Gw40型钢筋弯曲机的结构设计与运动分析

1 绪论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.我国工程建筑机械行业近几年之所以得到快速发展，一方面通过引进国外先进技术提升自身产品档次和国内劳动力成本低廉是一个原因，另一方面国家连续多年实施积极的财政政策更是促使行业增长的根本动因。

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．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．本机用于弯曲各种A3钢和Ⅱ级螺纹钢，工作方式简单，弯曲形状一致，调整简单，操作方便，使用可靠，性能稳定。

它能将材料弯成工作中所需的各种形状。

本机使用一段时间后应将工作盘换180°方位使用，这样内部机件也改变了180°位置，使机械零件达到均匀磨损，延长机械使用寿命。

受国家连续多年实施的积极财政政策的刺激，包括西部大开发、西电东送、房地产开发以及公路道路建设、城市基础设施建设等一大批依托工程项目的实施，这对于重大建设项目装备行业的工程建筑机械行业来说可谓是难得的机遇，因此整个行业的内需势头旺盛，技术创新层出不穷，弯曲机的设计改良也不断得到更新与进步，具有良好的发展前景。

2 钢筋弯曲机的方案与选择2.1 引言在各种建筑工程中,大量使用钢筋弯曲机.近来国产钢筋弯曲机的生产、使用呈现快速增长的趋势,其传动方案主要有两种,即“带—两级齿轮—蜗轮蜗杆传动”及“带—三级齿轮传动”,其中以“带—两级齿轮—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.随着所需加工弯曲的钢材尺寸逐渐加大,钢材技术性能的不断改良,在使用中发现有弯不动的情况或者电机发热严重的现象.从理论上讲,可以通过增加驱动电机的功率来解决此类问题,但这会增加产品的生产及使用成本,因此设计生产性价比优良的钢筋弯曲机一直是生产厂家努力的目标.国内设计工作者很早就对此问题进行了研究一二,但相关文献主要探讨钢筋弯曲变形所需功率的大小,而未涉及传动方案不同对其的影响,亦未见国外对此问题的研究报道.本文拟对钢筋弯曲机传动方案从传动效率、传动精度方面进行分析比较,指出两种传动方案在传动效率、传动精度方面显著的差别及选择使用的原则、场合,并提出一种传动方案的改良思路,以便广大用户更好地选择所需的机型,也有利于生产厂家设计生产满足市场需要的产品,促进国产钢筋弯曲机设计、生产、使用水平的进一步提高.2.2 典型的钢筋弯曲机传动方案现行的钢筋弯曲机主要有两种传动方案,一种为电机通过一级带传动、两级齿轮传动、一级蜗轮蜗杆传动,简称蜗轮蜗杆传动方案,如图1所示.另一种为电机通过一级带传动、三级齿轮传动,简称全齿轮传动方案,如图2所示.蜗轮蜗杆传动弯曲机的市场占有率远大于全齿轮传动弯曲机。

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在弯曲过程中,当达到所需位置时，由人工切断电机电源，或者用行程开关类电器发出指令，控制电机电源。

此时，电机停止工作,由于弯曲机的传动机构受所弯钢筋的反向作用，工作盘所停位置较准确。

但在工作盘返回到原始位置，准备下一次弯曲时，其停顿位置受传动精度的影响较大，因此，需分析传动方案的精度。

为便于比较，均从第1级齿轮传动误差开始计算，不计皮带传动的影响。

1. 蜗轮蜗杆传动蜗轮蜗杆传动的精度w w g w g i i Z Z θθθθ∆+∆+⨯∆=∆/)//(23411 （1-1）式中，21,g g θθ∆∆为第1,2级齿轮传动误差；w θ∆为蜗轮蜗杆传动误差；w i 为蜗轮蜗杆传动比，取19.9。

代入相关参数有w g g θθθθ∆+∆+∆=∆30/75/2112. 全齿轮传动全齿轮传动的精度356256341)//()///(g g g Z Z Z Z Z Z θθθθ∆+∆+⨯∆=∆式中, 21,g g θθ∆∆，3g θ∆为第1,2,3级齿轮传动误差。

代入相关参数有321364.4/85.17/g g g θθθθ∆+∆+∆=∆3. 传动精度的比较为便于比较,设定各级齿轮传动误差相同，均以g θ∆表示,蜗轮蜗杆传动的误差与齿轮传动误差几乎相等，即w g θθ∆=∆。

则g θθ∆=∆I 406.1，g θθ∆=∆258.1很显然,采用蜗轮蜗杆传动时,传动精度较高。

2.4 钢筋弯曲机的传动效率随着所需加工弯曲的钢筋的尺寸逐渐加大,对同样的驱动电机,钢筋弯曲机的传动效率将是设计或选择使用的重要指标之一.为方便分析比较,略去带传动及各支承轴承处的效率损失。

1. 蜗轮蜗杆传动的效率321ηηηη= （1-2）式中，1η为第1级齿轮传动效率取0.98；2η为第2级齿轮传动效率，取0.98，3η为蜗杆传动效率,取0.73。

而η=0.97×0.97×0.73=0.687。

2. 全齿轮传动全齿轮传动的效率321ηηηη=式中， 1η，2η，3η分别为第1，2，3级齿轮传动的效率,均取为0.913，则η=0.94。

比较后可得出结论： 第一 采用蜗轮蜗杆传动的钢筋弯曲机的传动效率远低于全齿轮传动的钢筋弯曲机,其使用过程中功率损失较大,这是机器对较大钢筋弯不动或者电机发热的主要原因.第二 采用蜗轮蜗杆传动的钢筋弯曲机的传动精度略高于全齿轮传动钢筋弯曲机. 对于绝大多数手动操作的钢筋弯曲机,其生产厂家设计生产时或者用户选择时应该优先考虑采用全齿轮传动.第三 对于少数采用全自动或者半自动操作的钢筋弯曲机,为了提高弯曲机的停歇位置精度,简化相关控制装置,可考虑采用蜗轮蜗杆传动.通过对钢筋弯曲机传动效率及传动精度的分析比较，认为：手动操作的弯曲机，宜采用“带—三级齿轮传动”结构，以利提高其传动效率；而全自动或半自动操作的弯曲机，宜采用“带—两级齿轮—蜗轮蜗杆传动”结构，以利提高传动精度。

综上所述，本次设计的GW40钢筋弯曲机所适应弯曲钢筋的直径范围是640φφ-（光圆钢筋），φ8—φ36（Ⅱ级螺纹钢），要求有较高的传动精度，属于半自动操作所以此次设计的钢筋弯曲机采用方案一，即电机通过一级带传动、两级齿轮传动、一级蜗轮蜗杆传动。

3 弯矩的计算与电动机的选择3.1 工作装置的设计如图所示为其结构设计。

根据工作需要，并且借鉴现有的钢筋弯曲机的台面尺寸，定其大致尺寸见下图1—当铁轴孔 2—圆轮 3—心轴孔 4—成型轴 5—启动销钉6—滚轴 7—孔眼条板 8—钢筋 9—分离式挡板 10—凸轮图4 工作装置结构3.1.1 工作台面的各部分组成钢筋弯曲机的工作台面主要由，工作盘，心轴、成型轴、挡铁轴等主要部件组成。

1．心轴按规范规定，钢筋的弯曲半径是1.25倍钢筋直径，因此不同直径钢筋的弯曲半径是不同的，为了保证弯曲半径，应设计不同直径的心轴。

根据设计要求设计九种不同直径即16、20、25、35、45、60、75、85、100。

如弯一根直径6mm钢筋的弯钩，弯曲半径是7.5mm，可选择16mm的心轴，而弯一根直径25mm钢筋的弯钩，弯曲半径是31mm,则可选择60mm的心轴，即心轴约等于2 倍的弯曲半径。

其构造如图5所示：图5 心轴结构2．成型轴成型轴是和工作台一起旋转驱使钢筋弯曲成型的构件，一般成型轴孔和心轴孔的距离是一定值，成型轴至心轴的距离随着钢筋和心轴直径的变化而变化，所以为了更好的调节心轴、钢筋和成型轴三者之间的间隙，有时可在成型轴上加一个偏心套。

一般将成型孔和心轴孔设计相同，成型轴直径定为80mm。

3．挡铁轴挡铁轴是阻止钢筋随着成型轴旋转的附件，其插在挡铁插座上。

挡铁轴可用一般心轴代替，为了便于钢筋弯曲时，钢筋和挡铁轴不发生摩摖，直接让偏心套环绕挡铁轴旋转，可在挡铁轴上加一个偏心套即可。

4．分离式挡板钢筋挡架是在弯曲钢筋弯时，防止钢筋发生向上拱曲，使钢筋成型正确。

钢筋挡架是分离式挡板可变挡架，其图如下：分离式挡板上后挡板的长短是可调的，楔铁紧一点，挡距变小，楔铁松一点，挡距变大，使用灵活方便的挡架支撑杆是可调的，当钢筋弯曲粗钢筋时，将挡杆缩短，弯曲细钢筋时，将挡杆调长，使挡架的挡板紧贴钢筋，当钢筋成型后，工作盘反转，超过起始位置时，挡架的挡板钩能从挡柱体上滑脱，使挡架离开工作盘，避免损坏设备。

图6 分离式挡板3.1.2结构及工作原理该机的台面系统为弯曲钢筋的结构和工作原理系统，根据所弯钢筋直经的大小，首先通过手轮使插入座横向位移，调整挡料装置与心轴之间的距离，使钢筋能顺利进入。

工作盘上有9个孔，中心孔用来插心轴，周围的8个孔用来插成型轴。

工作盘外的插入孔上插有挡铁轴。

它由电动机带动蜗杆减速器旋转，蜗杆减速器通过齿轮传动，再带动工作盘旋转。

当工作盘旋转时，中心轴和成型轴都在转动，由于中心轴在圆心上，圆盘虽在转动，但中心轴位置并没有移动；而成型轴却围绕着中心轴作圆弧转动。

如果钢筋一端被挡铁轴阻止自由活动，那么钢筋就被成型轴绕着中心轴进行弯曲。

通过调整成型轴的位置，可将钢筋弯曲成所需要的形状。

改变中心轴的直径(16、20、25、35、45、60、75、85、100 mm)，可保证不同直径的钢筋所需的不同的弯曲半径。