1744_鋼筋切斷彎曲機(jī)(原創(chuàng)）,鋼筋,切斷,割斷,彎曲,曲折,原創(chuàng) X X 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )鋼筋彎曲切斷機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及分析所 在 學(xué) 院專(zhuān) 業(yè)班 級(jí)姓 名學(xué) 號(hào)指 導(dǎo) 老 師年 月 日I摘 要目前國(guó)產(chǎn)的設(shè)備大多是對(duì)國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品的簡(jiǎn)單仿制，因此針對(duì)鋼筋彎曲切斷機(jī)關(guān)鍵部件的深入研究，對(duì)原理、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)、功能等分析，提供結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、操作方便、化程度高、使用范圍廣的機(jī)械是很有必要的。本文在分析鋼筋彎曲切斷機(jī)的工藝和使用要求的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)關(guān)鍵部件的理論分析，提出一種實(shí)用、簡(jiǎn)單、可靠和通用的傳動(dòng)系統(tǒng)，將結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等做了較為詳細(xì)的研究和設(shè)計(jì);本文分析各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律，提出可行的優(yōu)化結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足包裝工藝;對(duì)關(guān)鍵部件提出完整的設(shè)計(jì)方法，旨在滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，推動(dòng)企業(yè)創(chuàng)新步伐。本文借助了 ANSYS 等軟件分析運(yùn)動(dòng)規(guī)律和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這種利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和分析的方法，可以應(yīng)用于其它類(lèi)型機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)和分析中。關(guān)鍵詞：鋼筋彎曲切斷機(jī)，傳動(dòng)，有限元分析，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)IIAbstractMost of the current China-made equipment for imported products of simple imitation, so the steel bar bending and cutting machine key components of the in-depth study, on principle, structure, movement, functional analysis, to provide a simple and reliable structure, convenient operation, high integration degree, the use of a wide range of machinery is necessary.Based on the analysis of bending and cutting machine technology and the requirements on the basis of key components, through theoretical analysis, put forward a kind of practical, simple, reliable and universal transmission system, the structure and other key components of the design principles, structure features in detail research and design; this paper analyses the mechanism of kinematic law, puts forward the feasible optimization structure meet the packaging technology; the key parts of the complete design method, designed to meet the needs of the market, promote enterprise innovation pace.Based on the ANSYS software analysis of motion and structure design, the use of computer aided design and analysis methods, and can be applied to other types of machinery and equipment design and analysis.Key Words: Steel bar bending and cutting machine, transmission, finite element analysis, structure designIII目 錄摘 要 .........................................................................................................................................IAbstract ......................................................................................................................................II目 錄 .......................................................................................................................................III第 1 章 緒 論 .........................................................................................................................51.1 鋼筋彎曲切斷機(jī)的概念 ..............................................................................................51.2 鋼筋切斷機(jī)特點(diǎn) ..........................................................................................................51.3 鋼筋切斷機(jī)分類(lèi) ..........................................................................................................61.4 鋼筋彎曲切斷機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 ......................................................................................6第 2 章 鋼筋彎曲切斷機(jī)的工作原理.......................................................................................92.1 鋼筋彎曲切斷機(jī)的切斷部分工作原理 ......................................................................92.2 鋼筋彎曲切斷機(jī)的彎曲部分工作原理 ......................................................................9第 3 章 動(dòng)力計(jì)算與選擇.........................................................................................................104.1 彎曲鋼筋需用力計(jì)算 .................................................................................................104.2 彎曲鋼筋需用功率計(jì)算 .............................................................................................104.3 切斷鋼筋需用力計(jì)算 ................................................................................................114.4 切斷鋼筋需用功率計(jì)算 ............................................................................................124.5 功率確定 ....................................................................................................................12第 4 章 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).............................................................................................................134.1 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) ............................................................................................................134.2 軸的校核 ..................................................................................................................194.3 鍵的校核 ..................................................................................................................274.4 軸承的校核 ................................................................................................................284.4.1 初選軸承型號(hào) .................................................................................................294.4.2 壽命計(jì)算 ..........................................................................................................29第 5 章 對(duì)典型零部件（齒輪）的有限元分析.....................................................................325.1 應(yīng)用有限元法研究齒輪的優(yōu)勢(shì) ................................................................................32IV5.2 齒輪參數(shù)及材料的確定 ............................................................................................325.3 子模型法對(duì)齒輪應(yīng)力集中問(wèn)題的應(yīng)用 ....................................................................335.3.1 三維齒輪模型的研究 .....................................................................................335.3.2 二維齒輪模型的研究 .....................................................................................365.4 P 單元法在齒輪應(yīng)力集中問(wèn)題解決中的應(yīng)用 .........................................................38總結(jié)與展望...............................................................................................................................41參考文獻(xiàn)...................................................................................................................................42致 謝.........................................................................................................................................44附則...........................................................................................................................................455第 1 章 緒 論1.1 鋼筋彎曲切斷機(jī)的概念鋼筋彎曲機(jī),鋼筋加工機(jī)械之一。工作機(jī)構(gòu)是一個(gè)在垂直軸上旋轉(zhuǎn)的水平工作圓盤(pán)，把鋼筋置于圖中虛線位置，支承銷(xiāo)軸固定在機(jī)床上，中心銷(xiāo)軸和壓彎銷(xiāo)軸裝在工 作圓盤(pán)上，圓盤(pán)回轉(zhuǎn)時(shí)便將鋼筋彎曲。為了彎曲各種直徑的鋼筋， 在工作盤(pán)上有幾個(gè)孔，用以插壓彎銷(xiāo)軸，也可相應(yīng)地更換不同直徑的中心銷(xiāo)軸。鋼筋切斷機(jī)是 一種剪切鋼筋所使用的一種工具。一般有全自動(dòng)鋼筋切斷機(jī)，和半自動(dòng)鋼筋切斷機(jī)之分。它是鋼筋加工必不可少的設(shè)備之一，它主要用語(yǔ)房屋建筑、橋梁、隧道、電 站、大型水利等工程中對(duì)鋼筋的定長(zhǎng)切斷。鋼筋切斷機(jī)與其他切斷設(shè)備相比，具有重量輕、耗能少、工作可靠、效率高等特點(diǎn)，因此近年來(lái)逐步被機(jī)械加工和小型軋鋼廠等廣泛采用，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用。顯然，鋼筋彎曲切斷機(jī)是鋼筋彎曲機(jī)和切斷機(jī)二者的疊加，二者的功能都要具備。1.2 鋼筋切斷機(jī)特點(diǎn)一般有全自動(dòng)鋼筋切斷機(jī)，和半自動(dòng)鋼筋切斷機(jī)之分。全自動(dòng)的也叫電動(dòng)切斷機(jī)是電能通過(guò)馬達(dá)轉(zhuǎn)化為動(dòng)能控制切刀切口，來(lái)達(dá)到剪切鋼筋效果的。而半自動(dòng)的是人工控制切口，從而進(jìn)行剪切鋼筋操作。而目前比較多的是應(yīng)該屬于液壓鋼筋切斷機(jī) 液壓鋼筋切斷機(jī)又分為充電式和便攜式兩大類(lèi)。6便攜式鋼筋切斷機(jī) 便攜式鋼筋切斷機(jī)1.3 鋼筋切斷機(jī)分類(lèi)適用于建筑工程上各種普通碳素鋼、熱扎圓鋼、螺紋鋼、扁鋼、方鋼的切斷。 切斷圓鋼：（Q235-A）直徑：（Φ6-Φ40）mm 切斷扁鋼最大規(guī)格：（70x15）mm 切斷方鋼：（Q235-A）最大規(guī)格：（32x32）mm 切斷角鋼最大規(guī)格：（50x50)mm1.4 鋼筋彎曲切斷機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外切斷機(jī)的對(duì)比：由于切斷機(jī)技術(shù)含量低、易仿造、利潤(rùn)不高等原因，所以廠家?guī)资陙?lái)基本維持現(xiàn)狀，發(fā)展不快，與國(guó)外同行相比具體有以下幾方面差距。1)國(guó)外切斷機(jī)偏心軸的偏心距較大，如日本立式切斷機(jī)偏心距 24mm，而國(guó)內(nèi)一般為17mm．看似省料、齒輪結(jié)構(gòu)偏小些，但給用戶(hù)帶來(lái)麻煩，不易管理．因?yàn)樵谟汕写罅系角行×蠒r(shí)，不是換刀墊就是換刀片，有時(shí)還需要轉(zhuǎn)換角度。 2)國(guó)外切斷機(jī)的機(jī)架都是鋼板焊接結(jié)構(gòu)，零部件加工精度、粗糙度尤其熱處理工藝過(guò)硬，使切斷機(jī)在承受過(guò)載荷、疲勞失效、磨損等方面都超過(guò)國(guó)產(chǎn)機(jī)器． 3)國(guó)內(nèi)切斷機(jī)刀片設(shè)計(jì)不合理，單螺栓固定，刀片厚度夠薄，40 型和 50 型刀片厚度均為 17mm；而國(guó)外都是雙螺栓固定，25～27mm 厚，因此國(guó)外刀片在受力及壽命等綜合性能方面都較國(guó)內(nèi)優(yōu)良。 4)國(guó)內(nèi)切斷機(jī)每分鐘切斷次數(shù)少．國(guó)內(nèi)一般為 28～31 次，國(guó)外要高出 15～20 次，最高高出 30 次，工作效率較高。 5)國(guó)外機(jī)型一般采用半開(kāi)式結(jié)構(gòu)，齒輪、軸承用油脂潤(rùn)滑，曲軸軸徑、連桿瓦、沖切刀座、轉(zhuǎn)體處用手工加稀油潤(rùn)滑．國(guó)內(nèi)機(jī)型結(jié)構(gòu)有全開(kāi)、全閉、半開(kāi)半閉 3 種，潤(rùn)滑方式有集中稀油潤(rùn)滑和飛濺潤(rùn)滑 2 種。 76)國(guó)內(nèi)切斷機(jī)外觀質(zhì)量、整機(jī)性能不盡人意；國(guó)外廠家一般都是規(guī)模生產(chǎn)，在技術(shù)設(shè)備上舍得投入， 自動(dòng)化生產(chǎn)水平較高，形成一套完整的質(zhì)量保證加工體系。尤其對(duì)外觀質(zhì)量更是精益求精，外罩一次性沖壓成型，油漆經(jīng)烤漆噴涂處理，色澤搭配科學(xué)合理，外觀看 不到哪兒有焊縫、毛刺、尖角，整機(jī)光潔美觀。而國(guó)內(nèi)一些廠家雖然生產(chǎn)歷史較長(zhǎng)，但沒(méi)有一家形成規(guī)模，加之設(shè)備老化，加工過(guò)程拼體力、經(jīng)驗(yàn)，生產(chǎn)工藝幾十年 一貫制，所以外觀質(zhì)量粗糙、觀感較差。鋼筋彎曲切斷機(jī)屬于一種對(duì)鋼筋彎曲切斷機(jī)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。本實(shí)用新型包括減速機(jī)、大齒輪、小齒輪、彎曲切斷盤(pán)面，其特征在于結(jié)構(gòu)中：雙級(jí)制動(dòng)電機(jī)與減速機(jī)直聯(lián)作一級(jí)減速；小齒輪與大齒輪嚙合作二級(jí)減速；大齒輪始終帶動(dòng)彎曲切斷盤(pán)面旋轉(zhuǎn)；彎曲切斷盤(pán)面上設(shè)置有中心軸孔和若干彎曲切斷軸孔；工作臺(tái)面的定位方杠上分別設(shè)置有若干定位軸孔。由于雙級(jí)制動(dòng)電機(jī)與減速機(jī)直聯(lián)作一級(jí)減速，輸入、輸出轉(zhuǎn)數(shù)比準(zhǔn)確，彎曲切斷速度穩(wěn)定、準(zhǔn)確，且可利用電氣自動(dòng)控制變換速度，制動(dòng)器可保證彎曲切斷角度。利用電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，對(duì)鋼筋進(jìn)行雙向彎曲切斷。中心軸可替換，便于維修。可以采用智能化控制。當(dāng)前我國(guó)正在大力發(fā)展基礎(chǔ)建設(shè)及城市化建設(shè),各種建筑耗費(fèi)了大量的鋼筋,其中箍筋加工的效率和質(zhì)量是最難解決的問(wèn)題之一,箍筋不僅使用量非常大,而且形狀和尺寸變化復(fù)雜,尺寸精度要求高,箍筋的制做在原鋼筋加工中是勞動(dòng)強(qiáng)度大,人力物力消耗大,低效率,低質(zhì)量保證的環(huán)節(jié)。隨著我國(guó)建筑行業(yè)的快速發(fā)展，為了響應(yīng)政府及各建筑單位對(duì)箍筋制做自動(dòng)化技術(shù)的迫切要求，我們進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)改進(jìn)工藝，終于在經(jīng)過(guò)不懈的努力研制出自有專(zhuān)利技術(shù)的-----可調(diào)速鋼筋彎曲切斷機(jī) GW-40B鋼筋彎曲切斷機(jī)是鋼筋加工必不可少的設(shè)備之一，它主要用語(yǔ)房屋建筑、橋梁、隧道、電站、大型水利等工程中對(duì)鋼筋的定長(zhǎng)彎曲切斷。鋼筋彎曲切斷機(jī)與其他彎曲8切斷設(shè)備相比，具有重量輕、耗能少、工作可靠、效率高等特點(diǎn)，因此近年來(lái)逐步被機(jī)械加工和小型軋鋼廠等廣泛采用，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用。國(guó)內(nèi)外彎曲切斷機(jī)的對(duì)比：由于彎曲切斷機(jī)技術(shù)含量低、易仿造、利潤(rùn)不高等原因，所以廠家?guī)资陙?lái)基本維持現(xiàn)狀，發(fā)展不快，與國(guó)外同行相比具體有以下幾方面差距。1)國(guó)外彎曲切斷機(jī)偏心軸的偏心距較大，如日本立式彎曲切斷機(jī)偏心距 24mm，而國(guó)內(nèi)一般為 17mm．看似省料、齒輪結(jié)構(gòu)偏小些，但給用戶(hù)帶來(lái)麻煩，不易管理．因?yàn)樵谟汕写罅系角行×蠒r(shí)，不是換刀墊就是換刀片，有時(shí)還需要轉(zhuǎn)換角度。2)國(guó)外彎曲切斷機(jī)的機(jī)架都是鋼板焊接結(jié)構(gòu)，零部件加工精度、粗糙度尤其熱處理工藝過(guò)硬，使彎曲切斷機(jī)在承受過(guò)載荷、疲勞失效、磨損等方面都超過(guò)國(guó)產(chǎn)機(jī)器．3)國(guó)內(nèi)彎曲切斷機(jī)刀片設(shè)計(jì)不合理，單螺栓固定，刀片厚度夠薄，40 型和 50 型刀片厚度均為 17mm；而國(guó)外都是雙螺栓固定，25～27mm 厚，因此國(guó)外刀片在受力及壽命等綜合性能方面都較國(guó)內(nèi)優(yōu)良。4)國(guó)內(nèi)彎曲切斷機(jī)每分鐘彎曲切斷次數(shù)少．國(guó)內(nèi)一般為 28～31 次，國(guó)外要高出15～20 次，最高高出 30 次，工作效率較高。5)國(guó)外機(jī)型一般采用半開(kāi)式結(jié)構(gòu)，齒輪、軸承用油脂潤(rùn)滑，曲軸軸徑、連桿瓦、沖切刀座、轉(zhuǎn)體處用手工加稀油潤(rùn)滑．國(guó)內(nèi)機(jī)型結(jié)構(gòu)有全開(kāi)、全閉、半開(kāi)半閉 3 種，潤(rùn)滑方式有集中稀油潤(rùn)滑和飛濺潤(rùn)滑 2 種。6)國(guó)內(nèi)彎曲切斷機(jī)外觀質(zhì)量、整機(jī)性能不盡人意；國(guó)外廠家一般都是規(guī)模生產(chǎn)，在技術(shù)設(shè)備上舍得投入，自動(dòng)化生產(chǎn)水平較高，形成一套完整的質(zhì)量保證加工體系。尤其對(duì)外觀質(zhì)量更是精益求精，外罩一次性沖壓成型，油漆經(jīng)烤漆噴涂處理，色澤搭配科學(xué)合理，外觀看不到哪兒有焊縫、毛刺、尖角，整機(jī)光潔美觀。而國(guó)內(nèi)一些一些廠家雖然生產(chǎn)歷史較長(zhǎng)，但沒(méi)有一家形成規(guī)模，加之設(shè)備老化，加工過(guò)程拼體力、經(jīng)驗(yàn)，生產(chǎn)工藝幾十年一貫制，所以外觀質(zhì)量粗糙、觀感較差。全球經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展為建筑行業(yè)，特別是為建筑機(jī)械的發(fā)展提供了一個(gè)廣闊的發(fā)展空間，為廣大生產(chǎn)企業(yè)提供一個(gè)展示自己的舞臺(tái)。面對(duì)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的我國(guó)建筑機(jī)械市場(chǎng)，加強(qiáng)企業(yè)的經(jīng)營(yíng)管理，加大科技投入，重視新技術(shù)、新產(chǎn)品的研究開(kāi)發(fā)，提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品售后服務(wù)水平，積極、主動(dòng)走向市場(chǎng)，使企業(yè)的產(chǎn)品不斷地滿(mǎn)足9用戶(hù)的需求，盡快縮短與國(guó)外先進(jìn)企業(yè)的差距，無(wú)疑是我國(guó)鋼筋彎曲切斷機(jī)生產(chǎn)企業(yè)生存與發(fā)展的必由之路。第 2 章 鋼筋彎曲切斷機(jī)的工作原理2.1 鋼筋彎曲切斷機(jī)的切斷部分工作原理切斷部分工作原理：采用電動(dòng)機(jī)經(jīng)二級(jí)齒輪傳動(dòng)后,帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn),曲軸推動(dòng)連桿使滑塊和動(dòng)刀片在機(jī)座的滑道中作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng),使活動(dòng)刀片和固定刀片相錯(cuò)而彎曲切斷鋼筋。2.2 鋼筋彎曲切斷機(jī)的彎曲部分工作原理彎曲部分工作原理：鋼筋彎曲機(jī)屬于一種對(duì)鋼筋彎曲機(jī)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。本實(shí)用新型包括減速機(jī)、大齒輪、小齒輪、彎曲盤(pán)面，其特征在于結(jié)構(gòu)中：雙級(jí)制動(dòng)電機(jī)與減速機(jī)直聯(lián)作一級(jí)減速；小齒輪與大齒輪嚙合作二級(jí)減速；大齒輪始終帶動(dòng)彎曲盤(pán)面旋轉(zhuǎn)；彎曲盤(pán)面上設(shè)置 有中心軸孔和若干彎曲軸孔；工作臺(tái)面的定位方杠上分別設(shè)置有若干定位軸孔。由于雙級(jí)制動(dòng)電機(jī)與減速機(jī)直聯(lián)作一級(jí)減速，輸入、輸出轉(zhuǎn)數(shù)比準(zhǔn)確，彎曲速度穩(wěn) 定、準(zhǔn)確，且可利用電氣自動(dòng)控制變換速度，制動(dòng)器可保證彎曲角度。利用電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，對(duì)鋼筋進(jìn)行雙向彎曲。中心軸可替換，便于維修。可以采用智能化控制。 國(guó)外品牌都是貼牌生產(chǎn) 很少是全套進(jìn)口 據(jù)調(diào)查所知 很多國(guó)外打牌都是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)商生產(chǎn)。彎曲原理圖彎曲機(jī)的工作機(jī)構(gòu)是一個(gè)在垂直軸上旋轉(zhuǎn)的水平工作圓盤(pán)，如圖所示，把鋼筋置10于圖中虛線位置，支承銷(xiāo)軸固定在機(jī)床上，中心銷(xiāo)軸和壓彎銷(xiāo)軸裝在工作圓盤(pán)上，圓盤(pán)回轉(zhuǎn)時(shí)便將鋼筋彎曲。為了彎曲各種直徑的鋼筋， 在工作盤(pán)上有幾個(gè)孔，用以插壓彎銷(xiāo)軸，也可相應(yīng)地更換不同直徑的中心銷(xiāo)軸。第 3 章 動(dòng)力計(jì)算與選擇傳動(dòng)方案簡(jiǎn)述：選擇三級(jí)減速，先是一級(jí)帶減速，再兩級(jí)齒輪減速。首先采用一級(jí)帶傳動(dòng)，因?yàn)樗哂芯彌_、吸振、運(yùn)行平穩(wěn)、噪聲小、合過(guò)載保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，并安裝張緊輪。然后采用兩級(jí)齒輪減速，因?yàn)辇X輪傳動(dòng)可用來(lái)傳遞空間任意兩軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，并具有功率范圍大，傳動(dòng)效率高，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，使用壽命長(zhǎng)，工作安全可靠等特點(diǎn)。動(dòng)力由電動(dòng)機(jī)輸出,通過(guò)減速系統(tǒng)傳動(dòng),把動(dòng)力輸入到執(zhí)行機(jī)構(gòu)。由于傳動(dòng)系統(tǒng)作 的是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),而鋼筋彎曲切斷機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng),為了實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換,可以采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu),盤(pán)行凸輪移動(dòng)滾子從動(dòng)件機(jī)構(gòu),齒輪齒條機(jī)構(gòu)?？紤]現(xiàn)實(shí)條件我決定采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)作為本機(jī)械的執(zhí)行機(jī)構(gòu) 。4.1 彎曲鋼筋需用力計(jì)算為了保證鋼筋的剪斷，剪應(yīng)力應(yīng)超過(guò)材料的許應(yīng)剪應(yīng)力 。即彎曲切斷鋼筋的條件為：????????AQ查資料可知鋼筋的許用剪應(yīng)力為： MPa,取最大值 142MPa。由于本彎曲切??142~8??斷機(jī)彎曲切斷的最大剛筋粗度為： mm。3maxd則本機(jī)器的最小彎曲切斷力為： ??21844)32(.max2???QdQ??取彎曲切斷機(jī)的 Q=22000N。114.2 彎曲鋼筋需用功率計(jì)算由圖可知，刀的速度小于曲軸處的線速度。則彎曲切斷處的功率 P ：W8.6901.20615?????QP查表可知在傳動(dòng)過(guò)程中，帶傳動(dòng)的效率為 η= 0.94~0.97； 二級(jí)齒輪減速器的效率為 η= 0.96~0.99； 滾動(dòng)軸承的傳動(dòng)效率為 η= 0.94~0.98； 連桿傳動(dòng)的效率為 η= 0.81~0.88；滑動(dòng)軸承的效率為 9.0~8.??由以上可知總的傳動(dòng)效率為:η= 0.94 ×0.96×0.98×0.81=0.72由此可知所選電機(jī)功率最小應(yīng)為 kw94.172.06??P查手冊(cè)并根據(jù)電機(jī)的工作環(huán)境和性質(zhì)選取電機(jī)為：Y 系列封閉式三相異步電動(dòng)機(jī)，代號(hào)為 Y112M-6，輸出功率為 2.2kw，輸出速度為 960 r/min。4.3 切斷鋼筋需用力計(jì)算受力情況與計(jì)算有關(guān)的幾何尺寸標(biāo)記圖 1。設(shè)鋼筋所需彎矩：Mt=式中 F 為撥斜柱對(duì)鋼筋的作用力；Fr 為 F 的徑向分力;a 為 F 與鋼筋軸?sini0LFr線夾角。 當(dāng) Mt 一定，a 越大則撥斜柱及主軸徑向負(fù)荷越?。?a=arcos(L1/Lo)一定，Lo 越大。因此，彎曲機(jī)的工作盤(pán)應(yīng)加大直徑，增大撥斜柱中心到主軸中心距離 L0鋼筋彎曲機(jī)的工作盤(pán)設(shè)計(jì)：直徑 Ф400mm，空間距 120mm，L0=169.7 mm，Ls=235 ，a=44.8012a工 作 盤(pán) ； 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.鋼筋彎曲機(jī)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(guò)材料的額定延伸率，鋼筋應(yīng)力超過(guò)屈服極限產(chǎn)生塑性變形。1.按 Ф32 鋼筋公稱(chēng)直徑計(jì)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(duì)圓截面 K 1=1.7；對(duì)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(qiáng)化） ，產(chǎn)生變形硬化后的終彎矩：M=（K 1+K0/2Rx）Wσs 式中，K0 為強(qiáng)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）4. 鋼筋彎曲所需距Mt=[(M0+M)/2]/K=8739（N·m）式中，K 為彎曲時(shí)的滾動(dòng)摩擦系數(shù)， K=1.05 按上述計(jì)算方法同樣可以得出 Ф50I 級(jí)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(jì)算依據(jù)。4.4 切斷鋼筋需用功率計(jì)算由功率扭矩關(guān)系公式 A0=T·n/9550=1.9KW,考慮到部分機(jī)械效率 η=0.85，則電動(dòng)機(jī)最大負(fù)載功率 A= A0/η=1.9/0.85=2.0（KW） ，電動(dòng)機(jī)選用 Y 系列三相異步電動(dòng)機(jī)，額定功率為13=2.2（KW）,額定轉(zhuǎn)速 =1440r/min。eAen4.5 功率確定根據(jù)上述計(jì)算，在這里選擇電動(dòng)機(jī)選用 Y 系列三相異步電動(dòng)機(jī)，額定功率為=2.2（KW）,額定轉(zhuǎn)速 =1440r/min。eAen14第 4 章 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)4.1.1 第一級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)a) 選材料、確定初步參數(shù)1) 選材料 小齒輪：40Cr 鋼調(diào)制，平均取齒面硬度為 260HBS大齒輪：45 鋼調(diào)制，平均取齒面硬度為 260HBS2) 初選齒數(shù) 取小齒輪的齒數(shù)為 20，則大齒輪的齒數(shù)為 20×6.4=1283) 齒數(shù)比即為傳動(dòng)比 4.62018?i4) 選擇尺寬系數(shù) ψ d 和傳動(dòng)精度等級(jí)情況，參照相關(guān)手冊(cè)并根據(jù)以前學(xué)過(guò)的知識(shí)選取 ψ d=0.6初估小齒輪直徑 d1=60mm，則小齒輪的尺寬為 b=ψ d× d1=0.6×60=36mm5) 齒輪圓周速度為：參照手冊(cè)選精度等級(jí)為 9 級(jí)。s/m5.0648061????ππ nv6) 計(jì)算小齒輪轉(zhuǎn)矩 T1 mN10.486.2.95.9161 ??npT7) 確定重合度系數(shù) Zε 、Y ε ：由公式可知重合度為 695.280.38???????????ε則由手冊(cè)中相應(yīng)公式可知： 7.3.14εεZ692.075.2.0??εεY8) 確定載荷系數(shù) KH 、K F確定使用系數(shù) KA：查閱手冊(cè)選取使用系數(shù)為 KA=1.85確定動(dòng)載系數(shù) Kv：查閱手冊(cè)選取動(dòng)載系數(shù) Kv=1.1015確定齒間載荷分布系數(shù) KHa、K Fa： m/N10/23.703601.4852*21 ????dbTFKAtA則 .7.022εZHa 45.69.εYFa載荷系數(shù) KH、K F 的確定，由公式可知 0.315.08.1??????αβVA42.3509.3?HaFFb) 齒面疲勞強(qiáng)度計(jì)算1) 確定許用應(yīng)力[σ H]① 總工作時(shí)間 th，假設(shè)該彎曲切斷機(jī)的壽命為 10 年，每年工作 300 天，每天工作 8 個(gè)小時(shí)，則： h120835??ht② 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N1、N 2??8 6.6.6.6.3110 304570046?? ???????????hiiihv tTtrn7812 15..6?uNv③ 壽命系數(shù) Zn1、Z n2 ，查閱相關(guān)手冊(cè)選取 Zn1=1.0、Z n2=1.15④ 接觸疲勞極限?。害?hlim1=720MPa、σ hlim2=580MPa⑤ 安全系數(shù)?。篠 h=1.0⑥ 許用應(yīng)力 [σ h1]、[σ h2]??MPa72019.62lim1 ???hnHhZσσ 34.52li2hnhSσσ2) 彈性系數(shù) ZE 查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可選取 Pa190?EZ3) 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) ZH 查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可選取 ZH=2.54) 求所需小齒輪直徑 d116????m34.57208.5194.61.09.23 211? ?????????????????hedhZuTkσψ ε與初估大小基本相符。5) 確定中心距，模數(shù)等幾何參數(shù)中心距 a： 圓整中心矩取 222mm??75.2041.634.5????模數(shù) m：由中心矩 a 及初選齒數(shù) Z1 、Z 2 得：3921?Z分度圓直徑 d1,d26031???z m384122???mzd確定尺寬：取大齒輪尺寬為 b1=60×0.6=36mm小齒輪尺寬取 b2=40mmc) 齒根抗彎疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算1) 求許用彎曲切斷應(yīng)力 [σ F]① 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) NF1、N F2??7 2.62.62.62.631108. 30457046?? ???????????hiiihFtTtrn7712 1..'uNF② 壽命系數(shù) Yn1、Y n2 ，查閱相關(guān)手冊(cè)選取 Yn1=1、Y n2=1③ 極限應(yīng)力?。害?Flim1=290MPa、σ Flim2=220MPa④ 尺寸系數(shù) Yx：查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選，取 Yx=1.5⑤ 安全系數(shù) SF：參照表 9-13，取 SF=1.5⑥ 需用應(yīng)力[σ F1] 、[ σ F2] 由式（9-20） ，許用彎曲切斷應(yīng)力17?? MPa3875.129021lim1 ????SYFxNFσσ29.2li2xσσ2) 齒形系數(shù) YFa1、Y Fa2 由圖 9-19，取YFa1=2.56 YFa2=2.153) 應(yīng)力修正系數(shù) Ysa1、Y sa2 由圖 9-20，取Ysa1=1.62 Ysa2=1.824) 校核齒根抗彎疲勞強(qiáng)度 由式（9-17） ，齒根彎曲切斷應(yīng)力??1411MPa49MPa692.05.2.3602.FsaFFmbdTKσσ ???????2122 a.1462.5849FsaFYσσσ ???4.1.2 第二級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)：a) 選材料、確定初步參數(shù)1) 選材料 小齒輪：40Cr 鋼調(diào)制，平均取齒面硬度為 260HBS大齒輪：45 鋼調(diào)制，平均取齒面硬度為 260HBS2) 初選齒數(shù) 取小齒輪的齒數(shù)為 28，則大齒輪的齒數(shù)為 28×5=1403) 齒數(shù)比即為傳動(dòng)比 528140?i4) 選擇尺寬系數(shù) ψ d 和傳動(dòng)精度等級(jí)情況，參照相關(guān)手冊(cè)并根據(jù)以前學(xué)過(guò)的知識(shí)選取 ψ d=2/3初估小齒輪直徑 d1=84mm，則小齒輪的尺寬為 b=ψ d× d1=2/3×84=56mm齒輪圓周速度為：參照手冊(cè)選精度等級(jí)為 9 級(jí)。s/05m.6078460n1??????5) 計(jì)算小齒輪轉(zhuǎn)矩 T1 mN10.27596.1.9np5.9T 5161 ??186) 確定重合度系數(shù) Zε 、Y ε ：由公式可知重合度為 74.1028.31???????????ε則由手冊(cè)中相應(yīng)公式可知： 68.3.4εεZ1.075.2.0??εεY7) 確定載荷系數(shù) KH 、K F確定使用系數(shù) KA：查閱手冊(cè)選取使用系數(shù)為 KA=1.85確定動(dòng)載系數(shù) Kv：查閱手冊(cè)選取動(dòng)載系數(shù) Kv=1.0確定齒間載荷分布系數(shù) KHa、K Fa： m/N10/6.1956840.2121 ?????dbTFAtA則 3.6.022εZKHa 47.8.εYFa載荷系數(shù) KH、K F 的確定，由公式可知 2.3.150.81??????αVA?3..4732?HaFFc) 齒面疲勞強(qiáng)度計(jì)算1) 確定許用應(yīng)力[ σ H]①總工作時(shí)間 th，假設(shè)該彎曲切斷機(jī)的壽命為 10 年，每年工作 300 天，每天工作 8 個(gè)小時(shí)，則： h120835??ht②應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N1、N 2 ??7 6.6.6.6.311035. 3045706?? ???????????hiiihv tTtrn6712 1.253.?uNv19③壽命系數(shù) Zn1、Z n2 ，查閱相關(guān)手冊(cè)選取 Zn1=1.33、Z n2=1.48④接觸疲勞極限?。害?hlim1=760MPa、σ hlim2=760MPa⑤安全系數(shù)?。篠 h=1⑥許用應(yīng)力 [σ h1]、[σ h2]??MPa8.103.762lim1 ???hnHhSZσσ .24.2li2hnhσσ2) 彈性系數(shù) ZE 查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可選取 Pa190?EZ3) 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) ZH 查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可選取 ZH=2.54) 求所需小齒輪直徑 d1????m0.7 8.124605953/28.1.3 23 211? ?????????????????hedhuTkσψ ε與初估大小基本相符。5) 確定中心距，模數(shù)等幾何參數(shù)中心距 a： 圓整中心矩取 252mm??21050.7????模數(shù) m：由中心矩 a 及初選齒數(shù) Z1 、Z 2 得：340281?Z分度圓直徑 d1,d231???z m42012???mzd確定尺寬：取大齒輪尺寬為 b1=84×2/3=56mm小齒輪尺寬取 b2=60mmc) 齒根抗彎疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算1) 求許用彎曲切斷應(yīng)力 [σ F]① 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) NF1、N F220??7 2.62.62.62.631105. 3045706?? ???????????hiiihFtTtrnN6712 1.53.'uF② 壽命系數(shù) Yn1、Yn2 ，查閱相關(guān)手冊(cè)選取 Yn1=1、Yn2=1③ 極限應(yīng)力?。害?Flim1=290MPa、σ Flim2=230MPa④ 尺寸系數(shù) Yx：查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選，取 Yx=1.5⑤ 安全系數(shù) SF：參照表 9-13，取 SF=1.5⑥ 需用應(yīng)力[σ F1] 、[ σ F2] 由式（9-20） ，許用彎曲切斷應(yīng)力?? MPa3875.129021lim1 ????FxNFσσ0.32li2SYxσσ2) 齒形系數(shù) YFa1、Y Fa2 由圖 9-19，取YFa1=2.56 YFa2=2.153) 應(yīng)力修正系數(shù) Ysa1、Y sa2 由圖 9-20，取Ysa1=1.62 Ysa2=1.824) 校核齒根抗彎疲勞強(qiáng)度 由式（9-17） ，齒根彎曲切斷應(yīng)力??1511MPa3MPa681.02.6840.2FsaFFmbdTKσσ ???????2122 a9762.153FsaFYσσσ ???4.2 軸的校核4.2.1 一軸的校核軸直徑的設(shè)計(jì)式21??89m.17402.61nPC2.0159333T6 ?????d軸的剛度計(jì)算a) 按當(dāng)量彎矩法校核1) 設(shè)計(jì)軸系結(jié)構(gòu)，確定軸的受力簡(jiǎn)圖、彎矩圖、合成彎矩圖、轉(zhuǎn)矩圖和當(dāng)量彎矩圖。22圖 2 軸的受力轉(zhuǎn)矩彎矩圖2) 求作用在軸上的力如表 1，作圖如圖 2-c表 1 作用在軸上的力垂直面（Fv） 水平面（Fh）軸承 1 F2=12N F4=891N齒輪 2 = NBvF1367498NFAH?軸承 3 F1=476N F3=1570N帶輪 4 0v?1056NB3） 求作用在軸上的彎矩如表 2，作出彎矩圖如圖 2-d、2-e23表 2 作用在軸上的彎矩垂直面（Mv） 水平面（Mh）1308N.m9-Ft1??vM -97101???cHFMN.mm合成彎矩截面 ??97128.m.97130822???Ⅰ 0534N4?Ⅱv 15N.m204367-389H??Ⅱ合成彎矩截面 ???105..5103482???ⅡM4）作出轉(zhuǎn)彎矩圖如圖 2-f5）作出當(dāng)量彎矩圖如圖 2-g，并確定可能的危險(xiǎn)截面Ⅰ、Ⅱ如圖 2-a。并算出危險(xiǎn)截面的彎矩如表 3。6）確定許用應(yīng)力表 3 截面的彎矩Ⅰ截面 ??1054N.mTM22???? eⅡ截面 6ⅡⅡ6）確定許用應(yīng)力已知軸材料為 45 鋼調(diào)質(zhì)，查表得 =650MPa。用插入法查表得b?=102.5MPa， =60MPa。??b0???b1????59.01260????7）校核軸徑如表 4表 4 驗(yàn)算軸徑24Ⅰ截面??m621.0M3be????ⅠⅠdⅡ截面??48261.03be?ⅡⅡd結(jié)論：按當(dāng)量彎矩法校核，軸的強(qiáng)度足夠。b) 軸的剛度計(jì)算 ??????7171410 2.90.865 233.57 ipiipinipi ILTIILTG?2I4p1d?50834p2?62I4pd?17034p?8692I45pd?34p6?2510I47pd?6834p8?5.012. 164829520834671695270483652079? ?????? ?????所以軸的剛度足夠4.2.2 三軸的校核軸直徑的設(shè)計(jì)式25??54.9m1.860nPC2.0159333T6 ?????d軸的剛度計(jì)算a) 按當(dāng)量彎矩法校核設(shè)計(jì)軸系結(jié)構(gòu)，確定軸的受力簡(jiǎn)圖、彎矩圖、合成彎矩圖、轉(zhuǎn)矩圖和當(dāng)量彎矩圖。1） 軸的受力簡(jiǎn)圖如圖 3-a26圖 3 軸的受力彎矩轉(zhuǎn)矩圖2）求作用在軸上的力如表 5，并作圖如圖 3-c27表 5 作用在軸上的力垂直面（Fv） 水平面（Fh）軸承 1 F3=1627N F1=8362N齒輪 =2381NBvF867NFAH?軸承 2 F4=754N F3=12619N曲軸 0v?21848NB3）計(jì)算出彎矩如表 6，并作圖如圖 3-d、e表 6 軸上的彎矩垂直面（Mv） 水平面（Mh）.m-314825N9.-Fp1??vM16804793.51??cHFMN.mm合成彎矩Ⅰ截面 ????m1640N..1680473482.52???Ⅰ 9NⅡv .537HⅡ合成彎矩Ⅱ截面 ????160..31546718272???ⅡM4）作出轉(zhuǎn)彎矩圖如圖 3-f5）作出當(dāng)量彎矩圖如圖 3-g，并確定可能的危險(xiǎn)截面Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的彎矩如表 7表 7 危險(xiǎn)截面的彎矩Ⅰ截面??m1640N.TM22????ⅠⅠeⅡ截面??3160.22???ⅡⅡe286）確定許用應(yīng)力已知軸材料為 45 鋼調(diào)質(zhì)，查表得 =650MPa。用插入法查表得b?=102.5MPa， =60MPa??b0???b1??59.02601????7）校核軸徑如表 8表 8 校核軸徑Ⅰ截面??m846.91.0M3be????ⅠⅠdⅡ截面??908.51.03be?ⅡⅡd結(jié)論：按當(dāng)量彎矩法校核，軸的強(qiáng)度足夠。b) 軸的剛度計(jì)算 ??????7171410 2.90.865 233.57 ipiipinipi ILTIILTG?所以軸的剛度足夠..??4.3 鍵的校核4.3.1. 平鍵的強(qiáng)度校核. a) 鍵的選擇 鍵的類(lèi)型應(yīng)根據(jù)鍵聯(lián)接的結(jié)構(gòu)使用要求和工作狀況來(lái)選擇。選擇時(shí)應(yīng)考慮傳遞轉(zhuǎn)拒的大小，聯(lián)接的對(duì)中性要求，是否要求軸向固定，聯(lián)接于軸上的零件是否需要沿軸滑動(dòng)及滑動(dòng)距離長(zhǎng)短，以及鍵在軸上的位置等。鍵的主要尺寸為其橫截面尺寸(鍵寬 b 鍵高 h)與長(zhǎng)度 L。鍵的橫截面尺寸 b×h 依軸的直徑 d 由標(biāo)準(zhǔn)中選取。鍵的長(zhǎng)度 L 一般可按輪轂的長(zhǎng)度選定，即鍵長(zhǎng)略短于輪轂長(zhǎng)度，并應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的長(zhǎng)度系列。故根據(jù)以上所提出的以及該機(jī)工作時(shí)的要求，故選用 A 型普通平鍵。由設(shè)計(jì)手冊(cè)查得：29鍵寬 b=16mm 鍵高 h=10mm 鍵長(zhǎng) L=30mmb) 驗(yàn)算擠壓強(qiáng)度.平鍵聯(lián)接的失效形式有：對(duì)普通平鍵聯(lián)接而言，其失效形式為鍵，軸，輪轂三者中較弱的工作表面被壓潰。工程設(shè)計(jì)中，假定壓力沿鍵長(zhǎng)和鍵高均勻分布，可按平均擠壓應(yīng)力進(jìn)行擠壓強(qiáng)度或耐磨性的條件計(jì)算，即：靜聯(lián)接 ppkldT][2???式中 ———— 傳遞的轉(zhuǎn)矩 )mN(?———— 軸的直徑 d———— 鍵與輪轂的接觸高度(mm)，一般取 k 2hk?———— 鍵的接觸長(zhǎng)度(mm).圓頭平鍵 l bLl??———— 許用擠壓應(yīng)力 )p][?MPa(鍵的工作長(zhǎng)度 m1)425(???bLl擠壓面高度 10hk轉(zhuǎn)矩 npT65.9?? N09.1587..966 ???許用擠壓應(yīng)力，查表， MPa0][?p?則 擠壓應(yīng)力Pa602.431596.26???apklT??所以 此鍵是安全的。附：鍵的材料：因?yàn)閴簼⒑湍p是鍵聯(lián)接的主要失效形式，所以鍵的材料要求有足夠的硬度。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，鍵用抗拉強(qiáng)度不低于 的鋼制造，如 45 鋼 Q275 MPa60等。4.4 軸承的校核 滾動(dòng)軸承是又專(zhuān)業(yè)工廠生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)件。滾動(dòng)軸承的類(lèi)型、尺寸和公差等級(jí)均已制30訂有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，在機(jī)械設(shè)計(jì)中只需根據(jù)工作條件選擇合適的軸承類(lèi)型、尺寸和公差等級(jí)等，并進(jìn)行軸承的組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。4.4.1 初選軸承型號(hào) 試選 10000K 軸承，查 GB281-1994，查得 10000K 軸承的性能參數(shù)為：C=14617N Co=162850N (脂潤(rùn)滑)190min?4.4.2 壽命計(jì)算 a) 計(jì)算軸承內(nèi)部軸向力.查表得 10000K 軸承的內(nèi)部軸向力 )2/(YFRs?65.0'32815cos67.0cos. ????YN12470481503922 ???RF則：9028)(121YRSb) 計(jì)算外加軸向載荷 ?XFc) 計(jì)算軸承的軸向載荷 因?yàn)? 21S?故 軸承 1 N902811??SAF軸承 2 21d) 當(dāng)量動(dòng)載荷計(jì)算 由式 )(aRpPYFXfF??查表得： 的界限值 A 42.05.1??tge90.152382R317.012498?RAF查表知 eRA?9./1故 39.0cos4.0???YXeFRA71故 39.04.22則：N905)90283.124.(2)11????ARpPYXf13).7.()221 ARpPFfF式中. (輕度沖擊的運(yùn)轉(zhuǎn)).?pf由于 ，且軸承 1、2 采用型號(hào)、尺寸相同的軸承，谷只對(duì)軸承 2 進(jìn)行壽21PF?命計(jì)算。 N032?Pe) 計(jì)算軸承壽命h45019)367(2)110660????PhFCnLf) 極限轉(zhuǎn)速計(jì)算 由式 lim21nfmas5.03467??PFC?6.7/21rctgrctgRA?32查得：載荷系數(shù) 65.01?f載荷分布系數(shù) 82故 minr9.?masnir10??計(jì)算結(jié)果表明，選用的 10000K 型圓柱孔調(diào)心軸承能滿(mǎn)足要求。33第 5 章 對(duì)典型零部件（齒輪）的有限元分析5.1 應(yīng)用有限元法研究齒輪的優(yōu)勢(shì)傳統(tǒng)的齒輪強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法是通過(guò)人工對(duì)齒輪強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)和校核，通常采用材料力學(xué)的方法，把齒輪當(dāng)作懸臂梁，設(shè)計(jì)校核齒根彎曲強(qiáng)度和齒面接觸強(qiáng)度。然后，根據(jù)強(qiáng)度設(shè)計(jì)的結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并畫(huà)出二維圖紙。這種設(shè)計(jì)方法計(jì)算繁瑣，容易出現(xiàn)設(shè)計(jì)誤差和錯(cuò)誤，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，難以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)，而且由于齒輪結(jié)構(gòu)形狀和受力都較為復(fù)雜，尤其是在工作過(guò)程中經(jīng)常承受動(dòng)載的作用，與理想梁承受靜載的情況相差甚遠(yuǎn)，有較大的誤差，無(wú)法反映結(jié)構(gòu)整體的變形和應(yīng)力情況。而且在設(shè)計(jì)過(guò)程中，一旦齒輪參數(shù)發(fā)生改變，則必須重新設(shè)計(jì)圖紙。顯然，這種設(shè)計(jì)方法效率低下，本研究方案針對(duì)傳統(tǒng)的齒輪設(shè)計(jì)方法的不足，將 ANSYS 有限元分析技術(shù)引入齒輪設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)領(lǐng)域。借助計(jì)算機(jī)及相應(yīng)軟件迅速、高效、準(zhǔn)確地進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)分析 [20]。5.2 齒輪參數(shù)及材料的確定表5.1 齒輪參數(shù)序號(hào) 參數(shù) 數(shù)值1 齒數(shù) Z 482 壓力角 ? 20°4 模數(shù) m (mm) 2.55 齒頂高 h(mm) 2.56 分度圓直徑d (mm) 1207 齒頂圓直徑 da(mm) 1258 輪齒寬 B（mm） 24表5.2 齒輪材料特性材料 彈性模量 泊松比 密度45鋼 210GPa 0.3 7800Kg/ 3m345.3 子模型法對(duì)齒輪應(yīng)力集中問(wèn)題的應(yīng)用詳細(xì)分析齒輪結(jié)構(gòu)齒根附近的三維應(yīng)力場(chǎng)需要大量足夠細(xì)小的單元，其計(jì)算工作量之大有時(shí)令人難以接受。因此，提出有效而簡(jiǎn)單的計(jì)算方法是解決此類(lèi)問(wèn)題的關(guān)鍵。子模型技術(shù)是從整體模型的局部區(qū)域中獲得更加精確解的有限單元技術(shù)。該方法又稱(chēng)為切割邊界位移法或特定邊界位移法。切割邊界就是子模型從整體模型分割開(kāi)的邊界。整體模型切割邊界的計(jì)算位移值即為子模型的邊界條件。子模型技術(shù)基于圣維南原理，即如果實(shí)際分布載荷被等效載荷代替以后，應(yīng)力和應(yīng)變只在載荷施加的位置附近有改變。如果合理選擇子模型的邊界，并通過(guò)對(duì)子模型進(jìn)行網(wǎng)格加密處理，就可以得到高精度的結(jié)果。關(guān)于子模型技術(shù)的有關(guān)細(xì)節(jié)，可參閱 ANSYS 軟件包的相關(guān)文件。應(yīng)用子模型技術(shù)分析齒輪結(jié)構(gòu)齒根附近的應(yīng)力場(chǎng)，只須合理定義切割邊界, 邊界條件插值計(jì)算可由 ANSYS 程序自動(dòng)完成。5.3.1 三維齒輪模型的研究1）建立齒輪三維模型對(duì)齒輪三維總體模型有限元分析時(shí)，模型通過(guò)輸入命令流自動(dòng)生成二維齒輪模型，拉伸 24mm 得到三維模型如下：圖 5.1 建立三維模型（1）定義總體模型工作文件名為 60。（2）定義單元類(lèi)型，材料屬性。對(duì)二維模型采用 8 節(jié)點(diǎn) Plane185 號(hào)單元，給單元在本文第三章已介紹過(guò)。設(shè)置材料的彈性模量 EX=2e5MPa 和泊松比 PREY=0.3。單元厚度設(shè)置為 24mm。35（3）網(wǎng)格劃分：利用 ANSYS 網(wǎng)格劃分工具（ Mesh Tool）提供的線尺寸控制將所要研究的齒輪廓線（即齒廓線、齒根過(guò)渡曲線等）上的單元數(shù)，然后對(duì)齒面進(jìn)行劃分，效果如圖：圖 5.2 網(wǎng)格細(xì)化（4）邊界條件：約束齒輪內(nèi)圓圓弧的節(jié)點(diǎn)又有方向的位移。（5）載荷施加：如果假設(shè)載荷沿接觸線是均勻分布的，取載荷值為 F=1149N，在齒頂處施加集中力，代替節(jié)點(diǎn)處的接觸力對(duì)齒根應(yīng)力進(jìn)行分析。通過(guò)文獻(xiàn)可知，由于常用的直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的重合度系數(shù)，在一般情況下處于和之間，因此會(huì)出現(xiàn)單、雙齒交替嚙合，由于輪齒的最大應(yīng)力發(fā)生在單齒嚙合的最高點(diǎn)，因此需要計(jì)算作用載荷的位置。假設(shè)所分析的齒輪傳動(dòng)為等比傳動(dòng)，且為標(biāo)準(zhǔn)安裝。齒輪受力如圖所示：圖 4.3 齒輪受力由圖可得到：（5.1）????aF36其中：（5.2）)arcos(ab??計(jì)算得到： 為齒頂壓力角，所以齒頂法向載荷作用角 大小為：a aF?（5.3）52.9)4.2861rctn()5.28963arcos(????Fa在模型中施加集中力時(shí)，將 分解到 X 和 Y 方向。則 X 和 Y 方向力 ，大n YXF,小分別