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1、1 引言引言自上大学以来，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。本次的毕业设计题目是立式钢筋弯曲机的设计。通过做这次毕业设计使学生基本掌握机械结构设计和机械传动设计的基本方法和步骤，掌握建筑钢筋弯曲机的工作原理和结构特点及使
2、用方法并了解其现状。培养学生综合运用所学过的基本理论知识和专业知识及专业技能解决实际问题的能力，培养学生接触社会、了解社会和获取有用信息的能力，使学生的专业能力和综合素质进一步得到提高。具体设计要求为：（1）技术参数 弯曲钢筋直径 110mm，弯曲次数 22 次/分；（2）其他要求 原理正确，结构合理，经济实用，易于调整和维护。经过设计之前的实习、调研，理解并掌握了钢筋弯曲机的结构原理。钢筋弯曲主要在一个圆盘上来实现的。工作盘的中心孔中插入心轴，同时工作盘上开有许多孔，以便成型轴的插入。当工作盘转动时，心轴和工作轴都在转动，由于心轴在圆心上，圆盘虽在转动，但其位置却并未移动。此时，工作轴就可以
3、绕其心轴做圆弧运动。此时，将所要弯曲的钢筋查如工作轴和心周中就可以将钢筋弯曲成型了。而圆盘的转动主要由电机来控制，为其提供动力来源。电机经过减速装置带动其工作圆盘转动。减速装置一般为三级减速，经过一级带轮和二级齿轮减速，然后通过连杆、齿条等机构带动圆盘转动。在实习中我们看到立式钢筋弯曲机的结构和其工作情况。立式钢筋弯曲机上有两个工作圆盘，它们可以同时工作，这样两个工人就可以在同一时间同一台机器上完成不同角度，或不同粗细程度的钢筋弯曲工作，从而节省了个人劳动时间，提高了生产效率。在实习期间，工人师傅还向我们介绍了弯曲机的具体使用方法和其注意事项，同时，也讲到了现在国内通常使用的弯曲机的不足之处，
4、这对我的设计有一定的启发。1 11 1 题目的选取题目的选取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：（1）手工弯曲。 （2）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
5、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 12 2 钢筋弯曲机的工作原理钢筋弯曲机的工作原理钢筋弯曲机的具体工作原理为：电动机提供的动力，经过带轮，齿轮减速机构传递给工作圆盘，带动其工作盘转动。钢筋的弯曲就主要在其工作圆盘上来实现的。工作盘的中心孔中插入心轴，同时工作盘上开有许多孔，以便成型轴的插入。当工作盘转动时，心轴和工作轴都在转动，由于心轴在圆心上，圆盘虽在转动，但其
6、位置却并未移动。此时，工作轴就可以绕其心轴做圆弧运动。此时将钢筋插入工作圆盘中的心轴和成型轴之间就可以将钢筋弯曲成型了。当弯曲不同直径的钢筋时，只需将工作圆盘上的心轴和成型轴更换即可。例如，当弯曲细钢筋时，心轴和成型轴都换成粗直径的轴套即可，但注意轴套的大小要合适。当弯曲粗直径的钢筋时，心轴换成细直径的，成型轴换成稍细直径的，更换时要考虑钢筋弯曲的角度和最小钢筋直径。1 13 3 电动机的选择电动机的选择因为钢筋弯曲机系一般普通机械。因此选用一般交流异步电动机。它的特点是外型小、重量轻、效率高、使用方便，运行可靠且易于维修检测。J02 型系列电动机系一般用途封闭冷式三相鼠笼型异步电动机，能防止
7、尘，铁屑或其他杂物浸入电机内部，适用于尘土多，水土飞溅的场所。根据弯曲钢筋的直径范围和弯曲力矩，最后确定选用的电机型号为 J02-32-4。1 14 4 传动方案的选择传动方案的选择在各种建筑工程中，大量使用钢筋弯曲机。近来国产钢筋弯曲机的生产使用呈现快速增长的趋势，其传动方案主要有两种，即“带两级齿轮蜗轮蜗杆传动”及“带三级齿轮传动” ，其中以“带两级齿轮蜗轮蜗杆传动”方案的弯曲机的生产、应用较为普遍，市场占有率高。随着所需加工弯曲的钢材尺寸逐渐加大，钢材技术性能的不断改良，在使用中发现有弯不动的情况或者电机发热严重的现象。从理论上讲，可以通过增加驱动电机的功率来解决此类问题，但这会增加产品
8、的生产及使用成本，因此设计生产性价比优良的钢筋弯曲机一直是生产厂家努力的目标。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、两级齿轮传动、一级蜗轮蜗杆传动，简称蜗轮蜗杆传动方案，如图 1 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 所示。蜗轮蜗杆传动弯曲机的市场占有率远大于全齿轮传动弯曲机。图 1.1 蜗轮蜗杆传动图 1.2 全齿轮传动两者相比较：（1）采用蜗轮蜗杆传动的钢筋弯曲机的传动效率远低于全齿轮传动的钢筋弯曲机，其使用过程中功率损失较大，这是机器对较大钢筋弯不动或者电机发热的主要原因。 （2)采用蜗轮蜗杆传动的钢筋弯曲机的传动精度略高于
9、全齿轮传动钢筋弯曲机。对于绝大多数手动操作的钢筋弯曲机，其生产厂家设计生产时或者用户选择时应该优先考虑采用全齿轮传动。 （3)对于少数采用全自动或者半自动操作的钢筋弯曲机，为了提高弯曲机的停歇位置精度，简化相关控制装置，可考虑采用蜗轮蜗杆传动。综上所述在本次设计中，我决定采用全齿轮传动方案，由于弯曲机的转速为 22 次/min，因此采用三级减速就可以了，即电机经过一级带传动和二级齿轮传动。具体传动情况见原理图。1 15 5 主参数的确定主参数的确定此次设计的钢筋弯曲机采用三级传动。第一级为皮带传动。第二、三级齿轮传动。电动机经过皮带减速后，为了达到所要求的速度，可以参用标准的减速器。但这样机器
10、成本就会增加，因此采用自行设计的齿轮，由于机体较大，因此传动比不必过多考虑结构上的紧凑。151 传动比的分配电机型号为 J02-32-4，载转速为 1430 r/min，功率为 3kw。a）总传动比14306522i b) 分配传动装置的传动比 10iii上式中 i0、i1分别为带传动与减速器（两级齿轮减速）的传动比，为使 V 带传动的外廓尺寸不致过大，同时使减速器的传动比圆整以便更方便的获得圆整地齿数。初步取 i0 =4，则减速器的传动比为1 06516.254iiic) 分配减速器的各级传动比按展开式布置，查阅有关标准，取 i1=3.5，则i2=4.64。152 计算机构各轴的运动及动力参
11、数a) 各轴的转速， 轴1 01430357.5r/mini4mnn 轴1 2 1357.5102.14r/min3.5nni 轴2 3 2102.1422r/min4.64nnib) 各轴的输入功率 轴 1013 0.962.88kwpp 轴 21122.88 0.98 0.972.74kwpp 轴32231.966 0.97 0.982.6kwppc) 各轴的输入转矩电动机输出转矩 轴119550dpTn2.88955076.9N m357.5 轴119550dpTn2.749550255.5N m102.4 轴119550dpTn2.609550694.5N m22计算出的各轴运动参数如
12、下表 1.1表 1.1 各轴的运动参数轴名功率 P（kw）转矩 T ()N m转速 n(r/min)传动比 i电机轴329.814304I 轴2.8876.9357.53.5II 轴2.74255.5102.14.64III 轴2.60694.5222 结构设计及计算结构设计及计算21 带轮的设计带轮的设计211 功率的计算考虑到带在工作时的工作条件不同，带传动的功率回有变化，按计算功率Pc 设计：Pc = KAP式中：P传动的名义功率，KWKA工作情况系数，详见机械设计手册。查表取 KA=0.7 Pc = KAP = 0.73=2.1 KW212 带的选取在一般机械中，应用最广的是 V 带传
13、动。由于 V 带的楔形增压原理，结构紧凑，且多已标准化并大批量生产，因此采用 V 带传动。根据传动的功率大小决定选用普通 V 带 A 系列，A 系列带的具体参数如下表 2.1表 2.1A 型带的具体参数型号bbphdA1311830213 带轮基准直径的确定一般来说，皮带轮的直径越小，带的弯曲应力就越大，为了提高带的使用寿命，小带轮的直径不宜过小，要求大于许用最小带轮直径 Dmin即 D1dmin，查阅相关手册选取小带轮基准直径为 D1=100mm，则大带轮基准直径为D2=400mm。214 带速的确定13.14 100 14307.5m/s60 100060 1000dnv215 中心矩、带
14、长及包角的确定由式 0.7(d1+d2)a02(d1+d2) 可知：0.7(100+400)a02(100+400) 得 350a01000中心距过小，将降低带的寿命，中心距过大会引起带的震动。则初取 a0=500根据相关公式初步计算带的基准长度： 22 12 012 0()(400 100)22 500(100400)1830mm2424 500dddLadda（）查表选取带的长度为 1800mm计算实际中心矩：取 485mm01800 1830500485mm22ddLLaa验算小带轮包角：2118057.3144.6dd aoo216 确定带的根数Ni N0k1k2Z 式中令 N0=1.
15、87 Ni=3 k1=0.7 k2=0.94根33.641.5 0.7 0.8Z 式中 N0单根带所传递的功率Ni电动机功率k1工作状况系数k2包角影响系数217 单根普通 V 带轮预紧力2 02.5500(1)cpFmvvZk查表 m=0.102kg/m2 02.12.5500(1)0.102 1556.71N3 15 0.94F 218 有效圆周力140N1000 2.1100015paFv2 22 2 齿轮的设计齿轮的设计221 第一级齿轮传动设计（，轴）a) 选材料、确定初步参数1) 选材料 小齿轮：40Cr 钢调制，平均取齿面硬度为 280HBS大齿轮：45 钢调制，平均取齿面硬度为 280HBS2) 初选齿数 取小齿轮的齿数为 18，则大齿轮的齿数为 183.5=633) 齿数比即为传动比633.518i 4) 选择尺宽系数 d和传动精度等级情况，参照相关手册633.518i 查相关手册取 d=0.48初估小齿轮直径 d1=100mm，则小齿轮的尺宽为：b=d d1=0.48100=48mm5) 齿轮圆周速度为：11100 357.51.87m/s60 100060 1000dnv参照机械手册选齿轮精度等级为 8 级6) 计算小齿轮转矩 T1664 1 139.55 109.55 101.925 10
