建筑钢筋切断机的设计【毕业论文答辩资料】

需要购买对应 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 图 书 分类号： 密 级： 毕业设计 (论文 ) 钢筋切断机 生姓名 胡方超 学院名称 机电工程学院 专业名称 机械设计制造及其自动化 指导教师 徐忠武 2008 年 6 月 2 日 需要购买对应 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 徐州工程学院学位论文原创性声明 本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或 撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名： 日期： 年 月 日 徐州工程学院学位论文版权协议书 本人完全了解徐州工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归徐州工程学院所拥有。徐州工程学院有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。徐州工程学院可以公布学位论 文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 论文作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 需要购买对应 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 摘要 钢筋切断机是把钢筋切成所需长度的专用机械在大型建筑工地上的应用非常广泛。钢筋切断机分为机械传动和液压传动两种。机械传动式钢筋切断机 ,工作时大都采用电动机经一级三角带 传动和二级齿轮传动减速后 ,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作往复直线运动 ,使活动刀片和固定刀片相错而切断钢筋。 钢筋切断机，其剪切运动是由一曲型的曲轴连杆机构完成的。但是由于切断机机体内腔狭小，在装配曲轴连杆时比较困难。尤其是在使用中发生故障需要维修时，拆卸曲轴连杆更加不容易，给维修造成很大的不变，因此在不改变设备功能的情况下，我对曲轴连杆机构做了一些改进。 改进后的凸轮结构直接从机体航的注册孔中装入和取出。而不必拆卸连杆，大大简化了装配程序，减轻的工人的劳动强度。同时也 极大的方便了维修，还简化了零件的工艺过程，取得良好的经济效益。 关键词 钢筋切断机；凸轮；曲轴连杆机构 需要购买对应 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 is to of in of of as a to in of in a o of a of to to of in in of a in of to a so do of we of of in of of 要购买对应 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 目录 1 绪论 0 2 电动机的选择 1 1 1 3 减速器的设计 3 3 3 4 4 5 5 5 7 择以及轴承的选择 9 9 0 3 4 4 连杆的设计 5 5 提高强度的几种方法 7 7 8 8 6 钢筋切断机强度计算参考 0 需要购买对应 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 0 1 1 1 2 2 2 2 2 2 3 3 7 机械式钢筋切断机调整及保养的使用 5 5 7 7 结论 8 致谢 9 参考文献 0 附录 1 附录 1 1 附录 2 6 需要购买对应 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 需要购买对应 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 需要购买对应 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 买文档送全套图纸 扣扣 414951605 需要购买对应 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 1 绪论 筋切断机的作用 钢筋切断机是 钢筋加工必不可少的设备之一，它主要用于 建筑的钢筋剪切及工业下料 ,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。钢筋切断机与其它切断设备相比，具有重量轻、耗能少、工作可靠、效率高等特点，因此近年来逐步被机械加工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。 筋切断机的机理 为提高剪切截面质量（即消除马蹄形截面），需对剪切机理进行分析。钢筋剪切过程，从宏观分析，当“动刀”切入钢筋的同时，“定刀”从对面挤压钢筋，使其产生弯曲变形，直至斯断。其剪切截面（马蹄形截面）如图 1切过程实质是塑形变形，整个过程视为：由压入变形与剪切滑移两个阶段组成。 入变形阶段 图 1以“动刀”与钢筋接触开始，随刀 影像压入深度的因素有： 材料强度的影像 不同材质，在剪切过程中，压入变刃前移，逐渐切入钢筋，此时“定刀”同时从对面压钢筋。当剪切力小于钢筋抗剪力时，钢筋产生塑形变形，此阶段称为压入变形，如图 1 图 1功图 （ 1） 当“动刀”切入到一定深度，剪切力增加到最大值，钢筋的局部压入变形阻力与剪切力达到平 衡时，剪切过程处于压入变形向剪切滑移阶段过渡临界状态，如图 2 中的 B 点。形深度不同，据实测，剪切 时，压入深度约为被剪切直径的 38%； 253%。其规律是：材料越硬，压入深度与被剪钢筋直径之比愈小。 （ 2） 刀刃角度影像 刀片后角愈大，压入深度与其直径比愈大，反之亦然。 （ 3） 刀刃形状的影像 刀刃包容面愈大，压入深度与其直径比愈小。图 1圆弧 需要购买对应 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 形刀刃，所剪切下的料茬口较齐。其压入深度与其钢筋直径比值仅为 10%。 图 1弧刀刃剪切钢筋断面示意图 切滑移阶段 当剪切力大于钢筋本身的抗剪能力时，剪切面开始产生滑移，如图 1 线所示。在该阶段由于剪切面不断变小，剪切力亦逐渐减小，直至钢筋整个截面被剪断为止。若两力间隙过大时，出现错位剪切见图 1D 曲线。 从实测得知，被剪切的材质愈硬，刀片后角愈小，刀刃包容面愈大，则下料断口“马蹄形”愈小。 切断力分析 从图 1看出：“动刀”与钢筋接触后，两刀（动刀与定刀）压力形成力偶 此力偶促使钢筋转动，于此同时，刀刃侧面又给钢 筋施加推力 T，形成力偶 此力偶将阻止钢筋转动），随之刀片继续压入钢筋角不断变化。当两个力偶达到平衡时（即 钢筋停止转动。 图 1切过程受力分析 变形阶段，作用在刀刃上的力，可用下式计算： . 0 p F 式（ 式中 P 钢筋作用于刀刃上的力， N p 单位面积上的压力， 2/N F 钢筋截面积。 2需要购买对应 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 相对切入深度， %( )Z 图 1由式（ 看出：在压入阶段，若认为单位压力 P 为常数，则总压力 P 随压入深度 图 5所示抛物线 至钢筋整个剪切面产生滑移时，剪切力达到最大值为止。 由式（ 可以看出：压入阶段总压力随被剪钢筋截面增加而增加（即材料愈硬， 切滑移阶段作用力分析 剪切滑移阶段，剪切力 . ( )c o b Z 式（ 式中 b 切片断面宽度 被剪件单位面积上剪切抗力 h 被剪件断面高度 被剪件转动角度杂。苏联曾采用 式（ 采用式（ 算结果与实际差距较大，因为圆钢剪切过程不是纯剪切，而含挤压 ,弯曲撕掉。 令计算公式为： 12 K F 式（ 式中 1K 为刀刃磨钝后，由于刀刃间隙增大，切断力增大系数，一般取 K 为抗减极限强度与抗拉强度之比，一般取 2K =于系数选择不同；其误差很大，在有式（ 算出的剪切力应为最大值。但实际剪断时截面不是最大值 (根据实测，刀片切入钢筋三分之一时开始断裂 )。因此，将 F 值（即钢筋最大截面），带入式（ 出的 P（最大剪切力）与实际不符。 目前，一般采用测试数据为依据。但由于测试方法复杂，传感器加工精度不高，加之位移不当等因素，则所测值差异也较大。 Z 刀刃压入深度 需要购买对应 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 若 为常数剪力 P 应按 5 中虚线 B 变化，但实际是按曲线 C 变化，从而说明 并非是常数，而是随刀刃切入深度 Z 的增加而减小，其原因是由于钢筋内 部存在缺陷及错位则增大所致。 上述为截切矩形截面剪切力的计算公式，圆形截面剪切力计算公式较复杂。 剪切全过程剪力分析 综上所述，在剪切全过程中，剪切变化规律 :从动刀接触钢筋开始，随刀刃压入深度 Z 的增加，剪切力随着增大；当压入深度达到一定值（此值与被剪钢筋抗拉强度等有关）。剪切力达到最大值 见图 1点 B）。钢筋变形转为滑移阶段，其剪切力变小，见图（ 1线 曲线倾斜度，随被剪钢筋材质不同而变化。钢 筋材料的抗拉强度越大，曲线 之亦然。 合分析 （ 1）刀片磨钝系数对切断力的影响 从式（ 知，刀片磨钝后，1断力 （ 2）刀片间隙对切掉力的影响 两刀片（动刀与定刀）间隙增大，侧向力加大，所测出的切断力测小，如图 1示。1 2 3( ) , ( ) , ( )f s f s f 而看出：刀片间隙越大，则切断力越小。当侧向力增大到一定值时，将导致“侧板”等零件损坏，因此，侧向力应控制在一定范围。 图 1表 13钢筋，直径为 30隙不同时所测出的切断力。 表 1（ 3） 力与被剪切钢筋直径的关系 由式（ 知：切断力随被切断钢筋截面积增大而增大。故被切钢筋直径增加，切断力增大。图 1 切断机，分别剪切 4 3 , 4 0 , 3 2 , 2 5 四种不同直径 力功图，实测的需要购买对应 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 1 2 3( ) , ( ) , ( )f s f s f 图 1（ 4） 切钢筋材质关系 图 15 径为 32()被切断钢筋材质的强度和硬度增大而加大 图 7（ 5） 切断力与刀片刃口角度及刃口形状的关系 图 1别用后角 0012,0 与圆弧刃口刀片剪切 40， 筋实测出：1 2 3( ) , ( ) , ( )f s f s f 图中看出：切断力随刀片后角增大而减小；随刀刃 包容面增大而增加。测试数据见表 1 图 1（ 6） 最大切断力出现位置系数分析 1 O 式 (表 1需要购买对应 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 式中 u 最大切断力位置系数 动刀片承受到最大载荷时行程 1 动刀片接触到被剪切钢筋行程 S 钢筋切断时动刀片的行程（1 图 1中 图 1断力出现位置图 1, S 点，分别为开始切入，最大载荷，切断结束位置。 最大切断力出现位置与刀片刃口角度及形状有关。系数 u 随刀片后角增大而增大（见图 9），随刀刃包容面增大而减小。 系数 剪切钢筋强度，硬度越高， 2 切断功分析 切断功即为切断力，在一个切断周期所做的功，计算公式为：式（ 式中 A 切断力 11()S 剪切开始位置 1() 剪切终止位置 用上式计算，需首先确定剪切力曲线方程 ( ), ( )f S f ，方向进行计算。其结果精确，但方程式难以确定。 采用辛浦生公式计算： 式（ 上述计算方法是将函数 ( ), ( )f S f 用抛物线近似表示。此法简单，计算结果准确。从而得知： （ 1） 切断功与被剪切钢筋直径关系：切断功随被剪切钢筋直径加大， 如图1示。 需要购买对应 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 （ 2） 切断功与刀刃角度关系：切断功随刀片后角增加而增大，如图 1 （ 3） 切断功与刀刃形状关系：切断功随刀刃包角面增大而减小，如图 1 结束语 综上所述，钢筋剪切变形，用第四强度理论（即变形能理论）分析比用第三强度理论（即最大剪切应力理论）分析，更符合实际。但目前对钢筋剪切机理尚未做出微观分析，钢筋断裂处的变形是复杂的。 单纯将切断力及切断功的大小，作为评价切断机质量指标是不合适的，应以强度条件（包括可靠性试验）及切断机实际能耗多少来评价质量才是 合理的。不应只满足强度条件，而不顾能耗多 少或只追求小的切断力；不顾切断机效率，而片面追求小的切断功，也不尽合理。 筋切断机理分析 通过实验对钢筋切断机理进行分析，探讨钢筋在切断过程中变形，剪切和裂纹扩张的规律，以及计算所受的最大切应力，校核提供可靠的依据。 切断机的动力机构多采用曲柄连杆机构。如图所示。在曲柄 1的驱动下，带动连杆 2运动，从而使滑块 3作往复直线运动。曲柄每旋转一转，固定在滑块 3上的动刀片 4进行一次冲切钢筋 5的工作行程，定刀片 6固定在机体尾座上。 图 1柄连杆机构 对不同直径的钢筋作了切断力 测试验，选用建筑中常用的 碳钢筋直径分别为 4025测试机描绘出力功图，从中可以清楚看出，随着钢筋直径的增加，其切断力，功，切段时间及电机功率都增大。 需要购买对应 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 图 1筋断口处形状及参数分析 表 1切断钢筋的断口示意图如图 1筋的断口处还可分为三区域， 1区委剪切区，在这个区域，刀片对钢筋进行纯剪切，断口光亮平滑，他发生在切刀刚开始切入钢筋的一段时间范围。 2 区为 纤维区，当塑性钢筋在整体受到负载荷时，断口沿剪切区开始撕裂，发生韧性断裂，在此区域断裂面呈无光泽的纤维状断面凹凸不平，用放大镜能看到平行于刀片剪切方向的条状纤维沟纹，这是由于在活动刀片剪切作用下，断面表面晶粒沿剪切方向撕裂后留下的断面形状。 3 区为挤压变形区，这是由于刀片最初接触被切钢筋时，对钢筋产生挤压作用，在刀片的挤压下，首先发生挤压变形，当变形至一定的程度，开始切入钢筋。再仔细观察断口侧面，可以看到靠近断口表面处形成弯曲状，纤维由垂直于断口的方向逐步趋向于平行于断口平面方向，并且纤维曲线凸面向着此端被切 钢筋移动的方向。这是由于两个刀刃挤压剪切钢筋时，断面器体聚合力企图阻止别切晶粒位错反向拉扯所造成的纤维弯曲。实验表明，钢筋切断后都有上述三个区域。图 1直径 40， 32， 25钢筋断面图。 别为上断面剪切区和纤维区深度尺寸； 别为断面剪切区和纤维区的深度尺寸。通过对多个式样进行实测，将所求得平均值（ 于表 1需要购买对应 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 图 1表 1前钢筋切断机存在的问题 （ 1）全封闭结构钢筋切断机均采用减速箱结构用螺栓连接，不仅刚性差而且还增加了结合面的加工，和盖后常常从该处漏油；而整体式结构钢筋切断机活动刀处均采用侧开盖结构，由于切断机工作时所受侧向力很大，故侧盖常常损坏。（ 20采用曲柄连杆机构并用 3工作主轴偏心均小，这样在切剪公称直径范围不同直径的钢筋时就需要更换刀片或刀片加 垫片才能完成或剪切钢筋的要求，因此每台钢筋切断需要购买对应 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 机都要储备几种不同的刀片或刀垫，以备调整使用，这样就给使用和保管带来麻烦，同时也增加了机器的成本。而不需更换刀片或刀垫的同类型切断机其驱动功率均 3样不仅使切断机的能耗加大，而且增加了体积和重量。（ 3）国内切断机刀片侧隙的调整是靠选配尺寸固定的刀垫或在刀片的后面加减刀片来实现的，这种调整的方法不仅麻烦，劳动强度大，工作效率低，而且还不能保证间隙的合理，常常由于间隙过大，使有效剪切力减小，剪切能力下降，同时还使机体所受侧向力加大，造成机体断裂，直接影响切断 机的使用寿命。（ 4）减速箱结构全封闭钢筋切断机操作位置低，不符合人机功能设计要求，操作费力，且稳定性较差。 筋切断机前景 在比较传统的钢筋切断机的性能特点的基础上 ,设计研究了一种新型的减速装置的钢筋切断机 ,给出了其工作原理及主要性能参数的确定过程 ,最后得出了相关结论 ,证明此种钢筋切断机性能优良 ,具有广阔的应用前景。 需要购买对应 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 2 电动机的选择 算剪切力 P 在剪切钢筋的过程中，剪切力必须克服钢筋材料的极限强度，只有这样才能把钢筋切断。在切断机能力容许的范围内，切断钢 筋的直径越粗，需要的剪切力越大，由钢材冷切经验公式可知，剪切力 2 2 2 50 . 9 0 . 7 0 6 9 0 . 7 0 9 6 4 0 4 2 0 4 . 7 6 8 5 1 0d d 总攻 A=2+ 式（ 式中 剪切功 曲柄滑块摩擦损耗功 其他消耗之功（ 3 1） 2A 1 = 0 . 3 1 5 d P = 0 . 3 1 5 4 0 4 . 7 6 8 5 1 0 6 0 0 8 . 3 J 式（ 式中 d 被剪切钢筋的直径， P 剪切力， 心距 e=23 连杆长 L=300mm m a x2 m a i n 0 . 0 7 63004 . 3t a n 3 5 8 5 4 . 5 4P P N m a x 22 2 2 0 . 1 5 3 5 8 5 4 . 5 4 0 . 0 9 6 4 9 4 . 9A P S J =断机匹配电动机功率理论计算 按切断机一次剪切平均能量确定电机功率公式为： 3 . 4 8 1 . 8 01 0 0 0 1 0 0 0 6 0 / ( . ) 2n C 式（ 式中 平均 功率， 一次剪切所需之功， J N 滑块行程次数， 1/ 行程利用系数（手动 水作业时取 1） 考虑电机运转安全系数 K 及效率 ,则电机功率为： N 式（ 式中 N 实际电机功率， 安全系数（ 需要购买对应 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 整机效率， % 1 . 2 7 7 0 4 . 7 7N 2 . 7 36 0 6 01 0 0 0 . 1 0 0 0 0 . 93 2 0 . 5 以选择电动机功率为 3号为 500r/载转速 1430r/ 图 2电动机 需要购买对应 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 3 减速器的设计 减速器的机体是用于支持和固定轴系的零件，是保证传动零件的啮合精度，良好的润滑和密封的重要零件，其重量约占减速器总重量的 50%。因此，机体结构对减速器的工作性能，加工工艺，材料消耗，重量及成本等有很大的影响。 1 第一根齿轮轴 2第二根轴 3第三根轴 4凸轮 5连杆 6定刀片 7动刀片 8第二级大齿轮 9第一级大齿轮 10大带轮 11电动机 图 3动比的计算与分配 总传动比 1430 4 4 . 6 832n 总分配传动装置传动比 0i 式（ 式中 0i ， i 分别为带传动和减速器的传动比。选择 0i =5，则减速器传动比为： 04 4 . 6 8 8 . 9 35 总分配减速器的传动比 为了使两级大齿轮直径相近，查表得1 3i ， 则21/ 2 i i i算传动装置的运动和动力参数 为了进行传动件的设计计算，要推算出各轴的转速和转矩。如将传动装置各轴由高到低依次定为轴，轴，轴见图 3,1 为相邻两轴间的传动比 0 1 1 2, . . . 为 相 邻 各 轴 间 的 传 动 效 率 ； 2 为 各轴的输入功率（ 需要购买对应 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 12 为各轴的输入转距（ 12,为各轴的转速（ r/ 则可按电动机轴至动作机运动传递路线推算，得到各轴的运动和动力参数。 各轴的转速 轴 1 01430 2 8 6 / m i 轴 2 1286 9 5 . 3 / m i 轴 3 29 5 . 3 3 2 / m i 各轴输入功率 轴 1 0 1. 2 . 7 3 0 . 9 9 2 . 7 1 轴 2 1 1 2. 2 . 7 1 0 . 9 8 0 . 9 7 2 . 5 7 轴 3 2 2 3. 2 . 5 7 0 . 9 8 0 . 9 7 2 . 4 4 轴的输出功率则分别为输入功率乘轴承效率 各轴的输入转矩 电动机的输入转矩 2 . 7 39 5 5 0 9 5 5 0 1 8 . 2 3 轴 1 0 0 1. 1 8 . 2 3 5 0 . 9 6 8 7 . 5 i N m 轴 2 1 1 1 2. 8 7 . 5 3 0 . 9 8 0 . 9 7 2 4 9 . 6 i N m 轴 3 2 2 2 3. 2 4 9 . 6 3 . 4 0 . 9 8 0 . 9 7 8 0 6 . 6 i N m 的选择 的计算 工作情况系数，每天工作时间小于十小时，工作载荷性质为冲击载荷，根据工作情况系数算功率 . 1 . 3 3 3 . 9 P 出带的型号 3 100带轮 大带轮的转速 11221 0 0 1 4 3 0( 1 ) ( 1 0 . 0 1 ) 2 8 8 . 9 / m i 带长 12 1 0 0 4 9 5 2 9 7 . 522m 21 4 9 5 1 0 0 1 9 7 . 522 初取中心距 1 2 1 22 ( ) 0 . 5 5 ( )D D a D D h 其中 h=8 需要购买对应 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 1190 a 335 取 a=650长 22 9 3 4 . 1 5 1 3 0 0 6 0 2 2 9 4 . 1 5 a a 表实际 L=2500轮包角 00211 8 0 6 0 1 4 3 . 5 中心距 221 ( ) 8 6 5 0 . 1 944m D 速 11 1 0 0 1 4 3 0 7 . 4 8 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0m s 由表 包角系数 基准长度 000 查得 传动功率增量 0p = 带的根数确定 带的根数 003 . 9 3 . 1 9( ) ( 1 . 3 2 0 . 1 7 ) 0 . 8 9 0 . 9 2 P k k 所以 轮的设计及模数的选择 一级齿轮传动设计 因传动尺寸无严格限制，批量较小，故小齿轮用 45号钢，调质处理，硬度 240均用 260齿轮轮用 40质处理，硬度 229均取用 240算步骤如下：图表参考机械设计书 齿面接触疲劳强度的计算 计算步骤如下： 661 2 . 7 19 . 5 5 1 0 9 . 5 5 1 0 9 0 4 9 1 . 2 m 齿宽系数 b = 软齿面硬度 350步计算许用接触应力1H=0.9 710=639H =580=522资料取 90 初步计算小齿轮直径1 331 2211 9 0 4 9 1 . 2 3 1. 9 0 8 3 . 1 0 . 6 5 2 2 3d 100 初步计算齿宽1 0 . 6 1 0 0 =60取齿数 20 11/ 1 0 0 / 2 0 5m d z 21z 3 20=60 22 5 6 0 3 0 0d m z 中心距 12( ) / 2 2 0 0a m z z 要购买对应 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 校核计算 圆周速度 1 1 0 0 2 8 6 2 0 /6 0 1 0