机械毕业设计（论文）-钢筋自动折弯机的结构设计.pdf

本科毕业设计本科毕业设计(论文论文) 题目：钢筋自动折弯机的结构设计题目：钢筋自动折弯机的结构设计 系系 别：别： 机电信息系 专专 业：业：机械设计制造及其自动化 班班 级：级： 学学 生：生： 学学 号：号： 指导教师：指导教师： 2013 年 05 月 i 钢筋自动折弯机的结构设计钢筋自动折弯机的结构设计 摘要摘要 钢筋弯曲机是建筑工地必不可少的机械，能有效的提高生产效率，减少工人 劳动强度，提高钢筋弯曲精度。 本文所设计的钢筋弯曲机适用于弯曲 4- 20 毫米的钢筋，其传动机构为全 封闭式，采用两级变速，工作转速满足弯曲要求，使加工效率高、加工精度高、 劳动强度小。钢筋的弯曲角度由工作盘侧面的触杆与限位开关调节，打弯钢筋后 可以自动归位，能实现弯曲角度的自动化。 本文对 v 带轮和圆柱传动齿轮进行了设计计算，并对轴、键和轴承等关键 部件进行了力学分析计算和强度校核，表明该钢筋弯曲机完全符合设计要求。与 目前实际应用的各种钢筋弯曲机相比， 本机操作简单， 弯曲形状一致， 调节方便， 性能稳定。 关键词关键词：钢筋弯曲机；弯曲角度；弯矩；主轴扭矩 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 structure design of reinforced automatic bending machine abstract bending machine for steel bars is essential to building industry, which can effectively improve the production efficiency, reduce labor intensity and improve the accuracy of bending for the steel bars. the bending machine designed is suitable for the steel bars with various diameters from 4 to 20 millimeters, which is enclosed entirely. with two speed transmission, the bending machine has the characteristic of high efficiency, high precision and low labor intensity. the bending angle is adjusted by the bar along the working disc and the limit switch, with which the bar having been bent can return to the original position to realize the automation of bending process. compared to the bending machines applied presently, the machine designed has some obvious advantages, such as easy operating, uniformity of bending angle, convenient adjustment and high stability. the design and calculation for the v pulley and cylindrical gear is completed, in addition, some key parts of the machine are verified, which suggests that the bending machine designed satisfy the demand of the plan. key words: bending machine for rebar; bending angle; bending moment; twisting moment of spindle 目目 录录 1 绪论绪论 . 1 1.1 综述 . 6 1.2 折弯机的发展和研究情况 2 1.2.1 折弯机的国内外发展状况. 2 1.2.2 折弯机发展趋势. 6 1.3 课题背景 7 1.4 新型钢筋折弯机的特点及组成部分 7 1.5 本文主要研究工作 8 2 弯矩计算及电动机选择弯矩计算及电动机选择 12 2.1 折弯方案 12 2.1.1 钢筋受力情况. 12 2.1.2 钢筋弯曲机所需主轴扭矩及功率. 12 2.2 材料达到屈服极限的始弯矩 13 2.2.1 按 20 螺纹钢筋公称直径计算 . 13 2.2.2 钢筋变形硬化后的终弯矩. 13 2.2.3 钢筋弯曲所需距. 13 2.2.4 电动机功率. 13 3 确定传动比及运动参数确定传动比及运动参数 14 3.1 分配传动比. 14 3.2 计算传动装置的运动和动力参数. 14 4 v 带传动设计带传动设计. 16 4.1 v 带轮的设计计算 16 5 圆柱齿轮设计圆柱齿轮设计 24 5.1 选择材料 249 5.2 按接触强度进行初步设计 24 5.3 齿轮校核 20 5.3.1 校核齿面接触强度 20 5.3.2 校核齿根的强度 22 6 第三级圆柱齿轮的设计第三级圆柱齿轮的设计 24 6.1 选择材料 24 6.2 按接触强度进行初步设计 22 iv 6.3 校核齿轮 30 7 轴的设计轴的设计 错误！未定义书签。错误！未定义书签。9 7.1 计算作用在轴上的力 34 7.2 计算支力和弯矩 349 7.3 对截面进行校核 31 8 主轴的设计主轴的设计 . 34 8.1 计算作用在轴上的力 34 8.2 计算支力和弯矩 32 8.3 对截面进行校核 416 9 轴承和键的校核轴承和键的校核 38 9.1 轴承校核 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 9.2 键的校核. 39 10 结论结论 . 40 参考文献参考文献 . 41 致谢致谢 42 毕业设计（论文）知识产权声明毕业设计（论文）知识产权声明 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 毕业设计（论文）独创性声明毕业设计（论文）独创性声明 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 1 绪论 1 1 绪论绪论 1.1 综综述述 自上大学以来，设计就是必不可少的一部分，特别是对于我们这些学机械专 业的学生来说。其目的就在于使学生通过实习设计获得基本生产的感性认识，理 论联系实践，扩大我们的知识面，锻炼和培养学生业务能力，同时也是学生接触 社会， 了解产业情况， 了解国情的一个重要途径， 逐步实现由学校到社会的转变。 毕业设计则是大学里面最重要的一次设计，是对大学四年来所学知识的一个总 结， 也是我们走上工作岗位之前的最后一次设计，它能非常及时的巩固我们大学 所学的知识。 钢筋弯曲机是建筑业常用的工程机械之一， 主要是将钢筋加工成各种形状以 满足生产需要，随着工业生产的发展，各种钢筋制品广泛地应用在现代工程领域 的各个方面，如建筑、船舶、航天等行业，尤其在建筑上应用非常广泛，常常是 各种不同形状的钢筋成品的同时应用， 可以说， 没有钢筋就没有现代工业。 因此， 有很多技术人员正在研究钢筋弯曲机，以实现高效率的生产。 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， 其中钢箍加工的效率和质量是最难解决的问题之一， 钢箍不仅使用量非常大, 而且形状和尺寸变化复杂,尺寸精度要求高，钢箍的制作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。 钢筋加工过程中，钢筋加工成型始终被认为是最消耗时间的部分。在传统的 手工操作过程中，大量时间花费在各种型号钢筋的更换，线路的调节，以及更换 不同直径的钢筋上，这种加工方式不仅浪费了大量的人力、物力，而且还成为钢 筋加工工业中的瓶颈，大大降低了钢筋制品的生产效率。 随着我国建筑行业的快速发展， 为了响应政府及各建筑单位对钢筋制做自动 化技术的迫切要求，急需一种适用范围广，效率高，消耗低，质量高的钢筋弯曲 机。通过对比现今各种钢筋弯曲机的性能，不难发现仍有很多的不足之处，各零 部件仍有很大设计余量，还有很大的发展改进潜力。 因此，需要在原有各种钢筋弯曲机的基础上，对原有的传动能力和承载性能 进行改进，设计一种满足高水准工程建设的需要，并且尽可能的扩大对钢筋的适 用范围。 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 毕业设计（论文） 2 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 wto 和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 2001 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。 这种机器一出现，就得到了迅猛的发展，在各行业都得到了广泛的应用，很 大程度上提高了工业生产的效率。这种机型具有以下几个明显的特点: 首先，机电一体化程度很高，加工效率高。 其次，维护管理比较简单。 再次，由于采用计算机控制，不同直径钢筋的切换及加工角度改变一可由软 件实现，自动化程度得了很大的提高。 最后，虽然具有上述的几个优点，但它也有一个很大的缺点，就是价格非常 昂贵， 单机售价达到了二二百万， 这也在某种程度上阻碍了它的广一泛使用。 目前，我国在这方面的研究还是一片空白，绝大多数使用钢筋产品的企业仍 采用手工操作进行加丁，这就导致他们生产的产品成本很高，缺乏竞争力。 而这些企业又无力从国外引进，因此，自行研制钢筋自动成型加工机势在必行。 现在工程机械发展迅速，工程建设对各种机械的精度、效率要求也越来越高。工 程建筑方面对钢筋的形状要求也越来越复杂，这就要求要有性能可靠，能够满足 钢筋弯曲生产的弯曲机。但是钢筋弯曲机的发展却跟不上发展步伐，很大程度上 阻碍了生产建设进度，浪费大量人力，增加建设成本。 1.2 折弯机的发展和研究情况折弯机的发展和研究情况 1.2.1 折弯机的折弯机的国内外发展状况国内外发展状况 装备制造业的发展水平是一个国家综合国力的集中体现， 关系着国家的经济 命脉， 而数控技术又是当今装备制造业中最核心的技术，大力发展以数控技术为 核心的先进装备制造技术已经成为世界各国加速经济发展、 提高综合国力和国际 地位的重要途径。 数控折弯机在国外相当普遍，如瑞典的 pulhnax 公司的 ursviken 分部每年 大约生产 200 台折弯机， 其中 90%以上装有数控系统。 该公司开发的一种折弯机 毕业设计（论文） 3 具有伺服控制(带有偏心折弯功能);“双工作基准面”可以补偿折弯过程中机身的 变形，重复精度达 0.01mm:高性能的多轴控制可使折弯机实现有效控制;悬浮结 构和液压模具夹紧装置可实现模具自动快速换模，并装有板料测厚装置，用以检 查折弯工件的厚度变化是否在折弯工艺允许范围之内。 amada公司自60年代中期引进法国promecam公司下动式折弯机生产技术 以来，一直致力于下动式折弯机的生产和改进，80 年代中期开发了 fine数控系统能自动调节最佳卸压时间，使每个循环的时间缩短 is;脚 踏板具有最佳角度并减少了踏板力，操作者不易疲劳并便于操作。 lvd 公司是国外规模最大的折弯机制造厂商之一。其 mmc8500 和 mnc9000 的数控系统采用 cad/cam 技术，开发了一套三维软件，使折弯加工 完全实现了自动化。将折弯工件参数输入系统，系统便能自动计算出折弯工序所 需所有数据，确定控制程序，操纵计算机系统实施折弯加工。该三维软件有如下 功能:（1）在 cad 系统中，折弯工件以三维模式或展开模式显示在屏幕上，并 在工件图上标注出折弯角度及弯曲半径，该工件图的尺寸数据、文字图形都能清 楚的显示出来。展开模式由 lvd 公司的 cadman- b 软件制成，三维工件可依三 个方向回转，可从不同角度观察其形状，并通过消除隐色及表面涂色的方式显示 其形状。折弯程序也可手工输入，以不同的方式显示在屏幕上。(3)数控程序通 过工控机与机床间的连接线路直接输进机床进行操纵加工。 lvd的ppeb型cnc 板料折弯机采用 mnc9200 系统， 32 位高速微处理器及能控制 22 轴的 mc680303 芯片，能显示模具、机械附件及工艺过程。 hammerle 公司在 70 年代中期开发了结构独特的三点式折弯机， 在折弯工艺 和结构上都有不少创新和突破。现今，该公司生产的折弯机除了仍然具有三点式 折弯模具、滑块液压垫等特点之外，两个油缸各自采用比例阀和光栅尺构成闭环 控制系统，实现对滑块位置、速度和压力的精确控制，同步精度为 0.005mm。工 作台前后都装备了跟踪式气动托持装置， 可以编程控制。 后挡料为双座式， 可以 在空气悬浮导轨上非常轻快的左右移动。采用 brugg 公司的 inf1- nffriom4 轴数控系统，实现两个油缸 y1 和 y2 轴、下模深度调整 y 轴、后挡料前后移动 x 轴的控制。这种数控系统不但用于三点式折弯机，也可用于其它折弯机，控制 毕业设计（论文） 4 轴数可多达 16 轴。 fasti 公司开发的 904- - 125130 型折弯机，折弯力为 1230kn，工作台长度 3050mm。 两个油缸各自用比例阀和光栅尺构成闭环控制系统， 实现对滑块位置、 同步、速度和压力的精确控制。两个油缸活塞位置可以倾斜10mm，用来补偿板 厚偏差或进行锥形件折弯。采用 delem 公司数控系统，实现 6 轴数控(yi, y2 x, r. z1, z2)。上下模都装有快速液压夹紧装置。不过该型号的折弯机，滑块 和工作台都没有挠度补偿装置。904 系列折弯机折弯力可从 500kn 至 6300kn， 工作台最大长度为 6000mm，共 69 种规格。 小松产机株式会社的 phs 系列折弯机折弯力可从 500kn 至 2000kn。 工作台 最大长度为 4000mm，共有 i3 种规格。该系列折弯机采用伸长抵消机构，依靠 独自的构造抵消负荷及油温变化引起的机架开口变形量，使深度位置保持一定: 配有角度控制器，可简单的调整全长角度:配有 3d cad/cam 系统，自动计算折 弯工序并可在屏幕上同时显示 8 道工序的折弯形状。另外该公司开发的 pas 系 列折弯机，由 ac 伺服电机直接驱动，并装备了折弯角度检测传感器，可实现高 精度的折弯加工。 村田公司开发的 hpb - 8525a 型折弯机，折弯力 850kn，工作台长度为 2500mm。该型号折弯机采用传统的扭轴实现滑块同步，涡轮蜗杆装在油缸的下 盖中，转动螺母套，使螺杆套上下移动，控制活塞的下死点位置。上模的微调装 置不同于一般的斜模式，而是每组有两个偏心轴，用旋钮转动进行调节。采用 tnc 一 txr3 轴数控系统，控制 y, x 和 r 轴。但由于采用扭轴和机械档块，该 型号折弯机结构复杂笨重。hpb 系列折弯机的折弯力从 400kn 至 6000kn，工作 台最大长度达 6000mm。 丹麦 stema 公司的研制的 unimatic18vs,unimatic18 xv 和 twinmatic16 xv 这三种钢筋自动成型折弯机一经问世，就得到了迅猛的发展，在各行业都得到了 广泛应用；意大利 mep 公司的生产的钢筋自动成型加工机自动化程度高，但其 价格也是同类产品中最贵的，因此其通用性不是很强；意大利 schnell 公司研 制的数控钢筋折弯机，更加注重实用，设备配件在选型上较为单一，其价格相对 便宜， 目前在国内使用较为广泛；美国道尔公司和日本阿姆达公司生产的先进全 自动智能数控旋转式折弯机功能丰富、性能稳定可靠，在国际市场占有一定的份 额。 近二十年来在国内折弯机数控技术发展迅速。从 1986 年 10 月第一台 w67y- 160ki3200 数控折弯机由天水锻压机厂研制成功以来，国内出现了一批从 事折弯机数控技术研究开发的单位，其中较有代表性的有华中科技大学、黄石锻 压机床股份有限公司、济南铸造锻压机械研究所和上海冲剪机床厂等。 毕业设计（论文） 5 黄石锻压机床股份有限公司和济南铸造锻压机械研究所联合先后完成了 w67k- 100/3000, w67k- 100/3100s 和 w67k- 100/3200 型数控三点板料折弯机。 其中 w67k- 100/3200 型折弯机采用 lvd 公司的机械伺服阀控制油缸同步、机械 档块控制油缸行程的结构，工作台上装有机械式挠度补偿装置;采用美国 autobend20 数控系统，可实现 2 轴数控(x 和 y)。 上海冲剪机床厂从 1986 年以来先后成功开发了具有国际水平的 qc12k 与 wc67k 两大系列数控折弯机和具有先进水平的高精度数控三点式折弯机。其中 wsb7k- 16013200 型折弯机，两个油缸各自采用电液伺服闭环控制:采用 cybelec 公司 press cad900 数控系统，实现 7 轴数控(y1. y2. x1, x2. r. 1. z2);滑块上有 长孔，布置液压挠度补偿装置;上模有液压快速夹紧装置，工作合前有气动前托 料架。 国内对数控弯箍机的研究起步晚，技术力量薄弱，与国外的发展水平相比还 有不小的差距。目前国内生产的钢筋弯曲加工设备主要定位于中低端机型，大部 分钢筋弯曲机仍采用机械式或液压式控制，设备的自动化水平低，工人的劳动 强度大，所弯制出的钢筋制品形状简单，精度较差，不符合国内一些重大工程的 使用要求。高端的弯曲机几乎全部从国外进口，价格昂贵，单机售价可达数百万 人民币，而且由于个别西方发达国家对我国高新技术的出口限制，一些高性能的 钢筋弯曲机甚至无法进口，严重制约了我国社会主义现代化建设的步伐。 近年来，随着我国对数控钢筋弯箍机的研究发展日益重视，国内数控弯箍机 的水平也取得了长足的发展。如：中国建筑科学研究院建筑机械化研 究分院与 意大利 schnell 公司联合开发的“prima12”数控钢筋弯箍机，采用计算机控 制，设备自动化程度高，安全性能好，可以实现箍筋生产全自动化淮南钢力冷轧 设备厂生产的“gjj12- 2”型数控弯箍机拥有多项专利技术，设备生产效率高、经 济效益好；烟台鸿图数控设备有限公司生产的“sw- 12”型数控钢筋弯箍机拥有四 项国家专利，设备运行可靠、弯箍尺寸精准；深圳康振机械科技有限公司生产的 “坚盾 2b”全自动数控弯箍机，采用德国 plc 控制技术和伺服系统，可实现全自 动、不间断的弯曲成型加工流程。 华中科技大学塑性成形研究所长期从事新型塑性成形设备及其计算机控制 的研究和开发工作。 “七五”、 “八五”， 期间又承担了国家科技攻关项目“rd- w67k 一 125/3000 板材折弯加工单元，和“锻压机床通用数控系统”。针对国外 90 年代 开始发展的基于伺服直接驱动的折弯机数控技术这一新动向， 及时开展了研究工 作。目前，在多年研究、开发和生产重型塑性成型数控设备的基础上，正致力于 开发一种结构简单、成本低廉、特色显著，基于伺服电机直接驱动的新一代折弯 机数控系统。 毕业设计（论文） 6 1.2.2 折弯机发展趋势折弯机发展趋势 折弯机使用最简单的通用模具，通过滑块最简单的上下往复直线运动，能折 出各种各样的复杂零件。但是，折弯过程是金属板料加工中最复杂的过程之一， 在普通折弯机上只有高度熟练的操作人员才能生产出良好的零件。即使如此，也 需要相当长的调整时间。 用先进的液压系统和数控系统装备的折弯机不但可以大 大缩短调整时间， 而且不熟练的操作人员也不需要多次试折就能生产出良好的零 件。这次展出的折弯机非常明显地表现出这一趋势。 国外的折弯机早已实现液压化，现在已普遍采用电液比例(或伺服)控制技术 对两个油缸的同步、位置、速度和压力进行精确控制。与机械液压伺服阀的液压 系统相比， 不仅调整方便， 控制精度高， 容易实现双机联动， 而且机械结构简单。 液压系统集成化，与数控系统连接简单方便，从而使折弯机的制造、装配、调试 和维修的工作量都相应减少。 折弯机的数控系统经过多年发展，目前功能越来越齐全，操作越来越方便。 普通的数控系统通常都有以下功能:实现4轴数控(y1.y2,x,r);折弯角度直接编程; 存贮若干个程序;模具数据库;双机联动;工作台挠度补偿;对折弯力、速度、保压 时间、卸压距离、y1 与 y2 倾斜等参数进行编程。先进的数控系统不但数控轴 数多， 还具有二维或三维图形显示， 进行每道折弯工序的仿真和折弯顺序的优化， 判断零件与模具是否发生干涉，根据零件图尺寸画出毛坯展开图。 国外著名的液压件公司如 rexroth . bosch 等都可全套提供折弯机的比例控 制液压系统，其控制阀块(包括充液阀)直接装在油缸顶部，使液压管路减少到最 低程度。 著名的 cybelec , delem , autobend 等公司可以提供折弯机专用的各种档 次的数控系统。上述液压系统和数控系统全都可以匹配，为折弯机制造厂提供了 极大的方便。 为了进一步提高折弯精度， 国外有些折弯机公司已开发了多种板料厚度自动 测量装置、折弯角度自动测量装置、折弯角度回弹量自动测量及补偿装置，并已 经在折弯机上得到实际应用。 为了减轻换模的劳动强度和缩短换模时间。 除了普遍使用上模液压快速夹紧 装置以外，国外很多折弯机上采用了单模槽凹模，并在工作台上配置下模液压快 速夹紧装置，不但便于更换下模，而且保证上下模的轴线自动对中，不需调整。 有的折弯机已装备了自动换模装置，在折弯机一侧设置模具库，实现自动换模。 为了减轻折弯操作的劳动强度，实现无人操作，已有几家折弯机公司开发了 多轴数控的专用机器人与折弯机组成“折弯机机器人”系统，在生产尺寸较 小、形状不很复杂的典型折弯件时实现无人操作。 本文拟对钢筋弯曲机传动方案从传动效率、传动精度方面进行分析比较，提 毕业设计（论文） 7 出一种传动方案的改良思路，以便广大用户更好地选择所需的机型，也有利 于生产厂家设计生产满足市场需要的产品，促进国产钢筋弯曲机设计、生产、使 用水平的进一步提高，解决目前钢筋弯曲机的局限性。 1.3 课题背景课题背景 目前，在桥路、楼宇、地铁等建筑过程中，需大量使用具有一定几何形状及 尺寸的折弯钢筋。但是目前大多数钢筋折弯工作仍然依靠工人手工完成。为了提 高生产效率，降低生产成本，提高折弯钢筋的加工质量。本课题拟研究和设计出 能够自动完成钢筋折弯工作的折弯机，以满足社会生产需求。课题要求在系统分 析市场现有各类钢筋折弯设备的基础上，通过系统的功能分析，研究折弯机的各 个功能组成部分及相互关系， 使其能够实现根据折弯后的不同形状手动调整折弯 模具、 自动折弯、 自卸料功能。 随着现代经济的快速发展， 建筑行业也发展迅速， 越来越多的建筑材料被需求，钢筋就是建筑工程中大量使用的一种材料，它在建 筑行业中起着至关重要的作用。因此，钢筋加工是钢筋混泥土施工中的一个重要 组成部分。为了适应建筑工程中的不同的需求，把已切断的钢筋弯曲成所需要的 尺寸形状是钢筋加工中一道很重要的工序。钢筋弯曲速度快，弯曲精度高，效率 高对工程质量的提高起着至关重要的作用。目前，建筑工地上常用的弯曲钢筋成 型的方法主要有两种：手工弯曲。机械弯曲。两中相比较，前者设备简单，操作 容易， 但工作效率低， 而且是手动弯曲， 这样弯曲精度不高。 不适合大批量生产。 后者弯曲容易，而且减轻了工人的劳动强度，提高了工作效率，适合于大批量生 产。现在已经逐步代替了手工弯曲。这次设计采用的是机械弯曲形式，而且取双 工位，两个工人可以在同一时间，同一机器上完成不同的工作，而且互不干涉。 这样提高了工作效率，节省了个人的劳动时间。 1.4 新型钢筋折弯机的特点及组成部分新型钢筋折弯机的特点及组成部分 一般有全自动钢筋折弯机，和半自动钢筋折弯机之分 。全自动的也叫数控 钢筋折弯机是电能通过马达转化为动能控制切刀切口来达到折弯钢筋效果的。 而 半自动的是人工控制的，从而进行折弯钢筋的操作。 主要有以下的特点： a. 可加工钢筋的种类多，直径从 6mm 到 20mm 不等，因此应用范围较广。 b. 具有很高的精度，钢筋加工长度公差控制在 1mm 之内，同时加工角度 误差也不超过 0 1 ，这种加工精度大大超过了手工操作。 c. 确保钢筋的有改利用率。由十它采用计一算机控制，进给多少就加工多少， 使钢筋得到了最大限度的利用。 毕业设计（论文） 8 利用计算机对钢筋加工过程进行控制。改变钢筋加工的形状，只需在控制 屏上选择所需加工类型。 需增加或删除某种加工形状， 对软件进行修改即可完成。 除了上述的几个优点之外，它还具有一个显著的特点，就是成本较低，与国外同 类产品比较，价格仅为它们的四分之一，有利于产品的推广与销售。 1.5 本文主要研究工作本文主要研究工作 1.5.1 主要主要内容内容： 设计一种新型的钢筋自动弯曲机，钢筋的上料，角度控制以及钢筋的弯曲由 折弯机自动进行。该钢筋折弯机主要有机械控制系统、操作系统、回转系统、工 作台面、动力驱动装置等部分组成。 本题在当前钢筋弯曲机的基础上， 设计一种操作简单、 效率高的钢筋弯曲机， 并且提高弯曲角度的控制精度， 同时使之适应当今工程建设方面中的各种型号的 钢筋的弯曲，最大限度的提高所设计弯曲机的适用范围。 本课题研究的钢筋自动折弯机拟采用电气驱动方式， 能够自动实现钢筋 的矩形、三角形。 设计内容包括：折弯模具的手动调整、自动折弯工序的设计与实现、自 动卸料装置的设计及辅助系统的设计。 技术要求：能加工单根钢筋的长度范围为：0.62.2m；加工效率不少 于：150 根/h;最大折弯力矩为：2.5kn; 1.5.2 研究方法研究方法 在充分了解现在国内外钢筋弯曲机的基础上，分析各种弯曲机的优缺点，利 用已有的样品及技术，通过借鉴改进，设计出一种更加高效的钢筋弯曲机。设计 过程中主要用到、机械制造、机械设计、材料力学、动力传动装置设计等课程方 面的知识。 1.5.3 技术路线技术路线: 调查研究查资料写出开题报告确定总体方案钢筋弯曲机整体方案的 设计动力设备计算选型动力传动装置、 工作台面设计绘制钢筋弯曲机的总 装配图及零件图撰写设计说明书。 1.5.4 研究方案研究方案： 折弯工艺过程 毕业设计（论文） 9 图 1.1 折弯工艺 表 1.1 钢筋自动折弯机形态学矩阵 1 2 3 4 5 6 a 折 弯驱动 交流 伺服 机 直流 伺服 机 步进 电机 直线 电机 液动 机 气动 机 b送 料驱动 伺服 电机 气动 机 步进 电机 直线 电机 液动 机 c 折 弯传动 齿轮 传动 齿形 带传 动 蜗轮 传动 丝杠 传动 齿轮 齿条 传动 d送 料传动 齿轮 传动 齿形 带传 动 蜗轮 传动 丝杠 传动 齿轮 齿条 传动 e 紧固方 式 摩擦紧固 刚性 连接紧固 螺 纹 连接紧固 组 合 杆 选择方案为：折弯驱动（伺服电机）+送料驱动（步进电机）+折弯传 动（齿轮传动）+送料传动（齿轮齿条传动）+紧固方式（组合杆） 可能组合出方案数为：n=6x5x5x5x4=3000 送料 折弯 90 折弯 90 送料 回转 回转 送料 折弯 90 回转 送料 转弯 90 回转 送料（顶出前料） 毕业设计（论文） 10 1.5.5 方案选择理由方案选择理由 a. 送料部分：送料部分： 图 1.2 送料原理 采用步进电机是为了便于钢筋送料的控制，脉冲控制转角，并且采用齿轮是 由于传动准确。通过控制脉冲数来控制电机转角，从而控制钢筋的进给量。钢筋 通常由圆盘的形式存放。在钢筋自动成型加工机中。我们设计了两组动轮将钢筋 由外部带入并同时进行水平校直。 其中第二组动轮由伺服电动机经过中间传动机 构直接带动，第一组动轮与第二组动轮之间由链轮进行连接，第二组动轮转动时 同时用链轮带动第一组轮转动，这样就可以实现将钢筋进给的任务。这部分设计 主要由进口设计，两组动轮的设计以链轮的设计组成。 b. 折弯部分：折弯部分： 交流伺服电机它的功率范围大，可以做到很大的功率。大惯量，最 高转动速度低，且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行 的应用。满足本系统需要平稳运行且转矩大的需求，采用齿轮齿条传动 同样是由于传动平稳准确，并且将回转运动转化为水平移动。 c. 钢筋自动折弯机的弯曲部分工作的原理钢筋自动折弯机的弯曲部分工作的原理 弯曲部分工作原理： 钢筋弯曲机属于一种对钢筋弯曲机结构的改 ， 本实用新型包括减速机、带轮、弯曲盘面 。弯曲机的工作机构是一个在垂 直轴旋转的水平工作圆盘。如图所示 ，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 。其原理如下图 图 1.3 折弯原理图 毕业设计（论文） 11 d. 紧固方式：紧固方式： 采用组合杆为夹紧方式是由于根据钢筋的尺寸便于调整，并且折弯完 成后直接顶料来达到卸料的目的（卸料方便） 。 折弯部分详细方案： y 系列三相异步电动机+v 带传动+二级齿轮减速器+第 三级齿轮副带动工作台进行正反转回转运动。 2 弯矩计算及其电动机选择 12 2 弯矩计算及电动机选择弯矩计算及电动机选择 2.1 折弯折弯方案方案 2.1.1 钢筋钢筋受力情况受力情况 钢筋受力情况与计算有关的几何尺寸标记图 1。 当 mt 一定， 越大则拨斜柱及主轴径向负荷越小； )cos( 0 1 l l ar=a 一定，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 lo。 钢筋折弯机的工作盘设计：直径 40mm， a=43.8 1 压弯销轴 2 钢筋 3 中心销轴 4 工作圆盘 5 支承挡销 图 2.1 弯曲工作部分示意图 2.1.2 钢筋弯钢筋弯曲曲机机所需所需主轴主轴扭扭矩及矩及功率功率 按照钢筋弯曲加工规范规定的弯曲半径弯曲钢筋， 其弯曲部分的变形量均接 近或过材的额定延伸率，钢筋应力超过屈服极限产生塑性变形。 毕业设计（论文） 13 2.2 材料达到屈服极限的始弯矩材料达到屈服极限的始弯矩 2.2.1 按按 20 螺纹螺纹钢筋钢筋公称直径公称直径计算计算 m0=k1ws （2.1） 式中， m0为始弯矩， w 为抗弯截面模数， k 1为截面系数， 对圆截面 k1=1.7； 对于 25mnsi 螺纹钢筋 m0=373（n/mm2）,则得出始弯矩 m0=3977（nm） 2.2.2 钢筋钢筋变形硬化后变形硬化后的的终终弯矩弯矩 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： ) 2 ( 0 1 rx k km+= （2.2） 式中， 0 k 为强化系数， 0 k =2.1/p=2.1/0.14=15, p 为延伸率，25mnsi 的 p=14%， rx=r/ 0 d ,r 为弯心直径，r=3 ，则得出终弯矩 m=11850（nm）。 2.2.3 钢筋弯钢筋弯曲所需距曲所需距 mt=(m0+m)/2/k=8739（nm） k 为弯曲时的滚动摩擦系数，k=1.05 按上述计算方法同样可以得出 20 钢 筋（b=450 n/mm2）弯矩所需弯矩：mt=8739（nm）,取较大者作为以下计算 依据。 mt=8739（nm）2.5（knm） 2.2.4 电动机电动机功率功率 由功率扭矩关系公式 0 a =tn/9550=2.9kw,考虑到部分机械效率 =0.75， 则 电动机最大负载功率 a= 0 a /=2.9/0.75=3.9（kw），电动机选用 y 系列三相 异步电动机 y112m- 4 型，额定功率为 =4（kw）,额定转速 =1440r/min。 3 确定传动比及运动参数 14 3 确定传动比及运动参数确定传动比及运动参数 3.1 分配分配传动比传动比 3.1.1 总总传动比传动比 48 30 1440 = n n i m a (3.1) 3.1.2 分配装置分配装置传动比传动比 由iiia. 0 =，式中ii , 0 分别为带传动和减速器传动比。 为使 v 带传动外廓尺寸不致过大，初步取 0 i=4，则减速器传动比为： 12 4 48 =i (3.2) 3.1.3 分配减速器各分配减速器各级传动比级传动比 i=i1i2，其中 i1为高速级齿轮传动的传动比，i2为低速级齿轮传动的传动比 因为()ii5 . 13 . 1 1 =，取 i1=4，则 i2=3。 3.2 计算传动计算传动装置装置的运动和动的运动和动力力参数参数 3.2.1 各各轴轴转速转速 轴 min/360 4 1440 0 r i n n m i = (3.3) 轴 min/90 4 360 i1 r n n i ii = (3.4) 轴 min/30 3 90 2 r i n n ii iii = (3.5) 毕业设计（论文） 15 3.2.2 各轴输入功率各轴输入功率 轴 kwkwpp mi 80 . 3 99. 096. 04 10 =hh (3.6) 轴 kwpp mii 61. 399. 099. 096. 04 2 2 2 10 =hhh (3.7) 轴 kwpp miii 43. 396. 099. 04 232 2 3 10 =hhh (3.8) 3.2.3 各轴输入转矩各轴输入转矩 轴 mmnmmn n p t i i i . 8 . 100. 360 80. 3 95509550= (3.9) 轴 mmnmmn n p t ii ii ii .06.383. 90 61. 3 95509550= (3.10) 轴 mmnmmn n p t iii iii iii .88.1091. 30 43 . 3 95509550= (3.11) 运动和动力参数计算结果整理于下表 3.1 表 3.1 运动和动力参数 轴名 输入功率 p/kw 输入转矩 t/nm 转速 n r/min 传动比 i 轴 3.80 100.80 360 4 轴 3.61 383.06 90 3 轴 3.43 1091.88 30 4 v 带传动设计 16 4 v 带传动设计带传动设计 4.1 v 带轮的设计计算带轮的设计计算 电动机与齿轮减速器之间用普通 v 带传动，电动机为 y112m- 4，额定功率 p=4kw，转速 1 n =1440r/min，减速器输入轴转速 2 n =514r/min，输送装置工作时 有轻微冲击，每天工作 16 个小时。 4.1.1 设计设计功率功率 根据工作情况由查得工况系数 a k =1.2， d p = a kp=1.24=4.8kw 4.1.2 选定带选定带型型 根据 d p =4.8kw 和转速 1 n =1440r/min，查的选定 a 型 4.1.3 计算传动比计算传动比 = （1-） （4.1） 4.1.4 小小带轮带轮基准直径基准直径 1d d 由表查的取小带轮基准直径 1d d=75mm 4.1.5 大大带轮的带轮的基准直径基准直径 2d d 大带轮的基准直径 2d d=i 1d d （1-e） （4.2） 取弹性滑动率e=0.02 2d d= i 1d d （1-e） =2.8)02 . 0 1 (75-=205.8mm （4.3） 实际传动比 i= )1 ( 1 2 e- d d d d =2.85 （4.4） 从动轮的实际转速 2 n = i n1 = 85 . 2 1440 =505.26r/min （4.5） 转速误差 514 26.505514 2 - =d n=1.7% （4.6） 8 . 2 514 1440 2 1 =n n i 毕业设计（论文） 17 对于带式输送装置，转速误差在%5范围是可以的。 4.1.6 带速带速n n= 100060 144075 100060 11 = pp nd =5.652m/s (4.7) 4.1.7 初初定轴定轴间距间距 0 a 0.7（ 1d d+ 2d d）2 0 a（ 1d d+ 2d d） （4.8） 0.7（75+205）2 0 a（75+205） 196560 0 a （4.9） 取 0 a =400mm 4.1.8 所需所需 v 带带基准长度基准长度 0d l 0d l=2 0 a + 0 2 12 21 4 )( )( 2a dd dd dd dd - + p （4.10） =2 4004 )75205( )20575( 2 400 2 - + p =800+439.6+10.56 =1250.16mm 查得选取mmld1250= 4.1.9 实际实际轴轴间距间距 a 2 0 0 dd ll aa - +=400mm （4.11） 4.1.10 小小带轮带轮包角包角 1 a 1 a= 0 180 - 012 3 . 57 - a dd dd (4.12) = 00 62.18180 - = 00 12038.161 4.1.11 单根单根 v 带的带的基基本本额额定定功率功率 1 p 根据 1d d=75mm 和 1 n =1440r/min 由查表得用内插法得 a 型 v 带的 1 p =0.68kw 毕业设计（论文） 18 4.1.12 额定功率的增量额定功率的增量 1 pd 根 据 1 n =1440r/min 和85. 2=i由表查的用内插法得 a 型 v 带的 1 pd =0.17kw 4.1.13 v 带的根数带的根数 z z= l d kkpp p d+ a )( 11 （4.13） 根据 0 1 38.161=a查表得 a k =0.95 根据 d l =1250mm 查表得得 l k =0.93 z= l d kkpp p d+ a )( 11 = 93 . 0 95 . 0 )17 . 0 68 . 0 ( 8 . 4 + =3.88 （4.14） 取 z=4 根 4.1.14 单根单根 v 带的带的预紧力预紧力 0 f 0 f =500 （ 2 ) 1 5 . 2 n n a m z p k d +- （4.15） 由表查得 a 型带 m=0.10kg/m 则 0 f =500 （ 2 ) 1 5 . 2 n n a m z p k d +-=99.53n （4.16） 4.1.15 压压轴轴力力 q f q f = 2 sin2 1 0 a zf=2 2 38.161 sin753.99 0 =1372n （4.17） 5 圆柱齿轮设计 19 5 圆柱齿轮设计圆柱齿轮设计 5.1 选择选择材料材料 查的选择两齿轮材料为：大，小齿轮均为 40cr，并经调质及表面淬火，齿 面硬度为 48- 50hrc，精度等级为 6 级。按硬度下限值，由 mq 质量指标查得 limh s= limf s=1120mpa ； 由mq级 质 量 指 标 查 得fe1=fe2=700mpa, flim1=flim2=350mpa 5.2 按按接触强接触强度度进行进行初初步步设计设计 5.2.1 确定确定中心中心距距 a acmaa(+1) 3 2 1 h kt sm a f （5.1） 试中 m c =1 483= a a k=1.7 mnt=1646 2 4 . 0=f a mpa h 1008=s mma175= 取mma200= 5.2.2 确定确定模模数数 m m=(0.0070.02)a=1.44, 取 m=3mm （5.2） 5.2.3 确定齿数确定齿数 z1,z2 z1= ) 1( 2 +mm a = ) 15 . 5(3 2002 + =20.51 取 z1=21 （5.3） z2=z1=5.5 21=115.5 取 z2=116 （5.4） 5.2.4 计算主要的计算主要的几何尺寸几何尺寸 分度圆的直径 d1=m z1=3 21=63mm （5.5） 毕业设计（论文） 20 d2=m z2=3 116=348mm （5.6） 齿顶圆直径 d 1a = d1+2ha=63+2 3=69mm （5.7） d 2a = d2+2ha=348+2 3=354mm （5.8） 端面压力角 0 20=a 基圆直径 d 1b = d1cosa=63 cos20 0=59.15mm （5.9） d 2b = d2cosa=348 cos20 0=326.77mm （5.10） 齿顶圆压力角