GQ50型鋼筋切斷機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真【說明書+CAD+仿真】,說明書+CAD+仿真,GQ50型鋼筋切斷機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真【說明書+CAD+仿真】,gq50,型鋼,切斷,割斷,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),運(yùn)動(dòng),仿真,說明書,仿單,cad
黃河科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
工 學(xué)院 機(jī) 械 系 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 專業(yè) 08 級(jí) 1 班
學(xué)號(hào) 080105007 學(xué)生 劉 文 超 指導(dǎo)教師 王 良 文
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目 GQ50型鋼筋切斷機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作內(nèi)容與基本要求（目標(biāo)、任務(wù)、途徑、方法，應(yīng)掌握的原始資料（數(shù)據(jù)）、參考資料（文獻(xiàn)）以及設(shè)計(jì)技術(shù)要求、注意事項(xiàng)等）
一、設(shè)計(jì)技術(shù)要求、原始資料（數(shù)據(jù)）、參考資料（文獻(xiàn)）
1、設(shè)計(jì)要求：
1）建立運(yùn)動(dòng)分析模型 ，分析曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的位移、速度、加速度。
2）完成50型鋼筋切斷機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
3）完成傳動(dòng)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)的仿真分析（采用三維軟件建模并仿真）。
2、原始資料（數(shù)據(jù)）：
切斷機(jī)的電機(jī)，4kw；切斷次數(shù)，28（次/分)；切斷行程：40mm。
3、參考資料
1）筑路機(jī)械工程著作；
2）建筑機(jī)械雜志。
二、設(shè)計(jì)目標(biāo)與任務(wù)
設(shè)計(jì)出滿足要求的鋼筋切斷機(jī)，并完成其裝配圖與部分零件圖，查閱文獻(xiàn)資料不少于12篇，其中外文資料不少于2篇。
1、文獻(xiàn)綜述一篇，不少于3000字，與專業(yè)相關(guān)的英文翻譯一篇，不少于3000漢字。
2、畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書一份，內(nèi)容與字?jǐn)?shù)都不少于規(guī)定的任務(wù)量。
3、圖紙若干（折合后不少于A1圖紙3張，可以用計(jì)算機(jī)繪圖）。
4、包含本次設(shè)計(jì)的所有內(nèi)容的光盤一張。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）撰寫規(guī)范及有關(guān)要求，請查閱《黃河科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)手冊》。
三、時(shí)間安排
1-4 周 完成開題報(bào)告、文獻(xiàn)翻譯、文獻(xiàn)綜述及總體方案設(shè)計(jì)。
5-11 周 完成總體設(shè)計(jì)、完成部分機(jī)構(gòu)的裝配圖及部分零件圖并撰寫說明書。
12-13 周 修改論文、資格審查等。
14 周 畢業(yè)答辯。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）時(shí)間： 年 月 日至 年 月 日
計(jì) 劃 答 辯 時(shí) 間： 年 月 日
專業(yè)（教研室）審批意見：
審批人簽名：
課題名稱
GQ50型鋼筋切斷機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真
課題來源
教師擬訂
課題類型
AX
指導(dǎo)教師
王良文
學(xué)生姓名
劉文超
專 業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué) 號(hào)
080105007
一、調(diào)研資料的準(zhǔn)備
1. 參觀黃河金剛石有限公司的GQ40型和GQ50型鋼筋切斷機(jī)，了解鋼筋切斷機(jī)的工作原理。
2. 利用圖書館及網(wǎng)絡(luò)資源，查閱相關(guān)資料。
二、設(shè)計(jì)的目的與要求
1. 建立運(yùn)動(dòng)分析模型。
2. 建立機(jī)械的動(dòng)力學(xué)模型。
3. 設(shè)計(jì)整體結(jié)構(gòu)。
三、思路與預(yù)期成果
1、設(shè)計(jì)思路：
（1）首先查詢大量的相關(guān)資料，并熟悉AUTO CAD及Inventor2011繪圖軟件，達(dá)到能夠較為熟練的使用，以提高設(shè)計(jì)及繪圖效率。
（2）根據(jù)畢業(yè)時(shí)間的安排，逐步推進(jìn)設(shè)計(jì)進(jìn)程，有不懂之處就盡快與老師進(jìn)行溝通，得到老師指導(dǎo)并解決問題。
2、預(yù)期的成果
（1）完成文獻(xiàn)綜述一篇，不少與3000字，與專業(yè)相關(guān)的英文翻譯一篇，不少于3000字。
（2）完成內(nèi)容與字?jǐn)?shù)都不少于規(guī)定量的畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書一份，繪制出各主要零件的工程圖。
（3）建立GQ50型鋼筋切斷機(jī)的三維模型，并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。
四、任務(wù)完成的階段內(nèi)容及時(shí)間安排
1-4 周 完成開題報(bào)告、文獻(xiàn)翻譯及文獻(xiàn)綜述。
5-11 周 完成總體設(shè)計(jì)，基本完成機(jī)構(gòu)的裝配圖及零件圖，并撰寫說明書。
12-13 周 修正并完善論文終稿，進(jìn)行資格審查。
14 周 畢業(yè)答辯。
五、完成設(shè)計(jì)（論文）所具備的條件因素
修完機(jī)械設(shè)計(jì)，工程材料等課程，借助圖書館的相關(guān)文獻(xiàn)資料，以及網(wǎng)絡(luò)等資源。
指導(dǎo)教師簽名: 日期:
黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告表
課題來源：（1）教師擬訂；（2）學(xué)生建議；（3）企業(yè)和社會(huì)征集；（4）科研單位提供
課題類型：（1）A—工程設(shè)計(jì)（藝術(shù)設(shè)計(jì)）；B—技術(shù)開發(fā)；C—軟件工程；D—理論研究；E—調(diào)查報(bào)告
（2）X—真實(shí)課題；Y—模擬課題；Z—虛擬課題
要求（1）、（2）均要填，如AY、BX等
目 錄
1．任務(wù)書………………………………………………………1
2．開題報(bào)告……………………………………………………2
3．指導(dǎo)教師評(píng)閱表……………………………………………3
4．主審教師評(píng)審表……………………………………………4
5．畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯評(píng)審與總成績評(píng)定表………………………5
6．畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書……………………………………………6
7．文獻(xiàn)綜述……………………………………………………58
8．文獻(xiàn)翻譯……………………………………………………64
9．光盤
10．設(shè)計(jì)圖紙
單位代碼 02
學(xué) 號(hào) 080105007
分 類 號(hào) TH
密 級(jí)
畢業(yè)設(shè)計(jì)
文獻(xiàn)綜述
院（系）名稱
工學(xué)院機(jī)械系
專業(yè)名稱
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名
劉文超
指導(dǎo)教師
王良文
2012年 03 月 20
黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(文獻(xiàn)綜述) 第 8 頁
鋼筋切斷機(jī)運(yùn)動(dòng)仿真綜述
摘要
本文調(diào)研了最近幾年國內(nèi)外有關(guān)鋼筋切斷機(jī)的專利、論文，以及現(xiàn)在的研發(fā)現(xiàn)狀。分析研究鋼筋切斷機(jī)的動(dòng)力學(xué)性能是進(jìn)行鋼筋切斷機(jī)設(shè)計(jì)、改良的理論基礎(chǔ)。為了推動(dòng)鋼筋切斷機(jī)設(shè)計(jì)創(chuàng)新，縮短鋼筋切斷機(jī)的設(shè)計(jì)周期，在產(chǎn)品試制及完成測試之前明確了解鋼筋切斷機(jī)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除設(shè)計(jì)過程中存在的缺陷，最大程度地節(jié)省資金和時(shí)間。采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)結(jié)合動(dòng)力學(xué)理論，對(duì)鋼筋切斷機(jī)進(jìn)行零件三維設(shè)計(jì)、裝配，建立鋼筋切斷機(jī)三維仿真分析模型，模擬鋼筋切斷機(jī)運(yùn)行狀況，對(duì)鋼筋切斷機(jī)進(jìn)行仿真分析研究， 以加快產(chǎn)品技術(shù)更新。
關(guān)鍵詞： 鋼筋切斷機(jī)，動(dòng)力學(xué)模型，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，運(yùn)動(dòng)仿真
一.引言
鋼筋切斷機(jī)是一種各類工程建設(shè)領(lǐng)域廣泛使用的設(shè)備，在近年來的生產(chǎn)、使用中呈現(xiàn)快速增長的趨勢。國內(nèi)各相關(guān)廠家先后開發(fā)了GQ32型、GQ40型、GQ50型、GQ60型、GQ75型等多個(gè)品種的切斷機(jī)。隨著建設(shè)工程規(guī)模的擴(kuò)大，建筑質(zhì)量的要求提高，鋼筋切斷機(jī)的規(guī)格有逐漸增大的趨勢。各生產(chǎn)廠家為提高自己的生產(chǎn)產(chǎn)品的技術(shù)性能、增加產(chǎn)品的競爭優(yōu)勢，不斷優(yōu)化結(jié)構(gòu)，努力降低生產(chǎn)成本，并不斷開發(fā)新的品種。但由于未見國內(nèi)外有關(guān)鋼筋切斷機(jī)動(dòng)力學(xué)研究的文獻(xiàn)，因而在改良產(chǎn)品設(shè)計(jì)及開發(fā)新的產(chǎn)品過程中，在產(chǎn)品試制及完成測試之前尚不能對(duì)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)及驅(qū)動(dòng)電機(jī)在工作過程中的真實(shí)運(yùn)動(dòng)情況有比較明確的了解，而電機(jī)在工作過程中的速度降是衡量鋼筋切斷機(jī)設(shè)計(jì)質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。為此，我們首先建立了一種鋼筋切斷機(jī)的通用動(dòng)力學(xué)計(jì)算模型，使我們在產(chǎn)品的改良設(shè)計(jì)及研發(fā)新產(chǎn)品的過程中通過AutoCAD完成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計(jì)后，通過聯(lián)機(jī)計(jì)算的方法就可以清楚的求得所開發(fā)產(chǎn)品的動(dòng)力學(xué)參數(shù)及驅(qū)動(dòng)電機(jī)的真實(shí)運(yùn)動(dòng)情況，可以極大的加快產(chǎn)品的開發(fā)速度及方便的修改產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)參數(shù)。相關(guān)工作對(duì)于提高國內(nèi)產(chǎn)品技術(shù)開發(fā)工作的進(jìn)度，提高產(chǎn)品的競爭力有一定的積極作用。[6][7][8]
二.鋼筋切斷機(jī)簡介
鋼筋切斷機(jī)是一種在工程及建筑領(lǐng)域中廣泛使用的設(shè)備，由于近年來房地產(chǎn)的迅速發(fā)展，鋼筋切斷機(jī)的生產(chǎn)、使用呈現(xiàn)快速增長的趨勢，隨著建筑工程規(guī)模的擴(kuò)大和對(duì)建筑質(zhì)量要求的提高，對(duì)鋼筋切斷機(jī)的性能也提出了更高的要求。[9]
目前，國產(chǎn)鋼筋切斷機(jī)的典型結(jié)構(gòu)下圖所示，電機(jī)通過一級(jí)帶傳動(dòng)、三級(jí)齒輪傳動(dòng)來驅(qū)動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)帶動(dòng)活動(dòng)刀做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，固定在活動(dòng)刀座上的活動(dòng)刀片和固定在機(jī)體上的固定刀片一起作用完成對(duì)鋼筋的切斷。[10]
三.相關(guān)專利產(chǎn)品介紹（專利[1][2][3]）
專利[1]的產(chǎn)品是一種以柴油機(jī)為動(dòng)力的鋼筋切斷機(jī)，其特征在于將鋼筋切斷機(jī)與柴油機(jī)相組合、中間用皮帶傳動(dòng)相聯(lián)接構(gòu)成一柴油鋼筋切斷機(jī)。其優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：不需要電力，使沒有電力或者電力不足的地方，也夠使用鋼筋切斷機(jī)完成鋼筋的切斷。
右圖所示的是專利[1]產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)示意圖：1為鋼筋切斷機(jī)機(jī)構(gòu)，2為底架、3為皮帶傳動(dòng)、4為柴油機(jī)、5 和6分別是柴油機(jī)4和切斷機(jī)1與底架2相連接的連接螺栓。柴油機(jī)4和鋼筋切斷機(jī)構(gòu)1都被連接螺栓5和6固定在底架2上，發(fā)動(dòng)柴油機(jī)4通過皮帶傳動(dòng)3帶動(dòng)鋼筋切斷機(jī)構(gòu)1的刀具來完成切斷鋼筋的工作要求。
專利[2]的產(chǎn)品是一種改進(jìn)的鋼筋切斷機(jī)。它的箱體由側(cè)面箱板和箱底板組裝成封閉型式：其傳動(dòng)系統(tǒng)采用三軸（六齒輪）三級(jí)齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)；而其曲柄桿與滑塊采用鉤型連接結(jié)構(gòu)。這種改進(jìn)，使箱體制造工藝簡化。由于是三級(jí)齒輪傳動(dòng)節(jié)省了一根中間傳動(dòng)軸，故而使整機(jī)體積縮小了許多，且降低了成本。而曲柄桿與滑塊的鉤型連接方式，不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且提高了機(jī)械強(qiáng)度，不易損壞，使整機(jī)延長了壽命。
專利[3]的產(chǎn)品是一種改進(jìn)的鋼筋切斷機(jī)。包括電機(jī)、飛輪、第一級(jí)至第四級(jí)齒輪傳動(dòng)裝置、離合器、定動(dòng)切刀和哈夫式齒輪箱體，第一級(jí)齒輪傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)軸兩端分別套裝有飛輪；哈夫式齒輪箱體以曲軸中心水平線為依據(jù)，由鑄成上、下各一半的兩塊箱體組合而成。本實(shí)用新型由于在現(xiàn)有四級(jí)齒輪傳動(dòng)鋼筋切斷機(jī)的基礎(chǔ)上，采用哈夫式箱體并在第一級(jí)齒輪傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)軸兩端分別套裝有飛輪，故其故障率低，使用壽命長，阻力大；且安裝、維修方便該專利產(chǎn)品是對(duì)國內(nèi)外產(chǎn)品的一種改進(jìn)，是一種實(shí)用新型的鋼筋切斷機(jī)，該產(chǎn)品主要包括電動(dòng)機(jī)，飛輪，第一級(jí)至第四級(jí)齒輪傳動(dòng)裝置、離合器、定動(dòng)刀片和哈夫式齒輪箱體，起主要特別之處在于：第一級(jí)齒輪傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)軸兩端分別裝有飛輪。具體結(jié)構(gòu)如上圖。
四. 鋼筋切斷機(jī)幾個(gè)主要部件
(1) 刀口裝置（專利[4]）
專利[4]指推動(dòng)刀口軸桿的偏心軸外圍裝設(shè)有方形滑塊，于偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)能使方形滑塊上下移動(dòng)，進(jìn)而使刀片軸桿以平面方式向外推動(dòng)或拉回，使鋼筋的切口平直，并于切斷鋼筋后，偏心軸拉回軸桿撞擊偏心軸的力，形成面的使受力點(diǎn)平均，降低偏心軸的耗損，且該偏心軸與推動(dòng)齒輪間設(shè)有一固定隔板，以避免撞擊的同時(shí)造成齒輪的偏移而損壞，該刀口軸桿的另一側(cè)設(shè)有一活動(dòng)隔板，能增進(jìn)維修時(shí)的便利性。
(2) 離合器組件（專利[5]）
專利[5]鋼筋切斷機(jī)的曲軸離合器。該器包括曲軸、內(nèi)齒輪、大齒輪和安裝在兩輪內(nèi)接之間的活動(dòng)銷齒機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)又由轉(zhuǎn)銷軸、轉(zhuǎn)銷齒、撥動(dòng)擋板、拉簧和伸縮擋銷組成。通過操縱轉(zhuǎn)銷齒接觸于大齒輪的轉(zhuǎn)銷齒推槽內(nèi)而使大齒輪帶動(dòng)內(nèi)齒輪和曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)?；虿倏v轉(zhuǎn)銷齒接觸于內(nèi)齒輪的轉(zhuǎn)銷軸槽內(nèi)而使內(nèi)齒輪脫離大齒輪，使大齒輪空轉(zhuǎn)。該離合器可適用于切斷機(jī)、沖床、剪切機(jī)床上，其具有離合平穩(wěn)、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點(diǎn)。
五. 鋼筋切斷機(jī)存在的缺點(diǎn)和問題
目前，國內(nèi)外現(xiàn)有的鋼筋切斷機(jī)，就其傳動(dòng)方式分為兩種類型：一種是開式傳動(dòng)，一種是閉式傳動(dòng)。[11]開式傳動(dòng)的形式，其軸、齒輪等主要傳動(dòng)件都要暴露在外，各傳動(dòng)件均要靠人工加油，極為不方便。閉式傳動(dòng)的形式，主要傳動(dòng)件均安裝在機(jī)器箱體內(nèi)，形成整體密封，其機(jī)體為整體構(gòu)件，加工工藝復(fù)雜。國內(nèi)外的鋼筋切斷機(jī)主要存在以下幾個(gè)問題：
(1) 用電動(dòng)機(jī)作原動(dòng)機(jī)的鋼筋切斷機(jī)和用柴油機(jī)作原動(dòng)機(jī)的鋼筋切斷機(jī)，所用的原動(dòng)機(jī)不能代換，這給使用帶來了一定的不方便。
(2) 國內(nèi)外使用的全封閉結(jié)構(gòu)的鋼筋切斷機(jī)的活動(dòng)刀處采用上開蓋的機(jī)體，大都是采用的是減速器結(jié)構(gòu)，用螺栓連接，而這種結(jié)構(gòu)的剛性較差，而且在結(jié)合面處加工困難，并且常常漏油。而機(jī)體采用整體式結(jié)構(gòu)的鋼筋切斷機(jī)，活動(dòng)刀處采用的是側(cè)開蓋結(jié)構(gòu)，由于切斷機(jī)工作時(shí)所受的側(cè)向力很大，常常損壞。
(3) 國內(nèi)外所使用的鋼筋切斷機(jī)在空套齒輪與軸結(jié)合處，常常容易損壞。
(4) 國內(nèi)外所使用的鋼筋切斷機(jī)，其離合器操縱機(jī)構(gòu)只有一種方式，即腳踏式，這不適應(yīng)于不同習(xí)慣的操作者和不利于緊急情況的操作。
(5) 國內(nèi)外所使用的鋼筋切斷機(jī)，大都采用的是小功率的電動(dòng)機(jī)，工作主軸的偏心距也很小，這樣在剪切公稱直徑范圍內(nèi)的不同直徑的鋼筋時(shí)，就要更換刀片或者在刀片的后面加減刀墊，才能完成剪切不同尺寸鋼筋的切斷要求。
(6) 國內(nèi)外所使用的鋼筋切斷機(jī)，其固定刀片側(cè)隙的調(diào)整是靠人工選配尺寸固定的刀墊來實(shí)現(xiàn)的。
六.鋼筋切斷機(jī)的改良方向
真對(duì)鋼筋切斷機(jī)存在的這些問題，提出以下改良方向：
（1）結(jié)構(gòu)與造型的改良。
目前的鋼筋切斷機(jī)有閉式與開式兩大類。開式由于體積大，搬移不便、潤滑差等，已經(jīng)很少生產(chǎn)使用。而閉式結(jié)構(gòu)的體積雖較為緊湊，但存在的主要問題是在傳動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，維修不太方便。目前在市場上出現(xiàn)了一種在整體閉式結(jié)構(gòu)上的改良設(shè)計(jì)。[12][13]即將機(jī)體一側(cè)的1/2～1/3設(shè)計(jì)為可拆卸結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)雖然在加工上增加了工序，但鑄造環(huán)節(jié)更簡單，安裝比較方便，尤其是便于售后服務(wù)。
（2）輕量化設(shè)計(jì)
輕量化設(shè)計(jì)可節(jié)省資源、減少生產(chǎn)、使用、回收等環(huán)節(jié)中了浪費(fèi)，而且就機(jī)器本身而言，也可以通過輕量化設(shè)計(jì)，在最低成本下達(dá)到機(jī)器的使用性能。就目前來說，可通過建立虛擬樣機(jī)、并對(duì)其進(jìn)行有限元分析實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)及制造。[14][15]
七. 其他
機(jī)械動(dòng)力學(xué)的相關(guān)內(nèi)容：
機(jī)械動(dòng)力學(xué)主要研究的是機(jī)械的振動(dòng)和平衡的問題。目前，我們正在高速發(fā)展的階段，各個(gè)部門迫切需要大量的新的高效率，高速度，高精度和高自動(dòng)化的機(jī)械設(shè)備。隨著機(jī)械速度的提高，機(jī)械平衡和震動(dòng)的問題成為機(jī)械設(shè)計(jì)中的一個(gè)問題，在設(shè)計(jì)高精度的機(jī)器時(shí)，就必然涉及各種動(dòng)力學(xué)的因素，需要精確計(jì)算各部件的真實(shí)運(yùn)動(dòng)情況以及考慮部件的彈性、運(yùn)動(dòng)副中的磨察等因素對(duì)構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的影響，才能使各部件的動(dòng)作協(xié)調(diào)，機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)正常。[17][18][19][20]
八. 結(jié)束語
產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)過程是一個(gè)不斷改良完善、技術(shù)優(yōu)化發(fā)展的過程。唯有通過長期的市場考驗(yàn)，且有優(yōu)良的性價(jià)比，才能真正占領(lǐng)市場。
鋼筋切斷機(jī)的運(yùn)動(dòng)仿真的設(shè)計(jì)必將更加有利于鋼筋切斷機(jī)產(chǎn)品的開發(fā)，可以加快產(chǎn)品的開發(fā)速度以及開發(fā)出更加高效的產(chǎn)品。
參考文獻(xiàn)
專利[1] 孟憲民，劉鴻鷹，章友文，郭俊平，付竹祥 柴油鋼筋切斷機(jī)
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單位代碼 02
學(xué) 號(hào) 080105007
分 類 號(hào) TH
密 級(jí)
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
GQ50型鋼筋切斷機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真
院系名稱
工學(xué)院
專業(yè)名稱
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名
劉文超
指導(dǎo)教師
王良文
2012年 5 月 10 日
黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 49 頁
GQ50型鋼筋切斷機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真
摘要
本產(chǎn)品的設(shè)計(jì)是根據(jù)黃河科技學(xué)院工學(xué)院機(jī)械系2012屆畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求，在參觀調(diào)研的基礎(chǔ)上，對(duì)大學(xué)四年已學(xué)知識(shí)的總結(jié)、實(shí)踐與提高。按照指導(dǎo)老師的要求，我首先查閱了大量關(guān)于此產(chǎn)品設(shè)計(jì)的資料，做好初期準(zhǔn)備。然后到河南省長葛市黃河旋風(fēng)股份有限公司參觀，深入了解鋼筋切斷機(jī)的工作原理及使用要求，在此基礎(chǔ)上，形成自己初步的設(shè)計(jì)思路。
本產(chǎn)品設(shè)計(jì)給定的原始參數(shù)是：切斷能力為（φ6-φ50）mm的圓鋼；電機(jī)功率為4kw；沖切次數(shù)為28次/min；切斷行程為40mm。此次設(shè)計(jì)的主要研究內(nèi)容和技術(shù)關(guān)鍵是：根據(jù)鋼筋切斷機(jī)的使用要求，確定其工作原理，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行鋼筋切斷機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定主要結(jié)構(gòu)尺寸。主要包括以下幾點(diǎn)：1、電動(dòng)機(jī)的選擇；2、傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)和計(jì)算；3、軸承的選擇；4、曲軸連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)；5、機(jī)體的設(shè)計(jì)；6、刀片的設(shè)計(jì)選擇。然后根據(jù)這些設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行產(chǎn)品的建模及運(yùn)動(dòng)仿真。
本次產(chǎn)品建模使用的是美國Autodesk公司的三維設(shè)計(jì)軟件Inventor 2011。首先是根據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)建立各個(gè)零件的草圖，在草圖的基礎(chǔ)上運(yùn)用零件特征生成三維實(shí)體；然后在Inventor 2011軟件的虛擬環(huán)境中進(jìn)行虛擬裝配，建立數(shù)字樣機(jī)；最后進(jìn)行應(yīng)力分析、運(yùn)動(dòng)干涉分析及運(yùn)動(dòng)仿真。
本設(shè)計(jì)可以大幅降低鋼筋切斷機(jī)的研發(fā)周期及成本，從而提高產(chǎn)品的市場競爭力和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞：鋼筋切斷機(jī)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，Inventor 2011，虛擬裝配，運(yùn)動(dòng)仿真
Disc Centrifuge Spindle Box Design
Author：Wenchao Liu
Tutor：Liangwen Wang
Abstract
This product is designed according to the college of engineering science and technology of 2012 member of graduation design requirements, during a visit to a research, on the basis of the university for four years have already learn knowledge summary, practice and improve. According to the requirements of the guiding teacher, I first looked a lot about this product design information, do well to the early. And then to the Yellow River in henan province ChangGe city whirlwind visit to a joint stock limited company, understand reinforced cutting machine and working principle of the use requirement, and based on this, the preliminary design to form their own ideas.
This product design parameters are given of the original: cutting ability for (phi 6-phi 50) mm round steel; The motor power for 4 kw; For punching number 28 times/min; Cut off the trip to 40 mm. The design of the main research contents, technology and the key is: according to the use requirement reinforced cutting machine, determine its working principle, and based on the structure of the steel cutting machine design, confirming the main structure size. Mainly include the following: 1, the choice of the motor; 2, the design and calculation of transmission device; 3, bearing choice; 4, crankshaft connecting rod design of organization; 5, the body's design; 6, the blade design choices. Then according to the design data modeling of products and movement simulation.
This product modeling is using the company's 3 d design Autodesk Inventor 2011 software. First of all is according to the design data to set up the various parts of the sketch, in the sketch of the use part features based on 3 d entity; And then in the Inventor 2011 software virtual environment in virtual assembly, to build digital prototype; Finally in stress analysis, motion interference analysis and simulation movement.
This design can dramatically reduce the reinforced cutting machine development cycle and cost, so as to improve the market competitiveness of products and the economic efficiency of enterprises.
Keywords: steel cutting machine, the structure design, Inventor 2011, virtual assembling, movement simulation
目 錄
1 緒論 1
2 設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備 3
2.1計(jì)劃任務(wù)書 3
2.1.1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)的依據(jù) 3
2.1.2 計(jì)劃任務(wù)書 3
2.2 設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備 3
3鋼筋切斷機(jī)的總體設(shè)計(jì) 4
3.1鋼筋切斷機(jī)的工作原理 4
3.2鋼筋切斷機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 4
4傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì) 5
4.1 基本傳動(dòng)數(shù)據(jù)計(jì)算 5
4.1.1分配傳動(dòng)比 5
4.1.2計(jì)算各州的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù) 5
4.2 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 6
4.2.1帶型的選擇 6
4.2.2帶輪基準(zhǔn)直徑的確定 6
4.2.2帶速的確定 6
4.2.3中心距、帶長及包角的確定。 6
4.2.4 確定帶的根數(shù) 7
4.2.5 帶輪結(jié)構(gòu)與尺寸 7
4.3 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 7
4.3.1選材料、確定初步參數(shù) 7
4.3.2齒面疲勞強(qiáng)度計(jì)算 8
4.3.3齒根抗彎疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算 10
5 Autodesk Inventor 2011 12
5.1 Inventor 2011的組成 12
5.2三維繪圖軟件Inventor 2011的優(yōu)點(diǎn) 12
5.2.1 二維工程圖處理能力比較好 12
5.2.2 具有良好的設(shè)計(jì)項(xiàng)目管理功能 13
5.2.3 參數(shù)化技術(shù)和變量化技術(shù) 13
5.2.4 簡便的操作風(fēng)格 13
5.2.5 精彩的顯示功能 13
6 主要零件的設(shè)計(jì)及建模 14
6.1機(jī)體的設(shè)計(jì)流程 14
6.2其他主要零件的建模效果展示 23
7鋼筋切斷機(jī)的裝配 29
7.1裝配流程 29
7.2大側(cè)蓋的裝配步驟 29
7.2.1新建文件 30
7.2.2裝入所有零件 30
7.2.3向機(jī)體安裝大側(cè)蓋 30
7.3裝配效果圖展示 33
8應(yīng)用Inventor軟件進(jìn)行干涉檢查 34
8.1檢查零部件之間的干涉 34
8.2 連桿及連桿銅瓦的干涉檢查 34
9繪制各主要零件的工程圖 37
10 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真 41
10.1建立一個(gè)簡單的裝配 41
10.2運(yùn)動(dòng)仿真步驟 41
致謝 45
參考文獻(xiàn) 46
附 錄 48
1 緒論
鋼筋切斷機(jī)是建筑機(jī)械的一種。它是鋼筋加工必不可少的設(shè)備之一，主要用語房屋建筑、橋梁、隧道、電站、大型水利等工程中對(duì)鋼筋的定長切斷。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(diǎn)，因此近年來逐步被建筑工地和小型軋鋼廠等廣泛采用，在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用。
新中國成立初期，建筑工程中鋼筋加工技術(shù)非常落后，主要依靠手工或者簡單工具，勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低、工程質(zhì)量很難保證。太原重型機(jī)械學(xué)院是國內(nèi)最早生產(chǎn)鋼筋切斷機(jī)的單位之一。他們于1958年首次引進(jìn)蘇聯(lián)的臥式鋼筋切斷機(jī)圖紙，生產(chǎn)了國內(nèi)第一臺(tái)鋼筋切斷機(jī)。隨后又于1985年引進(jìn)了日本立式鋼筋切斷機(jī)和德國臥式鋼筋切斷機(jī)，并在此基礎(chǔ)上研發(fā)了GQ40、GQ50、GQ65等一系列開式、封閉式及半封閉式切斷機(jī)。該系列的鋼筋切斷機(jī)均是采用機(jī)械輪剪切進(jìn)行切斷的。此外，沈陽建筑工程學(xué)院工廠、陜西渭南農(nóng)業(yè)科技股份有限公司、黑虎建筑機(jī)械公司等企業(yè)也生產(chǎn)過不同類型的機(jī)械式鋼筋切斷機(jī)。
目前，國內(nèi)的鋼筋切斷機(jī)多以機(jī)械輪剪式切斷為主。其工作過程基本為：電動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力經(jīng)過帶傳動(dòng)和三級(jí)齒輪傳動(dòng)減速后，帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)，曲軸推動(dòng)連桿使滑塊和動(dòng)刀片在機(jī)座的滑道中做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，使動(dòng)刀片和定刀片相錯(cuò)而切斷鋼筋。
近年來，我國在鋼筋切斷機(jī)技術(shù)裝備方面有了長足的進(jìn)步，但產(chǎn)品的技術(shù)水平與國外先進(jìn)水平相比，尚有以下幾個(gè)方面的差距：
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(shí)，不是換刀墊就是換刀片，有時(shí)還需要轉(zhuǎn)換角度。
2)國外切斷機(jī)的機(jī)架都是鋼板焊接結(jié)構(gòu)，零部件加工精度、粗糙度尤其熱處理工藝過硬，使切斷機(jī)在承受過載荷、疲勞失效、磨損等方面都超過國產(chǎn)機(jī)器。
3)國內(nèi)切斷機(jī)刀片設(shè)計(jì)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。
4)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。
5)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。
6)國內(nèi)切斷機(jī)外觀質(zhì)量、整機(jī)性能不盡人意。國外廠家一般都是規(guī)模生產(chǎn)，在技術(shù)設(shè)備上舍得投入，自動(dòng)化生產(chǎn)水平較高，形成一套完整的質(zhì)量保證加工體系。尤其對(duì)外觀質(zhì)量更是精益求精，外罩一次性沖壓成型，油漆經(jīng)烤漆噴涂處理，色澤搭配科學(xué)合理，外觀看不到哪兒有焊縫、毛刺、尖角，整機(jī)光潔美觀。而國內(nèi)一些廠家雖然生產(chǎn)歷史較長，但沒有一家形成規(guī)模，加之設(shè)備老化，加工過程拼體力、經(jīng)驗(yàn)，生產(chǎn)工藝幾十年一貫制，所以外觀質(zhì)量粗糙、觀感較差。
從鋼筋切斷機(jī)的發(fā)展趨勢看，隨著建筑設(shè)計(jì)與建筑施工技術(shù)的國際化，建筑工程設(shè)計(jì)與應(yīng)用鋼筋必將進(jìn)入商品化供應(yīng)時(shí)代，即根據(jù)建筑配筋表采購鋼筋，鋼筋使用現(xiàn)場轉(zhuǎn)化成可用鋼筋，商品化供應(yīng)鋼筋。而鋼筋的一體化生產(chǎn)就要求鋼筋切斷機(jī)必須實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制——鋼筋自動(dòng)送料，定尺寸后自動(dòng)切斷、落料。
另一方面，國外的產(chǎn)品充分融合了液壓技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)等，形成了以機(jī)械為筋骨、液壓為肌肉、電氣為神經(jīng)的機(jī)電液一體化綜合控制技術(shù)，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，體現(xiàn)綜合最優(yōu)驅(qū)動(dòng)及控制能力。因此，鋼筋切斷機(jī)不但要求實(shí)現(xiàn)定長剪切的高精度控制，同時(shí)要求其具有相對(duì)高的生產(chǎn)效率。所以，如何使鋼筋切斷機(jī)的機(jī)電液系統(tǒng)有機(jī)地高度集成，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢，將是今后研究的主要方向。
2 設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備
2.1計(jì)劃任務(wù)書
2.1.1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)的依據(jù)
本設(shè)計(jì)是在對(duì)河南省長葛市黃河旋風(fēng)股份有限公司進(jìn)行生產(chǎn)參觀后，對(duì)鋼筋切斷機(jī)形成初步認(rèn)識(shí)后，深刻理解其工作原理與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，根據(jù)自己大學(xué)四年所學(xué)的機(jī)械方面的各種知識(shí)，對(duì)鋼筋切斷機(jī)做一個(gè)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，并建立數(shù)字樣機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。本設(shè)計(jì)力求高效、快速的完成產(chǎn)品研發(fā)與校驗(yàn)，并使產(chǎn)品具備完善可靠的性能，滿足市場需求，增強(qiáng)企業(yè)競爭力。
2.1.2 計(jì)劃任務(wù)書
根據(jù)建筑市場的使用需求，GQ50型鋼筋切斷機(jī)的規(guī)格參數(shù)設(shè)定，見表2-1。
表2-1 鋼筋切斷機(jī)的參數(shù)
電動(dòng)機(jī)額定功率
4KW
切斷能力
φ6-φ50mm的圓鋼
沖切次數(shù)
28次/min
沖切行程
40mm
2.2 設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備
接到任務(wù)書初期，先查閱了大量有關(guān)鋼筋切斷機(jī)的的論文、資料。其后，為了在產(chǎn)品設(shè)計(jì)前能對(duì)鋼筋切斷機(jī)有一個(gè)整體、大概的認(rèn)識(shí)，我在王良文教授的幫助指導(dǎo)下，對(duì)河南省長葛市黃河旋風(fēng)股份有限公司進(jìn)行了為期一天的參觀、調(diào)研，認(rèn)真觀察了鋼筋切斷機(jī)的結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)過程，在其間遇到的各種問題，仔細(xì)聽取了黃河旋風(fēng)股份有限公司建筑機(jī)械部張工程師的講解。
回到學(xué)校后，收集、整理鋼筋切斷機(jī)的相關(guān)資料，通過分析其性能和技術(shù)指標(biāo)，并結(jié)合自己所學(xué)的理論知識(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
3鋼筋切斷機(jī)的總體設(shè)計(jì)
3.1鋼筋切斷機(jī)的工作原理
工作原理：采用電動(dòng)機(jī)經(jīng)過一級(jí)帶傳動(dòng)和三級(jí)齒輪傳動(dòng)減速后，帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)，曲軸推動(dòng)連桿，使滑塊和動(dòng)刀片在機(jī)座的滑道中做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，這樣，活動(dòng)刀片和固定刀片就能相錯(cuò)而切斷鋼筋。
3.2鋼筋切斷機(jī)的基本結(jié)構(gòu)
傳動(dòng)方案簡述：首先是一級(jí)帶傳動(dòng)，然后是三級(jí)齒輪減速。
首先采用一級(jí)帶傳動(dòng)，因?yàn)樗哂芯彌_、吸震、運(yùn)行平穩(wěn)、噪聲小、過載保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。然后采用三級(jí)齒輪減速，因?yàn)辇X輪傳動(dòng)可以用來傳遞空間任意兩軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，并具有功率范圍大，傳動(dòng)效率高，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，使用壽命長，工作安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。
動(dòng)力是由電動(dòng)機(jī)輸出，通過減速系統(tǒng)傳動(dòng)，把動(dòng)力輸入到執(zhí)行機(jī)構(gòu)。由于傳動(dòng)系統(tǒng)做的是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而鋼筋切斷機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的是直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換，可以采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)或者齒輪齒條機(jī)構(gòu)?？紤]到現(xiàn)實(shí)使用條件，決定采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)作為本機(jī)械的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
考慮到工地上的機(jī)械需要經(jīng)常變幻地方，且考慮到經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)盡量使產(chǎn)品的尺寸減小、結(jié)構(gòu)緊湊，所以本設(shè)計(jì)中的小齒輪都采用齒輪軸的形式。為了節(jié)能、儲(chǔ)能和減震，本設(shè)計(jì)運(yùn)用了飛輪的優(yōu)點(diǎn)。為了使飛輪的結(jié)構(gòu)尺寸不至于過大，本產(chǎn)品把飛輪與大帶輪作為一個(gè)整體來設(shè)計(jì)，安裝在第一根軸上。
本設(shè)計(jì)基本結(jié)構(gòu)如圖3.2
1.電機(jī) 2.小帶輪
3.大帶輪 4.一軸
5.二軸連軸齒輪 6.三軸
7.曲軸大齒輪
8.機(jī)體 9.二軸
10.三軸連軸齒輪
11.曲軸 12.連桿
13.活動(dòng)刀座 14.活動(dòng)刀片
15.固定刀片
4傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)
4.1 基本傳動(dòng)數(shù)據(jù)計(jì)算
4.1.1分配傳動(dòng)比
電動(dòng)機(jī)功率為4kw，選擇型號(hào)為Y112M-2，其滿載轉(zhuǎn)速為2890r/min。
1）總傳動(dòng)比
2）分配傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)比
上式中分別為帶傳動(dòng)與減速器（三級(jí)齒輪減速）的傳動(dòng)比，為使V帶傳動(dòng)的外廓尺寸不致過大，同時(shí)使減速器的傳動(dòng)比圓整以便更方便的獲得圓整地齒數(shù)。初步取=1.6，則減速器的傳動(dòng)比為
3）分配減速器的各級(jí)傳動(dòng)比
查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，取=4，=4，則=4。
4.1.2計(jì)算各州的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)
1）各軸的轉(zhuǎn)速
Ⅰ軸
Ⅱ軸
Ⅲ軸
曲軸
2）各軸的輸入功率
查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊》表1-7，取帶傳動(dòng)的傳動(dòng)效率=0.96 ，取齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)效率為0.97。則
Ⅰ軸
Ⅱ軸
Ⅲ軸
曲軸
3）各軸的輸入轉(zhuǎn)矩
電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩
Ⅰ軸
Ⅱ軸
Ⅲ軸
曲軸
4.2 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)
4.2.1帶型的選擇
由設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)可知，V帶的傳動(dòng)功率為4kw，小帶輪的轉(zhuǎn)速為2890r/min，大帶輪的轉(zhuǎn)速為1806r/min。
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》可知，工況系數(shù)取 KA=1.5 ，Pc=1.5×4=6kw。根據(jù)以上數(shù)值及小帶輪的轉(zhuǎn)速查相應(yīng)得圖表選取B型V帶。
4.2.2帶輪基準(zhǔn)直徑的確定
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-4a ，取小帶輪的基準(zhǔn)直徑為200mm，則大帶輪的基準(zhǔn)直徑為320mm。
4.2.2帶速的確定
4.2.3中心距、帶長及包角的確定。
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式8-20知，帶的中心距為
0.7(d1+d2)
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