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目 录
第 1 章 问题的提出.......................................................................................................3
第 2 章 设计要求与设计数据.......................................................................................4
2.1 设计要求.............................................................................................4
2.2 性能数据.............................................................................................4
2.3 关键问题及创新点.............................................................................5
2.4 预期成果.............................................................................................5
第 3 章 机构选型设计...................................................................................................6
3.1 驱动装置方案选择.............................................................................6
3.1.1 液压驱动..........................................................................................6
3.1.2 手动驱动..........................................................................................7
3.1.3 电机驱动..........................................................................................7
3.2 传动装置方案选择.............................................................................7
3.2.1 液压传动方式..................................................................................7
3.2.2 带传动方式......................................................................................7
3.2.3 齿轮传动..........................................................................................8
3.2.4 组合传动..........................................................................................8
3.3 执行装置方案选择.............................................................................9
3.4 系统控制方案选择...........................................................................10
第 4 章 机构尺度综合.................................................................................................10
4.1 匹配电机功率理论计算...................................................................10
4.2 齿轮传动机构参数设计选择...........................................................11
4.3 执行机构参数设计选择...................................................................11
4.3.1.........................................................................................................11
4.3.2.........................................................................................................12
4.3.3.........................................................................................................12
第5章 机构运动分析.................................................................................................13
5.1 各机构运动方程...............................................................................13
5.1.1 齿轮系传动比方程........................................................................13
5.1.2 曲柄滑块位移方程........................................................................13
5.1.3 曲柄滑块速度方程........................................................................14
5.1.4 曲柄滑块加速度方程....................................................................14
5.1.5 曲柄运动方程................................................................................14
5.2 运动仿真分析...................................................................................14
5.2.1 电机运动........................................................................................14
5.2.2 飞轮运动........................................................................................15
2
.................................................................................................................15
5.2.3 曲柄运动........................................................................................16
5.2.4 滑块切割频率................................................................................17
5.2.5 动刀运动........................................................................................17
第 6 章 机构动力分析.................................................................................................19
6.1 电机受力分析...................................................................................19
6.2 第一级齿轮轴受力分析...................................................................20
6.3 曲轴受力分析...................................................................................21
6.4 动刀受力分析...................................................................................21
第 7 章 飞轮设计.........................................................................................................22
7.1 飞轮惯量计算分析...........................................................................22
7.2 飞轮惯量计算...................................................................................23
7.3 飞轮设计...........................................................................................23
7.4 飞轮启动时间 t.................................................................................24
第 8 章 结论.................................................................................................................24
8.1 方案特点...........................................................................................24
8.2 方案设计特点...................................................................................24
8.3 方案设计结果的特点......................................................................................................25
8.3.1 结果优点........................................................................................25
8.3.2 结果不足........................................................................................25
第 9 章 收获与体会.....................................................................................................25
第 10 章 致谢...............................................................................................................25
参考文献......................................................................................................................26
附录 1 建模过程..........................................................................................................27
附录 2 文献综述..........................................................................................................31
第 1 章 问题的提出
目前国内建筑工地使用的钢筋切断机虽能完成切断动作,但其执行机构没
有考虑到对切刀运动规律和动力特性的要求,切刀工作过程中产生的冲击很大,
切断效率较低。因此,有必要将现存的钢筋切断机加以改进,重新设计,以获
得动态性能较好的钢筋切断机,使其实现操作简便、调节方便、落料简单、生
产效率高等特点。
和国外钢筋切断机对比同样可以发现国内钢筋切断机的问题所在。
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。
1) 国外切断机偏心轴的偏心距较大,如日本立式切断机偏心距
24mm,而国内一般为 17mm.看似省料、齿轮结构偏小些,但给用
户带来麻烦,不易管理.因为在由切大料到切小料时,不是换刀垫就是
3
换刀片,有时还需要转换角度。
2) 国内切断机刀片设计不合理,单螺栓固定,刀片厚度够薄,40 型和
50 型刀片厚度均为 17mm;而国外都是双螺栓固定,25~27mm 厚,
因此国外刀片在受力及寿命等综合性能方面都较国内优良。
3) 国内切断机每分钟切断次数少.国内一般为 28~31 次,国外要高出
15~20 次,最高高出 30 次,工作效率较高。
4) 国外机型一般采用半开式结构,齿轮、轴承用油脂润滑,曲轴轴径、
连杆瓦、冲切刀座、转体处用手工加稀油润滑.国内机型结构有全开、
全闭、半开半闭 3 种,润滑方式有集中稀油润滑和飞溅润滑 2 种。
以往的机械传动式钢筋切断机,工作时大都采用电动机经一级二角带传动
和一级齿轮传动减速后,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。这种形式
的钢筋切断机卞要有 GJS- 40 和 QJ40- 1 型两种类型,除传动机件有所不同外,
其他构造基本上一致,都可以切断直径 40mm 以下的钢筋,每分钟切断 12 次。
这类钢筋切断机由于采用了一级带传动及一级齿轮传动,运动和动力传到曲柄
滑块机构时,有一个效率降低的过程,另外,结构不紧读,重量大,安装、调
试复杂,目由于要求齿轮传动具有一定的精度,制造成本也较高。
所以有必要对钢筋切断机进行重新设计,以提高其性能。
第 2 章 设计要求与设计数据
2.1 设计要求
1) 基本工作要求:用手工将不同规格的钢筋按所需长度送至刀口,将其切
断;以后再次送入,作下次截断。
2) 运动要求(参照图 1-1):
i) 在切断过程中,要求切断速度尽可能小,速度尽可能均匀,以保证切
削质量,减少冲击;
ii) 保证切刀行程 H;
iii) 切刀空行程中速度尽可能快,以提高效率;
iv) 保证切刀的每分钟切断次数(生产率)。
3) 动力要求:切刀能产生足够的冲力克服工作阻力,要有较好的传动性能。
2.2 性能数据
拟采用三相异步电机作动力源,初定电机转速 nd=2880rpm;所切钢
筋的最大直径 dmax=40mm,动刀通过的距离 H=44mm,其生产率分型
号为 38 次/ 分刀在切断过程中所受工作阻力 P=400kN,其它行程无阻力。
4
整个机器的尺寸范围为:长×宽×高≤1600×500×750mm。
图 1-1
图 1-1
电机功率可以根据产品设计要求自选,但功率不能大于 7kW。此产品将在
灰尘浓度大,工况环境恶劣的工地工作,所以尽量不选用液压驱动。
2.3 关键问题及创新点
1. 在保证机器尺寸范围的基础上,要达到切断钢筋的最大直径为
40mm 要求是个不小的挑战;
2. 本设计要实现较高的切削动态性能,以减少冲击,即对执行机构的
函数发生线设计要求较高;
3. 需要实现多种生产效率,即要求实现动刀在切削不同型号钢材是可
选择相应的生产效率;
4. 改进传动方案并采用回归式传动方案。这种回归式传动方式较展开
式传动方式结构更为紧凑。改变后的曲轴为空心偏心曲轴,而空心轴具有承
受较高弯扭载荷的能力和重量轻的特点。因而,采用回归式传动方式使传动
方案更趋合理。
改进传动结构,采用角变位齿轮。取小齿轮变位且不发生根切时的最少齿
数进行设计。与之相啮合的大齿轮可以不变位,因为一般大齿轮较小齿轮的强
度高。采用变位齿轮传动减小了齿轮传动中心距,同时两级齿轮中心距要求相
等时,可以更好地凑中心即,也减轻了齿轮的磨损,齿轮弯曲强度和接触强度
都相对地有所提高。
2.4 预期成果
5
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wgwang314
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