构的刚性较差，而且在结合面处加工困难，并且常常漏油。而机体采用整 体式结构的钢筋切断机，活动刀处采用的是侧开盖结构，由于切断机工作时所受的侧向力很大，常常损坏。 (3) 国内外所使用的钢筋切断机在空套齿轮与轴结合处，常常容易损坏。 (4) 国内外所使用的钢筋切断机，其离合器操纵机构只有一种方式，即脚踏式，这不适应于不同习惯的操作者和不利于紧急情况的操作。 (5) 国内外所使用的钢筋切断机，大都采用的是小功率的电动机，工作主轴的偏心距也很小，这样在剪切公称直径范围内的不同直径的钢筋时，就要更换刀片或者在刀片的后面加减刀垫，才能完成剪切不同尺寸钢筋的切断要求。 (6) 国内外 所使用的钢筋切断机，其固定刀片侧隙的调整是靠人工选配尺寸固定的刀垫来实现的。 678 3. 相关专利产品介绍 专利 1的产品是一种以柴油机为动力的钢筋切断机，其特征在于将钢筋切断机与柴油机相组合、中间用皮带传动相联接构成一柴油钢筋切断机。其优点和积极效果是：不需要电力，使没有电力或者电力不足的地方，也够使用钢筋切断机完成钢筋的切断。 下图所示的是专利 1产品 的结构示意图 黄河科技学院毕业设计 (文献综述 ) 第 3 页 专利 2的产品是一种改进的钢筋切断机。它的箱体由侧面箱板和箱底板组装成封闭型式：其传动系统采 用三轴（六齿轮）三级齿轮传动结构；而其曲柄杆与滑块采用钩型连接结构。这种改进，使箱体制造工艺简化。由于是三级齿轮传动节省了一根中间传动轴，故而使整机体积缩小了许多，且降低了成本。而曲柄杆与滑块的钩型连接方式，不仅结构简单，而且提高了机械强度，不易损坏，使整机延长了寿命。 专利 3的产品是一种改进的钢筋切断机。包括电机、飞轮、第一级至第四级齿轮传动装置、离合器、定动切刀和哈夫式齿轮箱体，第一级齿轮传动装置的传动轴两端分别套装有飞轮；哈夫式齿轮箱体以曲轴中心水平线为依据，由铸成上、下各一半的两块箱体组合而成。 本实用新型由于在现有四级齿轮传动钢筋切断机的基础上，采用哈夫式箱体并在第一级齿轮传动装置的传动轴两端分别套装有飞轮，故其故障率低，使用寿命长，阻力大；且安装、维修方便。 专利 3的 产品是对国内外产品的一种改进，是一种实用新型的钢筋切断机，该产品主要包括电动机，飞轮，第一级至第四级齿轮传动装置、离合器、定动刀片和哈夫式齿轮箱体，起主要特别之处在于：第一级齿轮传动装置的传动轴两端分别装有飞轮。具体结构如下图。 黄河科技学院毕业设计 (文献综述 ) 第 4 页 4. 钢筋切断机几个主要部件 (1) 刀口装置 专利 9指推动刀口轴杆 的偏心轴外围装设有方形滑块，于偏心轴转动时能使方形滑块上下移动，进而使刀片轴杆以平面方式向外推动或拉回，使钢筋的切口平直，并于切断钢筋后，偏心轴拉回轴杆撞击偏心轴的力，形成面的撞击使受力点平均，降低偏心轴的耗损，且该偏心轴与推动齿轮间设有一固定隔板，以避免撞击的同时造成齿轮的偏移而损坏，该刀口轴杆的另一侧设有一活动隔板，能增进维修时的便利性。 9 (2) 离合器组件 专利 10包括曲轴、内齿轮、大齿轮和安装在两轮内接之间的 活动销齿机构。该机构又由转销轴、转销齿、拨动挡板、拉簧和伸缩挡销组成。通过操纵转销齿接触于大齿轮的转销齿推槽内而使大齿轮带动内齿轮和曲轴转动。或操纵转销齿接触于内齿轮的转销轴槽内而使内齿轮脱离大齿轮，使大齿轮空转。该离合器可适用于切断机、冲床、剪切机床上，其具有离合平稳、体积小、结构紧凑的优点。 10 5. 其他 (1) 机械动力学的相关内容 机械动力学主要研究的是机械的振动和平衡的问题。目前，我们正在高速发展的阶段，各个部门迫切需要大量的新的高效率，高速度，高精度和高自动化的机械设备。随着机械速度 的提高，机械平衡和震动的问题成为机械设计中的一个问题，在设计高精度的机器时，就必然涉及各种动力学的因素，需要精确计算各部件的真实运动情况以及考虑部件的弹性、运动副中的磨察等因素对构件运动的影响，才能使各部件的动作协调，机械运转正常。 11 12 （ 2） 结构与造型的改良。 目前的钢筋切断机有闭式与开式两大类。开式由于体积大，搬移不便、润滑差等，已经很少生产使用。而闭式结构的体积虽较为紧凑，但存在的主要问题是在传动系统出现故障时，维修不太方便。目前在市场上出现了一种在整体闭式结构上的改良设计。即将机体一 侧的 1/2 1/3 设计为可拆卸结构，这种结构虽然在加工上增加了工序，但铸 黄河科技学院毕业设计 (文献综述 ) 第 5 页 造环节更简单，安装比较方便，尤其是便于售后服务 . 13 14 6. 结束语 产品的设计开发过程是一个不断改良完善、技术优化发展的过程。唯有通过长期的市场考验，且有优良的性价比，才能真正占领市场。 钢筋切断机的动力学仿真程序的设计必将更加有利于钢筋切断机产品的开发，可以加快产品的开发速度以及开发出更加高效的产品。 参考文献： 专利 1 孟宪民 ; 刘鸿鹰 ;付竹祥 柴油钢筋切断机 专利号： 利 2 陶昆 钢筋切断机 专利号： 利 3 蒋家善 改进的钢筋切断机 专利号： 利 4 沈太福 交流无级调速钢筋切断机 专利号 : 利 5 史超 手提式钢筋切断机 专利号 :利 6 李永 立式可移动的钢筋切断机 专利号 :利 7 徐守成 ; 陈广磊 手动式液压钢筋切断机 专利号 :利 8 广东省韶关机床厂 新型的手动钢筋切断机 专利号 :利 9 邱文聪 钢筋切断机刀口装置 专利号： 利 10 全承浩 钢筋切断机的曲轴离合器 专利号： 11 唐锡宽 机械动力学 高等教育出版社 12 机械系统设计（第 2 版） 朱龙根 编著 北京 ： 机械工业出版社 ， 2001,8 13 王文良，李长诗 钢筋切断机通用动力学 2008 年 8 月 14 王良文 国产钢筋切断机的生产现状与改良方向 2009 年 1 月 15 ， ， ， et 0， 003 16 L， ， C 2397 单位代码 02 学 号 080105022 分 类 号 密 级 毕业设计 文献综述 院系名称 工学院 专业名称 机械设计制造及其自动化 学生姓名 谷继强 指导教师 王良文 2012 年 3 月 15 日 黄河科技学院毕业设计 (文献翻译 ) 第 1 页 基于因特网的圆筒型齿轮驱动的设计方法 of 00044 , 要 ： 通过因特网驱动的圆筒型齿轮的基本原理的描述，最优化设计方法，有限元分析， 页的设计研究及三部分实体的发展诸如研究院（或大学），企业和顾客也被考虑。研究的目的是为了给认识通过网络在不同的地方设计圆筒型齿轮驱动的方法提供一个 基本原则和探索一个实用路线 。 关键字：因特网 ; 圆筒型齿轮 ; 机械模型 0 介绍 随着科学、技术、和国民经济的发展，由圆筒型齿轮驱动的设备逐渐被广泛地应用。它已作为工业自动化、建筑机械和农业机械的重要组成部分，因此对它的要求也在不断提高，尤其是对质量的技术要求。但是传统的设计方法不能满足技术的发展要求。多亏电脑、交流、信息技术的飞速发展，全球网络系统以快速的交流，便利的申请，丰富的信息，广泛的申请，低廉的价格，全面的功用及灵活的服务特征把整个世界连接起来，也就是说向人们提供了一个实用的申请工具。 1 基本原则 由于现代企业的活动逐渐走向全球化，产品更新的速度也在不断加快，产品的生产周期已经缩短和生产平衡也在缩小。在目前的市场竞争中，如果市场信息和消费者的需求不能反馈到产品的生产和研发部门，极有可能发生市场、销售、研发的脱节，这对公司和企业发展的阻碍是显而易见的。然而，通过全球网络系统，信息能快速反馈回来，在不同地区的研究人员也可以通过网络来交换意见和数据。如果全球网络系统能够建成，联合性的设计可以在电脑的支持下完成，以便满足市场的需求，这是非常有意义的。在因特网上建立一个专门从事此项研究工作 的论坛是非常有用的，同时，它对 统的发展是极为有意的。因此，基于因特网的圆筒型齿轮的现代设计方法的研究和基本原理是以现代设计方法的技术资源为基础的，诸如，通过局域网或电话线进行的计算机辅助分析设计，数字分析和工程数据。因特网通过 立了以“圆筒型齿轮驱动”的现代设计方法为主题的主体队伍，是为了以中间技术资料、随机信息特征、曲线图、声音及资料为基础提供现代设计的技术资料、分析、制造、组合和工程数据。 黄河科技学院毕业设计 (文献翻译 ) 第 2 页 2 在网上对模型的研究和发展 闭式系统模型 在对圆筒型齿轮的现代设计的研究和发展上，有三部分实体组成的“圆筒型齿轮驱动的现代设计方法”的论题队伍能够在网上见到。这个以研究和发展为主的论题队的三部分结构如图 1. C o n s u m e r u n i tI n t e r n e tE n t e r p r i s e( o r C o . )R r e s e a r c h u n i t( o r ) u n i w e r s i t 描绘模型 三部分实体之间是互相独立的，但是通过 种交流工具三部分实体之间的关系能够被应用在 圆筒型齿轮 驱动的研究和发展上，图 1 中三部分实体在一个封闭的系统中，以下均包括在这个系统中。 1消费者提出对产品的要求、供货标准和经济技术资料。研究 院依据对现代 圆筒型齿轮 的研究，信息的收集和数据的分析建立一个草案。二者将共同作用现代 圆筒型齿轮 的设计和生产上，如果任何一个问题产生，消费者将能和企业直接联系，这将改变这个封闭系统。 2研究院（或大学）根据基本研究结果，实用技术专利及大量科学技术资料对产品进行改进。研究院将与企业联手生产出最适合消费者的 圆筒型齿轮 。如果消费者有什么问题，他可以直接和研究机构联系。它的构成是在一个封闭的系统模型里。在这个封闭的系统中如果任何一方出现麻烦，都能快速作出反应并共同解决这个问题。 织结构模型 对“ 圆筒型齿 轮 驱动的现代设计”三部分实体的研究和发展论谈队的主要组织结构如图 2. 黄河科技学院毕业设计 (文献翻译 ) 第 3 页 I n t e r n e tR e s e a r c h u n i t ( o r u n i v e r s i t y )T i e - i n c o - t o p i c t e a mp r o d u c t t e s ti n v e s t i g a t i o np r o d u c t a n a l y z ep r o d u c t d e s i g nW e b d e s i g n a n d s u p p l yW e b d e s i g n a n d s u p p l yp r o d u c t d e s i g np r o d u c t a n a l y z ep r o d u c t t e s ti n v e s t i g a t i o nR e s e a r c h u n i t ( o r u n i v e r s i t y )T i e - i n c o - t o p i c t e a mR e s e a r c h u n i t ( o r u n i v e r s i t y )T i e - i n c o - t o p i c t e a mp r o d u c t t e s ti n v e s t i g a t i o np r o d u c t a n a l y z ep r o d u c t d e s i g nW e b d e s i g n a n d s u p p l 主要的内部组织结构 网上的三部分实体的论题队是一支有着多种特长，多种科学和研究和发展机械生产力的团队。在网站的论坛上可以看到共享资源，网络能够充分利用每一部分的优点和认识重叠着的科学。用这种方法高质量的令人满意的产品能够被快速设计并制造出来。 通过在网上对三部分实体的快速协调建立了平行生产工程，快速发展。快速制造的基础，及时的传送和售后服务。通过这种方法，产品的 生产问题能够快速反馈给企业及研究机构，所提供的这些数据和资料提高了产品的设计和制造过程，使产品在质量、时间、类型、价格上有了强有力的竞争力。 络的技术及结构 建立一个网络主要包括网络的连接，电子邮件，资料的传输，网页技术和消费者的参与等。事实上因特网是一内部的网站，它有开放的 P 协议。在这个平台上无论这三部分实体起什么作用，由于网络的独立性、网络协议的标准和技术他们彼此之间可以进行交流。网络的结构被分为三部分，诸如网络协议、硬件和软件。消费者可以通过网线或电话线将电脑接入因特网。 站的设计 根据上述提到的网上的基本原理和申请技术，为机械生产的“ 研究和发展的队伍的论题将被建立，同时网站也会快速建好，网站的设计应用简明清楚的语言合理安排并容易通过服务器搜寻。网站的同一控制不应该有太多的障碍等。 动伺服器）技术的作用在网页设计中是极为重要的，通过用 为任何一个开拓者建立一个区分平台。申请项目可发布在网上并能被任何一个探索者查找。同时，顾客的笔迹、 X 的操作控制和自动记忆功能能够在任何时候加于 部以便满足灵活的过程要求。因此， 页伺服器、自动记忆功能和主页等的发展技术已被这篇文章吸纳，微软公司的开拓者可以申请这项技术。 黄河科技学院毕业设计 (文献翻译 ) 第 4 页 通过探索者所提供的工程数据，技术信息和资料，研究和发展过程能够在网上执行并完成每次工作。 3 圆筒型齿轮 驱动的现代设计 据资料建立工程数据 在 设计 圆筒型齿轮 驱动期间，查找并阅读大量手册、数据和文献是非常有必要的，诸如机器的价值、许用压力、各种计算及修正系数、试验曲线和图表等，设计者必须检查和修正上述数据，这项工作是非常冗长的和费时的。在现代的设计方法中，计算式，计算方法和程序及大量数据，图表，表格已被作为过程，文件，数据参考等保存在电脑上。用这种方法，电脑能更快速更准确地自动调用信息，并且也整添了修改功能。这样，电脑可以按每步的设计要求检索信息和辅助完成大量冗长复杂的工作。手册、数据、和资料的处理过程如下，数据和表格过程中插入有用的列表数据，图表规划，合适的曲线和数据表达式，单行数据及列表。 网站上工程数据的发展依靠 网页设计等数据。它们能提供工程数据，相关技术资料及中间技术资料并以精美的表格展示出来。 筒型齿轮 驱动的最优化设计 最优化设计是一种有现代设计特征的设计方法。机械最优化设计方法已被用于查找最优化设计方案及在满足疲劳强度及弯曲强度条件的设计参量。然后根据实际要求在所有的最优化方案中选出最优的一个，那么最合理最确的齿轮驱动将会被完成。 星齿轮减振器的最优化设计 最优化设计的目标是行星轮减振器设计 中寻求恒星或减速齿轮的最小体积。根据几何学设计过程，行星轮减少的最优化设计分子式如下： 极齿轮 考虑到了单级、二级、三级三种齿轮类型和三级直齿齿轮驱动或斜齿轮驱动，对多极 圆筒型齿轮的最优化设计已经形成。每一种齿轮类型，有齿顶高修正和无齿顶高修正均被考虑。 齿轮驱动的最优化设计与中心距、模数、螺旋角、齿数、齿宽、和齿轮的修正系数有关。这里有9 种不同的方案对单级齿轮驱动， 18 27 种方案对二级和三级齿轮驱动。 多种方案被写入每个齿轮驱动的设计方案中，最优化设计的目标函数如下： 黄河科技学院毕业设计 (文献翻译 ) 第 5 页 a=f(x)=f(x1,x2,a齿轮中心距 x未知量 n设计系数 顾客可在网上填写与设计种类及要求有关的表格并发送给研究单位，顾客便能够获得设计图、计算结果及数据文件。可视化的计算结果及数据将被展现在网上。 限元分析 有限元分析是一种极有效的分析方法，它能被广泛应用于太空飞行、航海学、公民学、水利工程、造船及机械工程等。有限元分析能十分有效地计算机器局部的压力及变形。一种度量单个齿的有限元网和有 关有限元压力的曲线图能够通过分析圆筒型齿轮的外型获得。 算机辅助设计技术 现代设计方法及计算机辅助设计技术主要被用于设计阶段。它们主要被用于机械工程绘图，但是一些先进的功能如实体建摸的发展、行星齿轮、恒星齿轮、内齿齿轮的实体建摸已被用于行星齿轮减振器中，这样，在设计阶段就能看到最终设计结果和集合等。当生产设计完成时，工程图已经生成。 4 结论 在网上描述了“ 圆筒型齿轮 驱动现代设计”的基本原理。为长远的发展和在不同的地方设计 圆筒型齿轮 驱动的产品三部分实体的主题队能够被建立。在此基础上，解决 机械工程中的实际问题将成为可能。 黄河科技学院毕业设计 (文献翻译 ) 第 6 页 参考文献 1in 000 2蔡青 统的可视化集成化智能化网络化西 安：西北工业大学出版社。 3林超，李润方，郭晓东 ：中国 齿轮制造 研究会第四届学术年会，1997:30 31 +86 单位代码 02 学 号 080105022 分 类 号 密 级 毕业设计 文献翻译 院系名称 工学院 专业名称 机械设计制造及其自动化 学生姓名 谷继强 指导教师 王良文 2012 年 3 月 15 日 单位代码 02 学 号 080105022 分 类 号 密 级 毕业设计 说明书 钢筋切断机的结构设计与运动分析 院系名称 工学院 专业名称 机械设计制造及其自动化 学生姓名 谷继强 指导教师 王良文 2012 年 5 月 15 日 黄河科技学院 本科毕业设 计 （论文 ） 任务书 工 学院 机 械 系 机械设计制造及其自动化 专业 08 级 机电一 班 学号 080105007 学生 谷继强 指导教师 王良文 毕业设计（论文）题目 钢筋切断机的结构设计与运动分析 毕业设计（论文）工作内容与基本要求 （目标、任务、途径、方法，应掌握的原始资料（数据）、参考资料（文献）以及设计技术要求、注意事项等） 一、设计技术要求、原始资料（ 数据）、参考资料（文献） 1、设计要求： 1）建立运动分析模型 ，分析曲柄滑块机构的位移、速度、加速度。 2）完成 40 型钢筋切断机的结构设计，并画出结构图及部件图。 3）完成传动系统的设计计算。 2、原始资料（数据）： 切断机的电机， 2.2 断次数， 32（次 /分 )；切断行程： 34 3、参考资料 1）筑路机械工程著作； 2）建筑机械杂志。 二、设计目标与任务 设计出满足要求的钢筋切断机，并完成其 装配图与部分零件图，查阅文献资料不少于 12篇，其中外文资料不少于 2 篇 。 1、文献综述一篇，不少于 3000 字，与专业相关的英文翻译一篇，不少于 3000 汉字。 2、毕业设计说明书一份，内容与字数都不少于规定的任务量。 3、图纸若干（折合后不少于 纸 3 张，可以用计算机绘图）。 4、包含本次设计的所有内容的光盘一张。 毕业设计（论文）撰写规范及有关要求，请查阅黄河科技学院本科毕业设计（论文）指导手册。 三、时间安排 1周 完成开题报告、文献翻译、文献综述及总体方案 设计 5 完成总体设计、完成部分机构的装配图及部分零件图并撰写说明书 12 修改论文、资格审查等 14 周 毕业答辩 毕业设计（论文）时间 ： 年 月 日至 年 月 日 计 划 答 辩 时 间： 年 月 日 专业（教研室）审批意见： 审批人 签名： 目 录 1任务书 1 2开题报告 2 3指导教师评阅表 3 4主审教师评审表 4 5 毕业设计答辩评审与总成绩评定表 5 6毕业设计说明书 6 7文献综述 58 8文献翻译 64 9光盘 10设计图纸 单位代码 02 学 号 080105022 分 类 号 密 级 毕业设计 说明书 钢筋切断机的结构设计与运动分析 院系名称 工学院 专业名称 机械设计制造及其自动化 学生姓名 谷继强 指导教师 王良文 2012 年 5 月 15 日 黄河科技学院毕业设计说明书 第 1 页 前 言 随着现在建筑工业的发展，建筑机械正在以其前所未有的速度发展着。钢筋切断机的应用也日益广泛，需求和生产呈现日益上升的趋势。这不可避免加剧了建筑行业内的竞争，为了在竞争中取胜，各建筑机械生产厂家努力降低设计和生产成本。 通过研究分析 钢筋切断机，归纳建立了切断机的动力学仿真系统，这样我们在新产品设计和技术开发时，在不需要制出样机的情况下，通过分析，就可以得到动力学参数，分析设计结果，对设计结果进行必要的改进。该思路在国内外尚且是首次提出，对钢筋切断机的设计和开发具有指导性的意义。 经过几年的大学学习，我们不仅掌握了一些专业基础课和专业理论课，而且还具有了设计机电设备的一些最基本的方法和思路，值此毕业设计之际，作为对几年来课程学习的一个综合性锻炼和考 试，我们决定设计对钢筋切断机进行动力学分析和结构设计，来解决以上生产厂家和消费者的难题，并对设备进行优化。 虽然，我们也有过一些实际的手工实习和多次到工作一线去参观，但由于我们对设计设备的知识掌握还不够全面，设计的思路还不够完善，考虑问题还不够成熟，所以在设计过程中，必定会存在一些这样或那样的问题，不足之处或错误在所难免，望老师指正。 黄河科技学院毕业设计说明书 第 I 页 钢筋切断机的结构设计与运动分析 摘 要 本文主要讲述了 钢筋切断机的结构设计及其运动分析。 本产品设计给定的原始参数是：切断能力为（ 60） 圆钢；切次数为 32次 /断行程为 34次设计的主要研究内容和技术关键是：根据钢筋切断机的使用要求，确定其工作原理，在此基础上进行钢筋切断机的结构设计，确定主要结构尺寸。主要包括以下几点： 1、电动机的选择； 2、传动装置的设计和计算； 3、轴承的选择； 4、曲轴连杆机构的设计； 5、机体的设计； 6、刀片的设计选择。然后根据这些设计数据进行产品的建模及运动仿真 钢筋切断机是以电动机为动力源，通过带传动和三级齿轮传动，并将动力传递给曲柄滑块机构，活动刀座固定在滑块 上，与固定在机体上的固定刀片的冲切，完成钢筋的切断。 关键词 : 钢筋切断机 ， 运动分析 ， 动力学仿真 ， 结构设计 黄河科技学院毕业设计说明书 第 he of of 0) mm .2 2 4 of to on of 1, of 2, of 3, 4, of 5, s 6, to of of we t an s 黄河科技学院毕业设计说明书 第 目录 1 引言 . 1 概述 . 1 筋切断机的种类和特点 . 2 国钢筋切断机的发展方向 . 4 目的选取 . 5 钢筋切断机的工作原理 . 5 动方式的选择 . 6 行机构的选择 . 7 2 电机选择 . 8 动方案简述 . 8 率选择 . 8 3. 传动结构设计 . 9 本传动数据计算 . 9 配传动比 . 9 算机构各轴的运动及动力参数 . 9 传动设计 . 10 轮传动设计 . 12 一级齿轮传动设计 . 12 二级齿轮传动设计： . 16 三级齿轮传动设计： . 19 轴的校核 . 23 一轴的校核 . 23 三轴的校核 . 27 键的校核 . 31 的选择 . 31 算挤压强度 . . 32 承的校核 . 33 选轴承型号 . 33 命计算 . 33 4 钢筋切断机的摩擦、磨损和润滑 . 36 5 传动机构的运动仿真 . 37 动机构零件建模 . 37 轴的设计 . 37 动机构其余零部件的设计与建模 . 39 动机构的装配 . 42 立运动仿真 . 43 6. 曲柄滑块机构的动力分析 . 45 数学模型的建立 . 45 析曲柄滑块的位移、速度、加速度 . 45 结束语 . 48 黄河科技学院毕业设计说明书 第 致谢 . 49 参 考 文 献 . 50 黄河科技学院毕业设计说明书 第 1 页 1 引言 概述 钢筋切断机是钢筋 加工必不可少 的设备之一，它主要用语房屋建筑、桥梁、隧道、电站、大型水利等工程中对钢筋的定长切断。钢筋切断机与其他切断设备相比，具有重量轻、耗能少、工作可靠、效率高等特点，因此近年来逐步被机械加工和小型轧 钢厂等广泛采用，在国民经济建设的各个领域发挥了重要的作用。 国内外切断机的对比 ： 由于切断机技术含量低、易仿造、利润不高等原因，所以厂家几十年来基本维持现状，发展不快，与国外同行相比具体有以下几方面差距 。 1)国外切断机偏心轴的偏心距较大，如日本立式切断机偏心距 24国内一般为 17似省料、齿轮结构偏小些，但给用户带来麻烦，不易管理因为在由切大料到切小料时，不是换刀垫就是换刀片，有时还需要转换角度 。 2)国外切断机的机架都是钢板焊接结构，零部件加工精度、粗糙度尤其热处理工艺过硬，使切断机在承受过 载荷、疲劳失效、磨损等方面都超过国产机器 3)国内切断机刀片设计不合理，单螺栓固定，刀片厚度够薄， 40 型和 50 型刀片厚度均为 17国外都是双螺栓固定， 25 27，因此国外刀片在受力及寿命等综合性能方面都较国内优良。 4)国内切断机每分钟切断次数少国内一般为 28 31 次，国外要高出 15 20 次，最高高出 30 次，工作效率较高。 5)国外机型一般采用半开式结构，齿轮、轴承用油脂润滑，曲轴轴径、连杆瓦、冲切刀座、转体处用手工加稀油润滑国内机型结构有全开、全闭、半开半闭 3 种，润滑方式有集中稀油润滑和 飞溅润滑 2 种。 6)国内切断机外观质量、整机性能不尽人意；国外厂家一般都是规模生产，在技术设备上舍得投入，自动化生产水平较高，形成一套完整的质量保证加工体系。尤其对外观质量更是精益求精，外罩一次性冲压成型，油漆经烤漆喷涂处理，色泽搭配科学合理，外观看不到哪儿有焊缝、毛刺、尖角，整机光洁美观。而国内一些一些厂家虽然生产历史较长，但没有一家形成规模，加之设备老化，加工过程拼体力、经验，生产工艺几十 黄河科技学院毕业设计说明书 第 2 页 年一贯制，所以外观质量粗糙、观感较差。 全球经济建设的快速发展为建筑行业，特别是为建筑机械的发展提供了一个广阔的发展空间，为广大生产企业提供一个展示自己的舞台。面对竞争日益激烈的我国建筑机械市场，加强企业的经营管理，加大科技投入，重视新技术、新产品的研究开发，提高产品质量和产品售后服务水平，积极、主动走向市场，使企业的产品不断地满足用户的需求，尽快缩短与国外先进企业的差距，无疑是我国钢筋切断机生产企业生存与发展的必由之路 。 筋切断机的种类和特点 经过几十年的发展，我国的建筑用 钢筋切断机市场现已基本形成。目前，市场上生产和销售的钢筋 切断机种类很多，根据设备组成的各工作机构特点可以按 6 种方法进行分类，见表 1 表 钢筋调直切断机的分类： 形式 特点 调直方式 调直模式 钢筋调直效果好，比较容易控制。但调直速度低，被加工钢筋表面有划伤，工作噪声较大；适合各种光圆钢筋。 曲线辊式 调直速度较快，钢筋调直效果好，且易控制。但被加工钢筋表面划伤较重，工作噪声较大；适合各种光圆钢筋和对钢筋表面划伤要求不高的场合。 对辊式 调直速度快，被加工钢筋表面有划伤轻微，工作噪声小；钢筋调直效果一般，控制要求较高。适合各种钢筋，特别适合冷、热轧带肋钢筋。 调直模式 + 对辊复合式 钢筋调直效果 比较好，比较容易控制。调直速度高于曲线辊式，低于对辊式。被加工钢筋表面有划伤。工作噪声比较小；适合各种钢筋。 黄河科技学院毕业设计说明书 第 3 页 切断方式 锤击切断方式 适用中、小直径钢筋，工作噪声连续、较大。易出现连切现象，定尺误差最小。适用于中、低速度的钢筋调直机和对定尺精度要求较高的场合。 飞剪切断方式 适用大、中直径钢筋，工作噪声较大，不连续。定尺精度不高，但没有连切现象。适用于高速钢筋调直机。 液压切断方式 适用大、中直径钢筋，工作噪声小。没有连切现象。适用于速度不太高的钢筋调直机。 落料方式 支撑柱式 结构简单，工作噪 声小。适用于小直径光圆钢筋，且钢筋调直度较高的场合。 翻板式 结构较复杂，工作噪声较大，适用大、中直径钢筋。 撤板式 结构较复杂，工作噪声较大，适用大、中直径钢筋。 敞口式 结构简单，工作噪声较小，适用于大、中直径钢筋，且钢筋调直较好的场合。 定尺方式 机械式 定尺误差小，易控制。噪声较大，寿命短。适用于对定尺误差要求较高，速度要求不高的场合。 机电式 定尺误差稍大，噪声较小，寿命长。适用于对定尺误差要求较低，调直速度要求较高的场合 控制方式 普通电气控制 线路复杂，对维护人员要求较高。 控制精度低，易发生故障，初期调试麻烦。 控制 线路简单，对维护人员要求不高。控制精度较高，运行比较稳定，初期调试简单。 上料方式 开卷式 设备复杂，放线速度快、钢筋不扭转，特别适合于高速工作状态。 黄河科技学院毕业设计说明书 第 4 页 非开卷式 设备单一，适于调直速度不太高的工作场合。放线时钢筋自然扭转。 根据工作环境及任务要求，我初步选定锤击式切断方式、 制电动机。 国 钢筋切断机 的发展方向 纵观我国建筑用钢筋切断机的总体水平，与国际上先进产品相比还是比较落后。主要表现在：企业生产规模小，产品的技术含量低，生 产效率低下。大部分产品调直速度较低，钢筋的直线度不高，表面划伤较重。造成这种局面的主要原因在于，我国的建筑用钢筋切断机市场还没有真正形成，还处在地域及价格因素占主导位置的过渡阶段，尚未进入真正的市场竞争阶段。生产企业多而零散，且大都处在一种小而全、小而不全的状态，在这些生产企业中很难形成强大的技术投入在这种条件下，企业之间相互抄袭现象严重，很难找到拥有自主知识产权的产品，尚没有出现可以称得上领军式的企业。 建筑用新级钢筋的推广使用为钢筋切断机的生产企业提供了广阔的发展空间。为此，许多企业投入大量资金，争相 开发、研制适合新 !级钢筋要求的高速、大直径钢筋切断机。 在传统的调直模式和曲线辊式调直切断机中广泛采用的锤击式切断机构，长期以来一直存在连切的问题，被行业称之为老大难问题。多少年来，许多生产企业和使用单位为此伤透了脑筋，想尽了各种办法，始终没有彻底解决。随着专利技术“锤击式冲压及切断设备的零连切装置”的开发与应用，不仅彻底解决了锤击式切断机构的连切问题，而且调直度好，长度误差小，受到了新老户、特别是广大钢筋焊网企业的热烈欢迎。仅传统设备改造一项就为开发企业带来一大片市场。 采用剪式切断机构的新型对辊式钢筋切 断机的使用，不仅明显地降低了对冷、热轧带肋钢筋表面的伤，也使得钢筋的调直速度由过去的 m/ 提高到90150m/至达到 180m/线度 3mm/m，长度误差 2全可以和国外产品媲美。 复合式（对辊 +调直模式）钢筋切断机，不仅保持了传统产品（调直模式）调直度好的特点，同时也使对辊式调直机的优势得到了充分发挥，调直速度由过去的 黄河科技学院毕业设计说明书 第 5 页 30高到 80m/直钢筋的范围也由 54线度 4 ，定尺精度 10 在电气控制方面，众多企业纷纷淘汰传统的电气控制技术，竟相采用先进的 电脑控制，不仅使控制单元得到了简化，整机的运行更加稳定、可靠，维护更加简单，更使我国建筑用钢筋切断机的整体水平跃上一个新的台阶，极大地缩短了与国际上先进产品的差距。 面对空前广阔的钢筋切断机市场，广大生产企业也面临严峻的挑战。多年来，受运输长度等多种因素影响，大型轧钢企业生产的直径小于 14钢筋都是以盘条形式走向市场。目前已有个别企业看准后续加工（即钢筋的调直与定尺切断）中的可观利润，开始购入单机。一旦这些企业实现并完成对现 有生产线的改进，将以往的盘条改为直条走向市场，势必对现有的钢筋切断机市场，特别是对钢筋切断机生产企业形成巨大的冲击。人无远虑，必有近忧，这是一个应该引起广大钢筋切断机生产企业十分重视的大问题。 综上所述，我国经济建设的飞速发展为建筑行业，特别是为建筑机械的发展提供了一个广阔的发展空间，为广大生产企业提供一个展示自己的舞台。面对竞争日益激烈的我国建筑机械市场，加强企业的经营管理，加大科技投入，重视新技术、新产品的研究开发，提高产品质量和产品售后服务水平，积极、主动走向市场，使企业的产品不断地满足广大用户的需求 ，尽快缩短与国外先进企业的差距，无疑是我国广大钢筋切断机生产企业生存与发展的必由之路。 目的选取 本次毕业设计的任务是 卧式钢筋切断机的设计。要求切断 钢筋的 切断行程 34断 速度为 32 次 /分。 在设计中通过计算 和考虑实际情况选则 合适的结构 及 参数，从而达到 设计 要求，同时尽 可能的降低 成本，这也是一个综合运用所学 专业 知识的过程。毕业设计是对四年大学所学知识的一个总结，也是走上工作岗位前的一次模拟训练 。 钢筋切断机的工作原理 工作原理 ： 采用电动机经一级三角带传动和二级齿轮传动减速后 ,带动曲轴 旋转 ,曲 黄河科技学院毕业设计说明书 第 6 页 轴推动连杆使滑块和动刀片在机座的滑道中作往复直线运动 ,使活动刀片和固定刀片相错而切断钢筋。 如图 图 典型钢筋切断机的结构 1 2 3 4-轴连轴齿轮 5-轴大齿轮 6-轴连轴齿轮 78 9 10-轴 11-轴连轴齿轮 12-轴 13-轴大齿轮 14-轴 1516171819动方式的选择 选择 三级减速，先是一级带减速，再两级齿轮减速。首先采用一级 带传动，因为它 黄河科技学院毕业设计说明书 第 7 页 具有缓冲、吸振、运行平稳、噪声小、合 过载 保护等优点。 并安装张紧轮。然后采用两级齿轮减速，因为它可用来传递空间任意两轴间的运动和动力，并具有功率范围大，传动效率高，传动比准确，使用寿命长，工作安全可靠等特点。 行机构的选择 动力由电动机输出 ,通过减速系统传动 ,把动力输入到执行机构。由于传动系统作 的是回转运动 ,而钢筋切断 机的执行机构需要的直线往复运动 ,为了实现这种转换 ,可以采用曲柄滑块机构 ,盘行凸轮移动滚子从动件机构 ,齿轮齿条机构。 三种方案优缺点分析： 曲柄滑块机构 ,实现直线往复运动比较容易 ,通过改变不同长度比的杆件搭配就可以控制滑块的行程及速度 齿轮齿条机构 ,传动平稳 ,速度均匀 ,但是它的输出运动为单向的 ,在一个工作周期内只有通过改变齿轮的转动方向才能实现往复 ,不适合本题的要求 . 盘行凸轮移动滚子从动件机构 ,通过计算出移动滚子从动件的位移 S 和转动角 R 的关系 S(R),由 S(R)计算出凸轮廓线 ,然后制 造出相应形状的凸轮 ,可以比较精确的实现执行机构的动力学要求 正如上述分析 ,凸轮制造比较麻烦 ,除非特殊需要 ,否则在一般条件下 ,不宜使用这种方案 . 综合上述分析 ,考虑现实条件我决定采用曲柄滑块机构作为本机械的执行机构 。曲柄的主要结构型式又分为四种：圆盘式，偏心轮式，偏心轴式，曲轴式。通过考虑实际情况，我决定选择曲轴式。 同时，在带轮处安装一飞轮，用于储存惯性能。使切断过程顺利进行。 黄河科技学院毕业设计说明书 第 8 页 2 电机选择 动方案简述 传动方案简述： 选择三级减速，先是一级带减速，再两级齿轮减速。首先 采用一级带传动，因为它具有缓冲、吸振、运行平稳、噪声小、合过载保护等优点，并安装张紧轮。然后采用两级齿轮减速，因为齿轮传动可用来传递空间任意两轴间的运动和动力，并具有功率范围大，传动效率高，传动比准确，使用寿命长，工作安全可靠等特点。动力由电动机输出 ,通过减速系统传动 ,把动力输入到执行机构。由于传动系统作 的是回转运动 ,而钢筋切断机的执行机构需要的直线往复运动 ,为了实现这种转换 ,可以采用曲柄滑块机构 ,盘行凸轮移动滚子从动件机构 ,齿轮齿条机构。考虑现实条件我决定采用曲柄滑块机构作为本机械的执行机构 。 率选择 查表可知在传动过程中，带传动的效率为 = 三 级齿轮减速器的效率为 = 滚动轴承的传动效率为 = 连杆传动的效率为 = 动轴承的效率为 由以上可知总的传动效率为 : = 手册并根据电机的工作环境和性质选取电机为： Y 系列封闭式三相异步电动机，代号为 出功率为 出速度为 2840 r/ 黄河科技学院毕业设计说明书 第 9 页 3. 传动结构设计 本传动数据计算 配传动比 电动机型号为 Y，满载转速为 2840 r/ a) 总传动比 分配传动装置的传动比 10 （ 上式中 别为带传动与减速器（两级齿轮减速）的传动比，为使 V 带传动的外廓尺寸不致过大，同时使减速器的传动比圆整以便更方便的获得圆整地齿数。初步取 减速器的传动比为 分配减速器的各级传动比 按展开式布置，查阅有关标准，取 注以下有 替 替 替 算机构各轴的运动及动力参数 a) 各轴的转速 轴 m in/ 8 4 001 m 轴 m in/ 8 2112 轴 m in/ 7223 轴 m in/ 黄河科技学院毕业设计说明书 第 10 页 b) 各轴的输入功率 轴 2011 轴 轴 轴 各轴的输入转矩 电动机输出转矩 轴 d 轴 轴 轴 834334 传动设计 (1) 由设计可知： V 带传动的功率为 带轮的转速为 2880r/带轮的转速为 查表可知 工况系数取 据以上数值及小带轮的转速查相应得图表选取 B 型 V 带。 (2) 带轮基准直径：查阅相关手册选取小带轮基准直径为 00大带轮基准直径为 100=3) 带速的确定： s/ （ (4) 中心矩、带长及包角的确定。由式 0.7(d1+(d1+ 可知： （ 00+306)(200+306) 得 1012 黄河科技学院毕业设计说明书 第 11 页 初步确定中心矩为 00 根据相关公式初步计算带的基准长度： 200306()306200(240024 )(22 20221210 ）（查表选取带的长度为 1600算实际中心矩： 0 99 （ 验算小带轮包角： 0 12 a ) 确定带的根数： 11 查表知 =2 (6) 张紧力 20 ) 0 0 c 查表 q=m （ 0 F(7) 作用在轴上的载荷： i i q（ (8) 带轮结构与尺寸见零件图 黄河科技学院毕业设计说明书 第 12 页 图 带轮的结构与尺寸图 轮传动设计 一级齿轮传动设计 a) 选材料、确定初步参数 1) 选材料 小齿轮： 40调制，平均取齿面硬度为 260齿轮： 45 钢调制，平均取齿面硬度为 260) 初选齿数 取小齿轮的齿数为 17，则大齿轮的齿数为 17 3 3) 齿数比即为传动比 选择尺宽系数 照相关手册并根据以前学过的知识选取 d=估小齿轮直径 0小齿轮的尺宽为 b= d 60=36) 齿轮圆周速度为： 黄河科技学院毕业设计说明书 第 13 页 s/1 级。 6) 计算小齿轮转矩 T1 8 2 0 6 6161 7) 确定重合度系数 由公式可知重合度为 则由手册中相应公式 可知： Z 确定载荷系数 定使用系数 阅手册选取使用系数为 定动载系数 阅手册选取动载系数 定齿间载荷分布系数 100*2 411 K 则 1 22 1 H、 确定，由公式可知 （ b) 齿面疲劳强度计算 1) 确定许用应力 H 总工作时间 设该切断机的寿命为 10 年，每年工作 300 天，每天工 黄河科技学院毕业设计说明书 第 14 页 作 8 个小时，则： 0 0 083 0 05 应力循环次数 0 0 048016060 78122 01 v （ 寿命系数 查阅相关手册选取 接触疲劳极限取： 20 80 安
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