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設計說明書 1 摘要 通過強度計算分析，認為現(xiàn)有 GW-40 彎曲機的大部分零件有較大的設計裕 量，需要改變個別零部件及電動機功率即可大幅度提高加工能力，滿足 ф40 鋼筋的彎曲 加工。還可以升級為 GW-50 鋼筋彎曲機。 GW40 型半自動鋼筋彎曲機適用于彎曲 Φ6-Φ40 毫米鋼筋之用，本機的傳動機構采用 全封閉式，變速桿換擋，可使工作盤得到兩種轉(zhuǎn)速，鋼筋的彎曲角度由工作盤側(cè)面的擋 塊調(diào)節(jié)，機械部分通過電器控制實現(xiàn)半自動。 關鍵詞 鋼筋彎曲機 始彎矩 終彎矩 主軸扭矩 控制設備 【Abstract】 Adopt analyze and count of the intensity ,we believe that the components of the Steel reinforcing bar- curved equipment have the huge design foreground . we can Improve the ability of machining, only change very few components and the electric Motor’s efficiency. It can be contented to the machining of the ф40 screw thread steel and go up to the Ф50 steel reinforcing bar –curved equipment. Key words: steel reinforcing bar-curved equipment first curved last curved Main shaft curved. 設計說明書 2 目錄 第一章 引言………………………………………………………………… 1 第二章 系統(tǒng)性能與參數(shù)…………………………………………………… 2 第三章 工作原理及框圖 ……………………………………………… 3 第四章 彎矩計算與電動機選擇 ……………………………………………4 4.1 工作狀態(tài) ……………………………………………………………… 4 4.2 材料達到屈服極限時的始彎矩 ………………………………………4 第五章 v 帶傳動設計 ……………………………………………………… 6 5.1 V 帶輪的設計計算 ………………………………………………………6 第六章 第一級圓柱齒輪設計 ……………………………………………… 9 6.1 選擇材料 ……………………………………………………………… 9 6.2 接觸強度進行初步設計 ……………………………………………… 9 6.3 齒輪校核 ……………………………………………………………… 10 6.4 齒輪及齒輪副精度的檢驗項目計算 ………………………………… 13 第七章 第三級圓柱齒輪設計 ………………………………………………15 7.1 選擇材料 ……………………………………………………………… 15 7.2 接觸強度進行初步設計 ……………………………………………… 15 7.3 齒輪校核 ……………………………………………………………… 16 7.4 齒輪及齒輪副精度的檢驗項目計算 ………………………………… 19 第八章 中間軸設計 …………………………………………………………21 8.1 計算作用在軸上的力 ……………………………………………………21 8.2 計算支力和彎矩 …………………………………………………………22 8.3 截面校核 …………………………………………………………………23 第九章 主軸設計 ……………………………………………………………26 9.1 計算作用在軸上的力 ……………………………………………………26 9.2 計算支力和彎矩 …………………………………………………………26 9.3 截面校核 …………………………………………………………………28 設計說明書 3 第十章 軸承的選擇 ……………………………………………………… 30 10.1 滾動軸承選擇 ………………………………………………………… 30 第十一章 控制設備的選擇………………………………………………….31 11.1 變頻器的概述……………………………………………………………31 11.2 變頻器的選工作原理……………………………………………………31 11.3 變頻器的參數(shù)………………………………………………………… 33 第十二章 電機的選擇……………………………………………………… 37 9.1 電機的介紹……………………………………………………………… 37 9.2 電機的選擇原則………………………………………………………… 37 小結(jié)…………………………………………………………………………… 40 總結(jié) ………………………………………………………………………… 41 參考文獻 …………………………………………………………………… 42 設計說明書 4 第一章 引言 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(nèi)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(nèi)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(zhuǎn)。 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(nèi)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。 設計說明書 5 第二章 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 Φ6—Φ40 鋼筋之用。 本機工作程序簡單，彎曲形狀一致，調(diào)整簡單，操作方便，性能穩(wěn)定，它能將 Q235Φ40 圓鋼或 Φ8—Φ32 螺紋鋼筋彎曲成工程中所需要的各種形狀。 彎曲鋼筋直徑 Φ6-Φ40mm 工作盤直徑 Φ350mm 工作盤轉(zhuǎn)數(shù) 7 轉(zhuǎn)/分 電動機 Y100L-4-3KW 外型尺寸 760×760×685 整機重量 4000kg 設計說明書 6 第三章 系統(tǒng)工作原理及框圖 3.1 GW-40 彎曲機的工作框圖（見圖 3.1）： 圖 3.1 工作框圖 其中減 速 箱由軸 軸承和齒輪組成 3.2 GW-40 彎曲機的工作原理圖（見圖 3.2） 3.3 工作原理 GW-40 彎曲機的工作機構是一個在垂直軸上旋轉(zhuǎn)的水平工作圓盤，如圖所示，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(zhuǎn)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。 電動機 帶 輪 減 速 箱 控制設備 工作臺 設計說明書 7 第四章 彎矩計算與電動機選擇 4.1 工作狀態(tài) 1.鋼筋受力情況與計算有關的幾何尺寸標記圖 1。設鋼筋所需彎矩：M t= 式中 F 為撥斜柱對鋼筋的作用力；F r為 F 的徑向分力;a 為 F 與鋼筋軸?sini0LFr 線夾角。 當 Mt 一定，a 越大則撥斜柱及主軸徑向負荷越?。籥=arcos(L 1/Lo)一定，L o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 L0 GW-50 鋼筋彎曲機的工作盤設計：直徑 Ф400mm，空間距 120mm，L 0=169.7 mm，Ls=235，a=43.8 0 a工 作 盤 ； 2-中 心 柱 套 ； 3撥 料 柱4擋 料 柱 ； 5鋼 筋 ； 6插 入 座17.45圖 1 鋼 筋 受 力 情 況 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。 4.2 材料達到屈服極限時的始彎矩 1.按 Ф40 螺紋鋼筋公稱直徑計算 M0=K1Wσ s式中，M 0為始彎矩，W 為抗彎截面模數(shù)，K 1為截面系數(shù)，對圓截面 K 1=1.7；對于 25MnSi 螺紋鋼筋 M0=373（N/mm 2）,則得出始彎矩 M0=3977（N·m） 設計說明書 8 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+K0/2Rx）Wσ s式中，K 0為強化系數(shù)，K 0=2.1/δ p=2.1/0.14=15, δ p為延伸率，25MnSi 的 δ p=14%，R x=R/d0,R 為彎心直徑，R=3 d 0， 則得出終彎矩 M=11850（N·m） 3. 鋼筋彎曲所需距 Mt=[(M0+M)/2]/K=8739（N·m）式中，K 為彎曲時的滾動摩擦系數(shù)，K=1.05 按上述計 算方法同樣可以得出 Ф50I 級鋼筋（σ b=450 N/mm2）彎矩所需彎矩：M t=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 η=0.75，則電動機 最大負載功率 A= A0/η=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（KW）,額定轉(zhuǎn)速 =1440r/min。e en 5. 電動機的控制 （如圖 2 所知） 圖 2 鋼 筋 彎 曲 電 氣 圖 制 動 剎 車電 機 反 轉(zhuǎn)電 機 正 轉(zhuǎn) 設計說明書 9 第五章 v 帶傳動設計 5.1 V 帶輪的設計計算 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=4KW，轉(zhuǎn) 速 =1440 ，減速器輸入軸轉(zhuǎn)速 =514 ，輸送裝置工作時有輕微沖擊，每天工1nmir2nmir 作 16 個小時 1. 設計功率 根據(jù)工作情況由表 8—1—22 查得工況系數(shù) =1.2， = P=1.2 4=4.8KWAKdPA?? 2. 選定帶型 根據(jù) =4.8KW 和轉(zhuǎn)速 =1440 ，有圖 8—1—2 選定 A 型dP1nmir 3. 計算傳動比 ì= = =2.821n540 4. 小帶輪基準直徑 1d 由表 8—1—12 和表 8—1—14 取小帶輪基準直徑 =75mm1d 5. 大帶輪的基準直徑 2d 大帶輪的基準直徑 = （1- ）i1d? 取彈性滑動率 =0.02? = （1- ）=2.8 =205.8mm2di1d )02.(75?? 實際傳動比 = =2.85i)(12?d 從動輪的實際轉(zhuǎn)速 = = =505.262ni85.40minr 轉(zhuǎn)速誤差 =1.7%1652??? 對于帶式輸送裝置，轉(zhuǎn)速誤差在 范圍是可以的%? 6. 帶速 ? = =5.6210647501???ndsm 設計說明書 10 7. 初定軸間距 0a 0.7（ + ） （ + ）1d20?1d2 0.7（75+205） （ 75+205） 196 560?a 取 =400mm 8. 所需 v 帶基準長度 0dL =2 +0dLa021214)()(add??? =2 )75()75(4 2?? =800+439.6+10.56 =1250.16mm 查表 8—1—8 選取 mLd1250? 9. 實際軸間距 a =400mm200d??? 10. 小帶輪包角 1? = -1080123.57??ad = 006. = 1238? 11. 單根 v 帶的基本額定功率 1p 根據(jù) =75mm 和 =1440 由表 8—1—27（c）用內(nèi)插法得 A 型 v 帶的1d1nmir =0.68KWp 12. 額定功率的增量 1p? 設計說明書 11 根據(jù) 和 由表 8—1—27（c）用內(nèi)插法得 A 型 v 帶的min140rn?5.2? =0.17KWp? 13. V 帶的根數(shù) Z Z= Ldk???)(1 根據(jù) 查表 8—1—23 得 =0.9503.6??k 根據(jù) =1250mm 查表得 8—1—8 得 =0.93DL Z= = =6.38Ldkp????)(1 93.05)7.06.(4?? 取 Z=7 根 14. 單根 V 帶的預緊力 0F =500（ 由表 8—1—24 查得 A 型帶 m=0.100F2)15.2??mzpkd?? mkg 則 =500（ =99.53N0 2).d 15. 壓軸力 QF = =2 =1372N2sin10?Z238.16sin75.90? 16. 繪制工作圖 3.27圖 帶 輪 設計說明書 12 第六章 圓柱齒輪設計 6.1 選擇材料 確定 和 及精度等級limH?liF 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(diào) 質(zhì)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(zhì)量指標查得 = =1120Mpa；由圖 8—3—9（d）中的 MQlimH?liF 級質(zhì)量指標查得 σ FE1=σ FE2=700Mpa, σ Flim1=σ Flim2=350 MPa 6.2 按接觸強度進行初步設計 1. 確定中心距 a(按表 8—3—28 公式進行設計) a>CmAa(μ+1) ??321HKT????? =1mC483?? K=1.7 NT?1624.0???MPaH8? 取ma17520 2. 確定模數(shù) m (參考表 8—3—4 推薦表) m=(0.007~0.02)a=1.4~4, 取 m=3mm 設計說明書 13 3. 確定齒數(shù) z ,z12 z = = =20.51 取 z =211)(??ma)5.(30?1 z =μz =5.5 21=115.5 取 z =1162 2 4. 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 =m z =3 21=63mm1? d =m z =3*116=348mm2 齒頂圓直徑 d = d +2h =63+2 3=69mm1aa d = d +2h =348+2 3=353mm2? 端面壓力角 0?? 基圓直徑 d = d cos =63 cos20 =59.15mm1b 0 d = d cos =348 cos20 =326.77mm2? 齒頂圓壓力角 =arccos =31.02?1at1ab0 = arccos =22.632at 2abd0 端面重合度 = [ z （tg -tg ）+ z (tg -tg )]a??1?1at 2?2at =1.9 齒寬系數(shù) = = =1.3d?1b6380 縱向重合度 =0?? 6.3 齒輪校核 1. 校核齒面接觸強度 （按表 8—3—15 校核） 強度條件： =[ ]H? 設計說明書 14 計算應力： =Z Z Z Z Z 1H?BE?????1?bdFKktHVA = 21BD 式中： 名義切向力 F = = =2005Nt10dT?6317.0 使用系數(shù) K =1（由表 8—3—31 查?。〢 動載系數(shù) =（ ）VK20?B? 式中 V= smnd7.1654.316????? A=83.6 B=0.4 C=6.57 =1.2VK 齒向載荷分布系數(shù) K =1.35（由表 8—3—32 按硬齒面齒輪，裝配時檢修調(diào)整，?H 6 級精度 K 非對稱支稱公式計算）?H34.1? 齒間載荷分配系數(shù) （由表 8—3—33 查?。?.1??HK 節(jié)點區(qū)域系數(shù) = 1.5（由圖 8—3—11 查取）Z 重合度的系數(shù) （由圖 8—3—12 查?。?.? 螺旋角系數(shù) （由圖 8—3—13 查取）0?? 彈性系數(shù) （由表 8—3—34 查?。㎝PaZE8.19 單對齒嚙合系數(shù) Z =1B = = 143.17MPa1H?2 ?????? 806325.1035.180.7.1895. 許用應力：[ ]= XWRVLNTHZZSlim? 式中：極限應力 =1120MPali 設計說明書 15 最小安全系數(shù) =1.1（由表 8—3—35 查?。﹍imHS 壽命系數(shù) =0.92（由圖 8—3—17 查?。㎞TZ 潤滑劑系數(shù) =1.05（由圖 8—3—19 查取，按油粘度等于 350 ）L sm 速度系數(shù) =0.96（按 由圖 8—3—20 查?。￢,7.1s?? 粗糙度系數(shù) =0.9（由圖 8—3—21 查取）RZ 齒面工作硬化系數(shù) =1.03（按齒面硬度 45HRC，由圖 8—3—22 查?。￤ 尺寸系數(shù) =1（由圖 8—3—23 查?。 則： [ ]= =826MPaH?0.1596.012.10?? 滿足 [ ]?H? 2. 校核齒根的強度 （按表 8—3—15 校核） 強度條件： =[ ]1F? 許用應力： = ； ????FVASaFnt KYbm1212??SFF?? 式中：齒形系數(shù) =2.61， =2.2（由圖 8—3—15（a）查?。??Y2 應力修正系數(shù) ， （由圖 8—3—16（a）查?。?.?Sa7.SaY 重合度系數(shù) =1.9? 螺旋角系數(shù) =1.0（由圖 8—3—14 查?。?Y 齒向載荷分布系數(shù) = =1.3（其中 N=0.94，按表 8—3—30 計算）?FKNH 齒間載荷分配系數(shù) =1.0（由表 8—3—33 查?。? 則 =94.8MPa1F? = =88.3MPa26.127? 設計說明書 16 許用應力：[ ]= （按 值較小齒輪校核）F?XlTrelNTSYYRlim?limF? 式中： 極限應力 =350MPali 安全系數(shù) =1.25（按表 8—3—35 查?。﹍imFS 應力修正系數(shù) =2（按表 8—3—30 查取）TY 壽命系數(shù) =0.9（按圖 8—3—18 查?。㏒ 齒根圓角敏感系數(shù) =0.97（按圖 8—3—25 查?。﹔elT? 齒根表面狀況系數(shù) =1（按圖 8—3—26 查?。﹍YR 尺寸系數(shù) =1（按圖 8—3—24 查?。 則 [ ]=F?MPa497.025.13?? 滿足， 〈 〈[ ] 驗算結(jié)果安全1F? 6.4 齒輪及齒輪副精度的檢驗項目計算 1.確定齒厚偏差代號為：6KL GB10095—88（參考表 8—3—54 查取） 2.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?。┑冖窆罱M 檢驗切向綜合公差 ， = =0.063+0.009=0.072mm,(按表 8—3—69 計算，由表1iFifP? 8—3—60，表 8—3—59 查取)；第Ⅱ公差組檢驗齒切向綜合公差 ， =0.6（ ）1ifi tptf? =0.6（0.009+0.011）=0.012mm， （按表 8—3—69 計算，由表 8—3—59 查?。?；第Ⅲ公差 組檢驗齒向公差 =0.012（由表 8—3—61 查?。?。? 3.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 。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wE =-12 =-12 0.009=-0.108mm，齒厚下偏差 =-16 =-16 0.009=-0.144mm；公法sptf?siEptf? 線的平均長度上偏差 = *cos -0.72 sin =-0.108 cos -0.72 WSsE?TF02 =-0.110mm,下偏差 = cos +0.72 sin =-02sin36.0a?wisi T? 0.144 cos +0.72 0.036 sin =-0.126mm；按表 8—3—19 及其表注說明求得公法?02 設計說明書 17 線長度 =87.652， 跨齒數(shù) K=10，則公法線長度偏差可表示為： ,對齒knW 10.26.587? 輪傳動，檢驗中心距極限偏差 ，根據(jù)中心距 a=200mm，由表查得 8—3—65 查得 =?f ?f ；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023.? 70%；檢驗齒輪副的切向綜合公差 =0.05+0.072=0.125mm（根據(jù)表 8—3—58 的表注 3，icF 由表 8—3—69，表 8—3—59 及表 8—3—60 計算與查?。?；檢驗齒切向綜合公差 =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icf 箱體，檢驗軸線的平行度公差， =0.012mm， =0.006mm（由表 8—3—63 查?。?。確xfyf 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。 3. 齒輪工作圖 0.81.6 圖 4 大 齒 輪 二 由于第一級齒輪傳動比與第二級傳動比相等，則對齒輪的選擇，計算以及校核都與 第一級一樣 設計說明書 18 第七章 第三級圓柱齒輪的設計 7.1 選擇材料 1.確定 σ Hlim和 σ Flim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(diào) 質(zhì)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(zhì)量指標查得 σ Hlim=σ Hlim=1120Mpa；由圖 8—3—9（d）中的 MQ 級質(zhì)量指標查得 σ FE1=σ FE2=700Mpa, σ Flim1=σ Flim2=350 Mpa. 7.2 按接觸強度進行初步設計 1. 確定中心距 a(按表 8—3—28 公式進行設計) a>CmAa(μ+1) ??21HKT????? =1C483?? K=1.7 mNT?1624.0???MPaH8?6? 則 a=325mm 取 a=400mm 設計說明書 19 2. 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 3. 確定齒數(shù) z ,z12 0421???z z = = =28 取 z =281)(?ma)16(?1 z =172 取 z =1722 2 4. 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 =m z =4 28=112mm1? d =m z = =688mm2724 齒頂圓直徑 d = d +2h =112+2 4=120mm1aa d = d +2h =688+2 4=696mm2? 齒根圓直徑 mzf 1025.1?? f 6782 端面壓力角 0?? 基圓直徑 d = d cos =112 cos20 =107.16mm1b?0 d = d cos =688 cos20 =646.72mm2 齒頂圓壓力角 =arccos =?1at1ab07.26 = arccos =2at 2abd0. 端面重合度 = [ z （tg -tg ）+ z (tg -tg )]a??1?1at 2?2at =1.15 齒寬系數(shù) = = =1.3 d?1b6380 設計說明書 20 齒寬 mab1604.0?????? 縱向重合度 =0?? 7.3 校核齒輪 1.校核齒面接觸強度 （按表 8—3—30 校核） 強度條件： =[ ]H? 計算應力： =Z Z Z Z Z 1BE?????1?bdFKktHVA = 2H?1BD 式中： 名義切向力 F = = =34107Nt10dT?631902 使用系數(shù) K =1（由表 8—3—31 查?。〢 動載系數(shù) =（ ）VK20?B? 式中 V= smnd09.16716???? A=83.6 B=0.4 C=6.57 =1.05VK 齒向載荷分布系數(shù) K =1.35（由表 8—3—32 按硬齒面齒輪，裝配時檢修調(diào) 6?H 級精度 K 非對稱支稱公式計算）?H34.1? 齒間載荷分配系數(shù) （由表 8—3—33 查取）0.??H 節(jié)點區(qū)域系數(shù) = 1.5（由圖 8—3—11 查?。㈱ 重合度的系數(shù) （由圖 8—3—12 查?。?3.? 螺旋角系數(shù) （由圖 8—3—13 查?。??? 彈性系數(shù) （由表 8—3—34 查?。㎝PaZE8.1 設計說明書 21 單對齒齒合系數(shù) Z =1B = = 301.42MPa1H?2 ?????? 806325.1035.180.7.1895. 許用應力：[ ]= XWRVLNTHZZSlim? 式中：極限應力 =1120MPali 最小安全系數(shù) =1.1（由表 8—3—35 查取）limH 壽命系數(shù) =0.92（由圖 8—3—17 查?。㎞TZ 潤滑劑系數(shù) =1.05（由圖 8—3—19 查取，按油粘度等于 350 ）L sm 速度系數(shù) =0.96（按 由圖 8—3—20 查取）V,7.1s?? 粗糙度系數(shù) =0.9（由圖 8—3—21 查?。㏑Z 齒面工作硬化系數(shù) =1.03（按齒面硬度 45HRC，由圖 8—3—22 查?。￤ 尺寸系數(shù) =1（由圖 8—3—23 查取）X 則： [ ]= =826MPaH?0.1596.012.10?? 滿足 [ ]?H? 2. 校核齒根的強度 （按表 8—3—15 校核） 強度條件： =[ ]1F? 許用應力： = ； ????FVASaFnt KYbm1212??SFF?? 式中：齒形系數(shù) =2.61， =2.2（由圖 8—3—15（a）查取）1?Y2 應力修正系數(shù) ， （由圖 8—3—16（a）查取）6.?Sa7.SaY 設計說明書 22 重合度系數(shù) =1.9?Y 螺旋角系數(shù) =1.0（由圖 8—3—14 查?。? 齒向載荷分布系數(shù) = =1.3（其中 N=0.94，按表 8—3—30 計算）?FKNH 齒間載荷分配系數(shù) =1.0（由表 8—3—33 查?。? 則 =94.8MPa1F? = =88.3MPa26.127? 許用應力：[ ]= （按 值較小齒輪校核）FXlTrelNTSYYRlim??limF? 式中： 極限應力 =350MPali 安全系數(shù) =1.25（按表 8—3—35 查?。﹍imFS 應力修正系數(shù) =2（按表 8—3—30 查?。㏕Y 壽命系數(shù) =0.9（按圖 8—3—18 查?。㏒ 齒根圓角敏感系數(shù) =0.97（按圖 8—3—25 查?。﹔elT? 齒根表面狀況系數(shù) =1（按圖 8—3—26 查?。﹍YR 尺寸系數(shù) =1（按圖 8—3—24 查取）X 則 [ ]=F?MPa497.025.13?? 滿足， 〈 〈[ ] 驗算結(jié)果安全1F? 7.4 齒輪及齒輪副精度的檢驗項目計算 1.確定齒厚偏差代號為：6KL GB10095—88（參考表 8—3—54 查?。?2.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?。?第Ⅰ公差組檢驗切向綜合公差 ，1iF = =0.063+0.009=0.072mm,(按表 8—3—69 計算，由表 8—3—1iFfP? 60，表 8—3—59 查取)； 設計說明書 23 第Ⅱ公差組檢驗齒切向綜合公差 ， =0.6（ ）1ifi tptf? =0.6（0.009+0.011）=0.012mm， （按表 8—3—69 計算，由表 8—3—59 查 取） ； 第Ⅲ公差組檢驗齒向公差 =0.012（由表 8—3—61 查取） 。?F 3.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 。按齒厚偏差的代號 KL，根據(jù)表 8—wE 3—53 的計算式求得齒厚的上偏差 =-12 =-12sptf? 0.009=-0.108mm，齒厚下偏差 =-16 =-16 0.009=-0.144mm；公法線的it 平均長度上偏差 = *cos -0.72 sin =-0.108 cos -0.72 WSEs?TF02 =-0.110mm,下偏差 = cos +0.72 sin =-0.144 cos02sin36.0a?wiEsi?TF? +0.72 0.036 sin =-0.126mm；按表 8—3—19 及其表注說明求得公法0 線長度 =87.652， 跨齒數(shù) K=10，則公法線長度偏差可表示為：kn 對齒輪傳動，檢驗中心距極限偏差 ，根據(jù)中心距10.26.587? ?f a=200mm，由表查得 8—3—65 查得 = ；檢驗接觸斑點，由表 8—3—?f02.? 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 =0.05+0.072=0.125mm（根據(jù)表 8—3—58 的表注 3，由表 8—3—icF 69，表—3—59 及表 8—3—60 計算與查?。?；檢驗齒切向綜合公差 =0.0228mm， （根據(jù) 8—3—58 的表注 3，由表 8—3—69，表 8—3—59 計算icf 與查?。?。對箱體，檢驗軸線的平行度公差， =0.012mm， =0.006mm（由表 8—3—63 查?。?。xfyf 4. 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。 5. 齒輪工作圖如下 設計說明書 24 圖 5 小 齒 輪1.61.608 第八章 軸的設計 8.1 計算作用在軸上的力 大輪的受力： 圓周力 = =1F12dTN8.95.347?? 徑向力 1rtg726.00?? 軸向力 a 小輪的受力： 圓周力 = 2FNdT10246372?? 設計說明書 25 徑向力 =2rFr Ntg3968.012402???? 軸向力 =a 8.2 計算支力和彎矩 1.垂直平面中的支反力： BR' NlcFb 62213048.95)(21 ???????lac 805.9.6104)(2' ? 2. 水平面中的支反力： lcbFdcFdRrarfaB )(5.5.0' 12211 ?????? = 343700496874.9 ?? =2752.3N ??ldFadFbaR frfarc 11222' 5.5.?????? = 3748.9076.104.16398 ??? =261N 3. 支點的合力 ， ：BRC =B N68402756'2' ???? RCC 18422''? 軸向力 Faa 2.908.5012 ??? 應由軸向固定的軸承來承受。aF 4. 垂直彎矩： 截面Ⅰ—Ⅰ 1'wM1' mNaRB?????4.751.962' 截面Ⅱ—Ⅱ ?'' C?.36884' 5. 水平彎矩： 截面Ⅰ—Ⅰ 設計說明書 26 mNaRMBw ?????27.305.4927'1' dFBa 86.1.18.'1' ???? 截面Ⅱ—Ⅱ mNCRw ??????2.5026'' ??' 11' dFbaMarBa??? =2752 74957265. ?? =504N m? 6. 合成彎矩： 截面Ⅰ—Ⅰ ?? mNMww ????????? 30.82109564'22' aa??? 75..72'' 截面Ⅱ—Ⅱ ??www ???????? 9.1368.4.1368' 222'2 mNMaa 4570'' 7. 計算軸徑 截面Ⅰ—Ⅰ ????TdWw 5837.0.16217.0)(13322 ????????? 截面Ⅱ—Ⅱ ???? mMaw 745..98.323222? 設計說明書 27 52103741.Fraar軸 的 受 力 和 結(jié) 構 尺 寸 簡 圖 8.3 對截面進行校核 1. 截面Ⅰ—Ⅰ校核 mNMw???8203mNnPT ????34725.91015.96633328dW???390mT （由表 4—1—2 得）MPa351?? .?? 齒輪軸的齒 ??k??472.16.06470.19?????k （由表 4—1—17 得）3.??? （由表 4—1—17 得）2?68.1???k9.??? 設計說明書 28 ??78.5492.1.3431 ??????????????????TWKMS?????8.1 S>1.8 則 軸的強度滿足要求 2. 截面Ⅱ—Ⅱ校核 mNMw???136890mNnPT ????34725.105. 6333.97242dW???31.5mT （由表 4—1—2 得）MPa31?? .0?? 齒輪軸的齒 ??k??472.16.0647.19?????k （由表 4—1—17 得）8.0??? （由表 4—1—17 得）?0.3???k271.?????1976.52.1343?????????????????TWKMS?????8.1? S>1.8 則 軸的強度滿足要求 設計說明書 29 3. 如下圖 6.345°2圖 軸 第九章 主軸設計 9.1 計算作用在軸上的力 1.齒輪的受力： 扭矩 T T= mN???9.105379.25 設計說明書 30 圓周力 = =1F12dTN68.12349.057?? 徑向力 1rtg.05.60?? 軸向力 a 2. 工作盤的合彎矩 Mt=[(M0+M)/2]/K=8739（N·m）式中，K 為彎曲時的滾動摩擦系數(shù)，K=1.05 按上述計 算方法同樣可以得出 Ф50I 級鋼筋（σ b=450 N/mm2）彎矩所需彎矩： Mt=8739（N·m） 由公式 Mt= 式中 F 為撥斜柱對鋼筋的作用力；F r為 F 的徑向分力;a 為?sini0LFr F 與鋼筋軸線夾角。 08.43??mL71690 則 NFr 工作盤的扭矩 mNLTr ?????? 1.270496.1086sin02? 所以 T> 齒輪能夠帶動工作盤轉(zhuǎn)動2 9.2 計算支力和彎矩 1.垂直平面中的支反力： BR' NlcFb 8.53421837.0245.6.2)(21 ????????lac 1.6..1037)(2' 2.水平面中的支反力： lcbFdFRrrfaB )(5.0' 1211 ?????? = 8325.16.075.63468.2?? =11198.37N ??ldFadFbaR frfarc 11222' ..0?????? 設計說明書 31 = 1833468.275.6025.1608????? =-3217.9N 3.支點的合力 ， ：BRC =B N6.124073.98.5342'2' ???? RCC ..71222''? 軸向力 NFa68.? 應由軸向固定的軸承來承受。aF 4.垂直彎矩： 截面Ⅰ—Ⅰ 1'wM1' mNaRB ?????58.3247.6085342' 截面Ⅱ—Ⅱ ?'' C?9..1' 5.水平彎矩： 截面Ⅰ—Ⅰ mNaRBw ?????3.68075.3.198'1' dFMBa 3.1427.4.22'1' ???? 截面Ⅱ—Ⅱ mNCRw ??????7.65.0937'' ??2' 11' dFbaarBa??? =11198.37 3468.5.06.5.6???? =-66.77N m? 6.合成彎矩： 截面Ⅰ—Ⅰ ?? mNMww ????????? 38.12.4517.03'22' aa??? 7469'' 截面Ⅱ—Ⅱ 設計說明書 32 ?? mNMwww ???????? 65.243.582.54'2'2aa'' 7.計算軸徑 截面Ⅰ—Ⅰ ???? mTMdWw 60357.04.119827.0)(13322 ????????? 截面Ⅱ—Ⅱ ????aw 85...33222? 9.3 對截面進行校核 1.截面Ⅰ—Ⅰ校核 mNMw???3180mNnPT ????1508.2430595.96633312dW???340mT （由表 4—1—2 得）MPa351?? .?? 齒輪軸的齒 ??k??472.16.06470.19?????k （由表 4—1—17 得）3.??? （由表 4—1—17 得）2?68.1???k9.??? 設計說明書 33 ??47.68.53431 ????????????????TWKMS?????8.1 S>1.8 則 軸的強度滿足要求 2. 如下圖 圖 7 主 軸 第十章 軸承的選擇 設計說明書 34 10.1 滾動軸承選擇. 1. 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=40mm D=68mm B=9mm 2. 16008 軸承的配合的選擇： 軸承的精度等級為 D 級，內(nèi)圈與軸的配合采用過盈配合,軸承內(nèi)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，IT 6DE 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 mm。外圈與殼體孔的配合采用046.17?? 基軸制，過渡配合，由此選用殼體孔公差帶為 M6，IT 6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 mm。02.58? 第十一章 控制設備的選擇 11.1 變頻器的概述 設計說明書 35 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(zhuǎn)矩計算的 CPU 以及一些 相應的電路。變頻調(diào)速是通過改變電機定子繞組供電的頻率來達到調(diào)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(zhuǎn)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。 11.2 變頻器的工作原理 目前，通用型變頻器絕大多數(shù)是交—直—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—直交換），直流濾波電路 （能耗電路）及逆變電路（直—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。 1） 整流電路 如圖 1.2 所示，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。 設計說明書 36 2）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。 3）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(zhuǎn)換成頻率和 電壓都可以任意調(diào)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(jié)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(nèi) 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(qū)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(nèi)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(zhuǎn)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(diào)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(diào)速技術逐步成熟。目前， 變頻調(diào)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(diào)、洗衣機、電 冰箱等家電產(chǎn)品中得到了廣泛的應用。 設計說明書 37 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。 一、變頻器的選擇應滿足以下條件 （一）電壓等級應與三相異電動機的額定電壓相符 （二）變頻器的類型選擇 ⒈ 對于風機和泵類負載，由于低速時轉(zhuǎn)矩較小，對過載能力和轉(zhuǎn)速精度要求較低， 故選用價廉的變頻器。 ⒉ 對于希望具有恒轉(zhuǎn)矩特性，但在轉(zhuǎn)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。 ⒊ 對于低速時要求有較硬的機械特性，并要求有一定的調(diào)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。 ⒋ 對于某些在調(diào)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。 （三）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(nèi)可以驅(qū)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 IN≥IMmax 式中 IN——變頻器的額定 電流 IMmax ——電動機的最大工作電流 11.3 技術參數(shù) 輸入頻率(Hz) 45Hz 到 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 設計說明書 38 輸出頻率范圍(Hz) 0.5Hz 到 120Hz 輸出頻率分辨率 (Hz) 0.01Hz 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 控制開關量輸入輸 出 可按用戶要求擴展 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(jié) 安裝海拔高度 <1000 米 防護等級 IP20 3KV 系列 變頻器型號 A03/050 ～ A03/150（含） A03/150 ～ A03/300（含） 變頻器容量 (KVA) 250 ～ 750 750 ～1500 適配電機功 率 (KW) 200 ～ 600 600 ～ 1250 額定輸出電 流(A) 50 ～ 150 150 ～ 300 額定輸入電 壓(V) 3000V±10% 外型尺寸 (mm) (W×H×D) 3900×2480×1200 （3900～5400） ×2480×1200 重量(Kg) 3000 ～ 5000 5000 ～ 7300 設計說明書 39 6KV 系列 變頻 器型號 A06/025 ～ A06/050（含） A06/050 ～ A06/170（含） A06/170 ～ A06/220（含） A06/220 ～ A06/400（含） 變頻 器容量 (KVA) 250 ～ 500 500 ～ 1750 1750 ～ 2200 2250 ～ 4000 適配 電機功率 (KW) 200 ～ 400 400 ～ 1400 1400 ～ 1800 1800 ～ 3200 額定 輸出電流 (A) 25 ～ 50 50 ～ 170 170 ～ 220 220 ～ 400 額定 輸入電壓 (V) 6000V±10% 外型 尺寸(mm) (W×H×D) 3600×2480×1200 390