1、毕业设计钢筋弯曲机设计 本科毕业设计论文设计题目 钢筋弯曲机设计 学 院 机械与电气工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 机械103 学 号 1007200095 学生姓名 陈上富 指导教师 王一军老师 2014年 5 月 15 日摘要 钢筋弯曲机是现在建筑行业最主要的工程机械之一，主要用于弯曲各种型号钢筋以满足建筑工地施工。现有的钢筋弯曲机主要是采用“带-两级齿轮-蜗轮蜗杆” 的传动方式，其弊端在于蜗轮蜗杆传动效率不高，加工难度大。此次设计的钢筋弯曲机针对直径在30mm以下的钢筋，设计采用了“带-三级齿轮”传动方案，可以大大提高钢筋弯曲机的传动效率。本设计还对现有钢筋弯曲机的工作
2、盘进行改良，使满足现有钢筋弯曲机对钢筋弯成不同角度的同时，还可以对钢筋弯成不同直径的弧形，以更大的满足建筑工地对钢筋弯曲成不同形状的要求。关键字 钢筋弯曲机；三级齿轮；工作盘；ABSTRACT Steel bar bender is one of the most significant engineering machineries in architecture nowadays, which is applied to bend various types of rebar to cater for the construction in building sites. The exis
3、ting steel bar benders mainly adopt the driving method of two-stage gear and worm, but its disadvantage lies in the low driving efficiency of the gear and worm as well as the difficult process. Thus, this design of the steel bar bender aimed at the rebar under 30mm in diameter utilizes the driving a
4、pproach of three-stage gear and worm, which helps improve the transmission efficiency a great deal. In this design, the working plate of steel bar bender is improved so well that it can not only satisfy the different bending angles of rebar that the existing steel bar bender requires but also make r
5、ebar become arcs of different diameters to meet the demand that rebar can be bent into different shapes in architecture sites.KEY WORDS steel bar bender; three-stage gear; working plate 钢筋弯曲机设计1.前 言随着我国建筑行业这几年的飞速发展，建筑机械类行业也伴随快速发展，钢筋弯曲机、钢筋弯箍机、钢筋弯弧机、钢筋调直机、切断机等等一系列建筑机械应用十分广泛。目前在工程应用上使用的比较广泛的是国产GW40型钢筋弯
6、曲机，它的主要特点是构造简单、适用性比较强，可以把直径在40mm以下的建筑钢筋弯弯曲成不同的角度。现如今我国对钢筋弯曲成形的技术也有了比较高的水平，钢筋弯曲机已经出现了多种型号和弯曲类型，如由中国建筑科学研究院建筑机械化研究所与沈阳市建筑施工机械厂共同研制的GW32型，GW40型钢筋弯曲机，,1986年11月相继在沈阳和合肥通过了部级技术鉴定，这两种新型的钢筋弯曲机都是在参照国外样机的基础上并结合我国的具体国情研制成功的换代新产品，其中GW32弯曲机填补了我国钢筋弯曲机系列产品的空白。但现有的钢筋弯曲机大多数是手动或者半自动，而且功能单一，只能将钢筋弯曲成不同的角度，不能很好的满足建筑需求，而
7、且现有的钢筋弯曲机几乎都是采用典型的“带-两级齿轮-蜗轮蜗杆”的传动方式，传动效率低下，能源耗损严重。此次设计的钢筋弯曲机主要在传动方式上做了个改进，采用了“带-三级齿轮”的传动方式，大大的提高了传动效率，减少能耗，同时也减少了加工难度。除此之外还对现有的钢筋弯曲机的工作盘进行一定的设计改进，变得简单实用并且具有通用性，除了可以把不同直径的钢筋弯曲成所需角度，同时也可以通过工作盘的调节，把钢筋弯成不同直径的弧形，解决了以往钢筋弯曲机功能单一的问题，不用再购置钢筋弯弧机类似机器，造成资源资金的浪费。2.系统工作原理及传动方案选择钢筋弯曲机是建筑行业中使用最为广泛的建筑机械之一，它主要利用电动机传
8、动的扭矩，通过工作盘将钢筋弯曲成不同角度。典型的钢筋弯曲机的传动方式都是二级齿轮+蜗轮蜗杆的传递方式，传动效率低下。改变钢筋弯曲机的传动方式，提高传动效率，是本次设计的着重点之一。2.1钢筋弯曲机的工作框图 本设计的钢筋弯曲机主要由控制设备、电动机、带轮、减速箱和工作台几部分组成，其中减速箱由三级齿轮组成。2.2钢筋弯曲机的工作原理 钢筋弯曲机的工作机构是一个安装在垂直的主轴上旋转的圆盘，如图2-2所示，把钢筋放在下图中虚线的位置，挡料支承销轴固定在机床上，中心轴和压弯轴安装在工作圆盘上，主轴转动带动工作圆盘转动，将钢筋弯曲。为了适用于不同直径的钢筋， 在工作圆盘上多开几个孔，用来插弯曲轴，也
9、可以换成不同直径的中心轴，以达到弯曲不同直径钢筋的目的。 当想把钢筋弯成弧形时，可以在工作盘上插上一个圆盘（如下图2-3），调节燕尾槽的滑动体，钢筋通过两个套筒，随着圆盘的转动，可以把钢筋弯成弧形，调节滑动体，可以实现弯曲成不同形状的钢筋弧形12。设两套筒轴心的连线与圆盘切线的距离为L,d为钢筋直径,R为弧形钢筋的曲线半径。可由勾股定理解出。(R+d+r)2=(L/2)2+(R一x)2,这样,要加工成型任意弧度的弧形钢筋,只需通过调节滑动体调整x距离即可,2.3钢筋弯曲机传动方案选择2.3.1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3，一种为电机通过一级带传动、两级齿轮传动、
10、一级蜗轮蜗杆传动，简称蜗轮蜗杆传动方案，,如图2-5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2-6。图2-5 蜗轮蜗杆传动4 图2-6 全齿轮传动42.3.2钢筋弯曲机的传动效率在计算钢筋弯曲机的传动效率4的两种传动方式时，为了更方便的分析比较，略去带传动及各支承轴承处的效率损失。（1）蜗轮蜗杆传动蜗轮蜗杆传动的效率=123 式中， 1为第1级齿轮传动效率，取0.98； 2为第2级齿轮传动效率，取0.98；3为蜗杆传动效率，这是本文分析的关键，而3=313233式中，31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；32为轴承效率，在此不
11、计功率损失；33为蜗轮螺旋副啮合效率。当蜗杆主动时33=tan/tan(+)式中,，为分度圆柱导程角，为啮合摩擦角，由啮合摩擦系数确定,即=tan-1大多数生产厂家的蜗杆采用45#钢，蜗轮采用灰铸铁(或球铁)，而导程角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Vs=dn /(6104)。代入相关参数计算得Vs0.598 m/s。根据机械设计手册表23.514有54333=tan12/tan(12+543)0.66。故3=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=123 式中, 1、2、3分别为第1，2，
12、3级齿轮传动的效率,均取为0.98，则=0.94.2.3.3传动效率的比较通过两种传动方案的比较，蜗轮蜗杆的传动主要有以下几点不足5：1）蜗轮蜗杆传动效率比较低，只是全齿轮传动的65%，,；2）由于蜗轮蜗杆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）蜗轮蜗杆的加工较困难,不适合批量生产；4）因为弯曲机的工作强度和工作时间都比较高，蜗轮比较容易磨损，尤其是在缺少润滑的情况下,蜗轮很快就磨损失效，当更换蜗轮时互换性不好，更换较困难。所以传动方案的话，选择一级带传动、三级齿轮传动。3.主参数确定及结构设计计算这一章通过对钢筋的受力分析确定所需的最大扭矩，从而确定钢
13、筋弯曲机的各参数，然后进行钢筋弯曲机的结构设计及计算。3.1钢筋弯曲受力分析钢筋的受力情况6如下图3-7，设弯曲钢筋所需弯矩：式中：F为拔料杆对钢筋的作用力，F1为F的径向分力，为F与钢筋轴线夹角当M一定时，越大则拔料杆及主轴径向负荷越小；=arcos(L3/L4)，当L4 越大时，就越大；因此，弯曲机的工作盘应加大直径，增大拔料杆中心到主轴中心距离L43.2弯矩计算及电机选择3.2.1弯矩计算根据钢筋弯曲机弯曲钢筋扭矩计算公式7（1）按30螺纹钢筋公称直径计算M0=K1Ws式中，M0为始弯矩，W为抗弯截面模数，W=d3/32，K1为截面系数，对圆截面K 1=16/3=1.7；对于25MnSi
14、螺纹钢筋s=335（N/mm2）,则得出始弯矩M0=1508.8（Nm）（2）钢筋变形硬化后的终弯矩钢筋在塑性变形阶段出现变形硬化（强化），产生变形硬化后的终弯矩：M=（K1+K0/2Rx）Ws式中，K0为强化系数，K0=E/p =2.1/p=0.21/0.14=1.5, p为延伸率，25MnSi的p=14%，Rx=R/d0,R为弯心直径，R=3 d0，则得出终弯矩 M=1731.1（Nm） （3）钢筋弯曲所需弯矩Mt=(M0+M)/2 K=1701（Nm）式中，K为弯曲时的滚动摩擦系数，K=1.05 3.2.2电动机选择 由功率扭矩关系公式 A0=Tn/9550=3KW,n=16.8考虑到部
15、分机械效率=0.8，则电动机最大负载功率 A= A0/=3/0.8=3.75（KW）电动机选用Y系列三相异步电动机，型号为Y112M-4，额定功率P=4KW，转速n1=1440r/min3.3主参数确定（1）传动比分配设减速器输入轴转速n1=514r/min，皮带轮的传动比i0=1440r/min/514r/min=2.8三级齿轮传动比的分配，根据文献三级齿轮传动最佳传动比配比的研究8得出各级传动比的最佳分配为：i1=(4i)1/7i2= i12 /i3 = i22 /根据输出转速为16.8r/min总传动比i=514/16.8=30.6，所以i1=(4i)1/7=1.987i2= i12 /
16、=2.792 i3 = i22 /=5.512 所以选最后取整i1=2, i1=2.8, i1=5.5即可满足精度要求. （2）计算各轴转速 nI=n电机=1440r/min n=nI/i带1=514.3=1440/2.8=514.3(r/min) n=n/i/2=257.15(r/min) n=n/i1=257.15/2.8=91.84(r/min) n=n/i1=91.84/5.5=16.7(r/min) （3）计算各轴的功率P=P工作=3.75KWP=P带=3.750.96=3.6KWP=P轴承齿轮=3.60.980.96 =3.39KWP=P轴承齿轮=3.390.980.96 =3.1
17、9KWP=P轴承齿轮=2.550.980.96 =3KW（4）计算各轴扭矩 T=9550P/n=95503.75/1440=24.87NmT=9550P/n=95503.6/514.3 =66.85NmT=9550P/n=95503.39/257.15 =125.9NmT=9550P/n=95503.19/91.84 =331.7NmT=9550P/n=95503/16.7 =1715.56Nm表3-1 各轴的运动参数轴名功率P（kw）转矩T ()转速n(r/min)传动比iI轴（电机轴）3.7524.871440II轴3.6066.85514.32.8III轴3.39125.9257.152
18、轴3.19331.791.842.8轴31715.5616.75.53.4V带轮设计 （1）确定计算功率 设带轮每天工作大于16小时 由机械设计9P156表8-7得：工作情况系数kA=1.2 计算功率PC=KAP=1.23.75=4.5KW P为所需传递的额定功率 （2）确定V带带型 根据PC 、由机械设计P157图8-11得：选用A型V带 （3）确定带轮基准直径，并验算带速 由机械设计p155表8-6得，推荐的小带轮基准直径为75100mm。 则取dd1=100mmdmin=75 dd2=n1/n2dd1=1440/514100=280.15mm 由机械设计P157表8-8，取dd2=280
19、mm 实际从动轮转速n2=n1dd1/dd2=（1440100）/280 =514.3r/min 转速误差为：n2-n2/n2=514.3-514/514 =-0.00061200（适用） （6）确定带的根数 根据机械设计P152表（8-4a）单根普通v带基本额定功率 P0=1.32KW 根据机械设计P153表（8-4b）单根普通v带基本额定功率的增量 P0=0.17KW根据机械设计P155表（8-5）包角修正系数K=0.95根据机械设计P146表（8-2）长度系数KL=0.99由机械设计P158式（8-26）得Z=PC/Pr=PC/(P0+P0)KKL =4.5/(1.32+0.17) 0.
20、950.99 =3.21取根数Z=4 （7）计算轴上压力由机械设计P149表8-3查得q=0.1kg/m，由式（8-27）单根V带的初拉力：F0=500（2.5- K）PC/ KZV+qV2 =500（2.5-0.95）3.9/(0.953.217.54)+0.17.542N =137.14N则作用在轴承的压力Fp，由机械设计P159式（8-28）Fp=2ZF0sin1/2=23.21137.14sin159.1/2 =865.84N （8）带轮设计简图图 3-2 带轮设计简图3.5齿轮设计3.5.1第一级齿轮传动设计选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数（1）按照设计选用直齿圆柱齿轮传动（2）考
21、虑钢筋弯曲机为一般工作机器，速度不高，参考机械设计p210表10-8，故选用7级精度。（3）材料选择。由机械设计p191表140-1，选择小齿轮材料为40Cr调质，齿面硬度为241286HBS，取280HBS。大齿轮选用45钢，调质处理，齿面硬度217255HBS,取240HBS。（4）选小齿轮齿数z1=24，大齿轮齿数z2=224=48按齿面接触疲劳强度设计 由设计计算公式进行试算（d1t 为设计小齿轮直径；K为计算齿轮强度用的载荷系数；T1为小齿轮传递的转矩；d 为齿宽系数；u为齿轮传动比；ZE为材料的弹性影响系数；H为许用接触应力）（1）确定公式内有关参数如下1）试选载荷系数kt=1.3
22、2）计算小齿轮传递的转矩T1=9.55106P/n1=9.551063.75/514.3 =69633.5Nmm3）由表10-7，选取齿宽系数d=14）由表10-6查到材料锻钢的弹性影响系数ZE=189.8MPa1/25）由图10-21d由齿面硬度查到小齿轮的接触疲劳强度极限Hlim1 =600MPa；大齿轮的机床疲劳强度Hlim2 =550MPa6）由式10-13计算应力循环系数 N1=60n1jLh=60514.31（1630015）=2.22109 N1=1.48109 /2=1.11109（j为齿轮每转一圈时，同一齿面啮合的次数；Lh 为齿轮的工作寿命，单位为h）7)由图10-19取接
23、触疲劳寿命系数KHN1=0.92；KHN1 =0.968)计算接触疲劳许用应力安全系数s=1由式（10-12）得H1=KHN1lim1 /s=0.92600=552MPaH2=KHN2lim2 /s=0.96550=528MPa(2)计算1）试算小齿轮分度圆直径，代入H中较小值 =60.286mm2）计算圆周速度v V=d1tn1/（601000）=60.286514.3/（601000）=1.62m/s3）计算齿宽b b=dd1t=160.286=60.286mm4）计算齿宽与齿高之比模数 mt=60.286/24=2.512mm齿高 h=2.25mt=2.252.512=5.652mm =
24、60.286/5.652=10.675）计算载荷系数根据 V=1.62m/s，7级精度，由图10-8查到动载系数Kv=1.08直齿轮齿间载荷分配系数KH=KF=1由表10-2查到使用系数KA =1由表10-4用插值法插得7级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，KH=1.422由=10.67，KH=1.422查图10-13得KF=1.35，所以载荷系数 K=KAKVKHKH =11.0811.422= 1.5366）按实际的载荷系数校正所算的分度圆直径，由式（10-10a）得d1 =d1t =60.286=63.733mm 7）计算模数m m=2.66按齿根弯曲强度设计由式（10-5）得弯曲强度的
25、设计公式为(1)确定公式内的各计算数值1）由图10-20c查到小齿轮的弯曲疲劳强度极限FE1 =500MPa ；大齿轮的弯曲强度极限FE2 =380MPa 2）由图10-18取弯曲疲劳寿命系数KFN1=0.85，KFN2=0.863）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.3，由式（10-12）得F1=0.85500/1.3=326.92MPaF2=0.86380/1.3=251.38MPa4）计算载荷系数KK=KAKVKFKF =11.0811.35=1.4585)查取齿形系数由表10-5查到 YFa1=2.65 ； YFa2=2.3326）查取应力校正系数由表10-5查到 YSa1=
26、1.58 ； YSa2=1.6927）计算大、小齿轮的并加以比较=0.0128=0.0157大齿轮的数值大（2）设计计算mm=1.77对比计算结果，由于齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取弯曲强度算得的模数1.77并就近圆整为标准值m=2，按接触强度算出的分度圆直径d1 =63.733mm，算出小齿轮齿数 Z1=31.8632大齿轮齿数 Z2=232=64这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到
27、结构紧凑，避免浪费。几何尺寸计算（1）计算分度圆直径d1=Z1m=322=64mmd2=Z2m=642=128mm（2）计算中心距(3)计算齿轮宽度 b=dd1=164=64mm取B2=64mm，B1=70mm小齿轮简图图3-3 小齿轮简图 3.5.2第二级齿轮传动设计选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数（1）按照设计选用直齿圆柱齿轮传动（2）考虑钢筋弯曲机为一般工作机器，速度不高，参考机械设计p210表10-8，故选用7级精度。（3）材料选择。由机械设计p191表140-1，选择小齿轮材料为40Cr调质，齿面硬度为241286HBS，取280HBS。大齿轮选用45钢，调质处理，齿面硬度217255HBS,取240HBS。（4）选小齿轮齿数z1=20，大齿轮齿数z2=2.820=56按齿面接触疲劳强度设计 由设计计算公式进行试算（d1t 为设计小齿轮直径；K为计算齿轮强度用的载荷系数；T1为小齿轮传递的转矩；d 为齿宽系数；u为齿轮传动比；ZE为材料的弹性影响系数；H为许用接触应力）（1）确定公式内有关参数如下1）试选载荷系数kt=1.32）计算小齿轮传递的转矩T1=9.55106P/n1=9.551063.39/257.15 =125897.34Nmm4）由表10-7选取齿宽系数d=14）由表10-6查到材料锻钢的弹性影响系数ZE=189.8MPa1/25）由图10-2
