GW40型钢筋弯曲机设计方案.docx
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GW40型钢筋弯曲机设计方案
GW-4(型钢筋弯曲机设计方案
第一章绪论
1.1概论钢筋弯曲机,钢筋加工机械之一。
工作机构是一个在垂直轴上旋转的水平工作圆盘,把钢筋置于图中虚线位置,支承销轴固定在机床上,中心销轴和压弯销轴装在工作圆盘上,圆盘回转时便将钢筋弯曲。
为了弯曲各种直径的钢筋,在工作盘上有几个孑L,用以插压弯销轴,也可相应地更换不同直径的中心销轴。
钢筋弯曲机属于一种对钢筋弯曲机结构的改进。
本实用新型包括减速机、大齿轮、
小齿轮、弯曲盘面,其特征在于结构中:
双级制动电机与减速机直联作一级减速;小齿轮与大齿轮啮合作二级减速;大齿轮始终带动弯曲盘面旋转;弯曲盘面上设置有中心轴孔和若干弯曲轴孔;工作台面的定位方杠上分别设置有若干定位轴孔。
由于双级制动电机与减速机直联作一级减速,输入、输出转数比准确,弯曲速度稳定、准确,且可利用电气自动控制变换速度,制动器可保证弯曲角度。
利用电机的正反转,对钢筋进行双向弯曲。
中心轴可替换,便于维修。
可以采用智能化控制。
国外品牌都是贴牌生产很少是全套进口据调查所知很多国外打牌都是国内生产商生产。
1.2钢筋弯曲机产品结构
1.2.1钢筋弯曲机的类型
1、按传动方式分机械式钢筋弯曲机、液压式钢筋弯曲机;
2、按工作原理分为蜗轮蜗杆式钢筋弯曲机、齿轮式钢筋弯曲机;
3、按结构型式分台式钢筋弯曲机、手持式钢筋弯曲机。
1.2.2钢筋弯曲机的构造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两种:
“带-
两级齿轮-蜗轮蜗杆传动”和“带-三级齿轮传动”o《钢筋弯曲机传动方案的比较与选择》证明了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,在同样的驱动电动机功率条件下,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-两级齿轮-蜗轮蜗杆传动”方案的弯曲机的产生、应用较为普遍,市场占有率高。
在这2中传动方案的钢筋弯曲机中,工作面板以上的部分相同。
图1为应用最多的“带-两级轮齿-蜗轮蜗杆传动”的弯曲机的结构。
1・3钢筋弯曲机产品质量差异目前,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,设备的整
体刚性太差,外形也缺乏美感。
将工作圆盘及其他附件进行
2、仅有少量厂家注重工作圆盘及其他附件的表面质量,
了镀层处理,将各插控采用橡胶套堵封。
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方式,外观视觉
效果还不错。
1・4发展现状
当前我国正在大力发展基础建设及城市化建设,各种建筑耗费了大量的钢筋,其中箍筋加工的效率和质量是最难解决的问题之一,箍筋不仅使用量非常大,而且形状和尺寸变化复杂,尺寸精度要求高,箍筋的制做在原钢筋加工中是劳动强度大,人力物力消耗大,低效率,低质量保证的环节。
随着我过建筑业的高速发展,大型工程项冃也日渐增多,工程中使用的钢筋直径有逐渐曾大的趋势。
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。
随着郭嘉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。
我国工程建筑机械行业近几年之所以能得到快速发展,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的积极的财政政策更是促使行业增长的根本动因。
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、西气东输、西电东送、青藏铁路、房地产开发以及公路(道路)、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。
同时受我国加入WT◎口国家鼓励出口政策的激励,工程建筑机械产品的出口形势也明显好转。
我国建筑机械行业运行的基本环境、建筑机械行业运行的基本状况、建筑机械行
业创新、建筑机械行业发展的政策环境、国内建筑机械公司与国外建筑机械公司的竞争力比较以及2010年我国建筑机械行业发展的前景趋势进行了深入透彻的分析与其他的钢筋切断机、弯箍机、调直切断机的情况类似,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郭嘉标准的要求。
河南长葛本地的钢筋弯曲机生产现状也质量水平反映了国产钢筋弯曲机的现状。
1.5本设计内容
钢筋弯曲机是钢筋加工必不可少的设备之一,本设计GW-40型钢筋弯曲机,增大钢筋刚加加工范围,提高劳动效率,减轻钢筋加工的劳动强度,保证建筑工程的质量及进度。
同时还能准确弯曲固定角度,不像以往的钢筋弯曲机,需要凭借经验判断,使加工更精确。
第二章钢筋弯曲机的工作原理及工作盘的设计
2.1钢筋弯曲机的工作原理
钢筋
GW-40钢筋弯曲机的工作机构是一个在垂直轴上旋转的水平工作圆盘,采用电动机经一级三角带传动和三级齿轮传动减速后,带动工作机构,GW-40钢筋弯曲机的工作机构是一个在垂直轴上旋转的水平工作圆盘,如图(2.1)所示,把钢筋置于途中虚线位置,支撑销轴固定在机床上,中心销轴和压弯销轴装在工作圆盘上,圆盘回转时便将钢筋弯曲。
为了弯曲各种直径的钢筋,在工作盘上有几个孔,用以插压弯销轴,也可响应地更换不同直径的中心销轴。
通过改变中心销轴的直径来弯曲各种直径的钢筋。
工作盘
支撑销轴
中心销轴压弯销轴
图2.1钢筋弯曲机工作原理
2・2钢筋弯曲机的结构
GW-40钢筋弯曲机通过控制系统启动电动机,经一级三角带传动和三级齿轮传动减速
后,带动工作盘。
2.3钢筋弯曲机工作盘的设计
Mt=FrSinLoSin式中,F为拨斜柱对钢筋的作用力;Fr为F的径向分力;a为F与钢筋轴线夹角。
当Mt—定,越大则拨斜柱及主轴径向负荷越小;二且rcosLjLo—定,Lo越
大。
因此,弯曲机的工作盘应加大直径,增大拨斜柱中心到主轴中心距离Loo
GW-40钢筋弯曲机的工作盘设计:
工作盘直径①350mm压弯销轴直径40mm,中心销
轴直径40mm,支撑销轴40mm,L。
=140mm,=55.15,工作盘厚度B=80mmo
2.4钢筋弯曲所需弯矩
1、钢筋弯曲初始弯矩
MoKiWs1.76.43734058.24(N-m)(3.1)
式中:
K1为截面系数,对圆截面心二1.7;
W为抗弯截面模量W0.Id30.14036400
s为所弯曲钢筋屈服强,25MnSi的s二373MPa
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(KiK^/2Rx)Ws(3.2)
式中:
K0为强化系数为相对强化系数92.1/P15,p=14%p为延伸率,25MnSi
的p二14%RxR/cL,R为弯心直径,da被弯曲钢筋的直径R3d。
,则得出终弯矩
M二10026.24(N-m)
3、钢筋弯曲所需弯矩
MoMK/“、/cc、
Mt07394.4(N-m)(3.3)
2
式中:
弯曲时的滚动摩擦系数K=l.05
2.5本章小结
钢筋弯曲机就是将电动机给出的动力,经一级三角带传动和三级齿轮传动减速,达到一定速度,传递给工作盘,通过压弯销轴,中心销轴和支撑销轴的配合,使钢筋弯曲。
再通过对工作盘合理的设计,可以减轻主轴的载荷。
计算钢筋弯曲所需弯矩时,还要考虑钢筋变性后的终弯矩。
第三章电动机选择及传动比的分配
3.1电动机的选择
由功率扭矩关系公式A°Tn/95505.4KW,A。
为输出功率,n为工作盘转速7
(r/min),V带传动效率i0.96,齿轮传动效率20.97,滚动轴承效率30.99,从电动机到工作机输送带间的总效率为:
=i33=0.84
AAo/5.4/0.846.4KW,电动机选用Y系列三相异步电动机T132M-4,额定功率
为A=7.5KW,额定转速n1440r/min。
3.2传动比的分配
1、总传动比为i仏14'10205.7
IL7
2、分配传动比
为使传动装置尺寸协调、结构匀称、不发生干涉现象,现选V带传动比:
i带,;
i205.7〃c686
则减速器的传动比为:
I减]36816;ii4;i24;is4.29o
带彳44
3・3各轴的转速
1
轴
n】]
nm
/i带1440/3480r/min
2
轴
n2
n
/ix480/4120r/min;
n:
120
3
轴
ria
一
30r/min-
12
4,
30
4
轴
n
4
'r/min
•Is
4.29
3・4各轴的输入功率
1轴PPo[6.40.966.14kw;
3轴F3P2235.900.970.99!
4轴F4Ps235.670.970.
3.
)・67kw;
995.44
5各轴的输入转矩
卡口
9550
9550
6.4
4244Nm
电机轴
0
nm
1440
H-乙・H-H-IN
1轴
Ti
9550
Pl
9550
6.14
122.16Nm;
m
480
2轴
T2
9550
p
9550
5.90
469・54Nm:
n?
120
7
3轴
Ts
9550
9550
5.67
1804・95Nm;
“3
30
4轴
Ti
9550
P-1
9550
5.44
7421・71Nm
n4
7
3.6数据汇于表
表3.1各轴数据整理
轴洛
功率P/kw
转矩T/Nm
转速n/(rmin)
电机轴
7.5
42.44
1440
1
6.14
122.14
480
2
5.90
469.54
120
3
5.67
1804.95
30
4
5.44
7421.71
7
3.7本章小结
电动机功率在传递过程中,在通过齿轮啮合和轴承时,会有损耗,因此在电动机的选择时,要选择功率稍微大一点的。
通过对总传动比的合理分配,使齿轮大小适中,整体结构得到协调。
第四章带传动的设计
4.1V带的设计计算
1、计算功率Pc
已知:
P6.4kw;nra1440r/min;查《机械设计基础》
Ka1.2;贝归FcKaP1.26.4kw7.68kw
2、选取V带型号
P
根据c、m查《机械设计基础》图8.12选用A型V带
3、确定大、小带轮的基准直径dd
(1)由《机械设计基础》表8.4选择小带轮的基准直径:
取基准直径dd2265mm,误差小于5%是允许的。
(2)计算大带轮基准直径:
dd2i带ddl(l0.02)375(10.02)
4、验算带速
60100060
在5~25m/s的范围,带的速度合适。
314go1440
6.78m/s
1000
5、确定V带的基准长度和传动中心距
(1)初定中心距
0.7
(ddidd2)a°
2(ddidd2)
表&9得工况系数:
ddi90mm;
264.6mm(4.1)
(4.2)
(4.3)
初选中心距
So
209.3a。
350mm。
(2)基准长度:
3.14
(26590)2
2350(90265)
4350
2
1279.mm
根据《机械设计基础》
表8.3选用La
1400mm
(3)
实际中心距:
6、验算主动轮上的包角
主动轮上的包角合适。
7、计算V带的根数z
(4.6)
PcKaP
P(P)Pq)KKl
&计算预紧力F。
(初拉力)
根据带型A型查《机械设计基础》表
8-2得:
q
0.lkg/m
F。
500旦芟
zvk
1qv2
0.16.782
7.68
500-
76.780.95
9、计算作用在轴上的压轴力Fq
Fq2ZFqsin1
2
・._Lbb・b(
27136.61sm1869.24N
其中】为小带轮的包角。
10、V带传动的主要参数整理并列表
表4.1V带传动主要参数
带型
带轮基准直径(mm)
传动比
基准长度(mm)
A
dai90
dd2265
3
1400
中心距(mn)
根数
初拉力(N)
压轴力(N)
410.5
7
136.61
1869.24
4・2带轮结构的设计
1、带轮的材料:
采用铸铁带轮(选用材料45)
2、带轮的结构形式:
V带轮的结构形式与V带的基准直径有关。
小带轮接电动机,ddi90mm较小,所以采用实心式结构带轮;大带轮采用腹板式。
需要全套答辩通过的设计,或按任务书要求定做的同学,请联系QQ③②@0®④①⑥©④或
QQ0©②④0③⑦①①⑥.
请扫描加QQ4.3带轮结构的设计带传动不但传递动力,还可以起到减速的作用,选择合适的传动比,能够协调零件的尺寸,对设计的整体结构有影响。
3、带轮宽:
根据《机械设计基础》表8.5推出,B=2f+(Z-l)e=18+90=108mm
第五章圆柱齿轮设计
5.1第一、二齿轮设计
5.1.1齿轮类型
1、查《机械设计基础》表5.4选用6级直齿,日工作15小时,300天,两班制。
小齿轮为40Cr,并经调质及表面淬火,齿面硕度55HRc图5.28(e)接触疲劳强度极限
Hilm1200MPa,图5.27(d)弯曲疲劳强度极限fe720MPa;大齿轮选45钢,齿面硬度55HRC
2、
疲劳强度极限fe700MPa;
齿数:
初选乙=20,大齿轮数Z2=uZi=4X20=80
8)计算小齿轮分度圆直径dl
3
3
di
21.3122.1410341189.82.5、2
3()42.475mm
9)确定齿轮参数
di
42.475
2123WMWm-9c
in
乙
20
3.r取模数111=2.5
di
mzi
2.520
50mm
b2
B
d】150
50mm,BiB2(5~1C),Bi取60mm
d?
=2.5x80=200mm
5.1・2校核齿根弯曲疲劳强度
1、由《机械设计基础》表5.6得齿形系数和应力修正系数为:
YFal2.&Ysal1.5;YFa22.22,Y$a21.77
2、由应力循环次数查《机械设计基础》图5.25得弯曲疲劳寿命系数
KFNi0.88,Kfx20.93、计算弯曲疲劳许用应力。
取弯曲疲劳安全系数S二1.4
(5.5)
(5.6)
=452.57MPa
S1.4
—二吋二450.OOMPa
S1.4
4、计算圆周力
2Ti2122」103“4885.6N
Ftdl50
5、计算齿轮齿根弯曲应力
5.13第一、二齿轮尺寸汇于表
表5.1第一第二齿轮主要参数
序号
名称
符
计算公式及参数选择
1
端面模数
mt
2.5mm
2
分度圆直径
d,2
50mm200mm
3
齿顶咼
hah;m12.5
2.5mm
4
齿根高
hf=(h:
c*)m
二(1+0.25)2.5
3.125mm
5
全齿高
h
5.625mm
6
顶隙
c
0.625mm
7
齿顶圆直径
fial,fla2
55mm205mm
8
齿根圆直径
dfrf2
43.75mm;193.75
9
中心距
a
125
5.2第3、4齿轮的设计
5.2.1齿轮的类型
1小齿轮为40Cr,并经调质及表面淬火,齿面硬度55HRc由《机械设计基础》
图5.28(e)接触疲劳强度极限Hlim1200MPa,图5.27(d)弯曲疲劳强度极限
fe720MPa;大齿轮选45钢,齿面硕度55HRc图5.28(e)接触疲劳强度极限
Hlim1150MP&,图5.27(d)弯曲疲劳强度极限FE700MPa;
2、齿数:
初选Zs=20,大齿轮齿数乙=uZs=4X20=80
3、齿面接触疲劳强度设计
d・J2KTsu^l“ZeZh、2
33(_)(5.9)
0dU[(Th]
1)根据工作条件,选取载荷系数K二1.3
2)小齿轮传递的转矩Ts=469.54N-M
3)选取齿宽系数d二1
4)对于标准直齿轮,Zh=2.5,查表5.7弹性系数Ze=189.8(锻钢-锻钢)
5)计算应力循环次数
Ni60nljLh60120128153000.51(f(5.10)N20.5109/u0.5lC9/40.125109
6)由《机械设计基础》图5.26查得Khn3=0.94,Khx4=0.95
7)计算接触疲劳强度的许应力,取失效率为1%安全系数S二1
=1128MPa
(5.11)
h4===1092.5MPas
8)计算小齿轮分度圆直径di
d33…"0弘
3
1n3
41/189.825\2aqcl
(_•)64.635mm
41128
9)确定齿轮参数
d3rm64.635z320
3.231
由表5-1,取模数m=3.5
d3=m2Z3=3.5X20=70mm
BiBd317070mm
B3
Bi(5J10),Bi取80mm
d4=3.5X80=280mm
5.2.2校核齿根弯曲疲劳强度
1、由《机械设计基础》表
5.6得
齿形系数和应力修正系数为:
YFal2*8,YSal\B;YFa2
2.22,
Ysa21.77
2、由应力循环次数查《机械设计基础》图5.25得弯曲疲劳寿命系数
KFN10.88,KFN20.9
计算弯曲疲劳许用应力。
取弯曲疲劳安全系数S=1.4
】二…二心九=452・57MPa
S1.4
__=45o.ooMp且
1.4
79.92450.OOMpa
a=t(ZiZ2)=5i(20+80)=175mm(5.15)
22
5.2.3第三、四齿轮尺寸汇于表
表5.2第三、四齿轮主要参数
序号
名称
符号
计算公式及参数选择
1
端面模数
m
3.5mm
2
分度圆直径
d3;di
70mm280mm
3
齿顶咼
hah;m1x3.5
3.5mm
4
齿根高
hf=(h;c*)m
二(1+0.25)3.5
4.375mm
5
全齿高
h
7・875mm
6
顶隙
c
0.875mm
7
齿顶圆直径
da3;a4
77mm287mm
8
齿根圆直径
吁3;df4
61.25mm;271.25
9
中心距
a
175
5.3第五、六齿轮设计
5.3.1齿轮类型
1、查《机械设计基础》表5.4选用6级直齿,日工作15小时,300天,两班制c小齿轮为40Cr,并经调质及表面淬火,齿面硬度55HRC图5.28(e)接触疲劳强度极限Hllm1200MPa,图5.27(d)弯曲疲劳强度极限fe720MPa;大齿轮选45钢,
齿面硬度55HRC图5.28(e)接触疲劳强度极限Him1150MPa,图5-27(d)弯曲疲劳
强度极限疋700MPa;
2、齿数:
初选Zs=20,大齿轮数Z2二u乙=4.29X20=85.8取86
3、齿面接触疲劳强度设计
32KT3u1(ZeZh>2札u
ds(〔I”(5.16)
1)根据工作条件,选取载荷系数K二1.3
2)小齿轮传递的转矩T3=1804.95N・M
3)选取齿宽系数d二1
4)标准直齿轮,Zh=2.5,查表5-7弹性系数Ze=189.8(锻钢-锻钢)
5)计算应力循环次数
Nr60nljLh6030128153000.125109z
(5.17)N20.125IO9/u0.12510740.025109
6)由图5-26查得KHN1=O.95KHN2=0.95
7)计算接触疲劳强度的许应力,取失效
8)
率为1%安全系数S=1
由表5-1,取模数m二5.5
BeBdi111050mm
BsBe(5、10);Be取120mm
demZ6=5.5X86=473mm
5.3.2校核齿根弯曲疲劳强度
1、由《机械设计基础》表5.6得齿形系数和应力修正系数为:
Yfsi2.&Ysai1.5;Yf322.22,Y$a21.772、由应力循环次数查《机械设计基础》图5.25得弯曲疲劳寿命系数
KFN10.88,KFN20.93、计算弯曲疲劳许用应力。
取弯曲疲劳安全系数S二1.4
:
F\5FE5F5:
S
”FN6FE6
F63
4、计算圆周力
0.88720
1.4
0.88700
1.4
452.57MPa
440.00MPa
(5.20)
Ft
2Ts
d
21804.95IO?
110
32817.27N
5、计算齿轮齿根弯曲应力。
由式(5-20)得
F5
KFt
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