GW40型鋼筋彎曲機的結構設計與運動分析【cad高清圖紙和說明書全套】

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課題名稱 Gw40型鋼筋彎曲機的結構設計與運動分析 課題來源 黃河旋風股份有限公司 指導 教師 王良文 課題類型 AX 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 學生 名稱 葛文會 學 號 080105019 開題報告內(nèi)容: (調(diào)研質料的準備, 設計的目的, 要求, 思路與預期成果; 任務完成的階段內(nèi)容及時間安排; 完成設計(論文)所具備的條件因素等.) 一. 資料的準備: 1,了解黃河旋風有限公司的產(chǎn)品G40型鋼筋彎曲機的有關性能,參數(shù),以及特點. 2.上網(wǎng)查詢國內(nèi)外有關鋼筋彎曲機的發(fā)展情況,比較同類產(chǎn)品,在設計參數(shù),結構,性能,等方面的差別,綜合了解不同產(chǎn)品各自的特點.為下一步的設計做準備. 3.查閱有關鋼筋彎曲機方面的論文,了解理論及實際生產(chǎn)方面鋼筋彎曲機的發(fā)展情況. 4.查閱有關鋼筋彎曲機結構設計方面的近期發(fā)表論文,了解最新成果. 二. 目的, 要求, 思路與預期成果: 設計目的:設計用于建筑工程中的Gw40鋼筋彎曲機. 設計要求: 1)全面了解Gw40型鋼筋彎曲機. 2)建立運動分析模型,對于運動過程中的位移.速度,設計準則做全方位的分析計算. 3)確定工作方案并完成對鋼筋彎曲機的V帶,齒輪,蝸輪蝸桿,軸等的設計. 4)設計整體結構，并畫出結構圖及部件圖. 三, 任務完成的階段內(nèi)容及時間安排: 第一周 熟悉任務, 學習彎曲機的工作原理. 第二周 畢業(yè)實習查資料,寫文獻綜述,外文翻譯. 第三周 至 第五周 推導相關公式,完成結構分析與設計分析 第六周 至 第八周 完成結構圖設計 第九周 完成說明書的編寫. 第十周 至 第十一周 設計審核并修改. 第十二周 準備答辯. 指導教師: 日期: 開題報告表 課題類型:(1)A—工程設計;B—技術開發(fā);C—軟件工程;D—理論研究; (2)X—真實課題;Y—模擬課題;Z—虛擬課題;要求(1),(2)均要求,如AY,BX等 黃河科技學院畢業(yè)設計（文獻綜述） 第 9 頁 Gw40型鋼筋彎曲機的結構 設計與運動分析綜述 1 引言 鋼筋彎曲機是鋼筋加工必不可少的設備之一，它主要用于各類建筑工程中對鋼筋的彎曲．鋼筋彎曲機通常與切斷機配套使用，其應用十分廣泛．隨著國家投資拉動的效果顯現(xiàn)，尤其是國家大力開展高鐵的建設，鋼筋彎曲機的生產(chǎn)銷售增長迅速．與其他的鋼筋切斷機、彎箍機、調(diào)直切斷機的的情況類似，河南省長葛市已經(jīng)形成了該類機械的生產(chǎn)基地．國產(chǎn)產(chǎn)品大多能滿足使用需求，但也有一些產(chǎn)品的質量不能滿足國家標準的要求．河南長葛本地的鋼筋彎曲機生產(chǎn)現(xiàn)狀與質量水平反映了國產(chǎn)鋼筋彎曲機的現(xiàn)狀[1]. 2 鋼筋彎曲機產(chǎn)品結構 各廠家的鋼筋彎曲機的構造基本相同．鋼筋彎曲機的傳動方案有以下2種：“帶一兩級齒輪一蝸輪蝸桿傳動”和“帶一三級齒輪傳動”[2]．采用蝸輪蝸桿傳動的鋼筋彎曲機，其傳動效率不如齒輪傳動的彎曲機．也就是說，在同樣的驅動電機功率條件下，齒輪傳動的彎曲機彎曲同直徑的鋼筋顯得更輕松．但蝸輪蝸桿傳動的自鎖特性，使工作中彎曲的定位精度會更高些．目前，以“帶一兩級齒輪一蝸輪蝸桿傳動”方案的彎曲機的生產(chǎn)、應用較為普遍，市場占有率高．在這2種傳動方案的鋼筋彎曲機中，工作面板以上的部分相同．圖1為應用最多的“帶一兩級齒輪一蝸輪蝸桿傳動”的彎曲機的結構． 3 鋼筋彎曲機產(chǎn)品質量差異 目前，機械傳動類鋼筋彎曲機的結構與生產(chǎn)工藝已經(jīng)非常成熟．各個廠家產(chǎn)品的質量差異主要體現(xiàn)在以下幾點：1)各個廠家的機箱的造型及用料有較大的差異．用料太少的鋼筋彎曲機，設備的整體剛性太差，外型也缺乏美感．2)僅有少量廠家注重工作圓盤及其他附件的表面質量，將工作圓盤及其他附件進行了鍍層處理，將各插孑L采用橡膠套堵封．3)有些鋼筋彎曲機的生產(chǎn)廠家，配用非標生產(chǎn)的電機．這些電機的輸出功率偏小，在連續(xù)工作中容易起熱，無法彎曲標定直徑的鋼筋．4)傳動系統(tǒng)的齒輪、蝸輪蝸桿等，在加工質量，材料的選用，熱處理工藝等方面有差異．5)大量廠家的彎曲機不注意外觀涂裝質量，少量廠家采用噴塑處理的方式，外觀視覺效果還不錯． 4 彎曲機技術的發(fā)展與改良方向 4.1 輕量化設計 通過輕量化設計，可以節(jié)省資源，有效地降低彎曲機的生產(chǎn)、運輸成本，提升產(chǎn)品的性價比及市場競爭力．鋼筋彎曲機的輕量化設計技術，主要有以下幾點: 1)采用有限元技術對蝸輪變速箱體或者齒輪變速箱體進行輕量化[3]．鋼筋彎曲機蝸輪變速箱體或者齒輪變速箱體的制造成本在整機的成本中占有較大的比重．如果能夠進一步減輕其質量，不僅能夠節(jié)約生產(chǎn)成本，也可以使面板的材料變?。羧狈_的理論數(shù)據(jù)，將蝸輪變速箱體或者齒輪變速箱體盲目去重，有可能出現(xiàn)產(chǎn)品的箱體在使用過程中開裂． 目前，蝸輪變速箱體或者齒輪變速箱體的材料大多采用鑄鐵，通過建立有限元分析模型可以在不需要制造出箱體實體的條件下，得到箱體的受力分析結果．并根據(jù)這些結果對箱體進行優(yōu)化，改進結構的幾何參數(shù)．通過減輕產(chǎn)品的質量而降低生產(chǎn)成本，這對于提高產(chǎn)品的競爭力非常有益． 2)對傳動系統(tǒng)的齒輪傳動優(yōu)化．在鋼筋彎曲機的設計中，可以對其傳動系統(tǒng)的齒輪傳動進行優(yōu)化[4]．采用以齒輪傳動的總中心距最小為目標函數(shù)，通過優(yōu)化技術來獲得滿足傳動要求的各齒輪參數(shù)．該類問題采用Matlab提供的有關優(yōu)化函數(shù)工具箱很容易求解．優(yōu)化設計模型的約束條件主要包含性能約束及邊界約束．建立的性能約束主要包括：齒根彎曲強度要求；齒面接觸強度要求等．邊界約束包括：根據(jù)傳遞扭矩估計出的齒輪副模數(shù)的范圍；綜合考慮傳動平穩(wěn)、軸齒輪的分度圓直徑不能太小等因素，估計傳動大齒輪的齒數(shù)范圍、傳動比范圍等；設計中要保證高速級大齒輪與低速級軸不發(fā)生干涉條件等． 3)對傳動系統(tǒng)的蝸輪蝸桿結構進行優(yōu)化．對鋼筋彎曲機進行輕量化設計也可以通過對傳動系統(tǒng)的蝸輪蝸桿結構進行優(yōu)化來進行[5] ．在保證相同承載能力條件下，取蝸輪和蝸桿中心距最小作為目標函數(shù)． 該模型下的約束條件同樣包含性能約束及邊界條件約束．性能約束包括：蝸輪齒面接觸強度的要求；蝸輪齒根彎曲強度的限制；蝸桿剛度的限制．邊界條件約束包括：蝸輪、蝸桿的齒數(shù)范圍；蝸輪、蝸桿模數(shù)范圍；蝸桿直徑系數(shù)的范圍等． 同樣可以方便地利用Matlab提供的有關優(yōu)化函數(shù)工具箱或者其他的優(yōu)化求解技術，對該模型進行優(yōu)化求解． 4.2 發(fā)展新的品種 發(fā)展新的品種包含同類傳動方式的大型化、開發(fā)新的傳動方式及擴展功能． 1)同類傳動方式的大型化．目前的鋼筋彎曲機主要是GW40型，有極少量GW50型．從產(chǎn)品的投入產(chǎn)出看，生產(chǎn)大型的鋼筋彎曲機效益更明顯．多生產(chǎn)GW50型的彎曲機、適量開發(fā)能夠彎曲更大鋼筋的彎曲機是個方向．在大型化的過程中，驅動系統(tǒng)、電機、工作盤等的協(xié)調(diào)是關鍵． 2)開發(fā)新的傳動方式．上述結構的國產(chǎn)鋼筋彎曲機大多采用電機為動力，也有一些其他動力的彎曲機，如采用柴油機或汽油機驅動的．鋼筋彎曲機采用液壓驅動，將改變上述彎曲機傳動結構．目前，主要由廣東的幾個廠家生產(chǎn)．如某廠家生產(chǎn)的W-40型，可以彎40 mm直徑的螺紋鋼，采用雙聯(lián)變速油缸，有2檔速度．采用液壓驅動，通過對液壓系統(tǒng)的控制，可以使設備更方便地實現(xiàn)更多的功能．但如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障，則維修困難．受設備使用者素養(yǎng)的限制，這類結構的使用尚不普及． 3)擴展功能．鋼筋彎曲機、切斷機、彎箍機通常是配套使用的，在同臺設備上實現(xiàn)多種功能，是技術的發(fā)展方向之一．通過在原鋼筋彎曲機的工作盤上固定圓盤，并在插座板位置安裝燕尾槽，在燕尾槽內(nèi)嵌入帶有固定芯軸的滑動體，彎l曲機的功能就可以擴展為能夠彎弧[6-7]. 采用液壓傳動的鋼筋彎曲機，可以設計為既可以彎鋼筋，又可以彎圓箍[8] ．但這樣的傳動已經(jīng)與常用的鋼筋彎曲機不屬于一類機型，結構更復雜．也有個別廠家生產(chǎn)液壓鋼筋彎切機，在一臺設備上實現(xiàn)鋼筋的切斷與彎曲功能．采用純機械傳動，實現(xiàn)鋼筋的切斷與彎曲功能，則設備體積偏大．應該說，在一臺設備上實現(xiàn)鋼筋的切斷與彎曲功能，在某些場合體現(xiàn)了一定的優(yōu)越性．尤其是對設備的使用量要求不大，但要實施對鋼筋切斷與彎曲的．如一種WQ一32Y型液壓鋼筋彎切機，采用二三速變換、半自動操控、自動復位，彎曲角度無級調(diào)整，并可以在2個設定角度間快速轉換． 4.3 自動控制角度鋼筋彎曲機的開發(fā) 開發(fā)自動控制角度鋼筋彎曲機是一個方向．也是鋼筋彎曲機走出國門、參與國際競爭的關鍵．設計制造簡單可靠的角度控制系統(tǒng)是關鍵，在鋼筋彎曲機上，開發(fā)完善角度控制系統(tǒng)，可以使鋼筋彎曲機與鋼筋彎箍機的功能相重疊．為了鋼筋彎曲機工作后可以自動歸位，可以采用離合器單向傳動技術，并通過扭力彈簧使工作盤歸位[9] ．文獻[1O]介紹了一種自動角度鋼筋彎箍機，結構十分典型，對改造現(xiàn)有鋼筋彎曲機的結構有重要參考意義．其主軸傳動示意如圖2. 為實現(xiàn)工作圓盤轉動角度控制，結構上通過旋轉手輪驅動錐齒輪，錐齒輪與接近開關安裝板固聯(lián)，從而調(diào)整接近開關安裝板的位置．安裝板上安裝接近開關，主軸上固聯(lián)有遮光板．工作中，當動力驅動主軸轉動時，遮光板隨之轉動；當遮光板運動到接近開關的位置時，接近開關將發(fā)生控制信號的改變，從而控制電機的運動． 采用該原理設計自動角度鋼筋彎曲機，要注意的問題是接近開關的壽命、工作圓盤的準確復位等．此外，對不同直徑的鋼筋，當工作圓盤的轉角相同時，成型角度有較大的差異．當然也可以采用數(shù)控技術控制電機的運動角度，從而實現(xiàn)對工作圓盤的轉角控制，進而控制鋼筋彎曲角度[11] ．采用數(shù)控技術控制鋼筋彎曲機，關鍵是提高控制系統(tǒng)的可靠性與降低設備的制造成本． 4.4 涂裝質量及其他 目前的國產(chǎn)鋼筋彎曲機已經(jīng)批量出口到東南亞、非洲、中東、俄羅斯及其他獨聯(lián)體國家．涂裝質量的要求隨出口地的不同有所區(qū)別．在產(chǎn)品出口中，要特別注意產(chǎn)品在海上運輸中防止其受海水的 腐蝕．由于鋼筋彎曲機單機的價格不高，國內(nèi)很多廠家對涂裝及包裝質量重視不夠，這不利于出口.由于各廠家生產(chǎn)的能夠出口的鋼筋彎曲機的內(nèi)在質量差距不大，所以產(chǎn)品的外型及涂裝質量對．外銷有直接的作用． 5 具體優(yōu)化設計內(nèi)容 基于Matlab的齒輪傳動優(yōu)化設計。Matlab是美國Mathworks公司推出的用于科學計算的可視化軟件包。其方便、友好的用戶環(huán)境，強大的擴展能力使許多領域的科學計算和工程應用節(jié)省時間、降低成本、提高效率。本文所介紹的是應用Matlab對齒輪傳動進行優(yōu)化，這里介紹了從建立目標函數(shù)、確定約束條件到編制Matlab程序以及對程序進行調(diào)試運行的整個過程。 基于嚙合角函數(shù)的平面共軛齒廓凹凸性判斷計[12]。提出基于嚙合角函數(shù)的平面共軛齒廓凹凸性判別方法給出六項判據(jù)根據(jù)這些判據(jù),無需求解齒廓方程,由嚙合角函數(shù)直接判別共軛齒廓凹凸性為設計高性能的齒輪齒廓提供了新途徑。 現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了，利用一個簡單的程序調(diào)用齒輪理論，來描繪環(huán)狀－漸開線- 牙齒形類型的齒輪的情況。這種球形－漸開線齒輪有兩層的自由度，在原有自由度的基礎上又獲得了一個轉動自由度。對球形－漸開線的分析可以描繪為以下兩個步驟。首先, 齒輪理論是用于在傳統(tǒng)理論上獲得發(fā)展的基礎。其次，改革中獲得的自由度用來替換關于一個軸的一個角度。 基于這二個步驟, 一個有弧形齒形和兩層自由度的齒輪的數(shù)學模型產(chǎn)生了。 把已有數(shù)學模型在程序中進行分析，這里需要一個軟件包提供必需的切斷路徑，在齒輪的生產(chǎn)過程中同時需要計算機輔助軟件的幫助[13]。 科學技術和生產(chǎn)力的發(fā)展已經(jīng)要求齒輪傳輸表現(xiàn)的逐漸比較高需求。 影響動態(tài)的齒輪表現(xiàn)的主要因素是被以網(wǎng)捕捉的齒輪形式牙齒描繪。為了改善齒輪的傳輸表現(xiàn)，在 1990 年代早期內(nèi)被稱為 LogiX 齒輪的一個新類型的齒輪被發(fā)展。 然而,對于那里保持許多未知的理論上的和實際的問題被解決的這個特別類型的齒輪。在這一張紙中，這個新類型的齒輪設計原則更進一步被學習，而且它的牙齒描繪的數(shù)學組件推論。在牙齒的這一個類型的形式方面的影響力描繪和輪廓對于 LogiX 叁數(shù)被提供的齒輪它的叁數(shù)被討論的固有基本的它網(wǎng)孔表現(xiàn),和合理的選擇。如此關于 LogiX 齒輪的資訊被發(fā)展而且使富足的理論上的系統(tǒng)。 這一項研究擠入得最重要現(xiàn)代運動的傳輸產(chǎn)品的負荷能力，小型化和耐久性的進步[14]。 關于淬火后表面硬度變化的圓筒筒形齒輪的研究[15]。1.對不同叁數(shù)的齒輪在熱處理之前后法向精度的分析表明，熱處理之前后齒輪的法向精度發(fā)生了大的變化。這使使用少數(shù)的樣品解決不同的制造問題是可能的。在熱處理后齒輪的精密度減少 1 –2 個等級。常態(tài)化合接合 ( 特別是瓦斯接合) 對弄歪以至毀壞齒輪影響最大。 在常態(tài)化之后，歪曲率高達 30% 。利用溶鹽和堿的熱處理不僅減少齒輪的毀壞而且能減少歪曲。然而，當刻度不被變的時候, 獲得較多齒輪的大小不變是可能的。一些被發(fā)現(xiàn)的關系決定通常的常態(tài)長度和直徑使之在熱處理前后之間的連結不變是可能。因為，大部份的齒輪,是在熱處理之后選擇大小和型號而且是在錯誤的散布極限里面的。 我們也用毀壞系數(shù)作為這這一標準。調(diào)查結果表明允許了我們在熱處理后增加牙齒形齒輪的模數(shù)，以提高38% 的精密。 關于齒輪傳動計算機輔助設計系統(tǒng)的研究[16] 。針對漸開線圓柱齒輪減速器的研究開發(fā)了齒輪參數(shù)設計、分析計算及計算機繪圖的計算機輔助設計系統(tǒng),為齒輪設計和生產(chǎn)提供一個高效、實用、準確、可靠的設計及繪圖工具。齒輪作為最重要的基礎傳動部件被廣泛地應用于機械、冶金、石化、煤炭、水電等行業(yè)。在齒輪箱設計和生產(chǎn)過程中,需要大量的分析、計算和繪圖工作,采用現(xiàn)代設計方法可徹底改變過去依靠手工計算和繪圖時的效率低、易出錯等局面,使齒輪設計人員借助計算機及相應軟件可迅速、高效、準確地進行設計方案的確定、比較、分析和繪圖;為生產(chǎn)企業(yè)以高技術、高質量、低成本占領市場提供技術保障。齒輪參數(shù)設計通用多級齒輪傳動參數(shù)設計是齒輪傳動設計的一個重要方面。本系統(tǒng)提出了通用平行定軸圓柱齒輪傳動參數(shù)優(yōu)化設計方法?！±迷撓到y(tǒng)可方便地完成漸開線圓柱齒輪減速器的齒輪參數(shù)設計、零件的強度計算、齒輪的許用功率計算、滾動軸承的壽命計算及齒輪、軸、端蓋、鍵、套筒和系列齒輪箱箱體圖、總裝圖的繪制工作。 關于一種簡便的齒輪傳動等強度優(yōu)化設計方法[17]。根據(jù)等強度優(yōu)化理論,通過分析齒面接觸疲勞強度和齒根彎曲強度的內(nèi)在聯(lián)系,引進復合齒形系數(shù)和齒數(shù)算子的概念,提出了一種能直接求得齒輪傳動優(yōu)化參數(shù)的簡便方法。將該方法用于二級或多級齒輪減速器的優(yōu)化設計,其優(yōu)化過程更為直觀、清晰,編程更為簡單、快捷。齒數(shù)算子前言在進行齒輪傳動設計時,一般總是希望齒輪的尺寸最小,承載能力最大,亦即要求齒輪的材料利用率最高;同時,從改善傳動的平穩(wěn)性、減少磨損和膠合的可能性、提高加工效率等方面考慮,還要求在滿足彎曲強度的前提下,選取較小的模數(shù)和較多的齒數(shù)。為達到此目的,可利用各種優(yōu)化方法對其進行優(yōu)化設計。 6 結語 鋼筋彎曲機的生產(chǎn)批量巨大，技術也較為成熟．只有不斷改良技術，才能進一步提高產(chǎn)品的性價比，增強市場競爭力．本文討論的改良方向對于提高同類產(chǎn)品，如鋼筋調(diào)直機、鋼筋彎箍機等的質量，有一定的啟發(fā)意義． 參考文獻： [1] 王良文，陳學文·國產(chǎn)鋼筋切斷機的生產(chǎn)現(xiàn)狀與改良方向[J]·建筑機械技術與管理,2009(3)：83. [2] 王良文,王新杰,李榮華,鋼筋彎曲機傳動方案的比較與選擇[J]．鄭州輕工業(yè)學院學報：自然科學版，200318(4)：45． [3] 王良文，尚欣，黃書明·基于ANSYS的鋼筋切斷機機體的有限元分析[J]_建筑機械化,2006(7)：24. [4] 王良文，郭志強，王俊濤,基于Madab的鋼筋彎曲機齒輪傳動系統(tǒng)的優(yōu)化設計[J].建筑機械，2008(4):83. [5] 王良文,陳學文，李安生．基于Matlab的鋼筋彎曲機蝸輪傳動系統(tǒng)的優(yōu)化設計[J], 建筑機械化，2009(3)：40. [6] 趙金喜，楊麗江，謝之．鋼筋彎曲機的改造[J]．建筑工人.2004(4):54. [7] 王艷敏,鋼筋彎曲機的改造及應用河北煤,2004(4)：54． [8] 張海南，王金生，徐合生．新型半自動液壓鋼筋彎曲機設計[J].成組技術與生產(chǎn)現(xiàn)代化，2007，24(2)：62. [9] 徐靈根，張美娟，申來明.新型刻度盤式自動歸位鋼筋彎曲機設計[J].浙江水利水電?？茖W校學報， 2OO618(2)：36． [1O]王良文，武燕，-6俊濤，等．GWG20型自動角度鋼筋彎箍機[J]．建筑機械，2006(8)：96. [11] 樊小彬，馮清秀，湯漾平，等．一種加工鋼筋棒料的新型數(shù)控彎曲機[J]．鍛壓裝備與工業(yè)爐，2003(1)：35． [12] Seol L H, Litvin F L. Computerized Design, Genera-tion and simulation of meshing and contact of modified involute. KlingeInberg and Flender Type Worm-Gear Drives. Journal of Mechanical Design, ASME, 1996, 118(12): 551～555. [13]Ts2NSh reducing gear for oil well pumps with gear case lubrication of the bearings Publication: Chemical and Petroleum Engineering (Historical Archive) . Authors: I. K. Karaev, A. M. Rabinovich, M. A. Guseinov, et al. Publisher: Consultants Bureau, An Imprint of Springer Verlag New York . Recency: Volume 17, Number 9 Pages: 491 - 493. [14]Study on the design principle of the LogiX gear tooth profile and the selection of its inherent basic parameters Authors: Feng Xianying, Wang Aiqun, Linda Lee . Publication: The International Journal of Advanced Manufacturing Technology . Recency: Volume 24, Numbers 11-12 Pages: 789 – 793 [15]Deformation of case hardened cylindrical gears during heat treatment Publication: Metal Science and Heat Treatment (Historical Archive) Authors: V. P. Ponomarev . Publisher: Consultants Bureau, An Imprint of Springer Verlag New York LLC. Recency: Volume 8, Number 7 Pages: 546 - 550 . [16]劉忠明,袁和相,楊壽夜等.齒輪傳動計算機輔助設計系統(tǒng)的研究.機械傳動,1998,01:17~19. [17]王云,洪家娣,楊樹軍等。一種簡便的齒輪傳動等強度優(yōu)化設計方法 機械設計與研究， 1998，03：14~17. 畢業(yè)設計 文獻綜述 院（系）名稱 工學院機械系 專業(yè)名稱 機械設計制造及其自動化 學生姓名 葛文會 指導教師 王良文 2012年 03 月 10 日 黃河科技學院畢業(yè)設計（文獻翻譯） 第 11 頁 基于三維靜態(tài)磁場分析技術研究超小磁阻式傳感器測量系統(tǒng) 在這項研究中,提出了一種建模過程中一個超小鐵磁構件的磁電阻(GMR)傳感器系統(tǒng)的概念。模型的目標是為高度集成的靈巧機器人的手設計合適的角度傳感器系統(tǒng)。當其他磁場干擾主要的領域時,一個3 D的靜態(tài)磁場分析建模是用來避免被過多的磁性強度和定向障礙損壞傳感器。利用有限元結果,適當?shù)男螤詈痛笮〉蔫F磁組件進行了比較和優(yōu)化。一個簡化的信號處理電路也是如此給出了超小GMR傳感器系統(tǒng)。 最后實驗結果表明角精度小于1只有剩余偏移補償超小GMR傳感器系統(tǒng)的表達式。揭示了在理想尺寸下集成經(jīng)驗帶來的挑戰(zhàn)以獲得所需的能力。 1。介紹 一般來說,在各種不同的應用領域中進一步系統(tǒng)小型化肯定會創(chuàng)造一個連續(xù)的要求縮小的傳感器函數(shù)[1]。當發(fā)展傳感器測角信號微型系統(tǒng)時,顯而易見,基本傳感器有很多的局限性和缺陷(如大小,工作距離、準確性和抵消)來阻礙設計師完成所要求的規(guī)格。提高傳感器的基本性能,其中的一種選擇是去嘗試提煉傳感器本身使用更好的材料,生產(chǎn)方法等。這種選擇一般一個比一個昂貴。另一種選擇是將傳感器放入系統(tǒng),這個系統(tǒng)具有獨特提高傳感器性能的目的。一個傳感器的研制重要趨勢是已進入傳感器系統(tǒng)[2]。因此,對于微機電系統(tǒng)(MEMS)的整合以及其他高度綜合系統(tǒng)而言,進一步的縮放傳感器系統(tǒng)是必須的。 作為一個磁場傳感器,與其他種類的傳感器相比GMR傳感器提供了幾個主要優(yōu)點(例如靈敏度高、非接觸式縮微尺寸安裝和無損耗工作)[3,4]。然而,磁場感應系統(tǒng)不可避免地包含應用鐵磁要求部分[5]。這些鐵磁元件目前作為傳感器本身的一部分,如在GMR傳感器。這種傳感器系統(tǒng)的結構是相當復雜的,他們的綜合困難:如GMR傳感器存在的問題,包括鐵磁安裝組件裝配空間有限,以及工作鐵磁構件和GMR之間的距離傳感器芯片上,通常是1.5毫米或更久[6 -8]。注意,如果工作距離較小的情況下,磁性由鐵磁構件強度通常是如此強大,它可以打破了它壓層,這樣的嗎永久損壞傳感器的元素。此外,獨立于它們的源頭GMR的傳感器橋實際上轉換為任何領域的方向對雙組分信號[9].當增加第二個磁場到主要領域時,產(chǎn)生的領域都重疊可能會導致嚴重的方向的角測量錯誤。這兩個約束阻礙了應用GMR傳感器的高度集成的領域。 在這項研究中,超小GMR傳感器系統(tǒng)只有0.5毫米的工作距離,并推導出了由其他磁場迷失方向,避免了補償根據(jù)三維靜態(tài)磁場分析技術。本文首先介紹了GMR的概念傳感器和有限元模型。其次,形狀鐵磁構件和大小進行了比較優(yōu)化利用三維靜態(tài)磁場分析結果。然后一個簡化的信號處理電路連接方法。最后獲得的實驗結果與理論結果相比較。 2。GMR傳感器概念 巨大的磁電阻很大的改變意味著在磁性多層膜超薄電阻。這基本GMR教材建設包括一個壓層和一個自由層,自由層會受磁場的影響。一個應用磁場足夠的大小,范圍大于飽和度領域的自由層和小于對峙領域為壓層,將迫使自由層磁化跟隨它在旋轉。有一個固定的參層磁化和一個同步跟蹤自由層磁化,相對于靜止轉子傳感器,磁電阻是一個簡單的余弦功能的角度。電阻R和一個自旋閥是相關的h之間的角度自由而磁壓層在接下來的方程 R/Rp=1+1/2GMR(1-cos) (1) 當兩個磁化平行時,Rp是最小的阻力,GMR是最大的阻力.角度傳感器是用來結合平面永磁綁在一個活動軸(轉子),如圖1。永磁磁化后生成一個領域,這個領域是平面上的傳感器芯片和旋轉的軸。這一領域使自由層磁化和轉子旋轉同相位。因此,輸出信號是角的正弦函數(shù)。由于永磁、傳感器設計和他們相同的軸向結構 , 磁鐵及傳感器間的距離,或工作的距離,確定了作用于自由層SV電阻器的磁場大小和分布。這基本要求的工作距離是作用于自由層最低的場是足夠大的能夠使其飽和,最高的場不會破壞參考層[7]. 圖1 3。有限元建模(FEM) 有限元建模的方法是基于離散化的解決方案將領域分成較小的地區(qū)。程序將使用麥克斯韋方程組為電磁場分析的基礎。在磁的靜校正問題,未知的數(shù)量(自由度)通常是磁矢量,并且用多項式的形函數(shù)的方法估計。其他磁場數(shù)量如磁場通量密度、磁性強度,電流密度、能源、力量、損失、電感和電容源自于自由度[10]。元素的尺寸必須有足夠小提供足夠的[11]精度。通過這種方式,微分方程組連續(xù)的問題可以轉化為一個系統(tǒng)代數(shù)方程組為離散問題。這實際問題常需要幾千未知的。然而,合適的數(shù)值技巧被開發(fā)了,能夠在合理的時間解決這類系統(tǒng),即使在個人電腦上使用。 作為一個高度集成的機電系統(tǒng),機器人手必須完成復雜的任務,例如好的操縱,經(jīng)常需要獲得足夠的準確的角信號來實現(xiàn)一些控制策略[12]。因此在傳感器系統(tǒng)中擺角傳感器是一個非常重要的角色,傳感器系統(tǒng)及其信號精度直接影響控制效果。具有靈敏度高、縮微尺寸GMR傳感器非常適合高度集成系統(tǒng),像DLR/HIT五指靈巧機械手。 如上文所述,盡管GMR傳感器有益處,但在高度集成應用中仍然有一些缺陷。因為在高度綜合的系統(tǒng)工程中,它沒有足夠的空間來安裝傳感器和永久的磁鐵,然后傳感器系統(tǒng)設計應充分利用有限的空間。例如,在DLR/HIT五指靈巧機械手中,軸傳感器和GMR晶片表面的距離只有0.5毫米(如圖2)。通過機器結構,有兩種類型的永磁體的運動軌跡可以嵌入到軸結束。一個圓柱體、另一個是立方體。為了確保足夠的力量和避免的干擾,直徑的圓柱永磁體的運動軌跡應小于或等于2.5毫米,立方體永磁應的長度小于或等于6毫米,雙方厚度應小于或等于1毫米。面對有限的空間的問題和精確的角度信號需求,并考慮成本和時間對傳感器的發(fā)展來說,先生產(chǎn)永磁然后通過測量儀器測量它是不行的。因此,我們提出了一個有效的方法:采用三維靜態(tài)磁場分析技術設計的類型的永磁來保證適當?shù)姆较蚝痛笮〉拇艌鲱I域。 圖2 為了不擾動磁場,動軸是采用非磁性不銹鋼材料。那么模型可以簡化,只有永久性的磁體進行了分析,分析計算的負擔大大減輕了。這里分析的永久磁鐵是由NdFeB35材料,剩磁等于1.2340 T和抗磁力等于11339 / m。三維有限元分析的圓形永磁磁體模型和一個立方體是分別建立的,它們的空間磁化矢量分布也顯示。圖3(a)顯示一個空間磁化矢量分布所產(chǎn)生的鋼瓶永磁(2.51mm),圖3(b)代表一個空間磁化矢量分布產(chǎn)生的被一個立方體永磁(621mm)。從本圖中,我們可以看出磁化矢量由立方體永磁比鋼瓶永久性磁鐵更平坦。這是因為這個立方體的長度永磁比鋼瓶永久性磁鐵。而GMR傳感器芯片只有敏感芯片的平行層面,而不是嗎波比晶片,所以立方體永磁體的運動軌跡比圓柱永磁申請嗎GMR的傳感器進行了論述。 圖3 然而,GMR材料不但要求方向磁化矢量的,但也需要在其工作范圍內(nèi)磁場強度的大小,這樣可以避免傳感器元素傷害和信號破壞。因此,分布磁性強度在有限的空間必須達到。幸運的是,3 D靜態(tài)磁場分析技術可以讓這些問題容易解決。在三維有限元軟件的幫助下,我們獲得三維磁場不同的永磁場分布類型。從單傳感器芯片GMR號,我們知道工作范圍都是從2388A/米到15920 A /米,即圖4 ,5中的B和C。這意味著GMR的傳感器芯片之間必須域B和C。圖4顯示一個空間分布的磁場強度級(上限飛機沿X = 0毫米和Z = 1毫米)所產(chǎn)生的一個立方體永磁體的尺寸是621mm. 從圖上,就可以看出,大多數(shù)的GMR的傳感器芯片范圍在超過工作范圍的A和B。因此GMR傳感器芯片無法正常工作,我們必須找到一個方法使GMR傳感器芯片在其工作范圍,即范圍B和C。 圖4 圖5 眾所周知,磁場強度的大小可以通過減小永磁體的寬度和厚度而減小?；谌S靜磁性分析技術,其大小可以一步一步的減少直到足夠的磁場強度.而不是首先生產(chǎn)不同尺寸的永久磁鐵,然后測量方法,最后,獲得大小合適的永磁(如圖5所示)。從圖,我們可以看出整體GMR傳感器芯片范圍是在B和C之間,因此尺寸(621)是正確的,它可以產(chǎn)生足夠的磁性強度。此外,模擬結果可以把其它永磁體放在工作范圍之外從而避免影響。而且它也可以用來成功地補償數(shù)字圖像處理的偏差。 4。信號檢測和處理 以得到一個高的傳感GMR的電阻變化信號的最好方式是建立一個單臂電橋和敏感的級差電壓。在這種情況下,為獲得最高的電阻變化兩種截然相反的參考層是必要的(圖6)。一座橋可以測量180 度角范圍,因此有必要建立兩個正交橋梁檢測的角度0—360。在這種情況下,我們一共需要四個不同磁化方向,這些方向確定角度方向的測量和旋轉芯片的方向。 圖6 與此有關GMR資料的百分比大約是5%。這意味著振幅輸出信號太小而不能滿足高角度檢測精度的需要,所以一雙模擬乘數(shù)和四個低通濾波器的信號檢測電路是用來提取信號的振幅和它的階段。該結構的優(yōu)點是簡單,低元件,低成本,體積小。 以正弦信號為例,第一個低通濾波器有一個并聯(lián)反饋電阻的電容器,所以電路在由公式Fc=1/(2 3dB)確定的3dB后有一個6dB. 輸出電壓下面這拐角頻率由(2)式確定。。這條電路可以被看作是一個在Fc之上很好分析的AC積分電路。然而,時域響應是一個一個單一的筋RC,而不是一個整體。由于偏置電流誤差,并聯(lián)組合的R3和R4的選用應等于并聯(lián)組合R1和R2.放大器應該能夠得到補償,不論是增益的還是一個內(nèi)部都可以使用的放大器. (2) 第二個過濾器是一種低通濾波由C2和R5形成的,可以模擬將噪音減少到最少和有效的限制了系統(tǒng)的有效譜域。因此這個過濾器的截止頻率由公式FRC=1/(2R5C2)確定. 5。實驗結果 由上述解釋的方法發(fā)展的超小GMR傳感系統(tǒng)滿足了角測量的要求,并且提高了DLR/HIT 5指機器人的水平.(如圖七所示) 圖7 進行了實驗來驗證模型的正確性。一個恒定電壓到橋(如圖6),在一個共同的直流偏置一半的電壓+ 3.3 v的作用下,輸出電壓Vsin_in是正弦函數(shù)而且Vcos_in是一個在角度GMR傳感器芯片和轉動軸之間的余弦函數(shù). 通過正弦余弦曲線和理論(如圖8),輸出信號被一個微控制器捕獲并在0.5mm的工作距離繪制。誤差測量值和理論值也顯示在圖9。曲線圓圈代表與正弦誤差和曲線二乘余弦誤差。 圖8 圖9 根據(jù)這兩個測量值的四象限倒數(shù)切線函數(shù),這個角通過測量正余弦函數(shù)而提取。得到的角度沒有不連續(xù)或死角超過滿360(顯示在圖10)。 圖10 絕對的非線性的定義是:用一個統(tǒng)一的斜率表示偏離最佳線性的偏差。由于360的周期性ALL經(jīng)常被選擇。360度的一個旋轉磁場測量結果表明在沒有任何剩余的偏置補償情況下ALL的誤差是6度。如圖(10)一個二次諧波的ALL被觀察(沖曲線),這種ALL類型的來源是偏模增益和非正交傳感器軸線。 可以看到ALL周期性的重復。因此,一個周期位移誤差可使用補償測量信號。偏移補償后,角誤差(實曲線)是小于1,即滿足需求角的測量5指機械手和許多其他的應用。 6。結論 基于三維靜態(tài)磁場分析技術,超小GMR傳感器系統(tǒng)只有0.5毫米的工作距離為DLR/HIT II 5指機器手最新開發(fā)的.通過上述實驗結果,GMR的傳感器系統(tǒng)的輸出特性都獲得了,如測量范圍、準確性、工作距離和可重復性。它也有微尺寸、結構簡單、可靠性高的特點,所有這些,彌補了傳統(tǒng)測量傳感器的缺點,如體積大、復雜性、成本較高的問題,嚴格要求的工作環(huán)境和裝配難度。這項工作也已經(jīng)為進一步研究磁傳感器可用于微傳感器系統(tǒng)微機電系統(tǒng)(MEMS)的和高度整合的系統(tǒng)建立了一個好的基礎。 參考文獻 [1] 基于殼聚糖納米電子機械系統(tǒng)等問題 微機械電子學研討會 2005 C.Hierold.C.Stampfer,T.Helbling,et al [2] 傳感器微系統(tǒng) 第20界微電子國際研討會 1995 R.S.Popovic,J.A [3] 磁敏傳感器 汽車傳感器與執(zhí)行器應用 2001 C.P.O. Treuter [4] 魯棒GMR傳感器角檢測和轉速傳感器與執(zhí)行器 2001 C.Giebler,D.J [5] 磁傳感器集成自我診斷 2006 Radivoje S.Popovic [6]基于磁連接使用電流環(huán)布局結構的傳感器2008 G.Malinowski.M.Hehn.F.Montaigne [7] 360度旋轉角度傳感器SAF結構IEEE2005 D.X.Wang.J.Brown,T,Hazelton [8] NVE公司AAV001-11磁傳感器 2008 [9基于磁阻角度傳感器的研究 2006 W,Granig,C.Kolle,D,Hammerschmidt [10]永磁同步發(fā)電機基礎上的有限元方法 材料加工技術 2005 T.Kefaias,G,Kalokiris,A,Kladas,et al [11] 永磁步進電動機數(shù)值分析 1978 T.Nakata.N.Takahashi.K.Yoneda [12]模塊化多觸覺DLR-HIT 機械原理 2007 H.Liu.P.Meusel,N.Seitz,et al 畢業(yè)設計 文獻翻譯 院（系）名稱 工學院機械系 專業(yè)名稱 機械設計制造及其自動化 學生姓名 葛文會 指導教師 王良文 2012年 03 月 10 日 黃河科技學院畢業(yè)設計說明書 第 III 頁 摘　要 鋼筋彎曲機是建筑工業(yè)常用的工程機械之一,主要用于各種型號的鋼筋的彎曲,以用于工程在施工工地上。如何更有效提高機械生產(chǎn)效率，減少工人勞動強度，提高鋼筋加工角度精度以及有更好的安全措施是鋼筋制作中被普遍關注的問題。本文設計的GW40鋼筋彎曲機適用于建筑行業(yè)彎曲鋼筋之用。本機工作程序簡單，彎曲形狀一致，調(diào)整簡單，操作方便，性能穩(wěn)定.它能將Q23540圓鋼或8—36螺紋鋼筋彎曲成工程中所需的各種形狀。 本次設計先由兩種典型的傳動方案入手，分別對其傳動精度和傳動效率進行分析，從而選擇傳動方案。然后簡單說明其主要的工作裝置的設計。通過對鋼筋彎曲所需扭矩的計算選擇電動機，再初步確定其傳動裝置的運動和動力參數(shù)。最后分別對V帶、圓柱齒輪、蝸輪蝸桿、軸等進行相關的設計和計算。 通過此次對鋼筋彎曲機的結構設計與運動分析，使我的理論和實際聯(lián)系的更加緊密，豐富了實踐經(jīng)驗，從中發(fā)現(xiàn)并彌補了好多自身不足之處，獲益匪淺。 關鍵詞: 鋼筋彎曲機；彎矩；主軸扭矩。 Abstract Author：gewenhui Tutor：wangliangwen Steel bending machine is commonly used in the construction industry,one of construction machinery,mainly for various types of bending steel bars for construction site.How to more effectively improve mechanical production efficiency more effectively, reduce labor intensity, improve the processing precision Angle steel and have a better security is a universal concern in che progress of steel making.The designed GW40 reinforced bending machineIn this pape is applicable to bend steel in the construction industry.Working procedure of the machine is simple, curved shape of the same ajustment is simple, easy to operate, stable performance.It will round or Q23540 thread 8-32 bending steel into works of various of forms required for. In this design firstly the two typical transmission scheme of its transmission precision and respectively on transmission efficiency is analyzed, and choose transmission scheme. And then that the simple the main job of the design of the device. Through the calculation of bending torque required reinforced the choice of motor, and preliminary determine its transmission device sports and dynamic parameters. Finally, the V belt, cylindrical gears, worm and shafts of related is designed and calculated. Through the reinforced bending machine to the structural design and movement analysis, It makes my theory and actual connection more closely, richs my practical experience, findsand makes up a lot of my own shortcomings, benefit. Keyword： Steel bending machine;Bending moment;Spindle torque. 目錄 1 緒論 1 2 鋼筋彎曲機的方案與選擇 3 2.1 引言 3 2.2 典型的鋼筋彎曲機傳動方案 3 2.3 鋼筋彎曲機的傳動精度 4 2.4 鋼筋彎曲機的傳動效率 5 3 彎矩的計算與電動機的選擇 7 3.1 工作裝置的設計 7 3.2 彎矩的計算 11 3.3 電動機的選擇 12 3.4 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù) 12 4 V帶傳動設計 15 5 圓柱齒輪的設計 17 5.1高速級齒輪傳動的設計計算 17 5.2低速級齒輪傳動的設計計算 19 6 蝸輪蝸桿的設計 22 7 軸的設計 24 7.1 Ⅰ軸的設計 24 7.2 Ⅱ軸設計 27 7.3主軸的設計 27 結論 29 參考文獻 30