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課題名稱
Gw40型鋼筋彎曲機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)動分析
課題來源
黃河旋風(fēng)股份有限公司
指導(dǎo)
教師
王良文
課題類型
AX
專 業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化
學(xué)生
名稱
葛文會
學(xué) 號
080105019
開題報(bào)告內(nèi)容: (調(diào)研質(zhì)料的準(zhǔn)備, 設(shè)計(jì)的目的, 要求, 思路與預(yù)期成果; 任務(wù)完成的階段內(nèi)容及時間安排; 完成設(shè)計(jì)(論文)所具備的條件因素等.)
一. 資料的準(zhǔn)備:
1,了解黃河旋風(fēng)有限公司的產(chǎn)品G40型鋼筋彎曲機(jī)的有關(guān)性能,參數(shù),以及特點(diǎn).
2.上網(wǎng)查詢國內(nèi)外有關(guān)鋼筋彎曲機(jī)的發(fā)展情況,比較同類產(chǎn)品,在設(shè)計(jì)參數(shù),結(jié)構(gòu),性能,等方面的差別,綜合了解不同產(chǎn)品各自的特點(diǎn).為下一步的設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備.
3.查閱有關(guān)鋼筋彎曲機(jī)方面的論文,了解理論及實(shí)際生產(chǎn)方面鋼筋彎曲機(jī)的發(fā)展情況.
4.查閱有關(guān)鋼筋彎曲機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的近期發(fā)表論文,了解最新成果.
二. 目的, 要求, 思路與預(yù)期成果:
設(shè)計(jì)目的:設(shè)計(jì)用于建筑工程中的Gw40鋼筋彎曲機(jī).
設(shè)計(jì)要求: 1)全面了解Gw40型鋼筋彎曲機(jī).
2)建立運(yùn)動分析模型,對于運(yùn)動過程中的位移.速度,設(shè)計(jì)準(zhǔn)則做全方位的分析計(jì)算.
3)確定工作方案并完成對鋼筋彎曲機(jī)的V帶,齒輪,蝸輪蝸桿,軸等的設(shè)計(jì).
4)設(shè)計(jì)整體結(jié)構(gòu)，并畫出結(jié)構(gòu)圖及部件圖.
三, 任務(wù)完成的階段內(nèi)容及時間安排:
第一周 熟悉任務(wù), 學(xué)習(xí)彎曲機(jī)的工作原理.
第二周 畢業(yè)實(shí)習(xí)查資料,寫文獻(xiàn)綜述,外文翻譯.
第三周 至 第五周 推導(dǎo)相關(guān)公式,完成結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)分析
第六周 至 第八周 完成結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)
第九周 完成說明書的編寫.
第十周 至 第十一周 設(shè)計(jì)審核并修改.
第十二周 準(zhǔn)備答辯.
指導(dǎo)教師: 日期:
開題報(bào)告表
課題類型:(1)A—工程設(shè)計(jì);B—技術(shù)開發(fā);C—軟件工程;D—理論研究;
(2)X—真實(shí)課題;Y—模擬課題;Z—虛擬課題;要求(1),(2)均要求,如AY,BX等
黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（文獻(xiàn)綜述） 第 9 頁
Gw40型鋼筋彎曲機(jī)的結(jié)構(gòu)
設(shè)計(jì)與運(yùn)動分析綜述
1 引言
鋼筋彎曲機(jī)是鋼筋加工必不可少的設(shè)備之一，它主要用于各類建筑工程中對鋼筋的彎曲．鋼筋彎曲機(jī)通常與切斷機(jī)配套使用，其應(yīng)用十分廣泛．隨著國家投資拉動的效果顯現(xiàn)，尤其是國家大力開展高鐵的建設(shè)，鋼筋彎曲機(jī)的生產(chǎn)銷售增長迅速．與其他的鋼筋切斷機(jī)、彎箍機(jī)、調(diào)直切斷機(jī)的的情況類似，河南省長葛市已經(jīng)形成了該類機(jī)械的生產(chǎn)基地．國產(chǎn)產(chǎn)品大多能滿足使用需求，但也有一些產(chǎn)品的質(zhì)量不能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的要求．河南長葛本地的鋼筋彎曲機(jī)生產(chǎn)現(xiàn)狀與質(zhì)量水平反映了國產(chǎn)鋼筋彎曲機(jī)的現(xiàn)狀[1].
2 鋼筋彎曲機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)
各廠家的鋼筋彎曲機(jī)的構(gòu)造基本相同．鋼筋彎曲機(jī)的傳動方案有以下2種：“帶一兩級齒輪一蝸輪蝸桿傳動”和“帶一三級齒輪傳動”[2]．采用蝸輪蝸桿傳動的鋼筋彎曲機(jī)，其傳動效率不如齒輪傳動的彎曲機(jī)．也就是說，在同樣的驅(qū)動電機(jī)功率條件下，齒輪傳動的彎曲機(jī)彎曲同直徑的鋼筋顯得更輕松．但蝸輪蝸桿傳動的自鎖特性，使工作中彎曲的定位精度會更高些．目前，以“帶一兩級齒輪一蝸輪蝸桿傳動”方案的彎曲機(jī)的生產(chǎn)、應(yīng)用較為普遍，市場占有率高．在這2種傳動方案的鋼筋彎曲機(jī)中，工作面板以上的部分相同．圖1為應(yīng)用最多的“帶一兩級齒輪一蝸輪蝸桿傳動”的彎曲機(jī)的結(jié)構(gòu)．
3 鋼筋彎曲機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量差異
目前，機(jī)械傳動類鋼筋彎曲機(jī)的結(jié)構(gòu)與生產(chǎn)工藝已經(jīng)非常成熟．各個廠家產(chǎn)品的質(zhì)量差異主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：1)各個廠家的機(jī)箱的造型及用料有較大的差異．用料太少的鋼筋彎曲機(jī)，設(shè)備的整體剛性太差，外型也缺乏美感．2)僅有少量廠家注重工作圓盤及其他附件的表面質(zhì)量，將工作圓盤及其他附件進(jìn)行了鍍層處理，將各插孑L采用橡膠套堵封．3)有些鋼筋彎曲機(jī)的生產(chǎn)廠家，配用非標(biāo)生產(chǎn)的電機(jī)．這些電機(jī)的輸出功率偏小，在連續(xù)工作中容易起熱，無法彎曲標(biāo)定直徑的鋼筋．4)傳動系統(tǒng)的齒輪、蝸輪蝸桿等，在加工質(zhì)量，材料的選用，熱處理工藝等方面有差異．5)大量廠家的彎曲機(jī)不注意外觀涂裝質(zhì)量，少量廠家采用噴塑處理的方式，外觀視覺效果還不錯．
4 彎曲機(jī)技術(shù)的發(fā)展與改良方向
4.1 輕量化設(shè)計(jì)
通過輕量化設(shè)計(jì)，可以節(jié)省資源，有效地降低彎曲機(jī)的生產(chǎn)、運(yùn)輸成本，提升產(chǎn)品的性價比及市場競爭力．鋼筋彎曲機(jī)的輕量化設(shè)計(jì)技術(shù)，主要有以下幾點(diǎn):
1)采用有限元技術(shù)對蝸輪變速箱體或者齒輪變速箱體進(jìn)行輕量化[3]．鋼筋彎曲機(jī)蝸輪變速箱體或者齒輪變速箱體的制造成本在整機(jī)的成本中占有較大的比重．如果能夠進(jìn)一步減輕其質(zhì)量，不僅能夠節(jié)約生產(chǎn)成本，也可以使面板的材料變薄．若缺乏精確的理論數(shù)據(jù)，將蝸輪變速箱體或者齒輪變速箱體盲目去重，有可能出現(xiàn)產(chǎn)品的箱體在使用過程中開裂．
目前，蝸輪變速箱體或者齒輪變速箱體的材料大多采用鑄鐵，通過建立有限元分析模型可以在不需要制造出箱體實(shí)體的條件下，得到箱體的受力分析結(jié)果．并根據(jù)這些結(jié)果對箱體進(jìn)行優(yōu)化，改進(jìn)結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)．通過減輕產(chǎn)品的質(zhì)量而降低生產(chǎn)成本，這對于提高產(chǎn)品的競爭力非常有益．
2)對傳動系統(tǒng)的齒輪傳動優(yōu)化．在鋼筋彎曲機(jī)的設(shè)計(jì)中，可以對其傳動系統(tǒng)的齒輪傳動進(jìn)行優(yōu)化[4]．采用以齒輪傳動的總中心距最小為目標(biāo)函數(shù)，通過優(yōu)化技術(shù)來獲得滿足傳動要求的各齒輪參數(shù)．該類問題采用Matlab提供的有關(guān)優(yōu)化函數(shù)工具箱很容易求解．優(yōu)化設(shè)計(jì)模型的約束條件主要包含性能約束及邊界約束．建立的性能約束主要包括：齒根彎曲強(qiáng)度要求；齒面接觸強(qiáng)度要求等．邊界約束包括：根據(jù)傳遞扭矩估計(jì)出的齒輪副模數(shù)的范圍；綜合考慮傳動平穩(wěn)、軸齒輪的分度圓直徑不能太小等因素，估計(jì)傳動大齒輪的齒數(shù)范圍、傳動比范圍等；設(shè)計(jì)中要保證高速級大齒輪與低速級軸不發(fā)生干涉條件等．
3)對傳動系統(tǒng)的蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化．對鋼筋彎曲機(jī)進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)也可以通過對傳動系統(tǒng)的蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化來進(jìn)行[5] ．在保證相同承載能力條件下，取蝸輪和蝸桿中心距最小作為目標(biāo)函數(shù)．
該模型下的約束條件同樣包含性能約束及邊界條件約束．性能約束包括：蝸輪齒面接觸強(qiáng)度的要求；蝸輪齒根彎曲強(qiáng)度的限制；蝸桿剛度的限制．邊界條件約束包括：蝸輪、蝸桿的齒數(shù)范圍；蝸輪、蝸桿模數(shù)范圍；蝸桿直徑系數(shù)的范圍等．
同樣可以方便地利用Matlab提供的有關(guān)優(yōu)化函數(shù)工具箱或者其他的優(yōu)化求解技術(shù)，對該模型進(jìn)行優(yōu)化求解．
4.2 發(fā)展新的品種
發(fā)展新的品種包含同類傳動方式的大型化、開發(fā)新的傳動方式及擴(kuò)展功能．
1)同類傳動方式的大型化．目前的鋼筋彎曲機(jī)主要是GW40型，有極少量GW50型．從產(chǎn)品的投入產(chǎn)出看，生產(chǎn)大型的鋼筋彎曲機(jī)效益更明顯．多生產(chǎn)GW50型的彎曲機(jī)、適量開發(fā)能夠彎曲更大鋼筋的彎曲機(jī)是個方向．在大型化的過程中，驅(qū)動系統(tǒng)、電機(jī)、工作盤等的協(xié)調(diào)是關(guān)鍵．
2)開發(fā)新的傳動方式．上述結(jié)構(gòu)的國產(chǎn)鋼筋彎曲機(jī)大多采用電機(jī)為動力，也有一些其他動力的彎曲機(jī)，如采用柴油機(jī)或汽油機(jī)驅(qū)動的．鋼筋彎曲機(jī)采用液壓驅(qū)動，將改變上述彎曲機(jī)傳動結(jié)構(gòu)．目前，主要由廣東的幾個廠家生產(chǎn)．如某廠家生產(chǎn)的W-40型，可以彎40 mm直徑的螺紋鋼，采用雙聯(lián)變速油缸，有2檔速度．采用液壓驅(qū)動，通過對液壓系統(tǒng)的控制，可以使設(shè)備更方便地實(shí)現(xiàn)更多的功能．但如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障，則維修困難．受設(shè)備使用者素養(yǎng)的限制，這類結(jié)構(gòu)的使用尚不普及．
3)擴(kuò)展功能．鋼筋彎曲機(jī)、切斷機(jī)、彎箍機(jī)通常是配套使用的，在同臺設(shè)備上實(shí)現(xiàn)多種功能，是技術(shù)的發(fā)展方向之一．通過在原鋼筋彎曲機(jī)的工作盤上固定圓盤，并在插座板位置安裝燕尾槽，在燕尾槽內(nèi)嵌入帶有固定芯軸的滑動體，彎l曲機(jī)的功能就可以擴(kuò)展為能夠彎弧[6-7].
采用液壓傳動的鋼筋彎曲機(jī)，可以設(shè)計(jì)為既可以彎鋼筋，又可以彎圓箍[8] ．但這樣的傳動已經(jīng)與常用的鋼筋彎曲機(jī)不屬于一類機(jī)型，結(jié)構(gòu)更復(fù)雜．也有個別廠家生產(chǎn)液壓鋼筋彎切機(jī)，在一臺設(shè)備上實(shí)現(xiàn)鋼筋的切斷與彎曲功能．采用純機(jī)械傳動，實(shí)現(xiàn)鋼筋的切斷與彎曲功能，則設(shè)備體積偏大．應(yīng)該說，在一臺設(shè)備上實(shí)現(xiàn)鋼筋的切斷與彎曲功能，在某些場合體現(xiàn)了一定的優(yōu)越性．尤其是對設(shè)備的使用量要求不大，但要實(shí)施對鋼筋切斷與彎曲的．如一種WQ一32Y型液壓鋼筋彎切機(jī)，采用二三速變換、半自動操控、自動復(fù)位，彎曲角度無級調(diào)整，并可以在2個設(shè)定角度間快速轉(zhuǎn)換．
4.3 自動控制角度鋼筋彎曲機(jī)的開發(fā)
開發(fā)自動控制角度鋼筋彎曲機(jī)是一個方向．也是鋼筋彎曲機(jī)走出國門、參與國際競爭的關(guān)鍵．設(shè)計(jì)制造簡單可靠的角度控制系統(tǒng)是關(guān)鍵，在鋼筋彎曲機(jī)上，開發(fā)完善角度控制系統(tǒng)，可以使鋼筋彎曲機(jī)與鋼筋彎箍機(jī)的功能相重疊．為了鋼筋彎曲機(jī)工作后可以自動歸位，可以采用離合器單向傳動技術(shù)，并通過扭力彈簧使工作盤歸位[9] ．文獻(xiàn)[1O]介紹了一種自動角度鋼筋彎箍機(jī)，結(jié)構(gòu)十分典型，對改造現(xiàn)有鋼筋彎曲機(jī)的結(jié)構(gòu)有重要參考意義．其主軸傳動示意如圖2.
為實(shí)現(xiàn)工作圓盤轉(zhuǎn)動角度控制，結(jié)構(gòu)上通過旋轉(zhuǎn)手輪驅(qū)動錐齒輪，錐齒輪與接近開關(guān)安裝板固聯(lián)，從而調(diào)整接近開關(guān)安裝板的位置．安裝板上安裝接近開關(guān)，主軸上固聯(lián)有遮光板．工作中，當(dāng)動力驅(qū)動主軸轉(zhuǎn)動時，遮光板隨之轉(zhuǎn)動；當(dāng)遮光板運(yùn)動到接近開關(guān)的位置時，接近開關(guān)將發(fā)生控制信號的改變，從而控制電機(jī)的運(yùn)動．
采用該原理設(shè)計(jì)自動角度鋼筋彎曲機(jī)，要注意的問題是接近開關(guān)的壽命、工作圓盤的準(zhǔn)確復(fù)位等．此外，對不同直徑的鋼筋，當(dāng)工作圓盤的轉(zhuǎn)角相同時，成型角度有較大的差異．當(dāng)然也可以采用數(shù)控技術(shù)控制電機(jī)的運(yùn)動角度，從而實(shí)現(xiàn)對工作圓盤的轉(zhuǎn)角控制，進(jìn)而控制鋼筋彎曲角度[11] ．采用數(shù)控技術(shù)控制鋼筋彎曲機(jī)，關(guān)鍵是提高控制系統(tǒng)的可靠性與降低設(shè)備的制造成本．
4.4 涂裝質(zhì)量及其他
目前的國產(chǎn)鋼筋彎曲機(jī)已經(jīng)批量出口到東南亞、非洲、中東、俄羅斯及其他獨(dú)聯(lián)體國家．涂裝質(zhì)量的要求隨出口地的不同有所區(qū)別．在產(chǎn)品出口中，要特別注意產(chǎn)品在海上運(yùn)輸中防止其受海水的 腐蝕．由于鋼筋彎曲機(jī)單機(jī)的價格不高，國內(nèi)很多廠家對涂裝及包裝質(zhì)量重視不夠，這不利于出口.由于各廠家生產(chǎn)的能夠出口的鋼筋彎曲機(jī)的內(nèi)在質(zhì)量差距不大，所以產(chǎn)品的外型及涂裝質(zhì)量對．外銷有直接的作用．
5 具體優(yōu)化設(shè)計(jì)內(nèi)容
基于Matlab的齒輪傳動優(yōu)化設(shè)計(jì)。Matlab是美國Mathworks公司推出的用于科學(xué)計(jì)算的可視化軟件包。其方便、友好的用戶環(huán)境，強(qiáng)大的擴(kuò)展能力使許多領(lǐng)域的科學(xué)計(jì)算和工程應(yīng)用節(jié)省時間、降低成本、提高效率。本文所介紹的是應(yīng)用Matlab對齒輪傳動進(jìn)行優(yōu)化，這里介紹了從建立目標(biāo)函數(shù)、確定約束條件到編制Matlab程序以及對程序進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行的整個過程。
基于嚙合角函數(shù)的平面共軛齒廓凹凸性判斷計(jì)[12]。提出基于嚙合角函數(shù)的平面共軛齒廓凹凸性判別方法給出六項(xiàng)判據(jù)根據(jù)這些判據(jù),無需求解齒廓方程,由嚙合角函數(shù)直接判別共軛齒廓凹凸性為設(shè)計(jì)高性能的齒輪齒廓提供了新途徑。
現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了，利用一個簡單的程序調(diào)用齒輪理論，來描繪環(huán)狀－漸開線- 牙齒形類型的齒輪的情況。這種球形－漸開線齒輪有兩層的自由度，在原有自由度的基礎(chǔ)上又獲得了一個轉(zhuǎn)動自由度。對球形－漸開線的分析可以描繪為以下兩個步驟。首先, 齒輪理論是用于在傳統(tǒng)理論上獲得發(fā)展的基礎(chǔ)。其次，改革中獲得的自由度用來替換關(guān)于一個軸的一個角度。 基于這二個步驟, 一個有弧形齒形和兩層自由度的齒輪的數(shù)學(xué)模型產(chǎn)生了。 把已有數(shù)學(xué)模型在程序中進(jìn)行分析，這里需要一個軟件包提供必需的切斷路徑，在齒輪的生產(chǎn)過程中同時需要計(jì)算機(jī)輔助軟件的幫助[13]。
科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)力的發(fā)展已經(jīng)要求齒輪傳輸表現(xiàn)的逐漸比較高需求。 影響動態(tài)的齒輪表現(xiàn)的主要因素是被以網(wǎng)捕捉的齒輪形式牙齒描繪。為了改善齒輪的傳輸表現(xiàn)，在 1990 年代早期內(nèi)被稱為 LogiX 齒輪的一個新類型的齒輪被發(fā)展。 然而,對于那里保持許多未知的理論上的和實(shí)際的問題被解決的這個特別類型的齒輪。在這一張紙中，這個新類型的齒輪設(shè)計(jì)原則更進(jìn)一步被學(xué)習(xí)，而且它的牙齒描繪的數(shù)學(xué)組件推論。在牙齒的這一個類型的形式方面的影響力描繪和輪廓對于 LogiX 叁數(shù)被提供的齒輪它的叁數(shù)被討論的固有基本的它網(wǎng)孔表現(xiàn),和合理的選擇。如此關(guān)于 LogiX 齒輪的資訊被發(fā)展而且使富足的理論上的系統(tǒng)。 這一項(xiàng)研究擠入得最重要現(xiàn)代運(yùn)動的傳輸產(chǎn)品的負(fù)荷能力，小型化和耐久性的進(jìn)步[14]。
關(guān)于淬火后表面硬度變化的圓筒筒形齒輪的研究[15]。1.對不同叁數(shù)的齒輪在熱處理之前后法向精度的分析表明，熱處理之前后齒輪的法向精度發(fā)生了大的變化。這使使用少數(shù)的樣品解決不同的制造問題是可能的。在熱處理后齒輪的精密度減少 1 –2 個等級。常態(tài)化合接合 ( 特別是瓦斯接合) 對弄歪以至毀壞齒輪影響最大。 在常態(tài)化之后，歪曲率高達(dá) 30% 。利用溶鹽和堿的熱處理不僅減少齒輪的毀壞而且能減少歪曲。然而，當(dāng)刻度不被變的時候, 獲得較多齒輪的大小不變是可能的。一些被發(fā)現(xiàn)的關(guān)系決定通常的常態(tài)長度和直徑使之在熱處理前后之間的連結(jié)不變是可能。因?yàn)椋蟛糠莸凝X輪,是在熱處理之后選擇大小和型號而且是在錯誤的散布極限里面的。 我們也用毀壞系數(shù)作為這這一標(biāo)準(zhǔn)。調(diào)查結(jié)果表明允許了我們在熱處理后增加牙齒形齒輪的模數(shù)，以提高38% 的精密。
關(guān)于齒輪傳動計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的研究[16] 。針對漸開線圓柱齒輪減速器的研究開發(fā)了齒輪參數(shù)設(shè)計(jì)、分析計(jì)算及計(jì)算機(jī)繪圖的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng),為齒輪設(shè)計(jì)和生產(chǎn)提供一個高效、實(shí)用、準(zhǔn)確、可靠的設(shè)計(jì)及繪圖工具。齒輪作為最重要的基礎(chǔ)傳動部件被廣泛地應(yīng)用于機(jī)械、冶金、石化、煤炭、水電等行業(yè)。在齒輪箱設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程中,需要大量的分析、計(jì)算和繪圖工作,采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法可徹底改變過去依靠手工計(jì)算和繪圖時的效率低、易出錯等局面,使齒輪設(shè)計(jì)人員借助計(jì)算機(jī)及相應(yīng)軟件可迅速、高效、準(zhǔn)確地進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的確定、比較、分析和繪圖;為生產(chǎn)企業(yè)以高技術(shù)、高質(zhì)量、低成本占領(lǐng)市場提供技術(shù)保障。齒輪參數(shù)設(shè)計(jì)通用多級齒輪傳動參數(shù)設(shè)計(jì)是齒輪傳動設(shè)計(jì)的一個重要方面。本系統(tǒng)提出了通用平行定軸圓柱齒輪傳動參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法?！±迷撓到y(tǒng)可方便地完成漸開線圓柱齒輪減速器的齒輪參數(shù)設(shè)計(jì)、零件的強(qiáng)度計(jì)算、齒輪的許用功率計(jì)算、滾動軸承的壽命計(jì)算及齒輪、軸、端蓋、鍵、套筒和系列齒輪箱箱體圖、總裝圖的繪制工作。
關(guān)于一種簡便的齒輪傳動等強(qiáng)度優(yōu)化設(shè)計(jì)方法[17]。根據(jù)等強(qiáng)度優(yōu)化理論,通過分析齒面接觸疲勞強(qiáng)度和齒根彎曲強(qiáng)度的內(nèi)在聯(lián)系,引進(jìn)復(fù)合齒形系數(shù)和齒數(shù)算子的概念,提出了一種能直接求得齒輪傳動優(yōu)化參數(shù)的簡便方法。將該方法用于二級或多級齒輪減速器的優(yōu)化設(shè)計(jì),其優(yōu)化過程更為直觀、清晰,編程更為簡單、快捷。齒數(shù)算子前言在進(jìn)行齒輪傳動設(shè)計(jì)時,一般總是希望齒輪的尺寸最小,承載能力最大,亦即要求齒輪的材料利用率最高;同時,從改善傳動的平穩(wěn)性、減少磨損和膠合的可能性、提高加工效率等方面考慮,還要求在滿足彎曲強(qiáng)度的前提下,選取較小的模數(shù)和較多的齒數(shù)。為達(dá)到此目的,可利用各種優(yōu)化方法對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
6 結(jié)語
鋼筋彎曲機(jī)的生產(chǎn)批量巨大，技術(shù)也較為成熟．只有不斷改良技術(shù)，才能進(jìn)一步提高產(chǎn)品的性價比，增強(qiáng)市場競爭力．本文討論的改良方向?qū)τ谔岣咄惍a(chǎn)品，如鋼筋調(diào)直機(jī)、鋼筋彎箍機(jī)等的質(zhì)量，有一定的啟發(fā)意義．
參考文獻(xiàn)：
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畢業(yè)設(shè)計(jì)
文獻(xiàn)綜述
院（系）名稱
工學(xué)院機(jī)械系
專業(yè)名稱
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化
學(xué)生姓名
葛文會
指導(dǎo)教師
王良文
2012年 03 月 10 日
黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（文獻(xiàn)翻譯） 第 11 頁
基于三維靜態(tài)磁場分析技術(shù)研究超小磁阻式傳感器測量系統(tǒng)
在這項(xiàng)研究中,提出了一種建模過程中一個超小鐵磁構(gòu)件的磁電阻(GMR)傳感器系統(tǒng)的概念。模型的目標(biāo)是為高度集成的靈巧機(jī)器人的手設(shè)計(jì)合適的角度傳感器系統(tǒng)。當(dāng)其他磁場干擾主要的領(lǐng)域時,一個3 D的靜態(tài)磁場分析建模是用來避免被過多的磁性強(qiáng)度和定向障礙損壞傳感器。利用有限元結(jié)果,適當(dāng)?shù)男螤詈痛笮〉蔫F磁組件進(jìn)行了比較和優(yōu)化。一個簡化的信號處理電路也是如此給出了超小GMR傳感器系統(tǒng)。 最后實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明角精度小于1只有剩余偏移補(bǔ)償超小GMR傳感器系統(tǒng)的表達(dá)式。揭示了在理想尺寸下集成經(jīng)驗(yàn)帶來的挑戰(zhàn)以獲得所需的能力。
1。介紹
一般來說,在各種不同的應(yīng)用領(lǐng)域中進(jìn)一步系統(tǒng)小型化肯定會創(chuàng)造一個連續(xù)的要求縮小的傳感器函數(shù)[1]。當(dāng)發(fā)展傳感器測角信號微型系統(tǒng)時,顯而易見,基本傳感器有很多的局限性和缺陷(如大小,工作距離、準(zhǔn)確性和抵消)來阻礙設(shè)計(jì)師完成所要求的規(guī)格。提高傳感器的基本性能,其中的一種選擇是去嘗試提煉傳感器本身使用更好的材料,生產(chǎn)方法等。這種選擇一般一個比一個昂貴。另一種選擇是將傳感器放入系統(tǒng),這個系統(tǒng)具有獨(dú)特提高傳感器性能的目的。一個傳感器的研制重要趨勢是已進(jìn)入傳感器系統(tǒng)[2]。因此,對于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的整合以及其他高度綜合系統(tǒng)而言,進(jìn)一步的縮放傳感器系統(tǒng)是必須的。
作為一個磁場傳感器,與其他種類的傳感器相比GMR傳感器提供了幾個主要優(yōu)點(diǎn)(例如靈敏度高、非接觸式縮微尺寸安裝和無損耗工作)[3,4]。然而,磁場感應(yīng)系統(tǒng)不可避免地包含應(yīng)用鐵磁要求部分[5]。這些鐵磁元件目前作為傳感器本身的一部分,如在GMR傳感器。這種傳感器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是相當(dāng)復(fù)雜的,他們的綜合困難:如GMR傳感器存在的問題,包括鐵磁安裝組件裝配空間有限,以及工作鐵磁構(gòu)件和GMR之間的距離傳感器芯片上,通常是1.5毫米或更久[6 -8]。注意,如果工作距離較小的情況下,磁性由鐵磁構(gòu)件強(qiáng)度通常是如此強(qiáng)大,它可以打破了它壓層,這樣的嗎永久損壞傳感器的元素。此外,獨(dú)立于它們的源頭GMR的傳感器橋?qū)嶋H上轉(zhuǎn)換為任何領(lǐng)域的方向?qū)﹄p組分信號[9].當(dāng)增加第二個磁場到主要領(lǐng)域時,產(chǎn)生的領(lǐng)域都重疊可能會導(dǎo)致嚴(yán)重的方向的角測量錯誤。這兩個約束阻礙了應(yīng)用GMR傳感器的高度集成的領(lǐng)域。
在這項(xiàng)研究中,超小GMR傳感器系統(tǒng)只有0.5毫米的工作距離,并推導(dǎo)出了由其他磁場迷失方向,避免了補(bǔ)償根據(jù)三維靜態(tài)磁場分析技術(shù)。本文首先介紹了GMR的概念傳感器和有限元模型。其次,形狀鐵磁構(gòu)件和大小進(jìn)行了比較優(yōu)化利用三維靜態(tài)磁場分析結(jié)果。然后一個簡化的信號處理電路連接方法。最后獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論結(jié)果相比較。
2。GMR傳感器概念
巨大的磁電阻很大的改變意味著在磁性多層膜超薄電阻。這基本GMR教材建設(shè)包括一個壓層和一個自由層,自由層會受磁場的影響。一個應(yīng)用磁場足夠的大小,范圍大于飽和度領(lǐng)域的自由層和小于對峙領(lǐng)域?yàn)閴簩?將迫使自由層磁化跟隨它在旋轉(zhuǎn)。有一個固定的參層磁化和一個同步跟蹤自由層磁化,相對于靜止轉(zhuǎn)子傳感器,磁電阻是一個簡單的余弦功能的角度。電阻R和一個自旋閥是相關(guān)的h之間的角度自由而磁壓層在接下來的方程
R/Rp=1+1/2GMR(1-cos) (1)
當(dāng)兩個磁化平行時,Rp是最小的阻力,GMR是最大的阻力.角度傳感器是用來結(jié)合平面永磁綁在一個活動軸(轉(zhuǎn)子),如圖1。永磁磁化后生成一個領(lǐng)域,這個領(lǐng)域是平面上的傳感器芯片和旋轉(zhuǎn)的軸。這一領(lǐng)域使自由層磁化和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)同相位。因此,輸出信號是角的正弦函數(shù)。由于永磁、傳感器設(shè)計(jì)和他們相同的軸向結(jié)構(gòu) , 磁鐵及傳感器間的距離,或工作的距離,確定了作用于自由層SV電阻器的磁場大小和分布。這基本要求的工作距離是作用于自由層最低的場是足夠大的能夠使其飽和,最高的場不會破壞參考層[7].
圖1
3。有限元建模(FEM)
有限元建模的方法是基于離散化的解決方案將領(lǐng)域分成較小的地區(qū)。程序?qū)⑹褂名溈怂鬼f方程組為電磁場分析的基礎(chǔ)。在磁的靜校正問題,未知的數(shù)量(自由度)通常是磁矢量,并且用多項(xiàng)式的形函數(shù)的方法估計(jì)。其他磁場數(shù)量如磁場通量密度、磁性強(qiáng)度,電流密度、能源、力量、損失、電感和電容源自于自由度[10]。元素的尺寸必須有足夠小提供足夠的[11]精度。通過這種方式,微分方程組連續(xù)的問題可以轉(zhuǎn)化為一個系統(tǒng)代數(shù)方程組為離散問題。這實(shí)際問題常需要幾千未知的。然而,合適的數(shù)值技巧被開發(fā)了,能夠在合理的時間解決這類系統(tǒng),即使在個人電腦上使用。
作為一個高度集成的機(jī)電系統(tǒng),機(jī)器人手必須完成復(fù)雜的任務(wù),例如好的操縱,經(jīng)常需要獲得足夠的準(zhǔn)確的角信號來實(shí)現(xiàn)一些控制策略[12]。因此在傳感器系統(tǒng)中擺角傳感器是一個非常重要的角色,傳感器系統(tǒng)及其信號精度直接影響控制效果。具有靈敏度高、縮微尺寸GMR傳感器非常適合高度集成系統(tǒng),像DLR/HIT五指靈巧機(jī)械手。
如上文所述,盡管GMR傳感器有益處,但在高度集成應(yīng)用中仍然有一些缺陷。因?yàn)樵诟叨染C合的系統(tǒng)工程中,它沒有足夠的空間來安裝傳感器和永久的磁鐵,然后傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)充分利用有限的空間。例如,在DLR/HIT五指靈巧機(jī)械手中,軸傳感器和GMR晶片表面的距離只有0.5毫米(如圖2)。通過機(jī)器結(jié)構(gòu),有兩種類型的永磁體的運(yùn)動軌跡可以嵌入到軸結(jié)束。一個圓柱體、另一個是立方體。為了確保足夠的力量和避免的干擾,直徑的圓柱永磁體的運(yùn)動軌跡應(yīng)小于或等于2.5毫米,立方體永磁應(yīng)的長度小于或等于6毫米,雙方厚度應(yīng)小于或等于1毫米。面對有限的空間的問題和精確的角度信號需求,并考慮成本和時間對傳感器的發(fā)展來說,先生產(chǎn)永磁然后通過測量儀器測量它是不行的。因此,我們提出了一個有效的方法:采用三維靜態(tài)磁場分析技術(shù)設(shè)計(jì)的類型的永磁來保證適當(dāng)?shù)姆较蚝痛笮〉拇艌鲱I(lǐng)域。
圖2
為了不擾動磁場,動軸是采用非磁性不銹鋼材料。那么模型可以簡化,只有永久性的磁體進(jìn)行了分析,分析計(jì)算的負(fù)擔(dān)大大減輕了。這里分析的永久磁鐵是由NdFeB35材料,剩磁等于1.2340 T和抗磁力等于11339 / m。三維有限元分析的圓形永磁磁體模型和一個立方體是分別建立的,它們的空間磁化矢量分布也顯示。圖3(a)顯示一個空間磁化矢量分布所產(chǎn)生的鋼瓶永磁(2.51mm),圖3(b)代表一個空間磁化矢量分布產(chǎn)生的被一個立方體永磁(621mm)。從本圖中,我們可以看出磁化矢量由立方體永磁比鋼瓶永久性磁鐵更平坦。這是因?yàn)檫@個立方體的長度永磁比鋼瓶永久性磁鐵。而GMR傳感器芯片只有敏感芯片的平行層面,而不是嗎波比晶片,所以立方體永磁體的運(yùn)動軌跡比圓柱永磁申請嗎GMR的傳感器進(jìn)行了論述。
圖3
然而,GMR材料不但要求方向磁化矢量的,但也需要在其工作范圍內(nèi)磁場強(qiáng)度的大小,這樣可以避免傳感器元素傷害和信號破壞。因此,分布磁性強(qiáng)度在有限的空間必須達(dá)到。幸運(yùn)的是,3 D靜態(tài)磁場分析技術(shù)可以讓這些問題容易解決。在三維有限元軟件的幫助下,我們獲得三維磁場不同的永磁場分布類型。從單傳感器芯片GMR號,我們知道工作范圍都是從2388A/米到15920 A /米,即圖4 ,5中的B和C。這意味著GMR的傳感器芯片之間必須域B和C。圖4顯示一個空間分布的磁場強(qiáng)度級(上限飛機(jī)沿X = 0毫米和Z = 1毫米)所產(chǎn)生的一個立方體永磁體的尺寸是621mm. 從圖上,就可以看出,大多數(shù)的GMR的傳感器芯片范圍在超過工作范圍的A和B。因此GMR傳感器芯片無法正常工作,我們必須找到一個方法使GMR傳感器芯片在其工作范圍,即范圍B和C。
圖4
圖5
眾所周知,磁場強(qiáng)度的大小可以通過減小永磁體的寬度和厚度而減小?；谌S靜磁性分析技術(shù),其大小可以一步一步的減少直到足夠的磁場強(qiáng)度.而不是首先生產(chǎn)不同尺寸的永久磁鐵,然后測量方法,最后,獲得大小合適的永磁(如圖5所示)。從圖,我們可以看出整體GMR傳感器芯片范圍是在B和C之間,因此尺寸(621)是正確的,它可以產(chǎn)生足夠的磁性強(qiáng)度。此外,模擬結(jié)果可以把其它永磁體放在工作范圍之外從而避免影響。而且它也可以用來成功地補(bǔ)償數(shù)字圖像處理的偏差。
4。信號檢測和處理
以得到一個高的傳感GMR的電阻變化信號的最好方式是建立一個單臂電橋和敏感的級差電壓。在這種情況下,為獲得最高的電阻變化兩種截然相反的參考層是必要的(圖6)。一座橋可以測量180 度角范圍,因此有必要建立兩個正交橋梁檢測的角度0—360。在這種情況下,我們一共需要四個不同磁化方向,這些方向確定角度方向的測量和旋轉(zhuǎn)芯片的方向。
圖6
與此有關(guān)GMR資料的百分比大約是5%。這意味著振幅輸出信號太小而不能滿足高角度檢測精度的需要,所以一雙模擬乘數(shù)和四個低通濾波器的信號檢測電路是用來提取信號的振幅和它的階段。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是簡單,低元件,低成本,體積小。
以正弦信號為例,第一個低通濾波器有一個并聯(lián)反饋電阻的電容器,所以電路在由公式Fc=1/(2 3dB)確定的3dB后有一個6dB. 輸出電壓下面這拐角頻率由(2)式確定。。這條電路可以被看作是一個在Fc之上很好分析的AC積分電路。然而,時域響應(yīng)是一個一個單一的筋RC,而不是一個整體。由于偏置電流誤差,并聯(lián)組合的R3和R4的選用應(yīng)等于并聯(lián)組合R1和R2.放大器應(yīng)該能夠得到補(bǔ)償,不論是增益的還是一個內(nèi)部都可以使用的放大器.
(2)
第二個過濾器是一種低通濾波由C2和R5形成的,可以模擬將噪音減少到最少和有效的限制了系統(tǒng)的有效譜域。因此這個過濾器的截止頻率由公式FRC=1/(2R5C2)確定.
5。實(shí)驗(yàn)結(jié)果
由上述解釋的方法發(fā)展的超小GMR傳感系統(tǒng)滿足了角測量的要求,并且提高了DLR/HIT 5指機(jī)器人的水平.(如圖七所示)
圖7
進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證模型的正確性。一個恒定電壓到橋(如圖6),在一個共同的直流偏置一半的電壓+ 3.3 v的作用下,輸出電壓Vsin_in是正弦函數(shù)而且Vcos_in是一個在角度GMR傳感器芯片和轉(zhuǎn)動軸之間的余弦函數(shù). 通過正弦余弦曲線和理論(如圖8),輸出信號被一個微控制器捕獲并在0.5mm的工作距離繪制。誤差測量值和理論值也顯示在圖9。曲線圓圈代表與正弦誤差和曲線二乘余弦誤差。
圖8
圖9
根據(jù)這兩個測量值的四象限倒數(shù)切線函數(shù),這個角通過測量正余弦函數(shù)而提取。得到的角度沒有不連續(xù)或死角超過滿360(顯示在圖10)。
圖10
絕對的非線性的定義是:用一個統(tǒng)一的斜率表示偏離最佳線性的偏差。由于360的周期性ALL經(jīng)常被選擇。360度的一個旋轉(zhuǎn)磁場測量結(jié)果表明在沒有任何剩余的偏置補(bǔ)償情況下ALL的誤差是6度。如圖(10)一個二次諧波的ALL被觀察(沖曲線),這種ALL類型的來源是偏模增益和非正交傳感器軸線。 可以看到ALL周期性的重復(fù)。因此,一個周期位移誤差可使用補(bǔ)償測量信號。偏移補(bǔ)償后,角誤差(實(shí)曲線)是小于1,即滿足需求角的測量5指機(jī)械手和許多其他的應(yīng)用。
6。結(jié)論
基于三維靜態(tài)磁場分析技術(shù),超小GMR傳感器系統(tǒng)只有0.5毫米的工作距離為DLR/HIT II 5指機(jī)器手最新開發(fā)的.通過上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果,GMR的傳感器系統(tǒng)的輸出特性都獲得了,如測量范圍、準(zhǔn)確性、工作距離和可重復(fù)性。它也有微尺寸、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高的特點(diǎn),所有這些,彌補(bǔ)了傳統(tǒng)測量傳感器的缺點(diǎn),如體積大、復(fù)雜性、成本較高的問題,嚴(yán)格要求的工作環(huán)境和裝配難度。這項(xiàng)工作也已經(jīng)為進(jìn)一步研究磁傳感器可用于微傳感器系統(tǒng)微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的和高度整合的系統(tǒng)建立了一個好的基礎(chǔ)。
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畢業(yè)設(shè)計(jì)
文獻(xiàn)翻譯
院（系）名稱
工學(xué)院機(jī)械系
專業(yè)名稱
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化
學(xué)生姓名
葛文會
指導(dǎo)教師
王良文
2012年 03 月 10 日
黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 III 頁
摘 要
鋼筋彎曲機(jī)是建筑工業(yè)常用的工程機(jī)械之一,主要用于各種型號的鋼筋的彎曲,以用于工程在施工工地上。如何更有效提高機(jī)械生產(chǎn)效率，減少工人勞動強(qiáng)度，提高鋼筋加工角度精度以及有更好的安全措施是鋼筋制作中被普遍關(guān)注的問題。本文設(shè)計(jì)的GW40鋼筋彎曲機(jī)適用于建筑行業(yè)彎曲鋼筋之用。本機(jī)工作程序簡單，彎曲形狀一致，調(diào)整簡單，操作方便，性能穩(wěn)定.它能將Q23540圓鋼或8—36螺紋鋼筋彎曲成工程中所需的各種形狀。
本次設(shè)計(jì)先由兩種典型的傳動方案入手，分別對其傳動精度和傳動效率進(jìn)行分析，從而選擇傳動方案。然后簡單說明其主要的工作裝置的設(shè)計(jì)。通過對鋼筋彎曲所需扭矩的計(jì)算選擇電動機(jī)，再初步確定其傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù)。最后分別對V帶、圓柱齒輪、蝸輪蝸桿、軸等進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)和計(jì)算。
通過此次對鋼筋彎曲機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)動分析，使我的理論和實(shí)際聯(lián)系的更加緊密，豐富了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從中發(fā)現(xiàn)并彌補(bǔ)了好多自身不足之處，獲益匪淺。
關(guān)鍵詞: 鋼筋彎曲機(jī)；彎矩；主軸扭矩。
Abstract
Author：gewenhui
Tutor：wangliangwen
Steel bending machine is commonly used in the construction industry,one of construction machinery,mainly for various types of bending steel bars for construction site.How to more effectively improve mechanical production efficiency more effectively, reduce labor intensity, improve the processing precision Angle steel and have a better security is a universal concern in che progress of steel making.The designed GW40 reinforced bending machineIn this pape is applicable to bend steel in the construction industry.Working procedure of the machine is simple, curved shape of the same ajustment is simple, easy to operate, stable performance.It will round or Q23540 thread 8-32 bending steel into works of various of forms required for.
In this design firstly the two typical transmission scheme of its transmission precision and respectively on transmission efficiency is analyzed, and choose transmission scheme. And then that the simple the main job of the design of the device. Through the calculation of bending torque required reinforced the choice of motor, and preliminary determine its transmission device sports and dynamic parameters. Finally, the V belt, cylindrical gears, worm and shafts of related is designed and calculated.
Through the reinforced bending machine to the structural design and movement analysis, It makes my theory and actual connection more closely, richs my practical experience, findsand makes up a lot of my own shortcomings, benefit.
Keyword： Steel bending machine;Bending moment;Spindle torque.
目錄
1 緒論 1
2 鋼筋彎曲機(jī)的方案與選擇 3
2.1 引言 3
2.2 典型的鋼筋彎曲機(jī)傳動方案 3
2.3 鋼筋彎曲機(jī)的傳動精度 4
2.4 鋼筋彎曲機(jī)的傳動效率 5
3 彎矩的計(jì)算與電動機(jī)的選擇 7
3.1 工作裝置的設(shè)計(jì) 7
3.2 彎矩的計(jì)算 11
3.3 電動機(jī)的選擇 12
3.4 計(jì)算傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù) 12
4 V帶傳動設(shè)計(jì) 15
5 圓柱齒輪的設(shè)計(jì) 17
5.1高速級齒輪傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算 17
5.2低速級齒輪傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算 19
6 蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì) 22
7 軸的設(shè)計(jì) 24
7.1 Ⅰ軸的設(shè)計(jì) 24
7.2 Ⅱ軸設(shè)計(jì) 27
7.3主軸的設(shè)計(jì) 27
結(jié)論 29
參考文獻(xiàn) 30