卧式钢筋切断机设计——毕业设计

卧式钢筋切断机设计摘 要此次课题设计主要是建筑上广泛使用的卧式钢筋切断机，它主要的工作原理是：应用电动机经一级三角带传动，二级齿轮传动减速后,带动曲轴旋转,曲轴推动连杆使滑块以及动刀片在切断机机座的滑道中作往复直线运动,因此使活动刀片和固定刀片相错而切断钢筋。与此同时应根据电机的工作环境选择电动机类型，采用卧式安装方式，防护式电机，鼠笼式三相异步电动机。选择三级减速，先是一级带减速，再采用两级齿轮减速。一级带传动具有缓冲、吸振、运行平稳、噪声小、合过载保护等优点，并安装张紧轮。两级齿轮减速的主要优点是齿轮传动可用来传递空间任意两轴间的动力和运动，并且具有功率范围大，传动比准确，传动效率高，使用寿命长，工作安全可靠等一系列特点。动力由电动机输出,通过减速系统传动,把动力输入到执行机构。由于传动系统作 的是回转运动,而钢筋切断机的执行机构需要的直线往复运动,为了实现这种转换,可以采用曲柄滑块机构,盘行凸轮移动滚子从动件机构,齿轮齿条机构。本课题采用曲柄滑块机构作为本机械的执行机构。关键词：建筑 切断 齿轮 钢筋 曲柄滑 Abstract The article introduces a kind of architectural lie type steel cutting machines. Its operating principles are: It use electric motors level triangle belt transmission and secondary gear transmission to slowdown. Then, it drives the crank rotate, The crank connected to slide block and moving blades in the slippery way make the back and forth straight line sport, makes the moving blades and the fixed blade shear and cut steel. According to the working environment choice the type of electric motors, using horizontal installation, protection of the electrical, squirrel-cage three-phase asynchronous motor. Option three slowdown,first level belt slowdown, followed by the secondary gear deceleration. First level with the introduction of automated, because it has a buffer, absorb shock and operate smoothly, small noise, and can protect the over loading. Then introduce a secondary gear deceleration slowdown, because gear transmission can be used to transmit arbitrary space between the two axis movement and momentum, and the scope of power, transmission efficient transmission accurately, long using life, such as safe and reliable character. Power output by electric motors through slow down transmission system to import power to the executive body. As the system make rotation movement, The steel cutting machine needs the back and forth straight line sport ,in order to achieve this transformation, we can use c slider-crank institutions or gear and rack. I decided to consider realistic conditions using slider-crank as the executing machinery.Key words ：cutting architectural reinforcing steel dar gear slider-crank 目 录中文摘要.1英文摘要.2引言.3 1.1 概述.1 1.2 题目的选取.1 1.3 钢筋切断机的原理.1第2章 电机选择.22.1 切断钢筋需用力计算.22.2 功率计算.3第3章 传动结构设计.53.1 基本传动数据计算.5 3.1.1分配传动比.5 3.1.2 计算机构各轴的运动及动力参数. 53.2 带传动设计.6 3.2.1带型的确定.6 3.2.2带轮基准直径.6 3.2.3带速的确定.6 3.2.4中心距、带长及包角的确定.6 3.2.5确定带的根数.7 3.2.6张紧力. 7 3.2.7作用在轴上的载荷.7 3.2.8带轮结构与尺寸见零件图.73.3 齿轮传动设计.8 3.3第一级齿轮传动设计.8 3.3.第二级齿轮传动设计.123.4 轴的校核.15 3.4.一轴的校核.15 3.4.三轴的校核.193.5 平键的校核.223.6 轴承的校核.23 3.6.初选轴承型号.23 3.6.寿命计算.24第4章 总结.27参考文献.28致谢.29引言11 概述钢筋切断机是钢筋在加工的过程中必不可少的设备，它主要用于房屋建筑、桥梁、隧道、电站、大型水利等工程中对钢筋的定长切断。钢筋切断机与其他切断设备相比，主要具有重量轻、耗能少、工作可靠、效率高等特点，因此近年来逐步被机械加工和小型轧钢厂等广泛采用，在国民经济建设的各个领域发挥了重要的作用。国内外切断机的对比：由于切断机技术含量低、易仿造、利润不高等原因，所以厂家几十年来基本维持现状，发展不快，与国外同行相比具体有以下几方面差距。全球经济建设的快速发展为建筑行业，特别是为建筑机械的发展提供了一个广阔的发展空间，为广大生产企业提供一个展示自己的舞台。面对竞争日益激烈的我国建筑机械市场，加强企业的经营管理，加大科技投入，重视新技术、新产品的研究开发，提高产品质量和产品售后服务水平，积极、主动走向市场，使企业的产品不断地满足用户的需求，尽快缩短与国外先进企业的差距，无疑是我国钢筋切断机生产企业生存与发展的必由之路。12 选题本次毕业设计的任务是卧式钢筋切断机的设计。要求所要切断钢筋的最大直径15mm，切断速度为16次/分。在本次毕业论文设计中通过计算和考虑实际情况来选择合适的结构及参数，从而达到设计要求，同时尽可能的降低设计成本，从而达到一个综合运用所学专业知识的过程。毕业设计是对三年大学所学知识的一个总结和综合运用，也是走上工作岗位前的一次模拟训练。13 卧式钢筋切断机的工作原理工作原理：采用电动机经一级三角带传动,二级齿轮传动减速,带动曲轴旋转,曲轴推动连杆使滑块和动刀片在机座的滑道中作往复直线运动,使活动刀片和固定刀片相错而切断钢筋。而按照钢筋切断机的剪切方式有大致可以分为二种形式：旋转式剪切，下移式剪切，现在对它们的工作原理进行分别介绍。如图采用的是旋转式钢筋切断机剪切的工作原理,通常的情况下,该切断机的系统结构是由牵引轮.定长开关.电磁铁.剪切装置.和承料架组成。在钢筋通过俩切断齿轮中间的缝隙时进入承料架并触动定长开关时，这样电磁铁就带动离合器飞轮轴与主动齿轮轴相连接，主动齿轮旋转一周，切断齿轮将旋转三分之一周，与此同时切断钢筋。不足之处：此类钢筋切断机采用的是牙嵌离合器进行联接，受工作原理的限制，速度不能过大。所以就导致钢筋前进的速度不能太大。又由于切断齿轮转动惯量比较大容易造成连切得现象。下切实剪切系统的形式比较多，按照刀具的驱动形式答题可以分为：摆动式，锤击式，液压式。目前国内使用的均为锤击式。其工作原理为电机转动带动曲轴转动,进而捶头在曲轴的作用下将做不停的高速上下运动.当钢筋前进到预算的长度时,钢筋触动到与倒台相连定齿板,其将前移.当刀台移到锤头时,锤头将击打刀架,所以切刀将钢筋切断。切断的钢筋将落入承料架内。该钢筋切断机的剪切机构和定尺装置直接联系且无中间环节.所以此切割的精度就比较高，又该装置无离合器因此钢筋的前进的速度较高。但在使用的过程中如果调整的不合适，将造成钢筋的连切现象。第2章 电机选择 传动方案简述：选择三级减速，先是一级带减速，再两级齿轮减速。首先采用一级带传动，因为它具有缓冲、吸振、运行平稳、噪声小、和过载保护等优点，并安装张紧轮。然后采用两级齿轮减速，因为齿轮传动可用来传递空间任意两轴间的运动和动力，并具有功率范围大，传动效率高，传动比准确，使用寿命长，工作安全可靠等特点。动力由电动机输出,通过减速系统传动,把动力输入到执行机构。由于传动系统作的是回转运动,而钢筋切断机的执行机构需要的直线往复运动,为了实现这种转换,可以采用曲柄滑块机构,盘行凸轮移动滚子从动件机构,齿轮齿条机构。考虑现实条件，我决定采用曲柄滑块机构作为本机械的执行机构。2.1切断钢筋需用力计算为了保证钢筋能够被完全剪断，需要加剪切应力应超过材料本身的许应剪应力。即切断钢筋的条件为： 查资料可知钢筋的许用剪应力为：143.5 MPa，取最大值144MPa。又由于本切断机切断的最大刚筋粗度为：mm。那么该机器的最小切断力为：取切断机的切断力Q=21900N。2.2 功率计算刀的速度小于曲轴处的线速度。则切断处的功率P：W 查表可知在传动过程中，带传动的效率为= 0.940.97； 二级齿轮减速器的效率为= 0.960.99； 滚动轴承的传动效率为= 0.940.98； 连杆传动的效率为= 0.810.88；滑动轴承的效率为由以上可知总的传动效率为:= 0.940.960.980.81=0.72由此可知所选电机功率最小应为 kw查手册并根据电机的工作环境和性质选取电机为：Y系列封闭式三相异步电动机，代号为Y112M-6，输出功率为2.2kw，输出速度为960 r/min。第3章 传动结构设计3.1 基本传动数据计算3.1.1 减速器的分配传动比电动机型号为Y，满载转速为960 r/min。(1) 总传动比 (2) 分配传动装置的传动比 上式中i0、i1分别为带传动与减速器（两级齿轮减速）的传动比，为使V带传动的外廓尺寸不致过大，同时使减速器的传动比圆整以便的获得圆整的齿数。初步取i0 =2，则减速器的传动比为 3226401=iii(3) 分配减速器的各级传动比按展开式布置，查阅有关标准，取 i11=6.4，则i22=5。（注以下用i1代替i11，i2代替i22）3.1.2 计算机构各轴的运动及动力参数 各轴的转速 轴 轴 轴 各轴的输入功率 轴 轴 轴 各轴的输入转矩 电动机输出转矩 = 轴 mN15.4194.0289.210101=iTTd 轴 轴 3.2 带传动设计3.2.1 带型的确定由设计可知：V带传动的功率为2.2kw，小带轮的转速为960r/min，大带轮的转速为480r/min。查表可知 工况系数取 KA=1.5 ，Pc=1.52.2=3.3kw。根据以上数值及小带轮的转速查相应得图表选取A型V带。3.2.2 带轮基准直径查阅相关手册选取小带轮基准直径为d1=100mm，则大带轮基准直径为d2=2100=200mm3.2.3 带速的确定3.2.4 中心矩、带长及包角的确定。由式 0.7(d1+d2)<a0<2(d1+d2) 可知： 0.7(100+200)<a0<2(100+200) 得 210a0600 初步确定中心矩为 a0=400 根据相关公式初步计算带的基准长度： 查表选取带的长度为1250mm计算实际中心矩： 取386mm验算小带轮包角： 3.2.5 确定带的根数 查表知 p1=0.97 p1=0.11 ka=0.965 kl=0.93 则 取Z=43.2.6 张紧力 查表 q=0.10kg/m 3.2.7 作用在轴上的载荷 3.2.8 带轮结构与尺寸图3-2 带轮的结构与尺寸图3.3 齿轮传动设计3.3.1 第一级齿轮传动设计(1) 选材料、确定初步参数 选材料 小齿轮：40Cr钢调制，平均取齿面硬度为260HBS 大齿轮：45钢调制，平均取齿面硬度为260HBS 初选齿数 取小齿轮的齿数为20，则大齿轮的齿数为206.4=128齿数比即为传动比 选择尺宽系数d和传动精度等级情况，参照相关手册并根据以前学过的知识选取 d=0.6初估小齿轮直径d1=60mm，则小齿轮的尺宽为b=d d1=0.660=36mm 齿轮圆周速度为： 参照手册选精度等级为9级。计算小齿轮转矩T1确定重合度系数Z、Y：由公式可知重合度为则由手册中相应公式可知：确定载荷系数 KH 、KF确定使用系数 KA：查阅手册选取使用系数为KA=1.85确定动载系数Kv：查阅手册选取动载系数Kv=1.10确定齿间载荷分布系数KHa、KFa：则 载荷系数KH、KF 的确定，由公式可知（2）齿面疲劳强度计算确定许用应力H 总工作时间th，假设该切断机的寿命为10年，每年工作300天，每天工作8个小时，则： 应力循环次数 N1、N2 寿命系数 Zn1、Zn2 ，查阅相关手册选取Zn1=1.0、Zn2=1.15 接触疲劳极限取：hlim1=720MPa、hlim2=580MPa安全系数取：Sh=1.0 许用应力 h1、h2 弹性系数ZE 查阅机械设计手册可选取 节点区域系数ZH查阅机械设计手册可选取ZH=2.5 求所需小齿轮直径d1 与初估大小基本相符。 确定中心距，模数等几何参数 中心距a： 圆整中心矩取222mm 模数m：由中心矩a及初选齿数Z1 、Z2得： 分度圆直径d1,d2 确定尺宽：取大齿轮尺宽为 b1=600.6=36mm 小齿轮尺宽取 b2=40mm 抗弯疲劳强度验算 求许用弯曲应力 F应力循环次数NF1、NF2 寿命系数Yn1、Yn2 ，查阅相关手册选取Yn1=1、Yn2=1 极限应力取：Flim1=290MPa、Flim2=220MPa 尺寸系数Yx：查阅机械设计手册选，取Yx=1.5 安全系数SF：参照表9-13，取SF=1.5 需用应力F1 、F2 由式（9-20），许用弯曲应力 齿形系数YFa1、YFa2 由图9-19，取 YFa1=2.56 YFa2=2.15应力修正系数Ysa1、Ysa2 由图9-20，取 Ysa1=1.62 Ysa2=1.82校核齿根抗弯疲劳强度 由式（9-17），齿根弯曲应力 3.3.2 第二级齿轮传动设计 选材料、确定其初步参数 选材料 小齿轮：40Cr钢调制，平均取齿面硬度为260HBS 大齿轮：45钢调制，平均取齿面硬度为260HBS 初选齿数 取小齿轮的齿数为28，则大齿轮的齿数为285=140 齿数比即为传动比 选择尺宽系数d和传动精度等级情况，参照相关手册并根据以前学过的知识选取 d=2/3初估小齿轮直径d1=84mm，则小齿轮的尺宽为b=d d1=2/384=56mm齿轮圆周速度为： 参照手册选精度等级为9级。 计算小齿轮转矩T1 确定重合度系数Z、Y：由公式可知重合度为则由手册中相应公式可知： 确定载荷系数 KH 、KF确定使用系数 KA：查阅手册选取使用系数为KA=1.85确定动载系数Kv：查阅手册选取动载系数Kv=1.0确定齿间载荷分布系数KHa、KFa：则 载荷系数KH、KF 的确定，由公式可知 齿面疲劳强度计算 确定许用应力H 总工作时间th，假设该弯曲机的寿命为10年，每年工作300天，每天工作8个小时，则： 应力循环次数 N1、N2寿命系数 Zn1、Zn2 ，查阅相关手册选取Zn1=1.33、Zn2=1.48接触疲劳极限取：hlim1=760MPa、hlim2=760MPa安全系数取：Sh=1许用应力 h1、h2 弹性系数ZE 查阅机械设计手册可选取节点区域系数ZH查阅机械设计手册可选取ZH=2.5求所需小齿轮直径d1 与初估大小基本相符。确定中心距，模数等几何参数 中心距a： 圆整中心矩取252mm 模数m：由中心矩a及初选齿数Z1 、Z2得： 分度圆直径d1,d2 确定尺宽：取大齿轮尺宽为 b1=842/3=56mm 小齿轮尺宽取 b2=60mm 齿根抗弯疲劳强度验算 求许用弯曲应力 F 应力循环次数NF1、NF2 寿命系数Yn1、Yn2 ，查阅相关手册选取Yn1=1、Yn2=1 极限应力取：Flim1=290MPa、Flim2=230MPa 尺寸系数Yx：查阅机械设计手册选，取Yx=1.5 安全系数SF：参照表9-13，取SF=1.5 需用应力F1 、F2 由式（9-20），许用弯曲应力 齿形系数YFa1、YFa2 由图9-19，取 应力修正系数Ysa1、Ysa2 由图9-20，取 Ysa1=1.62 Ysa2=1.82校核齿根抗弯疲劳强度 由式（9-17），齿根弯曲应力 3.4 轴的校核3.4.1 一轴的校核 轴直径的设计式 按当量弯矩法校核轴的强度设计轴系结构，确定轴的受力简图、弯矩图、合成弯矩图、转矩图和当量弯矩图。图3-1 轴的受力转矩、弯矩图求作用在轴上的力如表3-1，作图如图3-1c 表3-1 作用在轴上的力垂直面（Fv）水平面（Fh）轴承1F2=12NF4=891N齿轮 2=N轴承3F1=476NF3=1570N带轮41056N 求作用在轴上的弯矩如表3-2，作出弯矩图如图3-2d、3-2e表3-2 作用在轴上的弯矩垂直面（Mv）水平面（Mh）截面N.mm合成弯矩截面合成弯矩作出转弯矩图如图3-2f作出当量弯矩图如图3-2g，并确定可能的危险截面、如图3-2a。并算出危险截面的弯矩如表3-3。表3-3截面的弯矩截面截面确定许用应力已知轴材料为45钢调质，查表得=650MPa。用插入法查表得=102.5MPa，=60MPa。校核轴径如表3-4表3-4 验算轴径截面截面结论：按当量弯矩法校核，轴的强度足够。 轴的刚度计算53088832I42p2=dp所以轴的刚度足够3.4.2 三轴的校核 轴直径的设计式 按当量弯矩法校核轴的强度设计轴系结构，确定轴的受力简图、弯矩图、合成弯矩图、转矩图和当量弯矩图。 轴的受力简图如图3-3a图3-3 轴的受力弯矩转矩图1） 求作用在轴上的力如表3-5，并作图如图3-3c表3-5 作用在轴上的力垂直面（Fv）水平面（Fh）轴承1F3=1627NF1=8362N齿轮 =2381N轴承2F4=754NF3=12619N曲轴21848N计算出弯矩如表3-6，并作图如图3-3d表3-6 轴上的弯矩垂直面（Mv）水平面（Mh）截面N.mm合成弯矩截面合成弯矩作出转弯矩图如图3-3f作出当量弯矩图如图3-3g，并确定可能的危险截面、和的弯矩如表7表3-7危险截面的弯矩截面截面确定许用应力已知轴材料为45钢调质，查表得=650MPa。用插入法查表得=102.5MPa，=60MPa校核轴径如表3-8表3-8 校核轴径截面截面结论：按当量弯矩法校核，轴的强度足够。 轴的刚度计算所以轴的刚度足够3.5 键的校核3.5.1. 平键的强度校核 键的选择 键的类型应根据键联接的结构使用要求和工作状况来选择。选择时应考虑传递转拒的大小，联接的对中性要求，是否要求轴向固定，联接于轴上的零件是否需要沿轴滑动及滑动距离长短，以及键在轴上的位置等。键的主要尺寸为其横截面尺寸(键宽b 键高h)与长度L。键的横截面尺寸bh 依轴的直径d由标准中选取。键的长度L一般可按轮毂的长度选定，即键长略短于轮毂长度，并应符合标准规定的长度系列。故根据以上所提出的以及该机工作时的要求，故选用A型普通平键。由设计手册查得：键宽 b=16mm 键高 h=10mm 键长 L=30mm 验算挤压强度.平键联接的失效形式有：对普通平键联接而言，其失效形式为键，轴，轮毂三者中较弱的工作表面被压溃。工程设计中，假定压力沿键长和键高均匀分布，可按平均挤压应力进行挤压强度或耐磨性的条件计算，即：静联接 式中 传递的转矩 轴的直径 键与轮毂的接触高度(mm)，一般取 键的接触长度(mm).圆头平键 许用挤压应力) 键的工作长度 挤压面高度 转矩 许用挤压应力，查表， 则 挤压应力 所以 此键是安全的。附：键的材料：因为压溃和磨损是键联接的主要失效形式，所以键的材料要求有足够的硬度。国家标准规定，键用抗拉强度不低于的钢制造，如 45钢 Q275 等。3.6 轴承的校核 滚动轴承是又专业工厂生产的标准件。滚动轴承的类型、尺寸和公差等级均已制订有国家标准，在机械设计中只需根据工作条件选择合适的轴承类型、尺寸和公差等级等，并进行轴承的组合结构设计。3.6.1 初选轴承型号 试选10000K轴承，查GB281-1994，查得10000K轴承的性能参数为： C=14617N Co=162850N (脂润滑)3.6.2切断机寿命计算 第一步计算轴承内部轴向力. 首先查表得10000K轴承的内部轴向力可知: 则： 计算外加轴向载荷 计算轴承的轴向载荷 因为 故 轴承1 轴承2 当量动载荷计算 由式 查表得： 的界限值 查表知 故 故 则： 式中. (轻度冲击的运转)由于 ，且轴承1、2采用型号、尺寸相同的轴承，谷只对轴承2进行寿命计算。 计算轴承寿命 极限转速计算 由式 查得：载荷系数 载荷分布系数 故 计算结果表明，选用的10000K型圆柱孔调心轴承能满足要求。总 结此次毕业论文设计的是一种结构比较简明但却实用的钢筋切断装置，该装置的特点是节省空间，价格低廉,维修方便。该切断机所采用的主要原理是电动机经一级带传动和二级齿轮传动减速后,带动曲轴旋转曲轴推动连杆从而使滑块和动刀片在机座的滑道中作往复直线运动,这样就使活动刀片和固定刀片相错而切断钢筋。并且在设计的过程中用型钢焊接了钢架使其结构尽可能的简单。在本次毕业论文设计中，我尽可能的采用通用部件，从而使设计周期缩短成本降低。设计过程中，我主要考虑了机器的性能和经济性，在完全保证其完成工作要求的前提下，尽可能的提高其性价比。设计中难免将会会出现一些漏洞或不足之处，如一些结构的设计以及标准件的选用或者一些经济性上的构思可能有欠妥当，从而造成一些不必要的经济上的浪费，在此敬请各位老师给予批评和指正。通过这次设计，使我整体的能力有所提高,对专业知识有了更高的了解,也为我以后的工作打下了坚实的基础。参 考 文 献1 徐灏机械设计手册（2、3、4）清华大学机械工业出版社，19912 李庆华.压力机去皱的可靠性分析.南京，东南大学出版社，19903 高蕊.钢筋切断机切断过程分析及最大冲切力计算.建筑机械，1995第2期4 何德誉.曲柄压力机.北京，清华大学出版社，19875 王亮.压力机的控制及其应用，1997年第4期6 宜亚丽.钢筋切断机剪切机构研究分析，2004年第10期7 梁崇高.平面连杆机构的计算设计.北京，高等教育出版社，19938 张祥林.带式制动器优化设计.北京，清华大学出版社，1987致 谢毕业设计是大学学习的最后一站，它与以往的课程设计不同。课程设计主要是针对某一门课程或几门课程进行的综合练习，而毕业设计是综合性的，它反映了学生对所学各门专业知识运用能力。通过毕业设计的锻炼，使我们运用专业知识的能力得到了进一步提高，知识得到了巩固，使我们对设备的整体设计思想有了更进一步的认识，通过对卧式钢筋切断机的设计，我们运用了各门专业课程，再一次夯实了我们的知识。本次毕业设计是在陈平老师的悉心指导下完成的，对此我表示衷心的感谢。由于我水平有限，设计中难免有不足，欢迎各位老师指正批评。31