鋼筋切斷機設計

1、機械原理設計任務書設計題目：鋼筋切斷機機構設計姓名XXXXX班級XXXXXXX學號XXXXXXX目錄一、大綱.3二、設計題目和要求.32.1題目簡介.32.2設計要求和相關數(shù)據:.32.3設計任務.42.4設計創(chuàng)新.42.5設計思路.5三、機構設計.53.1機構驅動方案選擇.5液壓傳動驅動.5液壓傳動特點：.5電機驅動.6驅動方式的選擇.63.2傳動裝置的選擇.7帶傳動.7齒輪傳動.7組合傳動.7傳動機構的選擇.83.3執(zhí)行裝置的方案設計.8曲柄滑塊機構.8凸輪機構.93.4方案比較.9四、參數(shù)綜合.104.1曲柄滑塊機構綜合.104.2齒輪機構綜合.114.3電機相關參數(shù)選擇.12五、機構裝

2、置及運動解析.145.1輸出件速度，加速度計算.145.2機構裝置圖.155.3運動解析.15動刀位移解析，如圖.15動刀速度測試，如圖.15動刀加速度測試，如圖165.4誤差解析165.5設計改進17齒輪的改進17刀具的改進17六、參照文件18一、大綱鋼筋在建筑上應用特別廣泛，它可以用作預制構件，鋼筋混凝土和箍筋等。為此，需要鋼筋切斷機按所要求的鋼筋的規(guī)格的長度將其切斷。鋼筋切斷機是鋼筋加工必不可以少的設備之一，它主要用語房屋建筑、橋梁、地道、電站、大型水利等工程中對鋼筋的定長切斷，一般都是用于剪切建筑用的I級鋼，剪切鋼筋直徑為640毫米。鋼筋切斷機有機械傳動和液壓傳動兩種。機械傳動構造簡單

3、，工作可靠，維修方便，液壓傳動無噪音，體積小，重量輕，搬動方便。但液壓傳動構造復雜，一旦出現(xiàn)故障難以消除，故目前很多使用的依舊是機械傳動的鋼筋切斷機（如圖）。目前國內建筑工地使用的鋼筋切斷機雖能完成切斷動作，但其執(zhí)行機構沒有考慮到對切刀運動規(guī)律和動力特點的要求，切刀工作過程中產生的沖擊很大，切斷效率較低。所以，有必要將現(xiàn)存的鋼筋切斷機加以改進，重新設計，以獲得動態(tài)性能較好的鋼筋切斷機，使其實現(xiàn)操作簡略、調治方便、落料簡單、生產效率高等特點。二、設計題目和要求2.1題目簡介鋼筋在建筑上應用特別廣泛，它可以用作預制構件，鋼筋混凝土和箍筋等。為此，需要鋼筋切斷機按所要求的鋼筋的規(guī)格的長度將其切斷。目

4、前建筑工地使用的鋼筋切斷機雖能完成切斷動作，但其執(zhí)行機構沒有考慮到對切刀運動規(guī)律和動力特點的要求，切刀工作過程中產生的沖擊很大，切斷效率較低。所以，有必要將現(xiàn)存的鋼筋切斷機加以改進，重新設計，以獲得動向性能較好的鋼筋切斷機。2.2設計要求和相關數(shù)據:1）設計要求a.基本工作要求：用手工將不同樣規(guī)格的鋼筋按所需長度送至刀口，將其切斷；今后再次送入，作下次截斷。運動要求：在切斷過程中，要求切斷速度盡可能小，速度盡可能平均，以保證切削質量，減少沖擊;保證切刀行程H;切刀空行程中速度盡可能快，以提高效率；保證切刀的每分鐘切斷次數(shù)（生產率）。c.動力要求:切刀能產生足夠的沖力戰(zhàn)勝工作阻力，要有較好的傳動

5、性能。相關數(shù)據擬采用三相異步電機作動力源，初定電機轉速ndrpm；所切鋼筋的最大直徑dmax40mm，動刀經過的距離H=44mm，其生產率分型號依次為34次/分、38次/分、42次/分、刀在切斷過程中所受工作阻力P=400KN,其他行程無阻力。整個機器的尺寸范圍為：長寬高16005007502.3設計任務最少提出兩種運動方案，爾后進行方案解析評比，選出一種運動方案進行設計；設計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配。對平面連桿機構進行尺度綜合，并進行運動解析；考據輸出構件的軌跡可否滿足設計要求；求出機構中輸出件的速度、加速度；畫出機構運動線圖。用軟件（VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等

6、均可）對執(zhí)行機構進行運動仿真，并畫出輸出機構的位移、速度、和加速度線圖。編寫設計計算說明書，其中應包括設計思路、計算及運動模型成立過程以及收效解析等。在機械基礎實驗室應用機構綜合實驗裝置考據設計方案的可行性。2.4設計創(chuàng)新1、在設計的過程中，應盡量減少整體機構的震動和噪聲。2、對刀片的改進，在刀片的設計上，要注意當鋼筋放在刀片上受力時，防止鋼筋突然彈出來。2.5設計思路鋼筋切斷機主若是由驅動裝置，傳動裝置和執(zhí)行機構組成，所以，在設計中，第一提出各個部分的設計方案，爾后經過比較選擇合適的方案，當方案確定此后，就要選擇各個零件的參數(shù)，這個過程中，第一應該確定執(zhí)行機構的各個參數(shù)，然后確定傳動機構零件

7、的參數(shù)和整個傳動比，最后才是驅動裝置的參數(shù)確定，當各個參數(shù)確定此后，接下來就是裝置和運動解析，誤差解析，方案改進創(chuàng)新等。三、機構設計3.1機構驅動方案選擇液壓傳動驅動要實現(xiàn)液壓傳動了，則在整個機構中，需要有齒輪泵和油缸，齒輪泵是為了產生油缸運動的動力，齒輪泵能產生的動力的大小直接影響著油缸的工作能力，而油缸是直接作為執(zhí)行元件，將液壓油的壓力轉變成機械能從而實現(xiàn)機構的直線運動。在整個機構的運行過程中，油缸的運動很沉寂，但是齒輪泵則會產生較大的噪音。以下列圖油缸簡圖齒輪泵構造簡圖液壓傳動特點：液壓式鋼筋切斷機的出現(xiàn)誠然晚于機械式切斷機，但卻有著不可以比較的技術優(yōu)越性和高經濟效益。其技術優(yōu)越性大體表

8、現(xiàn)在以下方面：1）擁有較高的工作性能由于可以使用較高的液壓力，所以鋼筋切斷機能以很高的沖擊力進行剪切。2）擁有較好的工作適應能力可實現(xiàn)直徑在6mm16mm之間的鋼筋加工。同時，還可一機多用，采用不同樣的工作頭即可進行多種工作，如彎管、穿孔等。具有較高的工作可靠性省去各種離合裝置，不會由于離合裝置不可以靠而產生連切，易于實現(xiàn)自動化生產。同時，控制系統(tǒng)的引入，可以實現(xiàn)定尺剪切，并保證鋼筋切口的表面質量。3）攜帶方便，當輸用心也許輸用心矩同樣時，液壓工作頭的重量遠小于電動或氣動工具。其他，采用了超高壓小流量液壓技術，所以其體積小、重量輕。電機驅動異步電機其特點是構造簡單、堅固耐用、成本廉價、運行可靠

9、，低轉矩脈動，低噪聲，不需要地址傳感器，轉速極限高,并且可以供應較大的功率。異步電機矢量控制調速技術比較成熟，使得異步電機驅動系統(tǒng)擁有明顯的優(yōu)勢，電機驅動是較為常用和傳統(tǒng)的驅動方式，特別是三相交流異步電機應用更加廣泛。三相異步電動機構造簡圖驅動方式的選擇誠然液壓驅動擁有體積小，攜帶方便，機構設計簡單的特點，但是其成本較高，且維修復雜，而三相異步電機相對應用廣泛，噪聲比液壓驅動更小，震動更小，調速更方便等特點。故綜上從成本和題目所給的性能要求來看，選擇三相異步電機作驅動裝置更合適。3.2傳動裝置的選擇帶傳動帶傳動是經過兩皮帶輪與皮帶之間的抱死來實現(xiàn)成立之間的運動傳輸，其工作時主要靠皮帶與皮帶輪之

10、間的摩擦來帶動運動的，也就是說這個過程中一部分機械能會轉變成內能，并且皮帶的壽命比較短，維修頻率較大，平時出現(xiàn)在機構的第一級傳動中。齒輪傳動在機械傳動中應用最廣泛的傳動方式，其傳動正確可靠，效率很高，噪聲小，可以滿足不同樣工況要求，但其加工成本比較高，可實現(xiàn)傳動比不是很大，需要多級傳動才能達到大傳動比的要求。組合傳動由于機械運動形式、運動規(guī)律和機械性能等方面要求的多樣性和復雜性，而以上傳動機構的限制性，所以常常需要將幾種機構配合起來，形成組合傳動機構。以下列圖：傳動機構的選擇綜上，考慮到成本和傳動比的選擇，本題可以采用帶傳動和齒輪傳動組成的組合傳動機構。這樣，特可以解決齒輪傳動傳動比不是很高，

11、帶傳動耗資的輸出功率太大的缺點，而可以充發(fā)散揮帶傳動傳動級數(shù)較少，齒輪傳動噪聲小，傳動正確可靠，效率很高的優(yōu)點。3.3執(zhí)行裝置的方案設計在整個傳動過程中，執(zhí)行機構是最重要的一部分，它不但要實現(xiàn)產品設計的使用價值，還要將機械的其他運動轉變成本題我們需要的直線運動。實現(xiàn)這一過程的方式有很多，在這里，我們只談論常有的兩種方式，第一種是采用曲柄滑塊機構，第二種采用凸輪機構。曲柄滑塊機構以下列圖，曲柄滑塊機構擁有設計簡單，成本較低，能的特點，但是其運動軌跡很難達到設計的要求，曲柄滑塊機構簡圖凸輪機構如圖，凸輪機構和曲柄滑塊機構同樣，可以使機構擁有急回特點，其擁有高精度的傳動特點，且能依照特定的軌跡進行運

12、動，但設計和制造相對復雜，若不需要考慮精度問題，則在制造的過程中凸輪輪廓的制造比較復雜，且加工量較大，若考慮精度問題，可以依照設計出的軌跡方程借助軟件求出凸輪輪廓線，爾后再用數(shù)控機床進行加工，這樣的話就提高了其成本。凸輪機構簡圖3.4方案比較第一，曲柄滑塊機構和凸輪機構都能實現(xiàn)急回特點。由于對心曲柄滑塊機構沒有急回特點，所以在設計時，我們考慮采用偏置曲柄滑塊機構的幾何模型。給定極位夾角為和滑塊的擺程為H。假設滑塊導路與X軸平行，如圖，四、參數(shù)綜合4.1曲柄滑塊機構綜合由曲柄滑塊機構簡圖知：設機構的行程速度系數(shù)K=1.25，搖桿擺角則由由由取則或由得：I6031.599.05II6030.61-

13、12.95當，時，有方案I：所以其中解得所以桿當，時，有方案II：所以其中解得所以桿傳力角計算：由函數(shù)關系可得所以方案I有方案II有為了保證機構有優(yōu)異的傳力性能，傳動角越大的機構傳力性能越好，由知選擇方案II較好。即，4.2齒輪機構綜合齒輪選擇要使兩齒輪之間可以正常齒合，則兩齒合齒輪之間的模數(shù)和壓力角應分別相等，所以小帶輪d7=50mm大帶輪d6=215mmZ2=60m=5齒寬28分度圓直徑d2=300mmZ3=15m=5齒寬60分度圓直徑d3=75mmZ4=75m=5齒寬55分度圓直徑d4=375mmZ5=17m=5齒寬80分度圓直徑d5=85mm曲柄軸d1=13.03mm效率計算齒輪的傳動

14、比4.3電機相關參數(shù)選擇齒輪轉矩計算由式可知，越小，F(xiàn)越大齒輪轉矩計算綜上求的阻力扭矩電機轉速選擇滑塊平均速度，為各個齒輪上對應的力矩。，為對應的各個齒輪或輪系上的切向力?；瑝K運動的頻率，單位：次/min；曲柄軸的線速度，m/min；曲柄軸的轉速，；由傳動比可得電機轉子平均速度電動機功率T阻力矩，N電機轉速，P所需功率，kw所以查相關本資料我們可以選擇Y112M-4型封閉式籠型三相異步電動機。五、機構裝置及運動解析5.1輸出件速度，加速度計算設動刀的運動頻率為f，曲柄與水平面的夾角為，曲柄的速度為V,動刀的速度為V1，則點B的位移為點B速度方程為點B的加速度為其中，C點的運動規(guī)律可以作為輸出件

15、道具的運動規(guī)律，所以點C（刀具）的位移可以表示為其中M為常數(shù)。點C的速度可以表示為點C的加速度為5.2機構裝置圖5.3運動解析動刀位移解析，如圖上圖是動刀上的質心的運動測試圖，近似的用來作為動刀的運動特點，測試的時間為3s，由圖形可知動刀的位移為,與題目所給的值H=44mm周邊，滿足條件，要使行程誤差進一步減小，可以更正曲軸的獨愛距，從而獲得更加精確的行程范圍。動刀速度測試，如圖同樣，動刀的速度與時間的關系可以用動刀的質心的速度特點來表示，測試時間我們選擇為60s，由測試圖解析可知，動刀的切割頻率為37次/min,與題所給38次/min相差不大，在誤差贊同范圍內滿足條件，趕忙度曲線來看，動刀的

16、急回特點不是太明顯，。動刀加速度測試，如圖由圖可以看出，動刀的加速度湊近正弦函數(shù)，所以在運動過程中，它的運動相對平穩(wěn)。5.4誤差解析在整個機構中，以致誤差的原因是多方面的，其中最主要的有裝置誤差，設計誤差和運動傳達誤差。在裝置誤差中，由于整個轉配圖是在pro/e中完成的，齒輪之間的齒合以及執(zhí)行元件（曲柄，搖桿和刀具）的初始地址的選擇都會給整個裝置帶來誤差，避免這種誤差的方法是在零件建模的過程中，嚴格選擇建模的地址，在裝置時選擇合適的裝置模式。在設計誤差中，由于在設計的時候設計誤差與實質誤差不同樣，比方我們若是在整個設計中考慮的誤差為5%，那么實質建模處的機構可能會達到8%也許低于5%，且計算過

17、程中精度的選擇在建模過程中有棄取，比方在計算中曲柄的偏心距為13.03mm，在建模的過程中也許建模軟件默認為13mm，這樣的話就出現(xiàn)了設計誤差。要防范這些因素帶來的誤差，在設計過程中，盡量保證建模軟件的數(shù)值單位與設計計算的單位的精度一致，盡量選擇有佩服力的經驗值。在傳達誤差中，有時會由于齒輪的傳動有打滑現(xiàn)象，帶輪與皮帶之間有相對摩擦現(xiàn)象，這些都會使系統(tǒng)出現(xiàn)傳達誤差，控制這些誤差的最好方法就是保證齒輪之間的正確，連續(xù)齒合，保證帶輪與皮帶之間的配合。5.5設計改進齒輪的改進1）由于小齒輪與大齒輪的模數(shù)和壓力角應該相等，這樣就保證了齒輪之間的正常齒合，但是經過實質生產發(fā)現(xiàn)，當小齒輪在保證和大齒輪有同

18、樣的模數(shù)和壓力角時，其齒數(shù)低于某一范圍后會發(fā)生根切現(xiàn)象，并且不再資料及各種制造工藝都同樣時小齒輪的壽命比大齒輪要低得多，為了提高小齒輪的壽命，防范根切現(xiàn)象，可以對其進行額外熱辦理，如表面硬化，滲氮辦理等，還可以對小齒輪進行正變位修正，對大齒輪進行負變位修正；2）在鋼筋切斷機運行的過程中，由于各種原因會產活力構振動和噪音，在生產現(xiàn)代化和生活環(huán)境高要求的情況下，減少機械的振動和噪音是一項重要的工作，在這個機構中，產生振動和噪音的原因有很多，其中裝置縫隙和曲柄，搖桿，齒輪等機構的運動都會產生噪音和振動，所以在機構的設計中間，可以考慮在不改變曲柄滑塊機構的設計的要求下，經過改變齒輪的設計來達到降噪減振的效果。在齒輪的齒形中，常有的有斜齒齒輪和直齒齒輪，由于他們之間在傳動齒合的過程中的受力原理不同樣，他們產生的機構振動和噪音大小也有必然的差異，一對直齒輪相嚙合時,其輪齒沿整個齒寬同時進入接觸或同時分別，簡單引起沖擊、振動和噪音，傳動的重合度小，每對輪齒的負荷大，傳動不夠平穩(wěn)，不適用于高速重載的傳動，而斜齒齒輪在傳動過程中，齒面上的接觸線為斜直線，重合度增大，兩輪輪齒逐