臥式鋼筋切斷機(jī)設(shè)計(jì)摘要從機(jī)械制造領(lǐng)域來(lái)看，臥式鋼筋切斷機(jī)具備較高的實(shí)用價(jià)值，由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與轉(zhuǎn)型的特點(diǎn)，在以上等行業(yè)中臥式鋼筋切斷機(jī)仍然具有廣大的發(fā)展空間。所以創(chuàng)新改進(jìn)現(xiàn)有鋼筋切斷機(jī)以獲得較好綜合性能的生產(chǎn)工具非常有必要，以此提高實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中的工作生產(chǎn)效率并提高生產(chǎn)作業(yè)安全可靠性并盡快縮短與國(guó)外先進(jìn)企業(yè)同類產(chǎn)品的差距。本設(shè)計(jì)根據(jù)臥式鋼筋切斷機(jī)的制造，設(shè)計(jì)現(xiàn)有狀況，進(jìn)行了針對(duì)性的調(diào)查，然后對(duì)鋼筋切斷機(jī)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜態(tài)，動(dòng)態(tài)分析研究，從而提出改進(jìn)方案。利用Pro/E三維建模并實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)仿真，分析其運(yùn)動(dòng)干涉情況。關(guān)鍵詞：鋼筋切斷曲柄滑塊齒輪減速運(yùn)動(dòng)仿真1緒論1.1研究意義與目的由于新基建和智能制造國(guó)家戰(zhàn)略的提出并結(jié)合中國(guó)當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展的特點(diǎn)，機(jī)械制造業(yè)和建筑工程業(yè)市場(chǎng)仍然具有廣大的發(fā)展空間。由于鋼筋在上述行業(yè)中應(yīng)用廣泛且需要規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)不一，所以需要對(duì)采購(gòu)的出廠統(tǒng)一規(guī)格的鋼筋進(jìn)行切斷或折彎加工以達(dá)到實(shí)際使用標(biāo)準(zhǔn)和要求。當(dāng)前市場(chǎng)所使用的鋼筋切斷機(jī)構(gòu)雖然能完成切斷，但切斷動(dòng)作簡(jiǎn)單粗暴，切斷過(guò)程中沖擊、噪聲較大、切斷效率低，且存在較大的作業(yè)安全隱患[1]。所以創(chuàng)新改進(jìn)現(xiàn)有鋼筋切斷機(jī)以獲得較好綜合性能的生產(chǎn)工具非常有必要，以此提高實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中的工作生產(chǎn)效率并提高生產(chǎn)作業(yè)安全可靠性。和西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比，在同類產(chǎn)品制造領(lǐng)域之中，能夠盡快縮短和其所具備的差距，同時(shí)從制造的鋼筋切斷機(jī)構(gòu)產(chǎn)品而言，有效提升及安全性、高效性等方面的特點(diǎn)。1.2研究現(xiàn)狀1.2.1目前鋼筋切斷機(jī)的種類和特點(diǎn) 我國(guó)的目前鋼筋切斷機(jī)市場(chǎng)規(guī)模較大。市場(chǎng)上出現(xiàn)的鋼筋切斷機(jī)種類多樣，通過(guò)查找資料并從設(shè)備的各自特性可以按以下方法進(jìn)行初步歸納分類[2]，見(jiàn)表1。表１不同類型切斷機(jī)的特點(diǎn)分類方式特性調(diào)直方法調(diào)直模法調(diào)直效果明顯，控制方式簡(jiǎn)單；但調(diào)效率低，被加工鋼筋會(huì)產(chǎn)生擦傷；適合調(diào)直無(wú)螺紋鋼筋。曲線輥法調(diào)直效果明顯，控制方式簡(jiǎn)單，效率高；但鋼筋表面擦傷情況嚴(yán)重，產(chǎn)生的噪聲較大；適合對(duì)調(diào)直要求不高的作業(yè)。對(duì)輥法作業(yè)速度快，鋼筋表面擦傷較小，作業(yè)噪聲?。坏{(diào)直效果不高，控制方式不易。適合調(diào)直帶肋鋼筋。調(diào)直模、對(duì)輥復(fù)合法調(diào)直效果明顯，控制方式簡(jiǎn)單；調(diào)直速度較快；但鋼筋表面有擦傷。作業(yè)噪音不大；適用于調(diào)直各類型號(hào)鋼筋。切斷方法錘擊切斷法適合小、中直徑鋼筋；切斷尺寸誤差小；適合對(duì)速度要求不是很高和對(duì)切斷精度要求比較高的生產(chǎn)，；作業(yè)噪音大，可能會(huì)產(chǎn)生連切。飛剪切斷法適合中、大直徑鋼筋；適合對(duì)速度要求較高但精度不高的生產(chǎn)；不會(huì)產(chǎn)生連切現(xiàn)象；但作業(yè)噪音大。液壓切斷法適合中、大直徑鋼筋；適合對(duì)速度要求不高的生產(chǎn)；不會(huì)產(chǎn)生連切；作業(yè)噪音小。落料形式支柱型適合小直徑鋼筋；適合無(wú)螺紋且調(diào)直標(biāo)準(zhǔn)較高的生產(chǎn)形式；作業(yè)噪音?。唤Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。翻板型適合中、大直徑鋼筋；作業(yè)噪音大；結(jié)構(gòu)復(fù)雜。撤板型適合中、大直徑鋼筋；作業(yè)噪音大；結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。開(kāi)口型適合中、大直徑鋼筋；適合對(duì)調(diào)直效果要求較好的生產(chǎn)；作業(yè)噪音??；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。確定尺寸的方法機(jī)械型適合對(duì)切斷誤差要求高但速度不高的切斷；定尺控制方法簡(jiǎn)單；定尺誤差??；使用壽命短；作業(yè)噪音較大。機(jī)電型適合對(duì)切斷誤差要求不高但速度高的切斷；定尺控制方法較復(fù)雜；定尺誤差較大，作業(yè)噪聲?。皇褂脡勖L(zhǎng)?？刂菩问诫姎饣刂瓶刂凭炔桓?；控制故障率高；安裝調(diào)試復(fù)雜；電氣線路較為復(fù)雜；后期維修，保養(yǎng)，更換成本高。PLC控制控制精度高；發(fā)生故障率低；控制效果穩(wěn)定；安裝調(diào)試簡(jiǎn)單；電氣線路簡(jiǎn)單；后期維修，更換方便。上料形式開(kāi)卷型適合對(duì)上料速度要求較高的生產(chǎn)；上料速度快；鋼筋保護(hù)效果好；但設(shè)備結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。非開(kāi)卷型適合對(duì)上料速度要求不是太高的生產(chǎn)；上料速度慢；鋼筋會(huì)發(fā)生變形；設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。1.2.2國(guó)內(nèi)外鋼筋切斷機(jī)的性能對(duì)比鋼筋切斷機(jī)的性能好壞體現(xiàn)在切斷誤差、運(yùn)行穩(wěn)定性、機(jī)體剛度、生產(chǎn)成本、使用壽命長(zhǎng)短等方面。因?yàn)殇摻钋袛鄼C(jī)本身利潤(rùn)低、技術(shù)含量不高、制造形式簡(jiǎn)單易于仿制等因素，國(guó)內(nèi)鋼筋切斷機(jī)生產(chǎn)廠家創(chuàng)新不明顯，發(fā)展進(jìn)步緩慢，與國(guó)外同行業(yè)同類產(chǎn)品相比差距較大：（1)從切斷機(jī)的外觀零件來(lái)看，一方面是外觀零件質(zhì)量不行，主要是由于沖壓技術(shù)和噴涂技術(shù)水平較低；另一方面是外觀造型難看，不光潔，不美觀。整體顯現(xiàn)出傻大粗的外形，綜合外形不如國(guó)外產(chǎn)品。（2)從機(jī)架生產(chǎn)工藝來(lái)看，我國(guó)機(jī)架的焊接和熱處理不如外國(guó)同類機(jī)器；相同規(guī)格的切斷機(jī)在零部件加工精度，粗糙度上，以及磨損方面都與國(guó)外機(jī)器差距較大，國(guó)外切斷機(jī)的機(jī)架大部分采用完整鋼板焊接，剛度好。（3)從切斷機(jī)的切斷效率來(lái)看，整體我國(guó)切斷機(jī)的切斷效率太低，切斷次數(shù)少，我國(guó)一般為至30次/min,而國(guó)外同類產(chǎn)品能做到42至50次/min，設(shè)置能達(dá)到60次/min。（4)從刀片來(lái)看，我國(guó)切斷刀片固定方式和設(shè)計(jì)厚度都不合理[3]。平均厚度都小于外國(guó)同類型機(jī)器，并采用單螺栓固定方法，因此刀片的綜合性能和使用壽命長(zhǎng)短都不如外國(guó)的采用雙螺栓固定方式?？傮w國(guó)內(nèi)刀片的各項(xiàng)性能都不如國(guó)外刀片。（5)從偏心距來(lái)看，我國(guó)以18mm居多，而外國(guó)的一般都大于23mm，像三菱的立式鋼筋切斷機(jī)的偏心距能夠達(dá)到25mm;國(guó)內(nèi)采用18mm偏心距雖然省料相應(yīng)的齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)小些，但實(shí)際生產(chǎn)中不方便，管理難度較大，特別是在從切大直徑鋼筋到小直徑鋼筋切換作業(yè)時(shí)調(diào)整方式復(fù)雜，浪費(fèi)工時(shí)。（6)從切斷機(jī)的結(jié)構(gòu)開(kāi)閉形式來(lái)看，我國(guó)的開(kāi)閉形式種類較多，半開(kāi)、全開(kāi)、全閉各類型都有，而國(guó)外機(jī)型大多采用半開(kāi)形式。（7）從潤(rùn)滑形式來(lái)看，我國(guó)對(duì)鋼筋切斷機(jī)的潤(rùn)滑有飛濺和集中潤(rùn)滑2種潤(rùn)滑方式[4]，而國(guó)外的潤(rùn)滑形式更有針對(duì)性，對(duì)齒輪、軸承等關(guān)鍵零部件采用固體潤(rùn)滑，對(duì)曲軸、連桿、刀座等采用人工稀油潤(rùn)滑，潤(rùn)滑效果明顯比我國(guó)的潤(rùn)滑方式好。1.3我國(guó)鋼筋切斷機(jī)的發(fā)展方向鋼筋切斷機(jī)雖然技術(shù)含量不高，制造簡(jiǎn)單，但不代表在市場(chǎng)上和同類產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)壓力就小。當(dāng)前無(wú)論是機(jī)械制造業(yè)還是建筑工程業(yè)對(duì)具有優(yōu)良綜合性能的鋼筋切斷機(jī)產(chǎn)品都是極為需要的[4]。因此，注重基礎(chǔ)技術(shù)積累和創(chuàng)新同步發(fā)展才能不斷地縮小與外國(guó)同行間的差距。并且，由于自動(dòng)化和智能化的發(fā)展，未來(lái)鋼筋切斷機(jī)的智能化也在不斷發(fā)展中，甚至未來(lái)無(wú)人操作型的智能鋼筋切斷機(jī)也有可能研發(fā)出來(lái)。所以，綜合來(lái)看，我國(guó)鋼筋切斷機(jī)的未來(lái)發(fā)展一方面要注重基礎(chǔ)技術(shù)積累，做好補(bǔ)差工作的同時(shí)，另一方面要抓好時(shí)代機(jī)遇和萬(wàn)物互聯(lián)和智能化的風(fēng)口實(shí)現(xiàn)彎道超車(chē)，向自動(dòng)化，智能化發(fā)展是我國(guó)鋼筋切斷機(jī)制造企業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)和方向。2設(shè)計(jì)參數(shù)和原理2.1主要參數(shù)選取在設(shè)計(jì)中通過(guò)計(jì)算和考慮實(shí)際情況選則合適的結(jié)構(gòu)及參數(shù)為：鋼筋的直徑：小于60mm鋼筋抗拉強(qiáng)度：430MPa定刀與動(dòng)刀的距離:12-64mm每分鐘剪切次數(shù)：27次／min--58次／min;曲軸偏心距：25mm;連桿長(zhǎng)度:320mm電機(jī)功率:7.6kW電壓:380V轉(zhuǎn)速：2900r／min2.2鋼筋切斷機(jī)的工作原理從其擁有的工作原理來(lái)看，驅(qū)動(dòng)方式，是通過(guò)三相異步電機(jī)來(lái)帶動(dòng)，經(jīng)過(guò)一級(jí)傳動(dòng)減速處理，在此基礎(chǔ)之上，通過(guò)二級(jí)齒輪傳動(dòng)減速，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)取軸旋轉(zhuǎn)的有效帶動(dòng)，當(dāng)時(shí)驅(qū)動(dòng)其上的連桿做來(lái)回直線往復(fù)動(dòng)作[5]。實(shí)現(xiàn)曲軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并且又因?yàn)閯?dòng)刀片和連桿滑塊鉸接，帶著連桿上的滑塊和動(dòng)刀在滑道中作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng),最終定刀與動(dòng)刀配合相錯(cuò)運(yùn)動(dòng)作成功實(shí)現(xiàn)鋼筋有效的切斷。3電機(jī)的選用3.1傳動(dòng)方案完成了總傳動(dòng)減速方案的合理設(shè)計(jì)，在此次方案涉及過(guò)程之中，選擇的標(biāo)準(zhǔn)是三級(jí)減速，電機(jī)傳動(dòng)，受一級(jí)減速的影響，會(huì)進(jìn)行初次減速，在此基礎(chǔ)上，實(shí)時(shí)兩次齒輪減速，最后達(dá)到傳動(dòng)減速的目的[6]。一級(jí)減速：在進(jìn)行電機(jī)減速過(guò)程之中，首先借助一級(jí)傳動(dòng)的功能，來(lái)實(shí)現(xiàn)首次減速，此方式能產(chǎn)生一定程度的過(guò)載保護(hù)，運(yùn)行穩(wěn)定，工作噪音小，平滑度高的原因，并且通過(guò)安裝張緊輪可以防止打滑等現(xiàn)象。二級(jí)減速：選擇兩級(jí)齒輪減速，因?yàn)樵卺槍?duì)兩個(gè)軸之間的動(dòng)力傳動(dòng)方式中，齒輪運(yùn)用最廣泛。就齒輪傳動(dòng)而言，從其擁有的傳動(dòng)功率來(lái)看，具有著較寬的范圍，同時(shí)，從傳動(dòng)比來(lái)看，也具備較高的精度。因此促使總傳動(dòng)功率具有較高的表現(xiàn)，和其他傳統(tǒng)方式相比，擁有著較長(zhǎng)的使用壽命，潤(rùn)滑方式簡(jiǎn)單，工作可靠度高往復(fù)運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)：選擇曲柄滑塊作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，一方面是因?yàn)楸阌谘b配和維修，另一方面曲柄滑塊的工作方式簡(jiǎn)單可靠。3.2鋼筋最小切斷力切斷鋼筋，必須符合以下條件：[7]：針對(duì)鋼筋許用剪力，通過(guò)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)的查詢可以得知其最大數(shù)值，即=430MPa。由此可以計(jì)算所切最大鋼筋切斷直徑，數(shù)值為60mm。則最小切斷力為：將數(shù)值代入上面公式，可以得到最小切斷力為57000N。3.3電機(jī)功率針對(duì)切斷處，從其擁有的功率P來(lái)看，必須滿足以下公式的要求：W通過(guò)查詢手冊(cè)可以掌握相關(guān)的數(shù)據(jù)信息。，針對(duì)帶傳動(dòng)效率，可以得到：；針對(duì)二級(jí)齒輪減速器，可以獲得其效率：針對(duì)滾動(dòng)軸承，通過(guò)查詢可以得到其傳動(dòng)效率：針對(duì)連桿傳動(dòng)，通過(guò)查詢可以獲得其效率：針對(duì)滑動(dòng)軸承，通過(guò)查詢可以獲得其效率：則總效率為:電機(jī)功率，根據(jù)上面的數(shù)值，可以計(jì)算其最小應(yīng)力：kw以實(shí)際需求為導(dǎo)向，同時(shí)結(jié)合機(jī)械手冊(cè)的相關(guān)知識(shí)，可以完成對(duì)電機(jī)型號(hào)的有效選擇：Y型系列封閉式三相異步電機(jī)，型號(hào)為Yll2M*6，同時(shí)從其擁有的輸出功率來(lái)看，標(biāo)準(zhǔn)為7.5kw，從其擁有的輸出功率來(lái)看，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值為2900r/min。4傳動(dòng)設(shè)計(jì)與校核4.1傳動(dòng)參數(shù)計(jì)算4.1.1傳動(dòng)比計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速：2900r/min。從其擁有的分配方式來(lái)看：傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比針對(duì)傳動(dòng)比，可以用i0：來(lái)代指，i1：齒輪減速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比。初取i0=2，齒輪減速機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比為:i1=25.3分配一、二級(jí)齒輪減速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比在進(jìn)行布置時(shí)，可以通過(guò)展開(kāi)的方式來(lái)進(jìn)行，通過(guò)對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的查閱，可以獲得其具體的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，即4.1.2各軸的轉(zhuǎn)速和功率軸的轉(zhuǎn)速一軸：====二軸：==== 三軸：===98r/min軸的三維功率一軸二軸三軸軸的轉(zhuǎn)矩針對(duì)使用的電動(dòng)機(jī)，可以用下面公式計(jì)算其輸出轉(zhuǎn)矩一軸： 二軸： 三軸：4.2帶傳動(dòng)有關(guān)參數(shù)選取4.2.1帶型針對(duì)帶傳動(dòng)，明確其具體的功率：，小輪轉(zhuǎn)速為，針對(duì)大帶輪，可以確定其具體的轉(zhuǎn)速標(biāo)準(zhǔn)，即480r/min。查機(jī)械手冊(cè)，合理確定了工況系數(shù)，即取1.5，Pc=1.5×2.2=。最后選取帶型為A型V帶。4.2.2基準(zhǔn)直徑[8]根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，針對(duì)小帶輪，確定了其基準(zhǔn)直徑為d1=100mm，同時(shí)針對(duì)其大帶輪，可以獲取其基準(zhǔn)直徑，即：4.2.3帶速4.2.4帶長(zhǎng)、中心矩和包角在公式：計(jì)算的基礎(chǔ)上可以得到，即210<a0<600中心矩：a0=400針對(duì)帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度，在相關(guān)公式計(jì)算基礎(chǔ)上，可以得到具體的數(shù)值：通過(guò)查表可以獲得其具體的長(zhǎng)度，即1250mm4.2.5帶的根數(shù)由4.2.6張緊力計(jì)算，查表得：4.2.7軸上負(fù)荷4.2.8帶輪結(jié)構(gòu)示意圖圖2帶輪示意圖4.3齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)4.3.1一級(jí)齒輪傳動(dòng)(1)選材[9]、參數(shù)初次確定為：①材料：小齒數(shù)齒輪：40Cr，齒面硬度260HBS大齒數(shù)齒輪：45，齒面硬度260HBS②齒數(shù)：針對(duì)小齒論，可以確定其具體的尺數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，這里選擇的是20。同時(shí)針對(duì)大齒數(shù)齒輪，也可以確定其具體的齒數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，即20×6.4=128=3\*GB3③傳動(dòng)比④根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)并考慮綜合情況選取齒寬系數(shù)ψd=o.6，因此針對(duì)小齒數(shù)試論，可以完成對(duì)其直徑的初步選擇，這里確定的標(biāo)準(zhǔn)為60mm，則小齒輪的尺寬b=ψd×d1=0.6×60=36mm⑤齒輪圓周速度⑥小齒輪轉(zhuǎn)矩⑦重合度系數(shù)Zε、Yε。由公式得：通過(guò)手冊(cè)查詢，可以獲得與之相關(guān)的公式： ⑧載荷系數(shù)使用系數(shù)，通過(guò)查詢手冊(cè)，可以獲得具體的標(biāo)準(zhǔn)：查手冊(cè)，可以獲得動(dòng)載系數(shù)，具體的數(shù)值為：Kv=1.10針對(duì)齒間載荷，通過(guò)下面的公式，可以確定其具體的分布系數(shù)，即KHa、KFa： ；針對(duì)載荷系數(shù)KH、KF，可以通過(guò)下面的公式來(lái)具體獲得：（2）校核齒面疲勞強(qiáng)度針對(duì)總工作時(shí)長(zhǎng)，可以用th來(lái)代指，就論文研究使用的臥式鋼筋切斷機(jī)而言，如果假定其使用壽命為十年，年使用時(shí)間，假設(shè)為300天，一天工作時(shí)間假定為8小時(shí)，那么工作時(shí)間總長(zhǎng)th為12000小時(shí)。則應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N1、N2。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)：針對(duì)使用壽命系數(shù)，可以進(jìn)行分別確定，即Zn1為1，Zn2為2；接觸疲勞極限：σhlim1=720MPa、σhlim2=580MPa；安全系數(shù)：Sh=1；許用應(yīng)力：[σh1]、[σh2]； （3）根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選取彈性系數(shù)（4）根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選取節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZH=2.49（5）計(jì)算小齒輪直徑d1（6）計(jì)算中心距，模數(shù)中心距a：圓整取222mm。模數(shù)m：根據(jù)中心矩a及齒數(shù)Z1、Z2計(jì)算得：則分度圓直徑d1，d2：計(jì)算得：大齒輪尺寬：小齒輪尺寬：⑺抗彎疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算①針對(duì)許用彎曲應(yīng)力，需要通過(guò)計(jì)算獲得其具體的數(shù)值，即[σF]針對(duì)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，可以分別表示為：NF1、NF2②壽命系數(shù)Yn1、Yn2，在查閱手冊(cè)的基礎(chǔ)上可以獲得其具體的數(shù)值，兩者均為1③合理確定極限應(yīng)力的數(shù)值：④通過(guò)查閱手冊(cè)，可以明確尺寸系數(shù)，即⑤確定安全系數(shù)的具體數(shù)值，即⑥針對(duì)所需應(yīng)力[σF1]、[σF2]，可以通過(guò)下面的公式來(lái)進(jìn)行計(jì)算通過(guò)查表的方式可以獲得齒形系數(shù)通過(guò)查表的方式可以獲得應(yīng)力修正系數(shù)針對(duì)齒根，在對(duì)其抗疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核時(shí)，需要先通過(guò)公式計(jì)算其彎曲應(yīng)力：4.3.2二級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)（1）完成選材，并對(duì)各種參數(shù)值進(jìn)行初步確定選材、小齒數(shù)齒輪：調(diào)制鋼40Cr，取齒面硬度為260HBS大齒數(shù)齒輪：使用的材料為調(diào)制鋼45，同時(shí)通過(guò)計(jì)算可以獲得級(jí)齒面硬度，標(biāo)準(zhǔn)為260HBS完成尺數(shù)的初步選擇。，如果是小齒數(shù)齒輪，數(shù)量為28，如果是大齒數(shù)齒輪，數(shù)量了140。通過(guò)下面的公式可以計(jì)算齒數(shù)比：（2）根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)并考慮綜合情況，可以確定齒寬系數(shù)：小齒輪直徑d1，經(jīng)過(guò)計(jì)算可以設(shè)置其初選值，即為84mm，同時(shí)可以通過(guò)下面公式計(jì)算其寬度：通過(guò)上面的結(jié)果，借助下面的公式，可以計(jì)算齒輪圓周速度：在查閱手冊(cè)的基礎(chǔ)上可以確定精度等級(jí)，即9級(jí)。（3）針對(duì)小齒輪距值T1，可以通過(guò)下面的公式來(lái)計(jì)算：（4）通過(guò)下面的公式可以計(jì)算重合度系數(shù)Zε、Yε：通過(guò)查表可以獲得公式： （5）完成對(duì)載荷系數(shù)KH、KF的有效計(jì)算：通過(guò)查閱手冊(cè)可以獲得距離的使用系數(shù)通過(guò)查閱手冊(cè)可以獲得具體的動(dòng)載系數(shù)通過(guò)查閱手冊(cè)可以獲得齒間載荷分布系數(shù)則針對(duì)載荷系數(shù)KH、KF，可以通過(guò)下面的公式來(lái)確定：齒面疲勞強(qiáng)度計(jì)算（1）完成許用應(yīng)力[σH]的有效確定。針對(duì)總工作時(shí)長(zhǎng)還是取12000。通過(guò)下面的公式可以計(jì)算具體的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：通過(guò)查閱手冊(cè)，虧獲得其具體的使用壽命系數(shù)：通過(guò)查閱手冊(cè)，可以確定接觸疲勞極限：通過(guò)查閱手冊(cè)，可以確定具體的安全系數(shù)：Sh=1 （2）通過(guò)查閱手冊(cè)可以獲得具體的彈性系數(shù)（3）通過(guò)查閱手冊(cè)，可以獲得節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)（4）完成對(duì)小齒直徑的有效計(jì)算：和初選值相比，具有基本符合性。（5）完成對(duì)中心距的有效計(jì)算，同時(shí)合理確定模數(shù)等相關(guān)的參數(shù)中心距a：圓整，最后確定的數(shù)值為252mm模數(shù)m可以通過(guò)下面的公式來(lái)進(jìn)行確定：完成對(duì)分度圓直徑的有效確定：完成對(duì)齒寬的有效確定，針對(duì)大小齒輪寬度，可以分別表示為：齒根抗彎疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算（1）針對(duì)許用彎曲應(yīng)力，需要對(duì)其進(jìn)行具體計(jì)算。①通過(guò)下面的公式可以具體計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：=2\*GB3②通過(guò)查閱手冊(cè)的方式，可以掌握具體的壽命系數(shù)：=3\*GB3③完成對(duì)極限應(yīng)力的有效選擇：=4\*GB3④在查閱手冊(cè)的基礎(chǔ)之上，可以獲得尺寸系數(shù)的具體數(shù)值：=5\*GB3⑤通過(guò)查閱表格的方式，可以獲得具體的安全系數(shù)：=6\*GB3⑥針對(duì)許用應(yīng)力，可以通過(guò)下面的公式具體計(jì)算其數(shù)值(2)針對(duì)齒形系數(shù)，可以通過(guò)查表的方式具體獲得其數(shù)值針對(duì)應(yīng)力修正系數(shù)，通過(guò)查表的方式可以獲得其具體數(shù)值：查表取針對(duì)齒根，需要對(duì)之抗彎疲勞強(qiáng)度實(shí)施有效的校核，在公式計(jì)算的基礎(chǔ)之上，可以獲得其彎曲應(yīng)力：4.4軸的剛度和強(qiáng)度校核4.4.1Ⅰ軸的校核針對(duì)軸直徑，可以通過(guò)下面公式來(lái)設(shè)計(jì)。（1）以周強(qiáng)度為對(duì)象，在對(duì)之進(jìn)行校核時(shí)，可以借助當(dāng)量彎矩法來(lái)進(jìn)行。[10]①完成軸系結(jié)構(gòu)的合理化設(shè)計(jì)，并以此為基礎(chǔ)，完成與之相關(guān)的彎矩圖的合理繪制，包括受力簡(jiǎn)圖等多個(gè)方面。②以軸上作用力為對(duì)象，需要進(jìn)行求解，具體通過(guò)表2-1進(jìn)行揭示，并完成與之相關(guān)圖的繪制，即圖3（c）針對(duì)軸，需要確定其上的彎矩，通過(guò)表2-2可以直觀展示，同時(shí)完成與之相關(guān)的彎矩圖繪制，具體如圖3（d）、3（e）完成轉(zhuǎn)彎矩圖的有效繪制，具體如圖3（f）完成單量彎矩圖的有效繪制，具體如圖3（g）所示，同時(shí)需要完成可能危險(xiǎn)截面圖的有效規(guī)制。如圖3（a），進(jìn)而完成對(duì)其截面彎矩的有效計(jì)算，具體通過(guò)表2-3進(jìn)行展示。Ⅰ截面Ⅱ截面⑥針對(duì)許用應(yīng)力，通過(guò)以下方式進(jìn)行確定針對(duì)軸使用的材料已經(jīng)明確，即為45鋼調(diào)質(zhì)，通過(guò)查表可以獲得具體的數(shù)據(jù)，即=650MPa、=102.5MPa，=60MPa。對(duì)軸徑進(jìn)行校核，通過(guò)表2-4具體展示。Ⅰ截面Ⅱ截面結(jié)論：以軸強(qiáng)度為對(duì)象，在對(duì)之進(jìn)行校核時(shí)，可以通過(guò)當(dāng)量彎矩法來(lái)進(jìn)行，結(jié)果滿足強(qiáng)度等方面的要求。⑵軸的剛度計(jì)算Ip1 Ip2Ip3 Ip4Ip5 Ip6Ip7 Ip8從剛度層面看，滿足實(shí)際需求。4.4.2三軸的校核針對(duì)軸直徑，可以通過(guò)以下公式來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)針對(duì)周強(qiáng)度，在對(duì)之進(jìn)行校核時(shí)，可以通過(guò)當(dāng)量彎矩法來(lái)進(jìn)行。以軸的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，完成與之相關(guān)圖的有效繪制，具體包括彎矩圖、轉(zhuǎn)矩圖等。=1\*GB3①針對(duì)軸受力狀況，可以完成與之相關(guān)簡(jiǎn)圖的繪制，具體為圖4（a）(1)在軸上，需要對(duì)作用其上例進(jìn)行有效計(jì)算，通過(guò)表3-1進(jìn)行展示。并完成與之相關(guān)圖的繪制，即圖4(c)完成對(duì)彎矩的有效計(jì)算，具體通過(guò)表3-2進(jìn)行揭示，把那個(gè)編程與之相關(guān)圖的繪制，具體如圖4(d)垂直面（Mv）水平面（Mh）Ⅰ截面N.mm合成彎矩Ⅱ截面合成彎矩根據(jù)上面的數(shù)據(jù)，完成轉(zhuǎn)彎矩的繪制，如圖4(f)完成當(dāng)量彎矩圖的有效繪制，如圖4，針對(duì)危險(xiǎn)截面Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ，需要確地其具體的彎矩，通過(guò)表3-3展示Ⅰ截面Ⅱ截面⑤確定許用應(yīng)力從軸使用的材料來(lái)看，是45鋼調(diào)質(zhì)，通過(guò)查閱表可以掌握起具體的參數(shù)=650MPa、=102.5MPa，=60MPa通過(guò)下面的表3-4，可以直觀展示校核軸徑Ⅰ截面Ⅱ截面進(jìn)而匯總?cè)缦陆Y(jié)論：在進(jìn)行校核時(shí)，可以通過(guò)當(dāng)量彎矩法的實(shí)施，從強(qiáng)度來(lái)看，符合具體要求。⑵軸的剛度計(jì)算因此從剛度這個(gè)層面來(lái)看，符合要求。4.5鍵的選用和校核4.5.1.平鍵的強(qiáng)度校核(1)完成鍵的合理選擇鍵的選取需要依據(jù)一定的標(biāo)準(zhǔn)，一方面結(jié)合具體的工況，另一方面，需要結(jié)合鍵連接結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行，同時(shí)需要符合多個(gè)方面的要求，如連接對(duì)稱性。從軸上所具備的連接零件來(lái)看，在進(jìn)行滑動(dòng)時(shí)，必須符合距離等層面的要求。同時(shí)從其在軸上布置層面來(lái)看，鍵的關(guān)鍵尺寸為鍵寬：b；鍵高：h和鍵長(zhǎng)：L。鍵的關(guān)鍵尺寸可從手冊(cè)中的標(biāo)準(zhǔn)鍵取。長(zhǎng)度L只要符合標(biāo)準(zhǔn)后略短于輪轂長(zhǎng)度即可。所以根據(jù)上面提到的各類要求，同時(shí)，在對(duì)實(shí)際工況具體分析的基礎(chǔ)之上，最后確定的是A型普通平鍵。通過(guò)對(duì)手冊(cè)的查閱可以得知以下具體的參數(shù)(2)針對(duì)擠壓強(qiáng)度實(shí)施有效校核假定在鍵長(zhǎng)和鍵高上壓力分布具有均勻的特點(diǎn)，同時(shí)也具備平衡的特點(diǎn)，在對(duì)擠壓強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算時(shí)，可以以平均擠壓應(yīng)力為基礎(chǔ)的實(shí)施：靜聯(lián)接———— 傳遞的轉(zhuǎn)矩————軸的直徑針對(duì)鍵，可以通過(guò)下面的公式計(jì)算其工作長(zhǎng)度：針對(duì)擠壓面，通過(guò)下面的公式計(jì)算其高度：轉(zhuǎn)矩，通過(guò)下面的公式計(jì)算來(lái)具體計(jì)算：針對(duì)許用擠壓應(yīng)力，通過(guò)查表可以得知：擠壓應(yīng)力，通過(guò)下面的公式計(jì)算：所以從此鍵來(lái)看，具備較大的安全性。4.6軸承的選用和校核滾動(dòng)軸承，在日常應(yīng)用之中極為廣泛，在本設(shè)計(jì)課題中只需選取符合使用要求的軸承，然后再進(jìn)行強(qiáng)度校核即可[11]。4.6.1軸承型號(hào)使用的是10000K軸承，通過(guò)查表可以獲得其相關(guān)的參數(shù)：4.6.2壽命計(jì)算(1)以軸承為對(duì)象，通過(guò)下面的公式，計(jì)算機(jī)內(nèi)部軸向力。針對(duì)10000K軸承，通過(guò)下面的公式，具體計(jì)算機(jī)內(nèi)部軸向力那么：(2)針對(duì)外向軸向載荷，可以計(jì)算機(jī)具體數(shù)值。(3)以軸承為對(duì)象，完成對(duì)其軸向載荷的有效計(jì)算。因故兩個(gè)軸承分別表示為，(4)針對(duì)當(dāng)量，可以通過(guò)下面的公式計(jì)算其動(dòng)載荷通過(guò)查表可以得到具體的界限值通過(guò)查表可以得到因此因此那么：因，同時(shí)從1/2號(hào)周成來(lái)看，在尺寸和型號(hào)上具有相同的特點(diǎn)，在計(jì)算軸承軸承壽命時(shí)，只對(duì)2號(hào)進(jìn)行即可。(5)通過(guò)下面公式，能夠有效計(jì)算軸承使用的壽命。(6)通過(guò)下面公式，可以有效計(jì)算極限轉(zhuǎn)速經(jīng)過(guò)查表可以獲得其具體的載荷系數(shù)：針對(duì)載荷，通過(guò)查閱可以掌握我分布系數(shù)：因此10000k型圓柱孔調(diào)心軸承，在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程之中，能夠滿足需求。5三維模型的建立和運(yùn)動(dòng)干涉檢驗(yàn)5.1關(guān)于Pro/E軟件Pro/E軟件在實(shí)際應(yīng)用之中極為廣泛，尤其在電子、模具等眾多行業(yè)中，具有三維實(shí)體建模、參數(shù)化設(shè)計(jì)等顯著特點(diǎn)。Pro/E是一個(gè)以單獨(dú)特征為操作單元的的參數(shù)化建模系統(tǒng)。由一個(gè)一個(gè)添加不同特征來(lái)構(gòu)建出整個(gè)所需模型的完整形狀。在建模過(guò)程中，采用具有不同特點(diǎn)的特征功能來(lái)生成所需模型。本次設(shè)計(jì)主要是基于Pro/E軟件來(lái)建立三維模型并實(shí)現(xiàn)鋼筋切斷機(jī)的模擬運(yùn)動(dòng)仿真，從而分析其運(yùn)動(dòng)干涉情況[12]。5.2切斷機(jī)模型結(jié)構(gòu)臥式鋼筋切斷機(jī)，從其具備的結(jié)構(gòu)來(lái)看，可以概括如下：(1)箱體。從市場(chǎng)這類箱體的使用材料來(lái)看，大多是通過(guò)柱體來(lái)制備，有的采用焊接鋼板，有的采用螺栓接箱體。各具特點(diǎn)。采用鑄鐵，制造工藝簡(jiǎn)單，成本較低，但造成整機(jī)重量增加，不便于搬動(dòng)；采用焊接鋼板能較好的補(bǔ)充這一缺點(diǎn)，但焊接鋼板的支承強(qiáng)度不如一體鑄造的箱體。(2)傳動(dòng)裝置。不同型號(hào)的鋼筋切斷機(jī)，其中，比較典型的有兩種，如二、三級(jí)傳動(dòng)。從箱體外來(lái)看，一般情況下是通過(guò)一級(jí)傳動(dòng)來(lái)實(shí)施，在箱體內(nèi)部，借助齒輪傳動(dòng)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)減速功能。(3)剪斷裝置。臥式鋼筋切斷機(jī)絕大部分都是用曲柄滑塊將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成來(lái)回直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)動(dòng)刀做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)與定刀的相錯(cuò)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼筋的有效剪切。5.3三維建模5.3.1殼體從該設(shè)備的箱體構(gòu)成來(lái)看，是通過(guò)鋼板焊接而成的空心蓋體，他們相互之間在規(guī)格上存在著區(qū)別。在建立模型過(guò)程中要對(duì)斜面，孔槽等關(guān)鍵特征要加以著重。尤其是箱體的各處孔特征附近，因?yàn)檩S孔處常常是應(yīng)力集中的地方，因此在拉伸厚度時(shí)要獨(dú)立加強(qiáng)以保證足夠強(qiáng)度。其中復(fù)雜的固定刀座等，需要對(duì)其進(jìn)行獨(dú)立分析，在建模過(guò)程之中，它屬于最復(fù)雜的環(huán)節(jié)。由于本次建模主要目的是分析此次所設(shè)計(jì)的臥式鋼筋切斷機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和干涉情況，因此本設(shè)計(jì)中對(duì)箱體加以簡(jiǎn)化，采用鋼架焊接，只從分析臥式鋼筋切斷機(jī)的整個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的目的來(lái)建立三維模型，所以重點(diǎn)在于對(duì)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的建模。對(duì)箱體等固定機(jī)架等部分暫不復(fù)雜建模。5.3.2齒輪及齒輪軸本次針對(duì)臥式鋼筋切斷機(jī)的減速裝置為是二級(jí)齒輪減，先要完成標(biāo)準(zhǔn)尺寸模型的有效構(gòu)建，針對(duì)與之有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行有效修改，比如齒數(shù)，模數(shù)等就可以自動(dòng)產(chǎn)生型號(hào)各不相同的齒輪[13]。等所有的模型建立好就可以進(jìn)行虛擬裝配。圖5齒輪圖6齒輪軸5.3.3曲軸、齒輪軸、連桿等其他零件從其他模型來(lái)看，包括定刀、軸承等，比較容易建立，具體曲軸、齒輪軸、帶輪、飛輪、電機(jī)、電機(jī)座如圖所示：圖7曲軸 圖8軸承座 圖9張緊輪座圖10飛輪 圖11動(dòng)刀座圖12v型帶 圖13連桿圖14軸承 圖15套筒圖16大帶輪圖17型鋼5.4虛擬裝配裝配思想：根據(jù)小單元，模塊化的思想將鋼筋切斷機(jī)從上到下，依次加入插入，匹配，坐標(biāo)配合，銷接等約束完成模擬裝配。由于本次建模主要對(duì)設(shè)計(jì)的臥式鋼筋切斷機(jī)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行仿真，因此，只裝配關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，將傳動(dòng)裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行裝配。5.4.1小模塊的裝配裝配的方式和方法用多種。有的采用逐個(gè)零件依次裝配成一個(gè)整體模塊，有的采用先組裝小模塊，再將各個(gè)小模塊裝配成整體大模塊。對(duì)于本次臥式鋼筋切斷機(jī)的裝配來(lái)講，明顯采用后者更合適。因?yàn)槿绻捎弥饌€(gè)疊加零件依次模擬裝配的化。如果因某一零件的裝配失敗，整體裝配必須從頭再來(lái)，并且采用前者裝配法容易導(dǎo)致零件漏裝或裝錯(cuò)。所以，采用小模塊化思想更便于后期檢查，分析裝配方案。此次裝配主要分為四個(gè)小模塊：電機(jī)帶輪模塊，一級(jí)齒輪嚙合模塊，二級(jí)齒輪嚙合模塊，曲柄滑塊模塊。(1)由于箱體已經(jīng)簡(jiǎn)化，因此用鋼架軸承座和螺孔來(lái)代替箱體實(shí)現(xiàn)約束(2)其他小模塊的裝配。按照約束嚴(yán)格的原則進(jìn)行裝配，防止出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)干涉的情況。將電機(jī)帶輪模塊，一級(jí)齒輪嚙合模塊，二級(jí)齒輪嚙合模塊，曲柄滑塊模塊依次按照ProE的約束方法進(jìn)行裝配。5.4.2裝配過(guò)程中可能出現(xiàn)的常見(jiàn)問(wèn)題及解決方法（1）問(wèn)題：在未定義的兩個(gè)構(gòu)件加亮后，兩零件的軸線自動(dòng)隱藏導(dǎo)致齒輪副連接以及電機(jī)無(wú)法添加。解決方法:裝配前一零件選擇約束時(shí)選擇銷釘連接而不是缺省，并同時(shí)建立一個(gè)基準(zhǔn)軸，為下一步對(duì)齊軸線做準(zhǔn)備。（2）問(wèn)題：往齒輪軸裝配齒輪時(shí)，采用銷連接會(huì)導(dǎo)致約束過(guò)余。解決方法：都采用“剛性，對(duì)齊”，原因是齒輪和鍵之間本來(lái)就是剛性約束，如果在裝往齒輪軸上裝齒輪再采用銷釘，就會(huì)既有銷連接又有剛性對(duì)齊，就是過(guò)約束。本設(shè)計(jì)中的臥式鋼筋切斷機(jī)模型，通過(guò)下圖，可以直觀展示其基本模擬裝配狀況。 5.5運(yùn)動(dòng)干涉檢驗(yàn)5.5.1臥式鋼筋切斷機(jī)的運(yùn)動(dòng)仿真的實(shí)現(xiàn)（1）相關(guān)齒輪的嚙合在裝配過(guò)程中，因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)仿真軟件沒(méi)有辦法正確主動(dòng)嚙合相關(guān)的齒輪，所以需要設(shè)置有關(guān)齒面相切約束參數(shù)后后再令其嚙合。所以在完成鋼筋切斷機(jī)的模擬裝配后，必須先使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的齒輪之間正確嚙合。否則會(huì)出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)干涉現(xiàn)象，導(dǎo)致模擬運(yùn)動(dòng)仿真失敗。如果在裝配齒輪過(guò)程中發(fā)現(xiàn)因錯(cuò)誤設(shè)置相關(guān)參數(shù)，最終造成了由于齒輪直徑的變化而導(dǎo)致裝配不正常的情況，解決辦法是在齒輪模塊中重新設(shè)定參數(shù)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)修改后的參數(shù)直接將相關(guān)組件特征變化。（2）運(yùn)動(dòng)仿真針對(duì)齒輪，在對(duì)之完成正確嚙合設(shè)置后，需要以各種連接為對(duì)象，對(duì)之進(jìn)行定義設(shè)置，如：連桿與滑塊連接、滑塊與滑道連接、齒輪和齒輪副連接。完成各種連接的定義設(shè)置后通過(guò)添加電動(dòng)機(jī)的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力源的有效引入，以類型選項(xiàng)卡為對(duì)象，針對(duì)電機(jī)，掌握其實(shí)際的運(yùn)動(dòng)軌跡，同時(shí)以輪廓選項(xiàng)卡為對(duì)象，確定電機(jī)的轉(zhuǎn)速。設(shè)置好電機(jī)后再在機(jī)構(gòu)分析的模塊里再設(shè)置相關(guān)的具體運(yùn)動(dòng)種類和具體運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)等數(shù)字。 （3）運(yùn)動(dòng)干涉檢查運(yùn)動(dòng)干涉檢查就是觀察運(yùn)動(dòng)件在仿真運(yùn)動(dòng)中是否會(huì)發(fā)生零件互相碰撞，擋路等情況。也是實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)要求中必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)和步驟。建好的的臥式鋼筋切斷機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)干涉檢查是非常有必要的，原因是在模擬裝配中有可能出現(xiàn)裝配問(wèn)題，類如齒輪嚙合失敗，齒輪與齒輪互相碰撞，齒輪與曲軸之間互相碰撞等情況。功能按鈕位于機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析下的運(yùn)動(dòng)分析檢測(cè)模塊，如果出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)干涉，則會(huì)顯示不同的顏色，不同顏色的構(gòu)