GW40型鋼筋彎曲機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)分析【說(shuō)明書(shū)+CAD】
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課題名稱(chēng)
Gw40型鋼筋彎曲機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)分析
課題來(lái)源
黃河旋風(fēng)股份有限公司
指導(dǎo)
教師
王良文
課題類(lèi)型
AX
專(zhuān) 業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生
名稱(chēng)
葛文會(huì)
學(xué) 號(hào)
080105019
開(kāi)題報(bào)告內(nèi)容: (調(diào)研質(zhì)料的準(zhǔn)備, 設(shè)計(jì)的目的, 要求, 思路與預(yù)期成果; 任務(wù)完成的階段內(nèi)容及時(shí)間安排; 完成設(shè)計(jì)(論文)所具備的條件因素等.)
一. 資料的準(zhǔn)備:
1,了解黃河旋風(fēng)有限公司的產(chǎn)品G40型鋼筋彎曲機(jī)的有關(guān)性能,參數(shù),以及特點(diǎn).
2.上網(wǎng)查詢國(guó)內(nèi)外有關(guān)鋼筋彎曲機(jī)的發(fā)展情況,比較同類(lèi)產(chǎn)品,在設(shè)計(jì)參數(shù),結(jié)構(gòu),性能,等方面的差別,綜合了解不同產(chǎn)品各自的特點(diǎn).為下一步的設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備.
3.查閱有關(guān)鋼筋彎曲機(jī)方面的論文,了解理論及實(shí)際生產(chǎn)方面鋼筋彎曲機(jī)的發(fā)展情況.
4.查閱有關(guān)鋼筋彎曲機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的近期發(fā)表論文,了解最新成果.
二. 目的, 要求, 思路與預(yù)期成果:
設(shè)計(jì)目的:設(shè)計(jì)用于建筑工程中的Gw40鋼筋彎曲機(jī).
設(shè)計(jì)要求: 1)全面了解Gw40型鋼筋彎曲機(jī).
2)建立運(yùn)動(dòng)分析模型,對(duì)于運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的位移.速度,設(shè)計(jì)準(zhǔn)則做全方位的分析計(jì)算.
3)確定工作方案并完成對(duì)鋼筋彎曲機(jī)的V帶,齒輪,蝸輪蝸桿,軸等的設(shè)計(jì).
4)設(shè)計(jì)整體結(jié)構(gòu)，并畫(huà)出結(jié)構(gòu)圖及部件圖.
三, 任務(wù)完成的階段內(nèi)容及時(shí)間安排:
第一周 熟悉任務(wù), 學(xué)習(xí)彎曲機(jī)的工作原理.
第二周 畢業(yè)實(shí)習(xí)查資料,寫(xiě)文獻(xiàn)綜述,外文翻譯.
第三周 至 第五周 推導(dǎo)相關(guān)公式,完成結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)分析
第六周 至 第八周 完成結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)
第九周 完成說(shuō)明書(shū)的編寫(xiě).
第十周 至 第十一周 設(shè)計(jì)審核并修改.
第十二周 準(zhǔn)備答辯.
指導(dǎo)教師: 日期:
開(kāi)題報(bào)告表
課題類(lèi)型:(1)A—工程設(shè)計(jì);B—技術(shù)開(kāi)發(fā);C—軟件工程;D—理論研究;
(2)X—真實(shí)課題;Y—模擬課題;Z—虛擬課題;要求(1),(2)均要求,如AY,BX等
黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 III 頁(yè)
摘 要
鋼筋彎曲機(jī)是建筑工業(yè)常用的工程機(jī)械之一,主要用于各種型號(hào)的鋼筋的彎曲,以用于工程在施工工地上。如何更有效提高機(jī)械生產(chǎn)效率，減少工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高鋼筋加工角度精度以及有更好的安全措施是鋼筋制作中被普遍關(guān)注的問(wèn)題。本文設(shè)計(jì)的GW40鋼筋彎曲機(jī)適用于建筑行業(yè)彎曲鋼筋之用。本機(jī)工作程序簡(jiǎn)單，彎曲形狀一致，調(diào)整簡(jiǎn)單，操作方便，性能穩(wěn)定.它能將Q23540圓鋼或8—36螺紋鋼筋彎曲成工程中所需的各種形狀。
本次設(shè)計(jì)先由兩種典型的傳動(dòng)方案入手，分別對(duì)其傳動(dòng)精度和傳動(dòng)效率進(jìn)行分析，從而選擇傳動(dòng)方案。然后簡(jiǎn)單說(shuō)明其主要的工作裝置的設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)鋼筋彎曲所需扭矩的計(jì)算選擇電動(dòng)機(jī)，再初步確定其傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)。最后分別對(duì)V帶、圓柱齒輪、蝸輪蝸桿、軸等進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)和計(jì)算。
通過(guò)此次對(duì)鋼筋彎曲機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)分析，使我的理論和實(shí)際聯(lián)系的更加緊密，豐富了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從中發(fā)現(xiàn)并彌補(bǔ)了好多自身不足之處，獲益匪淺。
關(guān)鍵詞: 鋼筋彎曲機(jī)；彎矩；主軸扭矩。
Abstract
Author：gewenhui
Tutor：wangliangwen
Steel bending machine is commonly used in the construction industry,one of construction machinery,mainly for various types of bending steel bars for construction site.How to more effectively improve mechanical production efficiency more effectively, reduce labor intensity, improve the processing precision Angle steel and have a better security is a universal concern in che progress of steel making.The designed GW40 reinforced bending machineIn this pape is applicable to bend steel in the construction industry.Working procedure of the machine is simple, curved shape of the same ajustment is simple, easy to operate, stable performance.It will round or Q23540 thread 8-32 bending steel into works of various of forms required for.
In this design firstly the two typical transmission scheme of its transmission precision and respectively on transmission efficiency is analyzed, and choose transmission scheme. And then that the simple the main job of the design of the device. Through the calculation of bending torque required reinforced the choice of motor, and preliminary determine its transmission device sports and dynamic parameters. Finally, the V belt, cylindrical gears, worm and shafts of related is designed and calculated.
Through the reinforced bending machine to the structural design and movement analysis, It makes my theory and actual connection more closely, richs my practical experience, findsand makes up a lot of my own shortcomings, benefit.
Keyword： Steel bending machine;Bending moment;Spindle torque.
目錄
1 緒論 1
2 鋼筋彎曲機(jī)的方案與選擇 3
2.1 引言 3
2.2 典型的鋼筋彎曲機(jī)傳動(dòng)方案 3
2.3 鋼筋彎曲機(jī)的傳動(dòng)精度 4
2.4 鋼筋彎曲機(jī)的傳動(dòng)效率 5
3 彎矩的計(jì)算與電動(dòng)機(jī)的選擇 7
3.1 工作裝置的設(shè)計(jì) 7
3.2 彎矩的計(jì)算 11
3.3 電動(dòng)機(jī)的選擇 12
3.4 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 12
4 V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 15
5 圓柱齒輪的設(shè)計(jì) 17
5.1高速級(jí)齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 17
5.2低速級(jí)齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 19
6 蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì) 22
7 軸的設(shè)計(jì) 24
7.1 Ⅰ軸的設(shè)計(jì) 24
7.2 Ⅱ軸設(shè)計(jì) 27
7.3主軸的設(shè)計(jì) 27
結(jié)論 29
參考文獻(xiàn) 30
黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（文獻(xiàn)綜述） 第 9 頁(yè)
Gw40型鋼筋彎曲機(jī)的結(jié)構(gòu)
設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)分析綜述
1 引言
鋼筋彎曲機(jī)是鋼筋加工必不可少的設(shè)備之一，它主要用于各類(lèi)建筑工程中對(duì)鋼筋的彎曲．鋼筋彎曲機(jī)通常與切斷機(jī)配套使用，其應(yīng)用十分廣泛．隨著國(guó)家投資拉動(dòng)的效果顯現(xiàn)，尤其是國(guó)家大力開(kāi)展高鐵的建設(shè)，鋼筋彎曲機(jī)的生產(chǎn)銷(xiāo)售增長(zhǎng)迅速．與其他的鋼筋切斷機(jī)、彎箍機(jī)、調(diào)直切斷機(jī)的的情況類(lèi)似，河南省長(zhǎng)葛市已經(jīng)形成了該類(lèi)機(jī)械的生產(chǎn)基地．國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品大多能滿足使用需求，但也有一些產(chǎn)品的質(zhì)量不能滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求．河南長(zhǎng)葛本地的鋼筋彎曲機(jī)生產(chǎn)現(xiàn)狀與質(zhì)量水平反映了國(guó)產(chǎn)鋼筋彎曲機(jī)的現(xiàn)狀[1].
2 鋼筋彎曲機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)
各廠家的鋼筋彎曲機(jī)的構(gòu)造基本相同．鋼筋彎曲機(jī)的傳動(dòng)方案有以下2種：“帶一兩級(jí)齒輪一蝸輪蝸桿傳動(dòng)”和“帶一三級(jí)齒輪傳動(dòng)”[2]．采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)的鋼筋彎曲機(jī)，其傳動(dòng)效率不如齒輪傳動(dòng)的彎曲機(jī)．也就是說(shuō)，在同樣的驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率條件下，齒輪傳動(dòng)的彎曲機(jī)彎曲同直徑的鋼筋顯得更輕松．但蝸輪蝸桿傳動(dòng)的自鎖特性，使工作中彎曲的定位精度會(huì)更高些．目前，以“帶一兩級(jí)齒輪一蝸輪蝸桿傳動(dòng)”方案的彎曲機(jī)的生產(chǎn)、應(yīng)用較為普遍，市場(chǎng)占有率高．在這2種傳動(dòng)方案的鋼筋彎曲機(jī)中，工作面板以上的部分相同．圖1為應(yīng)用最多的“帶一兩級(jí)齒輪一蝸輪蝸桿傳動(dòng)”的彎曲機(jī)的結(jié)構(gòu)．
3 鋼筋彎曲機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量差異
目前，機(jī)械傳動(dòng)類(lèi)鋼筋彎曲機(jī)的結(jié)構(gòu)與生產(chǎn)工藝已經(jīng)非常成熟．各個(gè)廠家產(chǎn)品的質(zhì)量差異主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：1)各個(gè)廠家的機(jī)箱的造型及用料有較大的差異．用料太少的鋼筋彎曲機(jī)，設(shè)備的整體剛性太差，外型也缺乏美感．2)僅有少量廠家注重工作圓盤(pán)及其他附件的表面質(zhì)量，將工作圓盤(pán)及其他附件進(jìn)行了鍍層處理，將各插孑L采用橡膠套堵封．3)有些鋼筋彎曲機(jī)的生產(chǎn)廠家，配用非標(biāo)生產(chǎn)的電機(jī)．這些電機(jī)的輸出功率偏小，在連續(xù)工作中容易起熱，無(wú)法彎曲標(biāo)定直徑的鋼筋．4)傳動(dòng)系統(tǒng)的齒輪、蝸輪蝸桿等，在加工質(zhì)量，材料的選用，熱處理工藝等方面有差異．5)大量廠家的彎曲機(jī)不注意外觀涂裝質(zhì)量，少量廠家采用噴塑處理的方式，外觀視覺(jué)效果還不錯(cuò)．
4 彎曲機(jī)技術(shù)的發(fā)展與改良方向
4.1 輕量化設(shè)計(jì)
通過(guò)輕量化設(shè)計(jì)，可以節(jié)省資源，有效地降低彎曲機(jī)的生產(chǎn)、運(yùn)輸成本，提升產(chǎn)品的性價(jià)比及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力．鋼筋彎曲機(jī)的輕量化設(shè)計(jì)技術(shù)，主要有以下幾點(diǎn):
1)采用有限元技術(shù)對(duì)蝸輪變速箱體或者齒輪變速箱體進(jìn)行輕量化[3]．鋼筋彎曲機(jī)蝸輪變速箱體或者齒輪變速箱體的制造成本在整機(jī)的成本中占有較大的比重．如果能夠進(jìn)一步減輕其質(zhì)量，不僅能夠節(jié)約生產(chǎn)成本，也可以使面板的材料變薄．若缺乏精確的理論數(shù)據(jù)，將蝸輪變速箱體或者齒輪變速箱體盲目去重，有可能出現(xiàn)產(chǎn)品的箱體在使用過(guò)程中開(kāi)裂．
目前，蝸輪變速箱體或者齒輪變速箱體的材料大多采用鑄鐵，通過(guò)建立有限元分析模型可以在不需要制造出箱體實(shí)體的條件下，得到箱體的受力分析結(jié)果．并根據(jù)這些結(jié)果對(duì)箱體進(jìn)行優(yōu)化，改進(jìn)結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)．通過(guò)減輕產(chǎn)品的質(zhì)量而降低生產(chǎn)成本，這對(duì)于提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力非常有益．
2)對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的齒輪傳動(dòng)優(yōu)化．在鋼筋彎曲機(jī)的設(shè)計(jì)中，可以對(duì)其傳動(dòng)系統(tǒng)的齒輪傳動(dòng)進(jìn)行優(yōu)化[4]．采用以齒輪傳動(dòng)的總中心距最小為目標(biāo)函數(shù)，通過(guò)優(yōu)化技術(shù)來(lái)獲得滿足傳動(dòng)要求的各齒輪參數(shù)．該類(lèi)問(wèn)題采用Matlab提供的有關(guān)優(yōu)化函數(shù)工具箱很容易求解．優(yōu)化設(shè)計(jì)模型的約束條件主要包含性能約束及邊界約束．建立的性能約束主要包括：齒根彎曲強(qiáng)度要求；齒面接觸強(qiáng)度要求等．邊界約束包括：根據(jù)傳遞扭矩估計(jì)出的齒輪副模數(shù)的范圍；綜合考慮傳動(dòng)平穩(wěn)、軸齒輪的分度圓直徑不能太小等因素，估計(jì)傳動(dòng)大齒輪的齒數(shù)范圍、傳動(dòng)比范圍等；設(shè)計(jì)中要保證高速級(jí)大齒輪與低速級(jí)軸不發(fā)生干涉條件等．
3)對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化．對(duì)鋼筋彎曲機(jī)進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)也可以通過(guò)對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化來(lái)進(jìn)行[5] ．在保證相同承載能力條件下，取蝸輪和蝸桿中心距最小作為目標(biāo)函數(shù)．
該模型下的約束條件同樣包含性能約束及邊界條件約束．性能約束包括：蝸輪齒面接觸強(qiáng)度的要求；蝸輪齒根彎曲強(qiáng)度的限制；蝸桿剛度的限制．邊界條件約束包括：蝸輪、蝸桿的齒數(shù)范圍；蝸輪、蝸桿模數(shù)范圍；蝸桿直徑系數(shù)的范圍等．
同樣可以方便地利用Matlab提供的有關(guān)優(yōu)化函數(shù)工具箱或者其他的優(yōu)化求解技術(shù)，對(duì)該模型進(jìn)行優(yōu)化求解．
4.2 發(fā)展新的品種
發(fā)展新的品種包含同類(lèi)傳動(dòng)方式的大型化、開(kāi)發(fā)新的傳動(dòng)方式及擴(kuò)展功能．
1)同類(lèi)傳動(dòng)方式的大型化．目前的鋼筋彎曲機(jī)主要是GW40型，有極少量GW50型．從產(chǎn)品的投入產(chǎn)出看，生產(chǎn)大型的鋼筋彎曲機(jī)效益更明顯．多生產(chǎn)GW50型的彎曲機(jī)、適量開(kāi)發(fā)能夠彎曲更大鋼筋的彎曲機(jī)是個(gè)方向．在大型化的過(guò)程中，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電機(jī)、工作盤(pán)等的協(xié)調(diào)是關(guān)鍵．
2)開(kāi)發(fā)新的傳動(dòng)方式．上述結(jié)構(gòu)的國(guó)產(chǎn)鋼筋彎曲機(jī)大多采用電機(jī)為動(dòng)力，也有一些其他動(dòng)力的彎曲機(jī)，如采用柴油機(jī)或汽油機(jī)驅(qū)動(dòng)的．鋼筋彎曲機(jī)采用液壓驅(qū)動(dòng)，將改變上述彎曲機(jī)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)．目前，主要由廣東的幾個(gè)廠家生產(chǎn)．如某廠家生產(chǎn)的W-40型，可以彎40 mm直徑的螺紋鋼，采用雙聯(lián)變速油缸，有2檔速度．采用液壓驅(qū)動(dòng)，通過(guò)對(duì)液壓系統(tǒng)的控制，可以使設(shè)備更方便地實(shí)現(xiàn)更多的功能．但如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障，則維修困難．受設(shè)備使用者素養(yǎng)的限制，這類(lèi)結(jié)構(gòu)的使用尚不普及．
3)擴(kuò)展功能．鋼筋彎曲機(jī)、切斷機(jī)、彎箍機(jī)通常是配套使用的，在同臺(tái)設(shè)備上實(shí)現(xiàn)多種功能，是技術(shù)的發(fā)展方向之一．通過(guò)在原鋼筋彎曲機(jī)的工作盤(pán)上固定圓盤(pán)，并在插座板位置安裝燕尾槽，在燕尾槽內(nèi)嵌入帶有固定芯軸的滑動(dòng)體，彎l曲機(jī)的功能就可以擴(kuò)展為能夠彎弧[6-7].
采用液壓傳動(dòng)的鋼筋彎曲機(jī)，可以設(shè)計(jì)為既可以彎鋼筋，又可以彎圓箍[8] ．但這樣的傳動(dòng)已經(jīng)與常用的鋼筋彎曲機(jī)不屬于一類(lèi)機(jī)型，結(jié)構(gòu)更復(fù)雜．也有個(gè)別廠家生產(chǎn)液壓鋼筋彎切機(jī)，在一臺(tái)設(shè)備上實(shí)現(xiàn)鋼筋的切斷與彎曲功能．采用純機(jī)械傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)鋼筋的切斷與彎曲功能，則設(shè)備體積偏大．應(yīng)該說(shuō)，在一臺(tái)設(shè)備上實(shí)現(xiàn)鋼筋的切斷與彎曲功能，在某些場(chǎng)合體現(xiàn)了一定的優(yōu)越性．尤其是對(duì)設(shè)備的使用量要求不大，但要實(shí)施對(duì)鋼筋切斷與彎曲的．如一種WQ一32Y型液壓鋼筋彎切機(jī)，采用二三速變換、半自動(dòng)操控、自動(dòng)復(fù)位，彎曲角度無(wú)級(jí)調(diào)整，并可以在2個(gè)設(shè)定角度間快速轉(zhuǎn)換．
4.3 自動(dòng)控制角度鋼筋彎曲機(jī)的開(kāi)發(fā)
開(kāi)發(fā)自動(dòng)控制角度鋼筋彎曲機(jī)是一個(gè)方向．也是鋼筋彎曲機(jī)走出國(guó)門(mén)、參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵．設(shè)計(jì)制造簡(jiǎn)單可靠的角度控制系統(tǒng)是關(guān)鍵，在鋼筋彎曲機(jī)上，開(kāi)發(fā)完善角度控制系統(tǒng)，可以使鋼筋彎曲機(jī)與鋼筋彎箍機(jī)的功能相重疊．為了鋼筋彎曲機(jī)工作后可以自動(dòng)歸位，可以采用離合器單向傳動(dòng)技術(shù)，并通過(guò)扭力彈簧使工作盤(pán)歸位[9] ．文獻(xiàn)[1O]介紹了一種自動(dòng)角度鋼筋彎箍機(jī)，結(jié)構(gòu)十分典型，對(duì)改造現(xiàn)有鋼筋彎曲機(jī)的結(jié)構(gòu)有重要參考意義．其主軸傳動(dòng)示意如圖2.
為實(shí)現(xiàn)工作圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)角度控制，結(jié)構(gòu)上通過(guò)旋轉(zhuǎn)手輪驅(qū)動(dòng)錐齒輪，錐齒輪與接近開(kāi)關(guān)安裝板固聯(lián)，從而調(diào)整接近開(kāi)關(guān)安裝板的位置．安裝板上安裝接近開(kāi)關(guān)，主軸上固聯(lián)有遮光板．工作中，當(dāng)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，遮光板隨之轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)遮光板運(yùn)動(dòng)到接近開(kāi)關(guān)的位置時(shí)，接近開(kāi)關(guān)將發(fā)生控制信號(hào)的改變，從而控制電機(jī)的運(yùn)動(dòng)．
采用該原理設(shè)計(jì)自動(dòng)角度鋼筋彎曲機(jī)，要注意的問(wèn)題是接近開(kāi)關(guān)的壽命、工作圓盤(pán)的準(zhǔn)確復(fù)位等．此外，對(duì)不同直徑的鋼筋，當(dāng)工作圓盤(pán)的轉(zhuǎn)角相同時(shí)，成型角度有較大的差異．當(dāng)然也可以采用數(shù)控技術(shù)控制電機(jī)的運(yùn)動(dòng)角度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工作圓盤(pán)的轉(zhuǎn)角控制，進(jìn)而控制鋼筋彎曲角度[11] ．采用數(shù)控技術(shù)控制鋼筋彎曲機(jī)，關(guān)鍵是提高控制系統(tǒng)的可靠性與降低設(shè)備的制造成本．
4.4 涂裝質(zhì)量及其他
目前的國(guó)產(chǎn)鋼筋彎曲機(jī)已經(jīng)批量出口到東南亞、非洲、中東、俄羅斯及其他獨(dú)聯(lián)體國(guó)家．涂裝質(zhì)量的要求隨出口地的不同有所區(qū)別．在產(chǎn)品出口中，要特別注意產(chǎn)品在海上運(yùn)輸中防止其受海水的 腐蝕．由于鋼筋彎曲機(jī)單機(jī)的價(jià)格不高，國(guó)內(nèi)很多廠家對(duì)涂裝及包裝質(zhì)量重視不夠，這不利于出口.由于各廠家生產(chǎn)的能夠出口的鋼筋彎曲機(jī)的內(nèi)在質(zhì)量差距不大，所以產(chǎn)品的外型及涂裝質(zhì)量對(duì)．外銷(xiāo)有直接的作用．
5 具體優(yōu)化設(shè)計(jì)內(nèi)容
基于Matlab的齒輪傳動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。Matlab是美國(guó)Mathworks公司推出的用于科學(xué)計(jì)算的可視化軟件包。其方便、友好的用戶環(huán)境，強(qiáng)大的擴(kuò)展能力使許多領(lǐng)域的科學(xué)計(jì)算和工程應(yīng)用節(jié)省時(shí)間、降低成本、提高效率。本文所介紹的是應(yīng)用Matlab對(duì)齒輪傳動(dòng)進(jìn)行優(yōu)化，這里介紹了從建立目標(biāo)函數(shù)、確定約束條件到編制Matlab程序以及對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行的整個(gè)過(guò)程。
基于嚙合角函數(shù)的平面共軛齒廓凹凸性判斷計(jì)[12]。提出基于嚙合角函數(shù)的平面共軛齒廓凹凸性判別方法給出六項(xiàng)判據(jù)根據(jù)這些判據(jù),無(wú)需求解齒廓方程,由嚙合角函數(shù)直接判別共軛齒廓凹凸性為設(shè)計(jì)高性能的齒輪齒廓提供了新途徑。
現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了，利用一個(gè)簡(jiǎn)單的程序調(diào)用齒輪理論，來(lái)描繪環(huán)狀－漸開(kāi)線- 牙齒形類(lèi)型的齒輪的情況。這種球形－漸開(kāi)線齒輪有兩層的自由度，在原有自由度的基礎(chǔ)上又獲得了一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。對(duì)球形－漸開(kāi)線的分析可以描繪為以下兩個(gè)步驟。首先, 齒輪理論是用于在傳統(tǒng)理論上獲得發(fā)展的基礎(chǔ)。其次，改革中獲得的自由度用來(lái)替換關(guān)于一個(gè)軸的一個(gè)角度。 基于這二個(gè)步驟, 一個(gè)有弧形齒形和兩層自由度的齒輪的數(shù)學(xué)模型產(chǎn)生了。 把已有數(shù)學(xué)模型在程序中進(jìn)行分析，這里需要一個(gè)軟件包提供必需的切斷路徑，在齒輪的生產(chǎn)過(guò)程中同時(shí)需要計(jì)算機(jī)輔助軟件的幫助[13]。
科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)力的發(fā)展已經(jīng)要求齒輪傳輸表現(xiàn)的逐漸比較高需求。 影響動(dòng)態(tài)的齒輪表現(xiàn)的主要因素是被以網(wǎng)捕捉的齒輪形式牙齒描繪。為了改善齒輪的傳輸表現(xiàn)，在 1990 年代早期內(nèi)被稱(chēng)為 LogiX 齒輪的一個(gè)新類(lèi)型的齒輪被發(fā)展。 然而,對(duì)于那里保持許多未知的理論上的和實(shí)際的問(wèn)題被解決的這個(gè)特別類(lèi)型的齒輪。在這一張紙中，這個(gè)新類(lèi)型的齒輪設(shè)計(jì)原則更進(jìn)一步被學(xué)習(xí)，而且它的牙齒描繪的數(shù)學(xué)組件推論。在牙齒的這一個(gè)類(lèi)型的形式方面的影響力描繪和輪廓對(duì)于 LogiX 叁數(shù)被提供的齒輪它的叁數(shù)被討論的固有基本的它網(wǎng)孔表現(xiàn),和合理的選擇。如此關(guān)于 LogiX 齒輪的資訊被發(fā)展而且使富足的理論上的系統(tǒng)。 這一項(xiàng)研究擠入得最重要現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)的傳輸產(chǎn)品的負(fù)荷能力，小型化和耐久性的進(jìn)步[14]。
關(guān)于淬火后表面硬度變化的圓筒筒形齒輪的研究[15]。1.對(duì)不同叁數(shù)的齒輪在熱處理之前后法向精度的分析表明，熱處理之前后齒輪的法向精度發(fā)生了大的變化。這使使用少數(shù)的樣品解決不同的制造問(wèn)題是可能的。在熱處理后齒輪的精密度減少 1 –2 個(gè)等級(jí)。常態(tài)化合接合 ( 特別是瓦斯接合) 對(duì)弄歪以至毀壞齒輪影響最大。 在常態(tài)化之后，歪曲率高達(dá) 30% 。利用溶鹽和堿的熱處理不僅減少齒輪的毀壞而且能減少歪曲。然而，當(dāng)刻度不被變的時(shí)候, 獲得較多齒輪的大小不變是可能的。一些被發(fā)現(xiàn)的關(guān)系決定通常的常態(tài)長(zhǎng)度和直徑使之在熱處理前后之間的連結(jié)不變是可能。因?yàn)?，大部份的齒輪,是在熱處理之后選擇大小和型號(hào)而且是在錯(cuò)誤的散布極限里面的。 我們也用毀壞系數(shù)作為這這一標(biāo)準(zhǔn)。調(diào)查結(jié)果表明允許了我們?cè)跓崽幚砗笤黾友例X形齒輪的模數(shù)，以提高38% 的精密。
關(guān)于齒輪傳動(dòng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的研究[16] 。針對(duì)漸開(kāi)線圓柱齒輪減速器的研究開(kāi)發(fā)了齒輪參數(shù)設(shè)計(jì)、分析計(jì)算及計(jì)算機(jī)繪圖的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng),為齒輪設(shè)計(jì)和生產(chǎn)提供一個(gè)高效、實(shí)用、準(zhǔn)確、可靠的設(shè)計(jì)及繪圖工具。齒輪作為最重要的基礎(chǔ)傳動(dòng)部件被廣泛地應(yīng)用于機(jī)械、冶金、石化、煤炭、水電等行業(yè)。在齒輪箱設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程中,需要大量的分析、計(jì)算和繪圖工作,采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法可徹底改變過(guò)去依靠手工計(jì)算和繪圖時(shí)的效率低、易出錯(cuò)等局面,使齒輪設(shè)計(jì)人員借助計(jì)算機(jī)及相應(yīng)軟件可迅速、高效、準(zhǔn)確地進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的確定、比較、分析和繪圖;為生產(chǎn)企業(yè)以高技術(shù)、高質(zhì)量、低成本占領(lǐng)市場(chǎng)提供技術(shù)保障。齒輪參數(shù)設(shè)計(jì)通用多級(jí)齒輪傳動(dòng)參數(shù)設(shè)計(jì)是齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面。本系統(tǒng)提出了通用平行定軸圓柱齒輪傳動(dòng)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法?！±迷撓到y(tǒng)可方便地完成漸開(kāi)線圓柱齒輪減速器的齒輪參數(shù)設(shè)計(jì)、零件的強(qiáng)度計(jì)算、齒輪的許用功率計(jì)算、滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算及齒輪、軸、端蓋、鍵、套筒和系列齒輪箱箱體圖、總裝圖的繪制工作。
關(guān)于一種簡(jiǎn)便的齒輪傳動(dòng)等強(qiáng)度優(yōu)化設(shè)計(jì)方法[17]。根據(jù)等強(qiáng)度優(yōu)化理論,通過(guò)分析齒面接觸疲勞強(qiáng)度和齒根彎曲強(qiáng)度的內(nèi)在聯(lián)系,引進(jìn)復(fù)合齒形系數(shù)和齒數(shù)算子的概念,提出了一種能直接求得齒輪傳動(dòng)優(yōu)化參數(shù)的簡(jiǎn)便方法。將該方法用于二級(jí)或多級(jí)齒輪減速器的優(yōu)化設(shè)計(jì),其優(yōu)化過(guò)程更為直觀、清晰,編程更為簡(jiǎn)單、快捷。齒數(shù)算子前言在進(jìn)行齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí),一般總是希望齒輪的尺寸最小,承載能力最大,亦即要求齒輪的材料利用率最高;同時(shí),從改善傳動(dòng)的平穩(wěn)性、減少磨損和膠合的可能性、提高加工效率等方面考慮,還要求在滿足彎曲強(qiáng)度的前提下,選取較小的模數(shù)和較多的齒數(shù)。為達(dá)到此目的,可利用各種優(yōu)化方法對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
6 結(jié)語(yǔ)
鋼筋彎曲機(jī)的生產(chǎn)批量巨大，技術(shù)也較為成熟．只有不斷改良技術(shù)，才能進(jìn)一步提高產(chǎn)品的性價(jià)比，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力．本文討論的改良方向?qū)τ谔岣咄?lèi)產(chǎn)品，如鋼筋調(diào)直機(jī)、鋼筋彎箍機(jī)等的質(zhì)量，有一定的啟發(fā)意義．
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畢業(yè)設(shè)計(jì)
文獻(xiàn)綜述
院（系）名稱(chēng)
工學(xué)院機(jī)械系
專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名
葛文會(huì)
指導(dǎo)教師
王良文
2012年 03 月 10 日
黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 30 頁(yè)
1 緒論
鋼筋彎曲機(jī)是鋼筋加工必不可少的設(shè)備之一，它主要用于各類(lèi)建筑工程中對(duì)鋼筋的彎曲．鋼筋彎曲機(jī)通常與切斷機(jī)配套使用，其應(yīng)用十分廣泛．隨著國(guó)家投資拉動(dòng)的效果顯現(xiàn)，尤其是國(guó)家大力開(kāi)展高鐵的建設(shè)，鋼筋彎曲機(jī)的生產(chǎn)銷(xiāo)售增長(zhǎng)迅速．與其他的鋼筋切斷機(jī)、彎箍機(jī)、調(diào)直切斷機(jī)的的情況類(lèi)似，河南省長(zhǎng)葛市已經(jīng)形成了該類(lèi)機(jī)械的生產(chǎn)基地．國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品大多能滿足使用需求，但也有一些產(chǎn)品的質(zhì)量不能滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求．河南長(zhǎng)葛本地的鋼筋彎曲機(jī)生產(chǎn)現(xiàn)狀與質(zhì)量水平反映了國(guó)產(chǎn)鋼筋彎曲機(jī)的現(xiàn)狀.
我國(guó)工程建筑機(jī)械行業(yè)近幾年之所以得到快速發(fā)展，一方面通過(guò)引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)提升自身產(chǎn)品檔次和國(guó)內(nèi)勞動(dòng)力成本低廉是一個(gè)原因，另一方面國(guó)家連續(xù)多年實(shí)施積極的財(cái)政政策更是促使行業(yè)增長(zhǎng)的根本動(dòng)因。
各廠家的鋼筋彎曲機(jī)的構(gòu)造基本相同．鋼筋彎曲機(jī)的傳動(dòng)方案有以下2種：“帶一兩級(jí)齒輪一蝸輪蝸桿傳動(dòng)”和“帶一三級(jí)齒輪傳動(dòng)”[2]．采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)的鋼筋彎曲機(jī)，其傳動(dòng)效率不如齒輪傳動(dòng)的彎曲機(jī)．也就是說(shuō)，在同樣的驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率條件下，齒輪傳動(dòng)的彎曲機(jī)彎曲同直徑的鋼筋顯得更輕松．但蝸輪蝸桿傳動(dòng)的自鎖特性，使工作中彎曲的定位精度會(huì)更高些．目前，以“帶一兩級(jí)齒輪一蝸輪蝸桿傳動(dòng)”方案的彎曲機(jī)的生產(chǎn)、應(yīng)用較為普遍，市場(chǎng)占有率高．
目前，機(jī)械傳動(dòng)類(lèi)鋼筋彎曲機(jī)的結(jié)構(gòu)與生產(chǎn)工藝已經(jīng)非常成熟．各個(gè)廠家產(chǎn)品的質(zhì)量差異主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：1)各個(gè)廠家的機(jī)箱的造型及用料有較大的差異．用料太少的鋼筋彎曲機(jī)，設(shè)備的整體剛性太差，外型也缺乏美感．2)僅有少量廠家注重工作圓盤(pán)及其他附件的表面質(zhì)量，將工作圓盤(pán)及其他附件進(jìn)行了鍍層處理，將各插孑L采用橡膠套堵封．3)有些鋼筋彎曲機(jī)的生產(chǎn)廠家，配用非標(biāo)生產(chǎn)的電機(jī)．這些電機(jī)的輸出功率偏小，在連續(xù)工作中容易起熱，無(wú)法彎曲標(biāo)定直徑的鋼筋．4)傳動(dòng)系統(tǒng)的齒輪、蝸輪蝸桿等，在加工質(zhì)量，材料的選用，熱處理工藝等方面有差異．5)大量廠家的彎曲機(jī)不注意外觀涂裝質(zhì)量，少量廠家采用噴塑處理的方式，外觀視覺(jué)效果還不錯(cuò)．
本機(jī)用于彎曲各種A3鋼和Ⅱ級(jí)螺紋鋼，工作方式簡(jiǎn)單，彎曲形狀一致，調(diào)整簡(jiǎn)單，操作方便，使用可靠，性能穩(wěn)定。它能將材料彎成工作中所需的各種形狀。本機(jī)使用一段時(shí)間后應(yīng)將工作盤(pán)換180°方位使用，這樣內(nèi)部機(jī)件也改變了180°位置，使機(jī)械零件達(dá)到均勻磨損，延長(zhǎng)機(jī)械使用壽命。
受?chē)?guó)家連續(xù)多年實(shí)施的積極財(cái)政政策的刺激，包括西部大開(kāi)發(fā)、西電東送、房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)以及公路道路建設(shè)、城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等一大批依托工程項(xiàng)目的實(shí)施，這對(duì)于重大建設(shè)項(xiàng)目裝備行業(yè)的工程建筑機(jī)械行業(yè)來(lái)說(shuō)可謂是難得的機(jī)遇，因此整個(gè)行業(yè)的內(nèi)需勢(shì)頭旺盛，技術(shù)創(chuàng)新層出不窮，彎曲機(jī)的設(shè)計(jì)改良也不斷得到更新與進(jìn)步，具有良好的發(fā)展前景。
2 鋼筋彎曲機(jī)的方案與選擇
2.1 引言
在各種建筑工程中,大量使用鋼筋彎曲機(jī).近來(lái)國(guó)產(chǎn)鋼筋彎曲機(jī)的生產(chǎn)、使用呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的趨勢(shì),其傳動(dòng)方案主要有兩種,即“帶—兩級(jí)齒輪—蝸輪蝸桿傳動(dòng)”及“帶—三級(jí)齒輪傳動(dòng)”,其中以“帶—兩級(jí)齒輪—蝸輪蝸桿傳動(dòng)”方案的彎曲機(jī)的生產(chǎn)、應(yīng)用較為普遍,市場(chǎng)占有率高.隨著所需加工彎曲的鋼材尺寸逐漸加大,鋼材技術(shù)性能的不斷改良,在使用中發(fā)現(xiàn)有彎不動(dòng)的情況或者電機(jī)發(fā)熱嚴(yán)重的現(xiàn)象.從理論上講,可以通過(guò)增加驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率來(lái)解決此類(lèi)問(wèn)題,但這會(huì)增加產(chǎn)品的生產(chǎn)及使用成本,因此設(shè)計(jì)生產(chǎn)性價(jià)比優(yōu)良的鋼筋彎曲機(jī)一直是生產(chǎn)廠家努力的目標(biāo).國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)工作者很早就對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行了研究一二,但相關(guān)文獻(xiàn)主要探討鋼筋彎曲變形所需功率的大小,而未涉及傳動(dòng)方案不同對(duì)其的影響,亦未見(jiàn)國(guó)外對(duì)此問(wèn)題的研究報(bào)道.本文擬對(duì)鋼筋彎曲機(jī)傳動(dòng)方案從傳動(dòng)效率、傳動(dòng)精度方面進(jìn)行分析比較,指出兩種傳動(dòng)方案在傳動(dòng)效率、傳動(dòng)精度方面顯著的差別及選擇使用的原則、場(chǎng)合,并提出一種傳動(dòng)方案的改良思路,以便廣大用戶更好地選擇所需的機(jī)型,也有利于生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)生產(chǎn)滿足市場(chǎng)需要的產(chǎn)品,促進(jìn)國(guó)產(chǎn)鋼筋彎曲機(jī)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用水平的進(jìn)一步提高.
2.2 典型的鋼筋彎曲機(jī)傳動(dòng)方案
現(xiàn)行的鋼筋彎曲機(jī)主要有兩種傳動(dòng)方案,一種為電機(jī)通過(guò)一級(jí)帶傳動(dòng)、兩級(jí)齒輪傳動(dòng)、一級(jí)蝸輪蝸桿傳動(dòng),簡(jiǎn)稱(chēng)蝸輪蝸桿傳動(dòng)方案,如圖1所示.另一種為電機(jī)通過(guò)一級(jí)帶傳動(dòng)、三級(jí)齒輪傳動(dòng),簡(jiǎn)稱(chēng)全齒輪傳動(dòng)方案,如圖2所示.蝸輪蝸桿傳動(dòng)彎曲機(jī)的市場(chǎng)占有率遠(yuǎn)大于全齒輪傳動(dòng)彎曲機(jī)。
圖1 蝸輪蝸桿傳動(dòng)
圖2 全齒輪傳動(dòng)
2.3 鋼筋彎曲機(jī)的傳動(dòng)精度
現(xiàn)有的鋼筋彎曲機(jī)多為人工操作，也有半自動(dòng)及全自動(dòng)的。在彎曲過(guò)程中,當(dāng)達(dá)到所需位置時(shí)，由人工切斷電機(jī)電源，或者用行程開(kāi)關(guān)類(lèi)電器發(fā)出指令，控制電機(jī)電源。此時(shí)，電機(jī)停止工作,由于彎曲機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)受所彎鋼筋的反向作用，工作盤(pán)所停位置較準(zhǔn)確。但在工作盤(pán)返回到原始位置，準(zhǔn)備下一次彎曲時(shí)，其停頓位置受傳動(dòng)精度的影響較大，因此，需分析傳動(dòng)方案的精度。為便于比較，均從第1級(jí)齒輪傳動(dòng)誤差開(kāi)始計(jì)算，不計(jì)皮帶傳動(dòng)的影響。
1. 蝸輪蝸桿傳動(dòng)
蝸輪蝸桿傳動(dòng)的精度
（1-1）
式中，為第1,2級(jí)齒輪傳動(dòng)誤差；為蝸輪蝸桿傳動(dòng)誤差；為蝸輪蝸桿傳動(dòng)比，取19.9。
代入相關(guān)參數(shù)有
2. 全齒輪傳動(dòng)
全齒輪傳動(dòng)的精度
式中, ，為第1,2,3級(jí)齒輪傳動(dòng)誤差。
代入相關(guān)參數(shù)有
3. 傳動(dòng)精度的比較
為便于比較,設(shè)定各級(jí)齒輪傳動(dòng)誤差相同，均以表示,蝸輪蝸桿傳動(dòng)的誤差與齒輪傳動(dòng)誤差幾乎相等，即。則，
很顯然,采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)時(shí),傳動(dòng)精度較高。
2.4 鋼筋彎曲機(jī)的傳動(dòng)效率
隨著所需加工彎曲的鋼筋的尺寸逐漸加大,對(duì)同樣的驅(qū)動(dòng)電機(jī),鋼筋彎曲機(jī)的傳動(dòng)效率將是設(shè)計(jì)或選擇使用的重要指標(biāo)之一.為方便分析比較,略去帶傳動(dòng)及各支承軸承處的效率損失。
1. 蝸輪蝸桿傳動(dòng)的效率
（1-2）
式中，為第1級(jí)齒輪傳動(dòng)效率取0.98；為第2級(jí)齒輪傳動(dòng)效率，取0.98，為蝸桿傳動(dòng)效率,取0.73。而
η=0.97×0.97×0.73=0.687。
2. 全齒輪傳動(dòng)
全齒輪傳動(dòng)的效率
式中， ，，分別為第1，2，3級(jí)齒輪傳動(dòng)的效率,均取為0.913，則η=0.94。
比較后可得出結(jié)論：
第一 采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)的鋼筋彎曲機(jī)的傳動(dòng)效率遠(yuǎn)低于全齒輪傳動(dòng)的鋼筋彎曲機(jī),其使用過(guò)程中功率損失較大,這是機(jī)器對(duì)較大鋼筋彎不動(dòng)或者電機(jī)發(fā)熱的主要原因.
第二 采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)的鋼筋彎曲機(jī)的傳動(dòng)精度略高于全齒輪傳動(dòng)鋼筋彎曲機(jī). 對(duì)于絕大多數(shù)手動(dòng)操作的鋼筋彎曲機(jī),其生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)生產(chǎn)時(shí)或者用戶選擇時(shí)應(yīng)該優(yōu)先考慮采用全齒輪傳動(dòng).
第三 對(duì)于少數(shù)采用全自動(dòng)或者半自動(dòng)操作的鋼筋彎曲機(jī),為了提高彎曲機(jī)的停歇位置精度,簡(jiǎn)化相關(guān)控制裝置,可考慮采用蝸輪蝸桿傳動(dòng).
通過(guò)對(duì)鋼筋彎曲機(jī)傳動(dòng)效率及傳動(dòng)精度的分析比較，認(rèn)為：手動(dòng)操作的彎曲機(jī)，宜采用“帶—三級(jí)齒輪傳動(dòng)”結(jié)構(gòu)，以利提高其傳動(dòng)效率；而全自動(dòng)或半自動(dòng)操作的彎曲機(jī)，宜采用“帶—兩級(jí)齒輪—蝸輪蝸桿傳動(dòng)”結(jié)構(gòu)，以利提高傳動(dòng)精度。
綜上所述，本次設(shè)計(jì)的GW40鋼筋彎曲機(jī)所適應(yīng)彎曲鋼筋的直徑范圍是（光圓鋼筋），8—36（Ⅱ級(jí)螺紋鋼），要求有較高的傳動(dòng)精度，屬于半自動(dòng)操作所以此次設(shè)計(jì)的鋼筋彎曲機(jī)采用方案一，即電機(jī)通過(guò)一級(jí)帶傳動(dòng)、兩級(jí)齒輪傳動(dòng)、一級(jí)蝸輪蝸桿傳動(dòng)。
3 彎矩的計(jì)算與電動(dòng)機(jī)的選擇
3.1 工作裝置的設(shè)計(jì)
如圖所示為其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)工作需要，并且借鑒現(xiàn)有的鋼筋彎曲機(jī)的臺(tái)面尺寸，定其大致尺寸見(jiàn)下圖
1—當(dāng)鐵軸孔 2—圓輪 3—心軸孔 4—成型軸 5—啟動(dòng)銷(xiāo)釘
6—滾軸 7—孔眼條板 8—鋼筋 9—分離式擋板 10—凸輪
圖4 工作裝置結(jié)構(gòu)
3.1.1 工作臺(tái)面的各部分組成
鋼筋彎曲機(jī)的工作臺(tái)面主要由，工作盤(pán)，心軸、成型軸、擋鐵軸等主要部件組成。
1．心軸
按規(guī)范規(guī)定，鋼筋的彎曲半徑是1.25倍鋼筋直徑，因此不同直徑鋼筋的彎曲半徑是不同的，為了保證彎曲半徑，應(yīng)設(shè)計(jì)不同直徑的心軸。根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)九種不同直徑即16、20、25、35、45、60、75、85、100。如彎一根直徑6mm鋼筋的彎鉤，彎曲半徑是7.5mm，可選擇16mm的心軸，而彎一根直徑25mm鋼筋的彎鉤，彎曲半徑是31mm,則可選擇60mm的心軸，即心軸約等于2 倍的彎曲半徑。其構(gòu)造如圖5所示：
圖5 心軸結(jié)構(gòu)
2．成型軸
成型軸是和工作臺(tái)一起旋轉(zhuǎn)驅(qū)使鋼筋彎曲成型的構(gòu)件，一般成型軸孔和心軸孔的距離是一定值，成型軸至心軸的距離隨著鋼筋和心軸直徑的變化而變化，所以為了更好的調(diào)節(jié)心軸、鋼筋和成型軸三者之間的間隙，有時(shí)可在成型軸上加一個(gè)偏心套。一般將成型孔和心軸孔設(shè)計(jì)相同，成型軸直徑定為80mm。
3．擋鐵軸
擋鐵軸是阻止鋼筋隨著成型軸旋轉(zhuǎn)的附件，其插在擋鐵插座上。擋鐵軸可用一般心軸代替，為了便于鋼筋彎曲時(shí)，鋼筋和擋鐵軸不發(fā)生摩摖，直接讓偏心套環(huán)繞擋鐵軸旋轉(zhuǎn)，可在擋鐵軸上加一個(gè)偏心套即可。
4．分離式擋板
鋼筋擋架是在彎曲鋼筋彎時(shí)，防止鋼筋發(fā)生向上拱曲，使鋼筋成型正確。鋼筋擋架是分離式擋板可變擋架，其圖如下：
分離式擋板上后擋板的長(zhǎng)短是可調(diào)的，楔鐵緊一點(diǎn)，擋距變小，楔鐵松一點(diǎn)，擋距變大，使用靈活方便的擋架支撐桿是可調(diào)的，當(dāng)鋼筋彎曲粗鋼筋時(shí)，將擋桿縮短，彎曲細(xì)鋼筋時(shí)，將擋桿調(diào)長(zhǎng)，使擋架的擋板緊貼鋼筋，當(dāng)鋼筋成型后，工作盤(pán)反轉(zhuǎn)，超過(guò)起始位置時(shí)，擋架的擋板鉤能從擋柱體上滑脫，使擋架離開(kāi)工作盤(pán)，避免損壞設(shè)備。
圖6 分離式擋板
3.1.2結(jié)構(gòu)及工作原理
該機(jī)的臺(tái)面系統(tǒng)為彎曲鋼筋的結(jié)構(gòu)和工作原理系統(tǒng)，根據(jù)所彎鋼筋直經(jīng)的大小，首先通過(guò)手輪使插入座橫向位移，調(diào)整擋料裝置與心軸之間的距離，使鋼筋能順利進(jìn)入。工作盤(pán)上有9個(gè)孔，中心孔用來(lái)插心軸，周?chē)?個(gè)孔用來(lái)插成型軸。工作盤(pán)外的插入孔上插有擋鐵軸。它由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)蝸桿減速器旋轉(zhuǎn)，蝸桿減速器通過(guò)齒輪傳動(dòng)，再帶動(dòng)工作盤(pán)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)工作盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，中心軸和成型軸都在轉(zhuǎn)動(dòng)，由于中心軸在圓心上，圓盤(pán)雖在轉(zhuǎn)動(dòng)，但中心軸位置并沒(méi)有移動(dòng)；而成型軸卻圍繞著中心軸作圓弧轉(zhuǎn)動(dòng)。如果鋼筋一端被擋鐵軸阻止自由活動(dòng)，那么鋼筋就被成型軸繞著中心軸進(jìn)行彎曲。通過(guò)調(diào)整成型軸的位置，可將鋼筋彎曲成所需要的形狀。改變中心軸的直徑(16、20、25、35、45、60、75、85、100 mm)，可保證不同直徑的鋼筋所需的不同的彎曲半徑。在工作盤(pán)的圓周上有燕尾槽是安裝碰塊之用，并在工作盤(pán)的圓周上標(biāo)有的刻度線，根據(jù)鋼筋所需的彎曲角度，選擇相應(yīng)的角度，調(diào)整碰塊的位置;當(dāng)彎曲鋼筋時(shí)，碰塊與行程開(kāi)關(guān)接觸，通過(guò)行程開(kāi)關(guān)使電動(dòng)機(jī)達(dá)到正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)鋼筋彎曲的一次循環(huán)。送料滾裝在臺(tái)面的兩側(cè)，送料有力，防止臺(tái)面拉傷。
3.1.3 工作過(guò)程
鋼筋彎曲機(jī)的工作過(guò)程如圖所示。將鋼筋放在工作盤(pán)的心軸和成型軸之間，開(kāi)動(dòng)彎曲機(jī)使工作盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)工作盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)到一個(gè)位置時(shí)，成型軸也跟隨一起轉(zhuǎn)動(dòng)，由于鋼筋一端被擋鐵軸擋住不能自由運(yùn)動(dòng)，成型軸就迫使鋼筋繞著心軸彎成相應(yīng)的角度，如果工作盤(pán)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，成型軸也就跟隨旋轉(zhuǎn)。用倒順開(kāi)關(guān)使工作盤(pán)反轉(zhuǎn)，成型軸回到起始位置并卸料，即一根鋼筋的彎曲結(jié)束。不同直徑的鋼筋其彎曲半徑一般是不同的，為了彎曲各種直徑鋼筋，在工作盤(pán)中間孔中換不同直徑的心軸，并選擇成型軸在工作盤(pán)的位置和擋鐵軸的位置即可。該彎曲機(jī)的通用性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操縱方便，可將鋼筋彎曲成各種形狀和角度。
（a）裝料 （b）彎 （c）彎 （d）回位
1—心軸 2—成型軸 3—擋鐵軸 4—鋼筋 5—工作盤(pán)
鋼筋彎曲機(jī)工作過(guò)程
3.1.4 工作盤(pán)的設(shè)計(jì)
鋼筋受力情況及與計(jì)算有關(guān)的幾何尺寸標(biāo)記見(jiàn)圖。設(shè)彎曲鋼筋所需彎矩：
式中F為撥料柱對(duì)鋼筋的作用力；Fr為F的徑向分力；a為F與鋼筋軸線夾角。當(dāng)一定、a越大則撥料柱及主軸徑向負(fù)荷越??；，一定、越大則a越大。因此，若想提高彎曲機(jī)的工作能力，則應(yīng)加大彎曲機(jī)的工作盤(pán)的直徑，增大撥料柱中心到主軸中心距離。
根據(jù)工作需求，初步設(shè)計(jì)鋼筋彎曲機(jī)的工作盤(pán)尺寸為：直徑345mm， =88mm。。
則 。
1—工作盤(pán) 2—中心柱套(直徑D) 3—撥料柱(直徑d)
4—擋料柱 5—鋼筋(公稱(chēng)直徑d) 6—插入座
3.2 彎矩的計(jì)算
鋼筋最大彎曲力矩的計(jì)算
Mmax=(k1+k0/2Rx)Ws (2-1)
式中
Kt=1.7（對(duì)圓斷面），為形狀系數(shù)；
W為鋼筋抗彎截面模量；
k0=/s，為塑性模量；k0=11.6
σs鋼筋屈服強(qiáng)度；
Rx=R/d，( R為鋼筋的最小彎曲半徑（R=1.75d）,d為被彎曲鋼筋的直徑。)
查找《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，可知：
σs =353Mpa Eˊ=0.5E
所以：
Mmax=(k1+k0/2Rx)Ws =（1.7+11.6/2×1.75）×0.1×403×235×103=7547.9
3.3 電動(dòng)機(jī)的選擇
電動(dòng)機(jī)選用Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)，額定功率；額定轉(zhuǎn)速。其電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為Y100L2—4。由表3－3查的電動(dòng)機(jī)中心高H＝100mm，軸伸出部分用于裝聯(lián)軸器軸段的直徑和長(zhǎng)度分別為D=28mm和E=60mm。
表1；其技術(shù)參數(shù)：
型 號(hào)
額定功率
/kW
滿載時(shí)
額定轉(zhuǎn)矩
最大 轉(zhuǎn)矩
重量/kg
額定電流/A
轉(zhuǎn)速
/r.min
Y100L2-4
3
8.8
1430
2.2
2.3
38
表2；其安裝尺寸：
機(jī)座號(hào)
安裝尺寸
H
A
B
C
63
D
E
F
G
K
12
100L
160
140
60
8
24
3.4計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)
總傳動(dòng)比。
本次設(shè)計(jì)為多級(jí)傳動(dòng)，i=i1i2i3i4
在已知總傳動(dòng)比要求時(shí)，如何合理選擇和分配各級(jí)傳動(dòng)比，要考慮以下幾點(diǎn)：
1） 各級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比應(yīng)盡量在推薦范圍內(nèi)選取。
2） 應(yīng)使傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)尺寸較小，重量較輕。
3） 應(yīng)使各傳動(dòng)件尺寸協(xié)調(diào)，結(jié)構(gòu)勻稱(chēng)合理，避免干涉碰撞。
由表13-2可知普通V帶的傳動(dòng)功率適中，單級(jí)傳動(dòng)比為2-4，這里我們選取i1=2.6。蝸桿傳動(dòng)但級(jí)傳動(dòng)比為10-40，取i4=20。
i2i3=。取i2=1.4， i3=2.5
綜上取
i1=2.6， i2=1.4， i3=2.5， i4=20.
則：
1、各軸轉(zhuǎn)速
電動(dòng)機(jī)軸為0軸，減速器高速軸為1軸，中速軸為2軸，低速軸為3軸，蝸桿軸為4軸，則各軸轉(zhuǎn)速分別為：
r/min
2、 各軸輸入功率
查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表2-4得：V帶傳動(dòng)效率=0.96，圓柱齒輪傳動(dòng)效率為==0.97蝸輪蝸桿傳動(dòng)效率=0.73，
P3=P2
P4=P3
3各軸轉(zhuǎn)矩
T4=
4 V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)
V帶的設(shè)計(jì)計(jì)算
電動(dòng)機(jī)與齒輪減速器之間用普通V帶傳動(dòng)，電動(dòng)機(jī)為Y100L2-4，額定功率P=3KW，轉(zhuǎn)速n1=1430r/min,i=2.6，每天工作16個(gè)小時(shí)。
1設(shè)計(jì)功率
根據(jù)工作情況由表8-7得工作情況系數(shù)KA=1.2.
Pca=KAP=1.23=3.6KW
2選定帶型
根據(jù)Pca=3.6KW，n1=1430r/min，由圖8-11查得選擇A型。
3確定帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1，并驗(yàn)算帶速
1）初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1,由表8-6和8-8，取小帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1=98mm。
2）驗(yàn)算帶速v。v=m/s
因?yàn)?m/s
8計(jì)算壓軸力Fp
壓軸力的最小值為（Fp）min=。
5 齒輪的設(shè)計(jì)
5.1高速級(jí)齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
１． 齒輪材料，熱處理及精度
選用直齒圓柱齒輪，工作壽命15年（每年工作300天）兩班制。
材料：
高速級(jí)小齒輪選用調(diào)質(zhì)，齒面硬度為 250HBS ，
高速級(jí)大齒輪選用調(diào)質(zhì)，齒面硬度為 220HBS，
由表10-19取解除疲勞壽命系數(shù)KHN1=0.92,KNH2=0.94,
由表10-18得KFN1= 0.85 ,KFN2=0.88
取失效概率為1%，安全系數(shù)，SF=1.25
[]=
[]=
[]=
[]=
2. 齒輪精度
按GB/T10095－1998，選擇8級(jí)
3.初步設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)的主要尺寸
高速級(jí)傳動(dòng)比，高速軸轉(zhuǎn)速傳動(dòng)功率
取載荷系數(shù)（表10-2）KA= 1.5 齒寬系數(shù)（表10-7）
小齒輪上轉(zhuǎn)矩
取(表10-6)，
齒數(shù)，則，取Z2=33，則實(shí)際傳動(dòng)比
模數(shù)
齒寬
取
按表4-1取，，
中心距
4.驗(yàn)算齒輪彎曲強(qiáng)度
齒形系數(shù)，
，
安全
5.小齒輪的圓周速度
對(duì)照表11-2 可知選用8級(jí)精度是合適的
（二）低速級(jí)齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
1.齒輪材料，熱處理及精度
材料：
小齒輪選用鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度為 260HBS ，
大齒輪選用鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度為 240HBS，
由表11-5，取,
KHN1=0.92,KNH2=0.94 KFN1= 0.85 ,KFN2=0.88
[] =
[] =
[] =
[] =
2. 齒輪精度
按GB/T10095－1998，選擇8級(jí)
3.初步設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)的主要尺寸
高速級(jí)傳動(dòng)比，高速軸轉(zhuǎn)速傳動(dòng)功率
齒輪按8精度制造。取載荷系數(shù)（表11-3）齒寬系數(shù)（表11-6）
小齒輪上轉(zhuǎn)矩
取((表11-4)，
齒數(shù)，則，則實(shí)際傳動(dòng)比
模數(shù)
齒寬
取
按表4-1取，，
中心距
4.驗(yàn)算齒輪彎曲強(qiáng)度
齒形系數(shù)，
，
安全
5.齒輪的圓周速度
對(duì)照表11-2 可知選用8級(jí)精度是合適的。
6 蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)
已知輸入功率P=2.71KW，蝸桿轉(zhuǎn)速n3=157.7r/min,傳動(dòng)比i4=20，要求壽命Lh=12000h。
1 選擇蝸桿傳動(dòng)類(lèi)型
根據(jù)GB/T10085-1988的推薦，采用阿基米德蝸桿（ZA）。
2選擇材料
考慮到傳動(dòng)功率不大，速度中等，故選擇45鋼。蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為45-55HRC。蝸輪用ZCuA110Fe3，金屬模鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒面用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵HT100制造。
3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)
根據(jù)閉式蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，再校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。
（1） 確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩
Z1=2
（2） 確定載荷系數(shù)
取載荷分布不均勻系數(shù)=1.3，由表11-5選取使用系數(shù)=1.15，動(dòng)載荷系數(shù)=1.15
K==
（3）確定彈性影響系數(shù)
因選用的是鑄錫磷青銅蝸輪和蝸桿相配，=160
（4）確定接觸系數(shù)Zp
先假設(shè)蝸桿分度圓直徑d1和傳動(dòng)中心距a的比值d1/a =0.35,從圖11-18中可查Zp=2.9.
（5） 確定許用接觸應(yīng)力[]
蝸輪的基本許用應(yīng)力[]，=268MPa
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N=60jn2Lh=
壽命系數(shù)KHN=
[]=KHN[]，=1.0737268=288MPa
（6） 計(jì)算中心距
mm
取中心距a=200mm，因i=20，所以從表11-2中可得蝸桿分度圓直徑d1=80mm，這時(shí)d1/a=0.4
4蝸桿和蝸輪的主要參數(shù)和幾何尺寸
（1） 蝸桿
軸向齒距Pa=25.133mm，直徑系數(shù)q=10，齒頂圓直徑da1=96mm，齒根圓直徑df1=60.8mm，分度圓倒程角=，蝸桿軸向齒厚sa=12.5mm
（2） 蝸輪
蝸輪齒數(shù)z2=40。
蝸輪分度圓直徑d2=mz2=840=320mm
蝸輪喉圓直徑da2=d2+2ha2=320+28=336mm
蝸輪齒根圓直徑df2=d2-2hf2=320-21.28=300.8mm
蝸輪咽喉母圓半徑rg2=a-
5校核齒根圓彎曲疲勞強(qiáng)度
當(dāng)量齒數(shù)zv2=
根據(jù)zv2=42.42，從圖11-19中可查齒形系數(shù)YFa2=2.87
螺旋角系數(shù)
由表11-8可得[]，=90MPa，KFN=0.644
許用彎曲應(yīng)力[]=[]，KFN=57.96MPa
彎曲強(qiáng)度滿足要求
7 軸的設(shè)計(jì)
7.1 Ⅰ軸的設(shè)計(jì)
1材料：選用45號(hào)鋼調(diào)質(zhì)處理。查課本第230頁(yè)表14-2 C=112
=2.88kw。 =50N.m =550r/min
2各軸段直徑的確定：19.4。
進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
(1): 擬定軸上零件的裝配方案
(2): 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度
①: 軸向定位要求1-2軸段右端要求制出一軸肩，取L1=55 ，
且.
②: 考慮到主要承受徑向力，軸向也可承受小的軸向載荷。當(dāng)量摩擦系數(shù)最少，在高速轉(zhuǎn)時(shí)也可承受純的軸向力，工作中容許的內(nèi)外圈軸線偏斜量（8`-16`）大量生產(chǎn)價(jià)格最低，固選用深溝球軸，選6007。查手冊(cè)可知d2=39（mm），l2=30（mm)，3-4段安裝軸承，左端用軸端擋圈定位，右端用軸肩定位，按軸端直徑取擋圈直徑D=38（mm）。3-4段的直徑 ，。d3=40,l3=20因?yàn)?-6段軸也要安裝一個(gè)相同軸承，故d5=40（mm），l5=20(mm) 。③: 6-7段軸沒(méi)有什么與之相配合的零件，但是其右端要有一個(gè)軸肩以使軸承能左端軸向定位，d6=39（mm）；又因?yàn)楦鶕?jù)減減速器的整體方案，此段軸設(shè)計(jì)時(shí)長(zhǎng)度應(yīng)該長(zhǎng)一些，故取l6=67（mm）。
④: 4-5段軸沒(méi)有什么與之相配合的零件，但是其左端要有一個(gè)軸肩以使軸承能右端軸向定位，d4=48（mm），由于5-6段軸的直徑較大，所以做成連軸齒，分度圓d=45(mm) 已知齒輪的輪轂的寬度為55（mm），所以l5=55（mm）。d7=35,l7=32.
各段直徑和長(zhǎng)度如下：
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
Ⅶ
直徑
32
39
40
48
40
39
35
長(zhǎng)度
55
30
20
55
20
67
32
示意圖：
畫(huà)受載簡(jiǎn)圖:
作用在齒輪上的 圓周力為： N
徑向力為：286*tg=104N
作用在軸1帶輪上的外力：
286N 286* tg=104N
求垂直面的支反力：
101N
求水平面的支承力：
N -6625N
求選定截面的彎矩，并畫(huà)彎矩圖。
截面I的彎矩：
6625*55=364375N.m
5555N.m
=364417N.m
截面II的彎矩：
=925458N.m
16355N.m
=1032861 N.m
彎矩和扭矩圖：
畫(huà)當(dāng)量彎扭圖（彎扭合成）
傳動(dòng)的扭矩T等于常數(shù)，有輕微振動(dòng)，單向傳動(dòng)，取
63012 N.m
154602 N.m
當(dāng)量應(yīng)力的計(jì)算:
對(duì)于界面I，由于和齒輪周向固定，有鍵槽，計(jì)算軸徑降低4%
確定[]:
軸徑d=35,由設(shè)計(jì)手冊(cè)查得，軸承代號(hào)為6307，D=72,B=19,
7.2 Ⅱ軸設(shè)計(jì)
同軸Ⅰ，尺寸如下：
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
Ⅶ
直徑
35
48
40
48
40
39
35
長(zhǎng)度
25
55
20
55
20
35
52
示意圖：
7.3主軸的設(shè)計(jì)
同上得主軸尺寸
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
直徑
74
80
73
長(zhǎng)度
65
75
102
示意圖如下：
結(jié)論
21世紀(jì)是一個(gè)創(chuàng)新的時(shí)代，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)概念得到不斷創(chuàng)新，高性能材料的開(kāi)發(fā)應(yīng)用是預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)獲得高速而廣泛的發(fā)展，在鋼筋混凝土中，鋼筋是不可缺少的構(gòu)架材料，而鋼筋的加工與成型直接影響到鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、造價(jià)、工程質(zhì)量以及施工進(jìn)度。所以，鋼筋加工機(jī)械是建筑施工中不可缺少的機(jī)械設(shè)備。隨著機(jī)械自動(dòng)化的發(fā)展，鋼筋彎曲機(jī)的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)通過(guò)自身的努力和學(xué)習(xí)，以及指導(dǎo)老師的細(xì)心指導(dǎo)，不僅使我強(qiáng)化了自己的建筑機(jī)械知識(shí)和電路控制理論，更加熟練的操作AutoCAD繪圖軟件。使我認(rèn)識(shí)到了機(jī)電一體化的結(jié)合在機(jī)械中的重要性。機(jī)電結(jié)合實(shí)現(xiàn)了機(jī)器的全自動(dòng)化、高效率、高質(zhì)量的發(fā)展。而且深切的體會(huì)到要把所學(xué)的知識(shí)理論變成可實(shí)際應(yīng)用的系統(tǒng)時(shí)所面對(duì)的種種難題，認(rèn)識(shí)到提高運(yùn)用知識(shí)、解決實(shí)際問(wèn)題的能力是十分重要的。
當(dāng)然，由于時(shí)間和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的不足，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)必然有很多不足和錯(cuò)誤之處，希望各位老師給予指點(diǎn)。
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黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 31 頁(yè)
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