鋼筋切斷機仿真設計

1、鋼筋切斷機仿真設計摘 要鋼筋切斷機是一種廣泛應用于機械制造、建筑等行業(yè)中的重要工具，隨著科技的進步和加工要求的不斷提高，現(xiàn)有的鋼筋切斷機己逐漸不能適應用戶的新需求，目前鋼筋切斷機還有待于進一步全面深入的研究。降低成本、增加新功能、提高自動化水平等將成為鋼筋切斷機今后發(fā)展的方向。針對鋼筋切斷機設計和生產的現(xiàn)狀，進行了生產加工狀況、常見故障及關鍵問題的調查，然后使用有限元及虛擬樣機技術對鋼筋切斷機三維模型進行結構靜力學分析、動力學分析，進而提出改進方案。借助先進的Pro/E, ANSYS和ADAMS軟件聯(lián)合仿真，建立了鋼筋切斷機模型，并實現(xiàn)了其運動仿真，通過對箱體模烈做有限元分析，提出了改進方案并

2、證明了改進方案的可行。利用LS-DYNA仿真鋼筋切斷機剪切鋼筋的動態(tài)過程。關鍵詞 鋼筋切斷機；建筑；齒輪 Type steel cutting machinesdesigningAbstractThe Reinforcing Steel Cutter is an important instrument used widely in the machinery manufactures and construction industries. With technologies being improved and more requires asked, users aren't c

3、ontent with the existing Reinforcing Steel Cutter. It needs further and deeply researching now Its directions will be reducing cost, adding new features and improving the automation level.Aim at the design and production status of the Reinforcing Steel Cutter, Study the common faults and key issues.

4、 Next, propose improvement scheme by analyzing static structure and dynamics of three-dimensional model of the Reinforcing Steel Cutter with the FEM technology and VP technology.Co-simulation by virtue of the advanced softwares Pro/E, ANSYS and ADAMS, establish a model of the steel cutting machine a

5、nd achieve its motion simulation. Present improvement schemes and prove their feasibility through doing finite element analysis on the case model. Keywords Reinforcing Steel Cutter; architectural; gear III目 錄摘 要IAbstractII第1章 緒論11.1課題背景11.2課題主要參數11.3鋼筋切斷機的工作原理21.4本章小結2第2章 電機選擇32.1切斷鋼筋需用力計算32.2 功率計算3

6、 2.3本章小結4第3章 傳動結構設計43.1 基本傳動數據計算53.2 帶傳動設計53.3 齒輪傳動設計73.3.1 第一級齒輪傳動設計73.3.2 第二級齒輪傳動設計113.4 軸的校核153.4.1一軸的校核153.4.2二軸的校核193.5 鍵與軸承的校核223.5.1平鍵的強度校核223.5.2軸承的校核243.6本章小結27第4章 模型的建立及其運動仿真284.1 Pro/E簡介284.1.1基于特征284.1.2參數化設計284.2基本結構294.3鋼筋切斷機模型的建立294.3.1箱體模型的建立294.3.2齒輪及齒輪軸模型的建立294.3.3其他零部件模型的建立314.4虛擬

7、裝配314.4.1模塊化的虛擬裝配314.4.2裝配中的問題及解決方法324.5運動仿真334.5.1建立運動機構仿真的一般步驟334.5.2鋼筋切斷機運動仿真實現(xiàn)334.5.3保存結果354.6本章小結36總結37參考文獻38致 謝39第1章 緒論1.1課題背景鋼筋切斷機是一種建筑機械，是鋼筋加工必不可少的設備之一，它主要用于房建筑、橋梁、隧道、電站、大型水利等工程中對鋼筋的定長切斷。相對而言其本身具有重量輕、耗能少、工作可靠、效率高等特點，因此，近年來逐步被建筑工地和小型軋鋼廠等單位廣泛采用，在國民經濟建設中發(fā)揮了重要的作用。改革開放三十年，我國的國計民生得到了長足的發(fā)展，建筑業(yè)和制造業(yè)規(guī)

8、模都不斷地擴大，但在個別方面我們和西方發(fā)達國家依然有不小的差距。制造業(yè)是國民經濟的基礎行業(yè)，也是高新技術發(fā)展的支撐，隨著經濟全球化的不斷推進、機械制造業(yè)的飛速發(fā)展，新的技術變革悄然興起。近年來，一些傳統(tǒng)的設計、生產方法受到了挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)生產方式僅依靠二維圖紙先生產出樣品，經反復試驗、改進，然后才投入批量生產的方法逐漸被現(xiàn)代設計生產模式取代。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，計算機輔助設計己經滲透到機械發(fā)展的各個行業(yè)中，該項技術的介入，也大大加快了機械行業(yè)的發(fā)展，而且計算機輔助設計已成為該領域的一個研究熱點，與計算機輔助制造、計算機輔助工藝設計在行業(yè)中共同發(fā)揮著很大的作用。近年來，計算機輔助設計、訓一算機輔助制

9、造等技術在很多領域得到了深入的展，但由于鋼筋切斷機生產廠家規(guī)模不大，結構簡單，技術含量低等原因，三維建模、虛擬樣機技術、有限元分析等先進的計算機輔助技術很少用到鋼筋切斷機的設計生產過程中。本文充分利用成熟的計算機仿真技術對鋼筋切斷機的箱體、剪切機構及減速機構計算分析，將使鋼筋切斷機的質量、壽命得到提高，并降低成本及提高其可靠性。1.2課題主要參數本次畢業(yè)設計的任務是臥式鋼筋切斷機的設計。其主要參數為：切斷鋼筋直徑(mm)：60 鋼筋抗拉強度(MPa)：450兩刀刃的最大開口距(mm)：65; 最小開口距(mm)：13剪切次數(次/分)：27/58; 總速比：50.6/l07曲軸偏心距(mm)：

10、26; 連桿長度 (mm)：300電機功率(kW)/電壓(v)/轉速(r/min)：7.5/380/2900外形尺寸：1500×660×915整機重量(kg) <900在設計中通過計算和考慮實際情況選則合適的結構及參數，從而達到設計要求，同時盡可能的降低成本，這也是一個綜合運用所學專業(yè)知識的過程。畢業(yè)設計是對四年大學所學知識的一個總結，也是走上工作崗位前的一次模擬訓練。1.3鋼筋切斷機的工作原理工作原理：采用電動機經一級三角帶傳動和二級齒輪傳動減速后,帶動曲軸旋轉,曲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。 圖1-1

11、鋼筋切斷機原理圖1.4本章小結本章主要說明了課題背景以及確定了課題主要參數并且講述了本設計鋼筋切斷機仿真設計的主要工作原理。第2章 電機選擇 傳動方案簡述：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。再采用兩級齒輪減速，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。由于傳動系統(tǒng)作的是回轉運動,而鋼筋切斷機的執(zhí)行機構需要的直線往復運動,為了實現(xiàn)這種轉換,可以采用曲柄滑塊

12、機構,盤行凸輪移動滾子從動件機構,齒輪齒條機構?？紤]現(xiàn)實條件，我決定采用曲柄滑塊機構作為本機械的執(zhí)行機構。2.1切斷鋼筋需用力計算 為了保證鋼筋的剪斷，剪應力應超過材料的許應剪應力 。即切斷鋼筋的條件為：查資料可知鋼筋的許用剪應力最大值為450MPa。由于本切斷機切斷的最大剛筋粗度為：d=60mm。則本機器的最小切斷力為：56000N。2.2 功率計算刀的速度小于曲軸處的線速度。則切斷處的功率P： 查表可知在傳動過程中，帶傳動的效率為= 0.940.97； 二級齒輪減速器的效率為= 0.960.99；滾動軸承的傳動效率為= 0.940.98；連桿傳動的效率為= 0.810.88；滑動軸承的效率

13、為= 0.980.99由以上可知總的傳動效率為:= 0.94×0.96×0.98×0.81=0.72由此可知所選電機功率最小應為 ：kw查手冊并根據電機的工作環(huán)境和性質選取電機為：Y系列封閉式三相異步電動機，代號為Y112M-6，輸出功率為7.5kw，輸出速度2900r/min。2.3本章小結本章主要是確定了電機的選擇，并且對切斷鋼筋需要的力進行計算，電機需要的功率進行計算，從而選定適合本設計的電機。第3章 傳動結構設計3.1 基本傳動數據計算1. 分配傳動比電動機型號為Y，滿載轉速為2900 r/min。方案一：總傳動比 i=50.6 方案二：總傳動比 i=10

14、7分配傳動裝置的傳動比i=i0×i1上式中i0、i1分別為帶傳動與減速器（兩級齒輪減速）的傳動比，為使V帶傳動的外廓尺寸不致過大，同時使減速器的傳動比圓整以便的獲得圓整的齒數。初步取i0 =2，則減速器的傳動比為:方案一：i1=i/i0 =25.3 方案二：i3=i/i0=53.5分配減速器的各級傳動比按展開式布置，查閱有關標準，取i11=6.3，則i22=4，i33 =9 i44 =5。兩種方案的比較結果：方案二速比太大，大小齒輪的分度圓直徑相差太大，潤滑，安裝不方便，不匹配。為了降低強度，減小體積，減小噪聲，盡量取小模數齒輪！減小空間，簡化結構，降低成本，所以選擇方案一?。ㄗ⒁韵?/p>

15、用i1代替i11，i2代替i22）2. 計算機構各軸的運動及動力參數(1) 各軸的轉速 軸n1=nm/n0=2900/2=2450r/min 軸n2=n1/i1=2450/6.3=389r/min 軸 n3=n2/i2=389/4=98r/min(2) 各軸的輸入功率 軸 軸 軸(3) 各軸的輸入轉矩電動機輸出轉矩 3.2 帶傳動設計1. 帶型的確定由設計可知：V帶傳動的功率為2.2kw，小帶輪的轉速為960r/min，大帶輪的轉速為480r/min。查表可知 工況系數取 KA=1.5 ，Pc=1.5×2.2=3.3kw。根據以上數值及小帶輪的轉速查相應得圖表選取A型V帶。2. 帶輪

16、基準直徑查閱相關手冊選取小帶輪基準直徑為d1=100mm，則大帶輪基準直徑為d2=2×100=200mm3. 帶速的確定，根據公式(3-1)可計算得： (3-1)4. 中心矩、帶長及包角的確定由式0.7(d1+d2)<a0<2(d1+d2) 可知：0.7(100+200)<a0<2(100+200)，得210a0600，所以可以確定中心矩為 a0=400。根據相關公式初步計算帶的基準長度： 查表選取帶的長度為1250mm，計算實際中心矩： 取386mm。驗算小帶輪包角： 5. 確定帶的根數，根據公式(3-2)可以得出： (3-2)p1=0.97，p1=0.11

17、，ka=0.965，k1=0.93，可以得知Z=4。張緊力 查表q=0.10kg/m，所以F0=133.1N。 6. 作用在軸上的載荷 圖3-2 帶輪的結構與尺寸圖3.3 齒輪傳動設計3.3.1 第一級齒輪傳動設計1. 選材料、確定初步參數(1) 選材料小齒輪：40Cr鋼調制，平均取齒面硬度為260HBS 大齒輪：45鋼調制，平均取齒面硬度為260HBS(2) 初選齒數 取小齒輪的齒數為20，則大齒輪的齒數為20×6.4=128(3) 齒數比即為傳動比為6.4。 (4) 選擇尺寬系數d和傳動精度等級情況，參照相關手冊并根據以前學過的知識選取 d=0.6。初估小齒輪直徑d1=60mm，

18、則小齒輪的尺寬為b=d× d1=0.6×60=36mm。(5) 齒輪圓周速度為： (6) 計算小齒輪轉矩T1(7) 確定重合度系數Z、Y：由公式可知重合度為則由手冊中相應公式可知：(8) 確定載荷系數 KH 、KF確定使用系數 KA：查閱手冊選取使用系數為KA=1.85，確定動載系數Kv：查閱手冊選取動載系數Kv=1.10，確定齒間載荷分布系數KHa、KFa： 載荷系數KH、KF的確定，由公式可知2. 齒面疲勞強度計算(1) 確定許用應力H(2) 總工作時間th，假設該切斷機的壽命為10年，每年工作300天，每天工作8個小時，則： (3) 應力循環(huán)次數 N1、N2 (4)

19、壽命系數 Zn1、Zn2 ，查閱相關手冊選取Zn1=1.0、Zn2=1.15(5) 接觸疲勞極限取:hlim1=720MPa、hlim2=580MPa(6) 安全系數取:Sh=1.0(7) 許用應力h1、h2 =720MPa =667MPa3. 彈性系數ZE 查閱機械設計手冊可選取4. 節(jié)點區(qū)域系數ZH查閱機械設計手冊可選取ZH=2.55. 求所需小齒輪直徑d1 =55.34mm與初估大小基本相符。6. 確定中心距，模數等幾何參數中心距a： 圓整中心矩取222mm模數m：由中心矩a及初選齒數Z1 、Z2，得：分度圓直徑d1、d2得： 取大齒輪尺寬b1=60×0.6=36mm，小齒輪尺

20、寬取 b2=40mm。7. 抗彎疲勞強度驗算(1) 求許用彎曲應力 F應力循環(huán)次數NF1、NF2 =8.8×107(2) 壽命系數Yn1、Yn2 ，查閱相關手冊選取Yn1=1、Yn2=1(3) 極限應力?。篎lim1=290MPa、Flim2=220MPa (4) 尺寸系數Yx：查閱機械設計手冊選，取Yx=1.5(5) 安全系數SF：SF=1.5(6) 需用應力F1 、F2，許用彎曲應力=387MPa =293MPa齒形系數YFa1、YFa2，取 YFa1=2.56 YFa2=2.15應力修正系數Ysa1、Ysa2，取 Ysa1=1.62 Ysa2=1.82校核齒根抗彎疲勞強度，齒根

21、彎曲應力 =149MPa<F1 =140.6MPa<F23.3.2 第二級齒輪傳動設計1. 選材料、確定初步參數(1) 選材料 小齒輪：40Cr鋼調制，平均取齒面硬度為260HBS 大齒輪：45鋼調制，平均取齒面硬度為260HBS(2) 初選齒數 取小齒輪的齒數為28，則大齒輪的齒數為28×5=140(3) 齒數比即為傳動比：i=52. 選擇尺寬系數d和傳動精度等級情況，參照相關手冊并根據以前學過的知識選取 d=2/3初估小齒輪直徑d1=84mm，則小齒輪的尺寬為b=d× d1=2/3×84=56mm齒輪圓周速度為： 參照手冊選精度等級為9級。3. 計

22、算小齒輪轉矩T14. 確定重合度系數Z、Y：由公式可知重合度為則由手冊中相應公式可知：5. 確定載荷系數 KH 、KF確定使用系數 KA：查閱手冊選取使用系數為KA=1.85確定動載系數Kv：查閱手冊選取動載系數Kv=1.0確定齒間載荷分布系數KHa、KFa：=196.6N/mm>100N/mm則載荷系數KH、KF 的確定，由公式可知 =2.83=3.136. 齒面疲勞強度計算(1) 確定許用應力H總工作時間th：假設該彎曲機的壽命為10年，每年工作300天，每天工作8個小時 應力循環(huán)次數 N1、N2：=1.35×107=2.7×106查閱相關手冊選取壽命系數Zn1=

23、1.33、Zn2=1.48接觸疲勞極限取：hlim1=760MPa、hlim2=760MPa安全系數?。篠h=1許用應力h1、h2 =1010.8MPa=1124.8MPa(2) 所需小齒輪直徑d1 彈性系數ZE查閱機械設計手冊可選取節(jié)點區(qū)域系數ZH查閱機械設計手冊可選取ZH=2.5所需小齒輪直徑d1 =70mm與初估大小基本相符。(3) 確定中心距，模數等幾何參數中心距a： 圓整中心矩取252mm模數m：由中心矩a及初選齒數Z1 、Z2得： 分度圓直徑d1,d2 確定尺寬：取大齒輪尺寬為b1=84×2/3=56mm 小齒輪尺寬取b2=60mm7. 求許用彎曲應力F(1) 應力循環(huán)次

24、數NF1、NF2 =1.35×107 2.7×106(2) 應力F1 、F2 壽命系數Yn1、Yn2 ，查閱相關手冊選取Yn1=1、Yn2=1極限應力?。篎lim1=290MPa、Flim2=230MPa尺寸系數Yx：查閱機械設計手冊選，取Yx=1.5安全系數SF，取SF=1.5需用應力F1 、F2，許用彎曲應力 =387MPa =307MPa8. 齒形系數YFa1、YFa2，取 (1) 應力修正系數Ysa1、Ysa2，取 Ysa1=1.62 Ysa2=1.82(2) 校核齒根抗彎疲勞強度，齒根彎曲應力 =313MPa<F1=297MPa<F23.4 軸的校核3

25、.4.1一軸的校核 軸直徑的設計式如公式(3- ) 圖3-1軸的結構與受力圖圖3-2軸的受力轉矩、彎矩圖 1. 按當量彎矩法校核軸的強度(1) 設計軸系結構，確定軸的受力簡圖、彎矩圖、合成彎矩圖、轉矩圖和當量彎矩圖。(2) 求作用在軸上的力如表3-1表3-1 作用在軸上的力垂直面（Fv）水平面（Fh）軸承1F2=12NF4=891N齒輪 2 =N軸承3F1=476NF3=1570N帶輪41056N (3) 軸上的彎矩如表3-2，作出彎矩圖如圖3-2、3-2。表3-2 作用在軸上的彎矩垂直面（Mv）水平面（Mh）截面N.mm合成彎矩截面合成彎矩(4) 矩圖如圖3-2。(5) 量彎矩圖如圖3-2g

26、，并確定可能的危險截面、如圖3-2。并算出危險截面的彎矩如表3-3。表3-3截面的彎矩 截面截面(6) 確定需用應力已知軸材料為45鋼調質，查表得=650MPa。用插入法查表得=102.5MPa，=60MPa。 (7) 校核軸徑如表3-4表3-4 驗算軸徑截面截面結論：按當量彎矩法校核，軸的強度足夠。2. 軸的剛度計算 所以軸的剛度足夠。3.4.2二軸的校核軸直徑的設計式如公式()所示：圖3-3軸結構與軸受力圖圖3-4軸平面受力圖圖3-5平面彎矩圖 圖3-6合成彎矩圖圖3-7轉矩圖1. 按當量彎矩法校核軸的強度設計軸系結構，確定軸的受力簡圖、彎矩圖、合成彎矩圖、轉矩圖和當量彎矩圖。(1) 軸的

27、受力簡圖如圖3-3。表3-5 作用在軸上的力垂直面（Fv）水平面（Fh）軸承1F3=1627NF1=8362N齒輪 FBV=2381N軸承2F4=754NF3=12619N曲軸FBH=21848N(2) 計算出彎矩如表3-6，并作圖如圖3-3。表3-6 軸上的彎矩垂直面（Mv）/N·mm水平面（Mh）/N·mm截面合成彎矩截面合成彎矩(3) 作出轉彎矩圖如圖3-3。(4) 作出當量彎矩圖如圖3-3，并確定可能的危險截面、和的彎矩。表3-7危險截面的彎矩截面截面(5) 確定許用應力已知軸材料為45鋼調質(6) 校核軸徑如表3-8：表3-8 校核軸徑截面截面結論：按當量彎矩法校

28、核，軸的強度足夠。2. 軸的剛度計算所以軸的剛度足夠。3.5 鍵與軸承的校核3.5.1平鍵的強度校核1. 鍵的選擇鍵的類型應根據鍵聯(lián)接的結構使用要求和工作狀況來選擇。選擇時應考慮傳遞轉拒的大小，聯(lián)接的對中性要求，是否要求軸向固定，聯(lián)接于軸上的零件是否需要沿軸滑動及滑動距離長短，以及鍵在軸上的位置等。鍵的主要尺寸為其橫截面尺寸(鍵寬b 鍵高h)與長度L。鍵的橫截面尺寸b×h 依軸的直徑d由標準中選取。鍵的長度L一般可按輪轂的長度選定，即鍵長略短于輪轂長度，并應符合標準規(guī)定的長度系列。故根據以上所提出的以及該機工作時的要求，故選用A型普通平鍵。由設計手冊查得：鍵寬 b=16mm 鍵高 h

29、=10mm 鍵長 L=30mm2. 驗算擠壓強度平鍵聯(lián)接的失效形式有：對普通平鍵聯(lián)接而言，其失效形式為鍵，軸，輪轂三者中較弱的工作表面被壓潰。工程設計中，假定壓力沿鍵長和鍵高均勻分布，可按平均擠壓應力進行擠壓強度或耐磨性的條件計算，即：靜聯(lián)接式中 傳遞的轉矩（N·mm）軸的直徑（mm）鍵與輪轂的接觸高度(mm)，一般取 k=h/2鍵的接觸長度(mm).圓頭平鍵 l=L-b許用擠壓應力(MPa)鍵的工作長度為：l=L-b=11mm 擠壓面高度為：k=h/2=5mm 轉矩為： 許用擠壓應力，查表可以確定： 則擠壓應力所以 此鍵是安全的。附：鍵的材料：因為壓潰和磨損是鍵聯(lián)接的主要失效形式，

30、所以鍵的材料要求有足夠的硬度。國家標準規(guī)定，鍵用抗拉強度不低于600MPa的鋼制造，如45鋼Q275等。3.5.2軸承的校核 滾動軸承是又專業(yè)工廠生產的標準件。滾動軸承的類型、尺寸和公差等級均已制訂有國家標準，在機械設計中只需根據工作條件選擇合適的軸承類型、尺寸和公差等級等，并進行軸承的組合結構設計。1. 初選軸承型號 試選10000K軸承，查GB281-1994，查得10000K軸承的性能參數為：C=14617N，Co=162850N。2. 壽命計算 (1) 計算軸承內部軸向力。查表得10000K軸承的內部軸向力 (2) 計算外加軸向載荷(3) 計算軸承的軸向載荷 軸承1 軸承2 (4) 當

31、量動載荷計算 由式 查表得： FA/FR的界限值 查表知 故 故 則： 式中 (輕度沖擊的運轉)由于FP1<Fp2，且軸承1、2采用型號、尺寸相同的軸承，谷只對軸承2. 進行壽命計算。 (1) 計算軸承壽命(2) 極限轉速計算 由式 查得：載荷系數 載荷分布系數 故 計算結果表明，選用的10000K型圓柱孔調心軸承能滿足要求。3.6本章小結本章主要是計算了基本傳動數據，并且對帶傳動，齒輪傳動，其中包括對第一級，第二級齒輪傳動進行設計。還有本進行了軸的校核其中包括一軸和二軸的校核。另外也進行了鍵與軸承的校核。第4章 模型的建立及其運動仿真 隨著計算機技術在各領域的迅速滲透，計算機輔助設計、

32、計算機輔助制造和計算機輔助工程等技術在機械行業(yè)己經得到了廣泛的應用，逐漸從根本土改變了傳統(tǒng)的設計、生產、組織模式，對推動技術改造、促進經濟增長都具有十分重要的意義。到目前為止，在三維建模技術方面，Pro/E軟件作為優(yōu)秀的實體建模軟件己被廣泛應用于多個行業(yè)。4.1 Pro/E簡介 Pro/Engineer系統(tǒng)是由美國參數技術公司(Parametric Technology Corporation)開發(fā)的，是當今世界著名的三維CAD/CAM/CAE系統(tǒng)軟件，它廣泛應用于電子、機械、模具、工業(yè)設計、汽車、家電、玩具等行業(yè)，是一個全方位的三維產品設計和開發(fā)軟件，具有三維實體建模、參數化設計、基于特征和

33、單一數據庫功能等特性2.1.1三維實體建模三維實體建模的功能可以將用戶的建模思想以最真實的三維模型在計算機上模擬出來，并且建立的模型具有體積、面積、重心、重量等特征，在Pro/E中用戶可以方便地對設計模型進行旋轉、平移、縮放等操作。根據建模的要求，用戶可以隨時對模型每個數據作出修改。4.1.1基于特征Pro/E是一個以特征為基木操作單位的參數化實體模型系統(tǒng)。通過逐個添加特征，構筑出所建模型的完整形態(tài)，在設計過程中，采用具有智能特性基于特征的功能生成模型。例如，如果用廠，要在一個模型上加一個孔，那么就稱為增加一個孔特征，需要對這個模型某些邊添加圓角，就稱為增加圓角特征。Pro/E中的特征操作通過

34、選擇即可輕松實現(xiàn)，正是因為以特征作為設計單元，用戶可以隨時對這些特征做出合理的修改和調整。這一特性給工程設計人員提供了前所未有的簡易和靈活。4.1.2參數化設計 在運用Pro/E軟件建模的過程中，許多零部件的特征都是通過設置尺寸參數來實現(xiàn)的，例如給一個邊添加倒角特征，這個特征已經存在軟件中，只需根據建模的要求輸入相關參數即可，由參數驅動來實現(xiàn)大小不等的倒角;在建立鋼筋切斷機減速機構模型時，因各個齒輪的齒數、模數等特征均不相同，而模型是由參數驅動，所以在己經建立一個標準齒輪模型的基礎上，通過修改標準齒輪模型的參數即可獲得所需的其它齒輪模型。4.2基本結構經過多年的發(fā)展，鋼筋切斷機形成了不同型號的

35、系列產品，因為其功能大致相似，各型號的鋼筋切斷機結構差別不大。本課題主要基于GQ32型鋼筋切斷機進行研究，其結構主要包括以下幾部分:1. 箱體。目前常見的鋼筋切斷機箱體材料大多采用球墨鑄鐵，工藝簡單，一般都是鑄造而成，成本較低;也有部分產品箱體采用鋼板焊接結構。2. 傳動系統(tǒng)。根據型號不同常見的分為二級、三級傳動。主要在箱體內由齒輪軸和齒輪組成。3. 剪切機構。鋼筋切斷機基本上都是采用定刀片和動刀片進行剪切，由曲柄滑塊帶動動刀片做往復運動。4.3鋼筋切斷機模型的建立4.3.1箱體模型的建立箱體是鋼筋切斷機的主要組成部分，由多個面組成的不規(guī)則體，尤其是鋼筋切斷機的機頭部分，有斜面、槽等多種特征。

36、在箱體內外部各軸孔處為了加強其剛度，特別增加了軸孔周圍的箱體厚度，另外，還有用于固定刀座、軸孔蓋等零件的螺孔，所以，箱體模型是鋼筋切斷機整體模型中最復雜的組成部分。箱體模型是整個鋼筋切斷機建模的主要工作，要充分利用Pro/E的拉伸、旋轉、映射、圓角及倒角等功能，必要時還要建立相應的輔助基準軸線和輔助參考面。建立模刑時，先把箱體的主要輪廓建立起來，然后添加螺孔、倒角、圓角等特征。4.3.2齒輪及齒輪軸模型的建立 齒輪機構是在各種機械機構中應用最廣泛的一種傳動機構。它可以用來傳遞空間任意兩軸間的運動和動力，并具有傳動功率范圍大、傳動效率高、傳動比準確、使用壽命長，以及工作安全可靠等特點。本課題研究

37、的鋼筋切斷機是二級減速，在建好一個標準齒輪模型的基礎上通過修改其齒數、模數等基本參數就可以生成其它所需的齒輪模型。當所有模型建好以后，即可進入虛擬裝配的環(huán)節(jié)，還要另外單獨對傳動機構做虛擬裝配，裝配的模型將導入ADAMS環(huán)境下做動力學分析。1. 運行Pro/E軟件，先要設置待建齒輪模型的參數，Pro/E的一個顯著特點是建模的參數化，通過輸入相關參數來定義模型的特征。在下拉菜單“工具”中選擇“參數”命令，出現(xiàn)參數設置對話框，如圖中所示，通過按。困給Pro/E添加建模過程中需要的參數，修改參數的名稱、類型及數值等，并在其中設置齒輪的模數、齒數等參數。 完成齒輪參數設置的對話框如圖4-1所示:圖4-1

38、 齒輪2. 建立一個基準軸，并畫出四個基本參照圓，將相關尺寸定義成變量。在關系設置對話框中輸入這個齒輪的尺寸關系: HA=(HAX+X)×M HF=(HAX+CX-X)×M D=M×Z DA=D+2×HA DB=D×COS(ALPHA) DF=D-2×HF D6=360/(4×Z) D9=B IF HAX<I Da=0.46×M ENDIF I F HAX>=1 Dia=0.38×M ENDIF D22 =36012 R3二Z一1 Dn=360/(2×Z)設置齒輪尺寸關系后，Pro/

39、E草繪環(huán)境中所畫的四個基本參照圓將分別代表齒輪的齒頂圓、分度圓、基圓和齒根圓。3. 為笛卡爾坐標系輸入參數方程生成漸開線，然后建立輔助的基準軸和基準面，鏡像漸開線，經過拉伸等操作最終生成齒輪模型的第一個齒。 圖4-2齒輪軸就建成了把生成的齒經過陣列，添加軸孔、倒角等特征后，一個標準的齒輪模型。如上圖4-2所示。當第一個標準齒輪模型建成以后，其他齒輪模型就可以通過改變齒數、模數、壓力角等參數的方式直接生成。4.3.3其他零部件模型的建立其他零部件，例如曲柄滑塊、刀具、刀座、飛輪及軸承等的模型，利用Pro/E中的一些基本功能就可以輕松建成，在此不再詳述。4.4虛擬裝配在工業(yè)生產中，幾乎所有的產品都

40、不是單一零件獨立形成的，都是由多個零件通過一定的裝配關系組合生成的。Pro/E在虛擬裝配方面的表現(xiàn)非常優(yōu)秀，充分體現(xiàn)了作為大型設計軟件所擁有的強大功能。鋼筋切斷機的虛擬裝配就是在前面建模的基礎上，按照模塊化的思想、自頂向下的原則，根據鋼筋切斷機的總裝圖，把所建立的箱體、齒輪系等模型按照Pro/E中裝配模塊提供的匹配、對齊、插入、坐標系等約束類型和剛性、銷釘等連接類型完成鋼筋切斷機的虛擬裝配。4.4.1模塊化的虛擬裝配鋼筋切斷機的虛擬裝配過程中，如果像砌墻一樣逐個地添加零件，上層零部件的參照關系就會疊加起來依賴于下層零部件，一旦中間某個零件出現(xiàn)問題，就會出現(xiàn)前功盡棄的現(xiàn)象，并且安裝過程中，容易漏

41、裝、錯裝零件。因此，按照模塊化的思想，將鋼筋切斷機工作工程中相對靜止的零件組合成多個小的模塊，然后將這些小模塊組合成一個整體，這種方法更科學、更合理。本文中把鋼筋切斷機先分為箱體模塊、主動軸系模塊、從動軸系模塊和曲柄滑塊模塊等多個模塊，然后再將各模塊裝配起來。 1. 鋼筋切斷機的減速齒輪系及齒輪軸都是安裝在箱體模型內部的，如果直接將建立的齒輪模型及齒輪軸模型往上箱體裝配，不但虛擬裝配過程中因視角問題配完成的鋼筋切斷機模型不夠直觀，為了能夠更好的看清楚完整的裝給裝配帶來困難，而且由于齒輪等零部件模型都在箱體內部，將會致使裝配模型以及運動仿真時模型的運動情況，在裝配之前先要把箱體模型進行截面剖視。

42、剖視的箱體模型如圖所示:2. 其余模塊的裝配。裝配過程中要嚴格按照Pro/E的約束規(guī)則，否則容易出現(xiàn)約束不完整以及后期的運動干涉現(xiàn)象。主動軸系模塊、從動軸系模塊和曲柄滑塊等模塊。在傳統(tǒng)的設計方法中，往往首先設計出零件，然后組合己有的元件以組成一個裝配體，這是一種自底向上的裝配體方法。這種方法使最終裝配體的形成受制于己有零件的特征。隨著現(xiàn)代設計方法的發(fā)展以及設計觀念的更新，自頂向下的裝配體設計概念成為了必然發(fā)展的趨勢。例如在本文中箱體的參數和基準特征直接影響了其他幾個模塊的參數，如果下級模塊參數有錯誤，在給箱體模塊添加其他零部件模塊的裝配過程中就可能有干涉現(xiàn)象產生，導致裝配模型有誤，進而影響分析

43、結果的準確性。所以按照以上的模塊化分析即可得出正確的論證，符合此次課題設計要求。4.4.2裝配中的問題及解決方法當裝配好一個模塊后，操作“應用程序/機構”時就經常出現(xiàn)“沒有定義的已加亮兩個主體連接。如果繼續(xù)將被隱藏”的提示，如果點擊“繼續(xù)夕，就會把虛擬裝配中用來設置連接的軸線隱藏掉而導致無法添加齒輪副連接、電動機等。要解決這個問題，首先:裝配一個模塊時，例如從動軸模塊，在導入第一個零件“從動軸”時，不能采用“缺省”參照約束，要設置為“銷釘”連接，并且在此之前先要創(chuàng)建一個基準軸，為軸對齊約束做好準備。其次，在往軸_卜裝配齒輪時，不能采用傳統(tǒng)的“銷釘”連接，要用“剛性/對齊”。因為齒輪和鍵之間的連

44、接約束采用的是“剛性”連接，如果招個連接中既有“俏釘”又有“剛性”就產生了約束上的兀余，因此添加齒輪時兩個約束集都要采用“剛性”連接的方式。把各個模塊裝配到箱體模型上面，鋼筋切斷機模型的虛擬裝配基本完成，再將固定刀座裝配到箱體模型上，至此，鋼筋切斷機模型如圖4-13所示:圖4-3齒輪箱4.5運動仿真鋼筋機的運動仿真要用到Pro/E中的結構模塊，該模塊既能對鋼筋切斷機進行運動仿真又能實現(xiàn)其結構分析，是Pro/E中一個功能強大的模塊。當鋼筋切斷機各個零件通過虛擬裝置裝備組裝成一個完整的機構以后，就可以在Pro/E中直接啟動機構運動分析模塊，根據分析意圖定義機構中的連接，設置伺服電機，運行機構分析，

45、觀察機構運行的過程是否正確，檢查機械干涉，還可以進行各種測量，最后把分析的結果保存至影片的形式。4.5.1建立運動機構仿真的一般步驟 1. 建立模型，進入裝配模塊，建立一個裝配模型文件，進行機械仿真運動模塊。2. 對機構中的連接進行定義。3. 在機構中添加伺服電機。4. 進行機構分析，保存分析結果，制作動畫仿真。5. 觀察機構中的軌跡曲線和運動包絡。6. 對運動中的關鍵物理量進行測量。4.5.2鋼筋切斷機運動仿真實現(xiàn)1. 齒輪的嚙合鋼筋切斷機虛擬裝配完成后，在實現(xiàn)運動仿真前，先要使傳動機構中的齒輪之間進行正確嚙合。通過凸輪按鈕在“凸輪從動機構定義”中設置，通過選擇齒輪嚙合面相切，使齒輪之間正確

46、的嚙合。因為裝配過程中，Pro/E軟件不能自動把齒輪正確的嚙合起來，所以要通過設置齒面相切使其嚙合起來，否則會出現(xiàn)干涉現(xiàn)象。如果發(fā)現(xiàn)某個齒輪因參數輸入錯誤而造成齒輪直徑過大或過小，導致無法正確裝配，只需要在Proe/E中把相關的齒輪模塊打開，修正相應的參數并保存，系統(tǒng)會直接與已經裝配好的組件相關聯(lián)自動調整過來。 2. 運動仿真完成正確齒輪仿真嚙合后，由齒輪連接按鈕進行齒輪副的連接設置，齒輪連接設置以后，還有要把連桿和滑塊之間設置連接，滑塊與箱體之間設置連接。當全部連接定義完成以后，通過按鈕給鋼筋切斷機模型添加電動機，在類型選項卡中選擇電動機添加的運動曲線，在輪廓選項卡中設定電動機的運動速度及其

47、運動類型。完成電動機設置以后在機構分析按鈕中設置運動的類型和運動時間等等，最后通過回放按鈕進行碰撞檢測類型的設置并將其運動過程制作成動畫保存下來。全部定義完成后飛鋼筋切斷機模型如圖：3. 干涉檢驗干涉檢驗技術是計算機圖形學中的一項關鍵技術，在虛擬裝配，虛擬手術.機器人路徑規(guī)劃等領域中有著非常廣泛的運用。建立的鋼筋切斷機模型需要進行干涉檢驗，因為在模型的虛擬裝配過程中，可能存在諸如齒輪嚙合不好、齒輪和箱體之間有干涉現(xiàn)象，如果模型不能正確反映鋼筋切斷機的運動狀態(tài)。Pro/E機構運動分析下的運動分析檢測模塊，其功能主要是負責對模型進行干涉檢驗，發(fā)現(xiàn)干涉的位置并用不同顏色標示出來。圖4-4齒輪連接圖碰

48、撞檢測分為三個級別：無碰撞檢測、全局碰撞檢測和部分碰撞檢測。無碰撞檢測就是不進行碰撞檢測：全局碰撞檢測就是對整個模型進行檢測：部分碰撞檢測就是只對選定的部分模型進行檢測。在機構運行完以后，選擇碰撞檢測裝置，根據運動仿真的需要選擇相應的干涉檢測級別，系統(tǒng)自動按照選擇的類型自動進行碰撞檢測，如果有干涉現(xiàn)象存在，在建立的模型中會與自身不同的顏色顯示出來，如圖所示，有紅色標志的干涉輪廓存在，是由于齒輪之間沒有正確嚙合以及黃顏色的從動軸上鍵沒有定義完整所造成的。消除干涉的存在，首先要把從動軸系模塊打開，重新正確的定義鍵。齒輪和軸之間的連接，然后在“凸輪從動連接定義”中重新調整存在干涉的兩輪之間的嚙合。重

49、新做干涉檢驗發(fā)現(xiàn)虛擬裝配中的干涉被消除。圖4-5齒輪聯(lián)動圖通過運動仿真干涉檢驗可以把理論結果和實際模型做對比，經修改消除了鋼筋切斷機模型中存在的干涉現(xiàn)象，達到了理論和實際的結合。4.5.3保存結果針對虛擬裝配的鋼筋切斷機模型做干涉檢驗后如果沒有發(fā)現(xiàn)干涉現(xiàn)象，運行鋼筋切斷機模型的同時通過捕捉功能就可以將運動仿真過程輸出成MPEG, AVI等格式的影像文件。鋼筋切斷機運動仿真并不僅僅是實現(xiàn)了機構的運動仿真，同時還驗證鋼筋切斷機的模型是否存在缺陷，檢查在運動過程中是否存在干涉現(xiàn)象，可以利用這種方法在研發(fā)期間就及早發(fā)現(xiàn)問題進而解決問題，便于設計人員快速有效的對設計方案做出適當的調整。通過應用Pro/E對鋼筋切斷機進行建模、虛擬裝配和運動仿真，可以實現(xiàn)在設計階段直接檢查機構各零部件在空間中的裝配及運轉情況，并且實現(xiàn)了在產品設計階段可視化地對鋼筋切斷機進行干涉檢驗，可以檢