机械毕业设计（论文）-钢筋自动下料机设计【全套图纸】 .doc

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1、摘 要 -I- 摘 要 钢筋自动下料机，是一种能够将钢筋拉直，并将钢筋切成一定长度的工程 机械。机械结构分钢筋调直和钢筋切断两部分；工作时钢筋自动下料机的进给 机构可以自动送入钢筋，并将钢筋拉直；当输出的钢筋达到一定长度时再由液 压控制的钢筋切断机构将钢筋切断。 一、校直系统的设计。通过施加高频率的周期性交变应力，使材料产生超 过其弹性限度的变形，原弯曲被抵消，达到校直目的。 二、切断机构的设计。当钢筋达到所需长度时，切断机构自动进行切断， 切断后活动切刀回到原始位置。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 三、传动系统的设计。电机通过一组的 V 带、减速器、齿轮、主动辊轮和 从动辊轮

2、，达到校直钢筋的目的。 四、辅助装置的设计。主要是起到辅助作用的支架和主体钢架。 五、电气控制系统的设计。选用 AT89C51 型单片机控制钢筋自动下料机的 自动化动作。 关键词 钢筋自动下料机，辊轮调直，电气控制，液压剪切装置。 河北理工大学信息学院 -II- 目 录 -III- Abstract The steel automatic cutting machine can straighten steel, and cut it in a certain length. Mechanical structural include steel straightening and steel

3、 cutting. The feed mechanism of the Automatic steel cutting machine can transport the steel automatically at work, and straightened the steel. When the output of steel reaches a certain length and then cut off by the reinforcement agencies controlled by the hydraulic. The first. The design of the al

4、ignment system. Through periodic alternating stress applied high frequency, produce deformation more than its elastic limit. The alternately deformation reaches a certain level, The original bending is offset, To achieve the purpose of straightening. The second. The design of the cutting off institu

5、tions. When the steel to reach the required length, cutting mechanism of automatic cut, cut back to the original position after the cutting knife. The third. The design of the transmission system. A group of V with motor, reducer, gear, driving roller and the driven roller straightening reinforced t

6、o achieve through. The fourth. The design of the assistive devices. The assistive devices include stent and the main steel frame. The fifth. The design of the electrical control system. The AT89C51 type SCM is selection to control the automatic work of the steel automatic cutting machine. keywords S

7、teel automatic cutting machine, Roller straightening, Electrical control, Hydraulic cutting device 目录 -IV- 目 录 摘 要.I ABSTRACT.II 第 1 章 绪论1 1.1 钢筋自动下料机的应用、现状及其前景2 1.2 自动下料机的分类及特点4 1.3 钢筋自动下料机的基本结构及工作原理8 第 2 章 钢筋自动下料机设计方案12 2.1 传动方案比较.12 2.2 设计方案确定.12 2.3 总体结构示意图.13 2.4 本章小结14 第 3 章 自动下料机的机构设计15 3.1 传

8、动机构的设计15 3.1.1 电机的选择.15 3.1.2 带传动设计.17 3.1.3 双级减速器设计计算20 3.1.4 齿轮传动部分的设计48 3.1.5 传输轴的校核55 3.1.6 传输用轴承的选用与校核60 3.1.7 键的选取与校核60 3.2 进给辊轮的结构设计61 3.3 控制长度用直线导轨的选择及计算62 3.4 切削用液压缸的选择63 3.5 本章小结68 第 4 章 自动下料机辅助装置设计69 4.1 用于防止进给时钢筋下落用支架设计69 4.2 自动下料机整体机架的结构设计70 4.3 本章小结70 第 5 章 电气控制部分设计71 5.1 单片机控制示意图设计71

9、5.2 单片机控制程序设计71 5.3 控制部分原理及电气元件安装位置73 5.4 本章小结73 结 论74 目 录 -V- 本课题研究的内容总结74 参考文献75 谢 辞77 附 录78 第 1 章 绪论 -1- 第 1 章 绪论 随着我国经济建设的飞速发展，建筑工程也同时得到了快速地发展。而钢 筋作为建筑工程的重要材料，其需求量更是极大地增长，这有力地拉动了钢筋 自动下料机的市场需求。而近几年来，新 III 级钢筋以其强度高、延展性好的 优良性能，迅速在全国建筑工程中得到广泛地使用。这也对建筑用钢筋自动下 料机提出了更高的要求1。为此，许多企业纷纷投入大量资金，争相开发、研 制适合新 II

10、I 级钢筋要求的高速、大直径钢筋自动下料机。 我国于 1958 年引进了苏联的卧室钢筋自动下料机图纸，开始产生了全国第 一台钢筋自动下料机，现生产的 GQ40A 型钢筋自动下料机就是其改进型。40A 下料机属于全开式结构，所有的传动齿轮全部外露。因此，其防尘性能差、易 磨损，冲切次数为 28 次/分，并且没有离合器控制，操作不安全，质量体积均 较大。全国 20 多个下料机生产厂家，从 1966 年到 1985 年一直以该机型为主导 产品。1982 年太原重型机械学院机器厂设计出 GQ40BII 型钢筋自动下料机，在 曲轴大齿轮处装上刚性转键离合器，用脚踏操纵机构控制切断，同时装上挡料 和送料装

11、置。该机型操作安全、下料长度准确、减轻了劳动强度。目前市场上 的 GB50B 系列钢筋下料机具有全封闭、系统润滑、双飞轮、哈夫式箱体结构， 因而操作、维修方便，使用安全可靠，效率高，重量轻，节能耗。其他型号的 钢筋自动下料机，如 GT 系列钢筋自动下料机主要用于调直、定尺切断用冷轧带 肋钢筋，热轧 III 级钢筋和冷轧圆钢筋。该系列机型自动化程度高，设备使用 故障率低，为连续工作制方式。耗能低、不损肋、无连切、噪音小、震动轻、 并设有安全装置，自动计数停车装置、有高效试用运行可靠等特点2。此外， 市场上还存在多种液压式的钢筋自动下料机，如 DYJ-32 型和 YQJ-32 型液压式 钢筋自动下

12、料机等，这两种下料机都采用了柱塞泵带动主切到的结构，操作方 便，但是加工困难，精度不易保证，不能实现快速回程，效率低3。 与国际上先进产品相比，我国钢筋自动下料机的总体水平还是比较落后的。 主要表现在：企业的生产规模小，产品的技术含量低，生产效率低下，自动化 水平不高一级外观质量粗糙等2。并且大部分产品调制速度较低，钢筋的直线 河北联合大学继续教育学院 -2- 度不高，表面划伤较重1。 面对竞争日益激烈的我国建筑机械市场，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，使企业的产品不断的满足广大用户的需求， 尽快缩短与国外前进企业的差距1，是我国的钢筋自动下料机达到国际先进水 平，

13、无疑是我国广大钢筋自动下料机生产企业生存与发展的必由之路4。 1.1 钢筋自动下料机的应用、现状及其前景 （1）在下料机的应用方面 钢筋自动下料机是一种剪切钢筋所使用的工具。一般有全自动钢筋切断机 和半自动钢筋切断机之分。它是钢筋加工必不可少的设备之一，它主要用于房 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。钢筋自动下料机有两种类型，全自动的叫做电动切断下 料机，是电能通过马达转化为动能，控制切刀切口，来

14、达到剪切钢筋效果的。 而半自动的是人工控制切口，从而进行剪切钢筋操作。而目前比较多的是应该 属于液压钢筋切断下料机，液压钢筋切断机又分为充电式和便携式两大类。 由于受到成本和效率的因素影响，更多的小型企业选择了人工液压式切断 下料机，长度以及效率都由工人来控制，效率精度都不高，而且往往不能够满 足生产需要，因此设计自动下料机，通过辊轮的挤压进行进给，同时两对辊轮 进行校直，在达到规定长度时，通过电气控制，使液压缸推动刀进行切削，保 证每次并且是多根同时切削时长度大小都相同，与此同时，也保证了很高的工 作效率，在中、大型企业中得到了广泛的使用，大大的提高了钢筋切削效率。 （2）下料机的发展现状

15、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。 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 第 1 章 绪论 -3- 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。 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，2527mm 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。 国内切断机每分钟切断次数少

16、。国内一般为 2831 次，国外要高出 1520 次，最高高出 30 次，工作效率较高。 国外机型一般采用半开放式结构，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。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。 国内切断机外观质量、整机性能不尽人意；如图 1-1 所示；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， 整体光洁美观。而国

17、内一些厂家虽然 图 1-1 国内常用钢筋切割下料机整体图 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。 （3）钢筋自动下料机的发展前景 从目前的国内的使用情况来看，锤击式、机械定尺结构的钢筋自动下料机 占主导地位。这主要是因为采用机械定尺的定尺精度高，适用于预应力混凝土 钢筋的生产，这种结构的钢筋自动下料机其钢筋前进速度一般为 0.50.8ms5。 对钢筋的定尺精度要求不高的用户，可靠性要求是主要的，故障率应尽可能地 低，产量应尽可能的高8。为此，利用液压式切断机机构简单、可靠的性能， 缩短其剪切时间，提高生产效率是

18、未来钢筋调直切断机械的发展方向。 河北联合大学继续教育学院 -4- 但目前液压式钢筋自动下料机的剪切速度都比较慢。如果液压式下料机需 要 0.5S 完成一次剪切，而钢筋的前进速度为 0.5ms，则剪切过程中液压剪需 要随钢筋前进 0.25m，这样就需要液压钢筋下料机的滑道比较长，如钢筋的前 进速度大于 0.5ms，其滑道将随前进速度的增大而加长9。由此看出，钢筋 自动下料机调直速度较低的关键因素就在于切割周期太长，这极大地限制了下 料机效率的提高。 国内的自动下料机剪切时间一般都在 80120ms，这导致调直速度只能在 5070mmin 之间徘徊。而国外调直机的调直速度之所以一般都能够达到 1

19、20mmin，其主要原因就是剪切时间能够减至 20ms 以内。所以，如何缩短自 动下料机的剪切时问，是改进钢筋自动下料机的重要任务之一。钢筋自动下料 机不但要求实现定长剪切的高精度控制，同时要求其具有相对高的生产效率。 所以，如何利用液压式钢筋自动下料机的特点，使钢筋自动下料机实现机电液 高度集成，充分发挥各自优势，将是今后研究的主要方向。 1.2 自动下料机的分类及特点 目前，市场上生产和销售的钢筋自动下料机种类很多，根据设备组成和各 工作机构的特点，可以按以下 6 种方式进行分类：按定尺方式、按落料方式、 按控制方式、按上料方式、按调直方式和按切断方式。下面分别就这几种方式 进行介绍1：

20、（1）定尺方式 钢筋切断机的定尺方式一般存在两种方式：机械式和机电 式。 机械式定尺误差小，易控制，但噪声较大，寿命短。适用于对定尺误差 要求较高，速度要求不高的场合。 机电式定尺误差稍大，噪声较小，寿命长。适用于对定尺误差要求较低， 调直速度要求较高的场合。 定尺剪切讯号的发出大体有三种形式：机械信号，行程开关(接触或非接触 式)发出的电信号，光电码盘发出的电讯号。 一般地说，定尺的精度主要取决于从发出讯号到切刀响应的时间误差。机 第 1 章 绪论 -5- 械讯号的精度最高，误差可在正负 1mm，这是因为它与刀具直联，响应时间短， 时间误差小。其他形式的定尺误差在正负 530mm 之间。 （

21、2）落料方式 落料方式主要有支撑柱式、翻板式、撤板式和敞口式四种。 支撑柱式 结构简单，工作噪声小。适用于小直径光圆钢筋，且钢筋调 直度较高的场合。 翻板式 结构较复杂，工作噪声较大。适用大、中直径钢筋。 撤板式 结构较复杂，工作噪声较大。适用大、中直径钢筋。 敞口式 结构简单，工作噪声较小。适用大、中直径钢筋，且钢筋调直 度较高的场合。 （3）控制方式 控制方式分普通电气控制和 PLC 控制。 普通电气控制 线路复杂，对维护人员要求较高。控制精度低，易于发 生故障，初期调试麻烦。 PLC 控制 线路简单，对维护人员要求不高。控制精度较高，运行比较 稳定，初期调试简单。 （4）上料方式 上料方

22、式分开卷式和非开卷式。 开卷式 设备复杂，放线速度快、钢筋不扭转，特别适合于高速工作状 态。 非开卷式 设备单一，适于调直速度不太高的工作场合。放线时钢筋自 然扭转。 （5）调直方式 钢筋自动下料机的调直方式主要有调直模式、曲线辊式、 对辊式和调直模式加对辊复合式。 调直模式 钢筋调直效果好，比较容易控制。但调直速度低，被加工钢 筋表面有划伤，工作噪声较大。该模式适合各种光圆钢筋。 曲线辊式 调直速度较快，钢筋调直效果好，且易控制。但被加工钢筋 表面划伤较重，工作噪声也较大。适合各种光圆钢筋和对钢筋表面划伤要求不 河北联合大学继续教育学院 -6- 高的场合。 对辊式 调直速度快，被加工钢筋表面

23、有轻微划伤，工作噪声小。钢筋 调直效果一般，控制要求较高。适合各种钢筋，特别适合冷、热轧带肋钢筋。 调直模式加对辊复合式 调直效果比较好，比较容易控制。调直速度高 于曲线辊式，低于对辊式。被加工钢筋表面有划伤，工作噪声比较小。适合各 种钢筋。 （6）切断方式 切断方式的不同，在很大程度上影响着下料机的性能，下 面将对各种不同的切断方式进行详细地介绍，分析其工作原理及特点。切断方 式按切刀的移动方式不同可分为：旋转式剪切、上下移动式剪切和下移式剪切 三种5，其工作原理如图 1-2 所示。 图 1-2 三种切断方式 工作时，绕在旋转架上的钢筋，在连续旋转着的牵引轮和调直架内的调直 辊共同作用下，从

24、切刀中间通过，进入承料架。当调直钢筋端头触动定长装置 的信号发生器时，发生器发出信号，操动切断刀具动作，切断钢筋后刀具返回 第 1 章 绪论 -7- 到下一次的启动位置。 旋转式剪切系统主要由承料架，定长开关，电磁铁，牙嵌离合器，主动齿 轮，切断齿轮，制动器等组成。当钢筋通过两个切断齿轮中间的缝隙进入承料 架并触动定长开关后，通过电磁铁带动牙嵌离合器使飞轮轴与主动齿轮轴连接， 主动齿轮旋转一周带动切断齿轮旋转三分之一周，同时切断钢筋。切断齿轮上 均布三对刀齿并轮流工作，以延长刀具寿命。 上下移动式剪切系统主要由承料架，定长开关，电磁铁，转键离合器，曲 柄连杆，平移式下切刀台，摆动式上切刀片，制

25、动器等组成。当钢筋通过平移 式下切刀进入承料架并触动定长开关后，电磁铁带动转键离合器使飞轮轴与曲 柄轴联接，曲柄上的连杆推动平移式下切刀台在四连杆机构的作用下前进。摆 动式上切刀片的一端固定在机架上，另一端刃口紧贴在平移式下切刀台的刀刃 处，当平移式切刀台沿圆弧轨迹运动时，两刀片刃口相对运动，切断钢筋，曲 柄使刀台复位，等待下一次剪切。 下移式剪切系统的形式比较多，按刀具的驱动形式可分为：摆动式、锤击 式、液压式。 摆动式切断方式：这种设备的剪切机构类似一把铡刀，当钢筋通过固定的 机架上的定刀孔进入承料架并触动定长开关后，摩擦片式离合器动作，带有凸 轮的转轴旋转一周，凸轮使带有切刀的摆臂摆动，

26、从而完成一个切断动作。目 前国外进口的自动下料机的剪切机构大都采用这种方式。 锤击式切断方式：国内大多数带肋钢筋加工厂和预制构件厂使用的自动下 料机均采用这种机构。这种设备是由电机带动一个曲轴转动，一个锤头在曲轴 的作用下高速不停地上下运动，在锤头的后面位置上有一个滑动刀台，刀台上 有切断钢筋用的切刀。当钢筋前进到预定长度时，钢筋端头触动与滑动刀台相 连的定尺板，定尺板带动刀台前移。当刀台移到高速上下运动的锤头下时，锤 头打击刀台上的刀架，刀架上的上切刀将钢筋切断，切断的钢筋落入承料架内， 同时压缩弹簧将滑动刀台迅速推回原位置，以免被锤头第二次打击。锤击式切 断机构，长期以来一直存在连切的问题

27、，被行业称之为老大难问题。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。 河北联合大学继续教育学院 -8- 液压式切断方式：钢筋通过下切刀口进入承料架，触动定尺信号，该信号 可控制液压缸的动作，液压缸活塞杆的端部装有上切刀，活塞杆下行即可切断 钢筋。这种切断方式根据定尺机构的不同，定尺精度也不同。 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，因而钢筋自动下料 机能以很高的冲击力进行剪

28、切。 （2）具有较低的工作噪音摆脱了齿轮等机械传动，直接由油缸实现直线传 动，因而结构简单，噪音小。 （3）具有较好的工作适应能力可实现直径在 6mm16mm 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。 （4）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。 （5）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。 1.3 钢筋自动下料机的基本结构及工作原

29、理 （1）自动下料机的基本结构 虽然钢筋自动下料机的类型较多，但其目的都是为了满足各种功能、性能 效率、寿命的要求，所以在结构上都有一些基本的共同点。具体的表现如下： 机体 钢筋自动下料机的机体多采用钢板焊接结构。制造工艺简单、陈 本较低。也有采用箱式球铸结构的，如 GQ60A 封闭式钢筋自动下料机，与钢板 焊接结构相比，机体变形小，整体密封性能好2。 剪切机构 钢筋自动下料机多采用动刀片和定刀片进行剪切，由剪切机 构对动刀片进行控制来实现其旺夫冲击运动的。根据剪切形式的不同，可分为 第 1 章 绪论 -9- 旋转式剪切机构、上下移动式剪切机构、下移式剪切机构5。其中，下移式剪 切机构又可以分

30、为摆动式、锤击式和液压式。目前国内多使用锤击式剪切机构。 定尺部分 定尺剪切讯号的发出有三种形式：机械信号，行程开关（接 或非接触式）发出的电信号，光电码盘发出的电讯号。一般地说，定尺的精度 主要取决于发出讯号到切刀相应的时间误差。因为机械信号与刀具直联，响应 时间很短，时间误差很小，所以目前机械定尺占主导地位10。 承料机构 在钢筋自动下料机切断过程中，最后一道工序是承料和落料， 它在加工工艺过程中也是很重要的一道工序。校直后的钢筋在切断前要在承料 架中向前运动，必须避免校直的钢筋收到划伤、变弯，同时还要保证切断后能 即使落料。所以承料机构设计也是必须予以重视的。承料机构主要由不等边的 大角

31、钢、小角钢、支撑柱和定长装置组成的。 （2）自动下料机基本工作原理 考虑到钢筋自动下料机主要是对钢筋进行剪切的，而且各种要求也是针对 其 剪切性能提出的。所以，现对不同形势钢筋自动下料机的剪切远离进行较为详 细 研究。 如前所述，按钢筋自动下料机的剪切方式大体可将其分为三种：旋转式剪 切，上下移动式剪切，下移式剪切5。下面分别对其工作原理进行阐述分析。 河北联合大学继续教育学院 -10- 图 1-3 旋转式剪切原理图 图 1-3 是采用旋转式剪切的钢筋自动下料机工作原理简图。一般情况下， 该剪切系统主要由牵引轮、定长开关、电磁铁、牙嵌离合器、主动齿轮、切断 齿轮、制动器、剪切装置和承料架等组成

32、。当钢筋通过两切断齿轮中间的缝隙 进入成料架并触动定长开关后，通过电磁铁带动牙嵌离合器使飞轮轴与主动齿 轮轴联接，主动齿轮旋转一周带动切断齿轮旋转三分之一周，同时切断钢筋。 切断齿轮上均布三对刀齿，三者轮流工作，以延长刀具寿命。 这类钢筋自动下料机采用牙嵌离合器进行联接，收到工作原理的限制其联 接速度不可过大，转差一般不超过 100150rpm，因此导致了钢筋前进速度不能 过大。同时又由于切断齿轮的转动惯量比较大，启动和停止时的惯性力也比较 大，故而容易造成连切。 第 1 章 绪论 -11- 图 1-4 上下移动式剪切原理图 图 1-4 是采用上下移动式剪切的钢筋自动下料机工作原理简图。该系统

33、主 要由牵引轮、定长开关、电磁铁、转键离合器、祛病两岸、平移式下切刀台、 摆动式上切刀片、制动器和承料架等组成。当钢筋通过平移式下切刀台摆动式 上切刀片、制动器和承料架等组成。当钢筋通过平移式下切刀台进入承料架并 触动定长开关后，电磁铁带动转键离合器使分轮轴与曲柄轴联接，去冰上的连 杆推动平移式下切刀台在四连杆机构的作用下前进。摆动式上切刀片的一端固 定在机架上，另一端刃口紧贴在平移式下切刀台的刃口处，当平移式下切刀台 沿圆弧轨迹运动时，两刀片刃口相对运动，切断钢筋，曲柄使刀台复位，等待 下一次剪切。 这类钢筋自动下料机通过四连杆机构可使下切刀台自身平行地绕摆杆做摆 动，是一种飞剪。剪切机构的

34、运动质量与上一类机构相比小了许多，速度应当 可以达到 1m/s 以上。但由于上切刀在剪切时刃口存在转动力矩，与下切刀刃口 的磨损较严重。同时它在剪切工程中钢筋被向上抬起，牵引轮与剪切机构之间 的距离不可过近，否则钢筋头部容易弯曲变形。还由于该设计采用了转键离合 器，使其剪切速度受到限制。 下切式剪切系统的形势比较多，按刀具的驱动形势可分为：摆动式、锤击 式及液压式。国内大多数带肋钢筋加工厂和预制构件厂使用的钢筋自动下料机 河北联合大学继续教育学院 -12- 均为锤击式，其工作原理简图如图 1-5 所示。电机带动曲轴转动，锤头在曲轴 的作用 图 1-5 下切式剪切原理图 下高速不停地上下运动，在

35、锤头的后面位置上有一个滑动刀台，刀台上有切断 钢筋用的切刀。当钢筋前进到预定长度时，钢筋端头触动与滑动刀台相连的定 尺扮，定尺板带动刀台前移。当刀台移到高速上下运动的锤头下时，锤头击打 刀台上的刀架，刀架上的上切刀将钢筋切断，切断的钢筋落入承料架内，同时 压缩弹簧将滑动刀台迅速退回原位置，以免被锤头第二次击打。 这种钢筋自动下料机的剪切机构与定尺装置直接联接，没有中间环节，因 此定尺的精确度极高，误差在 1mm 以内。同时，由于该剪切机构不存在离合器 装置，因此刚进的前进速度较高，一般在 3050m/s 之间。同时在剪切时，锤头 可随刀台前进 2030mm，因此切断的钢筋表面质量和断面质量较高

36、。但该设备 在使用过程中如果调整的不合适，刀台在锤头两次下行的间隔时间内不能及时 返回，将造成钢筋的连切现象。 河北联合大学继续教育学院 -13- 第 2 章 钢筋自动下料机设计方案 2.1 传动方案比较 在最初的设计中，通过查阅大量的相关资料以及翻阅各类相关的书籍，初 步设计出了第一种传动方案：用电动机同时带动进给机构和切断机构，从电动 机出来先经过一级带传动减速，之后经过减速器的减速作用使转速大大降低， 再通过齿轮传动等一方面将运动传给用于进给的辊轮，另一方面传递给剪切装 置，最初选取了一个凸轮机构，在凸轮上安装一个刀具，使刀具在凸轮的带动 下进行运动从而进行切削。 经过一段时间的验算及结

37、构设计，在方案一的基础上进行了完善和改进， 形成了第二种传动方案：带传动和减速器的设计不变，剪切装置进行了改进， 改变后的剪切装置类似于缝纫机的针头部分的结构，是一个曲柄滑块结构，保 证了用于切削的切刀只在垂直方向上运动。为了在结构上能够相匹配，使钢丝 能够在进给和切削的动作时位于同一高度和平面内。通过三级的齿轮传动带动 辊轮可以使相互位置满足。 最终感觉以上两种传动方案属于纯机械运动控制，误差较大，可行性较低， 因此提出第三种传动方案：用电动机带动辊轮进行进给，用液压缸推动切刀进 行切割，其中设计到控制部分，在挡块上加上行程开关，当六根钢筋同时触碰 行程开关后，通过单片机的控制，电机停转，液

38、压缸推动刀具进行切削。这样 保证了每次切削下的钢筋可以达到相同大小。 2.2 设计方案确定 前两个方案均是纯机械的控制，进给速度以及切削的周期都是已经计算规 定好的，按提前设定好的进给方式和切断方式进行切削运动。比较省事，但实 现起来比较困难。相比来说，最后的方案更为简洁，实现起来更为容易，而且 同时涉及到了机械传动部分和机电控制部分，实现了下料机的自动运行以及长 度可调节，提高了切削的效率，体现了机电一体化的设计理念，利用粗糙度很 第 2 章 钢筋自动下料机设计方案 -14- 大的内槽进行钢筋的进给，通过很大的摩擦力带动钢筋向前推进，另外两对辊 轮同时使钢筋校直，钢筋以较高的直线度向前进给，

39、当六根钢筋同时触碰位于 挡块上的行程开关时，通过单片机的作用，先控制电机停转，然后使液压缸的 进油阀打开，液压缸开始向前进给推动刀具进行切削，当切削完毕触碰到远点 行程开关时，单片机控制液压缸进油阀关闭，出油阀打开，液压缸带动刀具快 速回程，到达初始位置时触碰近点行程开关，通过单片机作用，液压缸出油阀 关闭，控制继电器开，电动机通电继续转动，带动钢筋继续向前进行进给。 2.3 总体结构示意图 由以上所述的传动方案，结合设计构想，确定总体框架，用焊接有带螺纹 孔的支架通过螺纹联接组成下料机总体的机身部分，再在支架上面固定特制长 板材，使下料机各部分都可以固定在其上进行工作。通过进一步的计算，确定

40、 了各个部件之间的距离和相对位置，不经过再一次细心的布局，完成了总体结 构的设计，结构示意图如图 2-1 所示。 主视图 河北联合大学继续教育学院 -15- 俯视图 图 2-1 自动下料机整体结构图 2.4 本章小结 （1）本章主要阐述了设计过程中所经历的三种设计方案，并论述其优缺点。 （2）确定最终的设计方案并且完成钢筋自动下料机的整体结构布局。 河北联合大学继续教育学院 -16- 第 3 章 自动下料机的机构设计 3.1 传动机构的设计 3.1.1 电机的选择 工作原理：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，

41、使活 动刀片和固定刀片相错而切断钢丝。 传动方案简述：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、噪声小以及过载保护等 优点，并安装张紧轮。然后采用二级齿轮减速，因为齿轮传动可以用来传递空 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。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。由于传动系统做的是回转运动，而自动下料机的执行 机构需要的是直线往复运动，为了实现这种转换，可以采用曲柄滑块机构，盘 形凸轮移动滚子从动件机构，齿轮齿条机构。考虑现实条件因此决定采用曲柄 滑块

42、机构作为自动下料机的执行机构。 （1）切断钢丝需用力的计算 自动下料机的工作原理是为了保证钢丝的切断，剪应力应超过材料的许用 剪应力。即切断钢丝的条件为： 查阅资料可知刚丝的许用剪应力为：取最大值 2550Mpa。刚丝的粗度为： d=8mm。 则本机器的最小切断力为： (3-1) 4 （ ） Q 2550 * * 2/4 Q 2550* 3.14 * (8/4) Q 16014 又因为该自动下料机是跟钢丝同时切断，故 Q=96084N 取整得 Q=97000N。 第 3 章 钢筋自动下料机设计方案 -17- 功率计算: 刀的速度小于曲轴处的线速度。则切断处的功率： =502.84 W 分配传动

43、比 电动机型号为 Y112M-6，满载转速为 960r/min。切削速度为 15 次/分 总传动比 = 960/15 =64 ； 1 分配传动装置的传动比 i = i 0* i1 上式中 、 分别为带传动与减速器（两级齿轮减速）的传动比，为使 01 V 带传动的外扩尺寸不至于过大，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。初步取 =2 ，则减速器的传动比为 = i / = 64 / 2=32 010 分配减速器的各级传动比 按展开式布置，查阅有关标准16，取 =6.4 ，则 =5 12 计算各轴机构的运动及动力参数 1. 各轴的转速 I 、II、III I 轴 ： min/ r48

44、02/960/ 01 NNN m II 轴 ： min/754 . 6/480/ 112 riNN III 轴 ： min/155/75/ 223 riNN 2. 各轴的输入功率 河北联合大学继续教育学院 -18- I 轴 ： kwPP068 . 2 94 . 0 2 . 2 011 II 轴 ： kwPP966 . 1 98 . 0 97 . 0 068 . 2 1212 III 轴 ： kwPP869 . 1 98 . 0 97 . 0 966 . 1 2323 3. 各轴的输入转矩 电动机输出转矩 III 轴 mNiTT91.118998 . 0 97 . 0 535.250 23223

45、 3.1.2 带传动设计 定 V 带星号和带轮直径12 工作情况系数 Ka = 1.2 计算功率 Pc =KaP =1.2*2.2 Pc =2.64kw 选带型号 A 型 小带轮直径 取=100mm D1 大带轮直径 =（1-0.01）*100*960/480 2= （1 - ） * D1 1 / 2 （设 =1%） 选=198mm D2 大带轮转速 (3-2) 2= （1 - ） * D1 1 / 2 =（1-0.01）*100*960/198 =480r/min 2 计算带长 求 Dm =（100+198）/2 =149mm D= (D2+ D1)/2D 求 =（198-100）/2 =4

46、9mm = （D2- D1）/2 初取中心距 a=550mm 带长 (3-3) L = D+ 2a + /a =*149+2*550+49/550 L=1572 mm 基准长度 =1600mm 求中心距和包角 中心距 a= （L - D）/4 + 1/4 * （L - D） - 8 =（1600-*149）/4+1/4*1600-*149-8*49 第 3 章 钢筋自动下料机设计方案 -19- a=563.8mm 小轮包角 1 = 180 - （D2 - D1） * 60/a =180-（198-100）*60/563.8 =169.6120 1 求带根数 带速 =*198*960/（60*1

47、000） =10m/s = D11/（60 * 1000） 传动比 =960/480 i=2 i = 1 / 2 带根数 查表可知12 ： =0.97 kw ； =0.98 ； 0 =0.99 ； =0.11 kw 0 （3-4） z = /（P + 0） =2.64/（0.97+0.11）*0.98*0.99）=2.52 取 z=3 根 求轴上载荷 张紧力 0 = 500 * * (2.5 - )/ )/vz + q =500*2.64*(2.5-0.98)/0.98)/(10*3)+0.10*10 Fo=78.2 N (q=0.10kg/m) 轴上载荷 （3-5） = 2z0sin（1/2） =2*3*78.2*sin（169.6/2） Fq=467.3 N 带轮结构 ：如图 3-1 所示 河北联合大学继续教育学院 -20- 图 3-1 带轮结构与尺寸零件图 3.1.3 双级减速器设计计算 3.1.3.1 齿轮的设计计算 （1）高速级齿轮： 齿面接触疲劳强度计算： 因传动尺寸无严格限制，批量较小，故选材如下： 小齿轮 ：40Cr 钢，调制处理，硬度 241HB286HB，平均取为 260HB 大齿轮 ：45 钢 ，调制处理，硬度 229HB286HB，平均取为 240HB 初步计算 第 3 章 钢筋自动下料机设计方案 -21- 转矩 （3-6） 11= 9.55 * 106