GQ40型鋼筋切斷機的結構設計與運動分析【說明書+CAD】

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Author：Gu Jiqiang Tutor：Wang Liangwen Abstract Structure design The theme mainly tells velocity analytics and structure design of model GQ40 steel bar cutter. This product design parameters are given of the original: cutting ability for (phi 6-phi 40) mm round steel; The motor power for 2.2 kw; For punching number 32 times/min; Cut off the trip to 34 mm. The design of the main research contents, technology and the key is: according to the use requirement reinforced cutting machine, determine its working principle, and based on the structure of the steel cutting machine design, confirming the main structure size. Mainly include the following: 1, the choice of the motor; 2, the design and calculation of transmission device; 3, bearing choice; 4, crankshaft connecting rod design of organization; 5, the body's design; 6, the blade design choices. Then according to the design data modeling of products and movement simulation. Therefore, concerning real kinematics equation of the motor, we can’t work out its results with an analytical method. Thus, the theme describes the motor’s real kinematics curve with the iterative method. Keyword ：GQ40 steel bar cutter，velocity analytics，movement simulation ， 目錄 1 引言 1 1.1 概述 1 1.2 鋼筋切斷機的種類和特點 2 1.3 我國鋼筋切斷機的發(fā)展方向 4 1.4 題目的選取 5 1.5 鋼筋切斷機的工作原理 6 1.6傳動方式的選擇 7 1.7 執(zhí)行機構的選擇 7 2 電機選擇 8 2.1 傳動方案簡述 8 2.2 功率選擇 8 3. 傳動結構設計 9 3.1 基本傳動數(shù)據(jù)計算 9 3.1.1 分配傳動比 9 3.1.2 計算機構各軸的運動及動力參數(shù) 9 3.2 帶傳動設計 10 3.3 齒輪傳動設計 12 3.3.1 第一級齒輪傳動設計 12 3.3.2 第二級齒輪傳動設計： 16 3.3.3 第三級齒輪傳動設計： 19 3.4 軸的校核 23 3.4.1 一軸的校核 23 3.4.2 三軸的校核 27 3.5 鍵的校核 31 3.5.1 鍵的選擇 31 3.5.2 驗算擠壓強度. 32 3.6 軸承的校核 33 3.6.1 初選軸承型號 33 3.6.2壽命計算 33 4 鋼筋切斷機的摩擦、磨損和潤滑 36 5 傳動機構的運動仿真 37 5.1 傳動機構零件建模 37 5.1.1 曲軸的設計 37 5.1.2 傳動機構其余零部件的設計與建模 39 5.2傳動機構的裝配 42 5.3建立運動仿真 43 6. 曲柄滑塊機構的動力分析 45 6.1 數(shù)學模型的建立 45 6.2 分析曲柄滑塊的位移、速度、加速度 45 結束語 48 致謝 49 參 考 文 獻 50 1 引言 1.1 概述 鋼筋切斷機是鋼筋加工必不可少的設備之一，它主要用語房屋建筑、橋梁、隧道、電站、大型水利等工程中對鋼筋的定長切斷。鋼筋切斷機與其他切斷設備相比，具有重量輕、耗能少、工作可靠、效率高等特點，因此近年來逐步被機械加工和小型軋鋼廠等廣泛采用，在國民經(jīng)濟建設的各個領域發(fā)揮了重要的作用。 國內外切斷機的對比：由于切斷機技術含量低、易仿造、利潤不高等原因，所以廠家?guī)资陙砘揪S持現(xiàn)狀，發(fā)展不快，與國外同行相比具體有以下幾方面差距。 1)國外切斷機偏心軸的偏心距較大，如日本立式切斷機偏心距24mm，而國內一般為17mm．看似省料、齒輪結構偏小些，但給用戶帶來麻煩，不易管理．因為在由切大料到切小料時，不是換刀墊就是換刀片，有時還需要轉換角度。 2)國外切斷機的機架都是鋼板焊接結構，零部件加工精度、粗糙度尤其熱處理工藝過硬，使切斷機在承受過載荷、疲勞失效、磨損等方面都超過國產機器． 3)國內切斷機刀片設計不合理，單螺栓固定，刀片厚度夠薄，40型和50型刀片厚度均為17mm；而國外都是雙螺栓固定，25～27mm厚，因此國外刀片在受力及壽命等綜合性能方面都較國內優(yōu)良。 4)國內切斷機每分鐘切斷次數(shù)少．國內一般為28～31次，國外要高出15～20次，最高高出30次，工作效率較高。 5)國外機型一般采用半開式結構，齒輪、軸承用油脂潤滑，曲軸軸徑、連桿瓦、沖切刀座、轉體處用手工加稀油潤滑．國內機型結構有全開、全閉、半開半閉3種，潤滑方式有集中稀油潤滑和飛濺潤滑2種。 6)國內切斷機外觀質量、整機性能不盡人意；國外廠家一般都是規(guī)模生產，在技術設備上舍得投入，自動化生產水平較高，形成一套完整的質量保證加工體系。尤其對外觀質量更是精益求精，外罩一次性沖壓成型，油漆經(jīng)烤漆噴涂處理，色澤搭配科學合理，外觀看不到哪兒有焊縫、毛刺、尖角，整機光潔美觀。而國內一些一些廠家雖然生產歷史較長，但沒有一家形成規(guī)模，加之設備老化，加工過程拼體力、經(jīng)驗，生產工藝幾十年一貫制，所以外觀質量粗糙、觀感較差。 全球經(jīng)濟建設的快速發(fā)展為建筑行業(yè)，特別是為建筑機械的發(fā)展提供了一個廣闊的發(fā)展空間，為廣大生產企業(yè)提供一個展示自己的舞臺。面對競爭日益激烈的我國建筑機械市場，加強企業(yè)的經(jīng)營管理，加大科技投入，重視新技術、新產品的研究開發(fā)，提高產品質量和產品售后服務水平，積極、主動走向市場，使企業(yè)的產品不斷地滿足用戶的需求，盡快縮短與國外先進企業(yè)的差距，無疑是我國鋼筋切斷機生產企業(yè)生存與發(fā)展的必由之路。 1.2 鋼筋切斷機的種類和特點 　　經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國的建筑用鋼筋切斷機市場現(xiàn)已基本形成。目前，市場上生產和銷售的鋼筋切斷機種類很多，根據(jù)設備組成的各工作機構特點可以按6 種方法進行分類，見表1 　　　　　　　　　　表１　鋼筋調直切斷機的分類： 形式 特點 調直方式 調直模式 鋼筋調直效果好，比較容易控制。但調直速度低，被加工鋼筋表面有劃傷，工作噪聲較大；適合各種光圓鋼筋。 曲線輥式 調直速度較快，鋼筋調直效果好，且易控制。但被加工鋼筋表面劃傷較重，工作噪聲較大；適合各種光圓鋼筋和對鋼筋表面劃傷要求不高的場合。 對輥式 調直速度快，被加工鋼筋表面有劃傷輕微，工作噪聲??；鋼筋調直效果一般，控制要求較高。適合各種鋼筋，特別適合冷、熱軋帶肋鋼筋。 調直模式+ 對輥復合式 鋼筋調直效果比較好，比較容易控制。調直速度高于曲線輥式，低于對輥式。被加工鋼筋表面有劃傷。工作噪聲比較??；適合各種鋼筋。 切斷方式 錘擊切斷方式 適用中、小直徑鋼筋，工作噪聲連續(xù)、較大。易出現(xiàn)連切現(xiàn)象，定尺誤差最小。適用于中、低速度的鋼筋調直機和對定尺精度要求較高的場合。 飛剪切斷方式 適用大、中直徑鋼筋，工作噪聲較大，不連續(xù)。定尺精度不高，但沒有連切現(xiàn)象。適用于高速鋼筋調直機。 液壓切斷方式 適用大、中直徑鋼筋，工作噪聲小。沒有連切現(xiàn)象。適用于速度不太高的鋼筋調直機。 落料方式 支撐柱式 結構簡單，工作噪聲小。適用于小直徑光圓鋼筋，且鋼筋調直度較高的場合。 翻板式 結構較復雜，工作噪聲較大，適用大、中直徑鋼筋。 撤板式 結構較復雜，工作噪聲較大，適用大、中直徑鋼筋。 敞口式 結構簡單，工作噪聲較小，適用于大、中直徑鋼筋，且鋼筋調直較好的場合。 定尺方式 機械式 定尺誤差小，易控制。噪聲較大，壽命短。適用于對定尺誤差要求較高，速度要求不高的場合。 機電式 定尺誤差稍大，噪聲較小，壽命長。適用于對定尺誤差要求較低，調直速度要求較高的場合 控制方式 普通電氣控制 線路復雜，對維護人員要求較高?？刂凭鹊停装l(fā)生故障，初期調試麻煩。 ＰＬＣ控制 線路簡單，對維護人員要求不高。控制精度較高，運行比較穩(wěn)定，初期調試簡單。 上料方式 開卷式 設備復雜，放線速度快、鋼筋不扭轉，特別適合于高速工作狀態(tài)。 非開卷式 設備單一，適于調直速度不太高的工作場合。放線時鋼筋自然扭轉。 根據(jù)工作環(huán)境及任務要求，我初步選定錘擊式切斷方式、PLC控制電動機。 1.3 我國鋼筋切斷機的發(fā)展方向 縱觀我國建筑用鋼筋切斷機的總體水平，與國際上先進產品相比還是比較落后。主要表現(xiàn)在：企業(yè)生產規(guī)模小，產品的技術含量低，生產效率低下。大部分產品調直速度較低，鋼筋的直線度不高，表面劃傷較重。造成這種局面的主要原因在于，我國的建筑用鋼筋切斷機市場還沒有真正形成，還處在地域及價格因素占主導位置的過渡階段，尚未進入真正的市場競爭階段。生產企業(yè)多而零散，且大都處在一種小而全、小而不全的狀態(tài)，在這些生產企業(yè)中很難形成強大的技術投入在這種條件下，企業(yè)之間相互抄襲現(xiàn)象嚴重，很難找到擁有自主知識產權的產品，尚沒有出現(xiàn)可以稱得上領軍式的企業(yè)。 建筑用新Ⅲ級鋼筋的推廣使用為鋼筋切斷機的生產企業(yè)提供了廣闊的發(fā)展空間。為此，許多企業(yè)投入大量資金，爭相開發(fā)、研制適合新!級鋼筋要求的高速、大直徑鋼筋切斷機。 在傳統(tǒng)的調直模式和曲線輥式調直切斷機中廣泛采用的錘擊式切斷機構，長期以來一直存在連切的問題，被行業(yè)稱之為老大難問題。多少年來，許多生產企業(yè)和使用單位為此傷透了腦筋，想盡了各種辦法，始終沒有徹底解決。隨著專利技術“錘擊式?jīng)_壓及切斷設備的零連切裝置”的開發(fā)與應用，不僅徹底解決了錘擊式切斷機構的連切問題，而且調直度好，長度誤差小，受到了新老戶、特別是廣大鋼筋焊網(wǎng)企業(yè)的熱烈歡迎。僅傳統(tǒng)設備改造一項就為開發(fā)企業(yè)帶來一大片市場。 采用剪式切斷機構的新型對輥式鋼筋切斷機的使用，不僅明顯地降低了對冷、熱軋帶肋鋼筋表面的傷，也使得鋼筋的調直速度由過去的４０－６０m/min， 提高到90-120m/min、150m/min，甚至達到180m/min以上，直線度≤3mm/m，長度誤差±2mm，完全可以和國外產品媲美。 復合式（對輥+調直模式）鋼筋切斷機，不僅保持了傳統(tǒng)產品（調直模式）調直度好的特點，同時也使對輥式調直機的優(yōu)勢得到了充分發(fā)揮，調直速度由過去的30-50m/min 提高到80m/min。調直鋼筋的范圍也由φ5-10mm提高到φ14mm，直線度≤4‰，定尺精度≤10mm。 在電氣控制方面，眾多企業(yè)紛紛淘汰傳統(tǒng)的電氣控制技術，竟相采用先進的PLC 式電腦控制，不僅使控制單元得到了簡化，整機的運行更加穩(wěn)定、可靠，維護更加簡單，更使我國建筑用鋼筋切斷機的整體水平躍上一個新的臺階，極大地縮短了與國際上先進產品的差距。 面對空前廣闊的鋼筋切斷機市場，廣大生產企業(yè)也面臨嚴峻的挑戰(zhàn)。多年來，受運輸長度等多種因素影響，大型軋鋼企業(yè)生產的直徑小于φ14鋼筋都是以盤條形式走向市場。目前已有個別企業(yè)看準后續(xù)加工（即鋼筋的調直與定尺切斷）中的可觀利潤，開始購入單機。一旦這些企業(yè)實現(xiàn)并完成對現(xiàn)有生產線的改進，將以往的盤條改為直條走向市場，勢必對現(xiàn)有的鋼筋切斷機市場，特別是對鋼筋切斷機生產企業(yè)形成巨大的沖擊。人無遠慮，必有近憂，這是一個應該引起廣大鋼筋切斷機生產企業(yè)十分重視的大問題。 綜上所述，我國經(jīng)濟建設的飛速發(fā)展為建筑行業(yè)，特別是為建筑機械的發(fā)展提供了一個廣闊的發(fā)展空間，為廣大生產企業(yè)提供一個展示自己的舞臺。面對競爭日益激烈的我國建筑機械市場，加強企業(yè)的經(jīng)營管理，加大科技投入，重視新技術、新產品的研究開發(fā)，提高產品質量和產品售后服務水平，積極、主動走向市場，使企業(yè)的產品不斷地滿足廣大用戶的需求，盡快縮短與國外先進企業(yè)的差距，無疑是我國廣大鋼筋切斷機生產企業(yè)生存與發(fā)展的必由之路。 1.4 題目的選取 本次畢業(yè)設計的任務是臥式鋼筋切斷機的設計。要求切斷鋼筋的切斷行程34mm，切斷速度為32次/分。 在設計中通過計算和考慮實際情況選則合適的結構及參數(shù)，從而達到設計要求，同時盡可能的降低成本，這也是一個綜合運用所學專業(yè)知識的過程。。畢業(yè)設計是對四年大學所學知識的一個總結，也是走上工作崗位前的一次模擬訓練。 1.5 鋼筋切斷機的工作原理 工作原理：采用電動機經(jīng)一級三角帶傳動和二級齒輪傳動減速后,帶動曲軸旋轉,曲軸推動連桿使滑塊和動刀片在機座的滑道中作往復直線運動,使活動刀片和固定刀片相錯而切斷鋼筋。如圖1.1： 圖1.1 典型鋼筋切斷機的結構 1-電機 2-小帶輪 3-大帶輪 4-Ⅰ軸連軸齒輪 5-Ⅱ軸大齒輪 6-Ⅲ軸連軸齒輪 7-游動大齒輪 8-離合器 9-機體 10-Ⅰ軸 11-Ⅱ軸連軸齒輪 12-Ⅱ軸 13-Ⅲ軸大齒輪 14-Ⅲ軸 15-曲柄 16-連桿 17-活動刀座 18-活動刀片 19-固定刀片 1.6傳動方式的選擇 選擇三級減速，先是一級帶減速，再兩級齒輪減速。首先采用一級帶傳動，因為它具有緩沖、吸振、運行平穩(wěn)、噪聲小、合過載保護等優(yōu)點。并安裝張緊輪。然后采用兩級齒輪減速，因為它可用來傳遞空間任意兩軸間的運動和動力，并具有功率范圍大，傳動效率高，傳動比準確，使用壽命長，工作安全可靠等特點。 1.7 執(zhí)行機構的選擇 動力由電動機輸出,通過減速系統(tǒng)傳動,把動力輸入到執(zhí)行機構。由于傳動系統(tǒng)作 的是回轉運動,而鋼筋切斷機的執(zhí)行機構需要的直線往復運動,為了實現(xiàn)這種轉換,可以采用曲柄滑塊機構,盤行凸輪移動滾子從動件機構,齒輪齒條機構。 三種方案優(yōu)缺點分析： 曲柄滑塊機構,實現(xiàn)直線往復運動比較容易,通過改變不同長度比的桿件搭配就可以控制滑塊的行程及速度 齒輪齒條機構,傳動平穩(wěn),速度均勻,但是它的輸出運動為單向的,在一個工作周期內只有通過改變齒輪的轉動方向才能實現(xiàn)往復,不適合本題的要求. 盤行凸輪移動滾子從動件機構,通過計算出移動滾子從動件的位移S和轉動角R的關系S(R),由S(R)計算出凸輪廓線,然后制造出相應形狀的凸輪,可以比較精確的實現(xiàn)執(zhí)行機構的動力學要求.但是,正如上述分析,凸輪制造比較麻煩,除非特殊需要,否則在一般條件下,不宜使用這種方案. 綜合上述分析,考慮現(xiàn)實條件我決定采用曲柄滑塊機構作為本機械的執(zhí)行機構?。曲柄的主要結構型式又分為四種：圓盤式，偏心輪式，偏心軸式，曲軸式。通過考慮實際情況，我決定選擇曲軸式。 同時，在帶輪處安裝一飛輪，用于儲存慣性能。使切斷過程順利進行。  2 電機選擇 2.1 傳動方案簡述 傳動方案簡述：選擇三級減速，先是一級帶減速，再兩級齒輪減速。首先采用一級帶傳動，因為它具有緩沖、吸振、運行平穩(wěn)、噪聲小、合過載保護等優(yōu)點，并安裝張緊輪。然后采用兩級齒輪減速，因為齒輪傳動可用來傳遞空間任意兩軸間的運動和動力，并具有功率范圍大，傳動效率高，傳動比準確，使用壽命長，工作安全可靠等特點。動力由電動機輸出,通過減速系統(tǒng)傳動,把動力輸入到執(zhí)行機構。由于傳動系統(tǒng)作 的是回轉運動,而鋼筋切斷機的執(zhí)行機構需要的直線往復運動,為了實現(xiàn)這種轉換,可以采用曲柄滑塊機構,盤行凸輪移動滾子從動件機構,齒輪齒條機構。考慮現(xiàn)實條件我決定采用曲柄滑塊機構作為本機械的執(zhí)行機構?。 2.2 功率選擇 查表可知在傳動過程中，帶傳動的效率為η= 0.94~0.97； 三級齒輪減速器的效率為η= 0.96~0.99； 滾動軸承的傳動效率為η= 0.94~0.98； 連桿傳動的效率為η= 0.81~0.88；滑動軸承的效率為 由以上可知總的傳動效率為: η= 0.94×0.96×0.98×0.81=0.72 查手冊并根據(jù)電機的工作環(huán)境和性質選取電機為：Y系列封閉式三相異步電動機，代號為Y112M-6，輸出功率為2.2kw，輸出速度為2840 r/min。  3. 傳動結構設計 3.1 基本傳動數(shù)據(jù)計算 3.1.1 分配傳動比 電動機型號為Y，滿載轉速為2840 r/min。 a) 總傳動比 b) 分配傳動裝置的傳動比 （3.1) 上式中i0、i1分別為帶傳動與減速器（兩級齒輪減速）的傳動比，為使V帶傳動的外廓尺寸不致過大，同時使減速器的傳動比圓整以便更方便的獲得圓整地齒數(shù)。初步取i0 =1.53，則減速器的傳動比為 c) 分配減速器的各級傳動比 按展開式布置，查閱有關標準，取 i11=3.71，i22=4.25,則i33=3.69。（注以下有i1代替i11，i2代替i22，i3代替i33） 3.1.2 計算機構各軸的運動及動力參數(shù) a) 各軸的轉速ⅠⅡⅢ Ⅰ 軸 Ⅱ 軸 Ⅲ 軸 Ⅳ 軸 b) 各軸的輸入功率 Ⅰ 軸 Ⅱ 軸 Ⅲ 軸 Ⅳ 軸 c) 各軸的輸入轉矩 電動機輸出轉矩 Ⅰ 軸 Ⅱ 軸 Ⅲ 軸 Ⅳ 軸 3.2 帶傳動設計 (1) 由設計可知：V帶傳動的功率為2.2kw，小帶輪的轉速為2880r/min，大帶輪的轉速為1882.35r/min。 查表可知 工況系數(shù)取 KA=1.5 ，Pc=1.5×2.2=3.3kw。根據(jù)以上數(shù)值及小帶輪的轉速查相應得圖表選取B型V帶。 (2) 帶輪基準直徑：查閱相關手冊選取小帶輪基準直徑為d1=200mm，則大帶輪基準直徑為d2=1.53×100=3.6mm (3) 帶速的確定： （3.2) (4) 中心矩、帶長及包角的確定。由式 0.7(d1+d2)

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