卧式钢筋切断机的设计

1、建筑卧式钢筋切断机设计摘要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、合过载保护等优点，并安装张紧轮。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

2、曲柄滑块机构作为本机械的执行机构。关键词 切断建筑 钢筋齿轮曲柄滑块引言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。国内外切断机的对比：由于切断机技术含量低、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24mm,而国内一般为17mm.

3、看似省料、齿轮结构偏小些，但给用户带来麻烦，不易管理.因为在由切大料 到切小料时，不是换刀垫就是换刀片，有时还需要转换角度。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，刀片厚度够薄，40型和50型刀片厚度均为17mm；而国外都是双螺栓固定，2527mm厚，因此国外刀片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 2831次，国外要高出1520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

4、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。全球经济建设的快速发展为建

5、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。1. 2 题目的选取本次毕业设计的任务是卧式钢筋切断机的设计。要求切断钢筋的最大直径14mm ,切断速度为15次/分。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

6、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。1. 3 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。如图1:图1传动简图2电机选择传动方案简述：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、合过载保护等优点，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

7、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 切断钢筋需用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工。即切断钢筋的条件为：丁=%之也查资料可知钢筋的许用剪应力为：1句=128142 Mpa,取最大值i42MPa。由于本切断 机切断的最大刚筋粗度为：皿=乂 mm。则本机器的最小切断力为：Q 142 x胆1/取切断机的Q=22

8、000N。2.2 功率计算由图可知，刀的速度小于曲轴处的线速度。则切断处的功率P :尸 乂 15x2%2QQ.0O1=69Q.：S 卬查表可知在传动过程中，带传动的效率为“=0.940.97;二级齿轮减速器的效率为 “二0.960.99 ;滚动轴承的传动效率为 4=0.940.98;连杆传动的效率为 4=0.810.88;滑动轴承的效率为吊=0-98。.99由以上可知总的传动效率为：4=0.94 X 0.96 X 0.98 X 0.81=0.72产二丝”口由此可知所选电机功率最小应为厅2 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Y112M-6,输出功率

9、为2.2kw,输出速度为960 r/min。3.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960 r/min。b）分配传动装置的传动比 EK】V带传动的外廓初步取io =2,替3, i2代替i22）上式中i。、。分别为带传动与减速器（两级齿轮减速）的传动比，为使 尺寸不致过大，同时使减速器的传动比圆整以便更方便的获得圆整地齿数。I 64 一= JZ则减速器的传动比为由 2c）分配减速器的各级传动比按展开式布置，查阅有关标准，取 。1=6.4,则i22=50（注以下有i13.1.2 计算机构各轴的运动及动力参数a）各轴的转速I n m1 = =/爪血I轴

10、 %?犯=一II轴 入场二包二三以IH轴 5b）各轴的输入功率I 轴巧=Em = 2.2Md94 = 2068kw止轴外二小五”2 063x0 97 乂 -兜Cw田轴c）各轴的输入转矩电动机输出转矩2 2T. = 955Uxi= 21.39N m/960轴 7=%八项=219 0.94 - 5N m正轴心二式 4=41.15x6.4 x0.97x0.98 = 250.35N.rn1n轴第二今1 = 250.35x5x0 97x0.$8 = H89.91N m3.2带传动设计3.2.1 由设计可知：V带传动的功率为2.2kw,小带轮的转速为960r/min ,大带轮 的转速为480r/min。查

11、表可知工况系数取 Ka=1.5 , Pc=1.5X2.2=3.3kw。根据以上数值及小带轮的转速查相 应得图表选取A型V带。3.2.2 带轮基准直径：查阅相关手册选取小带轮基准直径为di=100mm ,则大带轮基准直径为d2=2xi00=200mm兀扁有 3 14xl00x960 一,p - . Um /s3.2.3 带速的确定：60x100060x10003.2.4中心矩、带长及包角的确定0由式0.7(di+d2)a02(di+d2)可知:0.7(100+200)a 02(100+200)得210 60=36mm5）齿轮圆周速度为：兀工外工/ TTx 60x480参照手册选精度等级为9级6）

12、计算小齿轮转矩Ti9.55X106 x二=9,55x10s 二41xlO4N mm/4旗7）确定重合度系数Ze、Y由公式可知重合度为=1 695E = 1.88 3.2 x112。 123则由手册中相应公式可知:4-E3及=4-1.695=0 8778）确定载荷系数Kh、Kf确定使用系数Ka：查阅手册选取使用系数为 Ka=1.85确定动载系数 限：查阅手册选取动载系数 Kv=1.10确定齿间载荷分布系数KHa、KFa：2xl.S5x4,lxl0* _. . yA ?=-=7Q.23N/nHn 10QN/n皿向二二二r = 1 3K-= 1 45则“ 丁,一1ic载荷系数Kh、Kf的确定，由公式

13、可知K苴=1号 飞 =1 35x1.10x1.15x1.3 = 309笈=笈 殳 =3（9*生=岁42K电13b）齿面疲劳强度计算1）确定许用应力H总工作时间th,假设该切断机的寿命为10年，每年工作300天,每天工作8个小时,则：G = 5x300x8 = 12000h应力循环次数Ni、N2M二明】二60%5.V1(Sj&%ii=80文1k骁0乂12000次好乂0.2+0产文0 5 + 0毓乂。句=3 T 二喂寿命系数Zn1、Zn2 ,查阅相关手册选取Zn1=1.0、Zn2 = 1.15接触疲劳极限取：Ohiimi =720MPa、3m2 =580MPa安全系数取：Sh=1.0许用应力刑、闿

14、口对.760x1 19=720MPa570x1.34=667Mpa2）弹性系数Ze查阅机械设计手册可选取“且19赤直3）节点区域系数Zh查阅机械设计手册可选取 Zh=2.54）求所需小齿轮直径di2父399乂茎幻/ 乂（64 + 1）x119以2.5。3力720-55.34mm与初估大小基本相符。5）确定中心距，模数等几何参数a中心距a：55,34x(6.441)204.75圆整中心矩取222mm模数m：由中心矩a及初选齿数Zi、Z2得:2 12x173 。网二 34+4 23+92分度圆直径di,d2= 3x20 = 60 mm= wsz2 = 3x128 = 324 mm确定尺宽：取大齿轮

15、尺宽为bi =60X0.6=36mm小齿轮尺宽取b2=40mm。c）齿根抗弯疲劳强度验算1)求许用弯曲应力F应力循环次数NF1、NF2i-l二60乂lx4&0120。乂 产二乂02 + 07门乂0一5 +。心 xO 30.8x10建筑M逐空把=22乂方门/4寿命系数Yn1、Yn2,查阅相关手册选取Yn1=1、Yn2 = 1极限应力取： mmi=290MPa、mm2=220MPa尺寸系数Yx：查阅机械设计手册选，取 Yx=1.5安全系数Sf：参照表9-13,取Sf=1.5需用应力卬、F2由式（9-20）,许用弯曲应力= = 2=387MPaL门邑.1.5!门1.5Jr2） 齿形系数YFal、YF

16、a2由图9-19,取YFal =2.56YFa2=2.153） 应力修正系数Ysal、Ysa2由图9-20,取Ysa1=1.62Ysa2 = 1.824） 校核齿根抗弯疲劳强度由式（9-17）,齿根弯曲应力2x3.42x4 1x10_ . 八 门=x 2.36 XI.62 x 0i.692MPa60x36x2 5=M9MPa %口 二 口 修必=仆义 2.15工 152 = 5MP& 84=56mm齿轮圆周速度为:7TX 小 XHjIf 7rx 84x7560x100060x1000-0.055m/s参照手册选精度等级为9级。355）计算小齿轮转矩Ti75= 9 55xlOsx-5- = 9

17、55x10(x1=2 5x1011 mm6）确定重合度系数Ze、Ye：由公式可知重合度为f = 1.88-3.2XO 1v28 + M0;二 1:74则由手册中相应公式可知:=0.868及=7）确定载荷系数Kh、Kf确定使用系数Ka：查阅手册选取使用系数为 Ka=1.85确定动载系数限：查阅手册选取动载系数Kv=1.0 确定齿间载荷分布系数KHa、KFa：斗耳7 2x1.35x2.5x10 皿 innTTi=-=196.6N/ mtn 100N/mm3= 1.33二工二 二1一4了。月 6 甲Yt 0.681载荷系数Kh、Kf的确定，由公式可知/ KHa =1.85x10x1.15x1.33

18、= 2.83= 2.83x = 3.13义通1邛b）齿面疲劳强度计算 1）确定许用应力H总工作时间th,假设该弯曲机的寿命为10年，每年工作300天，每天工作8个小时,同 it = 5 x 300 x 3 = 12000h则：区应力循环次数Nl、N2用=Mi = 60m 4 =60 x 1 x75 x 12000 xx 0.2+0.7w x 0.5 + 0,4w x0 3)二 1.35x10%二M之二不二年也 =2 7x1炉 U.5寿命系数Znl、Zn2,查阅相关手册选取Zn1 = 1.33、Zn2 = 1.48接触疲劳极限取：miimi =760MPa、加如2 =760MPa安全系数取：Sh

19、=1 许用应力5卜修口对=图作WQ812)弹性系数Ze查阅机械设计手册可选取南3)4)求所需小齿轮直径di节点区域系数Zh查阅机械设计手册可选取 Zh=2.5出之2 又 2.5乂1012.83父(5+1) Jl9Qx2.5x0.8681124.82/3x5-70 一0mm与初估大小基本相符。5)确定中心距，模数等几何参数中心距口。-。-1a：2圆整中心矩取252mm模数m：由中心矩a及初选齿数Zi、Z2得：2a 2 x 252潮-3小乙 28+140分度圆直径di,d2= 3x28= 84mm = mz1 = 3x140 = 420mm确定尺宽：取大齿轮尺宽为 bi=84X2/3=56mm小齿

20、轮尺宽取b2=60mmc）齿根抗弯疲劳强度验算1）求许用弯曲应力F应力循环次数NF1、NF2%1=60%工zr产i-i V1/5=60乂1 75x12000荣（产 乂0.2+0/7短文。.5 + 0一产 乂。.目Yn2=1=1.35X107寿命系数Yn1、Yn2 ,查阅相关手册选取Yn1=1极限应力取：OFliml =290MPa 、 OFlim2 =230MPa尺寸系数Yx：查阅机械设计手册选，取 Yx=1.5安全系数Sf：参照表9-13,取Sf=1.5需用应力e、网 由式（9-20）,许用弯曲应力2)1.5齿形系数YFa1、YFa21.5由图9-19,取Y Fa1 =2.56Y Fa2=2

21、.153)应力修正系数Ysa1、Ysa2由图9-20 ,取4)Ysa1=1.62Ysa2 = 1.82校核齿根抗弯疲劳强度由式（9-17）,齿根弯曲应力0凡二券二片皿工 cd产2x3.l3x 2,5x10. _.,门=x 2.56x 1.62X 0.68IMP自84x56x3= 313MPa%口融=口囱皿乙=313x 15xl-82llPa = 297Mp赛 1 r一1一Y 02小啥4瓷川的m轴的刚度计算a）按当量弯矩法校核b)1)设计轴系结构，确定轴的受力简图、弯矩图、合成弯矩图、转矩图和当量弯矩图0）曲的平面心平面晋更困 仙 r Mb/N, in9711 9 19712Sr）艇图K9841

22、71 Di 363105431106160g）相蕤图Ne/也 mM/K加图2轴的受力转矩弯矩图2）求作用在轴上的力如表1,作图如图2-c表1作用在轴上的力垂直向（Fv）水平闻（Fh）轴承1F2=12NF4=891N齿轮2正取=1367 n%=49弧轴承3F1=476NF3=1570NW4F-。琦h =1056N3）求作用在轴上的弯矩如表 2,作出弯矩图如图2-d、2-e表2作用在轴上的弯矩垂直面（MV）水平闻（M?I截BMT1 = -Ftxl09 = 1308Kmm“朗=-此 乂109 =-97119 Nmmll.llllll合成弯矩M 二 J（13峭+幽11则.皿=$7128tJ i7mii

23、i截BM川=49Sx 204 +12x 313 = 1053JSN.mmMHrr =891x313 -1367x204= 15N.mm合成弯矩Mir = 此崎十（15? Hmm = 105363Nnrni4）作出转弯矩图如图2-f5）作出当量弯矩图如图2-g,并确定可能的危险截面I、II如图 2-a。并算出危险截面 的弯矩如表3。表3截面的弯矩I截面M一二 d血；十 口 二 1054311TnmiII截面此斤二4良：（十侬1丁 =1061601J.rrun6）确定许用应力已知轴材料为45钢调质，查表得5 =650MPa。用插入法查表得E】=102.5MPa ,1 = - = 0.59口, Ce

24、nkrh102.5L f二60MPa。i oJ7）校核轴径如表4表4验算轴径I截面7。4-28mm 66nmnII截面T 妣-26mm 48mm结论：按当量弯矩法校核，轴的强度足够b）轴的刚度计算氾三任二=善也二旧处任G七%S.1X104台/ 七%W 缪= 251200二 4 =- = 1271700W 32口二 1861896 32= 19.230275340157275995+251100 520888 834362 1271700 1 既 1996 S34362 251200 16481.2,= 0.12 0.5图3轴的受力弯矩转矩图所以轴的刚度足够3.4.2三轴的校核轴直径的设计式a)

25、按当量弯矩法校核设计轴系结构，确定轴的受力简图、弯矩图、合成弯矩图、转矩图和当量弯矩图1)轴的受力简图如图3-a2）求作用在轴上的力如表5,并作图如图3-c表5作用在轴上的力垂直向（Fv）水平闻（Fh）轴承1F3=1627NF1=8362N齿轮卫加 =2381NF血=67N轴承2F4=754NF3=12619N，轴耳=021848N3）计算出弯矩如表6,并作图如图3-d、e表6轴上的弯矩垂直向（M3水平向（MDI截面Mt1 =-Fpxl935 = -3W824 5bTmm时初二片幻935= 1618047 Nmmll.llllll合成弯矩Mi 二 J(3+(161比47丫 N.mi = ioO

26、OOKmmII截面Mj!r = 189272N.mmrMHrr = 31546755N mm合成弯矩Mir = 7(189272)3 401546755)，N.m = 3160000N.mm4）作出转弯矩图如图3-f5）作出当量弯矩图如图3-g,并确定可能的危险截面I、II和田的弯矩如表7表7危险截面的弯矩I截面此T =也I： +(oT)a = 1640000N.mmII截面 一此”十(加丫 二3160000N.mm6）确定许用应力已知轴材料为45钢调质，查表得 =650MPa。用插入法查表得也二102.5MPa , j=60MPa= 0.597）校核轴径如表8表8校核轴径I截面0.1II截面

27、工.-80 58mm 90mm结论：按当量弯矩法校核，轴的强度足够。b）轴的刚度计算57.3x271652,74S.lxlQ4=19 2 牛j-i 7”=0.000 450011-146170/一 7101003f）极限转速计算=156 = arctgF I F& = arctgQ.17 = 37 6查得：载荷系数工二0-65载荷分布系数一故如。用阀。福=眄媪二计算结果表明，选用的10000K型圆柱孔调心轴承能满足要求。4钢筋切断机的摩擦、磨损和润滑摩擦是不可避免的自然现象，摩擦得结果造成机器的能量损耗、效率降低、温度升高、 出现噪声、性能下降的问题。摩擦必然会造成磨损，在实际应用中有许多零件

28、都因磨损 过渡而报废。润滑则是改善摩擦、减缓磨损的有效方法。切断机中的摩擦主要是轴承的摩擦，而磨损包括滑动摩擦和滚动摩擦。轴承就是滚动摩 擦，其摩擦力较小损耗也较小。摩擦得结果势必会造成磨损，而影响磨损的因素也有很 多，主要有载荷大小、材料匹配、润滑状况、工作温度等。为减少磨损需要从这些方面 入手，采取各种有效方法，减少磨损。减少磨损的主要方法有：1.润滑。2.注意选择材料，按照基本磨损形式正确选择材料是提高机械和零件耐磨性的关键之一。3.提高加工精度和表面质量也可以减少磨损。4.合理的结构设计，正确合理的结构设计是减少磨损和提高耐磨性的有效途径。5.正确使用和维护。参考文献1苏翼林主编.材料

29、力学（第3版）.天津：天津大学出版社，20012孙桓，陈作模主编.机械原理（第6版）.北京：高等教育出版社，20013李继庆，陈作模主编.机械设计基础.北京：高等教育出版社，19994梁崇高等著.平面连杆机构的计算设计.北京：高等教育出版社，19935刘政昆编著.间歇运动机构.大连：大连理工大学出版社，19916伏尔默J等著.连杆机构.石则昌等译.北京：机械工业出版社，1990口田野编写.我国钢筋调直切断机的现状及发展.建筑机械化，2005年第1期23页8王慰椿.机械基础与建筑机械.南京：东南大学出版社，19909高蕊.钢筋切断机切断过程分析及最大冲切力的计算.建筑机械，1995第2期10何德誉.曲柄压力机.北京：清华大学出版社，198711车仁炜，陆念力王树春.一种新型钢筋切断机的设计研究.机械传动，200412高蕊.钢筋切断机刀片合理侧隙的保证方法.建筑机械化，1997年第4期37-38页13王平，张强，许世辉.钢筋调直切断机的顶刀与连切J.建筑机械，1997年第5期47-48 页14宜亚丽.钢筋矫直切断机剪切机构研究分析.机械，2004年第10期14-16页15孟进礼，卫青珍.对钢筋切断机发展的几点看法.建筑机械化，200