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鋼筋校直機的設計 1引言 1.1設計鋼筋校直機的目的意義 21世紀是一個技術(shù)創(chuàng)新的時代，隨著我國經(jīng)濟建設的高速發(fā)展，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)與設計概念得到不斷創(chuàng)新，高性能材料的開發(fā)應用使預應力混凝土技術(shù)獲得高速而廣泛的發(fā)展，在鋼筋混凝土中，鋼筋是不可缺少的構(gòu)架材料，而鋼筋的加工和成型直接影響到鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的強度、造價、工程質(zhì)量以及施工進度。所以，鋼筋加工機械是建筑施工中不可缺少的機械設備。在實際生產(chǎn)中，鋼筋全是以圓盤狀出現(xiàn)的，這樣生產(chǎn)者方便運輸，但工地施工時所需要的鋼筋都為直鋼筋，這是鋼筋校直機的作用是不可缺少的，它將盤狀鋼筋校直成為直鋼筋用于建筑中。 1.2國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 鋼筋技術(shù)推廣的社會和經(jīng)濟效益十分顯著，因此高強鋼筋得到了廣泛的應用。歐美等工業(yè)發(fā)達國家對混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的性能要求較高，多采用400到500MPa可焊鋼筋，其實物的質(zhì)量高于標準規(guī)定。盤卷供料的鋼筋需要校直后才能使用，目前國內(nèi)還沒有能滿足校直性能較高的鋼筋校直機，國內(nèi)鋼筋校直機現(xiàn)有的校直強度都在350MPa左右。 20世紀70年代我國改革開放以后接觸到大量的國外設計研制成果。有小到Φ1．6mm金屬絲校直機和大到Φ600mm管材校直機。有速度達到300m／min的高速校直機和精度達到0．038mm／m的高精度校直機。同時也引進許多先進的校直設備。如英國的布朗克斯(BRONX)校直機；德國的凱瑟林(Kieserling)校直機、德馬克(Demag)連續(xù)拉彎校直機及高精度壓力校直機；日本的薄板校直機等。值得自豪的是我國科技界一直在努力提高自己的科研設計和創(chuàng)新能力。從20世紀50年代起就有劉天明提出的雙曲線輥形設計的精確計算法及文獻提出的校直曲率方程式。60～80年代在輥形理論方面有許多學者進行了深入的研究并取得了十分可喜的成果，還召開了全國性的輥形理論討論會；產(chǎn)生了等曲率反彎輥形計算法。與此同時，以西安重型機械研究所為代表的科研單位和以太原重型機器廠為代表的設計制造部門完成了大量的校直機設計研制工作。不僅為我國生產(chǎn)提供了設備保證，還培養(yǎng)了一大批設計研究人員。 進入90年代我國在趕超世界先進水平方向又邁出了一大步，一些新研制的校直機獲得了國家的發(fā)明專利；一些新成果獲得了市、省及部級科技成果進步獎；有的獲得了國家發(fā)明獎。近年來我國在反彎輥形七斜輥校直機，多斜輥薄壁管材校直機、3斜輥薄銅管校直機、雙向反彎輥形2輥校直機、復合轉(zhuǎn)式校直機，平行輥異輥距校直機及校直液壓自動切料機等研制方面相繼取得成功。在矯直高強度合金鋼方面也已獲得很好的矯直質(zhì)量。其校后的殘留撓度為0．2～0．5mm／m。此外，從20世紀60年代以后拉伸與拉彎校直設備得到很大發(fā)展，對帶材生產(chǎn)起到重要作用。 1.3設計內(nèi)容 （1）總體設計 鋼筋校直機結(jié)構(gòu)主要有機架，校直機構(gòu)，傳動機構(gòu)組成。機架主要是由鋼板焊接而成。校直機構(gòu)采用是輪輥式，主要是由校直輪、軸、齒輪組成。傳動系統(tǒng)主要由電動機和V帶輪構(gòu)成。 （2）校直系統(tǒng)的設計 鋼筋校直機的校直構(gòu)，采用的是輪輥式，輪輥采用的是相互交錯分布，對鋼筋施加交變應力，使原來的彎曲抵消。 （3）傳動系統(tǒng)的設計 傳動系統(tǒng)采用的是V帶傳動，電機通過一個二級V帶傳遞到鋼筋校直機的主軸上，主軸轉(zhuǎn)動帶動送料輪，達到輸送鋼筋到校直機的作用。 2設計任務書（JR） 2.1設計依據(jù) 由于現(xiàn)在我國正處于飛速發(fā)展中，我國現(xiàn)有人口眾多，現(xiàn)在每個城市都新建很多高樓、鐵路等設施，需要大量鋼筋，鋼筋校直機的需求也有所增加。我設計的鋼筋校直機是根據(jù)現(xiàn)有鋼筋校直機實物為基礎簡化設計而成。 2.2產(chǎn)品用途及使用范圍 鋼筋校直機主要適用于建筑工程、道路橋梁、水利電力工程、混凝土預制構(gòu)件、冶金和機械行業(yè)的領(lǐng)域，結(jié)構(gòu)簡單、自動化程度高、操作安全靈活簡單、堅固耐用、適用范圍廣泛。 2.3主要技術(shù)指標和參數(shù) 表1 校直機參數(shù) 參數(shù)名稱 數(shù)值 校直鋼筋直徑（mm） 4～12 鋼筋抗拉強度(MPa) 650 牽引速度(m/min) 30 校直輪轉(zhuǎn)速(r/min) 94 送料輪 (mm) 150 電機型號 Y112M-6 功率 (kW) 2.2 外形尺寸：長(mm) 寬(mm) 高(mm) 1180 918.5 915 整機重量(kg) 500 2.4總體布局和結(jié)構(gòu)概述 鋼筋校直機以電動機為動力元件，電動機通過二級V帶輪機構(gòu)，降低轉(zhuǎn)速傳至主動軸，使主動軸上的送料輪達到輸送鋼筋到校直機構(gòu)進行校直。送料輪的正上方有一個和送料輪寬度相同的壓料輪。兩輪將鋼筋壓緊，通過摩擦力完成送料。送料機構(gòu)和出料結(jié)構(gòu)相同。由送料機構(gòu)輸送鋼筋到小指機構(gòu)，鋼筋在校直機構(gòu)中進行校直，在送到出料機構(gòu)，完成校直過程。 結(jié)構(gòu)示意圖所示。 2.5關(guān)鍵問題及解決方法 鋼筋在校直過程中是否會有卡住問題，不能進行校直。一旦發(fā)生卡住情況，則必須停止校直，需操作工人重新調(diào)整鋼筋位置，再次校直。 3設計計算說明書（SS） 3.1總體設計 3.1.1總體機構(gòu)及工作原 圖1 總結(jié)構(gòu)示意圖 1.電動機 2.V帶輪 3.直齒輪 4.壓料輪 5.送料輪 6.主動軸 7.機架 工作原理是電動機帶動V帶輪，通過V帶輪降低轉(zhuǎn)速，傳遞給主動軸，主動軸帶動送料輪，將鋼筋送入校直機構(gòu)進行校直。 3.1.2主要技術(shù)參數(shù) 鋼筋校直機技術(shù)參數(shù)見表2 表2 技術(shù)參數(shù)表 項目 數(shù)據(jù) 校直鋼筋范圍 校直鋼筋長度 ≥45m/min 送料輪轉(zhuǎn)速 94r/min 送料輪直徑 150mm 電動機轉(zhuǎn)速 940r/min 電動機功率 2.2kw 3.2校直機構(gòu)的設計 材料的彎曲可以看成是受到某種應力的作用而產(chǎn)生，我們可根據(jù)材料的特性和各種曲率算出應施力的點與力的大小，但這往往是極復雜而不必要的，實際中代之以施加交變應力的方法。校直機構(gòu)的作用實質(zhì)是施加頻率較高的周期性交變應力，使材料產(chǎn)生超過其彈性限度的變形，變形在相反的方向上交替發(fā)生。交替變形達一定程度后，以較慢速率逐漸減弱至零，原來的彎曲即被抵消。鋼筋校直機的校直機構(gòu)采用的是輪輥的方式，鋼筋通過交錯分布的輪輥后，使鋼筋發(fā)生頻率較高的彈性形變，抵消原有的彎曲，達到校直的目的。 校直機構(gòu)如圖2所示。 圖2 校直構(gòu)示意圖 3.3傳動系統(tǒng)的設計 3.3.1功率計算及電機選擇 我所設計的鋼筋校直機校直鋼筋速度為大于等于45m/min，電機不能夠直接連接送料軸，需通過V帶連接，使得送料軸的轉(zhuǎn)速降低，符合我所校直的鋼筋速度。送料輪的轉(zhuǎn)速為96r/min，我設計的V帶傳動比為10。所以我選的電機型號為Y112M-6，額定功率為p=2.2kw，轉(zhuǎn)速為n=940r/min，最大轉(zhuǎn)矩2.0，重量45kg。 3.3.2傳動比分配 我設計的是一個二級V帶減速裝置。運用V帶傳動，結(jié)構(gòu)簡單，方便維修，傳動效果好?？倐鲃颖葹?0。第一對V帶輪的傳動比是5。小帶輪直接連接電動機，大帶輪連接中間軸。第二對V帶輪的傳動比是2。小帶輪連接中間軸，大帶輪連接主動軸。 3.3.3主要傳動零件的設計 3.3.3.1軸的設計 根據(jù)工作條件，初選軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，按扭矩強度法進行最小根據(jù)工作條件，初選軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，按扭矩強度法進行最小直徑估算，即.選定軸最小直徑d=34mm。 電動機軸的扭矩： 式中 p—額定功率（kw） n—電動機轉(zhuǎn)速（r/min） 動力軸的扭矩： 式中 T—電動機軸的扭矩（N/m）； —傳遞效率； —傳動比 。 從動軸和動力軸尺寸相同，動力軸比從動軸多軸和V帶輪連接的部分。 動力軸的尺寸確定。 圖3 主動軸示意圖 軸的最小直徑尺寸：，。 根據(jù)傳動齒輪確定軸的尺寸：，。 根據(jù)軸承，確定尺寸：，。 軸環(huán)的尺寸：， 軸承內(nèi)徑確定軸的尺寸：， 送料輪內(nèi)徑確定軸的尺寸：，。 從動軸尺寸確定。 圖4 從動軸示意圖 根據(jù)從動齒輪確定軸的尺寸：，。 根據(jù)軸承，確定尺寸：，。 軸環(huán)的尺寸：，。 軸承內(nèi)徑確定軸的尺寸：，。 送料輪內(nèi)徑確定軸的尺寸：，。 3.3.3.2齒輪傳動設計 校直機的送料輪與校直輪之間需要傳動裝置，我選擇了齒輪出動，由于我所設計的送料輪與校直輪直徑也孔徑相同，所以齒輪的傳動比為，這里我至于要設計一個齒輪即可。由于送料輪與校直輪之間等距，我的齒輪分度圓直徑。由于動力軸已經(jīng)確定，齒輪的孔徑。齒輪位于軸的一端屬于懸臂布置，所以，齒輪上齒數(shù)為z=100. 模數(shù)： 齒輪寬： 齒頂高系數(shù)，頂隙系數(shù) 齒距： 齒高： 根據(jù)使用情況,則選用8級精度的齒輪。選擇材料：小齒輪選用45號鋼，調(diào)質(zhì)處理，；大齒輪選用45號鋼，正火處理，；按國家標準，分度圓上的壓力角；對于正常齒，2.6.1驗算齒面接觸疲勞強度 因電機驅(qū)動，載荷平穩(wěn)，查表，，由于速度v=3.17m/s,8級精度齒輪，查圖得，軸上軸承不對稱分布，且，查圖得，齒寬。取b=54mm, 。 查表得 載荷系數(shù) 計算端面和縱向重合度： 由查圖得，，取u=2.7 =158MP 根據(jù)材料熱處理，圖，則計算出許用應力 由圖得， 驗算彎曲疲勞強度 3.3.3.3V帶輪傳動設計 3.3.3.3.1第一對V帶設計 （1）確定計算功率，查機械設計書表查得工況系數(shù)=1.3 由公式： 代入數(shù)據(jù)得=1.1×2.2=2.2kw，又因為轉(zhuǎn)速為故由機械設計書圖可以選擇V帶型號為Z型。 （2）確定帶輪的基準直徑并驗算帶速v ①初選小帶輪的直徑 根據(jù)V帶帶型由機械設計書表和表選取小帶輪直徑又因為 =，故取小帶輪直徑= ②驗算帶速 按機械設計書式驗算帶的速度 V== ③計算大帶輪的基準直徑 根據(jù)機械設計書式計算大帶輪的基準直徑 V帶的傳動比，取。 =。 根據(jù)機械設計書表8-8圓整= ④確定V帶的中心距和基準長度 根據(jù)機械設計書式（8-20） 初定中心距=。 由機械設計書式 由機械設計書表選帶的基準長度=按機械設計書式計算實際中心距 計算得:。 ⑤驗算小帶輪上的包角 滿足V帶包角要求。 ⑥計算帶的根數(shù)Z 計算單根V帶的額定功率 由和，查機械設計書表得 根據(jù)，=2和Z型帶查表得，查表得 ，由表得，于是 計算V帶根數(shù)Z 取2根V帶。 ⑦計算單根V帶的初拉力的最小值 由表8-3得A型帶的單位長度質(zhì)量,所以 應使帶的實際拉力。 ⑧計算壓軸力 壓軸力的最小值為 。 （3）V帶輪的設計要求 帶輪的各輪槽的尺寸和角度應保持一定的精度，以使帶的載荷分布較為均勻，結(jié)構(gòu)工藝性好，無過大的鑄造內(nèi)應力，質(zhì)量分布均勻，輪槽工作面要精細加工，以減少帶的磨損。 （4）V帶輪材料的選擇 因為V帶輪的轉(zhuǎn)速則，轉(zhuǎn)速較低，因此材料通常采用鑄鐵，常用材料為HT150或HT200。 （5）帶輪的結(jié)構(gòu)與尺寸 帶輪的結(jié)構(gòu)設計主要是根據(jù)帶輪的基準直徑選擇帶輪的結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)帶的型號來確定帶輪輪槽的尺寸。設計如下： 當（軸徑）時，可用實心式；當時，可采用腹板式；當同時時，可采用孔板式；當時可采用輪輻式。 (6)V帶輪的輪槽 V帶輪的輪槽與所選的V帶的型號相對應，查《機械設計》書表 V帶繞在帶輪上以后發(fā)生彎曲變形，使V帶工作面的夾角發(fā)生變化，為了使V帶的工作面與帶輪的輪槽工作面緊密結(jié)合，將V帶輪輪槽的工作面的夾角做成小于。 V帶輪安裝到輪槽中以后，一般不應超出帶輪的外圓，也不應與輪槽底部接觸，為此規(guī)定了輪槽基準直徑到外圓和底部的最小高度和。 輪槽工作表面粗糙度為1.6或3.2。 表3 帶輪參數(shù)表 項目 符號 Y Z A B SPY SPZ SPA SPB 基準寬度 5.3 8.5 11.0 14.0 基準線上槽深度 1.6 2.0 2.75 3.5 槽間距 80.3 120.3 150.3 190.4 第一槽對稱面 至端面的距離 71 81 最小輪緣厚 5 5.5 6 7.5 帶輪寬 外徑 （7）主動帶輪計算：根據(jù)，第一槽對稱面至端面的距離：，槽間距：，基準線上槽深度：，，最小輪緣厚：，基準寬：。 取，， 輪緣寬度： =。 在總要求范圍內(nèi)。 槽寬： 。 頂圓直徑： 。 根據(jù)電動機軸徑：，軸伸長度：。 ， 取，取輪緣寬;。而，所以采用實心式帶輪。 從動帶輪計算：，從動輪的設計方法與主動輪基本相同，只是輪轂與軸配合處的直徑由軸的直徑確定。 第一槽對稱面至端面距離：，槽間距：，基準線上槽深：，，最小輪緣厚：，基準寬：。 取，， 輪緣寬度： =。 在總要求范圍內(nèi)。 槽寬： 頂圓直徑： 3.3.3.3.2第二對V帶設計 （1）確定帶輪的基準直徑并驗算帶速v ①初選小帶輪的直徑 根據(jù)V帶帶型由機械設計書表和表選取小帶輪直徑又因為 =，故取小帶輪直徑= ②驗算帶速 按機械設計書式驗算帶的速度 V== ③計算大帶輪的基準直徑 根據(jù)機械設計書式計算大帶輪的基準直徑 V帶的傳動比，取。 =。 根據(jù)機械設計書表8-8圓整= ④確定V帶的中心距和基準長度 根據(jù)機械設計書式（8-20） 初定中心距=。 由機械設計書式 由機械設計書表選帶的基準長度=按機械設計書式計算實際中心距 計算得:。 ⑤驗算小帶輪上的包角 滿足V帶包角要求。 ⑥計算帶的根數(shù)Z 計算單根V帶的額定功率 由和，查機械設計書表得 根據(jù)，=2和Z型帶查表得，查表得 ，由表得，于是 計算V帶根數(shù)Z 取2根V帶。 ⑦計算單根V帶的初拉力的最小值 由表8-3得A型帶的單位長度質(zhì)量,所以 應使帶的實際拉力。 ⑧計算壓軸力 壓軸力的最小值為 。 （2）V帶輪的設計要求 帶輪的各輪槽的尺寸和角度應保持一定的精度，以使帶的載荷分布較為均勻，結(jié)構(gòu)工藝性好，無過大的鑄造內(nèi)應力，質(zhì)量分布均勻，輪槽工作面要精細加工，以減少帶的磨損。 （3）V帶輪材料的選擇 因為V帶輪的轉(zhuǎn)速則，轉(zhuǎn)速較低，因此材料通常采用鑄鐵，常用材料為HT150或HT200。 （4）帶輪的結(jié)構(gòu)與尺寸 帶輪的結(jié)構(gòu)設計主要是根據(jù)帶輪的基準直徑選擇帶輪的結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)帶的型號來確定帶輪輪槽的尺寸。設計如下： 當（軸徑）時，可用實心式；當時，可采用腹板式；當同時時，可采用孔板式；當時可采用輪輻式。 (5)V帶輪的輪槽 V帶輪的輪槽與所選的V帶的型號相對應，查《機械設計》書表 V帶繞在帶輪上以后發(fā)生彎曲變形，使V帶工作面的夾角發(fā)生變化，為了使V帶的工作面與帶輪的輪槽工作面緊密結(jié)合，將V帶輪輪槽的工作面的夾角做成小于。 V帶輪安裝到輪槽中以后，一般不應超出帶輪的外圓，也不應與輪槽底部接觸，為此規(guī)定了輪槽基準直徑到外圓和底部的最小高度和。 輪槽工作表面粗糙度為1.6或3.2。 主動帶輪計算：根據(jù)，第一槽對稱面至端面的距離：，槽間距：，基準線上槽深度：，，最小輪緣厚：，基準寬：。 取，， 輪緣寬度： =。 在總要求范圍內(nèi)。 槽寬： 。 頂圓直徑： 。 根據(jù)電動機軸徑：，軸伸長度：。 ， 取，取輪緣寬;。而，所以采用實心式帶輪。 從動帶輪計算：，從動輪的設計方法與主動輪基本相同，只是輪轂與軸配合處的直徑由軸的直徑確定。 第一槽對稱面至端面距離：，槽間距：，基準線上槽深：，，最小輪緣厚：，基準寬：。 取，， 輪緣寬度： =。 在總要求范圍內(nèi)。 槽寬： 頂圓直徑： 這個帶輪與減速器主動軸相連，由，可計算： ， 取。 ， ， ， 取。因為，所以采用實心式。 3.4機架設計 由于我所設計的鋼筋校直機是個長方體形狀，機架只要能架起鋼筋校直機即可。我采用的是鋼板焊接的方式，將鋼板焊接成為機架。選用的是厚度為10mm寬度為100mm的鋼板 4使用說明書(SM) 4.1型號與名稱 鋼筋校直機的型號：JLJ.0型 名稱：鋼筋校直機 4.2結(jié)構(gòu)概述 圖5結(jié)構(gòu)示意圖 1.電動機 2.V帶輪 3.直齒輪 4.壓料輪 5.送料輪 6.主動軸 7.機架 4.3主要技術(shù)參數(shù) 表4 主要技術(shù)參數(shù) 項目 數(shù)據(jù) 校直鋼筋范圍 校直鋼筋長度 ≥45m/min 送料輪轉(zhuǎn)速 94r/min 送料輪直徑 150mm 電動機轉(zhuǎn)速 940r/min 電動機功率 2.2kw 4.4使用與維護 鋼筋校直機使用前先開動機器空轉(zhuǎn)，看看機器是否有卡住顯現(xiàn)，停止機器，檢查送料輪與壓緊輪是否有松動。如果沒有問題，則可以開始校直鋼筋。 鋼筋校直機工作時間長，對它的維護很重要，每周應對校直機的軸承加潤滑油。檢修送料輪與壓緊輪的螺栓是否擰緊，要及時擰緊。 5標準化審查報告（BS） 校直機的基本設計已經(jīng)完成，現(xiàn)在對其圖紙和一些數(shù)據(jù)進行標準化審查。 （1）圖紙和文件所用的編號原則符合以下標準和有關(guān)規(guī)定： JB/T5054.8—1991產(chǎn)品圖樣既涉及文件通用和借用件管理辦法； JB/T8823—1998機械工業(yè)企業(yè)計算機輔助管理信息分類編碼導則； （2）產(chǎn)品圖樣及設計文件符合以下標準和有關(guān)規(guī)定： GB/T10609.1—1989技術(shù)制圖標題欄； GB/T10609.2—1989技術(shù)制圖明細欄； GB/T17825.2—1999技術(shù)制圖比例； GBN/T17825.10—1999CAD文件管理基本格式； GB/T14689—1993技術(shù)制圖圖紙幅面和格式； JB/T5054.6—2000產(chǎn)品圖樣及設計文件更改辦法。 （3）零件中符合標準和有關(guān)規(guī)定 GB/T2766209深溝球軸承 GB/T93標準彈簧墊圈。 GB/T6170-2000六角螺栓 GB/T6170-2000六角螺母 GB/T97.1-2002平墊圈 6結(jié)論 （1）總體設計 鋼筋校直機結(jié)構(gòu)主要有機架，校直機構(gòu)，傳動機構(gòu)組成。機架主要是由鋼板焊接而成。校直機構(gòu)采用是輪輥式，主要是由校直輪、軸、齒輪組成。傳動系統(tǒng)主要由電動機和V帶輪構(gòu)成。 （2）校直機構(gòu)的設計 鋼筋校直機的校直構(gòu)，采用的是輪輥式，輪輥采用的是相互交錯分布，對鋼筋施加交變應力，使原來的彎曲抵消。 （3）傳動系統(tǒng)的設計 傳動系統(tǒng)采用的是V帶傳動，電機通過一個二級V帶傳遞到鋼筋校直機的主軸上，主軸轉(zhuǎn)動帶動送料輪，達到輸送鋼筋到校直機的作用。 參考文獻 [1] 田奇，童占榮，王進，馬志奇。鋼筋及預應力機械應用技術(shù)[M]。中國建材工業(yè)出版社。2004。5 [2] 孟憲源．現(xiàn)代機構(gòu)手冊[M]．第1版．北京：機械工業(yè)出版社．1994，6 [3] 田奇． 建筑機械使用與維護 中國建材工業(yè)出版社 2003.8。 [4] 李鳳平，張士慶，蘇猛。機械圖學[M]。東北大學出版社 2003.9 [5] 紀世斌．建筑機械基礎．北京．清華大學出版社．2002。 [6] 徐灝．機械設計手冊（1）[M] ．第2版．北京：機械工業(yè)出版社．2000。 [7] 徐灝．機械設計手冊（2）[M] ．第2版．北京：機械工業(yè)出版社．2000。 [8] 徐灝．機械設計手 冊（3）[M] ．第2版．北京：機械工業(yè)出版社．2000。 [9] 機械設計手冊·化學工業(yè)出版社·2004 [10] 現(xiàn)代施工機械實用手冊·華南理工大學出版社·1999 [11]許林發(fā).建筑材料機械設計（一）M. 武漢；武漢工業(yè)大學出版社，1990. 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