鋼筋彎曲機的結構及其仿真設計

1.緒論

1.1國內外發(fā)展現(xiàn)狀

我國工程建筑機械行業(yè)近幾年之所以能得到快速發(fā)展，一方面通過引進國

外先進技術提升自身產(chǎn)品檔次和國內勞動力成本低廉是一個原因，另一方面

國家連續(xù)多年實施的積極的財政政策更是促使行業(yè)增長的根本動因。

受國家連續(xù)多年實施的積極財政政策的刺激，包括西部大開發(fā)、西氣東輸、

西電東送、青藏鐵路、房地產(chǎn)開發(fā)以及公路（道路）、城市基礎設施建設等一

大批依托工程項目的實施，這對于重大建設項目裝備行業(yè)的工程建筑機械行

業(yè)來說可謂是難得的機遇，因此整個行業(yè)的內需勢頭旺盛。同時受我國加入

WTO和國家鼓勵出口政策的激勵，工程建筑機械產(chǎn)品的出口形勢也明顯好轉。

我國建筑機械行業(yè)運行的基本環(huán)境、建筑機械行業(yè)運行的基本狀況、建筑

機械行業(yè)創(chuàng)新、建筑機械行業(yè)發(fā)展的政策環(huán)境、國內建筑機械公司與國外建

筑機械公司的競爭力比較以及2004年我國建筑機械行業(yè)發(fā)展的前景趨勢進行

了深入透徹的分析。

1.2概述

鋼筋彎曲機屬于一種對鋼筋彎曲機結構的改進。本實用新型包括減速機、大齒輪、

小齒輪、彎曲盤面，其特征在于結構中：雙級制動電機與減速機直聯(lián)作一級減速；小

齒輪與大齒輪嚙合作二級減速；大齒輪始終帶動彎曲盤面旋轉；彎曲盤面上設置有中

心軸孔和若干彎曲軸孔；工作臺面的定位方杠上分別設置有若干定位軸孔。由于雙級

制動電機與減速機直聯(lián)作一級減速，輸入、輸出轉數(shù)比準確，彎曲速度穩(wěn)定、準確，

且可利用電氣自動控制變換速度，制動器可保證彎曲角度。利用電機的正反轉，對鋼

筋進行雙向彎曲。中心軸可替換，便于維修?？梢圆捎弥悄芑刂?。

當前我國正在大力發(fā)展基礎建設及城市化建設，各種建筑耗費了大量的鋼筋，其

中箍筋加工的效率和質量是最難解決的問題之一，箍筋不僅使用量非常大,而且形狀

和尺寸變化復雜，尺寸精度要求高,箍筋的制做在原鋼筋加工中是勞動強度大,人力物

力消耗大，低效率,低質量保證的環(huán)節(jié)。隨著我國建筑行業(yè)的快速發(fā)展，為了響應政府

及各建筑單位對箍筋制做自動化技術的迫切要求，我們進行技術攻關改進工藝，終于

在經(jīng)過不懈的努力研制出自有專利技術的——可調速鋼筋彎曲機GW-40B

GW-40B鋼筋彎曲試驗機玉牌鋼筋彎曲試驗機-最新研制，裝備完善，專利技術，

十大名優(yōu)，中國標準出版社《建筑用鋼筋標準與規(guī)范匯編》推薦品牌1、采用擺線針

輪減速系統(tǒng)2、單片機控制電器及精度，數(shù)顯角度3、獨有可靠限位裝置4、增加防

止鋼屑、螺釘泄漏對設備危害措施5、附件結構合理，零件更換簡單6、電動安全操

控彎曲，工作噪音小，環(huán)境清潔7、設計合理，裝備完善，工藝先進，整機壽命長8、

主要型號：GW-50AGW-40C/BGW-25A(28)GW-40B型鋼筋彎曲試驗機系根據(jù)

GB/T232T999(eqvIS07438:1985)及GB1499T998(neqIS06935-2:1991)的要求,對

GW-40B,GW-40A進行了改進提高，從而替代原來GW-40、GW-40A等機型，該設備符合

YB/T5126-93鋼筋平面反向彎曲試驗方法的要求。是一款價歉物美，經(jīng)濟實惠型產(chǎn)品。

(注：GW-40B型最大彎心輪徑為5X^40=200,而GW-40c型為7X^40=280)技術參

數(shù)指標項目技術指標彎曲鋼筋直徑范圍隨機“25-840可選(I)6-*2鋼筋正向彎

曲角度0°—180°內任意設定鋼筋反向彎曲角度0°—180°內任意設定工作盤轉

速＜2r/min,12°/S輯心距離205mm工作盤直徑①580mm電動機功率1.5kw隨

機配標準彎心套一套(①25一①40)機器外形尺寸960X780XI190(mm)機器重量

1lOOkgo

2.鋼筋彎曲機的結構設計

2.1系統(tǒng)性能與參數(shù)

GW40型鋼筋彎曲機適用于建筑行業(yè)彎曲中6一①40鋼筋之用。

本機工作程序簡單，彎曲形狀一致，調整簡單，操作方便，性能穩(wěn)定，它能

將Q235①40圓鋼或①8一①32螺紋鋼筋彎曲成工程中所需要的各種形狀。

彎曲鋼筋直徑06-040mm

工作盤直徑①3501nm

工作盤轉數(shù)7轉/分

電動機Y100L-4-3KW

外型尺寸760X760X685

整機重量4000kg

2.2系統(tǒng)工作原理及框圖

GW-40鋼筋彎曲及的工作原理框圖如圖1、：

圖1工作框圖

其中減速箱由軸、軸承和齒輪組成。

GW-40彎曲機的工作機構是一個在垂直軸上旋轉的水平工作圓盤，如圖2所示,

把鋼筋置于圖中虛線位置，支承銷軸固定在機床上，中心銷軸和壓彎銷軸裝在工作圓

盤上，圓盤回轉時便將鋼筋彎曲。為了彎曲各種直徑的鋼筋，在工作盤上有幾個孔,

用以插壓彎銷軸，也可相應地更換不同直徑的中心銷軸。

2.3彎矩計算

2.3.1工作狀態(tài)

1)鋼筋受力情況與計算有關的幾何尺寸標記。

設鋼筋所需彎矩：M,=F,sinaLoSina式中F為撥斜柱對鋼筋的作用力；卜為F的

徑向分力;a為F與鋼筋軸線夾角。

當Mt一定，a越大則撥斜柱及主軸徑向負荷越??；a=arcos(Li/Lo)~■定，L0越大。

因此，彎曲機的工作盤應加大直徑，增大撥斜柱中心到主軸中心距離L。

GW-50鋼筋彎曲機的工作盤設計：直徑①400mm,空間距120mm,L0=169.7mm,

Ls=235,a=43.8°,其受力情況如圖3所示。

2)鋼筋彎曲機所需主軸扭矩及功率

按照鋼筋彎曲加工規(guī)范規(guī)定的彎曲半徑彎曲鋼筋，其彎曲部分的變形量均接近或

過材料的額定延伸率，鋼筋應力超過屈服極限產(chǎn)生塑性變形。

2.3.2材料達到屈服極限時的始彎矩

1)按①40螺紋鋼筋公稱直徑計算

M°=KM。s式中，M。為始彎矩,W為抗彎截面模數(shù)，K?為截面系數(shù)，對圓截面K,=1.7；

2

對于25MnSi螺紋鋼筋Mo=373(N/mm),則得出始彎矩M0=3977(N?m)

2)鋼筋變形硬化后的終彎矩

鋼筋在塑性變形階段出現(xiàn)變形硬化(強化)，產(chǎn)生變形硬化后的終彎矩：M=(K

1+V2RJWo,式中,K。為強化系數(shù)，Ko=2.1/6=2.1/0.14=15,6p為延伸率，25MnSi

的

6P=14%,Rx=R/d0,R為彎心直徑，R=3d0,則得出終彎矩M=11850(N?m)

3)鋼筋彎曲所需距

Ml=[(M0+M)/2]/K=8739(N?m)式中，K為彎曲時的滾動摩擦系數(shù)，K=l.05按上

述計算方法同樣可以得出①501級鋼筋(。b=450N/mn?)彎矩所需彎矩：Mt=8739(N-m),

取較大者作為以下計算依據(jù)。

4)電動機功率

由功率扭矩關系公式A0=T?n/9550=2.9KW,考慮到部分機械效率n=0.75,則電

動機最大負載功率

A-Avn=2.9/0.75=3.9(KW),電動機選用Y系列三相異步電動機,額定功率為

4=4(KW)，額定轉速牝=1440r/min。

2.4電動機選擇

2.4.1.電動機的介紹

電動機是把電能轉換成機械能的設備，分布于各個用戶處，電動機按使用電源不

同分為直流電動機和交流電動機，電力系統(tǒng)中的電動機大部分是交流電機，可以是同

步電機或者是異步電機（電機定子磁場轉速與轉子旋轉轉速不保持同步速）。

它是將電能轉變?yōu)闄C械能的一種機器。通常電動機的作功部分作旋轉運動，這種電動

機稱為轉子電動機；也有作直線運動的，稱為直線電動機。電動機能提供的功率范圍

很大，從毫瓦級到萬千瓦級。電動機的使用和控制非常方便，具有自起動、加速、

制動、反轉、掣住等能力，能滿足各種運行要求；電動機的工作效率較高，又沒有煙

塵、氣味，不污染環(huán)境，噪聲也較小。由于它的一系列優(yōu)點，所以在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交

通運輸、國防、商業(yè)及家用電器、醫(yī)療電器設備等各方面廣泛應用。

各種電動機中應用最廣的是交流異步電動機（又稱感應電動機）o它使用方便、

運行可靠、價格低廉、結構牢固，但功率因數(shù)較低，調速也較困難。大容量低轉速

的動力機常用同步電動機（見同步電機）。同步電動機不但功率因數(shù)高，而且其轉速

與負載大小無關，只決定于電網(wǎng)頻率。工作較穩(wěn)定。在要求寬范圍調速的場合多用直

流電動機。但它有換向器，結構復雜，價格昂貴，維護困難，不適于惡劣環(huán)境。20

世紀70年代以后，隨著電力電子技術的發(fā)展，交流電動機的調速技術漸趨成熟，設

備價格日益降低，已開始得到應用。電動機在規(guī)定工作制式（連續(xù)式、短時運行制、

斷續(xù)周期運行制）下所能承擔而不至引起電機過熱的最大輸出機械功率稱為它的額定

功率，使用時需注意銘牌上的規(guī)定。電動機運行時需注意使其負載的特性與電機的特

性相匹配，避免出現(xiàn)飛車或停轉。電動機的調速方法很多，能適應不同生產(chǎn)機械速度

變化的要求。一般電動機調速時其輸出功率會隨轉速而變化。從能量消耗的角度看，

調速大致可分兩種：①保持輸入功率不變。通過改變調速裝置的能量消耗，調節(jié)

輸出功率以調節(jié)電動機的轉速。②控制電動機輸入功率以調節(jié)電動機的轉速。

2.4.2.電機的選擇原則

電機的選擇一般包括選擇電動機的類型、電動機的功率及額定轉矩等。其具體思

路如下：首先，選擇電動機的類型，然后比較電動機的機械特性與負載特性，看它們

是否吻合，并在此基礎上檢查是否滿足調速范圍與精度，順便考慮一下經(jīng)濟性的問題,

如果以上各個方面均滿足，接下來，我們便可以開始計算電動機功率，進行起動轉矩

過載倍數(shù)及加速轉矩校驗、發(fā)熱校驗等。如過發(fā)熱校驗不通過，可以減小功率數(shù)或改

用FSN小的電機。或者，在滿足加速度要求下，看能否通過減小加速轉矩來滿足上

述要求。最后，再作出具體決定。

步進電機的選擇

1）步距角的選擇

電機的步距角取決于負載精度的要求，將負載的最小分辨率（當量）換算到電機

軸上，每個當量電機應走多少角度（包括減速）。電機的步距角應等于或小于此角度。

目前市場上步進電機的步距角一般有0.36度/0.72度（五相電機）、0.9度/1.8度

（二、四相電機）、1.5度/3度（三相電機）等。

2）靜力矩的選擇

步進電機的動態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機的靜力矩。靜力矩選

擇的依據(jù)是電機工作的負載，而負載可分為慣性負載和摩擦負載二種。單一的慣性負

載和單一的摩擦負載是不存在的。直接起動時（一般由低速）時二種負載均要考慮，

加速起動時主要考慮慣性負載，恒速運行進只要考慮摩擦負載。一般情況下，靜力矩

應為摩擦負載的2-3倍內好，靜力矩一旦選定，電機的機座及長度便能確定下來（幾

何尺寸）。

3）電流的選擇

靜力矩一樣的電機，由于電流參數(shù)不同，其運行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性

曲線圖，判斷電機的電流（參考驅動電源、及驅動電壓）

4）力矩與功率換算

步進電機一般在較大范圍內調速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來衡量，

力矩與功率換算如下：

P=Q-M

Q=2n-n/60

P=2nnM/60

其P為功率單位為瓦，Q為每秒角速度，單位為弧度，n為每分鐘轉速，M為力矩

單位為牛頓?米

P=2nfM/400（半步工作）

其中f為每秒脈沖數(shù)（簡稱PPS）

應用中的注意點

1）步進電機應用于低速場合---每分鐘轉速不超過1000轉,（0.9度時6666PPS）,

最好在1000-3000PPS（0.9度）間使用，可通過減速裝置使其在此間工作，此

時電機工作效率高，噪音低。

2）步進電機最好不使用整步狀態(tài)，整步狀態(tài)時振動大。

3）由于歷史原因，只有標稱為12V電壓的電機使用12V外，其他電機的電壓值

不是驅動電壓伏值，可根據(jù)驅動器選擇驅動電壓（建議：57BYG采用直流

24V-36V,86BYG采用直流50V,110BYG采用高于直流80V）,當然12伏的

電壓除12V恒壓驅動外也可以采用其他驅動電源，不過要考慮溫升。

4）轉動慣量大的負載應選擇大機座號電機。

5）電機在較高速或大慣量負載時，一般不在工作速度起動，而采用逐漸升頻提速，

一電機不失步，二可以減少噪音同時可以提高停止的定位精度。

6）高精度時，應通過機械減速、提高電機速度，或采用高細分數(shù)的驅動器來解決，

也可以采用5相電機，不過其整個系統(tǒng)的價格較貴，生產(chǎn)廠家少，其被淘汰的說

法是外行話。

7）電機不應在振動區(qū)內工作，如若必須可通過改變電壓、電流或加一些阻尼的解決。

8）電機在600Pps（0.9度）以下工作，應采用小電流、大電感、低電壓來驅動。

9）應遵循先選電機后選驅動的原則。

綜合以上等因素，最后覺定選用MSM590—502C型電機

2.5軸承的選擇

2.5.1滾動軸承的選擇

根據(jù)撥盤的軸端直徑選取軸承，軸承承受的力主要為徑向力，因而采用深溝球軸

承，選定為型號為16008的軸承,其中16008的技術參數(shù)為：

d=40mmD=68mmB=9mm

2.5.216008軸承的配合的選擇

軸承的精度等級為D級，內圈與軸的配合采用過盈配合,軸承內圈與軸的配合采

用基孔制，由此軸的公差帶選用k6,查表得在基本尺寸為200mm時，ILDE公差數(shù)值

為29um,此時軸得基本下偏差ei=+0.017mm,則軸得尺寸為①401第mm。外圈與殼體

孔的配合采用基軸制，過渡配合，由此選用殼體孔公差帶為MG,1幾基本尺寸為68mm

時的公差數(shù)值為0.032mm,孔的基本上偏差ES=-0.020,則孔的尺寸為①68二黑;mm。

2.6控制設備的選擇

2.6.1變頻器的概述

變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控

制裝置。把工頻電源（50Hz或60Hz）變換成各種頻率的交流電源，以實現(xiàn)電機的變速

運行的設備，其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，

直流中間電路對整流電路的輸出進行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆成交流電。對

于如矢量控制變頻器這種需要大量運算的變頻器來說，有時還需要一個進行轉矩計算

的CPU以及一些相應的電路。變頻調速是通過改變電機定子繞組供電的頻率來達到

調速的目的。

變頻器的分類方法有多種，按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型變頻器和

電流型變頻器；按照開關方式分類，可以分為PAM控制變頻器、PWM控制變頻器

和高載頻PWM控制變頻器；按照工作原理分類，可以分為V/f控制變頻器、轉差頻

率控制變頻器和矢量控制變頻器等；按照用途分類，可以分為通用變頻器、高性能專

用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。

1）檢知異常狀態(tài)后自動地進行修正動作，如過電流失速防止，再生過電壓失速防止。

2）檢知異常后封鎖電力半導體器件PWM控制信號，使電機自動停車。如過電流切

斷、再生過電壓切斷、半導體冷卻風扇過熱和瞬時停電保護等。

2.6.2變頻器的工作原理

目前，通用型變頻器絕大多數(shù)是交一直一交型變頻器，通常尤以電壓器變頻器為

通用，其主回路圖，它是變頻器的核心電路，由整流回路（交一直交換），直流濾波

電路（能耗電路）及逆變電路（直一交變換）組成，當然還包括有限流電路、制動電

路、控制電路等組成部分。

濾波電路

逆變器的負載屬感性負載的異步電動機，無論異步電動機處于電動或發(fā)電狀態(tài)，

在直流濾波電路和異步電動機之間，總會有無功功率的交換，這種無功能量要靠直流

中間電路的儲能元件來緩沖。同時，三相整流橋輸出的電壓和電流屬直流脈沖電壓和

電流。為了減小直流電壓和電流的波動，直流濾波電路起到對整流電路的輸出進行濾

波的作用。

通用變頻器直流濾波電路的大容量鋁電解電容，通常是由若干個電容器串聯(lián)和并

聯(lián)構成電容器組，以得到所需的耐壓值和容量。另外，因為電解電容器容量有較大的

離散性，這將使它們隨的電壓不相等。因此，電容器要各并聯(lián)一個阻值等相的勻壓電

阻，消除離散性的影響，因而電容的壽命則會嚴重制約變頻器的壽命。

整流電路

通用變頻器的整流電路是由三相橋式整流橋組成。它的功能是將工頻電源進行

整流，經(jīng)中間直流環(huán)節(jié)平波后為逆變電路和控制電路提供所需的直流電源。三相交流

電源一般需經(jīng)過吸收電容和壓敏電阻網(wǎng)絡引入整流橋的輸入端。網(wǎng)絡的作用，是吸收

交流電網(wǎng)的高頻諧波信號和浪涌過電壓，從而避免由此而損壞變頻器。當電源電壓為

三相380V時，整流器件的最大反向電壓一般為1200—1600V,最大整流電流為變頻

器額定電流的兩倍。

逆變電路

逆變電路的作用是在控制電路的作用下，將直流電路輸出的直流電源轉換成頻率

和電壓都可以任意調節(jié)的交流電源。逆變電路的輸出就是變頻器的輸出，所以逆變電

路是變頻器的核心電路之一，起著非常重要的作用。

最常見的逆變電路結構形式是利用六個功率開關器件（GTR、IGBT、GTO等）組

成的三相橋式逆變電路，有規(guī)律的控制逆變器中功率開關器件的導通與關斷，可以得

到任意頻率的三相交流輸出。

通常的中小容量的變頻器主回路器件一般采用集成模塊或智能模塊。智能模塊的

內部高度集成了整流模塊、逆變模塊、各種傳感器、保護電路及驅動電路。如三菱公

司生產(chǎn)的IPMPM50RSA120,富士公司生產(chǎn)的7MBp50RA060,西門子公司生產(chǎn)的

BSM50GD120等，內部集成了整流模塊、功率因數(shù)校正電路、IGBT逆變模塊及各種檢

測保護功能。模塊的典型開關頻率為20KHz,保護功能為欠電壓、過電壓和過熱故障

時輸出故障信號燈。

逆變電路中都設置有續(xù)流電路。續(xù)流電路的功能是當頻率下降時，異步電動機的

同步轉速也隨之下降。為異步電動機的再生電能反饋至直流電路提供通道。在逆變過

程中，寄生電感釋放能量提供通道。另外，當位于同一橋臂上的兩個開關，同時處于

開通狀態(tài)時將會出現(xiàn)短路現(xiàn)象，并燒毀換流器件。所以在實際的通用變頻器中還設有

緩沖電路等各種相應的輔助電路，以保證電路的正常工作和在發(fā)生意外情況時，對換

流器件進行保護

自20世紀70年代以來，隨著交流電動機調速控制理論、電力電子技術、以微

處理器為核心的全數(shù)字化控制等關鍵技術的發(fā)展，交流電動機變頻調速技術逐步成

熟。目前，變頻調速技術的應用幾乎已經(jīng)擴展到了工業(yè)生產(chǎn)的所有領域，并且在空調、

洗衣機、電冰箱等家電產(chǎn)品中得到了廣泛的應用。

如果變頻器的型號選擇不當，不但可引起不必要的浪費，甚至導致設備無法正常

運行，所以必須正確的選擇與三相異電動機及設備相配套的變頻器型號并進行良好的

日常維護方能達到最佳使用效果。

2.6.3變頻器的類型選擇

在選擇變頻器時應注意電壓等級應與三相異電動機的額定電壓相符并遵循如下

原則：

1)對于風機和泵類負載，由于低速時轉矩較小，對過載能力和轉速精度要求較低，

故選用價廉的變頻器。

2)對于希望具有恒轉矩特性，但在轉速精度及動態(tài)性能方面要求不高的負載，可選

用無矢量控制型變頻器。

3)對于低速時要求有較硬的機械特性，并要求有一定的調速精度，但在動態(tài)性能方

面無較高要求的負載，可選用不帶速度反饋的矢量控制型變頻器。

4)對于某些在調速精度和動態(tài)性能方面都有較高要求，以及要求高精度同步運行等

負載，可選用帶速度反饋的矢量控制型變頻器。

2.6.4變頻器容量的選擇

變頻器的容量通常用額定輸出電流(A)、輸出容量(kVA)、適用電動機功率(kw)

表示。其中，額定輸出電流為變頻器可以連續(xù)輸出的最大交流電流有效值，不論什么

用途都不允許連續(xù)輸出超過此值的電流。輸出容量是決定于額定輸出電流與額定輸出

電壓的三相視在輸出功率。適用電動機功率是以2至4極的標準電動機為對象，表示

在額定輸出電流以內可以驅動的電動機功率。6極以上的電動機和變極電動機等特殊

電動機的額定電流比標準電動機大，不能根據(jù)適用電動機的功率選擇變頻器容量。因

此，用標準2至4極電動機拖動的連續(xù)恒定負載，變頻器的容量可根據(jù)適用電動機的

功率選擇。對于用6極以上和變極電動機拖動的負載、變動負載、斷續(xù)負載和短時負

載，變頻器的容量應按運行過程中可能出現(xiàn)的最大工作電流來選擇，即INNIMmax

式中IN——變頻器的額定電流，IMmax——電動機的最大工作電流。

2.6.5技術參數(shù)

輸入頻率(Hz)45Hz至1」55Hz

輸入功率因數(shù)0.95（＞20%負載）

變頻器效率額定負載下＞0.96

輸出頻率范圍

0.5Hz至U120Hz

(Hz)

輸出頻率分辨率

0.01Hz

(Hz)

過載能力120%一分鐘，150%立即保護

模擬量輸入0?10V/4?20mA,任意設定

模擬量輸出兩路0?10V/4~20mA可選

加減速時間0.1到3000s

控制開關量輸入

可按用戶要求擴展

輸出

運行環(huán)境溫度0到40℃

貯存/運輸溫度-40到70℃

冷卻方式風冷

環(huán)境濕度<90%,無凝結

安裝海拔高度<1000米

防護等級IP20

3KV系列

AO3/15O?A03/300

變頻器型號AO3/O5O?AO3/15O（含）

（含）

變頻器容量

250?750750?-1500

(KVA)

適配電機功率

200?600600?1250

(KW)

額定輸出電流

50?150150?300

(A)

額定輸入電壓

3000V+10%

(V)

外型尺寸（3900—5400）

3900x2480x1200

(mm)x2480xl200

（WxHxD）

重量(Kg)3000?50005000?7300

6KV系列

變頻器A06/025?A06/050?A06/170?A06/220?

型號A06/050（含）A06/170（含）A06/220（含）A06/400（含）

變頻器500?1750?2250?

250?500

容量(KVA)175022004000

適配電400?1400?1800?

200?400

機功率(KW)140018003200

額定輸

25?5050?170170?220220?400

出電流(A)

額定輸

6000V+10%

入電壓(V)

外型尺3900?（5400?

3600x2480x14900x2480x1

寸（mm）5100）7200）

200200

（WxHxD）x2480xl200x2480xl200

重量3500?4200?6000?8000?

（Kg）42006000800012000

10KV系列

A10/010A10/220

變頻器A10/050?A10/110-

?A10/050?A10/400

型號A10/110（含）A10/220（含）

（含）（含）

變頻器250?3800?

780?20002000?3800

容量（KVA）7806250

適配電

200?3000?

機功率630~16001600?3000

6305000

(KW)

額定輸220?

10?5050?110110?220

出電流(A)400

額定輸10000V+10%

入電壓(V)

外型尺(4200?(8000—

5700x2480x16800x2480x1

(mm)4800)9000)

200600

(WxHxD)x2480xl200x2480xl600

重量9500?12000?

40005000?8000

(Kg)1200018000

綜上所述最后確定選用VFD-M型變頻器。

3.參數(shù)的計算

3.1V帶傳動設計

電動機與齒輪減速器之間用普通V帶傳動，電動機為Y112M-4,額定功率P=4K也

轉速々=1440%11n,減速器輸入軸轉速%=514%11n,輸送裝置工作時有輕微沖擊,

每天工作16個小時

設計功率

根據(jù)工作情況由表8—1—22查得工況系數(shù)長4=1.2,P1=KA?P=1.2x4=4.8KW

選定帶型

根據(jù)Pd=4.8KW和轉速々=1440%11n,有圖8—1—2選定A型

計算傳動比

小帶輪基準直徑4〃

由表8—1—12和表8—1—14取小帶輪基準直徑=75mm

大帶輪的基準直徑由2

大帶輪的基準直徑=(1-￡)

取彈性滑動率￡=0.02

dd2-iddX()=2.8x75(1-0.02)=205.8mm

實際傳動比廣=2.85

九(1一￡)

從動輪的實際轉速〃,=2=照=505.26y.

2i2.85/mm

SIX—.‘%

轉速誤差加2=

514

對于帶式輸送裝置，轉速誤差在±5%范圍是可以的。

帶速u

血1〃1萬75x1440

v=5.62

60x100060x1000吆

初定軸間距“。

0.7(ddi+dd2)<a0<2(ddl+dd2)

0.7(75+205)<a0<2(75+205)

196<tz0<560

取a0=400mm

所需v帶基準長度%。

Lio=2即+[(dm+dd2)+‘％2A分2-

24ao

=2x400+-(75+205)+(205-75.

24x400

=800+439.6+10.56

=1250.16mm

查表8—1—8選取(=1250mm

實際軸間距a

a=%+――=400mm

°2

小帶輪包角生

a=l80°~dd2~dd'x57.3°

a

=180°-18.62°

=161.38°>120°

單根v帶的基本額定功率p,

根據(jù)75mm和々=1440/由由表8—1—27(c)用內插法得A型v帶的

p=Q.68KW

額定功率的增量

根據(jù)々=1440%11n和i=2.85由表8—1—27(c)用內插法得A型v帶的

Ap,=O.17KW

V帶的根數(shù)Z

z,Pd

(PI+API丸?瑪

根據(jù)%=161.38°查表8—1—23得心=0.95

根據(jù)LD=1250mm查表得8—1—8得的=0.93

2==5.38

(P14-Apj)ka?kl(0.68+0.17)x0.95x0.93

取Z=7根

單根V帶的預緊力及

2

Fo=500(--l)^-+/??v由表8—1—24查得A型帶m=0.10

kazu

貝”0=500(至-1)&■+,心=99.53N

ka2V

壓軸力分

心=2入Zsin年=2x99.53x7sin電=1372N

繪制工作圖

圖4V帶輪

3.2第一級圓柱齒輪設計

3.2.1選擇材料

確定分同和%曲及精度等級，參考表8—3—24和表8—3—25選擇兩齒輪材料

為：大，小齒輪均為40Cr,并經(jīng)調質及表面淬火，齒面硬度為48-50HRC,精度等級

為6級。按硬度下限值，由圖8-3-8(d)中的MQ級質量指標查得

口.=%1ta=1120Mpa；由圖8—3—9(d)中的MQ級質量指標查得。FE1=。FE2=700Mpa,

°Fliml=0Flim2=350MPCl

3.2.2按接觸強度進行初步設計

確定中心距a(按表8-3-28公式進行設計)

a>CA(U+l)3——%

c?,=i

4=483

K=l.7

T2=1646Nm

①0=0.4

(jH=1008MPa

a-115mm取a=200mm

確定模數(shù)m(參考表8—3—4推薦表)

m=(0.007~0.02)a=l.4~4,取m=3mm

確定齒數(shù)Z],z2

2a_2x200

z=20.51Z1=21

r/n(/z+l)-3x(5.5+1)取

z=uZ]=5.5x21=115.5

2取Z2=H6

計算主要的幾何尺寸(按表8—3—5進行計算)

分度圓的直徑d]=mzl=3x21=63mm

d2=mz2=3*116=348mm

齒頂圓直徑da]=d?+2h/63+2x3=69mm

dfl2=d2+2h=348+2x3=353mm

端面壓力角a=20°a

基圓直徑d/,1=dicos6Z=63xcos20°=59.15mm

0

db2=d2cosa=348xcos20=326.77mm

齒頂圓壓力角aatl=arccos-^-=31.02°

%

aarccos-^-=22.63°

(ItLi

d?2

￡

端面重合度a~^-[Z](tgau(l-tga)+z2(tgaflf2-tga)]

24

=1.9

齒寬系數(shù)①d=2=^=L3

463

縱向重合度￡廣0

3.2.3齒輪校核

校核齒面接觸強度

（按表8—3—15校核）

強度條件：=

計算應力:OH/8工〃工B

\-Z"KM砂樂智

Z0

H\

2000x7；2000x63.17

式中:名義切向力F尸=2005N

463

使用系數(shù)K.=l（由表8—3—31查取）

動載系數(shù)K,,=（

A+7200V

式中v=上凸萬x63.17x514

60x100060x1000

A=83.6B=0.4C=6.57

齒向載荷分布系數(shù)Kw^=1.35（由表8—3—32按硬齒面齒輪，裝配時檢修

調整，6級精度K必WL34非對稱支稱公式計算）

齒間載荷分配系數(shù)"=1.0（由表8—3—33查?。?/p>

節(jié)點區(qū)域系數(shù)ZH=1.5（由圖8—3—11查取）

重合度的系數(shù)Zt.=0.77（由圖8—3—12查?。?/p>

螺旋角系數(shù)Z“=0.8（）（由圖8—3—13查?。?/p>

彈性系數(shù)Z.=189.8（由表8—3—34查?。?/p>

單對齒嚙合系數(shù)ZB=1

=lx1.5x189.8x0.77x0.80jlx1.05x1.35x1.=143.17MPa

“2V5.563x80

許用應力：[%]=薯皿ZWZ/VZRZWZX

式中：極限應力bHHm=U20MPa

最小安全系數(shù)S〃Hm=L1（由表8—3—35查?。?/p>

壽命系數(shù)2沂=0.92（由圖8—3—17查?。?/p>

潤滑劑系數(shù)Z,=1.05（由圖8—3—19查取，按油粘度等于350名）

速度系數(shù)Zy=0.96（按=由圖8—3—20查?。?/p>

粗糙度系數(shù)ZR=0.9（由圖8—3—21查?。?/p>

齒面工作硬化系數(shù)Zw=L03（按齒面硬度45HRC,由圖8—3—22查?。?/p>

尺寸系數(shù)Zx=l（由圖8—3—23查?。?/p>

則：〔外]=x0.92xl.05x0.96x0.85x1.03=826MPa

H1.1

滿足CHJCTH]

校核齒根的強度

（按表8—3—15校核）

強度條件：（TFI=[O7|]

許用應力：9[=^-yF^SayeyPKAKvKFPKFa；

一—Fa2^Sa2

O六F2，—AF\I?--y-------y-------

1Fai1Sal

式中：齒形系數(shù)尸2.61,YFa2=2.2（由圖8—3—15（a）查?。?/p>

應力修正系數(shù)％=1.6,%2=L77（由圖8—3—16（a）查?。?/p>

重合度系數(shù)匕=1.9

螺旋角系數(shù)今=1.0（由圖8—3—14查取）

N

齒向載荷分布系數(shù)長中=給加=1.3（其中N=0.94,按表8—3—30計算）

齒間載荷分配系數(shù)長於=1.0（由表8—3—33查?。?/p>

則07尸94.8MPa

1.77x2.2

F2-<7F\X=88.3MPa

2.61x1.6

許用應力：[0]=等2t（按%-同值較小齒輪校核）

〉尸lim

式中：極限應力o>nm=350MPa

安全系數(shù)5川?,=1?25（按表8—3—35查?。?/p>

應力修正系數(shù)公-2（按表8—3—30查?。?/p>

壽命系數(shù)％=0.9（按圖8—3—18查取）

齒根圓角敏感系數(shù)=0.97（按圖8—3—25查?。?/p>

齒根表面狀況系數(shù)％皿=1（按圖8—3—26查?。?/p>

尺寸系數(shù)及口（按圖8—3—24查?。?/p>

350

則[%]=——x2x0.9x0.97=489MPa

F1.25

滿足，o>2〈o>i〈[07]驗算結果安全

3.2.4齒輪及齒輪副精度的檢驗項目計算

確定齒厚偏差代號為：6KLGB10095—88（參考表8—3—54查?。?/p>

確定齒輪的三個公差組的檢驗項目及公差值（參考表8—3—58查?。┑贗公差

組檢驗切向綜合公差片，F(xiàn)'=Fp+Ff=0.063+0.009=0.072mm,（按表8—3—69計算，

由表8—3—60,表8—3—59查取）；第H公差組檢驗齒切向綜合公差力，力=0.6

（+/）=0.6（0.009+0.011）=0.012mm,（按表8—3—69計算，由表8—3—59

查?。坏贗II公差組檢驗齒向公差F夕=0.012（由表8—3—61查?。?。

確定齒輪副的檢驗項目與公差值（參考表8—3—58選擇）對齒輪，檢驗公法線

長度的偏差線.按齒厚偏差的代號KL,根據(jù)表8—3—53m的計算式求得齒厚的上偏

差=T2xO.009=-0.108mm,齒厚下偏差J=-16/m=T6xO.009=-0.144mm；

公法線的平均長度上偏差Ews=Exx*cosa-0.72FTsina=-0.108xcos20°-0.72

x0.36xsina200=-0.110mm,下偏差

Ewj=Esicosa+0.72Frsina=~0.144xcos20°+0.72x0.036xsin20°=-0.126mm；按表

8—3—19及其表注說明求得公法線長度%,=87.652,跨齒數(shù)K=10,則公法線長度

偏差可表示為：87.652如26?"°，對齒輪傳動，檢驗中心距極限偏差力，根據(jù)中心距

a=200mm,由表查得8—3—65查得力=±0.023；檢驗接觸斑點，由表8—3—64查得

接觸斑點沿齒高不小于40%,沿齒長不小于70%；檢驗齒輪副的切向綜合公差

Fic=Q.05+0.072=0.125mm（根據(jù)表8—3—58的表注3,由表8—3—69,表8—3—59

及表8—3—60計算與查取）；檢驗齒切向綜合公差九=0.0228mm,（根據(jù)8—3—58的

表注3,由表8—3—69,表8—3—59計算與查?。?。對箱體，檢驗軸線的平行度公差,

人=0.012mm,fy=0.006mm（由表8—3—63查取）。確定齒坯的精度要求按表8—3

—66和8—3—67查取。根據(jù)大齒輪的功率，確定大輪的孔徑為50mm,其尺寸和形狀

公差均為6級,即0.016mm,齒輪的徑向和端面跳動公差為0.014mm。

齒輪工作圖如下:

圖5大齒輪

由于第一級齒輪傳動比與第二級傳動比相同，則對齒輪的選擇、計算及校核都與第一

級一樣。

3.3第三級圓柱齒輪的設計

3.3.1選擇材料

確定。所和。加及精度等級:

參考表8—3—24和表8—3—25選擇兩齒輪材料為：大，小齒輪均為40Cr,并

經(jīng)調質及表面淬火，齒面硬度為48~50HRc,精度等級為6級。按硬度下限值，由圖

8—3—8(d)中的MQ級質量指標查得oHiim=oHIiB=H20Mpa；由圖8—3—9(d)中的

==

MQ級質量指標查得°FEI=°FE2700Mpa,oFIE產(chǎn)°Fii?2350Mpa.

3.3.2按接觸強度進行初步設計

確定中心距a(按表8-3-28公式進行設計)

a>C,?A(1(u+l)3——%

風?而/

c,?=i

4=483

K=l.7

4=1646N?加

①a=0.4

aH=MPa

4=6

則a=325mm取a=400mm

確定模數(shù)m(參考表8—3—4推薦表)

m=(0.007^0.02)a=2.8~8,取m=4mm

確定齒數(shù)Z”z2

2x400

Z]+z=200

24

la2x400co

z=-----------=-------------=28取Z1=28

1+1)4x(6+1)

Z2=172取Z2=172

計算主要的幾何尺寸（按表8—3—5進行計算）

分度圓的直徑d]=mz1=4x28=112mm

d2=mz2=4xl72=688mni

齒頂圓直徑d4]=d,+2hrt=112+2x4=120mm

da2=d2+2h0=688+2x4=696mm

齒根圓直徑%l=mzx-2.5m—W2mm

df2=mz2—2.5m=678nvn

端面壓力角a=20°

基圓直徑d夕二dicosa=112xcos20°=107.16min

0

db2=d2cosa=688xcos20=646.72mm

齒頂圓壓力角aatl]i=arccos>=26.7°

da\

a二arccos-^-=21.6°

litz(

d?2

端面重合度q=J[Z](tgcr0,|-tg?)+z2(tgora,2-tg?)]

2萬

=1.15

齒寬系數(shù)①4=2=辿=1.3

463

齒寬b=?a=0.4x400=160/wn

縱向重合度￡廣0

3.3.3校核齒輪

校核齒面接觸強度

（按表8—3—30校核）

強度條件：b”=[cT〃]

K4+1

計算應力:-Z//ZgZgZfZ^

dfb卜i

Z0

^H2~^H\

Z“

42000x2000x1910

式中:名義切向力F,=----=34107N

63

使用系數(shù)K.=1（由表8—3—31查?。?/p>

動載系數(shù)八=(A+V200V)“

式中：v="L="112xl7=oo9少

60x100060x1000人

A=83.6B=0.4C=6.57

K=1.05

齒向載荷分布系數(shù)K必=1.35（由表8—3—32按硬齒面齒輪，裝配時檢修調

6級精度K”W1.34非對稱支稱公式計算）

齒間載荷分配系數(shù)長版=1.0（由表8—3—33查?。?/p>

節(jié)點區(qū)域系數(shù)ZH=1.5（由圖8—3—11查取）

重合度的系數(shù)Z,=0.93（由圖8—3—12查?。?/p>

螺旋角系數(shù)Z〃=0.80（由圖8—3—13查取）

彈性系數(shù)ZE=189.8，^為（由表8—3—34查取）

單對齒齒合系數(shù)Zfi=l

1

crwl=%,=1x1.5x189.8x0.77x0.80/Ix1.05x1.35x1.0里土■用曳_=301.42MPa

WlH2\5.563x80

許用應力：[%]=*2亞乙2握握|摩,

式中:極限應力b/.nllZOMPa