gq50型钢筋切断机的结构设计与运动仿真本科论文.docx
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gq50型钢筋切断机的结构设计与运动仿真本科论文
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（φ6-φ50）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Inventor2011。
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Inventor2011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期及成本，从而提高产品的市场竞争力和企业的经济效益。
关键词：
钢筋切断机，结构设计，Inventor2011，虚拟装配，运动仿真
DiscCentrifugeSpindleBoxDesign
Author：
WenchaoLiu
Tutor：
LiangwenWang
Abstract
Thisproductisdesignedaccordingtothecollegeofengineeringscienceandtechnologyof2012memberofgraduationdesignrequirements,duringavisittoaresearch,onthebasisoftheuniversityforfouryearshavealreadylearnknowledgesummary,practiceandimprove.Accordingtotherequirementsoftheguidingteacher,Ifirstlookedalotaboutthisproductdesigninformation,dowelltotheearly.AndthentotheYellowRiverinhenanprovinceChangGecitywhirlwindvisittoajointstocklimitedcompany,understandreinforcedcuttingmachineandworkingprincipleoftheuserequirement,andbasedonthis,thepreliminarydesigntoformtheirownideas.
Thisproductdesignparametersaregivenoftheoriginal:
cuttingabilityfor（phi6-phi50）mmroundsteel;Themotorpowerfor4kw;Forpunchingnumber28times/min;Cutoffthetripto40mm.Thedesignofthemainresearchcontents,technologyandthekeyis:
accordingtotheuserequirementreinforcedcuttingmachine,determineitsworkingprinciple,andbasedonthestructureofthesteelcuttingmachinedesign,confirmingthemainstructuresize.Mainlyincludethefollowing:
1,thechoiceofthemotor;2,thedesignandcalculationoftransmissiondevice;3,bearingchoice;4,crankshaftconnectingroddesignoforganization;5,thebody'sdesign;6,thebladedesignchoices.Thenaccordingtothedesigndatamodelingofproductsandmovementsimulation.
Thisproductmodelingisusingthecompany's3ddesignAutodeskInventor2011software.Firstofallisaccordingtothedesigndatatosetupthevariouspartsofthesketch,inthesketchoftheusepartfeaturesbasedon3dentity;AndthenintheInventor2011softwarevirtualenvironmentinvirtualassembly,tobuilddigitalprototype;Finallyinstressanalysis,motioninterferenceanalysisandsimulationmovement.
Thisdesigncandramaticallyreducethereinforcedcuttingmachinedevelopmentcycleandcost,soastoimprovethemarketcompetitivenessofproductsandtheeconomicefficiencyofenterprises.
Keywords:
steelcuttingmachine,thestructuredesign,Inventor2011,virtualassembling,movementsimulation
目录
1绪论1
2设计前的准备3
2.1计划任务书3
2.1.1产品设计的依据3
2.1.2计划任务书3
2.2设计前的准备3
3钢筋切断机的总体设计4
3.1钢筋切断机的工作原理4
3.2钢筋切断机的基本结构4
4传动方案的设计5
4.1基本传动数据计算5
4.1.1分配传动比5
4.1.2计算各州的运动及动力参数5
4.2带传动的设计6
4.2.1带型的选择6
4.2.2带轮基准直径的确定6
4.2.2带速的确定6
4.2.3中心距、带长及包角的确定。
6
4.2.4确定带的根数7
4.2.5带轮结构与尺寸7
4.3齿轮传动的设计7
4.3.1选材料、确定初步参数7
4.3.2齿面疲劳强度计算8
4.3.3齿根抗弯疲劳强度验算10
5AutodeskInventor201112
5.1Inventor2011的组成12
5.2三维绘图软件Inventor2011的优点12
5.2.1二维工程图处理能力比较好12
5.2.2具有良好的设计项目管理功能13
5.2.3参数化技术和变量化技术13
5.2.4简便的操作风格13
5.2.5精彩的显示功能13
6主要零件的设计及建模14
6.1机体的设计流程14
6.2其他主要零件的建模效果展示23
7钢筋切断机的装配29
7.1装配流程29
7.2大侧盖的装配步骤29
7.2.1新建文件30
7.2.2装入所有零件30
7.2.3向机体安装大侧盖30
7.3装配效果图展示33
8应用Inventor软件进行干涉检查34
8.1检查零部件之间的干涉34
8.2连杆及连杆铜瓦的干涉检查34
9绘制各主要零件的工程图37
10传动结构的运动仿真41
10.1建立一个简单的装配41
10.2运动仿真步骤41
致谢45
参考文献46
附录48
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，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28～31次，国外要高出15～20次，最高高出30次，工作效率较高。
5）国外机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，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。
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
φ6-φ50mm的圆钢
冲切次数
28次/min
冲切行程
40mm
2.2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。
3
此处省略 NNNNNNNNNNNN字。
如需要完整说明书和设计图纸等.请联系在线扣扣：
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8应用Inventor软件进行干涉检查
8.1检查零部件之间的干涉
在部件中，两个或多个零部件不能同时占用相同的空间。
要检测这样的错误，可以检查部件中的干涉。
在零部件交叠处，干涉部分临时显示为实体。
另外，inventor2011还可以检查子部件中零部件之间或所选的一组零部件或两组零部件之间的干涉。
检查出干涉之后，干涉体积显示为实体。
干涉报告列出干涉的零件或子部件，给出干涉体积形心的x、y、z坐标，列出干涉的体积。
根据检查，可以编辑零部件以删除干涉。
普通零件干涉检查及解决方案的过程和方法都是一样的，故在此仅以其中两个零件之间的干涉检查过程为例来说明。
这里以连杆和连杆铜瓦的干涉检查为例。
另外，使用Inventor2011设计的螺纹，为了提高运行效率，并不是真实地切削加工来把螺纹表达出来，而是在表面贴一层涂层，给人以真实螺纹的感觉。
因此，在进行螺纹装配时，本来是正确的装配关系，进行干涉检查时，系统会提示有干涉，如果干涉部分是指螺纹处，可以不予理睬。
因为那是系统本身的错误。
8.2连杆及连杆铜瓦的干涉检查
1）选择【检验】面板中的【过盈分析】选项，打开如图所示的【干涉检查】对话框。
2）点击【定义选择集1】按钮前的箭头按钮，然后选择连杆；点击【定义选择集2】按钮前的箭头按钮，然后选择连杆铜瓦。
点击【确定】按钮显示检查结果。
3）如果检查不到任何的干涉存在，则打开对话框显示【没有干涉检查】，则说明部件中没有干涉存在。
否则会打开【检查到过盈】对话框，如图8-1所示。
a）
b）
c）
d）
e）
图8-1螺纹干涉检查过程
a）【干涉检查】对话框b）【定义选择集1】选择连杆
c）【定义选择集2】选择连杆铜瓦d）检查到干涉并输出结果e）没有干涉
9绘制各主要零件的工程图
9.1inventor2011绘制工程图的优点
与Autodesk公司的二维绘图软件AutoCAD相比，Inventor的二维绘图功能更加强大和智能：
1）Inventor可以自动由三维零部件生产二维工程图，不管是基础的三视图，还是局部视图、剖视图、打断视图等，都可以十分方便、快速生产。
2）由实体生产的二维图也是参数化的，二维三维双向关联，如果更改了三维零部件的尺寸参数，那么它的工程图的对应尺寸参数自动更新；也可以通过直接修改工程图上的零件尺寸而对三维零件的特征进行修改。
3）有些时候，快速创建二维工程图要比设计实体模型具有更高的效率。
使用Inventor，用户可以创建二维参数化工程图视图，这些视图也可以用作三维造型的草图。
4）用inventor2011可以直接创建standard.dwg格式的工程图，与AutoCAD创建的图纸格式完全互通，通用性、交流性没有任何障碍。
9.2创建零部件工程图
以创建连杆的工程图为例。
其他零件图或者装配图参照以下方法和步骤。
具体的结构和数据查看零件图纸和装配图纸。
1）单击标准工具栏中的【新建】按钮，然后从【默认】选项卡中选择standard.dwg格式的工程图模板，如图9-1所示。
默认制图标准基于安装AutodeskInventor时指定的设置。
默认工程图是一张带有标题栏和图框的空白图纸，如图9-2所示。
图9-1新建工程图
图9-2默认的工程图
2）在【工程视图】工具面板上，单击【基础视图】，如图9-3所示。
3）在【工程视图】对话框中，单击【文件】框旁边的【浏览】按钮以查找轴套。
图9-3找到“连杆.ipt”文件
4）接受默认的比例、视图名称和其他设置。
光标处将附着一个视图预览。
单击工程图纸上的一点以放置视图并关闭对话框。
5）在【工程视图】工具面板上，单击【投影视图】。
投影基础视图，创建右视图和剖视图，为图面布局合理，将右视图从主视图左边移动到右边，改为向视图。
如图9-4所示。
图9-4连杆的三视图
6）在各个视图单击鼠标右键，下拉【菜单】中，选择【自动中心线】和【自动检索】，就可以画中心线和标注主要已知尺寸。
7）编辑工程图纸，包括制图标准、图纸样式、标注样式、剖视图处理、技术要求等，如图9-5所示。
图9-5编辑工程图纸
8.编辑好工程图纸后，选择【文件】菜单下的【保存】选项，在【保存】对话框中的【保存类型】中默认即【连杆.dwg】，单击【确定】按钮及完成。
可以在AutoCAD中打开，如图9-6所示。
图9-6保存为【连杆.dwg】
10传动结构的运动仿真
设计出的钢筋切断机成品一共包含了很多零件，包括一些紧固件、密封件和辅助结构。
但为了演示的更加清晰，在这里的运动仿真中，仅仅取设计的传动部分，即三级减速器及曲柄连杆机构，来进行仿真。
这样，可以取得清晰明了的仿真结果，易于观察，又不影响实际效果。
10.1建立一个简单的装配
为了使本说明书的附件更加分明，故仿真没有使用总装配图，而是另外做了一个简单的传动结构的装配，具体装配方法详见本说明书的第七章。
在此，仅展示其装配效果图。
如图10-1所示。
另外，在运动仿真之前，其装配结构是不完全约束的，保留了各个齿轮啮合运动中绕轴旋转的自由度。
图10-1装配效果图
10.2运动仿真步骤
1）进入【环境】面板，选择【运动仿真】模块。
如图10-2所示。
图10-2
2）如图10-2，仿真播放器已自动打开，此时需要打开【构造模式】，选中菜单中的【插入运动约束】，选择运动模式为【传动：
外齿轮啮合运动】，然后【零部件1】选择轴Ⅰ的分度圆，【零部件2】选择Ⅱ轴大齿轮的分度圆，点击【确定】。
如图10-3所示。
图10-3
3）按上述方法，依次确定各个齿轮间的运动链接类型。
然后，在运动仿真树结构中，选择Ⅰ轴与Ⅱ轴大齿轮的链接，右键单机选择【特性】，加入驱动【转矩】和驱动【速度】。
点击【确定】。
如图10-4所示
图10-4
4）点击【仿真播放器】上的【播放】按钮，即可清晰的观察到传动机构按真实传动比速度下的运动情况。
并且可以在【输出图示器】中观察到各个齿轮的运动速度及转矩等各项参数。
如图10-5所示。
图10-5
5）运行【运动仿真】面板上的【发布电影】，将仿真过程录制为一段.avi格式的视频，保存名称为【总装图-运动仿真.avi】文件，与附其他附件一并保存在光盘中。
致谢
大学四年转眼过去了，在最后的一段时间里是最考验我们的时候。
毕业设计是我们在大学里的最后一课，任务非常艰巨，要求也很严格。
通过本次毕业设计，使我对以前所学知识进行的一次系统而全面的巩固和复习。
在设计中，遇到了许多问题，在这里我要特别感谢我的指导老师王良文教授，他不管有多忙，每次都会不辞幸苦，从长葛市驱车赶来，耐心地为我们解答，使我们学到很多，获益匪浅。
本次设计是在王教授的精心指导和悉心的关怀下完成的。
王教授知识渊博，治学态度严谨，责任心强，使我的专业知识水平得到大大的提高，并激励我在今后的工作中奋发向上。
借此设计完成之际，我向王良文教授表示衷心的感激，并致以崇高的敬意。
同时也要感谢我们的小组同学的互帮互助，在共同探讨的过程中，遇到不懂的问题，他们都耐心地和我一起分析和并讲解一些他们自己的观点，从他们那里我学到了很多知识，受益匪浅。
参考文献
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