鋼筋切斷機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)

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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) 4 2.1 設(shè)計(jì)要求 4 2.2 性能數(shù)據(jù) 4 2.3 關(guān)鍵問(wèn)題及創(chuàng)新點(diǎn) 5 2.4 預(yù)期成果 5 第3章 機(jī)構(gòu)選型設(shè)計(jì) 6 3.1 驅(qū)動(dòng)裝置方案選擇 6 3.2 傳動(dòng)方案選擇 7 3.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案選擇 9 3.4 系統(tǒng)控制方案選擇 10 第4章 機(jī)構(gòu)尺度綜合 10 4.1

2、電機(jī)功率理論計(jì)算 11 4.2 齒輪系參數(shù)設(shè)計(jì) 12 4.3 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 13 5.1各機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方程 13 5.2運(yùn)動(dòng)仿真分析 14 5.2.1電機(jī)運(yùn)動(dòng) 14 5.2.2飛輪運(yùn)動(dòng) 15 5.2.3 曲柄運(yùn)動(dòng) 15 5.2.4 滑塊運(yùn)動(dòng) 16 5.2.5 動(dòng)刀運(yùn)動(dòng) 17 第6章 機(jī)構(gòu)動(dòng)力分析 18 6.1 電機(jī)受力分析 19 6.2 第一級(jí)齒輪分析 19 6.3 曲柄受力分析 20 6.4 動(dòng)刀受力分析 21 第7章 飛輪設(shè)計(jì) 22 7.1 飛輪慣量計(jì)算分析 22 7.2 飛輪慣量計(jì)算 22 7.3 飛輪設(shè)計(jì) 23

3、7.4 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。

4、 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。 3) 國(guó)內(nèi)切斷機(jī)每分鐘切斷次數(shù)少．

5、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。 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。這種形式的鋼筋切斷機(jī)卞要有GJS- 40和QJ40- 1型兩種類型，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

6、以下的鋼筋，每分鐘切斷12次。這類鋼筋切斷機(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? 2) 運(yùn)動(dòng)要求（參照?qǐng)D1-1）： i) 在切斷過(guò)程中，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

7、) 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nd＝2880rpm；所切鋼筋的最大直徑dmax＝40mm，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7kW。此產(chǎn)品將在灰

8、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

9、更趨合理。 改進(jìn)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，采用角變位齒輪。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

10、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)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??；液壓傳動(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、

11、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3-1 3.1.2 手動(dòng)驅(qū)動(dòng) 當(dāng)設(shè)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

12、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，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

13、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，

14、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)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-

15、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，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:

16、 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，kW K——安全系數(shù)(1.1~1.3) ——整機(jī)效率，% 總功A值的理論計(jì)算分析： 式（4-3）

17、 ——剪切功，J ——曲柄滑塊摩擦損耗功，J —離合器所消耗之功(A3≈0.2A) 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)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 =75mm I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 Ⅲ軸齒輪 Z4=22 m=5 齒寬44 Z5=

18、13 m=7 齒寬77 Ⅳ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 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，

19、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：

20、 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

21、的長(zhǎng)度， S為活動(dòng)刀座從上死點(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５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） 5.1.2 曲柄滑塊位移方程 式（５-2） 式（５-3） 5.1.3 曲柄滑塊速度方程

22、 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

23、 圖 5-2 飛輪角速度 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

24、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

25、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。

26、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

27、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

28、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

29、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

30、置。在沖切刀座不 圖7-1 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)，% ①飛輪尺寸隨

31、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)量及靜平衡要求高，否則會(huì)造成飛輪破損與整機(jī)振動(dòng)。 ②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。 ③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

32、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。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?。粏?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

33、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：Φ6-Φ40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

34、 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?。曲軸連桿設(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)

35、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)，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)

36、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)該多接觸專業(yè)軟件并且達(dá)到能夠充分了解，觸類旁通。 第10章 致謝 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)

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41、s.McGraw-Hill Companies Inc,1998. 附錄1 建模過(guò)程 建模用ADAMS，過(guò)程如下： 新建文件，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)體建模總圖 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)

42、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6—40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-

43、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5—9所示，工作時(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)

44、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

45、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。 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28～31次，國(guó)外要高出15～20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