4984-GQ50型钢筋切断机的结构设计与运动仿真【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】
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4984-GQ50型钢筋切断机的结构设计与运动仿真【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】,gq50,型钢,切断,割断,结构设计,运动,仿真,机械,毕业设计,全套,资料,已经,通过,答辩
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设计说明书 第 I 页 钢筋切断机的结构设计与运动仿真 摘要 本产品的设计是根据黄河科技学院工学院机械系 2012 届毕业设计的要求，在参观调研的基础上，对大学四年已学知识的总结、实践与提高。按照指导老师的要求，我首先查阅了大量关于此产品设计的资料，做好初期准备。然后到河南省长葛市黄河旋风股份有限公司参观，深入了解钢筋切断机的工作原理及使用要求，在此基础上，形成自己初步的设计思路。 本产品设计给定的原始参数是：切断能力为（ 60） 圆钢；电机功率为4切次数为 28 次 /断行程为 40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。 本次产品建模使用的是美国 司的三维设计软件 011。首先是根据设计数据建立各个零件的草图，在草图的基础上运用零件特征生成三维实体；然后在 011 软件的虚拟 环境中进行虚拟装配，建立数字样机；最后进行应力分析、运动干涉分析及运动仿真。 本设计可以大幅降低钢筋切断机的研发周期及成本，从而提高产品的市场竞争力和企业的经济效益。 关键词 ： 钢筋切断机，结构设计， 011，虚拟装配，运动仿真 毕业设计说明书 第 页 is to of 012 of a to a on of to of I a do to to in to a of on to of 0) mm 8 0 of to on of 1, of 2, of 3, 4, of 5, s 6, to of is s 3 d 011 of is to to up of in of d in 011 in to in so as to of of 011, 毕业设计说明书 第 页 目 录 1 绪论 . 1 2 设计前的准备 . 3 划任务书 . 3 品设计的依据 . 3 划任务书 . 3 计前的准备 . 3 3 钢筋切断机的总体设计 . 4 筋切断机的 工作原理 . 4 筋切断机的 基本结构 . 4 4 传动方案的设计 . 5 本传动数据计算 . 5 配传动比 . 5 算各州的运动及动力参数 . 5 传动的设计 . 6 型的选择 . 6 轮基准直径的确定 . 6 速的确定 . 6 心距、带长及包角的确定。 . 6 定带的根数 . 7 轮结构与尺寸 . 7 轮传动的设计 . 7 材料、确定初步参数 . 7 面疲劳强度计算 . 8 根抗弯疲劳强度验算 . 10 5 011 . 12 011 的组成 . 12 毕业设计说明书 第 页 维绘图软件 011 的优点 . 12 维工程图处理能力比较好 . 12 有良好的设计项目管理功能 . 13 数化技术和变量化技术 . 13 便的操作风格 . 13 彩的显示功能 . 13 6 主要零件的设计及建模 . 14 体的设计流程 . 14 他主要零件的建模效果展示 . 23 7 钢筋切断机的装配 . 29 配流程 . 29 侧盖的 装配步骤 . 29 建文件 . 30 入所有零件 . 30 机体安装大侧盖 . 30 配效果图展示 . 33 8 应用 . 34 查零部件之间的干涉 . 34 杆及连杆铜瓦的干涉检查 . 34 9 绘制各主要零件的工程图 . 37 10 传动结构的运动仿真 . 41 立一个简单的装配 . 41 动 仿真步骤 . 41 致谢 . 45 参考文献 . 46 附 录 . 48 设计说明书 第 1 页 1 绪论 钢筋切断机 是 建筑机械的一种 。它是钢筋加工必不可少的设备之一，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 建筑工地 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。 新中国成立初期，建筑工程中钢筋加工技术非常落后，主要依靠手工或者简单工具，劳动强度大、生产效率低、工程质量很难保证。太原重型机械学院是国内最早生产钢筋切断机的单位之一。他们于 1958 年首次引进苏联的卧式钢筋切断机图 纸，生产了国内第一台钢筋切断机。随后又于 1985 年引进了日本立式钢筋切断机和德国卧式钢筋切断机，并在此基础上研发了 一系列开式、封闭式及半封闭式切断机。该系列的钢筋切断机均是采用机械轮剪切进行切断的。此外，沈阳建筑工程学院工厂、陕西渭南农业科技股份有限公司、黑虎建筑机械公司等企业也生产过不同类型的机械式钢筋切断机。 目前，国内的钢筋切断机多以机械轮剪式切断为主。其工作过程基本为：电动机输出动力经过带传动和三级齿轮传动减速后，带动曲轴旋转，曲轴推动连杆使滑块和动刀片在机座的滑道中做 往复直线运动，使动刀片和定刀片相错而切断钢筋。 近年来，我国在钢筋切断机技术装备方面有了长足的进步，但产品的技术水平与国外先进水平相比，尚有以下几个方面的差距： 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看似省料、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 毕业设计说明书 第 2 页 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，生产工艺几十年一贯制，所以外观质量粗糙、观感较差。 从钢筋切断机的发展趋势看，随着建筑设计与建筑施工技术的国际化，建筑工程设计与应用钢筋必将进入商品化供应时代，即根据建筑配筋 表采购钢筋，钢筋使用现场转化成可用钢筋，商品化供应钢筋。而钢筋的一体化生产就要求钢筋切断机必须实现自动控制 钢筋自动送料，定尺寸后自动切断、落料。 另一方面，国外的产品充分融合了液压技术、机械技术、电子技术等，形成了以机械为筋骨、液压为肌肉、电气为神经的机电液一体化综合控制技术，充分发挥各自的优势，体现综合最优驱动及控制能力。因此，钢筋切断机不但要求实现定长剪切的高精度控制，同时要求其具有相对高的生产效率。所以，如何使钢筋切断机的机电液系统有机地高度集成，充分发挥各自优势，将是今后研究的主要方向。 毕业设计说明书 第 3 页 2 设计前的准备 划任务书 品设计的依据 本设计是在对河南省长葛市黄河旋风股份有限公司进行生产参观后，对钢筋切断机形成初步认识后，深刻理解其工作原理与结构特点，根据自己大学四年所学的机械方面的各种知识，对钢筋切断机做一个机构设计，并建立数字样机进行运动仿真。本设计力求高效、快速的完成产品研发与校验，并使产品具备完善可靠的性能，满足市场需求，增强企业竞争力。 划任务书 根据建筑市场的使用需求， 表 2 表 2筋切断机的参数 电动机额 定功率 4断能力 60冲切次数 28次 /切行程 40计前的准备 接到任务书初期，先查阅了大量有关钢筋切断机的的论文、资料。其后，为了在产品设计前能对钢筋切断机有一个整体、大概的认识，我在王良文教授的帮助指导下，对河南省长葛市黄河旋风股份有限公司进行了为期一天的参观、调研，认真观察了钢筋切断机的结构及生产过程，在其间遇到的各种问题，仔细听取了黄河旋风股份有限公司建筑机械部张工程师的讲解。 回到学校后，收集、整理钢筋切断机的相关资料，通过分析其性能和 技术指标，并结合自己所学的理论知识进行设计。 毕业设计说明书 第 4 页 3 钢筋切断机的总体设计 筋切断机的 工作原理 工作原理：采用电动机经过一级带传动和三级齿轮传动减速后，带动曲轴旋转，曲轴推动连杆，使滑块和动刀片在机座的滑道中做往复直线运动，这样，活动刀片和固定刀片就能相错而切断钢筋。 筋切断机的 基本结构 传动方案简述：首先是一级带传动，然后是三级齿轮减速。 首先采用一级带传动，因为它具有缓冲、吸震、运行平稳、噪声小、过载保护等优点。然后采用三级齿轮减速，因为齿轮传动可以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，工作安全可靠等优点。 动力是由电动机输出，通过减速系统传动，把动力输入到执行机构。由于传动系统做的是回转运动，而钢筋切断机的执行机构需要的是直线往复运动。为了实现这种转换，可以采用曲柄滑块机构或者齿轮齿条机构。考虑到现实使用条件，决定采用曲柄滑块机构作为本机械的执行机构。 考虑到工地上的机械需要经常变幻地方，且考虑到经济性，应尽量使产品的尺寸减小、结构紧凑，所以本设计中的小齿轮都采用齿轮轴的形式。为了节能、储能和减震，本设计运用了飞轮的优点。为了使飞轮的结构 尺寸不至于过大，本产品把飞轮与大带轮作为一个整体来设计，安装在第一根轴上。 本设计基本结构如图 毕业设计说明书 第 5 页 4 传动方案的设计 本传动数据计算 配传动比 电动机功率为 4择型号为 其满载转速为 2890r/ 1）总传动比 103282890 配传动装置的传动比 10 上式中10 别为带传动与减速器（三级齿轮减速）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0i=减速器的传动比为 3）分配减速器的各级传动比 查阅 机械设计手册，取 1i =4， 2i =4，则3i=4。 算各州的运动及动力参数 1）各轴的转速 轴 m in/ m 轴 m in/ m in/223 m in/ 2）各轴的输入功率 查机械设计课程设计手册表 1带传动的传动效率01=取齿轮传动的传动效率为 轴 业设计说明书 第 6 页 轴 轴 曲曲 轴的输入转矩 电动机的输出转矩 9049 5 50 d轴 轴 7 623223 传动的设计 型的选择 由设计数据可知， 带轮的转速为 2890r/带轮的转速为 1806r/ 查机械设计可知，工况系数取 4=6据以上数值及小带轮的转速查相应得图表选取 带。 轮基准直径的确定 查机械设计表 8取小带轮的基准直径为 200大带轮的基准直径为320 速的确定 s/ 心距、带长及包角的确定。 由机械设计式 8的中心距为 0.7(d1+(d1+ 则 00+320)(200+320) 得 364 1040 毕业设计说明书 第 7 页 初步确定中心距为 800 根据相关公式初步计算带的基准长度： 200320()320200(280024 )(22 20221210 ）（500算实际中心矩： 42025004002 0 ： 2 a 定带的根数 11 查表知 =2 轮结构与尺寸 带轮结构与尺寸设计详见附录图纸。 轮传动的设计 为加工方便和降低成本，本设计中，小齿轮均以齿轮轴代替。此外，本设计采用三级齿轮传动减速，齿轮的详细结构及尺寸设计见附录图纸。在此仅以第一级的 齿轮设计为例，详述其设计过程。第一级齿轮设计过程如下： 材料、确定初步参数 1）选材料 齿轮轴： 40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 取齿轮轴的齿数为 14，则大齿轮的齿数为 14 4=56 毕业设计说明书 第 8 页 3) 齿数比即为传动比 41456 选择尺宽系数 照相关手册并根据以前学过的知识选取 d=估齿轮轴的直径 0小齿轮的尺宽为 b= d 50=25) 齿轮圆周速度为： s/80660100060 11 级。 6) 计算小齿轮转矩 T1 6161 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 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，每天工作 8个小时，则： 0 0 083 0 05 应力循环次数 毕业设计说明书 第 9 页 00 01 8 0616060 v 寿命系数 查阅相关手册选取 接触疲劳极限取： 20 80 安全系数取： 许用应力 M P i M P i 弹性系数 阅机械设计手册可选取 Z 3) 节点区域系数 H=) 求所需小齿轮直径 5) 计算模数 取模数 。 6）确定分度圆、中心距 分度圆直径 d1,毕业设计说明书 第 10 页 确定尺宽：取大齿轮齿宽为 6 8轮轴齿宽取 0心距 a： 08562 21 根抗弯疲劳强度验算 1) 求许用弯曲应力 F 应力循环次数 00 048016060 F 寿命系数 查阅相关手册选取 、 极限应力取： 90 20 尺寸系数 阅机械设计手册选，取 安全系数 照表 9 需用应力 、 由式（ 9许用弯曲应力 M P l i M P M P l i M P 2) 齿形系数 图 9 ) 应力修正系数 图 9 ) 校核齿根抗弯疲劳强度 由式（ 9齿根弯曲应力 毕业设计说明书 第 11 页 1411111M P 211 2212 M P 毕业设计说明书 第 12 页 5 011 件是美国 司于 1999年底推出的三维可视化实体模拟软件，目前已推出最新版本 012，而我在本次设计中使用的是目前比较成熟稳定的版本 包含三维建模、信息管理、协同工作和技术支持等各种特征。使用 以创建三维模型和二维制造工程图、可以创建自适应的特征、零件和子部件，还可以管理上千个零件和大型部件，它的 “ 连接到网络 ”工具可以使工作组人员协同工作，方便数据共享 和同事之间设计理念的沟通。 维运算 速度和着色功能方面有突破的进展。它是建立在 计人员能够简单迅速地获得零件和装配体的真实感，这样就缩短了用户设计意图的产生与系统反应时间的距离，从而最小限度的影响设计人员的创意和发挥。 在二维绘图软件市场中， 目前应用最为广泛的通用交互 式计算机辅助绘图与设计软件。 其 强大生命力在于 它的通用性、多工 业标准和开放的体系结构。与出一家的 011 具有相同的特点 ，所不同之处在 于 绘制二维图方面具有不可比拟的优点， 但在三维造型方面功能欠缺。 11 特点在于处理三维造型、虚拟装配、运动模拟等方面具有独特的优势。其功能强大的三维造型给设计者提供了空前的想象力，从尺寸、外形、颜色各个方面给人以真实的感觉。同时在设计过程中可以及时发现纰漏，并及时处理，避免造成不必要的制造成 本 011 的组成 011 包括 5 个模块：零件造型、钣金、装配、 表达视图、工程图。这些模块创建了相互关联而又独立的文件。另外，它还集成了应 力分析、运动仿真、 换等功能，方便用户对产品做进一步研发。 维绘图软件 011 的优点 维工程图处理能力比较好 因为机械设计的最终目的是为了出工程图，为产品加工、装配打基础。所以 毕业设计说明书 第 13 页 机械设计软件必须具有优良的二维工程图创建和处理能力。三维软件 011的二维工程图处理 能力是比较好的一个，由于建立了统一的工程设计数据库，其二维图素与三维模型关联，因此在工程图中也能逆向修改三维模型的尺寸。 有良好的设计项目管理 功能 011 能够相当完整地以设计项目为线索，自 动管理相关的文件及设计数据，而不需要其他管理软件的介入。 数化技术和变量化技术 从功能上划分，三维设计软件可以分为参数化技术和变量化技术两类。参数化技术用“顺序方法”对约束求解，达到全数据相关、全尺寸约束、用尺寸驱动设计结果的修改；变量化技术用“几何图形约束和方程耦合”来求解，达到将参数化技术中的全尺寸约束细分为“尺寸约束”和“几何约束” ，而工程关系 就可以直接与几何约束耦合处理，实现基于装配关系的关联设计 8。从 011的功能设置和实际使用中所 表现的结果， 011 属于变量化技术一类。因此， 它能处理局部约束的更改，能基于工程关系求解、能显示处理约束等等，与其它软件相比更容易理解、更适合于完成工程师原始设计构思的表达和实现，对创新设计提供了有效的支持，可以基于装配关系，利用现有结构创造全新零件。 便的操作风格 011 完全没有命令行交互的操作。所有的操 作都是通过功能图标、菜单、对话框和鼠标的操作进行。易学易用，不用背记那些枯燥的操作命令，对于初学者易 学易用，应用方便。 彩的显示功能 011 的显示表达十分理想，在透视效果，甚至 剖切效果下实时地渲染、转动、放缩都有出众的表达效果和速度。还有逼真的运动模拟，多数的机构都能被驱动“真的”运动起来。 毕业设计说明书 第 14 页 6 主要零件的设计及建模 实际使的钢筋切断机的所有零件加起来有一百多个，其中主要的零件有：机体，小带轮，大带轮（有飞轮的作用），各个齿轮轴及大齿轮，曲轴，连杆，刀座及刀片。在这里，我以机体的建模设计过程为例，其他零件只展示建模后的效果图，它们的设计建模过程可参照机体的设计。 体的设计流程 机体的设计过程简略如下： 1) 启动 011 软件，选择【新建】 ，新建类型为【 。如图 6 图 6动 011软件 2) 在【草图】面板，创建机体整体轮廓草图。如图 6示： 毕业设计说明书 第 15 页 图 6体整体轮廓草图 3) 退出【草图】环境，进入【特征】面板，选择【拉伸】操作，拉伸结果如图 6 图 6伸结果 4) 确定三根轴及曲轴的位置，并在侧面上建立草图，选择【拉伸】操作，拉伸结 毕业设计说明书 第 16 页 果如图 6示： 图 6) 确定螺孔位置，建立草图，创建【打孔】特征，选择螺纹孔，打孔结果如图 6 图 6毕业设计说明书 第 17 页 6) 在此平面创建草图，并由【拉伸】操作，创建出轴孔特征。轴孔特征如图 6 图 6) 在另一面，运用【拉伸】操作，创建出滑块的滑道及大侧盖的基本配合轮廓。创建结果如图 6 图 6毕业设计说明书 第 18 页 8) 运用【拉伸】及【打孔】特征，完全建立大侧盖的配合部分以及紧固螺孔。创建结果如图 6 图 6) 运用【拉伸】特征，在机体上平面拉伸出凸起，并再次运用【拉伸】切除操作，拉伸出机体上视孔 。结果如图 6 图 6毕业设计说明书 第 19 页 10) 在上加工面创建草图，并在此草图上建立【打孔】特征。结果如图 6 61) 运用【拉伸】特征，做出尾座上的固定刀座的卡槽以及放钢筋的凹槽。结果如图 6 图 62) 运用【拉伸】特征，创建出送料轴的安装槽，结果如图 6示： 毕业设计说明书 第 20 页 图 63) 运用【拉伸】特征，创建出机器行走轮轴的安装部分，前后轮两处，如图 6 图 6毕业设计说明书 第 21 页 图 64) 为了使机器转向方便，把机器的前轮设计为可转向轮，其转向轴安装孔的建立如图 6 图 6毕业设计说明书 第 22 页 15) 调整切断钢筋直径的调整轴安装部分设计如图 6 图 66) 机体整体展示，如图 6 图 6毕业设计说明书 第 23 页 他主要零件的建模效果展示 图 6轮轴 图 6轮轴 毕业设计说明书 第 24 页 图 6轮轴 图 6轴大齿轮 毕业设计说明书 第 25 页 图 6带轮 图 6侧盖 毕业设计说明书 第 26 页 图 6轴端盖 图 6动刀座 毕业设计说明书 第 27 页 图 6杆 图 6轴 毕业设计说明书 第 28 页 图 6动大齿轮 图 6动 大齿轮芯套 毕业设计说明书 第 29 页 7 钢筋切断机的装配 在 ，可以将主轴箱的三维实体零件或部件按照一定的装配约束条件装配成一个部件，同时这个部件也可以作为子部件装配到其他的部件中去，最后零件和子部件构成一个符合设计构思的整体部件。按照通常的设计思路，设计者和工程师首先创建布局，然后设计零件，最后把所有零件组装为部件，这种方法称之为自下而上的设计方法。使用 011，创建部件可以在位创建零件或者放置现有零件，从而使设计过程更加简单有效，称之为自上而下的设计方法。自 上而下的设计方法的优点是： （ 1）这种以部件为中心的设计方法支持自上而下、自下而上和混合的设计策略。 以在设计过程中的任何环节创建部件，而不是在最后才创建部件。 （ 2）如果用户正在做一个全新的设计方案，可以从一个空的部件开始，然后在具体设计时创建部件。 （ 3）如果要修改部件，可以在位创建新零件，以使它们与现有的零件相配合。对外部零部件所作的更改将自动反映到部件模型和用于说明的工程图中。 配流程 主轴箱的装配过程简略如下： 装入所有零件向机体上安装轴向机体上安装 轴向机体上安装轴向机体上安装曲轴向轴上安装大带轮向轴上安装齿轮向轴上安装齿轮向曲轴上安装游动大齿轮芯套向芯套上安装游动大齿轮向曲轴上安装轴瓦向曲轴上安装连杆向连杆上安装活动刀座向活动刀座上安装活动刀片向机体上安装固定刀座向固定刀座上安装固定刀片向机体上安装顶盖
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