1、卧式钢筋切断机设计1卧式钢筋切断机设计摘要根据电机的工作环境选择电动机类型，采用卧式安装，防护式电机，鼠笼式三相异步电动机。选择三级减速，先是一级带减速，再两级齿轮减速。一级带传动，它具有缓冲、吸振、运行平稳、噪声小、合过载保护等优点，并安装张紧轮。两级齿轮减速，齿轮传动可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，工作安全可靠等特点。动力由电动机输出,通过减速系统传动,把动力输入到执行机构。由于传动系统作 的是回转运动 ,而钢筋切断机的执行机构需要的直线往复运动,为了实现这种转换,可以采用曲柄滑块机构,盘行凸轮移动滚子从动件机构,齿轮齿条机构。本
2、课题采用曲柄滑块机构作为本机械的执行机构 。关键词 切断 建筑 钢筋 齿轮 曲柄滑块引言11 概述钢筋切断机是钢筋加工必不可少的设备之一，它主要用语房屋建筑、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，因此近年来逐步被机械加工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。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17
3、mm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卧式钢筋切断机设计23)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。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。5)国外机
4、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。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。全
5、球经济建设的快速发展为建筑行业，特别是为建筑机械的发展提供了一个广阔的发展空间，为广大生产企业提供一个展示自己的舞台。面对竞争日益激烈的我国建筑机械市场，加强企业的经营管理，加大科技投入，重视新技术、新产品的研究开发，提高产品质量和产品售后服务水平，积极、主动走向市场，使企业的产品不断地满足用户的需求，尽快缩短与国外先进企业的差距，无疑是我国钢筋切断机生产企业生存与发展的必由之路。12 题目的选取本次毕业设计的任务是卧式钢筋切断机的设计。要求切断钢筋的最大直径 14mm，切断速度为 15 次/分。在设计中通过计算和考虑实际情况选则合适的结构及参数，从而达到设计要求，同时尽可能的降低成本，这也是
6、一个综合运用所学专业知识的过程。毕业设计是对四年大学所学知识的一个总结，也是走上工作岗位前的一次模拟训练。13 钢筋切断机的工作原理卧式钢筋切断机设计3工作原理：采用电动机经一级三角带传动和二级齿轮传动减速后,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。如图 1：图 1 传动简图2 电机选择传动方案简述：选择三级减速，先是一级带减速，再两级齿轮减速。首先采用一级带传动，因为它具有缓冲、吸振、运行平稳、噪声小、合过载保护等优点，并安装张紧轮。然后采用两级齿轮减速，因为齿轮传动可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
7、动效率高，传动比准确，使用寿命长，工作安全可靠等特点。动力由电动机输出,通过减速系统传动,把动力输入到执行机构。由于传动系统作 的是回转运动,而钢筋切断机的执行机构需要的直线往复运动 ,为了实现这种转换,可以采用曲柄滑块机构,盘行凸轮移动滚子从动件机构,齿轮齿条机构。考虑现实条件我决定采用曲柄滑块机构作为本机械的执行机构 。2.1切断钢筋需用力计算卧式钢筋切断机设计4为了保证钢筋的剪断，剪应力应超过材料的许应剪应力 。即切断钢筋的条件为：查资料可知钢筋的许用剪应力为： MPa,取最大值 142MPa。由于本切断机切断的最大刚筋粗度为： mm。则本机器的最小切断力为：取切断机的 Q=22000N
8、。2.2 功率计算由图可知，刀的速度小于曲轴处的线速度。则切断处的功率 P ：W查表可知在传动过程中，带传动的效率为 = 0.940.97； 二级齿轮减速器的效率为= 0.960.99； 滚动轴承的传动效率为 = 0.940.98； 连杆传动的效率为 = 0.810.88；滑动轴承的效率为由以上可知总的传动效率为:= 0.940.960.980.81=0.72由此可知所选电机功率最小应为 kw查手册并根据电机的工作环境和性质选取电机为：Y 系列封闭式三相异步电动机，代号为 Y112M-6，输出功率为 2.2kw，输出速度为 960 r/min。3. 传动结构设计卧式钢筋切断机设计53.1 基本
9、传动数据计算3.1.1 分配传动比电动机型号为 Y，满载转速为 960 r/min。a) 总传动比 b) 分配传动装置的传动比 上式中 i0、i 1分别为带传动与减速器（两级齿轮减速）的传动比，为使 V 带传动的外廓尺寸不致过大，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i0 =2，则减速器的传动比为 c) 分配减速器的各级传动比按展开式布置，查阅有关标准，取 i11=6.4，则 i22=5。（注以下有 i1代替 i11，i 2代替i22）3.1.2 计算机构各轴的运动及动力参数a) 各轴的转速 轴 轴 轴 b) 各轴的输入功率卧式钢筋切断机设计6 轴 轴 轴 c) 各轴的输入
10、转矩电动机输出转矩 轴 轴 轴 3.2 带传动设计3.2.1 由设计可知：V 带传动的功率为 2.2kw，小带轮的转速为 960r/min，大带轮的转速为 480r/min。查表可知 工况系数取 KA=1.5 ，P c=1.52.2=3.3kw。根据以上数值及小带轮的转速查相应得图表选取 A 型 V 带。3.2.2 带轮基准直径：查阅相关手册选取小带轮基准直径为 d1=100mm，则大带轮基准直径为 d2=2100=200mm3.2.3 带速的确定：卧式钢筋切断机设计73.2.4 中心矩、带长及包角的确定。由式0.7(d1+d2)a02(d1+d2) 可知：0.7(100+200)a02(10
11、0+200) 得 210a 0600初步确定中心矩为 a0=400根据相关公式初步计算带的基准长度：查表选取带的长度为 1250mm计算实际中心矩：取 386mm验算小带轮包角：3.2.5 确定带的根数：查表知 p1=0.97 p1=0.11 ka=0.965kl=0.93 则 取 Z=43.2.6 张紧力 查表 q=0.10kg/m卧式钢筋切断机设计83.2.7 作用在轴上的载荷：图 1 带轮的结构与尺寸图卧式钢筋切断机设计93.2.8 带轮结构与尺寸见零件图3.3 齿轮传动设计3.3.1 第一级齿轮传动设计a) 选材料、确定初步参数1) 选材料 小齿轮：40Cr 钢调制，平均取齿面硬度为
12、260HBS大齿轮：45 钢调制，平均取齿面硬度为 260HBS2) 初选齿数 取小齿轮的齿数为 20，则大齿轮的齿数为 206.4=1283) 齿数比即为传动比 4) 选择尺宽系数 d和传动精度等级情况，参照相关手册并根据以前学过的知识选取 d=0.6初估小齿轮直径 d1=60mm，则小齿轮的尺宽为 b=d d1=0.660=36mm5) 齿轮圆周速度为：参照手册选精度等级为 9 级。6) 计算小齿轮转矩 T17)确定重合度系数 Z、Y ：由公式可知重合度为卧式钢筋切断机设计10则由手册中相应公式可知：8) 确定载荷系数 KH 、K F确定使用系数 KA：查阅手册选取使用系数为 KA=1.8
13、5确定动载系数 Kv：查阅手册选取动载系数 Kv=1.10确定齿间载荷分布系数 KHa、K Fa：则 载荷系数 KH、K F 的确定，由公式可知b) 齿面疲劳强度计算1) 确定许用应力 H卧式钢筋切断机设计11 总工作时间 th，假设该切断机的寿命为 10 年，每年工作 300 天，每天工作 8 个小时，则： 应力循环次数 N1、 N2 寿命系数 Zn1、Z n2 ，查阅相关手册选取 Zn1=1.0、Z n2=1.15 接触疲劳极限取： hlim1=720MPa、 hlim2=580MPa 安全系数取：S h=1.0 许用应力 h1、 h22) 弹性系数 ZE 查阅机械设计手册可选取3) 节点
14、区域系数 ZH查阅机械设计手册可选取 ZH=2.54) 求所需小齿轮直径 d1卧式钢筋切断机设计12与初估大小基本相符。5) 确定中心距，模数等几何参数中心距 a： 圆整中心矩取 222mm模数 m：由中心矩 a 及初选齿数 Z1 、Z 2得：分度圆直径 d1,d2， 确定尺宽：取大齿轮尺宽为 b1=600.6=36mm小齿轮尺宽取 b2=40mm。c) 齿根抗弯疲劳强度验算1) 求许用弯曲应力 F 应力循环次数 NF1、N F2卧式钢筋切断机设计13 寿命系数 Yn1、Y n2 ，查阅相关手册选取 Yn1=1、Y n2=1 极限应力取： Flim1=290MPa、 Flim2=220MPa
15、尺寸系数 Yx：查阅机械设计手册选，取 Yx=1.5 安全系数 SF：参照表 9-13，取 SF=1.5 需用应力 F1 、 F2 由式（9-20 ），许用弯曲应力2) 齿形系数 YFa1、Y Fa2 由图 9-19，取YFa1=2.56 YFa2=2.153) 应力修正系数 Ysa1、Y sa2 由图 9-20，取Ysa1=1.62 Ysa2=1.824) 校核齿根抗弯疲劳强度 由式（9-17），齿根弯曲应力卧式钢筋切断机设计143.3.2 第二级齿轮传动设计：a) 选材料、确定初步参数1) 选材料 小齿轮：40Cr 钢调制，平均取齿面硬度为 260HBS大齿轮：45 钢调制，平均取齿面硬度
16、为 260HBS2) 初选齿数 取小齿轮的齿数为 28，则大齿轮的齿数为 285=1403) 齿数比即为传动比 4) 选择尺宽系数 d和传动精度等级情况，参照相关手册并根据以前学过的知识选取 d=2/3初估小齿轮直径 d1=84mm，则小齿轮的尺宽为 b=d d1=2/384=56mm齿轮圆周速度为：参照手册选精度等级为 9 级。5) 计算小齿轮转矩 T16) 确定重合度系数 Z、Y ：由公式可知重合度为则由手册中相应公式可知：卧式钢筋切断机设计157) 确定载荷系数 KH 、K F确定使用系数 KA：查阅手册选取使用系数为 KA=1.85确定动载系数 Kv：查阅手册选取动载系数 Kv=1.0
17、确定齿间载荷分布系数 KHa、K Fa：则 载荷系数 KH、K F 的确定，由公式可知b) 齿面疲劳强度计算1) 确定许用应力 H总工作时间 th，假设该弯曲机的寿命为 10 年，每年工作 300 天，每天工作 8 个小时，则： 应力循环次数 N1、N 2卧式钢筋切断机设计16寿命系数 Zn1、Z n2 ，查阅相关手册选取 Zn1=1.33、Z n2=1.48接触疲劳极限取： hlim1=760MPa、 hlim2=760MPa安全系数取：S h=1许用应力 h1、 h22) 弹性系数 ZE 查阅机械设计手册可选取3) 节点区域系数 ZH查阅机械设计手册可选取 ZH=2.54) 求所需小齿轮直
18、径 d1与初估大小基本相符。5) 确定中心距，模数等几何参数卧式钢筋切断机设计17中心距 a： 圆整中心矩取 252mm模数 m：由中心矩 a 及初选齿数 Z1 、Z 2得：分度圆直径 d1,d2确定尺宽：取大齿轮尺宽为 b1=842/3=56mm小齿轮尺宽取 b2=60mmc) 齿根抗弯疲劳强度验算1) 求许用弯曲应力 F 应力循环次数 NF1、 NF2 寿命系数 Yn1、Yn2 ，查阅相关手册选取 Yn1=1、Yn2=1 极限应力取： Flim1=290MPa、 Flim2=230MPa卧式钢筋切断机设计18 尺寸系数 Yx：查阅机械设计手册选，取 Yx=1.5 安全系数 SF：参照表 9
19、-13，取 SF=1.5 需用应力 F1 、 F2 由式（9-20 ），许用弯曲应力2) 齿形系数 YFa1、Y Fa2 由图 9-19，取YFa1=2.56 YFa2=2.153) 应力修正系数 Ysa1、Y sa2 由图 9-20，取Ysa1=1.62 Ysa2=1.824) 校核齿根抗弯疲劳强度 由式（9-17），齿根弯曲应力3.4 轴的校核3.4.1 一轴的校核卧式钢筋切断机设计19轴直径的设计式轴的刚度计算a) 按当量弯矩法校核b) 1) 设计轴系结构，确定轴的受力简图、弯矩图、合成弯矩图、转矩图和当量弯矩图。卧式钢筋切断机设计20图 2 轴的受力转矩弯矩图卧式钢筋切断机设计212)
20、 求作用在轴上的力如表 1，作图如图 2-c表 1 作用在轴上的力垂直面（Fv） 水平面（Fh）轴承 1 F2=12N F4=891N齿轮 2= N轴承 3 F1=476N F3=1570N带轮 41056N3） 求作用在轴上的弯矩如表 2，作出弯矩图如图 2-d、2-e表 2 作用在轴上的弯矩垂直面（Mv） 水平面（Mh）N.mm合成弯矩截面合成弯矩截面4）作出转弯矩图如图 2-f5）作出当量弯矩图如图 2-g，并确定可能的危险截面、如图 2-a。并算出危险截面的弯矩如表 3。表 3 截面的弯矩截面截面6）确定许用应力卧式钢筋切断机设计22已知轴材料为 45 钢调质，查表得 =650MPa。
21、用插入法查表得 =102.5MPa，=60MPa。7）校核轴径如表 4表 4 验算轴径截面截面结论：按当量弯矩法校核，轴的强度足够。b) 轴的刚度计算卧式钢筋切断机设计23卧式钢筋切断机设计24图 3 轴的受力弯矩转矩图所以轴的刚度足够3.4.2 三轴的校核轴直径的设计式轴的刚度计算a) 按当量弯矩法校核设计轴系结构，确定轴的受力简图、弯矩图、合成弯矩图、转矩图和当量弯矩图。1） 轴的受力简图如图 3-a卧式钢筋切断机设计252） 求作用在轴上的力如表 5，并作图如图 3-c表 5 作用在轴上的力垂直面（Fv） 水平面（Fh）轴承 1 F3=1627N F1=8362N齿轮=2381N轴承 2
22、 F4=754N F3=12619N曲轴21848N3）计算出弯矩如表 6，并作图如图 3-d、e表 6 轴上的弯矩垂直面（Mv） 水平面（Mh）N.mm合成弯矩截面合成弯矩截面4）作出转弯矩图如图 3-f5）作出当量弯矩图如图 3-g，并确定可能的危险截面、和的弯矩卧式钢筋切断机设计26如表 7表 7 危险截面的弯矩截面截面6）确定许用应力已知轴材料为 45 钢调质，查表得 =650MPa。用插入法查表得 =102.5MPa，=60MPa7）校核轴径如表 8表 8 校核轴径截面截面结论：按当量弯矩法校核，轴的强度足够。b) 轴的刚度计算所以轴的刚度足够3.5 键的校核卧式钢筋切断机设计273
23、.5.1. 平键的强度校核.a) 键的选择键的类型应根据键联接的结构使用要求和工作状况来选择。选择时应考虑传递转拒的大小，联接的对中性要求，是否要求轴向固定，联接于轴上的零件是否需要沿轴滑动及滑动距离长短，以及键在轴上的位置等。键的主要尺寸为其横截面尺寸(键宽 b 键高h)与长度 L。键的横截面尺寸 bh 依轴的直径 d 由标准中选取。键的长度 L 一般可按轮毂的长度选定，即键长略短于轮毂长度，并应符合标准规定的长度系列。故根据以上所提出的以及该机工作时的要求，故选用 A 型普通平键。由设计手册查得：键宽 b=16mm 键高 h=10mm 键长 L=30mmb) 验算挤压强度.平键联接的失效形
24、式有：对普通平键联接而言，其失效形式为键，轴，轮毂三者中较弱的工作表面被压溃。工程设计中，假定压力沿键长和键高均匀分布，可按平均挤压应力进行挤压强度或耐磨性的条件计算，即：静联接 式中 传递的转矩 轴的直径 键与轮毂的接触高度(mm)，一般取 键的接触长度(mm). 圆头平键 卧式钢筋切断机设计28 许用挤压应力 )键的工作长度 挤压面高度 转矩 许用挤压应力，查表， 则挤压应力所以 此键是安全的。附：键的材料：因为压溃和磨损是键联接的主要失效形式，所以键的材料要求有足够的硬度。国家标准规定，键用抗拉强度不低于 的钢制造，如 45 钢 Q275 等。3.6 轴承的校核滚动轴承是又专业工厂生产的
25、标准件。滚动轴承的类型、尺寸和公差等级均已制订有国家标准，在机械设计中只需根据工作条件选择合适的轴承类型、尺寸和公差等级等，并进行轴承的组合结构设计。3.6.1 初选轴承型号试选 10000K 轴承，查 GB281-1994，查得 10000K 轴承的性能参数为：C=14617N Co=162850N (脂润滑)3.6.2寿命计算 卧式钢筋切断机设计29a) 计算轴承内部轴向力.查表得 10000K 轴承的内部轴向力 则：b) 计算外加轴向载荷c) 计算轴承的轴向载荷因为 故 轴承 1 轴承 2 d) 当量动载荷计算由式 查表得： 的界限值 卧式钢筋切断机设计30查表知 故 故 则：式中. (轻度冲击的运转)由于 ，且轴承 1、2 采用型号、尺寸相同的轴承，谷只对轴承 2 进行寿命计算。e) 计算轴承寿命
