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分類號(hào) 編號(hào)
煙臺(tái)大學(xué)文經(jīng)學(xué)院
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)
臥式鋼筋切斷機(jī)設(shè)計(jì)
Design of Horizontal Steel Cutting Machine
申請(qǐng)學(xué)位：
系 別： 機(jī)電工程系
專 業(yè)： 機(jī)電一體化技術(shù)
班 級(jí)： 機(jī)1711-1班
姓 名： 侯宇鋒
學(xué) 號(hào)： 201704611139
指導(dǎo)老師： 呂小勇（副教授）
2020年5月30日
煙臺(tái)大學(xué)文經(jīng)學(xué)院
臥式鋼筋切斷機(jī)設(shè)計(jì)
姓 名：侯宇鋒
導(dǎo) 師：呂小勇
2020年5月30日
煙臺(tái)大學(xué)文經(jīng)學(xué)院
煙臺(tái)大學(xué)文經(jīng)學(xué)院畢業(yè)論文任務(wù)書
系（部）：機(jī)電工程系
姓名
侯宇鋒
學(xué)號(hào)
201704611139
畢業(yè)
屆別
2020屆
專業(yè)
機(jī)電一體化技術(shù)
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目
臥式鋼筋切斷機(jī)設(shè)計(jì)
指導(dǎo)教師
呂小勇
學(xué)歷
研究生
職稱
副教授
所學(xué)專業(yè)
流體傳動(dòng)及控制
1、 具體要求(主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等)：
主要內(nèi)容：
設(shè)計(jì)臥式鋼筋切斷機(jī)，用于對(duì)鋼筋的定長(zhǎng)切斷。最大切斷鋼筋直徑14mm，切斷次數(shù)15次/分；具備尺寸小、重量輕、操作方便、工作可靠等特點(diǎn)；
基本要求：1.設(shè)計(jì)確定總體工作原理，給出原理圖；2.完成詳細(xì)設(shè)計(jì)，給出設(shè)備整體、專用機(jī)構(gòu)、非標(biāo)零件等的必要的原理圖，裝配圖，零件圖等；3.按要求提交開題報(bào)告、論文等文檔。
主要參考資料：
1.理論力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)等的教科書。2. 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，版本較新即可。3.自行搜集的鋼筋切斷機(jī)的其他相關(guān)資料、論文等。
2、進(jìn)度安排：
2月25日-3月15日：搜集、整理、熟悉分析相關(guān)資料，寫出開題報(bào)告；
3月15日-3月31日：確定總體方案，給出原理圖；
4月1日-4月30日：完成詳細(xì)設(shè)計(jì)，繪制必要的圖紙；
5月1日-5月30日：修改完善設(shè)計(jì)，撰寫論文；
指導(dǎo)教師（簽字）：
年 月 日
系（部）意見：
系主任（簽字）：
年 月 日
備注：
[摘 要] 本課題設(shè)計(jì)建筑上的臥式鋼筋切斷機(jī)根據(jù)電機(jī)的工作環(huán)境選擇電動(dòng)機(jī)類型，采用臥式安裝，防護(hù)式電機(jī)，鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)。選擇三級(jí)減速，先是一級(jí)帶減速，再兩級(jí)齒輪減速。一級(jí)帶傳動(dòng)，它具有緩沖、吸振、運(yùn)行平穩(wěn)、噪聲小、合過載保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，并安裝張緊輪。兩級(jí)齒輪減速，齒輪傳動(dòng)可用來傳遞空間任意兩軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，并具有功率范圍大，傳動(dòng)效率高，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，使用壽命長(zhǎng)，工作安全可靠等特點(diǎn)。動(dòng)力由電動(dòng)機(jī)輸出,通過減速系統(tǒng)傳動(dòng),把動(dòng)力輸入到執(zhí)行機(jī)構(gòu)。由于傳動(dòng)系統(tǒng)做的是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),而鋼筋切斷機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng),為了實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換,可以采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu),盤行凸輪移動(dòng)滾子從動(dòng)件機(jī)構(gòu),齒輪齒條機(jī)構(gòu)。本課題采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)作為本機(jī)械的執(zhí)行機(jī)構(gòu)?。
[關(guān)鍵詞] 切斷；鋼筋；齒輪；曲柄滑塊
目 錄
第一章 緒論……………………………….….......……………………......…..……….….1
1.1概述…………………………………...……..……………........……………………1
1.2題目的選取……………………………….…..……………...…………..………….2
第二章 總體設(shè)計(jì)方案………………………………………………..…………………2
2.1設(shè)計(jì)原理…………………………………………….……………………………2
2.2總體方案確定………………………………...…...…………………………..……2
第三章 鋼筋切斷機(jī)的力及功率………………………………………..…………………3
3.1 鋼筋切斷機(jī)的工作原理…………………………….……………………………3
3.2 鋼筋切斷機(jī)需用力計(jì)算……………………...…...…………………………..……3
3.3 功率計(jì)算……………....……………………………………..………………….….3
第四章 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………....…………………..………………4
4.1基本傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算……………………….…......………………………..…………4
4.1.1分配傳動(dòng)比.......................................................................................................4
4.1.2計(jì)算機(jī)構(gòu)各軸的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)...................................................................5
4.2帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)…………………………………...……………….....………………….5
4.2.2帶輪基準(zhǔn).…………………...………………......................………………….5
4.2.3帶速的確定………………...………………..….....................……………….6
4.2.4中心矩、帶長(zhǎng)及包角的確…...…….……..……..........................…………….6
4.2.5確定帶的根數(shù)……………………………..………........................………….6
4.2.6張緊力……........………………………..…………............................……….6
4.2.7作用在軸上的載荷………………………..……………........................…….6
4.2.8帶輪結(jié)構(gòu)與尺寸見零件圖………….…..………………...........................….6
4.3齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)………………………...............…….…………………………....….7
4.3.1第一級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)……......………………………...............................….7
4.3.2第二級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)…….......………………………..........................….11
第五章 軸、鍵、軸承的校核………………………..…………….………...……………14
5.1軸的校核……………………………….…..................……………………..….14
5.1.1一軸的校核.............…….…………................................………………..….14
5.1.2三軸的校核.............…….…………................................………………..….18
5.2 鍵的校核……………………………….…………………….....…………………22
5.2.1平鍵的強(qiáng)度校核………….....…….……………................……………..….22
5.3軸承的校核……………………………………………………..………………….23
5.3.1初選軸承型號(hào)………………...........…….………………......…………..….23
5.3.2壽命計(jì)算…………...............…….…………………..................………..….23
第六章 模型的建立………………………....……………………..………………….….25
6.1基本結(jié)構(gòu)……………………………….…..................……………………..….25
6.2鋼筋切斷機(jī)模型的建立………………….…..................……………………..….25
6.2.1箱體模型.............……….…………................................………………..….25
6.2.2齒輪及齒輪軸模型的建立..………................................………………..….25
6.2.3其他零部件模型的建立..………..................................………………..….27
6.3虛擬裝配……………………………….…..................……………………..….30
第七章 總結(jié)………………………………....……………………..………………….….31
參考文獻(xiàn)…………………………..........…………………………..………………….….32
致謝……........………………………….….........…………………..………………….….33
煙臺(tái)大學(xué)文經(jīng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)
第一章 緒論
1．1 概述
鋼筋切斷機(jī)是鋼筋加工必不可少的設(shè)備之一，它主要用于房屋建筑、橋梁、隧道、電站、大型水利等工程中對(duì)鋼筋的定長(zhǎng)切斷。鋼筋切斷機(jī)與其他切斷設(shè)備相比，具有重量輕、耗能少、工作可靠、效率高等特點(diǎn)，因此近年來逐步被機(jī)械加工和小型軋鋼廠等廣泛采用，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用。
國(guó)內(nèi)外切斷機(jī)的對(duì)比：由于切斷機(jī)技術(shù)含量低、易仿造、利潤(rùn)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(guó)外同行相比具體有以下幾方面差距。
1)國(guó)外切斷機(jī)偏心軸的偏心距較大，如日本立式切斷機(jī)偏心距24mm，而國(guó)內(nèi)一般為17mm．看似省料、齒輪結(jié)構(gòu)偏小些，但給用戶帶來麻煩，不易管理．因?yàn)樵谟汕写罅系角行×蠒r(shí)，不是換刀墊就是換刀片，有時(shí)還需要轉(zhuǎn)換角度。
2)國(guó)外切斷機(jī)的機(jī)架都是鋼板焊接結(jié)構(gòu)，零部件加工精度、粗糙度尤其熱處理工藝過硬，使切斷機(jī)在承受過載荷、疲勞失效、磨損等方面都超過國(guó)產(chǎn)機(jī)器．
3)國(guó)內(nèi)切斷機(jī)刀片設(shè)計(jì)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(guó)外都是雙螺栓固定，25～27mm厚，因此國(guó)外刀片在受力及壽命等綜合性能方面都較國(guó)內(nèi)優(yōu)良。
4)國(guó)內(nèi)切斷機(jī)每分鐘切斷次數(shù)少．國(guó)內(nèi)一般為28～31次，國(guó)外要高出15～20次，最高高出30次，工作效率較高。
5)國(guó)外機(jī)型一般采用半開式結(jié)構(gòu)，齒輪、軸承用油脂潤(rùn)滑，曲軸軸徑、連桿瓦、沖切刀座、轉(zhuǎn)體處用手工加稀油潤(rùn)滑．國(guó)內(nèi)機(jī)型結(jié)構(gòu)有全開、全閉、半開半閉3種，潤(rùn)滑方式有集中稀油潤(rùn)滑和飛濺潤(rùn)滑2種。
6)國(guó)內(nèi)切斷機(jī)外觀質(zhì)量、整機(jī)性能不盡人意；國(guó)外廠家一般都是規(guī)模生產(chǎn)，在技術(shù)設(shè)備上舍得投入，自動(dòng)化生產(chǎn)水平較高，形成一套完整的質(zhì)量保證加工體系。尤其對(duì)外觀質(zhì)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(xué)合理，外觀看不到哪兒有焊縫、毛刺、尖角，整機(jī)光潔美觀。而國(guó)內(nèi)一些一些廠家雖然生產(chǎn)歷史較長(zhǎng)，但沒有一家形成規(guī)模，加之設(shè)備老化，加工過程拼體力、經(jīng)驗(yàn)，生產(chǎn)工藝幾十年一貫制，所以外觀質(zhì)量粗糙、觀感較差。
全球經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展為建筑行業(yè)，特別是為建筑機(jī)械的發(fā)展提供了一個(gè)廣闊的發(fā)展空間，為廣大生產(chǎn)企業(yè)提供一個(gè)展示自己的舞臺(tái)。面對(duì)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的我國(guó)建筑機(jī)械市場(chǎng)，加強(qiáng)企業(yè)的經(jīng)營(yíng)管理，加大科技投入，重視新技術(shù)、新產(chǎn)品的研究開發(fā)，提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品售后服務(wù)水平，積極、主動(dòng)走向市場(chǎng)，使企業(yè)的產(chǎn)品不斷地滿足用戶的需求，盡快縮短與國(guó)外先進(jìn)企業(yè)的差距，無疑是我國(guó)鋼筋切斷機(jī)生產(chǎn)企業(yè)生存與發(fā)展的必由之路。
1．2 題目的選取
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)是臥式鋼筋切斷機(jī)的設(shè)計(jì)。要求切斷鋼筋的最大直徑14mm，切斷速度為15次/分。
在設(shè)計(jì)中通過計(jì)算和考慮實(shí)際情況選則合適的結(jié)構(gòu)及參數(shù)，從而達(dá)到設(shè)計(jì)要求，同時(shí)盡可能的降低成本，這也是一個(gè)綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)的過程。。畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)三年大學(xué)所學(xué)知識(shí)的一個(gè)總結(jié)，也是走上工作崗位前的一次模擬訓(xùn)練。
第二章 總體設(shè)計(jì)方案
2.1 設(shè)計(jì)思路
本設(shè)計(jì)中的臥式鋼筋切斷機(jī)，由電動(dòng)機(jī)經(jīng)一級(jí)三角帶傳動(dòng)和二級(jí)齒輪傳動(dòng)減速后,帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)",曲軸推動(dòng)連桿使滑塊和動(dòng)刀片在機(jī)座的滑道中作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng),使活動(dòng)刀片和固定刀片相錯(cuò)而切斷鋼筋。如圖2-1:
圖2-1 整體方案示意圖
2.2 總體方案確定
選擇三級(jí)減速，先是一級(jí)帶減速，再兩級(jí)齒輪減速。首先采用一級(jí)帶傳動(dòng)，因?yàn)樗哂芯彌_、吸振、運(yùn)行平穩(wěn)、噪聲小、合過載保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。并安裝張緊輪。然后采用兩級(jí)齒輪減速，因?yàn)樗捎脕韨鬟f空間任意兩軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，并具有功率范圍大，傳動(dòng)效率高，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，使用壽命長(zhǎng)，工作安全可靠等特點(diǎn)間。
動(dòng)力由電動(dòng)機(jī)輸出,通過減速系統(tǒng)傳動(dòng),把動(dòng)力輸入到執(zhí)行機(jī)構(gòu)。由于傳動(dòng)系統(tǒng)作的是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),而鋼筋切斷機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，為了實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換，可以采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。????????
曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的曲柄的主要結(jié)構(gòu)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(shí)際情況，我決定選擇曲軸式。同時(shí)，在曲軸處安裝一飛輪，用于儲(chǔ)存慣性能，使切斷過程順利進(jìn)行。儲(chǔ)存慣性能，使切斷過程順利進(jìn)行。????????
外殼的選擇，我采用全開式，原因有兩個(gè)方面。一有利于散熱，同時(shí)方便在關(guān)鍵部位放潤(rùn)滑油。二價(jià)格便宜，制造簡(jiǎn)單。?????????
從整體上來說，臥式鋼筋切斷機(jī)占地面積較大，但相對(duì)的高度較小。從結(jié)構(gòu)上說，用電動(dòng)機(jī)經(jīng)一級(jí)三角帶傳動(dòng)和二級(jí)齒輪傳動(dòng)減速后，帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn),曲軸推動(dòng)連桿使滑塊和動(dòng)刀片在機(jī)座的滑道中作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng),使活動(dòng)刀片和固定刀片相錯(cuò)而切斷鋼筋，塊和動(dòng)刀片在機(jī)座的滑道中作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng),使活動(dòng)刀片和固定刀片相錯(cuò)而切斷鋼筋。
第三章 鋼筋切斷機(jī)的力及功率
3.1 鋼筋切斷機(jī)的工作原理
工作原理：采用電動(dòng)機(jī)經(jīng)一級(jí)三角帶傳動(dòng)和二級(jí)齒輪傳動(dòng)減速后,帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn),曲軸推動(dòng)連桿使滑塊和動(dòng)刀片在機(jī)座的滑道中作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng),使活動(dòng)刀片和固定刀片相錯(cuò)而切斷鋼筋。
3.2 切斷鋼筋需用力計(jì)算
為了保證鋼筋的剪斷，剪應(yīng)力應(yīng)超過材料的許應(yīng)剪應(yīng)力。即切斷鋼筋的條件為：
查資料可知鋼筋的許用剪應(yīng)力為：MPa,取最大值142MPa。由于本切斷機(jī)切斷的最大剛筋粗度為：mm。
則本機(jī)器的最小切斷力為：
取切斷機(jī)的Q=22000N。
3.3 功率計(jì)算
由圖可知，刀的速度小于曲軸處的線速度。則切斷處的功率P：W
查表可知在傳動(dòng)過程中，帶傳動(dòng)的效率為η= 0.94~0.97； 二級(jí)齒輪減速器的效率為η= 0.96~0.99； 滾動(dòng)軸承的傳動(dòng)效率為η= 0.94~0.98； 連桿傳動(dòng)的效率為η= 0.81~0.88；滑動(dòng)軸承的效率為
由以上可知總的傳動(dòng)效率為:
η= 0.94×0.96×0.98×0.81=0.72
由此可知所選電機(jī)功率最小應(yīng)為 kw
第四章 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
圖4-1 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)三維效果圖
4.1 基本傳動(dòng)數(shù)據(jù)計(jì)算
4.1.1 分配傳動(dòng)比
電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y，滿載轉(zhuǎn)速為960 r/min。
a) 總傳動(dòng)比
b) 分配傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)比
上式中i0、i1分別為帶傳動(dòng)與減速器（兩級(jí)齒輪減速）的傳動(dòng)比，為使V帶傳動(dòng)的外廓尺寸不致過大，同時(shí)使減速器的傳動(dòng)比圓整以便更方便的獲得圓整地齒數(shù)。初步取i0 =2，則減速器的傳動(dòng)比為
c) 分配減速器的各級(jí)傳動(dòng)比
按展開式布置，查閱有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，取 i11=6.4，則i22=5。（注以下有i1代替i11，i2代替i22）
4.1.2 計(jì)算機(jī)構(gòu)各軸的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)
a) 各軸的轉(zhuǎn)速ⅠⅡⅢ
Ⅰ 軸
Ⅱ 軸
Ⅲ 軸
b) 各軸的輸入功率
Ⅰ 軸
Ⅱ 軸
Ⅲ 軸
c) 各軸的輸入轉(zhuǎn)矩
電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩
Ⅰ 軸
Ⅱ 軸
Ⅲ 軸
4.2 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)
4.2.1 選取A型V帶
由設(shè)計(jì)可知：V帶傳動(dòng)的功率為2.2kw，小帶輪的轉(zhuǎn)速為960r/min，大帶輪的轉(zhuǎn)速為480r/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(zhuǎn)速查相應(yīng)得圖表選取A型V帶。
4.2.2 帶輪基準(zhǔn)直徑
查閱相關(guān)手冊(cè)選取小帶輪基準(zhǔn)直徑為d1=100mm，則大帶輪基準(zhǔn)直徑為d2=2×100=200mm
4.2.3 帶速的確定
4.2.4 中心矩、帶長(zhǎng)及包角的確定
由式0.7(d1+d2)
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