鋼筋切斷機(jī)設(shè)計計算說明書

鋼筋切斷機(jī)設(shè)計計算說明書姓 名： 學(xué) 號：2班 級：06機(jī)械2班 指導(dǎo)老師 ： 2009年6月目 錄第1章 問題的提出 3第2章 設(shè)計要求與設(shè)計數(shù)據(jù) 42.1 設(shè)計要求 42.2 性能數(shù)據(jù) 42.3 關(guān)鍵問題及創(chuàng)新點(diǎn) 52.4 預(yù)期成果 5第3章 機(jī)構(gòu)選型設(shè)計 63.1 驅(qū)動裝置方案選擇 63.2 傳動方案選擇 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)功率理論計算 114.2 齒輪系參數(shù)設(shè)計 124.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)參數(shù)設(shè)計 12第5章 機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析 135.1各機(jī)構(gòu)運(yùn)動方程 135.2運(yùn)動仿真分析 145.2.1電機(jī)運(yùn)動 145.2.2飛輪運(yùn)動 155.2.3 曲柄運(yùn)動 155.2.4 滑塊運(yùn)動 165.2.5 動刀運(yùn)動 17第6章 機(jī)構(gòu)動力分析 186.1 電機(jī)受力分析 196.2 第一級齒輪分析 196.3 曲柄受力分析 206.4 動刀受力分析 21第7章 飛輪設(shè)計 227.1 飛輪慣量計算分析 227.2 飛輪慣量計算 227.3 飛輪設(shè)計 237.4 飛輪啟動時間分析設(shè)計 23第8章 結(jié)論 24第9章 收獲與體會 25第10章 致謝 25參考文獻(xiàn) 26附錄1 建模過程 27附錄2 文獻(xiàn)綜述 30附錄3 機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖 34第1章 問題的提出目前國內(nèi)建筑工地使用的鋼筋切斷機(jī)雖能完成切斷動作，但其執(zhí)行機(jī)構(gòu)沒有考慮到對切刀運(yùn)動規(guī)律和動力特性的要求，切刀工作過程中產(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，以獲得動態(tài)性能較好的鋼筋切斷機(jī)，使其實(shí)現(xiàn)操作簡便、調(diào)節(jié)方便、落料簡單、生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)和國外鋼筋切斷機(jī)對比同樣可以發(fā)現(xiàn)國內(nèi)鋼筋切斷機(jī)的問題所在國內(nèi)外切斷機(jī)的對比：由于切斷機(jī)技術(shù)含量低、易仿造、利潤不高等原因，所以廠家?guī)资陙砘揪S持現(xiàn)狀，發(fā)展不快，與國外同行相比具體有以下幾方面差距1） 國外切斷機(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，但給用戶帶來麻煩，不易管理．因?yàn)樵谟汕写罅系角行×蠒r，不是換刀墊就是換刀片，有時還需要轉(zhuǎn)換角度2) 國內(nèi)切斷機(jī)刀片設(shè)計不合理，單螺栓固定，刀片厚度夠薄，40型和50型刀片厚度均為17mm；而國外都是雙螺栓固定，25～27mm厚，因此國外刀片在受力及壽命等綜合性能方面都較國內(nèi)優(yōu)良3) 國內(nèi)切斷機(jī)每分鐘切斷次數(shù)少．國內(nèi)一般為28～31次，國外要高出15～20次，最高高出30次，工作效率較高4) 國外機(jī)型一般采用半開式結(jié)構(gòu)，齒輪、軸承用油脂潤滑，曲軸軸徑、連桿瓦、沖切刀座、轉(zhuǎn)體處用手工加稀油潤滑．國內(nèi)機(jī)型結(jié)構(gòu)有全開、全閉、半開半閉3種，潤滑方式有集中稀油潤滑和飛濺潤滑2種。

以往的機(jī)械傳動式鋼筋切斷機(jī)，工作時大都采用電動機(jī)經(jīng)一級二角帶傳動和一級齒輪傳動減速后，帶動曲軸旋轉(zhuǎn)，曲軸推動連桿使滑塊和動刀片在機(jī)座的滑道中作往復(fù)直線運(yùn)動，使活動刀片和固定刀片相錯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次這類鋼筋切斷機(jī)由于采用了一級帶傳動及一級齒輪傳動，運(yùn)動和動力傳到曲柄滑塊機(jī)構(gòu)時，有一個效率降低的過程，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具有一定的精度，制造成本也較高所以有必要對鋼筋切斷機(jī)進(jìn)行重新設(shè)計，以提高其性能第2章 設(shè)計要求與設(shè)計數(shù)據(jù)2.1 設(shè)計要求1) 基本工作要求：用手工將不同規(guī)格的鋼筋按所需長度送至刀口，將其切斷；以后再次送入，作下次截斷2) 運(yùn)動要求（參照圖1-1）： i) 在切斷過程中，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，減少沖擊;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，要有較好的傳動性能。

2.2 性能數(shù)據(jù)擬采用三相異步電機(jī)作動力源，初定電機(jī)轉(zhuǎn)速nd＝2880rpm；所切鋼筋的最大直徑dmax＝40mm，動刀通過的距離H=44mm，其生產(chǎn)率分型號為38次/ 分刀在切斷過程中所受工作阻力P=400kN，其它行程無阻力整個機(jī)器的尺寸范圍為：長寬高≤1600500750mm圖1-1圖1-1 電機(jī)功率可以根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計要求自選，但功率不能大于7kW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2.3關(guān)鍵問題及創(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 要求是個不小的挑戰(zhàn)；2. 本設(shè)計要實(shí)現(xiàn)較高的切削動態(tài)性能，以減少沖擊，即對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的函數(shù)發(fā)生線設(shè)計要求較高；3. 需要實(shí)現(xiàn)多種生產(chǎn)效率，即要求實(shí)現(xiàn)動刀在切削不同型號鋼材是可選擇相應(yīng)的生產(chǎn)效率；4. 改進(jìn)傳動方案并采用回歸式傳動方案這種回歸式傳動方式較展開 式傳動方式結(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，采用回歸式傳動方式使傳動 方案更趨合理改進(jìn)傳動結(jié)構(gòu)，采用角變位齒輪取小齒輪變位且不發(fā)生根切時的最少齒數(shù)進(jìn)行設(shè)計。

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減小了齒輪傳動中心距，同時兩級齒輪中心距要求相等時，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心曲柄連桿機(jī)構(gòu)，設(shè)計簡單，工作可靠，但效率相對也較低圖1-3采用兩級連桿機(jī)構(gòu)，可得到較為理想的運(yùn)動曲線，相應(yīng)的效率會有所提高，設(shè)計參數(shù)增加可以看出此機(jī)構(gòu)在牛頭刨床中采用的比較多，切斷力大，但加工制造會增加，體積也會增大第3章 機(jī)構(gòu)選型設(shè)計3.1驅(qū)動裝置方案選擇3.1.1 液壓驅(qū)動（1）液壓驅(qū)動有作用通過幾乎不可壓縮的油液的壓強(qiáng)來實(shí)現(xiàn)，而壓力的大小又取決于負(fù)載的大??；液壓傳動可以很容易地實(shí)現(xiàn)無級變速；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，后者輸出為直線運(yùn)動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)的控制其簡易控制液壓回路圖如圖3-1圖3-13.1.2 手動驅(qū)動當(dāng)設(shè)計要求為便攜式鋼筋切斷機(jī)時可考慮此方案使用手動驅(qū)動一般會用到液壓和壓力倍增機(jī)構(gòu)，設(shè)計相對復(fù)雜，要求較高在這里暫不予以考慮3.1.3 電機(jī)驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動是較為常用和傳統(tǒng)的驅(qū)動方式，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)計的驅(qū)動要求綜合考慮本設(shè)計的使用功能性能要求以及工況設(shè)計成本，本設(shè)計采用三相異步電機(jī)作為驅(qū)動原機(jī)3.2傳動裝置方案選擇3.2.1 液壓傳動方式 若采用液壓泵作為驅(qū)動裝置，則應(yīng)選擇液壓的傳動方式，本設(shè)計已經(jīng)不予以考慮3.2.2 帶傳動方式帶傳動為撓性傳動，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)時常被采用，特別常在第一級傳動中出現(xiàn)；但由于是靠摩擦來傳遞動力，導(dǎo)致部分能量轉(zhuǎn)化為熱，效率下降盡管如此該傳動方式符合本設(shè)計要求，予以考慮3.2.3 齒輪傳動在機(jī)械傳動中應(yīng)用最廣泛的傳動方式，其傳動準(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)傳動比不是很大，需要多級傳動才能達(dá)到大傳動比的要求。

3.2.4 組合傳動由于機(jī)械運(yùn)動形式、運(yùn)動規(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，形成組合傳動機(jī)構(gòu)綜合以上基本傳動方式，可有以下幾種傳動方案：（1）日前使用的小型鋼筋切斷機(jī)的傳動方式，多采用展開式，如圖3-2所示，其三根傳動軸軸線呈三角形空間平行分布 （2）從傳動方式上進(jìn)行改進(jìn)，采用回歸式傳動方案，如圖3-3所示其三根傳動軸軸線呈平面分布，其中有兩條軸線重合這種回歸式傳動方式較展開式傳動方式結(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，采用回歸式傳動方式使傳動方案更趨合理 (3) 將傳動式傳動增加一級齒輪傳動，適當(dāng)增大傳動比，改善受力情況上述（2）傳動方案對多級傳動結(jié)構(gòu)改善并不明顯，所以依舊采用傳統(tǒng)式運(yùn)動簡圖，如圖3-3所示 圖3-3 傳統(tǒng)三級傳動運(yùn)動結(jié)構(gòu)簡圖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)動轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動，同時保證好的運(yùn)動和動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)簡單，制造成本低，缺點(diǎn)是運(yùn)動軌跡設(shè)計很難達(dá)到設(shè)計要求，從而導(dǎo)致動力特性不是很好。

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)傳動比精確，但在本方案中，亦沒有這方面的要求，且動刀運(yùn)動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)計靈活，可以達(dá)到高精度的運(yùn)動曲線和運(yùn)動特性要求，但設(shè)計也相對復(fù)雜 圖3-5 凸輪機(jī)構(gòu) 本設(shè)計采用方案1，性能可以達(dá)到設(shè)計要求3.4系統(tǒng)控制方案選擇如圖3-3所示，開啟制動通過操縱桿離合器控制，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)(手動取0.5，流水線作業(yè)時取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)(1.1~1.3) ——整機(jī)效率，% 總功A值的理論計算分析： 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(A3≈0.2A)具體計算公式可參考相關(guān)文獻(xiàn)，這里不再敖述。

算得電機(jī)功率4KW，轉(zhuǎn)速2880r/min4.2齒輪傳動機(jī)構(gòu)參數(shù)設(shè)計選擇如圖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 Ⅲ軸齒輪 Z4=22 m=5 齒寬44 Z5=13 m=7 齒寬77 Ⅳ軸齒輪 Z6=48 m=7 齒寬66 總傳動比 （?。?.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)參數(shù)設(shè)計選擇4.3.1 切斷過程中的等效阻力矩，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動模型.見圖3-6圖3-6 執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動模型 R為曲軸的偏心距;O點(diǎn)為刀片運(yùn)動的前死點(diǎn)為活動刀片開始切入時的行程，為最大剪切力出現(xiàn)時的行程;為切斷時的行程4.3.2 活動刀座的受力分析.活動刀座在工作過 圖 3-7 刀座受力簡圖程中，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，記活動刀座質(zhì)量為，運(yùn)動加速度為a二其受力情況見圖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)， 為活動刀座的速度，R為曲柄的長度，為連桿的長度， S為活動刀座從上死點(diǎn)開始 的行程。

經(jīng)計算得綜合后執(zhí)行機(jī)構(gòu)尺寸如下：連桿長度 179mm曲軸偏心距 22 mm選曲軸直徑 70mm第５章 機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析 5.1 各機(jī)構(gòu)運(yùn)動方程5.1.1 齒輪系傳動比方程　　　　 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 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)動方程 式（5-9）5.2 運(yùn)動仿真分析5.2.1電機(jī)運(yùn)動施加的電機(jī)驅(qū)動轉(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)動飛輪角速度圖 5-2 飛輪角速度實(shí)測飛輪轉(zhuǎn)速n=5721.9rad/s=953.65r/min,即為第一級傳動——帶傳動。

在Adams仿真中用連接副模擬實(shí)現(xiàn)帶傳動，設(shè)傳動滑動率為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)在啟動時加速度很大，隨時間推移而變小穩(wěn)定穩(wěn)定時間大約為十秒飛輪角加速度對后面飛輪的設(shè)計有重要參考數(shù)據(jù)，應(yīng)予以重視5.2.3曲柄運(yùn)動曲柄角速度 圖 5-4 曲柄角速度上圖為飛輪級經(jīng)三級齒輪傳動減速后獲得的轉(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，主要差別是經(jīng)過齒輪減速機(jī)角加速度相應(yīng)按傳動比減少5.2.4 滑塊切割頻率 下圖是為了測得準(zhǔn)確切割頻率所做的測試，測試點(diǎn)在動刀滑塊上，測試時間為1min由圖計算分析很容易測得切斷頻率近似為38次/min，符合設(shè)計要求圖 5-6 滑塊頻率5.2.5 動刀運(yùn)動動刀位移圖 5-7 動刀位移 上圖為對動刀滑塊的位移所做的測試，測試點(diǎn)為滑塊，測試時間為2s分析圖形數(shù)據(jù)可知，滑塊的行程為43mm ，滿足設(shè)計要求44mm的行程，但誤差較大還需對曲柄偏心距離進(jìn)一步微調(diào)優(yōu)化。

動刀速度圖 5-8 動刀速度上圖為動刀速度仿真圖，可以看出速度曲線接近正弦函數(shù)，這在設(shè)計預(yù)想之內(nèi)，因?yàn)榍瑝K機(jī)構(gòu)簡單，且對心同是結(jié)構(gòu)的簡單使用導(dǎo)致了切斷刀無急回特性，切斷效率降低動刀加速度圖 5-9 動刀加速度上圖為動刀加速度的仿真圖，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)震動較小，達(dá)到設(shè)計要求第6章 機(jī)構(gòu)動力分析 本章中將對切斷機(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)剪切鋼筋的過程需要給切斷動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)刀退刀兩個過程 本設(shè)計將側(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)計之中，但電機(jī)在切鋼筋的過程中，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)瞬時功率需達(dá)到近400 kW，對電機(jī)沖擊太大，這要求后面通過設(shè)計飛輪來緩沖這類沖擊6.2 第一級齒輪軸受力分析 圖6-3 第一級齒輪軸空載力矩圖 圖6-4第一級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傳動軸受力情況，因?yàn)榈谝患夶X輪轉(zhuǎn)速較高，轉(zhuǎn)矩為周期性動載荷這種受力狀況對機(jī)器工作，壽命都很不利，而且再加上慣性力很大的飛輪后，這種震動更加突出 圖6-5 第四級齒輪軸空載力矩圖 圖6-6第四級齒輪軸切鋼筋力矩圖輪系最后一級，受力狀況很重要，因?yàn)樗氖芰Ω鼜?fù)雜，收到來自切斷鋼筋過程中產(chǎn)生的沖擊也很大空載情況下滿足動力要求，但由圖6-6可分析知，第四級軸受到很大的沖擊載荷這種脈動載荷將加重整機(jī)的震動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，而且還直接承受來自切鋼筋時所帶來的強(qiáng)大沖擊正因?yàn)榇饲B桿要設(shè)計成易拆裝的結(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)計時結(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，但在剪切時同樣會受到很大的沖擊力。

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 動刀受力分析鋼筋切斷機(jī)的動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，擬出鋼筋切斷過程受力曲線，再在ADAMS中擬合出來施加在動刀刀片上在此動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7.1飛輪慣量計算分析切斷機(jī)為正確選擇電機(jī)功率，在傳動系統(tǒng)均設(shè)計了飛輪裝置在沖切刀座不圖7-1工作時電動機(jī)帶動飛輪轉(zhuǎn)動，儲備能量，而在切斷鋼筋瞬時，靠飛輪降速，釋放出所儲存的能量圖7-1中的曲線a為沒有飛輪裝置時所需功率變化曲線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倍計算電機(jī)功率后，即可進(jìn)行飛輪設(shè)計7.2飛輪慣量計算式中 J—飛輪轉(zhuǎn)動慣量， 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飛輪尺寸隨電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的增大而減小，從設(shè)計看，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，對鑄造質(zhì)量及靜平衡要求高，否則會造成飛輪破損與整機(jī)振動②電機(jī)軸至飛輪軸速比i增大，對剪切有利當(dāng)i值增大時，電機(jī)可在較長時間補(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，供給的能量為其總能量的19%；降低20%時，為36%；降低30%時，為51%由此可見，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的當(dāng)量滑動系數(shù)(取0.04)—修正系數(shù)，見表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 根據(jù)計算的飛輪轉(zhuǎn)動慣量I，確定飛輪輪緣、輪輻、輪毅幾何尺寸飛輪設(shè)計計算時輪緣、輪輻、輪毅部分的傳動慣量都應(yīng)作考慮7.4 飛輪啟動時間t飛輪啟動時間長短，取決于從動慣量的大??；啟動時間應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)若時間過長，電機(jī)電流過大，從實(shí)踐得知，啟動電流若大于電機(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)計的運(yùn)動學(xué)和動力學(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，動刀行程44cm，電機(jī)功率在3kW左右，整個機(jī)器的尺寸范圍為：長寬高=1000350600mm。

其次，本設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，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)計擁有GQ40牌鋼筋切斷的優(yōu)點(diǎn)，即設(shè)計合理，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，減少勞動力，提高勞動效率8.2 方案設(shè)計特點(diǎn)本方案設(shè)計思路清晰明了，以使用可靠為準(zhǔn)則，簡化了繁瑣的設(shè)計過程電機(jī)通過V型帶傳給飛輪即齒輪系第一級齒輪系中齒輪模數(shù)均采用國家標(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兾磺S連桿設(shè)計也很常規(guī)化，只要強(qiáng)度足夠高就可設(shè)計整體先分析設(shè)計要求，在進(jìn)行產(chǎn)品初期設(shè)計，建模為減少成本，先用繪圖軟件建模，在進(jìn)行運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析，與設(shè)計原始要求對比，進(jìn)而進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，知道達(dá)到設(shè)計要求為止8.3方案設(shè)計結(jié)果的特點(diǎn)8.3.1結(jié)果優(yōu)點(diǎn)設(shè)計出的機(jī)構(gòu)剪切速度，動刀行程，電機(jī)功率等運(yùn)動學(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)計以低成本為出發(fā)點(diǎn)，所以本設(shè)計壽命可靠性都不是很高，噪聲較大。

采用了對心曲柄連桿機(jī)構(gòu)，剪切過程中有個效率就降低的過程，所以整機(jī)效率較低，這也是本設(shè)計最需改進(jìn)的地方設(shè)計為對齒輪軸靜力分析，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 通過完成這次課程設(shè)計，本人掌握了簡單機(jī)構(gòu)的設(shè)計過程，培養(yǎng)了獨(dú)立設(shè)計能力這個過程中，本人學(xué)會了綜合運(yùn)用機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計及其他先修課程的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識，并使這些知識進(jìn)一步得到鞏固和加深擴(kuò)展在課程設(shè)計實(shí)踐中不斷學(xué)習(xí)，掌握常用零部件，機(jī)械傳動機(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)計能力，分析問題，解決問題的能力及創(chuàng)新能力期間學(xué)到的所有知識，在工作中我想會對自己有很大的幫助鑒于課程設(shè)計的要求，本人期間還學(xué)會ADAMS仿真軟件的開發(fā)流程及簡單產(chǎn)品的建模仿真從中本人感覺到產(chǎn)品設(shè)計中應(yīng)用的軟件決定了設(shè)計過程的進(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，對此我表示由衷的感謝！參考文獻(xiàn)[1]　王良文,李長詩,等.基于VB的鋼筋切斷機(jī)通用動力學(xué)計算模型[J].鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報,2005(8):71-80.[2]　車仁煒,陸念力,王樹春.一種新型鋼筋切斷機(jī)的設(shè)計研究[J].機(jī)械傳動,2004.[3]　劉正華,爾聯(lián)潔,徐春梅.三軸飛行仿真轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)有限元分析[J].機(jī)械設(shè)計與制造,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].計算機(jī)輔助設(shè)計與圖形學(xué)學(xué)報,1997,9(4):378-383.[6]　胡恩球,張新訪.有限元網(wǎng)格生成方法發(fā)展綜述[J].計算機(jī)輔助設(shè)計與圖形學(xué)學(xué)報,1997,9(4):378-383[7]　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)切斷過程分析及最大沖切力的計算[J]建筑機(jī)械, 1995,(11) :23-26[10]　孟進(jìn)禮,衛(wèi)青珍. 對鋼筋切斷機(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 roller 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, 1988,(04).[14] 　程鵬. 小型鋼筋切斷機(jī)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計[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》[M].(蘇)[16] 　R.C.維翰遜.《機(jī)構(gòu)設(shè)計綜合——創(chuàng)造性設(shè)計與最優(yōu)化》[M]. 〔美〕[17] 　洪允楣.《機(jī)構(gòu)設(shè)計的組合與變異方法》[M]. [18]　《FORTRAN算法語言》, 清華大學(xué)出版社.[19]　《平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析（C語言版）》, 機(jī)械原理課程設(shè)計指導(dǎo)書。

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鋼筋切斷機(jī)有機(jī)械傳動和液壓傳動兩種機(jī)械傳動構(gòu)造簡單，工作可靠，維修方便，液壓傳動無噪音，體積小，重量輕，移動方便但液壓傳動結(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)械傳動的鋼筋切斷機(jī)一)機(jī)械傳動鋼筋切斷機(jī) 圖1-1為連桿驅(qū)動式鋼筋切斷機(jī)的外形，其傳動系統(tǒng)如圖1-2所示工作時，電動機(jī)帶動大皮帶輪旋轉(zhuǎn)，再通過兩對齒輪組減速，帶動偏心軸推動連桿，連桿端裝有沖切刀片，沖切刀片在與固定刀片相錯的往復(fù)水平運(yùn)動中切斷鋼筋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，電動機(jī)帶動偏心軸旋轉(zhuǎn)，偏心抽旋轉(zhuǎn)時使高壓油泵中的柱塞作往復(fù)運(yùn)動，將油箱中的液壓油不斷油缸中從而推動活塞，使活動刀片前進(jìn)，當(dāng)活動刀片和固定刀片相錯時，鋼筋即被切斷 國內(nèi)外切斷機(jī)的對比：由于切斷機(jī)技術(shù)含量低、易仿造、利潤不高等原因，所以廠家?guī)资陙砘揪S持現(xiàn)狀，發(fā)展不快，與國外同行相比具體有以下幾方面差距。

1) 國外切斷機(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，但給用戶帶來麻煩，不易管理．因?yàn)樵谟汕写罅系角行×蠒r，不是換刀墊就是換刀片，有時還需要轉(zhuǎn)換角度 國外鋼筋切斷機(jī)2) 國內(nèi)切斷機(jī)刀片設(shè)計不合理，單螺栓固定，刀片厚度夠薄，40型和50型刀片厚度均為17mm；而國外都是雙螺栓固定，25～27mm厚，因此國外刀片在受力及壽命等綜合性能方面都較國內(nèi)優(yōu)良3) 國內(nèi)切斷機(jī)每分鐘切斷次數(shù)少．國內(nèi)一般為28～31次，國外要高出15～20次，最高高出30次，工作效率較高4) 國外機(jī)型一般采用半開式結(jié)構(gòu)，齒輪、軸承用油脂潤滑，曲軸軸徑、連桿瓦、沖切刀座、轉(zhuǎn)體處用手工加稀油潤滑．國內(nèi)機(jī)型結(jié)構(gòu)有全開、全閉、半開半閉3種，潤滑方式有集中稀油潤滑和飛濺潤滑2種目前國內(nèi)建筑工地使用的鋼筋切斷機(jī)雖能完成切斷動作，但其執(zhí)行機(jī)構(gòu)沒有考慮到對切刀運(yùn)動規(guī)律和動力特性的要求，切刀工作過程中產(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，以獲得動態(tài)性能較好的鋼筋切斷機(jī)，使其實(shí)現(xiàn)操作簡便、調(diào)節(jié)方便、落料簡單、生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)。