0069-中厚板碎邊剪剪切機構設張CAD圖+說明書計【優(yōu)秀含8張CAD圖+說明書】
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中厚板碎邊剪剪切機構的設計
摘要
中厚板被廣泛應用在建筑工程、機械制造、容器制造、造船、橋梁建造等方面。中厚板生產(chǎn)線包括鋼坯的軋制，板帶的運輸，板帶的切頭尾。碎邊剪應用于板帶切邊后廢邊的處理，將圓盤剪切下的廢邊剪斷從而提高生產(chǎn)速度和質(zhì)量。所以碎邊剪的剪切能力對中厚板生產(chǎn)很重要，碎邊剪中的剪切機構直接決定了碎邊剪的剪切能力和剪切質(zhì)量。
本課題以中厚鋼板碎邊剪為設計對象，設計完成碎邊剪的剪切機構。按課題給定的設計參數(shù)，計算剪切力，選擇了電機和減速器，并設計了主傳動系統(tǒng)，對齒輪、傳動軸、軸承等零件進行了校核。最終完成了剪切機構的設計，滿足了實際生產(chǎn)的需要。
關鍵詞：中厚板；碎邊剪；剪切力；剪切機構；傳動系統(tǒng)
Abstract
The medium plate is widely used in construction, machinery manufacturing, container manufacturing, shipbuilding, bridge construction and so on.. Plate production line includes billet rolling, plate transport, end cutting strip. Scrap shear for plate with a cutting edge after the waste edge processing, the disc shear waste edge cut in order to improve the speed and the quality of the production.
In this paper, the shear mechanism of the shear mechanism is designed, which is designed by middle thick steel plate and cut into design object.. According to the design parameters of the subject, the shear force is calculated, the motor and the reducer are selected, and the main drive system is designed, and the gear, the drive shaft and the bearing parts are checked.. Finally, the design of the shear mechanism is finished, which meets the need of the actual production.
Keywords: plate; chopper;shearing force;cutting mechanism; drive system
1.緒論 1
1.1中厚板生產(chǎn)線工藝及設備的發(fā)展趨勢 1
1.2中厚板生產(chǎn)線碎邊剪的技術現(xiàn)狀 2
1.3選題背景及設計內(nèi)容 3
1.3.1選題背景與目的 3
1.3.2設計內(nèi)容 4
2.總體設計 5
2.1碎邊剪的作用 5
2.2碎邊剪的機構組成及工作原理 5
2.2.1碎邊剪的機構組成 5
2.2.2碎邊剪工作原理 6
2.3碎邊剪的剪切機構及主要部件 7
2.3.1碎邊剪的剪切機構 7
2.3.2碎邊剪剪切機構的主要部件 8
3碎邊剪剪切機構的設計及計算 10
3.1 主要計算參數(shù) 10
3.2剪切力的計算 10
3.3電機的選擇 12
3.4減速器的選擇 14
3.5傳動系統(tǒng)的設計（傳動齒輪軸的設計與計算） 15
3.5.1傳動系統(tǒng)齒輪軸的設計 15
3.5.2傳動系統(tǒng)齒輪軸校核 17
4. 主要零件的設計與強度校核 23
4.1上右齒輪軸齒輪的設計 23
4.2上右齒輪軸齒面強度及齒根強度校核 28
4.2上右齒輪軸軸承的選擇和壽命計算 31
4.3上右齒輪軸鍵的選擇與校核 34
5.潤滑方式與設備保養(yǎng)、可靠性及經(jīng)濟性分析 35
5.1潤滑方式的選擇 35
5.1.1齒輪潤滑方式的選擇 35
5.1.2軸承潤滑方式的選擇 35
5.2使用該碎邊剪的注意事項、維護規(guī)程 36
5.2.1注意事項 36
5.2.2維護規(guī)程 36
5.3可靠性及經(jīng)濟性分析 36
結束語 38
致謝 39
參考文獻 40
第 40 頁
1.緒論
1.1中厚板生產(chǎn)線工藝及設備的發(fā)展趨勢
世界中厚板的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了兩次高潮，第一次是50～60年代，出于工業(yè)化和造船業(yè)的需求，需要更寬、更厚、強度更高、韌性更好的中厚鋼板。隨后全球掀起了中厚板生產(chǎn)線的建設高潮。僅以美國為例，經(jīng)過新建和改造后的美國中厚板產(chǎn)量猛增，到1957年，它的中厚板產(chǎn)量已提高到了1000萬噸。第二次高潮是在70～80年代的日本，出于經(jīng)濟發(fā)展的需要，短短幾年的時間里就新建了17臺中厚軋機。而這也使日本的中厚板生產(chǎn)很快的走向現(xiàn)代化，到1979年的產(chǎn)量已達到了2030萬噸，有力地推動了日本造船業(yè)的蓬勃發(fā)展，造船噸位很快超過1000萬噸以上，超越美國成為全球第一造船大國。我國的中厚板發(fā)展最早始于1936年。在當時的鞍山制鐵所（鞍鋼前身），第一套中板軋機建成，屬于三輥勞特式軋機。1949年新中國成立后，在前蘇聯(lián)援助下，我國的中厚板生產(chǎn)設備和工藝技術水平有極大的提高，先后建成了13套三輥勞特式軋機。80年代，我國開始對三輥勞特式中板軋機進行了不同方式的改造，由三輥加到四輥或雙四輥軋機?；窘鉀Q了生產(chǎn)的中厚板寬度窄、長度短、尺寸偏差大、板形差的問題。也提高了原材料和能源的利用效率。90年代開始，通過應用先進的電控設備、熱處理工藝提高了軋機的產(chǎn)能和工藝裝備水平。到2004年，我國共有中厚板軋機29套，設計產(chǎn)能達到1910萬噸。但是能趕上國外發(fā)達工業(yè)的國家僅有武鋼、濟鋼、南鋼、鞍鋼的少數(shù)幾套。其產(chǎn)品的品種、規(guī)格、力學性能等方面也不能滿足市場的需求的高強、高壓、耐候、耐蝕的中厚板。隨著中國經(jīng)濟高速發(fā)展，中厚板銷量大幅增長。從2005年的3235.6萬噸增長到2013年的6829.3萬噸。由于品種、規(guī)格、質(zhì)量等方面還有不足，所以我國每年還需進口少量高品質(zhì)的中厚板。預測今年的我國中厚板需求量將達到8000萬噸。
隨著下游行業(yè)對中厚板質(zhì)量要求的提高以及對寬厚板材、專用板材需求的增長，尤其是造船業(yè)的發(fā)展，目前中厚板軋機已經(jīng)滿足不了市場對寬厚板的需求。所以中厚板的發(fā)展趨勢將是向著更寬更厚的方向發(fā)展，并采取控制軋制技術來提高板材的高等級、高技術含量、高附加值。新建的生產(chǎn)線應用了先進的快冷系統(tǒng)。例如ADCO氣霧冷卻，U形管層冷卻，直流式層流冷卻。開始采用爐外精煉技術，例如LF鋼包爐和VD真空脫氣裝置組成的爐外精煉系統(tǒng)。還將煉鋼、連鑄、軋鋼、切割各工序有機的聯(lián)合布置，在整個生產(chǎn)流程中實現(xiàn)熱銜接，提高產(chǎn)能。對于板形控制的重要設備矯直機技術上，向著有張力機能的新型矯直機發(fā)展，提高矯直力，擴大矯直板厚的范圍。檢查板形多采用超聲波探傷系統(tǒng)，該技術可以實現(xiàn)100%的板面探傷。在控制中厚板的尺寸上，剪切系統(tǒng)是最重要的設備，中厚板軋制過程產(chǎn)生的邊部減薄量會影響板的質(zhì)量，圓盤剪和碎邊剪的剪切效率很大程度上決定的中厚板的生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品質(zhì)量。在熱處理技術上，推行控軋控冷技術，這樣產(chǎn)品的熱處理量會大幅度減少。目前世界上最先進的是輥低式無氧輻射爐在我國應用很少。未來的中厚板技術一定向著生產(chǎn)效率高，能耗低，板形良好，板強度高、韌性好的方向發(fā)展。
1.2中厚板生產(chǎn)線碎邊剪的技術現(xiàn)狀
在中厚板生產(chǎn)中，如圖1-1。為了保證軋件邊部的幾何形狀，滿足軋件寬度方向的尺寸精度要求，一般采用圓盤剪對其邊部進行切邊。為了保證生產(chǎn)的連續(xù)性，由碎邊剪將其剪下的廢料進行碎斷。碎邊剪是中厚板軋制生產(chǎn)線精整區(qū)中的一臺主要設備。它的生產(chǎn)能力與設備狀態(tài)將直接影響板材的產(chǎn)量。但是其結構復雜、緊湊，工作部件的動作頻繁、沖擊載荷大、操作和維護都比較困難。而雙邊剪又反映了中厚板精整線的技術水平。在生產(chǎn)過程中，碎邊剪應用于很多環(huán)節(jié)，卻故障頻發(fā)。主要包括碎料卡鋼、剪盒外竄等故障。最典型的事故是在2003年武鋼某剪切機組改造時引進的碎邊剪，在工作中常出現(xiàn)溜槽卡鋼和軸承燒死事故。
圖1-1中厚板生產(chǎn)流程圖
現(xiàn)在大量的碎邊剪都是雙滾筒式（如圖1-2），因其具有剪切平穩(wěn)，振動和噪聲小、速度高、生產(chǎn)率高而被廣泛應用。按照碎邊剪的刀刃可分為平刃式和斜刃式。平刃式結構簡單，其剪切過程是上、下刀刃在寬度方向同時切入，因此剪切抗力較大。斜刃式碎邊剪的上下刀刃是一個逐漸嚙合的過程，因此受到的阻力相對較??；但在制造上斜刃式比較復雜，必須建立準確的斜刀刃曲線方程。近年來還有一種螺旋線剪刃的碎邊剪應用在生產(chǎn)中，其耐磨性能良好，振動和噪聲都很小。但其加工非常困難，還有待于深入的研究。
圖1-2雙邊剪工作示意圖
1.3選題背景及設計內(nèi)容
1.3.1選題背景與目的
隨著中厚板軋制技術的不斷革新，整個生產(chǎn)線包括軋鋼機和大量的輔助設備都發(fā)生了巨大的變化。軋機是使軋件產(chǎn)生塑性變形，屬于主要工作設備。輔助設備是完成必要的輔助工序的設備，例如碎邊剪、圓盤剪等。碎邊來自雙邊剪生產(chǎn)中需要合理的碎邊處理方式，從圓盤剪剪切下來的廢邊，一般寬度在5～50mm。由于圓盤剪切機組會向著更高效、剪切強度更大和剪切質(zhì)量更好的方向更新，而作為其主要輔助設備的碎邊剪也將會向著剪切力更大、剪切鋼板強度更高和斷碎能力更強的方向發(fā)展，加之圓盤剪與碎邊剪采取了緊湊式布置，占地面積小。因此對于碎邊剪的要求也越來越高。由于碎邊剪在中厚板生產(chǎn)機械輔助設備中的重要地位，圍繞碎邊剪的技術革新速度也一直很高速。
1.3.2設計內(nèi)容
1. 緒論及設計方案的選擇和論證；
2. 碎邊剪結構參數(shù)的計算、重點力能參數(shù)的計算、主電機的選擇與校核；
3. 主要零部件的設計、強度計算和校核：傳動齒輪軸、齒輪、軸承、鍵；
4. 潤滑方式的選擇；
5. 設備的可靠性和經(jīng)濟性分析；
2.總體設計
2.1碎邊剪的作用
在中厚板的生產(chǎn)過程中，為了保證板材邊部的幾何形狀，滿足板材寬度方向的尺寸精度要求，常用圓盤剪對材料的邊部進行剪切。在剪切過程中有連續(xù)的邊部廢料產(chǎn)生，為了保證圓盤剪工作的連續(xù)性、高效性，避免發(fā)生卡鋼的事故。碎邊剪的工作就是將其剪下的廢邊進行剪斷，便于收集和提高生產(chǎn)率。碎邊剪是中厚板軋制生產(chǎn)線精整區(qū)的主要輔助設備，它的生產(chǎn)能力和設備情況將對板材的產(chǎn)量產(chǎn)生直接的影響。
2.2碎邊剪的機構組成及工作原理
2.2.1碎邊剪的機構組成
碎邊剪是圓盤剪剪切機組的重要輔助設備。
一、其主體主要包括以下幾個部分：
1. 固定側剪切機構；2.移動側剪切機構；3.底座及移動機架；4.固定側傳動裝置；5.移動側傳動裝置；6.橫移傳動裝置；7.溜槽導板
圖2-1碎邊剪
二、碎邊剪的本體組成：
剪切本體是整個碎邊剪的核心部分，它完成了廢邊的剪碎工作。它主要有以下幾個部分組成：
圖2-1碎邊剪本體
1 液壓鎖緊螺母; 2 偏心套; 3 偏心套; 4 齒輪軸; 5 軸套副; 6 調(diào)整套; 7 副齒輪; 8 機架; 9 刀盤; 10 剪刃; 11 壓緊楔; 12 齒輪軸; 13 編碼器; 14 電機、蝸輪減速機
2.2.2碎邊剪工作原理
碎邊剪是由兩臺直流電動機作為動力源分別驅動固定側和移動側的剪切機構。固定側剪切力矩的傳遞路線如下：直流流電動機——聯(lián)軸器——減速器——固定側剪切機構。移動側的傳遞路線與固定側的路線完全相同。固定側剪切機構、固定側電機及減速器直接固定在底座上，底座用地腳螺栓固定在地基上，而移動側剪切機構、移動側電機及減速器安裝在橫移架體上，用于不同寬度的板材剪切（寬度范圍為1400～2600mm） ，橫移機架由橫移傳動裝置驅動移動。
2.3碎邊剪的剪切機構及主要部件
2.3.1碎邊剪的剪切機構
剪切機構是整個碎邊剪的核心部分，用于完成廢邊的碎剪工作。它主要是由上剪切軸裝配、下剪切軸裝配、剪切調(diào)整機構（側隙調(diào)整機構）構成，如圖2-2。
圖2-2碎邊剪右側視圖
上、下剪刃分別安裝在上、下刀盤上，上、下刀盤分別裝于上下剪刃軸上，上、下剪刃軸是通過一對速比為1的齒輪副嚙合傳動，這樣可以實現(xiàn)上下剪刃同步聯(lián)動，完成剪切工作。剪切調(diào)整機構（側隙調(diào)整機構）是由電機驅動蝸輪減速器，蝸輪減速器驅動齒輪軸的傳動，齒輪軸的轉動帶動外齒軸套傳動下刀軸做軸向的移動，使剪刃的側隙改變，從而實現(xiàn)適應剪切不同的厚度的板材（范圍為5～25mm）。
2.3.2碎邊剪剪切機構的主要部件
1.刀具部分
滾筒式碎邊剪因為是隨著刀片的旋轉運動同時在剪切并擠壓鋼板的，作為切頭的碎邊剪使用時，它的剪切厚度最高可達到45mm，剪切工作中，剪刃做旋轉運動，被剪切鋼板運動速度最高為1.5m/s。雙滾筒式碎邊剪主要由上下兩個同步旋轉并安裝有4個剪刃組成(如圖2-3)。
圖2-3右側刀盤
2. 斜齒輪傳動部分
本碎邊剪上下滾筒的同步齒輪采用主副齒輪結構。以便齒輪在無側間隙情況下工作，減少或消除沖擊載荷。上右齒輪軸為主動軸，下右齒輪軸為從動軸。從動軸上的主齒輪與軸做成一體，而副齒輪則與主齒輪的輪轂滑動配合。主副齒輪通過擠壓裝在主齒輪輪轂的銷釘和裝在副齒輪上的銷釘連接，主副齒輪同時與裝在主動軸上的齒輪嚙合。副齒輪始終越前主齒輪一個角度，這就保證了上下滾筒的同步齒輪在無側間隙下工作（如圖2-4）。
圖2-4斜齒輪主傳動剖視圖
3碎邊剪剪切機構的設計及計算
3.1 主要計算參數(shù)
剪切材質(zhì)：普碳鋼/低合金鋼/刃具鋼 剪料強度極限：800MPa
剪料厚度：5—25mm 碎邊寬度：10-80mm
碎邊長度：630-1260mm 最大剪切速度：1.5m/s
剪切溫度：≤200℃ 鋼板寬度：1400-2600mm
側隙調(diào)整范圍：軸向移動距離5mm、側隙0.5-3mm
3.2剪切力的計算
由文獻[6]、碎邊剪的工作原理可得，在剪切廢邊時，主傳動箱有兩根主軸帶動上下滾筒旋轉，滾筒上的剪刃相當于一對斜齒輪嚙合的情況，又近似于變直徑的圓盤剪對碎邊進行剪切，因此，可根據(jù)圓盤剪的剪切力公式進行修正計算，得出碎邊剪的剪切力公式：
(3-1)
其中：
P——剪切力，N
h——板帶的厚度，mm
——相對切入率，
——剪切角，rad， (3-2)
——上下刀刃重合量，一般取5-25mm，mm
——板帶的強度極限，MPa
(3-3)
其中：
——剪刃的曲率半徑，mm
——剪刃的回轉半徑，mm
———刀片平面與軸心線的夾角，rad
由設計參數(shù)得：h=24mm =800MPa （65號鋼） =20mm
計算得相對切入率：
計算剪刃的曲率半徑
（3-4）
計算得剪切角：
（3-5）
計算得剪切力：
3.3電機的選擇
根據(jù)飛剪機工作制度的不同，采用不同的計算方法。本飛剪機因為每次剪切要求的加速時間非常短，特殊情況下只有0.1s，所以，剪切力對電動機的功率實際上沒有影響。所以可以利用等效力矩來計算電動機的功率。
由文獻[6]得電動機的傳動功率為：
（3-4）
其中:
N——電動機功率，KW
——傳動效率，一般取
K——考慮到被剪帶鋼與剪刃摩擦損失對電動機功率的影響，一般取
——等效力矩，N·m
——最大剪切線速度，
等效力矩的計算：
(3-5)
其中：
M——總的剪切靜力矩
(3-6)
——軸承處的摩擦系數(shù)，調(diào)心滾子軸承的摩擦因數(shù)為0.0018～0.0025
d——軸承處的樞軸直徑，mm，d=380mm
m——剪刃刀片的個數(shù)，m=4
——實際剪切作用角，
, rad （3-7）
——廢邊最大寬度，
由設計參數(shù)得：
m=4 d=240mm
計算得初始角度：
（3-8）
計算得實際剪切作用角：
（3-9）
計算得總剪切靜力矩：
計算得等效力矩：
（3-10）
計算得電動機功率：
（3-11）
瞬時最大功率：
直流電動機具有以下優(yōu)點：
1、傳動比分級精細，選擇范圍廣，轉速型譜寬，范圍i=2~28800。
2、直流電動機結構緊湊，體積小，造型美觀，承受過載能力強。
3、能耗低，性能優(yōu)越，減速器效率高達百分之九十六，振動小，噪音低。
4、通用性強，是用維護方便，維護成本低，特別是生產(chǎn)線，只需備用內(nèi)部幾個傳動件即可保證整線正常生產(chǎn)的維修保養(yǎng)。
5、采用新型密封裝置，保護性能好，對環(huán)境適應性強，可在有腐蝕、潮濕等惡劣環(huán)境中連續(xù)工作
Z4系列直流電動機可用直流電源供電，廣泛運用于各類機械的傳動源，轉動慣量小有較好的動態(tài)性能，能承受高負荷變化，適用于需平滑調(diào)速、效率高、自動穩(wěn)速、反應靈敏的控制系統(tǒng)。廣泛用于金屬切削機床，紡織、印刷、水泥、造紙和冶金工業(yè)等調(diào)速要求高的自動化傳動系統(tǒng)。
由計算出的電動機的額定功率確定電動機型號為Z4-450-42型直流電動機：
其基本參數(shù)如下：
額定電壓：440v
額定功率：500KW
額定轉速：400r/min
轉動慣量：174
電機質(zhì)量：6700Kg
3.4減速器的選擇
由電動機驅動，經(jīng)減速器帶動一側剪切機構運動，電機功率P=500KW，電動機轉速
剪切機構轉速:
公稱傳動比i：
因行星齒輪減速器的傳動效率可以很高，單級大；傳動比范圍廣；傳動功率從12W～50000kW；承載能力大；工作平穩(wěn)；體積和重量比普通齒輪、蝸桿減速器小得多。結構較復雜，制造精度要求較高，主要用于要求結構緊湊的動力傳動中。本減速器要連接在可移動的底座上，所以體積小，重量輕，結構緊湊滿足了碎邊剪的結構要求。
尖峰載荷,軸伸受純轉矩，每天24h運轉，每小時載荷率按60%計算，最高環(huán)境溫度按,大空間安裝，油池甩油潤滑，底座式安裝。
（1） 按機械強度公稱功率初選
由文獻[2]，表15-2-8 得 由文獻[2]表15-2-13 得碎邊剪是強沖擊載荷，每天24小時運轉再加大10%）查表15-2-9 得,載荷功率計算，則
（3-12）
查表15-2-86 ，按轉速，i=11.2，插值法求得初選ZAZD1400-11.2
（2） 校核熱功率
按環(huán)境溫度t=30℃，由文獻[2]表15-2-10得，按小時載荷率20%，查表15-2-11 得，按,查表15-2-12得則
(3-13)
查表15-2-83的ZAZD1400-11.2得，通過。
（3） 校核尖峰載荷
工作狀態(tài)的熱功率小于減速平衡功率，因此不需要增加冷卻措施。所以選減速器ZAZD1400-11.2，i=11.2是合適的。
3.5傳動系統(tǒng)的設計
3.5.1傳動系統(tǒng)齒輪軸的設計
估算軸的直徑：
按扭轉強度計算（因為數(shù)值上P=(KW)>n=17.91(r/min)）
(3-14)
----與軸的材料有關的許用扭剪應力系數(shù)，由文獻[2]表5-1 選取，初取=97
，，
所以初選d=220mm，材料為35CrMo 調(diào)質(zhì)處理
軸初步計劃設計為齒輪與軸加工為一體的形式，應結構要求自左端依次需要裝配一個刀盤，一個軸承支承，齒輪，一個軸承支承，一個鍵槽用于連接減速器。設計齒輪軸如圖3-1
圖3-1上右齒輪軸
3.5.2傳動系統(tǒng)齒輪軸校核
1.分析齒輪軸上的受力：
圖3-2上右齒輪軸力學分析簡圖
圖3-3上右齒輪軸力學簡圖
圖3-4剪切力的分解圖
圖中各個力的計算:
（3-15）
（3-16）
（3-17）
T--單軸剪切轉矩，T=M/2
——螺旋角
——端面壓力角
——法面壓力角，tan=tancos；
，，螺旋方向：右
d=785.541mm
（3-18）
（3-19）
經(jīng)計算得：
計算兩端約束的約束力：
圖3-5 垂直面N
圖中約束力：
（3-20）
（3-21）
計算得：
圖3-6 水平面H
圖中約束力：
（3-22）
解得：
做彎矩圖如下：
圖3-7 H面彎矩圖
圖3-8 N面彎矩圖
圖3-9 扭矩圖
圖中彎矩經(jīng)計算得：
危險截面A處，計算該處彎矩如下
（3-23）
圖中扭矩：
按彎扭應力校核軸的強度：
（3-24）
其中：
W——抗彎截面系數(shù)，W=0.1,d=380mm(危險截面A直徑)
——彎曲疲勞極限，MPa，
--折合系數(shù)，對稱循環(huán)變應力，
計算結果為：
安全。
4. 主要零件的設計與強度校核
4.1上右齒輪軸齒輪的設計
1. 選精度等級、材料及齒數(shù)
（1） 按剪切機構的同步傳動要求及載荷特性，選用斜齒圓柱齒輪傳動，壓力角取為20°
（2） 碎邊剪為金屬切削機床，按表10-6-[2]，選用7級精度。
（3） 材料選擇。由表10-1-[2],選擇齒輪材料為35CrMo(調(diào)質(zhì))，齒面硬度310-360HBS。
（4） 選齒輪的齒數(shù),,
（5） 初選螺旋角。
2. 按齒面接觸疲勞強度設計
（1） 計算齒輪分度圓直徑，即
(4-1)
1) 計算公式中的各個參數(shù)。
①試選載荷系數(shù)。
②--區(qū)域系數(shù)，可查圖10-20，圖中曲線上的數(shù)據(jù)是，，查的
③計算接觸疲勞強度用重合度系數(shù)。
(4-2)
④計算螺旋角系數(shù)
（4-3）
⑤齒輪傳動的轉矩
⑥由表10-7-[2]選取齒輪齒寬系數(shù)。
⑦由表10-5-[2]查的材料的彈性影響系數(shù)。
⑧--許用接觸疲勞強度，由圖10-25d查的齒輪的接觸疲勞強度極限為
計算應力循環(huán)次數(shù)為：
由圖10-23-[2]查的接觸疲勞壽命系數(shù)。
取失效概率為、安全系數(shù)為S=4，由式（10-14-[2]）得
2) 試算齒輪分度圓直徑
（2） 調(diào)整齒輪分度圓直徑
1） 計算實際載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)準備。
①圓周速度。
②齒寬b。
2） 計算實際載荷系數(shù)
①由表10-2-[2]查的使用系數(shù)
②根據(jù)、7級精度，由圖10-8-[2]查得動載系數(shù)。
③齒輪的圓周力，，查表10-3-[2]得齒間載荷分配系數(shù)。
④由表10-4-[2]用插值法查的7級精度、齒輪相對支承對稱布置時，。
則載荷系數(shù)為
3) 由式10-12-[2]，可得按實際載荷系數(shù)算得的分度圓直徑
及相應的齒輪模數(shù)
3. 按齒根彎曲疲勞強度設計
（1） 由式10-20-[2]試算齒輪模數(shù)，即
1) 確定公式中的各參數(shù)值。
①試選載荷系數(shù)
②由式10-18-[2]，可得計算彎曲疲勞強度的重合度系數(shù)。
③由式10-19-[2]，可得計算彎曲疲勞強度的螺旋角系數(shù)。
④計算。
由當量齒數(shù)，查圖10-17-[2]，得齒形系數(shù)。
由圖10-18-[2]查得應力修正系數(shù)1.68
--許用齒根彎曲疲勞強度，，--齒輪彎曲疲勞強度極限，查圖10-24（e）-[2]得，安全系數(shù)取,
⑤試算齒輪模數(shù)
（2） 調(diào)整齒輪模數(shù)
1） 計算實際載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)準備。
①圓周速度。
②齒寬b。
③齒高及寬高比
2) 計算實際載荷系數(shù)。
①根據(jù)，7級精度，由圖10-8-[2]查的動載系數(shù)。
②由，，
查表10-3-[2]得齒間載荷分配系數(shù)
③由表10-4-[2]用插值法查得,結合查圖10-13-[2],得。
則載荷系數(shù)為
3) 由式10-13-[2],可得按實際載荷系數(shù)算得的齒輪模數(shù)
對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強度計算的法面模數(shù)。從滿足彎曲疲勞強度出發(fā)，從標準中就近??；為了同時滿足接觸疲勞強度，需要按照接觸疲勞強度計算得的分度圓直徑=813.224mm來計算小齒輪的齒數(shù)，即=43.622
故，取=43 與互為質(zhì)數(shù)
4. 幾何尺寸計算
（1） 計算中心距
圓整后的中心距為a=785mm
圓整后的螺旋角
（2） 計算齒輪的分度圓直徑
（3） 計算齒輪齒寬
取b=455mm
5. 圓整后斜齒輪的主要參數(shù)。
旋向：上右齒輪右旋，下右齒輪左旋。
4.2上右齒輪軸齒面強度及齒根強度校核
1. 齒根彎曲疲勞強度校核
根據(jù)參考文獻[2]得計算彎曲疲勞強度公式：
其中
--許用齒根彎曲疲勞強度，，--齒輪彎曲疲勞強度極限，查圖10-24（e）-[2]得，取安全系數(shù),
--載荷系數(shù)，取
--齒輪轉矩，
--斜齒輪齒形系數(shù)，按照當量齒輪的齒數(shù)查圖10-17-[2]取得
--應力修正系數(shù)，按照當量齒輪的齒數(shù)由圖10-18-[2]查取得
--彎曲疲勞強度計算的重合度系數(shù)：
--當量齒輪重合度，.--端面重合度，--基圓柱螺旋角，，
其中：
--端面壓力角，，
經(jīng)計算得：
--彎曲疲勞強度計算的螺旋角系數(shù)：
其中
--軸向重合度，，mm，b--齒寬。
--寬度系數(shù)，
綜合上述計算結果得：
安全。
2. 按齒面接觸疲勞強度校核
參考文獻[2]
斜齒輪齒面接觸疲勞強度條件計算公式：
其中：
--許用接觸疲勞強度，由圖10-25d-[2]查的齒輪的接觸疲勞強度極限為
計算應力循環(huán)次數(shù)為：
查圖10-23-[2]得接觸疲勞壽命系數(shù)。
取失效概率為、安全系數(shù)S=1，由式10-14-[2]得
--接觸疲勞強度計算的載荷系數(shù)，取
--傳動比，
--區(qū)域系數(shù)，可查圖10-20-[2]，圖中曲線上的數(shù)據(jù)是，，查的
--彈性影響系數(shù)，,，查表10-5-[2]查得
--接觸疲勞強度計算的重合度系數(shù)，計算公式：
--接觸疲勞強度計算的螺旋角系數(shù)，按下式計算：
由以上結果得：
安全。
4.3上右齒輪軸軸承的選擇和壽命計算
由上右齒輪軸的力學簡圖求得約束力過大，初步選著配置方案為滾動軸承，因靠近剪刃端承受較大的徑向力，所以初定調(diào)心滾子軸承，軸承內(nèi)孔設計為圓柱孔，后置代號C的調(diào)心滾子軸承有兩列滾子，內(nèi)圈無擋邊，有中擋圈并帶有兩個沖壓保持架。中擋圈由內(nèi)圈滾動引導旋轉。滾子和滾道經(jīng)過優(yōu)化加工，可減少摩擦發(fā)熱，有較高的承載能力。遠離剪刃端承受較大軸向力和徑向力，初選兩個單列圓錐滾子軸承組合配置。
1. 軸承配置方案
右側支點雙向固定，左側支點游動支承。
2. 軸承型號的選擇與校核
（1）調(diào)心滾子軸承型號的選擇
左側軸承只承受徑向力
初步計算當量動載荷P:
查表13-6-[2]，，取。
查表13-5-[2]，X=1，Y=0.則
按照公式13-6-[2]，求軸承應有的基本額定動載荷值（預計壽命20000h，滾子軸承）
按照軸承樣本查得C=4360KN 的24076CC/W33軸承。此軸承的基本額定靜載荷
。驗算如下：
?求得當量動載荷P。
?驗算24076CC/W33的壽命，根據(jù)式13-5-[2]
設計安全。
（2）圓錐滾子軸承型號的選擇與校核
右側軸承承受軸向力
右側軸承承受徑向力
求比值：
查表13-5-[2]和機械設計手冊參考e=0.32，故此時。
初步計算當量動載荷P,根據(jù)式（13-8a）
查表13-6-[2]，，取
查表13-5-[2]和機械設計手冊得
X=0.40 Y=1.9
則
按照式13-6-[2]，求軸承應有的基本額定動載荷值（預計壽命20000h，滾子軸承）
按照軸承樣本查的軸承32048 X 的 C=710KN，按最初的配置方案，配置兩個圓錐滾子軸承基本額定動載荷擴大為C=1420KN。此軸承的基本額定靜載荷，驗算如下：
驗算32048 X2的壽命，根據(jù)式13-5-[2]
即高于預期計算壽命。
4.4上右齒輪軸鍵的選擇與校核
上右齒輪軸連接減速器端鍵只需實現(xiàn)零件的周向固定、傳遞轉矩，端鍵的裝配要求是對中性好，方便裝拆。對軸向固定要求不高，初步設計為普通平鍵A型，該型的鍵應用最廣，用于高精度，高速或承受變載、沖擊的場合。
平鍵連接傳遞轉矩的時候主要失效形式是工作面被壓潰，所以，通常只按工作面上的擠壓應力進行強度校核計算：
其中；
--傳遞的轉矩，
h--鍵的高度，mm
l--鍵的工作長度，mm，圓頭平鍵l=L-b，L---鍵的公稱長度，mm：b---鍵的寬度，mm
d--軸的直徑，mm
--鍵，軸，輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應力，MPa，查表6-2-[2]
軸的直徑d=220mm，從GB1096-79得=50x28，l=270mm，
5.潤滑方式與設備保養(yǎng)、可靠性及經(jīng)濟性分析
5.1潤滑方式的選擇
5.1.1齒輪潤滑方式的選擇
（1）本傳動系統(tǒng)是一對斜齒輪嚙合傳動，齒輪傳動的線速度：
按機械設計手冊的潤滑方式選取得：
選擇油浴潤滑，因為油浴潤滑時，需要控制油面的高度，齒輪傳動要求齒輪浸入油中的深度最多不超過三倍的齒高，最少為齒高的一半，齒頂距油箱底部最少50mm。浸油太深將使油產(chǎn)生過大的攪動，造成油發(fā)熱、增大功率的損耗和傳動效率的降低，油發(fā)熱還會降低油的粘度影響潤滑油膜的形成從而加劇磨損及機件的熱變形。浸油深度不夠，則會造成潤滑不足并需要不斷加油。
（2） 潤滑油的選擇
根據(jù)機械設計手冊的推薦選擇潤滑油牌號為L-CKC（一等品），該潤滑油適合保持在正?；蛑械群愣ㄓ蜏睾椭剌d荷下運轉的齒輪。粘度等級按GB/T3141-1994選擇320，運動粘度為
5.1.2軸承潤滑方式的選擇
潤滑對于滾動軸承具有重要意義，軸承中的潤滑劑不僅可以降低摩擦阻力，還可以起著散熱、減小接觸應力、吸收振動、防止銹蝕的作用。
（1） 調(diào)心滾子軸承潤滑方式的選擇
查表13-10-[2] 取得適用于脂潤滑和油潤滑的dn值界限
求得
選擇脂潤滑，潤滑脂形成的潤滑膜強度高，能承受較大載荷，不易流失，容易密封，一次加脂可以維持相當長的一段時間。
（2） 圓錐滾子軸承潤滑方式的選擇
查表13-10-[2] 取得適用于脂潤滑和油潤滑的dn值界限
求得
選擇脂潤滑，潤滑脂形成的潤滑膜強度高，能承受較大載荷，不易流失，容易密封，一次加脂可以維持相當長的一段時間。
5.2使用該碎邊剪的注意事項、維護規(guī)程
5.2.1注意事項
1. 開車前必須打開剪刃冷卻水，及輥道冷卻水?？辙D五分鐘可工作
2. 剪刃有裂紋可能造成事故時，應立即更換。剪切厚度不得超過25mm
3. 更換剪刃等零件時，嚴禁掉入傳動機箱內(nèi)，以免擠壞設備。
4. 剪切后鋼板應安全掉入回收箱內(nèi)，禁止停留在剪刃附近，以免連剪。
5. 發(fā)現(xiàn)剪刃掉肉或磨鈍時，應立即停車更換，然后慢慢啟動。
5.2.2維護規(guī)程
1. 檢查剪刃裝配處螺栓的連接情況
2. 檢查斜齒輪嚙合處是否發(fā)生失效形式
3. 檢查減速器油溫是否正常，軸承溫度不得超過周圍溫度30攝氏度。
4. 檢查齒輪于軸的運轉情況，咬合情況。
5. 檢查各部分螺絲是否松動，并隨時緊固
5.3可靠性及經(jīng)濟性分析
機械設備的有效度
對于可修復的設備，由于發(fā)生故障之后，可以修理恢復到正常的狀態(tài)。因此，從開始工作到發(fā)生故障經(jīng)歷的時間（即可靠度）?？煽慷葧r間越長越好。另外，從發(fā)生故障到維修后恢復到正常的工作狀態(tài)階段的時間（即維修度）。把可靠度和維修度兩者結合起來就叫有效度（也稱為有效利用率）。
（5-1）
式中：
MTBF--平均故障間隔期，h
MTTR--平均維修時間，h
表5-1資金相關資料表
（單位：千萬）
時間 1 2 3 4 5 6
7 8 9 10 11 12
投資 3.0 2.5
年收 1.0 1.5 2.0 2.5
累收-3.0 -5.5 -4.5 -3.0 -1.0 1.5
2.5 2.5 3.0 3.0 3.0 3.0
4.0 6.5 9.0 12.0 15.0 18.0
投資回收期：
--行業(yè)投資回收期，重型機械
可以投資。
結束語
本次設計完成了碎邊剪主要部分的的設計，從剪切力的計算開始，選擇了Z4系列的直流電動機作為動力源，行星齒輪減速器做減速系統(tǒng)。主要利用了理論力學和材料力學及機械設計的知識選斜齒輪傳動為主傳動系統(tǒng)的方案，對齒輪進行了齒面接觸疲勞強度和齒根彎曲疲勞強度的校核，使設計結果滿足設計的要求。最后利用剪切速度和前面設計的傳動系統(tǒng)選擇了適合的潤滑方式，進行了可靠性和經(jīng)濟性的分析。本次設計還有許多不足的地方，如沒有對刀具壽命部分進行詳細的分析。
在這長達三個多月的時間里，我經(jīng)歷了許多也付出了許多。我們到了中厚板廠、熱軋廠、冷軋廠、燒結廠、大型廠等鞍鋼重要單位實習。在實習過程中，我們見到了在課堂、課本上沒有學習到的知識。認識到了我們本次課程設計的機械在實際生產(chǎn)中的運用。讓我們更加直觀的認識到學以致用的真諦。我相信，有了這次實習以及課程設計，我會對以后工作有更加直觀的認識和理解。
致謝
參考文獻
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