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學(xué) 號(hào)
分 類 號(hào)
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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
指導(dǎo)教師
5 月 10 日
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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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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
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?？此剖×?、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(shì)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(chǎng)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(shì)，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(shì)，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(chǎng)需求，增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。
2.1.2 計(jì)劃任務(wù)書
根據(jù)建筑市場(chǎng)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)。考慮到現(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(cè)，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(cè)》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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