卧式钢筋切断机设计

毕业设计（论文）任务书2015 届 机械工程及自动化 专业题 目： 卧式钢筋切断机的设计 子 题：学生姓名： 班级学号：指导教师： 职 称：所在系（教研室）： 机电与信息工程系下达日期：2014年7月4日 完成日期：2015年6月12日 摘 要 在全球经济发展的大环境之下，我国各个行业在受到其他国家先进技术冲击的同时，与国外品牌企业的沟通交流的机会也变的越来越多。卧式钢筋切断机行业通过行业展会、科研合作等多种途径，不断的提高了自身实力和核心竞争力，缩小与发达国家之间的差距。在新的市场需求的驱动下，卧式钢筋切断机的更新和优化升级更加迫切。国内卧式钢筋切断机设备生产企业充分挖掘市场潜力，大力发展大型经济高效型的卧式钢筋切断机械设备，在人工切断过渡到机械设备自动切断钢筋的演变中发挥着积极作用。 一般生产大型卧式钢筋切断机设备的企业对设备安全指数上都有严格的要求。各企业在生产设备时，都充分考虑到设备在运行中可能会出现的种种问题，从而减少设备因为振动或者操作不当而引起的噪音大、污染重等现象。国内卧式钢筋切断机设备的研发及制造要与全球号召的高效经济、安全稳定主题保持一致。加大卧式钢筋切断机设备新型节能、高效卧式钢筋切断机的研发及生产是行业发展的大趋势，同时也迎合了国内基础建设发展的需求。卧式钢筋切断机的发展与人类社会的进步和科学技术的水平密切相关。随着科学技术的发展，各学科间相互渗透，各行业间相互交流，广泛使用新结构、新材料、新工艺，目前卧式钢筋切断机正向着大型、高效、可靠、节能、降耗和自动化方向发展。本次设计的钢筋切断机切断钢筋直径为32mm，抗拉强度335Mpa，两刀刃的最大开口距37mm；最小开口距5mm，每分钟切断15次，结构简单，操作方便，性能稳定；随着科技的发展,钢筋切断机设备在性能，成本，工艺上面将会有更进一步的提高。关键词：机械工业；卧式钢筋切断机；切断；高效AbstractWith development of all kind of science technology and global economy, Pneumatic manipulator is a automated devices that can mimic the human hand and arm movements to do something，aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety.Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors.The pneumatic part of the design is primarily to choose the right valves and design a reasonable pneumatic control loop, by controlling and regulating pressure, flow atcompressedneceengththdirectionprocedurework.Theinvertedpendulumisatypicalhighordersystem,withmultivariable,non-linear, strong-coupling,fleetandabsolutelyinstable.Itisrepresentativeasanidealmodeltoprovenewcontroltheoryandtechniques.Duringthecontrolprocess,pendulumcaneffectivelyreflectmanykeyproblemssuchasequanimity,robust,follow-upandtrack,therefore.Thispaperstudiesacontrolmethodofdoubleinvertedpendulum.Firstofall,themathematicalmodelofthedoubleinvertedpendulumisestablished,thenmakeacontroldesigntodoubleinvertedpendulumonthemathematicalmodel,anddeterminethesystemperformanceindexweightmatrix,byusinggeneticalgorithminordertoattainthesystemstatefeedbackcontrolmatrix.Finally,thesimulationofthesystemismadeby.Afterseveraltestmatrixvaluetheresultsarenotsatisfactoryresponse,thenweoptimizematrixbyusingGeneticAlgorithm.Simulationresultsshow.Thesystemresponsecanmeetthedesignrequirements32 afterGeneticAlgorithm335Mpa.Small twisted paper 37 machine for ordinary home, not only can be used for 5 meat, can also be used with crushed 15 meter, crushed ice, spices and otherfood, small power requirements, powered by the motor drive, reasonable structuredesign.Key word: pneumatic manipulator； cylinder； pneumatic loop； Fout degrees of freedom.目 录摘要2Abstract3第一章 绪论4 1.1 课题的来源与研究的目的和意义5 1.2 卧式钢筋切断机的发展现状6第二章 卧式钢筋切断机总体结构的设计72.1 卧式钢筋切断机的总体方案图8 2.2 卧式钢筋切断机的工作原理9 2.3 机械传动部分的设计计算10 2.3.1电机的选型计算11 2.3.2V带传动的设计计算11 2.3.3齿轮传动的设计计算12 2.3.4轴承的选择13第三章 各主要零部件强度的校核153.1偏心轴强度的校核计算16 3.2齿轮强度的校核计算17 3.3轴承强度的校核计算17第四章 卧式钢筋切断机中主要零件的三维建模20 4.1电机的三维建模22 4.2偏心轴的三维建模22 4.3 V带轮的三维建模23 4.4连杆的三维建模25 4.5 动刀刃的三维建模23 4.6 卧式钢筋切断机的三维建模25第五章 三维软件设计总结28第六章 卧式钢筋切断机中重要零件的有限元应力应变分析28结论30致谢31参考文献32第一章绪论1.1课题的来源与研究的目的和意义 机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械装备，机械工业所提供装备的性能、质量和成本，对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的和直接的影响。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。机械工程的服务领域广阔而多面，凡是使用机械、工具，以至能源和材料生产的部门，都需要机械工程的服务。概括说来，现代机械工程有五大服务领域：研制和提供能量转换机械、研制和提供用以生产各种产品的机械、研制和提供从事各种服务的机械、研制和提供家庭和个人生活中应用的机械、研制和提供各种机械武器。不论服务于哪一领域，机械工程的工作内容基本相同，主要有：建立和发展机械工程的工程理论基础。例如，研究力和运动的工程力学和流体力学；研究金属和非金属材料的性能，及其应用的工程材料学；研究热能的产生、传导和转换的热力学；研究各类有独立功能的机械元件的工作原理、结构、设计和计算的机械原理和机械零件学；研究金属和非金属的成形和切削加工的金属工艺学和非金属工艺学等等。 研究、设计和发展新的机械产品，不断改进现有机械产品和生产新一代机械产品，以适应当前和将来的需要。机械产品的生产，包括：生产设施的规划和实现；生产计划的制订和生产调度；编制和贯彻制造工艺；设计和制造工具、模具；确定劳动定额和材料定额；组织加工、装配、试车和包装发运；对产品质量进行有效的控制。机械制造企业的经营和管理。机械一般是由许多各有独特的成形、加工过程的精密零件组装而成的复杂的制品。生产批量有单件和小批，也有中批、大批，直至大量生产。销售对象遍及全部产业和个人、家庭。而且销售量在社会经济状况的影响下，可能出现很大的波动。因此，机械制造企业的管理和经营特别复杂，企业的生产管理、规划和经营等的研究也多是肇始于机械工业。 机械产品的应用。这方面包括选择、订购、验收、安装、调整、操作、维护、修理和改造各产业所使用的机械和成套机械装备，以保证机械产品在长期使用中的可靠性和经济性。机械产品的应用。这方面包括选择、订购、验收、安装、调整、操作、维护、修理和改造各产业所使用的机械和成套机械装备，以保证机械产品在长期使用中的可靠性和经济性。研究机械产品在制造过程中，尤其是在使用中所产生的环境污染，和自然资源过度耗费方面的问题，及其处理措施。这是现代机械工程的一项特别重要的任务，而且其重要性与日俱增。机械的种类繁多，可以按几个不同方面分为各种类别，如：按功能可分为动力机械、物料搬运机械、粉碎机械等；按服务的产业可分为农业机械、矿山机械、纺织机械等；按工作原理可分为热力机械、流体机械、仿生机械等。另外，机械在其研究、开发、设计、制造、运用等过程中都要经过几个工作性质不同的阶段。按这些不同阶段，机械工程又可划分为互相衔接、互相配合的几个分支系统，如机械科研、机械设计、机械制造、机械运用和维修等。 这些按不同方面分成的多种分支学科系统互相交叉，互相重叠，从而使机械工程可能分化成上百个分支学科。例如，按功能分的动力机械，它与按工作原理分的热力机械、流体机械、透平机械、往复机械、蒸汽动力机械、核动力装置、内燃机、燃气轮机，以及与按行业分的中心电站设备、工业动力装置、铁路机车、船舶轮机工程、汽车工程等都有复杂的交叉和重叠关系。船用汽轮机是动力机械，也是热力机械、流体机械和透平机械，它属于船舶动力装置、蒸汽动力装置，可能也属于核动力装置等等。19世纪时，机械工程的知识总量还很有限，在欧洲的大学院校中它一般还与土木工程综合为一个学科，被称为民用工程，19世纪下半叶才逐渐成为一个独立学科。进入20世纪，随着机械工程技术的发展和知识总量的增长，机械工程开始分解，陆续出现了专业化的分支学科。这种分解的趋势在20世纪中期，即在第二次世界大战结束的前后期间达到了最高峰。由于机械工程的知识总量已扩大到远非个人所能全部掌握，一定的专业化是必不可少的。但是过度的专业化造成知识过分分割，视野狭窄，不能统观和统筹稍大规模的工程的全貌和全局，并且缩小技术交流的范围，阻碍新技术的出现和技术整体的进步，对外界条件变化的适应能力很差。封闭性专业的专家们掌握的知识过狭，考虑问题过专，在协同工作时配合协调困难，也不利于继续自学提高。因此自20世纪中、后期开始，又出现了综合的趋势。人们更多地注意了基础理论，拓宽专业领域，合并分化过细的专业。械工程以增加生产、提高劳动生产率、提高生产的经济性为目标来研制和发展新的机械产品。在未来的时代，新产品的研制将以降低资源消耗，发展洁净的再生能源，治理、减轻以至消除环境污染作为超经济的目标任务。 机械可以完成人用双手和双目，以及双足、双耳直接完成和不能直接完成的工作，而且完成得更快、更好。现代机械工程创造出越来越精巧和越来越复杂的机械和机械装置，使过去的许多幻想成为现实。人类现在已能上游天空和宇宙，下潜大洋深层，远窥百亿光年，近察细胞和分子。新兴的电子计算机硬、软件科学使人类开始有了加强，并部分代替人脑的科技手段，这就是人工智能。这一新的发展已经显示出巨大的影响，而在未来年代它还将不断地创造出人们无法想象的奇迹。人类智慧的增长并不减少双手的作用，相反地却要求手作更多、更精巧、更复杂的工作，从而更促进手的功能。手的实践反过来又促进人脑的智慧。在人类的整个进化过程中，以及在每个人的成长过程中，脑与手是互相促进和平行进化的。 人工智能与机械工程之间的关系近似于脑与手之间的关系，其区别仅在于人工智能的硬件还需要利用机械制造出来。过去，各种机械离不开人的操作和控制，其反应速度和操作精度受到进化很慢的人脑和神经系统的限制，人工智能将会消除了这个限制。计算机科学与机械工程之间的互相促进，平行前进，将使机械工程在更高的层次上开始新的一轮大发展。19世纪时，机械工程的知识总量还很有限，在欧洲的大学院校中它一般还与土木工程综合为一个学科，被称为民用工程，19世纪下半叶才逐渐成为一个独立学科。进入20世纪，随着机械工程技术的发展和知识总量的增长，机械工程开始分解，陆续出现了专业化的分支学科。这种分解的趋势在20世纪中期，即在第二次世界大战结束的前后期间达到了最高峰。 由于机械工程的知识总量已扩大到远非个人所能全部掌握，一定的专业化是必不可少的。但是过度的专业化造成知识过分分割，视野狭窄，不能统观和统筹稍大规模的工程的全貌和全局，并且缩小技术交流的范围，阻碍新技术的出现和技术整体的进步，对外界条件变化的适应能力很差。封闭性专业的专家们掌握的知识过狭，考虑问题过专，在协同工作时配合协调困难，也不利于继续自学提高。因此自20世纪中、后期开始，又出现了综合的趋势。人们更多地注意了基础理论，拓宽专业领域，合并分化过细的专业。综合-专业分化-再综合的反复循环，是知识发展的合理的和必经的过程。不同专业的专家们各具有精湛的专业知识，又具有足够的综合知识来认识、理解其他学科的问题和工程整体的面貌，才能形成互相协同工作的有力集体。综合与专业是多层次的。在机械工程内部有综合与专业的矛盾；在全面的工程技术中也同样有综合和专业问题。在人类的全部知识中，包括社会科学、自然科学和工程技术，也有处于更高一层、更宏观的综合与专业问题。1.2 卧式钢筋切断机的发展现状当今社会，随着机械工业的蓬勃发展，各行各业的机械设备也在不断地更新，不断地完善，卧式钢筋切断机同样在发展着，近年来随着我国房产经济的迅猛发展，建筑行业也随之呈现出前所未有的喜人景象，作为建筑中需求量较大的钢筋它的需求量也是猛增，因而有利的拉动了钢筋切断机的市场需求。 钢筋切断机是钢筋加工生产中必不可少的设备之一，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，与其他切断设备相比，钢筋切断机具有重量轻，耗能少，工作可靠，效率高等特点，在机械加工和小型轧钢厂等都被广泛使用，在国民经济建设的各个领域都发挥了重要的作用。 我国的钢筋切断机主要有四个大的种类：卧式：卧式钢筋切断机属于机械传动，其结构简单，使用方便；立式：立式钢筋切断机用于钢筋加工生产线上固定使用；电动液压式：电动液压式钢筋切断机主要由电动机、液压传动系统、操纵装置、定动刀片等组成；手动液压式：手动液压钢筋切断机的液压系统由活塞、柱塞、液压缸、压杆、拔销、复位弹簧、贮油桶及放、吸油阀等元件组成。 纵观我国钢筋切断机的总体水平，与国际上先进的产品来说还是比较落后的，主要原因是；生产规模小，产品技术含量低，生产的效率低下。在我国钢筋切断机的发展空间是很广阔的，因此，我国钢筋切断机行业要抓住机遇，加大科技投入，重视技术创新与新产品的研究与开发，提高产品质量与售后服务水平，积极主动走向市场，使之缩短与国外先进企业的差距。第二章 卧式钢筋切断机总体结构的设计2.1 卧式钢筋切断机的总体方案图本次设计的卧式钢筋切断机采取的方案是：选择三级减速，先是一级带减速，然后是两级齿轮减速。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。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，决定采用曲柄滑块机构作为本机械的执行机构。如果使用人工切断不但劳动强度大、效率低、定位精度低，而且满足不了大批量生产要求。所以使用一个专用的卧式钢筋切断机以成为发展趋势。具体方案布局图如下：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。如果使用人工装配不但劳动强度大、效率低、定位精度低，而且满足不了大批量生产要求。所以使用一个专用的卧式钢筋切断机以成为发展趋势。2.2 卧式钢筋切断机的工作原理本次所设计的卧式钢筋切断机的工作原理为：采用电动机通过带动三角带传动和二级齿轮传动减速后,带动偏心轴旋转, 偏心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。本次设计的钢筋切断机切断钢筋直径为32mm，抗拉强度335Mpa，两刀刃的最大开口距37mm；最小开口距5mm，每分钟切断15次，结构简单，操作方便，性能稳定。2.3 机械传动部分的设计计算2.3.1电机的选型计算已知整个卧式钢筋切断机中机架及其他所有零件的重量，我们取总重量为20Kg，其中忽略带传动和齿轮传动的传动效率，计算所需要的电机功率，从而来选择电动机，具体的电机设计计算如下:具体的电机设计计算如下:1、确定运行时间本次设计加速时间 负载速度（m/min）有速度可知每秒上升50mm，电机转速 3.负载转矩式中：4.电机转矩启动转矩必须转矩S为安全系数，这里取1.0。 根据以上得出数据，我们选用电机型号为160BL-A，此无电机厂家为机电产品。根据电机的特性曲线以及参数表如下： 根据计算和特性曲线以及电机基本参数表，我们选用电机型号为160BL-4030H1-LK-B，电机额定功率为1.5KW，额定转矩为7.62N.m，最大转矩为9N.m，额定转速为 3000r/min。电机大致图如下：外形尺寸315x175，电机输出轴径为24mm。2.3.2 V带传动的设计计算1）设计功率 工况系数，查B1表8122 ，取1.2 P传递的功率2）选定带型根据和查B1图812选取普通V带B型，小带轮转速，为1440r/min3）传动比 1.76 4）小带轮基准直径（mm） 由B1表8112和表8114选定 100mm>75r/min 5）大带轮基准直径（mm） 由B3表87得=150mm6）带速验算 7）初定轴间距（mm） 8）所需带的基准长度（mm） 650mm 依B1表818取900mm，即带型为A9009）实际轴间距 10）小带轮包角 = = 11）单根V带的基本额定功率 根据带型号、和普通V带查B1表8127（c） 取0.37kw12）时单根V带型额定功率增量根据带型号、和查B1表8127（c） 取0.15kw13）V带的根数ZZ =小带轮包角修正系数查B1表8123,取0.96带长修正系数查B1表818，取0.8714） 单根V带的预紧力 = =134（N） mV带每米长的质量（kg/m）查B1表8124，取0.1k/gm15）作用在轴上的力 考虑新带初预紧力为正常预紧力的1.5倍带轮的结构和尺寸带轮应既有足够的强度，又应使其结构工艺性好，质量分布均匀，重量轻，并避免由于铸造而产生过大的应力。轮槽工作表面应光滑（表面粗糙度）以减轻带的磨损。带轮的材料为HT200。查B1表8110得基准宽度制V带轮轮槽尺寸，根据带轮的基准直径查B1，带轮的零件图如下图所示：2.3.3齿轮传动的设计计算1材料选用原则选材的基本原则是材料在能满足零件使用性能的前提下，具有较好的工艺性和经济性。材料的使用性能是指机械零件在正常工作条件下应具备的力学、物理、化学等性能，是保证该零件可靠性的基础。对一般机械零件来说，选材时主要考虑的是其力学性能；而对于非金属材料制成的零件，还应该考虑其工作环境对零件性能的影响。零件按力学性能选材时，首先应正确分析其工作条件、形状尺寸及应力状态，结合该类零件出现的主要失效形式，找出其在实际使用中的主要和次要的失效抗力指标，以此作为选材的依据。2齿轮模数的确定参考同类产品：选取小齿轮材料为45#钢，齿面淬火，淬火硬度为HRC4550；齿轮1材料为45#钢，表面淬火，淬火硬度BRC4855。初选z=100, 则z2=i100=2100=200, z=iz3=3.623=83, 为减小传动的尺寸，齿轮和齿轮一均为硬齿面，其目的是使大齿轮和中间齿轮使用寿命相当。模数大小需由弯曲疲劳强度确定。由于第二对齿轮传动承载较大，就按第二对齿轮传动初步计算。按弯曲强度，m 1P201式（10-5） 式中，取载荷系数K=1.325，z=100，转矩T=6338 Nw齿宽系数=0.51齿轮、齿轮1许用弯曲应力：=637MP，=396MP齿形系数：Y=2.69 ， Y=2.21应力修正系数：Y=1.58 ， Y=1.77以上数据均查自1P200 = 就按二者中的大值计算，将诸值代入式，得M=8.5mm 圆整，取m=8mm。3接触强度和弯曲强度的验算一、验算接触强度（）齿数和精度等级：z=100，z=23,z=83, 圆周速度v=5 m/min，8极精度（）使用系数 K=1（）动载系数 K=1.0，K=1.02 （）齿向载荷分配系数 K=1.21，K=1.13 （）齿宽系数 =0.78，=0.51 以上25数据均查自1P193-205（）载荷系数K：K=K.K.K.K=111.11.21=1.33 K=K.K.K.K=11.021.151.13=1.325（）总工作时间 设计每日工作8个小时，一年300天，使用寿命8年，使用期限内工作时间占20%t=830080.2=3840h（）工作应力循环次数 小齿轮为主动轮，每转一周，小齿轮同侧啮合一次；中间轮同一侧齿面也啮合一次。因此，接触应力按脉动循环变化N=60rnt=60116.983840=3.910N=N/i=3.910/1.2=3.2610N=N/i=3.2610/3.6=0.910（）弹性系数 Z=189.8，Z=188.9（10）节点区域系数 Z=2.22，Z=2.5（11）接触疲劳极限 =1280 ，=1370 ，=950 （12）接触安全系数 S=S=1（13）接触寿命系数 KHN1=1.15，KHN2=1.25，KHN3=1.3以上913数据均查自1P201210（14）许用接触应力 =1472 =1713=1235 （15）齿宽 b1=b2=b3=100mm（16）验算=Z.Z=189.82.5=1453<=1472 =Z.Z=188.92.5=1224<=1235 经计算知，大小齿轮均满足接触强度要求。 二、验算弯曲强度齿形系数Y Y=2.85，Y=2.69，Y=2.21应力修正系数Y Y=1.54，Y=1.575，Y=1.775弯曲疲劳极限 600，650，450弯曲安全系数S S=1.0应力循环次数N 小齿轮为主动轮。每转一周，小齿轮同一侧啮合一次，弯曲应力按脉动循环变化；中间同一侧齿面口啮合一次，弯曲应力按对称循环变化。N=60rnt=60116.983840=3.910N=N/i=3.910/1.2=3.2610N=N/i=3.2610/3.6=0.910弯曲寿命系数KFNKFN1 =0.9，KFN2 =1.0，KFN3 =1.15许用弯曲应力 =540=650=518验算：<<<<经计算知：大小齿轮均满足弯曲强度要求，且具有高的可靠性。2.3.4轴承的选择轴承的选择并不是只考虑轴径一个因素，还要考虑到轴承的性能，一般要考虑到其寿命、可靠度（指该轴承达到或超过规定寿命的概率）、静载荷、动载荷、额定寿命、基本额定寿命、基本额定载荷等等很多因素。最主要的是允许空间、载荷的大小和方向、轴承工作转速、旋转精度、轴承的刚性（一般磙子轴承的刚性大于球轴承）、轴向游动、安装和拆卸。因为在本设计的轴上径向载荷大，轴向载荷小，而且存在轴或壳体变形大以及安装对中性差的问题，所以选用深沟球轴承，因为深沟球轴承主要承受径向载荷，也可同时承受少量的双轴向载荷，而圆锥磙子轴承有打的锥角可承受大的径、轴向联合载荷。所以选用深沟球轴承，根据d=30mm,由参考资料2P7356 表7278深沟球（GB/T288-1994），选用6206深沟球轴承。第四章 卧式钢筋切断机中主要零件的三维建模3.1偏心轴强度的校核计算偏心轴是组成机械的重要零件之一，它是安装各种传动零件，使之绕其轴线转动传动转矩或回转运动，并通过轴承与机座相联接。轴与其上的零件组成一个组合体轴系部件，在轴的设计中不能只考虑轴本身，必须和轴系零部件的整个结构密切联系起来。 由于控制风门开合所用的轴即传递扭矩又承受弯矩，所以我所设计的阶梯轴为转轴，轴的初步设计是根据扭转强度，校核弯曲强度，由于轴的材料很多，主要根据轴的使用条件，对轴的强度、刚度、和其他机械性能等的要求，采用热处理方式，同时考虑制造加工工艺并力求经济合理，通过设计计算来选择轴的材料，选用最常见的Q235A钢作为轴的材料,且其需用切应力为40MPa。轴与其上的零件组合成一个组合体，在轴的设计中不能只考虑轴本身，必须和轴系零部件的整个结构密切联系起来。轴的结构设计是在初算轴径的基础上进行的。为满足轴上零件的定位、紧固要求和便于轴的加工和轴上零件的装拆，通常将轴设计成阶梯轴。轴的结构设计的任务是合理确定阶梯轴的形状和全部结构尺寸。轴的材料选用Q235A钢，为保证其力学性能，进行调质或正火处理。轴的计算内容：（以下设计内容参照机械设计课程设计P24-30及机械设计P310-319）1、初步计算轴的直径按照扭转强度估算轴的最小直径，写成设计公式，轴的最小直径mm，查表16.2，c=112, p=20.35, n=851,代入设计公式得=35.26mm。考虑到轴上有键槽以及其他因素的影响，应适当增加轴径以补偿键槽对轴强度的削弱。取轴的直径d为40mm，即最右端装带轮处的直径为40mm。装有密封元件和滚动轴承处的直径，应与密封元件和轴承的内孔径尺寸保持一致。轴上两个支点的轴承，应尽量采用相同的型号，便于轴承座孔的加工。相临轴段的直径不同形成轴肩。当轴肩用于轴上零件定位和承受轴向力时，应具有一定的高度，轴肩处的直径差一般取510mm，这里轴肩出的直径差选择5mm，然后协调各段轴的长度，考虑到要装轴承座和机构的合理性，还有螺钉等的长度及其他各方面的因素，初步确定轴的各段长度。3.2齿轮强度的校核计算1）验算接触强度（）齿数和精度等级：z=19，z=23,z=83, 圆周速度v=5 m/min，8极精度（）使用系数 K=1（）动载系数 K=1.0，K=1.02 （）齿向载荷分配系数 K=1.21，K=1.13 （）齿宽系数 =0.78，=0.51 以上25数据均查自1P193-205（）载荷系数K：K=K.K.K.K=111.11.21=1.33 K=K.K.K.K=11.021.151.13=1.325（）总工作时间 设计每日工作8个小时，一年300天，使用寿命8年，使用期限内工作时间占20%t=830080.2=3840h（）工作应力循环次数 小齿轮为主动轮，每转一周，小齿轮同侧啮合一次；中间轮同一侧齿面也啮合一次。因此，接触应力按脉动循环变化N=60rnt=60116.983840=3.910N=N/i=3.910/1.2=3.2610N=N/i=3.2610/3.6=0.910（）弹性系数 Z=189.8，Z=188.9（10）节点区域系数 Z=2.22，Z=2.5（11）接触疲劳极限 =1280 ，=1370 ，=950 （12）接触安全系数 S=S=1（13）接触寿命系数 KHN1=1.15，KHN2=1.25，KHN3=1.3以上913数据均查自1P201210（14）许用接触应力 =1472 =1713 =1235 （15）齿宽 b1=b2=b3=60mm（16）验算=Z.Z=189.82.5=1453<=1472 =Z.Z=188.92.5=1224<=1235 经计算知，大小齿轮均满足接触强度要求。 2）验算弯曲强度（1） 齿形系数Y Y=2.85，Y=2.69，Y=2.21（2） 应力修正系数Y Y=1.54，Y=1.575，Y=1.775（3） 弯曲疲劳极限 600，650，450（4） 弯曲安全系数S S=1.0（5） 应力循环次数N 小齿轮为主动轮。每转一周，小齿轮同一侧啮合一次，弯曲应力按脉动循环变化；中间同一侧齿面口啮合一次，弯曲应力按对称循环变化。 N=60rnt=60116.983840=3.910 N=N/i=3.910/1.2=3.2610 N=N/i=3.2610/3.6=0.910（6） 弯曲寿命系数KFNKFN1 =0.9，KFN2 =1.0，KFN3 =1.15（7） 许用弯曲应力 =540 =650=518(8) 验算：<<<<经计算知：大小齿轮均满足弯曲强度要求，且具有高的可靠性3.3轴承强度的校核计算（1）滚动轴承的选择滚动轴承为双列圆锥滚子轴承6206，由文献2表得KN，KN，。（2）寿命验算 轴承所受支反力合力N （4.1）对于双列圆锥滚子轴承，派生轴向力互相抵消。 ，N由文献2表得， ， N （4.2）按轴承B的受力大小验算 h （4.3）h=年 由于拖拉机减速箱的运转平稳，必须选择较大寿命的轴承，轴承能达到所计算的寿命。经审核后，此轴承合格。第四章 压装专机中主要零件的三维建模4.1电机的三维建模4.2偏心轴的三维建模4.3 V带轮的三维建模4.4连杆的三维建模4.5卧式钢筋切断机的三维建模第五章三维软件设计总结 通过此次设计，又一次提升了运用三维软件的水平，并吸收了不少经验，总结为一下几点。 有零件图纸作图与空想设计作图不同，零件尺寸已经给出，作图时先不考虑尺寸是否真的合适，根据尺寸作出零件的三维图，但到装配时必须要考虑尺寸是否合适，由于AutoCAD图纸效果不好，导致尺寸会有出错，甚至有出现欠定义尺寸，所以，此时必须通过配合后在衡量尺寸，再进行修改，直到满足配合要求。 工具集的确方便了作图，通过选择零件类型，输入数据，就能生成出标准零件，但有时需要用到的零件在工具集上也未必能找到，所以此时要随机应变，运用其他零件代替并通过修改或添加零件使其满足要求。作三维图时要灵活变通，解决问题的方法总比问题多，当一种方法不能正常作图时，试试另一种方法，这不但能完成零件制作，同时也可以培养出更好的作图思路，和打破规矩的新想法。规则的零件，要学会使用一些能够节省时间的命令，如镜向，阵列等，“能省则省”。 关于装配，曾经带给我很大的阻碍，花了很多时间才弄清原因所在。在一可活动子装配体上，即使活动范围会产生干涉，也不能对其设定活动范围，如高级配合里的距离范围，和角度范围，即使在该活动范围并不影响父配体，也不可设定。因为一旦设定范围后，在父装配体上会将子装配体视为完全定义的模型，这样会对子装配体之间的配合产生矛盾，将不能完成装配。 看懂图是作图的首要任务，看图就是了解零件的工具，没有工具则无法制出 零件，所以画图不能急于下笔，想透了零件的结构，想透图中的虚实线，这才是高效作图的重中之重。进行零件建模前，一般应进行深入的特征分析，搞清零件是由那几个特征组成，明确各个特征的形状，他们之间的相对位置和表面连接关系，然后按照特征的主次关系，按一定的顺序进行建模。一个复杂的零件，可能是许多个简单特征经过相互之间的叠加、切除或相交组成。所以零件建模时，特征的生成顺序十分重要，不同的建模过程虽然可以构造出同样的实体零件，但其造型过程及实体的构型结构却直接影响到实体模型的稳定性、可修改性、可理解性及实体模型的应用。 尤其在二维图纸上，我们能看到的只是零件的平面图，而内部特征则以虚线给予表示，另外还有零件的相贯线，这表示了各个特征相交时出现线段。在零件的草图绘制过程中，必须要选好第一个草绘平面，这很关键，这个平面决定了往后建模的所用到的命令，简单的说，一个圆柱可以作一个圆形然后拉伸，也可以作一个长方体旋转，虽然他们的结果都一样，但所用的草绘平面和命令就截然不同。如果我们要的是一条轴，那我们就应该选择第二种方法为好了。由于此设计的零件都是比较规则的零件，所用到的命令大部分是拉伸命令和旋转命令，而且很多零件都是拥有对称关系，所以为了节省时间，提高效率，经常会用到镜向特征命令。一张完整的工程图应具备以下4方面的内容。一组视图：用一组视图（其中包括视图、剖视图、断面图、局部放大图）正确、完整、清晰地表达零件各部分的结构形状。尺寸：确定零件各部分形状的大小和位置技术要求：表明零件在制造和检验是应达到的一些要求，如表面粗糙度、尺寸公差、形位公差、材料热处理方式和指标等。标题栏：注明零件名称、材料、数量、图样比例以及图号等内容。 单击【新建文件】图标，系统显示新建SolidWorks文件对话框，双击该对话框中得装配体选项，即可进入装配体工作模式。 调入第一个零件模型并放置在装配体的原点处，即零件原点与装配体原点重合。调入一个与第一个零件模型有装配关系的零件模型。分析两个零件之间的装配约束关系，然后选取相应的约束选项进行零件操作。调入其他与已装配零件有装配关系的零件模型并进行装配。全部零件装配完毕后，将装配体模型存盘。第六章 卧式钢筋切断机中重要零件的有限元应力应变分析在卧式钢筋切断机这一设备里，偏心轴是受力最大也是最重要的零件，在这里，我们以偏心轴为例，进行受力分析，案例如下：前臂三维零件图操作步骤如下图所示：点击分析工具栏命令，如图所示： 点击“添加夹具”按钮，对偏心轴添加一个夹具，我们选择偏心轴左侧为夹具，如下图所示： 再接着在偏心轴的中间添加一个力，如图所示：选择材料为普通碳钢，如下图所示：点击开始分析按钮，系统就会自动对模型进行应力等方面的分析，如下图所示：这就是分析后的偏心轴的应力分布情况：结论在最近的一段时间的毕业设计，使我们充分把握的设计方法和步骤，不仅复习所学的知识，而且还获得新的经验与启示，在各种软件的使用找到的资料或图纸设计，会遇到不清楚的作业，老师和学生都能给予及时的指导，确保设计进度本文所设计的是卧式钢筋切断机的设计，通过初期的定稿，查资料和开始正式做毕设，让我系统地了解到了所学知识的重要性，从而让我更加深刻地体会到做一门学问不易，需要不断钻研，不断进取才可要做的好，总之，本设计完成了老师和同学的帮助下，在大学研究的最后，感谢帮助过我的老师和同学，是大家的帮助才使我的论文得以通过。谢 辞在论文完成之际，我首先向我的导师致以衷心的感谢和崇高的敬意！在这期间，导师在学业上严格要求，精心指导，在生活上给了我无微不至的关怀，给了我人生的启迪，使我在顺利的完成学业阶段的学业的同时，也学到了很多做人的道理，明确了人生目标。导师严谨的治学态度，渊博的学识，实事求是的作风，平易近人、宽以待人和豁达的胸怀，深深感染着我，使我深受启发，必将终生受益。经过近半年努力的设计与计算，论文终于可以完成了，我的心里无比的激动。虽然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因为它是我用心、用汗水成就的，也是我在大学四年来对所学知识的应用和体现。四年的学习和生活，不仅丰富了我的知识，而且锻炼了我的能力，更重要的是从周围的老师和同学们身上潜移默化的学到了许多。在此，向他们表示深深的谢意与美好的祝愿。参考文献1张福学编著.卧式钢筋切断机技术及其应用.北京：电子工业出版社，2000。2何发昌著，邵远编著.卧式钢筋切断机的原理及应用.北京：高等教育出版社，1996。3宋学义著. 卧式钢筋切断机速查手册. 北京：机械工业出版社，1995.3。4陈奎生著. 气与气压传动. 武汉：武汉理工大学出版社，2008.5。5SMC（中国）有限公司. 卧式钢筋切断机实用气动技术. 北京：机械工业出版社，2003.106徐文灿著. 卧式钢筋切断机系统设计. 北京：机械工业出版社，1995。7曾孔庚.卧式钢筋切断机的发展趋势. 机器人技术与应用论坛。8寿庆丰 机械设计1999年第3期，第3卷。9高微,杨中平,赵荣飞等.卧式钢筋切断机结构优化设计. 机械设计与制造2006.1。10孙兵,赵斌,施永辉.卧式钢筋切断机的研制. 中国期刊全文数据库。11马光,申桂英.工业机器人的现状及发展趋势. 中国期刊全文数据库2002年。12李如松.卧式钢筋切断机的应用现状与展望. 中国期刊全文数据库1994年第4期。13李明.单臂回转式卧式钢筋切断机设计.制造技术与机床2005年第7期。14李杜莉，武洪恩，刘志海.卧式钢筋切断机的运动学分析. 煤矿机械2007年2月17成大先主编.机械设计手册（第三版）.北京：化学工业出版社，1994。15Hirohiko Arai, Kazuo Tanie, and Susumu Tachi. Dynamic Control of a Manipulator with Passive Joints in Operational Space. 本文提出一种无需在每个关节上设置驱动器就能控制卧式钢筋切断机进行作业的方法。16Abhinandan Jain and Guillermo Roderguez. An Analysis of the Kinematicsnd Dynamics of Underactuated Manipulators.IEEE Transactions on Robotics and Automation. Vo1.9.No.4.1993。