9000字新稿子钢筋弯曲机设计

目录TOC\o"1-3"\h\u15479摘要 绪论1.1钢筋弯曲机设计目的和意义钢筋弯曲机在钢筋弯曲的工作中起了重要作用，是现代工程工程领域必不可少的机械之一。钢筋弯曲机的作用主要是在工程中按照工程生产的设计要求，将各式各样的钢筋弯曲加工，来达到实际应用的目的。随着我国十三五计划的实施，我国的各个工程行业蓬勃发展，这些重大工程的建设,对于机械工程领域的行业来说，无疑是一个快速发展的契机，各式各样的钢筋产品广泛的应用于现代国家工程领域的各个行业，同时对于该类型产品的要求也越来越高，因此包括中国在内的世界上的很多国家的科研技术人员正在努力研究，想开发研究新型钢筋弯曲机，来提高弯曲机的生产效率。现在我们国家正在处于城乡建设的初级阶段，在各种生产建设过程中，由于生产条件的落后和技术的不到位，浪费了大量的钢筋资源，而且钢筋加工的质量的质量远远低于所生产的要求。在现代工程实际生产中，对于钢筋的需求量越来越大，不仅仅在弯曲钢筋的直径方面越来越大，弯曲要求方面也越来越高，所以导致钢筋的弯曲精度较差，效率较低。通过现在已有的钢筋弯曲机的性能和工作的效率，不难可以看出现有弯曲机性能的不足，在减速装置和工作机构方面仍然有很多的设计余量，来提高钢筋在弯曲加工过程中的精度和效率。所以，我们需要在对比国内外已有的钢筋弯曲机设备，对弯曲机的传动机构和工作机构进行改进，尽可能的提高钢筋弯曲机的精度和效率。1.2钢筋弯曲机国内外发展现状钢筋弯曲机在现代工程领域中被大量的使用，将钢筋按照生产和设计的要求弯曲加工，折弯成各类形状，以满足实际应用。所以，在世界上包括中国在内的许多国家的科研技术人员正在大力的研发新型的钢筋弯曲机，想来提高弯曲机的工作效率。1996年，丹麦Stema公司先后生产了两种类型的钢筋弯曲机，分别是Unimatic18VS和Twinmatic钢筋弯曲机。而在我国，黄立新和刘鸿鹰两位教授分别系统的介绍了国产的GW-40型钢筋弯曲机和GW-40B型钢筋弯曲机。现在我们国家正在处正处于第十三个五年计划的实施阶段，我国的各个工程行业蓬勃发展，这些重大项目的建设对于机械工程行业来说，更是一个快速发展的新阶段，对于现在的国产钢筋弯曲机来说，传动机构主要有两种传动方案，一种是涡轮蜗杆传动方案，一种是全齿轮传动，由于后者钢筋弯曲机的生产和使用较为普遍，所以在市场上占有比重大于前者。随着我国现代化建设的发展，各现有的钢筋制品已经早已不能满足现代化生产和建设的需要，因此也就是在告诉我们要继续生产出适用于现代工程领域的钢筋制品，就要大幅度的改进钢筋技术性能，然而在实际钢筋产品生产过程中，经常会出现发电机发热严重，或者是钢筋弯不动的情况。从理论上讲，对于发电机发热等现象，可以通过增大发电机的功率，进行强力驱动，但这会增加产品的生产和成本。针对这种问题，我国的研究人员和技术人员已经进行了研究。然而，现有的研究文献和研究解决方案都是针对弯曲功率大小进行的，没有研究不同传输方案对钢筋弯曲性能的影响，也没有看到这种影响，然而却没有见到国外关于这些问题的研究和报告[1-2]。对于现在的国产钢筋弯曲机来说，传动机构主要有两种传动方案，一种是涡轮蜗杆传动方案，一种是全齿轮传动。涡轮蜗杆传动是电机提供动力后，经过一级带减速装置，连接二级齿轮减速箱，最后连接涡轮蜗杆传动；全齿轮传动则是电机提供动力源之后，通过带一级减速后，连接三级齿轮减速。因为国产的涡轮蜗杆传动方案的钢筋弯曲机在生产和使用方面较为普遍，所以在市场占有份额方面远大于全齿轮传动方案的钢筋弯曲机[3-4]。钢筋弯曲的角度控制，在新型钢筋弯曲机的设计方面也是一个比较棘手的问题。但开发钢筋弯曲机的角度控制系统是一个方向，国产的钢筋弯曲机要想在国际市场上保持竞争力，就要在钢筋的弯曲角度控制方面设计操作方便、简单可靠的角度控制系统。当被加工的钢筋在圆盘机构中被弯曲以后，弯曲机构能够自动的回到原来位置的功能，可以使用液压传动的钢筋弯曲机，这样的钢筋弯曲机不仅可以弯曲钢筋，也可以弯曲钢箍[5]；或者可以在自动归位系统中使用离合器单向传动技术，通过扭力弹簧来驱动工作圆盘归位[6]。现代工业的发展对于钢筋制品的要求的提高，也就是表示需要更高的效率和和精度控制的钢筋弯曲机，来满足生产的需求。但是由于现有钢筋弯曲机的改进远落后于现代工业的发展，在钢筋生产中耗费了极大的劳动力和大量的钢筋资源，不仅没有提高钢筋生产的效率和精度，还大大提高了生产成本[7-8]。本文通过在已有钢筋弯曲机的基础上，对各类钢筋弯曲机的传动方案和角度控制系统等方面进行比较，并进行改进，并在钢筋弯曲的工作系统即圆盘机构同方向配有钢筋自动送料机构，以实现钢筋弯曲机的全自动，尽可能的提高该型钢筋弯曲机的效率和精度。1.3研究方案1.3.1研究目的在已有钢筋弯曲机的基础上，通过比较不同类型钢筋弯曲机的传动机构、弯曲工作机构和角度控制系统，按照设计任务书所给的弯曲钢筋的工作直径和弯曲速度，确定最简便的传动方案和工作机构，并且在钢筋弯曲机上加有自动送钢筋装置，来实现钢筋弯曲机的全自动化。1.3.2研究内容本题重点研究的直径6-20mm的钢筋的弯曲，钢筋弯曲速度达到每分钟20转，尽可能的提高钢筋弯曲机的精度和效率，包括：钢筋弯曲机总体传动方案的确定各级传动比的分配以及电动机的选择V带设计和校核齿轮传动减速器的设计和校核各级传动轴的设计和校核工作圆盘的设计和影响弯曲钢筋角度的因素钢筋自动送料机构的设计箱体外壳的设计1.3.3研究方法1）调查法：调查国内外现有的钢筋弯曲机，对这些机械的机械参数取值作为参考。2）文献研究法：对国内外所有关于钢筋弯曲机的参考文献和资料进行查阅和统计，将钢筋弯曲机各个部分的性能和原理进行比较和选择。3）采用相似原理的方法：根据目前市场上占有比重最大的几种钢筋弯曲机的各个部件，按一定关系放大或者缩小来初步确定相对应得参数。1.3.4预期成果本文主要是完成钢筋弯曲机的设计，并在钢筋弯曲机的工作机构上添加钢筋自动送料装置，实现钢筋弯曲机的全自动。钢筋弯曲机的设计，实现直径6到20mm钢筋的弯曲，弯曲速度达到每分钟20转，整体结构能够稳定运行。钢筋弯曲机的自动送料机构、传动机构和弯曲机构能相互协调、匹配，整体达到一体化和最优化。1.3.5条件保障完成钢筋弯曲机的设计，需要充分了解钢筋弯曲机的原理和现有弯曲机的结构，明白V带的选择，齿轮和传动轴的选择和校核和机械传动中传动比的分配，弯矩扭矩的计算。同时还要明白钢筋弯曲机中各个部件的选择原理和依据，通过查阅设计手册或者询问老师解决，在最后的设计当中，还要绘出钢筋弯曲机的装配图和各个部件的零件图，一般要通过UG设计三维图，或者是用CAD绘制出二维图，这就要求熟练运用各种绘图软件。2钢筋弯曲机原理及工作机构设计2.1钢筋弯曲机工作原理该型钢筋弯曲机通过电动机提供动力源之后，通过V带作为一级减速系统，然后连接二级齿轮减速器二级减速传动，最后齿轮轴带动工作系统运动。该型钢筋弯曲机的工作系统，采用工作圆盘模式，工作圆盘的工作面上固定着中心销轴和弯曲销轴，电动机提供的动力源，通过V带和二级齿轮传动系统的传递动力，垂直的齿轮轴带动圆盘做水平旋转运动，此时，自动送料系统将工作钢筋运送到工作位置，即下图中的虚线处，机床上安装有固定销轴来将钢筋固定，旋转圆盘在弯曲销轴的作用下压弯钢筋。本文要求直径为6-20mm的钢筋弯曲，对于更换不同直径的钢筋进行弯曲加工来说，支撑销轴和压弯销轴垂直方向上的距离就是即将弯曲钢筋的直径，要改变弯曲钢筋的直径，也就是改变支撑销轴和弯曲销轴的直径来改变距离。对于钢筋的弯曲角度来说，钢筋的弯曲主要是通过中心销轴、弯曲销轴和支撑销轴，中心销轴和支撑销轴在工作圆盘旋转之后起到固定的作用，弯曲销轴通过旋转将力作用到钢筋的端面处，中心销轴的直径就是被弯曲钢筋的角度，所以要改变弯曲钢筋的角度，就要换不同直径的中心销轴。弯曲工作原理图如下：图2-1工作机构原理图2.2钢筋弯曲机工作盘设计1支撑销轴2钢筋3中心销轴4工作圆盘5支撑挡销图2-2钢筋弯曲示意图初步设计工作圆盘尺寸为：D=480cmL0=140cmL1=200cmL3=200cmα=arcos（L1/L0）=44.5°2.3弯曲φ20钢筋所需弯矩1钢筋弯曲初始弯矩（2.1）式中：K1为截面系数，K1=1.7W为抗弯截面模量，为弯曲钢筋屈服强度，2钢筋变形硬化后终弯矩（2.2）式中：K0为相对强化系数，为相对直径，得3钢筋弯曲所需弯矩（2.3）式中：K滚动摩擦系数，k=1.053电动机的选择及传动比的分配3.1步进电动机的选择（3.1）式中:为输出功率为主轴传递的扭矩，为主轴转速，n=20r/min（3.2）式中：为电机最大负载功率机械效率，1)步距角的选择电机的步距角的大小，取决于负载精度的要求，负载的最小分辨率，也就是负载当量按照一定的比例进行计算，换算到电机轴上，每个当量电机应走多少角度，包括减速过程，电机的步距角应等于或小于此角度。目前市场上步进电机的步距角主要有三种：三相电机的1.5度/3度，二四相电机的0.9度/1.8度和五相电机的0.36度/0.72度等。2)静力矩的选择步进电动机的力矩有动力矩和静力矩，但对于步进电机的动态力矩来说，一下子很难确定，所以我们往往先确定电机的静力矩。静力矩的选择的，依据是电机工作的负载的大小，而负载可分为两种，一种是惯性负载，另一种是摩擦负载。3)电流的选择电机的运行特性与静力矩和电流等有关，静力矩一样的电机，但由于电流参数不同，其运行特性差别很大，可依据矩频特性曲线图，参考驱动的电源和电压，判断电机的电流。4)力矩与功率换算步进电机调速使用的范围是一般是比较大的，但电机的功率是在变化的，一般只用力矩来衡量，力矩与功率换算如下：

其P为功率，Ω为每秒角速度，n为每分钟转速，M为力矩，f为每秒脉冲数综上考虑，本文所设计钢筋弯曲机传动机构采用电机连接V带一级减速后，在连接二级齿轮减速箱传动，所以电动机提供动力源之后，电动机功率经过V带、齿轮和轴一些传动装置之间的摩擦等，会有比较大的损耗，所以在电动机的选择过程中，选择的电动机类型，额定功率应该大于钢筋弯曲机弯曲机机构的输出功率，为此，综合以上等因素，最后决定选用型号为Y2-100L2-4，额定功率Pn=3kw，额定转速nm=1430r/min3.2确定传动比及运动参数1总传动比（3.3）2分配装置传动比（3.4）初步选定带传动传动比，则减速器传动比为3分配减速器传动比（3.5）式中:为高速级齿轮传动的传动比，为低速级齿轮的传动比，3.3计算传动装置的运动和动力参数1）各轴转速Ⅰ轴（3.6）Ⅱ轴（3.7）Ⅲ轴（3.8）2）各轴输入功率Ⅰ轴（3.9）Ⅱ轴（3.10）Ⅲ轴（3.11）3）各轴输入转矩Ⅰ轴（3.12）Ⅱ轴（3.13）Ⅲ轴（3.14）各轴运动及动力总结表如下：表3-1各轴运动和动力参数表轴名输入功率P/kw输入转矩T/N•mm转速nr/minⅠ轴2.851276.16357.5Ⅱ轴2.7098361.971.5Ⅲ轴2.60221242204V带传动设计V带设计计算1)确定计算功率：通过设计手册[9]查的（4.1）2)确定V带带型：考虑，通过设计手册选用A型3)带轮基准直径：初选小带轮直径则大带轮直径dd2=iadd1=4×100=400mm4)带速v：（4.2）5)确定中心距a0：（4.3)取a0=400mm6)带所需基准长度：（4.4）选7)实际中心距：（4.5）8)小带轮包角：（4.6）9)带的根数：（4.7）取4根10)单根v带预紧力：设计手册查（4.8）则11)压轴力：（4.9）5圆柱齿轮设计5.1第一级齿轮传动设计1齿轮类型该型号钢筋弯曲机弯曲速度为20r/min，选用7级精度，小齿轮材料选用40Cr，进行调质处理，硬度为280HBS,大齿轮选用45钢，进行调质处理，硬度为240HBS[10]。（在分配了传动比以后，为了方便之后齿轮的设计和校核，大小齿轮在选择材料方面，为了提高抗胶合能力，每啮合的两个齿轮的材料各不相同，大齿轮的齿面硬度应该比小齿轮的齿面硬度较小）。2齿数：选（5.1）3齿面接触疲劳设计（5.2）⑴试选⑵小齿轮传递转矩⑶选取齿宽系数⑷标准齿轮⑸计算接触疲劳强度用重合度系数（5.3）（5.4）（5.5）（5.6）⑹接触疲劳许用应力（5.7）（5.8）通《机械设计基础》查KHN1=0.91KHN2=0.95，取失效效率为1％，安全系数S=1（5.9）（5.10）则⑺小齿轮分度圆直径d1（5.11）⑻计算模数m（5.12)4按齿根弯曲疲劳设计（5.13）⑴式中：①初选KFt=1.3②重合度系数（5.14）③计算由《机械设计基础》查由应力循环系数查《机械设计基础》取S=1.4（5.15）（5.16）（5.17）（5.18）则5设计计算（5.19）通过齿根弯曲疲劳强度计算和齿面接触疲劳强度计算结果来看，按照齿根弯曲疲劳强度计算m1大于齿面接触疲劳强度mt，可取mt=2.764，并圆整为m=3.0，分度圆直径通过齿面接触强度得到的数值为d1=60.13mm，得出取z1=21（5.20）（5.21）6几何尺寸计算⑴分度圆直径（5.22）⑵中心距（5.23）⑶齿宽（5.24）取5.2第二级齿轮传动设计1材料选择：该型弯曲机速度为20转每分钟，属于比较慢的类型，因此选用7级精度，小齿轮材料选用40Cr，硬度280HBS,大齿轮选用45钢，硬度240HBS。2齿数：取（5.25）3齿面接触疲劳设计（5.26）⑴选⑵小齿轮传递转矩⑶取齿宽系数⑷标准齿轮⑸计算（5.27）（5.28）（5.29）（5.30）⑹接触疲劳许用应力循环次数（5.31）查《机械设计基础》KHN1=0.95，KHN2=0.97，取失效效率1％，安全系数S=1（5.32）（5.33）⑺小齿轮分度圆直径d1（5.34）⑻计算模数（5.35）4按齿根弯曲疲劳设计（5.36）式中：①选KFt=1.3②重合度系数（5.37）③计算由《机械设计基础》查YFa1=2.61,YSa1=1.55,YFa2=2.24,,YSa2=1.79由《机械设计基础》查KFN1=0.85，KFN2=0.88（5.38）（5.39）5设计计算（5.40）通过齿根弯曲疲劳强度计算和齿面接触疲劳强度计算结果来看，按照齿根弯曲疲劳强度计算mt大于齿面接触疲劳强度m1，因此m=mt=2.94.并圆整为m=3.0，由齿面接触强度计算，得出分度圆直径d1=73.38mm，得出（5.41）（5.42）6几何尺寸计算①分度圆直径（5.43）②中心距（5.44）③齿宽（5.45）取B1=82mm，B2=b=75mm6轴的设计与校核6.1轴Ⅰ的设计与校核6.1.1估算轴的基本直径该轴为大V带轮连接小齿轮传动轴，材料选用40Cr，热处理进行调质处理，C=112，且P1=2.8512kw，n1=357.5r/min,（6.1）6.1.2轴结构设计1初定各段直径和长度表6-1轴一结构尺寸表轴段轴直径d/mm轴段长度L/mmⅠ2367Ⅱ3050Ⅲ3648Ⅳ4088Ⅴ469Ⅵ36402轴承选择因轴承受轴向力和径向力，选择深沟球轴承60000.3键的选择齿轮与大带轮处：平键连接B×H×L=12mm×8mm×80mm大带轮与轴处；平键连接B×H×L=9mm×8mm×60mm图6-1主轴一结构示意图6.1.3轴的受力分析1齿轮1受力（6.2）（6.3）2计算轴的跨距3校核强度水平面H：（6.4）垂直面V：（6.5）合成弯矩：（6.6）弯扭合成强度校核：（6.7）通过手册查得，45钢[σ]-1=60MPa，所以该轴强度校核安全。6.1.4轴Ⅰ受力强度图图6-2主轴一载荷分析图6.2轴Ⅱ设计与校核6.2.1估算轴的基本直径该轴为一级大齿轮与二级小齿轮传动轴，材料选用40Cr，热处理进行调质处理，C=112，且P2=2.7098kw，n2=71.5r/min,得：。（6.8）6.2.2轴的结构设计1初定各段轴径和长度表6-2轴二结构尺寸表位置轴直径d/mm轴端长度L/mmⅠ3952Ⅱ4584Ⅲ5012Ⅳ45112Ⅴ39452轴承选择因轴承受轴向力和径向力，选择深沟球轴承60000.3键的选择大齿轮3与轴处：平键连接B×H×L=14mm×9mm×75mm小齿轮2与轴处；平键连接B×H×L=14mm×9mm×100mm图6-3主轴二结构示意图6.2.3轴的受力分析1齿轮2受力（6.9）2齿轮3受力（6.10）3确定跨距4校核强度水平面H:（6.11）垂直面V:（6.12）合成弯矩:（6.13）弯扭合成强度校核：（6.14）通过手册查得，45钢[σ]-1=60MPa，所以该齿轮轴强度校核安全。6.2.4轴Ⅱ受力图图6-4Ⅱ轴载荷分析图6.3轴Ⅲ的设计与校核7.3.1估算轴的基本直径该轴为齿轮连接工作圆盘轴，材料选用40Cr，热处理进行调质处理，C=112，且P3=2.6022kw，n2=20r/min，得：。（6.15）6.3.2轴的结构设计1初定各段轴径和长度表6-3轴Ⅲ结构尺寸表位置轴直径d/mm轴段长度L/mmⅠ7528Ⅱ84104Ⅲ9026Ⅳ80107Ⅴ7554Ⅵ601392轴承选择因轴承受轴向力和径向力，选择深沟球轴承60000.3键的选择齿轮与轴处：平键连接B×H×L=22mm×14mm×100mm半联轴器与轴处：平键连接B×H×L=18mm×11mm×130mm图6-5主轴三结构示意图6.33轴的受力分析1齿轮4受力（6.16）2确定跨距3校核强度水平面H:（6.17）垂直面V：（6.18）合成弯矩：（6.19）弯扭合成强度校核:（6.20）因为45钢[σ]-1=60MPa，所以该传动轴强度校核安全。6.3.3轴Ⅲ受力图图6-6Ⅲ轴载荷分析图7自动送料装置结构设计7.1自动送料机构种类在现代工程领域，各类行业都有属于合适自己生产产品的生产线，而自动送料机构就是生产线必不可少的机构之一。因为送料的种类不同，样式不同，所以自动送料机构的种类也有所不同。按照送料机构的控制方式分为四种，即机械式、电气式、液压与气压式和组合式；按照胚件的形状特征也分为四种，即卷料上料机构、棒料送料机构、件料送料机构和其他物件的送料机构。其中，本文研究的钢筋自动送料机构就是按胚件形状特征分为的棒料送料机构。7.2自动送料机构的基本要求和组成7.2.1棒料送料机构的基本要求对于生产线来说，送料机构是最开始的运动，也是必不可少的条件之一，这就要求送料机构在开始运动后在最短的时间内快速将工作材料运送到工作位置，在快接近工作位置时，送料机构的速度应该降到最低，防止损伤机床，同时还要满足经济性要求，对于工作材料来说，工作后的余料应该要小，要节约材料，机构在完成送料的工作之后，能自动归位，继续下一次的送料命令。7.2.2棒料送料机构的基本组成1）送料机构①利用摩擦摩擦送料②利用重锤送料③利用送料夹头送料2）棒料夹紧机构棒料夹紧机构主要是由驱动机构，增力机构和棒料的夹紧夹头三部分组成。其中驱动机构主要是凸轮机构，在机械中常常用液压或者气压驱动；增力机构则是用杠杆或者斜面机构，这种机构的优点是可以增加机构的自锁性能。7.3棒料送料的典型结构1)摩擦轮式棒料自动送料方法特点:能自动的连续送料，具有较高的传动效率，而且摩擦轮式机构比较简单，装拆比较方便，摩擦轮易于加工，相比于其他机构而言，制造成本比较低，同时在传动的过程中，摩擦轮的承载能力比较大，而且在传动的过程中，能够减少冲击和震动，能使送料机构保持比较长久的寿命。2)用送料夹头的棒料自动送料方法用送料夹头的棒料自动送料的方法主要分为四个步骤，即送料、调整、更换和夹料。这种用送料夹头的自动送料方法主要的优点在于送料机构的重量比较轻，在机构启动时，速度可以在比较短的时间内快速增加，受离心力的影响较小，送料机构的通信度比较高。3)重锤式棒料自动上料方法重锤式自动上料方法主要是棒料在重锤的作用下贴紧刀面，实现送料。该方法夹紧机主要有弹簧夹头和控制元件两部分组成。控制元件分配在鼓轮上的挡块，弹簧夹头前半部分是一个圆锥面，中间部分比较薄，开了三个槽，可以收缩或者张开。7.4机械部分设计