可調(diào)速鋼筋彎曲機的結(jié)構(gòu)設(shè)計

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述鋼筋彎曲機屬于一種對鋼筋彎曲機結(jié)構(gòu)的改進。本實用新型包括減速機、大齒輪、小齒輪、彎曲盤面，其特征在于結(jié)構(gòu)中：雙級制動電機與減速機直聯(lián)作一級減速；小齒輪與大齒輪嚙合作二級減速；大齒輪始終帶動彎曲盤面旋轉(zhuǎn)；彎曲盤面上設(shè)置有中心軸孔和若干彎曲軸孔；工作臺面的定位方杠上分別設(shè)置有若干定位軸孔。由于雙級制動電機與減速機直聯(lián)作一級減速，輸入、輸出轉(zhuǎn)數(shù)比準確，彎曲速度穩(wěn)定、準確，且可利用電氣自動控制變換速度，制動器可保證彎曲角度。利用電機的正反轉(zhuǎn)，對鋼筋進行雙向彎曲。中心軸可替換，便于維修?？梢圆捎弥悄芑刂?。當前我國正在大力發(fā)展基礎(chǔ)建設(shè)及城市化建設(shè),各種建筑耗費了大量的鋼筋,其中箍筋加工的效率和質(zhì)量是最難解決的問題之一,箍筋不僅使用量非常大,而且形狀和尺寸變化復雜,尺寸精度要求高,箍筋的制做在原鋼筋加工中是勞動強度大,人力物力消耗大,低效率,低質(zhì)量保證的環(huán)節(jié)。隨著我國建筑行業(yè)的快速發(fā)展，為了響應(yīng)政府及各建筑單位對箍筋制做自動化技術(shù)的迫切要求，我們進行技術(shù)攻關(guān)改進工藝，終于在經(jīng)過不懈的努力研制出自有專利技術(shù)的-可調(diào)速鋼筋彎曲機GW-40BGW-40B鋼筋彎曲試驗機玉牌鋼筋彎曲試驗機-最新研制，裝備完善，專利技術(shù)，十大名優(yōu)，中國標準出版社建筑用鋼筋標準與規(guī)范匯編推薦品牌 1、采用擺線針輪減速系統(tǒng) 2、單片機控制電器及精度，數(shù)顯角度 3、獨有可靠限位裝置 4、增加防止鋼屑、螺釘泄漏對設(shè)備危害措施 5、附件結(jié)構(gòu)合理，零件更換簡單 6、電動安全操控彎曲，工作噪音小，環(huán)境清潔 7、設(shè)計合理，裝備完善，工藝先進，整機壽命長 8、主要型號：GW-50A GW-40C/B GW-25A（28） GW-40B型鋼筋彎曲試驗機系根據(jù)GB/T232-1999(eqvISO7438:1985)及GB1499-1998（neqISO6935-2:1991）的要求，對GW-40B,GW-40A進行了改進提高，從而替代原來GW-40、GW-40A等機型，該設(shè)備符合YB/T5126-93鋼筋平面反向彎曲試驗方法的要求。是一款價歉物美,經(jīng)濟實惠型產(chǎn)品。 （注：GW-40B型最大彎心輪徑為5X40=200，而GW-40C型為7X40=280） 技術(shù)參數(shù)指標項目 技術(shù)指標彎曲鋼筋直徑范圍 隨機25-40可選6-2 鋼筋正向彎曲角度 0180內(nèi)任意設(shè)定鋼筋反向彎曲角度 0180內(nèi)任意設(shè)定工作盤轉(zhuǎn)速 2 r/min, 12/S 輥心距離 205mm 工作盤直徑 580mm 電動機功率 1.5kw 隨機配標準彎心套 一套（2540）機器外形尺寸 9607801190(mm) 機器重量 1100kg。2. 鋼筋彎曲機的結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1系統(tǒng)性能與參數(shù)GW40型鋼筋彎曲機適用于建筑行業(yè)彎曲640鋼筋之用。 本機工作程序簡單，彎曲形狀一致，調(diào)整簡單，操作方便，性能穩(wěn)定，它能將Q23540圓鋼或832螺紋鋼筋彎曲成工程中所需要的各種形狀。彎曲鋼筋直徑6-40mm工作盤直徑350mm工作盤轉(zhuǎn)數(shù)7轉(zhuǎn)/分電動機Y100L-4-3KW外型尺寸760760685整機重量4000kg2.2系統(tǒng)工作原理及框圖GW-40鋼筋彎曲及的工作原理框圖如圖1、：控制設(shè)備工作臺減 速 箱帶 輪電動機圖1 工作框圖其中減速箱由軸、軸承和齒輪組成。GW-40彎曲機的工作機構(gòu)是一個在垂直軸上旋轉(zhuǎn)的水平工作圓盤，如圖2所示，把鋼筋置于圖中虛線位置，支承銷軸固定在機床上，中心銷軸和壓彎銷軸裝在工作圓盤上，圓盤回轉(zhuǎn)時便將鋼筋彎曲。為了彎曲各種直徑的鋼筋， 在工作盤上有幾個孔，用以插壓彎銷軸，也可相應(yīng)地更換不同直徑的中心銷軸。圖2 工作原理圖2.3彎矩計算2.3.1工作狀態(tài)1) 鋼筋受力情況與計算有關(guān)的幾何尺寸標記。設(shè)鋼筋所需彎矩：Mt=式中 F為撥斜柱對鋼筋的作用力；Fr為F的徑向分力;a為F與鋼筋軸線夾角。當Mt一定，a越大則撥斜柱及主軸徑向負荷越??；a=arcos(L1/Lo)一定，Lo越大。因此，彎曲機的工作盤應(yīng)加大直徑，增大撥斜柱中心到主軸中心距離L0GW-50鋼筋彎曲機的工作盤設(shè)計：直徑400mm，空間距120mm，L0=169.7 mm，Ls=235，a=43.8，其受力情況如圖3所示。圖3 鋼筋受力情況2) 鋼筋彎曲機所需主軸扭矩及功率按照鋼筋彎曲加工規(guī)范規(guī)定的彎曲半徑彎曲鋼筋，其彎曲部分的變形量均接近或過材料的額定延伸率，鋼筋應(yīng)力超過屈服極限產(chǎn)生塑性變形。2.3.2材料達到屈服極限時的始彎矩1) 按40螺紋鋼筋公稱直徑計算M0=K1Ws式中，M0為始彎矩，W為抗彎截面模數(shù)，K 1為截面系數(shù)，對圓截面K 1=1.7；對于25MnSi螺紋鋼筋M0=373（N/mm2）,則得出始彎矩M0=3977（Nm）2) 鋼筋變形硬化后的終彎矩鋼筋在塑性變形階段出現(xiàn)變形硬化（強化），產(chǎn)生變形硬化后的終彎矩：M=（K 1+K0/2Rx）Ws式中，K0為強化系數(shù)，K0=2.1/p=2.1/0.14=15, p為延伸率，25MnSi的p=14%，Rx=R/d0,R為彎心直徑，R=3 d0，則得出終彎矩 M=11850（Nm）3) 鋼筋彎曲所需距Mt=(M0+M)/2/K=8739（Nm）式中，K為彎曲時的滾動摩擦系數(shù)，K=1.05 按上述計算方法同樣可以得出50I級鋼筋（b=450 N/mm2）彎矩所需彎矩：Mt=8739（Nm）,取較大者作為以下計算依據(jù)。4) 電動機功率由功率扭矩關(guān)系公式 A0=Tn/9550=2.9KW,考慮到部分機械效率=0.75，則電動機最大負載功率 A= A0/=2.9/0.75=3.9（KW），電動機選用Y系列三相異步電動機，額定功率為=4（KW）,額定轉(zhuǎn)速=1440r/min。2.4電動機選擇2.4.1.電動機的介紹電動機是把電能轉(zhuǎn)換成機械能的設(shè)備，分布于各個用戶處，電動機按使用電源不同分為直流電動機和交流電動機，電力系統(tǒng)中的電動機大部分是交流電機，可以是同步電機或者是異步電機（電機定子磁場轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速不保持同步速）。它是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的一種機器。通常電動機的作功部分作旋轉(zhuǎn)運動，這種電動機稱為轉(zhuǎn)子電動機；也有作直線運動的，稱為直線電動機。電動機能提供的功率范圍很大，從毫瓦級到萬千瓦級。電動機的使用和控制非常方便，具有自起動 、加速、制動、反轉(zhuǎn)、掣住等能力，能滿足各種運行要求；電動機的工作效率較高，又沒有煙塵、氣味，不污染環(huán)境，噪聲也較小。由于它的一系列優(yōu)點，所以在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、國防、商業(yè)及家用電器、醫(yī)療電器設(shè)備等各方面廣泛應(yīng)用。各種電動機中應(yīng)用最廣的是交流異步電動機（又稱感應(yīng)電動機 ）。它使用方便 、運行可靠 、價格低廉 、結(jié)構(gòu)牢固，但功率因數(shù)較低，調(diào)速也較困難。大容量低轉(zhuǎn)速的動力機常用同步電動機（見同步電機）。同步電動機不但功率因數(shù)高，而且其轉(zhuǎn)速與負載大小無關(guān)，只決定于電網(wǎng)頻率。工作較穩(wěn)定。在要求寬范圍調(diào)速的場合多用直流電動機。但它有換向器，結(jié)構(gòu)復雜，價格昂貴，維護困難，不適于惡劣環(huán)境。20世紀70年代以后，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流電動機的調(diào)速技術(shù)漸趨成熟，設(shè)備價格日益降低，已開始得到應(yīng)用 。電動機在規(guī)定工作制式（連續(xù)式、短時運行制、斷續(xù)周期運行制）下所能承擔而不至引起電機過熱的最大輸出機械功率稱為它的額定功率，使用時需注意銘牌上的規(guī)定。電動機運行時需注意使其負載的特性與電機的特性相匹配，避免出現(xiàn)飛車或停轉(zhuǎn)。電動機的調(diào)速方法很多，能適應(yīng)不同生產(chǎn)機械速度變化的要求。一般電動機調(diào)速時其輸出功率會隨轉(zhuǎn)速而變化。從能量消耗的角度看，調(diào)速大致可分兩種 ： 保持輸入功率不變 。通過改變調(diào)速裝置的能量消耗，調(diào)節(jié)輸出功率以調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速?？刂齐妱訖C輸入功率以調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。2.4.2.電機的選擇原則電機的選擇一般包括選擇電動機的類型、電動機的功率及額定轉(zhuǎn)矩等。其具體思路如下：首先，選擇電動機的類型，然后比較電動機的機械特性與負載特性，看它們是否吻合，并在此基礎(chǔ)上檢查是否滿足調(diào)速范圍與精度，順便考慮一下經(jīng)濟性的問題，如果以上各個方面均滿足，接下來，我們便可以開始計算電動機功率，進行起動轉(zhuǎn)矩過載倍數(shù)及加速轉(zhuǎn)矩校驗、發(fā)熱校驗等。如過發(fā)熱校驗不通過，可以減小功率數(shù)或改用FSN小的電機?；蛘?，在滿足加速度要求下，看能否通過減小加速轉(zhuǎn)矩來滿足上述要求。最后，再作出具體決定。步進電機的選擇1) 步距角的選擇 電機的步距角取決于負載精度的要求，將負載的最小分辨率（當量）換算到電機軸上，每個當量電機應(yīng)走多少角度（包括減速）。電機的步距角應(yīng)等于或小于此角度。目前市場上步進電機的步距角一般有0.36度/0.72度（五相電機）、0.9度/1.8度（二、四相電機）、1.5度/3度 （三相電機）等。 2) 靜力矩的選擇 步進電機的動態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機工作的負載，而負載可分為慣性負載和摩擦負載二種。單一的慣性負載和單一的摩擦負載是不存在的。直接起動時（一般由低速）時二種負載均要考慮，加速起動時主要考慮慣性負載，恒速運行進只要考慮摩擦負載。一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負載的2-3倍內(nèi)好，靜力矩一旦選定，電機的機座及長度便能確定下來（幾何尺寸） 。3) 電流的選擇 靜力矩一樣的電機，由于電流參數(shù)不同，其運行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機的電流（參考驅(qū)動電源、及驅(qū)動電壓） 4) 力矩與功率換算 步進電機一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來衡量，力矩與功率換算如下： P= M =2n/60 P=2nM/60 其P為功率單位為瓦，為每秒角速度，單位為弧度，n為每分鐘轉(zhuǎn)速，M為力矩單位為牛頓米 P=2fM/400(半步工作） 其中f為每秒脈沖數(shù)（簡稱PPS) 應(yīng)用中的注意點1) 步進電機應(yīng)用于低速場合-每分鐘轉(zhuǎn)速不超過1000轉(zhuǎn)，（0.9度時6666PPS)，最好在1000-3000PPS(0.9度）間使用，可通過減速裝置使其在此間工作，此時電機工作效率高，噪音低。 2) 步進電機最好不使用整步狀態(tài)，整步狀態(tài)時振動大。3) 由于歷史原因，只有標稱為12V電壓的電機使用12V外，其他電機的電壓值不是驅(qū)動電壓伏值 ，可根據(jù)驅(qū)動器選擇驅(qū)動電壓（建議：57BYG采用直流24V-36V，86BYG采用直流50V,110BYG采用高于直流80V），當然12伏的電壓除12V恒壓驅(qū)動外也可以采用其他驅(qū)動電源， 不過要考慮溫升。4) 轉(zhuǎn)動慣量大的負載應(yīng)選擇大機座號電機。5) 電機在較高速或大慣量負載時，一般不在工作速度起動，而采用逐漸升頻提速，一電機不失步，二可以減少噪音同時可以提高停止的定位精度。6) 高精度時，應(yīng)通過機械減速、提高電機速度,或采用高細分數(shù)的驅(qū)動器來解決，也可以采用5相電機，不過其整個系統(tǒng)的價格較貴，生產(chǎn)廠家少，其被淘汰的說法是外行話。7) 電機不應(yīng)在振動區(qū)內(nèi)工作，如若必須可通過改變電壓、電流或加一些阻尼的解決。8) 電機在600PPS（0.9度）以下工作，應(yīng)采用小電流、大電感、低電壓來驅(qū)動。9) 應(yīng)遵循先選電機后選驅(qū)動的原則。綜合以上等因素，最后覺定選用MSM590502C型電機2.5軸承的選擇2.5.1滾動軸承的選擇根據(jù)撥盤的軸端直徑選取軸承，軸承承受的力主要為徑向力，因而采用深溝球軸承，選定為型號為16008的軸承,其中16008的技術(shù)參數(shù)為：d=40mm D=68mm B=9mm2.5.216008軸承的配合的選擇軸承的精度等級為D級，內(nèi)圈與軸的配合采用過盈配合,軸承內(nèi)圈與軸的配合采用基孔制，由此軸的公差帶選用k6,查表得在基本尺寸為200mm時，IT6DE 公差數(shù)值為29um，此時軸得基本下偏差ei=+0.017mm，則軸得尺寸為mm。外圈與殼體孔的配合采用基軸制，過渡配合，由此選用殼體孔公差帶為M6，IT6基本尺寸為68mm時的公差數(shù)值為0.032mm，孔的基本上偏差ES=-0.020，則孔的尺寸為mm。2.6控制設(shè)備的選擇2.6.1變頻器的概述變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。把工頻電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實現(xiàn)電機的變速運行的設(shè)備，其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆成交流電。對于如矢量控制變頻器這種需要大量運算的變頻器來說，有時還需要一個進行轉(zhuǎn)矩計算的CPU以及一些相應(yīng)的電路。變頻調(diào)速是通過改變電機定子繞組供電的頻率來達到調(diào)速的目的。變頻器的分類方法有多種，按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按照開關(guān)方式分類，可以分為PAM控制變頻器、PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器；按照工作原理分類，可以分為V/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等；按照用途分類，可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。1) 檢知異常狀態(tài)后自動地進行修正動作，如過電流失速防止，再生過電壓失速防止。 2) 檢知異常后封鎖電力半導體器件PWM控制信號，使電機自動停車。如過電流切斷、再生過電壓切斷、半導體冷卻風扇過熱和瞬時停電保護等。 2.6.2變頻器的工作原理目前，通用型變頻器絕大多數(shù)是交直交型變頻器，通常尤以電壓器變頻器為通用，其主回路圖，它是變頻器的核心電路，由整流回路（交直交換），直流濾波電路（能耗電路）及逆變電路（直交變換）組成，當然還包括有限流電路、制動電路、控制電路等組成部分。濾波電路 逆變器的負載屬感性負載的異步電動機，無論異步電動機處于電動或發(fā)電狀態(tài)，在直流濾波電路和異步電動機之間，總會有無功功率的交換，這種無功能量要靠直流中間電路的儲能元件來緩沖。同時，三相整流橋輸出的電壓和電流屬直流脈沖電壓和電流。為了減小直流電壓和電流的波動，直流濾波電路起到對整流電路的輸出進行濾波的作用。 通用變頻器直流濾波電路的大容量鋁電解電容，通常是由若干個電容器串聯(lián)和并聯(lián)構(gòu)成電容器組，以得到所需的耐壓值和容量。另外，因為電解電容器容量有較大的離散性，這將使它們隨的電壓不相等。因此，電容器要各并聯(lián)一個阻值等相的勻壓電阻，消除離散性的影響，因而電容的壽命則會嚴重制約變頻器的壽命。 整流電路通用變頻器的整流電路是由三相橋式整流橋組成。它的功能是將工頻電源進行整流，經(jīng)中間直流環(huán)節(jié)平波后為逆變電路和控制電路提供所需的直流電源。三相交流電源一般需經(jīng)過吸收電容和壓敏電阻網(wǎng)絡(luò)引入整流橋的輸入端。網(wǎng)絡(luò)的作用，是吸收交流電網(wǎng)的高頻諧波信號和浪涌過電壓，從而避免由此而損壞變頻器。當電源電壓為三相380V時，整流器件的最大反向電壓一般為12001600V，最大整流電流為變頻器額定電流的兩倍。逆變電路逆變電路的作用是在控制電路的作用下，將直流電路輸出的直流電源轉(zhuǎn)換成頻率和電壓都可以任意調(diào)節(jié)的交流電源。逆變電路的輸出就是變頻器的輸出，所以逆變電路是變頻器的核心電路之一，起著非常重要的作用。 最常見的逆變電路結(jié)構(gòu)形式是利用六個功率開關(guān)器件（GTR、IGBT、GTO等）組成的三相橋式逆變電路，有規(guī)律的控制逆變器中功率開關(guān)器件的導通與關(guān)斷，可以得到任意頻率的三相交流輸出。 通常的中小容量的變頻器主回路器件一般采用集成模塊或智能模塊。智能模塊的內(nèi)部高度集成了整流模塊、逆變模塊、各種傳感器、保護電路及驅(qū)動電路。如三菱公司生產(chǎn)的IPMPM50RSA120，富士公司生產(chǎn)的7MBP50RA060，西門子公司生產(chǎn)的BSM50GD120等，內(nèi)部集成了整流模塊、功率因數(shù)校正電路、IGBT逆變模塊及各種檢測保護功能。模塊的典型開關(guān)頻率為20KHz，保護功能為欠電壓、過電壓和過熱故障時輸出故障信號燈。 逆變電路中都設(shè)置有續(xù)流電路。續(xù)流電路的功能是當頻率下降時，異步電動機的同步轉(zhuǎn)速也隨之下降。為異步電動機的再生電能反饋至直流電路提供通道。在逆變過程中，寄生電感釋放能量提供通道。另外，當位于同一橋臂上的兩個開關(guān)，同時處于開通狀態(tài)時將會出現(xiàn)短路現(xiàn)象，并燒毀換流器件。所以在實際的通用變頻器中還設(shè)有緩沖電路等各種相應(yīng)的輔助電路，以保證電路的正常工作和在發(fā)生意外情況時，對換流器件進行保護 自20世紀70年代以來，隨著交流電動機調(diào)速控制理論、電力電子技術(shù)、以微處理器為核心的全數(shù)字化控制等關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展，交流電動機變頻調(diào)速技術(shù)逐步成熟。目前，變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用幾乎已經(jīng)擴展到了工業(yè)生產(chǎn)的所有領(lǐng)域，并且在空調(diào)、洗衣機、電冰箱等家電產(chǎn)品中得到了廣泛的應(yīng)用。如果變頻器的型號選擇不當，不但可引起不必要的浪費，甚至導致設(shè)備無法正常運行，所以必須正確的選擇與三相異電動機及設(shè)備相配套的變頻器型號并進行良好的日常維護方能達到最佳使用效果。2.6.3變頻器的類型選擇在選擇變頻器時應(yīng)注意電壓等級應(yīng)與三相異電動機的額定電壓相符并遵循如下原則：1) 對于風機和泵類負載，由于低速時轉(zhuǎn)矩較小，對過載能力和轉(zhuǎn)速精度要求較低，故選用價廉的變頻器。2) 對于希望具有恒轉(zhuǎn)矩特性，但在轉(zhuǎn)速精度及動態(tài)性能方面要求不高的負載，可選用無矢量控制型變頻器。3) 對于低速時要求有較硬的機械特性，并要求有一定的調(diào)速精度，但在動態(tài)性能方面無較高要求的負載，可選用不帶速度反饋的矢量控制型變頻器。4) 對于某些在調(diào)速精度和動態(tài)性能方面都有較高要求，以及要求高精度同步運行等負載，可選用帶速度反饋的矢量控制型變頻器。2.6.4變頻器容量的選擇變頻器的容量通常用額定輸出電流(A)、輸出容量(kVA)、適用電動機功率(kw)表示。其中，額定輸出電流為變頻器可以連續(xù)輸出的最大交流電流有效值，不論什么用途都不允許連續(xù)輸出超過此值的電流。輸出容量是決定于額定輸出電流與額定輸出電壓的三相視在輸出功率。適用電動機功率是以2至4極的標準電動機為對象，表示在額定輸出電流以內(nèi)可以驅(qū)動的電動機功率。6極以上的電動機和變極電動機等特殊電動機的額定電流比標準電動機大，不能根據(jù)適用電動機的功率選擇變頻器容量。因此，用標準2至4極電動機拖動的連續(xù)恒定負載，變頻器的容量可根據(jù)適用電動機的功率選擇。對于用6極以上和變極電動機拖動的負載、變動負載、斷續(xù)負載和短時負載，變頻器的容量應(yīng)按運行過程中可能出現(xiàn)的最大工作電流來選擇，即INIMmax式中 IN變頻器的額定電流，IMmax 電動機的最大工作電流。2.6.5技術(shù)參數(shù)輸入頻率(Hz)45Hz到55Hz輸入功率因數(shù)0.95（20%負載）變頻器效率額定負載下0.96輸出頻率范圍(Hz)0.5Hz到120Hz輸出頻率分辨率(Hz)0.01Hz過載能力120%一分鐘，150%立即保護模擬量輸入010V/420mA，任意設(shè)定模擬量輸出兩路010V/420mA可選加減速時間0.1到3000s控制開關(guān)量輸入輸出可按用戶要求擴展運行環(huán)境溫度0到40貯存/運輸溫度-40到70冷卻方式風冷環(huán)境濕度90%,無凝結(jié)安裝海拔高度CmAa(+1)=1K=1.7 取確定模數(shù)m(參考表834推薦表)m=(0.0070.02)a=1.44, 取m=3mm 確定齒數(shù)z,zz=20.51 取z=21z=z=5.521=115.5 取z=116計算主要的幾何尺寸（按表835進行計算）分度圓的直徑 d=m z=321=63mm d=m z=3*116=348mm齒頂圓直徑 d= d+2h=63+23=69mm d= d+2h=348+23=353mm端面壓力角 基圓直徑 d= dcos=63cos20=59.15mm d= dcos=348cos20=326.77mm齒頂圓壓力角 =arccos=31.02 = arccos=22.63端面重合度 = z（tg-tg）+ z(tg-tg) =1.9齒寬系數(shù) =1.3縱向重合度 =03.2.3齒輪校核校核齒面接觸強度（按表8315校核）強度條件：= 計算應(yīng)力：=ZZZZZ = 式中： 名義切向力F=2005N 使用系數(shù) K=1（由表8331查取） 動載系數(shù) =（） 式中 V= A=83.6 B=0.4 C=6.57 =1.2齒向載荷分布系數(shù) K=1.35（由表8332按硬齒面齒輪，裝配時檢修調(diào)整，6級精度K非對稱支稱公式計算）齒間載荷分配系數(shù) （由表8333查?。┕?jié)點區(qū)域系數(shù) =1.5（由圖8311查取） 重合度的系數(shù) （由圖8312查?。?螺旋角系數(shù) （由圖8313查取） 彈性系數(shù) （由表8334查?。?單對齒嚙合系數(shù) Z=1 = =143.17MPa許用應(yīng)力：= 式中：極限應(yīng)力=1120MPa 最小安全系數(shù)=1.1（由表8335查?。?壽命系數(shù)=0.92（由圖8317查?。?潤滑劑系數(shù)=1.05（由圖8319查取，按油粘度等于350） 速度系數(shù)=0.96（按由圖8320查?。?粗糙度系數(shù)=0.9（由圖8321查取） 齒面工作硬化系數(shù)=1.03（按齒面硬度45HRC，由圖8322查取） 尺寸系數(shù)=1（由圖8323查?。﹦t： =826MPa 滿足校核齒根的強度（按表8315校核）強度條件：= 許用應(yīng)力： =； 式中：齒形系數(shù)=2.61， =2.2（由圖8315（a）查取） 應(yīng)力修正系數(shù)，（由圖8316（a）查?。?重合度系數(shù) =1.9 螺旋角系數(shù)=1.0（由圖8314查取） 齒向載荷分布系數(shù)=1.3（其中N=0.94，按表8330計算） 齒間載荷分配系數(shù)=1.0（由表8333查?。?則 =94.8MPa=88.3MPa許用應(yīng)力：= （按值較小齒輪校核） 式中： 極限應(yīng)力=350MPa 安全系數(shù)=1.25（按表8335查取） 應(yīng)力修正系數(shù)=2（按表8330查?。?壽命系數(shù)=0.9（按圖8318查?。?齒根圓角敏感系數(shù)=0.97（按圖8325查取） 齒根表面狀況系數(shù)=1（按圖8326查?。?尺寸系數(shù)=1（按圖8324查取）則 = 滿足， 驗算結(jié)果安全3.2.4齒輪及齒輪副精度的檢驗項目計算確定齒厚偏差代號為：6KL GB1009588（參考表8354查?。?。確定齒輪的三個公差組的檢驗項目及公差值（參考表8358查?。┑诠罱M檢驗切向綜合公差，=0.063+0.009=0.072mm,(按表8369計算，由表8360，表8359查取)；第公差組檢驗齒切向綜合公差，=0.6（）=0.6（0.009+0.011）=0.012mm，（按表8369計算，由表8359查取）；第公差組檢驗齒向公差=0.012（由表8361查?。?。確定齒輪副的檢驗項目與公差值（參考表8358選擇）對齒輪，檢驗公法線長度的偏差。按齒厚偏差的代號KL，根據(jù)表8353m的計算式求得齒厚的上偏差=-12=-120.009=-0.108mm，齒厚下偏差=-16=-160.009=-0.144mm；公法線的平均長度上偏差=*cos-0.72sin=-0.108cos-0.72 =-0.110mm,下偏差=cos+0.72sin=-0.144cos+0.720.036sin=-0.126mm；按表8319及其表注說明求得公法線長度=87.652，跨齒數(shù)K=10，則公法線長度偏差可表示為：,對齒輪傳動，檢驗中心距極限偏差，根據(jù)中心距a=200mm，由表查得8365查得=；檢驗接觸斑點，由表8364查得接觸斑點沿齒高不小于40%，沿齒長不小于70%；檢驗齒輪副的切向綜合公差=0.05+0.072=0.125mm（根據(jù)表8358的表注3，由表8369，表8359及表8360計算與查取）；檢驗齒切向綜合公差=0.0228mm，（根據(jù)8358的表注3，由表8369，表8359計算與查取）。對箱體，檢驗軸線的平行度公差，=0.012mm，=0.006mm（由表8363查?。４_定齒坯的精度要求按表8366和8367查取。根據(jù)大齒輪的功率，確定大輪的孔徑為50mm，其尺寸和形狀公差均為6級，即0.016mm，齒輪的徑向和端面跳動公差為0.014mm。齒輪工作圖如下： 圖5 大齒輪由于第一級齒輪傳動比與第二級傳動比相同，則對齒輪的選擇、計算及校核都與第一級一樣。 3.3第三級圓柱齒輪的設(shè)計3.3.1選擇材料確定Hlim和Flim及精度等級：參考表8324和表8325選擇兩齒輪材料為：大，小齒輪均為40Cr，并經(jīng)調(diào)質(zhì)及表面淬火，齒面硬度為4850HRc，精度等級為6級。按硬度下限值，由圖838（d）中的MQ級質(zhì)量指標查得Hlim=Hlim=1120Mpa；由圖839（d）中的MQ級質(zhì)量指標查得FE1=FE2=700Mpa, Flim1=Flim2=350 Mpa.3.3.2按接觸強度進行初步設(shè)計確定中心距a(按表8328公式進行設(shè)計)aCmAa(+1)=1K=1.7則 a=325mm 取a=400mm確定模數(shù)m(參考表834推薦表)m=(0.0070.02)a=2.88, 取m=4mm確定齒數(shù)z,zz=28 取z=28 z=172 取z=172計算主要的幾何尺寸（按表835進行計算）分度圓的直徑 d=m z=428=112mm d=m z=688mm齒頂圓直徑 d= d+2h=112+24=120mm d= d+2h=688+24=696mm齒根圓直徑 端面壓力角 基圓直徑 d= dcos=112cos20=107.16mm d= dcos=688cos20=646.72mm齒頂圓壓力角 =arccos= = arccos=端面重合度 = z（tg-tg）+ z(tg-tg) =1.15齒寬系數(shù) =1.3 齒寬 縱向重合度 =03.3.3校核齒輪校核齒面接觸強度（按表8330校核）強度條件：=計算應(yīng)力：=ZZZZZ = 式中： 名義切向力F=34107N使用系數(shù) K=1（由表8331查取）動載系數(shù) =（）式中 : V= A=83.6 B=0.4 C=6.57 =1.05齒向載荷分布系數(shù) K=1.35（由表8332按硬齒面齒輪，裝配時檢修調(diào)6級精度K非對稱支稱公式計算）齒間載荷分配系數(shù) （由表8333查取）節(jié)點區(qū)域系數(shù) =1.5（由圖8311查?。┲睾隙鹊南禂?shù) （由圖8312查?。┞菪窍禂?shù) （由圖8313查?。椥韵禂?shù) （由表8334查?。﹩螌X齒合系數(shù) Z=1 = =301.42MPa許用應(yīng)力：=式中：極限應(yīng)力=1120MPa最小安全系數(shù)=1.1（由表8335查?。勖禂?shù)=0.92（由圖8317查取）潤滑劑系數(shù)=1.05（由圖8319查取，按油粘度等于350）速度系數(shù)=0.96（按由圖8320查取）粗糙度系數(shù)=0.9（由圖8321查?。X面工作硬化系數(shù)=1.03（按齒面硬度45HRC，由圖8322查?。┏叽缦禂?shù)=1（由圖8323查?。﹦t： =826MPa滿足校核齒根的強度（按表8315校核）強度條件：=許用應(yīng)力： =； 式中：齒形系數(shù)=2.61， =2.2（由圖8315（a）查?。?應(yīng)力修正系數(shù)，（由圖8316（a）查取） 重合度系數(shù) =1.9 螺旋角系數(shù)=1.0（由圖8314查?。?齒向載荷分布系數(shù)=1.3（其中N=0.94，按表8330計算） 齒間載荷分配系數(shù)=1.0（由表8333查取）則 =94.8MPa=88.3MPa許用應(yīng)力：= （按值較小齒輪校核）式中： 極限應(yīng)力=350MPa 安全系數(shù)=1.25（按表8335查?。?應(yīng)力修正系數(shù)=2（按表8330查?。?壽命系數(shù)=0.9（按圖8318查?。?齒根圓角敏感系數(shù)=0.97（按圖8325查取） 齒根表面狀況系數(shù)=1（按圖8326查?。?尺寸系數(shù)=1（按圖8324查?。﹦t = 滿足， 驗算結(jié)果安全3.3.4齒輪及齒輪副精度的檢驗項目計算確定齒厚偏差代號為：6KL GB1009588（參考表8354查?。┐_定齒輪的三個公差組的檢驗項目及公差值（參考表8358查?。┑诠罱M檢驗切向綜合公差，=0.063+0.009=0.072mm,(按表8369計算，由表8360，表8359查取)；第公差組檢驗齒切向綜合公差，=0.6（）=0.6（0.009+0.011）=0.012mm，（按表8369計算，由表8359查?。?；第公差組檢驗齒向公差=0.012（由表8361查?。?。對齒輪，檢驗公法線長度的偏差。按齒厚偏差的代號KL，根據(jù)表8353的計算式求得齒厚的上偏差=-12=-120.009=-0.108mm，齒厚下偏差=-16=-160.009=-0.144mm；公法線的平均長度上偏差=*cos-0.72sin=-0.108cos-0.72 =-0.110mm,下偏差=cos+0.72sin=-0.144cos+0.720.036sin=-0.126mm；按表8319及其表注說明求得公法線長度=87.652，跨齒數(shù)K=10，則公法線長度偏差可表示為：對齒輪傳動，檢驗中心距極限偏差，根據(jù)中心距a=200mm，由表查得8365查得=；檢驗接觸斑點，由表8364查得接觸斑點沿齒高不小于40%，沿齒長不小于70%；檢驗齒輪副的切向綜合公差=0.05+0.072=0.125mm（根據(jù)表8358的表注3，由表8369，表359及表8360計算與查取）；檢驗齒切向綜合公差=0.0228mm，（根據(jù)8358的表注3，由表8369，表8359計算與查?。?。對箱體，檢驗軸線的平行度公差，=0.012mm，=0.006mm（由表8363查?。?。確定齒坯的精度要求按表8-3-66和8-3-67查取。根據(jù)大齒輪的功率，確定大輪的孔徑為50mm，其尺寸和形狀公差均為6級，即0.016mm，齒輪的徑向和端面跳動公差為0.014mm。齒輪的工作圖如圖6所示：圖6 小齒輪3.4中間軸的設(shè)計3.4.1計算作用在軸上的力大輪的受力：圓周力 =徑向力 軸向力 小輪的受力：圓周力 = 徑向力 =軸向力 =3.4.2計算支力和彎矩垂直平面中的支反力水平面中的支反力 = =2752.3N = =261N支點的合力 ，= 軸向力 應(yīng)由軸向固定的軸承來承受。垂直彎矩截面 截面 水平彎矩截面截面 =2752 =504N合成彎矩截面截面計算軸徑截面 截面圖7 軸的受力和結(jié)構(gòu)尺寸簡圖3.4.3對截面進行校核截面校核 （由表412得） 齒輪軸的齒 （由表4117得） （由表4117得）S1.8則 軸的強度滿足要求截面校核 （由表412得） 齒輪軸的齒 （由表4117得） （由表4117得）S1.8則 軸的強度滿足要求3.4.4中間軸的工作圖中間軸的尺寸及配合公差等如圖8所示：圖8 中間軸3.5主軸設(shè)計3.5.1計算作用在軸上的力齒輪的受力扭矩 T T=圓周力 =徑向力 軸向力 工作盤的合彎矩Mt=(M0+M)/2/K=8739（Nm）式中，K為彎曲時的滾動摩擦系數(shù)，K=1.05 按上述計算方法同樣可以得出50I級鋼筋（b=450 N/mm2）彎矩所需彎矩：Mt=8739（Nm）由公式Mt=式中 F為撥斜柱對鋼筋的作用力；Fr為F的徑向分力;a為F與鋼筋軸線夾角。 則 工作盤的扭矩 所以T齒輪能夠帶動工作盤轉(zhuǎn)動3.5.2計算支力和彎矩垂直平面中的支反力水平面中的支反力 = =11198.37N = =-3217.9N支點的合力 ，= 軸向力 應(yīng)由軸向固定的軸承來承受。垂直彎矩截面 截面 水平彎矩截面截面 =11198.37 =-66.77N合成彎矩截面截面計算軸徑截面 截面3.5.3對截面進行校核截面校核 （由表412得） 齒輪軸的齒 （由表4117得） （由表4117得）S1.8所以軸的強度滿足要求主軸工作圖圖9 主軸4鋼筋彎曲機的建模與仿真設(shè)計4.1 UG簡介UG是Unigraphics的縮寫，這是一個交互式CAD/CAM(計算機輔助設(shè)計與計算機輔助制造)系統(tǒng)，它功能強大，可以輕松實現(xiàn)各種復雜實體及造型的建構(gòu)。它在誕生之初主要基于工作站，但隨著PC硬件的發(fā)展和個人用戶的迅速增長，在PC上的應(yīng)用取得了迅猛的增長，目前已經(jīng)成為模具行業(yè)三維設(shè)計的一個主流應(yīng)用。 UG的開發(fā)始于1990年7月，它是基于C語言開發(fā)實現(xiàn)的。UG NX是一個在二和三維空間無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格上使用自適應(yīng)多重網(wǎng)格方法開發(fā)的一個靈活的數(shù)值求解偏微分方程的軟件工具。其設(shè)計思想足夠靈活地支持多種離散方案。因此軟件可對許多不同的應(yīng)用再利用。 一個給定過程的有效模擬需要來自于應(yīng)用領(lǐng)域(自然科學或工程)、數(shù)學(分析和數(shù)值數(shù)學)及計算機科學的知識。然而，所有這些技術(shù)在復雜應(yīng)用中的使用并不是太容易。這是因為組合所有這些方法需要巨大的復雜性及交叉學科的知識。最終軟件的實現(xiàn)變得越來越復雜，以致于超出了一個人能夠管理的范圍。一些非常成功的解偏微分方程的技術(shù)，特別是自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)加密（adaptivemeshrefinement）和多重網(wǎng)格方法在過去的十年中已被數(shù)學家研究，同時隨著計算機技術(shù)的巨大進展，特別是大型并行計算機的開發(fā)帶來了許多新的可能。 UG的目標是用最新的數(shù)學技術(shù)，即自適應(yīng)局部網(wǎng)格加密、多重網(wǎng)格和并行計算，為復雜應(yīng)用問題的求解提供一個靈活的可再使用的軟件基礎(chǔ)。 4.2主要零件造型4.2.1工作臺工作臺是鋼筋彎曲機的主要組成部分，主要由三個圓柱體組成，在底部有孔。工作臺的建立是彎曲機整個建模過程的基礎(chǔ)工作，需要充分利用UG的草圖、拉伸求和、拉伸求差、孔、邊倒圓等功能。首先要建立起整個工作臺的輪廓，然后添加凸臺、圓角、孔等特征。完成后如圖10所示。圖10 工作臺立體圖4.2.2齒輪齒輪機構(gòu)是機械機構(gòu)中被廣泛應(yīng)用的一種高效傳動機構(gòu)，用來傳遞空間任意兩軸或多軸間的傳動和動力，具有傳動效率高、傳動比精確、功率范圍大、工作壽命長以及工作性能安全可靠等特點?？烧{(diào)速鋼筋彎曲機的調(diào)速功能主要依靠大小齒輪之間的嚙合來控制，齒輪的主要參數(shù)是漸開線、基圓、齒頂圓、分度圓、齒數(shù)和模數(shù)等參數(shù)，在輸入完成一個表達式方程組之后即可通過簡單修改齒數(shù)來快速繪制不同特征的齒輪模型。當所有模型制作完成之后即可開始虛擬裝配。大齒輪模型的建立啟動UG軟件，在表達式一欄一次輸入如下表達式方程：模數(shù)：m=3齒數(shù)：z=116壓力角：a=20漸開線展角：b=45*t基圓：db=m*z*cos(a)齒根圓：df=(z-2.5)*m分度圓：d=z*m齒頂圓：da=(z+2)*m漸開線方程：x=db*cos(b)/2+(b*pi()/360*db*sin(b) y=db*sin(b)/2-(b*pi()/360)*db*cos(b) z=0輸入完成之后便可導出到文件夾，方便下次使用。完成之后先繪制大齒輪的漸開線，然后添加齒頂圓、齒根圓和分度圓等，再應(yīng)用UG的“實例特征”功能繪制出一個特征齒，拉伸出實體后使用“陣列”功能來完善齒輪，最后添加上鍵槽、沉孔等特征。完成之后的大齒輪模型如圖11所示。圖11 大齒輪的三維模型小齒輪模型的建立導入大齒輪的表達式，齒數(shù)z的值改為21，繪制好漸開線之后創(chuàng)建出小齒輪的基本模型，然后添加上通孔和鍵槽等特征。完成后的模型如圖12所示。 圖12 小齒輪的三維模型4.2.3軸軸的主體模型使用草圖和拉伸功能可以輕松完成，在建立好主體模型之后于需要加工鍵槽的曲面插入新的基準面，繪制好鍵槽的草圖之后使用拉伸求差功能加工出鍵槽，再添加倒角、圓角等特征。完成后的效果如下圖所示。圖13 中間軸的三維模型圖14