1872_Gw40型钢筋弯曲机的结构设计与运动分析
1872_Gw40型钢筋弯曲机的结构设计与运动分析,_gw40,型钢,弯曲,曲折,结构设计,运动,分析
开题报告表课题类型:(1)A工程设计;B 技术开发;C软件工程;D 理论研究;(2)X真实课题 ;Y模拟课题 ;Z虚拟课题;要求(1),(2)均要求,如 AY,BX 等课题名称 Gw40 型钢筋弯曲机的结构设计与运动分析课题来源 黄河旋风股份有限公司 指导教师 王良文 课题类型 AX专 业 机械设计制造及其自动化 学生名称 葛文会 学 号 080105019开题报告内容: (调研质料的准备, 设计的目的, 要求, 思路与预期成果; 任务完成的阶段内容及时间安排; 完成设计( 论文) 所具备的条件因素等.)一. 资料的准备:1,了解黄河旋风有限公司的产品 G40 型钢筋弯曲机的有关性能,参数,以及特点.2.上网查询国内外有关钢筋弯曲机的发展情况,比较同类产品,在设计参数,结构,性能,等方面的差别,综合了解不同产品各自的特点.为下一步的设计做准备.3.查阅有关钢筋弯曲机方面的论文,了解理论及实际生产方面钢筋弯曲机的发展情况.4.查阅有关钢筋弯曲机结构设计方面的近期发表论文,了解最新成果.二. 目的, 要求, 思路与预期成果:设计目的:设计用于建筑工程中的 Gw40 钢筋弯曲机.设计要求: 1)全面了解 Gw40 型钢筋弯曲机.2)建立运动分析模型 ,对于运动过程中的位移.速度,设计准则做全方位的分析计算.3)确定工作方案并完成对钢筋弯曲机的 V 带,齿轮 ,蜗轮蜗杆,轴等的设计.4)设计整体结构,并画出结构图及部件图 .三, 任务完成的阶段内容及时间安排:第一周 熟悉任务, 学习弯曲机的工作原理.第二周 毕业实习查资料,写文献综述,外文翻译.第三周 至 第五周 推导相关公式,完成结构分析与设计分析第六周 至 第八周 完成结构图设计第九周 完成说明书的编写.第十周 至 第十一周 设计审核并修改.第十二周 准备答辩.指导教师: 日期:黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 ( 文 献 综 述 ) 第 1 页Gw40 型钢筋弯曲机的结构设计与运动分析综述1 引言钢筋弯曲机是钢筋加工必不可少的设备之一,它主要用于各类建筑工程中对钢筋的弯曲钢筋弯曲机通常与切断机配套使用,其应用十分广泛随着国家投资拉动的效果显现,尤其是国家大力开展高铁的建设,钢筋弯曲机的生产销售增长迅速与其他的钢筋切断机、弯箍机、调直切断机的的情况类似,河南省长葛市已经形成了该类机械的生产基地国产产品大多能满足使用需求,但也有一些产品的质量不能满足国家标准的要求河南长葛本地的钢筋弯曲机生产现状与质量水平反映了国产钢筋弯曲机的现状 1.2 钢筋弯曲机产品结构各厂家的钢筋弯曲机的构造基本相同钢筋弯曲机的传动方案有以下2种:“带一两级齿轮一蜗轮蜗杆传动”和“带一三级齿轮传动” 2采用蜗轮蜗杆传动的钢筋弯曲机,其传动效率不如齿轮传动的弯曲机也就是说,在同样的驱动电机功率条件下,齿轮传动的弯曲机弯曲同直径的钢筋显得更轻松但蜗轮蜗杆传动的自锁特性,使工作中弯曲的定位精度会更高些目前,以“带一两级齿轮一蜗轮蜗杆传动”方案的弯曲机的生产、应用较为普遍,市场占有率高在这2种传动方案的钢筋弯曲机中,工作面板以上的部分相同图1为应用最多的“带一两级齿轮一蜗轮蜗杆传动”的弯曲机的结构黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 ( 文 献 综 述 ) 第 2 页3 钢筋弯曲机产品质量差异目前,机械传动类钢筋弯曲机的结构与生产工艺已经非常成熟各个厂家产品的质量差异主要体现在以下几点:1)各个厂家的机箱的造型及用料有较大的差异用料太少的钢筋弯曲机,设备的整体刚性太差,外型也缺乏美感2)仅有少量厂家注重工作圆盘及其他附件的表面质量,将工作圆盘及其他附件进行了镀层处理,将各插孑L采用橡胶套堵封3)有些钢筋弯曲机的生产厂家,配用非标生产的电机这些电机的输出功率偏小,在连续工作中容易起热,无法弯曲标定直径的钢筋4)传动系统的齿轮、蜗轮蜗杆等,在加工质量,材料的选用,热处理工艺等方面有差异5)大量厂家的弯曲机不注意外观涂装质量,少量厂家采用喷塑处理的方式,外观视觉效果还不错4 弯曲机技术的发展与改良方向4.1 轻量化设计通过轻量化设计,可以节省资源,有效地降低弯曲机的生产、运输成本,提升产品的性价比及市场竞争力钢筋弯曲机的轻量化设计技术,主要有以下几点:1)采用有限元技术对蜗轮变速箱体或者齿轮变速箱体进行轻量化 3钢筋弯曲机蜗轮变速箱体或者齿轮变速箱体的制造成本在整机的成本中占有较大的比重如果能够进一步减轻其质量,不仅能够节约生产成本,也可以使面板的材料变薄若缺乏精确的理论数据,将蜗轮变速箱体或者齿轮变速箱体盲目去重,有可能出现产品的箱体在使用过程中开裂目前,蜗轮变速箱体或者齿轮变速箱体的材料大多采用铸铁,通过建立有限元分析模型可以在不需要制造出箱体实体的条件下,得到箱体的受力分析结果并根据这些结果对箱体进行优化,改进结构的几何参数通过减轻产品的质量而降低生产成本,这对于提高产品的竞争力非常有益2)对传动系统的齿轮传动优化在钢筋弯曲机的设计中,可以对其传动系统的齿轮传动进行优化 4采用以齿轮传动的总中心距最小为目标函数,通过优化技术来获得满足传动要求的各齿轮参数该类问题采用Matlab提供的有关优化函数工具箱很容易求解优化设计模型的约束条件主要包含性能约束及边界约束建立的性能约束主要包括:齿根弯曲强度要求;齿面接触强度要求等边界约束包括:根据传递扭矩估计出的齿轮副模数的范围;综合考虑传动平稳、轴齿轮的分度圆直径不能太小等因素,估计传动大齿轮的齿数范围、传动比范围等;设计中要保证高速级黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 ( 文 献 综 述 ) 第 3 页大齿轮与低速级轴不发生干涉条件等3)对传动系统的蜗轮蜗杆结构进行优化对钢筋弯曲机进行轻量化设计也可以通过对传动系统的蜗轮蜗杆结构进行优化来进行 5 在保证相同承载能力条件下,取蜗轮和蜗杆中心距最小作为目标函数该模型下的约束条件同样包含性能约束及边界条件约束性能约束包括:蜗轮齿面接触强度的要求;蜗轮齿根弯曲强度的限制;蜗杆刚度的限制边界条件约束包括:蜗轮、蜗杆的齿数范围;蜗轮、蜗杆模数范围;蜗杆直径系数的范围等同样可以方便地利用Matlab提供的有关优化函数工具箱或者其他的优化求解技术,对该模型进行优化求解4.2 发展新的品种发展新的品种包含同类传动方式的大型化、开发新的传动方式及扩展功能1)同类传动方式的大型化目前的钢筋弯曲机主要是GW40型,有极少量GW50型从产品的投入产出看,生产大型的钢筋弯曲机效益更明显多生产GW50型的弯曲机、适量开发能够弯曲更大钢筋的弯曲机是个方向在大型化的过程中,驱动系统、电机、工作盘等的协调是关键2)开发新的传动方式上述结构的国产钢筋弯曲机大多采用电机为动力,也有一些其他动力的弯曲机,如采用柴油机或汽油机驱动的钢筋弯曲机采用液压驱动,将改变上述弯曲机传动结构目前,主要由广东的几个厂家生产如某厂家生产的W-40型,可以弯40 mm直径的螺纹钢,采用双联变速油缸,有2档速度采用液压驱动,通过对液压系统的控制,可以使设备更方便地实现更多的功能但如果系统出现故障,则维修困难受设备使用者素养的限制,这类结构的使用尚不普及3)扩展功能钢筋弯曲机、切断机、弯箍机通常是配套使用的,在同台设备上实现多种功能,是技术的发展方向之一通过在原钢筋弯曲机的工作盘上固定圆盘,并在插座板位置安装燕尾槽,在燕尾槽内嵌入带有固定芯轴的滑动体,弯l曲机的功能就可以扩展为能够弯弧 6-7.采用液压传动的钢筋弯曲机,可以设计为既可以弯钢筋,又可以弯圆箍 8 但这样的传动已经与常用的钢筋弯曲机不属于一类机型,结构更复杂也有个别厂家生产液压钢筋弯切机,在一台设备上实现钢筋的切断与弯曲功能采用纯机械传动,实现钢筋的切断与弯曲功能,则设备体积偏大应该说,在一台设备上实现钢筋的切断与弯曲功能,在某些场合体现了一定的优越性尤其是对设备的使用量黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 ( 文 献 综 述 ) 第 4 页要求不大,但要实施对钢筋切断与弯曲的如一种WQ一32Y型液压钢筋弯切机,采用二三速变换、半自动操控、自动复位,弯曲角度无级调整,并可以在2个设定角度间快速转换4.3 自动控制角度钢筋弯曲机的开发开发自动控制角度钢筋弯曲机是一个方向也是钢筋弯曲机走出国门、参与国际竞争的关键设计制造简单可靠的角度控制系统是关键,在钢筋弯曲机上,开发完善角度控制系统,可以使钢筋弯曲机与钢筋弯箍机的功能相重叠为了钢筋弯曲机工作后可以自动归位,可以采用离合器单向传动技术,并通过扭力弹簧使工作盘归位 9 文献1O介绍了一种自动角度钢筋弯箍机,结构十分典型,对改造现有钢筋弯曲机的结构有重要参考意义其主轴传动示意如图2.为实现工作圆盘转动角度控制,结构上通过旋转手轮驱动锥齿轮,锥齿轮与接近开关安装板固联,从而调整接近开关安装板的位置安装板上安装接近开关,主轴上固联有遮光板工作中,当动力驱动主轴转动时,遮光板随之转动;当遮光板运动到接近开关的位置时,接近开关将发生控制信号的改变,从而控制电机的运动采用该原理设计自动角度钢筋弯曲机,要注意的问题是接近开关的寿命、工作圆盘的准确复位等此外,对不同直径的钢筋,当工作圆盘的转角相同时,成型角度有较大的差异当然也可以采用数控技术控制电机的运动角度,从而实现对工作圆盘的转角控制,进而控制钢筋弯曲角度 11 采用数控技术控制钢筋弯曲机,关键是提高控制系统的可靠性与降低设备的制造成本黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 ( 文 献 综 述 ) 第 5 页4.4 涂装质量及其他 目前的国产钢筋弯曲机已经批量出口到东南亚、非洲、中东、俄罗斯及其他独联体国家涂装质量的要求随出口地的不同有所区别在产品出口中,要特别注意产品在海上运输中防止其受海水的 腐蚀由于钢筋弯曲机单机的价格不高,国内很多厂家对涂装及包装质量重视不够,这不利于出口.由于各厂家生产的能够出口的钢筋弯曲机的内在质量差距不大,所以产品的外型及涂装质量对外销有直接的作用黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 ( 文 献 综 述 ) 第 6 页5 具体优化设计内容基于 Matlab 的齿轮传动优化设计。Matlab 是美国 Mathworks 公司推出的用于科学计算的可视化软件包。其方便、友好的用户环境,强大的扩展能力使许多领域的科学计算和工程应用节省时间、降低成本、提高效率。本文所介绍的是应用Matlab 对齿轮传动进行优化,这里介绍了从建立目标函数、确定约束条件到编制Matlab 程序以及对程序进行调试运行的整个过程。基于啮合角函数的平面共轭齿廓凹凸性判断计 12。提出基于啮合角函数的平面共轭齿廓凹凸性判别方法给出六项判据根据这些判据,无需求解齿廓方程,由啮合角函数直接判别共轭齿廓凹凸性为设计高性能的齿轮齿廓提供了新途径。现在已经出现了,利用一个简单的程序调用齿轮理论,来描绘环状渐开线- 牙齿形类型的齿轮的情况。这种球形渐开线齿轮有两层的自由度,在原有自由度的基础上又获得了一个转动自由度。对球形渐开线的分析可以描绘为以下两个步骤。首先, 齿轮理论是用于在传统理论上获得发展的基础。其次,改革中获得的自由度用来替换关于一个轴的一个角度。 基于这二个步骤, 一个有弧形齿形和两层自由度的齿轮的数学模型产生了。 把已有数学模型在程序中进行分析,这里需要一个软件包提供必需的切断路径,在齿轮的生产过程中同时需要计算机辅助软件的帮助 13。科学技术和生产力的发展已经要求齿轮传输表现的逐渐比较高需求。 影响动态的齿轮表现的主要因素是被以网捕捉的齿轮形式牙齿描绘。为了改善齿轮的传输表现,在 1990 年代早期内被称为 LogiX 齿轮的一个新类型的齿轮被发展。 然而,对于那里保持许多未知的理论上的和实际的问题被解决的这个特别类型的齿轮。在这一张纸中,这个新类型的齿轮设计原则更进一步被学习,而且它的牙齿描绘的数学组件推论。在牙齿的这一个类型的形式方面的影响力描绘和轮廓对于 LogiX 叁数被提供的齿轮它的叁数被讨论的固有基本的它网孔表现,和合理的选择。如此关于 LogiX 齿轮的资讯被发展而且使富足的理论上的系统。 这一项研究挤入得最重要现代运动的传输产品的负荷能力,小型化和耐久性的进步 14。 关于淬火后表面硬度变化的圆筒筒形齿轮的研究 15。1.对不同叁数的齿轮在热处理之前后法向精度的分析表明,热处理之前后齿轮的法向精度发生了大的变化。这使使用少数的样品解决不同的制造问题是可能的。在热处理后齿轮的精密度减少 1 2 个等级。常态化合接合 ( 特别是瓦斯接合) 对弄歪以至毁坏齿轮影响最大。黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 ( 文 献 综 述 ) 第 7 页在常态化之后,歪曲率高达 30% 。利用溶盐和碱的热处理不仅减少齿轮的毁坏而且能减少歪曲。然而,当刻度不被变的时候, 获得较多齿轮的大小不变是可能的。一些被发现的关系决定通常的常态长度和直径使之在热处理前后之间的连结不变是可能。因为,大部份的齿轮,是在热处理之后选择大小和型号而且是在错误的散布极限里面的。 我们也用毁坏系数作为这这一标准。调查结果表明允许了我们在热处理后增加牙齿形齿轮的模数,以提高38% 的精密。 关于齿轮传动计算机辅助设计系统的研究 16 。针对渐开线圆柱齿轮减速器的研究开发了齿轮参数设计、分析计算及计算机绘图的计算机辅助设计系统,为齿轮设计和生产提供一个高效、实用、准确、可靠的设计及绘图工具。齿轮作为最重要的基础传动部件被广泛地应用于机械、冶金、石化、煤炭、水电等行业。在齿轮箱设计和生产过程中,需要大量的分析、计算和绘图工作,采用现代设计方法可彻底改变过去依靠手工计算和绘图时的效率低、易出错等局面,使齿轮设计人员借助计算机及相应软件可迅速、高效、准确地进行设计方案的确定、比较、分析和绘图;为生产企业以高技术、高质量、低成本占领市场提供技术保障。齿轮参数设计通用多级齿轮传动参数设计是齿轮传动设计的一个重要方面。本系统提出了通用平行定轴圆柱齿轮传动参数优化设计方法。利用该系统可方便地完成渐开线圆柱齿轮减速器的齿轮参数设计、零件的强度计算、齿轮的许用功率计算、滚动轴承的寿命计算及齿轮、轴、端盖、键、套筒和系列齿轮箱箱体图、总装图的绘制工作。关于一种简便的齿轮传动等强度优化设计方法 17。根据等强度优化理论,通过分析齿面接触疲劳强度和齿根弯曲强度的内在联系,引进复合齿形系数和齿数算子的概念,提出了一种能直接求得齿轮传动优化参数的简便方法。将该方法用于二级或多级齿轮减速器的优化设计,其优化过程更为直观、清晰,编程更为简单、快捷。齿数算子前言在进行齿轮传动设计时,一般总是希望齿轮的尺寸最小,承载能力最大,亦即要求齿轮的材料利用率最高;同时,从改善传动的平稳性、减少磨损和胶合的可能性、提高加工效率等方面考虑,还要求在满足弯曲强度的前提下,选取较小的模数和较多的齿数。为达到此目的,可利用各种优化方法对其进行优化设计。6 结语钢筋弯曲机的生产批量巨大,技术也较为成熟只有不断改良技术,才能进一步提高产品的性价比,增强市场竞争力本文讨论的改良方向对于提高同类产品,如钢筋调直机、钢筋弯箍机等的质量,有一定的启发意义黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 ( 文 献 综 述 ) 第 8 页参考文献:1 王良文,陈学文国产钢筋切断机的生产现状与改良方向J建筑机械技术与管理,2009(3):83.2 王良文,王新杰,李荣华,钢筋弯曲机传动方案的比较与选择J郑州轻工业学院学报:自然科学版,200318(4):453 王良文,尚欣,黄书明基于ANSYS的钢筋切断机机体的有限元分析J_建筑机械化,2006(7):24.4 王良文,郭志强,王俊涛,基于Madab的钢筋弯曲机齿轮传动系统的优化设计J.建筑机械,2008(4):83.5 王良文,陈学文,李安生基于Matlab的钢筋弯曲机蜗轮传动系统的优化设计J, 建筑机械化,2009(3):40.6 赵金喜,杨丽江,谢之钢筋弯曲机的改造J建筑工人.2004(4):54.7 王艳敏,钢筋弯曲机的改造及应用河北煤,2004(4):548 张海南,王金生,徐合生新型半自动液压钢筋弯曲机设计J.成组技术与生产现代化,2007,24(2):62.9 徐灵根,张美娟,申来明.新型刻度盘式自动归位钢筋弯曲机设计J.浙江水利水电专科学校学报, 2OO618(2):361O王良文,武燕,-6俊涛,等GWG20型自动角度钢筋弯箍机J建筑机械,2006(8):96.11 樊小彬,冯清秀,汤漾平,等一种加工钢筋棒料的新型数控弯曲机J锻压装备与工业炉,2003(1):3512 Seol L H, Litvin F L. Computerized Design, Genera-tion and simulation of meshing and contact of modified involute. KlingeInberg and Flender Type Worm-Gear Drives. Journal of Mechanical Design, ASME, 1996, 118(12): 551555.13Ts2NSh reducing gear for oil well pumps with gear case lubrication of the bearings Publication: Chemical and Petroleum Engineering (Historical Archive) . Authors: I. K. Karaev, A. M. Rabinovich, M. A. Guseinov, et al. Publisher: 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 ( 文 献 综 述 ) 第 9 页Consultants Bureau, An Imprint of Springer Verlag New York . Recency: Volume 17, Number 9 Pages: 491 - 493.14Study on the design principle of the LogiX gear tooth profile and the selection of its inherent basic parameters Authors: Feng Xianying, Wang Aiqun, Linda Lee . Publication: The International Journal of Advanced Manufacturing Technology . Recency: Volume 24, Numbers 11-12 Pages: 789 79315Deformation of case hardened cylindrical gears during heat treatment Publication: Metal Science and Heat Treatment (Historical Archive) Authors: V. P. Ponomarev .Publisher: Consultants Bureau, An Imprint of Springer Verlag New York LLC. Recency: Volume 8, Number 7 Pages: 546 - 550 .16刘忠明,袁和相,杨寿夜等.齿轮传动计算机辅助设计系统的研究.机械传动,1998,01:1719.17王云,洪家娣,杨树军等。一种简便的齿轮传动等强度优化设计方法 机械设计与研究, 1998,03:1417. 毕业设计文献综述院 ( 系 ) 名 称 工 学 院 机 械 系专 业 名 称 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化学 生 姓 名 葛 文 会指 导 教 师 王 良 文 2012 年 03 月 10 日黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 ( 文 献 翻 译 ) 第 1 页基于三维静态磁场分析技术研究超小磁阻式传感器测量系统在这项研究中,提出了一种建模过程中一个超小铁磁构件的磁电阻(GMR)传感器系统的概念。模型的目标是为高度集成的灵巧机器人的手设计合适的角度传感器系统。当其他磁场干扰主要的领域时,一个3 D的静态磁场分析建模是用来避免被过多的磁性强度和定向障碍损坏传感器。利用有限元结果,适当的形状和大小的铁磁组件进行了比较和优化。一个简化的信号处理电路也是如此给出了超小GMR传感器系统。 最后实验结果表明角精度小于1只有剩余偏移补偿超小GMR传感器系统的表达式。揭示了在理想尺寸下集成经验带来的挑战以获得所需的能力。1。介绍一般来说,在各种不同的应用领域中进一步系统小型化肯定会创造一个连续的要求缩小的传感器函数1。当发展传感器测角信号微型系统时,显而易见,基本传感器有很多的局限性和缺陷(如大小,工作距离、准确性和抵消)来阻碍设计师完成所要求的规格。提高传感器的基本性能,其中的一种选择是去尝试提炼传感器本身使用更好的材料,生产方法等。这种选择一般一个比一个昂贵。另一种选择是将传感器放入系统,这个系统具有独特提高传感器性能的目的。一个传感器的研制重要趋势是已进入传感器系统2。因此,对于微机电系统(MEMS)的整合以及其他高度综合系统而言,进一步的缩放传感器系统是必须的。作为一个磁场传感器,与其他种类的传感器相比GMR传感器提供了几个主要优点(例如灵敏度高、非接触式缩微尺寸安装和无损耗工作)3,4。然而,磁场感应系统不可避免地包含应用铁磁要求部分5。这些铁磁元件目前作为传感器本身的一部分,如在GMR传感器。这种传感器系统的结构是相当复杂的,他们的综合困难:如GMR传感器存在的问题,包括铁磁安装组件装配空间有限,以及工作铁磁构件和GMR之间的距离传感器芯片上,通常是1.5毫米或更久6 -8。注意,如果工作距离较小的情况下,磁性由铁磁构件强度通常是如此强大,它可以打破了它压层,这样的吗永久损坏传感器的元素。此外,独立于它们的源头GMR的传感器桥实际上转换为任何领域的方向对双组分信号9.当增加第二个磁场到主要领域时,产生的领域都重叠可能会导致严重的方向的角测量错误。这两个约束阻碍黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 ( 文 献 翻 译 ) 第 2 页了应用GMR传感器的高度集成的领域。在这项研究中,超小GMR传感器系统只有0.5毫米的工作距离,并推导出了由其他磁场迷失方向,避免了补偿根据三维静态磁场分析技术。本文首先介绍了GMR的概念传感器和有限元模型。其次,形状铁磁构件和大小进行了比较优化利用三维静态磁场分析结果。然后一个简化的信号处理电路连接方法。最后获得的实验结果与理论结果相比较。2。GMR传感器概念巨大的磁电阻很大的改变意味着在磁性多层膜超薄电阻。这基本GMR教材建设包括一个压层和一个自由层,自由层会受磁场的影响。一个应用磁场足够的大小,范围大于饱和度领域的自由层和小于对峙领域为压层,将迫使自由层磁化跟随它在旋转。有一个固定的参层磁化和一个同步跟踪自由层磁化,相对于静止转子传感器,磁电阻是一个简单的余弦功能的角度。电阻R和一个自旋阀是相关的h之间的角度自由而磁压层在接下来的方程R/Rp=1+1/2GMR(1-cos) (1)当两个磁化平行时,Rp是最小的阻力,GMR是最大的阻力.角度传感器是用来结合平面永磁绑在一个活动轴(转子),如图1。永磁磁化后生成一个领域,这个领域是平面上的传感器芯片和旋转的轴。这一领域使自由层磁化和转子旋转同相位。因此,输出信号是角的正弦函数。由于永磁、传感器设计和他们相同的轴向结构 , 磁铁及传感器间的距离 ,或工作的距离,确定了作用于自由层 SV电阻器的磁场大小和分布。这基本要求的工作距离是作用于自由层最低的场是足够大的能够使其饱和,最高的场不会破坏参考层7.图13。有限元建模(FEM)黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 ( 文 献 翻 译 ) 第 3 页有限元建模的方法是基于离散化的解决方案将领域分成较小的地区。程序将使用麦克斯韦方程组为电磁场分析的基础。在磁的静校正问题,未知的数量(自由度)通常是磁矢量,并且用多项式的形函数的方法估计。其他磁场数量如磁场通量密度、磁性强度,电流密度、能源、力量、损失、电感和电容源自于自由度10。元素的尺寸必须有足够小提供足够的11精度。通过这种方式,微分方程组连续的问题可以转化为一个系统代数方程组为离散问题。这实际问题常需要几千未知的。然而,合适的数值技巧被开发了,能够在合理的时间解决这类系统,即使在个人电脑上使用。作为一个高度集成的机电系统,机器人手必须完成复杂的任务,例如好的操纵,经常需要获得足够的准确的角信号来实现一些控制策略12。因此在传感器系统中摆角传感器是一个非常重要的角色,传感器系统及其信号精度直接影响控制效果。具有灵敏度高、缩微尺寸GMR传感器非常适合高度集成系统,像DLR/HIT五指灵巧机械手。如上文所述,尽管GMR传感器有益处,但在高度集成应用中仍然有一些缺陷。因为在高度综合的系统工程中,它没有足够的空间来安装传感器和永久的磁铁,然后传感器系统设计应充分利用有限的空间。例如,在DLR/HIT五指灵巧机械手中,轴传感器和GMR晶片表面的距离只有0.5毫米(如图2)。通过机器结构,有两种类型的永磁体的运动轨迹可以嵌入到轴结束。一个圆柱体、另一个是立方体。为了确保足够的力量和避免的干扰,直径的圆柱永磁体的运动轨迹应小于或等于2.5毫米,立方体永磁应的长度小于或等于6毫米,双方厚度应小于或等于1毫米。面对有限的空间的问题和精确的角度信号需求,并考虑成本和时间对传感器的发展来说,先生产永磁然后通过测量仪器测量它是不行的。因此,我们提出了一个有效的方法:采用三维静态磁场分析技术设计的类型的永磁来保证适当的方向和大小的磁场领域。黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 ( 文 献 翻 译 ) 第 4 页图2为了不扰动磁场,动轴是采用非磁性不锈钢材料。那么模型可以简化,只有永久性的磁体进行了分析,分析计算的负担大大减轻了。这里分析的永久磁铁是由NdFeB35材料,剩磁等于1.2340 T和抗磁力等于11339 / m。三维有限元分析的圆形永磁磁体模型和一个立方体是分别建立的,它们的空间磁化矢量分布也显示。图3(a)显示一个空间磁化矢量分布所产生的钢瓶永磁( 2.51mm),图3(b)代表一个空间磁化矢量分布产生的被一个立方体永磁(6 2 1mm)。从本图中,我们可以看出磁化矢量由立方体永磁比钢瓶永久性磁铁更平坦。这是因为这个立方体的长度永磁比钢瓶永久性磁铁。而GMR传感器芯片只有敏感芯片的平行层面,而不是吗波比晶片,所以立方体永磁体的运动轨迹比圆柱永磁申请吗GMR的传感器进行了论述。图3黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 ( 文 献 翻 译 ) 第 5 页然而,GMR材料不但要求方向磁化矢量的,但也需要在其工作范围内磁场强度的大小,这样可以避免传感器元素伤害和信号破坏。因此,分布磁性强度在有限的空间必须达到。幸运的是,3 D静态磁场分析技术可以让这些问题容易解决。在三维有限元软件的帮助下,我们获得三维磁场不同的永磁场分布类型。从单传感器芯片GMR号,我们知道工作范围都是从2388A/米到15920 A /米,即图4 ,5中的B和C。这意味着GMR的传感器芯片之间必须域B和C。图4显示一个空间分布的磁场强度级(上限飞机沿X = 0毫米和Z = 1毫米) 所产生的一个立方体永磁体的尺寸是6 2 1mm. 从图上, 就可以看出,大多数的GMR 的传感器芯片范围在超过工作范围的A和B。因此GMR传感器芯片无法正常工作,我们必须找到一个方法使GMR传感器芯片在其工作范围,即范围B和C。图4黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 ( 文 献 翻 译 ) 第 6 页图5众所周知,磁场强度的大小可以通过减小永磁体的宽度和厚度而减小。基于三维静磁性分析技术,其大小可以一步一步的减少直到足够的磁场强度.而不是首先生产不同尺寸的永久磁铁,然后测量方法,最后,获得大小合适的永磁(如图5所示)。从图,我们可以看出整体GMR传感器芯片范围是在B和C之间,因此尺寸(62 1)是正确的,它可以产生足够的磁性强度。此外,模拟结果可以把其它永磁体放在工作范围之外从而避免影响。而且它也可以用来成功地补偿数字图像处理的偏差。4。信号检测和处理以得到一个高的传感GMR的电阻变化信号的最好方式是建立一个单臂电桥和敏感的级差电压。在这种情况下,为获得最高的电阻变化两种截然相反的参考层是必要的(图6)。一座桥可以测量180 度角范围, 因此有必要建立两个正交桥梁检测的角度0360。在这种情况下,我们一共需要四个不同磁化方向,这些方向确定角度方向的测量和旋转芯片的方向。黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 ( 文 献 翻 译 ) 第 7 页图6与此有关GMR资料的百分比大约是5%。这意味着振幅输出信号太小而不能满足高角度检测精度的需要,所以一双模拟乘数和四个低通滤波器的信号检测电路是用来提取信号的振幅和它的阶段。该结构的优点是简单,低元件,低成本,体积小。以正弦信号为例,第一个低通滤波器有一个并联反馈电阻的电容器,所以电路在由公式Fc=1/(2 3dB)确定的3dB后有一个6dB. 输出电压下面这拐角频率由(2)式确定。 。这条电路可以被看作是一个在Fc之上很好分析的AC积分电路。然而,时域响应是一个一个单一的筋RC,而不是一个整体。由于偏置电流误差,并联组合的R3和R4的选用应等于并联组合R1和R2.放大器应该能够得到补偿,不论是增益的还是一个内部都可以使用的放大器. sin_ sin_12423.1outRRVV(2)第二个过滤器是一种低通滤波由C2和R5形成的,可以模拟将噪音减少到最少和有效的限制了系统的有效谱域。因此这个过滤器的截止频率由公式FRC=1/(2 R5 C2)确定.5。实验结果由上述解释的方法发展的超小GMR传感系统满足了角测量的要求,并且提高了DLR/HIT 5指机器人的水平.(如图七所示)黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 ( 文 献 翻 译 ) 第 8 页图7进行了实验来验证模型的正确性。一个恒定电压到桥(如图6),在一个共同的直流偏置一半的电压+ 3.3 v的作用下,输出电压Vsin_in 是正弦函数而且Vcos_in是一个在角度GMR传感器芯片和转动轴之间的余弦函数. 通过正弦余弦曲线和理论(如图8),输出信号被一个微控制器捕获并在0.5mm的工作距离绘制。误差测量值和理论值也显示在图9。曲线圆圈代表与正弦误差和曲线二乘余弦误差。图8图9黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 ( 文 献 翻 译 ) 第 9 页根据这两个测量值的四象限倒数切线函数,这个角通过测量正余弦函数而提取。得到的角度没有不连续或死角超过满360(显示在图10)。图10绝对的非线性的定义是:用一个统一的斜率表示偏离最佳线性的偏差。由于360的周期性ALL经常被选择。360度的一个旋转磁场测量结果表明在没有任何剩余的偏置补偿情况下ALL的误差是 6度。如图(10)一个二次谐波的ALL被观察(冲曲线),这种ALL类型的来源是偏模增益和非正交传感器轴线。 可以看到ALL周期性的重复。因此,一个周期位移误差可使用补偿测量信号。偏移补偿后,角误差(实曲线)是小于1,即满足需求角的测量5指机械手和许多其他的应用。6。结论基于三维静态磁场分析技术,超小GMR传感器系统只有0.5毫米的工作距离为DLR/HIT II 5指机器手最新开发的 .通过上述实验结果 ,GMR的传感器系统的输出特性都获得了,如测量范围、准确性、工作距离和可重复性。它也有微尺寸、结构简单、可靠性高的特点,所有这些,弥补了传统测量传感器的缺点,如体积大、复杂性、成本较高的问题,严格要求的工作环境和装配难度。这项工作也已经为进一步研究磁传感器可用于微传感器系统微机电系统(MEMS)的和高度整合的系统建立了一个好的基础。黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 ( 文 献 翻 译 ) 第 10 页参考文献1 基于壳聚糖纳米电子机械系统等问题 微机械电子学研讨会 2005 C.Hierold.C.Stampfer,T.Helbling,et al2 传感器微系统 第20界微电子国际研讨会 1995 R.S.Popovic,J.A3 磁敏传感器 汽车传感器与执行器应用 2001 C.P.O. Treuter4 鲁棒GMR传感器角检测和转速传感器与执行器 2001 C.Giebler,D.J5 磁传感器集成自我诊断 2006 Radivoje S.Popovic6基于磁连接使用电流环布局结构的传感器2008 G.Malinowski.M.Hehn.F.Montaigne7 360度旋转角度传感器SAF结构IEEE2005 D.X.Wang.J.Brown,T,Hazelton8 NVE公司AAV001-11磁传感器 20089基于磁阻角度传感器的研究 2006 W,Granig,C.Kolle,D,Hammerschmidt10永磁同步发电机基础上的有限元方法 材料加工技术 2005 T.Kefaias,G,Kalokiris,A,Kladas,et al11 永磁步进电动机数值分析 1978 T.Nakata.N.Takahashi.K.Yoneda12模块化多触觉DLR-HIT 机械原理 2007 H.Liu.P.Meusel,N.Seitz,et al黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 ( 文 献 翻 译 ) 第 11 页 毕业设计文献翻译院 ( 系 ) 名 称 工 学 院 机 械 系专 业 名 称 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化学 生 姓 名 葛 文 会指 导 教 师 王 良 文2012 年 03 月 10 日黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 I 页 摘要钢筋弯曲机是建筑工业常用的工程机械之一,主要用于各种型号的钢筋的弯曲,以用于工程在施工工地上。如何更有效提高机械生产效率,减少工人劳动强度,提高钢筋加工角度精度以及有更好的安全措施是钢筋制作中被普遍关注的问题。本文设计的GW40 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 836 螺纹钢筋弯曲成工程中所需的各种形状。本次设计先由两种典型的传动方案入手,分别对其传动精度和传动效率进行分析,从而选择传动方案。然后简单说明其主要的工作装置的设计。通过对钢筋弯曲所需扭矩的计算选择电动机,再初步确定其传动装置的运动和动力参数。最后分别对 V 带、圆柱齿轮、蜗轮蜗杆、轴等进行相关的设计和计算。通过此次对钢筋弯曲机的结构设计与运动分析,使我的理论和实际联系的更加紧密,丰富了实践经验,从中发现并弥补了好多自身不足之处,获益匪浅。关键词: 钢筋弯曲机;弯矩;主轴扭矩。黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 II 页 AbstractAuthor:gewenhuiTutor:wangliangwenSteel 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.I 640t 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.黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 III 页 目录1 绪论 .12 钢筋弯曲机的方案与选择 .32.1 引言 .32.2 典型的钢筋弯曲机传动方案 .32.3 钢筋弯曲机的传动精度 .42.4 钢筋弯曲机的传动效率 .53 弯矩的计算与电动机的选择 .73.1 工作装置的设计 .73.2 弯矩的计算 .113.3 电动机的选择 .123.4 计算传动装置的运动和动力参数 .124 V 带传动设计 .155 圆柱齿轮的设计 .175.1 高速级齿轮传动的设计计算 .175.2 低速级齿轮传动的设计计算 .196 蜗轮蜗杆的设计 .227 轴的设计 .247.1 轴的设计 .247.2 轴设计 .277.3 主轴的设计 .27结论 .29参考文献 .30
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