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徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
圖書分類號：
密 級：
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
鋼筋切斷機(jī)
REINFORCING STEEL CUTTING MACHINE
學(xué)生姓名
胡方超
學(xué)院名稱
機(jī)電工程學(xué)院
專業(yè)名稱
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化
指導(dǎo)教師
徐忠武
2008年
6月
2日
徐州工程學(xué)院學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明
本人鄭重聲明： 所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用或參考的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)注。
本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。
論文作者簽名： 日期： 年 月 日
徐州工程學(xué)院學(xué)位論文版權(quán)協(xié)議書
本人完全了解徐州工程學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：本校學(xué)生在學(xué)習(xí)期間所完成的學(xué)位論文的知識產(chǎn)權(quán)歸徐州工程學(xué)院所擁有。徐州工程學(xué)院有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交學(xué)位論文的紙本復(fù)印件和電子文檔拷貝，允許論文被查閱和借閱。徐州工程學(xué)院可以公布學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容提交至各類數(shù)據(jù)庫進(jìn)行發(fā)布和檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。
論文作者簽名： 導(dǎo)師簽名：
日期： 年 月 日 日期： 年 月 日
摘要
鋼筋切斷機(jī)是把鋼筋切成所需長度的專用機(jī)械在大型建筑工地上的應(yīng)用非常廣泛。鋼筋切斷機(jī)分為機(jī)械傳動和液壓傳動兩種。機(jī)械傳動式鋼筋切斷機(jī),工作時(shí)大都采用電動機(jī)經(jīng)一級三角帶傳動和二級齒輪傳動減速后,帶動曲軸旋轉(zhuǎn),曲軸推動連桿使滑塊和動刀片在機(jī)座的滑道中作往復(fù)直線運(yùn)動,使活動刀片和固定刀片相錯(cuò)而切斷鋼筋。
GQ40B型鋼筋切斷機(jī)，其剪切運(yùn)動是由一曲型的曲軸連桿機(jī)構(gòu)完成的。但是由于切斷機(jī)機(jī)體內(nèi)腔狹小，在裝配曲軸連桿時(shí)比較困難。尤其是在使用中發(fā)生故障需要維修時(shí)，拆卸曲軸連桿更加不容易，給維修造成很大的不變，因此在不改變設(shè)備功能的情況下，我對曲軸連桿機(jī)構(gòu)做了一些改進(jìn)。
改進(jìn)后的凸輪結(jié)構(gòu)直接從機(jī)體航的注冊孔中裝入和取出。而不必拆卸連桿，大大簡化了裝配程序，減輕的工人的勞動強(qiáng)度。同時(shí)也極大的方便了維修，還簡化了零件的工藝過程，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞 鋼筋切斷機(jī)；凸輪；曲軸連桿機(jī)構(gòu)
Abstract
Reinforcing steel cutting machine is to cut the required length of steel machinery specialized for large construction sites in the application of very extensive. Reinforcing steel cutting machine into mechanical transmission and hydraulic transmission of two. Mechanical transmission reinforced cutting machine, working mostly used as a V-belt drive motor and gear drive slow down after two, driven crankshaft rotation, promoting the crankshaft and connecting rod to move the slider blade in the frame of the chute in a reciprocating linear motion So that the activities of the blade and a fixed blade and cut off the wrong steel.
GQ40B-steel cutter, cut its movement from one type of linkage to complete the crankshaft. However, due to cut off the small inner cavity of the body, in the assembly when the crankshaft link more difficult. Especially in the use of a fault in need of repair, demolition crank link more difficult to repair a big change, so do not change the function of the equipment under the circumstances, we crank linkage has made some improvement.
The improved structure of the cam directly from the body of the aircraft registered in the hole and packed out. Without dismantling the link, greatly simplifies the assembly, reduce labor intensity of workers. But also greatly facilitate the maintenance, has also simplified the process of parts and achieved good economic returns.
Keywords Reinforcing steel cutting machine Cam Crankshaft Linkage
目錄
1緒論 1
1.1鋼筋切斷機(jī)的作用 1
1.2鋼筋切斷機(jī)的機(jī)理 1
1.2.1壓入變形階段 1
1.2.2剪切滑移階段 2
1.2.3剪切滑移階段作用力分析 3
1.2.4剪切全過程剪力分析 4
1.2.5綜合分析 4
1.3鋼筋切斷機(jī)理分析 7
1.3.1目前鋼筋切斷機(jī)存在的問題 9
1.3.2鋼筋切斷機(jī)前景 10
2電動機(jī)的選擇 11
2.1計(jì)算剪切力P 11
2.2切斷機(jī)匹配電動機(jī)功率理論計(jì)算 11
3減速器的設(shè)計(jì) 13
3.1傳動比的計(jì)算與分配 13
3.2計(jì)算傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù) 13
3.3帶的選擇 14
3.3.1帶的計(jì)算 14
3.3.2帶的根數(shù)確定 15
3.4齒輪的設(shè)計(jì)及模數(shù)的選擇 15
3.4.1第一級齒輪傳動設(shè)計(jì) 15
3.4.2第二級齒輪傳動設(shè)計(jì)方法同第一級設(shè)計(jì) 17
3.5軸徑的選擇以及軸承的選擇 19
3.5.1軸徑的計(jì)算 19
3.5.2軸的校核 20
3.6滾動軸承的選擇計(jì)算 23
3.7標(biāo)準(zhǔn)件 24
4連桿的設(shè)計(jì) 25
5提高強(qiáng)度的幾種方法 27
5.1機(jī)體強(qiáng)度提高的設(shè)計(jì) 27
5.2改變壓刀結(jié)構(gòu) 28
5.3其他部件的改進(jìn)設(shè)計(jì) 28
6鋼筋切斷機(jī)強(qiáng)度計(jì)算參考 30
6.1機(jī)體額口的強(qiáng)度計(jì)算 30
6.2應(yīng)力計(jì)算 31
6.2.1正應(yīng)力計(jì)算 31
6.2.2計(jì)算剪切力P 31
6.3計(jì)算剪切力P 32
6.3.1計(jì)算正應(yīng)力 32
6.3.2計(jì)算最大應(yīng)力 32
6.3.3試棒 32
6.4測試方法 32
6.4.1剪切力的測量 32
6.4.2應(yīng)力測量 33
6.4.3測試結(jié)果和理論計(jì)算分析情況對比分析 33
7機(jī)械式鋼筋切斷機(jī)調(diào)整及保養(yǎng)的使用 35
7.1鋼筋切斷機(jī)的使用調(diào)整 35
7.2保養(yǎng) 37
7.3安全一般規(guī)定 37
結(jié)論 38
致謝 39
參考文獻(xiàn) 40
附錄 41
附錄1 41
附錄2 46
49
1緒論
1.1鋼筋切斷機(jī)的作用
鋼筋切斷機(jī)是鋼筋加工必不可少的設(shè)備之一，它主要用于建筑的鋼筋剪切及工業(yè)下料,房屋建筑、橋梁、隧道、電站、大型水利等工程中對鋼筋的定長切斷。鋼筋切斷機(jī)與其它切斷設(shè)備相比，具有重量輕、耗能少、工作可靠、效率高等特點(diǎn)，因此近年來逐步被機(jī)械加工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。
1.2鋼筋切斷機(jī)的機(jī)理
為提高剪切截面質(zhì)量（即消除馬蹄形截面），需對剪切機(jī)理進(jìn)行分析。鋼筋剪切過程，從宏觀分析，當(dāng)“動刀”切入鋼筋的同時(shí)，“定刀”從對面擠壓鋼筋，使其產(chǎn)生彎曲變形，直至斯斷。其剪切截面（馬蹄形截面）如圖1-1所示。剪切過程實(shí)質(zhì)是塑形變形，整個(gè)過程視為：由壓入變形與剪切滑移兩個(gè)階段組成。
1.2.1壓入變形階段
圖1-1剪切鋼筋斷面
以“動刀”與鋼筋接觸開始，隨刀 影像壓入深度的因素有：
材料強(qiáng)度的影像 不同材質(zhì)，在剪切過程中，壓入變?nèi)星耙疲饾u切入鋼筋，此時(shí)“定刀”同時(shí)從對面壓鋼筋。當(dāng)剪切力小于鋼筋抗剪力時(shí)，鋼筋產(chǎn)生塑形變形，此階段稱為壓入變形，如圖1-2中AB曲線所示。
圖1-2 力功圖
（1） 當(dāng)“動刀”切入到一定深度，剪切力增加到最大值，鋼筋的局部壓入變形阻力與剪切力達(dá)到平衡時(shí)，剪切過程處于壓入變形向剪切滑移階段過渡臨界狀態(tài)，如圖2中的B點(diǎn)。形深度不同，據(jù)實(shí)測，剪切A3鋼時(shí)，壓入深度約為被剪切直徑的38%；25Mn鋼約為33%。其規(guī)律是：材料越硬，壓入深度與被剪鋼筋直徑之比愈小。
（2） 刀刃角度影像 刀片后角愈大，壓入深度與其直徑比愈大，反之亦然。
（3） 刀刃形狀的影像 刀刃包容面愈大，，壓入深度與其直徑比愈小。圖1-3為圓弧
形刀刃，所剪切下的料茬口較齊。其壓入深度與其鋼筋直徑比值僅為10%。
圖1-3 圓弧刀刃剪切鋼筋斷面示意圖
1.2.2剪切滑移階段
當(dāng)剪切力大于鋼筋本身的抗剪能力時(shí)，剪切面開始產(chǎn)生滑移，如圖1-4中BC曲線所示。在該階段由于剪切面不斷變小，剪切力亦逐漸減小，直至鋼筋整個(gè)截面被剪斷為止。若兩力間隙過大時(shí)，出現(xiàn)錯(cuò)位剪切見圖1-4中CD曲線。
從實(shí)測得知，被剪切的材質(zhì)愈硬，刀片后角愈小，刀刃包容面愈大，則下料斷口“馬蹄形”愈小。
切斷力分析
從圖1-4可看出：“動刀”與鋼筋接觸后，兩刀（動刀與定刀）壓力形成力偶。此力偶促使鋼筋轉(zhuǎn)動，于此同時(shí)，刀刃側(cè)面又給鋼筋施加推力T，形成力偶（此力偶將阻止鋼筋轉(zhuǎn)動），隨之刀片繼續(xù)壓入鋼筋角不斷變化。當(dāng)兩個(gè)力偶達(dá)到平衡時(shí)（即=）鋼筋停止轉(zhuǎn)動。
圖1-4 剪切過程受力分析
變形階段，作用在刀刃上的力，可用下式計(jì)算：
式（1.1）
式中 P——鋼筋作用于刀刃上的力，N
p——單位面積上的壓力，
F——鋼筋截面積。
——相對切入深度，
圖1-5剪切力隨剪切深度變化圖
由式（1.1）可看出：在壓入階段，若認(rèn)為單位壓力P為常數(shù)，則總壓力P隨壓入深度Z值增加而加大。按圖5所示拋物線A曲線增大，直至鋼筋整個(gè)剪切面產(chǎn)生滑移時(shí)，剪切力達(dá)到最大值為止。
由式（1.1）還可以看出：壓入階段總壓力隨被剪鋼筋截面增加而增加（即材料愈硬，P值愈大）。
1.2.3剪切滑移階段作用力分析
剪切滑移階段，剪切力P可按下式計(jì)算
式（1.2）
式中 ——切片斷面寬度
——被剪件單位面積上剪切抗力
——被剪件斷面高度
——被剪件轉(zhuǎn)動角度雜。蘇聯(lián)曾采用
式（1.3）
采用式（1.3）計(jì)算結(jié)果與實(shí)際差距較大，因?yàn)閳A鋼剪切過程不是純剪切，而含擠壓,彎曲撕掉。
令計(jì)算公式為：
式（1.4）
式中為刀刃磨鈍后，由于刀刃間隙增大，切斷力增大系數(shù)，一般取1.3左右；為抗減極限強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度之比，一般取=0.6左右。由于系數(shù)選擇不同；其誤差很大，在有式（1.4）計(jì)算出的剪切力應(yīng)為最大值。但實(shí)際剪斷時(shí)截面不是最大值(根據(jù)實(shí)測，刀片切入鋼筋三分之一時(shí)開始斷裂)。因此，將F值（即鋼筋最大截面），帶入式（1.4）求出的P（最大剪切力）與實(shí)際不符。
目前，一般采用測試數(shù)據(jù)為依據(jù)。但由于測試方法復(fù)雜，傳感器加工精度不高，加之位移不當(dāng)?shù)纫蛩?，則所測值差異也較大。
Z——刀刃壓入深度
若為常數(shù)剪力P應(yīng)按5中虛線B變化，但實(shí)際是按曲線C變化，從而說明并非是常數(shù)，而是隨刀刃切入深度Z的增加而減小，其原因是由于鋼筋內(nèi)部存在缺陷及錯(cuò)位則增大所致。
上述為截切矩形截面剪切力的計(jì)算公式，圓形截面剪切力計(jì)算公式較復(fù)雜。
1.2.4 剪切全過程剪力分析
綜上所述，在剪切全過程中，剪切變化規(guī)律:從動刀接觸鋼筋開始，隨刀刃壓入深度Z的增加，剪切力隨著增大；當(dāng)壓入深度達(dá)到一定值（此值與被剪鋼筋抗拉強(qiáng)度等有關(guān)）。剪切力達(dá)到最大值（見圖1-5中點(diǎn)B）。鋼筋變形轉(zhuǎn)為滑移階段，其剪切力變小，見圖（1-5）曲線BC。該曲線傾斜度，隨被剪鋼筋材質(zhì)不同而變化。鋼筋材料的抗拉強(qiáng)度越大，曲線BC愈陡直，反之亦然。
1.2.5綜合分析
（1）刀片磨鈍系數(shù)對切斷力的影響 從式（1.4）可知，刀片磨鈍后，值增大，切斷力P值增大。
（2）刀片間隙對切掉力的影響 兩刀片（動刀與定刀）間隙增大，側(cè)向力加大，所測出的切斷力測小，如圖1-6所示。的間隙分別為0.8，1.6，。從而看出：刀片間隙越大，則切斷力越小。當(dāng)側(cè)向力增大到一定值時(shí)，將導(dǎo)致“側(cè)板”等零件損壞，因此，側(cè)向力應(yīng)控制在一定范圍。
圖1-6切斷力與刀片側(cè)隙關(guān)系
表1-1為剪切A3鋼筋，直徑為30mm,側(cè)隙不同時(shí)所測出的切斷力。
表1-1切斷力
（3） 力與被剪切鋼筋直徑的關(guān)系 由式（1.4）可知：切斷力隨被切斷鋼筋截面積增大而增大。故被切鋼筋直徑增加，切斷力增大。圖1-7為GQ40-C型切斷機(jī)，分別剪切四種不同直徑A3的力功圖，實(shí)測的曲線。
圖1-7切斷力與被剪鋼筋直徑關(guān)系
（4） 切鋼筋材質(zhì)關(guān)系 圖1-8為分別切斷25Mn與A3鋼（直徑為32mm所測試的切斷力曲線：與。從被切斷鋼筋材質(zhì)的強(qiáng)度和硬度增大而加大
圖7-8切斷力與被剪鋼筋材質(zhì)關(guān)系
（5） 切斷力與刀片刃口角度及刃口形狀的關(guān)系 圖1-9分別用后角與圓弧刃口刀片剪切，A3鋼筋實(shí)測出：曲線。從圖中看出：切斷力隨刀片后角增大而減?。浑S刀刃包容面增大而增加。測試數(shù)據(jù)見表1-2。
圖1-9切斷力出現(xiàn)位置與刀具關(guān)系
（6） 最大切斷力出現(xiàn)位置系數(shù)分析
式(1.5)
表1-2測試數(shù)據(jù)
式中 ——最大切斷力位置系數(shù)
——?jiǎng)拥镀惺艿阶畲筝d荷時(shí)行程
——?jiǎng)拥镀佑|到被剪切鋼筋行程
S——鋼筋切斷時(shí)動刀片的行程（——）
圖1-10為最大切斷力出現(xiàn)位置系數(shù)圖。圖中
圖1-10 切斷力出現(xiàn)位置圖
點(diǎn)，分別為開始切入，最大載荷，切斷結(jié)束位置。
最大切斷力出現(xiàn)位置與刀片刃口角度及形狀有關(guān)。系數(shù)u隨刀片后角增大而增大（見圖9），隨刀刃包容面增大而減小。
系數(shù)u與鋼筋材質(zhì)有關(guān)，被剪切鋼筋強(qiáng)度，硬度越高，u值越小。
2 切斷功分析
切斷功即為切斷力，在一個(gè)切斷周期所做的功，計(jì)算公式為： 式（1.6）
式中 A——切斷力
——剪切開始位置
——剪切終止位置
用上式計(jì)算，需首先確定剪切力曲線方程，方向進(jìn)行計(jì)算。其結(jié)果精確，但方程式難以確定。
采用辛浦生公式計(jì)算：
式（1.7）
上述計(jì)算方法是將函數(shù)用拋物線近似表示。此法簡單，計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確。從而得知：
（1） 切斷功與被剪切鋼筋直徑關(guān)系：切斷功隨被剪切鋼筋直徑加大，如圖1-7所示。
（2） 切斷功與刀刃角度關(guān)系：切斷功隨刀片后角增加而增大，如圖1-9所示。
（3） 切斷功與刀刃形狀關(guān)系：切斷功隨刀刃包角面增大而減小，如圖1-9所示。
結(jié)束語
綜上所述，鋼筋剪切變形，用第四強(qiáng)度理論（即變形能理論）分析比用第三強(qiáng)度理論（即最大剪切應(yīng)力理論）分析，更符合實(shí)際。但目前對鋼筋剪切機(jī)理尚未做出微觀分析，鋼筋斷裂處的變形是復(fù)雜的。
單純將切斷力及切斷功的大小，作為評價(jià)切斷機(jī)質(zhì)量指標(biāo)是不合適的，應(yīng)以強(qiáng)度條件（包括可靠性試驗(yàn)）及切斷機(jī)實(shí)際能耗多少來評價(jià)質(zhì)量才是 合理的。不應(yīng)只滿足強(qiáng)度條件，而不顧能耗多少或只追求小的切斷力；不顧切斷機(jī)效率，而片面追求小的切斷功，也不盡合理。
1.3鋼筋切斷機(jī)理分析
通過實(shí)驗(yàn)對鋼筋切斷機(jī)理進(jìn)行分析，探討鋼筋在切斷過程中變形，剪切和裂紋擴(kuò)張的規(guī)律，以及計(jì)算所受的最大切應(yīng)力，校核提供可靠的依據(jù)。
切斷機(jī)的動力機(jī)構(gòu)多采用曲柄連桿機(jī)構(gòu)。如圖所示。在曲柄1的驅(qū)動下，帶動連桿2運(yùn)動，從而使滑塊3作往復(fù)直線運(yùn)動。曲柄每旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，固定在滑塊3上的動刀片4進(jìn)行一次沖切鋼筋5的工作行程，定刀片6固定在機(jī)體尾座上。
圖1-11曲柄連桿機(jī)構(gòu)
對不同直徑的鋼筋作了切斷力測試驗(yàn)，選用建筑中常用的A3低碳鋼筋直徑分別為40mm 32mm 25mm,在測試機(jī)描繪出力功圖，從中可以清楚看出，隨著鋼筋直徑的增加，其切斷力，功，切段時(shí)間及電機(jī)功率都增大。
圖1-12鋼筋斷口處形狀及參數(shù)分析
表1-3測試表
切斷鋼筋的斷口示意圖如圖1-12所示，鋼筋的斷口處還可分為三區(qū)域，1區(qū)委剪切區(qū)，在這個(gè)區(qū)域，刀片對鋼筋進(jìn)行純剪切，斷口光亮平滑，他發(fā)生在切刀剛開始切入鋼筋的一段時(shí)間范圍。2區(qū)為纖維區(qū)，當(dāng)塑性鋼筋在整體受到負(fù)載荷時(shí)，斷口沿剪切區(qū)開始撕裂，發(fā)生韌性斷裂，在此區(qū)域斷裂面呈無光澤的纖維狀斷面凹凸不平，用放大鏡能看到平行于刀片剪切方向的條狀纖維溝紋，這是由于在活動刀片剪切作用下，斷面表面晶粒沿剪切方向撕裂后留下的斷面形狀。3區(qū)為擠壓變形區(qū)，這是由于刀片最初接觸被切鋼筋時(shí)，對鋼筋產(chǎn)生擠壓作用，在刀片的擠壓下，首先發(fā)生擠壓變形，當(dāng)變形至一定的程度，開始切入鋼筋。再仔細(xì)觀察斷口側(cè)面，可以看到靠近斷口表面處形成彎曲狀，纖維由垂直于斷口的方向逐步趨向于平行于斷口平面方向，并且纖維曲線凸面向著此端被切鋼筋移動的方向。這是由于兩個(gè)刀刃擠壓剪切鋼筋時(shí)，斷面器體聚合力企圖阻止別切晶粒位錯(cuò)反向拉扯所造成的纖維彎曲。實(shí)驗(yàn)表明，鋼筋切斷后都有上述三個(gè)區(qū)域。圖1-13為直徑40，32，25鋼筋斷面圖。A1，B1分別為上斷面剪切區(qū)和纖維區(qū)深度尺寸；A2，B2分別為斷面剪切區(qū)和纖維區(qū)的深度尺寸。通過對多個(gè)式樣進(jìn)行實(shí)測，將所求得平均值（mm）列于表1-4中
圖1-13鋼筋切斷面
表1-4平均值
1.3.1目前鋼筋切斷機(jī)存在的問題
（1）全封閉結(jié)構(gòu)鋼筋切斷機(jī)均采用減速箱結(jié)構(gòu)用螺栓連接，不僅剛性差而且還增加了結(jié)合面的加工，和蓋后常常從該處漏油；而整體式結(jié)構(gòu)鋼筋切斷機(jī)活動刀處均采用側(cè)開蓋結(jié)構(gòu)，由于切斷機(jī)工作時(shí)所受側(cè)向力很大，故側(cè)蓋常常損壞。（20采用曲柄連桿機(jī)構(gòu)并用〈3KW電機(jī)驅(qū)動的同類產(chǎn)品，其工作主軸偏心均小，這樣在切剪公稱直徑范圍不同直徑的鋼筋時(shí)就需要更換刀片或刀片加墊片才能完成或剪切鋼筋的要求，因此每臺鋼筋切斷機(jī)都要儲備幾種不同的刀片或刀墊，以備調(diào)整使用，這樣就給使用和保管帶來麻煩，同時(shí)也增加了機(jī)器的成本。而不需更換刀片或刀墊的同類型切斷機(jī)其驅(qū)動功率均〉3KW，這樣不僅使切斷機(jī)的能耗加大，而且增加了體積和重量。（3）國內(nèi)切斷機(jī)刀片側(cè)隙的調(diào)整是靠選配尺寸固定的刀墊或在刀片的后面加減刀片來實(shí)現(xiàn)的，這種調(diào)整的方法不僅麻煩，勞動強(qiáng)度大，工作效率低，而且還不能保證間隙的合理，常常由于間隙過大，使有效剪切力減小，剪切能力下降，同時(shí)還使機(jī)體所受側(cè)向力加大，造成機(jī)體斷裂，直接影響切斷機(jī)的使用壽命。（4）減速箱結(jié)構(gòu)全封閉鋼筋切斷機(jī)操作位置低，不符合人機(jī)功能設(shè)計(jì)要求，操作費(fèi)力，且穩(wěn)定性較差。
1.3.2鋼筋切斷機(jī)前景
在比較傳統(tǒng)的鋼筋切斷機(jī)的性能特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)研究了一種新型的減速裝置的鋼筋切斷機(jī),給出了其工作原理及主要性能參數(shù)的確定過程,最后得出了相關(guān)結(jié)論,證明此種鋼筋切斷機(jī)性能優(yōu)良,具有廣闊的應(yīng)用前景。
2電動機(jī)的選擇
2.1計(jì)算剪切力P
在剪切鋼筋的過程中，剪切力必須克服鋼筋材料的極限強(qiáng)度，只有這樣才能把鋼筋切斷。在切斷機(jī)能力容許的范圍內(nèi)，切斷鋼筋的直徑越粗，需要的剪切力越大，由鋼材冷切經(jīng)驗(yàn)公式可知，剪切力P的大小可由公式確定：
總攻A值的理論計(jì)算分析：A=A1+A2+A3 式（2.1）
式中 A1——剪切功
A2——曲柄滑塊摩擦損耗功
A3——其他消耗之功（1）
式（2.2） 式中 d—— 被剪切鋼筋的直徑，mm
P——剪切力，KN
偏心距e=23mm 連桿長L=300mm
J
A3=0.2×6008.3=1201.66J
A=6008.3+494.9+1201.66=7704.77J
2.2切斷機(jī)匹配電動機(jī)功率理論計(jì)算
按切斷機(jī)一次剪切平均能量確定電機(jī)功率公式為：
KW 式（2.3）
式中 ——平均功率，KW
A——一次剪切所需之功，J
N——滑塊行程次數(shù)，1/min
——行程利用系數(shù)（手動≤0.5,流水作業(yè)時(shí)取1）
考慮電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)安全系數(shù)K及效率,則電機(jī)功率為：
式（2.4）
式中 N——實(shí)際電機(jī)功率，KW
K——安全系數(shù)（1.1～1.3）
——整機(jī)效率，%
KW
所以選擇電動機(jī)功率為3KW，型號為Y100L2額定轉(zhuǎn)速1500r/min,滿載轉(zhuǎn)速1430r/min。
圖2-1 電動機(jī)
3減速器的設(shè)計(jì)
減速器的機(jī)體是用于支持和固定軸系的零件，是保證傳動零件的嚙合精度，良好的潤滑和密封的重要零件，其重量約占減速器總重量的50%。因此，機(jī)體結(jié)構(gòu)對減速器的工作性能，加工工藝，材料消耗，重量及成本等有很大的影響。
1 第一根齒輪軸 2第二根軸 3第三根軸 4凸輪 5連桿 6定刀片 7動刀片 8第二級大齒輪 9第一級大齒輪 10大帶輪 11電動機(jī)
圖3-1鋼筋切斷機(jī)示意圖
3.1傳動比的計(jì)算與分配
總傳動比
分配傳動裝置傳動比
式（3.1）
式中，分別為帶傳動和減速器的傳動比。選擇=5，則減速器傳動比為：
分配減速器的傳動比
為了使兩級大齒輪直徑相近，查表得，則
3.2計(jì)算傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù)
為了進(jìn)行傳動件的設(shè)計(jì)計(jì)算，要推算出各軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。如將傳動裝置各軸由高到低依次定為Ⅰ軸，Ⅱ軸，Ⅲ軸見圖3-1
,…為相鄰兩軸間的傳動比
…為各軸的輸入功率（KW）
…為各軸的輸入轉(zhuǎn)距（N.m）
…為各軸的轉(zhuǎn)速（ r/min）
則可按電動機(jī)軸至動作機(jī)運(yùn)動傳遞路線推算，得到各軸的運(yùn)動和動力參數(shù)。
各軸的轉(zhuǎn)速
Ⅰ軸
Ⅱ軸
Ⅲ軸
各軸輸入功率
Ⅰ軸 KW
Ⅱ軸 KW
Ⅲ軸 KW
Ⅰ~Ⅲ軸的輸出功率則分別為輸入功率乘軸承效率0.98。
各軸的輸入轉(zhuǎn)矩
電動機(jī)的輸入轉(zhuǎn)矩
Ⅰ軸
Ⅱ軸
Ⅲ軸
3.3帶的選擇
3.3.1 帶的計(jì)算
工作情況系數(shù)，每天工作時(shí)間小于十小時(shí)，工作載荷性質(zhì)為沖擊載荷，根據(jù)工作情況系數(shù) =1.3
計(jì)算功率 KW
選出帶的型號 A型查資料得小帶輪直徑為63-100mm 取100mm
大帶輪
大帶輪的轉(zhuǎn)速
帶長
初取中心距
其中h=8
1190≥a≥335 .25 取a=650mm
帶長 mm
查表實(shí)際L=2500mm
小輪包角
中心距 mm
帶速
由表11.8 =1.32 包角系數(shù) =0.89 基準(zhǔn)長度Ld=2000 查得 =0.92
傳動功率增量=0.17
3.3.2帶的根數(shù)確定
帶的根數(shù)
所以Z取4
3.4齒輪的設(shè)計(jì)及模數(shù)的選擇
3.4.1第一級齒輪傳動設(shè)計(jì)
因傳動尺寸無嚴(yán)格限制，批量較小，故小齒輪用45號鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度240HB-280HB，平均用260HB,大齒輪輪用40Cr,調(diào)質(zhì)處理，硬度229HB-280HB。平均取用240HB。計(jì)算步驟如下：圖表參考機(jī)械設(shè)計(jì)書
齒面接觸疲勞強(qiáng)度的計(jì)算
計(jì)算步驟如下：
齒寬系數(shù) =0.6 軟齒面硬度≤350HB
初步計(jì)算許用接觸應(yīng)力=0.9 =0.9×710=639MPa
=0.9 =0.9×580=522MPa
由資料取=90
初步計(jì)算小齒輪直徑
取100mm 初步計(jì)算齒寬 =60mm
初取齒數(shù)20
=3×20=60
中心距 mm
校核計(jì)算
圓周速度
精度等級由資料得選八級精度。 使用系數(shù) ，=1.5
動載荷系數(shù)由資料, =1.2
齒間載荷系數(shù)由資料先求
由此得
齒向載荷分布由資料得
載荷系數(shù)
許用接觸應(yīng)力
驗(yàn)算
=563MPa＜
計(jì)算結(jié)果表明接觸疲勞強(qiáng)度較為適合，齒輪尺寸無需調(diào)整
重合度系數(shù)
齒向載荷分布系數(shù)
齒間載荷分配系數(shù)
載荷系數(shù)
齒型系數(shù)
應(yīng)力修正系數(shù)
彎曲疲勞極限由
尺寸系數(shù)由
許用彎曲應(yīng)力
驗(yàn)算
=92.2MPa＜
MPa＜
初步計(jì)算
N.m
齒寬系數(shù) =0.6 軟齒面硬度≤350HB
初步計(jì)算許用接觸應(yīng)力=0.9 =0.9×710=639MPa
=0.9=0.9×580=522MPa
由表12.16取 =90
初步計(jì)算小齒輪直徑
取150mm 初步計(jì)算齒寬 =90mm
初取齒數(shù)25
=3×25=75
中心距 mm
校核同上，經(jīng)驗(yàn)算計(jì)算結(jié)果表明接觸疲勞強(qiáng)度較為適合，齒輪尺寸無需調(diào)整
重合度系數(shù)。
3.4.2第二級齒輪傳動設(shè)計(jì)方法同第一級設(shè)計(jì)
齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算
因傳動尺寸無嚴(yán)格限制，批量較小，故小齒輪用45號鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度240HB-280HB，平均用260HB,大齒輪輪用ZG35SiMn,調(diào)質(zhì)處理，硬度229HB-280HB。平均取用240HB。計(jì)算步驟如下：圖表參考機(jī)械設(shè)計(jì)書
初步計(jì)算
N.m
齒寬系數(shù) =0.6 軟齒面硬度≤350HB
初步計(jì)算許用接觸應(yīng)力=0.9 =0.9×710=639MPa
=0.9=0.9×580=522MPa
由表12.16取 =90
初步計(jì)算小齒輪直徑
取150mm 初步計(jì)算齒寬 =90mm
初取齒數(shù)25
=3.4×25=85
中心距 mm
校核計(jì)算
圓周速度
精度等級由表12.6,選八級精度。 使用系數(shù)由表12.9, =1.5
動載荷系數(shù)由資料得, =1.2
齒間載荷系數(shù)由資料得先求
＜100N/mm
由此得
齒向載荷分布由資料得
載荷系數(shù)
許用接觸應(yīng)力
驗(yàn)算
=563MPa＜
計(jì)算結(jié)果表明接觸疲勞強(qiáng)度較為適合，齒輪尺寸無需調(diào)整重合度系數(shù)
齒向載荷分布系數(shù)
齒間載荷分配系數(shù)
載荷系數(shù)
齒型系數(shù)由資料
應(yīng)力修正系數(shù)由圖12.22
彎曲疲勞極限由圖12.23
尺寸系數(shù)由圖12.25
許用彎曲應(yīng)力
驗(yàn)算
=250MPa＜
MPa＜
經(jīng)過驗(yàn)算計(jì)算結(jié)果表明接觸疲勞強(qiáng)度較為適合，齒輪尺寸無需調(diào)整重合度系數(shù)。
3.5軸徑的選擇以及軸承的選擇
3.5.1軸徑的計(jì)算
軸的材料選擇45號鋼
設(shè)計(jì)公式，軸的最小直徑
式（3.2）
式中 P——軸的傳動功率，KW
n——軸的轉(zhuǎn)速，r/min
——許用切應(yīng)力，MPa
C——與軸材料有關(guān)的系數(shù)，可由資料得
軸Ⅰ mm
取直徑為40mm
軸Ⅱ mm
取直徑為50mm
軸Ⅲ mm
取直徑為60mm
3.5.2軸的校核
校核第一根軸見圖3-2
輸入功率：2.73KW 帶輪的直徑為505mm 轉(zhuǎn)速為286 r/min
則已知：
式（3.3）
式中 v——帶速
p——功率為KW
則帶輪的有效拉力為
圖3-1對軸進(jìn)行水平方向的受力分析
則
′
1091=1820+FR1′+FR2′
軸材料為45號鋼 由表得
則應(yīng)力校正系數(shù)
校核軸徑連接帶輪處的
連接齒輪處的
其余兩軸的設(shè)計(jì)方法相同，
3.6滾動軸承的選擇計(jì)算
鋼筋切斷機(jī)所用的各類減速器大量使用滾動軸承。滾動軸承是一種標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)者應(yīng)按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法，根據(jù)具體情況正確地選用。
選取軸承代號6010深溝球軸承。（中間軸）
基本額定動載荷為22
滾動軸承疲勞壽命的基本計(jì)算公式為
式(3.4)
式中 ——為轉(zhuǎn)速表示的基本額定壽命;
——壽命系數(shù)。球軸承，滾子軸承
——當(dāng)量動載荷（N）。對于向心軸承用“徑向當(dāng)量動負(fù)荷”表示，對于推力軸承用“軸向當(dāng)量動負(fù)荷”表示；
——基本額定動負(fù)荷（N）。對于向心軸承用“徑向基本額定動負(fù)荷“ 表示,對于推力軸承用“軸向基本額定動負(fù)荷”表示, =22KN;
由上述可知左端受力,
右端受力；
由 , 式(3.5)
查鋼筋切斷機(jī)設(shè)計(jì)手冊得X=0.56,Y=1
左端,
右端
所以左端軸承疲勞壽命
右端軸承疲勞壽命
3.7標(biāo)準(zhǔn)件
表3-1 標(biāo)準(zhǔn)件
4連桿的設(shè)計(jì)
鋼筋切斷機(jī)剪切運(yùn)動是由一曲型的曲軸連桿機(jī)構(gòu)完成的。但是由于切斷機(jī)機(jī)體內(nèi)腔狹小，在裝配曲軸連桿時(shí)比較困難。尤其是在使用中發(fā)生故障需要維修時(shí)，拆卸曲軸連桿更加不容易，給維修造成很大的不變，因此在不改變設(shè)備功能的情況下，我對曲軸連桿機(jī)構(gòu)做了一些改進(jìn)。
圖4-1凸輪機(jī)構(gòu)
將曲軸連桿機(jī)構(gòu)改成凸輪結(jié)構(gòu)，其中將曲軸改為凸輪軸形式，有三部分組成，其零件
圖4-1
圖4-2 連桿機(jī)構(gòu)
連桿改成整體形式，從圖4-2可以看出，改進(jìn)后的零件無論在結(jié)構(gòu)上還是加工工藝，都將比原來的簡單。
改進(jìn)后的凸輪結(jié)構(gòu)直接從機(jī)體航的注冊孔中裝入和取出。而不必拆卸連桿，大大簡化了裝配程序，減輕的工人的勞動強(qiáng)度。同時(shí)也極大的方便了維修，還簡化了零件的工藝過程，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。
5提高強(qiáng)度的幾種方法
5.1機(jī)體強(qiáng)度提高的設(shè)計(jì)
最初這種GJ型鋼筋切斷機(jī)機(jī)體采用ZG45。后來一些廠家將機(jī)體材質(zhì)降低為球墨鑄鐵OT45-5，甚至個(gè)別制造廠家將材質(zhì)降為灰口鑄鐵。施工實(shí)踐證明，機(jī)體采用灰口鑄鐵是不行的。在滿負(fù)荷剪切直徑為45mm鋼筋時(shí)，機(jī)體頜口百分之百地?cái)嗔选６捎们蚰T鐵OT45-5，也有少部分機(jī)體斷裂。從斷裂分析，造成球墨鑄鐵機(jī)體斷裂的主要原因，是鑄造缺陷造成的。斷口反映的最主要缺陷是夾
渣；化驗(yàn)結(jié)果表明，這些夾渣主要缺陷是，，，，和硫化物。
其次是縮松和石墨漂浮。這些缺陷嚴(yán)重地影響機(jī)體強(qiáng)度。
資料實(shí)踐證明，鋼筋切斷機(jī)體采用球墨鑄鐵鑄造完全可行。不過，采用OT-45-5材料強(qiáng)度偏低。我們推薦采用稀土鎂球墨鑄鐵OT-60-2。實(shí)驗(yàn)表明，這種材料的抗拉強(qiáng)度，疲勞強(qiáng)度以及小能量多次沖擊抗力性能都接近和超過45號鋼的機(jī)械性能。
參見表5-1機(jī)械性能
機(jī)械性能
（Pa）
（Pa）
（N.m/）
(%)
（Pa）
無缺口
有缺口
球鐵QT60-2
5884
8826
4119
5884
19.6
39.2
2
8
2452
2942
1599
2040
正火45號鋼
6375
7846
＞3923
49
88
24
28
2256
2354
1765
為了保證材質(zhì)純正可靠，在設(shè)計(jì)選材時(shí)，對QT60-2的機(jī)械性能，金相組織，化學(xué)成份必須提出要求，如表。實(shí)踐證明，采用這種材質(zhì)的機(jī)體強(qiáng)度，剛度都很好，是理想的機(jī)體材料。
表5-2對QT-60-2金相組織的要求
項(xiàng)目
球化類型
球徑
珠光體
鐵素體
磷共晶
滲碳體
QT60-2
≤I類
中，小
≥80%
≤10%
≤1.5%
≤3%
表5-3 對QT60-2機(jī)械性能的要求
機(jī)械性能
（Pa）
（Pa）
(%)
（N.m/）
硬度HB
QT60-2
≥5884
≥4119
≥2
≥14．7
215-269
表5-4 對QT-60-2化學(xué)成份的要求
成份%
C
Si
Mn
P
S
Mg
Re
原鐵水
3.4-3.8
1.2-1.5
≤0.7
≤0.07
≤0.08
成品
3.4-3.8
2.2-2.8
≤0.7
≤0.07
≤0.03
0.04-0.06
0.03-0.06
提高鑄造質(zhì)量，防止鑄造缺陷
首先應(yīng)降低原鐵水的S，P和球墨鑄鐵中殘Mg量，防止氧化物夾渣產(chǎn)生。此外，提高澆注溫度，隨溫度上升，鐵水表面渣膜會稀釋或減簿。實(shí)踐證明，超過1300度，夾渣缺陷基本上可以消除。采用快速澆注法，在球化處理和石墨化處理時(shí)加入0.4%~0.5%的冰晶石粉，因?yàn)槿廴跔顟B(tài)的冰晶石可降低渣子熔點(diǎn)和表面張力，能潤滑，溶解渣子中的氧化物和硫化物，這種渣子容易扒凈?？傊?，保證機(jī)體鑄造的鑄造質(zhì)量提高機(jī)體強(qiáng)度的重要措施之一2合理的進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
5.2 改變壓刀結(jié)構(gòu)
目前，GJ40型切斷機(jī)采用壓刀塊壓刀，螺孔周圍產(chǎn)生應(yīng)力集中，結(jié)構(gòu)不合理，應(yīng)該避開在最大應(yīng)力區(qū)開孔，避免應(yīng)力集中引起的破壞。改變這種結(jié)構(gòu)有兩種方法，一是加大M20兩個(gè)螺孔的中心距k參見圖5-1（a），使螺孔躲開最大應(yīng)力區(qū)。另一方法是改變壓刀結(jié)構(gòu)，我們在RQ62型貝氏體鋼切斷機(jī)設(shè)計(jì)中總結(jié)GJ40記得教訓(xùn)，有壓刀緊固，改為拉刀片緊固，如圖5-1（b）所示，這種結(jié)構(gòu)避免了應(yīng)力集中發(fā)生，實(shí)踐證明是可靠的。
增大額口的扛剪、抗彎強(qiáng)度
可知，增大額口截面積尺寸b、H，對提高額口強(qiáng)度有利。因?yàn)閺澢鷳?yīng)力與成反比，隨著H增大H增大，額口部位的應(yīng)力急劇下降。而剪應(yīng)力與H成反比，即隨著H增大，剪應(yīng)力下降。由此可見設(shè)計(jì)成扁而寬結(jié)構(gòu)的額口，對抗彎、抗剪有利。
圖5—1壓刀結(jié)構(gòu)改進(jìn)
（a）舊結(jié)構(gòu) （b）新結(jié)構(gòu)
5.3其他部件的改進(jìn)設(shè)計(jì)
在傳動形式上，采用2級減速，增加總速比，降低剪切次數(shù)，提高剪切力，在軸承的裝配上，除曲軸采用滑動軸承提高耐壓力外，其余各軸均采用滾動軸承，減少摩擦損失，提高機(jī)械效率
參照國外樣機(jī)共同研制出該類型的切斷機(jī)參照技術(shù)參數(shù)
對如何降低成本，減少加工工時(shí)，談幾點(diǎn)改進(jìn)建議。
（1）機(jī)架由鋼板焊接結(jié)構(gòu)改位鑄件
機(jī)架為鋼板焊接在剪切時(shí)，發(fā)現(xiàn)機(jī)架剛度差（即機(jī)身擺動），機(jī)架的橫梁焊接初開列，軸距變形。鑒于我國鋼板的焊接技術(shù)和熱處理技術(shù)有限，將鋼板連接機(jī)架改為鑄造整體結(jié)構(gòu)，更為適宜。
（2）將鑄剛件改為鑄鐵
以前定刀座，動刀架，大齒輪等；機(jī)架，刀座均為鑄鋼（ZG45）。目前，我國生產(chǎn)切斷機(jī)的廠家均為中小型廠；大都沒有鑄鋼設(shè)備，只有通過外協(xié)加工。故次，延長了生產(chǎn)周期，提高了成本。經(jīng)電測及使用實(shí)踐證明，上述鑄鋼均可用（QT50-5）鑄鐵代替
（3）零件的加工精度等級可適當(dāng)降低
產(chǎn)品的精度，并非愈高愈好，而應(yīng)該有個(gè)適當(dāng)要求，否則將造成加工與裝配困難，使造價(jià)提高。
齒輪精度可降低；其精度要求為八級，實(shí)際加工后的齒輪（一般用滾齒機(jī)加工）精度可達(dá)9級，再經(jīng)過熱處理表面淬火后精度只有10級。切斷機(jī)主要用于剪切建筑鋼筋，均在建筑工地工作。根據(jù)工況，該產(chǎn)品精度可視為9級精度。因而，將齒輪設(shè)計(jì)精度降低1-2級更趨合理。，
零件的公差配合等級應(yīng)降低·
機(jī)架三個(gè)軸孔一般采用鏜床加工，其設(shè)計(jì)精度要求級。根據(jù)實(shí)踐，即可滿足要求。因此，將原設(shè)計(jì)精度降低1-2級較合理。
放松公差配合精度等級配合，設(shè)計(jì)要求
兩種機(jī)型公差配合均要求精度偏高，配合偏緊，從而造成加工困難，裝配費(fèi)工。如壓配合的軸瓦，其孔與軸配合，設(shè)計(jì)要求，當(dāng)軸瓦壓入后，其內(nèi)孔縮小，加工時(shí)，操作者常把孔加工成下偏差，而軸加工成上偏差，改為配合后，即容易裝配，又保證其使用性能
根據(jù)鋼筋切斷機(jī)工況，結(jié)合我國生產(chǎn)廠家的現(xiàn)狀，對GQ40型及GQ40L型進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，將會成為性能高·成本低·在市場上具有競爭力的產(chǎn)品。
6鋼筋切斷機(jī)強(qiáng)度計(jì)算參考
切斷鋼最近幾年，基本建設(shè)工程中鋼筋混凝土工程量加大，采用的鋼筋越來越粗，對鋼筋切斷機(jī)主要機(jī)件的強(qiáng)度提出了更高的要求。筋的過程中，鋼筋切斷機(jī)機(jī)體承受很大的剪切力，從而要求機(jī)體必須具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度?？墒?，施工中多次發(fā)現(xiàn)切斷機(jī)額口斷裂現(xiàn)象，如圖10-1所示。保證切斷機(jī)具有足夠的強(qiáng)度，工作安全可靠，得到設(shè)計(jì)人員和生產(chǎn)制造廠的高度重視。
圖6-1切斷機(jī)機(jī)體額口斷裂狀態(tài)
經(jīng)過大量調(diào)查研究，結(jié)合RQ62型熱切貝氏體鋼切斷機(jī)的設(shè)計(jì)實(shí)踐，對鋼筋切斷機(jī)的強(qiáng)度計(jì)算提出了一些看法。同時(shí)針對破壞斷口，進(jìn)行應(yīng)力檢測，并和理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行一比較分析，從中提出提高切斷機(jī)機(jī)體強(qiáng)度的設(shè)計(jì)途徑。
6.1機(jī)體額口的強(qiáng)度計(jì)算
鋼筋切斷機(jī)的異常破壞多發(fā)生在機(jī)體額口參見圖6-1.
斷口狀態(tài)：斷口從額口下部表面開始，沿著額口對角線方向延展，先裂至壓刀螺孔M20，從螺孔中穿過，在延伸擴(kuò)展，直至全部開裂成兩塊。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，斷裂機(jī)體多為恢鑄鐵和球墨鑄鐵鑄造。斷口晶粒粗大，有明顯的鑄造缺陷，如加渣、縮松和石墨漂浮層。斷口給人的印象，是因機(jī)體強(qiáng)度不足而引起額口彎曲破壞。
最大應(yīng)力分析。
切斷機(jī)在工作過程中，機(jī)體主要承受剪切力的作用，其次還要受曲柄連桿機(jī)構(gòu)將轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榈蹲瑝K的往復(fù)運(yùn)動過程中產(chǎn)生的慣性力作用。由于切斷機(jī)轉(zhuǎn)速低，往復(fù)運(yùn)動機(jī)件重量不大，因此慣性力很小，由于引起的動應(yīng)力很小，約為主應(yīng)力的1.6%左右，對額口的強(qiáng)度影響很小。故在研究額口強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，不考慮慣性力的影響。由材料力學(xué)可知。機(jī)體額口部位受力狀態(tài)可看作一端固定，另一頭為自由端的懸臂梁。作構(gòu)件簡化，其上受集中載荷P，如圖6-2（a） (b)所示，由于剪切力P的作用，梁上將產(chǎn)生剪力和彎距。梁的各部位受剪力相等，而最大彎矩發(fā)生在額口的根部，如圖6-2（a） (b)所示,c-d為危險(xiǎn)截面。 懸掛梁的最大彎曲應(yīng)力發(fā)生在圖2中 c-d截面上，還將產(chǎn)生剪應(yīng)力。因此在強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，必須對最大應(yīng)力和最大剪應(yīng)力分別進(jìn)行強(qiáng)度校核。
值得注意的是，機(jī)體斷口并沒有彎曲應(yīng)力最大的額口根部d處開始（參見圖6-2（a）），而是從里根部較近的壓刀螺孔M20的額口內(nèi)表面開始。這種現(xiàn)象說明，額口部位的最大應(yīng)力并不在根部，而分布在壓刀螺孔周圍。顯然是因?yàn)镸20螺孔的存在，造成孔周圍應(yīng)力集中。這個(gè)集中應(yīng)力是額口部位的最大應(yīng)力，它是引起額口斷裂的破壞應(yīng)力，以拉應(yīng)力形式存在，其應(yīng)力狀態(tài)如圖6-.2（c）所示
圖6-2額口部位受力分析和應(yīng)力狀態(tài)
6.2 應(yīng)力計(jì)算
6.2.1 正應(yīng)力計(jì)算
根據(jù)材料力學(xué)，懸掛梁的橫截面上的正應(yīng)力為：
式（6.1）
式中 P——剪切力（N）
a——力臂（cm）
H——截面長（cm）
——截面厚度（cm）
6.2.2 計(jì)算剪切力P
在剪斷鋼筋的過程中，剪切力必須克服鋼筋材料的極限強(qiáng)度，只有這樣才能吧鋼筋剪斷。在切斷機(jī)能力允許的范圍內(nèi)，剪斷鋼筋的直徑越粗，需要的剪切力越大。由鋼材冷切斷經(jīng)驗(yàn)公式可知，剪切力P的大小由下式確定：
式（6.2）
式中 d——鋼筋直徑（cm）
——鋼筋材料的抗拉極限強(qiáng)度（）
3最大剪應(yīng)力計(jì)算
危險(xiǎn)截面c_d的最大剪應(yīng)力為
式（6.3）
式中 P——剪切力（N）
F——額口橫截面積
6.3 計(jì)算剪切力P
以普通A3的鋼筋，直徑為例。查的A3鋼的抗拉極限強(qiáng)度。將其帶入式（6.2），計(jì)算結(jié)果如表6-1
6.3.1計(jì)算正應(yīng)力
由結(jié)構(gòu)可知，（參見圖6-2（a）），GJ40型機(jī)體額口：
H=80mm,b=125mm,a=80mm
將H、b、a、P值帶入式中（6.1），就得到切斷不同直徑鋼筋，機(jī)體額口產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力值，計(jì)算結(jié)果如表1。
6.3.2 計(jì)算最大應(yīng)力
將P、b、H值帶入式（6-3），即得出剪斷不同規(guī)格鋼筋時(shí)，機(jī)體額口截面上產(chǎn)生的最大剪應(yīng)力值，計(jì)算結(jié)果如表1應(yīng)力測試也分析
為了驗(yàn)證上述強(qiáng)度計(jì)算方法的可靠性，我們對GJ40型鋼筋切斷機(jī)進(jìn)行應(yīng)力測試。在切斷鋼筋工作狀態(tài)，用Y6D2型動態(tài)應(yīng)變儀測試最大剪切力和機(jī)體額口部位產(chǎn)生的應(yīng)力值，同時(shí)用SC20型光線示波器把應(yīng)力的大小用圖譜計(jì)算下來。
表6-1應(yīng)力大小
6.3.3 試棒
A3，直徑45號鋼，直徑螺紋鋼，直徑
6.4測試方法
6.4.1 剪切力的測量
采用應(yīng)變片測試技術(shù)，在固定刀片的正面和反面沿對稱軸線各粘貼四片應(yīng)變片，片間隔相同。正面應(yīng)變片和反面應(yīng)變片貼在對應(yīng)相同的位置上，并分別作為電橋的第二也第四臂，第一和第二臂為補(bǔ)償片，如圖6-3（a）所示。
6.4.2 應(yīng)力測量
根據(jù)理論分析最大應(yīng)力產(chǎn)生的位置，并結(jié)合實(shí)際斷口的破壞