Gw40型钢筋弯曲机的结构设计与运动分析

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1 绪论

钢筋弯曲机是钢筋加工必不可少的设备之一，它主要用于各类建筑工程中对钢筋的弯曲．钢筋弯曲机通常与切断机配套使用，其应用十分广泛．随着国家投资拉动的效果显现，尤其是国家大力开展高铁的建设，钢筋弯曲机的生产销售增长迅速．与其他的钢筋切断机、弯箍机、调直切断机的的情况类似，河南葛市已经形成了该类机械的生产基地．国产产品大多能满足使用需求，但也有一些产品的质量不能满足国家标准的要求．河南长葛本地的钢筋弯曲机生产现状与质量水平反映了国产钢筋弯曲机的现状.

我国工程建筑机械行业近几年之所以得到快速发展，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积极的财政更是促使行业增长的根本动因。

各厂家的钢筋弯曲机的构造基本相同．钢筋弯曲机的传动方案有以下2种：“带一两级齿轮一蜗轮蜗杆传动”和“带一三级齿轮传动”[2]．采用蜗轮蜗杆传动的钢筋弯曲机，其传动效率不如齿轮传动的弯曲机．也就是说，在同样的驱动电机功率条件下，齿轮传动的弯曲机弯曲同直径的钢筋显得更轻松．但蜗轮蜗杆传动的自锁特性，使工作中弯曲的定位精度会更高些．目前，以“带一两级齿轮一蜗轮蜗杆传动”方案的弯曲机的生产、应用较为普遍，市场占有率高．

目前，机械传动类钢筋弯曲机的结构与生产工艺已经非常成熟．各个厂家产品的质量差异主要体现在以下几点：1)各个厂家的机箱的造型及用料有较大的差异．用料太少的钢筋弯曲机，设备的整体刚性太差，外型也缺乏美感．2)仅有少量厂家注重工作圆盘及其他附件的表面质量，将工作圆盘及其他附件进行了镀层处理，将各插孑L采用橡胶套堵封．3)有些钢筋弯曲机的生产厂家，配用非标生产的电机．这些电机的输出功率偏小，在连续工作中容易起热，无法弯曲标定直径的钢筋．4)传动系统的齿轮、蜗轮蜗杆等，在加工质量，材料的选用，热处理工艺等方面有差异．5)大量厂家的弯曲机不注意外观涂装质量，少量厂家采用喷塑处理的方式，外观视觉效果还不错．

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本机用于弯曲各种A3钢和Ⅱ级螺纹钢，工作方式简单，弯曲形状一致，调整简单，操作方便，使用可靠，性能稳定。它能将材料弯成工作中所需的各种形状。本机使用一段时间后应将工作盘换180°方位使用，这样内部机件也改变了180°位置，使机械零件达到均匀磨损，延长机械使用寿命。

受国家连续多年实施的积极财政的刺激，包括西部大开发、西电东送、房地产开发以及公路道路建设、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，技术创新层出不穷，弯曲机的设计改良也不断得到更新与进步，具有良好的发展前景。

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2 钢筋弯曲机的方案与选择

2.1 引言

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.国内设计工作者很早就对此问题进行了研究一二,但相关文献主要探讨钢筋弯曲变形所需功率的大小,而未涉及传动方案不同对其的影响,亦未见国外对此问题的研究报道.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,指出两种传动方案在传动效率、传动精度方面显著的差别及选择使用的原则、场合,并提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.

2.2 典型的钢筋弯曲机传动方案

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。

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图1 蜗轮蜗杆传动

工作台齿轮带轮齿轮齿轮

图2 全齿轮传动

2.3 钢筋弯曲机的传动精度

现有的钢筋弯曲机多为人工操作，也有半自动及全自动的。在弯曲过程中,当达到所需位置时，由人工切断电机电源，或者用行程开关类电器发出指令，控制电机电源。此时，电机停止工作,由于弯曲机的传动机构受所弯钢筋的反向作用，工作盘所停位置较准确。但在工作盘返回到原始位置，准备下一次弯曲时，其停顿位置受传动精度的影响较大，因此，需分析传动方案的精度。为便于比较，均从第1级齿轮传动误差开始计算，

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不计皮带传动的影响。 1. 蜗轮蜗杆传动 蜗轮蜗杆传动的精度

1g1/(Z4/Z3iw)g2/iww （1-1）

式中，g1,g2为第1,2级齿轮传动误差；w为蜗轮蜗杆传动误差；iw为蜗轮蜗杆传动比，取19.9。 代入相关参数有

1g1/75g2/30w 2. 全齿轮传动 全齿轮传动的精度

g1/(Z4/Z3Z6/Z5)g2/(Z6/Z5)g3

式中, g1,g2，g3为第1,2,3级齿轮传动误差。 代入相关参数有

g1/17.85g2/4.3g3

3. 传动精度的比较

为便于比较,设定各级齿轮传动误差相同，均以g表示,蜗轮蜗杆传动的误差与齿轮传动误差几乎相等，即

gw。则

1.406g，

1.258g

很显然,采用蜗轮蜗杆传动时,传动精度较高。 2.4 钢筋弯曲机的传动效率

随着所需加工弯曲的钢筋的尺寸逐渐加大,对同样的驱动电机,钢筋弯曲机的传动效率将是设计或选择使用的重要指标之一.为方便分析比较,略去带传动及各支承轴承处的效率损失。

1. 蜗轮蜗杆传动的效率

123 （1-2）

式中，1为第1级齿轮传动效率取0.98；2为第2级齿轮传动效率，取0.98，3为

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蜗杆传动效率,取0.73。而 η=0.97×0.97×0.73=0.687。 2. 全齿轮传动 全齿轮传动的效率

123

式中， 1，2，3分别为第1，2，3级齿轮传动的效率,均取为0.913，则η=0.94。

比较后可得出结论： 第一 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. 第二 采用蜗轮蜗杆传动的钢筋弯曲机的传动精度略高于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. 第三 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.

通过对钢筋弯曲机传动效率及传动精度的分析比较，认为：手动操作的弯曲机，宜采用“带—三级齿轮传动”结构，以利提高其传动效率；而全自动或半自动操作的弯曲机，宜采用“带—两级齿轮—蜗轮蜗杆传动”结构，以利提高传动精度。

综上所述，本次设计的GW40钢筋弯曲机所适应弯曲钢筋的直径范围是640（光圆钢筋），8—36（Ⅱ级螺纹钢），要求有较高的传动精度，属于半自动操作所以此次设计的钢筋弯曲机采用方案一，即电机通过一级带传动、两级齿轮传动、一级蜗轮蜗杆传动。

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3 弯矩的计算与电动机的选择

3.1 工作装置的设计

如图所示为其结构设计。根据工作需要，并且借鉴现有的钢筋弯曲机的台面尺寸，定其大致尺寸见下图

1—当铁轴孔 2—圆轮 3—心轴孔 4—成型轴 5—启动销钉 6—滚轴 7—孔眼条板 8—钢筋 9—分离式挡板 10—凸轮

图4 工作装置结构

3.1.1 工作台面的各部分组成

钢筋弯曲机的工作台面主要由，工作盘，心轴、成型轴、挡铁轴等主要部件组成。 1．心轴

按规范规定，钢筋的弯曲半径是1.25倍钢筋直径，因此不同直径钢筋的弯曲半径是不同的，为了保证弯曲半径，应设计不同直径的心轴。根据设计要求设计九种不同直径即16、20、25、35、45、60、75、85、100。如弯一根直径6mm钢筋的弯钩，弯曲半径是7.5mm，可选择16mm的心轴，而弯一根直径25mm钢筋的弯钩，弯曲半径是31mm,则

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可选择60mm的心轴，即心轴约等于2 倍的弯曲半径。其构造如图5所示：

图5 心轴结构

2．成型轴

成型轴是和工作台一起旋转驱使钢筋弯曲成型的构件，一般成型轴孔和心轴孔的距离是一定值，成型轴至心轴的距离随着钢筋和心轴直径的变化而变化，所以为了更好的调节心轴、钢筋和成型轴三者之间的间隙，有时可在成型轴上加一个偏心套。一般将成型孔和心轴孔设计相同，成型轴直径定为80mm。 3．挡铁轴

挡铁轴是阻止钢筋随着成型轴旋转的附件，其插在挡铁插座上。挡铁轴可用一般心轴代替，为了便于钢筋弯曲时，钢筋和挡铁轴不发生摩摖，直接让偏心套环绕挡铁轴旋转，可在挡铁轴上加一个偏心套即可。 4．分离式挡板

钢筋挡架是在弯曲钢筋弯时，防止钢筋发生向上拱曲，使钢筋成型正确。钢筋挡架是分离式挡板可变挡架，其图如下：

分离式挡板上后挡板的长短是可调的，楔铁紧一点，挡距变小，楔铁松一点，挡距变大，使用灵活方便的挡架支撑杆是可调的，当钢筋弯曲粗钢筋时，将挡杆缩短，弯曲细钢筋时，将挡杆调长，使挡架的挡板紧贴钢筋，当钢筋成型后，工作盘反转，超过起始位置时，挡架的挡板钩能从挡柱体上滑脱，使挡架离开工作盘，避免损坏设备。

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图6 分离式挡板

3.1.2结构及工作原理

该机的台面系统为弯曲钢筋的结构和工作原理系统，根据所弯钢筋直经的大小，首先通过手轮使插入座横向位移，调整挡料装置与心轴之间的距离，使钢筋能顺利进入。工作盘上有9个孔，中心孔用来插心轴，周围的8个孔用来插成型轴。工作盘外的插入孔上插有挡铁轴。它由电动机带动蜗杆减速器旋转，蜗杆减速器通过齿轮传动，再带动工作盘旋转。当工作盘旋转时，中心轴和成型轴都在转动，由于中心轴在圆心上，圆盘虽在转动，但中心轴位置并没有移动；而成型轴却围绕着中心轴作圆弧转动。如果钢筋一端被挡铁轴阻止自由活动，那么钢筋就被成型轴绕着中心轴进行弯曲。通过调整成型轴的位置，可将钢筋弯曲成所需要的形状。改变中心轴的直径(16、20、25、35、45、60、75、85、100 mm)，可保证不同直径的钢筋所需的不同的弯曲半径。在工作盘的圆周上有燕尾槽是安装碰块之用，并在工作盘的圆周上标有360的刻度线，根据钢筋所需的弯曲角度，选择相应的角度，调整碰块的位置;当弯曲钢筋时，碰块与行程开关接触，通过行程开关使电动机达到正转和反转，实现钢筋弯曲的一次循环。送料滚装在台面的两侧，送料有力，防止台面拉伤。 3.1.3 工作过程

钢筋弯曲机的工作过程如图所示。将钢筋放在工作盘的心轴和成型轴之间，开动弯曲机使工作盘转动，当工作盘转动到一个位置时，成型轴也跟随一起转动，由于钢筋一端被挡铁轴挡住不能自由运动，成型轴就迫使钢筋绕着心轴弯成相应的角度，如果工作盘继续旋转，成型轴也就跟随旋转。用倒顺开关使工作盘反转，成型轴回到起始位置并卸料，即一根钢筋的弯曲结束。不同直径的钢筋其弯曲半径一般是不同的，为了弯曲各

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种直径钢筋，在工作盘中间孔中换不同直径的心轴，并选择成型轴在工作盘的位置和挡铁轴的位置即可。该弯曲机的通用性强，结构简单，操纵方便，可将钢筋弯曲成各种形状和角度。

（a）装料 （b）弯90 （c）弯180 （d）回位 1—心轴 2—成型轴 3—挡铁轴 4—钢筋 5—工作盘

钢筋弯曲机工作过程

3.1.4 工作盘的设计

钢筋受力情况及与计算有关的几何尺寸标记见图。设弯曲钢筋所需弯矩：

MTFrL2FsinL0sinFL0sin2

式中F为拨料柱对钢筋的作用力；Fr为F的径向分力；a为F与钢筋轴线夹角。当MTL1/L0)，L1一定、L0越大则a一定、a越大则拨料柱及主轴径向负荷越小；arccos(越大。因此，若想提高弯曲机的工作能力，则应加大弯曲机的工作盘的直径，增大拨料柱中心到主轴中心距离

L0。

根据工作需求，初步设计钢筋弯曲机的工作盘尺寸为：直径345mm， L1=88mm。

L0124.45mm。

则 aarccos(L1/L0)arccos(88/124.45)45。

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1—工作盘 2—中心柱套(直径D) 3—拨料柱(直径d)

4—挡料柱 5—钢筋(公称直径d) 6—插入座

3.2 弯矩的计算

钢筋最大弯曲力矩的计算 Mmax=(k1+k0/2Rx)W式中

Kt=1.7（对圆断面），为形状系数； W为钢筋抗弯截面模量； k0=E'/s，

s

(2-1)

E'为塑性模量；k0=11.6

σs钢筋屈服强度； Rx=R/d，( R为钢筋的最小弯曲半径（R=1.75d）,d为被弯曲钢筋的直径。)

查找《机械设计手册》，可知： σs =353Mpa Eˊ=0.5E

所以：

Mmax=(k1+k0/2Rx)Ws =（1.7+11.6/2×1.75）×0.1×403×235×103=77.9 Nm

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3.3 电动机的选择

电动机选用Y系列三相异步电动机，额定功率Ae3(KW)；额定转速

ne1430r/min。其电动机的型号为Y100L2—4。由表3－3查的电动机中心高H＝

100mm，轴伸出部分用于装联轴器轴段的直径和长度分别为D=28mm和E=60mm。 表1；其技术参数： 型 号 额定功率 /kW 满载时 额定电流/A 转速 /r.min 额定转矩 最大 转矩 重量/kg Y100L2-4

3 8.8 1430 2.2 2.3 38 表2；其安装尺寸： 机座号 H 100L

A 160 B 140 C 63 安装尺寸 D E F 8 G 24 K 12 10000.5 0.00960 280.004 3.4计算传动装置的运动和动力参数

总传动比inm1440180。 n48本次设计为多级传动，i=i1i2i3i4

在已知总传动比要求时，如何合理选择和分配各级传动比，要考虑以下几点：

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1）各级传动机构的传动比应尽量在推荐范围内选取。 2）应使传动装置结构尺寸较小，重量较轻。

3）应使各传动件尺寸协调，结构匀称合理，避免干涉碰撞。

由表13-2可知普通V带的传动功率适中，单级传动比为2-4，这里我们选取i1=2.6。蜗杆传动但级传动比为10-40，取i4=20。 i2i3=

1803.46。取i2=1.4， i3=2.5

2.620综上取

i1=2.6， i2=1.4， i3=2.5， i4=20. 则： 1、各轴转速

电动机轴为0轴，减速器高速轴为1轴，中速轴为2轴，低速轴为3轴，蜗杆轴为4轴，则各轴转速分别为：

n0nm1430r/min

n01430n1550r/min

i12.6n1550n2392.9r/min

i21.4n2392.9n3157.1r/min

i32.5n4n3157.17.9r/min i4202、各轴输入功率

查《机械设计课程设计》表2-4得：V带传动效率1=0.96，圆柱齿轮传动效率为

2=3=0.97蜗轮蜗杆传动效率4=0.73，

p0ped3kw

p1p1130.962.88kw

p2p1252.880.970.992.76kw

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P3=P2352.760.970.992.65kw P4=P3452.650.730.991.92KW 3各轴转矩

T09550p03955020.03Nm n01430p12.88T19550955050Nm

n1550T29550T39550T4=9550

p22.76955067.09Nm n2392.9p32.659550161.09Nm n3157.1P41.9295502321.01Nm n47.9

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4 V带传动设计

V带的设计计算

电动机与齿轮减速器之间用普通V带传动，电动机为Y100L2-4，额定功率P=3KW，转速n1=1430r/min,i=2.6，每天工作16个小时。 1设计功率

根据工作情况由表8-7得工作情况系数KA=1.2. Pca=KAP=1.23=3.6KW 2选定带型

根据Pca=3.6KW，n1=1430r/min，由图8-11查得选择A型。 3确定带轮的基准直径dd1，并验算带速

1）初选小带轮的基准直径dd1,由表8-6和8-8，取小带轮的基准直径dd1=98mm。 2）验算带速v。v=

dd1n16010009814306010007.34m/s

因为5m/s3）

计算大带轮的基准直径。根据式子8-15a，计算大带轮的基准直径dd2

dd2idd12.6982.8mm

根据表8-8，圆整为dd2=250mm。 4确定V带的中心距a和基准长度Ld 根据式子8-20，初定中心距a0=500mm。 由式子8-22计算带所需的基准长度

(dd2dd1)2(25090)2Ld02a0(dd1dd2)[2500(98250)]1559mm

24a024500由表8-2选带的基准长度Ld=1600mm 3)按式子8-23计算实际中心距a。 4)aa0LdLd016001559500520.5mm 225验算小带轮上的包角1

11800(dd2dd1)6计算带的根数z

57.357.31800(25098)1.20900 a550

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1）计算单根带的额定功率Pr

由dd1=98mm和n1=1430r/min，查表8-4a得P0= 1.31KW

根据n1=1430r/min，i=2.6和A型带，查表8-4b得P0=0.17KW。 查表8-5得K=0.955，查表8-2 得KL=0.99，于是 Pr=（P0+P0）KKL=(1.31+0.17)0.9550.99KW=1.4KW 2)计算带的根数z

zPca3.62.57 Pr1.4取3根。

7计算单根V带的初拉力的最小值(F0)min

由表8-3得A型带的单位长度质量q=0.1kg/m,所以

(F0)min=500(2.5K)Pca(2.50.955)3.6qv25000.17.342137.6N

Kzv0.95537.34应使带的实际初拉力F0.>(F0)min 8计算压轴力Fp

压轴力的最小值为（Fp）min=2z(F0)minsin

1223137.6sin1.2817.8N。 2

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5 齿轮的设计

5.1高速级齿轮传动的设计计算 １． 齿轮材料，热处理及精度

选用直齿圆柱齿轮，工作寿命15年（每年工作300天）两班制。 材料：

高速级小齿轮选用40Cr调质，齿面硬度为 Hlin1620Mpa,FE1480Mpa

高速级大齿轮选用45Cr调质，齿面硬度为Hlin2600Mpa,FE2460Mpa

N160n1jLh605111(2830015)2.21109

N2.210921.31.7109

由表10-19取解除疲劳寿命系数KHN1=0.92,KNH2=0.94, 由表10-18得KFN1= 0.85 ,KFN2=0.88

取失效概率为1%，安全系数S1，SF=1.25 [Hlim1KNH1H1]=S6200.921570.4MPa [Hlim2KNH2H2]=S6000.945MPa [FE1KFE14800.85F1]=

SF1.25326.4MPa

[FE2KFN24600.88F2]=SF1.25323.8MPa

2. 齿轮精度

按GB/T10095－1998，选择8级 3.初步设计齿轮传动的主要尺寸

250HBS 220HBS

，

，

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高速级传动比i21.3，高速轴转速n1550r/min传动功率P12.88kw 取载荷系数（表10-2）KA= 1.5 齿宽系数（表10-7）d0.5

P2.881T9.55109.5510510Nmm 小齿轮上转矩1n15506

取ZE1.8(表10-6)，ZH2.5

3d132KT1u1ZHZE2()du[H]21.551041.311.82.52()

0.51.3572.2mm齿数Z123，则Z21.42332.2，取Z2=33，则实际传动比

z233i21.43

z123模数md172.23.14 Z123齿宽bdd10.573.936.1mm 取B240mm,B145mm

按表4-1取m3.5mm，d1233.580.5mm，d2333.5115.5mm 中心距a

4.验算齿轮弯曲强度

齿形系数YFa12.69，YSa11.575

d1d298mm 2YFa22.52，YSa21.625

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F12KTY1Fa1YSa1bm2z21.551042.691.575 403.522356.4Mpa[F1]326.4MpaYFa2YSa2F1YFa1YSa1F256.42.521.625 2.691.575.5Mpa[F2]323.8Mpa安全

5.小齿轮的圆周速度

3.1480.5550v2.32m/s

6000060000对照表11-2 可知选用8级精度是合适的

（二）低速级齿轮传动的设计计算

1.齿轮材料，热处理及精度 材料：

小齿轮选用45钢调质，齿面硬度为 260HBS ，Hlin1600Mpa,FE1470Mpa 大齿轮选用45钢调质，齿面硬度为 240HBS， Hlin2580Mpa,FE2460Mpa 由表11-5，取SH1.1,SF1.25,

KHN1=0.92,KNH2=0.94 KFN1= 0.85 ,KFN2=0.88 [H1] =[H2] =[F1] =

n1d1Hlim1KNH1SH6000.92501.8MPa

1.1Hlim2KNH2SHSF5800.94495.6MPa

1.1FE1KFN14700.85319.6MPa

1.25

毕业设计说明书 第 20 页

[F2] =

FE2KFN2SF4600.88323.84MPa

1.252. 齿轮精度

按GB/T10095－1998，选择8级

3.初步设计齿轮传动的主要尺寸

高速级传动比i32.5，高速轴转速n2392.9r/min传动功率P22.76kw

1.5齿宽系数（表11-6）d0.8

齿轮按8精度制造。取载荷系数（表11-3）K6T9.5510小齿轮上转矩1P22.769.551066.78104Nmm n2392.9取ZE1.8((表11-4)，ZH2.5

3d132KT1u1ZHZE2()du[H]21.56.781042.511.82.52()

0.82.95.668.8mm齿数z116，则z22.51640，则实际传动比i3z2402.5 z116d168.84.3mm 模数mZ116齿宽bdd10.868.855.04mm 取b255mm,b160mm

按表4-1取m4.5mm，d1164.572mm，d2404.5180mm 中心距a

d1d2126mm 2

毕业设计说明书 第 21 页

4.验算齿轮弯曲强度

齿形系数YFa12.80，YSa11.55

YFa22.28，YSa21.73

2KTY1Fa1YSa1F1bm2z21.56.781042.801.55 553.521681.9Mpa[F1]319.6Mpa

F2YFa2YSa2F1YFa1YSa181.92.281.73安全 2.801.5594.02Mpa[F2]323.84Mpa5.齿轮的圆周速度

3.1468.8392.9v1.42m/s

6000060000对照表11-2 可知选用8级精度是合适的。

n1d1

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6 蜗轮蜗杆的设计

已知输入功率P=2.71KW，蜗杆转速n3=157.7r/min,传动比i4=20，要求寿命Lh=12000h。

1 选择蜗杆传动类型

根据GB/T10085-1988的推荐，采用阿基米德蜗杆（ZA）。 2选择材料

考虑到传动功率不大，速度中等，故选择45钢。蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为45-55HRC。蜗轮用ZCuA110Fe3，金属模铸造。为了节约贵重的有色金属，仅齿面用青铜制造，而轮芯用灰铸铁HT100制造。 3 按齿面接触疲劳强度进行设计

根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强度。

（1）确定作用在蜗轮上的转矩 Z1=2

T49.55106P2.650.759.551062.5106Nmm n3/i4157.1/20（2）确定载荷系数

取载荷分布不均匀系数K=1.3，由表11-5选取使用系数KA=1.15，动载荷系数

Kv=1.15

K=KAKKv=1.151.31.151.72 （3）确定弹性影响系数ZE

因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和蜗杆相配，ZE=160MPa （4）确定接触系数Zp

先假设蜗杆分度圆直径d1和传动中心距a的比值d1/a =0.35,从图11-18中可查Zp=2.9.

（5）确定许用接触应力[H] 蜗轮的基本许用应力[H]，=268MPa 应力循环次数N=60jn2Lh=601157.1120005.66106

20

12

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710寿命系数KHN=81.0737 65.6610[H]=KHN[H]，=1.0737268=288MPa （6）计算中心距

a3KT4(ZEZP[H]31.722.5106(1602.9)190.633mm 288取中心距a=200mm，因i=20，所以从表11-2中可得蜗杆分度圆直径d1=80mm，这时d1/a=0.4

4蜗杆和蜗轮的主要参数和几何尺寸 （1）蜗杆

轴向齿距Pa=25.133mm，直径系数q=10，齿顶圆直径da1=96mm，齿根圆直径df1=60.8mm，

。,36,,，蜗杆轴向齿厚sa=12.5mm 分度圆倒程角=1118（2）蜗轮 蜗轮齿数z2=40。

蜗轮分度圆直径d2=mz2=840=320mm 蜗轮喉圆直径da2=d2+2ha2=320+28=336mm

蜗轮齿根圆直径df2=d2-2hf2=320-21.28=300.8mm

11蜗轮咽喉母圆半径rg2=a-da220033632mm

225校核齿根圆弯曲疲劳强度 当量齿数zv2=

z242.42 3cos根据zv2=42.42，从图11-19中可查齿形系数YFa2=2.87 螺旋角系数

Y111.31=1-=0.9192。 140140由表11-8可得[F]，=90MPa，KFN=0.4 许用弯曲应力[F]=[F]，KFN=57.96MPa

1.53KT21.531.722.5106FYFY2.870.919248.2MPa

d1d2ma2803288弯曲强度满足要求

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7 轴的设计

7.1 Ⅰ轴的设计

1材料：选用45号钢调质处理。查课本第230页表14-2 C=112

P=2.88kw。 T11=50N.m n1=550r/min

P12.8819.41123。 19.4n15502各轴段直径的确定：dminC3进行结构设计

(1): 拟定轴上零件的装配方案

(2): 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度

①: 轴向定位要求1-2轴段右端要求制出一轴肩，取L1=55 ， 且d132.

②: 考虑到主要承受径向力，轴向也可承受小的轴向载荷。当量摩擦系数最少，在高速转时也可承受纯的轴向力，工作中容许的内外圈轴线偏斜量（8`-16`）大量生产价格最低，固选用深沟球轴，选6007。查手册可知d2=39（mm），l2=30（mm)，3-4段安装轴承，左端用轴端挡圈定位，右端用轴肩定位，按轴端直径取挡圈直径D=38（mm）。3-4段的直径错误!未找到引用源。 ，错误!未找到引用源。。d3=40,l3=20因为5-6段轴也要安装一个相同轴承，故d5错误!未找到引用源。=40（mm），l5错误!未找到引用源。=20(mm) 。③: 6-7段轴没有什么与之相配合的零件，但是其右端要有一个轴肩以使轴承能左端轴向定位，错误!未找到引用源。6=39（mm）；又因为根据减减速器的整体方案，此段轴设计时长度应该长一些，故取错误!未找到引用源。6=67（mm）。

④: 4-5段轴没有什么与之相配合的零件，但是其左端要有一个轴肩以使轴承能右端轴向定位，错误!未找到引用源。4=48（mm），由于5-6段轴的直径较大，所以做成连轴齿，分度圆d=45(mm) 已知齿轮的轮毂的宽度为55（mm），所以错误!未找到引用源。5=55（mm）。d7=35,l7=32. 各段直径和长度如下：

毕业设计说明书 第 25 页

Ⅱ 39 30 Ⅲ 40 20 Ⅳ 48 55 Ⅴ 40 20 Ⅵ 39 67 Ⅶ 35 32

直径 长度 Ⅰ 32 55 示意图：

画受载简图:

作用在齿轮上的 圆周力为： Ft12T1250286N d1351863tg20678N20径向力为：Fr1Ft1tg286*tg=104N

作用在轴1带轮上的外力：

Ft22T1246585Ft2tgtg20120N20 286N Fr2330N330286* tg=104N

d2282求垂直面的支反力： RBVl1Ft1l1l2552861182Nmm101N 185 RAVFt1RBV5530求水平面的支承力：

RBHl1Fr1l1l255104Nmm-6625N 6729N RAHFr1RBH43085求选定截面的弯矩，并画弯矩图。 截面I的弯矩：

MIHRAHl14304720210Nmm6625*55=3375N.m MIVRAVl15555N.m 118247555Nmm22MIMIHMIV=3417N.m

毕业设计说明书 第 26 页

截面II的弯矩：

MIIHRAHl3Fr120=9258N.m

MIIVRAVl3Ft12011826318632037206Nmm16355N.m

22=1032861 N.m MIIMIIHMIIV

弯矩和扭矩图：

画当量弯扭图（弯扭合成）

传动的扭矩T等于常数，有轻微振动，单向传动，取0.3

MIeMI2(T)2 63012 N.m 157953N.mm2MIIeMII(T)21602 N.m 83606N.mm

毕业设计说明书 第 27 页

16026301259722153286A

当量应力的计算:

对于界面I，由于和齿轮周向固定，有键槽，计算轴径降低4% 确定[1b]:

轴径d=35,由设计手册查得，轴承代号为6307，D=72,B=19,

7.2 Ⅱ轴设计 同轴Ⅰ，尺寸如下： Ⅰ

直径 35

长度 25

示意图：

BⅡ 48 55 Ⅲ 40 20 Ⅳ 48 55 Ⅴ 40 20 Ⅵ 39 35 Ⅶ 35 52

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7.3主轴的设计 同上得主轴尺寸

示意图如下：

直径 长度 Ⅰ 74 65 Ⅱ 80 75 Ⅲ 73 102

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结论

21世纪是一个创新的时代，随着我国经济建设的高速发展，钢筋混凝土结构与设计概念得到不断创新，高性能材料的开发应用是预应力混凝土技术获得高速而广泛的发展，在钢筋混凝土中，钢筋是不可缺少的构架材料，而钢筋的加工与成型直接影响到钢筋混凝土结构的强度、造价、工程质量以及施工进度。所以，钢筋加工机械是建筑施工中不可缺少的机械设备。随着机械自动化的发展，钢筋弯曲机的应用将会越来越广。

本次毕业设计通过自身的努力和学习，以及指导老师的细心指导，不仅使我强化了自己的建筑机械知识和电路控制理论，更加熟练的操作AutoCAD绘图软件。使我认识到了机电一体化的结合在机械中的重要性。机电结合实现了机器的全自动化、高效率、高质量的发展。而且深切的体会到要把所学的知识理论变成可实际应用的系统时所面对的种种难题，认识到提高运用知识、解决实际问题的能力是十分重要的。

当然，由于时间和设计经验的不足，本次毕业设计必然有很多不足和错误之处，希望各位老师给予指点。

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参考文献

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