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無錫職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計說明書 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(shù)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。 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 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）： 控制設備 工作臺 帶 輪 減 速 箱 電動機 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(gòu)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。?? 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：Mt=式中 F為撥斜柱對鋼筋的作用力；Fr為F的徑向分力;a為F與鋼筋軸線夾角。 當Mt一定，a越大則撥斜柱及主軸徑向負荷越??；a=arcos(L1/Lo)一定，Lo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，L0=169.7 mm，Ls=235，a=43.80 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=K1Wσs式中，M0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/mm2）,則得出始彎矩M0=3977（N·m） 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）Wσs式中，K0為強化系數(shù)，K0=2.1/δp=2.1/0.14=15, δp為延伸率，25MnSi的 δp=14%，Rx=R/d0,R為彎心直徑，R=3 d0，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（σb=450 N/mm2）彎矩所需彎矩：Mt=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。 5. 電動機的控制 （如圖2所知） 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=1.24=4.8KW 2. 選定帶型 根據(jù)=4.8KW和轉(zhuǎn)速=1440，有圖8—1—2選定A型 3. 計算傳動比 ì===2.8 4. 小帶輪基準直徑 由表8—1—12和表8—1—14取小帶輪基準直徑=75mm 5. 大帶輪的基準直徑 大帶輪的基準直徑=（1-） 取彈性滑動率=0.02 = （1-）=2.8=205.8mm 實際傳動比==2.85 從動輪的實際轉(zhuǎn)速===505.26 轉(zhuǎn)速誤差=1.7% 對于帶式輸送裝置，轉(zhuǎn)速誤差在范圍是可以的 6. 帶速 ==5.62 7. 初定軸間距 0.7（+）（+） 0.7（75+205）（75+205） 196 取=400mm 8. 所需v帶基準長度 =2+ =2 =800+439.6+10.56 =1250.16mm 查表8—1—8選取 9. 實際軸間距a =400mm 10. 小帶輪包角 =- = = 11. 單根v帶的基本額定功率 根據(jù)=75mm和=1440由表8—1—27（c）用內(nèi)插法得A型v帶的=0.68KW 12. 額定功率的增量 根據(jù)和由表8—1—27（c）用內(nèi)插法得A型v帶的=0.17KW 13. V帶的根數(shù)Z Z= 根據(jù)查表8—1—23得=0.95 根據(jù)=1250mm查表得8—1—8得=0.93 Z===6.38 取Z=7根 14. 單根V帶的預緊力 =500（ 由表8—1—24查得A型帶m=0.10 則=500（=99.53N 15. 壓軸力 ==2=1372N 16. 繪制工作圖 第六章 圓柱齒輪設計 6.1 選擇材料 確定和及精度等級 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==1120Mpa；由圖8—3—9（d）中的MQ級質(zhì)量指標查得σFE1=σFE2=700Mpa, σFlim1=σFlim2=350 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) =1 K=1.7 取 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 3. 確定齒數(shù)z,z z===20.51 取z=21 z=μz=5.521=115.5 取z=116 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=321=63mm d=m z=3*116=348mm 齒頂圓直徑 d= d+2h=63+23=69mm d= d+2h=348+23=353mm 端面壓力角 基圓直徑 d= dcos=63cos20=59.15mm d= dcos=348cos20=326.77mm 齒頂圓壓力角 =arccos=31.02 = arccos=22.63 端面重合度 =[ z（tg-tg）+ z(tg-tg)] =1.9 齒寬系數(shù) ===1.3 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：=[] 計算應力：=ZZZZZ = 式中： 名義切向力F===2005N 使用系數(shù) K=1（由表8—3—31查?。? 動載系數(shù) =（） 式中 V= A=83.6 B=0.4 C=6.57 =1.2 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，6級精度K非對稱支稱公式計算） 齒間載荷分配系數(shù) （由表8—3—33查?。? 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查取） 螺旋角系數(shù) （由圖8—3—13查?。? 彈性系數(shù) （由表8—3—34查?。? 單對齒嚙合系數(shù) Z=1 = =143.17MPa 許用應力：[]= 式中：極限應力=1120MPa 最小安全系數(shù)=1.1（由表8—3—35查?。? 壽命系數(shù)=0.92（由圖8—3—17查取） 潤滑劑系數(shù)=1.05（由圖8—3—19查取，按油粘度等于350） 速度系數(shù)=0.96（按由圖8—3—20查?。? 粗糙度系數(shù)=0.9（由圖8—3—21查?。? 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： []==826MPa 滿足[] 2. 校核齒根的強度 （按表8—3—15校核） 強度條件：=[] 許用應力： =； 式中：齒形系數(shù)=2.61， =2.2（由圖8—3—15（a）查?。? 應力修正系數(shù)，（由圖8—3—16（a）查?。? 重合度系數(shù) =1.9 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） 齒間載荷分配系數(shù)=1.0（由表8—3—33查?。? 則 =94.8MPa ==88.3MPa 許用應力：[]= （按值較小齒輪校核） 式中： 極限應力=350MPa 安全系數(shù)=1.25（按表8—3—35查?。? 應力修正系數(shù)=2（按表8—3—30查取） 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查取） 齒根表面狀況系數(shù)=1（按圖8—3—26查取） 尺寸系數(shù)=1（按圖8—3—24查?。? 則 []= 滿足，〈〈[] 驗算結(jié)果安全 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?。? 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查取）第Ⅰ公差組檢驗切向綜合公差，==0.063+0.009=0.072mm,(按表8—3—69計算，由表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（）=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查取）。 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=-12=-120.009=-0.108mm，齒厚下偏差=-16=-160.009=-0.144mm；公法線的平均長度上偏差=*cos-0.72sin=-0.108cos-0.72 =-0.110mm,下偏差=cos+0.72sin=-0.144cos+0.720.036sin=-0.126mm；按表8—3—19及其表注說明求得公法線長度=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=；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—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?。?。對箱體，檢驗軸線的平行度公差，=0.012mm，=0.006mm（由表8—3—63查?。４_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 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 第七章 第三級圓柱齒輪的設計 7.1 選擇材料 1.確定σHlim和σFlim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σHlim=σHlim=1120Mpa；由圖8—3—9（d）中的MQ級質(zhì)量指標查得σFE1=σFE2=700Mpa, σFlim1=σFlim2=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) =1 K=1.7 則 a=325mm 取a=400mm 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,z z===28 取z=28 z=172 取z=172 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=428=112mm d=m z==688mm 齒頂圓直徑 d= d+2h=112+24=120mm d= d+2h=688+24=696mm 齒根圓直徑 端面壓力角 基圓直徑 d= dcos=112cos20=107.16mm d= dcos=688cos20=646.72mm 齒頂圓壓力角 =arccos= = arccos= 端面重合度 =[ z（tg-tg）+ z(tg-tg)] =1.15 齒寬系數(shù) ===1.3 齒寬 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：=[] 計算應力：=ZZZZZ = 式中： 名義切向力F===34107N 使用系數(shù) K=1（由表8—3—31查?。? 動載系數(shù) =（） 式中 V= A=83.6 B=0.4 C=6.57 =1.05 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級精度K非對稱支稱公式計算） 齒間載荷分配系數(shù) （由表8—3—33查?。? 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?。? 螺旋角系數(shù) （由圖8—3—13查?。? 彈性系數(shù) （由表8—3—34查?。? 單對齒齒合系數(shù) Z=1 = =301.42MPa 許用應力：[]= 式中：極限應力=1120MPa 最小安全系數(shù)=1.1（由表8—3—35查?。? 壽命系數(shù)=0.92（由圖8—3—17查取） 潤滑劑系數(shù)=1.05（由圖8—3—19查取，按油粘度等于350） 速度系數(shù)=0.96（按由圖8—3—20查?。? 粗糙度系數(shù)=0.9（由圖8—3—21查?。? 齒面工作硬化系數(shù)=1.03（按齒面硬度45HRC，由圖8—3—22查取） 尺寸系數(shù)=1（由圖8—3—23查?。? 則： []==826MPa 滿足[] 2. 校核齒根的強度 （按表8—3—15校核） 強度條件：=[] 許用應力： =； 式中：齒形系數(shù)=2.61， =2.2（由圖8—3—15（a）查?。? 應力修正系數(shù)，（由圖8—3—16（a）查?。? 重合度系數(shù) =1.9 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） 齒間載荷分配系數(shù)=1.0（由表8—3—33查?。? 則 =94.8MPa ==88.3MPa 許用應力：[]= （按值較小齒輪校核） 式中： 極限應力=350MPa 安全系數(shù)=1.25（按表8—3—35查?。? 應力修正系數(shù)=2（按表8—3—30查?。? 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?。? 齒根表面狀況系數(shù)=1（按圖8—3—26查?。? 尺寸系數(shù)=1（按圖8—3—24查取） 則 []= 滿足，〈〈[] 驗算結(jié)果安全 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，==0.063+0.009=0.072mm,(按表8—3—69計算，由表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（）=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—53的計算式求得齒厚的上偏差=-12=-12 0.009=-0.108mm，齒厚下偏差=-16=-160.009=-0.144mm；公法線的平均長度上偏差=*cos-0.72sin=-0.108cos-0.72 =-0.110mm,下偏差=cos+0.72sin=-0.144cos+0.720.036sin=-0.126mm；按表8—3—19及其表注說明求得公法線長度=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=；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—69，表—3—59及表8—3—60計算與查?。粰z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?。?。對箱體，檢驗軸線的平行度公差，=0.012mm，=0.006mm（由表8—3—63查取）。 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 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 == 徑向力 軸向力 小輪的受力： 圓周力 = 徑向力 = 軸向力 = 8.2 計算支力和彎矩 1.垂直平面中的支反力： 2. 水平面中的支反力： = =2752.3N = =261N 3. 支點的合力 ，： = 軸向力 應由軸向固定的軸承來承受。 4. 垂直彎矩： 截面Ⅰ—Ⅰ 截面Ⅱ—Ⅱ 5. 水平彎矩： 截面Ⅰ—Ⅰ 截面Ⅱ—Ⅱ =2752 =504N 6. 合成彎矩： 截面Ⅰ—Ⅰ 截面Ⅱ—Ⅱ 7. 計算軸徑 截面Ⅰ—Ⅰ 截面Ⅱ—Ⅱ 8.3 對截面進行校核 1. 截面Ⅰ—Ⅰ校核 （由表4—1—2得） 齒輪軸的齒 （由表4—1—17得） （由表4—1—17得） S>1.8 則 軸的強度滿足要求 2. 截面Ⅱ—Ⅱ校核 （由表4—1—2得） 齒輪軸的齒 （由表4—1—17得） （由表4—1—17得） S>1.8 則 軸的強度滿足要求 3. 如下圖 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= 圓周力 == 徑向力 軸向力 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（σb=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；Fr為F的徑向分力;a為F與鋼筋軸線夾角。 則 工作盤的扭矩 所以T>齒輪能夠帶動工作盤轉(zhuǎn)動 9.2 計算支力和彎矩 1.垂直平面中的支反力： 2.水平面中的支反力： = =11198.37N = =-3217.9N 3.支點的合力 ，： = 軸向力 應由軸向固定的軸承來承受。 4.垂直彎矩： 截面Ⅰ—Ⅰ 截面Ⅱ—Ⅱ 5.水平彎矩： 截面Ⅰ—Ⅰ 截面Ⅱ—Ⅱ =11198.37 =-66.77N 6.合成彎矩： 截面Ⅰ—Ⅰ 截面Ⅱ—Ⅱ 7.計算軸徑 截面Ⅰ—Ⅰ 截面Ⅱ—Ⅱ 9.3 對截面進行校核 1.截面Ⅰ—Ⅰ校核 （由表4—1—2得） 齒輪軸的齒 （由表4—1—17得） （由表4—1—17得） S>1.8 則 軸的強度滿足要求 2. 如下圖 第十章 軸承的選擇 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(shù)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，IT6DE 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基軸制，過渡配合，由此選用殼體孔公差帶為M6，IT6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。 第十一章 控制設備的選擇 11.1變頻器的概述 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。 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(gòu)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(gòu)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(shù)、以微處理器為核心的全數(shù)字化控制等關鍵技術(shù)的發(fā)展，交流電動機變頻調(diào)速技術(shù)逐步成熟。目前，變頻調(diào)速技術(shù)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。 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(shù)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 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 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 3900～5100）×2480×1200 4900×2480×1200 （5400～7200）×2480×1200 重量(Kg) 3500 ～ 4200 4200 ～ 6000 6000 ～ 8000 8000 ～ 12000 10KV系列 變頻器型號 A10/010 ～ A10/050（含） A10/050 ～ A10/110（含） A10/110 ～ A10/220（含） A10/220 ～ A10/400（含） 變頻器容量(KVA) 250 ～ 780 780 ～ 2000 2000 ～ 3800 3800 ～ 6250 適配電機功率(KW) 200 ～ 630 630 ～ 1600 1600 ～ 3000 3000 ～ 5000 額定輸出電流(A) 10 ～ 50 50 ～ 110 110 ～ 220 220 ～ 400 額定輸入電壓(V) 10000V±10% 外型尺(mm) (W×H×D) （4200～4800）×2480×1200 5700×2480×1200 6800×2480×1600 （8000～9000）×2480×1600 重量(Kg) 4000 5000 ～ 8000 9500 ～ 12000 12000 ～ 18000 綜合考慮各種因素后確定選用VFD-M型變頻器 第十二章 電機的選擇 12.1．電動機的介紹 電動機是把電能轉(zhuǎn)換成機械能的設備，分布于各個用戶處，電動機按使用電源不同分為直流電動機和交流電動機，電力系統(tǒng)中的電動機大部分是交流電機，可以是同步電機或者是異步電機（電機定子磁場轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速不保持同步速）。 它是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的一種機器。通常電動機的作功部分作旋轉(zhuǎn)運動，這種電動機稱為轉(zhuǎn)子電動機；也有作直線運動的，稱為直線電動機。電動機能提供的功率范圍很大，從毫瓦級到萬千瓦級。電動機的使用和控制非常方便，具有自起動 、加速、制動、反轉(zhuǎn)、掣住等能力，能滿足各種運行要求；電動機的工作效率較高，又沒有煙塵、氣味，不污染環(huán)境，噪聲也較小。由于它的一系列優(yōu)點，所以在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、國防、商業(yè)及家用電器、醫(yī)療電器設備等各方面廣泛應用。 各種電動機中應用最廣的是交流異步電動機（又稱感應電動機 ）。它使用方便 、運行可靠 、價格低廉 、結(jié)構(gòu)牢固，但功率因數(shù)較低，調(diào)速也較困難。大容量低轉(zhuǎn)速的動力機常用同步電動機（見同步電機）。同步電動機不但功率因數(shù)高，而且其轉(zhuǎn)速與負載大小無關，只決定于電網(wǎng)頻率。工作較穩(wěn)定。在要求寬范圍調(diào)速的場合多用直流電動機。但它有換向器，結(jié)構(gòu)復雜，價格昂貴，維護困難，不適于惡劣環(huán)境。20世紀70年代以后，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流電動機的調(diào)速技術(shù)漸趨成熟，設備價格日益降低，已開始得到應用 。電動機在規(guī)定工作制式（連續(xù)式、短時運行制、斷續(xù)周期運行制）下所能承擔而不至引起電機過熱的最大輸出機械功率稱為它的額定功率，使用時需注意銘牌上的規(guī)定。電動機運行時需注意使其負載的特性與電機的特性相匹配，避免出現(xiàn)飛車或停轉(zhuǎn)。電動機的調(diào)速方法很多，能適應不同生產(chǎn)機械速度變化的要求。一般電動機調(diào)速時其輸出功率會隨轉(zhuǎn)速而變化。從能量消耗的角度看，調(diào)速大致可分兩種 ：① 保持輸入功率不變 。通過改變調(diào)速裝置的能量消耗，調(diào)節(jié)輸出功率以調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。②控制電動機輸入功率以調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。 12.2 電機的選擇原則 電機的選擇一般包括選擇電動機的類型、電動機的功率及額定轉(zhuǎn)矩等。其具體思路如下：首先，選擇電動機的類型，然后比較電動機的機械特性與負載特性，看它們是否吻合，并在此基礎上檢查是否滿足調(diào)速范圍與精度，順便考慮一下經(jīng)濟性的問題，如果以上各個方面均滿足，接下來，我們便可以開始計算電動機功率，進行起動轉(zhuǎn)矩過載倍數(shù)及加速轉(zhuǎn)矩校驗、發(fā)熱校驗等。如過發(fā)熱校驗不通過，可以減小功率數(shù)或改用FSN小的電機。或者，在滿足加速度要求下，看能否通過減小加速轉(zhuǎn)矩來滿足上述要求。最后，再作出具體決定。 步進電機的選擇 步進電機有步距角（涉及到相數(shù)）、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素確定，步進電機的型號便確定下來了。 1、步距角的選擇 電機的步距角取決于負載精度的要求，將負載的最小分辨率（當量）換算到電機軸上，每個當量電機應走多少角度（包括減速）。電機的步距角應等于或小于此角度。目前市場上步進電機的步距角一般有0.36度/0.72度（五相電機）、0.9度/1.8度（二、四相電機）、1.5度/3度 （三相電機）等。 2、靜力矩的選擇 步進電機的動態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機工作的負載，而負載可分為慣性負載和摩擦負載二種。單一的慣性負載和單一的摩擦負載是不存在的。直接起動時（一般由低速）時二種負載均要考慮，加速起動時主要考慮慣性負載，恒速運行進只要考慮摩擦負載。一般情況下，靜力矩應為摩擦負載的2-3倍內(nèi)好，靜力矩一旦選定，電機的機座及長度便能確定下來（幾何尺寸） 3、電流的選擇 靜力矩一樣的電機，由于電流參數(shù)不同，其運行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機的電流（參考驅(qū)動電源、及驅(qū)動電壓） 綜上所述選擇電機一般應遵循以下步驟： 4、力矩與功率換算 步進電機一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來衡量，力矩與功率換算如下： P= Ω·M Ω=2π·n/60 P=2πnM/60 其P為功率單位為瓦，Ω為每秒角速度，單位為弧度，n為每分鐘轉(zhuǎn)速，M為力矩單位為牛頓·米 P=2πfM/400(半步工作） 其中f為每秒脈沖數(shù)（簡稱PPS) (二）、應用中的注意點 1、步進電機應用于低速場合---每分鐘轉(zhuǎn)速不超過1000轉(zhuǎn)，（0.9度時6666PPS)，最好在1000-3000PPS(0.9度）間使用，可通過減速裝置使其在此間工作，此時電機工作效率高，噪音低。 2、步進電機最好不使用整步狀態(tài)，整步狀態(tài)時振動大。 3、由于歷史原因，只有標稱為12V電壓的電機使用12V外，其他電機的電壓值不是驅(qū)動電壓伏值 ，可根據(jù)驅(qū)動器選擇驅(qū)動電壓（建議：57BYG采用直流24V-36V，86BYG采用直流50V,110BYG采用高于直流80V），當然12伏的電壓除12V恒壓驅(qū)動外也可以采用其他驅(qū)動電源， 不過要考慮溫升。 4、轉(zhuǎn)動慣量大的負載應選擇大機座號電機。 5、電機在較高速或大慣量負載時，一般不在工作速度起動，而采用逐漸升頻提速，一電機不失步，二可以減少噪音同時可以提高停止的定位精度。 6、高精度時，應通過機械減速、提高電機速度,或采用高細分數(shù)的驅(qū)動器來解決，也可以采用5相電機，不過其整個系統(tǒng)的價格較貴，生產(chǎn)廠家少，其被淘汰的說法是外行話。 7、電機不應在振動區(qū)內(nèi)工作，如若必須可通過改變電壓、電流或加一些阻尼的解決。 8、電機在600PPS（0.9度）以下工作，應采用小電流、大電感、低電壓來驅(qū)動。 9、應遵循先選電機后選驅(qū)動的原則。 綜合以上等因素，最后覺定選用MSM590—502C型電機 小結(jié) 通過對GW40型鋼筋彎曲機機構(gòu)位置參數(shù)和動力參數(shù)的簡單計算，結(jié)合具體實例，對機構(gòu)中兩種軸布置方式分析比較，最終確定主動軸和從動軸，又通過計算確定了各個齒輪的主要參數(shù)，在設計的過程中，系統(tǒng)主要參數(shù)的計算最為重要，直接關系到系統(tǒng)的穩(wěn)定和性能。最后對控制設備的選擇和電機的選擇作了簡要的說明，從而完成簡GW40型可調(diào)速鋼筋彎曲機的設計。 由于設計時間倉促，資料缺乏，整個設計還存在一些問題，一些尺寸的精度不夠。在實際應用是要經(jīng)過多次調(diào)整才能達到預期效果，望各位老師批評指正。 總 結(jié) 近三個月的畢業(yè)設計終于結(jié)束了，通過這段日子的設計學習，自己的專業(yè)知識和獨立思考問題的能力有了很大的提高，對我走向社會從事本專業(yè)工作有著深遠的影響?，F(xiàn)在就此談談對本次畢業(yè)設計過程中的認識和體會。 首先，我學會了查閱資料和獨立思考。我的課題是鋼筋彎曲機的設計。在設計過程中，真正體會到了實踐的重要性。我曾到建筑工地去參觀學習，了解現(xiàn)場環(huán)境和設備，真正從實際出發(fā)來考慮自己的設計。同時，廣泛深入圖書館，實事求是，認真查閱有關書籍資料，鍛煉了自己的分析問題、解決問題的能力。因是兩人合作項目，在設計時，也充分體會到了合作的重要性，培養(yǎng)了自己的團隊精神。不可否認，在這個過程中，也遇到不少困難，所幸的是得到了俞老師，曾老師的悉心指導，起到了點石成金的作用，大大啟發(fā)了我，使我能不斷前進。 其次，認識到實踐的重要性。這次設計我做了很多重復工作、無用功，但是這些重復工作和無用功積累了設計經(jīng)驗。同時也認識到設計不能只在腦子里想其結(jié)構(gòu)、原理，必須進行實際操作。另外，也應從多個角度來思考問題的所在，嘗試其它的方法，以求找到最佳方法，因為即使想的很完美，但到實際的設計時會遇到很多想不到的實際問題。 在設計的過程中，也出現(xiàn)了一些客觀不足的問題，就是支架，減速器的箱蓋只能靠想象，不能根據(jù)實際的情況來作合適、客觀地修改，難免有些缺點和不足，由于諸多原因，本次設計存在一些不足和有待改善的地方，希望老師能夠看待。 最后，衷心感謝俞云強老師的細心指導和教導，使我在大學里的最后一段時間里，學到了更多的知識。 參考文獻 1. 吳宗澤主編。機械設計實用手冊。北京：化學工業(yè)出版社 2000。 2. 江耕華，陳啟松主編。機械傳動手冊。北京：煤炭工業(yè)出版社 1999。 3. 機械化科學研究院編。實用機械設計手冊。北京：中國農(nóng)業(yè)機械出版社 2000。 4. 西北工業(yè)大學機械原理及機械零件教研室編。機械設計。北京：高等教育出版社 2000。 5. 陳作模主編。機械原理。北京：高等教育出版社 1998。 6. 王光銓主編。機床電力拖動與控制。北京：機械工業(yè)出版社 1999 7. 馬曉湘，鐘均祥主編。畫法幾何及機械制圖。廣州：華南理工大學出版社 2002。 8. 廖念針主編?；Q性與測量技術(shù)基礎。北京：中國計量出版社 2002。 9. 實用機械電氣技術(shù)手冊·機械工業(yè)出版社 1996 43