液壓式組合建筑機械機械部分設計【液壓式鋼筋彎曲切斷套絲多用機設計】

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315 490 16 III 25MnSi 8~40 375 570 14 IV 40Si2MnVi 10~25 540 835 10 40Si2MnVi 28~32 表1-3 熱軋帶肋力學性能： 牌號 HRB335 335 490 16 HRB400 400 570 14 HRB500 500 630 12 HPB235（光圓） 235 370 25 試驗表明，一般情況下材料的許用切應力與許用拉應力之間關系為剪切應力 塑性材料 =（0. 6~0.8） 脆性材料 =（0. 8~1.0） 為鋼材拉應力 對于鋼材銷釘許用承壓應力=（1.7~2） 查金屬材料的力學性能，本設計中采用建筑中鋼筋材料為HRB500的鋼筋，直徑為30mm，它的不小于630Mpa，暫取為630Mpa，其未退火狀態(tài)下抗剪強度為310~380Mpa，本次設計取 =0.6*630=378 Mpa，根據(jù)鋼筋公稱尺碼，參照本設計的要求知鋼筋切斷機選取切斷鋼筋最大直徑為30mm，有以上表可得其公稱面積為706.5mm2。 鋼筋切斷力Q為 Q=A=706.5×0.6×630=267.057KN 1.2 刀具的設計 在施工工地常用的鋼筋切斷方法是：先用鋼筋切斷機按要求長度（放出二次加工量）將鋼筋切斷，然后在砂輪上進行二次加工。這種鋼筋切斷方法作為滾壓直螺紋的前一道工序有以下不足： （1） 二次加工延長了施工時間； （2） 多了一道工序，浪費了鋼筋材料； （3） 砂輪高速旋轉磨削產(chǎn)生熱量，使鋼筋斷面因淬火而變硬； （4） 砂輪鋸的噪音構成環(huán)境污染，不符合環(huán)保要求。 在鋼筋切斷機上使用常規(guī)切斷刀片所切的鋼筋截面是首先經(jīng)過塑性變形后撕裂的，其刀片形狀和鋼筋端面形狀如圖示： 刀片形狀圖 切斷鋼筋的截面形狀 由上圖可知，刀片切削部分形狀與剪扳機所用的刀片切削部分形狀相同，而剪板機上所剪鋼板的斷面與鋼板平面是不垂直的，鋼筋也是如此。鋼筋剪斷后的形狀線段1~2為鋼筋塑性變形區(qū)，線段2~3為鋼筋斷裂區(qū)。直線形的刀片刃口，不能限制鋼筋在周向和軸向的塑性變形，鋼筋斷面不能與鋼筋的軸線垂直。因此，使用傳統(tǒng)刀片所切斷的鋼筋，在滾壓直螺紋前需要經(jīng)過二次加工。由于以上原因，在刀片刃口上開一個與鋼筋外徑的相似和所切斷的鋼筋斷面形狀如圖： 由上圖可以看在使用了帶有園弧的刀片剪切鋼筋時，其斷面沒有發(fā)生塑性變形，斷面近似垂直于鋼筋的軸線，因此滾壓直螺紋前的整形工序就可省略，而且鋼筋外園上的肋也被刀片的圓弧槽壓平，這樣剝肋所用的刀片的壽命也相應提高。同時也可節(jié)約材料，這已經(jīng)在北京國會大廈工地已經(jīng)得到驗證。因此，在該設計中，采用該形狀的刀具，不但符合施工要求，節(jié)省材料，同時又提高工效，還可以提高切斷刀片的使用壽命。具體如圖示： 考慮到切斷時力較大，因此把液壓缸樹直放置，活動刀片在下，讓帶有弧的刀片作為固定刀片固定在到刀架上，把液壓缸固定在機箱底部的凸臺上。由于刀架在導軌內運動，可能會產(chǎn)生摩擦較大，因此使刀架伸出的軸的中心線正好處于導軌的的中心，同時把刀桿與液壓缸的活塞桿用螺紋連接，并為活動連接，具體見裝配圖紙。 由于帶園弧的固定刀片處于上部，如果沒有一個支撐，被加工鋼筋不會處于園弧之內，因此設計兩個彈性支撐結構，該結構分布于切斷機構前后兩邊，這樣就可以讓鋼筋放在上面，以使鋼筋切斷處位于園弧底部，這樣可以達到選用該刀具的目的，同時也減少切斷時液壓缸對整體機構的沖擊力，從而達到最優(yōu)效果。 刀片的使用關鍵在于刀片的固定，任何情況下刀片不得松動，一旦松動，后患無窮，刀片間隙變大或變小，變大時切斷力加大，鋼筋斷面出現(xiàn)馬蹄形；變小時容易引起刀片互相碰撞，毀壞刃口；更重要的是受力面容易遭到破壞，且極難修復，這種現(xiàn)象，施工現(xiàn)場屢見，因此刀片要經(jīng)常緊固，間隙控制在0.5mm左右。刀片應保證完整鋒利，形狀正確，一般前角為3度后角為12度，本設計中考慮到綜合效果，采取了一定的前后角角度，具體見刀具零件圖。 1.3 刀具的固定和連接 本設計是通過把固定刀具固定在切斷機架上，而活動刀具則是通過螺紋與切斷缸連接的，活動刀具固定在刀桿上，讓刀桿在導軌的作用下沿其切斷鋼筋，刀桿的螺紋連接的特點是：刀具的導軌部分不會與切斷機架上的導軌部分產(chǎn)生過分的摩擦，以至于避免鉸死。這部分螺紋的連接設計是讓刀桿上的螺紋部分旋進切斷缸的螺紋孔內，其內部為直徑大于螺紋的光孔，這樣就可以讓兩者有一定的活動余地，也就是說刀桿與切斷缸的活塞是處于鉸鏈連接狀態(tài)，但是由于切斷力很大，因此需要考慮使刀桿承受彎曲應力，這里使刀桿直徑為45mm，經(jīng)驗證符合使用要求。具體尺寸形狀見裝配圖。 1.4 作用在切斷機構上力的計算與螺栓的校核 根據(jù)計算出的Q可以設計出切斷缸的大小，該設計過程在液壓設計部分給出，在此只使用其最后結果。上面已經(jīng)計算出Q=267.057KN，在該機構中用六個M20的螺栓固定在工作臺面上，因此校核該螺栓的安全 性：已知軸向力， 又因為 所以F2=F0+0.2F 由《機械設計》表5-6查得f=0.16,并取=0.2則0.8,取防滑系數(shù)Ks=1.2則各螺栓所需要的預緊力F0如下,同時由于該工作載荷不穩(wěn)定,因此(0.6~1.0)F,故=0.6F+0.8F=1.4F=1.4*44.51=62.31KN 所以,F2=1.6F=71.216KN 選用螺栓材料為45鋼,淬火并回火,性能等級為9.8級的螺栓，由《機械設計》表5-8查得材料的屈服極限=720MPa，由表5-10查得安全系數(shù)S=1.3，故螺紋材料的許用應力[]=/S=720/1.3=538MPa , 因此符合要求. 現(xiàn)在校核螺栓的預緊力,參考書中公5-2知,對螺栓的要求為,取下限為 要求的預緊力為小于以上數(shù)值，因此該設計符合使用要求。 2 彎曲部分設計 一般的鋼筋彎曲機上的工作盤有9個孔，中心孔用來插入中心軸，周圍的8個孔用來插入成型軸和軸套。兩側的插座板各有6個孔，用來插入擋鐵軸。為便于移動鋼筋，工作臺面的兩邊還設有送料輥。當作180度彎鉤時，鋼筋的圓弧彎曲直徑應不小于鋼筋直徑的2.5倍，因此中心軸也相應的制成16~100mm的不同規(guī)格，以適應彎曲不同直徑的鋼筋的需要。常用的彎曲機上往往在成型弧行及圓形鋼筋方面不能得心應手，特別是粗鋼筋和鋼管，因此有些機械廠已經(jīng)對此不足進行了改造，如右圖示： 顯然這樣的結構有些復雜，操作起來麻煩，雖然可以很好的滿足使用要求。本次設計的過程中參考了一些資料，綜合他們的長處，同時加入了自己的一些觀點，因此在結構上有了一些改進，具體設計如下： （1） 保留原有的鋼筋彎曲設施，由于該設計的動力是液壓動力，因此考慮到控制結構上，安裝了行程開關。 （2） 本設計中取消了另一個相同的插座板，設計成了用來加工鋼管和粗鋼筋的相似的插座板，用來插入導輪和壓輪。 （3） 同時在本設計中，由于工作圓盤要由液壓馬達驅動，因此考慮到工作圓盤不能與傳動軸做成一體，同時采用了兩個角接觸軸承，用來增強傳動軸的剛性。 （4） 傳動軸與工作圓盤用鍵連接。角接觸軸承處的軸向定位通過軸承套筒來固定，可以用加墊片的方法對軸承進行預緊。 （5） 由于工作臺面有40mm厚，因此在此處焊接了一塊圓形鋼板進行加強此處的強度。 （6） 傳動軸與液壓馬達的連接是通過在傳動軸的端部打孔并作鍵槽，這樣就可以和液壓馬達上伸出的軸以及上面的鍵進行配合，就可以傳遞動力使工作盤旋轉。 2.1 工作盤轉速 由于該設計的動力為液壓，因此只需用調速閥在使用中進行調速即可，在這里，工作盤的轉速暫不考慮。一般情況下，根據(jù)同類機械產(chǎn)品相比，機械式彎曲機主軸轉速有3.7r/min, 5/min, 7.2r/min, 8r/min, 10r/min, 14r/min, 16r/min有七種，由于液壓式的機械可以在工作中用液壓調速閥進行調速，這樣就相當于機械式的無級調速，但是那樣的設計就非常復雜，這就是液壓式機械的優(yōu)點。 2.2 作用在工作盤上的扭矩M （N.cm） （2.2.1） 參（1） 式中 ----與鋼筋截面有關的系數(shù)。圓截面鋼筋取=1.5 ----與鋼筋材料有關的系數(shù)。 一般取0.63~0.71 d-----鋼筋直徑 cm r----彎曲半徑 cm w---抗彎截面系數(shù) cm 取 w= 0.1 ----鋼筋彎曲應力 N/ 對抗拉和抗壓強度相等的材料（如碳鋼），只要絕對值最大的應力不超過許用應力即可。對抗拉和抗壓不相等的材料（如鑄鐵）則拉和壓的最大應力都不應超過各自的許用應力。 通過對材料力學行為的研究可知，表征塑性材料破壞的行為是屈服，表征脆性材料破壞的行為是斷裂。因此，塑性材料的屈服極限和脆性材料的強度極限分別被定義為兩類材料的極限應力。由鋼筋材料為碳素鋼Q235則。 根據(jù)前面鋼筋的性能，I級鋼筋的彎曲直徑為D=2.5II級鋼筋最小彎曲半徑D=4。這里用I級鋼筋的彎曲半徑為r=1.25 則 2.3 危險部位軸的直徑 按強度條件 按剛度條件 選d=60mm 2.4 傳動軸處的鍵的設計與校核 鍵和軸的材料取45鋼，由機設課本中表6-2查得=100~120MPA，取其平均值為=110MPA，選用半圓頭平鍵（A型）軸的直徑為D=60mm ，從表6-1中查得鍵的截面尺寸為：寬度為B=18mm,高度為h=11mm，有該結構并參考鍵的長度系列，最后取鍵長為L=20mm。由書中平鍵連接強度計算公式計算如下：，其中為傳遞的轉矩，為鍵與輪轂鍵槽的接觸高度=0.5h，此處h為鍵的高度，為鍵的工作長度，圓頭平鍵l=L-b，平頭平鍵l=L，單圓頭平鍵l=L-b/2，這里L為公稱長度，b為鍵的寬度，d為軸的直徑。由以上數(shù)據(jù)可得l=L-b/2=11mm，，所以不符合要求，因此考慮用花鍵，由表6-3查得=120~200，取其平均值為=160MPA有計算公式，式中為載荷分配不均系數(shù)，Z為花鍵齒數(shù)，l為齒的工作長度，h為花鍵齒側面的工作高度，矩形花鍵，此處D為外花鍵的大徑，為內花鍵的小徑，C為倒角尺寸，為花鍵的平均直徑，矩形花鍵，，為花鍵連接的許用擠壓應力。在此選用矩形花鍵規(guī)格為，所以校核如下： ，所以該花鍵符合要求。 2.5 工作盤及附件的選擇和使用 2.5.1 工作盤的設計原理 工作盤直徑取D=400mm,其上一盤有9個孔，中心孔用來插心軸。周圍的8個孔用來插成型軸，由于鋼筋放置在工作盤心軸和成型軸之間，彎曲機啟動后，工作盤轉動，鋼筋一端被擋鐵軸阻止自由活動。而心軸的位置不變。成型軸圍繞著心軸作圓弧運動，那么成型軸迫使鋼筋圍繞著心軸彎曲。鋼筋成型后，停機再反轉工作盤到原位，取下鋼筋。如此循環(huán)即可完成鋼筋的彎曲工序。如果需要，通過調整成型軸的位置。即可將被加工的鋼筋彎曲成所需的尺寸形狀。不同直徑的鋼筋其彎曲半徑一般是不同的，為了彎曲各種直徑鋼筋，可在工作盤中間孔換裝不同的心軸，并選擇成型軸在工作盤上的位置和擋鐵軸的位置即可。同時由于液壓馬達可以正反轉，因此此處的彎曲工作可以有兩個方向。 往往工作盤的兩側為相同的插座板，在此，把兩個相同的插座板設計成相似的，目的在于：在另一側可以用來加工粗鋼筋，因此配套設計有壓輪和導輪。 2.5.2 心軸的使用 按規(guī)范規(guī)定，鋼筋半圓彎鉤的彎曲直徑。因此不同直徑的鋼筋的彎曲半徑數(shù)值是不同的。為了保證彎曲半徑，必須選用不同直徑的心軸。與鋼筋的尺碼相對應。本次設計的鋼筋彎曲機附有直徑為16.20.25.35.45.60.75.85.100（mm）9種規(guī)格的心軸。如彎一根直徑6mm鋼筋的彎鉤，彎曲半徑是8mm。那么可選擇16mm的心軸。而彎曲一根直徑25mm趕緊的彎鉤。半徑是31mm。則可選擇60 mm的心軸，即心軸約為2倍的彎曲半徑 。 2.5.3 成型軸的使用 為了在鋼筋彎曲操作時，使彎曲部分的圓弧符合預定要求，就必須使鋼筋緊貼在成型軸和心軸間。成型孔和心孔的距離是一個定植。因此成型軸至心軸的距離隨著鋼筋和心軸直徑的變化而變化，成型軸如果只采用一個直徑就不能適應這樣的操作要求，為此可以在成型軸上加一個偏心軸套。以調節(jié)心軸鋼筋和成型軸三者之間的間隙。 例如，采用一個直徑為105mm，偏心距為22mm的偏心套，成型軸和心軸間的距離就可適應44 變化，并且鋼筋取出放下也方便。 2.5.4 擋板軸的使用 彎曲機工作中阻止鋼筋隨著成型軸旋轉的附件就是擋鐵軸其插在擋鐵插塊上。擋鐵軸可用一般心軸代替，其上有一個偏心軸套，便于鋼筋彎曲時，鋼筋和擋鐵軸不發(fā)生摩擦。而直接讓偏心軸套環(huán)繞擋鐵軸旋轉。 2.5.5 送料輥的使用 在鋼筋的彎曲過程中，為了避免移動的鋼筋與工作面過分摩擦，因而設計有送料輥，這樣就避免了摩擦。送料輥式有一根細軸制成，兩邊用滑動軸承固定在軸承座上，軸承座上的小孔用于諸如潤滑油。 2.5.6 鋼筋擋架的使用 在彎曲鋼筋時，如果單獨采用擋鐵軸 ，心軸和擋鐵軸之間會發(fā)生向上拱曲現(xiàn)象，為使鋼筋成型正確。一般應采用鋼筋擋架其擋板支撐桿是可調的。當彎曲粗鋼筋時，將擋桿縮短，彎曲細鋼筋時，將桿調長，使擋架的擋板緊貼鋼筋，當鋼筋成型后，工作盤反轉超過起始位置。擋架的擋板鉤能從擋柱體上滑落，使擋架離開工作盤，避免損壞設備，如下圖： 圖1.2 擋架 2.5.7 鋼筋的彎曲成型 在建筑施工中常常采用一些新穎的結構形式，鋼筋需要彎成相同的曲線形狀，這可以在鋼筋彎曲機上增加一些附件進行加工。具體操作過程如上圖，在鋼筋彎曲機的工作盤上裝有四個頂彎鋼套，在工作盤的中間裝有推動鋼筋向前移動的十字架，擋架座上的左右兩個鋼套用于控制鋼筋的彎曲率。當彎曲鋼筋時，工作盤反時針旋轉，鋼筋從右側送進。經(jīng)過頂彎過程，鋼筋從左側出來，就為所要求的曲線形狀。 2.5.8 心軸與成型軸R的確定 為保證成型軸的強度，必須使 其中為成型軸受力 為成型軸材料的許用壓力。已知心軸材料45鋼調質，其屈服極限 取安全系數(shù)為2 則 則 又 所以 取L=105mm 工作臺 d=400 mm 2.5.9 工作轉盤上的心軸的校核 由材料力學中公式，取=80MPA 故該系列的擋銷軸符合鋼筋彎曲加工時的要求。 3 套絲機構的設計 3.1 套絲時切削力計算 3.1.1 按車削計算 由公式計算如下： k為車螺紋時切削系數(shù)，=450Mpa 碳鋼 k=150kgf/, t 切削深度mm ,t=1.5=1.299mm 三角形螺紋 ， s為走刀量 s=p/2=0.75mm， p為螺距，查表螺紋直徑在20mm以下最大螺距為1.5m 則 p=150x1.229x0.75=146.1375kgf=1.43kn 切削功率： N= 其中 p為切削力 （kgf） v切削速度 m/min 查表螺紋直徑在12mm以下者切削速度 則 N= 考慮傳動損失 設 3.1.2 按套絲時的公式計算 由《機械加工工藝師手冊》可知以下計算公式及其數(shù)據(jù)：切削速度，轉矩及其功率計算公式為：（為螺紋的直徑） KMT=1.0 T=90Min CV=2.7 ZV=1.2 YV=1.2 沒M=0.5 CT=0.441 ZT=1.1 YT=1.5 KV=0.9*0.7*1.0=0.63 螺距與走刀次數(shù)的關系： 螺距 走刀次數(shù) 粗加工 精加工 1.5 3 2 2 3 5 2 4 6 5 7 6 8 比較以上數(shù)據(jù)最后選用第二組數(shù)據(jù)，即 3.2 套絲機構的設計 在套絲機構的設計中，考慮到在套絲過程要求板牙與要套絲的鋼管有相對的軸向運動，并且要求該運動要嚴格按照一定的速度運動，才能制造出符合要求的螺紋。由于該機器的設計不需要機構很復雜，因此在設計時不考慮這種相對運動，從而減少該機的復雜程度，但是在設計時就遇到來一些問題，就是如何辦這種運動簡單化，但又不能影響加工的螺紋。在老師的指導下，終于設計出可以實現(xiàn)本目的的機構，該機構由兩部分組成，一部分是夾具部分，另一部分是套絲裝置本身，其中包括板牙，板牙架及其傳動齒輪部分。傳動齒輪做成齒輪軸，并在軸內拉出花鍵孔，用以讓板牙架在加工時可以沿花鍵自由移動，從而克服了嚴緊的軸向運動。 3.2.1板牙及其板牙架 板牙是用來鉸制和修整外螺紋的刀具，他的基本結構象一個螺母，只不過在端面上做成數(shù)個排屑孔，和切削刃。由于結構簡單，制造方便，被機器制造業(yè)廣泛應用。但因板牙的螺紋廓形是內螺紋表面，較難磨削。熱處理后容易產(chǎn)生變形及表面脫碳等缺陷。因此板牙加工出來的螺紋形狀和螺距等有較大誤差，不適合加工較高精度的螺紋，一般用來加工2級或3級精度的螺紋，板牙種類按標準可分為普通圓板牙和可調式圓板牙兩種。在本次設計中，主要采用普通圓板牙即可。 圓板牙的主要構成部分有；（1）前角，（2）刀齒，（3）排屑孔，（4）切削部分長度及切削錐角，（5）厚度，（6）刀齒數(shù)，（7）切削部分的鏟磨量，（8）后角，影響圓板牙切削的幾個主要部分有：前角及前角的幾何形狀，后角，切削錐角和切削部分長度。前角的大小通常是根據(jù)被加工工件的材料決定的，加工硬材料一般取10~20度，加工中硬材料采用15~20度，加工較軟材料取為20~25度。一般出廠的圓板牙前角是15~25度。后角也是根據(jù)被加工工件的材料決定的，材料性質較韌的工件，后角應大一些，標準圓板牙的后角一般為7~9度，后角的形成是在專用鏟齒機床上鏟磨出來的。板牙有了后角，在切削時可以減少切削刃于工件的摩擦，提高工件的表面光潔度。圓板牙工作部分由切削和校準部分組成。為了減少螺距的累積誤差，其長度不宜過大，一般取L=（4~4.5）T。整個切削量分布在切削部分的各個切削刃上。 另外，排屑孔不但要容納切屑，而且應使前面形成合理的形狀。刀齒寬約為縫隙寬的0.8~1.0倍，刀齒太窄時，強度不夠，且引導作用不好，太寬了會使排屑孔變小，且摩擦力變大。圓板牙外徑裝于板牙架上，60度的巢孔用來將板牙固定在板牙架上。90度的巢孔是用來調整板牙所切螺絲的直徑的，當板牙磨損時，即可以用砂輪將寬度為B的槽底部割開孔壁，用螺絲頂緊90度的兩個巢孔氏板牙直徑即可縮小。它的直徑可以在0.1~0.25毫米范圍內調整。這種普通圓板牙也可以變?yōu)榭烧{式的圓板牙。 在圓板牙使用時，本設計是讓工件固定，而板牙架及板牙旋轉并沿花鍵軸做軸向的移動，移動的動力由套絲是螺絲的自攻取得，這樣就可以保證板牙每旋轉一轉，板牙就自動向工件推進一個螺距，這就避免了工件產(chǎn)生的螺紋亂扣現(xiàn)象。圓板牙在切削過程中，會產(chǎn)生大量的熱，尤其是板牙切削刃部分，如不很好冷卻，非但加工出來的螺紋表面光潔度較差，并且也影響板牙的使用壽命，故切削時要加足夠的冷卻液，并用它沖去切屑，一般用5%的乳化液進行冷卻。 圓板牙裝在板牙架內，其端面不可歪斜，應于工件軸心垂直，否則鉸出的螺紋直徑會變小。絞絲過程中，應保證圓板牙于工件同心，以免鉸出的工件螺紋偏斜，螺紋牙頂?shù)膶捳灰恢?。每一次切削前應將圓板牙排屑孔內及螺紋內的切屑除凈，否則會影響工件的光潔度。在本設計的機構中，在軸承端蓋處開了一個孔這樣就可以加勻滑液體，同時可以用以吹凈機構中的切屑。 被加工工件的材料硬度要適當，一般硬度在HB160~200之間，過硬則板牙易鈍，過軟則螺紋不易鉸光潔。 在板牙架設計中，考慮到要沿內花鍵軸向移動，因此板牙架做成外花鍵，與齒輪軸的內花鍵配合。板牙架具體結構見裝配圖。 3.2.2 齒輪軸的設計 在設計該機構時，由于考慮到工作原理，因此把齒輪做成齒輪軸，并在軸上做成內花鍵作為板牙架的導軌，同時提供扭矩，帶動板牙旋轉，已完成加工要求， 在軸的兩端用軸承支撐，與之嚙合的齒輪直接與液壓馬達伸出的軸通過鍵連接，以傳遞動力，液壓馬達固定在液壓馬達支架上。 3.2.3 齒輪軸的抗扭校核 由上面計算的扭矩T=112.7NM，齒輪軸的最細處的直徑為120mm，選用內花鍵的基本尺寸是：外徑D=108mm，小徑為102mm，平均直徑為105mm，齒輪軸的材料為45鋼，表面經(jīng)熱處理，，，由軸的截面尺寸計算抗扭截面系數(shù)， 軸的最大切應力： 所以該齒輪軸滿足抗扭強度校核。 3.2.4 齒輪軸內花鍵的校核 在該設計處花鍵的連接為動連接，齒輪軸內的花鍵的具體尺寸為Z=10 ，工作長度為L=18 ，由《機械設計》中表6-3查得=120~200，取其平均值為=160MPA有計算公式，式中為載荷分配不均系數(shù)，Z為花鍵齒數(shù)，l為齒的工作長度，h為花鍵齒側面的工作高度，矩形花鍵，此處D為外花鍵的大徑，為內花鍵的小徑，C為倒角尺寸，為花鍵的平均直徑，矩形花鍵，，為花鍵連接的許用擠壓應力。在此選用矩形花鍵規(guī)格為，故，花鍵副為 校核如下：，所以該花鍵符合要求。 3.2.5 齒輪的設計校核 齒輪傳動是機械傳動中最重要的傳動之一，形式很多，應用廣泛，傳遞的功率可達數(shù)十萬千瓦，圓周轉速可達200m/s，齒輪傳動效率高，結構緊湊，在同樣的使用條件下，齒輪傳動所需的空間尺寸一般較小，工作可靠壽命長，設計正確合理，使用良好的齒輪傳動，工作十分可靠，壽命可長達一二十年，傳動比穩(wěn)定，這也是其他機械傳動所不能比擬的。 但是齒輪傳動的制造安裝精度高，價格較貴，且不適傳動距離較大的場合，齒輪傳動可做成開式，半開式，閉式。如在農業(yè)機械，建筑機械，以及簡易的機械設備中，有一些設備設有防塵罩，機殼，齒輪完全暴露在外邊的叫開式齒輪傳動，這種傳動不僅外界雜物易進入，而且潤滑不良，因此工作條件差，齒輪易磨損，故只適應低速傳動，當裝有簡單的防護罩時，還把部分大齒輪侵入有池中，則稱為半開式齒輪傳動。它的工作條件雖然有所改進，但仍不能防止外界雜物侵入，潤滑條件也不算最好，而汽車，機床，航空發(fā)動機所采用的齒輪傳動都是裝在經(jīng)過精密加工過的封閉嚴密的箱體內，這種傳動稱為閉式齒輪傳動，它與開式或半開式相比，潤滑及防護都很好，多用于重要的場合。本次設計為建筑機械所用設備，雖然有防護罩，但不能做到良好的潤滑及防止外物侵入，為半開式齒輪傳動。要經(jīng)常檢修，更換。 齒輪傳動的失效形式多樣，因為齒輪傳動就裝置而言有開式，半開式及閉式之分，就使用情況來說，有低速，高速，及輕載，重載之分，就齒輪材料的性能及熱處理的工藝的不同，齒輪有的較脆（如經(jīng)過整體淬火，齒面硬度很高，）有的較韌（如經(jīng)調質?；膬?yōu)質碳鋼，合金鋼齒輪），齒面有的較硬，有的較軟，差別很大。主要失效是齒輪的失效，而輪齒的失效形式是多種多樣的。 3.2.5.1 齒輪折斷 輪齒折斷有多種形式，在正常工作情況下，主要有齒根彎曲疲勞折斷。因為在輪齒受載時，齒根處的彎曲應力最大，再加上齒根過渡部分的截面突變及加工痕等引起的應力集中作用，當輪齒重復受載后，齒根處就會產(chǎn)生疲勞裂紋，并逐步擴展，致使輪齒疲勞破壞，此外，在輪齒受到突然過載時，也可能出現(xiàn)過載折斷或剪斷，在齒輪經(jīng)過嚴重磨損后，齒厚過分減薄時，也會在正常情況下發(fā)生折斷，為了提高輪齒的抗折斷能力，可采取以下措施：增大齒根過渡圓角半徑及消除刀痕的方法來減小齒根應力集中；增大軸及支撐的剛性，使輪齒接觸線上受載較為均勻；采用合適的熱處理方法，使齒根材料具有足夠的韌性，采用噴丸處理，滾壓等工藝措施，對齒根表成進行強化處理。 3.2.5.2 齒面磨損 在齒輪傳動中，齒面隨著工作條件的不同會出現(xiàn)多種不同的磨損形式，例如，當齒面間落入磨料性物質（如沙礫，鐵屑）時，齒面逐漸被磨損而報廢，這種磨損稱為磨粒磨損，它是開式齒輪傳動失效形式之一，改用閉式齒輪傳動是避免齒面磨粒磨損最有效的辦法。 3.2.5.3 齒面點蝕 點蝕是齒面疲勞損傷的現(xiàn)象之一，在潤滑良好的閉式齒輪傳動中，常見的齒面失效形式多為點蝕，所謂點蝕就是齒面材料在變化著的接觸應力作用下，由于疲勞而產(chǎn)生的麻點狀損傷現(xiàn)象，齒面上出現(xiàn)的最初的點蝕僅為針尖大小的麻點，如工作條件為加改善，麻點就會擴大，甚至點數(shù)連成一片，最后形成了明顯的齒面損傷。 輪齒在嚙合過程中，齒面間的相對滑動形成潤滑油膜的作用，而且相對滑動速度越高，越容易在齒面間形成油膜，潤滑也就越好，當齒輪在靠近節(jié)線處嚙合時，由于相對滑動速度低，形成油膜的條件差，潤滑不良，摩檫力較大，因此，點蝕也就首先出現(xiàn)在靠近節(jié)線的齒根面上，然后再向其他部位擴展。提高齒輪材料的硬度，可以增強輪齒抗點蝕能力，在嚙合的輪齒間加潤滑油可以減小摩擦，減緩點蝕，，延長齒輪的工作壽命。 3.2.5.4 齒面膠合 對于高速重載的齒輪傳動，齒面間的壓力大，瞬間溫度高，潤滑效果差。當瞬時溫度過高時，相嚙合的兩齒面就會發(fā)生站在一起的現(xiàn)象，由于此時兩齒面又在做相對滑動，相粘接的部位即被撕破，在齒面上相對滑動的方向形成傷痕，稱為膠合，傳動時齒面瞬時速度越高，相對滑動速度越大的地方，越易發(fā)生膠合，加強潤滑措施，采用抗膠合能力強的潤滑油，在潤滑油中加入極壓添加劑等，可防止或減輕齒面的膠合。 3.2.5.5 塑性變形 塑性變形屬于輪齒永久變形一大類的失效形式，它是由于在過大的應力作用下，輪齒材料處于屈服狀態(tài)而產(chǎn)生的齒面體塑性流動所形成的塑性變形，一般發(fā)生在硬度地的齒輪上，塑性變形又分為滾壓塑變和錘擊塑變，滾壓塑變是由于嚙合輪齒的相互滾壓與滑動而引起的材料塑料流動所形成的。由于材料的塑性流動方向和齒面上所受的摩擦力方向一致，所以在主動輪的輪齒上沿相對滑動速度為零的節(jié)線處將被輾出溝槽，而在從動輪的輪齒上則在節(jié)線處被擠出脊棱。這種現(xiàn)象稱為滾壓塑變。錘壓塑變則是伴有過大的沖擊而產(chǎn)生的塑性變形，它的特性是在齒面上出現(xiàn)線的溝槽，且溝槽的取向與嚙合輪齒的嚙合線相一致，提高輪齒齒面硬度，采用高粘度的加有極壓添加劑的潤滑油均有助于減緩或防止輪齒產(chǎn)生塑性變形。 3.2.5.6 齒輪按彎曲疲勞強度設計 在本次設計中雖然不是機械式的機械，但是應用到了開式的齒輪傳動，因此進行校核是必要的，由以上分析可知，本次只需進行彎曲疲勞強度的設計為主： 1）由機械設計中第196頁的公式作以下設計計算： （1） 由10-20C查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限，大齒輪的 （2） 由圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)為， （3） 計算彎曲疲勞許用應力 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由公式10-12得 （4） 計算載荷系數(shù)K （5） 查取齒形系數(shù) 由表10-5查得 （6） 查取應力校正系數(shù) （7） 計算大小齒輪的，并加以比較 所以可知道大齒輪的數(shù)值較大。 2）設計計算 所以可取模數(shù)為4mm。 3）幾何尺寸計算 中心矩為，齒寬系數(shù)為b=，取B1=100mm，B2=96mm 3.2.5.7 按接觸強度進行校核 接觸強度的校核的基點：齒輪節(jié)圓處的應力計算應不大于其許用接觸應力即 根據(jù)赫茨公式可以導出接觸應力基本值的計算式 式中 --節(jié)點區(qū)域系數(shù)，若壓力角為的未修正標準直齒輪 =2.5 --彈性系數(shù)，如兩齒輪均為鋼制可取=189.8 MPa --重合度系數(shù)，對于直齒輪，為端面重合度 --螺旋角系數(shù)，直齒輪=1 --小齒輪分度圓直徑mm b—工作齒寬（mm），指一對齒輪中的較小者 --齒數(shù)比，，分別為小齒輪齒數(shù) --齒輪端面內的切向力 而 式中 --使用系數(shù)，考慮因外界因素引起的動力負荷，可在1-1.25范圍內選取本次設計取=1.1 --動荷系數(shù)，考慮嚙合過程中產(chǎn)生振動的影響，對于5—8級精度的齒輪， 可在1.1-1.5間選取，本次設計取1.2 --接觸強度計算的齒向負荷分布系數(shù)，可在1.1-1.25之間選取，本次選1.1 --接觸強度計算的齒間的齒間負荷分布系數(shù)，可在1—1.35間選取，這里選1.1 本次設計中，彎曲過程中所需功率最大，而且轉速最低其傳動過程中相嚙合的齒輪中較小的那一個較危險，需校核，如果經(jīng)校核滿足使用要求，則其他齒輪不用交合就可以使用。 本次設計選取小齒輪進行校核，該傳動過程中，所傳遞的轉矩=112.7Nm。使齒輪勻速轉動，主動輪分度圓直徑d=mz=4*65=260mm 則作用于齒輪節(jié)圓處的圓周力為 則 該小齒輪采用合金鋼調質，其硬度在250-360HRC間，[]=780-940MPa [] 本次設計中，小齒輪采用合金鋼硬度為360HRC，大齒輪采用45鋼調質，其硬度可達到220HRC，[]可達620HRC，所以該對齒輪的設計符合要求。 3.2.6 套絲機構中螺栓組的設計校核 由于齒輪軸的兩端需要有軸承的支撐，同時由于絞絲需要一定的扭矩，因此有必要對套絲機構中螺栓組進行校核。該螺栓組相當于承受有傾覆力矩，為T=112.7NM，在此傾覆力矩下，該結構的左端螺栓承受拉力，右端為減載作用，故右端的螺栓受到的力較大，所受的載荷按式5-31確定。 因為該機構基本不承受其它作用力，所以（軸向工作載荷）。 對于一般的連接，工作載荷穩(wěn)定時， 選擇螺栓為Q235，性能等級為4.6級的螺栓，由表5-8查得材料的屈服極限為240MPA，由表5-10查得安全系數(shù)S=1.5，故螺栓的許用應力，根據(jù)式（5-20）求得螺栓螺紋的危險截面的直徑（螺紋直徑）為 ，按粗牙普通螺紋標準（GB196-81），選用公稱直徑D=16mm的螺紋。因此該螺栓組的選取符合要求。 3.2.7 夾具的設計 本次夾具的設計是為了固定加工的鋼管，同時由于必須讓鋼管的中心線與夾具的中心線重合的同時，又必須都與板牙的中心線重合，只有這樣才能保證加工出的鋼管的螺紋才符合要求，因此這樣的夾具必須要能自動定心，才能滿足整體的設計要求。通過查閱機床夾具手冊，該夾具采用了螺旋式定心夾緊機構----V型塊式螺旋自動定心裝置。其工作原理是:該機構利用等螺距的左右螺旋帶動兩個滑座等速移動向中間夾緊工件，向外分開時，則松開工件。結構如圖是： 3.2.8 夾具的夾緊力計算 由〈〈機床夾具設計手冊〉〉中第22頁表1-2-3可知，兩V型塊為防止工件繞軸線轉動所需要的夾緊力為 為防止工件在軸向力Px作用下移動所需要的夾緊力 由于該機構中Px近似為0，所以軸向力Px近似為零，故無軸向移動，現(xiàn)在計算繞軸線轉動所需的夾緊力Wk，已知T=112.7NM，=90度。安全系數(shù)為 由表1-2-4查取摩擦系數(shù)，這就是螺桿受到的軸向力F=19.39KN。 4 液壓馬達的選擇及其使用 4．1 液壓馬達使用注意事項 元件選擇安裝到系統(tǒng)以后應該對照說明書，嚴格按使用要求使用：要想使液壓馬達獲得滿意的使用效果，除選擇高質量的產(chǎn)品外，還應根據(jù)機械各工況對液壓系統(tǒng)的要求，選擇最佳的設計方案，并按照液壓馬達使用說明書的要求進行安裝、使用和維護。這里僅對與液壓馬達直接有關的問題簡述如下： 1.使用條件不能超過液壓馬達所能允許的范圍 1）.轉速和壓力不能超過規(guī)定值 2）.使用時必須保證馬達的主回油口有一定的背壓。 2 安裝時要充分考慮液壓馬達的正常工作要求 1）.液壓馬達與其他機械連接時要保證同心，或采用柔性連接。 2）.應盡可能使馬達輸出軸不受或少受徑向負荷，不能承受徑向力的馬達不得將帶輪、齒輪等傳動件直接裝在輸出軸上。 3）馬達的泄油管應單獨引回油箱，若與回油管相連時，需保證其壓力不超過一個大氣壓。 4）.馬達在首次啟動前應向殼體內灌清潔的工作液，以保證摩擦副的潤滑。 5）.具有相位微調機構的馬達，調整后不得任意撥動。采用浮動配流機構的馬達，其進、回油口應用軟管連接，以保證配流機構的浮動性。 6）.停機時間較長的馬達，不應滿載啟動，待空運轉一段時間后，再正常使用。 4．2 液壓馬達的選用 在液壓馬達的選擇上，可根據(jù)〈〈機械設計手冊〉〉中第37-105頁中的公式計算后得出液壓馬達的排量和系統(tǒng)所需的流量，之后進行選擇。具體見液壓部分的設計，在此不再贅述。最后選用YM-F-E型的馬達，根據(jù)校核，該型號的馬達符合使用要求。 5 液壓馬達支撐座的設計 該設計主要參考了〈〈現(xiàn)代液壓技術應用220〉〉一書，其中提到了液壓馬達的安放問題，在本設計中，由于需要采用旋轉的液壓馬達進行動力的驅動，因此馬達的安裝是一技術問題，同時考慮到馬達的出入油管需要一定的空間位置，因此采用了如下套絲機構處的支撐裝置（見淺綠色部分），通過該支架就可以把液壓馬達安裝在工作臺面上，由于齒輪幾乎不受軸向的力，因此在這里只考慮徑向的力，用單圓頭平鍵連接，即可滿足要求。 6 箱體的設計 在箱體的設計中，考慮到增壓缸的尺寸和重量以及切斷缸的安裝問題，從而把箱體作成三部分，即工作臺面，上箱體，下箱體。工作臺面采用了一整塊鋼板進行切割而成，由于尺寸的很大，因此在臺面下方布置有加強筋板，這樣就提高了工作臺面的抗變形能力。在下箱體的底部，由于鋼筋切斷缸的尺寸，主要是它對底面的反作用力很大，因此在底部鑄出了一個凸臺用來安裝此缸。又因為進油口在缸的底部，所以凸臺為一個空心的結構。 本機為一個液壓作為動力的機械，因此管道進入箱體是必不可少的，因此在箱體的壁上有一定數(shù)目的油管通口。 總 結 通過分析設計任務書中對結構的要求，并進行了計算分析，最終合理布置了機器的各部分的裝置。由于該設計的機械是有液壓提供的動力，因此就很大程度上改變了傳統(tǒng)的傳輸機構，即省掉了變速箱。液壓機械一向就是體積小，重量不大，且價格容易被人接受。因此，該機械在建筑領域的前景是很樂觀的。同時該機又將鋼筋或鋼管的彎曲切斷和套絲三種作業(yè)設備合三為一，既減少了鋼筋加工的設備數(shù)量,又節(jié)約了能源。該機不僅可以進行對單根鋼筋的切斷和彎曲，加工效率是人工的4～6倍，并且這種機械在現(xiàn)在的市場上并不多見，因此在設計初始，感到有點無從下手，在經(jīng)過查閱資料，請教老師和同學，終于有了一定的效果。 為實現(xiàn)各執(zhí)行元件互不干涉，并實現(xiàn)機構緊湊，功能完整的目的，與一般常見的液壓式機器相比，有很大的出入，本次設計把液壓站放在機箱之外，原因是液壓站尺寸大，這樣就減輕了整機的重量，也縮小了尺寸。切斷時液壓缸的活塞由下到上，減輕了機構對機架的壓力，減少了工作臺面上所占用的空間，給操作者留下了更大的活動范圍，通過活塞推動活動刀座，帶動活動刀具運動，實現(xiàn)切割目的。彎曲工作臺的合理布置，芯軸與成型軸的配對使用，這與以往的彎曲機械功能相同，不同之處在于兩邊的插座板功能各不相同 ，這樣在加大了所彎曲半徑的范圍，增強了其功能的同時，也對較粗鋼筋和鋼管彎曲時提高了加工質量。但是由于考慮的不周全，因此導致彎大角度的鋼管或鋼筋時用的成型輪在安裝時必須安裝在傳動軸和工作盤的結合面處，這樣導致了軸的強度的降低，并且不用此成型輪機構時，結合面處就有三個連接用的孔。由于時間緊迫，這里就提供一個解決的方案，就是在不用時也在此處安裝三個芯軸，同時又不能和一般彎鋼筋用的成型輪相干涉。由于在使用此成型輪機構時，軸向沒有定位，因此在該成型輪的定位中心芯軸上端用一螺釘固定，下端的固定于一般彎鋼筋用的成型輪的固定相同。套絲部分的設計，由于缺乏一定的實際知識，導致了結構的復雜，因此在工作臺面上有部分的空間為套絲結構所占用。 這次畢業(yè)設計是對四年來大學課程的總的檢查與應用提高，通過這次畢業(yè)設計，不僅使我們加強學校學習與社會應用的聯(lián)系，加快我們走上社會的步伐，更使我們了解到進行實地設計的過程，了解了其步驟。當我們走上工作崗位時，我們能很快打開局面，因為我們已經(jīng)對它熟悉了。由于這次設計的課題為工程實際課題，關于這方面的資料不多，特別是圖書館關于這方面的資料很少，需要我們花費很大的精力去收集，并且，到現(xiàn)在還沒有這方面的產(chǎn)品，沒有見著實物，我們設計時有許多細節(jié)弄不明白，不知在現(xiàn)實中能不能實現(xiàn)，或者合不合理。 在這次畢業(yè)設計中，或多或少存在一些問題，希望老師給予指正。本次的畢業(yè)設計無論在做事或是在學習上，都使我懂得了很多，在今后的工作和學習中將使我受益匪淺。這次難忘的畢業(yè)設計也使我知道：做每一件事，要么就不去做，否則就要做好。 致 謝 經(jīng)過了三個多月的努力，大學四年中最后一個教學環(huán)節(jié)——畢業(yè)設計終于完成了。本片論文能夠得以順利完成，是我的指導老師鄒景超老師給了我極大的幫助，鄒老師的細心指導和開闊的視野，給我提供了極大的發(fā)揮空間，在設計之初，在鄒老師的帶領下，讓我們深刻了解了書本學習的機械與現(xiàn)實社會上機械的異同點，感謝鄒老師給我們這樣學習的機會。在畢業(yè)設計過程中發(fā)現(xiàn)錯誤的時候鄒老師給我及時的指正；在遇到迷惑的時候鄒老師給我許多良好的建議，從剛開始的不知如何下手到最后的順利完成，鄒老師治學嚴謹，學識淵博，在此我衷心的感謝老師給我的無私的幫助和指導，祝鄒老師身體健康，事事順心！ 同時感謝與我同組的程昆鵬同學，在相互的探討中，使我受益匪淺，在他的言語之中我也學到了一些新的知識，對課題有了更深層次的理解，這對本次的設計來說是相當重要的。在合作過程中，與他融洽的相處為我提供了很好的設計氛圍。在此，我表示深深的感謝！ 另外，感謝學院給予我這樣一次機會，能夠獨立地完成一個相對完整的設計課題，在這個過程當中，給我們提供了各種方便，讓我們在畢業(yè)前再溫習一遍我們學習過的理論知識，同時結合社會實踐，這對我們以后的參加工作有很大的幫助，在此我深深的感謝我的母校！ 最后，我想對你們所有人說一聲：謝謝，你們辛苦了，是你們讓我進步! 由于知識和經(jīng)驗的欠缺，本次設計一定還存在很多缺陷，希望各位老師能夠批評指正，多提寶貴意見。謝謝！ 參考文獻 [1] 陳鐵鳴.新編機械設計課程設計圖冊.北京：高等教育出版社, 2003.7 [2] 高忠民.工程機械使用與維修.北京： 金盾出版社,2002.12 [3] 朱學敏.混凝土鋼筋加工機械.北京：機械工業(yè)出版社, 2003.10 [4] 金關梁.螺紋加工與測量手冊.北京：國防工業(yè)出版社, 1984.7 [5] 張利平.現(xiàn)代液壓技術應用220例.北京：化學工業(yè)出版社, 2004.8 [6] 徐鴻本.機床夾具設計手冊.沈陽：遼寧科學技術出版社,2004.3 [7] 張英云.最新實用金屬材料手冊.江西科學技術出版社 [8] 賀利樂.建設機械液壓與液力傳動.北京：機械工業(yè)出版社, 2004.2 [9] 周開勤.機械零件設計手冊(第五版).北京：高等教育出版社, 2002.5 [10] 徐灝.機械設計手冊第五卷.北京：機械工業(yè)出版社, 1992.1 [11] 大連理工大學工程畫教研室.機械制圖(第四版).北京：高等教育出版社, 1993.5 [12] 田奇、馬志奇等.鋼筋及預應力機械應用技術.北京：中國建材工業(yè)出版社,2004 .4 [13] 劉鴻文.材料力學.北京：高等教育出版社, 1992.9 [14] 濮良貴.機械設計(第七版).北京：高等教育出版社,2003.5 [15] 廖念釗.互換性與技術測量(第四版).北京：中國計量出版社,2003.8 [16] 吳棕澤.機械設計師手冊.北京: 機械工業(yè)出版社，2002 [17] R..Kimpel..Proportional Valve Circdits, Piovide Exacting Metering Capabilities,Hydraults Pnumatics,1992(10) [18] Richard P.Paul, Robot manipulators : Machematics, Programming and control, MIT Press,1981 34