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可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī)的設(shè)計(jì)
學(xué) 生：
指導(dǎo)老師：
（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，長沙410128）
摘 要: 管材的彎曲加工在工業(yè)生產(chǎn)中占有非常重要的地位，可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī)是管材彎曲的主要設(shè)備。根據(jù)各種可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī)的不同性能以及其生產(chǎn)特點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)了一種小型的可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī)，它采用機(jī)械傳動(dòng)，半自動(dòng)控制的一種可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī)，本設(shè)計(jì)主要是對(duì)其整體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其能夠適應(yīng)生產(chǎn)的需要，達(dá)到省工、省時(shí)、提高生產(chǎn)效率、提高生產(chǎn)精度的目的。其占地面積小、使用方便、結(jié)構(gòu)簡單緊湊。該機(jī)主要由彎曲模、機(jī)體、檔料架、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、電器控制系統(tǒng)等組成。電機(jī)通過皮帶傳動(dòng)帶動(dòng)渦輪減速器傳動(dòng)，再通過傳動(dòng)軸、齒輪副、將動(dòng)力傳到彎曲模上，使彎曲模旋轉(zhuǎn)。
關(guān)鍵詞: 可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī)；電器控制；彎曲半徑；
THE Design of Adjustable Speed Steel Bar Bending Machine
Student：Li zizhu
Tutor:Xiong ying
(College of Engineering, Hunan Agricultural University, Changsha410128,China)
Abstract：The bending of the pipe plays an important role in the industry manufacture. The bending machine is the mostly implement in the pipe bending. According to the bending machine’s different property and it’s manufacture property. Thinking of the problem such as the worse bending quality, the low efficient and so on.. We design a completely auto bending machine. Besides , it is of small footprint, easy to operate.This bending machine is made up of the bending model, the machine frame, the transmit mechanism, the electric control system (include the brake system) and so on. First, the electric machine through the transmit axis and the gear, the mechanism transmit the power to the bending model begin to revolve.
Key words：Adjustable speed steel bar bending machine; electrical control; bending radius
1 緒 論
1.1 可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī)的概況及其背景[5] [6] [11]
現(xiàn)今工業(yè)發(fā)達(dá)，無論是哪一種機(jī)器設(shè)備、健身器材、家具等幾乎都有結(jié)構(gòu)鋼筋，有導(dǎo)管，用以輸油、輸氣、輸液等，而在飛機(jī)、汽車及其發(fā)動(dòng)機(jī)，健身器材，家具等等占有相當(dāng)重要的地位。各種管型品種之多、數(shù)量之大、形狀之復(fù)雜，給導(dǎo)管的加工帶來了不少的困難。目前，在可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī)進(jìn)行管材彎曲過程中，外側(cè)壁的減薄、破裂，內(nèi)側(cè)壁的增厚、起皺和橫截面畸變及其演化過程，一直是包括管材彎曲成形在內(nèi)的工程界未能有效解決的技術(shù)難題，也是當(dāng)今國內(nèi)外塑性加工學(xué)科研究的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。隨著大口徑薄壁管小彎曲半徑件和難變形料(鈦合金)管的應(yīng)用推廣，上述問題日益嚴(yán)重。
彎鋼筋主要用于電力施工，公鐵路建設(shè)，鍋爐、橋梁、船舶、家俱，裝潢等方面，可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī)的結(jié)構(gòu)形式很多，按彎鋼筋時(shí)加熱與否可分為冷可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī)和熱可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī)兩類，按傳動(dòng)方式可分為手動(dòng)、氣動(dòng)、機(jī)械傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)四種，按控制方式又可分為手控、半自動(dòng)、自動(dòng)和數(shù)控四種。
目前鋼筋的彎曲方法眾多，按照成形方法來區(qū)分，主要有滾彎曲、模彎曲及無模彎曲三種；按照加熱與否可分為冷彎法和熱彎法；按照有無填充物可以分為有芯彎鋼筋和無芯彎鋼筋。有時(shí)為滿足管件的特定形狀要求，或?yàn)闇p輕彎曲加工工藝難度，也采用其他的特殊彎鋼筋方法，如振動(dòng)沖擊彎曲等。對(duì)于許多小企業(yè)，家庭作坊，或者大企業(yè)中需要配管的場合，如工程機(jī)械上的壓力油管，機(jī)床廠的液壓管道發(fā)動(dòng)機(jī)的油管健身器材的彎鋼筋等等，這些場合可能不需要功能全的可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī)，且加工的管件的難度不高，簡易手動(dòng)型的可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī)很可能適應(yīng)。這系列可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī)采用手動(dòng)夾緊，機(jī)械彎曲，機(jī)器結(jié)構(gòu)簡單，控制元件極少，因此價(jià)格上比較容易被用戶接受。
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
我國市面上現(xiàn)有的自動(dòng)可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī)大多數(shù)是液壓的，數(shù)控的，也有機(jī)械傳動(dòng)的，但它們的占地面積較大(長度在2.5~4m之間)，價(jià)格昂貴(2~5萬元人民幣或更多)，然而大多數(shù)用戶都需求是是小占地面積小價(jià)格便宜使用方便的自動(dòng)在機(jī)械工程和日常工作中，經(jīng)常需要對(duì)管件進(jìn)行彎曲加工。在企業(yè)中，如需要的彎鋼筋直徑較大，批量較大時(shí)，一般在固定的大型彎鋼筋設(shè)備上進(jìn)行操作。對(duì)于那些金屬管直徑較小，需要批量不大的場合經(jīng)常由操作工人制作一個(gè)簡單的模具，人工彎制而成，但效率不高，耗費(fèi)耗時(shí)。
國外比較著名的可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī)生產(chǎn)廠家有德國的VIETZ公司和美國的CRC公司。通用的技術(shù)都是利用靜液壓傳動(dòng)、氣動(dòng)控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī)的彎鋼筋操作和控制。 在歐美和澳大利亞等國家，意大利ERCOLINA是世界上最好的可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī)之一,其研發(fā)的一種新型的數(shù)控可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī),此類型可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī)不用穿芯軸,體積小,方便移動(dòng)到現(xiàn)場加工生產(chǎn),而且可以彎型材和型鋼,最牛的就是它可以加個(gè)工作臺(tái),一下變成芯軸可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī),卸下工作臺(tái),又可以變成新型無芯軸移動(dòng)式數(shù)控可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī),國內(nèi)有幾家仿制的,工藝不成熟,效果也都不太好。
但現(xiàn)有產(chǎn)品中大多結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、體積較大、重量較重。如下圖1、2分別是液壓可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī)、數(shù)控可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī)。
圖1 液壓可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī)
Fig.1 Hydraulic pipe bender
圖2 數(shù)控可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī)
Fig.2 CNC Bending Machine
本文便是朝占地面積小、價(jià)格便宜、使用方便、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、能彎制直徑不同圓管的自動(dòng)可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī)（長0.9M，寬0.8M，高1.1M），并著手對(duì)可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī)的性能進(jìn)一步的強(qiáng)化，使其能彎曲不同口徑或不同的鋼型、采用制動(dòng)電機(jī)以提高彎曲機(jī)的彎曲精度。大大的簡化了電器控制系統(tǒng)，方便操作[15] [12]。
2 可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī)設(shè)計(jì)基本結(jié)構(gòu)與原理
本文綜合考慮其實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性等多方面因素，最后確定了本次設(shè)計(jì)的可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及其工作原理。本次設(shè)計(jì)的可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī)是采用機(jī)械傳動(dòng)，半自動(dòng)控制的一種便攜式可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī)，主要是對(duì)其整體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其能夠適應(yīng)生產(chǎn)的需要，達(dá)到省工、省時(shí)、提高生產(chǎn)效率、提高生產(chǎn)精度的目的。其占地面積小、使用方便、結(jié)構(gòu)簡單緊湊[11]。
2.1 可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī)的基本原理與選擇
可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī)的彎曲原理,在普通情況下有以情二種，即滾彎式與纏繞式。如下圖3、4分別是彎鋼筋原理圖。
圖3 滾彎式 圖 4 纏繞式
Fig. 3 Roll type Fig. 4 Wound
二者各有優(yōu)缺點(diǎn)。
纏繞式主要用于方管的彎曲其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而滾彎式主要用于圓管彎曲也可用于方管彎曲但沒有纏繞式好，但結(jié)構(gòu)簡單。故本可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī)采用滾彎式。
彎鋼筋的步驟大致是：
第一，留出第1段直線段長度，并夾緊管子。
第二，彎曲。
第三，松開夾緊塊，取出管子，使模具復(fù)位。按管形標(biāo)準(zhǔn)樣件在檢驗(yàn)夾具上檢查管形，并校正。
第四，重復(fù)第1步，直至彎完管子為止。
2.2 可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī)的基本結(jié)構(gòu)[6] [11]
該機(jī)主要由彎曲模、機(jī)體、擋料架、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、電器控制系統(tǒng)等組成。電機(jī)通過皮帶傳動(dòng)帶動(dòng)渦輪減速器傳動(dòng)，再通過傳動(dòng)軸、齒輪副、將動(dòng)力傳到彎曲模上，使彎曲模旋轉(zhuǎn)。其簡圖如下圖5：
1-螺栓組 2-旁磁制動(dòng)電動(dòng)機(jī) 3-小帶輪 4-皮帶 5-機(jī)身 6-大齒輪 7-行程開關(guān) 8-蓋板 9-擋料輪 10-螺紋桿 11-手輪 12-擋料座 13-操作按鈕 14-電源開關(guān) 15-聯(lián)軸器 16-渦輪減速器 17-大帶輪
圖5 可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī)外形簡圖
Fig.5 Schematic shape of bending machine
2.3 電器原理
圖6為小型自動(dòng)可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī)的電器原理圖。其工作過程，電源線接上，把電源開上，此時(shí)電機(jī)是不通電的。擋按下SB1時(shí)KM1接觸器通電，此時(shí)常開開關(guān)兩個(gè)KM1閉合通電，而另一個(gè)KM1常閉開關(guān)則打開斷電，且此時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)，進(jìn)行彎曲工作，當(dāng)彎曲到定角度時(shí)（此角度由彎曲角度的大小而調(diào)整）碰到了行程開關(guān)X1則接觸器KM1斷電則常開開關(guān)兩個(gè)KM1打開即電機(jī)斷電，由于電機(jī)是旁磁制動(dòng)電機(jī)故電機(jī)很快停止運(yùn)轉(zhuǎn)，常閉開關(guān)閉合。此時(shí)彎曲過程已經(jīng)完成，之后按下SB2則二個(gè)常開開關(guān)KM2閉合通電，而另一個(gè)KM2常閉開關(guān)打開斷電，此時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)回初始位置時(shí)由于碰到了行程開關(guān)X2則接觸器KM2斷電，則二個(gè)常開天關(guān)KM2打開斷電，而另一個(gè)常閉開關(guān)閉合通電，電機(jī)停止。
當(dāng)再次按下SB1時(shí)，則得反復(fù)工作。
其中電路中設(shè)有過載保護(hù)、短路保護(hù)。
當(dāng)在工作中時(shí)，電路中具有自鎖功能，因而不用怕操作者不小心按錯(cuò)鍵而出事故。但當(dāng)工作中出現(xiàn)意外時(shí)，只要轉(zhuǎn)動(dòng)電源開關(guān)，把電源開關(guān)斷開即可使電機(jī)停轉(zhuǎn)，之后處理意外后轉(zhuǎn)動(dòng)電源開關(guān)使電源通電便可繼續(xù)進(jìn)行正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)進(jìn)行工作。
QF-熱斷電器 FUI/FU2-熔斷器 KM1/KM2-接觸器 M-電動(dòng)機(jī) QS-電源開關(guān) SB1/2-操作開關(guān) X1/2行程開關(guān) L1/2/3電源線
圖6 電器原理圖
Figure 6 Electrical diagram
2.4 工件工藝分析
現(xiàn)取直徑為30mm厚為2mm是無縫鋼管做為彎鋼筋件，材料為10號(hào)鋼，其最小彎曲半徑為60mm。而彎曲件的彎曲半徑為100mm，固其符合加工工藝性。其工件如圖7。彎鋼筋件要求不能有裂紋，不能有過大的外凸。不能有趨紋。
圖 7 彎鋼筋件
Fig. 7 Pipe fittings
3 設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇和計(jì)算[1] [2] [13] [18]
3.1 電機(jī)選取
由經(jīng)驗(yàn)選取可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī)的彎鋼筋速度為8r/min
則有 P=M= =2 KW (1)
由工作功率為2KW 所以電機(jī)功率
P= (2)
、、、、分別為帶傳動(dòng)、蝸輪傳動(dòng)、聯(lián)軸器、齒輪、軸承的傳動(dòng)效率。取=0.96、=0.9、=0.99、=0.97、=0.98則
P==2.5 KW
由于可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī)需要彎多種型式的鋼型，固選用較大功率的電機(jī)以使可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī)能夠適用更大的彎曲范圍，又由于彎曲機(jī)需要固有制動(dòng)功能故選用配有制動(dòng)功能的電機(jī)，且電機(jī)正反的頻率過大，所以電機(jī)轉(zhuǎn)速不宜過大，現(xiàn)取電機(jī)的轉(zhuǎn)速為960r/min為宜。故先用電機(jī)的型號(hào)為YEP132S-6，其基本性能如表 1：
表1 YEP132-6的主要性能參數(shù)
Table 1 YEP132-6 of the main performance parameters
型號(hào)
功率
滿載時(shí)
堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩
最大轉(zhuǎn)達(dá)矩
靜制動(dòng)轉(zhuǎn)達(dá)矩不小于
空載制動(dòng)時(shí)間不大于
噪聲
轉(zhuǎn)速
電流
效率
功率因數(shù)
YEP132S-6
3KW
960r/min
8.8A
77%
0.67
2.2
2.2
29．4N·m
0．4/s
71/db
電機(jī)的主要安裝尺寸如下
圖 8 電機(jī)
Fig .8 Motor
表 2 電機(jī)的安裝尺寸 單位（mm）
Table 2 units of the motor mounting dimensions (mm)
型號(hào)
A
B
C
D
E
F
G
H
I
L
YEP-132S-6
280
140
89
38
80
315
216
132
210
515
3.2 各用電器的選擇[17] [18]
由于此可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī)采用的是半自動(dòng)的形式，故采用兩個(gè)行程開關(guān)和兩個(gè)交流接觸電器等組成其電路。由于電機(jī)的功率為3KW且電壓為380Vh頻率為50Hz的交流電。
故選用行程開關(guān)的型號(hào)[1]LX19-131(B)，
接觸器型選用[1]CJ-16，2常閉2常開，其工作功率為4KW。
按鈕使用普通型平鈕二個(gè)，型號(hào)[1]為LA101P-P。
電源開關(guān)選用LW8萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)型號(hào)[1]為AC21，其工作功率為3.8KW。
短路保護(hù)熔斷器選用[1]RL6-25其額定功率為4KW。
過載保護(hù)采用[1]JRS1-25/F系列熱繼電器JRS1-25/F其控制功率為380*3=1124W,因?yàn)橛卸€所以總功率為1124*3=3372W故合適。
電源線采用[1]BV4（B）即常用銅芯聚氯乙烯絕緣電線4平方毫米的銅線線芯結(jié)構(gòu)為7*0.85。其額定電壓為600V
3.3 計(jì)算彎曲力矩
由彎鋼筋力矩公式
其中
為彈性應(yīng)力
r為管材內(nèi)徑
t為管材壁厚
為屈服應(yīng)力
為中性層的彎曲半徑
=2346 N·m (3)
3.4 傳動(dòng)比的計(jì)算與各傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)與參數(shù)
由電機(jī)轉(zhuǎn)速N1=960r/min ，而可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī)的速度初擬為N5 =8r/min
所以
總傳動(dòng)比 =N1/N5=120
由皮帶輪的傳動(dòng)比為1~4 所以取皮帶輪的傳動(dòng)比=2.5，由于單付齒輪的傳動(dòng)比為1~8 。便擬定取齒輪傳動(dòng)比=3,則蝸輪蝸桿的傳動(dòng)比=16,蝸輪的傳動(dòng)比不大這有利于提高蝸輪的壽命。
為進(jìn)行傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)計(jì)算，要推算出各軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩（或功率）。如將傳動(dòng)裝置各軸由高速至低速依次定為1軸、2軸……以及
,, … 為相鄰兩軸間的傳動(dòng)比；
，… 為相鄰兩軸間的傳動(dòng)效率；
P1，P2… 為各軸的輸入功率（Kw）；
T1,T2… 為各由的輸入轉(zhuǎn)矩（N·m）；
N1,N2… 為各軸的轉(zhuǎn)速（r/min）；
（1） 各軸轉(zhuǎn)速
電機(jī)軸轉(zhuǎn)速Nm=960 r/min
蝸輪小軸端N1===384 r/min
蝸輪大軸端N2===24 r/min
小齒輪轉(zhuǎn)速 N3= N2=24 r/min
大齒輪轉(zhuǎn)速N4===8 r/min
工作臺(tái)轉(zhuǎn)速N5= N4=8 r/min
（2） 各軸的輸入功率
電機(jī)輸出功率 P0=3KW
蝸輪小軸輸入功率 P1= P0=3=30.96=2.88KW （4）
蝸輪大軸輸入功率 P2= P1= P1=2.880.9=2.59KW
齒輪小軸輸入功率 P3= P2= P2=2.590.99=2.56KW
齒輪大軸輸入功率 P4= P3= P3=2.560.972=2.41KW
工作臺(tái)輸入功率 = P4= P4=2.410.9720.98=2.22KW
（3） 各軸輸入轉(zhuǎn)矩
電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩 =9550=9500=29.84 N·m （5）
蝸輪小軸輸入轉(zhuǎn)矩==29.842.50.96=71.62 N·m
蝸輪大軸輸入轉(zhuǎn)矩==71.62160.9=1031.27 N·m
齒輪小軸輸入轉(zhuǎn)矩==1031.270.99=1020.96 N·m
齒輪大軸輸入轉(zhuǎn)矩==1020.9630.972=2881.86 N·m
工作臺(tái)輸入轉(zhuǎn)矩==2881.860.9720.98=2657.31 N·m
3.5 皮帶輪與皮帶的計(jì)算與選擇
由電機(jī)轉(zhuǎn)速與功率，確定了采用普通A型皮帶作為傳動(dòng)帶。
由A型帶的小帶輪最小直徑為70mm，故定小帶輪直徑為=100mm
皮帶速度驗(yàn)算
==5.03 （6）
所以5<<=20
所以此帶輪合格
則從動(dòng)輪 ==1002.5=250 mm
初選 =1600mm
則有 a=A+ （7）
其中 A===262.63 (8)
B===2812.5
所以 a=262.63+=519.6 mm
主動(dòng)輪包角 == (9)
=>
帶的根數(shù) z= (10)
其中取 =00.97KW
=0.11KW
=0.96
=0.99
可得 z==2.92
取z=3
3.6 蝸輪蝸桿減速箱的計(jì)算與選擇
因?yàn)槲佪單仐U的安裝為蝸桿在蝸輪的側(cè)面所以選用CWS型的蝸輪蝸桿減速器，又因?yàn)?
蝸輪大軸輸入轉(zhuǎn)矩 =1031.27 N·m
蝸輪小軸輸入功率 P1=2.88 KW
傳動(dòng)比 =16
所以選用蝸輪蝸桿的型號(hào)為[1] CWS-125 JB/T 7935
其基本性能如表3
表 3 蝸輪減速器的主要友參數(shù)
Table 3 Major of the parameters of worm gear
型號(hào)
公稱傳動(dòng)比
轉(zhuǎn)速
中心距
額定輸入功率
額定輸出轉(zhuǎn)矩
CWS-125
16
750r/min
125mm
7.781KW
1400 N·m
3.7 聯(lián)軸器的計(jì)算與選擇[2]
由于此聯(lián)軸器承受的力矩相對(duì)較大，且顧及性價(jià)比軸孔徑的配合關(guān)系且彈性柱銷齒式聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，不需用專用的加工設(shè)備，工作是不需潤滑，維修方便，更換易損件容易迅速，費(fèi)用低，因此選用彈性柱銷齒式聯(lián)軸器。
由于
=1020.96 N·m
且蝸輪蝸桿的蝸輪軸徑為55mm 故選用ZL4聯(lián)軸器，
其型號(hào)為
ZL4GB5015—1985
其主要尺寸及參數(shù)如表4
表 4 聯(lián)軸器的主要參數(shù) 未標(biāo)單位（mm）
Table 4 coupling of the main parameters Not standard units (mm)
型號(hào)
許用轉(zhuǎn)
許用轉(zhuǎn)
軸孔直徑
軸孔長度
外徑
凸圓
轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
重量
矩N·m
速r/min
厚度
(kg·m2)
(Kg)
ZL4
1600
4000
40,45,50,55
112
84
158
89
0.046
14.8
3.8 軸承的選擇
由于可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī)需要一個(gè)平穩(wěn)的平臺(tái)且軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用，故不能選用深溝滾子軸承。且軸承受力不大，轉(zhuǎn)速也較低，故可選用圓錐滾子軸承，且可選取外徑較小的以使空間更緊湊和降低成本。選用32912和32918二種圓錐軸承。
其主要參數(shù)及基本尺寸如表5
表 5 軸承的主要參數(shù) 未注單位（mm）
Table 5 the main parameters of bearing Not standard units (mm)
型號(hào)
小徑
外徑
厚度
內(nèi)圈厚度
外圈厚度
額定載荷
極限轉(zhuǎn)速
重量
32912
60
85
17
16
14
34.5KN
4000r/min
0.24kg
32918
90
125
23
22
19
77.8KN
3200r/min
0.79kg
3.9 軸的初步計(jì)算與設(shè)計(jì)及校核
初步計(jì)算軸徑
選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。
(11)
P為軸所傳遞的功率，KW
為軸的轉(zhuǎn)速，r/min
A由軸的許用切應(yīng)力所確定的系數(shù)，其值可取A=
現(xiàn)在取 A=115
則 =54.54 mm
取 =55mm
則 =77.09mm
取 =85 mm
為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，故在軸與聯(lián)軸器相接間需制出一個(gè)軸肩，由于半聯(lián)軸器的連接長度為L=84mm又因軸段長度比L要短些故取L1為82mm，且軸徑與半聯(lián)軸器直徑一樣取d1=55mm。軸肩后卻是齒輪段，于是軸承的關(guān)系故取d2為60mm，取軸承端蓋的總厚度為42mm（由箱體及軸承端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而定）。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對(duì)軸承添加潤滑脂的要求，取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器左端面間的距離L2=10mm，由于軸承是由軸承座支撐住的，故取軸承座的高厚為25mm，取齒輪與軸承座之間的距離為15mm由于齒輪的寬度為175mm，齒輪左端需制出一個(gè)軸肩，由齒輪與軸承座之間的距離為15mm且軸承座與軸承之間的距離相差為8mm，則此軸肩的長度為23mm，又因?yàn)檩S承的厚度為17mm則軸肩之至左端要比軸承的厚度要長一點(diǎn)，取18mm，其直徑為60mm。
由軸的結(jié)構(gòu)尺寸及安裝條件可知，作為得支梁的軸的支承跨距a=221 mm，從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩各扭矩圖中可以看出截面C是危險(xiǎn)截面?，F(xiàn)將計(jì)算出的截面C處的、、的值如表6
表6 截面C的主要參數(shù)
Table 6 Section C of the main parameters
載荷
水平面H
垂直面V
支反力F
=2430.5N =2430.5N
=1005.7N =794 N
彎矩M
=268570 N/mm
=111129 N/mm =87734N/mm
總彎矩
=290653 N/mm =282536 N/mm
扭矩T
=1 020 960N/mm
至此，已初步確定了軸的各段直徑和長度。
齒輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵聯(lián)接。查得鍵的截面為 bh=1811
鍵槽用鍵槽刀加工，長為160mm，同時(shí)為了保證齒輪與軸配合有良好的對(duì)中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為H7/n6；同樣，半聯(lián)軸器與軸的聯(lián)接，選用平鍵為16mm10mm70mm，半聯(lián)軸器的配合為H7/k6。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是借過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為n6。取軸端倒角為2450。
軸上載荷的計(jì)算與軸的校核
==4861 N (12)
=1794 N (13)
=830.9 N (14)
圖9 軸的彎矩圖
Fig. 9 Axis moment diagram
進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面C）的強(qiáng)度。則由
==31.39Mpa (15)
前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，可得=60Mpa 因此<，故安全
故小軸的結(jié)構(gòu)尺寸如圖10
圖 10 小軸的結(jié)構(gòu)尺寸
Fig. 10 Structure of the small size of the shaft
由于大軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算大部分與小軸類同。故類同的省略，且經(jīng)驗(yàn)算此軸也為安全軸。不同的是，前面不是與半聯(lián)軸器相連，而是工作臺(tái)即彎曲模。由于轉(zhuǎn)矩較大且要求工作臺(tái)要較為平穩(wěn)及誤差小，由此軸與彎曲模連接采用矩形花鍵連接。由靜聯(lián)接有 ，對(duì)矩形花鍵進(jìn)行驗(yàn)算。 (16)
式中
載荷分配不均系數(shù)，與齒數(shù)多少有關(guān)，一般取=0.7~0.8，現(xiàn)取=0.8
花鍵的齒數(shù) =8
花鍵齒側(cè)面工作高度= =3mm (17)
齒的工作長度 ， =80mm
花鍵平均直徑 = = =60mm (18)
故有 =56.77Mpa<=100~140Mpa (19)
故此矩形花鍵安全
另外，為了緊固彎曲模在軸上，從而在軸端鉆了螺紋孔，其規(guī)格為M12-深30mm，軸的主要尺寸及其結(jié)構(gòu)如下圖11：
圖 11 軸
Fig. 11 Axis
3.10 齒輪的計(jì)算與設(shè)計(jì)
由于齒輪傳動(dòng)只有一對(duì)，為利于機(jī)器的平穩(wěn)，壽命及制造方便，故選用直齒齒輪傳動(dòng)。此機(jī)器為一般工作機(jī)器，速度不高故選用7級(jí)精度采用鍛造制造。材料選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS
按齒面接角強(qiáng)度設(shè)計(jì)
(20)
式中
取載荷系數(shù) =1.3
取小齒輪傳遞的傳矩 =1020.96 N·m
取齒寬系數(shù) ==1
查得材料的彈性影響系數(shù) =189.8MPa
大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限=550Mpa； 小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限=600Mpa
各取值代入公式
則得 13.9 mm
由于小齒輪直徑為55mm 而為了達(dá)到2
故取 =140mm
所以齒輪中心矩
== 280 mm (21)
初步定 =280
一般=1730，=初選 =23，=，則==69
則 m = ==5.99 (22)
取 m=6
則 ===91.9 (23)
取 =92
則按=可得 =23 , =69則 == (24)
則小齒輪 ==140.00 mm (25)
大齒輪 =420.00 mm
則齒厚 =1.2 140=168 mm
取大齒輪厚 =170 mm
則小齒輪厚取 =175 mm
驗(yàn)算齒輪,由 == 103=14571 N (26)
=83.26N/mm<100N/mm 合適 (27)
大、小齒輪的結(jié)構(gòu)及尺寸如圖12和圖13。
圖12 大齒輪 圖13 小齒輪
Fig. 12 Gear Fig. 13 Pinion
4 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1 大小齒軸前后端蓋及軸承座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
考慮到綜合性能故都采用45號(hào)鋼，由于軸主要是由鋼板支撐，但由于鋼板不能選用太厚，而軸承的厚度又是過厚故采用加入軸承座用螺釘緊固于鋼板從而來支持軸承，從而支持軸，這樣較于用軸承套焊接于鋼板上或是用超厚鋼板來支持軸與軸承大大的降低了成本，同時(shí)也便于安裝和維修。
由于受力不大所以采用四根M10的內(nèi)六角螺釘來緊固軸的前后端蓋及軸承承座，已經(jīng)足夠支撐。它的的結(jié)構(gòu)及尺寸圖如上圖14，圖15，圖16，圖17，圖18，圖19。
圖14 大軸前端蓋 圖15 大軸后端蓋 圖16 大軸承座
Fig.14 Shaft front cover Fig.15 After the shaft cover Fig.16 Large bearing
圖 17 小軸承座 圖 18 小軸后端蓋 圖 19 小軸前端蓋
Fig.17 Small bearing Fig. 18 After a small shaft cover Fig.19 Small shaft front cover
4.2 軸套的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
由于軸套的厚度s在0.5d~2.0d之間
小軸軸徑為60mm 故取小軸的軸套厚度為6mm
大軸軸徑為90mm 故取大軸的軸套厚度為8mm
軸套的材料為45鋼，為能與軸與軸承之間的更好，更耐久的配合，故把軸套進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，軸套的結(jié)構(gòu)其尺寸如圖20，圖21。
圖20 大軸軸套 圖21 小軸軸套
Fig.20 Shaft sleeve Fig.21 Small shaft sleeve
4.3 蓋板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算
由于在蓋板上需裝好多零件，如行程開關(guān)，擋料架，大小齒輪軸的端蓋以及用于安裝定位的孔。故蓋板采用厚度為20mm是45鋼。此蓋板的長與度主要是由電動(dòng)機(jī)與蝸輪蝸桿所占的空間位置所取定的。又由于
電機(jī)與蝸輪蝸桿的中心距 a=519.6mm
大飛輪的分度圓直徑為 d2=250mm
小機(jī)的安裝地腳寬為 L1=280mm
取壁至電機(jī)腳的空間長度 L0=90mm
取壁到大飛輪的空間長度 L2=110mm
壁厚取 b1=10mm
又因蓋板要比壁凸出以便于與壁配合 b0=10mm
故蓋板長度 L=2b0 +2b1+ +L2 +L0 + L1/2 +d2/2+ a=1024.6mm
取 L=1025mm
蓋板的寬厚主要跟大齒輪的位置及電機(jī)各自的相互空間位置有關(guān)
取齒輪端到壁的距離 B1=100mm
齒輪另一端到壁的距離 B2=160
同大齒輪的d5=420mm則 B=B1+B2+d5=100+160+420=680mm
則得蓋板尺寸車 BLh=680102520(mm)
結(jié)合其它結(jié)構(gòu)需要，故其結(jié)構(gòu)及尺寸如圖22。
圖22 蓋板的結(jié)構(gòu)尺寸
Figure 22 Cover the structure size
4.4 機(jī)身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算
由于機(jī)身支撐了整套機(jī)器的零件，故機(jī)身采用厚鋼板及鋼管焊接而成，由于機(jī)器重且機(jī)器性能要求平穩(wěn)，故用地腳螺釘來緊固機(jī)器以減少機(jī)器的振動(dòng)，
腳板采用45鋼厚10mm，尺寸為BLh=8012010（mm）用四個(gè)腳來支撐機(jī)器。
支撐鋼管采用20號(hào)方管鋼。型號(hào)為60604
地腳高度取h1=80mm
采用45號(hào)厚為20mm的鋼板來作為底板支撐電機(jī)與蝸輪蝸桿減速箱?？紤]中板與與底板是距離過及支撐齒輪的問題，故在兩側(cè)多加二個(gè)鋼板以增加機(jī)身強(qiáng)度。側(cè)板的尺寸BLh= 48754020(mm)，且在二側(cè)有配合后用薄鐵板把前后面給圍住。
蓋板與中板之間是齒輪的箱體機(jī)構(gòu)，四邊都采用45號(hào)鋼，厚度為20mm的鋼板與20號(hào)鋼方管焊接而成，為讓機(jī)身與蓋板容易裝拆，以便齒輪箱內(nèi)各零件容易裝拆與維修，故采用蓋板與機(jī)身用螺釘連接。采用四個(gè)螺釘連接。在方管上焊接一塊45號(hào)鋼厚為20mm的小鋼板，尺寸BLh=808020(mm)
故機(jī)身的基本尺寸及其結(jié)構(gòu)如圖23。
圖 23 機(jī)身的結(jié)構(gòu)尺寸
Figure 23 Body structure and size
4.5 擋料架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
擋料架在可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī)上的作用主要是用來擋彎曲鋼管時(shí)的反力，同時(shí)也具有定位的作用。 有如同夾具一般。
由于本可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī)是采用滾彎式的彎鋼筋原理，故鋼管與擋料輪的接觸面較不大，故擋料輪的硬度不能比鋼管的硬，故采用黃銅作為擋料輪的材料。擋料輪的結(jié)構(gòu)主要由擋料輪、擋料軸、擋料輪架、軸承、鍵、軸蓋、擋料座、螺紋桿、手輪等一些組成。
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，由于彎鋼筋時(shí)不同型號(hào)的彎曲半徑相差可能會(huì)很大，但由于 單純在擋料輪架的調(diào)整來調(diào)整彎曲半徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，故采用擋料架具有不同的定位安裝位置，以增加擋料架與彎曲模的調(diào)整范圍。設(shè)計(jì)了在擋料架上的調(diào)范圍為50mm而在位置調(diào)整的范圍可達(dá)100mm。故總調(diào)整范圍有150mm。鎖緊螺紋采用自鎖螺紋，用手輪鎖緊。滾輪主要由軸支持再結(jié)合二個(gè)滾子軸承而裝于擋料輪架上，這樣滾輪滾動(dòng)時(shí)的滾動(dòng)摩擦小有利于提高彎鋼筋的合格率。
圖24 擋料架的結(jié)構(gòu)尺寸
Figure 24 Block structure and size rack
采用普通黃銅H62材料作為其直徑D=100mm高度H=60mm
擋料軸采用45號(hào)鋼軸徑 D1=20mm
擋料輪架采用45號(hào)鋼尺寸為 BLh=8084100(mm)
軸承采用深溝滾子軸承 BDd=73220
鍵采用45號(hào)鋼其尺寸為 BLh=4640（mm）
擋料座采用45號(hào)鋼其尺寸為 BLh=10019095(mm)
螺紋桿采用45號(hào)鋼其尺寸為 dL=16145(mm)
手輪采 dD=12100(mm)
軸蓋采用45號(hào)鋼其尺寸為 DH=5620（mm）
擋料架的主要尺寸及結(jié)構(gòu)如圖24：
5 結(jié)論
本設(shè)計(jì)通過對(duì)可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī)的工作原理及技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行選定設(shè)計(jì)后，接下來對(duì)系統(tǒng)總體方案的動(dòng)力來源、傳動(dòng)部分、執(zhí)行部分和主要零部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并對(duì)重要零部件的設(shè)計(jì)進(jìn)行了校核，此外還著重對(duì)可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī)的機(jī)身部分進(jìn)行了合理布局設(shè)計(jì)。該型號(hào)可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，占地地面積小（長0.9M，寬0.8M，高1.1M）、使用方便、能彎制直徑不同的圓管和鋼型，在手動(dòng)可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上創(chuàng)新性地采用了制動(dòng)電機(jī)提高了彎曲機(jī)的彎曲精度，大大的簡化了電器控制系統(tǒng)，操作方便。
在設(shè)計(jì)的過程中，也出現(xiàn)了一些客觀不足的問題，就是可調(diào)速鋼筋彎曲機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算只能憑著經(jīng)驗(yàn)式子來進(jìn)行計(jì)算，其次由于條件不足缺乏實(shí)驗(yàn)性，等等多種原因使我的設(shè)計(jì)是沒有完全的根據(jù)實(shí)際的情況來作合適、客觀地修改。而做出來的，難免有些缺點(diǎn)和不足，由于諸多原因，本次設(shè)計(jì)存在一些不足和有待改善的地方，希望老師能夠提出寶貴的修改意見。
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致 謝
本論文是在熊瑛老師的悉心指導(dǎo)和熱情關(guān)懷下完成的。該畢業(yè)論文從去年11月份開始收集資料，斷斷續(xù)續(xù)經(jīng)過了將近半年才完工。在設(shè)計(jì)非常迷茫的時(shí)候在豆丁網(wǎng)查到了一些非常重要的資料，讓我豁然開朗，非常感謝！通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)大學(xué)所學(xué)知識(shí)算是有了一個(gè)總結(jié)，各方面或多或少都有些提高。
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠順利完成，除了要感謝我的指導(dǎo)老師熊瑛老師之外，真的非常需要感謝從大一就開始教我的各任課老師。最后還要感謝一直在我身邊幫助我的同學(xué)，是你們陪我一同走過了最讓我懷念的大學(xué)生活……
謝謝！
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