全封闭建筑钢筋切断机设计.pdf

徐州工程学院毕业设计(论文)毕业设计(论文)图书分类号：密 级：全封闭建筑钢筋切断机立江学院名称 机电工程学院专业名称 机械设计制造及自动化指导教师 徐忠武2008 年 6月 2日徐州工程学院毕业设计(论文)徐州工程学院学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名： 日期： 年 月 日徐州工程学院学位论文版权协议书本人完全了解徐州工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归徐州工程学院所拥有。徐州工程学院有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。徐州工程学院可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。论文作者签名： 导师签名：日期： 年 月 日 日期： 年 月 日徐州工程学院毕业设计(论文)摘要在一些课程设计的基础上，通过搜集丰富的资料和到工厂参观实习以后，钢筋切断机的方案确定有三种:一为液压式：二为凸轮式；三为曲柄连杆式。通过比较，曲柄连杆式结构简单，生产制造简单。在设计中首先根据功率的要求来选用电动机，通过总的传动比，采用三级传动减速，来分配减速比。确定齿轮的模数，齿数，设计齿轮。查阅相关资料对轴承的选用。在设计中重点在箱体的设计上，采用全封闭式，结构独特装配简单。此钢筋切断机是一种对现有封闭式钢筋切断机，包括有机体、偏心轴、连杆和刀座，以及装在机体上的齿轮轴,三根轴在空间呈三角形分布，机构紧凑。电动机通过带连接与第一根齿轮轴传动，第一，第二，第三轴之间通过齿轮传动。连杆与偏心轴连接，偏心轴每转一圈，完成一次剪切。切断机每分钟剪切28次，偏心轴偏心23大程度上可以满足工作的需要。关键字 钢筋切断机；箱体； 偏心轴徐州工程学院毕业设计(论文)文)文)6参考文献7结论8致谢9附录0附录10附录27徐州工程学院毕业设计(论文)11绪论引言钢筋切断机有两种，一种是机械式，其中机械式又分为凸轮式和曲柄连杆式;另一种是液压式。本设计采用曲柄连杆式。主要用于房屋建筑、桥梁、隧道、电站、大型水利等工程中对钢筋的定长切断。钢筋切断机与其它切断设备相比，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。本实用新型是一种对现有封闭式钢筋切断机，包括有机体、偏心轴、连杆和刀座，以及装在机体上的齿轮轴，其特征是机体上部设有润滑油杯，偏心轴、连杆和连杆盖置于润滑油杯内，润滑油装在润滑油杯的底部，使装在润滑油杯下的偏心轴、连杆和连杆盖的轴承部位得到经常性的润滑；齿轮轴的支承部位装有滚动轴承，滚动轴承内填有钙基润滑脂润滑，外部靠轴端盖密封，每半年换洗保养一次，改善了机组的润滑条件，达到了操作简便，润滑效果好的目的，是一种现有钢筋切断机的更新换代产品。）全封闭结构钢筋切断机均采用减速箱结构用螺栓连接，不仅刚性差而且还增加了结合面的加工，和盖后常常从该处漏油；而整体式结构钢筋切断机活动刀处均采用侧开盖结构，由于切断机工作时所受侧向力很大，故侧盖常常损坏。（2)采用曲柄连杆机构并用3工作主轴偏心均小，这样在切剪公称直径范围不同直径的钢筋时就需要更换刀片或刀片加垫片才能完成或剪切钢筋的要求，因此每台钢筋切断机都要储备几种不同的刀片或刀垫，以备调整使用，这样就给使用和保管带来麻烦，同时也增加了机器的成本。而不需更换刀片或刀垫的同类型切断机其驱动功率均3样不仅使切断机的能耗加大，而且增加了体积和重量。（3）国内切断机刀片侧隙的调整是靠选配尺寸固定的刀垫或在刀片的后面加减刀片来实现的，这种调整的方法不仅麻烦，劳动强度大，工作效率低，而且还不能保证间隙的合理，常常由于间隙过大，使有效剪切力减小，剪切能力下降，同时还使机体所受侧向力加大，造成机体断裂，直接影响切断机的使用寿命。（4）减速箱结构全封闭钢筋切断机操作位置低，不符合人机功能设计要求，操作费力，且稳定性较差。徐州工程学院毕业设计(论文)讨钢筋在切断过程中变形，剪切和裂纹扩张的规律，以及计算所受的最大切应力，校核提供可靠的依据。切断机的动力机构多采用曲柄连杆机构。如图1曲柄1的驱动下，带动连杆2运动，从而使滑块3作往复直线运动。曲柄每旋转一转，固定在滑块3上的动刀片4进行一次冲切钢筋5的工作行程，定刀片6固定在机体尾座上。图1用建筑中常用的测试机描绘出力功图，从图1着钢筋直径的增加，其切断力，功，切段时间及电机功率都增大图1筋的断口处还可分为三区域，1区徐州工程学院毕业设计(论文)3委剪切区，在这个区域，刀片对钢筋进行纯剪切，断口光亮平滑，他发生在切刀刚开始切入钢筋的一段时间范围。2区为纤维区，当塑性钢筋在整体受到负载荷时，断口沿剪切区开始撕裂，发生韧性断裂，在此区域断裂面呈无光泽的纤维状断面凹凸不平，用放大镜能看到平行于刀片剪切方向的条状纤维沟纹，这是由于在活动刀片剪切作用下，断面表面晶粒沿剪切方向撕裂后留下的断面形状。3区为挤压变形区，这是由于刀片最初接触被切钢筋时，对钢筋产生挤压作用，在刀片的挤压下，首先发生挤压变形，当变形至一定的程度，开始切入钢筋。再仔细观察断口侧面，可以看到靠近断口表面处形成弯曲状，纤维由垂直于断口的方向逐步趋向于平行于断口平面方向，并且纤维曲线凸面向着此端被切钢筋移动的方向。这是由于两个刀刃挤压剪切钢筋时，断面器体聚合力企图阻止别切晶粒位错反向拉扯所造成的纤维弯曲。实验表明，钢筋切断后都有上述三个区域。图12，25钢筋断面图。1分别为上断面剪切区和纤维区深度尺寸；2分别为断面剪切区和纤维区的深度尺寸。通过对多个式样进行实测，将所求得平均值（于表1文)4表1提高剪切截面质量（即消除马蹄形截面），需对剪切机理进行分析。钢筋剪切过程，从宏观分析，当“动刀”切入钢筋的同时，“定刀”从对面挤压钢筋，使其产生弯曲变形，直至斯断。其剪切截面（马蹄形截面）如图1切过程实质是塑形变形，整个过程视为：由压入变形与剪切滑移两个阶段组成。压入变形阶段图1刀”与钢筋接触开始，随刀影像压入深度的因素有：材料强度的影像 不同材质，在剪切过程中，压入变刃前移，逐渐切入钢筋，此时“定刀”同时从对面压钢筋。当剪切力小于钢筋抗剪力时，钢筋产生塑形变形，此阶段称为压入变形，如图11刀”切入到一定深度，剪切力增加到最大值，钢筋的局部压入变形阻力与剪切力达到平衡时，剪切过程处于压入变形向剪切滑移阶段过渡临界状态，如图1深度不同，据实测，剪切入深度约为被剪切直径的38%；25其规律是：材料越硬，压入深度与被剪钢筋直径之比愈小。刀刃角度影像 刀片后角愈大，压入深度与其直径比愈大，反之亦然。刀刃形状的影像 刀刃包容面愈大，压入深度与其直径比愈小。图1文)5刃，所剪切下的料茬口较齐。其压入深度与其钢筋直径比值仅为10%。图1切面开始产生滑移，如图2中该阶段由于剪切面不断变小，剪切力亦逐渐减小，直至钢筋整个截面被剪断为止。若两力间隙过大时，出现错位剪切见图1实测得知，被剪切的材质愈硬，刀片后角愈小，刀刃包容面愈大，则下料断口“马蹄形”愈小。2切断力分析从图1动刀”与钢筋接触后，两刀（动刀与定刀）压力形成力偶 。此同时，刀刃侧面又给钢筋施加推力T，形成力偶 （此力随之刀片继续压入钢筋角不断变化。当两个力偶达到平衡时（即= ）钢筋停止转动。aP 用在刀刃上的力，可用下式计算：式 (e=式中 P钢筋作用于刀刃上的力，单位面积上的压力， 2/文)6F钢筋截面积。 2相对切入深度，e%() 由式（1）可看出：在压入阶段，若认为单位压力总压力图1至钢筋整个剪切面产生滑移时，剪切力达到最大值为止。图1可以看出：压入阶段总压力随被剪钢筋截面增加而增加（即材料愈硬，切滑移阶段，剪切力()式中 切片断面宽度b被剪件单位面积上剪切抗力t被剪件断面高度h被剪件转动角度刀刃压入深度若 为常数剪力实际是按曲线而说明t 是随刀刃切入深度原因是由于钢筋内部存在缺陷及错位则增大所致。上述为截切矩形截面剪切力的计算公式，圆形截面剪切力计算公式较复杂。苏联曾采用式（用式（算结果与实际差距较大，因为圆钢剪切过程不是纯剪切，而含挤压,弯曲撕掉。令计算公式为：式（2 式中为刀刃磨钝后，由于刀刃间隙增大，切断力增大系数，一般取 般取 =于系数选择不同；其2K 2文)7误差很大，在有式（算出的剪切力应为最大值。但实际剪断时截面不是最大值(根据实测，刀片切入钢筋三分之一时开始断裂)。因此，将钢筋最大截面），带入式（出的P（最大剪切力）与实际不符。目前，一般采用测试数据为依据。但由于测试方法复杂，传感器加工精度不高，加之位移不当等因素，则所测值差异也较大。2剪切全过程剪力分析综上所述，在剪切全过程中，剪切变化规律:从动刀接触钢筋开始，随刀刃压入深度切力随着增大；当压入深度达到一定值（此值与被剪钢筋抗拉强度等有关）。剪切力达到最大值 （间图1钢筋变形转为滑移阶段，图1曲线倾斜度，随被剪钢筋材质不同而变化。钢筋材料的抗拉强度越大，曲线之亦然。3综合分析（1）刀片磨钝系数对切断力的影响从（知，刀片磨钝后， 值增大，12）刀片间隙对切掉力的影响两刀片（动刀与定刀）间隙增大，侧向力加大，所测出的切断力测小，如图123(),(),()而看出：刀片间隙越大，则切断力越小。当侧向力增大到一定值时，板”等零件损坏，因此，侧向力应控制在一定范围。图1径为30隙不同时所测出的切断力。表1）断力与被剪切钢筋直径的关系 由式（知：切断力随被切断钢筋截面积增大而增大。故被切钢筋直径增加，切断力增大。图1别剪切 四种不同直径测的43,40,32,2523(),(),()()N) 292 280 260徐州工程学院毕业设计(论文)8图1断功）与被剪钢筋直径关系（4）切断力与被切钢筋材质关系图1径为32与 。从被切断钢筋材质的强度和硬度增大而加大1()()圆弧刃口刀0012,0片剪切 ，曲线。从图中看出：切断力随刀4023(),(),()刀刃包容面增大而增加。测试数据见表1大切断力出现位置系数分析表1式中 最大切断力位置系数u动刀片承受到最大载荷时行程动刀片接触到被剪切钢筋行程1钢筋切断时动刀片的行程（ ）中刀片角度及形状 后角12 后角0 平刃口 圆弧刃口切断力（462 475 400 500切断功（7820 7380 6760 5640徐州工程学院毕业设计(论文)91别为开始切入，最大载荷，切断结束位置。1,数图1随刀刃包容面增大而减小。系数剪切钢筋强度，硬度越高，断功分析切断功即为切断力，在一个切断周期所做的功，计算公式为：式（1()()或式中 A切断力剪切开始位置11()S j剪切终止位置1()nS 首先确定剪切力曲线方程 ，方向进行计算。其结果精确，(),()用辛浦生公式计算：110131242()()4()2()3nS =+110131242()()4 )2 )3n =+上述计算方法是将函数 用抛物线近似表示。此法简单，计算结果准确。(),()断功与被剪切钢筋直径关系：切断功随被剪切钢筋直径加大，如图1断功与刀刃角度关系：切断功随刀片后角增加而增大，如图1断功与刀刃形状关系：切断功随刀刃包角面增大而减小，如图1上所述，钢筋剪切变形，用第四强度理论（即变形能理论）分析比用第三强度理论（即最大剪切应力理论）分析，更符合实际。但目前对钢筋剪切机理尚未做出微观分析，钢筋断裂处的变形是复杂的。单纯将切断力及切断功的大小，作为评价切断机质量指标是不合适的，应以强度条件（包括可靠性试验）及切断机实际能耗多少来评价质量才是合理的。不应只满足强度条件，而不顾能耗多少或只追求小的切断力；不顾切断机效率，而片面追求小的切断功，也不尽合理。徐州工程学院毕业设计(论文)102电动机的选择曲轴连杆机构钢筋切断机的工作示意图：图2一根齿轮轴 2第二根齿轮轴 3偏心轴 4连杆 5定刀片 6动刀片7第二级大齿轮 8第一级打齿轮 9大带轮 10电动机三根轴在空间呈三角形分布，机构紧凑。电动机通过带连接与第一根齿轮轴传动，第一，第二，第三通过齿轮传动。连杆与曲轴连接，偏心轴每转一圈，完成一次剪切。切断机每分钟剪切28次，偏心轴偏心23切力必须克服钢筋材料的极限强度，只有这样才能把钢筋切断。在切断机能力容许的范围内，切断钢筋的直径越粗，需要的剪切力越式（=4式中 d钢筋直径 钢筋拉伸强度=2+（中 剪切功曲柄滑块摩擦损耗功其他消耗之功（ 1）3 （=式中 d 被剪切钢筋的直径，剪切力，文)=偏心距e=23杆长L=（中 平均功率，A一次剪切所需之功，滑块行程次数，1/行程利用系数（手动水作业时取1）则电机功率为：实际电机功率，（ h=K安全系数（整机效率，%h=图2号为.)2=徐州工程学院毕业设计(论文)121430r/（430 =总式中 电动机满载时的转速r/切断机切断次数r/式中，分别为带传动和减速器的传动比。选择 =5，则减速器传动比为：0i i =总分配减速器的传动比为了使两级大齿轮直径相近，查表得 ，则1 3i = 21/推算出各轴的转速和转矩。如将传动装置各轴由高到低依次定为轴，轴，轴参照图2为相邻两轴间的传动比0,1.相邻各轴间的传动效率；为各轴的输入功率（为各轴的输入转距（2为各轴的转速（ r/2,到各轴的运动和动力参数。各轴的转速轴101430 286/=轴21286 95.3/=8/=各轴输入功率轴 =轴 =轴 =州工程学院毕业设计(论文)13电动机的输入转矩式（550 中 功率转速r/=各轴的输入转矩轴 =轴 =轴 =天工作时间小于十小时，工作载荷性质为冲击载荷，查资料，工作情况系数 =选出带的型号 100)(95286=大带轮的转速11221001430(1)(88.9/=带长12100495 +=21495100 =初取中心距 h=812122()+1190aa=650=+=+=中心距 p=+=带速11 1001430 01000601000p =由资料 =角系数 =准长度000 由资0p 文)14料查得 =的根数 (2=+所以文)量较小，故小齿轮用45号钢，调质处理，硬度240均用260齿轮轮用40质处理，硬度229均取用240算步骤如下：=齿宽系数 =齿面硬度35010=639Hs 80=522Hs 90dA 31 =取100步计算齿宽 =60 初取齿数20=320=6011/100/205= 212560300=中心距 += 100286 01000601000p =精度等级由资料,选八级精度。 使用系数 由资料, =资料, =资料，930100=100N/00=121 11+=+=4 =徐州工程学院毕业设计(论文) e=齿向载荷分布 由资料得=+=+=载荷系数 =验算122 =5632e=+=+=间载荷分配系数1/1/=载荷系数 = 2 2 00F 50F =徐州工程学院毕业设计(论文)17=1=2轮尺寸无需调整重合度系数。量较小，故小齿轮用45号钢，调质处理，硬度240均用260齿轮轮用质处理，硬度229均取用240算步骤如下：=齿宽系数 =齿面硬度35010=639Hd 80=522Hs 90dA 333 =取150步计算齿宽 =90 初取齿数25=5=8533/150/256= 434685510=中心距 +=01000601000p =八级精度。 使用系数 =徐州工程学院毕业设计(论文)18100N/00=121 11+=+=4 = e=齿向载荷分布 =+=+=载荷系数 =验算122 =5632e=+=+=间载荷分配系数1/1/=载荷系数 = 2 2 00F 50F 州工程学院毕业设计(论文)=2501= 2轮尺寸无需调整重合度系数。徐州工程学院毕业设计(论文)的最小直径式（33 =上式中 P轴的传动功率，轴的转速，r/许用切应力，与轴材料有关的系数，可由资料查得轴 =取直径为40=取直径为50=取直径为60考图25文)21当量弯矩图轴的转矩图合成弯矩图弯矩图垂直方向的受力图弯矩图水平方向的受力分析受力图第二根轴的效核；参照图2文)22功率 P=M wn=210/60 =受力分析11222275. =11122 22275. =22。水平方向受力1222121=+112 2+=1 2 直方向的受力122211833=22 =1 2 有数值见图5称为循环应力状态下的许用应力160b =校正系数1060 =校核轴径:检查最大转矩的轴径32 =m =号6210，6209，特点：结构简单。主要受径向载荷，也可承受一定的双向轴向载荷。高速装置中可代替推力轴承。摩擦系数小，极限转速高，价廉。应用范围最广。徐州工程学院毕业设计(论文)23调心球轴承：代号2312，特点：双排钢球，外球滚道为内球面形，具有自动调心性能。主要承受径向载荷。可以保证偏心轴两端的同轴度。调心球轴承结构形式有：带防尘盖和