液压式钢筋钢管多功能加工机机械部分设计.doc

绪 论在当今的建筑施工现场，钢筋弯曲机，钢筋切割机，钢筋套丝机，钢管弯曲机，钢管切割机，钢管套丝机成为了必用必需的设备，但是工人一般使用的是机械式的钢筋加工设备，这样的设备不但占用的场地大，而且费力费时，同时没有安全保护措施，极易造成工人的受伤；有些虽然占地少，但是工序繁杂，不能同时加工出所须的钢筋用件，并且噪声大，不宜控制，鉴于以上的情况，有必要设计一种有液压系统统一提供动力的多功能钢筋钢管加工机械，可以适用于中小型建筑队，该加工机动作方便灵活，便于掌握，同时移动，安装简便可靠。不但可以实现一机多用，并且各功能互不干涉，不仅能节省生产机架的钢材，压缩成本，还能减少工件的输送时间，提高工作效率，这不仅对许多中小建筑单位有强大诱惑，而且对大建筑单位也有一定吸引力。但是如何才能高质量地设计出来，占领设计领域的制高点，这就要求我们能很快地理解掌握同类的产品的同时，消化吸收，再加以综合优化，才能完成。作为毕业生，毕业的课题就是对我们的一次综合考察，在综合应用了四年来学习的知识的同时，又对我们进行了一次系统的复习，对即将就业的我们也有很大的帮助！ 方 案 论 证本设计是进行液压式钢筋钢管多功能加工机械的机械部分设计，在此以前自己没有接触过建筑机械这方面的机器，刚开始时有点毫无头绪。通过自己收集资料听取老师同学的分析，最后进行吸收消化，提出了多种方案，通过对比，分析，找出适合要求的一种设计方案。作为钢筋混凝土结构的骨架，钢筋在构筑物和构件中起着极其重要的作用。因此钢筋机械是建筑施工现场和混凝土预制构件厂不可缺少的机械设备。当前工程上使用的钢筋种类很多，钢筋加工机械的种类也繁多，按其加工工艺可分为强化、成形、焊接、预应力等四类：（1）钢筋强化机械 土要有冷拉机、冷拔机、扎扭机等。其加上原理是通过对钢筋施以超过其屈服点的力，使钢筋产生相同形式的变形，从而提高钢筋的强度相硬度，减少理性变形。（2）钢筋成形机械 主要有调直机、切断机、弯曲机等，它们的作用是把原料钢筋，按照各种混凝土结构物所需钢筋骨架的要求进行加工成形。（3）钢筋焊接机械 主要有对焊机、点焊机、网片成形机、电渣压力焊机等用于钢筋成形中的焊接。（4）钢筋预应力机械 主要有电动油泵和千斤顶等组成的拉伸机和锻头机，用于钢筋预应力张拉作。本设计中只考虑钢筋的成形。在切割加工中,其切割方法有热切割和冷切割。一般的建筑中运用的机械为冷切割。冷切割是在常温下利用机械方法使材料分离。如：剪切、锯切、铣切、冲压和近年来发展的水射流切割等。（1）剪切主要用于板料的切割。（2）锯切 锯切所采用的主要刀具是锯条和锯片。锯条一般用碳素工具钢或合金钢制成并经热处理淬硬，切割时应根据被加工材料的硬度，选择锯条，锯割软材料或厚材料时，因锯屑较多，要求较大的容屑空间，应选用粗齿锯条；锯割硬材料或薄材料时，因材料较硬，锯齿不易切入，锯屑量少，不需要大的容屑空间，另外，薄材料在锯割中，锯齿容易被工件钩住而崩裂，需要同时工作的齿数较多，使锯齿承受的力量减少，并选用细齿锯条，一般中等硬度和厚度的材料选用中齿锯条。锯薄管时应将管子夹在两块木质的V型槽垫之间，以防夹扁管子，锯屑时，不能从一个方向锯到底。其原因是锯齿锯串管子内壁后，锯齿即在薄壁上切削，受力集中，很容易被管壁钩住而折断，应多次变换方向进行切削，每个方向只能锯到管子的内壁处，另外，在变换方向时，应使已锯部分向锯条推进方向移动，不能反转。（3） 铣削，砂轮切断 通过铣刀的转动来切断金属，盘踞也是铣削的一种，多用于切割小型工件或铣槽用。（4） 冲压冲压是使用磨具分离材料的一种基本工具，它可以直接制成零件或为其他冲击工序，如弯曲，拉伸，成型等准备毛坯，也可以在已经成型的冲压件上进行切口修边等。冲压设备选用机械压力机，中小型冲压件选用开式曲柄压力机，大中型冲压件选用闭式曲柄压力机。进行大批量生产一般采用高速自动压力机。冲压质量与凸凹模的相对间隙有关。间隙越小，冲材质量越高。通过以上分析可知，冲压既节省材料，其效率又高，但是考虑到在建筑施工现场不适合应用大的冲压设备，因此本次设计中钢筋钢管切割用剪切法。为了保证钢筋在混凝土结构中的相互连接，提高预制构件的强度。必须对钢筋进行配置，弯曲成设计图纸所要求的尺寸和形状这是钢筋加工中一道重要的加工工序。因此在钢筋加工机械中，钢筋弯曲机械同样是重要的钢筋加工设备之一。手工弯曲钢筋的方法，在一些现场工地中还经常被采用，这种方法具有投资小、设备简单等特点，但是劳动强度大、效率低等，一般仅在弯曲工序少或缺少动力设备的中小型建筑企业中采用。该设备应用到的是材料的弯曲变形，就是将胚料弯曲成所需形状的加工方法称弯曲变形。它分热弯和冷弯两种：热弯是将材料预热后进行的。冷弯是在常温将材料弯曲成型的。在建筑行业中，由于工件长，需用量大，一般用冷弯，对于管件，直径达于12毫米的管子一般采用热弯，直径小于12的管子采用冷弯。为防止弯曲部位发生凹瘪变形弯曲前必须向管内灌满干黄沙，松香，锯末等。并用轴向带小孔的木塞堵住管口。冷弯有压弯，拉弯，胎膜弯，扭弯等。压弯一般用来弯一定角度的尖角，其边是直的，弯曲时需一定形状的模具，这相应增加了其成本，拉弯原理与压弯原理基本相同，弯曲时通过用一定形状的模具顶住工件，然后用力拉工件两端，使工件弯曲成一定角度，这种弯曲方法加工效率高，适用于弯曲长度不大的工件，其弯曲角度也受到限制，常用于弯曲角度要求不高的场合。胎膜弯既可以弯直角，也可以弯圆角，但其加工效率底，弯曲精度不高。扭弯即可以弯圆角，也可以弯直角，但其顶角有一定的弧度，这种加工方法效率中等，但加工机构简单，加工方便。通过以上分析可知，扭弯适合一般建筑工地设备简单，加工方便的要求，故本次设计弯曲方法用扭弯。至于钢筋套丝机即钢筋螺纹连接设备的一种， 钢筋螺纹连接设备和工具主要有钢筋套丝机、量规、力矩扳手和砂轮锯等。目前常见的是用板牙加工的方法，搓丝在建筑施工中不符合其要求，因此本次设计采用板牙套丝的方法，同时还有辅助的夹具设备。最后在箱体这方面的设计主要依据是：符合强度要求的同时，又能方便安装。1 钢筋切削机构的设计建筑用钢材主要有碳素结构钢，优质碳素结构钢和普通低合金结构钢。在钢筋钢管的切割中，钢管采用双重切割法，即在切钢管的前一工序中先在预先要切断的地方刨一刨口，再冲切，以防在切断过程中钢管压角，同切钢管相比，切钢筋时的面积较大，切割力较大，该设计要使切割机能冲切断钢筋的同时也能切断相同切割面积的钢管。本设计以钢筋切断为设计依据，这样就能满足现代的建筑施工要求。1.1 明确设计要求进行工况分析在设计液压系统时，首先应明确以下问题，并将其作为设计依据。（1）主机的用途、工艺过程、总体布局以及对液压传动装置的位置和空间尺寸的要求。（2）主机对液压系统的性能要求，如自动化程度、调速范围、运动平稳性、换向定位精度以及对系统的效率、温升等的要求。（3）液压系统的工作环境，如温度、湿度、振动冲击以及是否有腐蚀性和易燃物质存在等情况。钢筋的切断工步应该是:无杆腔进油时,活塞杆快进;切刀碰到钢筋后活塞杆带动切刀慢速工进;切断钢筋后,行程开关控制电磁换向阀换向,有杆腔回油,活塞杆快速返回. 由于该机属于中小型建筑机械,系统压力范围为1018MPa.初定液压缸的设计压力为15MPa。 考虑各种阻力，设定切断缸的推力为439.6KN。由公式：D=3.57×10-2 （27）其中 FKN PMPa代入数据得液压缸缸筒内径D=3.57×10-20.193m由数据得知此缸用在该中型机械上显得较为笨重，如果使系统的压力升高，要换较大工作压力的液压泵，现在初步估算弯曲和套丝所需的工作压力和流量都较小，因此如果液压泵的工作压力选的过大，则会造成能源浪费和大马拉小车的现象，因此系统的工作压力暂定为15 MPa。回路拟用增压缸，对切断缸的工作压力进行增大，现在初步确定将系统的压力增大两倍。切断钢筋时工作台的运动参数和动力参数：查材料手册，切刀切直径40mm的钢筋时，切到35mm时，钢筋即可切断。活塞杆带动刀具运动时，受到密封阻力、导轨摩擦阻力、以及回油背压造成的阻力等，由于很多数据没有确定，现在适当把液压缸的输出推力适当增大至439.6KN。表2-4 工作台的运动参数和动力参数工况行 程（mm）速 度（m/s）时 间（s）工作负载（N）快进50.020.25439600工进350.013.5快退400.0411.2 切断力的计算根据钢筋及预应力机械应用技术P52中提供的计算公式，钢筋切断力 (N) （1.1.1）式中 d-钢筋直径 mm -材料抗剪切极限强度 N/ 在建筑施工技术一书中可查：钢筋混凝土结构中所用的钢筋按其轧制外形分光面和螺纹钢筋，按生产工艺分热轧，冷拔，冷拉，热处理，碳素钢丝，刻纹钢丝和钢绞线等，按强度分五个等级，IIV为热轧钢筋，V级为热处理钢筋，按直径分：直径35称钢丝，612称细钢筋，大于12mm称粗钢筋。在建筑中混凝土用钢筋查最新实用金属材料手册可知其光面钢筋：用作销钉，圈簧，构件接头和支撑杆，其材料为ASTM A615，螺纹钢筋与混凝土共用提供抗拉强度或抗压强度，ASTM A706。钢筋混凝土用热轧带肋钢筋（螺纹钢筋）的直径，截面积，公称重量如表1-1。表1-1 热轧带肋钢筋的尺寸及公称重量：（GB149991）钢筋公称直径（mm）横截面面积（）公称重量kg/m850270395107854061712113108881415391211620111581825452002031422472238012982549093852861584833280426313610187994012579875019641542工程上最常用的光圆钢筋为HPB235级钢筋，最常用的带肋钢筋为HRB500牌号的钢筋III级钢筋。查资料知钢筋的力学性能如下表： 表1-2 热轧钢筋的机械性能（GB149984）：级别钢号直径屈服点抗拉强度伸长率 外形牌号I光圆钢筋A382523537025AY32850II变形钢筋20MnLi8253355101620MnNb285031549016III25MnSi84037557014IV40Si2MnVi10255408351040Si2MnVi2832表1-3 热轧带肋力学性能：牌号HRB33533549016HRB40040057014HRB50050063012HPB235（光圆）23537025试验表明，一般情况下材料的许用切应力与许用拉应力之间关系为剪切应力塑性材料 =（0. 60.8）脆性材料 =（0. 81.0）为钢材拉应力 对于钢材销钉许用承压应力=（1.72）查金属材料的力学性能，本设计中采用建筑中钢筋材料为HRB500的钢筋，直径为40mm，它的不小于630Mpa，暂取为630Mpa，其未退火状态下抗剪强度为310380Mpa，本次设计取 =0.6*630=378 Mpa，根据钢筋公称尺码，参照本设计的要求知钢筋切断机选取切断钢筋最大直径为40mm，有以上表可得其公称面积为1257mm2。钢筋切断力Q为 Q=A=1257×0.6×630=475.146KN1.3 刀具的设计在施工工地常用的钢筋切断方法是：先用钢筋切断机按要求长度（放出二次加工量）将钢筋切断，然后在砂轮上进行二次加工。这种钢筋切断方法作为滚压直螺纹的前一道工序有以下不足：（1） 二次加工延长了施工时间；（2） 多了一道工序，浪费了钢筋材料；（3） 砂轮高速旋转磨削产生热量，使钢筋断面因淬火而变硬；（4） 砂轮锯的噪音构成环境污染，不符合环保要求。 在钢筋切断机上使用常规切断刀片所切的钢筋截面是首先经过塑性变形后撕裂的，其刀片形状和钢筋端面形状如图示：刀片形状图 切断钢筋的截面形状由上图可知，刀片切削部分形状与剪扳机所用的刀片切削部分形状相同，而剪板机上所剪钢板的断面与钢板平面是不垂直的，钢筋也是如此。钢筋剪断后的形状线段12为钢筋塑性变形区，线段23为钢筋断裂区。直线形的刀片刃口，不能限制钢筋在周向和轴向的塑性变形，钢筋断面不能与钢筋的轴线垂直。因此，使用传统刀片所切断的钢筋，在滚压直螺纹前需要经过二次加工。由于以上原因，在刀片刃口上开一个与钢筋外径的相似和所切断的钢筋断面形状如图： 由上图可以看在使用了带有园弧的刀片剪切钢筋时，其断面没有发生塑性变形，断面近似垂直于钢筋的轴线，因此滚压直螺纹前的整形工序就可省略，而且钢筋外园上的肋也被刀片的圆弧槽压平，这样剥肋所用的刀片的寿命也相应提高。同时也可节约材料，这已经在北京国会大厦工地已经得到验证。因此，在该设计中，采用该形状的刀具，不但符合施工要求，节省材料，同时又提高工效，还可以提高切断刀片的使用寿命。具体如图示： 考虑到切断时力较大，因此把液压缸树直放置，活动刀片在下，让带有弧的刀片作为固定刀片固定在到刀架上，把液压缸固定在机箱底部的凸台上。由于刀架在导轨内运动，可能会产生摩擦较大，因此使刀架伸出的轴的中心线正好处于导轨的的中心，同时把刀杆与液压缸的活塞杆用螺纹连接，并为活动连接，具体见装配图纸。由于带园弧的固定刀片处于上部，如果没有一个支撑，被加工钢筋不会处于园弧之内，因此设计两个弹性支撑结构，该结构分布于切断机构前后两边，这样就可以让钢筋放在上面，以使钢筋切断处位于园弧底部，这样可以达到选用该刀具的目的，同时也减少切断时液压缸对整体机构的冲击力，从而达到最优效果。刀片的使用关键在于刀片的固定，任何情况下刀片不得松动，一旦松动，后患无穷，刀片间隙变大或变小，变大时切断力加大，钢筋断面出现马蹄形；变小时容易引起刀片互相碰撞，毁坏刃口；更重要的是受力面容易遭到破坏，切极难修复，这种现象，施工现场屡见，因此刀片要经常紧固，间隙控制在0.5mm左右。刀片应保证完整锋利，形状正确，一般前角为3度后角为12度，本设计中考虑到综合效果，采取了一定的前后角角度，具体见刀具零件图。1.4 刀具的固定和连接 本设计是通过把固定刀具固定在切断机架上，而活动刀具则是通过螺纹与切断缸连接的，活动刀具固定在刀杆上，让刀杆在导轨的作用下沿其切断钢筋，刀杆的螺纹连接的特点是：刀具的导轨部分不会与切断机架上的导轨部分产生过分的摩擦，以至于避免铰死。这部分螺纹的连接设计是让刀杆上的螺纹部分旋进切断缸的螺纹孔内，其内部为直径大于螺纹的光孔，这样就可以让两者有一定的活动余地，也就是说刀杆与切断缸的活塞是处于铰链连接状态，但是由于切断力很大，因此需要考虑使刀杆承受弯曲应力，这里使刀杆直径为45mm，经验证符合使用要求。具体尺寸形状见装配图。1.5 作用在切断机构上力的计算与螺栓的校核根据计算出的Q可以设计出切断缸的大小，该设计过程在液压设计部分给出，在此只使用其最后结果。上面已经计算出Q=475.146KN，在该机构中用六个M20的螺栓固定在工作台面上，因此校核该螺栓的安全性：已知轴向力， 又因为 所以F2=F0+0.2F由机械设计表5-6查得f=0.16,并取=0.2则0.8,取防滑系数Ks=1.2则各螺栓所需要的预紧力F0如下,同时由于该工作载荷不稳定,因此(0.61.0)F,故=0.6F+0.8F=1.4F=1.4*79.2=110.88KN所以,F2=1.6F=126.7KN选用螺栓材料为45钢,淬火并回火,性能等级为9.8级的螺栓，由机械设计表5-8查得材料的屈服极限=720MPa，由表5-10查得安全系数S=1.3，故螺纹材料的许用应力=/S=720/1.3=53.8MPa ,因此符合要求.现在校核螺栓的预紧力,参考书中公5-2知,对螺栓的要求为,取下限为要求的预紧力为小于以上数值，因此该设计符合使用要求。2 弯曲部分设计一般的钢筋弯曲机上的工作盘有9个孔，中心孔用来插入中心轴，周围的8个孔用来插入成型轴和轴套。两侧的插座板各有6个孔，用来插入挡铁轴。为便于移动钢筋，工作台面的两边还设有送料辊。当作180度弯钩时，钢筋的圆弧弯曲直径应不小于钢筋直径的2.5倍，因此中心轴也相应的制成16100mm的不同规格，以适应弯曲不同直径的钢筋的需要。常用的弯曲机上往往在成型弧行及圆形钢筋方面不能得心应手，特别是粗钢筋和钢管，因此有些机械厂已经对此不足进行了改造，如右图示：显然这样的结构有些复杂，操作起来麻烦，虽然可以很好的满足使用要求。本次设计的过程中参考了一些资料，综合他们的长处，同时加入了自己的一些观点，因此在结构上有了一些改进，具体设计如下：（1） 保留原有的钢筋弯曲设施，由于该设计的动力是液压动力，因此考虑到控制结构上，安装了行程开关。（2） 本设计中取消了另一个相同的插座板，设计成了用来加工钢管和粗钢筋的相似的插座板，用来插入导轮和压轮。（3） 同时在本设计中，由于工作圆盘要由液压马达驱动，因此考虑到工作圆盘不能与传动轴做成一体，同时采用了两个角接触轴承，用来增强传动轴的刚性。（4） 传动轴与工作圆盘用键连接。角接触轴承处的轴向定位通过轴承套筒来固定，可以用加垫片的方法对轴承进行预紧。（5） 由于工作台面有40mm厚，因此在此处焊接了一块圆形钢板进行加强此处的强度。（6） 传动轴与液压马达的连接是通过在传动轴的端部打孔并作键槽，这样就可以和液压马达上伸出的轴以及上面的键进行配合，就可以传递动力使工作盘旋转。再现用机械中，弯管同弯钢筋相比，无论是弯曲力的大小还是弯曲半径的选择，钢筋弯曲远远要比钢管弯曲要求高。现在工程施工中，很多都是用钢筋弯曲机直接弯钢管。因此，本次设计亦根据钢筋的弯曲要求进行设计。2.1 工作盘转速 由于该设计的动力为液压，因此只需用调速阀在使用中进行调速即可，在这里，工作盘的转速暂不考虑。一般情况下，根据同类机械产品相比，机械式弯曲机主轴转速有3.7r/min, 5/min, 7.2r/min, 8r/min, 10r/min, 14r/min, 16r/min有七种，由于液压式的机械可以在工作中用液压调速阀进行调速，这样就相当于机械式的无级调速，但是那样的设计就非常复杂，这就是液压式机械的优点。2.2 作用在工作盘上的扭矩M （N.cm） （2.2.1） 参（1） 式中 -与钢筋截面有关的系数。圆截面钢筋取=1.5 -与钢筋材料有关的系数。 一般取0.630.71 d-钢筋直径 cmr-弯曲半径 cmw-抗弯截面系数 cm 取 w= 0.1-钢筋弯曲应力 N/对抗拉和抗压强度相等的材料（如碳钢），只要绝对值最大的应力不超过许用应力即可。对抗拉和抗压不相等的材料（如铸铁）则拉和压的最大应力都不应超过各自的许用应力。通过对材料力学行为的研究可知，表征数学材料破坏的行为是屈服，表征脆性材料破坏的行为是断裂。因此，塑性材料的屈服极限和脆性材料的强度极限分别被定义为两类材料的极限应力。由钢筋材料为碳素钢Q235则。根据前面钢筋的性能，I级钢筋的弯曲直径为D=2.5II级钢筋最小弯曲半径D=4。这里用I级钢筋的弯曲半径为r=1.25 则 2.3 危险部位轴的直径按强度条件按刚度条件 选d=80mm 2.4 传动轴处的键的设计与校核键和轴的材料取45钢，由机设课本钟表6-2查得=100120MPA，取其平均值为=110MPA，选用半圆头平键（A型）轴的直径为D=80mm ，从表6-1中查得键的截面尺寸为：宽度为B=22mm,高度为h=14mm，有该结构并参考键的长度系列，最后取键长为L=28mm。由书中平键连接强度计算公式计算如下：，其中为传递的转矩，为键与轮毂键槽的接触高度=0.5h，此处h为键的高度，为键的工作长度，圆头平键l=L-b，平头平键l=L，单圆头平键l=L-b/2，这里L为公称长度，b为键的宽度，d为轴的直径。由以上数据可得l=L-b/2=21mm，所以不符合要求，因此考虑用花键，由表6-3查得=120200，取其平均值为=160MPA有计算公式，式中为载荷分配不均系数，Z为花键齿数，l为齿的工作长度，h为花键齿侧面的工作高度，矩形花键，此处D为外花键的大径，为内花键的小径，C为倒角尺寸，为花键的平均直径，矩形花键，为花键连接的许用挤压应力。在此选用矩形花键规格为，所以校核如下：，所以该花键符合要求。2.5 工作盘及附件的选择和使用2.5.1 工作盘的设计原理工作盘直径取D=400mm,其上一盘有9个孔，中心孔用来插心轴。周围的8个孔用来插成型轴，由于钢筋放置在工作盘心轴和成型轴之间，弯曲机启动后，工作盘转动，钢筋一端被挡铁轴阻止自由活动。而心轴的位置不变。成型轴围绕着心轴作圆弧运动，那么成型轴迫使钢筋围绕着心轴弯曲。钢筋成型后，停机再反转工作盘到原位，取下钢筋。如此循环即可完成钢筋的弯曲工序。如果需要，通过调整成型轴的位置。即可将被加工的钢筋弯曲成所需的尺寸形状。不同直径的钢筋其弯曲半径一般是不同的，为了弯曲各种直径钢筋，可在工作盘中间孔换装不同的心轴，并选择成型轴在工作盘上的位置和挡铁轴的位置即可。同时由于液压马达可以正反转，因此此处的弯曲工作可以有两个方向。往往工作盘的两侧为相同的插座板，在此，把两个相同的插座板设计成相似的，目的在于：在另一侧可以用来加工钢管和粗钢筋，因此配套设计有压轮和导轮，同时还有一套专门的弯曲成型盘。经过对不同形式的弯管机具的考察并参考有关资料中所述的弯管方法,经过多次分析,最后设计出了比较理想的弯管机，这种弯管机可选用液压旋转马达作为动力,带动弯管机成形主轮，其结构及其具体尺寸如下页图：该弯管机适用于<20<60mm,壁厚1.54mm,曲率半径75200mm的各种材质的水煤气管，无缝钢管，锅炉钢管，不锈钢管等金属管的弯制，只需在弯制前,根据被加工件要求的管径和曲率半径更换事先加工好的相应的成型轮，活动卡瓦，固定卡瓦与压轮，导轮等配件,即可进行弯曲加工。其结构原理是；(1)根据被加工管件的曲率半径与管径确定成型轮的外形尺寸,通过轴和键与液压马达输出轴相连,并将固定卡瓦固定在成型轮的缺口处。(2)活动卡瓦与固定卡瓦配合使用,它通过一个U形卡座将其与固定卡瓦对应设置,并用柱销将U形卡座同成型轮相连结,并通过U卡座尾部的调节螺栓,调整活动卡瓦将加工管件夹紧与放松。(3)上图中是压轮与导轮的结构图,其作用是压紧并引导被弯管件顺利通过成型轮，二者通过心轴将其与插座板连为一体，插座板装配在工作台面上。在具体的操作中，成型轮固定在圆盘上，由于圆盘上安装有行程开关，这样就可以控制其旋转角度，以便得出合理的弯曲形状。这种弯管机构效果良好,其明显特点是:减少50%的劳动力,彻底摆脱了以往45个人围着推杆转的状态;弯管质量得到改善,提高效率30%，投资少,成本只有普通弯管机的20%，结构简单,操作容易,根据弯管角度的不同在适当位置设置行程开关,便于实现弯管自控，适用范围广泛。根据一些资料，可列出部分规格弯管压轮，导轮的孔型参数：（mm）283442454860746758555238R1313847505367R29.009.4011.6012.5013.3016.602.5.2 心轴的使用按规范规定，钢筋半圆弯钩的弯曲直径。因此不同直径的钢筋的弯曲半径数值是不同的。为了保证弯曲半径，必须选用不同直径的心轴。与钢筋的尺码相对应。本次设计的钢筋弯曲机附有直径为16.20.25.35.45.60.75.85.100（mm）9种规格的心轴。如弯一根直径6mm钢筋的弯钩，弯曲半径是mm。那么可选择16mm的心轴。而弯曲一根直径25mm赶紧的弯钩。半径是31mm。则可选择60 mm的心轴，即心轴约为2倍的弯曲半径 。2.5.3 成型轴的使用为了在钢筋弯曲操作时，使弯曲部分的圆弧符合预定要求，就必须使钢筋紧贴在成型轴和心轴间。成型孔和心孔的距离是一个定植。因此成型轴至心轴的距离随着钢筋和心轴直径的变化而变化，成型轴如果只采用一个直径就不能适应这样的操作要求，为此可以在成型轴上加一个偏心轴套。以调节心轴钢筋和成型轴三者之间的间隙。例如，采用一个直径为105mm，偏心距为22mm的偏心套，成型轴和心轴间的距离就可适应44 变化，并且钢筋取出放下也方便。2.5.4 挡板轴的使用弯曲机工作中阻止钢筋随着成型轴旋转的附件就是挡铁轴其插在挡铁插块上。挡铁轴可用一般心轴代替，其上有一个偏心轴套，便于钢筋弯曲时，钢筋和挡铁轴不发生摩擦。而直接让偏心轴套环绕挡铁轴旋转。2.5.5 送料辊的使用 在钢筋的弯曲过程中，为了避免移动的钢筋与工作面过分摩擦，因而设计有送料辊，这样就避免了摩擦。送料辊式有一根细轴制成，两边用滑动轴承固定在轴承座上，轴承座上的小孔用于诸如润滑油。 2.5.6 钢筋挡架的使用 在弯曲钢筋时，如果单独采用挡铁轴 ，心轴和挡铁轴之间会发生向上拱曲现象，为使钢筋成型正确。一般应采用钢筋挡架其挡板支撑杆是可调的。当弯曲粗钢筋时，将挡杆缩短，弯曲细钢筋时，将杆调长，使挡架的挡板紧贴钢筋，当钢筋成型后，工作盘反转超过起始位置。挡架的挡板钩能从挡柱体上滑落，使挡架离开工作盘，避免损坏设备，如下图： 图1.2 挡架2.5.7 钢筋的弯曲成型在建筑施工中常常采用一些新颖的结构形式，钢筋需要弯成相同的曲线形状，这可以在钢筋弯曲机上增加一些附件进行加工。具体操作过程如上图，在钢筋弯曲机的工作盘上装有四个顶弯钢套，在工作盘的中间装有推动钢筋向前移动的十字架，挡架座上的左右两个钢套用于控制钢筋的弯曲率。当弯曲钢筋时，工作盘反时针旋转，钢筋从右侧送进。经过顶弯过程，钢筋从左侧出来，就为所要求的曲线形状。2.5.8 心轴与成型轴R的确定 为保证成型轴的强度，必须使其中为成型轴受力 为成型轴材料的许用压力。已知心轴材料45钢调质，其屈服极限取安全系数为2 则 则又 所以 取R=105mm工作台 d=400 mm2.5.9 工作转盘上的心轴的校核由材料力学中公式，取=80MPA故该系列的挡销轴符合钢筋弯曲加工时的要求。3 套丝机构的设计3.1 套丝时切削力计算3.1.1 按车削计算由公式计算如下：k为车螺纹时切削系数，=450Mpa 碳钢 k=150kgf/, t 切削深度mm ,t=1.5=1.299mm 三角形螺纹 ，s为走刀量 s=p/2=0.75mm， p为螺距，查表螺纹直径在20mm以下最大螺距为1.5m 则 p=150x1.229x0.75=146.1375kgf=1.43kn切削功率： N=其中 p为切削力 （kgf）v切学速度 m/min 查表螺纹直径在12mm以下者切削速度则 N=考虑传动损失 设 3.1.2 按套丝时的公式计算由机械加工工艺师手册可知以下计算公式及其数据：切削速度，转矩及其功率计算公式为：（为螺纹的直径） KMT=1.0 T=90Min CV=2.7 ZV=1.2 YV=1.2 没M=0.5 CT=0.441 ZT=1.1 YT=1.5KV=0.9*0.7*1.0=0.63螺距与走刀次数的关系：螺距走刀次数粗加工精加工1.5322352465768比较以上数据最后选用第二组数据，即3.2 套丝机构的设计在套丝机构的设计中，考虑到在套丝过程要求板牙与姚套丝的钢管有相对的轴向运动，并且要求该运动要严格按照一定的速度运动，才能制造出符合要求的螺纹。由于该机器的设计不需要机构很复杂，因此在设计时不考虑这种相对运动，从而减少该机的复杂程度，但是在设计时就遇到来一些问题，就是如何办这种运动简单化，但又不能影响加工的螺纹。在老师的指导下，终于设计出可以实现本目的的机构，该机构由两部分组成，一部分是夹具部分，另一部分是套丝装置本身，其中包括板牙，板牙架及其传动齿轮部分。传动齿轮做成齿轮轴，并在轴内拉出花键孔，用以让板牙架在加工时可以沿花键自由移动，从而克服了严紧的轴向运动。 3.2.1 板牙及其板牙架板牙是用来铰制和修整外螺纹的刀具，他的基本结构象一个螺母，只不过在端面上做成数个排屑孔，和切削刃。由于结构简单，制造方便，被机器制造业广泛应用。但因板牙的螺纹廓形是内螺纹表面，较难磨削。热处理后容易产生变形及表面脱碳等缺陷。因此板牙加工出来的螺纹形状和螺距等有较大误差，不适合加工较高精度的螺纹，一般用来加工2级或3级精度的螺纹，板牙种类按标准可分为普通圆板牙和可调式圆板牙两种。在本次设计中，主要采用普通圆板牙即可。圆板牙的主要构成部分有；（1）前角，（2）刀齿，（3）排屑孔，（4）切削部分长度及切削锥角，（5）厚度，（6）刀齿数，（7）切削部分的铲磨量，（8）后角，影响圆板牙切削的几个主要部分有：前角及前角的几何形状，后角，切削锥角和切削部分长度。前角的大小通常是根据被加工工件的材料决定的，加工硬材料一般取1020度，加工中硬材料采用1520度，加工较软材料取为2025度。一般出厂的圆板牙前角是1525度。后角也是根据被加工工件的材料决定的，材料性质较韧的工件，后角应大一些，标准圆板牙的后角一般为79度，后角的形成是在专用铲齿机床上铲磨出来的。板牙有了后角，在切削时可以减少切削刃于工件的摩擦，提高工件的表面光洁度。圆板牙工作部分由切削和校准部分组成。为了减少螺距的累积误差，其长度不宜过大，一般取L=（44.5）T。整个切削量分布在切削部分的各个切削刃上。另外，排屑孔不但要容纳切屑，而且应使前面形成合理的形状。刀齿宽约为缝隙宽的0.81.0倍，刀齿太窄时，强度不够，且引导作用不好，太宽了会使排屑孔变小，且摩擦力变大。圆板牙外径装于板牙架上，60度的巢孔用来将板牙固定在板牙架上。90度的巢孔是用来调整板牙所切螺丝的直径的，当板牙磨损时，即可以用砂轮将宽度为B的槽底部割开孔壁，用螺丝顶紧90度的两个巢孔氏板牙直径即可缩小。它的直径可以在0.10.25毫米范围内调整。这种普通圆板牙也可以变为可调式的圆板牙。在圆板牙使用时，本设计是让工件固定，而板牙架及板牙旋转并沿花键轴做轴向的移动，移动的动力由套丝是螺丝的自攻取得，这样就可以保证板牙每旋转一转，板牙就自动向工件推进一个螺距，这就避免了工件产生的螺纹乱扣现象。圆板牙在切削过程中，会产生大量的热，尤其是板牙切削刃部分，如不很好冷却，非但加工出来的螺纹表面光洁度较差，并且也影响板牙的使用寿命，故切削时要加足够的冷却液，并用它冲去切屑，一般用5%的乳化液进行冷却。圆板牙装在板牙架内，其端面补课歪斜，应于工件轴心垂直，否则铰出的螺纹直径会变小。绞丝过程中，应保证圆板牙于工件同心，以免铰出的工件螺纹偏斜，螺纹牙顶的宽窄不一致。每一次切削前应将圆板牙排屑孔内及螺纹内的切屑除净，否则会影响工件的光洁度。在本设计的机构中，在轴承端盖处开了一个孔这样就可以加匀滑液体，同时可以用以吹净机构中的切屑。被加工工件的材料硬度要适当，一般硬度在HB160200之间，过硬则板牙易钝，过软则螺纹不易铰光洁。在板牙架设计中，考虑到要沿内花键轴向移动，因此板牙架做成外花键，与齿轮轴的内花键配合。板牙架具体结构见装配图。3.2.2 齿轮轴的设计在设计该机构时，由于考虑到工作原理，因此把齿轮做成齿轮轴，并在轴上做成内花键作为板牙架的导轨，同时提供扭矩，带动板牙旋转，已完成加工要求，在轴的两端用轴承支撑，与之啮合的齿轮直接与液压马达伸出的轴通过键连接，以传递动力，液压马达固定在液压马达支架上。3.2.3 齿轮轴的抗扭校核由上面计算的扭矩T=112.7NM，齿轮轴的最细处的直径为120MM，选用内花键的基本尺寸是：外径D=108MM，小径为102MM，平均直径为105MM，齿轮轴的材料为45钢，表面经热处理，由轴的截面尺寸计算抗扭截面系数，轴的最大切应力：所以该齿轮轴满足抗扭强度校核。3.2.4 齿轮轴内花键的校核在该设计处花键的连接为动连接，齿轮轴内的花键的具体尺寸为Z=10 ，工作长度为L=18 ，由机械设计中表6-3查得=120200，取其平均值为=160MPA有计算公式，式中为载荷分配不均系数，Z为花键齿数，l为齿的工作长度，h为花键齿侧面的工作高度，矩形花键，此处D为外花键的大径，为内花键的小径，C为倒角尺寸，为花键的平均直径，矩形花键，为花键连接的许用挤压应力。在此选用矩形花键规格为，故，花键副为 校核如下：，所以该花键符合要求。3.2.5 齿轮的设计校核齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，形式很多，应用广泛，传递的功率可达数十万千瓦，圆周转速可达200m/s，齿轮传动效率高，结构紧凑，在同样的使用条件下，齿轮传动所需的空间尺寸一般较小，工作可靠寿命长，设计正确合理，使用良好的齿轮传动，工作十分可靠，寿命可长达一二十年，传动比稳定，这也是其他机械传动所不能比拟的。但是齿轮传动的制造安装精度高，价格较贵，且不适传动距离较大的场合，齿轮传动可做成开式，半开式，闭式。如在农业机械，建筑机械，以及简易的机械设备中，有一些设备设有防尘罩，机壳，齿轮完全暴露在外边的叫开式齿轮传动，这种传动不仅外界杂物易进入，而且润滑不良，因此工作条件差，齿轮易磨损，故只适应低速传动，当装有简单的防护罩时，还把部分大齿轮侵入有池中，则称为半开式齿轮传动。它的工作条件虽然有所改进，但仍不能防止外界杂物侵入，润滑条件也不算最好，而汽车，机床，航空