机械原理设计任务书

设计题目： 钢筋切断机机构设计

姓 名 XXXXX 班 级 XXXXXXX 学 号 XXXXXXX

钢筋切断机设计

目录

一、摘要...............................................................................................................3
二、设计题目和要求...........................................................................................3
2.1 题目简介................................................................................................3
2.2设计要求和有关数据:.............................................................................4
2.3设计任务..................................................................................................4
2.4设计创新..................................................................................................5
2.5设计思路..................................................................................................5
三、机构设计.....................................................................................................5
3.1机构驱动方案选择..................................................................................5
3.1.1液压传动驱动...............................................................................5
3.1.2液压传动特点：...........................................................................6
3.1.3 电机驱动.....................................................................................6
3.1.4驱动方式的选择...........................................................................6
3.2 传动装置的选择....................................................................................7
3.2.1带传动...........................................................................................7
3.2.2 齿轮传动.....................................................................................7
3.2.3组合传动.......................................................................................7
3.2.4传动机构的选择...........................................................................8
3.3 执行装置的方案设计............................................................................8
3.3.1曲柄滑块机构...............................................................................8
3.3.2凸轮机构.......................................................................................9
3.4方案比较..........................................................................................9
四、参数综合.....................................................................................................10
4.1曲柄滑块机构综合................................................................................10
4.2 齿轮机构综合......................................................................................11
4.3电机相关参数选择................................................................................12
五、机构装配及运动分析.................................................................................13
5.1输出件速度，加速度计算....................................................................13
5.2机构装配图............................................................................................14
5.3运动分析................................................................................................15
5.3.1动刀位移分析，如图.................................................................15

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钢筋切断机设计

5.3.2动刀速度测试，如图.................................................................15
5.3.3动刀加速度测试，如图.............................................................16
5.4误差分析................................................................................................16
5.5设计改进................................................................................................16
5.5.1齿轮的改进.................................................................................16
5.5.2刀具的改进.................................................................................17
六、参考文献.....................................................................................................18

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钢筋切断机设计

一 、 摘要

钢筋在建筑上应用非常广泛，它可以用作预制构件，钢筋混凝土和箍筋 等 。 为此，需要钢筋切断机按所要求的钢筋的规格的长度将其切断 。 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，一般都是用于剪切建筑用的 I 级钢， 剪切钢筋直径为 6—40 毫米 。 钢筋切断机有机械传动和液压传动两种 。 机械传动 构造简单，工作可靠，维修方便，液压传动无噪音，体积小，重量轻，移动方 便 。 但液压传动结构复杂，一旦出现故障难以排除，故目前较多使用的仍然是 机械传动的钢筋切断机（如图） 。

目前国内建筑工地使用的钢筋切断机虽能完成切断动作，但其执行机构没 有考虑到对切刀运动规律和动力特性的要求，切刀工作过程中产生的冲击很 大，切断效率较低 。 因此，有必要将现存的钢筋切断机加以改进，重新设计， 以获得动态性能较好的钢筋切断机，使其实现操作简便 、 调节方便 、 落料简 单 、 生产效率高等特点 。

二 、 设计题目和要求

2.1 题目简介

钢筋在建筑上应用非常广泛，它可以用作预制构件，钢筋混凝土和箍筋 等 。 为此，需要钢筋切断机按所要求的钢筋的规格的长度将其切断 。 目前建筑 工地使用的钢筋切断机虽能完成切断动作，但其执行机构没有考虑到对切刀运 动规律和动力特性的要求，切刀工作过程中产生的冲击很大，切断效率较低 。 因此，有必要将现存的钢筋切断机加以改进，重新设计，以获得动态性能较好 的钢筋切断机 。

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钢筋切断机设计

2.2 设计要求和有关数据 :

• 1 ）设计要求

• a. 基本工作要求：用手工将不同规格的钢筋按所需长度送至刀口，将其切

• 断；以后再次送入，作下次截断 。

  • b. 运动要求：

• i) 在切断过程中，要求切断速度尽可能小，速度尽可能均匀，以保证切削

• 质量，减少冲击 ;

ii) 保证切刀行程 H;

iii) 切刀空行程中速度尽可能快，以提高效率；

iv) 保证切刀的每分钟切断次数（生产率） 。

• c. 动力要求 :

• 切刀能产生足够的冲力克服工作阻力，要有较好的传动性能 。 2) 有关数据

拟采用三相异步电机作动力源，初定电机转速 nd ＝ rpm ；所切钢筋的最大直 径 dmax ＝ 40mm ，动刀通过的距离 H=44mm ，其生产率分型号依次为 34 次 / 分 、38 次 / 分 、42 次 / 分 、 刀在切断过程中所受工作阻力 P=400KN, 其它行程无 阻力 。 整个机器的尺寸范围为：长×宽×高 <1600 × 5 0 0 × 7 5 0

2.3 设计任务

1. 至少提出两种运动方案，然后进行方案分析评比，选出一种运动方案进

行设计；

2. 设计传动系统并确定其传动比分配 。

3. 对平面连杆机构进行尺度综合，并进行运动分析；验证输出构件的轨迹

是否满足设计要求；求出机构中输出件的速度 、 加速度；画出机构运动线图 。

4. 用软件（ VB、MATLAB、ADAMS 或 SOLIDWORKS 等均可）对执行机构进行

运动仿真，并画出输出机构的位移 、 速度 、 和加速度线图 。

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钢筋切断机设计

5. 编写设计计算说明书，其中应包括设计思路 、 计算及运动模型建立过程

以及效果分析等 。

6. 在机械基础实验室应用机构综合实验装置验证设计方案的可行性 。

2.4 设计创新

1、 在设计的过程中，应尽量减少整体机构的震动和噪声 。

2、 对刀片的改进，在刀片的设计上，要注意当钢筋放在刀片上受力时，防 止钢筋突然弹出来 。

2.5 设计思路

钢筋切断机主要是由驱动装置，传动装置和执行机构组成，因此，在设计 中，首先提出各个部分的设计方案，然后经过对比选择合适的方案，当方案确 定之后，就要选择各个零件的参数，这个过程中，首先应该确定执行机构的各 个参数，然后确定传动机构零件的参数和整个传动比，最后才是驱动装置的参 数确定，当各个参数确定之后，接下来就是装配和运动分析，误差分析，方案 改进创新等 。

三 、 机构设计

3.1 机构驱动方案选择

3.1.1 液压传动驱动

要实现液压传动了，则在整个机构中，需要有齿轮泵和油缸， 齿轮泵是为 了产生油缸运动的动力，齿轮泵能产生的动力的大小直接影响着油缸的工作能 力，而油缸是直接作为执行元件，将液压油的压力转化为机械能从而实现机构 的直线运动 。 在整个机构的运行过程中，油缸的运动很安静，但是齿轮泵则会 产生较大的噪音 。 如图所示

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油缸简图

齿轮泵结构简图

3.1.2 液压传动特点 ：

液压式钢筋切断机的出现虽然晚于机械式切断机，但却有着不可比拟的技 术优越性和高经济效益 。 其技术优越性大致表现在如下方面：

1 ）具有较高的工作性能由于可以使用较高的液压力，因而钢筋切断机能以 很高的冲击力进行剪切 。

2 ）具有较好的工作适应能力可实现直径在 6mm ～ 16mm 之间的钢筋加工 。 同时，还可一机多用，采用不同的工作头即可进行多种工作，如弯管 、 穿孔 等 。 具有较高的工作可靠性省去各种离合装置，不会由于离合装置不可靠而产 生连切，易于实现自动化生产 。 同时，控制系统的引入，可以实现定尺剪切， 并保证钢筋切口的表面质量 。

3 ）携带方便，当输出力或者输出力矩相同时，液压工作头的重量远小于电 动或气动工具 。 此外，采用了超高压小流量液压技术，所以其体积小 、 重量 轻 。

3.1.3 电机驱动

异步电机其特点是结构简单 、 坚固耐用 、 成本低廉 、 运行可靠，低转矩脉 动，低噪声，不需要位置传感器，转速极限高 , 并且能够提供较大的功率 。 异步 电机矢量控制调速技术比较成熟，使得异步电机驱动系统具有明显的优势，电 机驱动是较为常用和传统的驱动方式，特别是三相交流异步电机应用更为广 泛 。

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三相异步电动机结构简图

3.1.4 驱动方式的选择

虽然液压驱动具有体积小，携带方便，机构设计简单的特点，但是其成本 较高，且维修复杂，而三相异步电机相对应用广泛，噪声比液压驱动更小，震 动更小，调速更方便等特点 。 故综上从成本和题目所给的性能要求来看，选择 三相异步电机作驱动装置更合适 。

3.2 传动装置的选择

3.2.1 带传动

带传动是通过两皮带轮与皮带之间的抱死来实现构建之间的运动传输，其 工作时主要靠皮带与皮带轮之间的摩擦来带动运动的，也就是说这个过程中一 部分机械能会转化为内能，并且皮带的寿命比较短，维修频率较大，通常出现 在机构的第一级传动中 。

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3.2.2 齿轮传动

在机械传动中应用最广泛的传动方式，其传动准确可靠，效率很高，噪声 小，可以满足不同工况要求，但其加工成本比较高，可实现传动比不是很大， 需要多级传动才能达到大传动比的要求 。

3.2.3 组合传动

由于机械运动形式 、 运动规律和机械性能等方面要求的多样性和复杂性， 而以上传动机构的局限性，因此常常需要将几种机构配合起来，形成组合传动 机构 。 如图所示：

3.2.4 传动机构的选择

综上，考虑到成本和传动比的选择，本题可以采用带传动和齿轮传动构成 的组合传动机构 。 这样，特可以解决齿轮传动传动比不是很高，带传动消耗的 输出功率太大的缺点，而可以充分发挥带传动传动级数较少，齿轮传动噪声 小，传动准确可靠，效率很高的优点 。

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3.3 执行装置的方案设计

在整个传动过程中，执行机构是最重要的一部分，它不仅要实现产品设计 的使用价值，还要将机械的其他运动转化为本题我们需要的直线运动 。 实现这 一过程的方式有很多，在这里，我们只讨论常见的两种方式，第一种是采用曲 柄滑块机构，第二种采用凸轮机构 。

3.3.1 曲柄滑块机构

如图所示，曲柄滑块机构具有设计简单，成本较低，能的特点，但是其运 动轨迹很难达到设计的要求，

曲柄滑块机构简图

3.3.2 凸轮机构

如图，凸轮机构和曲柄滑块机构一样，可以使机构具有急回特性，其具有 高精度的传动特性，且能按照特定的轨迹进行运动，但设计和制造相对复杂， 若不需要考虑精度问题，则在制造的过程中凸轮轮廓的制造比较复杂，且加工 量较大，若考虑精度问题，可以根据设计出的轨迹方程借助软件求出凸轮轮廓 线，然后再用数控机床进行加工，这样的话就提高了其成本 。

凸轮机构简图

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