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钢筋调直机说明书


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摘要
GT1.6/4 型调直切断机主要由上料盘、调直装置、牵引装置、切断装置、下料架装 置、机座等组成。主要用于直径为Φ 1.6-Φ 4mm 低碳钢筋、冷轧钢丝、不锈钢丝的调制。 钢筋调直切断机在设计的时候需要考虑切断机构和调直机构的方案设计。 根据任务书的 要求,最终确定切断的方式为锤击切断方式:适用中、小直径钢筋,工作噪声

连续、较 大。易出现连切现象,定尺误差最小。调直的方式为模块调直:钢筋调直效果好,比较 容易控制。 但调直速度低, 被加工钢筋表面有划伤, 工作噪声较大; 适合各种光圆钢筋。 该机器在运转时保证钢丝从左至右得方向进行送料;调直切断机在调试正常后,不 允许有无效剪切现象;调直后的钢筋允许有轻微擦伤,但重量损耗不大于 0.5%。 该调直切断机在设计完成后将满足的实际生产要求: (1) 调直切断钢丝直径: Φ 1.6Φ 4mm; (2)调直切断钢丝长度:100mm—1000mm; (3)切断长度误差:Δ L≤2mm; (4) 钢丝调直切断后的直线度误差不大于 2mm/m; (5)牵引钢丝速度:20-30m/min; (6)切 断电机功率:2.2kw。

关键词: 钢筋;调直切断机;无效剪切

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Abstract
GT1.6/4 type straightening cutting machine is mainly composed of loading plate, straightening device, traction device, cutting device, cutting device, frame, etc. Is mainly used for 1.6 Φ Φ diameter 4 mm mild steel, cold rolled steel wire, stainless steel wire of the modulation. Steel bar straightening cutting machine at the time of design need to consider to cut off the institutions and straightening mechanism scheme design. According to the requirement of the specification, the final cut off the way for the hammer to cut off the way: for medium and small diameter steel bar, work continuously, large noise. Easy appear even cutting phenomenon, length minimum error. Module as a way of straightening straightening: reinforced straightening effect is good, easy to control. But straightening speed is low and processing steel surface is slashed and working noise; Suitable for all kinds of round steel bar. The machine in operation, ensure the wire feeding from left to right direction; Adjusting cutter after commissioning normal, there is no invalid shear phenomenon; After straightening steel to allow a slight abrade, but weight loss is not greater than 0.5%. The straightening cutting machine in the actual production of the design is completed will meet requirements: (1) the straightening to cut off the wire diameter: 1.6 Φ Φ 4 mm; (2) the straightening cutting wire length: 100 mm - 1000 mm; (3) cutting length error: Δ L 2 mm or less; (4) steel wire straightening cutting off after the straightness error is not more than 2 mm/m. (5) the traction steel wire speed: 20-30 m/min. (6) to cut off the motor power: 2.2 kw. Key words: reinforced; Straightening cutting machine; Invalid shear

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目录
第一章 前言 ······························· 1 第二章 钢筋调直机的设计 ························· 2 2.1 钢筋调直机的分类 ·························· 2 2.2 钢筋调直机调直剪切原理 ······················· 2 2.3 钢筋调直机的主要技术性能 ······················ 3 2.4 钢筋调直机工作原理与基本构造 ···················· 4 第三章 电机选择 ···························· 10 3.1 生产率和功率计算 ························· 10 3.1.1 生产率计算 ··························· 10 3.1.2 功率计算,选择电动机 ······················ 10 第四章 皮带选择 ···························· 15 4.1 第一组皮带传动机构的设计 ····················· 15 4.1.1 确定设计功率 pc ························· 15 4.1.2 初选带的型号 ·························· 15 4.1.3 确定带轮的基准直径 d d 1 和 d d 2 ··················· 15 4.1.4 确定中心距 a 和带的基准长度 Ld ·················· 16 4.1.5 验算小轮包角 ? 2 ························· 16 4.1.6 计算带的根数 ·························· 17

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4.1.7 计算带作用在轴上的载荷 Q ····················· 17 4.2 第二组皮带传动机构的设计 ····················· 18 4.2.1 确定设计功率 Pc ························· 18 4.2.2 初选带的型号 ·························· 18 4.2.3 确定带轮的基准直径 d d 3 和 d d 4 ··················· 18 4.2.4 确定中心距 a 和带的基准长度 Ld ·················· 19 4.2.5 验算小轮包角 ? 1 ························· 19 4.2.6 计算带的根数 ·························· 19 4.2.7 计算带作用在轴上的载荷 Q ····················· 20 4.2.8 主动带轮设计 ·························· 21 第五章 齿轮设计 ···························· 22 5.1 确定齿轮传动精度等级 ······················· 22 5.2 齿轮参数计算 ···························· 23 5.2.1 计算许用应力 ·························· 23 5.2.2 按齿面接触疲劳强度确定中心距 ·················· 23 5.2.3 验算齿面接触疲劳强度 ······················ 24 5.2.4 验算齿根弯曲疲劳强度 ······················ 25 5.2.5 齿轮主要参数和几何尺寸 ····················· 26 第六章 轴的设计与强度校核 ······················· 28 6.1 齿轮轴的设计与强度校核 ······················ 28 6.1.1 轴的结构设计 ·························· 28 6.1.2 轴的强度校核 ·························· 28 6.2 轴的设计与强度校核 ························· 31 6.2.1 轴的结构设计 ··························· 31 6.2.2 轴的强度校核 ·························· 31 第七章 主要零件的规格及加工要求 ···················· 35 7.1 调直筒及调直模 ·························· 35 7.2.齿轮 ······························· 36

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7.3.调直机的各传动轴轴承 ······················· 36 7.4 牵引压辊的选用和调整 ······················· 36 7.5 定长机构的选择与调整 ······················· 37 第八章 经济分析与发展前景 ······················· 38 8.1 钢筋调直切断机的种类和特点 ···················· 38 8.2 发展趋势 ····························· 40 总结 ································· 43 参考文献 ······························· 44 致谢 ································· 45

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题目

1.6/4 钢筋调直切断机
第一章 前言

21 世纪是一个技术创新的时代,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使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,而钢筋的加工和成型直接影响 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。 在土木工程中,钢筋混凝土与预应力钢筋混凝土是主要的建筑构件,担当着极其重 要的承载作用, 其中混凝土承受压力, 钢筋承担压力。 钢筋混凝土构件的形状千差万别, 从钢材生产厂家购置的各种类型钢筋,根据生产工艺与运输需要,送达施工现场时,其 形状也是各异。为了满足工程的需要,必须先使用各种钢筋机械对钢筋进行预处理及加 工。为了保证钢筋与混凝土的结合良好,必须对锈蚀的钢筋进行表面除锈、对不规则弯 曲的钢筋进行拉伸于调直;为了节约钢材,降低成本,减少不必要的钢材浪费,可以采 用钢筋的冷拔工艺处理,以提高钢筋的抗拉强度。在施工过程中,根据设计要求进行钢 筋配制时,由于钢筋配制的部位不同,钢筋的形状、大小与粗细存在着极大差异,必须 对钢筋进行弯曲、切断等等。 随着社会与经济的高速发展,在土木工程与建筑施工中,不同类型的钢筋机械与设 备的广泛应用,对提高工程质量、确保工程进度,发挥着重要作用。钢筋调直机械作为 钢筋及预应力机械的一种类型,在土木与建筑工程建设中有重要应用,钢筋调直也是钢 筋加工中的一项重要工序。 通常钢筋调直机用于调直 14mm 以下的盘圆钢筋和冷拔钢筋, 并且根据需要的长度进行自动调直和切断,在调直过程中将钢筋表面的氧化皮、铁锈和 污物除掉。

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第二章 钢筋调直机的设计
2.1 钢筋调直机的分类
钢筋调直机按调直原理的不同分为孔摸式和斜辊式两种; 按切断机构的不同分为锤 击式切断、摆臂式切断和飞剪切断;而锤击式切断按切断控制装置的不同又可分为机械 控制式与光电控制式。 本次设计为机械控制式钢筋调直切断机, 切断方式为锤击式切断。

2.2 钢筋调直机调直剪切原理
锤击式切断钢筋调直机调直剪切原理如图所示:

图 2-1 调直剪切原理 Fig.2-1 principle of straightening and sheering 1-盘料架;2-调直筒;3-牵引轮;4-切刀;5-定长装置;

工作时,绕在旋转架 1 上的钢筋,由连续旋转着的牵引辊 3 拉过调直筒 2,并在下 切剪刀 4 中间通过,进入受料部。当调直钢筋端头顶动定长装置的直杆 5 后,切断剪刀 便对钢筋进行切断动作,然后剪刀有恢复原位或固定不动。如果钢丝的牵引速度 V=0.6m/s. 而 剪 刀 升 降 时 间 t=0.1s , 则 钢 丝 在 切 断 瞬 间 的 运 动 距 离 S=Vt=0.6×0.1=0.06m,为此,剪刀阻碍钢丝的运动,而引起牵引辊产生滑动现象,磨
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损加剧,生产率降低,故此种调直机的调直速度不宜太快。

2.3 钢筋调直机的主要技术性能
表 2-1 钢筋调直机的型号规格及技术要求 Tab.2-1 model standard and technique ability of reinforcement bar straightening machine

参数名称

数值

调直切断钢筋直径(mm)

1.6~4

钢筋抗拉强度(MPa)

650

切断长度(mm)

≥3000

切断长度误差(mm/m)

?3
30~40

牵引速度(m/min)

调直筒转速(r/min)

2800

送料、牵引辊直径(mm)

80

电机型号:

调直 牵引+切断

Y 132 S ? 4 Y 90 L ? 4

功率: 调直(kW) 牵引+切断 5.5 1.12

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外形尺寸:长(mm) 宽(mm) 高(mm)

1070 580 1200

整机重量(kg)

1000

2.4 钢筋调直机工作原理与基本构 造
该钢筋调直切断机为下切剪刀式,其工作原理如图所示:

图 2-2 钢筋调直机机构简图 Fig.2-2 mechanism schematic of reinforcement bar straightening machine 1-调直筒;2-牵引压辊;3、14、15-皮带传动机构;4-飞轮;5-曲柄轴;6-锤头;7-钢筋;8-定长

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挡板; 9-定长拉杆;10-压缩弹簧;11-方刀台;12-变速箱;13-电动机

钢筋调直切断机前后采用两台电动机作总动力装置, 两部电动机轴端都是安装 V 形 带轮,通过 V 形皮带进行传动,其中前面的电动机负责驱动调直机构,后面的电动机负 责驱动牵引机构和切断机构两个部分。钢筋调直切断机的牵引机构、切断机构的传动原 理如下:后一个电动机启动后,经过 V 形带轮通过皮带带动 V 形带轮 14 旋转,经过变 速箱,再通过 V 形带轮 15 带动皮带传动轮 3 大轮运动,最后由皮带传动机构 3 驱动牵 引机构工作,牵动两个牵引压辊 2 转动,牵引钢筋 7 向前方运动。V 形带轮 3 小轮带动 飞轮 4 和曲柄轴 5 转动,曲柄轴上的连杆带动锤头 6 进行上、下往复运动,当调直好的 钢筋顶住与滑动刀台 11 相连的定长挡板 8 时,挡板带动定长拉杆 9 将刀台拉到锤头下 面,刀台便会在锤头快速冲击下将钢筋切断。

钢筋调直切断机的切断机构的结构与工作原理如图所示:

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图 2-3 钢筋调直机的切断机构 Fig.2-3 cut off mechanism of reinforcement bar straightening machine 1-曲柄轮;2-连杆;3-锤头;4-定长拉杆;5-钢筋;6-复位弹簧;7-刀台座;8-下切刀;9-上切刀; 10-上切刀架;

下切刀 8 固定在刀座台 7 上,调直后的钢筋会从切刀中孔中通过。上切刀 9 安装在 刀架 10 上,非工作状态时,上刀架被复位弹簧 6 推至上方,当定长拉杆 4 在调直好的 钢筋的带动下,将刀台座 7 拉到锤头 3 下面时,上刀架受到锤头的冲击会向下运动,钢 筋便会在上、下刀片间被切断。在切断钢筋时,切刀会有一个继续向下移动的过程,向 下移动的时间一般为 0.1s,而钢筋的牵引速度为 0.6m/s,因此在切断瞬间,钢筋可有 0.6×0.1=0.06m 的运动距离,而实际上钢筋在被切断的瞬间是停止运动的,所以造成 钢筋在牵引轮中开始滑动,导致牵引轮受到磨损。因此,钢筋调直切断机的牵引速度不 宜太快。

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调直定长切割机工作原理 原机械式调直定长切割机总,钢筋由盘料架上出来后进入该筒,适当调整调直块的 调整螺钉,将调直块紧固在不同的偏心位置上,以便对不同规格或不同性质的钢筋进行 调直。调直的方案有高斯曲线型、正弦曲线型和余弦曲线型,分别适用于不同直径,不 同屈服强度的钢筋。在调直多盘钢筋后,调直块会产生磨损,此时,应补调偏心以保证 调直效果。调直机主传动箱及牵引压辊,传动箱内由机械减速机构将电机转速降低,并 带动主动压辊(上压辊)旋转。上料时,转动一偏心手柄,使上压辊抬起,将钢筋穿过上 压辊与下压辊(被动压辊)之间的弧型槽,然后反向转动偏心手柄,使上压辊放下,上下 两压辊呈夹持钢筋状态。

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图 2-5 钢筋调直机压辊与弹性力实现方式 Fig.2-5 Bar straightening machine roller and the elastic force realization

钢筋压在两压辊之间,被调整钢筋力量的大小取决于压辊之间的夹持力。与上压辊 机械相连的连杆上有一弹簧与之相连,该弹簧对上压辊实施加压,压辊的牵引力与压力 成正比,故对不同直径与材质的钢筋应选择不同的弹簧压力, 从而较好地握持并牵引 钢筋。同时,为防止在剪切时的连切现象,在钢筋被顶停下时,钢筋与压辊间应能出现 明显的打滑。因此弹簧压力的调整是调直机能否正常工作的关键。 传动箱中偏心轴的双滑块机构带动锤头作垂直方向的直线往复运动, 剪切机构的方 刀台中装有上下切刀,当装在方刀台中的切刀进入锤头下面时,上切刀被锤击而实现钢 筋切断工作。 钢筋被打断后, 方刀台靠拉杆弹簧复位。 受料架是调直切断机的定长机构, 架上有用于定长的定尺板,根据需要的长度调整好定尺板在拉筋上的位置,并调整好拉 筋弹簧的压力,使被调直钢筋能顶动定尺板前进,而且又要在钢筋被切断后方刀台能及 时复位。当被调钢筋顶动定尺板前进到位时,定尺板带动拉筋移动,拖动方刀台进入锤 头下面而实现剪切。剪切完成后,方刀台靠拉杆弹簧复位。当钢筋被切断时,受料架张
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开卸料,钢筋落下后,受料架随即关闭,接受下一根钢筋。受料架卸料时,张开时间的 长短由时间继电器控制。

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第三章 电机选择
3.1 生产率和功率计算
3.1.1 生产率计算
Q ? 0.06?DnG0 K (kg / h)
式中 D-牵引轮直径(mm) N-牵引轮转速(r/min)
G0 -每米钢筋重量(kg)
3-1

K-滑动系数,一般取 K=0.95~0.98 带入相应数据得:

Q ? 0.06?DnG0 K (kg / h) ? 0.06? 3.14? 80? 40? 0.395? 0.98 ? 255.5(kg / h)

3.1.2 功率计算,选择电动机
调直部分: 调直筒所需的功率:
N1 ? Mn1 ( KW ) 97400 ?1
3-2

n1 ? 调直筒转速( r / min)
式中

?1 ? 传动效率,皮带传动可 取0.96 `

调直筒的扭矩:
M ? 2d 3? s eb(1 ? f ) ( N ? m m) L

3-3

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? s ? 钢筋屈服点(N m m2 )
e ? 调直块偏移量( m m)
式中

b ? 钢筋弯曲次数,一般取 4 d ? 钢筋直径(m m) f ? 钢筋对调直块的摩擦系 数,一般取f ? 0.12 ? 0.15 L ? 调直块的间距( m m)

带入相应数据,得:
M? 2 ? 4 3 ? 235? 10 ? 4(1 ? 0.15) ? 138368 ( N .m m) ? 138.368( N .m) 80
N1 ? 138 .368 ? 2800 ? 4.14( KW ) 97400 ? 0.96

考虑到摩擦损耗等因素,选电动机型号为 Y 132 S ? 4 ,功率为 5.5KW ,转速为 1440r/min. 牵引部分: 钢筋牵引功率:
N2 ? P? ( KW ) 102 ?2
3-4

? ? 调直速度(m / s)
式中

按性能参数查表取得

? 2 ? 传动效率,按综合传动 来计算 ? 2 ? 0.98 ? 0.98 ? 0.98 ? 0.97 ? 0.95 ? 0.88

牵引轮压紧力:
P? [ P] (N) 4 f1 sin ?
3-5

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式中

[ P] ? 牵引钢筋所需的拉力( N) f1 ? 钢筋对牵引轮的摩擦系 数取0.2

? ? 轮槽角度,一般为 45
P?

0

500 ? 884 ( N ) 4 ? 0.2 ? sin 45 ? 884 ? 40 ? 0.39( KW ) 102 ? 0.88

N2 ?

切断部分: 钢筋剪切功率:

N3 ?

?R1d 2? c? c sin ? ( KW ) 4 ? 9740 ?4

3-6

R1 ? 曲柄偏心距( m m) d ? 钢筋直径(m m)

? c ? 剪切极限强度,约等于 抗拉强度的0.7 ? 0.8倍
式中

? c ? 0.8 ? 370 (N / m m2) ? c ? 每分钟切断次数
? ? ? 齿刀切角( C) ? 4 ? 传动效率,按综合传动 来计算 ? 4 ? 0.98 ? 0.98 ? 0.97 ? 0.95 ? 0.89

带入相应数据,经计算得:
N3 ? 3.14 ? 20 ? 8 2 ? 0.8 ? 370? 30 ? sin 45? ? 0.73( KW ) 4 ? 9740? 0.89

钢筋切断力 P:
P?

?d 2
4

? c (N )

3-7

式中

d-钢筋直径,mm

? c -材料抗剪极限强度, N / m m2
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带入相应数据得:
P?

?d 2
4

?c ?

3.14 ? 4 2 ? 0.8 ? 370 ? 1487( N ) 4

钢筋切断机动刀片的冲程数 n:
n ? nI i
(r/min) 3-8

式中

n I -电动机转速,r/min
i-机械总传动比

带入相应数据得:

n ? nI i ? 1400? 0.89 ? 1281 .6
作用在偏心轮轴的扭矩 M:
M ? Prk {

(r/min)

r r sin(? ? ? ) ? ?[r0 ? ra [1 ? k ] ? rb k ]}(N ? m m) cos ? L L

3-9

式中

rk -偏心距,mm

? -偏心轮半径与滑块运动方向所成之角
? - arcsin(K sin ? ), 其中:K ?
rk L

L-连杆长度,mm

r0 -偏心轮轴径的半径,mm ra -偏心轮半径,mm rb -滑块销半径,mm

? -滑动摩擦系数, ? =0.10~0.15

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带入相应数据得:

M ? Prk {

r r sin(? ? ? ) ? ?[r0 ? ra [1 ? k ] ? rb k ]} cos ? L L

sin(30? ? 5.74? ) 20 ? 0.15 ? [12.5 ? 40 ? [1 ? ] ? 5 ? 100]} ? 100 cos5.74 ? 25180 ( N ? m m) ? 1487? 20 ? {

驱动功率 N:
N? Mn 1 1 ? ? (kW ) 716200 ? 9.8 1.36

3-10

式中

M -作用在偏心轮轴的扭矩,N mm
n -钢筋切断次数,1/min

? -传动系统总效率
带入相应数据得:
N?
25180 ? 1 1 1 Mn 1 1 ? ? ? 0.3(kW ) ? ? = 716200 ? 9.8 1.36 716200 ? 0.89 9.8 1.36

牵引与切断总功率:

N ? N 2 ? N 3 ? 0.39 ? 0.73 ? 1.12( KW )

考虑到摩擦损耗等因素,选电动机型号为 Y 90 L ? 4 ,功率为 1.5KW ,转速为 1400r/min.

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第四章 皮带选择
4.1 第一组皮带传动机构的设计
设计的原始条件为: 传动的工作条件, 传递的功率 P, 主、 从动轮的转速 n1 、n 2(传 动比 i) ,传动对外廓尺寸的要求。 设计内容:确定带的型号、长度、根数; 传动中心距; 带轮基准直径及结构尺寸; 计算初拉力 F0 ,
设计的步骤和方法

带对轴的压力 Q0

4.1.1 确定设计功率 pc
考虑载荷性质和每天运转的时间等因素,设计功率要求要比传递的功率略大,即:

PC ? K A P(kW )
式中
P-传递的额定功率, PC ? 4.14 (KW)

4-1

K A -工作情况系数, K A =1.2

PC ? 4.14 ? 1.2=4.97(KW)

4.1.2 初选带的型号
根据设计功率 Pc 和主动轮转速 n1 =1440r/mim。选定带的型号为 A 型。

4.1.3 确定带轮的基准直径 d d 1 和 d d 2
(1)选择 d d 1 ,由 d d 1 ? d d min ,查表得 d d 1 =280(mm)

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(2)验算带速 V,带速太高则离心力大,减小带与带轮间的压力易打滑,带速太低, 要求传递的圆周力大,使带根速过多,故 V 应在 5~25mm/s 之内。
V?

?d d 1n1
(60 ? 1000 )

?

3.14 ? 280? 1440 ? 18.84(m / s) (60 ? 1000 )
4-2

(3)计算从动轮基准直径 d d 2 :
n1 1440 ? 280 =138.57(mm) d d1 ? 2800 n2
3-3

d d 2 =i d d 1 =

取标准值 d d 2 =140(mm)

4.1.4 确定中心距 a 和带的基准长度 Ld
一般取

0.7(d d1 ? d d 2 ) ? a0 ? 2(d d1 ? d d 2 )

4-4

计算相应于 a 0 的带基准长度 Ld 0 :

(d d 1 ? d d 2 ) 2 Ld 0 ? 2a0 ? (d d 2 ? d d 1 ) ? 2 4a0 ? 2 ? 500 ? 3.14 (280 ? 140) 2 (140 ? 280) ? ? 1606.702( mm) 2 4 ? 500

?

根据初定的 Ld 0 查表,选取接近 Ld 0 值的基准长度 Ld =1600(mm)
Ld ? Ld 0 1600? 1606 .702 ? 500 ? ? 496.649(m m) 2 2

a ? a0 ? 实际中心距:

4-5

4.1.5 验算小轮包角 ? 2
? 2 ? 180? ? 2 arcsin
d d1 ? d d 2 ? 166? ? 120? 2a
4-6

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4.1.6 计算带的根数
Z? PC 4.97 ? ? 1.7 ( P0 ? ?P0 ) K? K L (3.5 ? 0.15) ? 0.96 ? 0.99
取 Z=2
4-7

式中

K? -包角系数,考虑包角与实验条件不符( ? 2 ? 180? )时对传动能力的影响
K L -长度系数,考虑带长与实验条件不符时对传动能力的影响

P0 -实验条件下,单根 V 带所能传递的功率

?P0 -单根 V 带传递功率的增量

考虑传动比 i ? 1 时,带在大轮上的弯曲应力小,故在寿命相同的条件下,可增大传 递的功率,其计算式为:
?P0 ? K B n1 (1 ? 1 ) ? 0.15(kW ) Ki
4-8

式中

K B -弯曲影响系数, K B ? 1.03? 10?3

Ki -传动比系数

Ki =1.12

4.1.7 计算带作用在轴上的载荷 Q
为设计轴和轴承,应计算出 V 带对轴的压力 Q:
Q ? 2 F0 Z sin

?1
2

(N )

4-9

式中

Z-带的根数

F0 -单根 V 带的初拉力 N
PC 2.5 4.97 2.5 ( ? 1) ? qv2 ? 500? ?( ? 1) ? 0.1 ? 18.842 ? 141.28( N ) ?z 0.96 18.84 ? 2 0.96

F0 ? 500?

4-10

17

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Q ? 2 ? 141 .28 ? 2 ? sin

166 ? 560 .9( N ) 2

4-11

4.2 第二组皮带传动机构的设计
设计的原始条件为: 传动的工作条件, 传递的功率 P, 主、 从动轮的转速 n 3 、n 4(传 动比 i) ,传动对外廓尺寸的要求。 设计内容:确定带的型号、长度、根数; 传动中心距; 带轮基准直径及结构尺寸; 计算初拉力 F0 , 带对轴的压力 Q0

4.2.1 确定设计功率 Pc
考虑载荷性质和每天运转的时间等因素,设计功率要求要比传递的功率略大,即:

PC ? K A P(kW )
式中 P-传递的额定功率, PC ? 1.36 KW
K A -工作情况系数, K A =1.2

4-12

PC ? 1.36 ? 1.2=1.632(KW)

4.2.2 初选带的型号
根据设计功率 Pc 和主动轮转速 n 3 =1400r/mim。选定带的型号为 A 型。

4.2.3 确定带轮的基准直径 d d 3 和 d d 4
(1)选择 d d 3 ,由 d d 3 ? d d min ,查表得 d d 3 =140mm (2)验算带速 V,带速太高则离心力大,减小带与带轮间的压力易打滑,带速太低, 要求传递的圆周力大,使带根速过多,故 V 应在 5~25mm/s 之内。
18

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V?

?d d 3 n3
(60 ? 1000 )

?

3.14 ? 140? 1440 ? 10.55(m / s) (60 ? 1000 )

4-13

(3)计算从动轮基准直径 d d 4 :
n3 1440 ? 140 =280 dd3 ? (mm) 720 n4

d d 4 =i d d 3 =

4-14

取标准值 d d 4 =280mm

4.2.4 确定中心距 a 和带的基准长度 Ld
一般取

0.7(d d 3 ? d d 4 ) ? a0 ? 2(d d 3 ? d d 4 )

4-15

计算相应于 a 0 的带基准长度 Ld 0 :
?
2 (d d 3 ? d d 4 ) 2 3.14 (280 ? 140) 2 ? 2 ? 300 ? (280 ? 140) ? ? 1275 .73(mm) 根 4a0 2 4 ? 500

Ld 0 ? 2a0 ?

(d d 4 ? d d 3 ) ?

据初定的 Ld 0 查表,选取接近 Ld 0 值的基准长度 Ld =1400(mm)
Ld ? Ld 0 1400? 1275 .73 ? 300 ? ? 362(m m) 2 2

实际中心距:

a ? a0 ?

4-16

4.2.5 验算小轮包角 ? 1
? 1 ? 180? ? 2 arcsin
dd3 ? dd4 ? 157.70? ? 120? 2a
4-17

4.2.6 计算带的根数
Z? PC 1.36 ? ? 1.5 ( P0 ? ?P0 ) K? K L (1.9 ? 0.16) ? 0.93? 0.96
取 Z=2
4-18

19

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式中

K? -包角系数,考虑包角与实验条件不符( ? 2 ? 180? )时对传动能力的影响
K L -长度系数,考虑带长与实验条件不符时对传动能力的影响

P0 -实验条件下,单根 V 带所能传递的功率

?P0 -单根 V 带传递功率的增量

考虑传动比 i ? 1 时,带在大轮上的弯曲应力小,故在寿命相同的条件下,可增大传 递的功率,其计算式为:
?P0 ? K B n3 (1 ? 1 ) ? 0.16(kW ) Ki
4-19

式中

K B -弯曲影响系数, K B ? 1.03? 10?3

Ki -传动比系数

Ki =1.12

4.2.7 计算带作用在轴上的载荷 Q
为设计轴和轴承,应计算出 V 带对轴的压力 Q:
Q ? 2 F0 Z sin

?1
2

(N )

4-20

式中

Z-带的根数
F0 -单根 V 带的初拉力 N

F0 ? 500?

PC 2.5 1.36 2.5 ( ? 1) ? qv2 ? 500? ?( ? 1) ? 0.1 ? 10.55042 ? 65.5( N ) ?z 0.93 10.5504? 2 0.93
157 .70 ? 257 ( N ) 2

Q ? 2 ? 65.5 ? 2 ? sin

20

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4.2.8 主动带轮设计
轴伸直径 d=38mm, 长度 L=80mm,故主动带轮轴孔直径应取 d 0 ? 38mm ,毂长应小 于 80mm.大主动带轮结构为辐板式带轮,小主动带轮结构为实心式带轮,轮槽尺寸及轮 宽等按表计算得: 小带轮: 基准宽度 bd ? 10mm,顶宽 b=13mm; 线下槽深 h f ? 12mm; 槽间距 e ? 15 ? 0.3 mm; 最小轮缘厚 ? min ? 6mm 带轮宽 B ? ( z ? 1)e ? 2 f ? (2 ? 1) ? 15 ? 2 ? 10 ? 35mm z—轮槽数;外径 d a ? d d ? 2ha ? 150mm; 轮槽角 38? ;极限偏差 ? 1 mm;当 B<1.5 d s 时,L=B=35mm, d s 为轴的直径; 大带轮: 基准宽度 bd ? 10mm,顶宽 b=13mm; 线 下 槽 深 h f ? 12mm ;
2 f ? 10? ?1 mm;

基准线上槽深 ha ? 5mm;

基准

2 第一槽对称面至端面的距离 f ? 10? ?1 mm;

基准线上槽深 ha ? 5mm;

基准

槽 间 距 e ? 15 ? 0.3 mm;

第一槽对称面至端面的距离

最小轮缘厚 ? min ? 6mm;

带轮宽 B ? ( z ? 1)e ? 2 f ? (2 ? 1) ? 15 ? 2 ? 10 ? 35mm z— 轮 槽 数 ; 外 径 d a ? d d ? 2ha ? 290mm : 轮 槽 角 38? ; 极 限 偏 差 ? 1 mm ;

d1 ? 2 ? d s ? 2 ? 38 ? 76mm, d s为轴的直径; D0 ? 0.5 ? ( D1 ? d1 ) ? 0.5 ? (216? 76) ? 146mm d 0 ? (0.2 ~ 0.3)(D1 ? d1 ) ? 0.2 ? (216? 76) ? 28mm

21

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第五章 齿轮设计
本机选用的是直齿轮,在牵引箱中。在闭式传动中,轮齿折断和点蚀均可能发生, 设计时先按齿面接触疲劳强度确定传动主要参数,再验算齿根弯曲疲劳强度。 小齿轮齿数 Z 1 应大于 17 齿,以避免根切现象而影响齿根弯曲强度,一般取 Z 1 =18~40,
Z 2 =i Z 1 。为防止轮齿早期损坏, Z 1 , Z 2 应尽量互为质数。当分度圆直径确定时,在满

足齿根弯曲强度的前提下,适当减少模数以增加齿数,有利于提高重合度。对传递动力 的齿轮传动,模数应大于 2mm(至少 1.5mm),齿数比(传动比)i 不宜过大,以小于 5 为 佳,以防止两齿轮直径相差过大及轮齿工作负担相差过大。 增大齿宽 b 时,轮齿的工作应力 ? F 和 ? H 都将减少,有利于提高轮齿承载能力,但 b 过 大易造成载荷沿齿宽分布不均匀。对于制造安装精度要求高,轴和支承刚度大,齿轮相 对于轴承是对称布置时,可取稍大些,? d ? 0.8~1.4。非对称布置时? d ? 0.6~1.2; 悬臂布置及开式传动中? d ? 0.3~0.4。在硬度 HB>350 的硬齿面传动中,? d 还应下降 50%。 一级减数直齿轮设计 已知一级传递功率 P ( KW ) , 小 齿 轮 转 速 1 ? P 0? 01 ? 1.36 ? 0.99 ? 0.97 ? 1.31
n1 =720r/min,传动比 i 12 =1.9,每天 1 班, ,预期寿命 10 年。

5.1 确定齿轮传动精度等级
根据使用情况和估计速度 v ? 6 m/s,则选用 8 级精度的齿轮。选择材料:小齿轮选 用 45 号钢,调质处理, HBS1 ? 217~255HBS ;大齿轮选用 45 号钢 ,正火处理,

HBS2 ? 162 ~ 217 HBS ;按国家标准,分度圆上的压力角 ? = 20o ;对于正常齿,齿顶高
? 系数 ha = 1 ,顶隙系数 c? = 0.25

22

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5.2 齿轮参数计算
5.2.1 计算许用应力
N1 ? 60n1 jLh ? 60 ? 720 ? 1? 10 ? 300 ? 8 ? 1.0368 ? 109 N1 1.0368 ? 109 N2 ? ? ? 0.384 ? 109 i12 2.7
5-1

主 动 轮 和 从 动 轮 齿 面 硬 度 为 230HBS 和 170HBS ,, 并 查 图 得 ,

? H lim1 =570Mpa, ? H lim 2 =520Mpa,查图得, Z N 1 =1.0, Z N 2 =1.14, Z X 1 =1.0,
Z X 2 =1.0, ZW =1.0, Z LVR =0.92, S H =1.0。

[? H ]1 ?

? H lim1
SH

Z N 1Z X 1ZW Z LVR ?

570 ?1.0 ?1.0 ?1.0 ? 0.92 ? 524.4(MPa) 1.0 520 ?1.14 ?1.0 ?1.0 ? 0.92 ? 545.376(MPa) 1.0

5-2

[? H ]2 ?

? H lim2
SH

Z N 2 Z X 2 ZW Z LVR ?

5-3

5.2.2 按齿面接触疲劳强度确定中心距
T1 ? 9.55 ? 10 6 ? 小齿轮转距: 1.31 ? 17375 .694 ( N ? mm ) 720 u ?1 1.9 ? 1 ? 0.35 ? ? 0.6475 ,查表得 2 2
5-5 5-4

初取 Kt ? Z?2t ? 1.1,取 ?a ? 0.35, ?d ? ?a

ZE ? 188.9 MPa , Z H ?
确定中心距:
at ? (u ? 1) 3

2 2 ? ? 2.5 cos ? ? sin ? cos 20 ? sin 20

KT1 Z E Z H Z? 2 1.1?17375.694 188.9 ? 2.5 2 ( ) ? (1.9 ? 1) 3 ( ) ? 150.34(mm) 2? a u [? H ] 2 ? 0.35 ? 2.7 524.4

5-6

取 a=155mm 估计模数:m=(0.007~0.02)a=(0.007~0.02)×155=1.085~3.1mm,取 m=2mm. 各齿轮齿数:
23

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2a 2 ? 155 ? ? 21.93 m( ? ? 1) 2 ? (2.7 ? 1) Z 2 ? Z1 ? i12 ? 21.93? 1.9 ? 39.41 Z1 ?
取 Z1 ? 22Z 2 ? 40 实际传动比 i实 ?
Z2 ? 1.82 Z1

5-7

5-8

传动比误差 ?i ?

i理 ? i实 i理

?100% ?

1.9 ? 1.82 ?100% ? 4% ? ?5% 1.9

许用

分度圆直径:

d1 ? mZ1 ? 2 ? 22 ? 44 d 2 ? mZ2 ? 2 ? 40 ? 80
验算圆周速度 合适。
v?

5-9

? d1n1
60 ?1000

?

3.14 ? 84 ? 720 ? 3.17m / s ? 6m / s ,选择 8 级精度的齿轮 60 ?1000

5.2.3 验算齿面接触疲劳强度
因电机驱动,载荷平稳,查表, K A ? 1.0 ,由于速度 v=3.17m/s,8 级精度齿轮 , 查图得 Kv ? 1.12 ,轴上轴承不对称分布,且 ?d ? 0.6475 ,查图得 K? ? 1.04 ,齿宽 b= ?d d1 ? 0.6475 ? 84 ? 54.39 。取 b=54mm, ? ? 0 。 查表得 K? ? 1.0 载荷系数 K ? K A Kv K? K? ? 1.0 ?1.12 ?1.04 ?1.0 ? 1.16 计算端面和纵向重合度:
5-10

? ? ? ?1.88 ? 3.2 ?
?

?

? 1 1 ?? ? ? 1 1 ?? ? ? ? cos ? ? ?1.88 ? 3.2 ? ? ?? ?1 ? 1.84 ? 38 75 ?? ? ? Z1 Z 2 ? ?

5-11

? ? ? 0.318?d Z1 tan ? ? 0

5-12
24

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由 ? ? 和? ? 查图得, Z? ? 0.88 ,取 u=2.7

? H ? Z E Z H Z?

2 KT1 u ? 1 bd12 u
2 ?1.16 ?17375.694 2.7 ? 1 ? 54.39 ? 842 2.7

5-13

? 188.9 ? 2.5 ? 0.88

=158MP ? [? H ]

安全。

5.2.4 验算齿根弯曲疲劳强度
根 据 材 料 热 处 理 , 查 图 , ? F lim1 ? 435MPa,? F lim2 ? 415MPa, 取SF ? 1.25。 查图

YN1 ? YN 2 ? 1.0, YX 1 ? YX 2 ? 1.0。取YST ? 2.0 ,则计算出许用应力
[? F ]1 ?

? F lim1
SF

YN 1YX 1YST ?

435 ?1.0 ?1.0 ? 2.0 ? 696( MPa) 1.25 415 ?1.0 ?1.0 ? 2.0 ? 664( MPa) 1.25

5-14

[? F ]2 ?

? F lim2
SF

YN 2YX 2YST ?

5-15

由图得, YFa1 ? 2.86, YFa 2 ? 2.22和YSa1 ? 1.54, YSa 2 ? 1.79, Y? ? 0.71 验算弯曲疲劳强度

? F1 ?

2 KT1 YFa1YSa1Y? bd1m
2 ?1.16 ?17375.694 ? 2.86 ?1.54 ? 0.71 54 ? 84 ? 3

5-16

?

? 38.14( MPa) ? [? F ]1

?F2 ?

2 KT1 YFa 2YSa 2Y? bd1m
2 ?1.16 ?17375.694 ? 2.22 ?1.79 ? 0.71 54 ? 84 ? 3

5-17

?

25

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? 32.62(MPa) ? [? F ]2
安全。

5.2.5 齿轮主要参数和几何尺寸
* Z1 ? 22, Z 2 ? 40, ? ? 2.7, m ? 2, ha ? 1.0, c* ? 0.25

d1 ? mZ1 ? 2 ? 22 ? 44mm
d2 ? mZ2 ? 2 ? 40 ? 80 mm
? da1 ? d1 ? 2mha ? 44 ? 2 ? 3?1.0 ? 50 mm

? da 2 ? d2 ? 2mha ? 80 ? 2 ? 3?1.0 ? 86 mm

? d f 1 ? d1 ? 2m(ha ? c? ) ? 44 ? 2 ? 2 ? (1.0 ? 0.25) ? 39 mm

? d f 2 ? d2 ? 2m(ha ? c? ) ? 80 ? 2 ? 2 ? (1.0 ? 0.25) ? 75 mm

a?

1 1 (d1 ? d 2 ) ? (44 ? 80) ? 62 mm 2 2

b1 ? b ? 18mm, b2 ? b1 ? 5 ~ 10mm, 取b2 ? 25mm
同理 当 3 齿轮 4 齿轮间传动比 i34 =2.5 时,齿轮主要参数和几何尺寸
? Z3 ? 18, Z4 ? 32, u ? 1.78, m ? 2.5mm, ha ? 1.0, c? ? 0.25

d3 ? mZ3 ? 2.5 ?18 ? 45 mm d4 ? mZ4 ? 2.5 ? 32 ? 80 mm
? da3 ? d3 ? 2mha ? 45 ? 2 ? 2.5 ?1.0 ? 51mm

26

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? da 4 ? d4 ? 2mha ? 80 ? 2 ? 2.5 ?1.0 ? 86 mm

? d f 3 ? d3 ? 2m(ha ? c? ) ? 45 ? 2 ? 2.5? (1.0 ? 0.25) ? 38.75 mm

? d f 4 ? d4 ? 2m(ha ? c? ) ? 80 ? 2 ? 2.5? (1.0 ? 0.25) ? 73.75 mm

a?

1 1 (d3 ? d 4 ) ? (45 ? 80) ? 62.5 mm 2 2

b3 ? b ? 18mm, b4 ? b3 ? 5 ~ 10mm, 取b4 ? 25mm
4 齿轮和 5 齿轮间的传动比 i45 =1,齿轮主要参数和几何尺寸
? Z4 ? 32, Z5 ? 32, u ? 1, m ? 2.5mm, ha ? 1.0, c? ? 0.25

d4 ? mZ5 ? 2.5 ? 32 ? 80 mm d5 ? mZ6 ? 2.5 ? 32 ? 80 mm
? da 4 ? d4 ? 2mha ? 80 ? 2 ? 2.5 ?1.0 ? 85 mm

? da5 ? d5 ? 2mha ? 80 ? 2 ? 2.5 ?1.0 ? 85 mm

? d f 4 ? d4 ? 2m(ha ? c? ) ? 80 ? 2 ? 2.5? (1.0 ? 0.25) ? 73.75 mm

? d f 5 ? d5 ? 2m(ha ? c? ) ? 80 ? 2 ? 2.5? (1.0 ? 0.25) ? 73.75 mm

a?

1 1 (d3 ? d 4 ) ? (80 ? 80) ? 80 mm 2 2

b5 ? b6 ? 18 mm

27

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第六章 轴的设计与强度校核
6.1 齿轮轴的设计与强度校核
6.1.1 轴的结构设计

图 6-1 轴的结构图 Fig.6-1 construction figure of shaft one

6.1.2 轴的强度校核
输出轴转矩:

T1 ? 9.55? 106

P1 1.36 ? 9.55? 106 ? ? 18039 N n1 720

6-1

齿轮圆周力:

Ft1 ? d m1

? ? ? 6-2 ? d1 (1 ? ? R ) ? m z1 (1 ? 0.5? R ) ? 4 ? 25 ? (1 ? 0.5 ? 0.3) ? 85m m ? ?

2T1 2 ? 18039 ? ? 494N d m1 85

齿轮轴向力: 齿轮径向力: 支反力: XOY 面

Fa1 ? Ft1 tan? sin ?1 ? 494? tan20? ? cos45? ? 127N
Fr1 ? Ft1 tan? cos?1 ? 127N
(垂直面)

6-3

6-4

28

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R AY ?

127? 193? 127? 269

85 2 ? 71N

R BY

85 127? 462 ? 127? 2 ? 198N ? 269

? ? ? ? ?

6-5

XOZ 面(水平面)
R AZ ? R BZ 127? 193? 257? 430 ? 319N 269 127? 462 ? 257? 161 ? ? 64N 269

? ? ? ? ?

6-6

XOY 面上的弯矩:
M AY左 ? 0 N ? m m M AY右 ? 198? 269 ? 127? M BY左 85 ? 127? 462 ? 16.5 N ? m m 2 ? 71? 269 ? 19099N ? m m 85 ? 127? 193 ? ?19113 .5 N ? m m 2

M BY右 ? 127?

? ? ? ? ?

6-7

XOZ 面上的弯矩:
M AZ左 ? ?257? 161 ? ?41377N ? m m M BZ左 M BZ右

M AZ右 ? ?494? 462 ? ?228228 N ?mm

? ? ? ? ?257? 430 ? 319? 269 ? ?24699N ? m m ? ? ? ?494? 193 ? ?95342N ? m m

6-8

合成弯矩:
2 2 2 M A左 ? M AY 02 ? ( ? 41377 ) ? 41377N ? m m 左 ? M AZ左 ? 2 2 2 2 M A右 ? M AY ( ? 228228 ) ? 228228 N ?mm 右 ? M AZ右 ? 16.5 ?

M B左 ? M

2 BY左

?M

2 BZ左

? 19099 ? ( ? 24699 ) ? 25427N ? m m
2 2

? ? ? ? ?

6-9

2 2 2 2 M B右 ? M BY .5) ? ( ? 95340 ) ? 97237N ? m m 右 ? M BZ右 ? ( ? 19113

当量弯矩:

29

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M v ? M 2 ? (?T ) 2 转矩为一般性质,故 ?? [? ?1b ] 55 ? ? 0.58.45钢取? B ? 600 , [? 0b ] 95

查表[? ?1b ] ? 55MPa, [? 0b ] ? 95MPa
2 M vA右 ? M A 右

2 2 2 M vA左 ? M A (?T) ? 413772 ? (0.58 ? 18039 ) ? 10462 N ?mm 左 ?

? ? ? 2 2 2 ? (?T) ? 228228 ? (0.58 ? 18039 ) ? 228468 N ?mm ? ?

6-10

2 2 2 M vB左 ? M B (?T) ? 254272 ? (0.58 ? 18039 ) ? 27495 N ?mm 左 ? 2 2 2 M vB右 ? M B (?T) ? 972372 ? (0.58 ? 18039 ) ? 97798 N ?mm 右 ?

M vD ? ?T ? 0.58 ? 18039? 10462 N ?mm
取危险截面按当量弯矩验算直径。危险截面取右轴承处(载荷最大)及安装带轮处(轴 径最小且载荷较大、有键槽) 。 右轴承部位验算
d ?3 M vA 228707 ?3 ? 16m m 0.1[? ?1b ] 0.1 ? 55

6-11

d=20mm>16mm,合格。 安装带轮部位验算
d ?3 M vD 10462 ?3 ? 15m m 0.1[? ?1b ] 0.1 ? 55

6-12

d=20mm>15mm,合格。 该轴段有键槽,计算轴径加大 4%,d=20>15×1.04=15.6,合格 综上计算结果,该轴强度足够。

30

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6.2 Ⅱ轴的设计与强度校核
6.2.1 轴的结构设计

图 6-2 轴的结构图 Fig.6-2 construction figure of shaft two

6.2.2 轴的强度校核
输出轴转矩:

T2 ? 9.55? 106

P2 1.31 ? 9.55? 106 ? ? 17376 N n2 720

6-13

圆柱齿轮 齿轮圆周:

Ft1 ?

2T1 2 ? 17376 ? ? 414N d1 84

6-14

齿轮径向力: 标准直齿圆锥齿轮

Fr1 ? Ft1 tan? ? 150N

6-15

31

沈阳建筑大学毕业设计

齿轮圆周力:

Ft 2 ? d m2

? ? ? ? d 2 (1 ? ? R ) ? m z2 (1 ? 0.5? R ) ? 4 ? 25? (1 ? 0.5 ? 0.3) ? 85m m ? ?

2T2 2 ? 17376 ? ? 408N d m2 85

6-16

齿轮轴向力: Fa 2 ? Ft 2 tan? sin ? 2 ? 408? tan20? ? cos45? ? 104N 齿轮径向力:Fr 2 ? Ft 2 tan? cos? 2 ? 104N 支反力 XOY 面 (垂直面)
150? 300 ? 104? 52 ? 104? 354 85 2 ? 155N

6-17

6-18

R AY ?

RBY

85 ? 104? 302 ? 104? ? 104? 54 2 ? ? ?97N 354

? ? ? ? ?

6-19

XOZ 面(水平面)
R AZ ? R BZ 414? 300 ? 408? 52 ? 30 ? 212 ? 392N 354 ? 414? 54 ? 408? 302 ? 20 ? 514 ? ? 447N 354

? ? ? ? ?

6-20

XOY 面上的弯矩:

M CY左 ? ?155? 54 ? ?8370N ? m m M CY右 ? ?104? 248 ? 104? M DY左 85 ? 97 ? 300 ? ?50472 N ?mm 2 ? ?155? 302 ? 150? 248 ? ?9610N ? m m 85 ? ?42N ? m m 2

M DY右 ? ?97 ? 52 ? ?5044N ? m m M BY左 ? ?155? 354 ? 150? 300 ? 104? 52 ? 104? M BY右? 0 N ? m m
XOZ 面上的弯矩:

? ? ? ? ?

6-21

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M CZ左 ? 0 N ? m m M CZ右 ? ?408? 248 ? 30 ? 460 ? ?114984 N ?mm M DZ 左 ? 414? 248 ? 102672 N ?mm M DZ 右 ? ?30 ? 212 ? ?6360N ? m m M BZ左 ? 414? 300 ? 408? 52 ? 145416 N ?mm M BZ右 ? ?30 ? 212 ? ?6360N ? m m
合成弯矩:
2 2 2 M C左 ? M CY ) ? 0 ? 8370N ? m m 左 ? M CZ左 ? ( ? 8370 2 2 2 2 M C右 ? M CY ) ? ( ? 114984 ) ? 125574 N ?mm 右 ? M CZ右 ? ( ? 50472 2 2 2 2 M D左 ? M DY ) ? 102672 ? 9615N ? m m 左 ? M DZ 左 ? ( ? 9610

? ? ? ? ?

6-22

M D右 ? M

2 DY 右

?M

2 DZ 右

? ( ? 5044 )? ( ? 6360 ) ? 8117N ? m m
2 2

? ? ? ? ?

6-23

2 2 2 2 M B左 ? M BY ) ? 145416 ? 145416 N ?mm 左 ? M BZ左 ? ( ? 42 2 2 2 M B右 ? M BY 02 ? ( ? 6360 ) ? 6360N ? m m 右 ? M BZ右 ?

当量弯矩:
M v ? M 2 ? (?T ) 2 转矩为一般性质,故 ?? [? ?1b ] 55 ? ? 0.58.45钢取? B ? 600 , [? 0b ] 95

查表[? ?1b ] ? 55MPa, [? 0b ] ? 95MPa
2 2 2 M vC左 ? M C (? T ) ? 83702 ? (0.58 ? 17376 ) ? 13101 N ?mm 左 ? 2 2 2 2 M vC右 ? M C (? T ) ? 125574 ? (0.58 ? 17376 ) ? 125978 N ?mm 右 ?

M vD左 ? M

2 D左

? (?T) ? 9615 ? (0.58 ? 17376 ) ? 13929N ? m m
2 2 2

2 2 2 M vD右 ? M D (? T ) ? 81172 ? (0.58 ? 17376 ) ? 12940N ? m m 右 ? 2 2 2 2 M vB左 ? M B (? T ) ? 145416 ? (0.58 ? 17376 ) ? 145765 N ?mm 左 ? 2 2 2 M vB右 ? M B (? T ) ? 63602 ? (0.58 ? 17376 ) ? 11917N ? m m 右 ? 2 2 2 M vP ? M P ? (? T ) ? 251802 ? (0.58 ? 17376 ) ? 27122N ? m m

? ? ? ? ?

6-24

M vD ? ?T ? 0.58 ? 17376? 10078 N ?mm

取危险截面按当量弯矩验算直径。危险截面取右轴承处(载荷最大) 、安装圆柱齿
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轮处、安装锥齿轮处及安装偏心轮处。 右轴承处验算

d ?3

M vB 146251 ?3 ? 21.8m m 0.1[? ?1b ] 0.1 ? 55

6-25

d=24mm>21.8mm,合格。

安装圆柱齿轮处验算
d ?3 M vC 126657 ?3 ? 20.4m m 0.1[? ?1b ] 0.1 ? 55

6-26

d=24mm>20.4mm,合格。 该轴段有键槽,计算轴径加大 4%,d=24>20.4×1.04=21.2mm,合格。 安装压辊处验算
d ?3 M vC 19012 ?3 ? 16m m 0.1[? ?1b ] 0.1 ? 55

6-27

d=20mm>16mm,合格。 该轴段有键槽,计算轴径加大 4%,d=20>16×1.04=16.64mm,合格。

综上计算结果,该轴强度足够。

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第七章 主要零件的规格及加工要求
7.1 调直筒及调直模
调直筒及调直块的尺寸要求见零件图,调直筒可用一般结构钢或碳钢制造,调直块 须用厂具钢制造,并进行热处理,块的内孔要具有一定的光洁度。GT1.6/4 型调直切断 机的调直筒,有套调直模,整套有五个,其中外圈是模套,用于固定调直模,材料是 45 号钢,内圈是调直模,材料是硬质合金,内径为 6mm,可调直 4mm 直径以下的钢筋。 调直模用工具钢制成, 并经热处理。 安装时, 调直模的喇叭口应全部向调直筒进口方向。 调直模在调直筒中的安装位置如图所示,

图 7-1 调直模的安装方法 Fig.7-1 installation method of straightening model

调直模偏移量的大小,要根据调直模的磨损程度和钢筋的性质通过试验确定,一般 为 7~10mm,但不论采用哪种方法,调直筒最外两端的两个调直模,必须在调直筒导孔 的轴线上,如果发现钢筋调的不直,应及时调整调直模的偏移量。

7.2.齿轮
调直机上的所有齿轮均采用 45 号钢加工制造,并须经过表面淬火等热处理。
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7.3.调直机的各传动轴轴承
表 7-1 钢筋调直机的轴承型号及用量 Tab.7-1 bearing size and number of reinforcement bar straightening machine

轴承名称

型号

数量

安装部位

轴承名称

型号

数量

安装部位

单列圆锥 滚子轴承

7506

2

偏心轴两 端

单列向心 球轴承

205

2

中间轴两 端

双列向心 球轴承

1208

2

调直筒两 端

双列向心 球轴承

1205

2

上压辊轴 两端

推力球轴 承

8108

1

调直筒右 端

单列向心 球轴承

205

2

下压辊轴 两端

7.4 牵引压辊的选用和调整
调直机有两对钢筋传送压辊供选用,每对压辊上又有两种深度的环槽,因此应根据 钢筋直径选择适当的压辊槽。一般在夹紧钢筋后,应保证上下压辊之间应有一定的间隙 为合适。 传送钢筋的牵引力,决定于压辊间的压紧程度,压紧度要保证钢筋能顺利的被牵引 前进,不应有明显的转动现象,而且在被切断的一瞬间,应能允许钢筋与压辊之间发生 打滑现象,即压辊的压紧力是弹性力。

7.5 定长机构的选择与调整
钢筋切断长度,由定长机构自动调整,为了保证切断质量,首先要按滑动刀台的活 动上切刀位置,调整其固定切刀,使上下两切刀的刃口间有 1mm 以内的间隙,并经常 检查下切刀的锁紧螺母有无松动现象,以及上切刀的抬刀弹簧的弹性。
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滑动刀台的回位是靠压缩弹簧的张力,在定尺拉杆上装有三个压缩弹簧,在调直粗钢筋 时,三个弹簧同时起作用。当调直细钢筋时,只需 1~2 弹簧。弹簧的预紧力是以保证 能可靠的回位为准。如果弹簧预紧力不足,会造成滑动刀台停留在锤头下发生连切钢筋 的故障, 若弹簧预紧力过大, 则钢筋不易顶动顶尺板, 而发生钢筋顶弯或切断尺寸不准, 并造成压辊过度损伤钢筋的现象。 钢筋发生连切现象,除由于弹簧的预紧力不足外,还可能是传送压辊压力过大,或 者是料槽的钢筋下落阻力过大所造成的。所以,发生不正常现象时,应立即停车检查, 进行调整。

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第八章 经济分析与发展前景
随着我国经济建设的迅猛发展,建筑市场呈现出前所未有的喜人景象。作为建筑工 程中重要材料的钢筋需求量猛增, 有力地拉动了钢筋调直切断机的市场需求。 近几年来, 新Ⅲ级钢(即热轧带肋钢筋 HRB300、HRB400、HRB500)以其强度高、延性好的优良性 能迅速在全国建筑工程中得到广泛使用, 更为建筑用钢筋调直切断机的生产企业提供了 一个千载难逢的发展机遇,也对其提出了更高的要求。

8.1 钢筋调直切断机的种类和特点
经过几十年的发展,我国的建筑用钢筋调直切断机市场现已基本形成。目前,市场 上生产和销售的钢筋调直切断机种类很多, 根据设备组成的各工作机构特点可以按 6 种 方法进行分类。 (1)调直方式 调直模式:钢筋调直效果好,比较容易控制。但调直速度低,被加工钢筋表面 有划伤,工作噪声较大;适合各种光圆钢筋。 曲线辊式:调直速度较快,钢筋调直效果好,且易控制。但被加工钢筋表面划 伤较重,工作噪声较大;适合各种光圆钢筋和对钢筋表面划伤要求不高的场合。 对辊式:调直速度快,被加工钢筋表面有划伤轻微,工作噪声小;钢筋调直效 果一般,控制要求较高。适合各种钢筋,特别适合冷、热轧带肋钢筋。 调直模式+对辊复合式:钢筋调直效果比较好,比较容易控制。调直速度高于 曲线辊式,低于对辊式。被加工钢筋表面有划伤。工作噪声比较小;适合各种钢筋。 (2)切断方式 锤击切断方式:适用中、小直径钢筋,工作噪声连续、较大。易出现连切现象, 定尺误差最小。适用于中、低速度的钢筋调直机和对定尺精度要求较高的场合。 飞剪切断方式:适用大、中直径钢筋,工作噪声较大,不连续。定尺精度不高, 但没有连切现象。适用于高速钢筋调直机。 液压切断方式:适用大、中直径钢筋,工作噪声小。没有连切现象。适用于速 度不太高的钢筋调直机。 (3)落料方式 支撑柱式:结构简单,工作噪声小。适用于小直径光圆钢筋,且钢筋调直度较
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高的场合。 翻板式:结构较复杂,工作噪声较大,适用大、中直径钢筋。 撤板式:结构较复杂,工作噪声较大,适用大、中直径钢筋。 敞口式:结构简单,工作噪声较小,适用于大、中直径钢筋,且钢筋调直较好 的场合。 (4)定尺方式 机械式:定尺误差小,易控制。噪声较大,寿命短。适用于对定尺误差要求较 高,速度要求不高的场合。 机电式定尺误差稍大,噪声较小,寿命长。适用于对定尺误差要求较低,调直 速度要求较高的场合。 (5)控制方式 普通电气控制:线路复杂,对维护人员要求较高。控制精度 低,易发生故障,初期调试麻烦。 PLC 控制:线路简单,对维护人员要求不高。控制精度较高,运行比较稳定, 初期调试简单。 (6)上料方式 开卷式:设备复杂,放线速度快、钢筋不扭转,特别适合于高速工作状态。 非开卷式:设备单一,适于调直速度不太高的工作场合。放线时钢筋自然扭转。

图 8-1 调直模式调直 Fig.8-1 Straightening straightening model 1-被调直钢筋 2-调直模 3-调直模架

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根据各部分工作机构的特点对钢筋调直切断机进行了简单的分类和比较,但是,实 际的钢筋调直切断机是一个综合的整体,是在经济实用、高效原则下 大工作机构的有 机组合。各个企业生产的产品往往会因用户的使用要求不同,或因各自设计的出发点不 同,而在设备的具体结构和组成上各有千秋。因此,很难对某一类产品或者某一机构的 性能做出统一或具体的评价。

8.2 发展趋势
钢筋切断机是钢筋加工必不可少的设备之一,它主要用语房屋建筑、桥梁、隧道、 电站、大型水利等工程中对钢筋的定长切断。钢筋切断机与其他切断设备相比,具有重 量轻、耗能少、工作可靠、效率高等特点,因此近年来逐步被机械加工和小型轧钢厂等 广泛采用,在国民经济建设的各个领域发挥了重要的作用。 由于切断机技术含量低、易仿造、利润不高等原因,所以厂家几十年来基本维持现 状,发展不快,与国外同行相比具体有以下几方面差距: 1)国外切断机偏心轴的偏心距较大,如日本立式切断机偏心距 24mm,而国内一般为 17mm.看似省料、齿轮结构偏小些,但给用户带来麻烦,不易管理.因为在由切大 料到切小料时,不是换刀垫就是换刀片,有时还需要转换角度。 2)国外切断机的机架都是钢板焊接结构,零部件加工精度、粗糙度尤其热处理工艺过 硬,使切断机在承受过载荷、疲劳失效、磨损等方面都超过国产机器。 3)国内切断机刀片设计不合理,单螺栓固定,刀片厚度够薄,40 型和 50 型刀片厚度 均为 17mm;而国外都是双螺栓固定,25~27mm 厚,因此国外刀片在受力及寿命等 综合性能方面都较国内优良。 造成这种局面的主要原因在于,我国的建筑用钢筋调直切断机市场还没有真正形 成,还处在地域及价格因素占主导位置的过渡阶段,尚未进入真正的市场竞争阶段。生 产企业多而零散,且大都处在一种小而全、小而不全的状态,在这些生产企业中很难形 成强大的技术投入。在这种条件下,企业之间相互抄袭现象严重,很难找到拥有自主知 识产权的产品,尚没有出现可以称得上领军式的企业。建筑用新Ⅲ级钢筋的推广使用为 钢筋调直切断机的生产企业提供了广阔的发展空间。为此许多企业投入大量资金,争相 开发、研制适合新Ⅲ级钢筋要求的高速、大直径钢筋调直切断机。在传统的调直模式和 曲线辊式调直切断机中广泛采用的锤击式切断机构,长期以来一直存在连切的问题,被 行业称之为老大难问题。多少年来,许多生产企业和使用单位为此伤透了脑筋想尽了各
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种办法,始终没有彻底解决。随着专利技术“锤击式冲压及切断设备的零连切装置”的 开发与应用, 不仅彻底解决了锤击式切断机构的连切问题, 而且调直度好, 长度误差小, 受到了新老用户、特别是广大钢筋焊网企业的热烈欢迎。仅传统设备改造一项就为开发 企业带来一大片市场。采用飞剪式切断机构的新型对辊式钢筋调直切断机的使用,不仅 明显地降低了对冷、热轧带肋钢筋表面的损伤,也使得钢筋的调直速度由过去的 40-60m/min 提高到 90-120m/min,甚至达到 180m/min 以上,直线度≤3mm/m,长度误差 ±2mm,完全可以和国外产品媲美。 伴随着建筑行业的发展, 建筑机械成为现代工业与民用建筑施工与生产过程中不可 缺少的设备。 建筑生产与施工过程实现机械化, 自动化、 降低施工现场人员的劳动强度、 提高劳动生产效率以及降低生产施工成本,为建筑业的发展奠定了坚实的基础。由于建 筑机械能够为建筑业提供必要的技术设备, 因此成为衡量建筑业生产力水平的一个重要 标志,并且为确保工程质量、降低工程造价、提高经济效益、社会效益与加快工程建设 速度提供了重要的手段。所以,提高建筑机械的管理,使用,维护和维修能力,对加快 建筑生产与施工速度,具有十分重要的意义。 面对空前广阔的钢筋调直切断机市场,广大生产企业也面临严峻的挑战。多年来, 受运输长度等多种因素影响,大型轧钢企业生产的直径小于Φ 14mm 钢筋都是以盘条形 式走向市场。目前已有个别企业看准后续加工(即钢筋的调直与定尺切断)中的可观利 润,开始购入单机。一旦这些企业实现并完成对现有生产线的改进,将以往的盘条改为 直条走向市场,势必对现有的钢筋调直切断机市场,特别是对钢筋调直切断机生产企 业形成巨大的冲击。人无远虑,必有近忧,这是一个应该引起广大钢筋调直切断机生产 企业十分重视的大问题。 全球经济建设的快速发展为建筑行业, 特别是为建筑机械的发展提供了一个广阔的 发展空间,为广大生产企业提供一个展示自己的舞台。面对竞争日益激烈的我国建筑机 械市场,加强企业的经营管理,加大科技投入,重视新技术、新产品的研究开发,提高 产品质量和产品售后服务水平,积极、主动走向市场,使企业的产品不断地满足用户的 需求,尽快缩短与国外先进企业的差距,无疑是我国钢筋切断机生产企业生存与发展的 必由之路。 综上所述,我国经济建设的飞速发展为建筑行业,特别是为建筑机械的发展提供了 一个广阔的发展空间,为广大生产企业提供一个展示自己的舞台。面对竞争日益激烈的 我国建筑机械市场,加强企业的经营管理,加大科技投入,重视新技术、新产品的研究
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开发,提高产品质量和产品售后服务水平,积极、主动走向市场,使企业的产品不断地 满足广大用户的需求,尽快缩短与国外先进企业的差距,无疑是我国广大钢筋调直切断 机生产企业生存与发展的必由之路。

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结论
伴随着建筑业的发展, 建筑机械成为现代工业与民用建筑施工与生产过程中不可缺 少的设备。建筑生产与施工过程实现机械化、自动化、降低施工现场人员的劳动强度、 提高劳动生产率以及降低生产施工成本,为建筑业的发展奠定了坚实的基础。由于建筑 机械能够为建筑业提供必要的技术设备, 因此成为衡量建筑业生产力水平的一个重要标 志,并且为确保工程质量、降低工程造价、提高经济效益、社会效益与加快工程建设速 度提供了重要的手段。所以,提高建筑机械的管理、使用、维护与维修能力,对加快建 筑生产与施工速度,具有十分重要的意义。 GT1.6/4 型调直切断机主要由上料盘、调直装置、牵引装置、切断装置、下料架装 置、机座等组成。其工作原理:调直机械是由电动机通过三角皮带传动,而带动调直筒 高速旋转。调直筒内有五块可以调节的调直模,被调直钢筋在牵引辊强迫作用下通过调 直筒,利用调直模的偏心,使钢筋得到多次连续的反复塑性变形,从而将钢筋调直。牵 引与切断机构是由一台电动机,通过三角皮带传动、齿轮传动等实现。牵外辊根据钢筋 直径不同,更换相应的辊槽。当调直好的钢筋达到的预设的长度,而触及电磁铁,通过 杠杆控制离合器,使之与齿辊为一体,带动凸轮轴旋转,并通过凸轮和杠杆使装有切刀 的刀架摆动,切断钢筋同时强迫承料架挡板打开,成品落到集材槽内,从而完成一个工 作循环。 本文根据钢筋调直机的设计原则和具体要求,结合工地的实际需要进行设计,该钢 筋调直机具备良好的机动性,它体积小,重量轻,能快速的在不同场地之间转移,它能 量大,结构简单,操作方便,最大限度的发挥设备的利用率和生产率。本次设计借助于 AUTOCAD 进行绘图,基本上达到了设计要求。 本次设计还存在不足之处,一是由于钢筋的牵引速度 V=0.6m/s,而剪刀升降时间 t=0.1s,则钢筋在切断的瞬间的运动距离 S=Vt=0.6×0.1=0.06m,为此,剪刀阻碍钢丝 的运动,而引起牵引辊产生滑动现象,磨损加剧,生产率降低,故此种调直机的调直速 度不宜太快。二是由于机械设计的复杂性和整体性,本人掌握不够全面。三是由于经验 方面的欠缺,故需要进一步的研究和实践。

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参考文献
[1] 崔甫著 《矫直理论与参数计算》 第二版 机械工业出版 2005 年 2 月

[2] 《建筑用钢筋标准与规范》

国家标准局 《机械工程师手册》 第二版

[3] 《机械工程师手册》 第二版编辑委员会编 机械工业出版社 [4] 吴宗泽 2005 年 4 月

《机械零件设计手册》

机械工业出版社

2006 年 3 月 2006 年 1 月

[5] 梁德本、叶玉驹主编

《机械设计图册》

机械工业出版社

[6] 《 PRODUCT DEVELOPMENT USING CAD-CAM-CAE SOFTWARE AND INTERNET FACILITIES》 国道数据库 March 1998c PTdesign

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致谢
经过这一个学期的努力,我的毕业设计终于完了,这也意味着我的大学生活即将结 束。 在大学阶段, 我在学习上和思想上都受益匪浅, 这除了自身的努力外, 与各位老师、 同学和朋友闷得关心、支持和鼓励是分不开的。 本次自己的毕业设计是在指导老师杜秋芬老师的悉心指导和严格要求下开展和完 成的。在毕业设计进行的过程中,杜秋芬老师倾注了大量的时间和心血,从课题的选择 到任务书的明确和开题报告的制定,从方案论证到具体设计和调试,无不凝聚着杜秋芬 导师的心血和汗水。杜老师不厌其烦的为我解答在设计中遇到的各种各样的问题,一遍 又一遍的对设计的图纸和设计说明书提出问题, 并指导进行修改, 严格把关, 循循善诱, 使我最终完成自己的毕业设计。在此我对杜老师表示由衷的感谢。在论文的完成过程当 中,同时得到了秦宝明老师的热情帮助,一并表示深深地感谢! 在四年的本科学习和生活期间,也始终感受着老师的精心指导和无私的关怀,我受 益匪浅。在此向指导老师表示深深的感谢和崇高的敬意,祝愿导师身体健康。毕业设计 是一次再系统的学习过程,毕业设计完成的同时,也意味着新的学习生活的开始。不管 何时何地,我都将铭记我曾经是一名建大学子,在今后的工作中把“博学善见,厚德大 成”的优良传统发扬光大。 最后,诚挚的感谢所有参加本论文评审和答辩的各位老师,感谢你们在百忙之中抽 出时间参加我的答辩。

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附录一 :

机床的热问题
本文介绍了对最新的研究活动的回顾,并给出了现有技术中的状态的概述。由于改 变热条件(热机床的误差)了解改变机床的性能。该课题主要集中在金属切削机床,尤 其是在钻床和铣床和加工中心。机床的热问题研究的主题包括温度和位移的测量,尤其 是在刀具中心位移点,机床的热误差的计算,减少热误差。计算机床热误差包括,温度 分布和位移。不久前解决的是避免温度控制流体的热误差和短链对机床能源效率的影 响。本文是对过去研究工作的总结和归纳。研究面临的被讨论过的挑战,来使得机床达 到热稳定。本文是逮捕本身作为一个更新并不是替代两发表主题演讲布莱恩等人。 1、介绍 由于前两个主题的论文,第一次从布莱恩 等。在 1990 年[28],[22]的更新,对热 的状态错误的研究,并从 WECK 等一秒钟。 [199],这是 更侧重于减少错误和机器的补 偿工具,在这个领域已经做了大量的研究。客观的说,本论文主旨是提供 anupdate 的 研究课题,包含在前两个基本文件。 机床定位的不确定性会立即影响制造的部件的尺寸精度。典型错误来源是运动误 差,热机械误差[83],负载[57],动态力,以及运动控制和控制软件。本文重点研究热 机械错误,这由环境或内部热源引起的。 制造业正在经历重大的关于管理热引起的误差变化机床。直到最近,机床制造商给 管理这种误差通过对机床用户指定环境温度的要求和/或责任需要非生产机器的热身程 序。 如今,机床制造商更加频繁的采取负责控制热诱发位移。这一变化发生了,因为机 床用户意识到, 类似的机床可以显示显著不同的热错误和在一些机床大部分所提供的能 量到机床用于稳定的温度。 此外,整体的几何误差高达75% 加工工件可以通过温度的调整而降低的。因此, 这个话题是最近的显著研究的重点活动[110]. 在这个主题中,制造业有兴趣的可以看到最新的国际标准。在过去的二十年里,国
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际标准通过计量规则数量和性能参数来评估机床[85,86,88]在无负载和精加工条件下 的热行为已经开发出来。如今,用户经常会要求机床制造商将这种测量验收测试。新的 测量设备更经常使用,并且扩展了在机床上对热误差和热误差源的认识。尤其是在测温 的价格下降测量设备如红外摄像机会导致在分析机床的热行为的新选项。在第2节,在 热误差测量的进步和温度呈现。 目前数值方法用于比较不同在发展的早期阶段或模拟机床的设计温度对机床检测 的源效应热致工具中心点(TCP)的位移。因为的计算时间暂态仿真的费用,工程师往 往只是用稳态结果为他们的模拟。 但是,它是瞬态行为的观察,展示了 TCP 位移可以在操作过程中改变其方向 [16,49,126]如果两个不同的时间常数都参与或者如果 温度场从热源伸展并变得均质后已被管辖者陡坡。此外,稳态结果不产生随时间变化的 行为导致到稳定状态的情况下,这个时期可以代表若干小时。 在机电一体化进展[162]导致更高的精确度机床。然而,为了实现更高的精度,可 预测性机床的热稳定性变得更加重要, 尤其要避免代价高昂的设计修改的后期阶段机器 开发基于实验研究。 改进在计算技术带来更好的估计在温度分布和热致位移在 TCP[97]。 当今最先进的处理能力个人计算机是高到足以处理这些计算要求。 即使是计算密集的模 拟温度对完整的机床与瞬态效应有限元法(FEM)可以在一个合理的工作要做计算时间。 建模和计算热的概述错误是由于在第3。 为减少热所有安排的技术定义在机床的 TCP 差错是热还原,这是 考虑在第4节。早期的 热减量中可以找到哈里森的烤架摆开发于1726年。 在此时钟钟摆上的时钟的热影响被最 小化结合铜和钢,两种材料具有不同的系数膨胀(图1) 。 在机床的设计,热稳定性被用于例如,用于线性秤架。其它安排,例如加热和冷却装置 以稳定的温度分布,使用为减少热误差[93,181]。另一方面,机电经常用于误差补偿。 热错误计算各种数值算法和移动,以补偿热诱发的误差是由一个控制致动器产生的。 控制温度仍然是高的关键要求精度制造。不同介质用于稳定机床的温度分布,以及环境
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温度在车间。该材料所选择的流体的性质,主要影响设计和冷却系统的能量效率。在能 源讨论机床的效率, 已经确定了温度上升机床总是挑起与组件能量损失和进一步的功率 支出是必需的,以减少引起这种损失的错误。更有效的成分也有助于减少能源的浪费。 部5提供的概述温度控制,液体和能源效率。

图1。钢材,2:黄铜[44]一个烤架摆,1的简化模型。 本文介绍了最新的研究活动概述在机床的热误差的字段。纸张 安排如下:在热计 量的进步误差和温度列于第2节。方法和研究工作中使用和开发用于计算热误差机床列 于第3节。在第4节中,研究在减少热误差的活动进行了总结。一研究者的活动的温度的 区域概要控制,流体和能源效率的影响是概括第5节。本文是通过总结得出的结论的活 动和未来的发展趋势。 2。在热误差的测量与进展温度 2.1。热变形的测量 今天,许多解决方案存在测量位移机床部件(位置和方向) 。不是所有的这些系统 可用于热误差的测量作为这些测量的,因为特别具有挑战性的以下要求: *所有相关的几何误差参数的测量;
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*其中包括有关工作容积; *具有足够低的测量不确定度;和 *和一个短的时间内,使改变的影响温度对几何误差参数可以是 测。 选择正确的测量系统依赖于误差源。像机加工车间环境的影响温度一般会导致缓 慢的机床变化温度,但影响整个体积的性能。内部影响,如热由轴承和导轨产生,导致 机床结构的局部变形和因此造成的位移, 从而改变容积性能部分造成内部热源位移是难 以预料而且可以更改除所造成的环境更快。 在过去的二十年里,国际标准化组织标准化组织(ISO )公布的几个标准:ISO 230-3 [ 88 ] ,机床热变形,加工中心的温度变形和 ISO 13041-8[86] ,车床的温度 变形。这些标准提供热的系统分析方法与主轴机床的行为。这一分析包括 ETVE (环境 温度变化误差) ,造成旋转(主)主轴和热变形热变形引起的移动线性轴。测量刀具 侧和工件侧之间的热位移是常见的标准。 通常测试心轴夹紧在主轴和测量设置有五个排 量测量装置固定在加工中心的表(图2)或在转动中心的工具保持架的情况。在[ 8,23 ] 它结果表明,所有的结构具有热共振频率。如果机床装有环境温度变化,任何频率可以 预测与阶跃响应方法。 用于测量所造成的移动的线性热位移轴, 该标准建议以检测错误时的两端轴行进的 距离,如图所示。 5[85,88]。如果在箱子这样测量的热变形引起的倾斜运动轴的角位 移在行进的两端距离是不同的。如果只有一个位置进行测量,角位移也可以解释为一个 热位置误差像在两轴的矩形的偏差。随着激光干涉仪的位移在沿轴向方向图。行驶距离 可以在不同位置进行测量[51,88,178]。此外,比较器系统被用于检测在各个岗位最多 两个方向的热变形沿机床轴[141]。 由测量系统进行监

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图2。测量设置造成的旋转主轴热变形和环境温度变化误差(ETVE)用于机床具有 垂直 主轴[88]。 要在机床上测量环境的影响,一低温试验箱开发。该腔室能够控制与时间相关的空 气和基础温度[159]。基础模块的热影响进行了研究[160]。 带旋转测量机床的热变形轴尚未列入标准。与 R-检验设备[201]和两个额外的长度 测量探头,热引起的旋转主轴失真被检测到在高达在5轴加工机中的一个测量位置的五 个方向工具。与主球在主轴和 R 测试夹传感器窝在机床的表,能够测量在三个方向上对 各轴位置的热变形五轴机床[143]。的旋转的热位移可以使用主球夹在表中被检测到的 表。该表中的温度上升引起的一维生长表。这种测量是可取的,以了解五轴机床的工件 误差[48]。 如果接触式探针用于检测热致 TCP 具有高的相对速度,例如,当检测位移引起的旋 转主轴,机床热位移具有测量过程中被停止。因此,非接触式,感性和电容性探针(图 3)是最常用的,以检测热诱发的 TCP 位移与旋转主轴[ 40,183 ] 。为了检测他们使用 的是伸缩式球杆,一特殊适配器的设计[ 41 ] 。该适配器附近被安装正在运行的主轴 测量 TCP 的铣头当主轴的影响,需要将移位检测到。因此,适配器的热变形本身可会导

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致错误的测量结果。在水平方向上的旋转对称的设计被选中,以减少适配器的影响(图 4) 。在垂直方向上,该适配器的热位移通过平衡输出的幅度和最小化通过不同材料的 热膨胀,所选择的方向的几何形状,并且通过取入该帐户的不同热负荷适配器部分.

图3。 测量装置, 用于检测空气主轴的轴向膨胀与电容式测量探头和一个主球[154]。 使用夹紧在机床的触发式测头主轴具有一定的优势。 用一个探头的热在多达三个方 向诱导 TCP 位移可以是检测和热位移是在中心线检测机床主轴。 接触触发式探头经常用于测量位移之间的加工操作。在这种情况下,该工具是变检 测的实际热触发式测头诱导的 TCP 位移。通常在表中的一个测量设置几个检测点被钳 位。测量设置是根据要加工的材料要么选择,机床,或材料具有低的结构材料热膨胀。 传统上不胀钢,陶瓷玻璃,或碳纤维 -增强塑料(CFRP)被用于此目的的[192]。碳纤 维布具有在光纤[180]方向的非常低的热膨胀。 变形传感器,应变仪和殷钢一棒是用于测量机床的热变形帧(图46) 。机床框架的 变形是用来确定 TCP 位移[150]。
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在标准中所描述的测量程序是用对于在无负载或精加工条件下机床。 为模拟工件的 影响有时机床表被装入一个块。在液压制动模拟了来自切割工艺的反作用转矩,从而将 加载在主轴如图所示。 6[17]。负载的大小取决于机油压力和由它调节节流控制手动。 一件装双球吧(LDBB)[2]应用于评估机床加载条件下的静态行为。 在时间由温度变化引起的机器错误和空间可以由温度不变的通过实验确定 参考对 象或独立长度测量。方法和程序在[4162203]中描述。新的测量基于多点定位技术使在 线修正任务专用的机床运动。例如在 M3D3 在客运大楼[203]开发的系统使用了一套高 精度跟踪激光干涉仪来测量三维位置。 这种先进的测量过程允许估计的 TCP 位置误差在 一个几乎阿贝无错模式。环境的引起的温度,空气压力和湿度的影响可以通过使用激光 的 Ciddor[38]公式进行修正测量系统。各个数值是从一组获得传感器测量体积内分布。 的温度,必要的修正压力和湿度的地图计算后的克里格方法[158,165]。 独立的纠正热误差的可能性,它是重要的是要确定测量不确定度时,一个过程的质 量应进行量化。 两种常见的方法是可用的。 一种使用校准文物的测量如球或空穴板[136] 外,其他使用数值模拟技术为在虚拟坐标实现测量机(VCMM) ,该第二方法主要适用与 笛卡尔坐标系统的机器。 2.1.1。测量体积定位误差 有可以被用于一些测量系统机床,如几何标准容积标定,激光干涉仪和重力为基础 的测量系统[175]。如果对空间定位热影响准确度应测量,校准过程要反复在不同的温 度水平。在测量过程中过程,机器工具的温度应足够稳定。因此,测量时间变得非常重 要。 对于快速容积标定的创新解决方案机床, 这已在制造已成功地用于在过去几年内行 业,是的校准机通过多点使用的跟踪干涉的工具德州仪器(TI) 。此方法是基于位移的 测量 TI 与固定在该工具保持架的反射器之间机和沿预定路径移动。错误的参数从名义 和测量之间的差额计算长度,取一个适应机模型考虑[174,202]。校准的结果可以被用 来生成一个查找表中的几何误差的实时补偿。这校准方法可显著加快由测量在飞行中 [176]。测定时间为一个工作容积1立方米从而可以减少到小于1小时后,对1刀具长度

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体积误差,使用1至连续校准因此,四个跟踪干涉使快速测量的定义的机床状态以 近似恒定温度的水平,在一段约1小时。因此,它可以校准机床在不同温度下水平,并 使用这些信息进行温度依赖性体积补偿。

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