毕业设计（论文）-钢筋弯曲机的设计说明书

第10页共36页钢筋弯曲机的设计【摘要】：钢筋弯曲机是建筑工地上必不可少的机械，如何更有效的提高机械生产效率，降低工人的劳动强度，提高钢筋加工精度以及具有更安全的措施是钢筋制作中普遍关注的问题，通过强度计算分析，认为现有GW-40弯曲机的大部分零件有较大的设计余量，改变个别零部件及电动机功率即可大幅提高加工能力，满足40=3\*ROMANIII级钢筋的弯曲加工，还可以升级为GW-50钢筋弯曲机。为克服现有技术中存在的问题，研究设计了新型钢筋弯曲机的技术方案，其传动效率高，且定位、归位精确，打弯钢筋角度准确。日前，我国弯曲加工能力和水平与国外相比还有一定差距,因此，必须从实际需要出发，研究开发钢筋弯曲机的新工艺和新设备，使我国的弯曲加工水平上一个新台阶。【关键词】：钢筋弯曲机弯矩转矩转速

SteelBarBentMachineReinforcingandDesigningAbstract:Aftercomparingvariouskindofbarbendingmachineproducedinchina,anewtypeofself-returningbarbendingmachinewithcalibrateddiseisdesigned,whichcanofferlessworkquantityadoptanalyzeandcountoftheintensity,webelievethatthecomponentsofthesteelreinforcingbar-curvedequipmenthavethehugedesignforeground.Wecanimprovetheabilityofmachining,onlychangeveryfewcomponentsandtheelectricmotor’sefficiency.itcanbecontentedtothemachiningofthe40screwthreadsteelandgouptothesteelreinforcingbar-curvedequipment.Toovercometheproblemsofexistingtechnologies,researchanddesignanewtypeofsteelbendingmachineforitshightransmissionefficiency,andpositioning,homingprecisionbentsteelanglesaccurately.Recently,China'sprocessingcapacityandlevelofbendingandabroadstilllagsfarbehind,therefore,mustproceedfromthepracticalneedsofresearchanddevelopmentofsteelbendingmachineofnewtechnologyandnewequipment,soourlevelofbendingtoanewlevel.Keywords:SteelBarBentMachine;moment;Torque;Thespeedofrotation

目录第1章引言 31.1课题背景 31.2国内外研究发展现状 3第2章钢筋弯曲机的工作原理 32.1概述 32.2钢筋弯曲机的结构和性能 42.2.1传动系统 42.2.2机架和工作台 5第3章电机选择与传动比设计 53.1电动机的选择 53.2计算各级传动比 6第4章V带传动设计 74.1定V型号和带轮值 7第5章第一级圆柱齿轮设计 95.1材料的选择 95.2齿根弯曲强度设计 9第6章第二级圆柱齿轮设计 106.1材料选择 11第7章涡轮蜗杆计算 127.1材料选择 127.2涡轮蜗杆传动的基本参数 127.3涡轮结构设计 13第8章轴设计 148.1Ⅰ轴设计 148.2Ⅱ轴设计 188.3III轴设计 228.4IV设计 26第9章钢筋弯曲机改进总结 29致谢 30参考文献 31第1章引言1.1课题背景GW-40钢筋弯曲机有以下许多不足：①蜗杆蜗轮传动效率低，一般为60%-75%。②由于蜗杆蜗轮啮合面间存在相当大的滑动速度，故齿面容易产生磨损和发热。对润滑条件要求较高；③蜗杆蜗轮加工较困难不适合批量生产；④蜗杆蜗轮装配时对中性要求较高，装配时测量、调整、加工比较复杂；⑤由于弯曲机的工作强度比较高，蜗轮容易磨损，尤其是在缺油的情况下，蜗轮很快磨损失效，要换蜗轮时互换性不好，更换比较困难；⑥由于弯曲机的工作环境比较差，齿轮加润滑脂后很快就会丢掉，既污染环境，又使齿轮的润滑质量很难保证，齿轮的寿命较短。实际上，GW-40钢筋弯曲机大部分主要零件有很大的潜在设计能力，通过改变少数零件即可升级为GW-50钢筋弯曲机，具有40=3\*ROMANIII级螺纹钢筋弯曲加工的能力。1.2国内外研究发展现状国内机型在主轴中采用滑动轴承，摩擦系数大，功率消耗也大；主轴系统在径向、轴向全部采用滚动轴承，其中径向为滚针轴承，摩擦系数小又能承受较大的载荷，所以，轴承形式选用较好。国外机型在变速方式上是通过变速箱的手柄控制，变速方便可靠；国内机型则是通过更换机架内的交换齿轮来进行变速，每一次变速都要人工拆卸机架侧板，拆装齿轮，应用极不方便，费时费力。国外机型的弯曲机工作操作机构由机体后台上带有插入孔的插入座、工作圆盘、中心柱、拨叉及挡料架等组成，利用可逆转换开关通过操作者手动直接控制电动机进行启动、停闭钢筋弯曲机及换向动作，钢筋弯曲角度的精度完全靠操作者的技术保证，而不能依靠机器本身机构设计的先进性合理性来保证，所以弯曲质量级不稳定，经常出现一批工件中各种弯曲的角度都不一样的情况，而且工人操作时精神比较紧张，劳动强度相对较大。第2章钢筋弯曲机的工作原理2.1概述钢筋弯曲机主要是利用工作盘的旋转对钢筋进行各种弯曲弯钩、半箍、全箍等作业，以满足钢筋混凝土结构中对各种钢筋形状的要求（常用钢筋弯曲形状见图1.1所示）图2.1钢筋弯曲性状目前我国生产的钢筋弯曲机型式品种还比较单一，主要有WJ40-1型、GW40型及GJB7-40型等。这些弯曲机均为机械传动，结构型式大同小异，都能弯曲直径6-40毫米的钢筋其中WJ40-1型是仿国外50年代的产品，该机结构简单，工作可靠，使用最广。GM7-40型为半自动钢筋弯曲机,可实现自动弯曲，到预定弧度时自动停止，并自动回转到原位。另外目前也有厂家研制了液压切断弯曲机，但生产不多，使用不广。现在国家统一规定的钢筋弯曲机型式代号是“GW”，主参数为弯曲钢筋的公称直径，单位是毫米。2.2钢筋弯曲机的结构和性能各种钠筋弯曲机都是由机架、传动系统和工作台三部分组成，传动原理也基本一样图2.2为WJ40一1型钢筋弯曲机的外形．2.2.1传动系统见图2.3所示，电动机经过一对三角皮带轮图2.2为WJ40一1弯曲机两组正街轮以及蜗杆蜗轮带动工作盘旋转通过更换一对配换齿轮，可使工作盘分别得到每分钟3.7转、7.2转、14转兰种不同的转速，以适合弯曲各种不同直径的钢筋。图2.3WJ40一1弯曲机简图1-齿轮2-工作台3-插入座4-送料滚5-油环6-蜗轮箱7-轴8-轴承9-工作圆盘10-蜗轮11-电动机12-机架2.2.2机架和工作台机架用型钢焊接而成，底部装有能使整机移动的行走滚轮，工作台固定在机架上，在台面的中间是工作盘（图2.4）。工作盘是用铸钢件加工制成的圆形盘其底面与蜗轮轴连接。圆盘上面有九个轴孔。中心孔用来插中公心轴及轴套，周围八个孔用来插成形轴及轴套。在工作盘外的两删还有插入座，各有六个孔，用来插入挡铁轴。为了便图2.4WJ40一1弯曲机工作台于移动钢筋，在工作台的两边还设有送1-工作盘2-加油孔螺塞3-中心轴料滚4-成型轴5-挡铁轴6-送料滚工作时，根据钢筋弯曲形状，将钢筋平放在工作盘中心轴和相应的成形轴之间，挡铁轴的内侧。当工作盘转动时，钢筋一端被挡铁轴阻止不能转动，中心轴位置不变，而成形轴则绕中心轴作圆弧转动将钢筋推弯。第3章电机选择与传动比设计3.1电动机的选择因为本传动的工作状况是：载荷平稳、单向旋转。目前各厂家生产的涡轮式GW-40钢筋弯曲机结构形式大同小异，基本定型。传动部分由V型皮带、两组变速齿轮，涡轮蜗杆组成，电动机功率3KW。由功率--扭矩关系公式Pw=T×n/9550=2.2KW,式中Pw为输出功率；n为主轴转速；n=3.7r/min，T为主轴传递的扭矩，根据螺纹钢筋的不同，这里可以选择钢筋弯曲机所需取MT=5800N·m即T=MT=5800N·m,又由于η=η1×η22+3×η3×η4式中η1、η2、η3、η4分别为带传动、轴承、齿轮、蜗杆的传动效率。取η1=0.95；η2=0.98（滚动轴承）；η3=0.96；η1=0.75考虑到传动部分机械效率η=0.61左右，则电机的最大负载功率Pd=Pw/η=2.2/0.61=3.6KW电动机的型号的确定：由机械设计手册查出电动机型号为 Y112m-4，其额定功率为4KW，满载转速1440r/min.基本符合题目所需的要求，4KW≥3.6KW即额定功率大于或者等于最大负载功率。3.2计算各级传动比计算总传动比由选定的电动机满载转速和电机主轴转速可得传动装置总传动比i=i1i2i3i4合理分配各级传动比i1为带传动；i2、i3为齿轮传动；i4为蜗杆传动；查表i1=2-3，i2=i3=4-6，i4=5-83取i1=3.8；i2=2；i3=2；i4=25；3.3计算各轴的转速、功率和转矩转速轴=1\*ROMANI：n1==1440/3.8=379r/min轴=2\*ROMANII：n2==379/2=189.5r/min轴=2\*ROMAN=3\*ROMANIII:n3==189.5/2=95r/min轴=4\*ROMANIV:n4==95/25=3.8r/min输入功率轴=1\*ROMANI：P1=Pdη01=3.60.95=3.42kw轴=2\*ROMANII：P2=P1η12=P1η2η3=3.420.980.96=3.22kw轴=2\*ROMAN=3\*ROMANIII:P3=P2η23=P2η2η3=3.220.980.96=3.02kw轴=4\*ROMANIV:P4=P3η34=P3η4η2=3.020.750.98=2.22kw输入转矩电动机输出转矩：Td=9550=9550=23.9N·m轴=1\*ROMANI：T1=Tdi2η01=23.93.80.95=86.28N·m轴=2\*ROMANII：T3=T1i2η12=86.280.980.962=162.34N·m轴=2\*ROMAN=3\*ROMANIII:T3=T2i3η23=162.3430.980.96=305.46N·m轴=4\*ROMANIV:T4=T3i3η34=305.46250.980.75=5612.90N·m第4章V带传动设计带传动是两个或多个带轮之间用带作为挠性拉伸零件的传动，工作时借助零件之间的摩擦来传递运动或动力。根据带的截面形状不同，V带传动、同步带传动、多楔带传动。4.1定V型号和带轮值工作情况系数KA=1.2确定计算功率PC=KAP=1.24=4.8选带型号根据机械设计手册如下图所示因此选用SPZ型确定带轮基准直径由机械设计手册表8-3和表8-7取主动轮基准直径d1=80mm,从动轮基准直径d2=id1=3.880=304mm，取d2=315mm.验算带的速度v==6.032m/s<35m/s带的速度符合要求确定窄V带的基准长度和传动中心距根据0.7（d1+d2）<a0<2（d1+d2），所以初步确定中心距a0=400mm计算带所需的基准长度d=2a0+/2（d1+d2）+（d1-d2）/4a0=［240+］mm=1455选择基准长度Ld=1400mm实际中心距a=a0+=400+mm=373mm验算主动轮上的包角a1=180-（d2-d1）/a57.5=143.8>120所以主动轮的包角合适。计算V带的根数zZ=由于n1=1440r/mind1=80mmi=3.8，查机械手册表得P0=1.6KW,P0=0.23KW查表得Ka=0.89,KL=0.96则Z==2.81所以取Z=3根计算预紧力F0由公式F0=500+qv,查表得q=0.07kg/m,故F0=500+0.076.032计算作用在轴上的压轴力：Fq=2ZF0Sin=23221.37Sin=1262.5N第5章第一级圆柱齿轮设计5.1材料的选择因调制后的钢有较好的强度和韧性方面的综合性能，适于低速重载下工作的一般齿轮传动，软齿面用于重载中低速传动装置，故选择小齿轮材料为40Cr硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢（调制），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。5.2齿根弯曲强度设计转矩11=T1η1=86.280.98=8.45510N.mm弯曲设计公式为m()确定公式内各个计算数值查表得小齿轮的弯曲疲劳极限=500Mpa大齿轮弯曲疲劳强度极限为=380Mpa由图查的弯曲疲劳寿命系数为K=0.85,K=0.88计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4,得===303.57Mpa===238.86Mpa计算载荷系数KK=KKKK=11.141.31.38=2.045上式中K-使用系数，K-动载系数，K-齿间载荷分布系数，K-齿向载荷分布系数初取在Z1=30Z2=230=60查取齿形系数Y=2.58,Y=2.23查取应力校正系数Y=1.60,Y=1.75计算大.小齿轮的并加以比较==0.01359==0.01634大齿轮的数值较大。设计计算由m()得到m0.01634=2.735mm即取m=3分度圆直径d1=mz1=330=90mmd2=mz1=360=180mm齿顶圆直径da=d+2m=90+6=96mm齿根圆直径df=d-2hf=90-13.5=76.5mm计算中心距a=（d1+d2）/2=（90+180）/2=135mm齿宽b==0.390=27mm取b=30mm根据=b/d,求齿宽时，b应是一对齿轮的工作宽度，为易于补偿齿轮轴向位置误差，应使小齿轮宽度大于大齿轮宽度，因此大齿轮宽度应取b1=b-5=25mm第6章第二级圆柱齿轮设计6.1材料选择选择小齿轮材料为40cr(调制)，硬度为280HBS,大齿轮材料为45#钢，硬度为240HBS。二者材料硬度差为40HBS.6.2按齿根弯曲强度设计转矩22=T2η1=162.340.98=1.590910N.mm齿宽系数取=0.3弯曲设计公式为m()确定公式内各个数值可查表得小齿轮的弯曲疲劳极限=500Mpa大齿轮的弯曲疲劳极限=380Mpa所以查得弯曲疲劳寿命系数为K=0.85,K=0.88确定公式内各个计算数值计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4,得===303.57Mpa===238.86Mpa计算载荷系数KK=KKKK=11.141.31.38=2.045初取在Z1=30Z2=230=60查取齿形系数Y=2.58,Y=2.23查取应力校正系数Y=1.60,Y=1.75计算大.小齿轮的并加以比较==0.01359==0.01634大齿轮的数值较大。设计计算由m()得到m0.01634=3.185即取m=3分度圆直径d1=mz1=330=90mmd2=mz1=360=180mm计算中心距a=（d1+d2）/2=（90+180）/2=135mm齿宽b==0.390=27mm取b=30mm根据=b/d,求齿宽时，b应是一对齿轮的工作宽度，为易于补偿齿轮轴向位置误差，应使小齿轮宽度大于大齿轮宽度，因此大齿轮宽度应取b1=b-5=25mm第7章蜗轮蜗杆计算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、二级齿轮传动、一级涡轮蜗杆传动，简称蜗轮蜗杆传动方案。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。选第一种。7.1材料选择蜗杆材料—按材料分为有碳钢和合金钢。蜗杆采用45钢，表面硬度>45HRC蜗轮材料—涡轮用注锡林青铜ZCuSn10P1,金属模铸造。为了节约有色金属，仅齿圈用青铜铸造，核心用灰铸铁HT100铸造。7.2蜗轮蜗杆传动的基本参数按齿面接触疲劳强度进行设计根据蜗轮传动设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再按校核齿根弯曲疲劳强度设计。a=涡轮转矩T4=T3i3η34=305.46250.980.75=5612.8N.mm确定载荷系数K,选取分布不均匀系数Kb=1,选取使用系数KA=1.14,选取动载系数为KV=1.1,则K=KAKbKV=1.1411.1=1.25确定弹性影响系数ZE=152Mpa先假设蜗杆分度圆直径和传动中心距比值为d1/a=0.35从而查表得ZP=2.9.确定许用应力,根据所选用的材料查得涡轮的基本许用应力为=268Mpa寿命系数KHN•=0.518×268MPa=138MPa计算中心距a===294mm取a=300mm蜗杆头数由图查得r=12;z=2;取z1=2Z2=50模数m=(1.4～1.7)a/Z2=(1.4～1.7)300/50=8.4～10.4因此取m=10蜗杆分度圆直径d1==0.35×300=105mm取d1=100mm涡轮分度圆直径d2=mz2=10×50=500mm取d2=500mm蜗杆导程角tanr=z1m/d1=2×10/100=0.2r=11.3涡轮宽度b2=2m(0.5+)=2×10×(0.5+)=76.3mm取b2=75mm蜗杆圆周速度V1===0.5m/s相对滑动速度Vs=V1/cosr=0.5/cos11.3=0.49m/s7.3涡轮结构设计图7.31d1=100mmm=10d3=1.8d=1.8×100=180mmd4=1.2m=1.2×10=12mml=1.2×100=120mml1=3d4=45mmc=0.2m=2mmX=1～3mmX=1a=b=20mm齿根圆弧半径R1=0.5(d1+2.4m)=0.5×（100+2.4×10）=62mm齿顶圆弧半径R2=0.5(d1-2m)=0.5×(100-20)=40mm蜗轮齿宽角A=90～110蜗轮喉圆直径da2=d2+2m=500+20=520mmD0=0.5(d5-2b+d3)=0.5×(436-40+180)=288mm当z1=2～3时DW=dd2+15=520+15=535mm第8章轴设计8.1Ⅰ轴设计计算齿轮受力小齿轮受力：转矩T=86280N.mm圆周力Ft===1917.3N径向力Fr=Fttana=1917.3×0.36=697.8N法向力Fn===2039.7N画小齿轮轴受力图，如下图所示：图8.1图8.2计算支撑反力：水平反力===20.6N===2072.7N垂直反力==1073.3N=Ft-FR1=1917.3-1073.3=844N水平面受力图图8.3垂直面受力图图8.4画轴弯矩图：水平面弯矩图图8.5垂直弯矩图图8.6合成弯矩图图8.7画轴弯矩图图8.8许用应力：许用应力值由机械设计手册查得：=130Mpa=75Ppa应力校正系数a===0.58当量弯矩aT=0.58×144785=83975.3N.mm在左轴颈中间截面处===85747.4N.mm在右轴颈中间截面处===26393.9N.mm当量弯矩图图8.9校核轴颈轴颈d1===22.5mm<50mmd2===15.2mm<50mm8.2Ⅱ轴设计计算齿轮受力小齿轮受力：转矩T=162340N.mm圆周力Ft1=2T/d1=(2×162940)/90=3607.6N径向力Fr1=Ft1tanaa=20=3607.60.36=1313.06N法向力Fn1===3837.87N大齿轮受力：转矩T=162340N.mm圆周力Ft2=径向力Fr2=Ft2tana=1803.80.36=649.4N法向力Fn2===1918.9N画轴受力图图8.10图8.11计算支撑反力水平反力===-466.31N==649.4-1313.06-466.31=-1129.97N垂直反力===1244.6N==-466.31+3607.6+0.51803.8=4041.29水平面受力图图8.12垂直面受力图图8.13画轴弯矩图水平面弯矩图图8.14垂直面弯矩图图8.15合成弯矩图图8.16画轴转矩图图8.17许用应力许用应力值查机械设计手册得：=130Mpm=75Mpm应力校正系数a==75/130=0.58当量弯矩aT=0.58×144785=83975.3N.mm在小齿轮中间截面处===94798.2N.mm在大齿轮中间截面处==131234.2N.mm当量弯矩图图8.18校核轴颈大齿轮齿根圆直径dn1=d1-2(1+0.25)mm=180-2(1+0.25)×3=172.5mm大齿轮齿根圆直径dn2=d1-2(1+0.25)mm=90-2(1+0.25)×3=82.5mm轴颈d1===23.3mm<82.5mmd2===15.2mm<172.5mm8.3=3\*ROMANIII轴设计大齿轮受力：转矩T=305460N.mm圆周力Ft===3394N径向力Fr=Fttana=3394×0.36=1454N法向力Fn===3610.63N蜗杆受力：圆周力Ft1===6109.2N径向力Fr1=Ft1tana=6109.2×0.36=2199.3N轴向力Fa=Ft1tan=6109.2×tan11.3=1220.73N画轴受力图图8.19图8.20计算支撑反力水平面反力==512.17NFt+Ft1-Fr1=3394+6109.2-512.17=8991.03N垂直面反力水平面受力图图8.21垂直面受力图图8.22画轴弯矩图图8.23垂直面弯矩图图8.24合成弯矩图图8.25画轴转矩图图8.26许用应力值查机械设计手册得：=130Mpm=75Mpm应力校正系数a==75/130=0.58当量弯矩aT=0.58×144785=83975.3N.mm在左轴承中间截面处===86757.98N.mm在涡轮中间截面处==111723.70N.mm当量弯矩图图8.27校核轴颈蜗杆根圆直径dn=d1-2(ha+c)m=100-2x(0.8+2)x10=44mm大齿轮齿根圆直径dn2=d1-2(1+0.25)mm=90-2(1+0.25)×3=82.5mm轴颈d1===22.6mm<50mmd2===24.6mm<44mm8.4=4\*ROMANIV设计涡轮受力圆周力Ft1=Fa=1220.73N径向力Fr2=Fr1=2199.3N轴向力Fa2=Ft1=6109.2N画轴受力图图8.28图8.29计算支撑反力水平面反力==-6735.3NFt+Ft1-Fr1=3088.7+1220.73-8476.5=-4167.01N垂直面反力水平面受力图图8.30垂直面受力图图8.31画轴弯矩图水平面转矩图图8.32垂直面弯矩图图8.33合成弯矩图图8.34画轴转矩图图8.35许用应力值查机械设计手册得：=130Mpm=75Mpm应力校正系数a==75/130=0.58当量弯矩aT=0.58×144785=83975.3N.mm在左轴承中间截面处===86757.98N.mm在涡杆中间截面处==2510126.67N.mm当量弯矩图图8.36校核轴颈蜗杆根圆直径dn=d1-2(ha+c)mm=100-2(10+2)=76mm轴颈d1===50.8mm<55mmd2===69.4mm<76mm第9章钢筋弯曲机改进总结弯曲机的动力机构多采用的机构为电动机的动力经皮带轮、齿轮、蜗杆蜗轮带动工作盘转动。柱体插在工作盘的孔中，通过工作盘的旋转将钢筋弯曲成型。按照国标钢筋弯曲机实验方法，选用建筑中常用的中低碳钢筋，对不同工况的钢筋做了扭矩，弯曲功率等参数的测量实验。测试技术表示出随着被弯曲钢筋的直径的增大，弯曲半径的减少，钢筋材质的含碳愈高，其扭矩、弯曲功率、电流、电动功率都增大。钢筋弯曲机是中央的工作盘、两边的插座及支撑、套圈档轴和基座组成，工作原理是靠工作盘的转动及工作盘伤的基座为基点，插座板的钢轴为挡铁，使钢筋弯曲成所须角度，制作弯曲钢筋工艺是以十字架和圈套为顶点，钢筋从一边由工人推进，工作盘转动，使钢筋弯曲。十字架只是协助推进，因此推进速度较慢。在GW-40钢筋弯曲机的基础上改进了以下方面：①增加了电动机功率，选用4KW三相异步电动机；②增加了一条传动皮带，相应改变皮带轮；③增大主轴上部两段直径，并增加相应的轴向定位设计，改变主轴材料；④增加了工作盘尺寸；⑤增大面板及框架。由于充分发挥了原机型大部分零件的设计潜力，可以大幅度降低制造成本，保持大部分零件的通用性，缩短制造周期，便于批量生产，提高了工作效率和工作可靠性，使之更利于为生产服务，创造经济效益!致谢随着这篇论文的最终落