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畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 2015 屆 機械工程及自動化 專業(yè) 題 目： 臥式鋼筋切斷機的設(shè)計 子 題： 學生姓名： 班級學號： 指導教師： 職 稱： 所在系（教研室）： 機電與信息工程系 下達日期：2014年7月4日 完成日期：2015年6月12日 摘 要 在全球經(jīng)濟發(fā)展的大環(huán)境之下，我國各個行業(yè)在受到其他國家先進技術(shù)沖擊的同時，與國外品牌企業(yè)的溝通交流的機會也變的越來越多。臥式鋼筋切斷機行業(yè)通過行業(yè)展會、科研合作等多種途徑，不斷的提高了自身實力和核心競爭力，縮小與發(fā)達國家之間的差距。在新的市場需求的驅(qū)動下，臥式鋼筋切斷機的更新和優(yōu)化升級更加迫切。國內(nèi)臥式鋼筋切斷機設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)充分挖掘市場潛力，大力發(fā)展大型經(jīng)濟高效型的臥式鋼筋切斷機械設(shè)備，在人工切斷過渡到機械設(shè)備自動切斷鋼筋的演變中發(fā)揮著積極作用。 一般生產(chǎn)大型臥式鋼筋切斷機設(shè)備的企業(yè)對設(shè)備安全指數(shù)上都有嚴格的要求。各企業(yè)在生產(chǎn)設(shè)備時，都充分考慮到設(shè)備在運行中可能會出現(xiàn)的種種問題，從而減少設(shè)備因為振動或者操作不當而引起的噪音大、污染重等現(xiàn)象。國內(nèi)臥式鋼筋切斷機設(shè)備的研發(fā)及制造要與全球號召的高效經(jīng)濟、安全穩(wěn)定主題保持一致。加大臥式鋼筋切斷機設(shè)備新型節(jié)能、高效臥式鋼筋切斷機的研發(fā)及生產(chǎn)是行業(yè)發(fā)展的大趨勢，同時也迎合了國內(nèi)基礎(chǔ)建設(shè)發(fā)展的需求。臥式鋼筋切斷機的發(fā)展與人類社會的進步和科學技術(shù)的水平密切相關(guān)。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，各學科間相互滲透，各行業(yè)間相互交流，廣泛使用新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝，目前臥式鋼筋切斷機正向著大型、高效、可靠、節(jié)能、降耗和自動化方向發(fā)展。本次設(shè)計的鋼筋切斷機切斷鋼筋直徑為Φ32mm，抗拉強度335Mpa，兩刀刃的最大開口距37mm；最小開口距5mm，每分鐘切斷15次，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，性能穩(wěn)定；隨著科技的發(fā)展,鋼筋切斷機設(shè)備在性能，成本，工藝上面將會有更進一步的提高。 關(guān)鍵詞：機械工業(yè)；臥式鋼筋切斷機；切斷；高效  Abstract With development of all kind of science technology and global economy, Pneumatic manipulator is a automated devices that can mimic the human hand and arm movements to do something，aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety. Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors.The pneumatic part of the design is primarily to choose the right valves and design a reasonable pneumatic control loop, by controlling and regulating pressure, flow atcompressedneceengththdirectionprocedurework.Theinvertedpendulumisatypicalhighordersystem,withmultivariable,non-linear, strong-coupling,fleetandabsolutelyinstable.Itisrepresentativeasanidealmodeltoprovenewcontroltheoryandtechniques.Duringthecontrolprocess,pendulumcaneffectivelyreflectmanykeyproblemssuchasequanimity,robust,follow-upandtrack,therefore.Thispaperstudiesacontrolmethodofdoubleinvertedpendulum.Firstofall,themathematicalmodelofthedoubleinvertedpendulumisestablished,thenmakeacontroldesigntodoubleinvertedpendulumonthemathematicalmodel,anddeterminethesystemperformanceindexweightmatrix,byusinggeneticalgorithminordertoattainthesystemstatefeedbackcontrolmatrix.Finally,thesimulationofthesystemismadeby.Afterseveraltestmatrixvaluetheresultsarenotsatisfactoryresponse,thenweoptimizematrixbyusingGeneticAlgorithm.Simulationresultsshow.Thesystemresponsecanmeetthedesignrequirements∮32 afterGeneticAlgorithm335Mpa.Small twisted paper 37 machine for ordinary home, not only can be used for 5 meat, can also be used with crushed 15 meter, crushed ice, spices and otherfood, small power requirements, powered by the motor drive, reasonable structuredesign. Key word: pneumatic manipulator； cylinder； pneumatic loop； Fout degrees of freedom. 目 錄 摘要 2 Abstract 3 第一章 緒論 4 1.1 課題的來源與研究的目的和意義 5 1.2 臥式鋼筋切斷機的發(fā)展現(xiàn)狀 6 第二章 臥式鋼筋切斷機總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計 7 2.1 臥式鋼筋切斷機的總體方案圖 8 2.2 臥式鋼筋切斷機的工作原理 9 2.3 機械傳動部分的設(shè)計計算 10 2.3.1電機的選型計算 11 2.3.2V帶傳動的設(shè)計計算 11 2.3.3齒輪傳動的設(shè)計計算 12 2.3.4軸承的選擇 13 第三章 各主要零部件強度的校核 15 3.1偏心軸強度的校核計算 16 3.2齒輪強度的校核計算 17 3.3軸承強度的校核計算 17 第四章 臥式鋼筋切斷機中主要零件的三維建模 20 4.1電機的三維建模 22 4.2偏心軸的三維建模 22 4.3 V帶輪的三維建模 23 4.4連桿的三維建模 25 4.5 動刀刃的三維建模 23 4.6 臥式鋼筋切斷機的三維建模 25 第五章 三維軟件設(shè)計總結(jié) 28 第六章 臥式鋼筋切斷機中重要零件的有限元應(yīng)力應(yīng)變分析 28 結(jié)論 30 致謝 31 參考文獻 32 第一章緒論 1.1課題的來源與研究的目的和意義 機械工業(yè)是國民的裝備部，是為國民經(jīng)濟提供裝備和為人民生活提供耐用消費品的產(chǎn)業(yè)。不論是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，還是新興產(chǎn)業(yè)，都離不開各種各樣的機械裝備，機械工業(yè)所提供裝備的性能、質(zhì)量和成本，對國民經(jīng)濟各部門技術(shù)進步和經(jīng)濟效益有很大的和直接的影響。機械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平是衡量國家經(jīng)濟實力和科學技術(shù)水平的重要標志。因此，世界各國都把發(fā)展機械工業(yè)作為發(fā)展本國經(jīng)濟的戰(zhàn)略重點之一。 機械工程的服務(wù)領(lǐng)域廣闊而多面，凡是使用機械、工具，以至能源和材料生產(chǎn)的部門，都需要機械工程的服務(wù)。概括說來，現(xiàn)代機械工程有五大服務(wù)領(lǐng)域：研制和提供能量轉(zhuǎn)換機械、研制和提供用以生產(chǎn)各種產(chǎn)品的機械、研制和提供從事各種服務(wù)的機械、研制和提供家庭和個人生活中應(yīng)用的機械、研制和提供各種機械武器。 不論服務(wù)于哪一領(lǐng)域，機械工程的工作內(nèi)容基本相同，主要有： 建立和發(fā)展機械工程的工程理論基礎(chǔ)。例如，研究力和運動的工程力學和流體力學；研究金屬和非金屬材料的性能，及其應(yīng)用的工程材料學；研究熱能的產(chǎn)生、傳導和轉(zhuǎn)換的熱力學；研究各類有獨立功能的機械元件的工作原理、結(jié)構(gòu)、設(shè)計和計算的機械原理和機械零件學；研究金屬和非金屬的成形和切削加工的金屬工藝學和非金屬工藝學等等。 研究、設(shè)計和發(fā)展新的機械產(chǎn)品，不斷改進現(xiàn)有機械產(chǎn)品和生產(chǎn)新一代機械產(chǎn)品，以適應(yīng)當前和將來的需要。機械產(chǎn)品的生產(chǎn)，包括：生產(chǎn)設(shè)施的規(guī)劃和實現(xiàn)；生產(chǎn)計劃的制訂和生產(chǎn)調(diào)度；編制和貫徹制造工藝；設(shè)計和制造工具、模具；確定勞動定額和材料定額；組織加工、裝配、試車和包裝發(fā)運；對產(chǎn)品質(zhì)量進行有效的控制。機械制造企業(yè)的經(jīng)營和管理。機械一般是由許多各有獨特的成形、加工過程的精密零件組裝而成的復雜的制品。生產(chǎn)批量有單件和小批，也有中批、大批，直至大量生產(chǎn)。銷售對象遍及全部產(chǎn)業(yè)和個人、家庭。而且銷售量在社會經(jīng)濟狀況的影響下，可能出現(xiàn)很大的波動。因此，機械制造企業(yè)的管理和經(jīng)營特別復雜，企業(yè)的生產(chǎn)管理、規(guī)劃和經(jīng)營等的研究也多是肇始于機械工業(yè)。 機械產(chǎn)品的應(yīng)用。這方面包括選擇、訂購、驗收、安裝、調(diào)整、操作、維護、修理和改造各產(chǎn)業(yè)所使用的機械和成套機械裝備，以保證機械產(chǎn)品在長期使用中的可靠性和經(jīng)濟性。機械產(chǎn)品的應(yīng)用。這方面包括選擇、訂購、驗收、安裝、調(diào)整、操作、維護、修理和改造各產(chǎn)業(yè)所使用的機械和成套機械裝備，以保證機械產(chǎn)品在長期使用中的可靠性和經(jīng)濟性。研究機械產(chǎn)品在制造過程中，尤其是在使用中所產(chǎn)生的環(huán)境污染，和自然資源過度耗費方面的問題，及其處理措施。這是現(xiàn)代機械工程的一項特別重要的任務(wù)，而且其重要性與日俱增。機械的種類繁多，可以按幾個不同方面分為各種類別，如：按功能可分為動力機械、物料搬運機械、粉碎機械等；按服務(wù)的產(chǎn)業(yè)可分為農(nóng)業(yè)機械、礦山機械、紡織機械等；按工作原理可分為熱力機械、流體機械、仿生機械等。另外，機械在其研究、開發(fā)、設(shè)計、制造、運用等過程中都要經(jīng)過幾個工作性質(zhì)不同的階段。按這些不同階段，機械工程又可劃分為互相銜接、互相配合的幾個分支系統(tǒng)，如機械科研、機械設(shè)計、機械制造、機械運用和維修等。 這些按不同方面分成的多種分支學科系統(tǒng)互相交叉，互相重疊，從而使機械工程可能分化成上百個分支學科。例如，按功能分的動力機械，它與按工作原理分的熱力機械、流體機械、透平機械、往復機械、蒸汽動力機械、核動力裝置、內(nèi)燃機、燃氣輪機，以及與按行業(yè)分的中心電站設(shè)備、工業(yè)動力裝置、鐵路機車、船舶輪機工程、汽車工程等都有復雜的交叉和重疊關(guān)系。船用汽輪機是動力機械，也是熱力機械、流體機械和透平機械，它屬于船舶動力裝置、蒸汽動力裝置，可能也屬于核動力裝置等等。19世紀時，機械工程的知識總量還很有限，在歐洲的大學院校中它一般還與土木工程綜合為一個學科，被稱為民用工程，19世紀下半葉才逐漸成為一個獨立學科。進入20世紀，隨著機械工程技術(shù)的發(fā)展和知識總量的增長，機械工程開始分解，陸續(xù)出現(xiàn)了專業(yè)化的分支學科。這種分解的趨勢在20世紀中期，即在第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束的前后期間達到了最高峰。由于機械工程的知識總量已擴大到遠非個人所能全部掌握，一定的專業(yè)化是必不可少的。但是過度的專業(yè)化造成知識過分分割，視野狹窄，不能統(tǒng)觀和統(tǒng)籌稍大規(guī)模的工程的全貌和全局，并且縮小技術(shù)交流的范圍，阻礙新技術(shù)的出現(xiàn)和技術(shù)整體的進步，對外界條件變化的適應(yīng)能力很差。封閉性專業(yè)的專家們掌握的知識過狹，考慮問題過專，在協(xié)同工作時配合協(xié)調(diào)困難，也不利于繼續(xù)自學提高。因此自20世紀中、后期開始，又出現(xiàn)了綜合的趨勢。人們更多地注意了基礎(chǔ)理論，拓寬專業(yè)領(lǐng)域，合并分化過細的專業(yè)。械工程以增加生產(chǎn)、提高勞動生產(chǎn)率、提高生產(chǎn)的經(jīng)濟性為目標來研制和發(fā)展新的機械產(chǎn)品。在未來的時代，新產(chǎn)品的研制將以降低資源消耗，發(fā)展?jié)崈舻脑偕茉?，治理、減輕以至消除環(huán)境污染作為超經(jīng)濟的目標任務(wù)。 機械可以完成人用雙手和雙目，以及雙足、雙耳直接完成和不能直接完成的工作，而且完成得更快、更好。現(xiàn)代機械工程創(chuàng)造出越來越精巧和越來越復雜的機械和機械裝置，使過去的許多幻想成為現(xiàn)實。人類現(xiàn)在已能上游天空和宇宙，下潛大洋深層，遠窺百億光年，近察細胞和分子。新興的電子計算機硬、軟件科學使人類開始有了加強，并部分代替人腦的科技手段，這就是人工智能。這一新的發(fā)展已經(jīng)顯示出巨大的影響，而在未來年代它還將不斷地創(chuàng)造出人們無法想象的奇跡。人類智慧的增長并不減少雙手的作用，相反地卻要求手作更多、更精巧、更復雜的工作，從而更促進手的功能。手的實踐反過來又促進人腦的智慧。在人類的整個進化過程中，以及在每個人的成長過程中，腦與手是互相促進和平行進化的。 人工智能與機械工程之間的關(guān)系近似于腦與手之間的關(guān)系，其區(qū)別僅在于人工智能的硬件還需要利用機械制造出來。過去，各種機械離不開人的操作和控制，其反應(yīng)速度和操作精度受到進化很慢的人腦和神經(jīng)系統(tǒng)的限制，人工智能將會消除了這個限制。計算機科學與機械工程之間的互相促進，平行前進，將使機械工程在更高的層次上開始新的一輪大發(fā)展。19世紀時，機械工程的知識總量還很有限，在歐洲的大學院校中它一般還與土木工程綜合為一個學科，被稱為民用工程，19世紀下半葉才逐漸成為一個獨立學科。進入20世紀，隨著機械工程技術(shù)的發(fā)展和知識總量的增長，機械工程開始分解，陸續(xù)出現(xiàn)了專業(yè)化的分支學科。這種分解的趨勢在20世紀中期，即在第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束的前后期間達到了最高峰。 由于機械工程的知識總量已擴大到遠非個人所能全部掌握，一定的專業(yè)化是必不可少的。但是過度的專業(yè)化造成知識過分分割，視野狹窄，不能統(tǒng)觀和統(tǒng)籌稍大規(guī)模的工程的全貌和全局，并且縮小技術(shù)交流的范圍，阻礙新技術(shù)的出現(xiàn)和技術(shù)整體的進步，對外界條件變化的適應(yīng)能力很差。封閉性專業(yè)的專家們掌握的知識過狹，考慮問題過專，在協(xié)同工作時配合協(xié)調(diào)困難，也不利于繼續(xù)自學提高。因此自20世紀中、后期開始，又出現(xiàn)了綜合的趨勢。人們更多地注意了基礎(chǔ)理論，拓寬專業(yè)領(lǐng)域，合并分化過細的專業(yè)。綜合-專業(yè)分化-再綜合的反復循環(huán)，是知識發(fā)展的合理的和必經(jīng)的過程。不同專業(yè)的專家們各具有精湛的專業(yè)知識，又具有足夠的綜合知識來認識、理解其他學科的問題和工程整體的面貌，才能形成互相協(xié)同工作的有力集體。綜合與專業(yè)是多層次的。在機械工程內(nèi)部有綜合與專業(yè)的矛盾；在全面的工程技術(shù)中也同樣有綜合和專業(yè)問題。在人類的全部知識中，包括社會科學、自然科學和工程技術(shù)，也有處于更高一層、更宏觀的綜合與專業(yè)問題。 1.2 臥式鋼筋切斷機的發(fā)展現(xiàn)狀 當今社會，隨著機械工業(yè)的蓬勃發(fā)展，各行各業(yè)的機械設(shè)備也在不斷地更新，不斷地完善，臥式鋼筋切斷機同樣在發(fā)展著，近年來隨著我國房產(chǎn)經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，建筑行業(yè)也隨之呈現(xiàn)出前所未有的喜人景象，作為建筑中需求量較大的鋼筋它的需求量也是猛增，因而有利的拉動了鋼筋切斷機的市場需求。 鋼筋切斷機是鋼筋加工生產(chǎn)中必不可少的設(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斷，與其他切斷設(shè)備相比，鋼筋切斷機具有重量輕，耗能少，工作可靠，效率高等特點，在機械加工和小型軋鋼廠等都被廣泛使用，在國民經(jīng)濟建設(shè)的各個領(lǐng)域都發(fā)揮了重要的作用。 我國的鋼筋切斷機主要有四個大的種類：①臥式：臥式鋼筋切斷機屬于機械傳動，其結(jié)構(gòu)簡單，使用方便；②立式：立式鋼筋切斷機用于鋼筋加工生產(chǎn)線上固定使用；③電動液壓式：電動液壓式鋼筋切斷機主要由電動機、液壓傳動系統(tǒng)、操縱裝置、定動刀片等組成；④手動液壓式：手動液壓鋼筋切斷機的液壓系統(tǒng)由活塞、柱塞、液壓缸、壓桿、拔銷、復位彈簧、貯油桶及放、吸油閥等元件組成。 縱觀我國鋼筋切斷機的總體水平，與國際上先進的產(chǎn)品來說還是比較落后的，主要原因是；生產(chǎn)規(guī)模小，產(chǎn)品技術(shù)含量低，生產(chǎn)的效率低下。在我國鋼筋切斷機的發(fā)展空間是很廣闊的，因此，我國鋼筋切斷機行業(yè)要抓住機遇，加大科技投入，重視技術(shù)創(chuàng)新與新產(chǎn)品的研究與開發(fā)，提高產(chǎn)品質(zhì)量與售后服務(wù)水平，積極主動走向市場，使之縮短與國外先進企業(yè)的差距。 第二章 臥式鋼筋切斷機總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計 2.1 臥式鋼筋切斷機的總體方案圖 本次設(shè)計的臥式鋼筋切斷機采取的方案是：選擇三級減速，先是一級帶減速，然后是兩級齒輪減速。首先采用一級帶傳動，因為它具有緩沖、吸振、運行平穩(wěn)、噪聲小、和過載保護等優(yōu)點。然后采用兩級齒輪減速，因為齒輪傳動可用來傳遞空間任意兩軸間的運動和動力，并具有功率范圍大，傳動效率高，傳動比準確，使用壽命長，工作安全可靠等特點。動力由電動機輸出,通過減速系統(tǒng)傳動,把動力輸入到執(zhí)行機構(gòu)。由于傳動系統(tǒng)作的是回轉(zhuǎn)運動,而鋼筋切斷機的執(zhí)行機構(gòu)需要的直線往復運動,為了實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換,可以采用曲柄滑塊機構(gòu),盤行凸輪移動滾子從動件機構(gòu),齒輪齒條機構(gòu)?？紤]現(xiàn)實條件，決定采用曲柄滑塊機構(gòu)作為本機械的執(zhí)行機構(gòu)。如果使用人工切斷不但勞動強度大、效率低、定位精度低，而且滿足不了大批量生產(chǎn)要求。所以使用一個專用的臥式鋼筋切斷機以成為發(fā)展趨勢。具體方案布局圖如下： 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，因為它具有緩沖、吸振、運行平穩(wěn)、噪聲小、和過載保護等優(yōu)點，并安裝張緊輪。然后采用兩級齒輪減速，因為齒輪傳動可用來傳遞空間任意兩軸間的運動和動力，并具有功率范圍大，傳動效率高，傳動比準確，使用壽命長，工作安全可靠等特點。動力由電動機輸出,通過減速系統(tǒng)傳動,把動力輸入到執(zhí)行機構(gòu)。由于傳動系統(tǒng)作的是回轉(zhuǎn)運動,而鋼筋切斷機的執(zhí)行機構(gòu)需要的直線往復運動,為了實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換,可以采用曲柄滑塊機構(gòu),盤行凸輪移動滾子從動件機構(gòu),齒輪齒條機構(gòu)?？紤]現(xiàn)實條件，我決定采用曲柄滑塊機構(gòu)作為本機械的執(zhí)行機構(gòu)。如果使用人工裝配不但勞動強度大、效率低、定位精度低，而且滿足不了大批量生產(chǎn)要求。所以使用一個專用的臥式鋼筋切斷機以成為發(fā)展趨勢。 2.2 臥式鋼筋切斷機的工作原理 本次所設(shè)計的臥式鋼筋切斷機的工作原理為：采用電動機通過帶動三角帶傳動和二級齒輪傳動減速后,帶動偏心軸旋轉(zhuǎn), 偏心軸推動連桿使滑塊和動刀片在機座的滑道中作往復直線運動,使活動刀片和固定刀片相錯而切斷鋼筋。本次設(shè)計的鋼筋切斷機切斷鋼筋直徑為Φ32mm，抗拉強度335Mpa，兩刀刃的最大開口距37mm；最小開口距5mm，每分鐘切斷15次，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，性能穩(wěn)定。 2.3 機械傳動部分的設(shè)計計算 2.3.1電機的選型計算 已知整個臥式鋼筋切斷機中機架及其他所有零件的重量，我們?nèi)】傊亓繛?0Kg，其中忽略帶傳動和齒輪傳動的傳動效率，計算所需要的電機功率，從而來選擇電動機，具體的電機設(shè)計計算如下: 具體的電機設(shè)計計算如下: 1、確定運行時間 本次設(shè)計加速時間 負載速度（m/min） 有速度可知每秒上升50mm， 電機轉(zhuǎn)速 3.負載轉(zhuǎn)矩 式中： 4.電機轉(zhuǎn)矩 啟動轉(zhuǎn)矩 必須轉(zhuǎn)矩 S為安全系數(shù)，這里取1.0。 根據(jù)以上得出數(shù)據(jù)，我們選用電機型號為160BL-A，此無電機廠家為機電產(chǎn)品。根據(jù)電機的特性曲線以及參數(shù)表如下： 根據(jù)計算和特性曲線以及電機基本參數(shù)表，我們選用電機型號為160BL-4030H1-LK-B，電機額定功率為1.5KW，額定轉(zhuǎn)矩為7.62N.m，最大轉(zhuǎn)矩為9N.m， 額定轉(zhuǎn)速為 3000r/min。電機大致圖如下： 外形尺寸315x175，電機輸出軸徑為24mm。 2.3.2 V帶傳動的設(shè)計計算 1）設(shè)計功率 －工況系數(shù)，查B1表8－1－22 ，?。?.2 P－傳遞的功率 2）選定帶型 根據(jù)和查B1圖8－1－2選取普通V帶B型，－小帶輪轉(zhuǎn)速，為1440r/min 3）傳動比 1.76 ＝＝ 4）小帶輪基準直徑（mm） 由B1表8－1－12和表8－1－14選定 ＝100mm>＝75r/min 5）大帶輪基準直徑（mm） 由B3表8－7得=150mm 6）帶速驗算 7）初定軸間距（mm） 8）所需帶的基準長度（mm） ＝ ＝650mm 依B1表8－1－8?。?00mm，即帶型為A－900 9）實際軸間距 10）小帶輪包角 = = 11）單根V帶的基本額定功率 根據(jù)帶型號、和普通V帶查B1表8－1－27（c） 取0.37kw 12）時單根V帶型額定功率增量 根據(jù)帶型號、和查B1表8－1－27（c） 取0.15kw 13）V帶的根數(shù)Z Z = －小帶輪包角修正系數(shù)查B1表8－1－23,取0.96 －帶長修正系數(shù)查B1表8－1－8，取0.87 14） 單根V帶的預緊力 = =134（N） m－V帶每米長的質(zhì)量（kg/m）查B1表8－1－24，取0.1k/gm 15）作用在軸上的力 －考慮新帶初預緊力為正常預緊力的1.5倍 帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸 帶輪應(yīng)既有足夠的強度，又應(yīng)使其結(jié)構(gòu)工藝性好，質(zhì)量分布均勻，重量輕，并避免由于鑄造而產(chǎn)生過大的應(yīng)力。 輪槽工作表面應(yīng)光滑（表面粗糙度）以減輕帶的磨損。 帶輪的材料為HT200。查B1表8－1－10得基準寬度制V帶輪輪槽尺寸，根據(jù)帶輪的基準直徑查B1，帶輪的零件圖如下圖所示： 2.3.3齒輪傳動的設(shè)計計算 ﹙1﹚材料選用原則 選材的基本原則是材料在能滿足零件使用性能的前提下，具有較好的工藝性和經(jīng)濟性。 材料的使用性能是指機械零件在正常工作條件下應(yīng)具備的力學、物理、化學等性能，是保證該零件可靠性的基礎(chǔ)。對一般機械零件來說，選材時主要考慮的是其力學性能；而對于非金屬材料制成的零件，還應(yīng)該考慮其工作環(huán)境對零件性能的影響。 零件按力學性能選材時，首先應(yīng)正確分析其工作條件、形狀尺寸及應(yīng)力狀態(tài)，結(jié)合該類零件出現(xiàn)的主要失效形式，找出其在實際使用中的主要和次要的失效抗力指標，以此作為選材的依據(jù)。 ﹙2﹚齒輪模數(shù)的確定 參考同類產(chǎn)品：選取小齒輪材料為45#鋼，齒面淬火，淬火硬度為HRC45~50；齒輪1材料為45#鋼，表面淬火，淬火硬度BRC48~55。初選z=100, 則z2=i100=2100=200, z=iz3=3.623=83, 為減小傳動的尺寸，齒輪和齒輪一均為硬齒面，其目的是使大齒輪和中間齒輪使用壽命相當。 模數(shù)大小需由彎曲疲勞強度確定。由于第二對齒輪傳動承載較大，就按第二對齒輪傳動初步計算。 按彎曲強度，m ① [1]P201式（10-5） 式中，取載荷系數(shù)K=1.325　，z=100，轉(zhuǎn)矩T=6338 Nw　 齒寬系數(shù)=0.51 齒輪、齒輪1許用彎曲應(yīng)力：[]=637MP，[]=396MP 齒形系數(shù)：Y=2.69 ， Y=2.21 應(yīng)力修正系數(shù)：Y=1.58 ， Y=1.77 以上數(shù)據(jù)均查自[1]P200 =＜= 就按二者中的大值計算，將諸值代入①式，得 M≥ = =8.5mm 圓整，取m=8mm。 ﹙3﹚接觸強度和彎曲強度的驗算 一、驗算接觸強度 （１）　齒數(shù)和精度等級：z=100，z=23,z=83, 圓周速度v=5 m/min，8極精度 （２）使用系數(shù) K=1 （３）動載系數(shù) K=1.0，K=1.02 （４）齒向載荷分配系數(shù) K=1.21，K=1.13 （５）齒寬系數(shù) =0.78，=0.51 　　以上2—5數(shù)據(jù)均查自[1]P193-205 （６）載荷系數(shù)K：K=K.K.K.K=111.11.21=1.33 K=K.K.K.K=11.021.151.13=1.325 （７）總工作時間 設(shè)計每日工作8個小時，一年300天，使用壽命8年，使用期限內(nèi)工作時間占20% t=830080.2=3840h （８）工作應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 小齒輪為主動輪，每轉(zhuǎn)一周，小齒輪同側(cè)嚙合一次；中間輪同一側(cè)齒面也嚙合一次。因此，接觸應(yīng)力按脈動循環(huán)變化 N=60rnt=60116.983840=3.910 N=N/i=3.910/1.2=3.2610 N=N/i=3.2610/3.6=0.910 （９）彈性系數(shù) Z=189.8，Z=188.9 （10）節(jié)點區(qū)域系數(shù) Z=2.22，Z=2.5 （11）接觸疲勞極限 =1280 ，=1370 ，=950 （12）接觸安全系數(shù) S=S=1 （13）接觸壽命系數(shù) KHN1=1.15，KHN2=1.25，KHN3=1.3 　　以上9—13數(shù)據(jù)均查自[1]P201—210 （14）許用接觸應(yīng)力 []===1472 []===1713 []===1235 （15）齒寬 b1=b2=b3=100mm （16）驗算 =Z.Z=189.82.5 =1453<[]=1472 =Z.Z =188.92.5 =1224<[]=1235 經(jīng)計算知，大小齒輪均滿足接觸強度要求。 二、驗算彎曲強度 齒形系數(shù)Y Y=2.85，Y=2.69，Y=2.21 應(yīng)力修正系數(shù)Y Y=1.54，Y=1.575，Y=1.775 彎曲疲勞極限 ＝600，＝650，＝450 彎曲安全系數(shù)S S=1.0 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N 小齒輪為主動輪。每轉(zhuǎn)一周，小齒輪同一側(cè)嚙合一次，彎曲應(yīng)力按脈動循環(huán)變化；中間同一側(cè)齒面口嚙合一次，彎曲應(yīng)力按對稱循環(huán)變化。 N=60rnt=60116.983840=3.910 N=N/i=3.910/1.2=3.2610 N=N/i=3.2610/3.6=0.910 彎曲壽命系數(shù)KFN KFN1 =0.9，KFN2 =1.0，KFN3 =1.15 許用彎曲應(yīng)力[] []===540 []===650 []===518 驗算： <[] <[] <[] <[] 經(jīng)計算知：大小齒輪均滿足彎曲強度要求，且具有高的可靠性。 2.3.4軸承的選擇 軸承的選擇并不是只考慮軸徑一個因素，還要考慮到軸承的性能，一般要考慮到其壽命、可靠度（指該軸承達到或超過規(guī)定壽命的概率）、靜載荷、動載荷、額定壽命、基本額定壽命、基本額定載荷等等很多因素。最主要的是允許空間、載荷的大小和方向、軸承工作轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)精度、軸承的剛性（一般磙子軸承的剛性大于球軸承）、軸向游動、安裝和拆卸。因為在本設(shè)計的軸上徑向載荷大，軸向載荷小，而且存在軸或殼體變形大以及安裝對中性差的問題，所以選用深溝球軸承，因為深溝球軸承主要承受徑向載荷，也可同時承受少量的雙軸向載荷，而圓錐磙子軸承有打的錐角可承受大的徑、軸向聯(lián)合載荷。所以選用深溝球軸承，根據(jù)d=30mm,由參考資料2P7－356 表7－2－78深溝球（GB/T288-1994），選用6206深溝球軸承。 第四章 臥式鋼筋切斷機中主要零件的三維建模 3.1偏心軸強度的校核計算 偏心軸是組成機械的重要零件之一，它是安裝各種傳動零件，使之繞其軸線轉(zhuǎn)動傳動轉(zhuǎn)矩或回轉(zhuǎn)運動，并通過軸承與機座相聯(lián)接。軸與其上的零件組成一個組合體—軸系部件，在軸的設(shè)計中不能只考慮軸本身，必須和軸系零部件的整個結(jié)構(gòu)密切聯(lián)系起來。 由于控制風門開合所用的軸即傳遞扭矩又承受彎矩，所以我所設(shè)計的階梯軸為轉(zhuǎn)軸，軸的初步設(shè)計是根據(jù)扭轉(zhuǎn)強度，校核彎曲強度，由于軸的材料很多，主要根據(jù)軸的使用條件，對軸的強度、剛度、和其他機械性能等的要求，采用熱處理方式，同時考慮制造加工工藝并力求經(jīng)濟合理，通過設(shè)計計算來選擇軸的材料，選用最常見的Q235A鋼作為軸的材料,且其需用切應(yīng)力為40MPa。 軸與其上的零件組合成一個組合體，在軸的設(shè)計中不能只考慮軸本身，必須和軸系零部件的整個結(jié)構(gòu)密切聯(lián)系起來。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計是在初算軸徑的基礎(chǔ)上進行的。為滿足軸上零件的定位、緊固要求和便于軸的加工和軸上零件的裝拆，通常將軸設(shè)計成階梯軸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù)是合理確定階梯軸的形狀和全部結(jié)構(gòu)尺寸。軸的材料選用Q235A鋼，為保證其力學性能，進行調(diào)質(zhì)或正火處理。 軸的計算內(nèi)容：（以下設(shè)計內(nèi)容參照《機械設(shè)計課程設(shè)計》P24-30及《機械設(shè)計》P310-319） 1、初步計算軸的直徑 按照扭轉(zhuǎn)強度估算軸的最小直徑，寫成設(shè)計公式，軸的最小直徑mm，查表16.2，c=112, p=20.35, n=851,代入設(shè)計公式得=35.26mm。考慮到軸上有鍵槽以及其他因素的影響，應(yīng)適當增加軸徑以補償鍵槽對軸強度的削弱。取軸的直徑d為40mm，即最右端裝帶輪處的直徑為40mm。裝有密封元件和滾動軸承處的直徑，應(yīng)與密封元件和軸承的內(nèi)孔徑尺寸保持一致。軸上兩個支點的軸承，應(yīng)盡量采用相同的型號，便于軸承座孔的加工。相臨軸段的直徑不同形成軸肩。當軸肩用于軸上零件定位和承受軸向力時，應(yīng)具有一定的高度，軸肩處的直徑差一般取5—10mm，這里軸肩出的直徑差選擇5mm，然后協(xié)調(diào)各段軸的長度，考慮到要裝軸承座和機構(gòu)的合理性，還有螺釘?shù)鹊拈L度及其他各方面的因素，初步確定軸的各段長度。 3.2齒輪強度的校核計算 1）驗算接觸強度 （１）齒數(shù)和精度等級：z=19，z=23,z=83, 圓周速度v=5 m/min，8極精度 （２）使用系數(shù) K=1 （３）動載系數(shù) K=1.0，K=1.02 （４）齒向載荷分配系數(shù) K=1.21，K=1.13 （５）齒寬系數(shù) =0.78，=0.51 　以上2—5數(shù)據(jù)均查自[1]P193-205 （６）載荷系數(shù)K：K=K.K.K.K=111.11.21=1.33 K=K.K.K.K=11.021.151.13=1.325 （７）總工作時間 設(shè)計每日工作8個小時，一年300天，使用壽命8年，使用期限內(nèi)工作時間占20% t=830080.2=3840h （８）工作應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 小齒輪為主動輪，每轉(zhuǎn)一周，小齒輪同側(cè)嚙合一次；中間輪同一側(cè)齒面也嚙合一次。因此，接觸應(yīng)力按脈動循環(huán)變化 N=60rnt=60116.983840=3.910 N=N/i=3.910/1.2=3.2610 N=N/i=3.2610/3.6=0.910 （９）彈性系數(shù) Z=189.8，Z=188.9 （10）節(jié)點區(qū)域系數(shù) Z=2.22，Z=2.5 （11）接觸疲勞極限 =1280 ，=1370 ，=950 （12）接觸安全系數(shù) S=S=1 （13）接觸壽命系數(shù) KHN1=1.15，KHN2=1.25，KHN3=1.3 　　以上9—13數(shù)據(jù)均查自[1]P201—210 （14）許用接觸應(yīng)力 []===1472 　[]===1713 　 []===1235 （15）齒寬 b1=b2=b3=60mm （16）驗算 =Z.Z=189.82.5 =1453<[]=1472 =Z.Z =188.92.5 =1224<[]=1235 經(jīng)計算知，大小齒輪均滿足接觸強度要求。 2）驗算彎曲強度 （1） 齒形系數(shù)Y Y=2.85，Y=2.69，Y=2.21 （2） 應(yīng)力修正系數(shù)Y Y=1.54，Y=1.575，Y=1.775 （3） 彎曲疲勞極限 ＝600，＝650，＝450 （4） 彎曲安全系數(shù)S S=1.0 （5） 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N 小齒輪為主動輪。每轉(zhuǎn)一周，小齒輪同一側(cè)嚙合一次，彎曲應(yīng)力按脈動循環(huán)變化；中間同一側(cè)齒面口嚙合一次，彎曲應(yīng)力按對稱循環(huán)變化。 N=60rnt=60116.983840=3.910 N=N/i=3.910/1.2=3.2610 N=N/i=3.2610/3.6=0.910 （6） 彎曲壽命系數(shù)KFN KFN1 =0.9，KFN2 =1.0，KFN3 =1.15 （7） 許用彎曲應(yīng)力[] []===540 []===650 []===518 (8) 驗算： <[] <[] <[] <[] 經(jīng)計算知：大小齒輪均滿足彎曲強度要求，且具有高的可靠性 3.3軸承強度的校核計算 （1）滾動軸承的選擇 滾動軸承為雙列圓錐滾子軸承6206，由文獻[2]表得KN，KN，，。 （2）壽命驗算 軸承所受支反力合力 N （4.1） 對于雙列圓錐滾子軸承，派生軸向力互相抵消。 ，N 由文獻[2]表得， ， N （4.2） 按軸承B的受力大小驗算 h （4.3） h=年 由于拖拉機減速箱的運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，必須選擇較大壽命的軸承，軸承能達到所計算的壽命。 經(jīng)審核后，此軸承合格。 第四章 壓裝專機中主要零件的三維建模 4.1電機的三維建模 4.2偏心軸的三維建模 4.3 V帶輪的三維建模 4.4連桿的三維建模 4.5臥式鋼筋切斷機的三維建模 第五章三維軟件設(shè)計總結(jié) 通過此次設(shè)計，又一次提升了運用三維軟件的水平，并吸收了不少經(jīng)驗，總結(jié)為一下幾點。 有零件圖紙作圖與空想設(shè)計作圖不同，零件尺寸已經(jīng)給出，作圖時先不考慮尺寸是否真的合適，根據(jù)尺寸作出零件的三維圖，但到裝配時必須要考慮尺寸是否合適，由于AutoCAD圖紙效果不好，導致尺寸會有出錯，甚至有出現(xiàn)欠定義尺寸，所以，此時必須通過配合后在衡量尺寸，再進行修改，直到滿足配合要求。 工具集的確方便了作圖，通過選擇零件類型，輸入數(shù)據(jù)，就能生成出標準零件，但有時需要用到的零件在工具集上也未必能找到，所以此時要隨機應(yīng)變，運用其他零件代替并通過修改或添加零件使其滿足要求。 作三維圖時要靈活變通，解決問題的方法總比問題多，當一種方法不能正常作圖時，試試另一種方法，這不但能完成零件制作，同時也可以培養(yǎng)出更好的作圖思路，和打破規(guī)矩的新想法。 規(guī)則的零件，要學會使用一些能夠節(jié)省時間的命令，如鏡向，陣列等，“能省則省”。 關(guān)于裝配，曾經(jīng)帶給我很大的阻礙，花了很多時間才弄清原因所在。在一可活動子裝配體上，即使活動范圍會產(chǎn)生干涉，也不能對其設(shè)定活動范圍，如高級配合里的距離范圍，和角度范圍，即使在該活動范圍并不影響父配體，也不可設(shè)定。因為一旦設(shè)定范圍后，在父裝配體上會將子裝配體視為完全定義的模型，這樣會對子裝配體之間的配合產(chǎn)生矛盾，將不能完成裝配。 看懂圖是作圖的首要任務(wù)，看圖就是了解零件的工具，沒有工具則無法制出 零件，所以畫圖不能急于下筆，想透了零件的結(jié)構(gòu)，想透圖中的虛實線，這才是高效作圖的重中之重。 進行零件建模前，一般應(yīng)進行深入的特征分析，搞清零件是由那幾個特征組成，明確各個特征的形狀，他們之間的相對位置和表面連接關(guān)系，然后按照特征的主次關(guān)系，按一定的順序進行建模。一個復雜的零件，可能是許多個簡單特征經(jīng)過相互之間的疊加、切除或相交組成。所以零件建模時，特征的生成順序十分重要，不同的建模過程雖然可以構(gòu)造出同樣的實體零件，但其造型過程及實體的構(gòu)型結(jié)構(gòu)卻直接影響到實體模型的穩(wěn)定性、可修改性、可理解性及實體模型的應(yīng)用。 尤其在二維圖紙上，我們能看到的只是零件的平面圖，而內(nèi)部特征則以虛線給予表示，另外還有零件的相貫線，這表示了各個特征相交時出現(xiàn)線段。在零件的草圖繪制過程中，必須要選好第一個草繪平面，這很關(guān)鍵，這個平面決定了往后建模的所用到的命令，簡單的說，一個圓柱可以作一個圓形然后拉伸，也可以作一個長方體旋轉(zhuǎn)，雖然他們的結(jié)果都一樣，但所用的草繪平面和命令就截然不同。如果我們要的是一條軸，那我們就應(yīng)該選擇第二種方法為好了。 由于此設(shè)計的零件都是比較規(guī)則的零件，所用到的命令大部分是拉伸命令和旋轉(zhuǎn)命令，而且很多零件都是擁有對稱關(guān)系，所以為了節(jié)省時間，提高效率，經(jīng)常會用到鏡向特征命令。 一張完整的工程圖應(yīng)具備以下4方面的內(nèi)容。 一組視圖：用一組視圖（其中包括視圖、剖視圖、斷面圖、局部放大圖）正確、完整、清晰地表達零件各部分的結(jié)構(gòu)形狀。 尺寸：確定零件各部分形狀的大小和位置 技術(shù)要求：表明零件在制造和檢驗是應(yīng)達到的一些要求，如表面粗糙度、尺寸公差、形位公差、材料熱處理方式和指標等。 標題欄：注明零件名稱、材料、數(shù)量、圖樣比例以及圖號等內(nèi)容。 單擊【新建文件】圖標，系統(tǒng)顯示新建SolidWorks文件對話框，雙擊該對話框中得裝配體選項，即可進入裝配體工作模式。 調(diào)入第一個零件模型并放置在裝配體的原點處，即零件原點與裝配體原點重合。 調(diào)入一個與第一個零件模型有裝配關(guān)系的零件模型。分析兩個零件之間的裝配約束關(guān)系，然后選取相應(yīng)的約束選項進行零件操作。 調(diào)入其他與已裝配零件有裝配關(guān)系的零件模型并進行裝配。 全部零件裝配完畢后，將裝配體模型存盤。 第六章 臥式鋼筋切斷機中重要零件的有限元應(yīng)力應(yīng)變分析 在臥式鋼筋切斷機這一設(shè)備里，偏心軸是受力最大也是最重要的零件，在這里，我們以偏心軸為例，進行受力分析，案例如下： 前臂三維零件圖 操作步驟如下圖所示：點擊分析工具欄命令，如圖所示： 點擊“添加夾具”按鈕，對偏心軸添加一個夾具，我們選擇偏心軸左側(cè)為夾具，如下圖所示： 再接著在偏心軸的中間添加一個力，如圖所示： 選擇材料為普通碳鋼，如下圖所示： 點擊開始分析按鈕，系統(tǒng)就會自動對模型進行應(yīng)力等方面的分析，如下圖所示： 這就是分析后的偏心軸的應(yīng)力分布情況： 結(jié)論 在最近的一段時間的畢業(yè)設(shè)計，使我們充分把握的設(shè)計方法和步驟，不僅復習所學的知識，而且還獲得新的經(jīng)驗與啟示，在各種軟件的使用找到的資料或圖紙設(shè)計，會遇到不清楚的作業(yè)，老師和學生都能給予及時的指導，確保設(shè)計進度本文所設(shè)計的是臥式鋼筋切斷機的設(shè)計，通過初期的定稿，查資料和開始正式做畢設(shè)，讓我系統(tǒng)地了解到了所學知識的重要性，從而讓我更加深刻地體會到做一門學問不易，需要不斷鉆研，不斷進取才可要做的好，總之，本設(shè)計完成了老師和同學的幫助下，在大學研究的最后，感謝幫助過我的老師和同學，是大家的幫助才使我的論文得以通過。 謝 辭 在論文完成之際，我首先向我的導師致以衷心的感謝和崇高的敬意！在這期間，導師在學業(yè)上嚴格要求，精心指導，在生活上給了我無微不至的關(guān)懷，給了我人生的啟迪，使我在順利的完成學業(yè)階段的學業(yè)的同時，也學到了很多做人的道理，明確了人生目標。導師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，淵博的學識，實事求是的作風，平易近人、寬以待人和豁達的胸懷，深深感染著我，使我深受啟發(fā)，必將終生受益。 經(jīng)過近半年努力的設(shè)計與計算，論文終于可以完成了，我的心里無比的激動。雖然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因為它是我用心、用汗水成就的，也是我在大學四年來對所學知識的應(yīng)用和體現(xiàn)。四年的學習和生活，不僅豐富了我的知識，而且鍛煉了我的能力，更重要的是從周圍的老師和同學們身上潛移默化的學到了許多。在此，向他們表示深深的謝意與美好的祝愿。 參考文獻 [1]張福學編著.臥式鋼筋切斷機技術(shù)及其應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，2000。 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Dynamic Control of a Manipulator with Passive Joints in Operational Space. 本文提出一種無需在每個關(guān)節(jié)上設(shè)置驅(qū)動器就能控制臥式鋼筋切斷機進行作業(yè)的方法。 [16]Abhinandan Jain and Guillermo Roderguez. An Analysis of the Kinematicsnd Dynamics of Underactuated Manipulators.IEEE Transactions on Robotics and Automation. Vo1.9.No.4.1993。