卧式钢筋切断机的设计DOC文档格式.docx
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4.2.5确定带的根数8
4.2.6张紧力8
4.2.7作用在轴上的载荷8
4.2.8带轮结构与尺寸见零件图8
4.3齿轮设计9
4.3.1第一级齿轮传动设计9
4.3.2
13
第二级齿轮传动设计
4.4
16
轴的校核
3一轴的校核16
4三轴的校核20
4.5键的校核24
4.5.1键的选择24
4.5.2验算挤压强度25
4.6轴承的校核25
4.6.1初选轴承型号26
4.6.2寿命的计算26
5钢筋切断机的摩擦、磨损和润滑28
结束语28
参考文献29
致谢29
作者：
邝云翔
指导老师：
向阳
（湖南农业大学东方科技学院，长沙410128）
摘要：
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。
本设计为建筑上的卧式钢筋切断机，工作原理是：
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。
关键词：
切断，建筑，钢筋，齿轮
TheDesignofHorizontalReinforcingSteelCuttingMachine
Author:
KuangYunxiang
Tutor:
XiangYang
（OrientalScience＆TechnologyCollegeofHunanAgriculturalUniversity,Changsha410128，china）
Abstract:
Thesteelcuttingmachineisoneoftheindispensableequipmentforsteelprocessing,itisthemaintermhousingconstruction,bridges,tunnels,powerplants,large-scalewaterconservancyprojectonthesteelfixed-lengthcutoff.Thedesignforthebuildingonahorizontalsteelbarcuttingmachine,howitworks:
usingthedecelerationofthemotorthroughaV-beltdriveandtwo-geardrive,drivenbythecrankshaftrotation,crankshaftpushrodsothatthesliderandmovingbladesinthebaseslideforreciprocatinglinearmovement,withthewrongcutreinforcedtheactivitiesbladesandfixedblades.
Keywords：
Cut,construction,steel,gears
/、八
1前言
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[1]。
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]。
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，25〜27mr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[3]。
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[4].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。
纵观我国建筑用钢筋切断机的总体水平，与国际上先进产品相比还是比较落后。
主要表现在：
企业生产规模小，产品的技术含量低，生产效率低下。
大部分产品调直速度较低，钢筋的直线度不高，表面划伤较重。
造成这种局面的主要原因在于，我国的建筑用钢筋切断机市场还没有真正形成，还处在地域及价格因素占主导位置的过渡阶段，尚未进入真正的市场竞争阶段。
生产企业多而零散，且大都处在一种小而全、小而不全的状态，在这些生产企业中很难形成强大的技术投入在这种条件下，企业之间相互抄袭现象严重，很难找到拥有自主知识产权的产品，尚没有出现可以称得上领军式的企业[5]。
建筑用新川级钢筋的推广使用为钢筋切断机的生产企业提供了广阔的发展空间。
为此，许多企业投入大量资金，争相开发、研制适合新!
级钢筋要求的高速、大直径钢筋切断机。
在传统的调直模式和曲线辊式调直切断机中广泛采用的锤击式切断机构，长期以来一直存在连切的问题，被行业称之为老大难问题。
多少年来，许多生产企业和使用单位为此伤透了脑筋，想尽了各种办法，始终没有彻底解决。
随着专利技术“锤击式冲压及切断设备的零连切装置”的开发与应用，不仅彻底解决了锤击式切断机构的连切问题，而且调直度好，长度误差小，受到了新老户、特别是广大钢筋焊网企业的热烈欢迎。
仅传统设备改造一项就为开发企业带来一大片市场。
采用剪式切断机构的新型对辊式钢筋切断机的使用，不仅明显地降低了对冷、热轧带肋钢筋表面的伤，也使得钢筋的调直速度由过去的40-60m/min,提高到
90-120m/min、150m/min,甚至达到180m/min以上，直线度w3mm/m长度误差土2mm完全可以和国外产品媲美。
复合式（对辊+调直模式）钢筋切断机，不仅保持了传统产品（调直模式）调直度
好的特点，同时也使对辊式调直机的优势得到了充分发挥，调直速度由过去的
30-50m/min提高到80m/min。
调直钢筋的范围也由©
5-10mn提高到©
14mn,直线度w4%o,定尺精度w10mm
在电气控制方面，众多企业纷纷淘汰传统的电气控制技术，竟相采用先进的PLC式电脑控制，不仅使控制单元得到了简化，整机的运行更加稳定、可靠，维护更加简单，更使我国建筑用钢筋切断机的整体水平跃上一个新的台阶，极大地缩短了与国际上先进产品的差距。
面对空前广阔的钢筋切断机市场，广大生产企业也面临严峻的挑战。
多年来，受运输长度等多种因素影响，大型轧钢企业生产的直径小于©
14钢筋都是以盘条形式走向市场。
目前已有个别企业看准后续加工（即钢筋的调直与定尺切断）中的可观利润，开始购入单机。
一旦这些企业实现并完成对现有生产线的改进，将以往的盘条改为直条走向市场，势必对现有的钢筋切断机市场，特别是对钢筋切断机生产企业形成巨大的冲击。
人无远虑，必有近忧，这是一个应该引起广大钢筋切断机生产企业十分重视的大问题。
综上所述，我国经济建设的飞速发展为建筑行业，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广大用户的需求，尽快缩短与国外先进企业的差距，无疑是我国广大钢筋切断机生产企业生存与发展的必由之路［6］。
2整体设计思路及方案
2.1设计思路
本设计中的卧式钢筋切断机，由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［7］,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：
1-电机2-小带轮3-大带轮4-一轴连轴齿轮5-二轴大齿轮6-二轴连轴齿轮
7-曲轴大齿轮8-曲轴9-连杆10-活动刀座11-固定刀座12-飞轮13-二轴14-一轴
图1整体方案示意图
Fig.1Theoverallprogramdiagram
2.2整体方案确定
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，因为它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［8］。
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。
曲柄滑块机构的曲柄的主要结构型式又分为四种：
圆盘式，偏心轮式，偏心轴式，曲轴式。
通过考虑实际情况，我决定选择曲轴式。
同时，在曲轴处安装一飞轮，用于储存惯性能，使切断过程顺利进行。
外壳的选择，我采用全开式，原因有两个方面。
一有利于散热，同时方便在关键
部位放润滑油。
二价格便宜，制造简单。
从整体上来说，卧式钢筋切断机占地面积较大，但相对的高度较小。
从结构上说，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，有较好的急回特性，推程速度平稳，急回速度较快。
3电机选择
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，绕线型三相异步电动机［9］。
3.1切断钢筋需用力计算
为了保证钢筋的剪断，剪应力应超过材料的许应剪应力门［10］。
即切断钢筋的条件
为：
I；
二乞！
•丨
（1）
查资料可知钢筋的许用剪应力为：
！
l-128~142MPa,取最大值142MPa。
由于本切断机切断的最大刚筋粗度为：
dmax=14mm。
则本机器的最小切断力为：
Q142二dmax4
Q1423.14（14）2
Q21848
取切断机的Q=22000N。
3.2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:
P:
Q152二60200.001=690.8W
（2）
查表可知在传动过程中［11］，带传动的效率为n=0.94~0.97；
二级齿轮减速器的效率为n=0.96~0.99；
滚动轴承的传动效率为n=0.94~0.98；
连杆传动的效率为n=
0.81~0.88;
滑动轴承的效率为=0.98~0.99
由以上可知总的传动效率为：
n=0.94X0.96x0.98X0.81=0.72
由此可知所选电机功率最小应为P=0.692=1.94kw
0.72
查手册并根据电机的工作环境和性质选取电机为：
丫系列封闭式三相异步电动机，
代号为丫112M-6，输出功率为2.2kw，输出速度为960r/min。
4传动机构设计
4.1基本传动数据计算
4.1.1分配传动比
电动机型号为丫，满载转速为960r/min。
a）总传动比i=960=64
15
b）分配传动装置的传动比i=i°
h（3）
上式中i。
、i1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[12]。
初步
取i0=2，贝U减速器的传动比为
i。
2
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in=6.4，则i22=5。
（注以下有i1代替in，i2代替i22）4.1.2计算机构各轴的运动及动力参数
a）各轴的转速
I轴m=仏=960=480r/min（4）
n°
m480
U轴n2-75r/min（5）
56.4
n75
川轴n3-15r/min（6）
65
b）各轴的输入功率
I轴》=pn01=2.20.94=2.068kw（7）
（8）
II轴p2=p1n12=2.0680.970.98=1.966kw
（9）
=1.9660.970.98=1.869kw
2）各轴的输入转矩
电动机输出转矩
2.2
Td=9550沁=21.89Nm
960
I轴=Tdi0noi=21.8920.94=41.15Nm（10）
n轴T2二Tiiini2=41.156.40.970.98=250.35Nm（11）
m轴T3=T2i2n23=250.3550.970.98=1189.91Nm（12）
4.2带传动设计
4.2.1带型的确定
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,Pc=1.5X2.2=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。
4.2.2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=2X
100=200mm
4.2.3带速的确定
（13）
nd1n3.14100960小,
v5.0m/s
601000601000
4.2.4中心矩、带长及包角的确定
（14）
由式：
0.7（d1+d2）va0<
2（d1+d2）
可知：
0.7（100+200）<
a0<
2（100+200）
得210〈a0〈600
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：
22
C」、（di—d2）c“cJccccc、（2°
°
—1°
）
Ld=2a°
-—（d1d2）240°
（10°
20°
24a°
244°
查表选取带的长度为1250mm
计算实际中心矩：
Ld—Ld'
“c丄125°
—1277.25“厂a二a°
二4°
386mm
取386mm
验算小带轮包角：
d2—d1a二18°
2157.3=165.2
a
4.2.5确定带的根数
Pc
P1△P1kaki
（15）
（16）
查表知P1=0.97
△p1=0.11
ka=0.965kl=0.93
（17）
（18）
取Z=4
4.2.6张紧力
F°
=5°
-P£
C215-1）qv2
vZk
查表q=0.10kg/m
3325
=500
（1）0.15.024=1331N
5.02440.965
4.2.7作用在轴上的载荷
a16.2
Fq=2ZF°
sin241331sin105.5N
q22
4.2.8带轮结构与尺寸见零件图
Fig.2ThestructureandsizeofthepulleyFigure
4.3齿轮传动设计
4.3.1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［13］，平均取齿面硬度为260HBS
大齿轮：
45钢调制，平均取齿面硬度为260HBS
2）初选齿数取小齿轮的齿数为20,则大齿轮的齿数为20X6.4=128
3）齿数比即为传动比i二128=6.4
20
4）选择尺宽系数书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书d=0.6
初估小齿轮直径d1=60mm,则小齿轮的尺宽为b=dxd1=0.6X60=36mm
5）齿轮圆周速度为：
ndrntn60480
111.5m/s参照手册选精度等级为9级
601000601000
6）计算小齿轮转矩T1
「=9.55106—=9.551062.06^=4.1104Nmm
n1480
7）确定重合度系数L、丫e：
由公式可知重合度为
『11、
£
=1.88—3.2汉——+——1=1.695
<
20128丿
则由手册中相应公式可知：
（20
（21）
确定齿间载荷分布系数KHa、KFa：
（26）
Kf二Kh企=3.09145=3.42
KHa1.3
b）齿面疲劳强度计算
1）确定许用应力[（7H]
4.4.1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，贝£
=53008=12000h
4.4.2应力循环次数N1、N2
3
Ni二Ns=60rn〔th'
i4
t
hi
th
6.6
=6014801200016.60.20.76.60.50.46.60.3
N
N2=肌2
u
4.4.3
寿命系数［14］Zn1、Zn2，查阅相关手册选取Zn1=1.0、Zn2=1.15
a）
安全系数取：
Sh=1.0
b）许用应力［（Th1］、［（Th2］
2）弹性系数Ze查阅机械设计手册可选取ZE=190.MPa3）节点区域系数Zh查阅机械设计手册可选取Zh=2.5
4）求所需小齿轮直径d1
d1
32曲
叽
23.094.1104
16.4
^^M190"
0.877〕
720丿
=55.34mm
与初估大小基本相符
5）确定中心距，模数等几何参数
5534疋（64十1}中心距a：
a二..=204.75圆整中心矩取222mm
2
模数m：
由中心矩a及初选齿数Z1、Z2得：
2a2"
73小
m3
Z1Z22392
（29）
分度圆直径d1,d2
d1=mz=320二60mm
确定尺宽：
取大齿轮尺宽为bi=60X0.6=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［（7F］
①应力循环次数Nfi、Nf2
Nfi=6014801200016.20.20.76'
20.50.46'
20.3
=8.8107
[1]寿命系数Yn1、Yn2，查阅相关手册选取Yn1=1、Yn2=1
[2]极限应力取：
7Fiim1=290MPa、7Fiim2=220MPa
[3]尺寸系数Yx：
查阅机械设计手册选，取Yx=1.5
[4]安全系数Sf:
参照表9-13,取Sf=1.5
[5]需用应力［7F1］、［7F2］由式（9-20）,许用弯曲应力
[6]
Sf
（TF1
2KfT1
bd1m
沿论丫；
4
23.424.110
60%36X2.5
-149MPal7F11
2.561.620.692MPa
=1492.151.82=146MPal（rF21
2.56x1.62
4.3.2第二级齿轮传动设计
40Cr钢调制[15]，平均取齿面硬度为260HBS
2）初选齿数取小齿轮的齿数为28,则大齿轮的齿数为28X5=140
3）齿数比即为传动比i二140=5
28
4）选择尺宽系数书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
识选取书d=2/3
初估小齿轮直径d1=84mm,则小齿轮的尺宽为b=dxd1=2/3X84=56mm
齿轮圆周速度为：
5）计算小齿轮转矩T1[16]
6P61.9665
「=9.551069.551062.5105Nmm
n175
6）确定重合度系数乙、丫二由公式可知重合度为[17]
“1.88-3.2」丄+丄］=1.74
28140丿
则由手册中相应公式可知:
丄0.75
Y二0.250.681
7）确定载荷系数Kh、Kf
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
确定齿间载荷分布系数[18]KHa、KFa：
载荷系数Kh、Kf的确定，由公式可知
Kh-KaKvK\
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