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1、 畢業(yè)設(shè)計說明書 第 18 頁 GQ50型鋼筋切斷機的結(jié)構(gòu)設(shè)計與運動仿真 摘要 本產(chǎn)品的設(shè)計是根據(jù)黃河科技學(xué)院工學(xué)院機械系2012屆畢業(yè)設(shè)計的要求，在參觀調(diào)研的基礎(chǔ)上，對大學(xué)四年已學(xué)知識的總結(jié)、實踐與提高。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)計的資料，做好初期準備。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)計思路。 本產(chǎn)品設(shè)計給定的原始參數(shù)是：切斷能力為（φ6-φ50）mm的圓鋼；電機功率為4kw；沖切次數(shù)為28次/min；切斷行程為40mm。此次設(shè)計的主要研究內(nèi)容和技

2、術(shù)關(guān)鍵是：根據(jù)鋼筋切斷機的使用要求，確定其工作原理，在此基礎(chǔ)上進行鋼筋切斷機的結(jié)構(gòu)設(shè)計，確定主要結(jié)構(gòu)尺寸。主要包括以下幾點：1、電動機的選擇；2、傳動裝置的設(shè)計和計算；3、軸承的選擇；4、曲軸連桿機構(gòu)的設(shè)計；5、機體的設(shè)計；6、刀片的設(shè)計選擇。然后根據(jù)這些設(shè)計數(shù)據(jù)進行產(chǎn)品的建模及運動仿真。 本次產(chǎn)品建模使用的是美國Autodesk公司的三維設(shè)計軟件Inventor 2011。首先是根據(jù)設(shè)計數(shù)據(jù)建立各個零件的草圖，在草圖的基礎(chǔ)上運用零件特征生成三維實體；然后在Inventor 2011軟件的虛擬環(huán)境中進行虛擬裝配，建立數(shù)字樣機；最后進行應(yīng)力分析、運動干涉分析及運動仿真。 本設(shè)計可以大幅降低鋼

3、筋切斷機的研發(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)濟效益。 關(guān)鍵詞：鋼筋切斷機，結(jié)構(gòu)設(shè)計，Inventor 2011，虛擬裝配，運動仿真 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 requirement

4、s, 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 Ri

5、ver 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: cut

6、ting 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, an

7、d 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

8、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,

9、 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 reinfo

10、rced 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)計前的準備 3 2.1計劃任務(wù)書 3

11、 2.1.1 產(chǎn)品設(shè)計的依據(jù) 3 2.1.2 計劃任務(wù)書 3 2.2 設(shè)計前的準備 3 3鋼筋切斷機的總體設(shè)計 4 3.1鋼筋切斷機的工作原理 4 3.2鋼筋切斷機的基本結(jié)構(gòu) 4 4傳動方案的設(shè)計 5 4.1 基本傳動數(shù)據(jù)計算 5 4.1.1分配傳動比 5 4.1.2計算各州的運動及動力參數(shù) 5 4.2 帶傳動的設(shè)計 6 4.2.1帶型的選擇 6 4.2.2帶輪基準直徑的確定 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 齒輪傳動的設(shè)計 7 4.3.1選材料、確定

12、初步參數(shù) 7 4.3.2齒面疲勞強度計算 8 4.3.3齒根抗彎疲勞強度驗算 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 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)計項目管理功能 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)計及建模 14 6.1機體的設(shè)計流程 14 6.2其他主要零件的建模效果展示 23 7鋼筋切斷機的裝配 29

13、 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 傳動結(jié)構(gòu)的運動仿真 41 10.1建立一個簡單的裝配 41 10.2運動仿真步驟 41 致謝 45 參考文獻 46 附 錄 48 1 緒論 鋼筋切斷機是建筑機械的一種。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

14、、電站、大型水利等工程中對鋼筋的定長切斷。鋼筋切斷機與其他切斷設(shè)備相比，具有重量輕、耗能少、工作可靠、效率高等特點，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)濟建設(shè)的各個領(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，勞動強度大、生產(chǎn)效率低、工程質(zhì)量很難保證。太原重型機械學(xué)院是國內(nèi)最早生產(chǎn)鋼筋切斷機的單位之一。他們于1958年首次引進蘇聯(lián)的臥式鋼筋切斷機圖紙，生產(chǎn)了國內(nèi)第一臺鋼筋切斷機。隨后又于1985年引進了日本立式鋼筋切斷機和德國臥式鋼筋切斷機，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

15、機。該系列的鋼筋切斷機均是采用機械輪剪切進行切斷的。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、黑虎建筑機械公司等企業(yè)也生產(chǎn)過不同類型的機械式鋼筋切斷機。 目前，國內(nèi)的鋼筋切斷機多以機械輪剪式切斷為主。其工作過程基本為：電動機輸出動力經(jīng)過帶傳動和三級齒輪傳動減速后，帶動曲軸旋轉(zhuǎn)，曲軸推動連桿使滑塊和動刀片在機座的滑道中做往復(fù)直線運動，使動刀片和定刀片相錯而切斷鋼筋。 近年來，我國在鋼筋切斷機技術(shù)裝備方面有了長足的進步，但產(chǎn)品的技術(shù)水平與國外先進水平相比，尚有以下幾個方面的差距： 1)國外切斷機偏心軸的偏心距較大。如日本立式切斷機偏心距24mm，而國內(nèi)一般為17mm?？此剖×?/p>

16、、齒輪結(jié)構(gòu)偏小些，但給用戶帶來麻煩，不易管理。因為在由切大料到切小料時，不是換刀墊就是換刀片，有時還需要轉(zhuǎn)換角度。 2)國外切斷機的機架都是鋼板焊接結(jié)構(gòu)，零部件加工精度、粗糙度尤其熱處理工藝過硬，使切斷機在承受過載荷、疲勞失效、磨損等方面都超過國產(chǎn)機器。 3)國內(nèi)切斷機刀片設(shè)計不合理。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)國外機型一般采用半開式結(jié)構(gòu)。齒輪、

17、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)切斷機外觀質(zhì)量、整機性能不盡人意。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，生產(chǎn)工藝幾十年一貫制，所以外觀質(zhì)量粗糙、觀感較差。 從鋼筋切斷機的發(fā)展趨勢看，隨著建

18、筑設(shè)計與建筑施工技術(shù)的國際化，建筑工程設(shè)計與應(yīng)用鋼筋必將進入商品化供應(yīng)時代，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)就要求鋼筋切斷機必須實現(xiàn)自動控制——鋼筋自動送料，定尺寸后自動切斷、落料。 另一方面，國外的產(chǎn)品充分融合了液壓技術(shù)、機械技術(shù)、電子技術(shù)等，形成了以機械為筋骨、液壓為肌肉、電氣為神經(jīng)的機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)動及控制能力。因此，鋼筋切斷機不但要求實現(xiàn)定長剪切的高精度控制，同時要求其具有相對高的生產(chǎn)效率。所以，如何使鋼筋切斷機的機電液系統(tǒng)有機地高度集成，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢，將是今后研究的主要方向。

19、 2 設(shè)計前的準備 2.1計劃任務(wù)書 2.1.1 產(chǎn)品設(shè)計的依據(jù) 本設(shè)計是在對河南省長葛市黃河旋風(fēng)股份有限公司進行生產(chǎn)參觀后，對鋼筋切斷機形成初步認識后，深刻理解其工作原理與結(jié)構(gòu)特點，根據(jù)自己大學(xué)四年所學(xué)的機械方面的各種知識，對鋼筋切斷機做一個機構(gòu)設(shè)計，并建立數(shù)字樣機進行運動仿真。本設(shè)計力求高效、快速的完成產(chǎn)品研發(fā)與校驗，并使產(chǎn)品具備完善可靠的性能，滿足市場需求，增強企業(yè)競爭力。 2.1.2 計劃任務(wù)書 根據(jù)建筑市場的使用需求，GQ50型鋼筋切斷機的規(guī)格參數(shù)設(shè)定，見表2-1。 表2-1 鋼筋切斷機的參數(shù) 電動機額定功率 4KW 切斷能力 φ6-φ50mm的圓鋼 沖切次

20、數(shù) 28次/min 沖切行程 40mm 2.2 設(shè)計前的準備 接到任務(wù)書初期，先查閱了大量有關(guān)鋼筋切斷機的的論文、資料。其后，為了在產(chǎn)品設(shè)計前能對鋼筋切斷機有一個整體、大概的認識，我在王良文教授的幫助指導(dǎo)下，對河南省長葛市黃河旋風(fēng)股份有限公司進行了為期一天的參觀、調(diào)研，認真觀察了鋼筋切斷機的結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)過程，在其間遇到的各種問題，仔細聽取了黃河旋風(fēng)股份有限公司建筑機械部張工程師的講解。 回到學(xué)校后，收集、整理鋼筋切斷機的相關(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)的理論知識進行設(shè)計。 3 此處省略 NNNNNNNNNNNN字。如需要完整說明書和設(shè)計圖紙等.請聯(lián)系在

21、線扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套機械畢業(yè)設(shè)計下載！ 8應(yīng)用Inventor軟件進行干涉檢查 8.1檢查零部件之間的干涉 在部件中，兩個或多個零部件不能同時占用相同的空間。要檢測這樣的錯誤，可以檢查部件中的干涉。在零部件交疊處，干涉部分臨時顯示為實體。另外，inventor2011還可以檢查子部件中零部件之間或所選的一組零部件或兩組零部件之間的干涉。 檢查出干涉之后，干涉體積顯示為實體。干涉報告列出干涉的零件或子部件，給出干涉體積形心的 x、y、z 坐標(biāo)，列出干涉的體積。根據(jù)檢查，可以編輯零部件以刪除干涉。 普通零件干涉檢查及解決方案的過程和方法都是一樣的，故在此僅以其中兩

22、個零件之間的干涉檢查過程為例來說明。這里以連桿和連桿銅瓦的干涉檢查為例。 另外，使用Inventor 2011設(shè)計的螺紋，為了提高運行效率，并不是真實地切削加工來把螺紋表達出來，而是在表面貼一層涂層，給人以真實螺紋的感覺。因此，在進行螺紋裝配時， 本來是正確的裝配關(guān)系， 進行干涉檢查時，系統(tǒng)會提示有干涉，如果干涉部分是指螺紋處，可以不予理睬。因為那是系統(tǒng)本身的錯誤。 8.2 連桿及連桿銅瓦的干涉檢查 1）選擇【檢驗】面板中的【過盈分析】選項，打開如圖所示的【干涉檢查】對話框。 2）點擊【定義選擇集1】按鈕前的箭頭按鈕，然后選擇連桿；點擊【定義選擇集2】按鈕前的箭頭按鈕，然后選擇連桿銅瓦

23、。點擊【確定】按鈕顯示檢查結(jié)果。 3）如果檢查不到任何的干涉存在，則打開對話框顯示【沒有干涉檢查】，則說明部件中沒有干涉存在。否則會打開【檢查到過盈】對話框，如圖8-1所示。 a) b) c) d) e） 圖8-1 螺紋干涉檢查過程 a)【干涉檢查】對話框 b)【定義選擇集1】 選擇連桿 c)【定義選擇集2】 選擇連桿銅瓦 d) 檢查到干涉并輸出結(jié)果 e）沒有干涉 9繪制各主要零件的工程圖 9.1 inventor2011繪制工程圖的優(yōu)點 與Autodesk公司的二維繪圖軟件AutoCAD相比，Inventor的

24、二維繪圖功能更加強大和智能： 1）Inventor可以自動由三維零部件生產(chǎn)二維工程圖，不管是基礎(chǔ)的三視圖，還是局部視圖、剖視圖、打斷視圖等，都可以十分方便、快速生產(chǎn)。 2）由實體生產(chǎn)的二維圖也是參數(shù)化的，二維三維雙向關(guān)聯(lián)，如果更改了三維零部件的尺寸參數(shù)，那么它的工程圖的對應(yīng)尺寸參數(shù)自動更新；也可以通過直接修改工程圖上的零件尺寸而對三維零件的特征進行修改。 3）有些時候，快速創(chuàng)建二維工程圖要比設(shè)計實體模型具有更高的效率。使用Inventor，用戶可以創(chuàng)建二維參數(shù)化工程圖視圖，這些視圖也可以用作三維造型的草圖。 4）用inventor2011可以直接創(chuàng)建standard.dwg格式的工

25、程圖，與AutoCAD創(chuàng)建的圖紙格式完全互通，通用性、交流性沒有任何障礙。 9.2 創(chuàng)建零部件工程圖 以創(chuàng)建連桿的工程圖為例。其他零件圖或者裝配圖參照以下方法和步驟。具體的結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)查看零件圖紙和裝配圖紙。 1）單擊標(biāo)準工具欄中的【新建】按鈕，然后從【默認】選項卡中選擇standard.dwg格式的工程圖模板，如圖9-1所示。 默認制圖標(biāo)準基于安裝 Autodesk Inventor 時指定的設(shè)置。默認工程圖是一張帶有標(biāo)題欄和圖框的空白圖紙，如圖9-2所示。 圖9-1新建工程圖 圖9-2 默認的工程圖 2）在【工程視圖】工具面板上，單擊【基礎(chǔ)視圖】，如圖9-3所示。 3

26、）在【工程視圖】對話框中，單擊【文件】框旁邊的【瀏覽】按鈕以查找軸套。 圖9-3找到“連桿.ipt”文件 4）接受默認的比例、視圖名稱和其他設(shè)置。光標(biāo)處將附著一個視圖預(yù)覽。單擊工程圖紙上的一點以放置視圖并關(guān)閉對話框。 5）在【工程視圖】工具面板上，單擊【投影視圖】。投影基礎(chǔ)視圖，創(chuàng)建右視圖和剖視圖，為圖面布局合理，將右視圖從主視圖左邊移動到右邊，改為向視圖。如圖9-4所示。 圖9-4 連桿的三視圖 6）在各個視圖單擊鼠標(biāo)右鍵，下拉【菜單】中，選擇【自動中心線】和【自動檢索】，就可以畫中心線和標(biāo)注主要已知尺寸。 7）編輯工程圖紙，包括制圖標(biāo)準、圖紙樣式、標(biāo)注樣式、剖視圖處理、

27、技術(shù)要求等，如圖9-5所示。 圖9-5編輯工程圖紙 8.編輯好工程圖紙后，選擇【文件】菜單下的【保存】選項，在【保存】對話框中的【保存類型】中默認即【連桿.dwg】，單擊【確定】按鈕及完成。可以在AutoCAD 中打開，如圖9-6所示。 圖9-6 保存為【連桿.dwg】 10 傳動結(jié)構(gòu)的運動仿真 設(shè)計出的鋼筋切斷機成品一共包含了很多零件，包括一些緊固件、密封件和輔助結(jié)構(gòu)。但為了演示的更加清晰，在這里的運動仿真中，僅僅取設(shè)計的傳動部分，即三級減速器及曲柄連桿機構(gòu)，來進行仿真。這樣，可以取得清晰明了的仿真結(jié)果，易于觀察，又不影響實際效果。 10.1建立一個簡單的裝配 為了使

28、本說明書的附件更加分明，故仿真沒有使用總裝配圖，而是另外做了一個簡單的傳動結(jié)構(gòu)的裝配，具體裝配方法詳見本說明書的第七章。在此，僅展示其裝配效果圖。如圖10-1所示。另外，在運動仿真之前，其裝配結(jié)構(gòu)是不完全約束的，保留了各個齒輪嚙合運動中繞軸旋轉(zhuǎn)的自由度。 圖10-1裝配效果圖 10.2運動仿真步驟 1）進入【環(huán)境】面板，選擇【運動仿真】模塊。如圖10-2所示。 圖10-2 2）如圖10-2，仿真播放器已自動打開，此時需要打開【構(gòu)造模式】，選中菜單中的【插入運動約束】，選擇運動模式為【傳動：外齒輪嚙合運動】，然后【零部件1】選擇軸Ⅰ的分度圓，【零部件2】選擇Ⅱ軸大齒輪的

29、分度圓，點擊【確定】。如圖10-3所示。 圖10-3 3）按上述方法，依次確定各個齒輪間的運動鏈接類型。然后，在運動仿真樹結(jié)構(gòu)中，選擇Ⅰ軸與Ⅱ軸大齒輪的鏈接，右鍵單機選擇【特性】，加入驅(qū)動【轉(zhuǎn)矩】和驅(qū)動【速度】。點擊【確定】。如圖10-4所示 圖10-4 4）點擊【仿真播放器】上的【播放】按鈕，即可清晰的觀察到傳動機構(gòu)按真實傳動比速度下的運動情況。并且可以在【輸出圖示器】中觀察到各個齒輪的運動速度及轉(zhuǎn)矩等各項參數(shù)。如圖10-5所示。 圖10-5 5）運行【運動仿真】面板上的【發(fā)布電影】，將仿真過程錄制為一段.avi格式的視頻，保存名稱為【總裝圖-運動仿真.avi】文件，與附

30、其他附件一并保存在光盤中。  致謝 大學(xué)四年轉(zhuǎn)眼過去了，在最后的一段時間里是最考驗我們的時候。畢業(yè)設(shè)計是我們在大學(xué)里的最后一課，任務(wù)非常艱巨，要求也很嚴格。通過本次畢業(yè)設(shè)計，使我對以前所學(xué)知識進行的一次系統(tǒng)而全面的鞏固和復(fù)習(xí)。在設(shè)計中，遇到了許多問題，在這里我要特別感謝我的指導(dǎo)老師王良文教授，他不管有多忙，每次都會不辭幸苦，從長葛市驅(qū)車趕來，耐心地為我們解答，使我們學(xué)到很多，獲益匪淺。 本次設(shè)計是在王教授的精心指導(dǎo)和悉心的關(guān)懷下完成的。王教授知識淵博，治學(xué)態(tài)度嚴謹，責(zé)任心強，使我的專業(yè)知識水平得到大大的提高，并激勵我在今后的工作中奮發(fā)向上。借此設(shè)計完成之際，我向王良文教授

31、表示衷心的感激，并致以崇高的敬意。 同時也要感謝我們的小組同學(xué)的互幫互助，在共同探討的過程中，遇到不懂的問題，他們都耐心地和我一起分析和并講解一些他們自己的觀點，從他們那里我學(xué)到了很多知識，受益匪淺。 參考文獻 [1] 孫恒，陳作模，葛文杰主編.機械原理（第七版）[M].高等教育出版社，2006.5. [2] 鄭修本主編.機械制造工藝學(xué)（第二版）[M].機械工業(yè)出版社，2011.2. [3] 濮良貴，繼明剛主編.機械設(shè)計（第八版）[M].高等教育出版社 2006.5. [4] 吳宗澤，羅勝國主編. 機械設(shè)計課程設(shè)計手冊（第三版）[M].高等教育出版社，2006.5. [5] 機

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