最新gw40型钢筋曲折机的结构设计与运动剖析

1、1 绪论 钢筋弯曲机是钢筋加工必不可少的设备之一，它主要用于各类建筑工程中对钢筋的弯曲钢筋弯曲机通常与切断机配套使用，其应用十分广泛随着国家投资拉动的效果显现，尤其是国家大力开展高铁的建设，钢筋弯曲机的生产销售增长迅速与其他的钢筋切断机、弯箍机、调直切断机的的情况类似，河南省长葛市已经形成了该类机械的生产基地国产产品大多能满足使用需求，但也有一些产品的质量不能满足国家标准的要求河南长葛本地的钢筋弯曲机生产现状与质量水平反映了国产钢筋弯曲机的现状. 我国工程建筑机械行业近几年之所以得到快速发展，一方面通过引进国外先进技术提升自身产品档次和国内劳动力成本低廉是一个原因，另一方面国家连续多年实施积极

2、的财政政策更是促使行业增长的根本动因。 各厂家的钢筋弯曲机的构造基本相同钢筋弯曲机的传动方案有以下2种：“带一两级齿轮一蜗轮蜗杆传动”和“带一三级齿轮传动”2采用蜗轮蜗杆传动的钢筋弯曲机，其传动效率不如齿轮传动的弯曲机也就是说，在同样的驱动电机功率条件下，齿轮传动的弯曲机弯曲同直径的钢筋显得更轻松但蜗轮蜗杆传动的自锁特性，使工作中弯曲的定位精度会更高些目前，以“带一两级齿轮一蜗轮蜗杆传动”方案的弯曲机的生产、应用较为普遍，市场占有率高 目前，机械传动类钢筋弯曲机的结构与生产工艺已经非常成熟各个厂家产品的质量差异主要体现在以下几点：1)各个厂家的机箱的造型及用料有较大的差异用料太少的钢筋弯曲机，

3、设备的整体刚性太差，外型也缺乏美感2)仅有少量厂家注重工作圆盘及其他附件的表面质量，将工作圆盘及其他附件进行了镀层处理，将各插孑L采用橡胶套堵封3)有些钢筋弯曲机的生产厂家，配用非标生产的电机这些电机的输出功率偏小，在连续工作中容易起热，无法弯曲标定直径的钢筋4)传动系统的齿轮、蜗轮蜗杆等，在加工质量，材料的选用，热处理工艺等方面有差异5)大量厂家的弯曲机不注意外观涂装质量，少量厂家采用喷塑处理的方式，外观视觉效果还不错本机用于弯曲各种A3钢和级螺纹钢，工作方式简单，弯曲形状一致，调整简单，操作方便，使用可靠，性能稳定。它能将材料弯成工作中所需的各种形状。本机使用一段时间后应将工作盘换180&

4、#176;方位使用，这样内部机件也改变了180°位置，使机械零件达到均匀磨损，延长机械使用寿命。 受国家连续多年实施的积极财政政策的刺激，包括西部大开发、西电东送、房地产开发以及公路道路建设、城市基础设施建设等一大批依托工程项目的实施，这对于重大建设项目装备行业的工程建筑机械行业来说可谓是难得的机遇，因此整个行业的内需势头旺盛，技术创新层出不穷，弯曲机的设计改良也不断得到更新与进步，具有良好的发展前景。2 钢筋弯曲机的方案与选择2.1 引言2.2 典型的钢筋弯曲机传动方案图1 蜗轮蜗杆传动2.3 钢筋弯曲机的传动精度2.4 钢筋弯曲机的传动效率 综上所述，本次设计的GW40钢筋弯曲机

5、所适应弯曲钢筋的直径范围是（光圆钢筋），836（级螺纹钢），要求有较高的传动精度，属于半自动操作所以此次设计的钢筋弯曲机采用方案一，即电机通过一级带传动、两级齿轮传动、一级蜗轮蜗杆传动。3 弯矩的计算与电动机的选择3.1 工作装置的设计图4 工作装置结构3.1.1 工作台面的各部分组成结构及工作原理3.1.3 工作过程3.1.4 工作盘的设计4挡料柱 5钢筋(公称直径d) 6插入座 3.2 弯矩的计算钢筋最大弯曲力矩的计算 Mmax=(k1+k0/2Rx)Ws (2-1)式中Kt=1.7（对圆断面），为形状系数； W为钢筋抗弯截面模量； k0=/s，为塑性模量；k0=11.6s钢筋屈服强度；

6、Rx=R/d，( R为钢筋的最小弯曲半径（R=1.75d）,d为被弯曲钢筋的直径。)查找机械设计手册，可知： s =353Mpa E=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 电动机的选择3.4计算传动装置的运动和动力参数总传动比。本次设计为多级传动，i=i1i2i3i4 在已知总传动比要求时，如何合理选择和分配各级传动比，要考虑以下几点：1） 各级传动机构的传动比应尽量在推荐范围内选取。2） 应使传动装置结构尺寸较小，重量较轻。3） 应使各

7、传动件尺寸协调，结构匀称合理，避免干涉碰撞。由表13-2可知普通V带的传动功率适中，单级传动比为2-4，这里我们选取i1=2.6。蜗杆传动但级传动比为10-40，取i4=20。i2i3=。取i2=1.4， i3=2.5综上取i1=2.6， i2=1.4， i3=2.5， i4=20.则：1、各轴转速 电动机轴为0轴，减速器高速轴为1轴，中速轴为2轴，低速轴为3轴，蜗杆轴为4轴，则各轴转速分别为：r/min2、 各轴输入功率查机械设计课程设计表2-4得：V带传动效率=0.96，圆柱齿轮传动效率为=0.97蜗轮蜗杆传动效率=0.73， P3=P2P4=P33各轴转矩T4=4 V带传动设计 V带的设

8、计计算电动机与齿轮减速器之间用普通V带传动，电动机为Y100L2-4，额定功率P=3KW，转速n1=1430r/min,i=2.6，每天工作16个小时。1设计功率根据工作情况由表8-7得工作情况系数KA=1.2.Pca=KAP=1.23=3.6KW2选定带型根据Pca=3.6KW，n1=1430r/min，由图8-11查得选择A型。3确定带轮的基准直径dd1，并验算带速1）初选小带轮的基准直径dd1,由表8-6和8-8，取小带轮的基准直径dd1=98mm。2）验算带速v。v=m/s因为5m/s<v<30m/s,故带速合适。3） 计算大带轮的基准直径。根据式子8-15a，计算大带轮的

9、基准直径dd2根据表8-8，圆整为dd2=250mm。4确定V带的中心距a和基准长度Ld根据式子8-20，初定中心距a0=500mm。由式子8-22计算带所需的基准长度由表8-2选带的基准长度Ld=1600mm3) 按式子8-23计算实际中心距a。4)5验算小带轮上的包角6计算带的根数z1） 计算单根带的额定功率Pr由dd1=98mm和n1=1430r/min，查表8-4a得P0= 1.31KW根据n1=1430r/min，i=2.6和A型带，查表8-4b得=0.17KW。查表8-5得K=0.955，查表8-2 得KL=0.99，于是Pr=（P0+）KKL=(1.31+0.17)0.9550.

10、99KW=1.4KW2) 计算带的根数z取3根。7计算单根V带的初拉力的最小值由表8-3得A型带的单位长度质量q=0.1kg/m,所以=应使带的实际初拉力F0.>8计算压轴力Fp压轴力的最小值为（Fp）min=。5 齿轮的设计5.1高速级齿轮传动的设计计算 齿轮材料，热处理及精度选用直齿圆柱齿轮，工作寿命15年（每年工作300天）两班制。材料：高速级小齿轮选用调质，齿面硬度为 250HBS ，高速级大齿轮选用调质，齿面硬度为 220HBS， 由表10-19取解除疲劳寿命系数KHN1=0.92,KNH2=0.94,由表10-18得KFN1= 0.85 ,KFN2=0.88取失效概率为1%，

11、安全系数，SF=1.25 = = =2. 齿轮精度按GB/T100951998，选择8级3.初步设计齿轮传动的主要尺寸高速级传动比，高速轴转速传动功率取载荷系数（表10-2）KA= 1.5 齿宽系数（表10-7）小齿轮上转矩取(表10-6)，齿数，则，取Z2=33，则实际传动比模数齿宽取按表4-1取，中心距4.验算齿轮弯曲强度齿形系数，安全5.小齿轮的圆周速度对照表11-2 可知选用8级精度是合适的（二）低速级齿轮传动的设计计算1.齿轮材料，热处理及精度材料：小齿轮选用钢调质，齿面硬度为 260HBS ，大齿轮选用钢调质，齿面硬度为 240HBS， 由表11-5，取, KHN1=0.92,KN

12、H2=0.94 KFN1= 0.85 ,KFN2=0.88 = = = =2. 齿轮精度按GB/T100951998，选择8级3.初步设计齿轮传动的主要尺寸高速级传动比，高速轴转速传动功率齿轮按8精度制造。取载荷系数（表11-3）齿宽系数（表11-6）小齿轮上转矩取(表11-4)，齿数，则，则实际传动比模数齿宽取按表4-1取，中心距4.验算齿轮弯曲强度齿形系数，安全5.齿轮的圆周速度对照表11-2 可知选用8级精度是合适的。6 蜗轮蜗杆的设计已知输入功率P=2.71KW，蜗杆转速n3=157.7r/min,传动比i4=20，要求寿命Lh=12000h。1 选择蜗杆传动类型 根据GB/T1008

13、5-1988的推荐，采用阿基米德蜗杆（ZA）。2选择材料 考虑到传动功率不大，速度中等，故选择45钢。蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为45-55HRC。蜗轮用ZCuA110Fe3，金属模铸造。为了节约贵重的有色金属，仅齿面用青铜制造，而轮芯用灰铸铁HT100制造。3 按齿面接触疲劳强度进行设计 根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强度。（1） 确定作用在蜗轮上的转矩 Z1=2（2） 确定载荷系数取载荷分布不均匀系数=1.3，由表11-5选取使用系数=1.15，动载荷系数=1.15K=（3）确定弹性影响系数因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和蜗杆相配，=160（4）确定

14、接触系数Zp先假设蜗杆分度圆直径d1和传动中心距a的比值d1/a =0.35,从图11-18中可查Zp=2.9.（5） 确定许用接触应力蜗轮的基本许用应力，=268MPa应力循环次数N=60jn2Lh=寿命系数KHN=KHN，=1.0737268=288MPa（6） 计算中心距mm取中心距a=200mm，因i=20，所以从表11-2中可得蜗杆分度圆直径d1=80mm，这时d1/a=0.44蜗杆和蜗轮的主要参数和几何尺寸（1） 蜗杆轴向齿距Pa=25.133mm，直径系数q=10，齿顶圆直径da1=96mm，齿根圆直径df1=60.8mm，分度圆倒程角=，蜗杆轴向齿厚sa=12.5mm（2） 蜗

15、轮蜗轮齿数z2=40。蜗轮分度圆直径d2=mz2=840=320mm蜗轮喉圆直径da2=d2+2ha2=320+28=336mm蜗轮齿根圆直径df2=d2-2hf2=320-21.28=300.8mm蜗轮咽喉母圆半径rg2=a-5校核齿根圆弯曲疲劳强度当量齿数zv2=根据zv2=42.42，从图11-19中可查齿形系数YFa2=2.87螺旋角系数由表11-8可得，=90MPa，KFN=0.644许用弯曲应力=，KFN=57.96MPa弯曲强度满足要求7 轴的设计7.1 轴的设计1材料：选用45号钢调质处理。查课本第230页表14-2 C=112 =2.88kw。 =50N.m =550r/mi

16、n 2各轴段直径的确定：19.4。进行结构设计(1): 拟定轴上零件的装配方案(2): 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度: 轴向定位要求1-2轴段右端要求制出一轴肩，取L1=55 ， 且.: 考虑到主要承受径向力，轴向也可承受小的轴向载荷。当量摩擦系数最少，在高速转时也可承受纯的轴向力，工作中容许的内外圈轴线偏斜量（8-16）大量生产价格最低，固选用深沟球轴，选6007。查手册可知d2=39（mm），l2=30（mm)，3-4段安装轴承，左端用轴端挡圈定位，右端用轴肩定位，按轴端直径取挡圈直径D=38（mm）。3-4段的直径 ，。d3=40,l3=20因为5-6段轴也要安装一个相同轴承

17、，故d5=40（mm），l5=20(mm) 。: 6-7段轴没有什么与之相配合的零件，但是其右端要有一个轴肩以使轴承能左端轴向定位，d6=39（mm）；又因为根据减减速器的整体方案，此段轴设计时长度应该长一些，故取l6=67（mm）。: 4-5段轴没有什么与之相配合的零件，但是其左端要有一个轴肩以使轴承能右端轴向定位，d4=48（mm），由于5-6段轴的直径较大，所以做成连轴齿，分度圆d=45(mm) 已知齿轮的轮毂的宽度为55（mm），所以l5=55（mm）。d7=35,l7=32.各段直径和长度如下：直径32394048403935长度55302055206732示意图：画受载简图: 作用在齿轮上的 圆周力为： N径向力为：286*tg=104N作用在轴1带轮上的外力： 286N 286* tg=104N求垂直面的支反力： 101N求水平面的支承力：N -6625N求选定截面的弯矩，并画弯矩图。 截面I的弯矩：6625*55=364375N.m5555N.m=364417N.m 截面II的弯矩：=925458N.m16355N.m