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1、鋼筋切斷機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)姓 名： 學(xué) 號(hào)：2班 級(jí)：06機(jī)械2班 指導(dǎo)老師 ： 2009年6月目 錄第1章 問(wèn)題的提出3第2章 設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)42.1 設(shè)計(jì)要求42.2 性能數(shù)據(jù)42.3 關(guān)鍵問(wèn)題及創(chuàng)新點(diǎn)52.4 預(yù)期成果5第3章 機(jī)構(gòu)選型設(shè)計(jì)63.1 驅(qū)動(dòng)裝置方案選擇63.2 傳動(dòng)方案選擇73.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案選擇93.4 系統(tǒng)控制方案選擇10第4章 機(jī)構(gòu)尺度綜合104.1 電機(jī)功率理論計(jì)算114.2 齒輪系參數(shù)設(shè)計(jì)124.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)12第5章 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析135.1各機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方程135.2運(yùn)動(dòng)仿真分析145.2.1電機(jī)運(yùn)動(dòng)145.2.2飛輪運(yùn)動(dòng)155.2.3 曲柄運(yùn)動(dòng)155.

2、2.4 滑塊運(yùn)動(dòng)165.2.5 動(dòng)刀運(yùn)動(dòng)17第6章 機(jī)構(gòu)動(dòng)力分析186.1 電機(jī)受力分析196.2 第一級(jí)齒輪分析196.3 曲柄受力分析206.4 動(dòng)刀受力分析21第7章 飛輪設(shè)計(jì)227.1 飛輪慣量計(jì)算分析227.2 飛輪慣量計(jì)算227.3 飛輪設(shè)計(jì)237.4 飛輪啟動(dòng)時(shí)間分析設(shè)計(jì)23第8章 結(jié)論24第9章 收獲與體會(huì)25第10章 致謝25參考文獻(xiàn)26附錄1 建模過(guò)程27附錄2 文獻(xiàn)綜述30附錄3 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖34第1章 問(wèn)題的提出目前國(guó)內(nèi)建筑工地使用的鋼筋切斷機(jī)雖能完成切斷動(dòng)作，但其執(zhí)行機(jī)構(gòu)沒(méi)有考慮到對(duì)切刀運(yùn)動(dòng)規(guī)律和動(dòng)力特性的要求，切刀工作過(guò)程中產(chǎn)生的沖擊很大，切斷效率較低。因此，有必要

3、將現(xiàn)存的鋼筋切斷機(jī)加以改進(jìn)，重新設(shè)計(jì)，以獲得動(dòng)態(tài)性能較好的鋼筋切斷機(jī)，使其實(shí)現(xiàn)操作簡(jiǎn)便、調(diào)節(jié)方便、落料簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)。和國(guó)外鋼筋切斷機(jī)對(duì)比同樣可以發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)鋼筋切斷機(jī)的問(wèn)題所在。國(guó)內(nèi)外切斷機(jī)的對(duì)比：由于切斷機(jī)技術(shù)含量低、易仿造、利潤(rùn)不高等原因，所以廠家?guī)资陙?lái)基本維持現(xiàn)狀，發(fā)展不快，與國(guó)外同行相比具體有以下幾方面差距。1） 國(guó)外切斷機(jī)偏心軸的偏心距較大，如日本立式切斷機(jī)偏心距24mm，而國(guó)內(nèi)一般為17mm看似省料、齒輪結(jié)構(gòu)偏小些，但給用戶帶來(lái)麻煩，不易管理因?yàn)樵谟汕写罅系角行×蠒r(shí)，不是換刀墊就是換刀片，有時(shí)還需要轉(zhuǎn)換角度。2) 國(guó)內(nèi)切斷機(jī)刀片設(shè)計(jì)不合理，單螺栓固定，刀片厚度夠薄，40型和

4、50型刀片厚度均為17mm；而國(guó)外都是雙螺栓固定，2527mm厚，因此國(guó)外刀片在受力及壽命等綜合性能方面都較國(guó)內(nèi)優(yōu)良。3) 國(guó)內(nèi)切斷機(jī)每分鐘切斷次數(shù)少國(guó)內(nèi)一般為2831次，國(guó)外要高出1520次，最高高出30次，工作效率較高。4) 國(guó)外機(jī)型一般采用半開(kāi)式結(jié)構(gòu)，齒輪、軸承用油脂潤(rùn)滑，曲軸軸徑、連桿瓦、沖切刀座、轉(zhuǎn)體處用手工加稀油潤(rùn)滑國(guó)內(nèi)機(jī)型結(jié)構(gòu)有全開(kāi)、全閉、半開(kāi)半閉3種，潤(rùn)滑方式有集中稀油潤(rùn)滑和飛濺潤(rùn)滑2種。以往的機(jī)械傳動(dòng)式鋼筋切斷機(jī)，工作時(shí)大都采用電動(dòng)機(jī)經(jīng)一級(jí)二角帶傳動(dòng)和一級(jí)齒輪傳動(dòng)減速后，帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)，曲軸推動(dòng)連桿使滑塊和動(dòng)刀片在機(jī)座的滑道中作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，使活動(dòng)刀片和固定刀片相錯(cuò)而切斷鋼筋。

5、這種形式的鋼筋切斷機(jī)卞要有GJS- 40和QJ40- 1型兩種類(lèi)型，除傳動(dòng)機(jī)件有所不同外，其他構(gòu)造基本上一致，都可以切斷直徑40mm以下的鋼筋，每分鐘切斷12次。這類(lèi)鋼筋切斷機(jī)由于采用了一級(jí)帶傳動(dòng)及一級(jí)齒輪傳動(dòng)，運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳到曲柄滑塊機(jī)構(gòu)時(shí)，有一個(gè)效率降低的過(guò)程，另外，結(jié)構(gòu)不緊讀，重量大，安裝、調(diào)試復(fù)雜，目由于要求齒輪傳動(dòng)具有一定的精度，制造成本也較高。所以有必要對(duì)鋼筋切斷機(jī)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，以提高其性能。第2章 設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)2.1 設(shè)計(jì)要求1) 基本工作要求：用手工將不同規(guī)格的鋼筋按所需長(zhǎng)度送至刀口，將其切斷；以后再次送入，作下次截?cái)唷?) 運(yùn)動(dòng)要求（參照?qǐng)D1-1）： i) 在切斷過(guò)程中，

6、要求切斷速度盡可能小，速度盡可能均勻，以保證切削質(zhì)量，減少?zèng)_擊;ii) 保證切刀行程H;iii) 切刀空行程中速度盡可能快，以提高效率；iv) 保證切刀的每分鐘切斷次數(shù)（生產(chǎn)率）。3) 動(dòng)力要求:切刀能產(chǎn)生足夠的沖力克服工作阻力，要有較好的傳動(dòng)性能。2.2 性能數(shù)據(jù)擬采用三相異步電機(jī)作動(dòng)力源，初定電機(jī)轉(zhuǎn)速nd2880rpm；所切鋼筋的最大直徑dmax40mm，動(dòng)刀通過(guò)的距離H=44mm，其生產(chǎn)率分型號(hào)為38次/ 分刀在切斷過(guò)程中所受工作阻力P=400kN，其它行程無(wú)阻力。整個(gè)機(jī)器的尺寸范圍為：長(zhǎng)寬高1600500750mm。圖1-1圖1-1 電機(jī)功率可以根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求自選，但功率不能大于7k

7、W。此產(chǎn)品將在灰塵濃度大，工況環(huán)境惡劣的工地工作，所以盡量不選用液壓驅(qū)動(dòng)。2.3關(guān)鍵問(wèn)題及創(chuàng)新點(diǎn)1. 在保證機(jī)器尺寸范圍的基礎(chǔ)上，要達(dá)到切斷鋼筋的最大直徑為40mm 要求是個(gè)不小的挑戰(zhàn)；2. 本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)較高的切削動(dòng)態(tài)性能，以減少?zèng)_擊，即對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的函數(shù)發(fā)生線設(shè)計(jì)要求較高；3. 需要實(shí)現(xiàn)多種生產(chǎn)效率，即要求實(shí)現(xiàn)動(dòng)刀在切削不同型號(hào)鋼材是可選擇相應(yīng)的生產(chǎn)效率；4. 改進(jìn)傳動(dòng)方案并采用回歸式傳動(dòng)方案。這種回歸式傳動(dòng)方式較展開(kāi) 式傳動(dòng)方式結(jié)構(gòu)更為緊湊。改變后的曲軸為空心偏心曲軸，而空心軸具有承受較高彎扭載荷的能力和重量輕的特點(diǎn)。因而，采用回歸式傳動(dòng)方式使傳動(dòng) 方案更趨合理。改進(jìn)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，采用角變位齒輪

8、。取小齒輪變位且不發(fā)生根切時(shí)的最少齒數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。與之相嚙合的大齒輪可以不變位，因?yàn)橐话愦簖X輪較小齒輪的強(qiáng)度高。采用變位齒輪傳動(dòng)減小了齒輪傳動(dòng)中心距，同時(shí)兩級(jí)齒輪中心距要求相等時(shí)，可以更好地湊中心即，也減輕了齒輪的磨損，齒輪彎曲強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度都相對(duì)地有所提高。 2.4預(yù)期成果圖1-2 圖1-3圖1-2和圖1-3，為最初的執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)想。其中圖1-2采用了比較常用的對(duì)心曲柄連桿機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，工作可靠，但效率相對(duì)也較低。圖1-3采用兩級(jí)連桿機(jī)構(gòu)，可得到較為理想的運(yùn)動(dòng)曲線，相應(yīng)的效率會(huì)有所提高，設(shè)計(jì)參數(shù)增加?？梢钥闯龃藱C(jī)構(gòu)在牛頭刨床中采用的比較多，切斷力大，但加工制造會(huì)增加，體積也會(huì)增大。第3章 機(jī)構(gòu)

9、選型設(shè)計(jì)3.1驅(qū)動(dòng)裝置方案選擇3.1.1 液壓驅(qū)動(dòng)（1）液壓驅(qū)動(dòng)有作用通過(guò)幾乎不可壓縮的油液的壓強(qiáng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，而壓力的大小又取決于負(fù)載的大?。灰簤簜鲃?dòng)可以很容易地實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速；液壓輸入功率等于油液壓強(qiáng)與油液流量的乘積。主要有齒輪泵，葉片泵，柱塞泵。前兩種輸出為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，后者輸出為直線運(yùn)動(dòng)。（2）基于鋼筋切斷機(jī)的工作狀態(tài)，環(huán)境及成本，最宜選擇齒輪泵。齒輪泵有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、工作可靠、自吸性能好、抗油污能力強(qiáng)，但效率低，噪音大，流量脈動(dòng)大，不能用做變量泵等特點(diǎn)。構(gòu)圖如右圖。采用液壓系統(tǒng)配合液壓控制裝置，可很容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)的控制。其簡(jiǎn)易控制液壓回路圖如圖3-1圖3-13.1.2 手動(dòng)驅(qū)動(dòng)當(dāng)設(shè)

10、計(jì)要求為便攜式鋼筋切斷機(jī)時(shí)可考慮此方案。使用手動(dòng)驅(qū)動(dòng)一般會(huì)用到液壓和壓力倍增機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜，要求較高。在這里暫不予以考慮。3.1.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)是較為常用和傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方式，特別是三相交流異步電機(jī)應(yīng)用更為廣泛。三相異步電機(jī)的輸出功率比較大，完全可以滿足本設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)要求。綜合考慮本設(shè)計(jì)的使用功能性能要求以及工況設(shè)計(jì)成本，本設(shè)計(jì)采用三相異步電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)原機(jī)。3.2傳動(dòng)裝置方案選擇3.2.1 液壓傳動(dòng)方式 若采用液壓泵作為驅(qū)動(dòng)裝置，則應(yīng)選擇液壓的傳動(dòng)方式，本設(shè)計(jì)已經(jīng)不予以考慮。3.2.2 帶傳動(dòng)方式帶傳動(dòng)為撓性傳動(dòng)，具有防抱死工況的發(fā)生，所以在以內(nèi)燃機(jī)或工況較惡劣工作下的電機(jī)為原機(jī)時(shí)常被采用

11、，特別常在第一級(jí)傳動(dòng)中出現(xiàn)；但由于是靠摩擦來(lái)傳遞動(dòng)力，導(dǎo)致部分能量轉(zhuǎn)化為熱，效率下降。盡管如此該傳動(dòng)方式符合本設(shè)計(jì)要求，予以考慮。3.2.3 齒輪傳動(dòng)在機(jī)械傳動(dòng)中應(yīng)用最廣泛的傳動(dòng)方式，其傳動(dòng)準(zhǔn)確可靠，效率很高，噪聲小，可以滿足不同工況要求，但其加工成本比較高，可實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比不是很大，需要多級(jí)傳動(dòng)才能達(dá)到大傳動(dòng)比的要求。3.2.4 組合傳動(dòng)由于機(jī)械運(yùn)動(dòng)形式、運(yùn)動(dòng)規(guī)律和機(jī)械性能等方面要求的多樣性和復(fù)雜性，而以上傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的局限性，因此常常需要將幾種機(jī)構(gòu)配合起來(lái)，形成組合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。綜合以上基本傳動(dòng)方式，可有以下幾種傳動(dòng)方案：（1）日前使用的小型鋼筋切斷機(jī)的傳動(dòng)方式，多采用展開(kāi)式，如圖3-2所示，其三根傳

12、動(dòng)軸軸線呈三角形空間平行分布。 （2）從傳動(dòng)方式上進(jìn)行改進(jìn)，采用回歸式傳動(dòng)方案，如圖3-3所示。其三根傳動(dòng)軸軸線呈平面分布，其中有兩條軸線重合。這種回歸式傳動(dòng)方式較展開(kāi)式傳動(dòng)方式結(jié)構(gòu)更為緊湊。改變后的曲軸為空心偏心曲軸，而空心軸具有承受較高彎扭載荷的能力和重量輕的特點(diǎn)。因而，采用回歸式傳動(dòng)方式使傳動(dòng)方案更趨合理。 (3) 將傳動(dòng)式傳動(dòng)增加一級(jí)齒輪傳動(dòng)，適當(dāng)增大傳動(dòng)比，改善受力情況。上述（2）傳動(dòng)方案對(duì)多級(jí)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)改善并不明顯，所以依舊采用傳統(tǒng)式。運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，如圖3-3所示。 圖3-3 傳統(tǒng)三級(jí)傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖3.3執(zhí)行裝置方案選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)選擇的關(guān)鍵是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)保證好的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)

13、力特性。有以下三種方案：（1） 采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，如圖3-4所示，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，缺點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)很難達(dá)到設(shè)計(jì)要求，從而導(dǎo)致動(dòng)力特性不是很好。 圖3-4 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（2） 采用齒輪齒條機(jī)構(gòu)，如圖3-5所示，優(yōu)點(diǎn)傳動(dòng)比精確，但在本方案中，亦沒(méi)有這方面的要求，且動(dòng)刀運(yùn)動(dòng)需要較好的急回特性，明顯該機(jī)構(gòu)不滿足，故舍棄。 圖3-5 齒輪齒條機(jī)構(gòu) （3）采用凸輪機(jī)構(gòu)，如圖3-6所示，該方案優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)靈活，可以達(dá)到高精度的運(yùn)動(dòng)曲線和運(yùn)動(dòng)特性要求，但設(shè)計(jì)也相對(duì)復(fù)雜。 圖3-5 凸輪機(jī)構(gòu) 本設(shè)計(jì)采用方案1，性能可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。3.4系統(tǒng)控制方案選擇如圖3-3所示，開(kāi)啟制動(dòng)通過(guò)操縱桿離合器控制，

14、在這里不做詳細(xì)介紹，有意者可以查閱相關(guān)書(shū)籍資料。第4章 機(jī)構(gòu)尺度綜合4.1匹配電機(jī)功率理論計(jì)算按切斷機(jī)一次剪切平均能量確定電機(jī)功率公式為: 式（4-1）式中 平均功率，kW 一次剪切所需之總功，J n滑塊行程次數(shù)，1/min 行程利用系數(shù)(手動(dòng)取0.5，流水線作業(yè)時(shí)取1) 考慮電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)安全系數(shù)K及效率，則電機(jī)功率為: 式（4-2）N實(shí)際電機(jī)功率，kWK安全系數(shù)(1.11.3) 整機(jī)效率，% 總功A值的理論計(jì)算分析： 式（4-3） 剪切功，J曲柄滑塊摩擦損耗功，J離合器所消耗之功(A30.2A)具體計(jì)算公式可參考相關(guān)文獻(xiàn)，這里不再敖述。算得電機(jī)功率4KW，轉(zhuǎn)速2880r/min。4.2齒輪傳動(dòng)機(jī)

15、構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)選擇如圖3-3所示，小帶輪 d1 = 25mm大帶輪 d2 =75mmI軸齒輪 Z1=17 m=3 齒寬40 II軸齒輪 Z2=63 m=3 齒寬28 Z3=12 m=5 齒寬 57 軸齒輪 Z4=22 m=5 齒寬44 Z5=13 m=7 齒寬77 軸齒輪 Z6=48 m=7 齒寬66 總傳動(dòng)比 （取）4.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)選擇4.3.1 切斷過(guò)程中的等效阻力矩，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)模型.見(jiàn)圖3-6圖3-6 執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)模型 R為曲軸的偏心距;O點(diǎn)為刀片運(yùn)動(dòng)的前死點(diǎn)為活動(dòng)刀片開(kāi)始切入時(shí)的行程，為最大剪切力出現(xiàn)時(shí)的行程;為切斷時(shí)的行程。4.3.2 活動(dòng)刀座的受力分析.活動(dòng)刀座在工作過(guò) 圖

16、3-7 刀座受力簡(jiǎn)圖程中，受到連桿作用力F，切割阻力F(S)，導(dǎo)軌摩擦阻力f，導(dǎo)軌的支承力N等作用，記活動(dòng)刀座質(zhì)量為，運(yùn)動(dòng)加速度為a二其受力情況見(jiàn)圖3-7所示。根據(jù)受力平衡得： 式（4-4） 式（4-5） 式（4-6） 根據(jù)（4-4）、（4-5）、（4-6） 式得： 式（4-7）4.3.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，由圖3-6 得： 式（4-8）可推出 式（4-9） 式（4-10） 式（4-11） 式（4-12） 式（4-13） 式（4-14） 式（4-15） 式（4-16）式中，為連桿的繞質(zhì)心的角速度及質(zhì)心點(diǎn)的速度，為連桿的質(zhì)心參數(shù)， 為活動(dòng)刀座的速度，R為曲柄的長(zhǎng)度，為連桿的長(zhǎng)度， S為活動(dòng)刀座

17、從上死點(diǎn)開(kāi)始 的行程。 經(jīng)計(jì)算得綜合后執(zhí)行機(jī)構(gòu)尺寸如下：連桿長(zhǎng)度 179mm曲軸偏心距 22 mm選曲軸直徑 70mm第章 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析 5.1 各機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方程5.1.1 齒輪系傳動(dòng)比方程 式（-）5.1.2 曲柄滑塊位移方程 式（-2） 式（-3）5.1.3 曲柄滑塊速度方程 式（5-4） 式（5-5） 式（5-6）5.1.4 曲柄滑塊加速度方程 式（5-7） 式（5-8）5.1.5 曲柄運(yùn)動(dòng)方程 式（5-9）5.2 運(yùn)動(dòng)仿真分析5.2.1電機(jī)運(yùn)動(dòng)施加的電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速n=17280/360 r/s=2880 r/min。 圖 5-1 電機(jī)轉(zhuǎn)速5.2.2 飛輪運(yùn)動(dòng)飛輪角速度圖 5-2 飛輪角速度

18、實(shí)測(cè)飛輪轉(zhuǎn)速n=5721.9rad/s=953.65r/min,即為第一級(jí)傳動(dòng)帶傳動(dòng)。在Adams仿真中用連接副模擬實(shí)現(xiàn)帶傳動(dòng)，設(shè)傳動(dòng)滑動(dòng)率為2%。飛輪角加速度速 圖 5-3 飛輪角加速度從上面的仿真圖中可以看出，切斷機(jī)在啟動(dòng)時(shí)加速度很大，隨時(shí)間推移而變小穩(wěn)定。穩(wěn)定時(shí)間大約為十秒。飛輪角加速度對(duì)后面飛輪的設(shè)計(jì)有重要參考數(shù)據(jù)，應(yīng)予以重視。5.2.3曲柄運(yùn)動(dòng)曲柄角速度 圖 5-4 曲柄角速度上圖為飛輪級(jí)經(jīng)三級(jí)齒輪傳動(dòng)減速后獲得的轉(zhuǎn)速。仿真值為226.74rad/s即37.8r/min，可以滿足切斷速度38r/min的要求。曲柄角加速度圖 5-5 曲柄角加速度上圖和飛輪角加速度速仿真圖很相似，主要差

19、別是經(jīng)過(guò)齒輪減速機(jī)角加速度相應(yīng)按傳動(dòng)比減少。5.2.4 滑塊切割頻率 下圖是為了測(cè)得準(zhǔn)確切割頻率所做的測(cè)試，測(cè)試點(diǎn)在動(dòng)刀滑塊上，測(cè)試時(shí)間為1min。由圖計(jì)算分析很容易測(cè)得切斷頻率近似為38次/min，符合設(shè)計(jì)要求。圖 5-6 滑塊頻率5.2.5 動(dòng)刀運(yùn)動(dòng)動(dòng)刀位移圖 5-7 動(dòng)刀位移 上圖為對(duì)動(dòng)刀滑塊的位移所做的測(cè)試，測(cè)試點(diǎn)為滑塊，測(cè)試時(shí)間為2s。分析圖形數(shù)據(jù)可知，滑塊的行程為43mm ，滿足設(shè)計(jì)要求44mm的行程，但誤差較大還需對(duì)曲柄偏心距離進(jìn)一步微調(diào)優(yōu)化。動(dòng)刀速度圖 5-8 動(dòng)刀速度上圖為動(dòng)刀速度仿真圖，可以看出速度曲線接近正弦函數(shù)，這在設(shè)計(jì)預(yù)想之內(nèi)，因?yàn)榍瑝K機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，且對(duì)心。同是結(jié)構(gòu)的

20、簡(jiǎn)單使用導(dǎo)致了切斷刀無(wú)急回特性，切斷效率降低。動(dòng)刀加速度圖 5-9 動(dòng)刀加速度上圖為動(dòng)刀加速度的仿真圖，在空載情況下，可以看出由于速度接近正弦，所以加速度相對(duì)平穩(wěn)，最大加速度在回程中，為377mm/s。由此可以看出系統(tǒng)震動(dòng)較小，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。第6章 機(jī)構(gòu)動(dòng)力分析 本章中將對(duì)切斷機(jī)分別在空載和切鋼筋工況下分別仿真分析。為了模擬鋼筋切斷機(jī)剪切鋼筋的過(guò)程需要給切斷動(dòng)刀一模擬剪切力。此剪切力在ADAMS仿真軟件中用一固定力實(shí)現(xiàn)，將此力施加在動(dòng)刀上，反作用力作用在大地上，再輸入剛度系數(shù)和阻尼系數(shù)并用STEP函數(shù)配合實(shí)現(xiàn)剪切進(jìn)刀退刀兩個(gè)過(guò)程。 本設(shè)計(jì)將側(cè)重點(diǎn)分析電機(jī)力矩，齒輪系力矩，曲柄連桿受力及動(dòng)刀受力

21、情況，這些將為后面系統(tǒng)的修正改進(jìn)提供重要根據(jù)。6.1 電機(jī)受力分析 圖6-1 電機(jī)空載力矩圖 6-2 電機(jī)切鋼筋力矩 由圖6-1可知電機(jī)在空載的工況下轉(zhuǎn)矩很小可以忽略。這在預(yù)想設(shè)計(jì)之中，但電機(jī)在切鋼筋的過(guò)程中，由圖6-1可知，電機(jī)將要承受很大的沖擊載荷，最大沖擊力矩為30 N/m 。由此很容易得到電機(jī)瞬時(shí)功率需達(dá)到近400 kW，對(duì)電機(jī)沖擊太大，這要求后面通過(guò)設(shè)計(jì)飛輪來(lái)緩沖這類(lèi)沖擊。6.2 第一級(jí)齒輪軸受力分析 圖6-3 第一級(jí)齒輪軸空載力矩圖 圖6-4第一級(jí)齒輪軸切鋼筋力矩圖由圖6-3及圖6-4分析可得齒輪第一級(jí)傳動(dòng)軸受力情況，因?yàn)榈谝患?jí)齒輪轉(zhuǎn)速較高，轉(zhuǎn)矩為周期性動(dòng)載荷。這種受力狀況對(duì)機(jī)器工

22、作，壽命都很不利，而且再加上慣性力很大的飛輪后，這種震動(dòng)更加突出。 圖6-5 第四級(jí)齒輪軸空載力矩圖 圖6-6第四級(jí)齒輪軸切鋼筋力矩圖輪系最后一級(jí)，受力狀況很重要，因?yàn)樗氖芰Ω鼜?fù)雜，收到來(lái)自切斷鋼筋過(guò)程中產(chǎn)生的沖擊也很大?？蛰d情況下滿足動(dòng)力要求，但由圖6-6可分析知，第四級(jí)軸受到很大的沖擊載荷。這種脈動(dòng)載荷將加重整機(jī)的震動(dòng)。6.3曲軸受力分析經(jīng)驗(yàn)告訴我們，在鋼筋切斷機(jī)的所有零件中，曲軸是易損壞零件之一。因?yàn)樗纫艿睫D(zhuǎn)矩又要受力，而且還直接承受來(lái)自切鋼筋時(shí)所帶來(lái)的強(qiáng)大沖擊。正因?yàn)榇饲B桿要設(shè)計(jì)成易拆裝的結(jié)構(gòu)。由圖6-7，圖6-8可知曲軸受沖擊力矩確實(shí)很大，曲軸設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮到此種情況。而

23、圖6-9，圖6-10可知曲軸在空載情況下完全滿足要求，但在剪切時(shí)同樣會(huì)受到很大的沖擊力。 圖6-7 曲軸空載力矩圖 圖6-8曲軸切鋼筋力矩圖 圖6-9 曲軸空載受傷力圖 圖6-10曲軸切鋼筋受力圖6.4 動(dòng)刀受力分析鋼筋切斷機(jī)的動(dòng)刀刀片直接剪切鋼筋，鋼筋切斷的機(jī)理較為復(fù)雜。ADAMAS仿真軟件不能仿真出切斷實(shí)體的過(guò)程，所以切斷力只能依據(jù)其他設(shè)備刀具切斷鋼筋的受理情況，擬出鋼筋切斷過(guò)程受力曲線，再在ADAMS中擬合出來(lái)施加在動(dòng)刀刀片上。在此動(dòng)刀刀片上的受力亦即剪切受力，如圖6-11所示。第7章 飛輪設(shè)計(jì)7.1飛輪慣量計(jì)算分析切斷機(jī)為正確選擇電機(jī)功率，在傳動(dòng)系統(tǒng)均設(shè)計(jì)了飛輪裝置。在沖切刀座不圖7-

24、1工作時(shí)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)，儲(chǔ)備能量，而在切斷鋼筋瞬時(shí)，靠飛輪降速，釋放出所儲(chǔ)存的能量。圖7-1中的曲線a為沒(méi)有飛輪裝置時(shí)所需功率變化曲線。a曲線所包容面積A為剪切一次鋼筋所需能量。若按直線b選擇功率，則剪切所需不足之能量由飛輪供給(即)。從而看出，按一次剪切所需平均能量的1.1-1.3倍計(jì)算電機(jī)功率后，即可進(jìn)行飛輪設(shè)計(jì)。7.2飛輪慣量計(jì)算式中 J飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量， A 一次剪切功，J N 電機(jī)額定轉(zhuǎn)速，r/min i 電機(jī)軸至飛輪軸速比 S 不均勻系數(shù)，%飛輪尺寸隨電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的增大而減小，從設(shè)計(jì)看，要保證一定的行程次數(shù)，飛輪轉(zhuǎn)速高，將使傳速比增大，使整機(jī)尺寸增大。再有高轉(zhuǎn)速飛輪，對(duì)鑄造質(zhì)量及靜

25、平衡要求高，否則會(huì)造成飛輪破損與整機(jī)振動(dòng)。電機(jī)軸至飛輪軸速比i增大，對(duì)剪切有利。當(dāng)i值增大時(shí)，電機(jī)可在較長(zhǎng)時(shí)間補(bǔ)充給飛輪能量。轉(zhuǎn)速不均勻系數(shù)增大，飛輪慣量減小。據(jù)資料介紹，當(dāng)飛輪速度降低10%時(shí)，供給的能量為其總能量的19%；降低20%時(shí)，為36%；降低30%時(shí)，為51%。由此可見(jiàn)，飛輪速度每降低10%，釋放出的能量減少近50%。不均勻系數(shù)的計(jì)算 式中 電機(jī)系數(shù) 電機(jī)額定轉(zhuǎn)差率(取0. 04-0. 08)一電機(jī)軸與飛輪軸三角皮帶傳動(dòng)的當(dāng)量滑動(dòng)系數(shù)(取0.04)修正系數(shù)，見(jiàn)表7-2皮帶正常打滑，可保護(hù)電機(jī)及減小飛輪尺寸。7.3 飛輪設(shè)計(jì) 根據(jù)計(jì)算的飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I，確定飛輪輪緣、輪輻、輪毅幾何尺寸

26、。飛輪設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)輪緣、輪輻、輪毅部分的傳動(dòng)慣量都應(yīng)作考慮。7.4 飛輪啟動(dòng)時(shí)間t飛輪啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)短，取決于從動(dòng)慣量的大??；啟動(dòng)時(shí)間應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)。若時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，電機(jī)電流過(guò)大，從實(shí)踐得知，啟動(dòng)電流若大于電機(jī)額定電流的7倍，將導(dǎo)致電機(jī)燒毀或發(fā)生跳閘事故。第8章 結(jié)論8.1方案特點(diǎn)首先，綜合本設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析可知，此鋼筋切斷機(jī)各項(xiàng)性能均能達(dá)到所要求指標(biāo)，即切斷速度38次/分鐘，動(dòng)刀行程44cm，電機(jī)功率在3kW左右，整個(gè)機(jī)器的尺寸范圍為：長(zhǎng)寬高=1000350600mm。其次，本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，很適合在工況很惡劣的情況下使用，而制造生產(chǎn)易于批量化，進(jìn)一步降低成本。該鋼筋切斷機(jī)和工業(yè)上

27、的GQ40牌鋼筋切斷機(jī)較為相似，但剪切速度要快些。本設(shè)計(jì)擁有GQ40牌鋼筋切斷的優(yōu)點(diǎn)，即設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)緊湊，適用性廣。切斷直徑：6-40毫米，切斷次數(shù)：38次/分；電動(dòng)機(jī)：3kW；可用于大小建筑待業(yè)，尤其是任務(wù)重，工期短的建筑項(xiàng)目，也可用于各種大小規(guī)模的軋鋼廠，以及金屬結(jié)構(gòu)廠、鋼筋加工廠。使用該機(jī)，可以減少手工操作，減少勞動(dòng)力，提高勞動(dòng)效率。8.2 方案設(shè)計(jì)特點(diǎn)本方案設(shè)計(jì)思路清晰明了，以使用可靠為準(zhǔn)則，簡(jiǎn)化了繁瑣的設(shè)計(jì)過(guò)程。電機(jī)通過(guò)V型帶傳給飛輪即齒輪系第一級(jí)。齒輪系中齒輪模數(shù)均采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)，為增加沖擊折斷強(qiáng)度，可進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼兾弧ＧS連桿設(shè)計(jì)也很常規(guī)化，只要強(qiáng)度足夠高就可。設(shè)計(jì)整體先分析

28、設(shè)計(jì)要求，在進(jìn)行產(chǎn)品初期設(shè)計(jì)，建模。為減少成本，先用繪圖軟件建模，在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，與設(shè)計(jì)原始要求對(duì)比，進(jìn)而進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，知道達(dá)到設(shè)計(jì)要求為止。8.3方案設(shè)計(jì)結(jié)果的特點(diǎn)8.3.1結(jié)果優(yōu)點(diǎn)設(shè)計(jì)出的機(jī)構(gòu)剪切速度，動(dòng)刀行程，電機(jī)功率等運(yùn)動(dòng)學(xué)性能都達(dá)標(biāo)，切斷力足夠大，可以滿足常用鋼筋的切斷工作。8.3.2結(jié)果不足由于設(shè)計(jì)以低成本為出發(fā)點(diǎn)，所以本設(shè)計(jì)壽命可靠性都不是很高，噪聲較大。采用了對(duì)心曲柄連桿機(jī)構(gòu)，剪切過(guò)程中有個(gè)效率就降低的過(guò)程，所以整機(jī)效率較低，這也是本設(shè)計(jì)最需改進(jìn)的地方。設(shè)計(jì)為對(duì)齒輪軸靜力分析，齒輪系可能有偏載現(xiàn)象，這將加快機(jī)器的磨損，降低壽命。第9章 收獲與體會(huì) 通過(guò)完成這次課程設(shè)計(jì)

29、，本人掌握了簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程，培養(yǎng)了獨(dú)立設(shè)計(jì)能力。這個(gè)過(guò)程中，本人學(xué)會(huì)了綜合運(yùn)用機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)及其他先修課程的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)，并使這些知識(shí)進(jìn)一步得到鞏固和加深擴(kuò)展。在課程設(shè)計(jì)實(shí)踐中不斷學(xué)習(xí)，掌握常用零部件，機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及一般機(jī)械原理基本方法和步驟，培養(yǎng)了自己的設(shè)計(jì)能力，分析問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力及創(chuàng)新能力。期間學(xué)到的所有知識(shí)，在工作中我想會(huì)對(duì)自己有很大的幫助。鑒于課程設(shè)計(jì)的要求，本人期間還學(xué)會(huì)ADAMS仿真軟件的開(kāi)發(fā)流程及簡(jiǎn)單產(chǎn)品的建模仿真。從中本人感覺(jué)到產(chǎn)品設(shè)計(jì)中應(yīng)用的軟件決定了設(shè)計(jì)過(guò)程的進(jìn)展速度，所以在力所能及的范圍內(nèi)應(yīng)該多接觸專(zhuān)業(yè)軟件并且達(dá)到能夠充分了解，觸類(lèi)旁通。第10章 致謝

30、在這次課程設(shè)計(jì)中，本人得到了西南交通大學(xué)何朝明老師和鄭浩同學(xué)的大力支持和幫助，對(duì)此我表示由衷的感謝！參考文獻(xiàn)1王良文,李長(zhǎng)詩(shī),等.基于VB的鋼筋切斷機(jī)通用動(dòng)力學(xué)計(jì)算模型J.鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2005(8):71-80.2車(chē)仁煒,陸念力,王樹(shù)春.一種新型鋼筋切斷機(jī)的設(shè)計(jì)研究J.機(jī)械傳動(dòng),2004.3劉正華,爾聯(lián)潔,徐春梅.三軸飛行仿真轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)有限元分析J.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2002(5):7-9.4章友文.鋼筋切斷機(jī)剪切機(jī)理分析J.工程機(jī)械,1991(3):16-19.5胡恩球,張新訪.有限元網(wǎng)格生成方法發(fā)展綜述J.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào),1997,9(4):378-383.6胡恩球,張新訪

31、.有限元網(wǎng)格生成方法發(fā)展綜述J.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào),1997,9(4):378-3837賀生華. 普通鋼筋切斷機(jī)技術(shù)改造J. 廣東建材, 2008(01):41-43.8陶浩, 段紅杰. 鋼筋切斷機(jī)的動(dòng)力學(xué)性能J. 煤礦機(jī)械, 2008,(05) :81-83.9高蕊. 鋼筋切斷機(jī)切斷過(guò)程分析及最大沖切力的計(jì)算J建筑機(jī)械, 1995,(11) :23-2610孟進(jìn)禮,衛(wèi)青珍. 對(duì)鋼筋切斷機(jī)發(fā)展的幾點(diǎn)看法J. 建筑機(jī)械化, 2000,(02) .11 田野. 我國(guó)鋼筋調(diào)直切斷機(jī)的現(xiàn)狀及發(fā)展J. 建筑機(jī)械化, 2005,(01)12 HE Zhan-wu. V-style groovy r

32、oller wheel loading plant frame of reinforcing steel cutters. Construction Mechanization: 2009 ( 01) ：44-45.13 王伯平. 鋼筋切斷機(jī)剪切力功模擬函數(shù)曲線的建立及分析J. 太原重型機(jī)械學(xué)院學(xué)報(bào), 1988,(04).14 程鵬. 小型鋼筋切斷機(jī)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)J. 工程機(jī)械, 1995,(02)15 C.H.柯熱夫尼柯夫.機(jī)構(gòu)參考手冊(cè)M.(蘇)16 R.C.維翰遜.機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)綜合創(chuàng)造性設(shè)計(jì)與最優(yōu)化M. 美17 洪允楣.機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的組合與變異方法M. 18FORTRAN算法語(yǔ)言, 清華大學(xué)出版社

33、.19平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析（C語(yǔ)言版）, 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)。20 Siemens Automation Group. SIMATIC S7 STEP-MICRO編程參考手冊(cè).北京:Siemens Automation Group, 1996(8).21Kamm. Design Cost-Efficient Mechanisms. Mcgrow-Hill Inc,1990.22Eckhardt. Kinnematic Design of Machines and Mechanisms.McGraw-Hill CompaniesInc,1998.附錄1 建模過(guò)程建模用ADAMS，過(guò)程如下：新

34、建文件，設(shè)置環(huán)境齒輪系建模曲柄連桿機(jī)構(gòu)建模動(dòng)刀建模電機(jī)建模實(shí)體建?？倛D設(shè)置電機(jī)驅(qū)動(dòng)添加帶傳動(dòng)添加齒輪副添加移動(dòng)副添加剪切力輪廓線總圖附錄2 文獻(xiàn)綜述鋼筋在建筑上應(yīng)用非常廣泛，它可以用作預(yù)制構(gòu)件，鋼筋混凝土和箍筋等。為此，需要鋼筋切斷機(jī)按所要求的鋼筋的規(guī)格的長(zhǎng)度將其切斷。鋼筋切斷機(jī)是鋼筋加工必不可少的設(shè)備之一，它主要用語(yǔ)房屋建筑、橋梁、隧道、電站、大型水利等工程中對(duì)鋼筋的定長(zhǎng)切斷，一般都是用于剪切建筑用的I級(jí)鋼，剪切鋼筋直徑為640毫米。鋼筋切斷機(jī)與其他切斷設(shè)備相比，具有重量輕、耗能少、工作可靠、效率高等特點(diǎn)，因此近年來(lái)逐步被機(jī)械加工和小型軋鋼廠等廣泛采用，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作

35、用。鋼筋切斷機(jī)有機(jī)械傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)兩種。機(jī)械傳動(dòng)構(gòu)造簡(jiǎn)單，工作可靠，維修方便，液壓傳動(dòng)無(wú)噪音，體積小，重量輕，移動(dòng)方便。但液壓傳動(dòng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一旦出現(xiàn)故障難以排除，故目前較多使用的仍然是機(jī)械傳動(dòng)的鋼筋切斷機(jī)。(一)機(jī)械傳動(dòng)鋼筋切斷機(jī) 圖1-1為連桿驅(qū)動(dòng)式鋼筋切斷機(jī)的外形，其傳動(dòng)系統(tǒng)如圖1-2所示。工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)大皮帶輪旋轉(zhuǎn)，再通過(guò)兩對(duì)齒輪組減速，帶動(dòng)偏心軸推動(dòng)連桿，連桿端裝有沖切刀片，沖切刀片在與固定刀片相錯(cuò)的往復(fù)水平運(yùn)動(dòng)中切斷鋼筋。Gr- 40型鋼筋切斷機(jī) DYT-32型液壓鋼筋切機(jī)(二)液壓傳動(dòng)鋼筋切斷機(jī) 圖1-3 是DYT一32型液壓鋼筋切斷機(jī)的外形、其結(jié)構(gòu)和工作原理如圖59所示，工作

36、時(shí)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)偏心軸旋轉(zhuǎn)，偏心抽旋轉(zhuǎn)時(shí)使高壓油泵中的柱塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將油箱中的液壓油不斷油缸中。從而推動(dòng)活塞，使活動(dòng)刀片前進(jìn)，當(dāng)活動(dòng)刀片和固定刀片相錯(cuò)時(shí)，鋼筋即被切斷。 國(guó)內(nèi)外切斷機(jī)的對(duì)比：由于切斷機(jī)技術(shù)含量低、易仿造、利潤(rùn)不高等原因，所以廠家?guī)资陙?lái)基本維持現(xiàn)狀，發(fā)展不快，與國(guó)外同行相比具體有以下幾方面差距。1) 國(guó)外切斷機(jī)偏心軸的偏心距較大，如日本立式切斷機(jī)偏心距24mm，而國(guó)內(nèi)一般為17mm看似省料、齒輪結(jié)構(gòu)偏小些，但給用戶帶來(lái)麻煩，不易管理因?yàn)樵谟汕写罅系角行×蠒r(shí)，不是換刀墊就是換刀片，有時(shí)還需要轉(zhuǎn)換角度。 國(guó)外鋼筋切斷機(jī)2) 國(guó)內(nèi)切斷機(jī)刀片設(shè)計(jì)不合理，單螺栓固定，刀片厚度夠薄，40型

37、和50型刀片厚度均為17mm；而國(guó)外都是雙螺栓固定，2527mm厚，因此國(guó)外刀片在受力及壽命等綜合性能方面都較國(guó)內(nèi)優(yōu)良。3) 國(guó)內(nèi)切斷機(jī)每分鐘切斷次數(shù)少國(guó)內(nèi)一般為2831次，國(guó)外要高出1520次，最高高出30次，工作效率較高。4) 國(guó)外機(jī)型一般采用半開(kāi)式結(jié)構(gòu)，齒輪、軸承用油脂潤(rùn)滑，曲軸軸徑、連桿瓦、沖切刀座、轉(zhuǎn)體處用手工加稀油潤(rùn)滑國(guó)內(nèi)機(jī)型結(jié)構(gòu)有全開(kāi)、全閉、半開(kāi)半閉3種，潤(rùn)滑方式有集中稀油潤(rùn)滑和飛濺潤(rùn)滑2種。目前國(guó)內(nèi)建筑工地使用的鋼筋切斷機(jī)雖能完成切斷動(dòng)作，但其執(zhí)行機(jī)構(gòu)沒(méi)有考慮到對(duì)切刀運(yùn)動(dòng)規(guī)律和動(dòng)力特性的要求，切刀工作過(guò)程中產(chǎn)生的沖擊很大，切斷效率較低。因此，有必要將現(xiàn)存的鋼筋切斷機(jī)加以改進(jìn)，重新設(shè)計(jì)，以獲得動(dòng)態(tài)性能較好的鋼筋切斷機(jī)，使其實(shí)現(xiàn)操作簡(jiǎn)便、調(diào)節(jié)方便、落料簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)。33