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黃河科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
工 學(xué)院 機(jī) 械 系 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 專業(yè) 08 級(jí) 1 班
學(xué)號(hào) 080105007 學(xué)生 劉 文 超 指導(dǎo)教師 王 良 文
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目 GQ50型鋼筋切斷機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作內(nèi)容與基本要求（目標(biāo)、任務(wù)、途徑、方法，應(yīng)掌握的原始資料（數(shù)據(jù)）、參考資料（文獻(xiàn)）以及設(shè)計(jì)技術(shù)要求、注意事項(xiàng)等）
一、設(shè)計(jì)技術(shù)要求、原始資料（數(shù)據(jù)）、參考資料（文獻(xiàn)）
1、設(shè)計(jì)要求：
1）建立運(yùn)動(dòng)分析模型 ，分析曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的位移、速度、加速度。
2）完成50型鋼筋切斷機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
3）完成傳動(dòng)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)的仿真分析（采用三維軟件建模并仿真）。
2、原始資料（數(shù)據(jù)）：
切斷機(jī)的電機(jī)，4kw；切斷次數(shù)，28（次/分)；切斷行程：40mm。
3、參考資料
1）筑路機(jī)械工程著作；
2）建筑機(jī)械雜志。
二、設(shè)計(jì)目標(biāo)與任務(wù)
設(shè)計(jì)出滿足要求的鋼筋切斷機(jī)，并完成其裝配圖與部分零件圖，查閱文獻(xiàn)資料不少于12篇，其中外文資料不少于2篇。
1、文獻(xiàn)綜述一篇，不少于3000字，與專業(yè)相關(guān)的英文翻譯一篇，不少于3000漢字。
2、畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書一份，內(nèi)容與字?jǐn)?shù)都不少于規(guī)定的任務(wù)量。
3、圖紙若干（折合后不少于A1圖紙3張，可以用計(jì)算機(jī)繪圖）。
4、包含本次設(shè)計(jì)的所有內(nèi)容的光盤一張。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）撰寫規(guī)范及有關(guān)要求，請(qǐng)查閱《黃河科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)手冊(cè)》。
三、時(shí)間安排
1-4 周 完成開(kāi)題報(bào)告、文獻(xiàn)翻譯、文獻(xiàn)綜述及總體方案設(shè)計(jì)。
5-11 周 完成總體設(shè)計(jì)、完成部分機(jī)構(gòu)的裝配圖及部分零件圖并撰寫說(shuō)明書。
12-13 周 修改論文、資格審查等。
14 周 畢業(yè)答辯。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）時(shí)間： 年 月 日至 年 月 日
計(jì) 劃 答 辯 時(shí) 間： 年 月 日
專業(yè)（教研室）審批意見(jiàn)：
審批人簽名：
課題名稱
GQ50型鋼筋切斷機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真
課題來(lái)源
教師擬訂
課題類型
AX
指導(dǎo)教師
王良文
學(xué)生姓名
劉文超
專 業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué) 號(hào)
080105007
一、調(diào)研資料的準(zhǔn)備
1. 參觀黃河金剛石有限公司的GQ40型和GQ50型鋼筋切斷機(jī)，了解鋼筋切斷機(jī)的工作原理。
2. 利用圖書館及網(wǎng)絡(luò)資源，查閱相關(guān)資料。
二、設(shè)計(jì)的目的與要求
1. 建立運(yùn)動(dòng)分析模型。
2. 建立機(jī)械的動(dòng)力學(xué)模型。
3. 設(shè)計(jì)整體結(jié)構(gòu)。
三、思路與預(yù)期成果
1、設(shè)計(jì)思路：
（1）首先查詢大量的相關(guān)資料，并熟悉AUTO CAD及Inventor2011繪圖軟件，達(dá)到能夠較為熟練的使用，以提高設(shè)計(jì)及繪圖效率。
（2）根據(jù)畢業(yè)時(shí)間的安排，逐步推進(jìn)設(shè)計(jì)進(jìn)程，有不懂之處就盡快與老師進(jìn)行溝通，得到老師指導(dǎo)并解決問(wèn)題。
2、預(yù)期的成果
（1）完成文獻(xiàn)綜述一篇，不少與3000字，與專業(yè)相關(guān)的英文翻譯一篇，不少于3000字。
（2）完成內(nèi)容與字?jǐn)?shù)都不少于規(guī)定量的畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書一份，繪制出各主要零件的工程圖。
（3）建立GQ50型鋼筋切斷機(jī)的三維模型，并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。
四、任務(wù)完成的階段內(nèi)容及時(shí)間安排
1-4 周 完成開(kāi)題報(bào)告、文獻(xiàn)翻譯及文獻(xiàn)綜述。
5-11 周 完成總體設(shè)計(jì)，基本完成機(jī)構(gòu)的裝配圖及零件圖，并撰寫說(shuō)明書。
12-13 周 修正并完善論文終稿，進(jìn)行資格審查。
14 周 畢業(yè)答辯。
五、完成設(shè)計(jì)（論文）所具備的條件因素
修完機(jī)械設(shè)計(jì)，工程材料等課程，借助圖書館的相關(guān)文獻(xiàn)資料，以及網(wǎng)絡(luò)等資源。
指導(dǎo)教師簽名: 日期:
黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告表
課題來(lái)源：（1）教師擬訂；（2）學(xué)生建議；（3）企業(yè)和社會(huì)征集；（4）科研單位提供
課題類型：（1）A—工程設(shè)計(jì)（藝術(shù)設(shè)計(jì)）；B—技術(shù)開(kāi)發(fā)；C—軟件工程；D—理論研究；E—調(diào)查報(bào)告
（2）X—真實(shí)課題；Y—模擬課題；Z—虛擬課題
要求（1）、（2）均要填，如AY、BX等
目 錄
1．任務(wù)書………………………………………………………1
2．開(kāi)題報(bào)告……………………………………………………2
3．指導(dǎo)教師評(píng)閱表……………………………………………3
4．主審教師評(píng)審表……………………………………………4
5．畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯評(píng)審與總成績(jī)?cè)u(píng)定表………………………5
6．畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書……………………………………………6
7．文獻(xiàn)綜述……………………………………………………58
8．文獻(xiàn)翻譯……………………………………………………64
9．光盤
10．設(shè)計(jì)圖紙
單位代碼 02
學(xué) 號(hào) 080105007
分 類 號(hào) TH
密 級(jí)
畢業(yè)設(shè)計(jì)
文獻(xiàn)綜述
院（系）名稱
工學(xué)院機(jī)械系
專業(yè)名稱
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名
劉文超
指導(dǎo)教師
王良文
2012年 03 月 20
黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(文獻(xiàn)綜述) 第 8 頁(yè)
鋼筋切斷機(jī)運(yùn)動(dòng)仿真綜述
摘要
本文調(diào)研了最近幾年國(guó)內(nèi)外有關(guān)鋼筋切斷機(jī)的專利、論文，以及現(xiàn)在的研發(fā)現(xiàn)狀。分析研究鋼筋切斷機(jī)的動(dòng)力學(xué)性能是進(jìn)行鋼筋切斷機(jī)設(shè)計(jì)、改良的理論基礎(chǔ)。為了推動(dòng)鋼筋切斷機(jī)設(shè)計(jì)創(chuàng)新，縮短鋼筋切斷機(jī)的設(shè)計(jì)周期，在產(chǎn)品試制及完成測(cè)試之前明確了解鋼筋切斷機(jī)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的缺陷，最大程度地節(jié)省資金和時(shí)間。采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)結(jié)合動(dòng)力學(xué)理論，對(duì)鋼筋切斷機(jī)進(jìn)行零件三維設(shè)計(jì)、裝配，建立鋼筋切斷機(jī)三維仿真分析模型，模擬鋼筋切斷機(jī)運(yùn)行狀況，對(duì)鋼筋切斷機(jī)進(jìn)行仿真分析研究， 以加快產(chǎn)品技術(shù)更新。
關(guān)鍵詞： 鋼筋切斷機(jī)，動(dòng)力學(xué)模型，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，運(yùn)動(dòng)仿真
一.引言
鋼筋切斷機(jī)是一種各類工程建設(shè)領(lǐng)域廣泛使用的設(shè)備，在近年來(lái)的生產(chǎn)、使用中呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。國(guó)內(nèi)各相關(guān)廠家先后開(kāi)發(fā)了GQ32型、GQ40型、GQ50型、GQ60型、GQ75型等多個(gè)品種的切斷機(jī)。隨著建設(shè)工程規(guī)模的擴(kuò)大，建筑質(zhì)量的要求提高，鋼筋切斷機(jī)的規(guī)格有逐漸增大的趨勢(shì)。各生產(chǎn)廠家為提高自己的生產(chǎn)產(chǎn)品的技術(shù)性能、增加產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，不斷優(yōu)化結(jié)構(gòu)，努力降低生產(chǎn)成本，并不斷開(kāi)發(fā)新的品種。但由于未見(jiàn)國(guó)內(nèi)外有關(guān)鋼筋切斷機(jī)動(dòng)力學(xué)研究的文獻(xiàn)，因而在改良產(chǎn)品設(shè)計(jì)及開(kāi)發(fā)新的產(chǎn)品過(guò)程中，在產(chǎn)品試制及完成測(cè)試之前尚不能對(duì)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)及驅(qū)動(dòng)電機(jī)在工作過(guò)程中的真實(shí)運(yùn)動(dòng)情況有比較明確的了解，而電機(jī)在工作過(guò)程中的速度降是衡量鋼筋切斷機(jī)設(shè)計(jì)質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。為此，我們首先建立了一種鋼筋切斷機(jī)的通用動(dòng)力學(xué)計(jì)算模型，使我們?cè)诋a(chǎn)品的改良設(shè)計(jì)及研發(fā)新產(chǎn)品的過(guò)程中通過(guò)AutoCAD完成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計(jì)后，通過(guò)聯(lián)機(jī)計(jì)算的方法就可以清楚的求得所開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的動(dòng)力學(xué)參數(shù)及驅(qū)動(dòng)電機(jī)的真實(shí)運(yùn)動(dòng)情況，可以極大的加快產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)速度及方便的修改產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)參數(shù)。相關(guān)工作對(duì)于提高國(guó)內(nèi)產(chǎn)品技術(shù)開(kāi)發(fā)工作的進(jìn)度，提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力有一定的積極作用。[6][7][8]
二.鋼筋切斷機(jī)簡(jiǎn)介
鋼筋切斷機(jī)是一種在工程及建筑領(lǐng)域中廣泛使用的設(shè)備，由于近年來(lái)房地產(chǎn)的迅速發(fā)展，鋼筋切斷機(jī)的生產(chǎn)、使用呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，隨著建筑工程規(guī)模的擴(kuò)大和對(duì)建筑質(zhì)量要求的提高，對(duì)鋼筋切斷機(jī)的性能也提出了更高的要求。[9]
目前，國(guó)產(chǎn)鋼筋切斷機(jī)的典型結(jié)構(gòu)下圖所示，電機(jī)通過(guò)一級(jí)帶傳動(dòng)、三級(jí)齒輪傳動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)帶動(dòng)活動(dòng)刀做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，固定在活動(dòng)刀座上的活動(dòng)刀片和固定在機(jī)體上的固定刀片一起作用完成對(duì)鋼筋的切斷。[10]
三.相關(guān)專利產(chǎn)品介紹（專利[1][2][3]）
專利[1]的產(chǎn)品是一種以柴油機(jī)為動(dòng)力的鋼筋切斷機(jī)，其特征在于將鋼筋切斷機(jī)與柴油機(jī)相組合、中間用皮帶傳動(dòng)相聯(lián)接構(gòu)成一柴油鋼筋切斷機(jī)。其優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：不需要電力，使沒(méi)有電力或者電力不足的地方，也夠使用鋼筋切斷機(jī)完成鋼筋的切斷。
右圖所示的是專利[1]產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)示意圖：1為鋼筋切斷機(jī)機(jī)構(gòu)，2為底架、3為皮帶傳動(dòng)、4為柴油機(jī)、5 和6分別是柴油機(jī)4和切斷機(jī)1與底架2相連接的連接螺栓。柴油機(jī)4和鋼筋切斷機(jī)構(gòu)1都被連接螺栓5和6固定在底架2上，發(fā)動(dòng)柴油機(jī)4通過(guò)皮帶傳動(dòng)3帶動(dòng)鋼筋切斷機(jī)構(gòu)1的刀具來(lái)完成切斷鋼筋的工作要求。
專利[2]的產(chǎn)品是一種改進(jìn)的鋼筋切斷機(jī)。它的箱體由側(cè)面箱板和箱底板組裝成封閉型式：其傳動(dòng)系統(tǒng)采用三軸（六齒輪）三級(jí)齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)；而其曲柄桿與滑塊采用鉤型連接結(jié)構(gòu)。這種改進(jìn)，使箱體制造工藝簡(jiǎn)化。由于是三級(jí)齒輪傳動(dòng)節(jié)省了一根中間傳動(dòng)軸，故而使整機(jī)體積縮小了許多，且降低了成本。而曲柄桿與滑塊的鉤型連接方式，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且提高了機(jī)械強(qiáng)度，不易損壞，使整機(jī)延長(zhǎng)了壽命。
專利[3]的產(chǎn)品是一種改進(jìn)的鋼筋切斷機(jī)。包括電機(jī)、飛輪、第一級(jí)至第四級(jí)齒輪傳動(dòng)裝置、離合器、定動(dòng)切刀和哈夫式齒輪箱體，第一級(jí)齒輪傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)軸兩端分別套裝有飛輪；哈夫式齒輪箱體以曲軸中心水平線為依據(jù)，由鑄成上、下各一半的兩塊箱體組合而成。本實(shí)用新型由于在現(xiàn)有四級(jí)齒輪傳動(dòng)鋼筋切斷機(jī)的基礎(chǔ)上，采用哈夫式箱體并在第一級(jí)齒輪傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)軸兩端分別套裝有飛輪，故其故障率低，使用壽命長(zhǎng)，阻力大；且安裝、維修方便該專利產(chǎn)品是對(duì)國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品的一種改進(jìn)，是一種實(shí)用新型的鋼筋切斷機(jī)，該產(chǎn)品主要包括電動(dòng)機(jī)，飛輪，第一級(jí)至第四級(jí)齒輪傳動(dòng)裝置、離合器、定動(dòng)刀片和哈夫式齒輪箱體，起主要特別之處在于：第一級(jí)齒輪傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)軸兩端分別裝有飛輪。具體結(jié)構(gòu)如上圖。
四. 鋼筋切斷機(jī)幾個(gè)主要部件
(1) 刀口裝置（專利[4]）
專利[4]指推動(dòng)刀口軸桿的偏心軸外圍裝設(shè)有方形滑塊，于偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)能使方形滑塊上下移動(dòng)，進(jìn)而使刀片軸桿以平面方式向外推動(dòng)或拉回，使鋼筋的切口平直，并于切斷鋼筋后，偏心軸拉回軸桿撞擊偏心軸的力，形成面的使受力點(diǎn)平均，降低偏心軸的耗損，且該偏心軸與推動(dòng)齒輪間設(shè)有一固定隔板，以避免撞擊的同時(shí)造成齒輪的偏移而損壞，該刀口軸桿的另一側(cè)設(shè)有一活動(dòng)隔板，能增進(jìn)維修時(shí)的便利性。
(2) 離合器組件（專利[5]）
專利[5]鋼筋切斷機(jī)的曲軸離合器。該器包括曲軸、內(nèi)齒輪、大齒輪和安裝在兩輪內(nèi)接之間的活動(dòng)銷齒機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)又由轉(zhuǎn)銷軸、轉(zhuǎn)銷齒、撥動(dòng)擋板、拉簧和伸縮擋銷組成。通過(guò)操縱轉(zhuǎn)銷齒接觸于大齒輪的轉(zhuǎn)銷齒推槽內(nèi)而使大齒輪帶動(dòng)內(nèi)齒輪和曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)?；虿倏v轉(zhuǎn)銷齒接觸于內(nèi)齒輪的轉(zhuǎn)銷軸槽內(nèi)而使內(nèi)齒輪脫離大齒輪，使大齒輪空轉(zhuǎn)。該離合器可適用于切斷機(jī)、沖床、剪切機(jī)床上，其具有離合平穩(wěn)、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點(diǎn)。
五. 鋼筋切斷機(jī)存在的缺點(diǎn)和問(wèn)題
目前，國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的鋼筋切斷機(jī)，就其傳動(dòng)方式分為兩種類型：一種是開(kāi)式傳動(dòng)，一種是閉式傳動(dòng)。[11]開(kāi)式傳動(dòng)的形式，其軸、齒輪等主要傳動(dòng)件都要暴露在外，各傳動(dòng)件均要靠人工加油，極為不方便。閉式傳動(dòng)的形式，主要傳動(dòng)件均安裝在機(jī)器箱體內(nèi)，形成整體密封，其機(jī)體為整體構(gòu)件，加工工藝復(fù)雜。國(guó)內(nèi)外的鋼筋切斷機(jī)主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題：
(1) 用電動(dòng)機(jī)作原動(dòng)機(jī)的鋼筋切斷機(jī)和用柴油機(jī)作原動(dòng)機(jī)的鋼筋切斷機(jī)，所用的原動(dòng)機(jī)不能代換，這給使用帶來(lái)了一定的不方便。
(2) 國(guó)內(nèi)外使用的全封閉結(jié)構(gòu)的鋼筋切斷機(jī)的活動(dòng)刀處采用上開(kāi)蓋的機(jī)體，大都是采用的是減速器結(jié)構(gòu)，用螺栓連接，而這種結(jié)構(gòu)的剛性較差，而且在結(jié)合面處加工困難，并且常常漏油。而機(jī)體采用整體式結(jié)構(gòu)的鋼筋切斷機(jī)，活動(dòng)刀處采用的是側(cè)開(kāi)蓋結(jié)構(gòu)，由于切斷機(jī)工作時(shí)所受的側(cè)向力很大，常常損壞。
(3) 國(guó)內(nèi)外所使用的鋼筋切斷機(jī)在空套齒輪與軸結(jié)合處，常常容易損壞。
(4) 國(guó)內(nèi)外所使用的鋼筋切斷機(jī)，其離合器操縱機(jī)構(gòu)只有一種方式，即腳踏式，這不適應(yīng)于不同習(xí)慣的操作者和不利于緊急情況的操作。
(5) 國(guó)內(nèi)外所使用的鋼筋切斷機(jī)，大都采用的是小功率的電動(dòng)機(jī)，工作主軸的偏心距也很小，這樣在剪切公稱直徑范圍內(nèi)的不同直徑的鋼筋時(shí)，就要更換刀片或者在刀片的后面加減刀墊，才能完成剪切不同尺寸鋼筋的切斷要求。
(6) 國(guó)內(nèi)外所使用的鋼筋切斷機(jī)，其固定刀片側(cè)隙的調(diào)整是靠人工選配尺寸固定的刀墊來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
六.鋼筋切斷機(jī)的改良方向
真對(duì)鋼筋切斷機(jī)存在的這些問(wèn)題，提出以下改良方向：
（1）結(jié)構(gòu)與造型的改良。
目前的鋼筋切斷機(jī)有閉式與開(kāi)式兩大類。開(kāi)式由于體積大，搬移不便、潤(rùn)滑差等，已經(jīng)很少生產(chǎn)使用。而閉式結(jié)構(gòu)的體積雖較為緊湊，但存在的主要問(wèn)題是在傳動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，維修不太方便。目前在市場(chǎng)上出現(xiàn)了一種在整體閉式結(jié)構(gòu)上的改良設(shè)計(jì)。[12][13]即將機(jī)體一側(cè)的1/2～1/3設(shè)計(jì)為可拆卸結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)雖然在加工上增加了工序，但鑄造環(huán)節(jié)更簡(jiǎn)單，安裝比較方便，尤其是便于售后服務(wù)。
（2）輕量化設(shè)計(jì)
輕量化設(shè)計(jì)可節(jié)省資源、減少生產(chǎn)、使用、回收等環(huán)節(jié)中了浪費(fèi)，而且就機(jī)器本身而言，也可以通過(guò)輕量化設(shè)計(jì)，在最低成本下達(dá)到機(jī)器的使用性能。就目前來(lái)說(shuō)，可通過(guò)建立虛擬樣機(jī)、并對(duì)其進(jìn)行有限元分析實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)及制造。[14][15]
七. 其他
機(jī)械動(dòng)力學(xué)的相關(guān)內(nèi)容：
機(jī)械動(dòng)力學(xué)主要研究的是機(jī)械的振動(dòng)和平衡的問(wèn)題。目前，我們正在高速發(fā)展的階段，各個(gè)部門迫切需要大量的新的高效率，高速度，高精度和高自動(dòng)化的機(jī)械設(shè)備。隨著機(jī)械速度的提高，機(jī)械平衡和震動(dòng)的問(wèn)題成為機(jī)械設(shè)計(jì)中的一個(gè)問(wèn)題，在設(shè)計(jì)高精度的機(jī)器時(shí)，就必然涉及各種動(dòng)力學(xué)的因素，需要精確計(jì)算各部件的真實(shí)運(yùn)動(dòng)情況以及考慮部件的彈性、運(yùn)動(dòng)副中的磨察等因素對(duì)構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的影響，才能使各部件的動(dòng)作協(xié)調(diào)，機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)正常。[17][18][19][20]
八. 結(jié)束語(yǔ)
產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程是一個(gè)不斷改良完善、技術(shù)優(yōu)化發(fā)展的過(guò)程。唯有通過(guò)長(zhǎng)期的市場(chǎng)考驗(yàn)，且有優(yōu)良的性價(jià)比，才能真正占領(lǐng)市場(chǎng)。
鋼筋切斷機(jī)的運(yùn)動(dòng)仿真的設(shè)計(jì)必將更加有利于鋼筋切斷機(jī)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，可以加快產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)速度以及開(kāi)發(fā)出更加高效的產(chǎn)品。
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單位代碼 02
學(xué) 號(hào) 080105007
分 類 號(hào) TH
密 級(jí)
畢業(yè)設(shè)計(jì)
文獻(xiàn)翻譯
院（系）名稱
工學(xué)院機(jī)械系
專業(yè)名稱
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名
劉文超
指導(dǎo)教師
王良文
2012 年 3月 20日
黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(文獻(xiàn)翻譯) 第 11 頁(yè)
利用離線仿真結(jié)果和3D模型變形以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)遙控結(jié)構(gòu)變形的方法
摘要
DTP2，一個(gè)為了演示和改進(jìn)遠(yuǎn)程操作設(shè)備ITER全面的物理測(cè)試設(shè)備，已經(jīng)在芬蘭建立起來(lái)。首個(gè)裝備有SCEE的RH設(shè)備原型CMM已經(jīng)于2008年10月移交給DTP2。其目的是為了驗(yàn)證CMM/SCEE原型可以被成功的應(yīng)用于第二個(gè)暗盒的RH的運(yùn)作。在 F4E 授與 " DTP2 測(cè)試設(shè)備運(yùn)行和升級(jí)準(zhǔn)備 " 結(jié)束的時(shí)候，第二個(gè)暗盒的 RH 的運(yùn)行成功地為F4E代表做了證明。
得益于CMM/SCEE機(jī)器人的設(shè)計(jì)，所以當(dāng)它在3.6米長(zhǎng)的控制桿上運(yùn)載9噸重的第二暗盒時(shí)，具有相當(dāng)大的機(jī)械彈性。這也就導(dǎo)致數(shù)據(jù)不精確，并且用于控制系統(tǒng)的3D模型也不能準(zhǔn)確的反映CMM/SCEE機(jī)器人的變化狀態(tài)。 為了提高其精確度，已經(jīng)發(fā)展出了一種在虛擬環(huán)境中控制其彈性的方法。加載在CMM/SCEE上載荷的作用大小被測(cè)量并且最小化到由控制系統(tǒng)軟件執(zhí)行的載荷補(bǔ)償模型上。這種優(yōu)化的方法利用有限元分析，通過(guò)3D模型的變形解釋了控制系統(tǒng)機(jī)器的結(jié)果變形。 這將促使CMM/SCEE的絕對(duì)精度和3D模型的適合性有一個(gè)相當(dāng)大的改進(jìn)，這對(duì)RH應(yīng)用程序是至關(guān)重要的，因?yàn)榭刂蒲b置的視覺(jué)信息是受周圍環(huán)境的限制的。
關(guān)鍵詞：國(guó)際熱核實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆 遠(yuǎn)程控制 偏濾器測(cè)試平臺(tái)2 虛擬工程 彈性變形 虛擬現(xiàn)實(shí)
1.引言
這篇論文展示了系統(tǒng)控制軟件執(zhí)行的負(fù)載補(bǔ)償功能是怎樣改進(jìn)DTP2控制系統(tǒng)的絕對(duì)精度和可視化精度的。同時(shí)也找到了一種通過(guò)3D模型變形來(lái)解釋DTP2的結(jié)構(gòu)變形的新方法，利用有限元分析來(lái)導(dǎo)出變化范圍。除此之外，真實(shí)的組件變形，2D結(jié)構(gòu)變形會(huì)被用于顯示每單位結(jié)構(gòu)負(fù)荷的運(yùn)行評(píng)估。
在第二暗盒安裝程序的時(shí)候，CMM在電機(jī)傳動(dòng)裝置的協(xié)作下，沿著射線方向行進(jìn)到維持隧道的頂端。（圖1）。在垂直面上的上升和傾斜運(yùn)動(dòng)可以用來(lái)憑借向上維持隧道來(lái)控制暗盒的方位。當(dāng)熱運(yùn)動(dòng)到達(dá)第二暗盒時(shí)，由CRO和HRO回轉(zhuǎn)連接的可以用來(lái)改變暗盒的方位。
Fig. 1. CMM and SCEE structural representation.
2. DTP2的偏差研究目錄
2.1 CMM/SCEE檢驗(yàn)
在CMM/SCEE傳遞到DTP2后，系統(tǒng)綜合階段開(kāi)始啟動(dòng)，以為實(shí)際測(cè)試做系統(tǒng)準(zhǔn)備。這個(gè)測(cè)試在工廠啟動(dòng)實(shí)施，在RH控制室中結(jié)束測(cè)試運(yùn)行。[1]
最初用于暗盒運(yùn)行的的程序是被用來(lái)教學(xué)的，這與暗盒有持續(xù)性的視覺(jué)聯(lián)系。CMM/SCEE良好的重復(fù)精度（3mm）保證了運(yùn)行程序成功重復(fù)。然而，由于CMM/SCEE的完全精度不夠準(zhǔn)確，導(dǎo)致靜態(tài)的三維模型不能很好的支持運(yùn)行。三維模型有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)暗盒與DRM沖突的情況，但實(shí)際情況是一切運(yùn)行良好。很明顯，在遠(yuǎn)程操作之前，系統(tǒng)的絕對(duì)精度需要改進(jìn)。
2.2 載荷補(bǔ)償
在運(yùn)行程序的時(shí)候，載荷對(duì)CMM-SCEE運(yùn)動(dòng)鏈的影響會(huì)被測(cè)量。并且知道位于暗盒尖端的定位誤差最大接近80mm。這些測(cè)量數(shù)據(jù)被用來(lái)生成載荷補(bǔ)償以改進(jìn)絕對(duì)精度。這種解決方法對(duì)于RH維持通道的運(yùn)行是十分普遍的，但是對(duì)于負(fù)載補(bǔ)償模型，確實(shí)一個(gè)基于CRO蓮價(jià)值的平臺(tái)。由于CMM在將來(lái)普遍支持其他終端執(zhí)行器，所以這種方法簡(jiǎn)單，易用。具體的查表只應(yīng)用于在特殊的環(huán)形SCEE軌道中的操作。補(bǔ)償功能還可以明顯改善設(shè)備性能。因此，暗盒尖端的最大誤差由80mm下降到了5mm。[1]
載荷補(bǔ)償?shù)膶?shí)施價(jià)值可以參考圖2中的笛卡爾坐標(biāo)系。根據(jù)暗盒是否加載到HRO上，解決的方法也分為兩個(gè)階段?！袄硐朐O(shè)備的笛卡爾參考系”（圖2）表達(dá)了與軸相連的HRO鏈的位置坐標(biāo)。因此，HRO鏈僅僅被用在改變縱軸周圍暗盒的方向，并且，之后CRO鏈可以應(yīng)用于y軸參考數(shù)據(jù)的評(píng)估。因此，在熱運(yùn)動(dòng)時(shí)，負(fù)載補(bǔ)償?shù)墓δ芤蕾囉贑RO鏈。
如果在HRO鏈上沒(méi)有負(fù)載，一個(gè)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)解可以直接用于解決聯(lián)合相應(yīng)的數(shù)值參考。解決方法是使用包括基于簽名修正的CMM / SCEE校準(zhǔn)的Denavit-Hartenberg參數(shù)計(jì)算。
Fig. 2. Left: load compensation in cartesian space. Right: implementation of load effect to the joint data of the real device.
當(dāng)載荷是連接到HRO關(guān)節(jié)，在這種情況下，由于笛卡爾參考也會(huì)受CMM/SCEE的撓度影響，所以機(jī)器人的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)解并不可直接使用。當(dāng)產(chǎn)生的作用是已知的，正確的評(píng)估CRO鏈的價(jià)值可以迭代利用負(fù)載補(bǔ)償或者定義了并列價(jià)值與CRO鏈價(jià)值之間的適應(yīng)性。迭代解和7th多項(xiàng)式都能很好的應(yīng)用于實(shí)踐中。CRO價(jià)值鏈被定義后，在x，y，z方向的位置補(bǔ)償和圓周與徑向的定向補(bǔ)償可以做成笛卡爾參考系。由于CMM/SCEE缺乏在yaw方向上移動(dòng)的能力，所以無(wú)法做運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。
Fig. 3. Ansys FEM result (DCM lifted from RH interface).
Fig. 4. CATIA FEM result (DCM lifted from RH interface).
2.3 改進(jìn)遙控裝置的可視化精度
當(dāng)增加一個(gè)鏈接到CMM/SCEE的三維模型上時(shí)，暗盒在yaw方向的傾斜是可視化的。這個(gè)鏈接已經(jīng)被放置在勾板和暗盒之間。因此，操作者可以看見(jiàn)暗盒傾斜的作用 ，它在垂直方向上最大有效運(yùn)動(dòng)距離是10mm。
為了增加可視化精度，當(dāng)暗盒連接DRM通道內(nèi)部與外部的時(shí)候，壓力差超過(guò)上升油缸提供的載荷，暗盒的重量也轉(zhuǎn)化都勾板或者DRM通道或者其他別的地方。（圖2）
2.4 偏濾暗盒模型的偏差計(jì)算結(jié)果
在真實(shí)的運(yùn)行環(huán)境中，暗盒的三維模型是不能完全反映其模型形狀的。當(dāng)DCM處理終端感應(yīng)器并停留在環(huán)形通道上時(shí)，它會(huì)傾斜。（圖3-5）
DCM的形變分別用分析軟件和CATIA有限元建模工具來(lái)計(jì)算。這兩種結(jié)果會(huì)被比較。如果限定條件比較正確、全面，那么兩種工具的分析結(jié)果是相似的。
在下一階段，有限元分析結(jié)果會(huì)被分解。然后勾板的水平和垂直偏轉(zhuǎn)會(huì)與DTP2實(shí)驗(yàn)室中真實(shí)的DCM測(cè)試結(jié)果比較（平臺(tái)1）。這種測(cè)試裝置是Sokkia NET05高精度三維調(diào)試系統(tǒng)。
Fig. 5. Vertical and horizontal deflections in respect to cassette structures.
在有限元分析結(jié)果和Sokkia NET05測(cè)試結(jié)果比較后，得出分析結(jié)論。
2.5 偏濾暗盒的偏差的可視化
根據(jù)機(jī)器的適用性和標(biāo)準(zhǔn)性原則設(shè)計(jì)了DCM。結(jié)果，其壓力總是在建筑材料的比例極限之下，并且具有一定的線彈性。初次測(cè)是在胡可定律的線彈性假設(shè)下進(jìn)行的。
因此，有限元分析結(jié)果是可以應(yīng)用于DCM形變的可視化的。加載裝置的形狀必然會(huì)反映到遠(yuǎn)程觀測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中。計(jì)算變形的遠(yuǎn)程可視化可以在兩種不同的方法下進(jìn)行。傳統(tǒng)的方法是把一個(gè)整體分成碎片，并在這些碎片間建立聯(lián)系[4]。這種方法需要大量的分析工作。鏈接的位置和最大鏈接就是這種分析的結(jié)果?；谶@種分析結(jié)果，它被DCM分為三段鏈，并用兩個(gè)回轉(zhuǎn)節(jié)鏈接起來(lái)。圖6
本文提到的方法是運(yùn)用3D變形——3D模型逐漸改變的過(guò)程——基于有限元分析結(jié)果去描述形變。形變，或者是3D變形，是物體從一種形狀變?yōu)榱硪环N形狀的過(guò)程[2]。這種技術(shù)可以直接使用有限元分析結(jié)果而不用麻煩的求的近似值。另外，這種方法能夠運(yùn)用有限元分析出的每單位范圍內(nèi)的作用結(jié)果（圖7）。這就提供了一個(gè)更高層次的應(yīng)用能力，以適用于那些接受多個(gè)外力影響的復(fù)雜系統(tǒng)。
Fig. 6. The body of the cassette is divided into three rigid links connected with two rotational joints to approximate mechanical flexibilities.
Fig. 7. Simplified example of 3 links deformed by 9 individual morph targets (forces).
為了改變模型，我們使用直線切削沒(méi)變形的三維模型和有限元?dú)埲蹦Ｐ偷母唿c(diǎn)。如果直線切削的精度不足的話，一個(gè)更先進(jìn)的變形算法是應(yīng)變場(chǎng)插入法。
運(yùn)用達(dá)索系統(tǒng)可視化工具5.0來(lái)觀察變形（圖8）。這種虛擬環(huán)境是由ITER CATIA與有限元模型連接起來(lái)，用于創(chuàng)建變形范圍。
這種推薦方法的好處有以下幾點(diǎn)：
運(yùn)用未加載荷狀態(tài)和變形狀態(tài)間的完全彈性變形，來(lái)直接使用有限元結(jié)果在每單位范圍內(nèi)的最大壓力。
更容易利用真實(shí)系統(tǒng)中離線和在線的變形結(jié)果。
更加精確的展示復(fù)雜系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，并且能完全控制連續(xù)變形的點(diǎn)，而不粗略的接近。
使從復(fù)雜系統(tǒng)中分離出單個(gè)外力因素引起的變形成為可能。
2.6 控制三維模型的變形
控制三維模型的變形意味著虛擬環(huán)境中的變形必須遵循現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的變形。變形信息可以依據(jù)提前測(cè)量的運(yùn)行狀態(tài)或者運(yùn)用液壓系統(tǒng)的壓力來(lái)估測(cè)外力，因此，運(yùn)用了現(xiàn)有的傳感器信息。
考慮到機(jī)器人的操作，一個(gè)更精確的方法可以通過(guò)采用應(yīng)變規(guī)來(lái)測(cè)量機(jī)器人鏈接的實(shí)際變形來(lái)達(dá)到。在實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)變規(guī)將被安裝到DCM上。
應(yīng)變規(guī)的優(yōu)勢(shì)：
變形范圍方法的互補(bǔ)性，每一個(gè)應(yīng)力都可以通過(guò)專用的應(yīng)變規(guī)來(lái)單獨(dú)測(cè)量其范圍。
具有即時(shí)測(cè)量精確應(yīng)變的能力，不用依賴于提前測(cè)量的靜態(tài)變形或者不能對(duì)每一個(gè)應(yīng)力不能直接使用的液壓壓力
3. 未來(lái)工作
DTP2的三維虛擬樣機(jī)組件描述如下。最初，DCM彈性研究集中在解決子系統(tǒng)的彈性問(wèn)題。然后，研究會(huì)包括整個(gè)CMM機(jī)器結(jié)構(gòu)，并且鏈接結(jié)構(gòu)接近變形過(guò)程。
更多復(fù)雜的變形途徑，如三維領(lǐng)域里的線性插值法將會(huì)被使用。這將會(huì)聯(lián)合由真實(shí)DCM變形控制的三維樣機(jī)的彈性變形。
我們將進(jìn)一步分析柔性機(jī)器人關(guān)節(jié)的鏈接和分離。這將有助于創(chuàng)建更精確的有限元模型。最后，彈性鏈接的作用和影響會(huì)反映到整個(gè)系統(tǒng)中。
免責(zé)聲明
本文觀點(diǎn)不代表歐洲委員會(huì)的觀點(diǎn)。
致謝
這項(xiàng)工作是在EURATOM和TEKES的聯(lián)合契約下，由歐洲委員會(huì)支持，在EFDA工作框架下完成的。
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單位代碼 02
學(xué) 號(hào) 080105007
分 類 號(hào) TH
密 級(jí)
畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書
GQ50型鋼筋切斷機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真
院系名稱
工學(xué)院
專業(yè)名稱
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名
劉文超
指導(dǎo)教師
王良文
2012年 5 月 10 日
黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 49 頁(yè)
GQ50型鋼筋切斷機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真
摘要
本產(chǎn)品的設(shè)計(jì)是根據(jù)黃河科技學(xué)院工學(xué)院機(jī)械系2012屆畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求，在參觀調(diào)研的基礎(chǔ)上，對(duì)大學(xué)四年已學(xué)知識(shí)的總結(jié)、實(shí)踐與提高。按照指導(dǎo)老師的要求，我首先查閱了大量關(guān)于此產(chǎn)品設(shè)計(jì)的資料，做好初期準(zhǔn)備。然后到河南省長(zhǎng)葛市黃河旋風(fēng)股份有限公司參觀，深入了解鋼筋切斷機(jī)的工作原理及使用要求，在此基礎(chǔ)上，形成自己初步的設(shè)計(jì)思路。
本產(chǎn)品設(shè)計(jì)給定的原始參數(shù)是：切斷能力為（φ6-φ50）mm的圓鋼；電機(jī)功率為4kw；沖切次數(shù)為28次/min；切斷行程為40mm。此次設(shè)計(jì)的主要研究?jī)?nèi)容和技術(shù)關(guān)鍵是：根據(jù)鋼筋切斷機(jī)的使用要求，確定其工作原理，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行鋼筋切斷機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定主要結(jié)構(gòu)尺寸。主要包括以下幾點(diǎn)：1、電動(dòng)機(jī)的選擇；2、傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)和計(jì)算；3、軸承的選擇；4、曲軸連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)；5、機(jī)體的設(shè)計(jì)；6、刀片的設(shè)計(jì)選擇。然后根據(jù)這些設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行產(chǎn)品的建模及運(yùn)動(dòng)仿真。
本次產(chǎn)品建模使用的是美國(guó)Autodesk公司的三維設(shè)計(jì)軟件Inventor 2011。首先是根據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)建立各個(gè)零件的草圖，在草圖的基礎(chǔ)上運(yùn)用零件特征生成三維實(shí)體；然后在Inventor 2011軟件的虛擬環(huán)境中進(jìn)行虛擬裝配，建立數(shù)字樣機(jī)；最后進(jìn)行應(yīng)力分析、運(yùn)動(dòng)干涉分析及運(yùn)動(dòng)仿真。
本設(shè)計(jì)可以大幅降低鋼筋切斷機(jī)的研發(fā)周期及成本，從而提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞：鋼筋切斷機(jī)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，Inventor 2011，虛擬裝配，運(yùn)動(dòng)仿真
Disc Centrifuge Spindle Box Design
Author：Wenchao Liu
Tutor：Liangwen Wang
Abstract
This product is designed according to the college of engineering science and technology of 2012 member of graduation design requirements, during a visit to a research, on the basis of the university for four years have already learn knowledge summary, practice and improve. According to the requirements of the guiding teacher, I first looked a lot about this product design information, do well to the early. And then to the Yellow River in henan province ChangGe city whirlwind visit to a joint stock limited company, understand reinforced cutting machine and working principle of the use requirement, and based on this, the preliminary design to form their own ideas.
This product design parameters are given of the original: cutting ability for (phi 6-phi 50) mm round steel; The motor power for 4 kw; For punching number 28 times/min; Cut off the trip to 40 mm. The design of the main research contents, technology and the key is: according to the use requirement reinforced cutting machine, determine its working principle, and based on the structure of the steel cutting machine design, confirming the main structure size. Mainly include the following: 1, the choice of the motor; 2, the design and calculation of transmission device; 3, bearing choice; 4, crankshaft connecting rod design of organization; 5, the body's design; 6, the blade design choices. Then according to the design data modeling of products and movement simulation.
This product modeling is using the company's 3 d design Autodesk Inventor 2011 software. First of all is according to the design data to set up the various parts of the sketch, in the sketch of the use part features based on 3 d entity; And then in the Inventor 2011 software virtual environment in virtual assembly, to build digital prototype; Finally in stress analysis, motion interference analysis and simulation movement.
This design can dramatically reduce the reinforced cutting machine development cycle and cost, so as to improve the market competitiveness of products and the economic efficiency of enterprises.
Keywords: steel cutting machine, the structure design, Inventor 2011, virtual assembling, movement simulation
目 錄
1 緒論 1
2 設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備 3
2.1計(jì)劃任務(wù)書 3
2.1.1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)的依據(jù) 3
2.1.2 計(jì)劃任務(wù)書 3
2.2 設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備 3
3鋼筋切斷機(jī)的總體設(shè)計(jì) 4
3.1鋼筋切斷機(jī)的工作原理 4
3.2鋼筋切斷機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 4
4傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì) 5
4.1 基本傳動(dòng)數(shù)據(jù)計(jì)算 5
4.1.1分配傳動(dòng)比 5
4.1.2計(jì)算各州的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù) 5
4.2 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 6
4.2.1帶型的選擇 6
4.2.2帶輪基準(zhǔn)直徑的確定 6
4.2.2帶速的確定 6
4.2.3中心距、帶長(zhǎng)及包角的確定。 6
4.2.4 確定帶的根數(shù) 7
4.2.5 帶輪結(jié)構(gòu)與尺寸 7
4.3 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 7
4.3.1選材料、確定初步參數(shù) 7
4.3.2齒面疲勞強(qiáng)度計(jì)算 8
4.3.3齒根抗彎疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算 10
5 Autodesk Inventor 2011 12
5.1 Inventor 2011的組成 12
5.2三維繪圖軟件Inventor 2011的優(yōu)點(diǎn) 12
5.2.1 二維工程圖處理能力比較好 12
5.2.2 具有良好的設(shè)計(jì)項(xiàng)目管理功能 13
5.2.3 參數(shù)化技術(shù)和變量化技術(shù) 13
5.2.4 簡(jiǎn)便的操作風(fēng)格 13
5.2.5 精彩的顯示功能 13
6 主要零件的設(shè)計(jì)及建模 14
6.1機(jī)體的設(shè)計(jì)流程 14
6.2其他主要零件的建模效果展示 23
7鋼筋切斷機(jī)的裝配 29
7.1裝配流程 29
7.2大側(cè)蓋的裝配步驟 29
7.2.1新建文件 30
7.2.2裝入所有零件 30
7.2.3向機(jī)體安裝大側(cè)蓋 30
7.3裝配效果圖展示 33
8應(yīng)用Inventor軟件進(jìn)行干涉檢查 34
8.1檢查零部件之間的干涉 34
8.2 連桿及連桿銅瓦的干涉檢查 34
9繪制各主要零件的工程圖 37
10 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真 41
10.1建立一個(gè)簡(jiǎn)單的裝配 41
10.2運(yùn)動(dòng)仿真步驟 41
致謝 45
參考文獻(xiàn) 46
附 錄 48
1 緒論
鋼筋切斷機(jī)是建筑機(jī)械的一種。它是鋼筋加工必不可少的設(shè)備之一，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。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)逐步被建筑工地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)揮了重要的作用。
新中國(guó)成立初期，建筑工程中鋼筋加工技術(shù)非常落后，主要依靠手工或者簡(jiǎn)單工具，勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低、工程質(zhì)量很難保證。太原重型機(jī)械學(xué)院是國(guó)內(nèi)最早生產(chǎn)鋼筋切斷機(jī)的單位之一。他們于1958年首次引進(jìn)蘇聯(lián)的臥式鋼筋切斷機(jī)圖紙，生產(chǎn)了國(guó)內(nèi)第一臺(tái)鋼筋切斷機(jī)。隨后又于1985年引進(jìn)了日本立式鋼筋切斷機(jī)和德國(guó)臥式鋼筋切斷機(jī)，并在此基礎(chǔ)上研發(fā)了GQ40、GQ50、GQ65等一系列開(kāi)式、封閉式及半封閉式切斷機(jī)。該系列的鋼筋切斷機(jī)均是采用機(jī)械輪剪切進(jìn)行切斷的。此外，沈陽(yáng)建筑工程學(xué)院工廠、陜西渭南農(nóng)業(yè)科技股份有限公司、黑虎建筑機(jī)械公司等企業(yè)也生產(chǎn)過(guò)不同類型的機(jī)械式鋼筋切斷機(jī)。
目前，國(guó)內(nèi)的鋼筋切斷機(jī)多以機(jī)械輪剪式切斷為主。其工作過(guò)程基本為：電動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力經(jīng)過(guò)帶傳動(dòng)和三級(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)座的滑道中做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，使動(dòng)刀片和定刀片相錯(cuò)而切斷鋼筋。
近年來(lái)，我國(guó)在鋼筋切斷機(jī)技術(shù)裝備方面有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但產(chǎn)品的技術(shù)水平與國(guó)外先進(jìn)水平相比，尚有以下幾個(gè)方面的差距：
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)外切斷機(jī)的機(jī)架都是鋼板焊接結(jié)構(gòu)，零部件加工精度、粗糙度尤其熱處理工藝過(guò)硬，使切斷機(jī)在承受過(guò)載荷、疲勞失效、磨損等方面都超過(guò)國(guó)產(chǎn)機(jī)器。
3)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50型刀片厚度均為17mm；而國(guó)外都是雙螺栓固定，25～27mm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。
4)國(guó)內(nèi)切斷機(jī)每分鐘切斷次數(shù)少。國(guó)內(nèi)一般為28～31次，國(guó)外要高出15～20次，最高高出30次，工作效率較高。
5)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。
6)國(guó)內(nèi)切斷機(jī)外觀質(zhì)量、整機(jī)性能不盡人意。國(guó)外廠家一般都是規(guī)模生產(chǎn)，在技術(shù)設(shè)備上舍得投入，自動(dòng)化生產(chǎn)水平較高，形成一套完整的質(zhì)量保證加工體系。尤其對(duì)外觀質(zhì)量更是精益求精，外罩一次性沖壓成型，油漆經(jīng)烤漆噴涂處理，色澤搭配科學(xué)合理，外觀看不到哪兒有焊縫、毛刺、尖角，整機(jī)光潔美觀。而國(guó)內(nèi)一些廠家雖然生產(chǎn)歷史較長(zhǎng)，但沒(méi)有一家形成規(guī)模，加之設(shè)備老化，加工過(guò)程拼體力、經(jīng)驗(yàn)，生產(chǎn)工藝幾十年一貫制，所以外觀質(zhì)量粗糙、觀感較差。
從鋼筋切斷機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)看，隨著建筑設(shè)計(jì)與建筑施工技術(shù)的國(guó)際化，建筑工程設(shè)計(jì)與應(yīng)用鋼筋必將進(jìn)入商品化供應(yīng)時(shí)代，即根據(jù)建筑配筋表采購(gòu)鋼筋，鋼筋使用現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)化成可用鋼筋，商品化供應(yīng)鋼筋。而鋼筋的一體化生產(chǎn)就要求鋼筋切斷機(jī)必須實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制——鋼筋自動(dòng)送料，定尺寸后自動(dòng)切斷、落料。
另一方面，國(guó)外的產(chǎn)品充分融合了液壓技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)等，形成了以機(jī)械為筋骨、液壓為肌肉、電氣為神經(jīng)的機(jī)電液一體化綜合控制技術(shù)，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，體現(xiàn)綜合最優(yōu)驅(qū)動(dòng)及控制能力。因此，鋼筋切斷機(jī)不但要求實(shí)現(xiàn)定長(zhǎng)剪切的高精度控制，同時(shí)要求其具有相對(duì)高的生產(chǎn)效率。所以，如何使鋼筋切斷機(jī)的機(jī)電液系統(tǒng)有機(jī)地高度集成，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，將是今后研究的主要方向。
2 設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備
2.1計(jì)劃任務(wù)書
2.1.1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)的依據(jù)
本設(shè)計(jì)是在對(duì)河南省長(zhǎng)葛市黃河旋風(fēng)股份有限公司進(jìn)行生產(chǎn)參觀后，對(duì)鋼筋切斷機(jī)形成初步認(rèn)識(shí)后，深刻理解其工作原理與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，根據(jù)自己大學(xué)四年所學(xué)的機(jī)械方面的各種知識(shí)，對(duì)鋼筋切斷機(jī)做一個(gè)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，并建立數(shù)字樣機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。本設(shè)計(jì)力求高效、快速的完成產(chǎn)品研發(fā)與校驗(yàn)，并使產(chǎn)品具備完善可靠的性能，滿足市場(chǎng)需求，增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。
2.1.2 計(jì)劃任務(wù)書
根據(jù)建筑市場(chǎng)的使用需求，GQ50型鋼筋切斷機(jī)的規(guī)格參數(shù)設(shè)定，見(jiàn)表2-1。
表2-1 鋼筋切斷機(jī)的參數(shù)
電動(dòng)機(jī)額定功率
4KW
切斷能力
φ6-φ50mm的圓鋼
沖切次數(shù)
28次/min
沖切行程
40mm
2.2 設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備
接到任務(wù)書初期，先查閱了大量有關(guān)鋼筋切斷機(jī)的的論文、資料。其后，為了在產(chǎn)品設(shè)計(jì)前能對(duì)鋼筋切斷機(jī)有一個(gè)整體、大概的認(rèn)識(shí)，我在王良文教授的幫助指導(dǎo)下，對(duì)河南省長(zhǎng)葛市黃河旋風(fēng)股份有限公司進(jìn)行了為期一天的參觀、調(diào)研，認(rèn)真觀察了鋼筋切斷機(jī)的結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)過(guò)程，在其間遇到的各種問(wèn)題，仔細(xì)聽(tīng)取了黃河旋風(fēng)股份有限公司建筑機(jī)械部張工程師的講解。
回到學(xué)校后，收集、整理鋼筋切斷機(jī)的相關(guān)資料，通過(guò)分析其性能和技術(shù)指標(biāo)，并結(jié)合自己所學(xué)的理論知識(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
3鋼筋切斷機(jī)的總體設(shè)計(jì)
3.1鋼筋切斷機(jī)的工作原理
工作原理：采用電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)一級(jí)帶傳動(dòng)和三級(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)座的滑道中做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，這樣，活動(dòng)刀片和固定刀片就能相錯(cuò)而切斷鋼筋。
3.2鋼筋切斷機(jī)的基本結(jié)構(gòu)
傳動(dòng)方案簡(jiǎn)述：首先是一級(jí)帶傳動(dòng)，然后是三級(jí)齒輪減速。
首先采用一級(jí)帶傳動(dòng)，因?yàn)樗哂芯彌_、吸震、運(yùn)行平穩(wěn)、噪聲小、過(guò)載保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。然后采用三級(jí)齒輪減速，因?yàn)辇X輪傳動(dòng)可以用來(lái)傳遞空間任意兩軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，并具有功率范圍大，傳動(dòng)效率高，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，使用壽命長(zhǎng)，工作安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。
動(dòng)力是由電動(dòng)機(jī)輸出，通過(guò)減速系統(tǒng)傳動(dòng)，把動(dòng)力輸入到執(zhí)行機(jī)構(gòu)。由于傳動(dòng)系統(tǒng)做的是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而鋼筋切斷機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的是直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換，可以采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)或者齒輪齒條機(jī)構(gòu)?？紤]到現(xiàn)實(shí)使用條件，決定采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)作為本機(jī)械的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
考慮到工地上的機(jī)械需要經(jīng)常變幻地方，且考慮到經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)盡量使產(chǎn)品的尺寸減小、結(jié)構(gòu)緊湊，所以本設(shè)計(jì)中的小齒輪都采用齒輪軸的形式。為了節(jié)能、儲(chǔ)能和減震，本設(shè)計(jì)運(yùn)用了飛輪的優(yōu)點(diǎn)。為了使飛輪的結(jié)構(gòu)尺寸不至于過(guò)大，本產(chǎn)品把飛輪與大帶輪作為一個(gè)整體來(lái)設(shè)計(jì)，安裝在第一根軸上。
本設(shè)計(jì)基本結(jié)構(gòu)如圖3.2
1.電機(jī) 2.小帶輪
3.大帶輪 4.一軸
5.二軸連軸齒輪 6.三軸
7.曲軸大齒輪
8.機(jī)體 9.二軸
10.三軸連軸齒輪
11.曲軸 12.連桿
13.活動(dòng)刀座 14.活動(dòng)刀片
15.固定刀片
4傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)
4.1 基本傳動(dòng)數(shù)據(jù)計(jì)算
4.1.1分配傳動(dòng)比
電動(dòng)機(jī)功率為4kw，選擇型號(hào)為Y112M-2，其滿載轉(zhuǎn)速為2890r/min。
1）總傳動(dòng)比
2）分配傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)比
上式中分別為帶傳動(dòng)與減速器（三級(jí)齒輪減速）的傳動(dòng)比，為使V帶傳動(dòng)的外廓尺寸不致過(guò)大，同時(shí)使減速器的傳動(dòng)比圓整以便更方便的獲得圓整地齒數(shù)。初步取=1.6，則減速器的傳動(dòng)比為
3）分配減速器的各級(jí)傳動(dòng)比
查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，取=4，=4，則=4。
4.1.2計(jì)算各州的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)
1）各軸的轉(zhuǎn)速
Ⅰ軸
Ⅱ軸
Ⅲ軸
曲軸
2）各軸的輸入功率
查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》表1-7，取帶傳動(dòng)的傳動(dòng)效率=0.96 ，取齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)效率為0.97。則
Ⅰ軸
Ⅱ軸
Ⅲ軸
曲軸
3）各軸的輸入轉(zhuǎn)矩
電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩
Ⅰ軸
Ⅱ軸
Ⅲ軸
曲軸
4.2 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)
4.2.1帶型的選擇
由設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)可知，V帶的傳動(dòng)功率為4kw，小帶輪的轉(zhuǎn)速為2890r/min，大帶輪的轉(zhuǎn)速為1806r/min。
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》可知，工況系數(shù)取 KA=1.5 ，Pc=1.5×4=6kw。根據(jù)以上數(shù)值及小帶輪的轉(zhuǎn)速查相應(yīng)得圖表選取B型V帶。
4.2.2帶輪基準(zhǔn)直徑的確定
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-4a ，取小帶輪的基準(zhǔn)直徑為200mm，則大帶輪的基準(zhǔn)直徑為320mm。
4.2.2帶速的確定
4.2.3中心距、帶長(zhǎng)及包角的確定。
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式8-20知，帶的中心距為
0.7(d1+d2)
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