钢筋弯曲机设计.doc

摘要钢筋弯曲机是建筑工地必不可少的机械，如何更有效提高机械生产效率，减少工人劳动强度，提高钢筋加工角度精度以及有更好的安全措施是钢筋制作中被普遍关注的问题。通过对国内现有钢筋弯曲机使用中发现的问题比较，设计了一款提高加工效率、减小劳动强度、提高加工精度、打弯钢筋后可以自动归位并带有平面刻度盘的新型钢筋弯曲机。关键词: 钢筋弯曲机；始弯矩；终弯矩；主轴扭矩；自动归位；刻度盘。 第 23 页 共 23 页 目录摘要1Abstract2第一章 绪 论51.1 钢筋弯曲机的发展历程与应用进展51.2 课题研究的意义6第二章 钢筋弯曲机的方案与选择72.1 引言72.2 典型的钢筋弯曲机传动方案72.3 钢筋弯曲机的传动精度92.4 钢筋弯曲机的传动效率102.5 现有钢筋弯曲机传动方案的改良思路11第三章 工作装置的方案设计123.1 工作装置的设计123.1.1 工作台面的各部分组成123.1.2结构及工作原理143.1.3 工作过程153.2 钢筋弯曲机的载荷分析及尺寸设计15第四章 钢筋弯曲机的动力设计194.1 电动机功率194.2 传动比的分配204.2.1 钢筋弯曲机系统的总传动比204.3 电动机上联轴器的类型选择224.4蜗杆减速器的选择22第五章 主要零件的设计及计算245.1 开式圆柱齿轮的设计245.2 工作主轴的设计及计算295.3 齿轮轴的结构设计及计算32第六章 钢筋弯曲机的控制电路分析35第七章 钢筋弯曲机的操作使用与维护367.1 操作要点367.2 维护要点367.3 保养37结论38致谢39参考文献40附录1 钢筋弯曲机使用安全手册41附录二 翻译文献42第二章 钢筋弯曲机的方案与选择2.1 引言在各种建筑工程中,大量使用钢筋弯曲机.近来国产钢筋弯曲机的生产、使用呈现快速增长的趋势,其传动方案主要有两种,即“带两级齿轮蜗轮蜗杆传动”及“带三级齿轮传动”,其中以“带两级齿轮蜗轮蜗杆传动”方案的弯曲机的生产、应用较为普遍,市场占有率高.随着所需加工弯曲的钢材尺寸逐渐加大,钢材技术性能的不断改良,在使用中发现有弯不动的情况或者电机发热严重的现象.从理论上讲,可以通过增加驱动电机的功率来解决此类问题,但这会增加产品的生产及使用成本,因此设计生产性价比优良的钢筋弯曲机一直是生产厂家努力的目标.国内设计工作者很早就对此问题进行了研究一二,但相关文献主要探讨钢筋弯曲变形所需功率的大小,而未涉及传动方案不同对其的影响,亦未见国外对此问题的研究报道.本文拟对钢筋弯曲机传动方案从传动效率、传动精度方面进行分析比较,指出两种传动方案在传动效率、传动精度方面显著的差别及选择使用的原则、场合,并提出一种传动方案的改良思路,以便广大用户更好地选择所需的机型,也有利于生产厂家设计生产满足市场需要的产品,促进国产钢筋弯曲机设计、生产、使用水平的进一步提高.2.2 典型的钢筋弯曲机传动方案现行的钢筋弯曲机主要有两种传动方案,一种为电机通过一级带传动、两级齿轮传动、一级蜗轮蜗杆传动,简称蜗轮蜗杆传动方案,如图1所示.另一种为电机通过一级带传动、三级齿轮传动,简称全齿轮传动方案,如图2所示.蜗轮蜗杆传动弯曲机的市场占有率远大于全齿轮传动弯曲机。图1蜗轮蜗杆传动图2 全齿轮传动2.3 钢筋弯曲机的传动精度现有的钢筋弯曲机多为人工操作，也有半自动及全自动的。在弯曲过程中,当达到所需位置时，由人工切断电机电源，或者用行程开关类电器发出指令，控制电机电源。此时，电机停止工作,由于弯曲机的传动机构受所弯钢筋的反向作用，工作盘所停位置较准确。但在工作盘返回到原始位置，准备下一次弯曲时，其停顿位置受传动精度的影响较大，因此，需分析传动方案的精度。为便于比较，均从第1级齿轮传动误差开始计算，不计皮带传动的影响。1. 蜗轮蜗杆传动蜗轮蜗杆传动的精度 式中，为第1,2级齿轮传动误差；蜗轮蜗杆传动误差；为蜗轮蜗杆传动比，取30。代入相关参数有2. 全齿轮传动全齿轮传动的精度式中, ，为第1,2,3级齿轮传动误差。代入相关参数有 3. 传动精度的比较为便于比较,设定各级齿轮传动误差相同，均以表示,蜗轮蜗杆传动的误差与齿轮传动误差几乎相等，即。则，很显然,采用蜗轮蜗杆传动时,传动精度较高。2.4 钢筋弯曲机的传动效率随着所需加工弯曲的钢筋的尺寸逐渐加大,对同样的驱动电机,钢筋弯曲机的传动效率将是设计或选择使用的重要指标之一.为方便分析比较,略去带传动及各支承轴承处的效率损失。1. 蜗轮蜗杆传动的效率式中，为第1级齿轮传动效率取0.98；为第2级齿轮传动效率，取0.98，为蜗杆传动效率，这是分析的关键。而式中，为搅油及溅油效率，它与装油量、回转件转速和浸油深度等有关，取0.96；为轴承效率，在此不计功率损失；为蜗轮螺旋副啮合效率。当蜗杆主动时式中,为分度圆柱导程角/，啮合摩擦角/，由啮合摩擦系数确定，即 大多数生产厂家的蜗杆采用钢，蜗轮采用灰铸铁(或球铁)，而导程角在12左右，蜗杆的分度圆直径d=76 mm左右，其蜗轮蜗杆表面的滑动速度 ，代入相关参数计算得vs0.598 m/s。根据文献3表23.514有543，=tan12/tan(12+543)0.66。故=0.960.66=0.639,即=0.980.980.639=0.61。2. 全齿轮传动全齿轮传动的效率 式中， ，分别为第1，2，3级齿轮传动的效率,均取为0.98，则=0.94。3. 传动效率的比较由上述计算可知，蜗轮蜗杆传动的效率仅为全齿轮传动的65%。实际上,如果计入带传动、支承轴承的功率损失,蜗轮蜗杆传动的弯曲机效率在0.5以下，处于自锁状态。2.5 现有钢筋弯曲机传动方案的改良思路现有的蜗轮蜗杆传动方案,齿轮传动布置在高速级时噪声较大,且因小齿轮Z1采用悬臂结构,使传动性能和承载能力下降.此外,蜗杆传动的齿面相对滑动速度较大,发热和胶合是限制其承载能力的决定因素,将蜗杆传动布置在低速级会增加负载和总体结构尺寸,降低传动效率.因而,对于以传递动力为主的传动系统,可优先考虑将蜗杆传动布置在高速级; 全自动或者半自动操作的钢筋弯曲机,为了提高弯曲机的停歇位置精度,简化相关控制装置,也应采用蜗轮蜗杆传动.只有要求传动精度较高的系统,才考虑将蜗杆布置在低速级.所以依此改良现有的传动设计方案.如图(3)所示图3 改良的蜗轮蜗杆传动第三章 工作装置的方案设计3.1 工作装置的设计如图所示为其结构设计。根据工作需要，并且借鉴现有的钢筋弯曲机的台面尺寸，定其大致尺寸见下图1当铁轴孔 2圆轮 3心轴孔 4成型轴 5启动销钉 6滚轴 7孔眼条板 8钢筋 9分离式挡板 10凸轮图4 工作装置结构3.1.1 工作台面的各部分组成钢筋弯曲机的工作台面主要由，工作盘，心轴、成型轴、挡铁轴等主要部件组成。1心轴按规范规定，钢筋的弯曲半径是1.25倍钢筋直径，因此不同直径钢筋的弯曲半径是不同的，为了保证弯曲半径，应设计不同直径的心轴。根据设计要求设计九种不同直径即16、20、25、35、45、60、75、85、100。如弯一根直径6mm钢筋的弯钩，弯曲半径是7.5mm，可选择16mm的心轴，而弯一根直径25mm钢筋的弯钩，弯曲半径是31mm,则可选择60mm的心轴，即心轴约等于2 倍的弯曲半径。其构造如图5所示：图5 心轴结构2成型轴成型轴是和工作台一起旋转驱使钢筋弯曲成型的构件，一般成型轴孔和心轴孔的距离是一定值，成型轴至心轴的距离随着钢筋和心轴直径的变化而变化，所以为了更好的调节心轴、钢筋和成型轴三者之间的间隙，有时可在成型轴上加一个偏心套。一般将成型孔和心轴孔设计相同，成型轴直径定为80mm。3挡铁轴挡铁轴是阻止钢筋随着成型轴旋转的附件，其插在挡铁插座上。挡铁轴可用一般心轴代替，为了便于钢筋弯曲时，钢筋和挡铁轴不发生摩摖，直接让偏心套环绕挡铁轴旋转，可在挡铁轴上加一个偏心套即可。4分离式挡板钢筋挡架是在弯曲钢筋弯时，防止钢筋发生向上拱曲，使钢筋成型正确。钢筋挡架是分离式挡板可变挡架，其图如下：分离式挡板上后挡板的长短是可调的，楔铁紧一点，挡距变小，楔铁松一点，挡距变大，使用灵活方便的挡架支撑杆是可调的，当钢筋弯曲粗钢筋时，将挡杆缩短，弯曲细钢筋时，将挡杆调长，使挡架的挡板紧贴钢筋，当钢筋成型后，工作盘反转，超过起始位置时，挡架的挡板钩能从挡柱体上滑脱，使挡架离开工作盘，避免损坏设备。图6 分离式挡板3.1.2结构及工作原理该机的台面系统为弯曲钢筋的结构和工作原理系统，根据所弯钢筋直经的大小，首先通过手轮使插入座横向位移，调整挡料装置与心轴之间的距离，使钢筋能顺利进入。工作盘上有9个孔，中心孔用来插心轴，周围的8个孔用来插成型轴。工作盘外的插入孔上插有挡铁轴。它由电动机带动蜗杆减速器旋转，蜗杆减速器通过齿轮传动，再带动工作盘旋转。当工作盘旋转时，中心轴和成型轴都在转动，由于中心轴在圆心上，圆盘虽在转动，但中心轴位置并没有移动；而成型轴却围绕着中心轴作圆弧转动。如果钢筋一端被挡铁轴阻止自由活动，那么钢筋就被成型轴绕着中心轴进行弯曲。通过调整成型轴的位置，可将钢筋弯曲成所需要的形状。改变中心轴的直径(16、20、25、35、45、60、75、85、100 mm)，可保证不同直径的钢筋所需的不同的弯曲半径。在工作盘的圆周上有燕尾槽是安装碰块之用，并在工作盘的圆周上标有的刻度线，根据钢筋所需的弯曲角度，选择相应的角度，调整碰块的位置;当弯曲钢筋时，碰块与行程开关接触，通过行程开关使电动机达到正转和反转，实现钢筋弯曲的一次循环。送料滚装在台面的两侧，送料有力，防止台面拉伤。3.1.3 工作过程钢筋弯曲机的工作过程如图所示。将钢筋放在工作盘的心轴和成型轴之间，开动弯曲机使工作盘转动，当工作盘转动到一个位置时，成型轴也跟随一起转动，由于钢筋一端被挡铁轴挡住不能自由运动，成型轴就迫使钢筋绕着心轴弯成相应的角度，如果工作盘继续旋转，成型轴也就跟随旋转。用倒顺开关使工作盘反转，成型轴回到起始位置并卸料，即一根钢筋的弯曲结束。不同直径的钢筋其弯曲半径一般是不同的，为了弯曲各种直径钢筋，在工作盘中间孔中换不同直径的心轴，并选择成型轴在工作盘的位置和挡铁轴的位置即可。该弯曲机的通用性强，结构简单，操纵方便，可将钢筋弯曲成各种形状和角度。（a）装料 （b）弯 （c）弯 （d）回位1心轴 2成型轴 3挡铁轴 4钢筋 5工作盘图7钢筋弯曲机工作过程3.2 钢筋弯曲机的载荷分析及尺寸设计 由于钢筋弯曲的形状不同，直接影响弯曲力的大小。1. 弯曲力的计算式中P一钢筋弯曲力(kN) 一弯曲钢筋直径(mm) ，=20mm（取最大直径） 一材料强度(MPa )，查文献【4】表中得=370N.mm K一安全系数(取1. 3)R弯曲半径(mm ) ，弯曲直径120mm-210mm,去最小R=120/2=60mm。则代入数据得 2弯曲扭矩的计算分析 钢筋弯曲时主传动轴扭转力矩要克服弯曲机本身的阻力和摩擦力等形成的扭矩，D其总扭转力矩按下式进行计算。 (1)式中钢筋弯曲扭转力矩(N.m)； 一克服成形轮的摩擦力矩(N.m)； 一钢筋与台面间的摩擦力矩(N.m)(1) 钢筋弯曲扭转力矩的计算 (2)式中 K一形状系数， 钢筋的抗拉强度W钢筋的抗弯截面模数，W=一曲率半径系数， R一曲率半径 d钢筋直径要计算最大的，根据工作条件，则取R=120mm，d=20mm，则代入数据得这是得到最大的(2) 克服成形轮摩擦力矩的计算 (3)式中 一摩擦系数(取0. 6 ) D一成形轮直径(mm)，设计中取D=80mm。则代入数据得(3) 钢筋与台面摩擦力矩的计算 ( 4)式中 G一钢筋质量(kg) R一钢筋中心线到工作台回转中心的距离(mm )选取最重的钢筋，取钢筋质量G=50kg，根据选取的心轴直径不同，R大小不同，根据工作要求选取最大的R=42mm。则代入数据得则总扭转力矩为3. 工作状态钢筋受力情况及与计算有关的几何尺寸标记见图1。设弯曲钢筋所需弯矩：式中F为拨料柱对钢筋的作用力；Fr为F的径向分力；a为F与钢筋轴线夹角。当一定、a越大则拨料柱及主轴径向负荷越小；，一定、越大则a越大。因此，若想提高弯曲机的工作能力，则应加大弯曲机的工作盘的直径，增大拨料柱中心到主轴中心距离。由上面计算得，其中钢筋所需弯矩=529.84N.m，F=96.2KN，则可选择其尺寸如下：根据工作需求，初步设计钢筋弯曲机的工作盘尺寸为：直径400mm， =120mm。， 则 。检验其工作能力：，故尺寸可以满足工作需求。1工作盘 2中心柱套(直径D) 3拨料柱(直径d)4挡料柱 5钢筋(公称直径d) 6插入座 图8 钢筋受力情况第四章 钢筋弯曲机的动力设计4.1 电动机功率 由上面计算已知 ： ，功率一扭矩关系公式：。式中，为输出功率；为主轴转速；T为主轴传递的扭矩，。考虑到传动部分机械效率，则电机最大负载功率；电动机选用Y系列三相异步电动机，额定功率；额定转速。其电动机的型号为Y112M4。由表33查的电动机中心高H112mm，轴伸出部分用于装联轴器轴段的直径和长度分别为D=28mm和E=60mm。表1；其技术参数：型 号额定功率/kW满载时额定转矩额定电流额转矩定噪声振动速度转动惯量/kg.mm重量/kg额定电流/A转速/r.min效率/%功率因数1级2级Y112M448.81440840.822.27.02.368741.80.009547表2；其安装尺寸：机座号安装尺寸HABCCADEFGGDK112M1901407013360824712表3 外形尺寸：机座号外形尺寸AAACABADBBHAHDLLCMd112M5223024519018518265400463表4 其示意图：图9 电动机4.2 传动比的分配4.2.1 钢筋弯曲机系统的总传动比钢筋弯曲机传动系统的总传动比由传动系统方案知 按表31查取开式圆柱齿轮传动的传动比由计算可得蜗杆减速器的传动比所以，传动系统各传动比分别为： ； ； 4.2.2 传动系统的运动和动力参数传动系统各轴的转速和功率计算如下：1. 电动机轴：2. 蜗杆轴：3. 蜗轮轴：4. 齿轮轴5. 工作轴4.3 电动机上联轴器的类型选择联轴器可分为刚性联轴器、挠性联轴器、安全联轴器、非机械式联轴器等。常用联轴器已标准化。根据工作要求及联轴器的特点，这里选择凸缘联轴器。载荷计算：公称转矩 ： 根据上面求得的电动机伸出的轴的尺寸，从GB 432384中查得GYH3凸缘联轴器的公称转矩为250N.m，许用最大转速为9500r.min，故合用。轴径为2030mm之间，选联轴器的孔径应和电动机的伸出轴直径相适应，因此选其孔径为28mm，其结构图如下：图10 GY型凸缘联轴器4.4蜗杆减速器的选择1. 选择标准减速器时应考虑下列参数：1). 功率（转矩）、转速及工作机要求的其他性能数据。正确确定传动装置所必需的数据。首先需要正确设计传动方案的参数（质量、速度、调速范围等）。2). 安装空间要求。要考虑安装空间的有效性或可行性，即安装时看得见、够得着、可操作。3). 与工作机械的连接。考虑输出轴与工作机械传递件的连接方法。经济性。要求效果、费用分析，保证效费比最优。要考虑全寿命成本（即购置费+使用保障费）。4). 选择时的已知条件：输出转矩或功率；输出转速或传动比；运行条件（温度、海拔、负载周期、油气辐射要求等；安装要求。2. 根据所需功率和转速选择减速器前面已经计算处所需的转速为32r/min，所需功率为2.64Kw。根据文献15的相关标准，在这里选择TW系列机座带底脚、卧式安装蜗杆减速器。按照工作要求，这里选用的型号为TW4-3-45 JB/T 734294 其中 TW减速器型式代号，4机型号，3输入功率，45传动比，JB/T 734294标准号查表其额定输入功率为7.5KW2.64KW，所以可用。结论21世纪是一个创新的时代，随着我国经济建设的高速发展，钢筋混凝土结构与设计概念得到不断创新，高性能材料的开发应用是预应力混凝土技术获得高速而广泛的发展，在钢筋混凝土中，钢筋是不可缺少的构架材料，而钢筋的加工与成型直接影响到钢筋混凝土结构的强度、造价、工程质量以及施工进度。所以，钢筋加工机械是建筑施工中不可缺少的机械设备。随着机械自动化的发展，钢筋弯曲机的应用将会越来越广。本次毕业设计我们运用了许多机械设计知识，主要进行对工作台的台面设计，使其更好的实现钢筋的弯曲，以及对电路的控制，实现自动化操作，高效率、高质量、无风险的工作。在本次毕业设计的一个，通过自身的努力和学习，以及指导老师的细心指导，通过这次毕业设计机会不仅使我强化了自己的建筑机械知识和电路控制理论，更加熟练的操作AutoCAD、Pro/ENGINEER绘图软件。使我认识到了机电一体化的结合在机械中的重要性。机电结合实现了机器的全自动化、高效率、高质量的发展。而且深切的体会到要把所学的知识理论变成可实际应用的系统时所面对的种种难题，认识到提高运用知识、解决实际问题的能力是十分重要的。当然，由于时间和设计经验的不足，本次毕业设计必然有很多不足和错误之处，希望各位老师给予指点。 参考文献 1. 吴宗泽主编，机械设计实用手册。北京：化学工业出版社。2. 江耕华，陈启松主编。机械传动手册。北京：煤炭工业出版社。3. 机械化科学研究院编。实用机械设计手册。北京：中国农业机械出版社。