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1、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)運動分析135.1各機(jī)構(gòu)運動方程135.2運動仿真分析145.2.1電機(jī)運動145.2.2飛輪運動155.2.3 曲柄運動155.

2、2.4 滑塊運動165.2.5 動刀運動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

3、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。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，不易管理因為在由切大料到切小料時，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

4、50型刀片厚度均為17mm；而國外都是雙螺栓固定，2527mm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2831次，國外要高出1520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)直線運動，使活動刀片和固定刀片相錯而切斷鋼筋。

5、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) 運動要求（參照圖1-1）： i) 在切斷過程中，

6、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nd2880rpm；所切鋼筋的最大直徑dmax40mm，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7k

7、W。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. 需要實現(xiàn)多種生產(chǎn)效率，即要求實現(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。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

8、。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，因為一般大齒輪較小齒輪的強(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動曲線，相應(yīng)的效率會有所提高，設(shè)計參數(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，但加工制造會增加，體積也會增大。第3章 機(jī)構(gòu)

9、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)運動，后者輸出為直線運動。（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。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)

10、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

11、，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)械運動形式、運動規(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

12、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。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。運動簡圖，如圖3-3所示。 圖3-3 傳統(tǒng)三級傳動運動結(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)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，同時保證好的運動和動

13、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)點是結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，缺點是運動軌跡設(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)點傳動比精確，但在本方案中，亦沒有這方面的要求，且動刀運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)點是設(shè)計靈活，可以達(dá)到高精度的運動曲線和運動特性要求，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，

14、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)運轉(zhuǎn)安全系數(shù)K及效率，則電機(jī)功率為: 式（4-2）N實際電機(jī)功率，kWK安全系數(shù)(1.11.3) 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(A30.2A)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/min。4.2齒輪傳動機(jī)

15、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 軸齒輪 Z4=22 m=5 齒寬44 Z5=13 m=7 齒寬77 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)的運動模型.見圖3-6圖3-6 執(zhí)行機(jī)構(gòu)運動模型 R為曲軸的偏心距;O點為刀片運動的前死點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

16、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

17、從上死點開始 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第章 機(jī)構(gòu)運動分析 5.1 各機(jī)構(gòu)運動方程5.1.1 齒輪系傳動比方程 式（-）5.1.2 曲柄滑塊位移方程 式（-2） 式（-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 曲柄運動方程 式（5-9）5.2 運動仿真分析5.2.1電機(jī)運動施加的電機(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 飛輪運動飛輪角速度圖 5-2 飛輪角速度

18、實測飛輪轉(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

19、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)，因為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)簡單，且對心。同是結(jié)構(gòu)的

20、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)配合實現(xiàn)剪切進(jìn)刀退刀兩個過程。 本設(shè)計將側(cè)重點分析電機(jī)力矩，齒輪系力矩，曲柄連桿受力及動刀受力

21、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，因為第一級齒輪轉(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

22、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，因為它的受力更復(fù)雜，收到來自切斷鋼筋過程中產(chǎn)生的沖擊也很大?？蛰d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。因為它既要受到轉(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。正因為此曲柄連桿要設(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很大，曲軸設(shè)計時結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮到此種情況。而

23、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-

24、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)，%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

25、平衡要求高，否則會造成飛輪破損與整機(jī)振動。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。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

26、。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?。粏訒r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方案特點首先，綜合本設(shè)計的運動學(xué)和動力學(xué)分析可知，此鋼筋切斷機(jī)各項性能均能達(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

27、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，即設(shè)計合理，結(jié)構(gòu)緊湊，適用性廣。切斷直徑：6-40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兾弧Ｇ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

28、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8.3.1結(jié)果優(yōu)點設(shè)計出的機(jī)構(gòu)剪切速度，動刀行程，電機(jī)功率等運動學(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，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

29、，本人掌握了簡單機(jī)構(gòu)的設(shè)計過程，培養(yǎng)了獨立設(shè)計能力。這個過程中，本人學(xué)會了綜合運用機(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

30、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

31、.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):378-3837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) :23-2610孟進(jìn)禮,衛(wèi)青珍. 對鋼筋切斷機(jī)發(fā)展的幾點看法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 r

32、oller 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. 18FORTRAN算法語言, 清華大學(xué)出版社

33、.19平面連桿機(jī)構(gòu)運動分析（C語言版）, 機(jī)械原理課程設(shè)計指導(dǎo)書。20 Siemens Automation Group. SIMATIC S7 STEP-MICRO編程參考手冊.北京:Siemens Automation Group, 1996(8).21Kamm. Design Cost-Efficient Mechanisms. Mcgrow-Hill Inc,1990.22Eckhardt. Kinnematic Design of Machines and Mechanisms.McGraw-Hill CompaniesInc,1998.附錄1 建模過程建模用ADAMS，過程如下：新

34、建文件，設(shè)置環(huán)境齒輪系建模曲柄連桿機(jī)構(gòu)建模動刀建模電機(jī)建模實體建?？倛D設(shè)置電機(jī)驅(qū)動添加帶傳動添加齒輪副添加移動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，它主要用語房屋建筑、橋梁、隧道、電站、大型水利等工程中對鋼筋的定長切斷，一般都是用于剪切建筑用的I級鋼，剪切鋼筋直徑為640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，因此近年來逐步被機(jī)械加工和小型軋鋼廠等廣泛采用，在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的各個領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作

35、用。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59所示，工作

36、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，不易管理因為在由切大料到切小料時，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

37、和50型刀片厚度均為17mm；而國外都是雙螺栓固定，2527mm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2831次，國外要高出1520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。33