毕业设计（论文）-钢筋切断机设计.doc

编号 淮安信息职业技术学院毕业论文题 目钢筋切断机设计 学生姓名 学 号 院 系机电系 专 业机械制造与自动化 班 级 指导教师 马宪亭 顾问教师二一四年十月摘要摘 要本课题设计建筑上的卧式钢筋切断机的工作原理是：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。根据电机的工作环境选择电动机类型，采用卧式安装，防护式电机，鼠笼式三相异步电动机。选择三级减速，先是一级带减速，再两级齿轮减速。一级带传动，它具有缓冲、吸振、运行平稳、噪声小、和过载保护等优点。两级齿轮减速，齿轮传动可用来传递空间任意两轴间的运动和动力，并具有功率范围大，传动效率高，传动比准确，使用寿命长，工作安全可靠等特点。动力由电动机输出,通过减速系统传动,把动力输入到执行机构。由于传动系统作的是回转运动,而钢筋切断机的执行机构需要的直线往复运动,为了实现这种转换,可以采用曲柄滑块机构,盘行凸轮移动滚子从动件机构,齿轮齿条机构。本课题采用曲柄滑块机构作为本机械的执行机构。关键词：切断，建筑，钢筋，齿轮IIILie type steel cutting machines designingAbstractThis article introduces a kind of architectural lie type steel cutting machines. Its operating principles are: It use electric motors level triangle belt transmission and secondary gear transmission to slowdown. Then, it drives the crank rotate, The crank connected to slide block and moving blades in the slippery way make the back and forth straight line sport, makes the moving blades and the fixed blade shear and cut steel. According to the working environment choice of the type of electric motors, using horizontal installation, protection of the electrical, squirrel-cage three-phase asynchronous motor. Option three slowdown first level belt slowdown, followed by the secondary gear deceleration. First level with the introduction of automated, because it has a buffer, absorb shock and operate smoothly, small noise, and can protect the over loading. Then introduce a secondary gear deceleration slowdown, because gear transmission can be used to transmit arbitrary space between the two axis movement and momentum, and the scope of power, transmission efficient transmission accurately, long using life, such as safe and reliable character. Power output by electric motors through slow down transmission system to import power to the executive body. As the system make rotation movement, The steel cutting machine needs the back and forth straight line sport ,in order to achieve this transformation, we can use c slider-crank institutions or gear and rack. I decided to consider realistic conditions using slider-crank as the executing machinery.Keywords: Cutting Architectural Reinforcing steel Gear目 录目 录摘 要IAbstractII第一章 绪论11.1 概述11.2 国内外研究概况及发展趋势1第二章 整体传动方案设计42.1 主要设计参数42.2 钢筋切断机的工作原理42.3 切断钢筋所需力计算52.4 剪刃行程52.5 功率计算5第三章 传动结构设计73.1 基本传动数据计算73.1.1 分配传动比73.1.2 计算机构各轴的运动及动力参数73.2 带传动设计73.2.1 确定计算功率83.2.2 带型的确定83.2.3 带轮基准直径83.2.4 验算带速83.2.5 中心距、带长及包角的确定83.2.6 确定V带的根数83.2.7 确定V带张紧力93.2.8 确定轴上的载荷93.2.9 主要设计结果93.3 高速级齿轮传动设计103.3.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数103.3.2 按齿面接触强度设计103.3.3 按齿根弯曲强度设计113.3.4 几何尺-寸计算133.3.5 结构设计及绘制齿轮零件图133.4 低速级齿轮传动设计133.4.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数133.4.2 按齿面接触强度计算143.4.3 按齿根弯曲强度设计153.4.4 几何尺寸计算163.4.5 结构设计及绘制齿轮零件图173.5 轴的设计与校核173.5.1 一轴的设计与校核173.5.2 二轴的设计与校核243.6 键的强度校核303.6.1 键的选择303.6.2 验算挤压强度303.7 轴承的校核313.7.1 两轴承的轴向力313.7.2 求两轴承的计算轴向力313.7.3 求轴承的当量动载荷和323.7.4 计算轴承的寿命32第四章 三维建模和虚拟装配33第五章 结论38致谢39参考文献40第一章 绪论第一章 绪论1.1 概述钢筋切断机是钢筋加工必不可少的设备之一，它主要用语房屋建筑、桥梁、隧道、电站、大型水利等工程中对钢筋的定长切断。钢筋切断机与其他切断设备相比，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。 制造业是国民经济的基础行业，随着经济全球化的不断发展、机械制造业的飞速发展，新的技术革命轰轰烈烈开展。一些传统的设计方法也在悄然的发生变化。随着现代科技的发展，计算机辅助设计已经渗透到机械发展的各个行业中，而且通过该项技术机械行业得到了大大的发展。各种计算机辅助设计软件已成为必不可少的设计工具。例如：AutoCAD、Solidwokers、UG等二维和三维建模软件，还可借助先进的Pre/E、ANSYS和ADAMS软件进行联合仿真。通过这些技术从而取代了传统的生产方式：仅仅依靠二维图纸先生产出样品，经反复实验、改进，然后才投入批量生产。通过新技术进行设计生产不仅可以降低成本还可以提高可靠性。1.2 国内外研究概况及发展趋势经过几十年的发展，我国的建筑用钢筋切断机市场现已基本形成。目前，市场上生产和销售的钢筋切断机种类很多，根据设备组成的各工作机构特点可以按6 种方法进行分类，按调直方式可分为调直模式、曲线辊式、对辊式、调直模式+ 对辊复合式。调直模式的特点：钢筋调直效果好，比较容易控制；但调直速度低，被加工钢筋表面有划伤，工作噪声较大；适合各种光圆钢筋。曲线辊式的特点调直速度较快，钢筋调直效果好，且易控制。但被加工钢筋表面划伤较重，工作噪声较大；适合各种光圆钢筋和对钢筋表面划伤要求不高的场合。对辊式的特点：调直速度快，被加工钢筋表面有划伤轻微，工作噪声小；钢筋调直效果一般，控制要求较高。适合各种钢筋，特别适合冷、热轧带肋钢筋。调直模式+ 对辊复合式的特点：钢筋调直效果比较好，比较容易控制。调直速度高于曲线辊式，低于对辊式；被加工钢筋表面有划伤。工作噪声比较小；适合各种钢筋。按切断方式可分为：锤击切断方式、飞剪切断方式、液压切断方式。锤击切断方式的特点：适用中、小直径钢筋，工作噪声连续、较大。易出现连切现象，定尺误差最小；适用于中、低速度的钢筋调直机和对定尺精度要求较高的场合。飞剪切断方式的特点：适用大、中直径钢筋，工作噪声较大，不连续。定尺精度不高，但没有连切现象；适用于高速钢筋调直机。液压切断方式的特点：适用大、中直径钢筋，工作噪声小。没有连切现象；适用于速度不太高的钢筋调直机。按落料方式可分为：支撑柱式、翻板式、撤板式、敞口式。支撑柱式的特点：结构简单，工作噪声小。适用于小直径光圆钢筋，且钢筋调直度较高的场合。翻板式的特点：结构较复杂，工作噪声较大，适用大、中直径钢筋。撤板式的特点：结构较复杂，工作噪声较大，适用大、中直径钢筋。敞口式的特点：结构简单，工作噪声较小，适用于大、中直径钢筋，且钢筋调直较好的场合。按定尺方式可分为：机械式、机电式。机械式的特点：定尺误差小，易控制。噪声较大，寿命短。适用于对定尺误差要求较高，速度要求不高的场合。机电式的特点：定尺误差稍大，噪声较小，寿命长。适用于对定尺误差要求较低，调直速度要求较高的场合。按控制方式可分为：普通电气控制、控制。普通电气控的特点：线路复杂，对维护人员要求较高。控制精度低，易发生故障，初期调试麻烦。控制的特点：线路简单，对维护人员要求不高。控制精度较高，运行比较稳定，初期调试简单。按上料方式可分为：开卷式和非开卷式。开卷式的特点：设备复杂，放线速度快、钢筋不扭转，特别适合于高速工作状态。非开卷式的特点：设备单一，适于调直速度不太高的工作场合。放线时钢筋自然扭转。纵观我国建筑用钢筋切断机的总体水平，与国际上先进产品相比还是比较落后。主要表现在：企业生产规模小，产品的技术含量低，生产效率低下。企业很少有拥有自主知识产权的产品。我国钢筋加工机械的生产一直以老机型为主缺少创新。在我国从整个钢筋加工机械行业看，存在产品单一、品种不齐全、产品系列化程度低等现象。从用户要求方面看，绝大部分用户喜欢购买老机型产品，钢筋加工机械处于机械、半机械、手工加工的局面，用户有大建筑公司、有小型施工队，大部分用户对钢筋的加工能用手工干就不采用机械干，能用简单机器完成的就不采用自动、半自动化机器。 国外钢筋加工机械从整体看，产品品种齐全，除钢筋切断机、弯曲机、调直切断机外还有螺旋状钢筋弯曲机、弯曲切断机、焊接钢筋网切断机、弯曲机，具有快速送料和无级调速的自动盘圆调直切断机，混凝土构件铁筋用细钢丝自动加工机等产品。由于钢筋切断机技术含量低、易仿造、利润不高等原因，所以厂家几十年来基本维持现状，发展不快，与国外同行相比具体有以下几方面差距。(1)国外切断机偏心轴的偏心距较大，如日本立式切断机偏心距为24mm，而国内一般为17mm。看似省料、齿轮结构偏小些，但在由切大料到切小料时，不是换刀挚就是换刀片，有时还需转换角度，给用户带来麻烦，不易管理。(2) 国外切断机的机架都是钢板焊接结构，零部件加工精度、粗糙度尤其热处理工艺过硬，使切断机在承受过载荷、疲劳失效、磨损等方面都超过国产机器(3)国内切断机刀片设计不合理，单螺栓固定，刀片厚度过薄，40型和50型刀片厚度均为17mm；而国外都是双螺栓固定，刀片厚度为25，-27mm，在受力及寿命等综合性能方面都较国内优良。(4)国内切断机每分钟切断次数少。国内一般为28-31次，国外要高出15,-,20 次，最高高出30次，工作效率较高。(5)国外机型一般采用半开式结构，齿轮、轴承用油脂润滑，曲轴轴径、连杆瓦、冲切刀座、转体处用手工加稀油润滑。国内机型结构有全开、全闭、半开半闭3种，润滑方式有集中稀油润滑和飞溅润滑2种。(6) 国内切断机外观质量、整机性能不尽人意；国外厂家一般都是规模生产，在技术设备上舍得投入，自动化生产水平较高，形成一套完整的质量保证加工体系。尤其对外观质量更是精益求精，外罩一次性冲压成型，油漆经烤漆喷涂处理，色泽搭配科学合理，外观看不到哪儿有焊缝、毛刺、尖角，整机光洁美观。而国内一些一些厂家虽然生产历史较长，但没有一家形成规模，加之设备老化，加工过程拼体力、经验，生产工艺几十年一贯制，所以外观质量粗糙、观感较差。综上所述，我国经济建设的飞速发展为建筑行业，特别是为建筑机械的发展提供了一个广阔的发展空间，为广大生产企业提供一个展示自己的舞台。面对竞争日益激烈的我国建筑机械市场，加强企业的经营管理，加大科技投入，重视新技术、新产品的研究开发，提高产品质量和产品售后服务水平，积极、主动走向市场，使企业的产品不断地满足广大用户的需求，尽快缩短与国外先进企业的差距，无疑是我国广大钢筋切断机生产企业生存与发展的必由之路。41第二章 整体传动方案设计第二章 整体传动方案设计传动方案简述：选择三级减速，先是一级带减速，再两级齿轮减速。首先采用一级带传动，因为它具有缓冲、吸振、运行平稳、噪声小、和过载保护等优点，并安装张紧轮。然后采用两级齿轮减速，因为齿轮传动可用来传递空间任意两轴间的运动和动力，并具有功率范围大，传动效率高，传动比准确，使用寿命长，工作安全可靠等特点。动力由电动机输出,通过减速系统传动,把动力输入到执行机构。由于传动系统作的是回转运动,而钢筋切断机的执行机构需要的直线往复运动,为了实现这种转换,可以采用曲柄滑块机构,盘行凸轮移动滚子从动件机构,齿轮齿条机构。考虑现实条件，我决定采用曲柄滑块机构作为本机械的执行机构。2.1 主要设计参数本次毕业设计的任务是卧式钢筋切断机的设计。其主要参数为：切断钢筋直径（mm） 60刚进抗拉强度（MPa） 450两刀刃的最大开口距（mm） 65两刀刃的最小开口距（mm） 13剪切次数（次/min） 27/58总速比 50.6/107曲轴偏心距（mm） 26连杆长度（mm） 300电机功率（kW）/电压（V）/转速（r/min） 7.5/380/2900外形尺寸（mm） 1500*660*915整机重量（kg） 900在设计中通过计算和考虑实际情况选则合适的结构及参数，从而达到设计要求，同时尽可能的降低成本，这也是一个综合运用所学专业知识的过程。毕业设计是对四年大学所学知识的一个总结，也是走上工作岗位前的一次模拟训练。2.2 钢筋切断机的工作原理工作原理：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。图2-1钢筋切断机原理图2.3 切断钢筋所需力计算为了保证钢筋的剪断，剪应力应超过材料的许应剪应力。即切断筋的条件为： 根据提供的参数钢筋的抗拉强度为450MPa，则其剪切屈服强度为380MPa。同时切断钢筋直径为60mm。则本钢筋切断机的最小切断力为 102KN2.4 剪刃行程行程太小，翘头的工件通不过，行程太大，对于曲柄式剪切机会使曲柄增大，从而使剪切机的工作扭矩和驱动功率增大，相应的结构尺寸也将增大。根据生产经验，剪刃行程可取60mm。两刀刃的最大开口距是65mm，最小开口距13mm。则曲轴的偏心距为26mm。2.5 功率计算刀的速度小于曲轴处的线速度。则切断处的功率P： 查表可知在传动过程中，带传动的效率为= 0.96；齿轮传动的效率为= 0.97； 滚动轴承的传动效率为= 0.99； 连杆传动的效率为= 0.81。由以上可知总的传动效率为:= 0.960.9920.9720.81=0.72由此可知所选电机功率最小应为KW查手册并根据电机的工作环境和性质选取电机为：Y系列封闭式三相异步电动机，代号为Y132S2-2，输出功率为7.5kw，满载转速为2900 r/min。第三章 传动结构设计第三章 传动结构设计3.1 基本传动数据计算3.1.1 分配传动比电动机型号为Y，满载转速为2900r/min。（1）总传动比 （2）分配传动装置的传动比 上式中i0、i1分别为带传动与减速器（两级齿轮减速）的传动比，在分配传动比时，为使齿轮的传动比圆整以获得圆整齿数，同时使大带轮的尺寸适当增大以起到类似于飞轮的作用。因此，初步取i0=2，则i1=50/2=25。（3）分配减速器的各级传动比按展开式布置，查阅有关标准，取 i12=6.25，则i34=4。3.1.2 计算机构各轴的运动及动力参数（1） 各轴的转速 轴 r/min 轴 r/min 轴 r/min（2）各轴的输入功率 轴P1=P0=7.50.94=7.05KW 轴P2=P112=7.050.970.98=6.702KW 轴P3=P223=6.7020.970.98=6.37KW（3） 各轴的输入转矩电动机输出转矩 轴轴轴3.2 带传动设计已知条件：电动机功率P0=7.5KW，满载转速n0=2900r/min，初定传动比i0=2，电动机每天工作16小时。3.2.1 确定计算功率查表8-7可知 工况系数取 KA=1.5，Pc=1.57.5=11.25kw。3.2.2 带型的确定由设计可知：V带传动的功率为7.5kw，小带轮的转速为2900r/min，大带轮的转速为1450r/min。根据以上数值及小带轮的转速查图8-11选取B型V带。3.2.3 带轮基准直径查阅相关手册选取小带轮基准直径为d0=100mm，则大带轮基准直径为d1=2100=200mm，选定d1=200mm。3.2.4 验算带速因为5m/sv30m/s，所以带速合适。3.2.5 中心距、带长及包角的确定由式0.7（+）2(+)则210P2，所以按轴承1的受力大小验算故所选轴承满足寿命要求。第四章 三维建模和虚拟装配第四章 三维建模和虚拟装配随着计算机技术在各个领域的迅速应用，计算机辅助设计和计算机辅助制造技术在机械行业已经不可或缺，逐渐改变了传统的设计制造方式。减少了设计周期，提高了可靠性。如今，三维建模软件已应用广泛，许多优秀的三维建模软件得到设计者的青睐，例如：Solidwokers、UG、Pro/E等。在本次毕业设计中我主要是使用Solidwokers软件进行三维建模。Solidworks软件功能强大，组件繁多，功能强大、易学易用。其自带有标准件库，使得设计者要使用标准件是可以直接从其标准件库中选择生成零件。其还可以进行虚拟装配，通过虚拟装配你可以看到自己设计的零件装配时会不会有干涉，若有可以返回修改零件，改完后会重新自动在装配体中重新建模，非常方便。各零件的三维建模如下：图4-1 电机图4-1为电机的三维建模，电机选择为Y系列封闭式三相异步电动机，代号为Y132S2-2，输出功率为7.5kw，满载转速为2900 r/min，是钢筋切断机的动力来源。图4-2 小带轮图4-2为小带轮的三维建模，小带轮通过键连接装在电机轴上。小带轮材料：选用铸铁HT150。小带轮结构尺寸：结构形式采用整体式，内孔直径d=38mm。图4-3 大带轮图4-3为大带轮的三维建模，大带轮和小带轮通过V带连接传动。大带轮基准直径为200mm，采用孔板式，内孔直径为25mm，材料选用铸铁HT150图4-4 V带图4-4为V带的三维建模，带传动，它具有缓冲、吸振、运行平稳、噪声小、合过载保护等优点。V带的基准长度是1400mm。其余的V带可以通过零件线性阵列得到。图4-5 齿轮图4-5为齿轮的三维建模，齿轮传动可用来传递空间任意两轴间的运动和动力，并具有功率范围大，传动效率高，传动比准确，使用寿命长，工作安全可靠等特点。此次使用的是直齿圆柱齿轮，材料是45钢（调质），硬度为240HBS。图4-6 曲轴图4-6为曲轴的三维建模，本次毕业设计是采用曲柄滑块机构来实现把圆周运动转换为直线往返运动。而曲轴就是实现这种转换的核心部件，曲轴的偏心距是26mm。材料选用45钢。图4-7 连杆图4-7为连杆的三维建模，连杆和曲轴通过滑动轴承连接，共同构成曲柄滑块机构，从而把圆周运动转换为直线往返运动，最终实现活动刀片的和固定刀片交错运动切断钢筋。图4-8 传动系统虚拟装配图4-8为传动系统的虚拟装配，一轴的大带轮带动小齿轮运动，小齿轮再带动大齿轮运动完成第二级减速传动，二轴的大齿轮带动小齿轮运动，小齿轮再带动曲轴的大齿轮运动完成第三级减速传动，曲轴在通过曲柄滑块机构实现刀片的往返运动。图4-9 总装配图图4-9为总三维虚拟装配，把传动系统加入电机，在装配进机架里，实现总装配。由总虚拟装配可以看出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。第五章 结论本次设计的钢筋切断机简单实用，采用采用电动机经一级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。这次设计把我这三年里学的机械原理、