【正文】 1 引言 自上大學以來，設計 就是必不可少的一部分，特別是對于我們這些學機械專業(yè)的學生來說。其目的就在于使 學生通過實習 設計 獲得基本生產(chǎn)的感性認識，理論聯(lián)系實踐 ，擴大我們的知識面，鍛煉和培養(yǎng)學生業(yè)務能力，同時也是學生接觸社會，了解產(chǎn)業(yè)情況，了解國情的一個重要途徑，逐步實現(xiàn)由學校到社會的轉(zhuǎn)變 。畢業(yè)設計 則是大學里面最重要的一次設計，是對大學四年來所學知識的一個總結(jié)，也是我們走上工作崗位之前的最后一次設計，它能非常及時的鞏固我們大學所學的知識。 本次的畢業(yè)設計題目是立式鋼筋彎曲機的設計。 通過做這次畢業(yè)設計使學生基本掌 握機械結(jié)構(gòu)設計和機械傳動設計的基本方法和步驟，掌握建筑鋼筋彎曲機的工作原理和結(jié)構(gòu)特點及使用方法并了解其現(xiàn)狀。培養(yǎng)學生綜合運用所學過的基本理論知識和專業(yè)知識及專業(yè)技能解決實際問題的能力，培養(yǎng)學生接觸社會、了解社會和獲取有用信息的能力，使學生的專業(yè)能力和綜合素質(zhì)進一步得到提高。具體設計要求為： （ 1）技術(shù)參數(shù) 彎曲鋼筋直徑 1~10mm，彎曲次數(shù) 22 次 /分； （ 2）其他要求 原理正確，結(jié)構(gòu)合理，經(jīng)濟實用，易于調(diào)整和維護。 經(jīng)過設計之前的實習、調(diào)研，理解并掌握了鋼筋彎曲機的結(jié)構(gòu)原理。鋼筋彎曲主要在一個圓 盤上來實現(xiàn)的。 工作盤的中心孔中插入心軸，同時工作盤上開有許多孔，以便成型軸的插入。當工作盤轉(zhuǎn)動時，心軸和工作軸都在轉(zhuǎn)動，由于心軸在圓心上，圓盤雖在轉(zhuǎn)動，但其位置卻并未移動。此時，工作軸就可以繞其心軸做圓弧運動。此時，將所要彎曲的鋼筋查如工作軸和心周中就可以將鋼筋彎曲成型了。 而圓盤的轉(zhuǎn)動主要由電機來控制，為其提供動力來源。電機經(jīng)過減速裝置帶動其工作圓盤轉(zhuǎn)動。 減速裝置一般為三級減速，經(jīng)過一級帶輪和二級齒輪減速，然后通過連桿、齒條等機構(gòu)帶動圓盤轉(zhuǎn)動。在實習中我們看到立式鋼筋彎曲機的結(jié)構(gòu)和其工作情況。立式鋼筋彎曲機 上有兩個工作圓盤，它們可以同時工作，這樣 兩個工人就可以在同一時間同一臺機器上完成不同角度，或不同粗細程度的鋼筋彎曲工作，從而節(jié)省了個人勞動時間，提高了生產(chǎn)效率。 在實習期間，工人師傅還向我們介紹了彎曲機的具體使用方法和其注意事項，同時，也講到了現(xiàn)在 國內(nèi)通常使用的彎曲機的不足之處 ，這 對我的設計有一定的啟發(fā)。 1． 1 題目的選取 隨著現(xiàn)代經(jīng)濟的快速發(fā)展，建筑行業(yè)也發(fā)展迅速，越來越多的建筑材料被需求 ，鋼筋就是建筑工程中大量使用的一種材料，它在建筑行業(yè)中起著至關重要的作用。因此，鋼筋加工是鋼筋混泥土施工中的一個重要組 成部分。為了適應建筑工程中的不同的需求，把已切斷的鋼筋彎曲成所需要的尺寸形狀是鋼筋加工中一道很重要的工序。鋼筋彎曲速度快，彎曲精度高，效率高對工程質(zhì)量的提高起著至關重要的作用。目前，建筑工地上常用的彎曲鋼筋成型的方法主要有兩種：（ 1）手工彎曲。（ 2） 機械彎曲。兩中相比較，前者設備簡單，操作容易，但工作效率低，而且是手動彎曲，這樣彎曲精度不高。不適合大批量生產(chǎn)。后者彎曲容易，而且減輕了工人的勞動強度，提高了工作效率，適合于大批量生產(chǎn)。現(xiàn)在已經(jīng)逐步代替了手工彎曲。這次設計采用的是機械彎曲形式，而且取雙工位，兩個 工 人可以在同一時間，同一機器上完成不同的工作，而且互不干涉。這樣 提高了工作效率，節(jié)省了個人的勞動時間。 1． 2 鋼筋彎曲機的工作原理 鋼 筋彎曲機的具體工作原理為：電動機提供的動力，經(jīng)過帶輪，齒輪減速機構(gòu)傳遞給工作圓盤，帶動其工作盤轉(zhuǎn)動。 鋼筋的彎曲就主要在其工作圓盤上來實現(xiàn)的。 工作盤的中心孔中插入心軸，同時工作盤上開有許多孔，以便成型軸的插入。當工作盤轉(zhuǎn)動時，心軸和工作軸都在轉(zhuǎn)動，由于心軸在圓心上，圓盤雖在轉(zhuǎn)動，但其位置卻并未移動。此時，工作軸就可以繞其心軸做圓弧運動。此時將鋼筋插入工作圓盤中的心軸和成型軸 之間就可以將鋼筋彎曲成型了。 當彎曲不同直徑的鋼筋時，只需將工作圓盤上的心軸和成型軸更換即可。例如，當彎曲細鋼筋時，心軸和成型軸都換成粗直徑的軸套即可，但注意軸套的大小要合適 。當彎曲粗直徑的鋼筋時，心軸換成細直徑的，成型軸換成稍細直徑的 ，更換時要考慮鋼筋彎曲的角度和最小鋼筋直徑。 1． 3 電動機的選擇 因為鋼筋彎曲機系一般普通機械。因此選用一般交流異步電動機。它的特點是外型小、重量輕、效率高、使用方便，運行可靠且易于維修檢測。 J02 型系列電動機系一般用途封閉冷式三相鼠籠型異步電動機，能防止 塵，鐵屑或其他雜物 浸入電機內(nèi)部，適用于塵土多， 水土飛濺的場所。 根據(jù)彎曲鋼筋的直徑范圍和彎曲力矩，最后確定選用的電機型號為 J02324。 1． 4 傳動方案的選擇 在各種建筑工程中 ， 大量使用鋼筋彎曲機 。 近來國產(chǎn)鋼筋彎曲機的生產(chǎn) 使用呈現(xiàn)快速增長的趨勢 ， 其傳動方案主要有兩種 ，即“帶 — 兩級齒輪 — 蝸輪蝸桿傳動”及“帶 — 三級齒輪傳動”， 其中以“帶 — 兩級齒輪 — 蝸輪蝸桿傳動”方案的彎曲機的生產(chǎn)、應用較為普遍 ， 市場占有率高 。 隨著所需加工彎曲的鋼材尺寸逐漸加大 ， 鋼材技術(shù)性能的不斷改良 ， 在使用中發(fā)現(xiàn)有彎不動的情況或者電機發(fā)熱嚴重的現(xiàn)象 。 從理論 上講 ， 可以通過增加驅(qū)動電機的功率來解決此類問題 ， 但這會增加產(chǎn)品的生產(chǎn)及使用成本 ， 因此設計生產(chǎn)性價比優(yōu)良的鋼筋彎曲機一直是生產(chǎn)廠家努力的目標 。 現(xiàn)行的鋼筋彎曲機主要有兩種傳動方案 ， 一種為電機通過一級帶傳動、兩級齒輪傳動、一級蝸輪蝸桿傳動 ， 簡稱蝸輪蝸桿傳動方案 ， 如圖 1 所示 。 另一種為電機通過一級帶傳動、三級齒輪傳動 ， 簡稱全齒輪傳動方案 ， 如圖 2 所示 。 蝸輪蝸桿傳動彎曲機的市場占有率遠大于全齒輪傳動彎曲機 。 圖 蝸輪蝸桿傳動 圖 全齒輪傳動 兩者相比較：（ 1） 采用蝸輪蝸桿傳動的鋼筋彎曲機的傳動效率遠低于全齒輪傳動的鋼筋彎曲機 ， 其使用過程中功率損失較大 ， 這是機器對較大鋼筋彎不動或者電機發(fā)熱的主要原因 。（ 2)采用蝸輪蝸桿傳動的鋼筋彎曲機的傳動精度略高于全齒輪傳動鋼筋彎曲機 。 對于絕大多數(shù)手動操作的鋼筋彎曲機 ， 其生產(chǎn)廠家設計生產(chǎn)時或者用戶選擇時應該優(yōu)先考慮采用全齒輪傳動 。（ 3)對于少數(shù)采用全自動或者半自動操作的鋼筋彎曲機 ， 為了提高彎曲機的停歇位置精度 ， 簡化相關控制裝置 ， 可考慮采用蝸輪蝸桿傳動 。綜上所述在本次設計中，我決定采用全齒輪傳動方案，由于彎曲機的 轉(zhuǎn)速為 22 次 /min，因此采用三級減速就可以了，即電機經(jīng)過一級帶傳動和二級齒輪傳動 。具體傳動情況見原理圖。 1． 5 主參數(shù)的確定 此次設計的鋼筋彎曲機采用三級傳動。第一級為皮帶傳動。第二、三級齒輪傳動。電動機經(jīng)過皮帶減速后，為了達到所要求的速度，可以參用標準的減速器。但這樣機器成本就會增加，因此采用自行設計的齒輪，由于機體較大，因此傳動比不必過多考慮結(jié)構(gòu)上的緊湊。 1． 5． 1 傳動比的分配 電機型號為 J02324，載轉(zhuǎn)速為 1430 r/min，功率為 3kw。 a）總傳動 比 1430 6522i?? b) 分配傳動裝置的傳動比 10 iii ?? 上式中 i0、 i1分別為帶傳動與減速器（兩級齒輪減速）的傳動比，為使 V帶傳動的外廓尺寸不致過大，同時使減速器的傳動比圓整以便更方便的獲得圓整地齒數(shù)。初步取 i0 =4，則減速器的傳動比為1 0 65 54ii i? ? ? c) 分配減速器的各級傳動比按展開式布置，查閱有關標準，取 i1=，則i2=。 1． 5． 2 計算機構(gòu)各軸的運動及動力參數(shù) a) 各軸的轉(zhuǎn)速Ⅰ ， Ⅱ ， Ⅲ Ⅰ 軸1 0 1430 3 5 7 .5 r / m ini4mnn ? ? ? Ⅱ 軸 12 1 3 5 7 . 5 1 0 2 . 1 4 r / m in3 . 5nn i? ? ? Ⅲ 軸 23 2 1 0 2 .1 4 2 2 r / m in4 .6 4nn i? ? ? b) 各軸的輸入功率 Ⅰ 軸 1 01 3 0 .96 8kwpp? ? ? ? ?η Ⅱ 軸 2 1 12 kwpp? ? ? ? ? ?η Ⅲ 軸 3 2 23 kwpp? ? ? ? ? ?η c) 各軸的輸入轉(zhuǎn)矩 電動機輸出轉(zhuǎn)矩 Ⅰ 軸 119550dpT n?? 2 .8 89 5 5 0 7 6 .9 N m3 5 7 .5? ? ? ? Ⅱ 軸 119550dpT n?? 2 .7 49 5 5 0 2 5 5 .5 N m1 0 2 .4? ? ? ? Ⅲ 軸 119550dpT n?? 2 .6 09 5 5 0 6 9 4 .5 N m22? ? ? ? 計算出的各軸運動參數(shù)如下表 表 各軸的運動參數(shù) 軸名 功率 P（ kw） 轉(zhuǎn)矩 T (Nm? ) 轉(zhuǎn)速 n(r/min) 傳動比 i 電機軸 3 1430 4 I 軸 II 軸 III 軸 22 2 結(jié)構(gòu)設計及計算 2． 1 帶輪的設計 2． 1． 1 功率的計算 考慮到帶在工作時的工作條件不同，帶傳動的功率回有變化，按計算功率Pc 設計 ： Pc = KAP 式中： P—— 傳動的名義功率， KW KA—— 工作情況系數(shù)，詳見機械設計手冊。 查表取 KA= Pc = KAP = 3= KW 2． 1． 2 帶的選取 在一般機械中，應用最廣的是 V帶傳動。由于 V帶的楔形增壓原理 ，結(jié)構(gòu)緊湊，且多已標準化并大批量生產(chǎn)， 因此采用 V帶傳動。根據(jù)傳動的功率大小決定選用普通 V帶 A 系列， A 系列帶的具體參數(shù)如下表 表 型帶的具體參數(shù) 型號 b bp h d A 13 11 8 30 2． 1． 3 帶輪基準直徑 的確定 一般來說， 皮帶輪的直徑越小，帶的彎曲應力就越大，為了提高帶的使用壽命，小帶輪的直徑不宜過小，要求大于許用最小帶輪直徑 Dmin 即 D1≥ dmin， 查閱相關手冊選取小帶輪基準直徑為 D1=100mm，則大帶輪基準直徑為 D2=400mm。 2． 1． 4 帶速的確定 1 3 .1 4 1 0 0 1 4 3 0 7 .5 m / s6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0dnv ?? ??? ? ???π 2． 1． 5 中心矩、帶長及包角的確定 由式 (d1+d2)a02(d1+d2) 可知： (100+400)a02(100+400) 得 350〈 a0〈 1000 中心距過小，將降低帶的壽命，中心距過大會引起帶的震動。 則初取 a0=500 根據(jù)相關公式初步計算帶的基準長度： 2 2120 1 2 0() ( 4 0 0 1 0 0 )2 2 5 0 0 ( 1 0 0 4 0 0 ) 1 8 3 0 m m2 4 2 4 5 0 0d ddL a d d a? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ??π π（ ）查表選取帶的長度為 1800mm 計算實際中心矩： 0 39。 1 8 0 0 1 8 3 05 0 0 4 8 5 m m22ddLLaa ? ?? ? ? ? ? 取 485mm 驗算小帶輪包角： 211 8 0 5 7 . 3 1 4 4 . 6dda?? ? ? ?α 2． 1． 6 確定帶的根數(shù) NiN0k1k2Z ? 式中令 N0= Ni=3 k1= k2= 3 3 .6 41 .5 0 .7 0 .8Z ? ? ??? 根 式中 N0—— 單根 帶所傳遞的功率 Ni—— 電動機功率 k1—— 工作狀況系數(shù) k2—— 包角影響系數(shù) 2． 1． 7 單根普通 V 帶輪預緊力 20 2 .55 0 0 ( 1 )cpF m vvZ k? ? ? 查表 m=20 2 .1 2 .55 0 0 ( 1 ) 0 .1 0 2 1 5 5 6 .7 1 N3 1 5 0 .9 4F ? ? ? ? ? ?? 2． 1． 8 有效圓周力 1 0 0 0 2 .11000 15paF v ?? ? ?140N 2． 2 齒輪的設計 2． 2． 1 第一級齒輪傳動設計 （Ⅰ，Ⅱ 軸） a) 選材料、確定初步參數(shù) 1) 選材料 小齒輪： 40Cr 鋼調(diào)制，平均取齒面硬度為 280HBS 大齒輪： 45 鋼調(diào)制，平均取齒面硬度為 280HBS 2) 初選齒數(shù) 取小齒輪的齒數(shù)為 18，則大齒輪的齒數(shù)為 18 =63 3) 齒數(shù)比即為傳動比 63 ?? 4) 選擇尺寬系數(shù)ψ d 和傳動精度等級情況，參 63 ??照相關手冊 查相關手冊取 ψ d= 初估小齒輪直徑 d1=100mm，則小齒輪的尺寬為 ： b=ψ d d1= 100=48mm 5) 齒輪圓周速度為： 11 1 0 0 3 5 7 .5 1 .8 7 m / s6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0dnv ?? ??? ? ?π π 參照 機械 手冊選 齒輪 精度等級為 8 級 6) 計算小齒輪轉(zhuǎn)矩 T1 6 6 41139 . 5 5 1 0 9 . 5 5 1 0 1 . 9 2 5 1 0 N m m3 5 7 . 5pT n? ? ? ? ? ? ? ? ? 7） 確定重合度系數(shù) Zε 、 Yε ：由公式可知重合度為 111 . 8