毕业设计论文钢筋弯曲机结构及控制系统设计.doc

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1、1、可行性论证：通过调研列举出几种可选择的方案，给出各种方案的优缺点、结合给定设计目标优选出一种设计方案，并对其可行性进行论证。 2、设计计算：要求对具体结构方案的主要技术参数进行选择和计算，并给出详细过程。对于所选用的主要零部件给出选择依据，并进行计算与校核。对最终设计结果进行计算整理，校验其是否满足设计目标，并完成控制系统的设计。 3、设计图纸：绘制能反映出设计内容的相应图纸，包括总装配图和零件图及控制系统电路图，图纸量合计A0图纸二张以上。 三、设计目标：弯曲直径小于50mm的普通碳素钢，直径小于40mm的二级螺纹钢。工作圆盘转速3r/min左右。 指 导 教 师： 院（系）主管领导：

2、2020 年 12 月 15日全套图纸加扣 3346389411或3012250582摘 要钢筋弯曲机作为钢筋弯曲成型加工设备的一种，可以有效提高生产效率，减少手工操作误差，是现代建材加工领域不可缺少的一种设备。钢筋弯曲机主要由变频调速三相异步电机、带传动机构、三级齿轮减速机构、工作圆盘及控制系统组成。变频调速三相异步电机作为动力源提供动力，通过带传动与三级齿轮减速机构将动力传递给工作圆盘，最终通过工作圆盘的旋转将置于圆盘上方两销轴之间的钢筋绕弯成型。设计主要内容包括机械部分和控制部分，机械部分的设计包括电动机的选型，带传动的设计计算，齿轮的设计计算与校核，轴的设计计算与校核，花键的选型与校核

3、计算等。控制部分的设计内容完成了基于PLC的半闭环变频调速控制系统设计,包括PLC、变频器、温度传感器、编码器的选型与I/O分配。设计成果满足了设计要求，提高了弯曲钢筋的精度。关键词：钢筋弯曲机；齿轮设计；变频调速；PLC IAbstractAs a kind of steel bending forming processing equipment, the steel bending machine can effectively improve the production efficiency and reduce the manual operation error. It is a

4、n indispensable equipment in the field of modern building materials processing.The steel bending machine is mainly composed of frequency controllable triple-phase asynchronous motor, a belt transmission mechanism, a three-stage gear deceleration mechanism, a working disk, and a control system. The t

5、hree-phase variable frequency speed control asynchronous motor provides power as a power source, and transmits power to the working disk through a belt transmission and a three-stage gear deceleration mechanism, and finally the steel is shaped by the rotation of the working disk. The main contents o

6、f the design include the mechanical part and the control part. The design of the mechanical part includes the selection of the motor, the design and calculation of the belt drive structure, the design and calculation of the gear, the design and calculation of the shaft, the selection and strength ch

7、ecking of the spline. The design of the control part has been completed the design of semi-closed loop variable frequency speed control system based on PLC, including PLC, frequency converter, temperature sensor, encoder selection and I/O assignment. The design results meet the design requirements a

8、nd improve the precision of curved steel.Key words: Rebar bending Machine;Gear design;Frequency control; PLC IV目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 钢筋弯曲机的发展现状11.1.1 钢筋弯曲器械发展的背景11.1.2 钢筋弯曲机的国内发展现状11.1.2 钢筋弯曲机的国外发展现状41.2 钢筋弯曲机的发展趋势51.3 课题要达到的设计目的6第2章 方案设计及可行性论证72.1 执行部分方案设计及论证72.2 传动方式设计及论证82.3 驱动方式设计及论证92.4 控

9、制部分方案设计及论证102.5 方案确定10第3章 设计计算123.1 计算基础参数123.2 主轴扭矩及功率计算123.3 带轮的设计计算133.3.1 选择V带型号133.3.2 确定带轮的基准直径143.3.3 带轮的结构设计153.4 高速级齿轮设计计算163.4.1 高速级齿轮材料与热处理工艺选择163.4.2 高速级齿轮齿根弯曲疲劳强度设计173.4.3 高速级齿轮齿面接触疲劳强度校核203.5 中速级齿轮设计计算213.5.1 中速级齿轮材料与热处理工艺选择213.5.2 中速级齿轮齿根弯曲疲劳强度设计213.5.3 中速级齿轮齿面接触疲劳强度校核233.6 低速级齿轮设计计算2

10、43.6.1 低速级齿轮材料与热处理工艺选择243.6.2 低速级齿轮齿根弯曲疲劳强度设计243.6.3 低速级齿轮齿面接触疲劳强度校核263.7 轴的设计计算263.7.1 弯曲主轴的设计计算263.7.2 大齿轮轴的设计计算313.7.3 中齿轮轴的设计计算323.7.4 小齿轮轴的设计计算333.8 环境保护与可持续发展方面的思考343.8.1 环境保护方面的思考343.8.2 可持续发展的思考34第4章 控制系统设计354.1 控制器选择354.2 变频器选择364.3 温度传感器的选择384.5 文本显示与输入模块选择39第5章 产品使用与维护405.1 产品使用说明405.2 产品

11、维护说明40结 论41参考文献42致 谢44CONTENTSAbstract(in Chinese)IAbstract(in English)IIChapter Introduction11.1 Development of Steel Bending Machine11.1.1 Development Background of Steel Bending Machine11.1.2 Development Status of Domestic Steel Bending Machine11.1.2 Development Status of Foreign Steel Bending Ma

12、chine41.2 Development Trend of Steel Bending Machine51.3 The Purpose of the Project to Achieve6Chapter Scheme Design and FeasibilityDemonstration72.1 Executive Section Design and Demonstration72.2 Transmission Mode Design and Demonstration82.3 Drive Mode Design and Demonstration92.4 Control Section

13、Design and Demonstration102.5 Scheme Determination 10Chapter DesignCalculations123.1 The Basic Parameters of the Calculation123.2 Spindle Torque and Power Calculation123.3 V-belt Wheel Design and Calculation133.3.1 V-belt Type Selection133.3.2 Belt Wheel Diameter Determination143.3.3 Structural Desi

14、gn of Belt Wheel153.4 High-speed Gear Design and Calculation163.4.1 High-speed Gear Material and Heat Treatment Process Selection163.4.2 Design of Tooth Root Bending Fatigue Strength of High-speed Gears173.4.3 High-speed Gear Tooth Surface Contact Fatigue Strength Check203.5 Mid-speed Gear Design an

15、d Calculation213.5.1 Mid-speed Gear Material and Heat Treatment Process Selection213.5.2 Design of Tooth Root Bending Fatigue Strength of Min-speed Gear213.5.3 Mid-speed Gear Tooth Surface Contact Fatigue Strength Check233.6 Low-speed Gear Design and Calculation243.6.1 Low-speed Gear Material and He

16、at Treatment Process Selection243.6.2 Design of Tooth Root Bending Fatigue Strength of Low-speed Gear243.6.3 Low-speed Gear Tooth Surface Contact Fatigue Strength Check263.7 Shaft Design and Calculation263.7.1 Design and Calculation of Curved Shaft263.7.2 Design and Calculation of Large Gear Shaft31

17、3.7.3 Design and Calculation of the Middle Gear Shaft323.7.4 Design and Calculation of the Small Gear Shaft333.8 Thinking of Environmental Protection and Sustainable Development343.8.1 Thinking of Environmental Protection343.8.2 Thinking of Sustainable Development34Chapter Control System Design354.1

18、 Controller Selection354.2 Variable-frequency Drive Selection364.3 Temperature Sensor Selection394.4 Text Display and Input Module Selection40Chapter Product Use and Maintenance405.1 Product Instruction405.2 Product Maintenance40Conclusion41References42Acknowledgements44VI第1章 1.1 钢筋弯曲机的发展现状1.1.1 钢筋弯

19、曲器械发展的背景随着国内城镇化进程的不断加深，公路与高速铁路的铺建，钢筋的用量也是日益增多。而钢筋弯曲是钢筋加工中最重要的步骤之一。绝大多数的钢筋都要经过弯曲成型后用于各种建筑中，所以近些年各式各样的钢筋弯曲机替代了人工钢筋弯曲应运而生。一台高效，定位精确的钢筋折弯机，能大大提高生产效率与施工质量。而目前国内生产设计的钢筋弯曲机普遍存在体积大，质量重，弯曲角度不精确，自动化程度低的问题。随着建筑施工现代化目标的提出，对于设备的要求也随之提高，发展自动化程度更高，弯制角度更精确的钢筋弯曲机是未来的钢筋加工器械的主要发展方向之一1-3。1.1.2 钢筋弯曲机的国内发展现状近些年来，随着国家城镇化、

20、工业化的发展与公路铁路等各类国家基础设施的建设，我国钢筋产量年年增高，并于2012年的生产量以达到1.75亿t。而钢筋加工的重要工序之一便是钢筋弯曲，钢筋经过弯曲成型后才用于各类建筑中4。1-弯曲挡轴；2-弯曲心轴；3-弯曲轴；4-工作圆盘图1-2 绕弯机构简图 建筑行业规定钢筋加工不能加热，所以钢筋弯曲主要采用冷弯成型的工艺，拉弯，压弯，滚弯与绕弯是主要的冷弯成型方法。绕弯机构如图1-2所示，因为绕弯方式可以对钢筋连续且任意角度的弯曲加工，所以成为现阶段钢筋弯曲机的主要结构5-6。随着行业的发展，国内钢筋弯曲的方式也在不断变化，基本分为以下几种：1. 手工弯曲常见于小型工程之中弯制小型钢筋，

21、弯曲的角度全凭工人经验，每次弯曲角度存在较大偏差,并且效率低下。结构从以前的增力杠杆逐渐发展成现在的手提式液压钢筋弯曲机，如图1-3所示。图1-3 手提式液压钢筋弯曲机2. 半自动化弯曲单机因为其重量轻搬运方便，尤其适于小型工程，可以弯制尺寸较大的钢筋，经济性好，所以该方式是我国目前最为常见的钢筋弯曲方式，如图1-4所示。图1-4 半自动化钢筋弯曲单机近些年来，国内对这种类型的钢筋弯曲机不断优化，徐灵根, 张美娟等人改进了传统弯曲机采用蜗轮蜗杆传动导致的传动效率低下问题，设计了一种采用离合器单向传动，弹簧复位，全齿轮传动的新型钢筋弯曲机 ，大大提高了生产效率7。刘鸿鹰,牛法骥等人设计制造了GW

22、40B钢筋弯曲机，相较与之前的同类产品，所使用的零件更少，加工精度也容易达到保证，从而降低了成本。同时采取了偏心套调整齿轮间隙的办法，提高了传动精度和系统稳定性8。王艳敏对钢筋弯曲机的工作原理进行了分析后，对弯曲机进行了改进，用齿轮做转轴，齿面与螺纹钢的螺纹咬合，摩擦力更大，提高了钢筋的推进速度，并减少挡轴与轴套的摩擦，经验证提高了生产效率9。张海南, 王金生等人基于传统钢筋弯曲设备的了解，在设计了一种结构新颖简单的半自动液压钢筋弯曲机，可以实现钢筋的自动左右弯曲，并且对于弯制圆箍尤为合适10。钢筋加工有调直，切断，弯曲等工艺，传统设备实现功能单一，能耗大，占地广，工序分散，效率低，针对这一现

23、象陈庆堂，郑嘉灿，肖光镫等人设计了一种既可以实现双头弯曲又可以切断钢筋的一体机11。这种可以大大提高加工效率的，可以将多个工序集成到一台设备的机器应该是未来的主要趋势之一。3. 数控钢筋弯曲机数控钢筋弯曲机具有上面两种加工方式不可替代的优点。数控弯曲机增加了数控操作系统，工人通过操作电脑，将要弯制的形状导入其中，数控钢筋弯曲机就可以精确高效的弯制出各种形状的钢筋12。目前国内控制系统主要分为两种类别，一是组态软件与PLC结合组成控制系统，优点是成本低，不到国外产品价格的4成，但存在实时性差，功能不足的缺点。另一种是工控机组成控制系统，性能优异，但价格较贵。谢文锋设计介绍了一种数控钢筋成型机，采

24、用了全闭环控制及基于工控机的控制系统,不仅可以自动更换弯制形状，而且加工精度高,自动化程度很高13。元智鹏针对建筑行业的独特要求，用理论分析与Finite Element Analysis手段相结合的思路，分析出影响钢筋弯曲成型表面质量的因素并作出了改进14。与传统方式相比，数控钢筋弯曲机更有利于流水线操作，加工出来的成品更标准，弯曲角度更精确，并且也大大减轻了工人的劳动强度，同时也对工人的操作水平提出了不同的要求。但是由于设备造价贵，运输不便等原因，不适于小型工程当中，适于大规模的现代化工程作业之中15。4. 钢筋弯曲生产线（1）卧式弯曲生产线卧式弯曲生产线最早进入我国市场，而随着技术的不断

25、升级也越发成熟，近几年立式弯曲生产线也进入了国内市场，凭借其自动化程度高，工作效率高，精度高，逐渐被市场认可。上料机构，钢筋弯曲主机行走机构，下料机构是卧式钢筋弯曲生产线的主要组成部分。钢筋弯曲主机的结构由弯曲轴和固定轴组成，弯曲轴绕固定轴旋转完成弯曲，尤其适于弯制较粗的钢筋，如30mm以上的二级螺纹钢，40mm以上的圆钢。（2）立式弯曲生产线立式钢筋弯曲生产线具有多个机头，市面上常见的为双机头立式弯曲生产线，因为机头数目多，适于弯制复杂形状的钢筋，钢筋粗细大多在1230mm之间16。 无论是立式还是卧式生产线，都因为重量体积的原因不适于小型工程，适于结合钢筋配送技术用于专业化分工比较明显的工

26、程之中。1.1.2 钢筋弯曲机的国外发展现状在钢筋加工行业方面，国外发展的很早，早在上世纪中后期，国际上的一些发达国家就开始注重钢筋的加工及工作效率的提高，减少人工作业成本。上世纪80年代初期，工业的各个领域都在尝试结合“电子控制”这一当时较为先进的技术理论，进行设备的技术革新，结合了电子控制系统后，当时的钢筋弯曲设备的确实现了更多功能17。90年代中期，公司开发设计了，投入工程实际使用后获得了很好的反响14。相较于上一代的产品，这三款设备大大提高了生产效率，加工精度。公司设计的数控钢筋弯曲机，虽然借鉴了传统的弯曲机结构，但同时也作出了自己的改进，其一引入了Numerical Control

27、System，提高了加工的自动化程度，并且也提高了加工精度，其二设计了主轴的升降结构，这样弯曲机的弯曲机构可以进行升降，伸缩，能够实现大度数的正反角度弯曲。由于其增加了主轴的升降结构，增加了系统的复杂程度，对控制难度和系统稳定性都造成了一定影响，在加上设备价格相对昂贵，在国内市场并没有很大反响，而同为意大利的 MEP 公司相对于SCHNELL 公司，研制的钢筋自动成形设备自动化程度更高，在同类产品中保持最高的价格18。意的 公司设计了一种钢筋弯曲机，除了可以弯制常见的平面内形状的钢筋，还可以弯曲空间中呈螺旋状的钢筋，并且下料结构实现自动化，工作可靠，进一步提高了生产效率。由于其在立体结构钢筋弯

28、曲的优越性，可以弯制各种形状的钢筋，适用面较广。日本Amada与小松产业机械公司强调设备的流水线操作，并且设计的产品功率更大，功耗更低。瑞士Cybelec的公司的数控钢筋弯曲机，因为“一页式”编程的特点，使人机界面更友好，便于工人操作。荷兰Delem公司研发的DA-69 W，支持图形2D与3D编程，图形化编程更加直观，DA-69W 具有角度校正数据库，有利于提高良品率。该产品还可与其他设备进行通讯，便于信息交互19。Babaei等在分析传统的传动方式的基础上选择了锥齿轮传动方案，提高了机器传动系统的稳定性。 Hamilton和 Finn M J等综合性的分析了当前钢筋弯曲机的发展现状，分析了立

29、卧式钢筋弯曲生产线的弯制产品特点。Gillstrm等着力研究了可以进行反向弯曲的钢筋弯曲机20-23。1.2 钢筋弯曲机的发展趋势近些年，国内着力完善各地的基础设施建设，施工项目每日益增，钢筋作为多数建设项目中不可少的材料，它的加工设备必然具有良好广阔的市场。国内的人力成本也越发昂贵，也时常听到招工难现象，而人工进行钢筋加工正是劳动强度大，效率不高的工作，这也从经济成本上给机器替代部分人力工作提供了可能性。并且由于高质量高标准高效率的施工目的提出，高性能高精度高稳定性的的钢筋加工设备必然会淘汰落后的设备被市场所喜爱。根据工程规模的大小，钢筋加工器械应该出现两个不同方向。一种是应用于大规模的标

30、准化程度高的项目时，钢筋的加工应该结合了钢筋配送技术，由商家根据工地的要求进行大批量加工，而后配送给不同施工地点，这种方向侧重于提高加工的质量与效率，可以负担更高的成本。另一种是应用于中小规模的工程时，施工方在工地中规划处钢筋加工的加工区，通过半自动钢筋弯曲机又或是手提式钢筋弯曲机进行钢筋的弯曲加工，这种方向侧重于加工的效率与成本，在相对低廉的成本下尽量提高效率，解放劳动力，减少人工成本。1.3 课题要达到的设计目的随着国家经济上行，城市化建设不断深化，基础设施的进一步完善，建材消耗是大量的。钢筋作为建材重要的一部分，它的加工水平，效率与成本直接影响了工程的水平。在这样一种背景下，低成本，精度

31、高，效率高的钢筋弯曲加工设备必然大有作为。针对中小型工程项目，设计一种能弯曲直径更大的钢筋，并且便于运输，便于操作，人工成本低，而又尽可能兼顾加工的质量，精度问题的钢筋弯曲机，是符合我国土木建设的基本情况的。第2章 方案设计及可行性论证本次设计的主要内容是钢筋弯曲机的结构与控制系统设计，力求通过寻找合理的传动结构、执行元件与控制器来设计出一种传动效率更高，弯曲力矩更大，自动化程度更高，稳定并且便于操作的钢筋弯曲设备。2.1 执行部分方案设计及论证1. 方案一：绕弯式绕弯机由弯曲挡轴、弯曲心轴、工作圆盘和弯曲轴组成。绕弯结构简单，工作方式灵活，可以进行任意角度加工成型。1-弯曲挡轴；2-弯曲心轴

32、3-弯曲轴；4-工作圆盘图2-1 绕弯机构2. 方案二：压弯式1-凹模；2-凸模图2-2 压弯机构压弯机通常由压力机带动模具将工件压入由模具组成的空间，完成仿形加工；加工质量与精度主要取决于原材料的塑性加工能力与模具质量与精度主要应用于板材成型加工。通过对比，选择绕弯方式为钢筋弯曲机的执行机构，显然绕弯方式相较于压弯方式更加灵活，高效。2.2 传动方式设计及论证1. 方案一：带轮两级齿轮蜗轮蜗杆传动带轮两级齿轮蜗轮蜗杆传动结构如图2-3所示。1-；2-；3-；4-；5-；6-；7-；8-；9-；10-图2-3 带轮两级齿轮蜗轮蜗杆传动简图优点：结构紧凑，传动比大，传递运动时传动比可达1000

33、传递力时传动比可以达到80，传动平稳，噪声少，并且由于单头的蜗轮蜗杆具有自锁性能，所以采用蜗轮蜗杆更容易获得较高的定位精度16。缺点：蜗轮蜗杆传动制造成本高，效率低，闭式传动情况下传动效率为0. 70.75，开式传动情况下仅为0.60.7，可想而知，这会对电机的功率有更高的要求，并且会产生更严重的发热现象16。2. 方案二：带轮三级齿轮传动带轮三级齿轮传动的结构简图如图2-4所示。优点：传动效率高，弯曲同样大小的钢筋比蜗轮蜗杆传动的更容易。缺点：定位精度没有蜗轮蜗杆方式高，王良文等人通过计算，分析出齿轮传动的传动误差约为蜗轮蜗杆传动的1.23倍23。1-；2-；3-；4-；5-；6-；7-工

34、作圆盘；8-；9-；10-图2-4 带轮三级齿轮传动结构简图通过对比，在传动方式上选择带轮三级齿轮传动，因为该方式的传动效率高，可以弯曲更大尺寸的钢筋。2.3 驱动方式设计及论证1. 方案一：交流伺服电机优点：操作简单，编程容易，能实现定位私服。响应快，易于与CPU连接。体积小，动力较大，无污染13。缺点：瞬时输出功率大，过载能力差，电机堵转时容易发生烧毁事故，容易受到噪声影响电机性能，驱动相同大小负载成本高，不适于惯量大的场合使用13。2. 方案二：液压马达优点：转矩大，可以直接驱动机械运动机构，转矩惯量比大，过载性能好，适合重载的高加减速运动13。缺点：设备体积较大，对液压油的温度、油量、

35、质量、杂质要求严格，并且油液易泄露，对环境造成污染13。3. 方案三：三相异步电机优点：结构简单、制造方便、价格便宜、运行方便13。缺点：轻载功率因数低、调速性能稍差，启动转矩不大13。综合考虑，选择方案三，并且结合变频器使用，克服启动电流过大，启动转矩不大的缺点。2.4 控制部分方案设计及论证1. 方案一：PLC优点：硬件技术成熟，可以扩展很多模块，运行稳定可靠，对恶劣的工厂噪声换件下也可以稳定的工作，开发过程简单方便，具有简单易学的梯形图编程语言。维修方便，运行维护成本低。缺点：成本相对于单片机较高。2. 方案二：单片机优点：集成度高，通用性好，并且体积小，重量轻，能耗低，价格低，可靠性较

36、高，抗干扰能力较强，仅需提高一点成本就可以较大的提高设备功能。缺点：受制版工艺、布局结构、器件质量等因素的影响导致抗干扰能力差，故障率高，不易扩展，对环境依赖性强,开发周期长10。结合钢筋弯曲机的工作环境，考虑到PLC相较于单片机更加稳定抗干扰。并且具有维护方便，系统升级容易的特点。选择方案二选择PLC做控制器，通过控制变频器来控制电机弯曲文本输入的指定角度。2.2 方案确定综上所述，从可靠性、经济性和可行性等几个方面综合考虑确定最终的方案如图2-3所示，通过对传动方式、驱动方式和控制器的选择三个方面进行对比论证，确定了以PLC作为控制器，变频调速三相异步电动机作为执行元件，带轮三级齿轮传动的

37、设计方案。PLC作为控制器，连接变频器，控制电机转动并且调节转速，再通过带轮进行减小转速，获得较大转矩，并且可以有效防止瞬间过载堵转。而后经过三级齿轮减速，使工作圆盘获得合适的转速与足够的弯矩，工作圆盘上的心轴自转，弯曲轴随圆盘，绕心轴转动对两轴间的钢筋完成弯曲。1-；2-；3-；4-；5-；6-；7-工作圆盘；8-；9-；10-；11-图2-3 最终方案结构简图其中，安装在电机末端的旋转编码器将信号反馈给PLC，PLC根据反馈信号与文本输入的给定弯曲角度对比，控制变频器调速，让钢筋较为精确的弯曲指定角度，过程中，工人只需输入弯曲角度即可完成弯曲。第3章 设计计算3.1 计算基础参数弯曲的钢筋

38、规格：普通碳素钢直径小于50mm，二级螺纹钢直径小于40mm。工作盘的转速：3r/min左右。3.2 主轴扭矩及功率计算按照钢筋弯曲加工规范规定的弯曲半径弯曲钢筋时，其弯曲部分的变形量均接近或超过材料的额定延伸率，钢筋应力超过屈服极限产生塑性变形4。文献25中，提出了根据钢筋的抗拉强度极限，计算作用在工作盘的扭矩M的方法25。 (3-1)式中 ，查文献24圆形截面钢筋取1.7；与钢筋材料有关的系数，根据文献24一般取0.63；d钢筋直径，mm；r弯曲半径，mm；W抗弯截面模数，圆形截面的模数为；钢筋抗拉强度极限，MPa。弯曲直径50mm的一级圆钢时，根据参考文献24弯曲半径为弯心直径的一半，弯

39、心直径是钢筋直径的2倍，所以弯曲半径r=50mm。并且牌号为HPB235的热轧光圆钢筋抗拉极限强度为370MPa，由公式(3-1)得所需作用在工作圆盘的转矩为：M1=9149.26Nm弯曲直径为40mm的二级螺纹钢时，弯曲半径为弯心直径的一半，弯心直径是钢筋直径的4倍，所以弯曲半径r=80mm。并且牌号为HRB335的二级热轧代肋钢筋抗拉强度极限为490MPa，由公式(3-1)得所需作用在工作圆盘的转矩为：=5921.48Nm选择较大的转矩作为选择电机的计算依据，根据文献25功率扭矩关系式： (3-2)式中 M作用在工作圆盘的扭矩，mm；n工作圆盘转速，r/min；传动系统总效率。传动系统经过

40、四对滚子轴承、三对齿轮啮合传动，V代传动。根据文献27得到一对滚子轴承的效率为0.98，加工齿的开式齿轮传动效率为0.96，V带传动的机械效率为0.96。则传动系统的总效率=0.9640.984=0.78。工作圆盘转速为3r/min，将参数代入公式(3-2)中。所以选择YJTG132M1-6三相异步调速电机，参数如表3-1所示：表3-1 电机参数表额定功率(kW)额定转速(r/min)额定转矩(N)额定电流(A)额定电压(V)496038.29.2380因为目标转速为3r/min，电机的额定转速为960r/min，所以总传动比i=320。根据转动比分配原则中的转角误差最小原则，从小到大分配传动

41、比。=3.56，高速级齿轮传动比取4，中速级齿轮传动比取4.5，低速级齿轮传动比取5。3.3 带轮的设计计算3.3.1 选择V带型号查文献26，重载启动，载荷变动小，每天工作八小时的情况下选取工况系数=1.2，正反转频繁的场合，需要将乘以1.2，=1.4426。带的型号受转速的大小和计算出的功率共同影响，综合考虑选择A型带。3.3.2 确定1. 选取的对于A型带，小带轮的基准直径最小为75mm。根据文献26选取小带轮直径=112mm。2. 验算带的速度v速度没有超出范围。3. 确定大带轮的基准直径取=391mm，取基准直径400mm。4. 确定a和带的长度（1）初选根据公式：将，代入公式中，在

42、计算范围内取=700mm。（2）确定带的基准长度=2204.35mm根据文献26取带的基准长度=2240mm。（3）确定a=735.65mm中心距取整数，a=735mm。 =a-0.015=701.4mm所需的中心距：=a+0.03=802.2mm（4）-57.3=157.55120包角大小合适。5. 确定V带的根数z (3-3)式中 ，kW；单根的，根据文献26取1.18kW；单根的增量，根据文献26取0.114kW；系数，根据文献26取0.91；带长修正系数，根据文献26取1.01。将参数代入公式(3-3)中得，z=4.85取整V代根数z为5根。6. 计算初拉力合适的初拉力可以防止打滑与避免降低寿命，根据文献27，保证带传动正常工作的单根V带合适的初拉力为： (3-4) 将=0.91，z=5，=5.76kW，q=0.1kg/m，v=5.63m/s代入公式(3-4)中得到=181.93N。3.3.3 带轮的结构设计1. 小带轮的结构设计小带轮尺寸较小，与电机轴径直径相差不大，故选择为实心式。结构简图如图3-1所示。为带轮轮槽顶部一圈的直径，为带轮轮槽底部一圈的直径，B为带轮的宽度；尺寸根据A型带带轮槽的截面尺寸设计。尺寸与电机轴直径一致为38mm，h为轮毂键槽深度，查文献28得h=3.3mm。图3-1 小带轮结构简图2. 大带轮的结构设计大带轮尺寸较大，