2024年4月4日发(作者：熊淑华)
第
18
卷 第
4
期
2003
年
12
月
郑州轻工业学院学报
(
自然科学版
)
JOURNALOFZHENGZHOUINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRY
(
NaturalScience
)
Vol.18
No.4
Dec.2003
文章编号
:1004-1478
(
2003
)
04-0044-03
钢筋弯曲机传动方案的比较与选择
王良文
1
,
王新杰
1
,
李荣华
2
(
1
1郑州轻工业学院机电科学与工程系
,
河南郑州
450002;
2
1河南黄河旋风股份有限公司
,
河南长葛
461500
)
摘要
:
通过对钢筋弯曲机“带—两级齿轮—蜗轮蜗杆传动”和“带—三级齿轮传动”的传动效率及传
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
.
基于此
,
对现有传动方案提出了一种改进思路
:
对以传递动力为主的传动系统
,
可优先考虑将
蜗杆传动布置在高速级
;
对传动精度要求较高的系统
,
才考虑将蜗杆布置在低速级
.
关键词
:
钢筋弯曲机
;
传动方案
;
传动效率
;
传动精度
中图分类号
:TU649
文献标识码
:A
Comparisonandchoiceofdrivemethodsforreinforcingsteelbarbentmachine
WANGLiang
2
wen
1
,
WANGXin
2
jie
1
,
LIRong
2
hua
2
(
1
..,tInd.,Zhengzhou
450002
,China;
2
.He
′
.,Changge
461500
,China
)
Abstract:Typicaldrivemethodsofreinforcingsteelbarbentmachinearebent
2
twostepgears
2
wormwheeland
bent
2
threestepgears,whichhaveob
transmittingefficiencyandtransmittingprecisionofthetwomethodsarecomparedandanalysedindetail,the
differentintedoutthatbent
2
threestepgears
’
smachineoughttobeusedorproducedwhenusingmanualhandleforincreasingtransmitting
efficiency,andbent
2
twostepgears
2
wormwheel
’
smachineoughttobeusedwhenusingautomaticandhalf
2
ntsforimprovingdesignofthemachineare
ultsgivethegoodsuggestionsfordesigning,producingandselectingmachine.
Keywords:reinforcingsteelbarbentmachine;drivemethod;transmittingefficiency;transmittingprecision
0
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
收稿日期
:2003-03-09
)
,
男
,
湖北省荆州市人
,
郑州轻工业学院副教授
,
硕士
,
主要从事机构分析与综合、作者简介
:
王良文
(
1963
—新型建筑建材
机械设计研究
.
第
4
期王良文等
:
钢筋弯曲机传动方案的比较与选择・
45
・
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
[1,2]
,
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
.
1
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
.
2
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
.
2
1
1
蜗轮蜗杆传动
蜗轮蜗杆传动的效率
η
=
η
1
η
2
η
3
式中
,
η
1
为第
1
级齿轮传动效率
,
取
0
.
98
;
η
2
为第
2
级齿轮传动效率
,
取
0
.
98
;
η
3
为蜗杆传动效率
,
这是
本文分析的关键
.
而
η
3
=
η
31
η
32
η
33
式中
,
η
回转件转
31
为搅油及溅油效率
,
它与装油量、
速和浸油深度等有关
,
取
0
.
96
;
η
32
为轴承效率
,
在此
不计功率损失
;
η
33
为蜗轮螺旋副啮合效率
.
当蜗杆主动时
η
/
tan
(
γ
+
ρ
ν
)
33
=tan
γ
式中
,
γ
为分度圆柱导程角
/
°
;
ρ
,
ν
为啮合摩擦角
/
°
-1
由啮合摩擦系数
μ
确定
,
即
ρ
.
ν
=tan
μ
图
1
蜗轮蜗杆传动
图
2
全齿轮传动
大多数生产厂家的蜗杆采用
45
#
钢
,
蜗轮采用灰铸铁
(
或球铁
)
,
而导程角在
12
°左右
,
蜗杆的分度圆直径
d
=76mm
左右
,
其蜗轮蜗杆表面的滑动速度
v
s
=
π
×
d
×
n/
(
6
×
10
4
)
,
代入相关参数计算得
v
s
≈
0
.
598m/s
1
)
≈
0.66.
故
η
根据文献
[
3
]
表
23
.
5
—
14
有
ρ
≈
5
°
43
′
,
η
/tan
(
12
°
+5
°
43
′
0.66=0.639,
υ
33
=tan12
°
3
=0.96
×
即
η
=0.98
×
0.98
×
0.639=0.61.
2.2
全齿轮传动
全齿轮传动的效率
η
=
η
1
η
2
η
3
式中
,
η
1
,
η
2
,
η
3
分别为第
1,2,3
级齿轮传动的效率
,
均取为
0.98,
则
η
=0.94.
2.3
传动效率的比较
由上述计算可知
,
蜗轮蜗杆传动的效率仅为全齿轮传动的
65%.
实际上
,
如果计入带传动、支承轴承的
・
46
・郑州轻工业学院学报
(
自然科学版
)
2003
年
功率损失
,
蜗轮蜗杆传动的弯曲机效率在
0.5
以下
,
处于自锁状态
.
3
钢筋弯曲机的传动精度
现有的钢筋弯曲机多为人工操作
,
也有半自动及全自动的
.
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
.
3.1
蜗轮蜗杆传动
蜗轮蜗杆传动的精度
Δθ
Ⅰ
=
Δ
θθ
θ
ω
g1
/
(
Z
4
/Z
3
×
i
ω
)
+
Δ
g2
/
i
ω
+
Δ
Δ
Δ
Δ
θ
θ
θ
式中
,
ω
为蜗轮蜗杆传动误差
;
i
ω
为蜗轮蜗杆传动比
,
取
30.
g1
,
g2
为第
1,2
级齿轮传动误差
;
代入相关参数有
Δθ
Ⅰ
=
Δθθθ
ω
g1
/75+
Δ
g2
/30+
Δ
3
1
2
全齿轮传动
全齿轮传动的精度
Δθ
Ⅱ
=
Δθθθ
g1
/
(
Z
4
/Z
3
×
Z
6
/Z
5
)
+
Δ
g2
/
(
Z
6
/Z
5
)
+
Δ
g3
θ
θθ
Δ
ΔΔ
式中
,
g1
,
g2
,
g3
为第
1,2,3
级齿轮传动误差
.
代入相关参数有
Δ
θ
Ⅱ
=
Δ
θθθ
g1
/17
1
85+
Δ
g2
/4
1
364+
Δ
g3
3
1
3
传动精度的比较
θ
为便于比较
,
设定各级齿轮传动误差相同
,
均以
Δ
g
表示
,
蜗轮蜗杆传动的误差与齿轮传动的误差几乎
θΔθθ
Ⅰ
=1.046
ΔθΔθ
Ⅱ
=1.285
Δθ
相等
,
即
Δ
ω
.
则
Δ
g
≈
g
,
g
.
很显然
,
采用蜗轮蜗杆传动时
,
传动精度较高
.
4
现有钢筋弯曲机传动方案的改良思路
现有的蜗轮蜗杆传动方案
,
齿轮传动布置在高速级时噪声较大
,
且因小齿轮
Z
1
采用悬臂结构
,
使传动
性能和承载能力下降
.
此外
,
蜗杆传动的齿面相对滑动速度较大
,
发热和胶合是限制其承载能力的决定因素
,
故将蜗杆传动布置在低速级会增加负载和总体结构尺寸
,
降低传动效率
.
因而
,
对于以传递动力为主的传动
系统
,
可优先考虑将蜗杆传动布置在高速级
;
只有要求传动精度较高的系统
,
才考虑将蜗杆布置在低速级
.
生
产厂家可依此改良现有的传动设计方案
.
5
结论
1
)
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
.2
)
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
.3
)
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
.
参考文献
:
[1]
马春雨
.
钢筋弯曲机电机容量的选择
[J]
1建筑机械化
,1990,
(
5
)
:21
—
25
1
[2]
吴学松
.
钢筋弯曲机弯曲钢筋扭矩计算公式探讨
[J]
1建筑机械化
,1992,
(
5
)
:18
—
19
1
[3]
徐灏
.
机械设计手册
[M].
北京
:
机械工业出版社
,1995
1
[4]
朱龙根
,
黄雨华
.
机械系统设计
[M]
1北京
:
机械工业出版社
,1992
1
2024年4月4日发(作者：熊淑华)
第
18
卷 第
4
期
2003
年
12
月
郑州轻工业学院学报
(
自然科学版
)
JOURNALOFZHENGZHOUINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRY
(
NaturalScience
)
Vol.18
No.4
Dec.2003
文章编号
:1004-1478
(
2003
)
04-0044-03
钢筋弯曲机传动方案的比较与选择
王良文
1
,
王新杰
1
,
李荣华
2
(
1
1郑州轻工业学院机电科学与工程系
,
河南郑州
450002;
2
1河南黄河旋风股份有限公司
,
河南长葛
461500
)
摘要
:
通过对钢筋弯曲机“带—两级齿轮—蜗轮蜗杆传动”和“带—三级齿轮传动”的传动效率及传
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
.
基于此
,
对现有传动方案提出了一种改进思路
:
对以传递动力为主的传动系统
,
可优先考虑将
蜗杆传动布置在高速级
;
对传动精度要求较高的系统
,
才考虑将蜗杆布置在低速级
.
关键词
:
钢筋弯曲机
;
传动方案
;
传动效率
;
传动精度
中图分类号
:TU649
文献标识码
:A
Comparisonandchoiceofdrivemethodsforreinforcingsteelbarbentmachine
WANGLiang
2
wen
1
,
WANGXin
2
jie
1
,
LIRong
2
hua
2
(
1
..,tInd.,Zhengzhou
450002
,China;
2
.He
′
.,Changge
461500
,China
)
Abstract:Typicaldrivemethodsofreinforcingsteelbarbentmachinearebent
2
twostepgears
2
wormwheeland
bent
2
threestepgears,whichhaveob
transmittingefficiencyandtransmittingprecisionofthetwomethodsarecomparedandanalysedindetail,the
differentintedoutthatbent
2
threestepgears
’
smachineoughttobeusedorproducedwhenusingmanualhandleforincreasingtransmitting
efficiency,andbent
2
twostepgears
2
wormwheel
’
smachineoughttobeusedwhenusingautomaticandhalf
2
ntsforimprovingdesignofthemachineare
ultsgivethegoodsuggestionsfordesigning,producingandselectingmachine.
Keywords:reinforcingsteelbarbentmachine;drivemethod;transmittingefficiency;transmittingprecision
0
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
收稿日期
:2003-03-09
)
,
男
,
湖北省荆州市人
,
郑州轻工业学院副教授
,
硕士
,
主要从事机构分析与综合、作者简介
:
王良文
(
1963
—新型建筑建材
机械设计研究
.
第
4
期王良文等
:
钢筋弯曲机传动方案的比较与选择・
45
・
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
[1,2]
,
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
.
1
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
.
2
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
.
2
1
1
蜗轮蜗杆传动
蜗轮蜗杆传动的效率
η
=
η
1
η
2
η
3
式中
,
η
1
为第
1
级齿轮传动效率
,
取
0
.
98
;
η
2
为第
2
级齿轮传动效率
,
取
0
.
98
;
η
3
为蜗杆传动效率
,
这是
本文分析的关键
.
而
η
3
=
η
31
η
32
η
33
式中
,
η
回转件转
31
为搅油及溅油效率
,
它与装油量、
速和浸油深度等有关
,
取
0
.
96
;
η
32
为轴承效率
,
在此
不计功率损失
;
η
33
为蜗轮螺旋副啮合效率
.
当蜗杆主动时
η
/
tan
(
γ
+
ρ
ν
)
33
=tan
γ
式中
,
γ
为分度圆柱导程角
/
°
;
ρ
,
ν
为啮合摩擦角
/
°
-1
由啮合摩擦系数
μ
确定
,
即
ρ
.
ν
=tan
μ
图
1
蜗轮蜗杆传动
图
2
全齿轮传动
大多数生产厂家的蜗杆采用
45
#
钢
,
蜗轮采用灰铸铁
(
或球铁
)
,
而导程角在
12
°左右
,
蜗杆的分度圆直径
d
=76mm
左右
,
其蜗轮蜗杆表面的滑动速度
v
s
=
π
×
d
×
n/
(
6
×
10
4
)
,
代入相关参数计算得
v
s
≈
0
.
598m/s
1
)
≈
0.66.
故
η
根据文献
[
3
]
表
23
.
5
—
14
有
ρ
≈
5
°
43
′
,
η
/tan
(
12
°
+5
°
43
′
0.66=0.639,
υ
33
=tan12
°
3
=0.96
×
即
η
=0.98
×
0.98
×
0.639=0.61.
2.2
全齿轮传动
全齿轮传动的效率
η
=
η
1
η
2
η
3
式中
,
η
1
,
η
2
,
η
3
分别为第
1,2,3
级齿轮传动的效率
,
均取为
0.98,
则
η
=0.94.
2.3
传动效率的比较
由上述计算可知
,
蜗轮蜗杆传动的效率仅为全齿轮传动的
65%.
实际上
,
如果计入带传动、支承轴承的
・
46
・郑州轻工业学院学报
(
自然科学版
)
2003
年
功率损失
,
蜗轮蜗杆传动的弯曲机效率在
0.5
以下
,
处于自锁状态
.
3
钢筋弯曲机的传动精度
现有的钢筋弯曲机多为人工操作
,
也有半自动及全自动的
.
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
.
3.1
蜗轮蜗杆传动
蜗轮蜗杆传动的精度
Δθ
Ⅰ
=
Δ
θθ
θ
ω
g1
/
(
Z
4
/Z
3
×
i
ω
)
+
Δ
g2
/
i
ω
+
Δ
Δ
Δ
Δ
θ
θ
θ
式中
,
ω
为蜗轮蜗杆传动误差
;
i
ω
为蜗轮蜗杆传动比
,
取
30.
g1
,
g2
为第
1,2
级齿轮传动误差
;
代入相关参数有
Δθ
Ⅰ
=
Δθθθ
ω
g1
/75+
Δ
g2
/30+
Δ
3
1
2
全齿轮传动
全齿轮传动的精度
Δθ
Ⅱ
=
Δθθθ
g1
/
(
Z
4
/Z
3
×
Z
6
/Z
5
)
+
Δ
g2
/
(
Z
6
/Z
5
)
+
Δ
g3
θ
θθ
Δ
ΔΔ
式中
,
g1
,
g2
,
g3
为第
1,2,3
级齿轮传动误差
.
代入相关参数有
Δ
θ
Ⅱ
=
Δ
θθθ
g1
/17
1
85+
Δ
g2
/4
1
364+
Δ
g3
3
1
3
传动精度的比较
θ
为便于比较
,
设定各级齿轮传动误差相同
,
均以
Δ
g
表示
,
蜗轮蜗杆传动的误差与齿轮传动的误差几乎
θΔθθ
Ⅰ
=1.046
ΔθΔθ
Ⅱ
=1.285
Δθ
相等
,
即
Δ
ω
.
则
Δ
g
≈
g
,
g
.
很显然
,
采用蜗轮蜗杆传动时
,
传动精度较高
.
4
现有钢筋弯曲机传动方案的改良思路
现有的蜗轮蜗杆传动方案
,
齿轮传动布置在高速级时噪声较大
,
且因小齿轮
Z
1
采用悬臂结构
,
使传动
性能和承载能力下降
.
此外
,
蜗杆传动的齿面相对滑动速度较大
,
发热和胶合是限制其承载能力的决定因素
,
故将蜗杆传动布置在低速级会增加负载和总体结构尺寸
,
降低传动效率
.
因而
,
对于以传递动力为主的传动
系统
,
可优先考虑将蜗杆传动布置在高速级
;
只有要求传动精度较高的系统
,
才考虑将蜗杆布置在低速级
.
生
产厂家可依此改良现有的传动设计方案
.
5
结论
1
)
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
.2
)
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
.3
)
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
.
参考文献
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