钢筋切断机仿真设计

1、钢筋切断机仿真设计摘 要钢筋切断机是一种广泛应用于机械制造、建筑等行业中的重要工具，随着科技的进步和加工要求的不断提高，现有的钢筋切断机己逐渐不能适应用户的新需求，目前钢筋切断机还有待于进一步全面深入的研究。降低成本、增加新功能、提高自动化水平等将成为钢筋切断机今后发展的方向。针对钢筋切断机设计和生产的现状，进行了生产加工状况、常见故障及关键问题的调查，然后使用有限元及虚拟样机技术对钢筋切断机三维模型进行结构静力学分析、动力学分析，进而提出改进方案。借助先进的Pro/E, ANSYS和ADAMS软件联合仿真，建立了钢筋切断机模型，并实现了其运动仿真，通过对箱体模烈做有限元分析，提出了改进方案并

2、证明了改进方案的可行。利用LS-DYNA仿真钢筋切断机剪切钢筋的动态过程。关键词 钢筋切断机；建筑；齿轮 Type steel cutting machinesdesigningAbstractThe Reinforcing Steel Cutter is an important instrument used widely in the machinery manufactures and construction industries. With technologies being improved and more requires asked, users aren't c

3、ontent with the existing Reinforcing Steel Cutter. It needs further and deeply researching now Its directions will be reducing cost, adding new features and improving the automation level.Aim at the design and production status of the Reinforcing Steel Cutter, Study the common faults and key issues.

4、 Next, propose improvement scheme by analyzing static structure and dynamics of three-dimensional model of the Reinforcing Steel Cutter with the FEM technology and VP technology.Co-simulation by virtue of the advanced softwares Pro/E, ANSYS and ADAMS, establish a model of the steel cutting machine a

5、nd achieve its motion simulation. Present improvement schemes and prove their feasibility through doing finite element analysis on the case model. Keywords Reinforcing Steel Cutter; architectural; gear III目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1课题背景11.2课题主要参数11.3钢筋切断机的工作原理21.4本章小结2第2章 电机选择32.1切断钢筋需用力计算32.2 功率计算3

6、 2.3本章小结4第3章 传动结构设计43.1 基本传动数据计算53.2 带传动设计53.3 齿轮传动设计73.3.1 第一级齿轮传动设计73.3.2 第二级齿轮传动设计113.4 轴的校核153.4.1一轴的校核153.4.2二轴的校核193.5 键与轴承的校核223.5.1平键的强度校核223.5.2轴承的校核243.6本章小结27第4章 模型的建立及其运动仿真284.1 Pro/E简介284.1.1基于特征284.1.2参数化设计284.2基本结构294.3钢筋切断机模型的建立294.3.1箱体模型的建立294.3.2齿轮及齿轮轴模型的建立294.3.3其他零部件模型的建立314.4虚拟

7、装配314.4.1模块化的虚拟装配314.4.2装配中的问题及解决方法324.5运动仿真334.5.1建立运动机构仿真的一般步骤334.5.2钢筋切断机运动仿真实现334.5.3保存结果354.6本章小结36总结37参考文献38致 谢39第1章 绪论1.1课题背景钢筋切断机是一种建筑机械，是钢筋加工必不可少的设备之一，它主要用于房建筑、桥梁、隧道、电站、大型水利等工程中对钢筋的定长切断。相对而言其本身具有重量轻、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。改革开放三十年，我国的国计民生得到了长足的发展，建筑业和制造业规

8、模都不断地扩大，但在个别方面我们和西方发达国家依然有不小的差距。制造业是国民经济的基础行业，也是高新技术发展的支撑，随着经济全球化的不断推进、机械制造业的飞速发展，新的技术变革悄然兴起。近年来，一些传统的设计、生产方法受到了挑战，传统生产方式仅依靠二维图纸先生产出样品，经反复试验、改进，然后才投入批量生产的方法逐渐被现代设计生产模式取代。随着现代科技的发展，计算机辅助设计己经渗透到机械发展的各个行业中，该项技术的介入，也大大加快了机械行业的发展，而且计算机辅助设计已成为该领域的一个研究热点，与计算机辅助制造、计算机辅助工艺设计在行业中共同发挥着很大的作用。近年来，计算机辅助设计、训一算机辅助制

9、造等技术在很多领域得到了深入的展，但由于钢筋切断机生产厂家规模不大，结构简单，技术含量低等原因，三维建模、虚拟样机技术、有限元分析等先进的计算机辅助技术很少用到钢筋切断机的设计生产过程中。本文充分利用成熟的计算机仿真技术对钢筋切断机的箱体、剪切机构及减速机构计算分析，将使钢筋切断机的质量、寿命得到提高，并降低成本及提高其可靠性。1.2课题主要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 钢筋抗拉强度(MPa)：450两刀刃的最大开口距(mm)：65; 最小开口距(mm)：13剪切次数(次/分)：27/58; 总速比：50.6/l07曲轴偏心距(mm)：

10、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：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。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。 图1-1

11、钢筋切断机原理图1.4本章小结本章主要说明了课题背景以及确定了课题主要参数并且讲述了本设计钢筋切断机仿真设计的主要工作原理。第2章 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、和过载保护等优点，并安装张紧轮。再采用两级齿轮减速，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

12、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 。即切断钢筋的条件为：查资料可知钢筋的许用剪应力最大值为450MPa。由于本切断机切断的最大刚筋粗度为：d=60mm。则本机器的最小切断力为：56000N。2.2 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= 0.940.97； 二级齿轮减速器的效率为= 0.960.99；滚动轴承的传动效率为= 0.940.98；连杆传动的效率为= 0.810.88；滑动轴承的效率

13、为= 0.980.99由以上可知总的传动效率为:= 0.94×0.96×0.98×0.81=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Y112M-6，输出功率为7.5kw，输出速度2900r/min。2.3本章小结本章主要是确定了电机的选择，并且对切断钢筋需要的力进行计算，电机需要的功率进行计算，从而选定适合本设计的电机。第3章 传动结构设计3.1 基本传动数据计算1. 分配传动比电动机型号为Y，满载转速为2900 r/min。方案一：总传动比 i=50.6 方案二：总传动比 i=10

14、7分配传动装置的传动比i=i0×i1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，为使V带传动的外廓尺寸不致过大，同时使减速器的传动比圆整以便的获得圆整的齿数。初步取i0 =2，则减速器的传动比为:方案一：i1=i/i0 =25.3 方案二：i3=i/i0=53.5分配减速器的各级传动比按展开式布置，查阅有关标准，取i11=6.3，则i22=4，i33 =9 i44 =5。两种方案的比较结果：方案二速比太大，大小齿轮的分度圆直径相差太大，润滑，安装不方便，不匹配。为了降低强度，减小体积，减小噪声，尽量取小模数齿轮！减小空间，简化结构，降低成本，所以选择方案一！（注以下

15、用i1代替i11，i2代替i22）2. 计算机构各轴的运动及动力参数(1) 各轴的转速 轴n1=nm/n0=2900/2=2450r/min 轴n2=n1/i1=2450/6.3=389r/min 轴 n3=n2/i2=389/4=98r/min(2) 各轴的输入功率 轴 轴 轴(3) 各轴的输入转矩电动机输出转矩 3.2 带传动设计1. 带型的确定由设计可知：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。查表可知 工况系数取 KA=1.5 ，Pc=1.5×2.2=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。2. 带轮

16、基准直径查阅相关手册选取小带轮基准直径为d1=100mm，则大带轮基准直径为d2=2×100=200mm3. 带速的确定，根据公式(3-1)可计算得： (3-1)4. 中心矩、带长及包角的确定由式0.7(d1+d2)<a0<2(d1+d2) 可知：0.7(100+200)<a0<2(100+200)，得210a0600，所以可以确定中心矩为 a0=400。根据相关公式初步计算带的基准长度： 查表选取带的长度为1250mm，计算实际中心矩： 取386mm。验算小带轮包角： 5. 确定带的根数，根据公式(3-2)可以得出： (3-2)p1=0.97，p1=0.11

17、，ka=0.965，k1=0.93，可以得知Z=4。张紧力 查表q=0.10kg/m，所以F0=133.1N。 6. 作用在轴上的载荷 图3-2 带轮的结构与尺寸图3.3 齿轮传动设计3.3.1 第一级齿轮传动设计1. 选材料、确定初步参数(1) 选材料小齿轮：40Cr钢调制，平均取齿面硬度为260HBS 大齿轮：45钢调制，平均取齿面硬度为260HBS(2) 初选齿数 取小齿轮的齿数为20，则大齿轮的齿数为20×6.4=128(3) 齿数比即为传动比为6.4。 (4) 选择尺宽系数d和传动精度等级情况，参照相关手册并根据以前学过的知识选取 d=0.6。初估小齿轮直径d1=60mm，

18、则小齿轮的尺宽为b=d× d1=0.6×60=36mm。(5) 齿轮圆周速度为： (6) 计算小齿轮转矩T1(7) 确定重合度系数Z、Y：由公式可知重合度为则由手册中相应公式可知：(8) 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Kv：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： 载荷系数KH、KF的确定，由公式可知2. 齿面疲劳强度计算(1) 确定许用应力H(2) 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： (3) 应力循环次数 N1、N2 (4)

19、寿命系数 Zn1、Zn2 ，查阅相关手册选取Zn1=1.0、Zn2=1.15(5) 接触疲劳极限取:hlim1=720MPa、hlim2=580MPa(6) 安全系数取:Sh=1.0(7) 许用应力h1、h2 =720MPa =667MPa3. 弹性系数ZE 查阅机械设计手册可选取4. 节点区域系数ZH查阅机械设计手册可选取ZH=2.55. 求所需小齿轮直径d1 =55.34mm与初估大小基本相符。6. 确定中心距，模数等几何参数中心距a： 圆整中心矩取222mm模数m：由中心矩a及初选齿数Z1 、Z2，得：分度圆直径d1、d2得： 取大齿轮尺宽b1=60×0.6=36mm，小齿轮尺

20、宽取 b2=40mm。7. 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 =8.8×107(2) 寿命系数Yn1、Yn2 ，查阅相关手册选取Yn1=1、Yn2=1(3) 极限应力取：Flim1=290MPa、Flim2=220MPa (4) 尺寸系数Yx：查阅机械设计手册选，取Yx=1.5(5) 安全系数SF：SF=1.5(6) 需用应力F1 、F2，许用弯曲应力=387MPa =293MPa齿形系数YFa1、YFa2，取 YFa1=2.56 YFa2=2.15应力修正系数Ysa1、Ysa2，取 Ysa1=1.62 Ysa2=1.82校核齿根抗弯疲劳强度，齿根

21、弯曲应力 =149MPa<F1 =140.6MPa<F23.3.2 第二级齿轮传动设计1. 选材料、确定初步参数(1) 选材料 小齿轮：40Cr钢调制，平均取齿面硬度为260HBS 大齿轮：45钢调制，平均取齿面硬度为260HBS(2) 初选齿数 取小齿轮的齿数为28，则大齿轮的齿数为28×5=140(3) 齿数比即为传动比：i=52. 选择尺宽系数d和传动精度等级情况，参照相关手册并根据以前学过的知识选取 d=2/3初估小齿轮直径d1=84mm，则小齿轮的尺宽为b=d× d1=2/3×84=56mm齿轮圆周速度为： 参照手册选精度等级为9级。3. 计

22、算小齿轮转矩T14. 确定重合度系数Z、Y：由公式可知重合度为则由手册中相应公式可知：5. 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Kv：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：=196.6N/mm>100N/mm则载荷系数KH、KF 的确定，由公式可知 =2.83=3.136. 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 应力循环次数 N1、N2：=1.35×107=2.7×106查阅相关手册选取寿命系数Zn1=

23、1.33、Zn2=1.48接触疲劳极限取：hlim1=760MPa、hlim2=760MPa安全系数取：Sh=1许用应力h1、h2 =1010.8MPa=1124.8MPa(2) 所需小齿轮直径d1 弹性系数ZE查阅机械设计手册可选取节点区域系数ZH查阅机械设计手册可选取ZH=2.5所需小齿轮直径d1 =70mm与初估大小基本相符。(3) 确定中心距，模数等几何参数中心距a： 圆整中心矩取252mm模数m：由中心矩a及初选齿数Z1 、Z2得： 分度圆直径d1,d2 确定尺宽：取大齿轮尺宽为b1=84×2/3=56mm 小齿轮尺宽取b2=60mm7. 求许用弯曲应力F(1) 应力循环次

24、数NF1、NF2 =1.35×107 2.7×106(2) 应力F1 、F2 寿命系数Yn1、Yn2 ，查阅相关手册选取Yn1=1、Yn2=1极限应力取：Flim1=290MPa、Flim2=230MPa尺寸系数Yx：查阅机械设计手册选，取Yx=1.5安全系数SF，取SF=1.5需用应力F1 、F2，许用弯曲应力 =387MPa =307MPa8. 齿形系数YFa1、YFa2，取 (1) 应力修正系数Ysa1、Ysa2，取 Ysa1=1.62 Ysa2=1.82(2) 校核齿根抗弯疲劳强度，齿根弯曲应力 =313MPa<F1=297MPa<F23.4 轴的校核3

25、.4.1一轴的校核 轴直径的设计式如公式(3- ) 图3-1轴的结构与受力图图3-2轴的受力转矩、弯矩图 1. 按当量弯矩法校核轴的强度(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。(2) 求作用在轴上的力如表3-1表3-1 作用在轴上的力垂直面（Fv）水平面（Fh）轴承1F2=12NF4=891N齿轮 2 =N轴承3F1=476NF3=1570N带轮41056N (3) 轴上的弯矩如表3-2，作出弯矩图如图3-2、3-2。表3-2 作用在轴上的弯矩垂直面（Mv）水平面（Mh）截面N.mm合成弯矩截面合成弯矩(4) 矩图如图3-2。(5) 量弯矩图如图3-2g

26、，并确定可能的危险截面、如图3-2。并算出危险截面的弯矩如表3-3。表3-3截面的弯矩 截面截面(6) 确定需用应力已知轴材料为45钢调质，查表得=650MPa。用插入法查表得=102.5MPa，=60MPa。 (7) 校核轴径如表3-4表3-4 验算轴径截面截面结论：按当量弯矩法校核，轴的强度足够。2. 轴的刚度计算 所以轴的刚度足够。3.4.2二轴的校核轴直径的设计式如公式()所示：图3-3轴结构与轴受力图图3-4轴平面受力图图3-5平面弯矩图 图3-6合成弯矩图图3-7转矩图1. 按当量弯矩法校核轴的强度设计轴系结构，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

27、受力简图如图3-3。表3-5 作用在轴上的力垂直面（Fv）水平面（Fh）轴承1F3=1627NF1=8362N齿轮 FBV=2381N轴承2F4=754NF3=12619N曲轴FBH=21848N(2) 计算出弯矩如表3-6，并作图如图3-3。表3-6 轴上的弯矩垂直面（Mv）/N·mm水平面（Mh）/N·mm截面合成弯矩截面合成弯矩(3) 作出转弯矩图如图3-3。(4) 作出当量弯矩图如图3-3，并确定可能的危险截面、和的弯矩。表3-7危险截面的弯矩截面截面(5) 确定许用应力已知轴材料为45钢调质(6) 校核轴径如表3-8：表3-8 校核轴径截面截面结论：按当量弯矩法校

28、核，轴的强度足够。2. 轴的刚度计算所以轴的刚度足够。3.5 键与轴承的校核3.5.1平键的强度校核1. 键的选择键的类型应根据键联接的结构使用要求和工作状况来选择。选择时应考虑传递转拒的大小，联接的对中性要求，是否要求轴向固定，联接于轴上的零件是否需要沿轴滑动及滑动距离长短，以及键在轴上的位置等。键的主要尺寸为其横截面尺寸(键宽b 键高h)与长度L。键的横截面尺寸b×h 依轴的直径d由标准中选取。键的长度L一般可按轮毂的长度选定，即键长略短于轮毂长度，并应符合标准规定的长度系列。故根据以上所提出的以及该机工作时的要求，故选用A型普通平键。由设计手册查得：键宽 b=16mm 键高 h

29、=10mm 键长 L=30mm2. 验算挤压强度平键联接的失效形式有：对普通平键联接而言，其失效形式为键，轴，轮毂三者中较弱的工作表面被压溃。工程设计中，假定压力沿键长和键高均匀分布，可按平均挤压应力进行挤压强度或耐磨性的条件计算，即：静联接式中 传递的转矩（N·mm）轴的直径（mm）键与轮毂的接触高度(mm)，一般取 k=h/2键的接触长度(mm).圆头平键 l=L-b许用挤压应力(MPa)键的工作长度为：l=L-b=11mm 挤压面高度为：k=h/2=5mm 转矩为： 许用挤压应力，查表可以确定： 则挤压应力所以 此键是安全的。附：键的材料：因为压溃和磨损是键联接的主要失效形式，

30、所以键的材料要求有足够的硬度。国家标准规定，键用抗拉强度不低于600MPa的钢制造，如45钢Q275等。3.5.2轴承的校核 滚动轴承是又专业工厂生产的标准件。滚动轴承的类型、尺寸和公差等级均已制订有国家标准，在机械设计中只需根据工作条件选择合适的轴承类型、尺寸和公差等级等，并进行轴承的组合结构设计。1. 初选轴承型号 试选10000K轴承，查GB281-1994，查得10000K轴承的性能参数为：C=14617N，Co=162850N。2. 寿命计算 (1) 计算轴承内部轴向力。查表得10000K轴承的内部轴向力 (2) 计算外加轴向载荷(3) 计算轴承的轴向载荷 轴承1 轴承2 (4) 当

31、量动载荷计算 由式 查表得： FA/FR的界限值 查表知 故 故 则： 式中 (轻度冲击的运转)由于FP1<Fp2，且轴承1、2采用型号、尺寸相同的轴承，谷只对轴承2. 进行寿命计算。 (1) 计算轴承寿命(2) 极限转速计算 由式 查得：载荷系数 载荷分布系数 故 计算结果表明，选用的10000K型圆柱孔调心轴承能满足要求。3.6本章小结本章主要是计算了基本传动数据，并且对带传动，齿轮传动，其中包括对第一级，第二级齿轮传动进行设计。还有本进行了轴的校核其中包括一轴和二轴的校核。另外也进行了键与轴承的校核。第4章 模型的建立及其运动仿真 随着计算机技术在各领域的迅速渗透，计算机辅助设计、

32、计算机辅助制造和计算机辅助工程等技术在机械行业己经得到了广泛的应用，逐渐从根本土改变了传统的设计、生产、组织模式，对推动技术改造、促进经济增长都具有十分重要的意义。到目前为止，在三维建模技术方面，Pro/E软件作为优秀的实体建模软件己被广泛应用于多个行业。4.1 Pro/E简介 Pro/Engineer系统是由美国参数技术公司(Parametric Technology Corporation)开发的，是当今世界著名的三维CAD/CAM/CAE系统软件，它广泛应用于电子、机械、模具、工业设计、汽车、家电、玩具等行业，是一个全方位的三维产品设计和开发软件，具有三维实体建模、参数化设计、基于特征和

33、单一数据库功能等特性2.1.1三维实体建模三维实体建模的功能可以将用户的建模思想以最真实的三维模型在计算机上模拟出来，并且建立的模型具有体积、面积、重心、重量等特征，在Pro/E中用户可以方便地对设计模型进行旋转、平移、缩放等操作。根据建模的要求，用户可以随时对模型每个数据作出修改。4.1.1基于特征Pro/E是一个以特征为基木操作单位的参数化实体模型系统。通过逐个添加特征，构筑出所建模型的完整形态，在设计过程中，采用具有智能特性基于特征的功能生成模型。例如，如果用厂，要在一个模型上加一个孔，那么就称为增加一个孔特征，需要对这个模型某些边添加圆角，就称为增加圆角特征。Pro/E中的特征操作通过

34、选择即可轻松实现，正是因为以特征作为设计单元，用户可以随时对这些特征做出合理的修改和调整。这一特性给工程设计人员提供了前所未有的简易和灵活。4.1.2参数化设计 在运用Pro/E软件建模的过程中，许多零部件的特征都是通过设置尺寸参数来实现的，例如给一个边添加倒角特征，这个特征已经存在软件中，只需根据建模的要求输入相关参数即可，由参数驱动来实现大小不等的倒角;在建立钢筋切断机减速机构模型时，因各个齿轮的齿数、模数等特征均不相同，而模型是由参数驱动，所以在己经建立一个标准齿轮模型的基础上，通过修改标准齿轮模型的参数即可获得所需的其它齿轮模型。4.2基本结构经过多年的发展，钢筋切断机形成了不同型号的

35、系列产品，因为其功能大致相似，各型号的钢筋切断机结构差别不大。本课题主要基于GQ32型钢筋切断机进行研究，其结构主要包括以下几部分:1. 箱体。目前常见的钢筋切断机箱体材料大多采用球墨铸铁，工艺简单，一般都是铸造而成，成本较低;也有部分产品箱体采用钢板焊接结构。2. 传动系统。根据型号不同常见的分为二级、三级传动。主要在箱体内由齿轮轴和齿轮组成。3. 剪切机构。钢筋切断机基本上都是采用定刀片和动刀片进行剪切，由曲柄滑块带动动刀片做往复运动。4.3钢筋切断机模型的建立4.3.1箱体模型的建立箱体是钢筋切断机的主要组成部分，由多个面组成的不规则体，尤其是钢筋切断机的机头部分，有斜面、槽等多种特征。

36、在箱体内外部各轴孔处为了加强其刚度，特别增加了轴孔周围的箱体厚度，另外，还有用于固定刀座、轴孔盖等零件的螺孔，所以，箱体模型是钢筋切断机整体模型中最复杂的组成部分。箱体模型是整个钢筋切断机建模的主要工作，要充分利用Pro/E的拉伸、旋转、映射、圆角及倒角等功能，必要时还要建立相应的辅助基准轴线和辅助参考面。建立模刑时，先把箱体的主要轮廓建立起来，然后添加螺孔、倒角、圆角等特征。4.3.2齿轮及齿轮轴模型的建立 齿轮机构是在各种机械机构中应用最广泛的一种传动机构。它可以用来传递空间任意两轴间的运动和动力，并具有传动功率范围大、传动效率高、传动比准确、使用寿命长，以及工作安全可靠等特点。本课题研究

37、的钢筋切断机是二级减速，在建好一个标准齿轮模型的基础上通过修改其齿数、模数等基本参数就可以生成其它所需的齿轮模型。当所有模型建好以后，即可进入虚拟装配的环节，还要另外单独对传动机构做虚拟装配，装配的模型将导入ADAMS环境下做动力学分析。1. 运行Pro/E软件，先要设置待建齿轮模型的参数，Pro/E的一个显著特点是建模的参数化，通过输入相关参数来定义模型的特征。在下拉菜单“工具”中选择“参数”命令，出现参数设置对话框，如图中所示，通过按。困给Pro/E添加建模过程中需要的参数，修改参数的名称、类型及数值等，并在其中设置齿轮的模数、齿数等参数。 完成齿轮参数设置的对话框如图4-1所示:图4-1

38、 齿轮2. 建立一个基准轴，并画出四个基本参照圆，将相关尺寸定义成变量。在关系设置对话框中输入这个齿轮的尺寸关系: HA=(HAX+X)×M HF=(HAX+CX-X)×M D=M×Z DA=D+2×HA DB=D×COS(ALPHA) DF=D-2×HF D6=360/(4×Z) D9=B IF HAX<I Da=0.46×M ENDIF I F HAX>=1 Dia=0.38×M ENDIF D22 =36012 R3二Z一1 Dn=360/(2×Z)设置齿轮尺寸关系后，Pro/

39、E草绘环境中所画的四个基本参照圆将分别代表齿轮的齿顶圆、分度圆、基圆和齿根圆。3. 为笛卡尔坐标系输入参数方程生成渐开线，然后建立辅助的基准轴和基准面，镜像渐开线，经过拉伸等操作最终生成齿轮模型的第一个齿。 图4-2齿轮轴就建成了把生成的齿经过阵列，添加轴孔、倒角等特征后，一个标准的齿轮模型。如上图4-2所示。当第一个标准齿轮模型建成以后，其他齿轮模型就可以通过改变齿数、模数、压力角等参数的方式直接生成。4.3.3其他零部件模型的建立其他零部件，例如曲柄滑块、刀具、刀座、飞轮及轴承等的模型，利用Pro/E中的一些基本功能就可以轻松建成，在此不再详述。4.4虚拟装配在工业生产中，几乎所有的产品都

40、不是单一零件独立形成的，都是由多个零件通过一定的装配关系组合生成的。Pro/E在虚拟装配方面的表现非常优秀，充分体现了作为大型设计软件所拥有的强大功能。钢筋切断机的虚拟装配就是在前面建模的基础上，按照模块化的思想、自顶向下的原则，根据钢筋切断机的总装图，把所建立的箱体、齿轮系等模型按照Pro/E中装配模块提供的匹配、对齐、插入、坐标系等约束类型和刚性、销钉等连接类型完成钢筋切断机的虚拟装配。4.4.1模块化的虚拟装配钢筋切断机的虚拟装配过程中，如果像砌墙一样逐个地添加零件，上层零部件的参照关系就会叠加起来依赖于下层零部件，一旦中间某个零件出现问题，就会出现前功尽弃的现象，并且安装过程中，容易漏

41、装、错装零件。因此，按照模块化的思想，将钢筋切断机工作工程中相对静止的零件组合成多个小的模块，然后将这些小模块组合成一个整体，这种方法更科学、更合理。本文中把钢筋切断机先分为箱体模块、主动轴系模块、从动轴系模块和曲柄滑块模块等多个模块，然后再将各模块装配起来。 1. 钢筋切断机的减速齿轮系及齿轮轴都是安装在箱体模型内部的，如果直接将建立的齿轮模型及齿轮轴模型往上箱体装配，不但虚拟装配过程中因视角问题配完成的钢筋切断机模型不够直观，为了能够更好的看清楚完整的装给装配带来困难，而且由于齿轮等零部件模型都在箱体内部，将会致使装配模型以及运动仿真时模型的运动情况，在装配之前先要把箱体模型进行截面剖视。

42、剖视的箱体模型如图所示:2. 其余模块的装配。装配过程中要严格按照Pro/E的约束规则，否则容易出现约束不完整以及后期的运动干涉现象。主动轴系模块、从动轴系模块和曲柄滑块等模块。在传统的设计方法中，往往首先设计出零件，然后组合己有的元件以组成一个装配体，这是一种自底向上的装配体方法。这种方法使最终装配体的形成受制于己有零件的特征。随着现代设计方法的发展以及设计观念的更新，自顶向下的装配体设计概念成为了必然发展的趋势。例如在本文中箱体的参数和基准特征直接影响了其他几个模块的参数，如果下级模块参数有错误，在给箱体模块添加其他零部件模块的装配过程中就可能有干涉现象产生，导致装配模型有误，进而影响分析

43、结果的准确性。所以按照以上的模块化分析即可得出正确的论证，符合此次课题设计要求。4.4.2装配中的问题及解决方法当装配好一个模块后，操作“应用程序/机构”时就经常出现“没有定义的已加亮两个主体连接。如果继续将被隐藏”的提示，如果点击“继续夕，就会把虚拟装配中用来设置连接的轴线隐藏掉而导致无法添加齿轮副连接、电动机等。要解决这个问题，首先:装配一个模块时，例如从动轴模块，在导入第一个零件“从动轴”时，不能采用“缺省”参照约束，要设置为“销钉”连接，并且在此之前先要创建一个基准轴，为轴对齐约束做好准备。其次，在往轴_卜装配齿轮时，不能采用传统的“销钉”连接，要用“刚性/对齐”。因为齿轮和键之间的连

44、接约束采用的是“刚性”连接，如果招个连接中既有“俏钉”又有“刚性”就产生了约束上的兀余，因此添加齿轮时两个约束集都要采用“刚性”连接的方式。把各个模块装配到箱体模型上面，钢筋切断机模型的虚拟装配基本完成，再将固定刀座装配到箱体模型上，至此，钢筋切断机模型如图4-13所示:图4-3齿轮箱4.5运动仿真钢筋机的运动仿真要用到Pro/E中的结构模块，该模块既能对钢筋切断机进行运动仿真又能实现其结构分析，是Pro/E中一个功能强大的模块。当钢筋切断机各个零件通过虚拟装置装备组装成一个完整的机构以后，就可以在Pro/E中直接启动机构运动分析模块，根据分析意图定义机构中的连接，设置伺服电机，运行机构分析，

45、观察机构运行的过程是否正确，检查机械干涉，还可以进行各种测量，最后把分析的结果保存至影片的形式。4.5.1建立运动机构仿真的一般步骤 1. 建立模型，进入装配模块，建立一个装配模型文件，进行机械仿真运动模块。2. 对机构中的连接进行定义。3. 在机构中添加伺服电机。4. 进行机构分析，保存分析结果，制作动画仿真。5. 观察机构中的轨迹曲线和运动包络。6. 对运动中的关键物理量进行测量。4.5.2钢筋切断机运动仿真实现1. 齿轮的啮合钢筋切断机虚拟装配完成后，在实现运动仿真前，先要使传动机构中的齿轮之间进行正确啮合。通过凸轮按钮在“凸轮从动机构定义”中设置，通过选择齿轮啮合面相切，使齿轮之间正确

46、的啮合。因为装配过程中，Pro/E软件不能自动把齿轮正确的啮合起来，所以要通过设置齿面相切使其啮合起来，否则会出现干涉现象。如果发现某个齿轮因参数输入错误而造成齿轮直径过大或过小，导致无法正确装配，只需要在Proe/E中把相关的齿轮模块打开，修正相应的参数并保存，系统会直接与已经装配好的组件相关联自动调整过来。 2. 运动仿真完成正确齿轮仿真啮合后，由齿轮连接按钮进行齿轮副的连接设置，齿轮连接设置以后，还有要把连杆和滑块之间设置连接，滑块与箱体之间设置连接。当全部连接定义完成以后，通过按钮给钢筋切断机模型添加电动机，在类型选项卡中选择电动机添加的运动曲线，在轮廓选项卡中设定电动机的运动速度及其

47、运动类型。完成电动机设置以后在机构分析按钮中设置运动的类型和运动时间等等，最后通过回放按钮进行碰撞检测类型的设置并将其运动过程制作成动画保存下来。全部定义完成后飞钢筋切断机模型如图：3. 干涉检验干涉检验技术是计算机图形学中的一项关键技术，在虚拟装配，虚拟手术.机器人路径规划等领域中有着非常广泛的运用。建立的钢筋切断机模型需要进行干涉检验，因为在模型的虚拟装配过程中，可能存在诸如齿轮啮合不好、齿轮和箱体之间有干涉现象，如果模型不能正确反映钢筋切断机的运动状态。Pro/E机构运动分析下的运动分析检测模块，其功能主要是负责对模型进行干涉检验，发现干涉的位置并用不同颜色标示出来。图4-4齿轮连接图碰

48、撞检测分为三个级别：无碰撞检测、全局碰撞检测和部分碰撞检测。无碰撞检测就是不进行碰撞检测：全局碰撞检测就是对整个模型进行检测：部分碰撞检测就是只对选定的部分模型进行检测。在机构运行完以后，选择碰撞检测装置，根据运动仿真的需要选择相应的干涉检测级别，系统自动按照选择的类型自动进行碰撞检测，如果有干涉现象存在，在建立的模型中会与自身不同的颜色显示出来，如图所示，有红色标志的干涉轮廓存在，是由于齿轮之间没有正确啮合以及黄颜色的从动轴上键没有定义完整所造成的。消除干涉的存在，首先要把从动轴系模块打开，重新正确的定义键。齿轮和轴之间的连接，然后在“凸轮从动连接定义”中重新调整存在干涉的两轮之间的啮合。重

49、新做干涉检验发现虚拟装配中的干涉被消除。图4-5齿轮联动图通过运动仿真干涉检验可以把理论结果和实际模型做对比，经修改消除了钢筋切断机模型中存在的干涉现象，达到了理论和实际的结合。4.5.3保存结果针对虚拟装配的钢筋切断机模型做干涉检验后如果没有发现干涉现象，运行钢筋切断机模型的同时通过捕捉功能就可以将运动仿真过程输出成MPEG, AVI等格式的影像文件。钢筋切断机运动仿真并不仅仅是实现了机构的运动仿真，同时还验证钢筋切断机的模型是否存在缺陷，检查在运动过程中是否存在干涉现象，可以利用这种方法在研发期间就及早发现问题进而解决问题，便于设计人员快速有效的对设计方案做出适当的调整。通过应用Pro/E对钢筋切断机进行建模、虚拟装配和运动仿真，可以实现在设计阶段直接检查机构各零部件在空间中的装配及运转情况，并且实现了在产品设计阶段可视化地对钢筋切断机进行干涉检验，可以检