【《某钢筋捆扎机的机械结构设计计算案例》4500字】

某钢筋捆扎机的机械结构设计计算案例目录TOC\o"1-3"\h\u13859某钢筋捆扎机的机械结构设计计算案例 1210621.1整体结构设计 171471.2送丝机构设计 420461.3断丝机构设计 6161731.4绑扎机构设计 7256271.5伸缩机构设计 981471.6整体材料选择 111.1整体结构设计图1.1.1绑扎点分布图在之前的实习过程中，经过多次测量，我总结出了一组数据。变截面端的绑扎点的分布主要是类似于宽60mm、高80mm的矩形四个顶点。而且绑扎点的最大处深度在580mm处。如图：而目前现有的绑扎机面临的问题就是如下几点：枪头尺寸太宽，无法伸进去进行绑扎；绑扎枪枪头太短，达不到需要绑扎的点；结构比较简单，绑扎扎丝用量比较固定，设备噪声较大；绑扎器质量太大，工人需单手操作，长时间运行负荷较大。而且钢筋笼的内部比较复杂，如果说让人进去进行绑扎的话，首先正常成年人不能进去，其次钢筋的边边角角比较尖锐，全部依靠人的首笔伸进去也无法碰到绑扎点而且很容易弄伤自己，因此工人手持绑扎器伸进去是不可行的。所以我在设计的时候就是要着重解决上面的一些问题。首先是枪头尺寸太宽的问题，这个问题不难解决，我在建模的时候将绑扎枪枪头宽度减小。因为扎丝的尺寸本身就很小。扎丝直径0.8mm。图1.1.2绑扎枪枪头其中绑扎枪枪头最宽处的设计宽度是30mm。这是考虑到因为绑扎点的分布情况，虽然最多可以设计60mm宽，但是不能按照60mm设计。因为钢筋的穿插以及焊接等会有误差，这是无法避免的，所以必须在设计的时候留有足够的空间可以左右摆动。所以我设计了最宽的地方是30mm宽。当然，高度也是一样，我设计的高度最高处有70mm左右，也是考虑到绑扎点的分布情况。但是想比较而言，左右摆动的幅度比较大，因为在设想的智能化生产方案里面，我们是先用卡爪穿插横向钢筋，再用全向轮挤压穿插纵向钢筋，因此纵向误差比较小，横向误差相对较大，因此要给绑扎器末端预留出足够的空间来左右摆动。但是在设计枪身的时候，我事先预想了这三种方案：表2-1几种枪身设计方案比较方案一方案二方案三送丝机构是否靠近枪头是是否是否设计伸缩机构是否是设计几个送丝机构一个多个一个对比这三个方案，首先是送丝机构是否靠近枪头，如果靠近的话，可以减小扎丝用量和结构大小，但是枪头尺寸会变大，会造成设计困难以及难以伸进绑扎点，如果不靠近的话，会让绑扎枪枪头尺寸不受影响，但是会引起扎丝用量变化（如果设计伸缩机构的话）。其次是是否设计伸缩机构，这个是考虑到实际生产中的情况，设计伸缩机构的话会比较复杂，因为还要考虑扎丝用量会随着伸缩距离的变化而变化，但是设计好伸缩机构的话，就能够减小整体的尺寸，甚至设计合理还能见减轻质量。最后就是设计几个送丝机构的问题，当然设计多个是更好的，但是设计多个送丝机构的话，会使得做伸缩机构难度加大，所以也要权衡考虑。所以最后多次比较几个方案，我还是选择了方案三。而且只做一个送丝机构，因为伸缩机构设计的好，而且送丝通道对准的精度足够高的话，一个送丝机构完全可以满足动力要求，扎丝的质量不是很大。其次是做伸缩机构的设计，我当时也有三种方案，分别是折叠机构、伸缩杆机构、滑轨机构。表2-2几种伸缩机构设计方案比较折叠机构伸缩杆机构滑轨机构对扎丝是否影响是否否扎丝通道精度要求高低低设计难度高高高能否控制距离变化不可控控制效果不好可控由于扎丝的原因，设计折叠机构如果存在较大的误差就会导致扎丝卡住，所以我不考虑这个。而伸缩杆机构比较复杂，要一层一层的，可能会导致最后一层尺寸比较大，而且在工地上那种场合，面对不同的绑扎点，伸缩的距离不一样，而伸缩杆基本无法做到这一点，如果采用这样机构的话工人在绑扎的时候就需要频繁的换位置。而滑轨比较比较容易控制伸长距离，当然这是依靠工人目测，这样就不用工人频繁的换位置，但是缺点也有，那就是伸缩杆的固定需要靠定位螺钉才行。所以最终考虑使用到了滑轨伸缩机构。至此，大致的结构已经选好了，就是单送丝机构，中间在连接一个滑轨式的伸缩机构，最后在连接到绑扎机构。当然还有需要解决的问题就是断丝机构放在那里比较好，还有就是断丝机构怎么设计。我这里打算使用凸轮式的断丝机构，在电机正转的时候不会切断扎丝，反转的时候可以切断扎丝。额庵后就是断丝机构还是放在送丝机构这里比较好。因为在我研究过现有的绑扎机只有，我发现，电机正转的时候绑扎机主轴不转，但是反转的时候绑扎机构主轴转动而且不送丝，所以如果放置在绑扎枪枪头那里的话，还是会导致扎丝残留在滑轨机构里面，导致伸缩机构不能继续正常工作。但是设置在前面靠近送丝机构的话，就会导致扎丝用量的变化，但是这个问题可以在之后的电机控制里面解决。1.2送丝机构设计送丝机构的设计主要是采用了一个送丝滚轮和加压滚轮的机构，但是用的不是纯滚轮而是齿轮的形式，这样可以减轻两个零件之间的作用力，而且齿轮已经标准化，建模时比较方便，制造业比较方便。而其他的就是普通的轴设计，但是除了这些之外，我设计的机构还需要能够实现正传齿轮可以转，即可以送丝，而电机反转时齿轮不转，不能送丝，进入绑扎阶段。这里我的思路是使用了一个常见见的，普通自行车上面就有的超越离合器的原理。图1.1.1自行车里面的超越离合器所以我这里也设计了一个超越离合器（棘轮）结构。它的结构是一个外面是齿轮但是内部是内棘轮再加上可以固定在轴上面的棘轮卡爪，这样当轴正向转动时，卡爪卡主内棘轮，带动齿轮转动；轴反向转动时，卡爪无法带动齿轮转动。这样就能够实现和自行车里面的超越了离合器一样的功能。图1.1.2送丝机构里面的超越离合机构设计这样一个机构就能够实现送丝机构的轴正转的时候送丝齿轮转，开始送丝，反转的时候齿轮不转。整体的送丝机构如图：图1.1.3送丝机构整体结构而轴的动力来源是通过锥齿轮给予的，锥齿轮的作用是将电机的动力进行换向，从而可以带动送丝齿轮转动。1.3断丝机构设计断丝机构根据前面的设计采用的是凸轮机构，而设计这样一个机构的想法来源就是平时常见的断丝钳和剪刀。固定一个轴而一个刀片沿着这个轴旋转，就可以对固定的扎丝进行一个切割动作。而能够实现让刀片旋转的动作的就是使用了凸轮机构。而因为我不是需要一个能精确控制的机构，所以对凸轮的曲线不需要精确的计算，保证刀片能够切断丝而且运转比较平滑即可。图1.图1.3.1断丝机构不工作时位置图1.3.2送丝阶段时断丝机构不断丝图1.3.3断丝机构工作时切断扎丝1.4绑扎机构设计绑扎机构的设计就是和普通的手持式自动绑扎机的枪头类似，设计一个前面带有弧度的轨道，当扎丝沿着轨道出来时，可以进去绑扎区域，这是在电机正转时扎丝就可以进去绑扎枪头的枪管里面，枪管里面有两个小圆柱子，然后电机反转，这两个小圆柱子就可以带动扎丝进行旋转，一步一步将扎丝绕城的这样就可以实现对扎丝的收紧和钢筋的绑扎。绑扎的松紧程度取决于扎丝缠绕的圈数。最后再由断丝机构切断扎丝。但是根据实际情况来看，扎丝绑紧的程度无论是人工还是先有的绑扎机都是无法精准控制的，而且检验时对绑扎松紧的程度要求不是很高，因此这样的绑扎方式是可以满足绑扎检验要求的。图1.4.1绑扎枪枪头外形而绑扎机构的工作原理和送丝机构很像，在电机正转的时候绑扎主轴不转动，只有送丝机构转动，而电机反转的时候送丝机构不转动，绑扎主轴转动。这个控制逻辑和送丝机构的很像，所以还是采用了一个棘轮组成的超越离合器机构。如图：图1.4.2绑扎机构主轴上的棘轮这个外棘轮是保证电机正转（顺时针）的时候，后面的齿轮转动，但是棘轮不会转动，而棘轮是和主轴相连接的，所以此时主轴是不转的，这样就不会进行绑扎。图1.4.3棘轮内部的超越离合结构而在外棘轮的内部也有一个棘轮机构，这个机构的目的就是旁边的齿轮正转时，和外棘轮一起保证不让主轴转动，但是最主要的功能是电机反转时，能够带动棘轮转动，而棘轮是和主轴相连接的，因此主轴也会转动，从而让绑扎枪进行绑扎工作。为什么要设计这样一个超越离合机构呢？因为不设计这样的机构的话，电机先带着绑扎头正转，然后反转，这样扎丝也会跟着正转，而反转的时候就会将之前正转的部分转回去，这样扎丝反而没有形成绑扎的动作，就好像是先将纽扣扣上然后再解开一样，这样无法达到我们的目的。1.5伸缩机构设计伸缩机构根据前面整体的结构设计已经有了初步的思路，采用的是滑轨形式。但是具体的设计是要求配合机架的设计的。我用的是圆柱形的伸缩杆，但是并没有完全设计的是圆柱形，因为整体的是类似于悬臂梁的结构，单单那样的话必然会给伸缩杆很大的负荷，因此需要更多的支撑来分担，而且圆形的轨道不是很好固定，因此还需要一个平面的轨道。图1.5.1伸缩机构的滑轨其中最主要的就是如何设计滑轨机构能够保证扎丝依旧可以不受影响送出去。因此将扎丝所在位置附近也设计一组滑轨，让扎丝在滑轨里面前进，就可以不受伸缩的影响。图1.5.2伸缩机构的伸缩杆而伸缩杆的设计就是根据滑轨的模型设计的，主要考虑的有两个问题。第一是怎么保证对伸缩杆的固定；第二是怎么限制伸缩杆的极限位置。第一个问题很好解决，我采用的是螺纹孔与定位螺钉的形式，在杆身上对称的开了六个螺纹孔，在伸长合适的位置可以用拧紧定位螺钉的形式来进行固定。因为绑扎机的工作环境里面对定位精度要求不是很高，而且每个工人使用时主观因素很大，而且伸缩的距离在后面的电气控制可以通过传感器的方式进行识别。第二个问题是最重要的问题。最短的极限距离就是和滑轨紧靠时的距离，伸缩量为0mm。而最远的距离时通过伸缩杆里面套着的轴再在主轴上面套着，也就是说，主轴上面在套一个轴，而这个轴是用过类似键槽的方式和主轴配合，因此它们的转动时同步的，但是槽的长度比凸起的长度短很多，因此在伸缩杆前后移动的时候那个轴就可以在主轴上面移动。而另一个极限位置就是通过这个凸起的一面与槽的一面接触进行限制。如图：图1.5.3伸缩杆极限位置限定这样一来，伸缩机构的设计就比较全面了。但是光这样看的话装配可能看上去不太好装配，但是实际上乐意将这个里面的主轴分开来加工，而不是整体的进行车削加工，分成两个半圆周，然后合为一个整圆轴，这样就能够完成装配了。但是这样的话会比起整体轴的强度会降低，但是并不影响整个机架的强度，因为我会在后面校核的时候考虑到不加这个轴的时候看结构强度够不够，因此将这点削弱降低到最低程度。1.6整体材料选择基本上模型已经订了下来之后，就是要对各个零件的材料进行选型。其中，外壳和机架的材料选择的是常见的塑料。而里面的送丝齿轮用的是铸铁，而主轴上的穿藕丁齿轮用的是高强度的尼龙66材料。其余的材料绑扎枪枪头用的是铝合金或者碳钢，但是考虑到质量分布，还是铝合金好一点，也方便加工，绑扎枪滑轨用的是碳纤维或者尼龙66，因为它们都是密度小强度高。还有一些其他的材料都是以考虑强度高密度小密度小，所有的轴承都用的是合金钢。经过各种配合和不断地修改，最终就设计出了这样一台绑扎机机器。后续将还会对结构的强度等进行校核。整体结构