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华中科技大学文华学院学生毕业设计（论文）开题报告学 生 姓 名丁洋学 号080302011103学 部 （系）机械与电气工程专业年级机械设计制造及其自动化1班设计（论文）题目卧式钢筋切断机的设计及建模仿真指导教师李文慧一、设计（论文）选题的依据（选题的目的和意义、该选题在国内外的研究现状及发展趋势，等）。1.选题的目的和意义1.1选题的目的 钢筋切断机是建筑机械的一种，是钢筋加工必不可少的设备之一，它主要用于房屋建筑、桥梁、隧道、电站、大型水利等工程中对钢筋的定长切断。具有重量轻、耗能少、工作可靠、效率高等特点，因此，近年来逐步被建筑工地和小型轧钢厂等。单位广泛采用，在国民经济建设中发挥了重要的作用。随着我国经济建设的飞速发展，建筑工程也同时得到了快速地发展。而钢筋作为建筑工程中的重要材料，其需求量更是极大地增长，这有力地拉动了钢筋切断机的市场需求。设计题目：卧式钢筋切断机的设计及建模仿真。1.2选题的意义全球经济建设的快速发展，特别是建筑行业为建筑机械的发展提供了一个广阔的发展空间，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，使企业的产品不断地满足用户的需求。目前国内建筑工地使用的钢筋切断机虽能完成切断动作，但其执行机构没有考虑到对切刀运动规律和动力特性的要求，切刀工作过程中产生的冲击很大，切断效率较低。另外结构不紧凑，重量大，安装、调试复杂，目前由于要求齿轮传动具有一定的精度。因此，有必要将现存的钢筋切断机加以改进，重新设计，已获得动态性能较好的钢筋切断机，使其实现操作简便，调节方便，生产效率高具有重要的意义。2.国内、外现状及发展趋势2.1国内现状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，太原科技大学机器厂是最早生产钢筋切断机的厂家之一，1958年首先引进苏联的卧式钢筋切断机图纸，开始生产了全国第一台钢筋切断机，现生产的GQ40A型就是其改进型。原机型体积和重量较大，电机功率也大。40A型切断机属于全开式结构，所有的传动齿轮全部外露，防尘性能差、易磨损，冲切次数为28次分，没有离合器控制，操作不安全，因其速度低，需要一个大带轮和一个飞轮贮存惯量，所以质量体积大。1982年太原重型机械学院机器厂设计出GQ40BH型钢筋切断机，在曲轴大齿轮处装上刚性转键离合器，用脚踏操纵机构控制切断，同时装上挡料和送料装置。该机型操作安全、下料长度准确、减轻了劳动强度。1988年陆续推出了全封闭系歹IJGQ32A、GQ40D、GQ50A钢筋切断机，它们的共同特点是：三轴三级齿轮减速传动、带有离合器机构，结构新颖、体积小、全封闭飞溅润滑，润滑简单、可靠省事。全封闭机型的相继面世将切断机的发展向前推进了一步，由于全国很多厂家仿效、测绘、生产，从而市场上出现开式和闭式并举的局面。封闭式切断机在实际使用中，逐渐暴露出一些问题和弱点。工位较低，不符合人机工程学上下开盖式箱体结构，箱体受力不合理，加工密封较困难维修保养较困难。因此多J1999年9月相继推出GQ40F、GQ50B、GQ65A半开半封闭系列切断机，其特点：机身加高，便于作业，符合人机工程；离合器及其操纵机构均在箱体外，维修拆装省时方便；曲轴支承跨距缩短，受力好，变形小，提高了齿轮和轴承 的使用寿命；与全开式、全封闭式机型比较，其综合性能提高了。 随着改革开放建筑业得到迅速发展，全年生产切断机总台数达3万多台，切断机市场出现了较大的供过于求。部分厂家为了生存开始降价销售，造成了建机市场的竞争异常激烈。2.2国外现状国外的钢筋切断机发展的比较早，技术也相对的成熟，国内与之还是有一定的差距。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。全球经济建设的快速发展为建筑行业，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 用户的需求，尽快缩短与国外先进企业的差距，无疑是我国钢筋切断机生产企业生存 与发展的必由之路。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。国外切断机的机架都是钢板焊接结构，零部件加工精度、尤其热处理工艺过硬，使切断机在承受过载荷方面超过国产机器。i)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。国外的工作效率较高。国外每分钟要高出15-20次，最高高出30次，国内一般为每分钟28-31次。国内钢筋切断机的发展存在一定的问题但是发展要赶上国际先进水平也不是特别的困难。目前，虚拟装配软件主要以Pro/E为代表，Pro/E（Pro/Engineer操作软件）是美国参数技术公司（Parametric Technology Corporation，简称PTC）的重要产品。在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，并作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现今最成功的CAD/CAM软件之一。 Pro/E第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决相关性问题。另外，它采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不必安装所有模块。Pro/E的基于特征方式，能够将设计至生产全过程集成到一起，实现并行工程设计。它不但可以应用于工作站，而且也可以应用到单机上。Pro/E采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、板金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。参数化设计和特征功能，Pro/Engineer是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。2.3发展趋势展望21世纪我国钢筋切断机发展的趋势，机型将以卧式为主：机型结构对40-65中型切断机来说以半开半闭式为主，65以上的大型切断机将以全开式为主；传动形式仍以齿轮传动为主，对于大型重型切断机传动系统探索采用破碎机结构，刀架一端铰接固定，一端与曲柄连杆机构连接作摆动；随着人们的环保意识不断提高，润滑方式将从油脂润滑加稀油集中润滑过度到全部油脂润滑；切断机的辅助装置日趋完善，挡料装置与切断刀片连动，钢筋断口质量将会进一步提高；送料机构带有动力实现送料，快捷省力；在大中型城市钢筋将逐渐向成品化，商品化发展；钢筋的工厂化生产要求钢筋切断机必须实现自动控制-钢筋自动送料，定长后自动切断，落料。包扎转动下道工序位了保证流水线生产的高效率，必须配套大型重型钢筋切断机。另外，各制造厂家将继续提高产品的整体性能和外观质量，把让用户完全满意和提高用户忠诚作为最高的追求目标。从钢筋加工机械发展趋势看，随着建筑设计与建筑施工技术的国际化，建筑工程设计与应用钢筋必将进入商品化供应时代，根据建筑配筋表采购钢筋，钢筋加工由现场加工转成工厂生产，与商品混凝土相似，商品化供应钢筋。我国的钢筋加工业应朝着这个方向发展。二、主要参考文献综述。 杨家军主编的机械原理一书从基础的讲起，编写了各种机构的运动条件，平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等常用机构的原理及其设计。还有机构系统运动方案的设计，动力学设计，机构的优化设计等都做了详细的讲述。对我在机构的选型，机构的优化有了很大的帮助。钟毅芳，吴昌林，唐增宝主编的机械设计（第二版）一书系统的讲解了机械设计总论，机械零部件的参数设计，机械零部件的结构设计，机械系统的总体方案设计等。从机械设计理论，到机械中各种常见常用的零部件，还有齿轮传动设计、轴和轴毂联接设计、结构设计的方法和准则、典型零部件的结构设计等等，都进行了详尽的讲述。对我在钢筋切断机二级传动齿轮的参数化设计和结构设计上有很大有帮助。陈宪平主编的机电传动与控制（第二版）一书编写了交流、直流各种电机的基本结构与工作原理，机电传动控制系统的基础，各种控制系统，调速系统等，从基本结构到应用都作了详细的讲述。对我在钢筋切断的电机的选择，调速控制提供的有力的依据。Pro/E中的机构运动仿真模块Mechanism可以进行装配模型的运动学分析和仿真，使得原来在二维图纸上难以表达和设计的运动变得非常直观和易于修改，并且能够大大简化机构的设计开发过程，缩短开发周期，减少开发费用，同时提高产品质量。在Pro/E中，运动仿真的结果不但可以以动画的形式表现出来，还可以以参数的形式输出，从而可以获知零件之间是否干涉，干涉的体积有多大等等。再根据仿真结果对所设计的零件进行修改，直到不产生干涉为止。孙进平主编的Pro/Engineer基础建模与运动仿真教程一书从入门开始，介绍了在Pro/Engineer Wildfire中进行零件设计的一般过程、模型装配、动画制作及机构运动仿真等内容，从工程设计实际出发，以经典实例的典型部件为主线，介绍了Pro/Engineer Wildfire通用模块动画模块和Mechanism模块的主要功能、使用方法及技巧，对我提高三维建模和动画制作的能力有很大的指导意义。此外，方建军，刘仕良编著的机械动态仿真与工程分析Pro/Engineer Wildfire工程应用一书和葛正浩，杨芙莲编著的Pro/Engineer Wildfire 3.0机构运动仿真与动力分析一书等，在仿真动画制作的基础上介绍了对机构运动的分析，对我在Pro/E仿真的高级应用学习上有很大的启发。参考文献：1 杨家军等.机械原理基础篇M.华中科技大学出版社,2005.32 钟毅芳 吴昌林 唐增宝主编.机械设计（第二版）M.华中科技大学出版社,2001.23 陈宪平主编的机电传动与控制（第二版）M.华中科技大学出版社,2003.94 朱振华 刘中. 基于Pro/E的钢筋切断机的虚拟装配及运动仿真 J. 机械工程与自动化,2010,(2). 5 朱振华.钢筋切断机的箱体有限元分析及传动机构动力学仿真D. 太原科技大学硕士学位论文, 2010.6 陈小安,王永刚等.齿轮齿廓的实体建模与几何分析J.重庆大学学报,19937 王万康. 钢筋切断机的运动仿真及其箱体的有限元分析 D. 太原科技大学硕士学位论文, 2009.8 余林,李华.Pro/E辅助设计M.北京:北京理工大学出版社,2007.19 陈立德.机械制造装备设计M.高等教育出版社,2005.410 余梅生.三维建模及动画制作方法J.计算机辅助设计与图形学学报,603-60520021411 郝利剑,翟峰,张云杰Pro/ENGINEER Wildfire 机械零件设计专业教程M.北京:清华大学出版社，2004.1112 孙进平.Pro/ENGINEER 基础建模与运动仿真教程.北京:清华大学出版社,2007.1213 李世国、李强. Pro/E Wildfire中文范例教程M.机械工业出版社，2005.7.114 李雷,黄恺,高奇.Pro/E 产品装配与机构仿真M北京:化学工业出版社,2009.515 温建民等. Pro/E 野火中文版产品设计应用范例M.北京:清华大学出版社,2008,5.16 王凯,曹西京.基于Pro/E 的机械产品机构运动的仿真设计J.轻工机械出版社,2006.2417 李奉香，黄政，万志华，周川. 基于RPO/E的虚拟装配、运动仿真与装配动画J. 计算机与数字工程,2011,(1).18 方建军,刘仕良.机械动态仿真与工程分析Pro/ENGINEER Wildfire 工程应用M.北京:化工业出版社,2004.719杜平安结构有限元分析建模方法M.北京:机械工业出版社，2005三、设计（论文）的研究方案（拟采用的研究方法、准备工作情况及主要措施）、主要研究内容及预期目标。1.研究方法：应用理论知识，通过计算各运动部件参数，最后用Pro/Engineer操作软件进行实际建模及仿真制作。2.准备工作、措施：已查阅了有关卧式钢筋切断机设计的书籍和下载了相关网上的资源，接下来应用所学的专业知识，按照本研究课题的要求及进展安排逐步完成。遇到的问题：(1) 卧式钢筋切断机机构的理论计算部分：齿轮等传动机构的选择。 (2)Pro/E建模装配部分：对Pro/E装配关系掌握不熟练，装配过程中约束条件出现错误。 (3)动画部分：由于没有学习过动画演示，在进行动画演示部分