卧式钢筋切断机的设计
2020-09-10栾加航刘斌
栾加航 刘斌
摘要：随着工业科学技术的提升，根据不同情况对电动机的类型选要包括如卧式、防护式以及鼠笼式。在减速方案选择时，选择使用3级减速，先是一级带减速，然后两级齿轮减速，减速器通过带和齿轮进行减速。设计系统主要依靠电动机作为输出动力运行整个系统，进而能够使得动力系统传动到执行机构。由于设计的传动系统其运动轨迹是往复运运动，所以本文对执行机构进行设计时，主要设计往复运动机构。因此本文使用曲柄滑块机构作为卧式钢筋切断机的执行机构。
關键词：切断;钢筋;齿轮;曲柄滑块
一、国内外钢筋切断机的对比
随着工业社会的高速发展，钢材的使用领域越来越广泛，钢筋又是钢材中使用频率很高的建筑钢材，所以钢筋的加工生产是研究者和企业在关注的热点。对钢筋的需求量来说，有必要对钢筋切断机进行结构设计。在通过大量文献了解到，国内外的钢筋切断机存在着很多大的差异：
1.国外切断机偏心轴的偏心距较大，我国切断机偏心轴较小，看起来省料却不好管理。
2.国外切断机的机架都是钢板焊接结构，零件精加工等工艺过硬，使切断机承受载荷等方面强于国美机器。
3.国内切断机刀片设计不合理，单螺栓固定，刀片厚度不够，缩短刀具使用寿命。国外都是双螺栓固定，提高了刀具使用寿命。
4.国内切断机相比于国外切断机，效率偏低。
5.国内切断机外观质量，性能较差，国外厂家一般都有规模生产，形成一套完整的质量保证加工体系。
因此在市场激烈如此严重的钢材市场中，只有使企业提升管理模式，加大科研研究力度，对新技术的重视，以及提高新产品研究效率，同时提升整体的性能以及售后的水平，这样在一定程度上才能够使我国钢筋切断机走出国门，进而可以缩短与国外钢筋切断机距离。
二、工作原理
卧式钢筋切断机是通过电动机作为动力源，电动机经一级三角带传动和二级齿轮传动减速后，带动曲轴旋转带动执行机构（V型带以及齿轮）进行动力传输，进而能够使得轴带动曲柄滑块在底座所设计的滑块上进行往复运动。这样才能够使执行元件对钢筋进行切断。
三、基本结构及设计参数
（A）电动机：根据本文的设计要求，切断钢筋的最大直径为16mm以及切断钢筋平均每分钟为15。得到本文钢筋切断机需要应力为22000N
（3-1）
通过查阅机械设计手册，由下式的计算，其总传动效率为：
η= 0.94×0.96×0.98×0.81=0.72 （3-2）
由此可知所选电机功率最小应为 kw （3-3）
所以选择电动机类型为输出为2.2kw，转速为960r/min的Y型电动机。
（B）传动机构：传动机构包括两个v型带轮，v行带，两组齿轮。
（a）V型带轮以及V型带设计参数为：大齿轮直径为200mm。小V型带轮直径为100mm。
带速的计算
（3-4）
由式 可知：取中心矩为400mm
带长度通过下式进行计算
（3-5）
查阅资料选取带的长度为1250mm
计算实际中心矩：
取386mm （3-6）
V型带的根数
查表知 p1=0.97 Δp1=0.11 ka=0.965（3-7）
kl=0.93 则，取Z=4 （3-8）
张紧力的计算
（3-9）
（b）第一组齿轮：大齿轮材料选用45钢，小齿轮材料选用40Cr，小齿轮齿数为20，大齿轮齿数为128，两个齿轮传动比为6.4。
选择尺宽系数ψd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 ψd=0.6
小齿轮直径为60mm，其尺宽为b=36mm
圆周速度为：
参照手册选精度等级为9级。（3-10）
计算小齿轮转矩T1
（3-11）
确定重合度系数Zε、Yε：由公式可知重合度为
（3-12）
则由手册中相应公式可知：
（3-13）
（3-14）
（b）第二组齿轮：大齿轮材料选用45钢，小齿轮材料选用40Cr，小齿轮齿数为28，大齿轮齿数为140，两个齿轮的传动比为5。
选择尺宽系数ψd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 ψd=2/3
初估小齿轮直径d1=84mm，则小齿轮的尺宽为b=ψd× d1=2/3×84=56mm
齿轮圆周速度为：
参照手册选精度等级为9级。
计算小齿轮转矩T1
（3-15）
确定重合度系数Zε、Yε：由公式可知重合度为
（3-16）
则由手册中相应公式可知：
（3-17）
参考文献：
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[2]胡永华，刘中.钢筋切断机参数化设计系统开发[J].机械工程与自动化，2011（02）：162-163.
[3]肖强. 基于ANSYS Workbench的钢筋切断机有限元分析与优化[D].
[4]孟宪东，李晓舟，杨应伟，董经达.微小型零件切断装置优化设计分析[J].工具技术，2017，51（09）：76-80.
