【终稿全套】钢筋自动折弯机的结构设计【含7张CAD图纸+文档】
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设计说明书 1 摘要 通过强度计算分析,认为现有 GW-40 弯曲机的大部分零件有较大的设计裕 量,需要改变个别零部件及电动机功率即可大幅度提高加工能力,满足 40 钢筋的弯曲 加工。还可以升级为 GW-50 钢筋弯曲机。 GW40 型半自动钢筋弯曲机适用于弯曲 6-40 毫米钢筋之用,本机的传动机构采用 全封闭式,变速杆换挡,可使工作盘得到两种转速,钢筋的弯曲角度由工作盘侧面的挡 块调节,机械部分通过电器控制实现半自动。 关键词 钢筋弯曲机 始弯矩 终弯矩 主轴扭矩 控制设备 【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 Motors efficiency. It can be contented to the machining of the 40 screw thread steel and go up to the 50 steel reinforcing bar curved equipment. Key words: steel reinforcing bar-curved equipment first curved last curved Main shaft curved. 设计说明书 2 目录 第一章 引言 1 第二章 系统性能与参数 2 第三章 工作原理及框图 3 第四章 弯矩计算与电动机选择 4 4.1 工作状态 4 4.2 材料达到屈服极限时的始弯矩 4 第五章 v 带传动设计 6 5.1 V 带轮的设计计算 6 第六章 第一级圆柱齿轮设计 9 6.1 选择材料 9 6.2 接触强度进行初步设计 9 6.3 齿轮校核 10 6.4 齿轮及齿轮副精度的检验项目计算 13 第七章 第三级圆柱齿轮设计 15 7.1 选择材料 15 7.2 接触强度进行初步设计 15 7.3 齿轮校核 16 7.4 齿轮及齿轮副精度的检验项目计算 19 第八章 中间轴设计 21 8.1 计算作用在轴上的力 21 8.2 计算支力和弯矩 22 8.3 截面校核 23 第九章 主轴设计 26 9.1 计算作用在轴上的力 26 9.2 计算支力和弯矩 26 9.3 截面校核 28 设计说明书 3 第十章 轴承的选择 30 10.1 滚动轴承选择 30 第十一章 控制设备的选择.31 11.1 变频器的概述31 11.2 变频器的选工作原理31 11.3 变频器的参数 33 第十二章 电机的选择 37 9.1 电机的介绍 37 9.2 电机的选择原则 37 小结 40 总结 41 参考文献 42 设计说明书 4 第一章 引言 我国工程建筑机械行业近几年之所以能得到快速发展,一方面通过引进国 外先进技术提升自身产品档次和国内劳动力成本低廉是一个原因,另一方面 国家连续多年实施的积极的财政政策更是促使行业增长的根本动因。 受国家连续多年实施的积极财政政策的刺激,包括西部大开发、西气东输、 西电东送、青藏铁路、房地产开发以及公路(道路) 、城市基础设施建设等一 大批依托工程项目的实施,这对于重大建设项目装备行业的工程建筑机械行 业来说可谓是难得的机遇,因此整个行业的内需势头旺盛。同时受我国加入 WTO 和国家鼓励出口政策的激励,工程建筑机械产品的出口形势也明显好转。 我国建筑机械行业运行的基本环境、建筑机械行业运行的基本状况、建筑 机械行业创新、建筑机械行业发展的政策环境、国内建筑机械公司与国外建 筑机械公司的竞争力比较以及 2004 年我国建筑机械行业发展的前景趋势进行 了深入透彻的分析。 设计说明书 5 第二章 系统性能与参数 GW40 型钢筋弯曲机适用于建筑行业弯曲 640 钢筋之用。 本机工作程序简单,弯曲形状一致,调整简单,操作方便,性能稳定,它能将 Q23540 圆钢或 832 螺纹钢筋弯曲成工程中所需要的各种形状。 弯曲钢筋直径 6-40mm 工作盘直径 350mm 工作盘转数 7 转/分 电动机 Y100L-4-3KW 外型尺寸 760760685 整机重量 4000kg 设计说明书 6 第三章 系统工作原理及框图 3.1 GW-40 弯曲机的工作框图(见图 3.1): 图 3.1 工作框图 其中减 速 箱由轴 轴承和齿轮组成 3.2 GW-40 弯曲机的工作原理图(见图 3.2) 3.3 工作原理 GW-40 弯曲机的工作机构是一个在垂直轴上旋转的水平工作圆盘,如图所示,把钢 筋置于图中虚线位置,支承销轴固定在机床上,中心销轴和压弯销轴装在工作圆盘上, 圆盘回转时便将钢筋弯曲。为了弯曲各种直径的钢筋, 在工作盘上有几个孔,用以插压 弯销轴,也可相应地更换不同直径的中心销轴。 电动机 带 轮 减 速 箱 控制设备 工作台 设计说明书 7 第四章 弯矩计算与电动机选择 4.1 工作状态 1.钢筋受力情况与计算有关的几何尺寸标记图 1。设钢筋所需弯矩:M t= 式中 F 为拨斜柱对钢筋的作用力;F r为 F 的径向分力;a 为 F 与钢筋轴sini0LFr 线夹角。 当 Mt 一定,a 越大则拨斜柱及主轴径向负荷越小;a=arcos(L 1/Lo)一定,L o越大。 因此,弯曲机的工作盘应加大直径,增大拨斜柱中心到主轴中心距离 L0 GW-50 钢筋弯曲机的工作盘设计:直径 400mm,空间距 120mm,L 0=169.7 mm,Ls=235,a=43.8 0 a工 作 盘 ; 2-中 心 柱 套 ; 3拨 料 柱4挡 料 柱 ; 5钢 筋 ; 6插 入 座17.45图 1 钢 筋 受 力 情 况 2.钢筋弯曲机所需主轴扭矩及功率 按照钢筋弯曲加工规范规定的弯曲半径弯曲钢筋,其弯曲部分的变形量均接近或过材 料的额定延伸率,钢筋应力超过屈服极限产生塑性变形。 4.2 材料达到屈服极限时的始弯矩 1.按 40 螺纹钢筋公称直径计算 M0=K1W s式中,M 0为始弯矩,W 为抗弯截面模数,K 1为截面系数,对圆截面 K 1=1.7;对于 25MnSi 螺纹钢筋 M0=373(N/mm 2),则得出始弯矩 M0=3977(Nm) 设计说明书 8 2. 钢筋变形硬化后的终弯矩 钢筋在塑性变形阶段出现变形硬化(强化) ,产生变形硬化后的终弯矩:M=(K 1+K0/2Rx)W s式中,K 0为强化系数,K 0=2.1/ p=2.1/0.14=15, p为延伸率,25MnSi 的 p=14%,R x=R/d0,R 为弯心直径,R=3 d 0, 则得出终弯矩 M=11850(Nm) 3. 钢筋弯曲所需距 Mt=(M0+M)/2/K=8739(Nm)式中,K 为弯曲时的滚动摩擦系数,K=1.05 按上述计 算方法同样可以得出 50I 级钢筋( b=450 N/mm2)弯矩所需弯矩:M t=8739(Nm), 取较大者作为以下计算依据。 4. 电动机功率 由功率扭矩关系公式 A0=Tn/9550=2.9KW,考虑到部分机械效率 =0.75,则电动机 最大负载功率 A= A0/=2.9/0.75=3.9(KW) ,电动机选用 Y 系列三相异步电动机,额定功率为 =4(KW),额定转速 =1440r/min。e en 5. 电动机的控制 (如图 2 所知) 图 2 钢 筋 弯 曲 电 气 图 制 动 刹 车电 机 反 转电 机 正 转 设计说明书 9 第五章 v 带传动设计 5.1 V 带轮的设计计算 电动机与齿轮减速器之间用普通 v 带传动,电动机为 Y112M-4,额定功率 P=4KW,转 速 =1440 ,减速器输入轴转速 =514 ,输送装置工作时有轻微冲击,每天工1nmir2nmir 作 16 个小时 1. 设计功率 根据工作情况由表 8122 查得工况系数 =1.2, = P=1.2 4=4.8KWAKdPA 2. 选定带型 根据 =4.8KW 和转速 =1440 ,有图 812 选定 A 型dP1nmir 3. 计算传动比 = = =2.821n540 4. 小带轮基准直径 1d 由表 8112 和表 8114 取小带轮基准直径 =75mm1d 5. 大带轮的基准直径 2d 大带轮的基准直径 = (1- )i1d 取弹性滑动率 =0.02 = (1- )=2.8 =205.8mm2di1d )02.(75 实际传动比 = =2.85i)(12d 从动轮的实际转速 = = =505.262ni85.40minr 转速误差 =1.7%1652 对于带式输送装置,转速误差在 范围是可以的% 6. 带速 = =5.6210647501ndsm 设计说明书 10 7. 初定轴间距 0a 0.7( + ) ( + )1d201d2 0.7(75+205) ( 75+205) 196 560a 取 =400mm 8. 所需 v 带基准长度 0dL =2 +0dLa021214)()(add =2 )75()75(4 2 =800+439.6+10.56 =1250.16mm 查表 818 选取 mLd1250 9. 实际轴间距 a =400mm200d 10. 小带轮包角 1 = -1080123.57ad = 006. = 1238 11. 单根 v 带的基本额定功率 1p 根据 =75mm 和 =1440 由表 8127(c)用内插法得 A 型 v 带的1d1nmir =0.68KWp 12. 额定功率的增量 1p 设计说明书 11 根据 和 由表 8127(c)用内插法得 A 型 v 带的min140rn5.2 =0.17KWp 13. V 带的根数 Z Z= Ldk)(1 根据 查表 8123 得 =0.9503.6k 根据 =1250mm 查表得 818 得 =0.93DL Z= = =6.38Ldkp)(1 93.05)7.06.(4 取 Z=7 根 14. 单根 V 带的预紧力 0F =500( 由表 8124 查得 A 型带 m=0.100F2)15.2mzpkd mkg 则 =500( =99.53N0 2).d 15. 压轴力 QF = =2 =1372N2sin10Z238.16sin75.90 16. 绘制工作图 3.27图 带 轮 设计说明书 12 第六章 圆柱齿轮设计 6.1 选择材料 确定 和 及精度等级limHliF 参考表 8324 和表 8325 选择两齿轮材料为:大,小齿轮均为 40Cr,并经调 质及表面淬火,齿面硬度为 48-50HRc,精度等级为 6 级。按硬度下限值,由图 8 38(d)中的 MQ 级质量指标查得 = =1120Mpa;由图 839(d)中的 MQlimHliF 级质量指标查得 FE1= FE2=700Mpa, Flim1= Flim2=350 MPa 6.2 按接触强度进行初步设计 1. 确定中心距 a(按表 8328 公式进行设计) aCmAa(+1) 321HKT =1mC483 K=1.7 NT1624.0MPaH8 取ma17520 2. 确定模数 m (参考表 834 推荐表) m=(0.0070.02)a=1.44, 取 m=3mm 设计说明书 13 3. 确定齿数 z ,z12 z = = =20.51 取 z =211)(ma)5.(301 z =z =5.5 21=115.5 取 z =1162 2 4. 计算主要的几何尺寸(按表 835 进行计算) 分度圆的直径 d =m z =3 21=63mm1 d =m z =3*116=348mm2 齿顶圆直径 d = d +2h =63+2 3=69mm1aa d = d +2h =348+2 3=353mm2 端面压力角 0 基圆直径 d = d cos =63 cos20 =59.15mm1b 0 d = d cos =348 cos20 =326.77mm2 齿顶圆压力角 =arccos =31.021at1ab0 = arccos =22.632at 2abd0 端面重合度 = z (tg -tg )+ z (tg -tg )a11at 22at =1.9 齿宽系数 = = =1.3d1b6380 纵向重合度 =0 6.3 齿轮校核 1. 校核齿面接触强度 (按表 8315 校核) 强度条件: = H 设计说明书 14 计算应力: =Z Z Z Z Z 1HBE1bdFKktHVA = 21BD 式中: 名义切向力 F = = =2005Nt10dT6317.0 使用系数 K =1(由表 8331 查取)A 动载系数 =( )VK20B 式中 V= smnd7.1654.316 A=83.6 B=0.4 C=6.57 =1.2VK 齿向载荷分布系数 K =1.35(由表 8332 按硬齿面齿轮,装配时检修调整,H 6 级精度 K 非对称支称公式计算)H34.1 齿间载荷分配系数 (由表 8333 查取)0.1HK 节点区域系数 = 1.5(由图 8311 查取)Z 重合度的系数 (由图 8312 查取)7. 螺旋角系数 (由图 8313 查取)0 弹性系数 (由表 8334 查取)MPaZE8.19 单对齿啮合系数 Z =1B = = 143.17MPa1H2 806325.1035.180.7.1895. 许用应力: = XWRVLNTHZZSlim 式中:极限应力 =1120MPali 设计说明书 15 最小安全系数 =1.1(由表 8335 查取)limHS 寿命系数 =0.92(由图 8317 查取)NTZ 润滑剂系数 =1.05(由图 8319 查取,按油粘度等于 350 )L sm 速度系数 =0.96(按 由图 8320 查取)V,7.1s 粗糙度系数 =0.9(由图 8321 查取)RZ 齿面工作硬化系数 =1.03(按齿面硬度 45HRC,由图 8322 查取)W 尺寸系数 =1(由图 8323 查取)X 则: = =826MPaH0.1596.012.10 满足 H 2. 校核齿根的强度 (按表 8315 校核) 强度条件: = 1F 许用应力: = ; FVASaFnt KYbm1212SFF 式中:齿形系数 =2.61, =2.2(由图 8315(a)查取)1Y2 应力修正系数 , (由图 8316(a)查取)6.Sa7.SaY 重合度系数 =1.9 螺旋角系数 =1.0(由图 8314 查取)Y 齿向载荷分布系数 = =1.3(其中 N=0.94,按表 8330 计算)FKNH 齿间载荷分配系数 =1.0(由表 8333 查取) 则 =94.8MPa1F = =88.3MPa26.127 设计说明书 16 许用应力: = (按 值较小齿轮校核)FXlTrelNTSYYRlimlimF 式中: 极限应力 =350MPali 安全系数 =1.25(按表 8335 查取)limFS 应力修正系数 =2(按表 8330 查取)TY 寿命系数 =0.9(按图 8318 查取)S 齿根圆角敏感系数 =0.97(按图 8325 查取)relT 齿根表面状况系数 =1(按图 8326 查取)lYR 尺寸系数 =1(按图 8324 查取)X 则 =FMPa497.025.13 满足, 验算结果安全1F 6.4 齿轮及齿轮副精度的检验项目计算 1.确定齿厚偏差代号为:6KL GB1009588(参考表 8354 查取) 2.确定齿轮的三个公差组的检验项目及公差值(参考表 8358 查取)第公差组 检验切向综合公差 , = =0.063+0.009=0.072mm,(按表 8369 计算,由表1iFifP 8360,表 8359 查取);第公差组检验齿切向综合公差 , =0.6( )1ifi tptf =0.6(0.009+0.011)=0.012mm, (按表 8369 计算,由表 8359 查取) ;第公差 组检验齿向公差 =0.012(由表 8361 查取) 。 3.确定齿轮副的检验项目与公差值(参考表 8358 选择)对齿轮,检验公法线长 度的偏差 。按齿厚偏差的代号 KL,根据表 8353m 的计算式求得齿厚的上偏差wE =-12 =-12 0.009=-0.108mm,齿厚下偏差 =-16 =-16 0.009=-0.144mm;公法sptfsiEptf 线的平均长度上偏差 = *cos -0.72 sin =-0.108 cos -0.72 WSsETF02 =-0.110mm,下偏差 = cos +0.72 sin =-02sin36.0awisi T 0.144 cos +0.72 0.036 sin =-0.126mm;按表 8319 及其表注说明求得公法02 设计说明书 17 线长度 =87.652, 跨齿数 K=10,则公法线长度偏差可表示为: ,对齿knW 10.26.587 轮传动,检验中心距极限偏差 ,根据中心距 a=200mm,由表查得 8365 查得 =f f ;检验接触斑点,由表 8364 查得接触斑点沿齿高不小于 40%,沿齿长不小于023. 70%;检验齿轮副的切向综合公差 =0.05+0.072=0.125mm(根据表 8358 的表注 3,icF 由表 8369,表 8359 及表 8360 计算与查取) ;检验齿切向综合公差 =0.0228mm, (根据 8358 的表注 3,由表 8369,表 8359 计算与查取) 。对icf 箱体,检验轴线的平行度公差, =0.012mm, =0.006mm(由表 8363 查取) 。确xfyf 定齿坯的精度要求按表 8366 和 8367 查取。根据大齿轮的功率,确定大轮的孔 径为 50mm,其尺寸和形状公差均为 6 级,即 0.016mm,齿轮的径向和端面跳动公差为 0.014mm。 3. 齿轮工作图 0.81.6 图 4 大 齿 轮 二 由于第一级齿轮传动比与第二级传动比相等,则对齿轮的选择,计算以及校核都与 第一级一样 设计说明书 18 第七章 第三级圆柱齿轮的设计 7.1 选择材料 1.确定 Hlim和 Flim及精度等级。 参考表 8324 和表 8325 选择两齿轮材料为:大,小齿轮均为 40Cr,并经调 质及表面淬火,齿面硬度为 4850HRc,精度等级为 6 级。按硬度下限值,由图 8 38(d)中的 MQ 级质量指标查得 Hlim= Hlim=1120Mpa;由图 839(d)中的 MQ 级质量指标查得 FE1= FE2=700Mpa, Flim1= Flim2=350 Mpa. 7.2 按接触强度进行初步设计 1. 确定中心距 a(按表 8328 公式进行设计) aCmAa(+1) 21HKT =1C483 K=1.7 mNT1624.0MPaH86 则 a=325mm 取 a=400mm 设计说明书 19 2. 确定模数 m (参考表 834 推荐表) m=(0.0070.02)a=2.88, 取 m=4mm 3. 确定齿数 z ,z12 0421z z = = =28 取 z =281)(ma)16(1 z =172 取 z =1722 2 4. 计算主要的几何尺寸(按表 835 进行计算) 分度圆的直径 d =m z =4 28=112mm1 d =m z = =688mm2724 齿顶圆直径 d = d +2h =112+2 4=120mm1aa d = d +2h =688+2 4=696mm2 齿根圆直径 mzf 1025.1 f 6782 端面压力角 0 基圆直径 d = d cos =112 cos20 =107.16mm1b0 d = d cos =688 cos20 =646.72mm2 齿顶圆压力角 =arccos =1at1ab07.26 = arccos =2at 2abd0. 端面重合度 = z (tg -tg )+ z (tg -tg )a11at 22at =1.15 齿宽系数 = = =1.3 d1b6380 设计说明书 20 齿宽 mab1604.0 纵向重合度 =0 7.3 校核齿轮 1.校核齿面接触强度 (按表 8330 校核) 强度条件: = H 计算应力: =Z Z Z Z Z 1BE1bdFKktHVA = 2H1BD 式中: 名义切向力 F = = =34107Nt10dT631902 使用系数 K =1(由表 8331 查取)A 动载系数 =( )VK20B 式中 V= smnd09.16716 A=83.6 B=0.4 C=6.57 =1.05VK 齿向载荷分布系数 K =1.35(由表 8332 按硬齿面齿轮,装配时检修调 6H 级精度 K 非对称支称公式计算)H34.1 齿间载荷分配系数 (由表 8333 查取)0.H 节点区域系数 = 1.5(由图 8311 查取)Z 重合度的系数 (由图 8312 查取)93. 螺旋角系数 (由图 8313 查取)0 弹性系数 (由表 8334 查取)MPaZE8.1 设计说明书 21 单对齿齿合系数 Z =1B = = 301.42MPa1H2 806325.1035.180.7.1895. 许用应力: = XWRVLNTHZZSlim 式中:极限应力 =1120MPali 最小安全系数 =1.1(由表 8335 查取)limH 寿命系数 =0.92(由图 8317 查取)NTZ 润滑剂系数 =1.05(由图 8319 查取,按油粘度等于 350 )L sm 速度系数 =0.96(按 由图 8320 查取)V,7.1s 粗糙度系数 =0.9(由图 8321 查取)RZ 齿面工作硬化系数 =1.03(按齿面硬度 45HRC,由图 8322 查取)W 尺寸系数 =1(由图 8323 查取)X 则: = =826MPaH0.1596.012.10 满足 H 2. 校核齿根的强度 (按表 8315 校核) 强度条件: = 1F 许用应力: = ; FVASaFnt KYbm1212SFF 式中:齿形系数 =2.61, =2.2(由图 8315(a)查取)1Y2 应力修正系数 , (由图 8316(a)查取)6.Sa7.SaY 设计说明书 22 重合度系数 =1.9Y 螺旋角系数 =1.0(由图 8314 查取) 齿向载荷分布系数 = =1.3(其中 N=0.94,按表 8330 计算)FKNH 齿间载荷分配系数 =1.0(由表 8333 查取) 则 =94.8MPa1F = =88.3MPa26.127 许用应力: = (按 值较小齿轮校核)FXlTrelNTSYYRlimlimF 式中: 极限应力 =350MPali 安全系数 =1.25(按表 8335 查取)limFS 应力修正系数 =2(按表 8330 查取)TY 寿命系数 =0.9(按图 8318 查取)S 齿根圆角敏感系数 =0.97(按图 8325 查取)relT 齿根表面状况系数 =1(按图 8326 查取)lYR 尺寸系数 =1(按图 8324 查取)X 则 =FMPa497.025.13 满足, 验算结果安全1F 7.4 齿轮及齿轮副精度的检验项目计算 1.确定齿厚偏差代号为:6KL GB1009588(参考表 8354 查取) 2.确定齿轮的三个公差组的检验项目及公差值(参考表 8358 查取) 第公差组检验切向综合公差 ,1iF = =0.063+0.009=0.072mm,(按表 8369 计算,由表 831iFfP 60,表 8359 查取); 设计说明书 23 第公差组检验齿切向综合公差 , =0.6( )1ifi tptf =0.6(0.009+0.011)=0.012mm, (按表 8369 计算,由表 8359 查 取) ; 第公差组检验齿向公差 =0.012(由表 8361 查取) 。F 3.确定齿轮副的检验项目与公差值(参考表 8358 选择) 对齿轮,检验公法线长度的偏差 。按齿厚偏差的代号 KL,根据表 8wE 353 的计算式求得齿厚的上偏差 =-12 =-12sptf 0.009=-0.108mm,齿厚下偏差 =-16 =-16 0.009=-0.144mm;公法线的it 平均长度上偏差 = *cos -0.72 sin =-0.108 cos -0.72 WSEsTF02 =-0.110mm,下偏差 = cos +0.72 sin =-0.144 cos02sin36.0awiEsiTF +0.72 0.036 sin =-0.126mm;按表 8319 及其表注说明求得公法0 线长度 =87.652, 跨齿数 K=10,则公法线长度偏差可表示为:kn 对齿轮传动,检验中心距极限偏差 ,根据中心距10.26.587 f a=200mm,由表查得 8365 查得 = ;检验接触斑点,由表 83f02. 64 查得接触斑点沿齿高不小于 40%,沿齿长不小于 70%;检验齿轮副的切向 综合公差 =0.05+0.072=0.125mm(根据表 8358 的表注 3,由表 83icF 69,表359 及表 8360 计算与查取) ;检验齿切向综合公差 =0.0228mm, (根据 8358 的表注 3,由表 8369,表 8359 计算icf 与查取) 。对箱体,检验轴线的平行度公差, =0.012mm, =0.006mm(由表 8363 查取) 。xfyf 4. 确定齿坯的精度要求按表 8366 和 8367 查取。根据大齿轮的功率,确定大 轮的孔径为 50mm,其尺寸和形状公差均为 6 级,即 0.016mm,齿轮的径向和端 面跳动公差为 0.014mm。 5. 齿轮工作图如下 设计说明书 24 图 5 小 齿 轮1.61.608 第八章 轴的设计 8.1 计算作用在轴上的力 大轮的受力: 圆周力 = =1F12dTN8.95.347 径向力 1rtg726.00 轴向力 a 小轮的受力: 圆周力 = 2FNdT10246372 设计说明书 25 径向力 =2rFr Ntg3968.012402 轴向力 =a 8.2 计算支力和弯矩 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. 支点的合力 , :BRC =B N684027562 RCC 18422 轴向力 Faa 2.908.5012 应由轴向固定的轴承来承受。aF 4. 垂直弯矩: 截面 1wM1 mNaRB4.751.962 截面 C.36884 5. 水平弯矩: 截面 设计说明书 26 mNaRMBw 27.305.49271 dFBa 86.1.18.1 截面 mNCRw 2.5026 11 dFbaMarBa =2752 74957265. =504N m 6. 合成弯矩: 截面 mNMww 30.8210956422 aa 75.72 截面 www 9.1368.4.1368 2222 mNMaa 4570 7. 计算轴径 截面 TdWw 5837.0.16217.0)(13322 截面 mMaw 745.98.323222 设计说明书 27 52103741.Fraar轴 的 受 力 和 结 构 尺 寸 简 图 8.3 对截面进行校核 1. 截面校核 mNMw8203mNnPT 34725.91015.96633328dW390mT (由表 412 得)MPa351 . 齿轮轴的齿 k472.16.06470.19k (由表 4117 得)3. (由表 4117 得)268.1k9. 设计说明书 28 78.5492.1.3431 TWKMS8.1 S1.8 则 轴的强度满足要求 2. 截面校核 mNMw136890mNnPT 34725.105. 6333.97242dW31.5mT (由表 412 得)MPa31 .0 齿轮轴的齿 k472.16.0647.19k (由表 4117 得)8.0 (由表 4117 得)0.3k271.1976.52.1343TWKMS8.1 S1.8 则 轴的强度满足要求 设计说明书 29 3. 如下图 6.3452图 轴 第九章 主轴设计 9.1 计算作用在轴上的力 1.齿轮的受力: 扭矩 T T= mN9.105379.25 设计说明书 30 圆周力 = =1F12dTN68.12349.057 径向力 1rtg.05.60 轴向力 a 2. 工作盘的合弯矩 Mt=(M0+M)/2/K=8739(Nm)式中,K 为弯曲时的滚动摩擦系数,K=1.05 按上述计 算方法同样可以得出 50I 级钢筋( b=450 N/mm2)弯矩所需弯矩: Mt=8739(Nm) 由公式 Mt= 式中 F 为拨斜柱对钢筋的作用力;F r为 F 的径向分力;a 为sini0LFr F 与钢筋轴线夹角。 08.43mL71690 则 NFr 工作盘的扭矩 mNLTr 1.270496.1086sin02 所以 T 齿轮能够带动工作盘转动2 9.2 计算支力和弯矩 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 设计说明书 31 = 1833468.275.6025.1608 =-3217.9N 3.支点的合力 , :BRC =B N6.124073.98.53422 RCC .71222 轴向力 NFa68. 应由轴向固定的轴承来承受。aF 4.垂直弯矩: 截面 1wM1 mNaRB 58.3247.6085342 截面 C9.1 5.水平弯矩: 截面 mNaRBw 3.68075.3.1981 dFMBa 3.1427.4.221 截面 mNCRw 7.65.0937 2 11 dFbaarBa =11198.37 3468.5.06.5.6 =-66.77N m 6.合成弯矩: 截面 mNMww 38.12.4517.0322 aa 7469 截面 设计说明书 32 mNMwww 65.243.582.5422aa 7.计算轴径 截面 mTMdWw 60357.04.119827.0)(13322 截面 aw 85.33222 9.3 对截面进行校核 1.截面校核 mNMw3180mNnPT 1508.2430595.96633312dW340mT (由表 412 得)MPa351 . 齿轮轴的齿 k472.16.06470.19k (由表 4117 得)3. (由表 4117 得)268.1k9. 设计说明书 33 47.68.53431 TWKMS8.1 S1.8 则 轴的强度满足要求 2. 如下图 图 7 主 轴 第十章 轴承的选择 设计说明书 34 10.1 滚动轴承选择. 1. 根据拨盘的轴端直径选取轴承,轴承承受的力主要为径向力,因而采用深沟球轴承, 选定为型号为 16008 的轴承,其中 16008 的技术参数为: d=40mm D=68mm B=9mm 2. 16008 轴承的配合的选择: 轴承的精度等级为 D 级,内圈与轴的配合采用过盈配合,轴承内圈与轴的配合采用基 孔制,由此轴的公差带选用 k6,查表得在基本尺寸为 200mm 时,IT 6DE 公差数值为 29um, 此时轴得基本下偏差 ei=+0.017mm,则轴得尺寸为 mm。外圈与壳体孔的配合采用046.17 基轴制,过渡配合,由此选用壳体孔公差带为 M6,IT 6基本尺寸为 68mm 时的公差数值为 0.032mm,孔的基本上偏差 ES=-0.020,则孔的尺寸为 mm。02.58 第十一章 控制设备的选择 11.1 变频器的概述 设计说明书 35 变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装 置。把工频电源(50Hz 或 60Hz)变换成各种频率的交流电源,以实现电机的变速运行的设 备,其中控制电路完成对主电路的控制,整流电路将交流电变换成直流电,直流中间电 路对整流电路的输出进行平滑滤波,逆变电路将直流电再逆成交流电。对于如矢量控制 变频器这种需要大量运算的变频器来说,有时还需要一个进行转矩计算的 CPU 以及一些 相应的电路。变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。 变频器的分类方法有多种,按照主电路工作方式分类,可以分为电压型变频器和电 流型变频器;按照开关方式分类,可以分为 PAM 控制变频器、PWM 控制变频器和高载 频 PWM 控制变频器;按照工作原理分类,可以分为 V/f 控制变频器、转差频率控制变频 器和矢量控制变频器等;按照用途分类,可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高 频变频器、单相变频器和三相变频器等。 (1) 检知异常状态后自动地进行修正动作,如过电流失速防止,再生过电压失速 防止。 (2)检知异常后封锁电力半导体器件 PWM 控制信号,使电机自动停车。如过电流 切断、再生过电压切断、半导体冷却风扇过热和瞬时停电保护等。 11.2 变频器的工作原理 目前,通用型变频器绝大多数是交直交型变频器,通常尤以电压器变频器为通 用,其主回路图,它是变频器的核心电路,由整流回路(交直交换),直流滤波电路 (能耗电路)及逆变电路(直交变换)组成,当然还包括有限流电路、制动电路、控 制电路等组成部分。 1) 整流电路 如图 1.2 所示,通用变频器的整流电路是由三相桥式整流桥组成。它的功能是将工 频电源进行整流,经中间直流环节平波后为逆变电路和控制电路提供所需的直流电源。 三相交流电源一般需经过吸收电容和压敏电阻网络引入整流桥的输入端。网络的作用, 是吸收交流电网的高频谐波信号和浪涌过电压,从而避免由此而损坏变频器。当电源电 压为三相 380V 时,整流器件的最大反向电压一般为 12001600V,最大整流电流为变频 器额定电流的两倍。 设计说明书 36 2)滤波电路 逆变器的负载属感性负载的异步电动机,无论异步电动机处于电动或发电状态,在直流 滤波电路和异步电动机之间,总会有无功功率的交换,这种无功能量要靠直流中间电路 的储能元件来缓冲。同时,三相整流桥输出的电压和电流属直流脉冲电压和电流。为了 减小直流电压和电流的波动,直流滤波电路起到对整流电路的输出进行滤波的作用。 通用变频器直流滤波电路的大容量铝电解电容,通常是由若干个电容器串联和并联 构成电容器组,以得到所需的耐压值和容量。另外,因为电解电容器容量有较大的离散 性,这将使它们随的电压不相等。因此,电容器要各并联一个阻值等相的匀压电阻,消 除离散性的影响,因而电容的寿命则会严重制约变频器的寿命。 3)逆变电路 逆变电路的作用是在控制电路的作用下,将直流电路输出的直流电源转换成频率和 电压都可以任意调节的交流电源。逆变电路的输出就是变频器的输出,所以逆变电路是 变频器的核心电路之一,起着非常重要的作用。 最常见的逆变电路结构形式是利用六个功率开关器件(GTR、IGBT、GTO 等)组成的 三相桥式逆变电路,有规律的控制逆变器中功率开关器件的导通与关断,可以得到任意 频率的三相交流输出。 通常的中小容量的变频器主回路器件一般采用集成模块或智能模块。智能模块的内 部高度集成了整流模块、逆变模块、各种传感器、保护电路及驱动电路。如三菱公司生 产的 IPMPM50RSA120,富士公司生产的 7MBP50RA060,西门子公司生产的 BSM50GD120 等, 内部集成了整流模块、功率因数校正电路、IGBT 逆变模块及各种检测保护功能。模块的 典型开关频率为 20KHz,保护功能为欠电压、过电压和过热故障时输出故障信号灯。 逆变电路中都设置有续流电路。续流电路的功能是当频率下降时,异步电动机的同 步转速也随之下降。为异步电动机的再生电能反馈至直流电路提供通道。在逆变过程中, 寄生电感释放能量提供通道。另外,当位于同一桥臂上的两个开关,同时处于开通状态 时将会出现短路现象,并烧毁换流器件。所以在实际的通用变频器中还设有缓冲电路等 各种相应的辅助电路,以保证电路的正常工作和在发生意外情况时,对换流器件进行保 护 自 20 世纪 70 年代以来,随着交流电动机调速控制理论、电力电子技术、以微处理 器为核心的全数字化控制等关键技术的发展,交流电动机变频调速技术逐步成熟。目前, 变频调速技术的应用几乎已经扩展到了工业生产的所有领域,并且在空调、洗衣机、电 冰箱等家电产品中得到了广泛的应用。 设计说明书 37 如果变频器的型号选择不当,不但可引起不必要的浪费,甚至导致设备无法正常运 行,所以必须正确的选择与三相异电动机及设备相配套的变频器型号并进行良好的日常 维护方能达到最佳使用效果。 一、变频器的选择应满足以下条件 (一)电压等级应与三相异电动机的额定电压相符 (二)变频器的类型选择 对于风机和泵类负载,由于低速时转矩较小,对过载能力和转速精度要求较低, 故选用价廉的变频器。 对于希望具有恒转矩特性,但在转速精度及动态性能方面要求不高的负载,可选 用无矢量控制型变频器。 对于低速时要求有较硬的机械特性,并要求有一定的调速精度,但在动态性能方 面无较高要求的负载,可选用不带速度反馈的矢量控制型变频器。 对于某些在调速精度和动态性能方面都有较高要求,以及要求高精度同步运行等 负载,可选用带速度反馈的矢量控制型变频器。 (三)变频器容量的选择 变频器的容量通常用额定输出电流(A)、输出容量(kVA)、适用电动机功率(kw)表示。 其中,额定输出电流为变频器可以连续输出的最大交流电流有效值,不论什么用途都不 允许连续输出超过此值的电流。输出容量是决定于额定输出电流与额定输出电压的三相 视在输出功率。适用电动机功率是以 2 至 4 极的标准电动机为对象,表示在额定输出电 流以内可以驱动的电动机功率。6 极以上的电动机和变极电动机等特殊电动机的额定电流 比标准电动机大,不能根据适用电动机的功率选择变频器容量。因此,用标准 2 至 4 极 电动机拖动的连续恒定负载,变频器的容量可根据适用电动机的功率选择。对于用 6 极 以上和变极电动机拖动的负载、变动负载、断续负载和短时负载,变频器的容量应按运 行过程中可能出现的最大工作电流来选择,即 INIMmax 式中 IN变频器的额定 电流 IMmax 电动机的最大工作电流 11.3 技术参数 输入频率(Hz) 45Hz 到 55Hz 输入功率因数 0.95(20%负载) 变频器效率 额定负载下0.96 设计说明书 38 输出频率范围(Hz) 0.5Hz 到 120Hz 输出频率分辨率 (Hz) 0.01Hz 过载能力 120%一分钟,150% 立即保护 模拟量输入 010V/420mA,任意设定 模拟量输出 两路 010V/420mA 可选 加减速时间 0.1 到 3000s 控制开关量输入输 出 可按用户要求扩展 运行环境温度 0 到 40 贮存/运输温度 -40 到 70 冷却方式 风冷 环境湿度 90%,无凝结 安装海拔高度 1000 米 防护等级 IP20 3KV 系列 变频器型号 A03/050 A03/150(含) A03/150 A03/300(含) 变频器容量 (KVA) 250 750 750 1500 适配电机功 率 (KW) 200 600 600 1250 额定输出电 流(A) 50 150 150 300 额定输入电 压(V) 3000V10% 外型尺寸 (mm) (WHD) 390024801200 (39005400) 24801200 重量(Kg) 3000 5000 5000 7300 设计说明书 39 6KV 系列 变频 器型号 A06/025 A06/050(含) A06/050 A06/170(含) A06/170 A06/220(含) A06/220 A06/400(含) 变频 器容量 (KVA) 250 500 500 1750 1750 2200 2250 4000 适配 电机功率 (KW) 200 400 400 1400 1400 1800 1800 3200 额定 输出电流 (A) 25 50 50 170 170 220 220 400 额定 输入电压 (V) 6000V10% 外型 尺寸(mm) (WHD) 360024801200 39005100 )24801200 490024801200 (540072 00) 24801200 重量 (Kg) 3500 4200 4200 6000 6000 8000 8000 12000 10KV 系列 变频 器型号 A10/010 A10/050(含) A10/050 A10/110(含) A10/110 A10/220(含) A10/220 A10/400(含) 变频 器容量 (KVA) 250 780 780 2000 2000 3800 3800 6250 适配 电机功率 (KW) 200 630 630 1600 1600 3000 3000 5000 设计说明书 40 额定 输出电流 (A) 10 50 50 110 110 220 220 400 额定 输入电压 (V) 10000V10% 外型 尺 (mm) (WHD) (420048 00) 24801200 570024801200 680024801600 (800090 00) 24801600 重量 (Kg) 4000 5000 8000 9500 12000 12000 18000 综合考虑各种因素后确定选用 VFD-M 型变频器 第十二章 电机的选择 12.1 电动机的介 绍 电动机是把电能转换成机械能的设备,分布于各个用户处,电动机按使用电源不同 分为直流电动机和交流电动机,电力系统中的电动机大部分是交流电机,可以是同步电 机或者是异步电机(电机定子磁场转速与转子旋转转速不保持同步速) 。 设计说明书 41 它是将电能转变为机械能的一种机器。通常电动机的作功部分作旋转运动,这种电动机 称为转子电动机;也有作直线运动的,称为直线电动机。电动机能提供的功率范围很大, 从毫瓦级到万千瓦级。电动机的使用和控制非常方便,具有自起动 、加速、制动、反转、 掣住等能力,能满足各种运行要求;电动机的工作效率较高,又没有烟尘、气味,不污 染环境,噪声也较小。由于它的一系列优点,所以在工农业生产、交通运输、国防、商 业及家用电器、医疗电器设备等各方面广泛应用。 各种电动机中应用最广的是交流异步电动机(又称感应电动机 ) 。它使用方便 、运 行可靠 、价格低廉 、结构牢固,但功率因数较低,调速也较困难。大容量低转速的动 力机常用同步电动机(见同步电机) 。同步电动机不但功率因数高,而且其转速与负载大 小无关,只决定于电网频率。工作较稳定。在要求宽范围调速的场合多用直流电动机。 但它有换向器,结构复杂,价格昂贵,维护困难,不适于恶劣环境。20 世纪 70 年代以后, 随着电力电子技术的发展,交流电动机的调速技术渐趋成熟,设备价格日益降低,已开 始得到应用 。电动机在规定工作制式(连续式、短时运行制、断续周期运行制)下所能 承担而不至引起电机过热的最大输出机械功率称为它的额定功率,使用时需注意铭牌上 的规定。电动机运行时需注意使其负载的特性与电机的特性相匹配,避免出现飞车或停 转。电动机的调速方法很多,能适应不同生产机械速度变化的要求。一般电动机调速时 其输出功率会随转速而变化。从能量消耗的角度看,调速大致可分两种 : 保持输入 功率不变 。通过改变调速装置的能量消耗,调节输出功率以调节电动机的转速。控制 电动机输入功率以调节电动机的转速。 12.2 电机的选择原则 电机的选择一般包括选择电动机的类型、电动机的功率及额定转矩等。其具体思路 如下:首先,选择电动机的类型,然后比较电动机的机械特性与负载特性,看它们是否 吻合,并在此基础上检查是否满足调速范围与精度,顺便考虑一下经济性的问题,如果 以上各个方面均满足,接下来,我们便可以开始计算电动机功率,进行起动转矩过载倍 数及加速转矩校验、发热校验等。如过发热校验不通过,可以减小功率数或改用 FSN 小 的电机。或者,在满足加速度要求下,看能否通过减小加速转矩来满足上述要求。最后, 再作出具体决定。 步进电机的选择 步进电机有步距角(涉及到相数) 、静转矩、及电流三大要素组成。一旦三大要素确定, 步进电机的型号便确定下来了。 1、步距角的选择 设计说明书 42 电机的步距角取决于负载精度的要求,将负载的最小分辨率(当量)换算到电机轴上, 每个当量电机应走多少角度(包括减速) 。电机的步距角应等于或小于此角度。目前市场 上步进电机的步距角一般有 0.36 度/0.72 度(五相电机) 、0.9 度/1.8 度(二、四相电 机) 、1.5 度/3 度 (三相电机)等。 2、静力矩的选择 步进电机的动态力矩一下子很难确定,我们往往先确定电机的静力矩。静力矩选择的依 据是电机工作的负载,而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种。单一的惯性负载和单一 的摩擦负载是不存在的。直接起动时(一般由低速)时二种负载均要考虑,加速起动时 主要考虑惯性负载,恒速运行进只要考虑摩擦负载。一般情况下,静力矩应为摩擦负载 的 2-3 倍
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