可调速钢筋弯曲机的结构设计_图文

绪论1.1国内外发展现状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2004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 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 。1.2概述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。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。随着我国建筑行业的快速发展，为了响应政府及各建筑单位对箍筋制做自动化技术的迫切要求，我们进行技术攻关改进工艺，终于在经过不懈的努力研制出自有专利技术的——可调速钢筋弯曲机GW-40BGW-40B钢筋弯曲试验机玉牌钢筋弯曲试验机-最新研制，装备完善，专利技术，十大名优，中国标准出版社《建筑用钢筋标准与规范汇编》推荐品牌1、采用摆线针轮减速系统2、单片机控制电器及精度，数显角度3、独有可靠限位装置4、增加防止钢肩、螺钉泄漏对设备危害措施5、附件结构合理，零件更换简单6、电动安全操控弯曲，工作噪音小，环境清洁7、 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 合理，装备完善，工艺先进，整机寿命长8、主要型号：GW-50AGW-40C/BGW-25A(28)GW-40B型钢筋弯曲试验机系根据GB/T232-1999(eqvIS07438:1985)及GB1499-1998(neqIS06935-2:1991)的要求，对GW-40B，GW-40A进行了改进提高，从而替代原来GW-40、GW-40A等机型，该设备符合YB/T5126-93钢筋平面反向弯曲试验方法的要求。是一款价歉物美，经济实惠型产品。(注：GW-40B型最大弯心轮径为5X040=200，而GW-40C型为7X040=280)技术参数指标项目技术指标弯曲钢筋直径范围随机由25-由40可选由6-由2钢筋正向弯曲角度0°—180°内任意设定钢筋反向弯曲角度0°—180°内任意设定工作盘转速<2r/min，12°/S棍心距离205mm工作盘直径①580mm电动机功率1.5kw随机配标准弯心套一套（①25—①40)机器外形尺寸960X780X1190(mm)机器重量1100kg。钢筋弯曲机的结构设计2.1系统性能与参数GW40型钢筋弯曲机适用于建筑行业弯曲06—040钢筋之用。本机工作程序简单，弯曲形状一致，调整简单，操作方便，性能稳定，它能将Q235040圆钢或08—032螺纹钢筋弯曲成工程中所需要的各种形状。弯曲钢筋直径〇6-〇40mm工作盘直径0350mm工作盘转数7转/分电动机Y100L-4-3KW外型尺寸760X760X685整机重量4000kg2.2系统工作原理及框图GW-40钢筋弯曲及的工作原理框图如图1、控制设备电动机带轮减速箱工作台图1工作框图其中减速箱由轴、轴承和齿轮组成。GW-40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。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，也可相应地更换不同直径的中心销轴。图2工作原理图2.3弯矩计算2.3.1工作状态钢筋受力情况与计算有关的几何尺寸标记。设钢筋所需弯矩：Mt=Gsinsin^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，a越大则拨斜柱及主轴径向负荷越小；a=arcos(Li/Lo)—定，L。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L。GW-50钢筋弯曲机的工作盘设计：直径①400mm，空间距120mm，L〇=169.7mm，Ls=235，a=43.8°，其受力情况如图3所示。钢筋弯曲机所需主轴扭矩及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料的额定延伸率，钢筋应力超过屈服极限产生塑性变形。2.3.2材料达到屈服极限时的始弯矩按040螺纹钢筋公称直径计算M〇=KiW〇s式中，M为始弯矩，W为抗弯截面模数，K1为截面系数，对圆截面Ki=1.7;对于25MnSi螺纹钢筋M〇=373(N/mm2)，则得出始弯矩M〇=3977(N*m)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=(ki+K〇/2Rx)W〇s式中，K〇为强化系数，K〇=2.1/Sp=2.1/0.14=15，Sp为延伸率，25MnSi的Sp=14%，Rx=R/d〇，R为弯心直径，R=3d。，则得出终弯矩M=11850(N*m)钢筋弯曲所需距Mt=[(M〇+M)/2]/K=8739(N*m)式中，K为弯曲时的滚动摩擦系数，K=L05按上述计算方法同样可以得出①501级钢筋（〇b=450N/mm2)弯矩所需弯矩:Mt=8739(Nim)，取较大者作为以下计算依据。电动机功率由功率扭矩关系公式A〇=T，n/9550=2.9KW，考虑到部分机械效率h=0.75,则电动机最大负载功率A=A0/H=2.9/0.75=3.9(KW)，电动机选用Y系列三相异步电动机，额定功率为4=4(KW)，额定转速'=1440r/min。2.4电动机选择电动机的介绍电动机是把电能转换成机械能的设备，分布于各个用户处，电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机，电力系统中的电动机大部分是交流电机，可以是同步电机或者是异步电机（电机定子磁场转速与转子旋转转速不保持同步速）。它是将电能转变为机械能的一种机器。通常电动机的作功部分作旋转运动，这种电动机称为转子电动机；也有作直线运动的，称为直线电动机。电动机能提供的功率范围很大，从毫瓦级到万千瓦级。电动机的使用和控制非常方便，具有自起动、加速、制动、反转、掣住等能力，能满足各种运行要求；电动机的工作效率较高，又没有烟尘、气味，不污染环境，噪声也较小。由于它的一系列优点，所以在工农业生产、交通运输、国防、商业及家用电器、医疗电器设备等各方面广泛应用。各种电动机中应用最广的是交流异步电动机（又称感应电动机）。它使用方便、运行可靠、价格低廉、结构牢固，但功率因数较低，调速也较困难。大容量低转速的动力机常用同步电动机（见同步电机）。同步电动机不但功率因数高，而且其转速与负载大小无关，只决定于电网频率。工作较稳定。在要求宽范围调速的场合多用直流电动机。但它有换向器，结构复杂，价格昂贵，维护困难，不适于恶劣环境。20世纪70年代以后，随着电力电子技术的发展，交流电动机的调速技术渐趋成熟，设备价格日益降低，已开始得到应用。电动机在规定工作制式（连续式、短时运行制、断续周期运行制）下所能承担而不至引起电机过热的最大输出机械功率称为它的额定功率，使用时需注意铭牌上的规定。电动机运行时需注意使其负载的特性与电机的特性相匹配，避免出现飞车或停转。电动机的调速方法很多，能适应不同生产机械速度变化的要求。一般电动机调速时其输出功率会随转速而变化。从能量消耗的角度看，调速大致可分两种：①保持输入功率不变。通过改变调速装置的能量消耗，调节输出功率以调节电动机的转速。②控制电动机输入功率以调节电动机的转速。电机的选择原则电机的选择一般包括选择电动机的类型、电动机的功率及额定转矩等。其具体思路如下：首先，选择电动机的类型，然后比较电动机的机械特性与负载特性，看它们是否吻合，并在此基础上检查是否满足调速范围与精度，顺便考虑一下经济性的问题，如果以上各个方面均满足，接下来，我们便可以开始计算电动机功率，进行起动转矩过载倍数及加速转矩校验、发热校验等。如过发热校验不通过，可以减小功率数或改用FSN小的电机。或者，在满足加速度要求下，看能否通过减小加速转矩来满足上述要求。最后，再作出具体决定。步进电机的选择步距角的选择电机的步距角取决于负载精度的要求，将负载的最小分辨率（当量）换算到电机轴上，每个当量电机应走多少角度（包括减速)。电机的步距角应等于或小于此角度。目前市场上步进电机的步距角一般有0.36度/0.72度（五相电机)、0.9度/1.8度(二、四相电机）、1.5度/3度（三相电机）等。静力矩的选择步进电机的动态力矩一下子很难确定，我们往往先确定电机的静力矩。静力矩选择的依据是电机工作的负载，而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种。单一的惯性负载和单一的摩擦负载是不存在的。直接起动时（一般由低速）时二种负载均要考虑，加速起动时主要考虑惯性负载，恒速运行进只要考虑摩擦负载。一般情况下，静力矩应为摩擦负载的2-3倍内好，静力矩一旦选定，电机的机座及长度便能确定下来（几何尺寸）。电流的选择静力矩一样的电机，由于电流参数不同，其运行特性差别很大，可依据矩频特性曲线图，判断电机的电流（参考驱动电源、及驱动电压）力矩与功率换算步进电机一般在较大范围内调速使用、其功率是变化的，一般只用力矩来衡量，力矩与功率换算如下：P=Q-MQ=2n-n/60P=2nnM/60其P为功率单位为瓦，Q为每秒角速度，单位为弧度，n为每分钟转速，M为力矩单位为牛顿■米P=2nfM/400(半步工作）其中f为每秒脉冲数（简称PPS)应用中的注意点步进电机应用于低速场合---每分钟转速不超过1000转，（0.9度时6666PPS),最好在1000-3000PPS(0.9度）间使用，可通过减速装置使其在此间工作，此时电机工作效率高，噪音低。步进电机最好不使用整步状态，整步状态时振动大。由于历史原因，只有标称为12V电压的电机使用12V外，其他电机的电压值不是驱动电压伏值，可根据驱动器选择驱动电压（建议：57BYG采用直流24V-36V，86BYG采用直流50V,110BYG采用高于直流80V)，当然12伏的电压除12V恒压驱动外也可以采用其他驱动电源，不过要考虑温升。转动惯量大的负载应选择大机座号电机。电机在较高速或大惯量负载时，一般不在工作速度起动，而采用逐渐升频提速，一电机不失步，二可以减少噪音同时可以提高停止的定位精度。高精度时，应通过机械减速、提高电机速度，或采用高细分数的驱动器来解决，也可以采用5相电机，不过其整个系统的价格较贵，生产厂家少，其被淘汰的说法是外行话。电机不应在振动区内工作，如若必须可通过改变电压、电流或加一些阻尼的解决。电机在eOOPPS^.g度）以下工作，应采用小电流、大电感、低电压来驱动。应遵循先选电机后选驱动的原则。综合以上等因素，最后觉定选用MSM590—502C型电机2.5轴承的选择2.5.1滚动轴承的选择根据拨盘的轴端直径选取轴承，轴承承受的力主要为径向力，因而采用深沟球轴承，选定为型号为16008的轴承，其中16008的技术参数为：d=40mmD=68mmB=9mm2.5.216008轴承的配合的选择轴承的精度等级为D级，内圈与轴的配合采用过盈配合，轴承内圈与轴的配合采用基孔制，由此轴的公差带选用k6,查表得在基本尺寸为200mm时，IT6DE公差数值为29um,此时轴得基本下偏差ei=+0.017mm，则轴得尺寸为F40+〇:〇47mm。外圈与壳体孔的配合采用基轴制，过渡配合，由此选用壳体孔公差带为M6，IT6基本尺寸为68mm时的公差数值为0.032mm,孔的基本上偏差ES=-0.020，则孔的尺寸为F68:°0_〇25°2mm。2.6控制设备的选择2.6.1变频器的概述变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的CPU以及一些相应的电路。变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。变频器的分类方法有多种，按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频器和电流型变频器；按照开关方式分类，可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器；按照工作原理分类，可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等；按照用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。检知异常状态后自动地进行修正动作，如过电流失速防止，再生过电压失速防止。检知异常后封锁电力半导体器件PWM控制信号，使电机自动停车。如过电流切断、再生过电压切断、半导体冷却风扇过热和瞬时停电保护等。2.6.2变频器的工作原理目前，通用型变频器绝大多数是交一直一交型变频器，通常尤以电压器变频器为通用，其主回路图，它是变频器的核心电路，由整流回路（交一直交换），直流滤波电路（能耗电路）及逆变电路（直一交变换）组成，当然还包括有限流电路、制动电路、控制电路等组成部分。滤波电路逆变器的负载属感性负载的异步电动机，无论异步电动机处于电动或发电状态，在直流滤波电路和异步电动机之间，总会有无功功率的交换，这种无功能量要靠直流中间电路的储能元件来缓冲。同时，三相整流桥输出的电压和电流属直流脉冲电压和电流。为了减小直流电压和电流的波动，直流滤波电路起到对整流电路的输出进行滤波的作用。通用变频器直流滤波电路的大容量铝电解电容，通常是由若干个电容器串联和并联构成电容器组，以得到所需的耐压值和容量。另外，因为电解电容器容量有较大的离散性，这将使它们随的电压不相等。因此，电容器要各并联一个阻值等相的匀压电阻，消除离散性的影响，因而电容的寿命则会严重制约变频器的寿命。整流电路通用变频器的整流电路是由三相桥式整流桥组成。它的功能是将工频电源进行整流，经中间直流环节平波后为逆变电路和控制电路提供所需的直流电源。三相交流电源一般需经过吸收电容和压敏电阻网络引入整流桥的输入端。网络的作用，是吸收交流电网的高频谐波信号和浪涌过电压，从而避免由此而损坏变频器。当电源电压为三相380V时，整流器件的最大反向电压一般为1200—1600V，最大整流电流为变频器额定电流的两倍。逆变电路逆变电路的作用是在控制电路的作用下，将直流电路输出的直流电源转换成频率和电压都可以任意调节的交流电源。逆变电路的输出就是变频器的输出，所以逆变电路是变频器的核心电路之一，起着非常重要的作用。最常见的逆变电路结构形式是利用六个功率开关器件（gtr、igbt、gto等）组成的三相桥式逆变电路，有规律的控制逆变器中功率开关器件的导通与关断，可以得到任意频率的三相交流输出。通常的中小容量的变频器主回路器件一般采用集成模块或智能模块。智能模块的内部高度集成了整流模块、逆变模块、各种传感器、保护电路及驱动电路。如三菱公司生产的IPMPM50RSA120，富士公司生产的7MBP50RA060，西门子公司生产的BSM50GD120等，内部集成了整流模块、功率因数校正电路、IGBT逆变模块及各种检测保护功能。模块的典型开关频率为20KHz，保护功能为欠电压、过电压和过热故障时输出故障信号灯。逆变电路中都设置有续流电路。续流电路的功能是当频率下降时，异步电动机的同步转速也随之下降。为异步电动机的再生电能反馈至直流电路提供通道。在逆变过程中，寄生电感释放能量提供通道。另外，当位于同一桥臂上的两个开关，同时处于开通状态时将会出现短路现象，并烧毁换流器件。所以在实际的通用变频器中还设有缓冲电路等各种相应的辅助电路，以保证电路的正常工作和在发生意外情况时，对换流器件进行保护自20世纪70年代以来，随着交流电动机调速控制理论、电力电子技术、以微处理器为核心的全数字化控制等关键技术的发展，交流电动机变频调速技术逐步成熟。目前，变频调速技术的应用几乎已经扩展到了工业生产的所有领域，并且在空调、洗衣机、电冰箱等家电产品中得到了广泛的应用。如果变频器的型号选择不当，不但可引起不必要的浪费，甚至导致设备无法正常运行，所以必须正确的选择与三相异电动机及设备相配套的变频器型号并进行良好的日常维护方能达到最佳使用效果。2.6.3变频器的类型选择在选择变频器时应注意电压等级应与三相异电动机的额定电压相符并遵循如下原则：对于风机和泵类负载，由于低速时转矩较小，对过载能力和转速精度要求较低，故选用价廉的变频器。对于希望具有恒转矩特性，但在转速精度及动态性能方面要求不高的负载，可选用无矢量控制型变频器。对于低速时要求有较硬的机械特性，并要求有一定的调速精度，但在动态性能方面无较高要求的负载，可选用不带速度反馈的矢量控制型变频器。对于某些在调速精度和动态性能方面都有较高要求，以及要求高精度同步运行等负载，可选用带速度反馈的矢量控制型变频器。2.6.4变频器容量的选择变频器的容量通常用额定输出电流(A)、输出容量(kVA)、适用电动机功率(kw)表示。其中，额定输出电流为变频器可以连续输出的最大交流电流有效值，不论什么用途都不允许连续输出超过此值的电流。输出容量是决定于额定输出电流与额定输出电压的三相视在输出功率。适用电动机功率是以2至4极的标准电动机为对象，表示在额定输出电流以内可以驱动的电动机功率。6极以上的电动机和变极电动机等特殊电动机的额定电流比标准电动机大，不能根据适用电动机的功率选择变频器容量。因此，用标准2至4极电动机拖动的连续恒定负载，变频器的容量可根据适用电动机的功率选择。对于用6极以上和变极电动机拖动的负载、变动负载、断续负载和短时负载，变频器的容量应按运行过程中可能出现的最大工作电流来选择，即IN^IMmax式中IN——变频器的额定电流，IMmax——电动机的最大工作电流。2.6.5技术参数输入频率(Hz)45Hz到55Hz输入功率因数0.95(>20°%负载）HYPERLINK"http://www.zidonghua.com.cn/hy/index.html"变频器效率额定负载下>0.96输出频率范围(Hz)0.5Hz到120Hz输出频率分辨率(Hz)0.01Hz过载能力120°%—分钟，150°%立即保护模拟量输入0〜10V/4〜20mA，任意设定模拟量输出两路0〜10V/4〜20mA可选加减速时间0.1到3000s控制开关量输入输出可按用户要求扩展运行环境温度0到40°C^存/fe输温度-40到70°C冷却方式风冷环境湿度<90°%,无凝结安装海拔高度<1000米防护等级IP203KV系列HYPERLINK"http://www.zidonghua.com.cn/hy/index.html"变频器型号A03/050〜A03/150(含)A03/150〜A03/300(含）HYPERLINK"http://www.zidonghua.com.cn/hy/index.html"变频器容量(KVA)250〜750750〜1500适配电机功率(KW)200〜600600〜1250额定输出电流(A)50〜150150〜300额定输入电压(V)3000V±10%外型尺寸(mm)3900x2480x1200(3900〜5400)x2480x1200(WxHxD)重量(Kg)3000〜50005000〜73006KV系列HYPERLINK"http://www.zidonghua.com.cn/hy/index.html"变频器A06/025〜A06/050〜A06/170〜A06/220〜型号A06/050(含）A06/170(含）A06/220(含）A06/400(含）HYPERLINK"http://www.zidonghua.com.cn/hy/index.html"变频器500〜1750〜2250〜250〜500容量(KVA)175022004000适配电400〜1400〜1800〜200〜400机功率(KW)140018003200额定输25〜5050〜170170〜220220〜400出电流(A)额定输6000V±10%入电压(V)外型尺3900〜(5400〜3600x2480x14900x2480x1寸(mm)5100)7200)200200(WxHxD)x2480x1200x2480x1200重量3500〜4200〜6000〜8000〜(Kg)42006000800012000丽系列HYPERLINK"http://www.zidonghua.com.cn/hy/index.html"变频器型号A10/010〜A10/050(含）A10/050〜A10/110(含）A10/110〜A10/220(含）A10/220〜A10/400(含）HYPERLINK"http://www.zidonghua.com.cn/hy/index.html"变频器250〜3800〜780〜20002000〜3800容量(KVA)7806250适配电200〜3000〜机功率630〜16001600〜30006305000(KW)额定输220〜10〜5050〜110110〜220出电流(A)400额定输10000V±10%入电压(V)外型尺(mm)(WxHxD)(4200〜4800)x2480x12005700x2480x12006800x2480x1600(8000〜9000)x2480x1600重量(Kg)40005000〜80009500〜1200012000〜18000综上所述最后确定选用vfd-m型变频器。参数的计算3.1V带传动设计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％=1440^^，减速器输入轴转速=514%^，输送装置工作时有轻微冲击，1/min2/min每天工作16个小时设计功率根据工作情况由表8—1—22查得工况系数&=1.2，巧4=1.2\4=4.8砑选定带型根据巧=4.8KW和转速％=1440，有图8—1—2选定A型d1/min计算传动比1=1=1^=2.8n514小带轮基准直径ddl由表8—1—12和表8—1—14取小带轮基准直径dd1=75謹大带轮的基准直径尤2大带轮的基准直径dd2=/dd1(1-£T)取弹性滑动率^=0.02dd2=/dd1(1-£t)=2.8x75(1-0.02)=205.8mm实际传动比/=—=2.85n从动轮的实际转速n21440/:^^=505.26r/.2.85/min=1.7%转速误差Dn514-505.26514对于带式输送装置，转速误差在±5%范围是可以的。带速nn:^1/1^160x1000p75x1440=5.62y60x1000dd1(1-s)初定轴间距a。〇.7(ddl+cid2)12。。单根v带的基本额定功率&根据dd1=75mm和0=1440%^由表8—1—27(c)用内插法得A型v带的d11/minp1=0.68KW额定功率的增量Dp:根据％=144。J；min和/=2.85由表8—1—27(c)用内插法得A型V带的Dpx=0.17KWV带的根数zz=p(Pi+Api)ka•kL根据a=161.38°查表8—1—23得ka=0.95根据LD=1250mm查表得8—1—8得心=0.93Z=P=-i(p1+Ap1)ka*kL(0.68+0.17)x0.95x0.93取Z=7根单根V带的预紧力F。巧=_(|〇U)$+腳2由表8—1—24查得a型带m=0.10^则F0=500(25-1)么+wv2sggJSNkaZVFq=2F0Zsina12=2x99.53x7sin161.3802=1372N绘制工作图图4V带轮压轴力Fe3.2第一级圆柱齿轮设计3.2.1选择材料确定lim和〇>lim及精度等级，参考表8—3—24和表8—3—25选择两齿轮材料为：大，小齿轮均为40Cr，并经调质及表面淬火，齿面硬度为48-50HRc，精度等级为6级。按硬度下限值，由图8—3—8(d)中的MQ级质量指标查得CTffiim=°>iim=112〇MPa;由图8—3—9(d)中的MQ级质量指标查得〇FEi=〇FE2=700Mpa，^Fliml=^Flim2=350MPa3.2.2按接触强度进行初步设计确定中心距a(按表8—3—28公式进行设计)a>CmAa(M+l)3KT•m][sH]2Aa=483K=l.7T2=1646N•mFa=0.4Sh=1008MPaa=175mm取a=200mm确定模数m(参考表8—3—4推荐表）m=(0.007〜0.02)a=l.4〜4，取m=3mmz1=2am(m+1)2x2003x(5.5+1)=20.51确定齿数Zpz2z2=Mz!=5.5x21=115.5取z2=116计算主要的几何尺寸（按表8—3—5进行计算)分度圆的直径di=mzf3x21=63mmd2=mz2=3*116=348mm齿顶圆直径d=di+2ha=63+2x3=69mmdfl2=d2+2hfl=348+2X3=353mM端面压力角a=20。a基圆直径dM=dicosa=63xcos200=59.15mmdb2=d2cosa=348xcos200=326.77mm齿顶圆压力角aaflsarccosy^sSl.O〗0dalat2=arccosdb2=22.630ada2端面重合度ea=丄[z】（tgaat1-tga)+z2(tgaat2-tga)]2p=1.9齿宽系数F=上=$=1.3dd163纵向重合度=〇3.2.3齿轮校核校核齿面接触强度(按表8—3—15校核)强度条件：=[〇V]计算应力:FtM+1式中:名义切向力Ft2000xT1d12000x63.1763=2005N使用系数Ka=1(由表8—3—31查取)d'bm动载系数K=(,、—BVA+V200V式中V=pni=px63.17x514=17m/60x100060x1000A=83.6B=0.4C=6.57Kr=1.2齿向载荷分布系数Kff；0=L35(由表8—3—32按硬齿面齿轮，装配时检修调整，6级精度K#£1.34非对称支称公式计算）齿间载荷分配系数=1.0(由表8—3—33查取）节点区域系数=1.5(由图8—3—11查取）重合度的系数t=0.77(由图8—3—12查取）螺旋角系数=0.80(由图8—3—13查取）弹性系数189.8^MPa(由表8—3—34查取）单对齿啮合系数Zb=1SH1sH2=1x1.5x189.8x0.77x0.80A1x1.05x1.35x1.055+12〇°5=143.17MPaV5.563x80许用应力：[SHhS^ZMZiZrZy^ZzSHlim式中：极限应力sHlim=1120MPa最小安全系数SHlim=1.1(由表8—3—35查取）寿命系数Zot=0.92(由图8—3—17查取）润滑剂系数A=1.05(由图8—3—19查取，按油粘度等于350%)速度系数Zr=0.96(按v=1.7%，由图8—3—20查取）粗糙度系数Zfl=0.9(由图8—3—21查取）齿面工作硬化系数Zv=1.03(按齿面硬度45HRC，由图8—3—22查取)尺寸系数Zx=1(由图8—3—23查取）则：[k1120x0.92x1.05x0.96x0.85x1.03=826MPa1.1满足[〇"h]校核齿根的强度(按表8—3—15校核)强度条件：^=[〇>】]许用应力：〇>:sF2SF1YFa1YSa1VsaYJbKKvKFbKFa式中：齿形系数YFa1=2.61，YFa2=2.2(由图8—3—15(a)查取）应力修正系数YSa1=1.6，YSa2=1.77(由图8—3—16(a)查取）重合度系数Ye=1.9螺旋角系数Yb=l.〇(由图8—3—14查取）N齿向载荷分布系数KFb=KHyb=1.3(其中N=0.94，按表8—3—30计算)齿间载荷分配系数KFa=l.0(由表8—3—33查取）则sf1=94.8MPasF2=2.61x1.6F1x1.77x2.2=88.3MPa许用应力:sFlimSfYstYntY-Ux(按sFlim值较小齿轮校核)lim式中：极限应力sFlim=350MPa安全系数SFlim=l.25(按表8—3—35查取)应力修正系数YSt=2(按表8—3—30查取）寿命系数^^=〇.9(按图8—3—18查取）齿根圆角敏感系数匕按图8—3—25查取）齿根表面状况系数7Reff=1(按图8—3—26查取）尺寸系数心=1(按图8—3—24查取）350贝丨J[sf]=——x2x0.9x0.97=489MPaF1.25满足，sF2〈sF1〈[sf]验算结果安全3.2.4齿轮及齿轮副精度的检验项目计算确定齿厚偏差代号为：6KLGB10095—88(参考表8—3—54查取）。确定齿轮的三个公差组的检验项目及公差值（参考表8—3—58查取）第I公差组检验切向综合公差F?,F?=FP+F,=0.063+0.009=0.072mm，（按表8—3—69计算，由表8—3—60,表8—3—59查取）；第II公差组检验齿切向综合公差乂.1，九却州(/声+乂）=0.6(0.009+0.011)=0.012臟，（按表8—3—69计算，由表8—3—59查取）；第III公差组检验齿向公差FpiO.OUC由表8—3—61查取）。确定齿轮副的检验项目与公差值（参考表8—3—58选择）对齿轮，检验公法线长度的偏差五w。按齿厚偏差的代号KL，根据表8—3—53m的计算式求得齿厚的上偏差£^=-12/声=-12\0.009=-0.108臟，齿厚下偏差£^=-16/,=-16\0.009=-0.144臟；公法线的平均长度上偏差五阳=五^*cosa-0.72FTsina=-0.108xcos20°-0.72x0.36xsina200=-〇.110mm,下偏差五附.=五■«.cosa+0.72Frsina=-〇.144xcos200+0.72x0.036xsin200=_0.126mm;按表8—3—19及其表注说明求得公法线长度％„=87.652，跨齿数K=10，则公法线长度偏差可表示为：87.652—0.126—0.110,对齿轮传动，检验中心距极限偏差/a，根据中心距a=200mm，由表查得8—3—65查得/a=±0.023;检验接触斑点，由表8—3—64查得接触斑点沿齿高不小于40%，沿齿长不小于70%;检验齿轮副的切向综合公差Fc=〇.〇5+0.072=0.125mm(根据表8—3—58的表注3，由表8—3—69，表8—3—59及表8—3—60计算与查取）；检验齿切向综合公差人=0.0228mm，（根据8—3—58的表注3,由表8—3—69,表8—3—59计算与查取）。对箱体，检验轴线的平行度公差，/=0.012臟，/=0.006臟（由表8—3—63查取）。确定齿坯的精度要求按表8—3—66和8—3—67查取。根据大齿轮的功率，确定大轮的孔径为50mm，其尺寸和形状公差均为6级，即0.016mm，齿轮的径向和端面跳动公差为0.014mm。齿轮工作图如下:图5大齿轮由于第一级齿轮传动比与第二级传动比相同，则对齿轮的选择、计算及校核都与第一级一样。3.3第三级圆柱齿轮的设计3.3.1选择材料确定〇組-和及精度等级：参考表8—3—24和表8—3—25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，由图8—3—8(d)中的MQ级质量指标查得〇Hiim=oHiim=1120Mpa;由图8—3—9(d)中的MQ级质量指标查得〇FEi=〇FE2=700Mpa，〇Flimi=〇Flim2=350Mpa.确定中心距a(按表8—3—28公式进行设计)a>CmAa(M+l)3KT•m][sH]23.3.2按接触强度进行初步设计Aa=483K=l.7T2=1646N•mFa=0.4S二1008MPam=6则a=325mm取a=400mm确定模数m(参考表8—3—4推荐表）m=(0.007〜0.02)a=2.8〜8，取m=4mm确定齿数Zi,z;2x400+z2==200242a2x400=-28m(m+1)4x(6+1)取Z】:=282=172取Z2:=172Z计算主要的几何尺寸（按表8—3—5进行计算）分度圆的直径di=mzf4x28=112mmd2=mz2=4x172=688mm齿顶圆直径d&=di+2ha=112+2x4=120mm九2=d2+2h，688+2x4=696mm齿根圆直径dfi=-2.5m=102mmdf2=mz2-2.5m=678mm端面压力角a=20。基圆直径d&i=dicosa=112xcos200=107.16mmdfo2=d2cosa=688xcos200=646.72mm齿顶圆压力角a—=&代。〇8"^二26.7。daiat2-arccos-21.6。da2端面重合度ea=丄[Zj(tgaafl-tg〇T)+z2(tgaa,2-tgQ〇]2p=1.15齿宽系数d'63齿宽b=Fa•a=0.4x400=160mm纵向重合度eb=〇3.3.3校核齿轮校核齿面接触强度(按表8—3—30校核)计算应力:SH1=ZHZBZEZeZbkAKVKH^^HaFtM+1d'b/u强度条件：=[〇V]SH2=SH1=34107N+士^^2000xT12000x1910式中：名乂切向力Ft=1=td163动縣数kv=(A+^)B使用系数KA=1(由表8—3—31查取）式中：v=pd1n1=px112x17=0.09»/60x100060x1000,sA=83.6B=0.4C=6.57Kv=1.05齿向载荷分布系数KHb=1.35(由表8—3—32按硬齿面齿轮，装配时检修调6级精度KHb£1.34非对称支称公式计算）齿间载荷分配系数KHa=1.0(由表8—3—33查取)节点区域系数Zff=1.5(由图8—3—11查取）重合度的系数0.93(由图8—3—12查取)螺旋角系数=0.80(由图8—3—13查取）弹性系数189.8^MPa(由表8—3—34查取）单对齿齿合系数ZB=1a=sH2=1x1.5x189.8x0.77x0.80.,1x1.05x1.35x1.01:1^12005=301.42MPamH2v5.563x80许用应力：SHlim式中：极限应力sHlim=1120MPa最小安全系数SHlim=1.1(由表8—3—35查取）寿命系数Zot=0.92(由图8—3—17查取）润滑剂系数A=1.05(由图8—3—19查取，按油粘度等于350%)速度系数心=0.96(按v=1.7%,由图8—3—20查取）粗糙度系数=0.9(由图8—3—21查取）齿面工作硬化系数Zy=1.03(按齿面硬度45HRC，由图8—3—22查取）尺寸系数之1=1(由图8—3—23查取）则：[sH]=1120x0.92x1.05x0.96x0.85x1.03=826MPa1.1满足sH£[sH]校核齿根的强度(按表8—3—15校核）强度条件：sF1=[sF1]许用应力：s.SF\Fa2Sa2YFa\YSa\LWaK，Fa式中：齿形系数YFa\=2.61，YFa2=2.2(由图8—3—15(a)查取）应力修正系数YSa\=1.6，YSa2=1.77(由图8—3—16(a)查取）重合度系数Ye=1.9螺旋角系数Yb=1.0(由图8—3—14查取）N齿向载荷分布系数KFb=Kffb=1.3(其中NzO.94，按表8—3—30计算)齿间载荷分配系数KFa=1.0(由表8—3—33查取）则SF2_SF\X\.77x2.22.6\x\.6=88.3MPa许用应力:sFlimSfYstYntYRelTYx(按sFlim值较小齿轮校核)limsF\=94.8MPa式中：极限应力sFlim=350MPa安全系数SFlim=1.25(按表8—3—35查取）应力修正系数Yst=2(按表8—3—30查取）寿命系数Yst=0.9(按图8—3—18查取）齿根圆角敏感系数Y^t=0.97(按图8—3—25查取)齿根表面状况系数YRe1T=1(按图8—3—26查取）尺寸系数71=1(按图8—3—24查取）350贝丨J[sF]=——x2x0.9x0.97=489MPaFL25满足，sF2〈sF〈[sF]验算结果安全3.3.4齿轮及齿轮副精度的检验项目计算确定齿厚偏差代号为：6KLGB10095—88(参考表8—3—54查取）确定齿轮的三个公差组的检验项目及公差值（参考表8—3—58查取）第I公差组检验切向综合公差f1,f+~=0.063+0.009=0.072臟，（按表8一3—69计算，由表8—3—60,表8—3—59查取）；第II公差组检验齿切向综合公差乂.1，乂.1=0.6(/声+/,)=0.6(0.009+0.011)=0.012mm，（按表8—3—69计算，由表8—3—59查取）；第III公差组检验齿向公差^^=0.012(由表8—3—61查取）。对齿轮，检验公法线长度的偏差。按齿厚偏差的代号KL，根据表8—3—53的计算式求得齿厚的上偏差五^=-12=-12x0.009=-0.108謹，齿厚下偏差Esl=-16/pt=-16x0,009=-0.144mm；公法线的平均长度上偏差E阳=Ess*cosor-0.72&sinor=-0.108xcos200-0.72x0.36xsina200=-〇.110mm，下偏差Ewi=Esicosor+0.72&sinor=-〇.144xcos200+0.72x0.036xsin200=-〇.126mm;按表8—3—19及其表注说明求得公法线长度％„=87.652，跨齿数K=10，则公法线长度偏差可表示为：87.652-0.126—°.110对齿轮传动，检验中心距极限偏差/o，根据中心距a=200mm，由表查得8—3—65查得/o=±0.023;检验接触斑点，由表8—3—64查得接触斑点沿齿高不小于40%，沿齿长不小于70%;检验齿轮副的切向综合公差&=0.05+0.072=0.1251^(根据表8—3—58的表注3，由表8—3—69，表一3—59及表8—3—60计算与查取）；检验齿切向综合公差人=0.0228mm，（根据8—3—58的表注3,由表8—3—69,表8—3—59计算与查取）。对箱体，检验轴线的平行度公差，/=0.012mm，/=0.006mm(由表8—3—63查取）。确定齿坯的精度要求按表8-3-66和8-3-67查取。根据大齿轮的功率，确定大轮的孔径为50mm，其尺寸和形状公差均为6级，即0.016mm，齿轮的径向和端面跳动公差为〇.〇14mm。截面II一II齿轮的工作图如图6所示:3.4中间轴的设计3.4.1计算作用在轴上的力大轮的受力：2Td：1995.8N圆周力F'Fl--径向力FrlFr'=F'tga轴向力Fa1=F'小轮的受力：2x34793.5^〇=1995.8x0.36=726N圆周力F2f211024N2Td2径向力^2Fr2=F2tga2x347〇=11024x0.36=3968N轴向力Fa.3.4.2计算支力和弯矩垂直平面中的支反力RBF'(b+c)+F2•c1995.8x143+11024x266262Nl213RcF2(a+b)+Fxa_11024x116.5+1995.8x49.5l~21368420NRBFa1*〇.5df1+Fr2*C+Fa2*〇.5d2~Frl(b+C)l水平面中的支反力=1995.8x174+3968x200+11024x315-720x143213=2752.3NR_Fr2+(a+b)-Fa2•〇.5df2-Fna-Fal•0.5df!cl=3968x166.5-11024x31.5-726x350-1995.8x174213=261N支点的合力Rb，RcRb=^R"b2+Rb2_a/62622+27522_6840NRC_a/R'c2+Rc2_a/68242+2612_6828N轴向力Fa_Fa2-Fa1=11024-1995.8=9028.2NFaS由轴向固定的轴承来承受。垂直弯矩截面I—IM''w1M''w1_R'B*a_6262x49.5_751.4N•m截面II—IIMwnMwn_Rc*C_6842x26_1368.4N•m水平弯矩截面I—IM'w1_R'b•a_2752.3x49.5_330.27N•mM'wia_Fa1•d1-R'b•a_1995.8x174-330.27_16.86NM'wp=R'c•C=261x200=52.2N•mM\na=R'B(a+b)+Fri•b-Fald-2=2752x166.5+726x117-1995x174=504N•m合成弯矩截面I一IMwI=V(MwI)2+(M'wI)2=a/564001+108900=820.30N•mMwla=^l(M"wI)2+(m'wIaf=截面I一Ia/751.42+16.822=--752N•mMwn=V(M''wn)2+(mwnJ-=a/1368.42+52.22=1368.9N•mMwna=V(M'n)2+(Mwna)2=a/1368.42+5042=1457.8N•m计算轴径310V(MwI)2+(aT)2310a/672400+10505.58〇.7[40.7x35558mm截面I一I截面II一II374mm10V(Mwna)2+(aT)2〇.7[Hw10a/1368.92+10505.580.7x3553.4.3对截面进行校核截面I一I校核MwI=82030#•mm=347272N•mm95.5x106PT=-n95.5x106x3.493.53232=19145mm3183WT=2W=38290mm3s_x=355MPa(由表4—1—2得)Y=0.1齿轮轴的齿ks=1149_146/\kt=:—x(640_600)+1.46=1.472T700_600v’ss=0.73(由表4—1—17得）=0.72(由表4—1—17得）ksks=^=1.268kktPs=1.9Ss355(Kt+¥t)TWTV29.12+12.92=54.78bSs[S]=1.8S>1.8则轴的强度满足要求截面II一II校核95.5x106P95.5x106x3.4Tn93.5347272N•mmW=pX74=39762.6mm33232Mwn=136890^•mmWt=2W=79525.21mm3s_t=355MPa(由表4—1—2得）Y=0.1齿轮轴的齿ks=1149-146/nkt=-x(640-600)+1.46=1.472"700-600~=0.81(由表4—1—17得）et=0.76(由表4—1—17得）kks=^=3.110bekSs-1355(T,M、3IKs—+-lsW,J4(Kt+yt)TWTV1.152+7.76119kt=^=2.271be[S]=1.8S>1.8则轴的强度满足要求3.4.4中间轴的工作图中间轴的尺寸及配合公差等如图8所示:Vcmiuu^Lb丄B图8中间轴3.5主轴设计3.5.1计算作用在轴上的力齿轮的受力2.9扭矩TT=9550x3.2=10537.9N•m。2T2x10537.9圆周力F'径向力Fi=——==6126.68#1d344Fri=F'tga〇=6126.68x0.36=2205.6N轴向力Fa1=F'工作盘的合弯矩Mt=[(M〇+M)/2]/K=8739(N*m)式中，K为弯曲时的滚动摩擦系数，K=L05按上述计算方法同样可以得出①501级钢筋（〇b=450N/mm2)弯矩所需弯矩：Mt=8739(N*m)由公式Mt=FrSinaL。sina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。a=43.8。L。=169.7mm则Fr=10816N工作盘的扭矩T2=FrxL。sina=10816x169.7x0.96=12704.1N-m所以T>T2齿轮能够带动工作盘转动3.5.2计算支力和弯矩垂直平面中的支反力FAb+c)+F2•c6126.68x122.25+11024x20.75Rb=—2—==5342.8Nl183F2(a+b)+F,a10372x162.5+6126.68x60.75l183水平面中的支反力RBFa1•0.5df1+Fr2•C~Fr1(b+C)l6126.68x344+10186x20.75-2205.6x122.2511198.37N_Fr2++A-Fa2•Q'5df2-Fria-Fa1•Q'5df1Rc_l=10186X162.25-2205.6x60.75-6126.68x344183=-3217.9N支点的合力Rs，RcRb=^R''B2+R'b2_a/5342.82+11198.372_12407.6NRC_a/r"c2+R'c2_a/112432+3217.92_11694.4N轴向力Fa_Fa1_6126.68NFaS由轴向固定的轴承来承受。垂直弯矩截面I—IM"w1M''w1_R'B•a_5342.8x60.75_324.58N•m截面II—IIMwnMwn_Rc^C_11243x20.75_233.29N•m水平弯矩截面I—IM'w1_R'b•a_11198.37x60.75_680.3N•mM'wia_Fa1•d1-R'b•a_6126.68x344-680.3_1427.3N截面II—IIM'wn_R'c•C_-3217.9x20.75_66.77N•mM'wna_R'b(a+b)+Frl•b-Fald-=11198.37x162.25+2205.6x101.5-6126.68x344=-66.77N•m合成弯矩截面I一IMwl=^j(m"wi)2+(M'wI)2=a/105352.17+4458.23=331.38#•mMwia=\(M"wi