1、 黄河科技学院毕业设计说明书 第 I 页毕业设计说明书GQ50 型钢筋切断机的结构设计与运动仿真摘要本产品的设计是根据黄河科技学院工学院机械系 2012 届毕业设计的要求，在参观调研的基础上，对大学四年已学知识的总结、实践与提高。按照指导老师的要求，我首先查阅了大量关于此产品设计的资料，做好初期准备。然后到河南省长葛市黄河旋风股份有限公司参观，深入了解钢筋切断机的工作原理及使用要求，在此基础上，形成自己初步的设计思路。本产品设计给定的原始参数是：切断能力为（6-50）mm 的圆钢；电机功率为4kw；冲切次数为 28 次/min；切断行程为 40mm。此次设计的主要研究内容和技术关键是：根据钢筋
2、切断机的使用要求，确定其工作原理，在此基础上进行钢筋切断机的结构设计，确定主要结构尺寸。主要包括以下几点：1、电动机的选择；2、传动装置的设计和计算；3、轴承的选择；4、曲轴连杆机构的设计；5、机体的设计；6、刀片的设计选择。然后根据这些设计数据进行产品的建模及运动仿真。本次产品建模使用的是美国 Autodesk 公司的三维设计软件 Inventor 2011。首先是根据设计数据建立各个零件的草图，在草图的基础上运用零件特征生成三维实体；然后在 Inventor 2011 软件的虚拟环境中进行虚拟装配，建立数字样机；最后进行应力分析、运动干涉分析及运动仿真。本设计可以大幅降低钢筋切断机的研发周
3、期及成本，从而提高产品的市场竞争力黄河科技学院毕业设计说明书 第 II 页和企业的经济效益。关键词：钢筋切断机，结构设计，Inventor 2011，虚拟装配，运动仿真黄河科技学院毕业设计说明书 第 III 页Disc Centrifuge Spindle Box DesignAbstractThis product is designed according to the college of engineering science and technology of 2012 member of graduation design requirements, during a visit
4、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 provi
5、nce 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、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 structu
7、re 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 bodys design; 6, the blade design
8、 choices. Then according to the design data modeling of products and movement simulation.This product modeling is using the companys 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 featu
9、res 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 a
10、nd 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黄河科技学院毕业设计说明书 第 IV 页目 录1 绪论 .12 设计前的准备 .32.1 计划任务书 .32.1.1 产品设计的依据 .32.1.2 计划任务书 .3
11、2.2 设计前的准备 .33 钢筋切断机的总体设计 .43.1 钢筋切断机的工作原理 .43.2 钢筋切断机的基本结构 .44 传动方案的设计 .54.1 基本传动数据计算 .54.1.1 分配传动比 .54.1.2 计算各州的运动及动力参数 .54.2 带传动的设计 .64.2.1 带型的选择 .64.2.2 带轮基准直径的确定 .64.2.2 带速的确定 .64.2.3 中心距、带长及包角的确定。 .64.2.4 确定带的根数 .74.2.5 带轮结构与尺寸 .74.3 齿轮传动的设计 .74.3.1 选材料、确定初步参数 .74.3.2 齿面疲劳强度计算 .84.3.3 齿根抗弯疲劳强度
12、验算 .105 Autodesk Inventor 2011.125.1 Inventor 2011 的组成 .12黄河科技学院毕业设计说明书 第 V 页5.2 三维绘图软件 Inventor 2011 的优点 .125.2.1 二维工程图处理能力比较好 .125.2.2 具有良好的设计项目管理功能 .135.2.3 参数化技术和变量化技术 .135.2.4 简便的操作风格 .135.2.5 精彩的显示功能 .136 主要零件的设计及建模 .146.1 机体的设计流程 .146.2 其他主要零件的建模效果展示 .237 钢筋切断机的装配 .297.1 装配流程 .297.2 大侧盖的装配步骤
13、.297.2.1 新建文件 .307.2.2 装入所有零件 .307.2.3 向机体安装大侧盖 .307.3 装配效果图展示 .338 应用 Inventor 软件进行干涉检查 .348.1 检查零部件之间的干涉 .348.2 连杆及连杆铜瓦的干涉检查 .349 绘制各主要零件的工程图 .3710 传动结构的运动仿真 .4110.1 建立一个简单的装配 .4110.2 运动仿真步骤 .41致谢 .45参考文献 .46附 录 .48黄河科技学院毕业设计说明书 第 1 页1 绪论钢筋切断机是建筑机械的一种。它是钢筋加工必不可少的设备之一，主要用语房屋建筑、桥梁、隧道、电站、大型水利等工程中对钢筋的
14、定长切断。钢筋切断机与其他切断设备相比，具有重量轻、耗能少、工作可靠、效率高等特点，因此近年来逐步被建筑工地和小型轧钢厂等广泛采用，在国民经济建设的各个领域发挥了重要的作用。新中国成立初期，建筑工程中钢筋加工技术非常落后，主要依靠手工或者简单工具，劳动强度大、生产效率低、工程质量很难保证。太原重型机械学院是国内最早生产钢筋切断机的单位之一。他们于 1958 年首次引进苏联的卧式钢筋切断机图纸，生产了国内第一台钢筋切断机。随后又于 1985 年引进了日本立式钢筋切断机和德国卧式钢筋切断机，并在此基础上研发了 GQ40、GQ50、GQ65 等一系列开式、封闭式及半封闭式切断机。该系列的钢筋切断机均
15、是采用机械轮剪切进行切断的。此外，沈阳建筑工程学院工厂、陕西渭南农业科技股份有限公司、黑虎建筑机械公司等企业也生产过不同类型的机械式钢筋切断机。目前，国内的钢筋切断机多以机械轮剪式切断为主。其工作过程基本为：电动机输出动力经过带传动和三级齿轮传动减速后，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做往复直线运动，使动刀片和定刀片相错而切断钢筋。近年来，我国在钢筋切断机技术装备方面有了长足的进步，但产品的技术水平与国外先进水平相比，尚有以下几个方面的差距：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
16、烦，不易管理。因为在由切大料到切小料时，不是换刀垫就是换刀片，有时还需要转换角度。2)国外切断机的机架都是钢板焊接结构，零部件加工精度、粗糙度尤其热处理工艺过硬，使切断机在承受过载荷、疲劳失效、磨损等方面都超过国产机器。3)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，2527mm 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。4)国内切断机每分钟切断次数少。国内一般为 2831 次，国外要高出 1520 次，最高高出 30 次，工作效率较高。黄河科技学院毕业设计说明书 第 2 页5)国外机型一般采用半开式结构。
17、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。6)国内切断机外观质量、整机性能不尽人意。国外厂家一般都是规模生产，在技术设备上舍得投入，自动化生产水平较高，形成一套完整的质量保证加工体系。尤其对外观质量更是精益求精，外罩一次性冲压成型，油漆经烤漆喷涂处理，色泽搭配科学合理，外观看不到哪儿有焊缝、毛刺、尖角，整机光洁美观。而国内一些厂家虽然生产历史较长，但没有一家形成规模，加之设备老化，加工过程拼体力、经验，生产工艺几十年一贯制，所以外观质量粗糙、观感较差。从钢筋切断机的发展趋势看，
18、随着建筑设计与建筑施工技术的国际化，建筑工程设计与应用钢筋必将进入商品化供应时代，即根据建筑配筋表采购钢筋，钢筋使用现场转化成可用钢筋，商品化供应钢筋。而钢筋的一体化生产就要求钢筋切断机必须实现自动控制钢筋自动送料，定尺寸后自动切断、落料。另一方面，国外的产品充分融合了液压技术、机械技术、电子技术等，形成了以机械为筋骨、液压为肌肉、电气为神经的机电液一体化综合控制技术，充分发挥各自的优势，体现综合最优驱动及控制能力。因此，钢筋切断机不但要求实现定长剪切的高精度控制，同时要求其具有相对高的生产效率。所以，如何使钢筋切断机的机电液系统有机地高度集成，充分发挥各自优势，将是今后研究的主要方向。黄河科
19、技学院毕业设计说明书 第 3 页2 设计前的准备2.1 计划任务书2.1.1 产品设计的依据本设计是在对河南省长葛市黄河旋风股份有限公司进行生产参观后，对钢筋切断机形成初步认识后，深刻理解其工作原理与结构特点，根据自己大学四年所学的机械方面的各种知识，对钢筋切断机做一个机构设计，并建立数字样机进行运动仿真。本设计力求高效、快速的完成产品研发与校验，并使产品具备完善可靠的性能，满足市场需求，增强企业竞争力。2.1.2 计划任务书根据建筑市场的使用需求，GQ50 型钢筋切断机的规格参数设定，见表 2-1。表 2-1 钢筋切断机的参数电动机额定功率 4KW切 断 能 力 6-50mm 的圆钢冲 切
20、次 数 28 次/min冲 切 行 程 40mm2.2 设计前的准备接到任务书初期，先查阅了大量有关钢筋切断机的的论文、资料。其后，为了在产品设计前能对钢筋切断机有一个整体、大概的认识，我在王良文教授的帮助指导下，对河南省长葛市黄河旋风股份有限公司进行了为期一天的参观、调研，认真观察了钢筋切断机的结构及生产过程，在其间遇到的各种问题，仔细听取了黄河旋风股份有限公司建筑机械部张工程师的讲解。回到学校后，收集、整理钢筋切断机的相关资料，通过分析其性能和技术指标，并结合自己所学的理论知识进行设计。黄河科技学院毕业设计说明书 第 4 页3 钢筋切断机的总体设计3.1 钢筋切断机的工作原理工作原理：采用
21、电动机经过一级带传动和三级齿轮传动减速后，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做往复直线运动，这样，活动刀片和固定刀片就能相错而切断钢筋。3.2 钢筋切断机的基本结构传动方案简述：首先是一级带传动，然后是三级齿轮减速。首先采用一级带传动，因为它具有缓冲、吸震、运行平稳、噪声小、过载保护等优点。然后采用三级齿轮减速，因为齿轮传动可以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，工作安全可靠等优点。 动力是由电动机输出，通过减速系统传动，把动力输入到执行机构。由于传动系统做的是回转运动，而钢筋切断机的执行机构需要的是直线往复运动。为了
22、实现这种转换，可以采用曲柄滑块机构或者齿轮齿条机构。考虑到现实使用条件，决定采用曲柄滑块机构作为本机械的执行机构。考虑到工地上的机械需要经常变幻地方，且考虑到经济性，应尽量使产品的尺寸减小、结构紧凑，所以本设计中的小齿轮都采用齿轮轴的形式。为了节能、储能和减黄河科技学院毕业设计说明书 第 5 页震，本设计运用了飞轮的优点。为了使飞轮的结构尺寸不至于过大，本产品把飞轮与大带轮作为一个整体来设计，安装在第一根轴上。本设计基本结构如图 3.21.电 机 2.小 带 轮3.大 带 轮 4.一 轴5.二 轴 连 轴 齿 轮 6.三 轴 7.曲 轴 大 齿 轮 8.机 体 9.二 轴 10.三 轴 连 轴
23、 齿 轮11.曲 轴 12.连 杆13.活 动 刀 座 14.活 动 刀 片15.固 定 刀 片4 传动方案的设计4.1 基本传动数据计算4.1.1 分配传动比电动机功率为 4kw，选择型号为 Y112M-2，其满载转速为 2890r/min。1）总传动比 103289i2）分配传动装置的传动比 1i上式中 分别为带传动与减速器（三级齿轮减速）的传动比，为使 V 带传动的10i、外廓尺寸不致过大，同时使减速器的传动比圆整以便更方便的获得圆整地齿数。初步取 =1.6，则减速器的传动比为 0i 64.1031i3）分配减速器的各级传动比查阅机械设计手册，取 =4， =4，则 =4。1i23i4.1.2 计算各州的运动及动力参数1）各轴的转速
