毕业设计-钢筋弯曲机设计

毕业设计-钢筋弯曲机设计 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 本科毕业设计论文 设计题目 钢筋弯曲机设计 学 院 机械与电气工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 机械103 学 号 1007200095 学生姓名 陈上富 指导教师 王一军老师 2014年 5 月 15 日 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 摘要 钢筋弯曲机是现在建筑行业最主要的工程机械之一，主要用于弯曲各种型号 钢筋以满足建筑工地施工。现有的钢筋弯曲机主要是采用“带-两级齿轮-蜗轮蜗杆” 的传动方式，其弊端在于蜗轮蜗杆传动效率不高，加工难度大。此次设计的钢筋弯 曲机针对直径在30mm以下的钢筋，设计采用了“带-三级齿轮”传动 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，可以大大 提高钢筋弯曲机的传动效率。本设计还对现有钢筋弯曲机的工作盘进行改良，使满 足现有钢筋弯曲机对钢筋弯成不同角度的同时，还可以对钢筋弯成不同直径的弧形， 以更大的满足建筑工地对钢筋弯曲成不同形状的要求。 关键字 钢筋弯曲机;三级齿轮;工作盘; ABSTRACT Steel bar bender is one of the most significant engineering machineries in architecture nowadays, which is applied to bend various types of rebar to cater for the construction in building sites. The existing steel bar benders mainly adopt the driving method of two-stage gear and worm, but its disadvantage lies in the low driving efficiency of the gear and worm as well as the difficult process. Thus, this design of the steel bar bender aimed at the rebar under 30mm in diameter utilizes the driving approach of three-stage gear and worm, which helps improve the transmission efficiency a great deal. In this design, the working plate of steel bar bender is improved so well that it can not only satisfy the different bending angles of rebar that the existing steel bar bender requires but also make rebar become arcs of different diameters to meet the demand that rebar can be bent into different shapes in architecture sites. KEY WORDS steel bar bender; three-stage gear; working plate 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 目 录 1.前 言 ...................................................................................................................... 1 2.系统工作原理及传动方案选择 .............................................................................. 1 2.1 钢筋弯曲机的工作框图 ................................................................................ 2 2.2钢筋弯曲机的工作原理 ................................................................................ 2 2.3钢筋弯曲机传动方案选择 ............................................................................ 4 2.3.1典型的钢筋弯曲机传动方案 .............................................................. 4 2.3.2钢筋弯曲机的传动效率 ...................................................................... 5 2.3.3传动效率的比较.................................................................................. 6 3.主参数确定及结构设计计算.................................................................................. 6 3.1钢筋弯曲受力分析 ....................................................................................... 6 3.2弯矩计算及电机选择 ................................................................................... 7 3.2.1弯矩计算 ............................................................................................. 7 3.2.2电动机选择 ......................................................................................... 8 3.3主参数确定 ................................................................................................... 8 3.4V带轮设计 .................................................................................................. 10 3.5齿轮设计 ..................................................................................................... 12 3.5.1第一级齿轮传动设计 ........................................................................ 13 3.5.2第二级齿轮传动设计 ........................................................................ 16 3.5.3第三级齿轮传动设计 ........................................................................ 20 3.6轴的设计 ..................................................................................................... 24 3.6.1轴II的设计....................................................................................... 24 3.6.2轴III的设计 ..................................................................................... 27 3.6.3轴IV的设计 ..................................................................................... 31 3.6.4主轴的设计 ....................................................................................... 34 3.7滚动轴承选择及校核计算 .......................................................................... 37 3.7.1轴II轴承计算 ................................................................................... 37 3.8键的校核 ..................................................................................................... 38 3.8.1轴II的键校核 ................................................................................... 38 3.8.2主轴的键校核 ................................................................................... 39 3.9工作台简图设计 ......................................................................................... 39 4.结论 ...................................................................................................................... 41 参考文献 ................................................................................................................. 42 致谢 ......................................................................................................................... 43 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 钢筋弯曲机设计 1.前 言 随着我国建筑行业这几年的飞速发展，建筑机械类行业也伴随快速发展，钢筋弯曲机、钢筋弯箍机、钢筋弯弧机、钢筋调直机、切断机等等一系列建筑机械应用十分广泛。目前在工程应用上使用的比较广泛的是国产GW40型钢筋弯曲机，它的主要特点是构造简单、适用性比较强，可以把直径在40mm以下的建筑钢筋弯弯曲成不同的角度。现如今我国对钢筋弯曲成形的技术也有了比较高的水平，钢筋弯曲机已经出现了多种型号和弯曲类型，如由中国建筑科学研究院建筑机械化研究所与沈阳市建筑施工机械厂共同研制的GW32型，GW40型钢筋弯曲机，,1986年11月相继在沈阳和合肥通过了部级技术鉴定，这两种新型的钢筋弯曲机都是在参照国外样机的基础上并结合我国的具体国情研制成功的换代新产品，其中GW32弯曲机填补了我国钢筋弯曲机系列产品的空白。 但现有的钢筋弯曲机大多数是手动或者半自动，而且功能单一，只能将钢筋弯曲成不同的角度，不能很好的满足建筑需求，而且现有的钢筋弯曲机几乎都是采用典型的“带-两级齿轮-蜗轮蜗杆”的传动方式，传动效率低下，能源耗损严重。此次设计的钢筋弯曲机主要在传动方式上做了个改进，采用了“带-三级齿轮”的传动方式，大大的提高了传动效率，减少能耗，同时也减少了加工难度。除此之外还对现有的钢筋弯曲机的工作盘进行一定的设计改进，变得简单实用并且具有通用性，除了可以把不同直径的钢筋弯曲成所需角度，同时也可以通过工作盘的调节，把钢筋弯成不同直径的弧形，解决了以往钢筋弯曲机功能单一的问题，不用再购置钢筋弯弧机类似机器，造成资源资金的浪费。 2.系统工作原理及传动方案选择 1 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 钢筋弯曲机是建筑行业中使用最为广泛的建筑机械之一，它主要利用电动机传动的扭矩，通过工作盘将钢筋弯曲成不同角度。典型的钢筋弯曲机的传动方式都是二级齿轮+蜗轮蜗杆的传递方式，传动效率低下。改变钢筋弯曲机的传动方式，提高传动效率，是本次设计的着重点之一。 2.1钢筋弯曲机的工作框图 本设计的钢筋弯曲机主要由控制设备、电动机、带轮、减速箱和工作台几部分组成，其中减速箱由三级齿轮组成。 控制设备 工作台 带 轮 减 速 箱 电动机 图2-1 工作框图 2.2钢筋弯曲机的工作原理 钢筋弯曲机的工作机构是一个安装在垂直的主轴上旋转的圆盘，如图2-2所示，把钢筋放在下图中虚线的位置，挡料支承销轴固定在机床上，中心轴和压弯轴安装在工作圆盘上，主轴转动带动工作圆盘转动，将钢筋弯曲。为了适用于不同直径的钢筋， 在工作圆盘上多开几个孔，用来插弯曲轴，也可以换成不同直径的中心轴，以达到弯曲不同直径钢筋的目的。 2 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 [1] 图2-2 工作原理图 当想把钢筋弯成弧形时，可以在工作盘上插上一个圆盘(如下图2-3)，调节燕尾槽的滑动体，钢筋通过两个套筒，随着圆盘的转动，可以把钢筋弯成弧形，调节 [1][2]滑动体，可以实现弯曲成不同形状的钢筋弧形。‘’ 燕尾槽 滑动体 圆盘 套筒 图2-3 改造后工作台原理图 设两套筒轴心的连线与圆盘切线的距离为L,d为钢筋直径,R为弧形钢筋的曲线半径。可由勾股定理解出。 222(R+d+r)=(L/2)+(R一x) 22x,R-(R，d，r)-(L/2), 这样,要加工成型任意弧度的弧形钢筋,只需通过调节滑动体调整x距离即可, 3 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 L r x d R 图2-4 公式推算简图 2.3钢筋弯曲机传动方案选择 2.3.1典型的钢筋弯曲机传动方案 [3]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2-5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2-6。 [4]图2-5 蜗轮蜗杆传动 4 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 [4] 图2-6 全齿轮传动 2.3.2钢筋弯曲机的传动效率 [4]在计算钢筋弯曲机的传动效率的两种传动方式时，为了更方便的分析比较，略去带传动及各支承轴承处的效率损失。 (1)蜗轮蜗杆传动 蜗轮蜗杆传动的效率 η=ηηη 123 式中， η为第1级齿轮传动效率，取0.98; η为第2级齿轮传动效率，取0.98;η123为蜗杆传动效率，这是本文分析的关键，而 η=ηηη 3313233 式中，η为搅油及溅油效率,它与装油量、回转件转速和浸油深度等有关，取0.96;31 η为轴承效率，在此不计功率损失;η为蜗轮螺旋副啮合效率。 3233 当蜗杆主动时 η=tanγ /tan(γ +ρν) 33 -1式中,，γ 为分度圆柱导程角，ρν为啮合摩擦角，由啮合摩擦系数μ确定,即ρν=tanμ 大多数生产厂家的蜗杆采用45#钢，蜗轮采用灰铸铁(或球铁)，而导程角12?左右，蜗杆的分度圆直径d=76 mm左右，其蜗轮蜗杆 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面的滑动速度 V=π×d×n /(6×104)。代入相关参数计算得V?0.598 m/s。 ss 根据机械设计 手册 华为质量管理手册 下载焊接手册下载团建手册下载团建手册下载ld手册下载 表23.5—14有ρν?5?43′ 5 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 η=tan12?/tan(12?+5?43′)?0.66。故η=0.96×0.66=0.639, 333 即η=0.98×0.98×0.639=0.61。 (2)全齿轮传动 全齿轮传动的效率 η=ηηη 123 , η、η、η分别为第1，2，3级齿轮传动的效率,均取为0.98，则 式中123 η=0.94. 2.3.3传动效率的比较 [5]通过两种传动方案的比较，蜗轮蜗杆的传动主要有以下几点不足:1)蜗轮蜗杆传动效率比较低，只是全齿轮传动的65%，,;2)由于蜗轮蜗杆啮合面间存在相当 )蜗轮蜗杆的加大的滑动速度，故齿面容易产生磨损和发热,对润滑条件要求较高;3工较困难,不适合批量生产;4)因为弯曲机的工作强度和工作时间都比较高，蜗轮比较容易磨损，尤其是在缺少润滑的情况下,蜗轮很快就磨损失效，当更换蜗轮时互换性不好，更换较困难。 所以传动方案的话，选择一级带传动、三级齿轮传动。 3.主参数确定及结构设计计算 这一章通过对钢筋的受力分析确定所需的最大扭矩，从而确定钢筋弯曲机的各参数，然后进行钢筋弯曲机的结构设计及计算。 3.1钢筋弯曲受力分析 [6]钢筋的受力情况如下图3-7，设弯曲钢筋所需弯矩: 2 M,F，L,Fsin,Lsin,,FLsin,1244 式中:F为拔料杆对钢筋的作用力，F为F的径向分力，α为F与钢筋轴线夹角 1 6 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 当M一定时，α越大则拔料杆及主轴径向负荷越小;α=arcos(L/L)，当L 越大时，344α就越大; 因此，弯曲机的工作盘应加大直径，增大拔料杆中心到主轴中心距离L4 图3-1 钢筋受力分析图 1.挡料杆 2.钢筋(直接为D) 3.插入座 4.工作盘 5.中心轴 6.拔料杆 3.2弯矩计算及电机选择 3.2.1弯矩计算 [7]根据钢筋弯曲机弯曲钢筋扭矩计算公式 (1)按Ф30螺纹钢筋公称直径计算 M=KWσ01s 3式中，M为始弯矩，W为抗弯截面模数，W=πd/32，K为截面系数，对圆截面01 2K =16/3π=1.7;对于25MnSi螺纹钢筋σ=335(N/mm),则得出始弯矩M=1508.8(N?m) 1s0 (2)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=(K+K/2R)Wσ10xs 式中，K为强化系数，K=E/δ =2.1/δ=0.21/0.14=1.5, δ为延伸率，25MnSi的00pppδ=14%，R=R/d,R为弯心直径，R=3 d则得出终弯矩 M=1731.1(N?m) ，px00 7 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 (3)钢筋弯曲所需弯矩 M=[(M+M)/2]? K=1701(N?m) t0 式中，K为弯曲时的滚动摩擦系数，K=1.05 3.2.2电动机选择 由功率扭矩关系公式 A=T?n/9550=3KW, 0 =16.8 n 考虑到部分机械效率η=0.8，则电动机最大负载功率 A= Aη=3/0.8=3.75(KW) 0/ 电动机选用Y系列三相异步电动机，型号为Y112M-4，额定功率P=4KW，转 速n=1440r/min 1 3.3主参数确定 (1)传动比分配 设减速器输入轴转速n=514r/min，皮带轮的传动比 1 i=1440r/min/514r/min=2.8 0 [8]三级齿轮传动比的分配，根据文献《三级齿轮传动最佳传动比配比的研究》 得出各级传动比的最佳分配为: 1/7i=(4i) 1 22i= i / 21 22i = i / 32 根据输出转速为16.8r/min 总传动比i=514/16.8=30.6，所以 1/7i=(4i)=1.987 1 22i= i /=2.792 21 22i = i /=5.512 32 所以选最后取整i=2, i=2.8, i=5.5即可满足精度要求. 111 (2)计算各轴转速 n=n电机=1440r/min I 8 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 n=n/i=514.3=1440/2.8=514.3(r/min) 带III1 n=n/i/2=257.15(r/min) IIIII n=n/i=257.15/2.8=91.84(r/min) ?II1 n=n/i=91.84/5.5=16.7(r/min) ?II1 (3)计算各轴的功率 P=P=3.75KW 工作I P=P×η=3.75×0.96=3.6KW 带III P=P×η×η=3.6×0.98×0.96 轴承齿轮IIIII =3.39KW P=P×η×η=3.39×0.98×0.96 轴承齿轮?? =3.19KW P=P×η×η=2.55×0.98×0.96 轴承齿轮?? =3KW (4)计算各轴扭矩 T=9550P/n=9550×3.75/1440 III =24.87N?m T=9550P/nIIIIII =9550×3.6/514.3 =66.85N?m T=9550P/n=9550×3.39/257.15 IIIIIIIII =125.9N?m T=9550P/n=9550×3.19/91.84 ??? =331.7N?m T=9550P/n=9550×3/16.7 ??? =1715.56N?m 9 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 表3-1 各轴的运动参数 传动比i 轴名 功率P(kw) 转矩T () 转速n(r/min) Nm, 3.75 24.87 1440 I轴(电机轴) 3.60 66.85 514.3 2.8 II轴 3.39 125.9 257.15 2 III轴 3.19 331.7 91.84 2.8 IV轴 3 1715.56 16.7 5.5 V轴 3.4V带轮设计 (1)确定计算功率 设带轮每天工作大于16小时 [9] 由《机械设计》P156表8-7得:工作情况系数k=1.2 A 计算功率P=KP=1.2×3.75=4.5KW CA P为所需传递的额定功率 (2)确定V带带型 根据P 、由《机械设计》P157图8-11得:选用A型V带 C (3)确定带轮基准直径，并验算带速 由《机械设计》p155表8-6得，推荐的小带轮基准直径为75~100mm。 则取d=100mm>dmin=75 d1 d=n/n?d=1440/514×100=280.15mm d212d1 由《机械设计》P157表8-8，取d=280mm d2 实际从动轮转速n’=nd/d=(1440×100)/280 21d1d2 =514.3r/min 转速误差为:n-n’/n=514.3-514/514 222 =-0.0006<0.05(允许) 带速V:V=πdn/60×1000 d11 =π×100×1440/60×1000 =7.536m/s 在5~25m/s范围内，带速合适。 10 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 (4)确定带长和中心矩 根据《机械设计》P152式(5-14)得 0. 7(d+d)?a?2(d+d) d1d20d1d2 0. 7(100+280)?a?2×(100+280) 0 所以有:266mm?a?760mm 0 由《机械设计》P158式(8-22)得: L=2a+1.57(d+d)+(d-d)/4a 00d1d2d2d10 2 =2×500+1.57(100+280)+(280-100)/(4×500) =1612.8mm 根据《机械设计》P146表(8-2)取L=1600mm d 根据《机械设计》P158式(8-23)得: a?a+(L-L)/2=500+(1600-1612.8)/2 0d0 =500-6.4 =493.6mm (5)验算小带轮包角 00α=180-(d-d)/a×57.3 1d2d1 00 =180-(280-100)/493.6×57.3 00 =180-20.9 00 =159.1>120(适用) (6)确定带的根数 根据《机械设计》P152表(8-4a)单根普通v带基本额定功率 P=1.32KW 0 根据《机械设计》P153表(8-4b)单根普通v带基本额定功率的增量 ?P=0.17KW 0 根据《机械设计》P155表(8-5)包角修正系数 Kα=0.95 根据《机械设计》P146表(8-2)长度系数 K=0.99 L 由《机械设计》P158式(8-26)得 11 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 Z=P/P=P/(P+?P)KK CrC00αL =4.5/(1.32+0.17) ×0.95×0.99 =3.21 取根数Z=4 (7)计算轴上压力 由《机械设计》P149表8-3查得q=0.1kg/m，由式(8-27)单根V带的初拉力: 2F=500(2.5- Kα)P/ KZV+qV 0Cα 2 =[500×(2.5-0.95)×3.9/(0.95×3.21×7.54)+0.1×7.54]N =137.14N 则作用在轴承的压力F，由《机械设计》P159式(8-28)p F=2ZFsinα/2=2×3.21×137.14sin159.1/2 p01 =865.84N (8)带轮设计简图 图 3-2 带轮设计简图 3.5齿轮设计 12 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 3.5.1第一级齿轮传动设计 , 选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数 (1)按照设计选用直齿圆柱齿轮传动 (2)考虑钢筋弯曲机为一般工作机器，速度不高，参考《机械设计》p210表10-8，故选用7级精度。 (3)材料选择。由《机械设计》p191表140-1，选择小齿轮材料为40Cr调质，齿面硬度为241~286HBS，取280HBS。大齿轮选用45钢，调质处理，齿面硬度217~255HBS,取240HBS。 (4)选小齿轮齿数z=24，大齿轮齿数z=2×24=48 12 , 按齿面接触疲劳强度设计 由设计计算公式进行试算 2,,,1KTuZE13,, ,2.32,dt1,,,[,]udH,, (d 为设计小齿轮直径;K为计算齿轮强度用的载荷系数;T为小齿轮传递的转矩;φ 为1t1d齿宽系数;u为齿轮传动比;Z为材料的弹性影响系数;[σ]为许用接触应力) EH (1)确定公式内有关参数如下 1)试选载荷系数k=1.3 t 2)计算小齿轮传递的转矩 66T=9.55×10×P/n=9.55×10×3.75/514.3 11 =69633.5N?mm 3)由表10-7，选取齿宽系数φ=1 d 1/2 4)由表10-6查到材料锻钢的弹性影响系数Z=189.8MPaE 5)由图10-21d由齿面硬度查到小齿轮的接触疲劳强度极限 σ =600MPa;大齿轮的机床疲劳强度σ =550MPa Hlim1Hlim2 6)由式10-13计算应力循环系数 9 N=60njL=60×514.3×1×(16×300×15)=2.22×10 11h 99 N=1.48×10 /2=1.11×10 1 (j为齿轮每转一圈时，同一齿面啮合的次数;L 为齿轮的工作寿命，单位为h) h 7)由图10-19取接触疲劳寿命系数K=0.92;K =0.96 HN1HN1 8)计算接触疲劳许用应力 13 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 安全系数s=1由式(10-12)得 [σ]=Kσ /s=0.92×600=552MPa H1HN1lim1 [σ]=Kσ /s=0.96×550=528MPa H2HN2lim2 (2)计算 1)试算小齿轮分度圆直径，代入[σ]中较小值 H 22,,1.3，69633.52，1189.8,1KTuZ,,E133,, =2.32，,=60.286mm ,2.32,d,,t1,,12528,[,]u,,dH,, 2)计算圆周速度v V=πdn/(60×1000)=π×60.286×514.3/(60×1000)=1.62m/s 1t1 3)计算齿宽b b=φd=1×60.286=60.286mm d1t b4)计算齿宽与齿高之比 h dt1模数 m==60.286/24=2.512mm tz1 齿高 h=2.25m=2.25×2.512=5.652mm t b =60.286/5.652=10.67 h 5)计算载荷系数 根据 V=1.62m/s，7级精度，由图10-8查到动载系数K=1.08 v 直齿轮齿间载荷分配系数K=K=1 HαFα由表10-2查到使用系数K =1 A 由表10-4用插值法插得7级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，K=1.422 Hβ b由=10.67，K=1.422查图10-13得K=1.35，所以载荷系数 HβFβh K=KKKK =1×1.08×1×1.422= 1.536 AVHαHβ6)按实际的载荷系数校正所算的分度圆直径，由式(10-10a)得 1.536K33d =d =60.286×=63.733mm 11t1.3Kt 7)计算模数m 63.733d1 m===2.66 z241 , 按齿根弯曲强度设计 14 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 由式(10-5)得弯曲强度的设计公式为 ,,YY2KTFaSa13,,m, 2,,,,,,zF,,d1 (1)确定公式内的各计算数值 1)由图10-20c查到小齿轮的弯曲疲劳强度极限σ =500MPa ;大齿轮的弯曲FE1 强度极限σ =380MPa FE2 2)由图10-18取弯曲疲劳寿命系数K=0.85，K=0.86 FN1FN23)计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S=1.3，由式(10-12)得 K,FN1FE1[σ]==0.85×500/1.3=326.92MPa F1S K,FN2FE2=0.86×380/1.3=251.38MPa [σ]=F2S 4)计算载荷系数K K=KKKK =1×1.08×1×1.35=1.458 AVFαFβ 5)查取齿形系数 由表10-5查到 Y=2.65 ; Y=2.332 Fa1Fa2 6)查取应力校正系数 由表10-5查到 Y=1.58 ; Y=1.692 Sa1Sa2 YYaaFS7)计算大、小齿轮的并加以比较 ,,,F2.65，1.58YYFa1Sa1==0.0128 326.92,,,F1 2.332，1.692YYFa2Sa2==0.0157 251.38,,,F2 大齿轮的数值大 (2)设计计算 22，1.458，69633.5KTYYFaSa13m,,,,0.0157mm=1.77 322,,,1，24,zFd1 对比计算结果，由于齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度 计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿 面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径(即模数与齿数的乘积)有关， 15 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 可取弯曲强度算得的模数1.77并就近圆整为 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 值m=2，按接触强度算出的分度圆 直径d =63.733mm，算出小齿轮齿数 1 63.733d1 Z===31.86?32 1m2 大齿轮齿数 Z=2×32=64 2 这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳 强度，并做到结构紧凑，避免浪费。 , 几何尺寸计算 (1)计算分度圆直径 d=Z?m=32×2=64mm 11 d=Z?m=64×2=128mm 22 (2)计算中心距 d，d64，12812 a,,,9622 (3)计算齿轮宽度 b=Φd=1×64=64mm d1 取B=64mm，B=70mm 21 , 小齿轮简图 图3-3 小齿轮简图 3.5.2第二级齿轮传动设计 , 选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数 (1)按照设计选用直齿圆柱齿轮传动 16 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 (2)考虑钢筋弯曲机为一般工作机器，速度不高，参考《机械设计》p210表10-8，故选用7级精度。 (3)材料选择。由《机械设计》p191表140-1，选择小齿轮材料为40Cr调质，齿面硬度为241~286HBS，取280HBS。大齿轮选用45钢，调质处理，齿面硬度217~255HBS,取240HBS。 4)选小齿轮齿数z=20，大齿轮齿数z=2.8×20=56 (12 , 按齿面接触疲劳强度设计 由设计计算公式进行试算 2,,,1KTuZE13,, ,2.32,dt1,,,[,]udH,, (d 为设计小齿轮直径;K为计算齿轮强度用的载荷系数;T为小齿轮传递的1t1转矩;φ 为齿宽系数;u为齿轮传动比;Z为材料的弹性影响系数;[σ]为许用接dEH触应力) (1)确定公式内有关参数如下 1)试选载荷系数k=1.3 t 2)计算小齿轮传递的转矩 66T=9.55×10×P/n=9.55×10×3.39/257.15 =125897.34N?mm 11 4)由表10-7选取齿宽系数φ=1 d 1/2 4)由表10-6查到材料锻钢的弹性影响系数Z=189.8MPaE 5)由图10-21d由齿面硬度查到小齿轮的接触疲劳强度极限 σ =600MPa;大齿轮的机床疲劳强度σ =550MPa Hlim1Hlim2 7)由式10-13计算应力循环系数 9 N=60njL=60×257.15×1×(16×300×15)=1.11×10 11h 98 N=1.48×10 /2.8=3.96×10 1 (j为齿轮每转一圈时，同一齿面啮合的次数;L 为齿轮的工作寿命，单位为h) h 9)由图10-19取接触疲劳寿命系数K=0.96;K =1.05 HN1HN1 10)计算接触疲劳许用应力 安全系数s=1由式(10-12)得 [σ]=Kσ /s=0.96×600=576MPa H1HN1lim1 [σ]=Kσ /s=1.05×550=577.5MPa H2HN2lim2 17 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 (2)计算 1)试算小齿轮分度圆直径，代入[σ]中较小值 H 22,,1.3，125897.342.8，1189.8,1KTuZ,,E133,,==67.02mm 2.32，,,2.32,d,,t1,,12.8576,[,]u,,dH,, 2)计算圆周速度v V=πdn/(60×1000)=π×67.029×257.15/(60×1000)=0.9m/s 1t1 3)计算齿宽b b=φd=1×67.029=67.029mm d1t b4)计算齿宽与齿高之比 h dt1模数 m==67.029/20=3.351mm tz1 齿高 h=2.25m=2.25×3.351=7.54mm t b =67.029/7.54=8.89 h 5)计算载荷系数 根据 V=0.9m/s，7级精度，由图10-8查到动载系数K=1.05 v 直齿轮齿间载荷分配系数K=K=1 HαFα由表10-2查到使用系数K =1 A 由表10-4用插值法插得7级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，K=1.423Hβ b由=8.89，K=1.423查图10-13得K=1.3，所以载荷系数 HβFβh K=KKKK =1×1.05×1×1.423= 1.494 AVHαHβ 6)按实际的载荷系数校正所算的分度圆直径，由式(10-10a)得 1.494K33d =d =67.029×=70.21mm 11t1.3Kt 7)计算模数m 70.21d1 m===3.5105 z201 , 按齿根弯曲强度设计 由式(10-5)得弯曲强度的设计公式为 18 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 ,,2KTYYFaSa13,,m, 2,,,,,,zF,,d1 (1)确定公式内的各计算数值 1)由图10-20c查到小齿轮的弯曲疲劳强度极限σ =500MPa ;大齿轮的弯曲FE1 强度极限σ =380MPa FE2 2)由图10-18取弯曲疲劳寿命系数K=0.86，K=0.9 FN1FN2 3)计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S=1.3，由式(10-12)得 K,FN1FE1[σ]==0.86×500/1.3=330.77MPa F1SK,FN2FE2[σ=0.9×380/1.3=263.08MPa ]=F2S 4)计算载荷系数K K=KKKK =1×1.05×1×1.3=1.365 AVFαFβ 5)查取齿形系数 由表10-5查到 Y=2.80 ; Y=2.334 Fa1Fa2 6)查取应力校正系数 由表10-5查到 Y=1.55 ; Y=1.718 Sa1Sa2 YYaaFS7)计算大、小齿轮的并加以比较 ,,,F 2.80，1.55YYFa1Sa1==0.0131 330.77,,,F1 2.334，1.718YYFa2Sa2==0.0152 263.08,,,F2 大齿轮的数值大 (2)设计计算 22，1.365，125897.34KTYYFaSa13m,,,,0.0152mm=2.35 322,,,1，20,zFd1 对比计算结果，由于齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径(即模数与齿数的乘积)有关，可取弯曲强度算得的模数2.35并就近圆整为标准值m=2.5，按接触强度算出的分度 19 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 圆直径d =70.21mm，算出小齿轮齿数 1 70.21d1 Z===28.084?28 1m2.5 大齿轮齿数 Z=2.8×28=78.4?79 2 这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。 , 几何尺寸计算 (1)计算分度圆直径 d=Z?m=28×2.5=70mm 11 d=Z?m=79×2.5=197.5mm 22 (2)计算中心距 d，d70，197.512 a,,,133.7522 (3)计算齿轮宽度 b=Φd=1×70=70mm d1 取B=70mm，B=75mm 21 3.5.3第三级齿轮传动设计 , 选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数 (1)按照设计选用直齿圆柱齿轮传动 (2)考虑钢筋弯曲机为一般工作机器，速度不高，参考《机械设计》p210表10-8，故选用7级精度。 (3)材料选择。由《机械设计》p191表140-1，选择小齿轮材料为40Cr调质，齿面硬度为241~286HBS，取280HBS。大齿轮选用45钢，调质处理，齿面硬度217~255HBS,取240HBS。 (4)选小齿轮齿数z=18，大齿轮齿数z=5.5×22=121， 12 , 按齿面接触疲劳强度设计 由设计计算公式进行试算 2,,,1KTuZE13,,,2.32, dt1,,,[,]udH,, 20 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 (d 为设计小齿轮直径;K为计算齿轮强度用的载荷系数;T为小齿轮传递的转矩;φ 为1t1d 齿宽系数;u为齿轮传动比;Z为材料的弹性影响系数;[σ]为许用接触应力) EH(1)确定公式内有关参数如下 1)试选载荷系数k=1.3 t 2)计算小齿轮传递的转矩 66T=9.55×10×P/n=9.55×10×3.19/91.84 11 =331712.76N?mm 3)由表10-7选取齿宽系数φ=1 d 1/2 4)由表10-6查到材料锻钢的弹性影响系数Z=189.8MPaE5)由图10-21d由齿面硬度查到小齿轮的接触疲劳强度极限 σ =600MPa;大齿轮的机床疲劳强度σ =550MPa Hlim1Hlim26)由式10-13计算应力循环系数 8 N=60njL=60×91.84×1×(16×300×15)=3.97×10 11h 87 N=3.97×10 /5.5=7.22×10 1 (j为齿轮每转一圈时，同一齿面啮合的次数;L 为齿轮的工作寿命，单位为h) h7)由图10-19取接触疲劳寿命系数K=1.05;K =1.15 HN1HN18)计算接触疲劳许用应力 安全系数s=1由式(10-12)得 [σ]=Kσ /s=1.05×600=630MPa H1HN1lim1 [σ]=Kσ /s=1.15×550=632.5MPa H2HN2lim2 (2)计算 1)试算小齿轮分度圆直径，代入[σ]中较小值 H 22,,1.3，331712.765.5，1189.8,1KTuZ,,E133,,2.32，,,2.32,==83.28mm d,,t1,,15.5630,[,]u,,dH,, 2)计算圆周速度v V=πdn/(60×1000)=π×83.281×91.84/(60×1000)=0.4m/s 1t1 3)计算齿宽b b=φd=1×83.281=83.281mm d1t b4)计算齿宽与齿高之比 hdt1模数 m==83.281/22=3.7855mm tz1 21 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 齿高 h=2.25m=2.25×3.966=8.517mm t b =83.281/8.517=9.778 h 5)计算载荷系数 根据 V=0.4m/s，7级精度，由图10-8查到动载系数K=1.01 v直齿轮齿间载荷分配系数K=K=1 HαFα 由表10-2查到使用系数K =1 A 由表10-4用插值法插得7级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，K=1.427 Hβ b由=9.333，K=1.427查图10-13得K=1.31，所以载荷系数 HβFβh K=KKKK =1×1.01×1×1.427= 1.441 AVHαHβ 6)按实际的载荷系数校正所算的分度圆直径，由式(10-10a)得 1.441K33d =d =83.281×=86.189mm 11t1.3Kt 7)计算模数m 86.189d1 m===3.917 z221 , 按齿根弯曲强度设计 由式(10-5)得弯曲强度的设计公式为 ,,2KTYYFaSa13,,m, 2,,,,,,zF,,d1 (1)确定公式内的各计算数值 1)由图10-20c查到小齿轮的弯曲疲劳强度极限σ =500MPa ;大齿轮的弯曲FE1 强度极限σ =380MPa FE2 2)由图10-18取弯曲疲劳寿命系数K=0.9，K=0.95 FN1FN23)计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S=1.3，由式(10-12)得 K,FN1FE1[σ]==0.9×500/1.3=346.15MPa F1S K,FN2FE2[σ]==0.95×380/1.3=277.69MPa F2S 4)计算载荷系数K K=KKKK =1×1.01×1×1.31=1.3231 AVFαFβ 22 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 5)查取齿形系数 由表10-5查到 Y=2.72 ; Y=2.1968 Fa1Fa2 6)查取应力校正系数 由表10-5查到 Y=1.57 ; Y=1.8068 Sa1Sa2 YYaaFS7)计算大、小齿轮的并加以比较 ,,,F 2.72，1.57YYFa1Sa1==0.0123 346.15,,,F1 2.1968，1.8068YYFa2Sa2==0.0143 277.69,,,F2 大齿轮的数值大 (2)设计计算 22，1.3231，331712.76YYKTFaSa13mm=2.96 m,,,,0.0143322,,,1，22,zFd1 对比计算结果，由于齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径(即模数与齿数的乘积)有关，可取弯曲强度算得的模数2.96并就近圆整为标准值m=3，按接触强度算出的分度圆直径d =86.189mm，算出小齿轮齿数 1 86.189d1 Z===28.73?29 1m3 大齿轮齿数 Z=5.5×29=159.5?160 2 这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。 , 几何尺寸计算 (1)计算分度圆直径 d=Z?m=29×3=87mm 11 d=Z?m=160×3=480mm 22 (2)计算中心距 d，d87，48012 a,,,283.522 23 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 (3)计算齿轮宽度 b=Φd=1×87=87mm d1 取B=87mm，B=90mm 21 3.6轴的设计 3.6.1轴II的设计 (1)输出轴上功率P、转速n和转矩T 222 P=3.6kw 2 n=514.3r/min 2 T=69633.5N?mm 2 (2)求作用在齿轮上的力 1)已知分度圆直径:d=64mm 1 2)转矩:已知T=69633.5N?mm 2 3)求圆周力:Ft 根据公式得 F=2T/d=2×69633.5/64=2176.047N t21 4)求径向力Fr 根据公式得 Fr=Ft?tanα=2176.047×tan200=792N (3)按扭矩初算轴径 选用45刚，调质，硬度217~255HBS 根据《机械设计》P2371(15-3)式，并查表15-3，取A=115 0 P1/33Ad?=115 (3.6/514.3)mm=22.0mm 0n 考虑有键槽，将直径增大5%，则 d=22×(1+5%)mm=23.1mm ?选d=25mm (4)轴的结构设计 1)轴上零件的定位，固定和装配 24 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 将齿轮安排在箱体中下方，齿轮下方由轴肩定位，联接以平键作过渡配合固定， 两轴承由轴肩定位 2)确定轴各段直径和长度 I段(轴承段):d=25mm 轴承选用角接触轴承，型号为7205AC，内径d为1 25mm，宽度B为15，所以长度取L=15mm 1 II段:取第二段d=29mm，根据设计箱体大小，设定长度L=175mm 22 III段:取第三段d=31mm,根据设计齿轮宽度，取L=67mm 33 IV段(定位轴肩):取根据轴肩高度h=(0.07?0.1)d，可以取d=37mm,长度4L=12mm 4 V段:此段轴承使用轴套定位，轴承选择接触角轴承，型号为7207AC，内径d 为35mm，宽度B为17mm，所以直径d=35mm，根据箱体间隙和轴承宽度，设定5 这段长度L=55mm 5 VI段:这段用于装带轮，取直径d=31mm，长度L=135mm 66 3)确定键槽长度 键选用圆头平键，根据轴的直径为31mm，可以选取键的宽度b=10，高h=8 根据键的标准长度及齿轮轮毂宽度，初选键长度为40mm (5)求轴上的载荷 1)绘制轴受力简图,如图3-4 2)绘制垂直面弯矩图 轴承支反力: F=Fr×83.5/(175+67+50)=176N AY F=Fr×208.5/(175+67+50)=616N BY 截面C在垂直面的弯矩为 M=F×83.5=51436N?mm C1By 3)绘制水平面弯矩图 F=F×83.5/(175+67+50)=483.56N Azt F=F×208.5/(175+67+50)=1692.44N Bzt M=F×83.5=141318.74N?mm C2Bz 4)绘制总弯矩图 22M，MM==150388.32N?mm Cc1c2 25 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 5)绘制扭矩图 3T=9550×10P/nIIIIII 3 =9550×10×3.6/514.3 =66850N?mm F Ft A r B FFABzF ByF Ay z 208.5mm 83.5m m Mc1 51436N? mm 竖直面弯 矩图 Mc 141318.74N2 ?mm 水平面弯 矩图 Mc 150388.32N ?mm 总弯矩图 T 扭矩图图 图3-4 轴的载荷分析图 26 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 (6)按弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度。根据《机械 设计》p373式15-5，及上面所计算的数据，以及轴脉动循环变应力，取α=0.6 2222M，T，，,150388.32，0.6，668502C=53.34MPa ,,,ca3W0.1，31 因为轴的材料是选用45钢，查《机械设计》p362表15-1得[σ]=60MPa。 -1因此σ,[σ]，所以安全。 ca-1 (7)轴的工作图 图3-5 轴II 3.6.2轴III的设计 (1)输出轴上功率P、转速n和转矩T 222 P=3.39kw 2 n=257.15r/min 2 T=125900N?mm 2 (2)求作用在齿轮上的力 1)已知小齿轮分度圆直径:d=70mm，大齿轮分度圆直径:d=128mm 122)转矩:已知T=125900N?mm 1 3)求圆周力:Ft 根据公式得 27 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 小齿轮:F=2T/d=2×125900/70=3597.14N t121 大齿轮:F=2T/d=2×125900/128=1967.19N t221 4)求径向力F r 根据公式得 小齿轮:Fr1=Ft?tanα=3597.14×tan200=1309.25N 大齿轮:Fr2=Ft?tanα=1967.19×tan200=716.26N (3)按扭矩初算轴径 选用45刚，调质，硬度217~255HBS 根据《机械设计》P370(15-2)式，并查表15-3，取A=115 0 P1/33Ad?=115 (3.39/257.15)mm=27.16mm 0n 考虑有键槽，将直径增大5%，则 d=22×(1+5%)mm=28.52mm 选d=30mm ? (4)轴的结构设计 1)轴上零件的定位，固定和装配 将两齿轮安排在箱体中间方，齿轮下方由轴肩定位，联接以平键作过渡配合固定，两轴承由轴肩定位 )确定轴各段直径和长度 2 I段(轴承段):d=30mm 轴承选用角接触轴承，型号为7206AC，内径d为1 30mm，宽度B为16，所以长度取L=16mm 1 II段:取第二段d=33mm，根据设计箱体大小与齿轮宽度，设定长度L=125mm 22III段:取第三段d=38mm,根据设计齿轮宽度，取L=114mm 33 IV段(定位轴肩):取根据轴肩高度h=(0.07?0.1)d，可以取d=44mm,长度4L=12mm 4 V段:此段用于定位轴承，直径选择d=40mm,长度L=38mm 54VI段:轴承段，轴承选择接触角轴承，型号为7207AC，内径d为35mm，宽度B为17mm，所以直径d=35mm，设定这段长度L=17mm 55 3)确定键槽长度 键选用圆头平键，根据轴的直径为33mm，可以选取键的宽度b=10，高h=8 28 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 根据键的标准长度及齿轮轮毂宽度，初选键1长度为63mm,键2长度为56mm (5)按弯矩复合强度计算 1)绘制受力简图，如图3-6 2)轴承支反力: F=-F×87.5/295+F×207.5/295=115.51N AYr1r2 F=-F×207.5/295+F×87.5/295=-708.39N BYr1r2 3)绘制垂直面弯矩图 截面1在垂直面的弯矩为 M=F×87.5=-61984.13N?mm CH1By 截面2在垂直面的弯矩为 M=F×85=9818.35N?mm CH2Ay 4)绘制水平面弯矩图 F=F×87.5/295-F×207.5/295=-316.75N Azt1t2 F=F×207.5/295-F×87.5295=1946.70N Bzt1t2 截面1在水平面的弯矩为 M=F×87.5=170336.25N?mm CV1BZ 截面2在水平面的弯矩为 M=F×85=-26923.75N?mm CV2AZ 5)绘制总弯矩图 22M,M，M=181263.54N?mm C1cV1cH1 22M,M，M=28658.12N?mm C2cV2cH2 6)绘制扭矩图 3T=9550×10P/nIIIIIIIII 3 =9550×10×3.39/257.15 =125897.33N?mm 29 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 F t2 Fr2 Fr1 87.5 122.5 85 F t1 MC1 竖直面弯矩图 M C1 M C2 水平面弯矩图 M C 总弯矩图 T 扭矩图 图3-6 轴的载荷分析图 30 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 合成应力校核轴的强度 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度。根据《机械 设计》p373式15-5，及上面所计算的数据,取总弯矩最大的M，以及轴为脉动循环变c1应力，取α=0.6 2222M，T，，,162491.91，0.6，125897.332C=54.6MPa ,,,ca3W0.1，33 因为轴的材料是选用45钢，查《机械设计》p362表15-1得[σ]=60MPa。 -1 因此σ,[σ]，所以安全。 ca-1 (7)轴III工作图 图3-7 轴III 3.6.3轴IV的设计 (1)输出轴上功率P、转速n和转矩T 222 P=3.19kw 2 n=91.84r/min 2 T=331700N?mm 2 (2)求作用在齿轮上的力 1)已知小齿轮分度圆直径:d=87mm，大齿轮分度圆直径:d=197.5mm 12 2)转矩:已知T=331712.76N?mm 1 31 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 3)求圆周力Ft 根据公式得 小齿轮:F=2T/d=2×331712.76/87=7625.58N t121 大齿轮:F=2T/d=2×331712.76/197.5=3359.12N t221 4)求径向力F r 根据公式得 小齿轮:Fr1=Ft?tanα=7625.58×tan200=2775.5N 大齿轮:Fr2=Ft?tanα=3359.12×tan200=1222.62N (3)按扭矩初算轴径 选用40Cr，调质，硬度241~286HBS 根据《机械设计》P370(15-2)式，并查表15-3，取A=100 0 P1/33Ad?=100(3.19/91.84)mm=32.63mm 0n 考虑有键槽，将直径增大5%，则 d=32.63×(1+5%)mm=34.26mm ?选d=35mm (4)轴的结构设计 1)轴上零件的定位，固定和装配 将小齿轮安排在箱体中间，齿轮下方由轴肩定位，联接以平键作过渡配合固定， 两轴承由轴肩定位;大齿轮安排在末端，由端盖与卡簧定位 2)确定轴各段直径和长度 I段(轴承段):d=35mm 轴承选用角接触轴承，型号为7207AC，内径d为1 35mm，宽度B为17，所以长度取L=17mm 1 II段:取第二段d=38mm，根据设计箱体大小与齿轮宽度，设定长度L=140mm 22III段(定位轴肩):取根据轴肩高度h=(0.07?0.1)d，可以取d=44mm,长度3L=12mm 3 IV段:此段用于定位轴承，直径选择d=40mm,长度L=50mm 34V段:这一段安装轴承，轴承选择接触角轴承，型号为7208AC，内径d为40mm， 宽度B为18mm，所以直径d=40mm，设定这段长度L=18mm 55 ?段:这一段装大齿轮，直径d=35mm，设定长度L=119mm 66 32 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 3)确定键槽长度 键选用圆头平键，根据轴的直径为38mm，可以选取键的宽度b=12，高h=8 根据键的标准长度及齿轮轮毂宽度，初选键1长度为80mm,键2长度为63mm (5)按弯矩复合强度计算 1)轴承支反力: 根据平行方程总力偶为0得 F=F×70/140,F×225/140=-577.17N AYr1r2 F=F×70/140,F×85/140=645.45N BYr1r2 2)小齿轮处截面1在垂直面的弯矩为 M=F×70=234686.9N?mm CH1By 截面2在垂直面的弯矩为 M=F×85=103922.7N?mm CH2r2 3)计算水平面弯矩 F=F×70/140,F×225/140=-1585.8N Azt1t2 F=F×70/140,F×85/140=1773.32N Bzt1t2 小齿轮处截面1在水平面的弯矩为 M=F×70=124132.4N?mm CV1BZ 截面2在水平面的弯矩为 M=F×85=258825.2N?mm CV2t2 4)计算总弯矩 22M,M，M=265493.5N?mm C1cV1cH1 22M,M，M=278909.33N?mm C2cV2cH2 5)计算扭矩 T=331712.76N?mm IV (6)按弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度。根据《机械 设计》p373式15-5，及上面所计算的数据，以及轴脉动循环变应力，取α=0.6 2222M，T，，,278909.33，(0.6，331712.76)2C,,=62.4MPa ,ca3W0.1，38 因为轴的材料是选用40Cr，查《机械设计》p362表15-1得[σ]=70MPa。 -1 33 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 因此σ,[σ]，所以安全。 ca-1 (7)轴工作图 图3-8 轴IV 3.6.4主轴的设计 (1)输出轴上功率P、转速n和转矩T 222 P=3.0kw 2 n=16.7r/min 2 T=1715560N?mm 2 (2)求作用在齿轮上的力 1)已知大齿轮分度圆直径:d=480mm，设工作圆盘直径:d=400mm，12 L=141.42mm 4 2)转矩:已知T=1715560N?mm 1 3)求圆周力Ft 根据公式得 大齿轮:F=2T/d=2×1715560/480=7148.16N t121 工作盘:F=2T/L=2×1715560/197.5=24261.91N t221 34 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 4)求径向力F r 根据公式得 大齿轮:Fr1=Ft1?tanα=7148.16×tan200=2601.72N 工作盘:水平径向力Fr2=2Ft2?cos45=2×24264.91×cos450=34315.76N (3)按扭矩初算轴径 选用40Cr，调质，硬度241~286HBS 根据《机械设计》P370(15-2)式，并查表15-3，取A=100 0 P1/33Ad?=100(3.0/16.7)mm=56.42mm 0n 考虑有键槽，将直径增大5%，则 d=32.63×(1+5%)mm=59.24mm ?选d=60mm (4)轴的结构设计 1)轴上零件的定位，固定和装配 将大齿轮安排在箱体中间，齿轮下方由轴肩定位，上方由卡簧定位，联接以平 键作过渡配合固定，两轴承由轴肩定位。 2)确定轴各段直径和长度 I段:d=60mm 长度L=110mm 11 II段(轴承段):轴承选择接触角轴承，型号为7213AC，内径d为65mm，宽度 B为23mm，所以直径d=65mm，设定这段长度L=30mm 25 III段:此段连接大齿轮，取d=68mm，根据箱体，设定长度d=140mm 33IV段:根据轴肩高度h=(0.07?0.1)d，可以取d=78mm,长度L=12mm 43V段:这一段用于定位轴承，可以取d=74mm,长度L=38mm 55 VI段:这一段安装轴承，轴承选择接触角轴承，型号为7214AC，内径d为70mm， 宽度B为24mm，所以直径d=70mm，设定这段长度L=24mm 55 3)确定键槽长度 键选用圆头平键，根据轴的直径为68mm，可以选取键的宽度b=20，高h=12 根据键的标准长度及齿轮轮毂宽度，初选键长度为80mm。 (5)按弯矩复合强度计算 1)轴承支反力: 35 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 根据平行方程总力偶为0得 F=F×95/190,F×cos45×122/190=-9714.94N AYr1t2 F=F×95/190,F×cos45×217/190=-18292.82N BYr1t2 2)大齿轮处截面1在垂直面的弯矩为 M=F×95=-922919.30N?mm CH1Ay 工作盘截面2在垂直面的弯矩为 M=F×cos45×27=463205.55N?mm CH2t2 )计算水平面弯矩 3 F=F×95/190,F×sin45×122/190+F×122/190=12319.39N Azt1t2r2F==F×95/190,F×sin45×217/190+F×217/190=53782.09N Bzt1t2r2大齿轮处截面1在水平面的弯矩为 M=F×95=1170342.05N?mm CV1tZ 工作盘截面2在水平面的弯矩为 M=(F,F)×27=463319.95N?mm CV2r2t2 4)计算总弯矩 22M,M，M=265493.5N?mm C1cV1cH1 22M,M，M=1032637.12N?mm C2cV2cH2 5)计算扭矩 T=1715560N?mm IV (6)按弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度。根据《机械 设计》p373式15-5，及上面所计算的数据，以及轴脉动循环变应力，取α=0.6 2222M，T，，,1032637.12，(0.6，1715560)2C,,=67.50MPa ,ca3W0.1，60因为轴的材料是选用40Cr，查《机械设计》p362表15-1得[σ]=70MPa。 -1 因此σ,[σ]，所以安全。 ca-1 (7)主轴工作图 36 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 图3-9 主轴 3.7滚动轴承选择及校核计算 根据条件，轴承预计寿命 L’=16×300×15=72000小时 h 3.7.1轴II轴承计算 (1)已知已知n=514.3r/min ? (2)求两轴承受到的径向载荷FF r1r1 1)轴承垂直面的力: F=F×83.5/(175+67+50)=176N r1Vr F=F×208.5/(175+67+50)=616N r2Vr 2)轴承水平面的力: F=Ft×83.5/(175+67+50)=483.56N r1H F=F×208.5/(175+67+50)=1692.44N r2Ht 3)两轴承受到的径向载荷 22F，FF==514.59N r1r1Vr1H 22F，FF==1801.06N r2r2Vr2H 37 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 (3)求两轴承的计算轴向力 根据《机械设计》P322表13-7得轴承内部轴向力 F=F×0.68=349.92N d1r1 F=F×0.68=1224.72N d2r2 经计算得轴向外载荷F=343.52N， ae F=F,F=1224.72,343.52=881.2N a1d2ae F=F=1224.72N a2d2 (4)求判断系数X、Y 轴承1:F/F=881.2N/514.59N=1.712 a1R1 轴承2:F/F=1224.72N/1801.06N=0.68 a2R2 根据《机械设计》P321表13-5，查的e=0.68 :F/F=1.712,e，故X=0.41,Y=0.87 轴承1a1R111轴承2:F/F=0.68=e，故X=1,Y=0 a2R222(5)计算当量载荷 根据《机械设计》P321表13-6，取f=1.0 P轴承1:P=f(XF+YF)=1.0×(0.41×514.59+0.87×881.2)=977.63N 1P1r12a1 轴承2:P=f(XF+YF)=1.0×1801.06=1801.06N 2P2r22a2 (6)验算轴承寿命 6610c10153003,轴承1: L,(),，(),124217.5h,L'hh60np60，514.3977.631 6610c10281003,轴承2: L,(),，(),123074.1h,L'hh60np60，514.31801.062 故所选轴承满足寿命要求。 3.8键的校核 3.8.1轴II的键校核 键选用圆头平键，根据轴的直径为31mm，可以选取键的宽度b=10，高h=8 普通平键连接的强度条件为 38 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 32T，10,,,,,, ppkld 式中:T——传递的扭矩，N?m;k——键与轮毂键槽的接触高度，k=0.5h，h为键的高度，mm;l——键的工作长度，圆头平键l=L-b，平头键l=L，mm;d——轴的直径，mm 由上面的计算知道传递的扭矩为66.85N?m， 查《机械设计》p106表6-2，取[σ]=120 p 代入上式，可以解得l=8.985mm，根据标准取和齿轮轮毂的宽度选l=50mm，所1以键长L=60mm根据带轮宽度和标准键长度，选择l=40mm，键长L=50mm 122 3.8.2主轴的键校核 键选用圆头平键，根据轴的直径为60mm，可以选取键的宽度b=18，高h=11 普通平键连接的强度条件为 3210T，,,,,,, ppkld 式中:T——传递的扭矩，N?m;k——键与轮毂键槽的接触高度，k=0.5h，h为键的高度，mm;l——键的工作长度，圆头平键l=L-b，平头键l=L，mm;d——轴的直径，mm 由上面的计算知道传递的扭矩为1715.56N?m， 查《机械设计》p106表6-2，取[σ]=120 p 代入上式，可以解得l=70.08mm，根据标准取和齿轮轮毂的宽度选L=80mm 3.9工作台简图设计 工作台的插座板设计成燕尾槽形式，燕尾槽里插进滑动体，滑动体上套上轴套，可以当挡料柱，当要当弯弧机使用时，在工作盘上插上一个圆盘，调节滑动体的位置，就可以把钢筋弯曲成不同半径的弧形。 2Ldrx,,,，R当在燕尾槽两边刻上刻度时，根据勾股定理 ，，d，r，x8222 通过查得常用建筑螺纹钢筋直径规格d=12mm,14mm,16mm,18mm,22mm,25mm, 39 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 设计工作台两滑动体中心距离L为580mm，滑动体的套筒半径r为40mm，取x为0~80mm，每个刻度间隔为10mm，通过计算得钢筋弯弧的半径R的值，如下表4-2 表3-1 弯弧半径R的值(单位mm) R x 10 20 30 40 50 60 70 80 d 12 414 377.7 348.5 324.3 305.2 289.0 275.5 264.3 14 408 372.5 343.9 320.6 301.4 285.5 272.3 261.3 16 402 367.3 339.3 316.5 297.5 282.1 269.1 258.3 18 369.2 362.3 334.9 312.5 294.0 278.7 266.0 255.3 22 384.8 352.3 326.0 304.5 286.7 272.0 259.7 249.4 25 376.5 344.8 319.2 398.6 281.3 267.0 255.0 244.8 当要弯曲成不同半径的弧形时，可以根据查表，调节到相应的刻度，即方便又可以提高效率。 工作台简图如图3-10所示。 图3-10 工作台简图 40 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 4.结论 此次毕业设计课题是一个钢筋弯曲机的设计，通过设计基本完成所需满足的要求。在这次设计中，主要有两个地方的改良，一是传动方式采用了三级圆柱直齿轮传动，打破了以往典型的“两级齿轮+蜗轮蜗杆”的传动方式，这样使得传动效率大大的提高，而且在生产加工时候，圆柱直齿轮的加工相对蜗轮蜗杆比较容易;二是工作台的改良，以往的钢筋弯曲机，只能把钢筋弯曲不同的角度，而对于建筑行业来说，有时候也需要把钢筋弯曲成不同直径的弧形，以满足建筑的需求。在本设计的改良中，主要是把以往钢筋弯曲机的插座板改成了燕尾槽，装上可滑动的滑动体后，可以随便调节滑动体的位置，当要把钢筋弯曲成不同角度时，在工作盘上插上中心轴和拔料轴即可，当要把钢筋弯曲成不同直径的弧形时，在工作盘上插上圆盘，钢筋通过两边的滑动体和中间的圆盘后，根据需要弯弧的半径，调节滑动体到相应的刻度，就可以把钢筋弯曲成不同直径的弧形。这样改良后的钢筋弯曲机就兼顾了钢筋弯曲机和钢筋弯弧机的功能，使钢筋弯曲机变的更加实用。 41 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 参考文献 [1] 赵全喜，杨丽红，谢天.钢筋弯曲机的改造[J].建筑工人,2004，4:32-33 [2] 王艳敏.钢筋弯曲机的改造及应用[J].河北煤矿，2004(4):54-55. 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