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鋼筋切斷機(jī)設(shè)計(jì)
摘 要：為實(shí)現(xiàn)鋼筋切割工作的現(xiàn)代化，國內(nèi)外研制了不少鋼筋切割機(jī)。然而在鋼筋切割機(jī)系列中，對切割Ф40鋼筋的切割還是處于一個較為薄弱環(huán)節(jié)，為了降低切割Ф40鋼筋的難度，提高工作效率。本設(shè)計(jì)采用電動機(jī)經(jīng)一級V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而切割鋼筋。
關(guān)鍵詞：鋼筋切割機(jī)；設(shè)計(jì)；工作效率；齒輪傳動；
Design of The Steel Bar Cutting Mac Machine
Abstract: To realize the modernization of the steel bar cutting work, at home and abroad people had developed a lot of steel bar cutting machine. In steel bar cutting machine series, however, of cutting Ф 40 reinforced research is still in the weak link, in order to decrease the difficulty of cutting Ф 40 reinforcement to improve work efficiency. This design uses the motor by a V belt transmission and secondary gear transmission to slowdown. Then, it drives the crank rotate, The crank connected to slide block and moving blades in the slippery way make the back and forth straight line sport, makes the moving blades and the fixed blade shear and cut steel.
Key words: The steel bar cutting; Design; Work efficiency; Gear transmission
1 前言
1.1 概述
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割。用于剪切建筑鋼筋及圓鋼下料。鋼筋切割機(jī)與其他切割設(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)的各個領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用。
我國鋼筋切斷機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了比較曲折的道路。太原重機(jī)學(xué)院機(jī)器廠是最早生產(chǎn)鋼筋切割機(jī)的廠家之一，1958年首先引進(jìn)蘇聯(lián)的臥式鋼筋切割機(jī)圖紙，開始生產(chǎn)了全國第一臺鋼筋切斷機(jī)，現(xiàn)生產(chǎn)的GQ4OA型就是其改進(jìn)型。原機(jī)型體積較大，重1000多kg，電機(jī)功率7.5kw，是標(biāo)準(zhǔn)的傻大粗產(chǎn)品；經(jīng)改進(jìn)現(xiàn)重量降為720kg、4kw。1982年設(shè)計(jì)出GQ40BⅡ型鋼筋切割機(jī)，在曲軸大齒輪處裝上剛性轉(zhuǎn)鍵離合器，用腳踏操縱控制切斷。
國內(nèi)外切割機(jī)的對比：由于切割機(jī)技術(shù)含量低、易仿造、利潤不高等原因，所以廠家?guī)资陙砘揪S持現(xiàn)狀，發(fā)展不快，與國外同行相比具體有以下幾方面差距。
1)國外切割機(jī)偏心軸的偏心距較大，如日本立式切割機(jī)偏心距24mm，而國內(nèi)一般為17mm看似省料、齒輪結(jié)構(gòu)偏小些，但給用戶帶來麻煩，不易管理．因?yàn)樵谟汕写罅系角行×蠒r(shí)，不是換刀墊就是換刀片，有時(shí)還需要轉(zhuǎn)換角度。
2)國外切割機(jī)的機(jī)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，使切割機(jī)在承受過載荷、疲勞失效、磨損等方面都超過國產(chǎn)機(jī)器。
3)國內(nèi)切割機(jī)刀片設(shè)計(jì)不合理，單螺栓固定，刀片厚度比較薄，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)切割機(jī)每分鐘切割次數(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(jī)型一般采用半開式結(jié)構(gòu)，齒輪、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(jī)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)切割機(jī)外觀質(zhì)量、整機(jī)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(jī)光潔美觀。而國內(nèi)一些一些廠家雖然生產(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(yàn)，生產(chǎn)工藝幾十年一貫制，所以外觀質(zhì)量粗糙、觀感較差。
1．2 題目選取
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)是鋼筋切斷機(jī)的設(shè)計(jì)。要求切割鋼筋的最大直徑40mm，切割速度為30次/分。
1．3 鋼筋切割機(jī)的工作原理
工作原理：采用電動機(jī)經(jīng)一級V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而切割鋼筋。
2 傳動方案
傳動方案簡述：選擇三級減速，先是一級帶減速，再兩級齒輪減速。首先采用一級帶傳動，因?yàn)樗哂芯彌_、吸振、運(yùn)行平穩(wěn)、噪聲小、有過載保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，并安裝張緊輪。然后采用兩級齒輪減速，因?yàn)辇X輪傳動可用來傳遞空間任意兩軸間的運(yùn)動和動力，并具有功率范圍大，傳動效率高，傳動比準(zhǔn)確，使用壽命長，工作安全可靠等特點(diǎn)。動力由電動機(jī)輸出,通過減速系統(tǒng)傳動,把動力輸入到執(zhí)行機(jī)構(gòu)。由于傳動系統(tǒng)作 的是回轉(zhuǎn)運(yùn)動,而鋼筋切割機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的直線往復(fù)運(yùn)動,為了實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換,可以采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu),盤形凸輪移動滾子從動件機(jī)構(gòu),齒輪齒條機(jī)構(gòu)?？紤]現(xiàn)實(shí)條件我決定采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)作為本機(jī)械的執(zhí)行機(jī)構(gòu)?。
2.1 切割鋼筋需用力計(jì)算
為了保證鋼筋的剪割，剪應(yīng)力應(yīng)超過材料的許應(yīng)剪應(yīng)力。即切割鋼筋的條件為： （1）
查資料可知切割鋼筋的最大剪應(yīng)力為[6] （2）
其中為刀刃磨鈍后，由于刀刃間隙增加，切割力增大系數(shù)，取1.3。為鋼筋抗剪與抗拉極限強(qiáng)度比，取0.6。為鋼筋極限抗拉強(qiáng)度，查資料取400Mpa。A為切割面面積。由于本切割機(jī)切割的最大鋼筋粗度為：mm。算得：N另外剪切過程實(shí)際上是金屬塑性變形過程，金屬在塑性變形中沿晶格滑移，即形成所謂滑移線。為了保證鋼筋能夠被完全剪斷，需要加剪切應(yīng)力應(yīng)超過材料本身的許應(yīng)剪應(yīng)力[t]
即切斷鋼筋的條件為：
t=F/A￡[t] （3）
查資料可知鋼筋的許用剪應(yīng)力為：142MPa，取最大值143MPa。又由于本液壓剪鉗切斷的最大剛筋粗度為：d max400=mm
那么這個機(jī)器的最小切斷力應(yīng)該為F/A
F-----為切斷鋼筋所需最大切割力
A----- 為鋼筋的橫切面積等于πd2max/4
經(jīng)過計(jì)算得F=21848N 我們?nèi)∏懈顧C(jī)的切斷力為F=361326.08N
2.2 電機(jī)功率計(jì)算
計(jì)算電機(jī)功率由公式[8] （4）
其中A為一次剪切所需總功。（為剪切功，為空行程耗功，為機(jī)構(gòu)摩擦作用損耗功）；K為電機(jī)安全系數(shù)，取1.2；n為動刀行程次數(shù)；為行程利用系數(shù)，。查資料可知經(jīng)驗(yàn)公式，算得：算得的值為，。n=30，算得為。查表可知在傳動過程中，取帶傳動的效率為η=0.94； 二級齒輪減速器的效率為η=0.96；滾動軸承的傳動效率為η=0.94； 連桿傳動的效率為η=0.81。
由以上可知總的傳動效率為：
η= 算得：
查手冊并根據(jù)電機(jī)的工作環(huán)境、經(jīng)濟(jì)要求和重量要求選取電機(jī)為：Y系列（IP44）封閉式三相異步電動機(jī)，代號為Y132S-6，額定功率為3kw，滿載轉(zhuǎn)速為960r/min。重量73Kg。
3 傳動部分設(shè)計(jì)
3.1 基本傳動數(shù)據(jù)計(jì)算
3.1.1 分配傳動比
電動機(jī)型號為Y，滿載轉(zhuǎn)速為960r/min。
a) 總傳動比
b) 分配傳動裝置的傳動比 (5)
上式中i0、i1分別為帶傳動與減速器（兩級齒輪減速）的傳動比，為使V帶傳動的外廓尺寸不致過大，同時(shí)使減速器的傳動比圓整以便更方便的獲得圓整地齒數(shù)。初步取i0 =2，則減速器的傳動比為 。
c) 分配減速器的各級傳動比
按展開式布置，查閱有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，取 i11=5，則i22=3.2。（注以下有i1代替i11，i2代替i22）
3.1.2 計(jì)算機(jī)構(gòu)各軸的運(yùn)動及動力參數(shù)
a) 各軸的轉(zhuǎn)速ⅠⅡⅢ
Ⅰ 軸
Ⅱ 軸
Ⅲ 軸
b) 各軸的輸入功率
Ⅰ 軸
Ⅱ 軸
Ⅲ 軸
c) 各軸的輸入轉(zhuǎn)矩
電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩
Ⅰ 軸
Ⅱ 軸
Ⅲ 軸
3.2 帶傳動設(shè)計(jì)
3.2.1 基本數(shù)據(jù)
由設(shè)計(jì)可知，V帶傳動的功率為3kw，小帶輪的轉(zhuǎn)速為960r/min，大帶輪的轉(zhuǎn)速為480r/min。
查表可知 工作情況系數(shù)取 KA=1.2 ，則計(jì)算功率Pca=1.2×3=3.6kw。根據(jù)以上數(shù)值及小帶輪的轉(zhuǎn)速查相應(yīng)得圖表（機(jī)械設(shè)計(jì)教材圖8-11）選取A型V帶。
3.2.2 帶輪基準(zhǔn)直徑
查閱相關(guān)手冊選取小帶輪基準(zhǔn)直徑為d1=100mm，則大帶輪基準(zhǔn)直徑為d2=2×100=200mm。
3.2.3 帶速的計(jì)算
故合適。 （6）
3.2.4 中心距、帶長及包角的計(jì)算。
由式
0.7(d1+d2)
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