钢筋切断机设计

1、机械原理设计任务书设计题目：钢筋切断机机构设计姓名XXXXX班级XXXXXXX学号XXXXXXX目录一、大纲.3二、设计题目和要求.32.1题目简介.32.2设计要求和相关数据:.32.3设计任务.42.4设计创新.42.5设计思路.5三、机构设计.53.1机构驱动方案选择.5液压传动驱动.5液压传动特点：.5电机驱动.6驱动方式的选择.63.2传动装置的选择.7带传动.7齿轮传动.7组合传动.7传动机构的选择.83.3执行装置的方案设计.8曲柄滑块机构.8凸轮机构.93.4方案比较.9四、参数综合.104.1曲柄滑块机构综合.104.2齿轮机构综合.114.3电机相关参数选择.12五、机构装

2、置及运动解析.145.1输出件速度，加速度计算.145.2机构装置图.155.3运动解析.15动刀位移解析，如图.15动刀速度测试，如图.15动刀加速度测试，如图165.4误差解析165.5设计改进17齿轮的改进17刀具的改进17六、参照文件18一、大纲钢筋在建筑上应用特别广泛，它可以用作预制构件，钢筋混凝土和箍筋等。为此，需要钢筋切断机按所要求的钢筋的规格的长度将其切断。钢筋切断机是钢筋加工必不可以少的设备之一，它主要用语房屋建筑、桥梁、地道、电站、大型水利等工程中对钢筋的定长切断，一般都是用于剪切建筑用的I级钢，剪切钢筋直径为640毫米。钢筋切断机有机械传动和液压传动两种。机械传动构造简单

3、，工作可靠，维修方便，液压传动无噪音，体积小，重量轻，搬动方便。但液压传动构造复杂，一旦出现故障难以消除，故目前很多使用的依旧是机械传动的钢筋切断机（如图）。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点的要求，切刀工作过程中产生的冲击很大，切断效率较低。所以，有必要将现存的钢筋切断机加以改进，重新设计，以获得动态性能较好的钢筋切断机，使其实现操作简略、调治方便、落料简单、生产效率高等特点。二、设计题目和要求2.1题目简介钢筋在建筑上应用特别广泛，它可以用作预制构件，钢筋混凝土和箍筋等。为此，需要钢筋切断机按所要求的钢筋的规格的长度将其切断。目

4、前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点的要求，切刀工作过程中产生的冲击很大，切断效率较低。所以，有必要将现存的钢筋切断机加以改进，重新设计，以获得动向性能较好的钢筋切断机。2.2设计要求和相关数据:1）设计要求a.基本工作要求：用手工将不同样规格的钢筋按所需长度送至刀口，将其切断；今后再次送入，作下次截断。运动要求：在切断过程中，要求切断速度尽可能小，速度尽可能平均，以保证切削质量，减少冲击;保证切刀行程H;切刀空行程中速度尽可能快，以提高效率；保证切刀的每分钟切断次数（生产率）。c.动力要求:切刀能产生足够的冲力战胜工作阻力，要有较好的传动

5、性能。相关数据拟采用三相异步电机作动力源，初定电机转速ndrpm；所切钢筋的最大直径dmax40mm，动刀经过的距离H=44mm，其生产率分型号依次为34次/分、38次/分、42次/分、刀在切断过程中所受工作阻力P=400KN,其他行程无阻力。整个机器的尺寸范围为：长宽高16005007502.3设计任务最少提出两种运动方案，尔后进行方案解析评比，选出一种运动方案进行设计；设计传动系统并确定其传动比分配。对平面连杆机构进行尺度综合，并进行运动解析；考据输出构件的轨迹可否满足设计要求；求出机构中输出件的速度、加速度；画出机构运动线图。用软件（VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等

6、均可）对执行机构进行运动仿真，并画出输出机构的位移、速度、和加速度线图。编写设计计算说明书，其中应包括设计思路、计算及运动模型成立过程以及收效解析等。在机械基础实验室应用机构综合实验装置考据设计方案的可行性。2.4设计创新1、在设计的过程中，应尽量减少整体机构的震动和噪声。2、对刀片的改进，在刀片的设计上，要注意当钢筋放在刀片上受力时，防止钢筋突然弹出来。2.5设计思路钢筋切断机主若是由驱动装置，传动装置和执行机构组成，所以，在设计中，第一提出各个部分的设计方案，尔后经过比较选择合适的方案，当方案确定此后，就要选择各个零件的参数，这个过程中，第一应该确定执行机构的各个参数，然后确定传动机构零件

7、的参数和整个传动比，最后才是驱动装置的参数确定，当各个参数确定此后，接下来就是装置和运动解析，误差解析，方案改进创新等。三、机构设计3.1机构驱动方案选择液压传动驱动要实现液压传动了，则在整个机构中，需要有齿轮泵和油缸，齿轮泵是为了产生油缸运动的动力，齿轮泵能产生的动力的大小直接影响着油缸的工作能力，而油缸是直接作为执行元件，将液压油的压力转变成机械能从而实现机构的直线运动。在整个机构的运行过程中，油缸的运动很沉寂，但是齿轮泵则会产生较大的噪音。以下列图油缸简图齿轮泵构造简图液压传动特点：液压式钢筋切断机的出现诚然晚于机械式切断机，但却有着不可以比较的技术优越性和高经济效益。其技术优越性大体表

8、现在以下方面：1）拥有较高的工作性能由于可以使用较高的液压力，所以钢筋切断机能以很高的冲击力进行剪切。2）拥有较好的工作适应能力可实现直径在6mm16mm之间的钢筋加工。同时，还可一机多用，采用不同样的工作头即可进行多种工作，如弯管、穿孔等。具有较高的工作可靠性省去各种离合装置，不会由于离合装置不可以靠而产生连切，易于实现自动化生产。同时，控制系统的引入，可以实现定尺剪切，并保证钢筋切口的表面质量。3）携带方便，当输用心也许输用心矩同样时，液压工作头的重量远小于电动或气动工具。其他，采用了超高压小流量液压技术，所以其体积小、重量轻。电机驱动异步电机其特点是构造简单、坚固耐用、成本廉价、运行可靠

9、，低转矩脉动，低噪声，不需要地址传感器，转速极限高,并且可以供应较大的功率。异步电机矢量控制调速技术比较成熟，使得异步电机驱动系统拥有明显的优势，电机驱动是较为常用和传统的驱动方式，特别是三相交流异步电机应用更加广泛。三相异步电动机构造简图驱动方式的选择诚然液压驱动拥有体积小，携带方便，机构设计简单的特点，但是其成本较高，且维修复杂，而三相异步电机相对应用广泛，噪声比液压驱动更小，震动更小，调速更方便等特点。故综上从成本和题目所给的性能要求来看，选择三相异步电机作驱动装置更合适。3.2传动装置的选择带传动带传动是经过两皮带轮与皮带之间的抱死来实现成立之间的运动传输，其工作时主要靠皮带与皮带轮之

10、间的摩擦来带动运动的，也就是说这个过程中一部分机械能会转变成内能，并且皮带的寿命比较短，维修频率较大，平时出现在机构的第一级传动中。齿轮传动在机械传动中应用最广泛的传动方式，其传动正确可靠，效率很高，噪声小，可以满足不同样工况要求，但其加工成本比较高，可实现传动比不是很大，需要多级传动才能达到大传动比的要求。组合传动由于机械运动形式、运动规律和机械性能等方面要求的多样性和复杂性，而以上传动机构的限制性，所以常常需要将几种机构配合起来，形成组合传动机构。以下列图：传动机构的选择综上，考虑到成本和传动比的选择，本题可以采用带传动和齿轮传动组成的组合传动机构。这样，特可以解决齿轮传动传动比不是很高，

11、带传动耗资的输出功率太大的缺点，而可以充发散挥带传动传动级数较少，齿轮传动噪声小，传动正确可靠，效率很高的优点。3.3执行装置的方案设计在整个传动过程中，执行机构是最重要的一部分，它不但要实现产品设计的使用价值，还要将机械的其他运动转变成本题我们需要的直线运动。实现这一过程的方式有很多，在这里，我们只谈论常有的两种方式，第一种是采用曲柄滑块机构，第二种采用凸轮机构。曲柄滑块机构以下列图，曲柄滑块机构拥有设计简单，成本较低，能的特点，但是其运动轨迹很难达到设计的要求，曲柄滑块机构简图凸轮机构如图，凸轮机构和曲柄滑块机构同样，可以使机构拥有急回特点，其拥有高精度的传动特点，且能依照特定的轨迹进行运

12、动，但设计和制造相对复杂，若不需要考虑精度问题，则在制造的过程中凸轮轮廓的制造比较复杂，且加工量较大，若考虑精度问题，可以依照设计出的轨迹方程借助软件求出凸轮轮廓线，尔后再用数控机床进行加工，这样的话就提高了其成本。凸轮机构简图3.4方案比较第一，曲柄滑块机构和凸轮机构都能实现急回特点。由于对心曲柄滑块机构没有急回特点，所以在设计时，我们考虑采用偏置曲柄滑块机构的几何模型。给定极位夹角为和滑块的摆程为H。假设滑块导路与X轴平行，如图，四、参数综合4.1曲柄滑块机构综合由曲柄滑块机构简图知：设机构的行程速度系数K=1.25，摇杆摆角则由由由取则或由得：I6031.599.05II6030.61-

13、12.95当，时，有方案I：所以其中解得所以杆当，时，有方案II：所以其中解得所以杆传力角计算：由函数关系可得所以方案I有方案II有为了保证机构有优异的传力性能，传动角越大的机构传力性能越好，由知选择方案II较好。即，4.2齿轮机构综合齿轮选择要使两齿轮之间可以正常齿合，则两齿合齿轮之间的模数和压力角应分别相等，所以小带轮d7=50mm大带轮d6=215mmZ2=60m=5齿宽28分度圆直径d2=300mmZ3=15m=5齿宽60分度圆直径d3=75mmZ4=75m=5齿宽55分度圆直径d4=375mmZ5=17m=5齿宽80分度圆直径d5=85mm曲柄轴d1=13.03mm效率计算齿轮的传动

14、比4.3电机相关参数选择齿轮转矩计算由式可知，越小，F越大齿轮转矩计算综上求的阻力扭矩电机转速选择滑块平均速度，为各个齿轮上对应的力矩。，为对应的各个齿轮或轮系上的切向力。滑块运动的频率，单位：次/min；曲柄轴的线速度，m/min；曲柄轴的转速，；由传动比可得电机转子平均速度电动机功率T阻力矩，N电机转速，P所需功率，kw所以查相关本资料我们可以选择Y112M-4型封闭式笼型三相异步电动机。五、机构装置及运动解析5.1输出件速度，加速度计算设动刀的运动频率为f，曲柄与水平面的夹角为，曲柄的速度为V,动刀的速度为V1，则点B的位移为点B速度方程为点B的加速度为其中，C点的运动规律可以作为输出件

15、道具的运动规律，所以点C（刀具）的位移可以表示为其中M为常数。点C的速度可以表示为点C的加速度为5.2机构装置图5.3运动解析动刀位移解析，如图上图是动刀上的质心的运动测试图，近似的用来作为动刀的运动特点，测试的时间为3s，由图形可知动刀的位移为,与题目所给的值H=44mm周边，满足条件，要使行程误差进一步减小，可以更正曲轴的独爱距，从而获得更加精确的行程范围。动刀速度测试，如图同样，动刀的速度与时间的关系可以用动刀的质心的速度特点来表示，测试时间我们选择为60s，由测试图解析可知，动刀的切割频率为37次/min,与题所给38次/min相差不大，在误差赞同范围内满足条件，赶忙度曲线来看，动刀的

16、急回特点不是太明显，。动刀加速度测试，如图由图可以看出，动刀的加速度凑近正弦函数，所以在运动过程中，它的运动相对平稳。5.4误差解析在整个机构中，以致误差的原因是多方面的，其中最主要的有装置误差，设计误差和运动传达误差。在装置误差中，由于整个转配图是在pro/e中完成的，齿轮之间的齿合以及执行元件（曲柄，摇杆和刀具）的初始地址的选择都会给整个装置带来误差，避免这种误差的方法是在零件建模的过程中，严格选择建模的地址，在装置时选择合适的装置模式。在设计误差中，由于在设计的时候设计误差与实质误差不同样，比方我们若是在整个设计中考虑的误差为5%，那么实质建模处的机构可能会达到8%也许低于5%，且计算过

17、程中精度的选择在建模过程中有弃取，比方在计算中曲柄的偏心距为13.03mm，在建模的过程中也许建模软件默认为13mm，这样的话就出现了设计误差。要防范这些因素带来的误差，在设计过程中，尽量保证建模软件的数值单位与设计计算的单位的精度一致，尽量选择有佩服力的经验值。在传达误差中，有时会由于齿轮的传动有打滑现象，带轮与皮带之间有相对摩擦现象，这些都会使系统出现传达误差，控制这些误差的最好方法就是保证齿轮之间的正确，连续齿合，保证带轮与皮带之间的配合。5.5设计改进齿轮的改进1）由于小齿轮与大齿轮的模数和压力角应该相等，这样就保证了齿轮之间的正常齿合，但是经过实质生产发现，当小齿轮在保证和大齿轮有同

18、样的模数和压力角时，其齿数低于某一范围后会发生根切现象，并且不再资料及各种制造工艺都同样时小齿轮的寿命比大齿轮要低得多，为了提高小齿轮的寿命，防范根切现象，可以对其进行额外热办理，如表面硬化，渗氮办理等，还可以对小齿轮进行正变位修正，对大齿轮进行负变位修正；2）在钢筋切断机运行的过程中，由于各种原因会产活力构振动和噪音，在生产现代化和生活环境高要求的情况下，减少机械的振动和噪音是一项重要的工作，在这个机构中，产生振动和噪音的原因有很多，其中装置缝隙和曲柄，摇杆，齿轮等机构的运动都会产生噪音和振动，所以在机构的设计中间，可以考虑在不改变曲柄滑块机构的设计的要求下，经过改变齿轮的设计来达到降噪减振的效果。在齿轮的齿形中，常有的有斜齿齿轮和直齿齿轮，由于他们之间在传动齿合的过程中的受力原理不同样，他们产生的机构振动和噪音大小也有必然的差异，一对直齿轮相啮合时,其轮齿沿整个齿宽同时进入接触或同时分别，简单引起冲击、振动和噪音，传动的重合度小，每对轮齿的负荷大，传动不够平稳，不适用于高速重载的传动，而斜齿齿轮在传动过程中，齿面上的接触线为斜直线，重合度增大，两轮轮齿逐