畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-1.5兆牛擺動(dòng)剪切機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)（含全套CAD圖紙）

鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁 1.5 兆牛擺動(dòng)剪切機(jī)的設(shè)計(jì) 全套完整版全套完整版 CADCAD 圖紙等，聯(lián)系圖紙等，聯(lián)系 153893706153893706 1 緒論 1.1 課題選擇的背景和目的 擺動(dòng)剪切機(jī)是安裝在 500 型鋼熱連機(jī)前后，用于切頭切尾和卡鋼事故的處 理剪。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，需要更多數(shù)量的,更多品種,更高質(zhì)量的型鋼。為 滿足這一需求而型鋼的發(fā)展不外乎兩個(gè)，一是挖潛改造舊軋機(jī)，二是上新設(shè)備， 采用新技術(shù)新工藝使型鋼設(shè)備現(xiàn)代化。對我過來講兩條腿走路更為重要。用新 技術(shù)更新改造的舊軋機(jī)可以少花錢多半事見效快。500/700 熱連軋機(jī)組是原鞍 鋼第二初軋廠的設(shè)備現(xiàn)以安裝在第一煉剛廠小鋼連車間，采用第一煉鋼廠的連 鑄坯，斷面 300*300mm 長 20 米。生產(chǎn) 90*90 平方毫米和 60*60 平方毫米的坯料。 型鋼熱連軋機(jī)組的生產(chǎn)率高，成品率好采用直列式布置采用普通熱軋法。700 型鋼熱連軋采用箱-主箱孔型系統(tǒng)，而 500 型鋼熱連軋組采用菱-方孔型系統(tǒng)軋 機(jī)生產(chǎn)正常。但是擺動(dòng)剪切機(jī)隨著生產(chǎn)速度的提高,經(jīng)常出現(xiàn)滑道斷裂。本設(shè)計(jì) 對擺動(dòng)剪進(jìn)行分析改進(jìn)方案，解決生產(chǎn)中存在問題。通過單體機(jī)械設(shè)計(jì)，掌握 單體設(shè)備在 700/500 連軋機(jī)組的位置為總體方案的選擇創(chuàng)造條件。通過分析局 部觀看總體方案的全局達(dá)到提高綜合設(shè)計(jì)能力和獨(dú)立分析能力，通過單體機(jī)械 擺動(dòng)剪破壞原因分析把理論知識(shí)和生產(chǎn)實(shí)際結(jié)合起來，這就是選擇這個(gè)題目的 目的。 1.2 熱軋型鋼軋機(jī)的國內(nèi)外發(fā)展趨勢 大，中型型鋼生產(chǎn)，大型軋機(jī)軋輥名義直徑在 500-750 毫米,中型軋機(jī)名義 直徑在 350-650 毫米.軌梁軋機(jī)在 750-900mm。實(shí)際，各類軋機(jī)，軋輥直徑很難 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 頁 細(xì)分。700/500 型鋼熱連軋機(jī)最大軋輥直徑是 850mm，最小軋輥直徑是 500mm。 大、中型鋼軋機(jī)型鋼生產(chǎn)的特點(diǎn)是產(chǎn)品斷面比較復(fù)雜，除小量的方、園扁以外 大多數(shù)是異型斷面產(chǎn)品，由于斷面復(fù)雜，軋后冷卻收縮不均造成軋件內(nèi)部殘余 應(yīng)力和成品形狀尺寸的變化。產(chǎn)品品種多，除少量專業(yè)化型鋼軋機(jī)外，大多數(shù) 軋機(jī)都進(jìn)行多品種生產(chǎn)，軋輥儲(chǔ)備量大，換輥較頻繁不便于連軋生產(chǎn)、軋制特 別多，除少量用專業(yè)化軋機(jī)采用連續(xù)式外大部分小批量生產(chǎn)。世界各國型鋼的 生產(chǎn)占鋼材比重各自不同，工業(yè)發(fā)達(dá)的國家型鋼占鋼材比重小，發(fā)展中國家型 鋼占鋼材比重大，型鋼生產(chǎn)的總趨勢是比重越來越小，但其產(chǎn)量和品種則逐年 增加。隨著國民經(jīng)濟(jì)的需要和軋鋼技術(shù)提高。很多原有的型鋼品種不斷改進(jìn)， 新的型鋼品種不斷增加，以前，很多必須用鍛壓，沖壓或機(jī)械制造加工方法生 產(chǎn)的產(chǎn)品，現(xiàn)在能以軋制方法取而代之，因此，軋制產(chǎn)品的種類和生產(chǎn)技術(shù)， 也同樣在一定程度上反映一個(gè)國家冶金工業(yè)的發(fā)展水平。 型鋼軋機(jī)的發(fā)展趨勢是： 1.2.1 軋機(jī)布置向半連續(xù)化或全連續(xù)化發(fā)展 半連續(xù)式可分為機(jī)組粗軋為連續(xù)而精軋為橫切式，或者粗軋為橫列式而精 軋為連續(xù)式。復(fù)二重式也屬于半連續(xù)式軋制需正反圍盤，軋制速度提高受到限 制。連續(xù)式每機(jī)架只軋一道軋件，可在數(shù)架軋機(jī)內(nèi)同時(shí)軋制，軋制速度快溫降 小，可采用微張力軋制，生產(chǎn)率與品種單一比較合適，但投資大。 1.2.2 軋制工藝改革出現(xiàn)了切分軋制、熱軋冷拔 切分軋制也叫熱軋一縱剖軋法，比較難軋的非對稱斷面產(chǎn)品先設(shè)計(jì)成對稱 斷石，或?qū)⑿嗝娈a(chǎn)品設(shè)計(jì)成并聯(lián)型式大斷面產(chǎn)品，以提高軋機(jī)生產(chǎn)能力，然 后在軋機(jī)上或冷卻后用圓盤剪進(jìn)行縱剖。可得到二個(gè)不同尺寸的型材。熱軋冷 拔，這種方法可生產(chǎn)高精度型材，其產(chǎn)品機(jī)械性能和表石質(zhì)量高于一般熱軋型 鋼，可直接應(yīng)用于各種機(jī)械零件，此法可提高工效，減少金屬消耗，進(jìn)行小批 量生產(chǎn)，其方法：先熱軋成型，并留有冷加工余量，然后經(jīng)酸洗，堿洗，水洗， 涂潤滑劑冷拔成材。 1.2.3 軋機(jī)結(jié)構(gòu)改造 提高軋制速度 1 四輥萬能軋機(jī)生產(chǎn) H,T 斷面型鋼 2 中小型普遍采用預(yù)應(yīng)力及短應(yīng)力線軋機(jī)，結(jié)構(gòu)緊湊，減少調(diào)整，減少工藝過 程，提高軋制精度 1.2.4 加熱爐控制 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 頁 加熱爐采用電視遙控及計(jì)算機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)爐溫及爐壓滿足節(jié)約燃料，加熱均 勻控制方便。 1.2.5 冷卻工藝改造 冷卻工藝改造采取斯太爾摩法，施羅曼法等應(yīng)用小型和線材在軋件檢測上 增添測厚儀，激光測徑儀，光學(xué)測徑儀，元素測量法等，型鋼軋機(jī)逐漸向?qū)I(yè) 化，長件化，多品種以及向半連軋和全連續(xù)化方向發(fā)展。 1.3 剪切機(jī)的種類和用途 型鋼剪切機(jī)主要有三種類型 1.3.1 擺動(dòng)式剪切機(jī) 裝在連軋機(jī)的前面，用于剪切頭尾和事故剪。 1.3.2 滾動(dòng)式飛剪 剪切小型鋼，作為切頭飛剪，其剪切厚度可達(dá) 45mm，速度可達(dá) 15m/s 的軋 件。 1.3.3 曲柄偏心式飛剪 這類飛剪裝設(shè)在連續(xù)型鋼軋機(jī)后面剪定 R 長度的鋼坯。 1.4 擺動(dòng)剪研究的內(nèi)容和方法 1.4.1 擺動(dòng)剪在型鋼連續(xù)機(jī)組布置和作用 1 機(jī)組平面布置圖如圖 1.1 所示 圖 1.1 300/500 機(jī)組平面布置示意圖 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁 2 擺動(dòng)剪的作用 將 700 連軋機(jī)軋出的坯料，切頭，以便 500 連軋機(jī)咬入，防止卡鋼，切尾 防止運(yùn)行中劃傷輥道和軋制困難，當(dāng)軋機(jī)出現(xiàn)事故時(shí)，將 700 連軋機(jī)軋出的軋 坯剪斷以便用吊車運(yùn)走防止軋件在軋機(jī)中停留，即事故處理剪。 1.4.2 型鋼熱連軋機(jī)的生產(chǎn)工藝 原料從第一煉鋼廠連鑄車間運(yùn)來進(jìn) F1 軋機(jī)水平軋制經(jīng)過 90 度翻鋼機(jī)翻轉(zhuǎn) 90 度進(jìn)入 F2 水平軋機(jī)在經(jīng)過水平連續(xù)軋制。從軋制過程中可以看出 700 連軋 機(jī)采用的箱-主箱孔型系統(tǒng)，而 F1 采用水平軋機(jī)是因?yàn)槿舨捎昧⑤佭x用上傳動(dòng) 方案，使得廠房費(fèi)用變太高，投資費(fèi)用更多。采用下傳動(dòng)方案，維修不方便。 采用水平軋機(jī)用 90 度翻鋼機(jī)也達(dá)到了箱-箱孔型要求。700 連軋機(jī)出來后 通過 擺動(dòng)剪切頭由 45 度翻鋼機(jī)變成菱形，在進(jìn)入水平軋機(jī)軋制后用飛剪機(jī)剪切成一 定的定 R 長度。500 連軋機(jī)采用菱-方孔型系統(tǒng)。剪切后的軋件用收集輥道收集 后打印用吊車運(yùn)往冷床冷卻后入庫。 1.4.3 擺動(dòng)剪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和研究的內(nèi)容與方法 1 擺動(dòng)剪采用雙曲柄機(jī)構(gòu)，通過軋件運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)它擺動(dòng)到一定擺角后剪斷后復(fù)位， 剪切過程中，在復(fù)位彈簧的彈力作用下使擺角復(fù)位。 2 首先到現(xiàn)場對擺式剪進(jìn)行調(diào)研，了解剪切機(jī)生產(chǎn)中存在問題，收集有關(guān)技術(shù) 參數(shù)，了解結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。 3 制定設(shè)計(jì)改進(jìn)方案并進(jìn)行方案的評述。 4 進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。 5 對傳動(dòng)控制系統(tǒng)提出要求以保證擺式剪的啟動(dòng)和自動(dòng)控制方法。 6 對傳動(dòng)付提出潤滑方法和潤滑油品種。 7 制定出安裝規(guī)程和檢修要求。 8 進(jìn)行設(shè)備的經(jīng)濟(jì)分析與評價(jià)。 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁 2 擺動(dòng)剪設(shè)計(jì)方案的選擇和評述 2.1 擺動(dòng)式飛剪機(jī)設(shè)計(jì)方案的選擇 2.1.1 擺動(dòng)式飛剪傳動(dòng)簡圖 如圖 2.1 所示： 1 驅(qū)動(dòng)齒輪；2 偏心曲軸；3 連桿；4 上刀臺(tái)；5 拉桿；6 滑槽；7 下刀臺(tái)；8 滑塊；9 彈簧；10 聯(lián)軸器； 11 驅(qū)動(dòng)電機(jī). 圖 2.1 擺動(dòng)式飛剪傳動(dòng)簡圖 2.1.2 擺動(dòng)剪的剪切過程 在軋制過程中軋件到擺動(dòng)剪前啟動(dòng)剪切機(jī)軋件運(yùn)行剪切機(jī)內(nèi)進(jìn)行剪切。因 此軋件運(yùn)行帶動(dòng)剪切機(jī)構(gòu)擺動(dòng)，此時(shí)滑快沿滑槽滑動(dòng)，剪斷后達(dá)到允許擺角。 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁 剪切機(jī)構(gòu)逐漸達(dá)到最大開口度，同時(shí)在復(fù)位彈簧作用下擺動(dòng)桿擺回剪切機(jī)復(fù)位， 完成一次剪切。剪切機(jī)采用剪切工作制，剪切機(jī)構(gòu)采用雙曲柄機(jī)構(gòu)。 2.2 擺動(dòng)剪方案評述 由擺動(dòng)式飛剪傳動(dòng)簡圖可知，采用單電機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用飛輪力矩少的電機(jī)， 以便起制動(dòng)，采用聯(lián)軸節(jié)制動(dòng)器以便電機(jī)快速停止。傳動(dòng)采用二級齒輪帶動(dòng)曲 柄轉(zhuǎn)動(dòng)。采用曲柄連桿剪切機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單。為保證擺桿復(fù)位采用復(fù)位彈簧， 防止復(fù)位沖擊。曲柄采用滾動(dòng)軸承。 為解決滑道破壞其辦法：第一是減小擺角，因軋件剪切時(shí)間一定即軋件移 動(dòng)距離一定，擺角減小只能增加擺桿長度。第二增加許用擺角采用加長復(fù)位彈 簧的改變。 2.2.1 減小擺角 (1)方案 1 利用原機(jī)架將地基上面安上地腳板，為使軋線不變加長曲柄連桿機(jī)構(gòu)和拉 桿的長度，這個(gè)方案基本上保持原設(shè)計(jì)的模式總體無大的改變。 通過計(jì)算機(jī)架應(yīng)抬高 300mm。并選擇轉(zhuǎn)速較大的電機(jī)減小擺角，使擺角在 許用值之內(nèi)。選擇低轉(zhuǎn)速慣量，高轉(zhuǎn)速電機(jī)降低啟動(dòng)時(shí)間，在額定轉(zhuǎn)速時(shí)進(jìn)行 剪切，可減少剪切時(shí)間，減少擺動(dòng)剪的擺角。 (2)方案 2 利用原機(jī)架，把曲柄在機(jī)架上的軸承座墊高，即制造一對與原軸承座相同 的瓦座，放時(shí)機(jī)架內(nèi)其他部分同方案 1。 (3)方案 3 利用原機(jī)架，將電機(jī)啟動(dòng)工作改成連續(xù)工作制，大齒輪空套在曲柄上，采 用離合裝置進(jìn)行剪切。這樣剪切時(shí)間減少擺角也減少。不改變復(fù)位機(jī)構(gòu)達(dá)到剪 切的目的。電機(jī)可完全在額定轉(zhuǎn)速下剪切，剪切時(shí)間自然減少軋輥?zhàn)叩拈L度變 小，擺角自然較小。 2.2.2 增加許用擺角 增加復(fù)位彈簧的長度，適當(dāng)增加拉桿長度，再加一個(gè)螺釘套筒，從而使許 用壓縮量增長了許用擺角達(dá)到改進(jìn)的目的。 由上面的評述在結(jié)合工廠的實(shí)際情況，可采用增加許用擺角方案，同選擇 慣性低的電機(jī)其優(yōu)點(diǎn)： 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁 1 改造的環(huán)節(jié)少； 2 制造費(fèi)用低； 3 裝拆容易； 4 經(jīng)過現(xiàn)場改造，使用效果良好； 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 8 頁 決定采用該方案，機(jī)構(gòu)簡圖如圖 2.2 所示 圖 2.2 機(jī)構(gòu)簡圖 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 9 頁 3 剪切力的計(jì)算 3.1 剪切速度和剪切力 3.1.1 擺動(dòng)剪設(shè)計(jì)參數(shù) 軋件運(yùn)行速度 1.5m s 軋件尺寸 136 136 2 mm 材質(zhì) # 20 剪切溫度950 oc 3.1.2 剪切機(jī)構(gòu)主要參數(shù)的確定 1 剪切行程 H=+j+ q +s，=h+（50-70）=181+29=210mm 1 H 1 H 700 連軋出來的斷面取 29 j=0，q=0，s=10 H=210+10=220mm 2 剪切機(jī)構(gòu) 剪切機(jī)構(gòu)采用雙曲柄機(jī)構(gòu) 保證運(yùn)動(dòng)剪切增加一個(gè)擺桿 曲柄尺寸60mm 50mm 1 E 2 E 為110mm 2 H 600mm 2 L 550mm 3 L 108mm 4 L 其它尺寸圖 3.1 所示 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10 頁 C B t A 3 1 2 210 圖 3.1 機(jī)構(gòu)尺寸簡圖 3 剪切機(jī)構(gòu)活動(dòng)度 由圖 3.1 可知，機(jī)構(gòu)活動(dòng)度 3n2 l P H P 3 62 80 2 曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)和軋件運(yùn)動(dòng)推動(dòng)機(jī)構(gòu)擺動(dòng)，因此機(jī)構(gòu)有確定的運(yùn)動(dòng)。 3.1.3 剪切速度的確定 1 不擺動(dòng)剪切時(shí)的剪切速度 uX BCL 2 sin() cos()() sin Lt t ttg t sin 12 2 EE L sin() t 12 2 EE L cos() cos t 開始剪切時(shí)：，t ，490， 1 1 tX BC L BC L 2 sin() sin t L t 2 軋件運(yùn)動(dòng)時(shí)的剪切速度 uX BCL 2 sin() cos()()() sin()() Lt t ttgt 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁 BC L 2 L sin() sin() t t tg 221121 2 (sinsin)()/(sinsin) 1195cos1195 VtEttVttEtt Et 2 2 cos1 11951 VEt tg 12 2 sinsin() EE t L 12 2 cos() () cos EEt L 式中軋件運(yùn)行速度 mms 剪切時(shí)間 t 2 t 2 t 1 t 490X BC L 剪刃接觸軋件開始剪切，軋件高度180mm 0 h 開始剪切剪切行程22018139mm 切入深度 Z39X 剪刃行程大于 39 毫米以后，開始剪切軋件，相對切入深度 0 n 計(jì)算結(jié)果列表 3.1 中 表 3.1 計(jì)算數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表 曲柄轉(zhuǎn)角 （ ）t 0 剪刃行程坐 標(biāo)長度 （mm） BC L 剪刃行程 X（mm） 剪切速度 V （mm/s） 切入深度 Z （mm） 相對切入深 度（%0 20495558.700 4051121114.400 5452939148.200 6554555173.2168.8 7556572190.63318 8558090203.25128 95599109209.97039 105619129209.99050 115656166187.912770 135672182165.814380 150693203120.116491 16070221283.017396 3 計(jì)算曲柄轉(zhuǎn)速，剪切時(shí)間 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 12 頁 n 30V R V209.9mms R110mm 1 E 2 E n 取18rmin 30 209.9 18.2 110 H n 開始剪切時(shí)間 1 t 54 180 0.5 3 66 18 30 H H t t s n n 0 1 54 剪切完成時(shí)間 =t 180 1.7 6 18 s 0 180 剪切時(shí)間 =1.7-0.5=1.2s 2 t 1 tt 3.1.4 剪切力的計(jì)算 1.最大剪切力的計(jì)算 maxmax00 0.6 tbt PKFKF 剪切原始面積 =136 136 0 F 0 F 2 mm 剪切深度最大單位剪切抗力，由文獻(xiàn)6，259查表 45，=48Mpa maxt maxt 剪切溫度強(qiáng)變限，由文獻(xiàn)6，265查表 8.3，t=950，=80Mpa bt 950b K剪刃磨鈍系數(shù)由文獻(xiàn)6，262,中型剪 K=1.2 =1.2 48 136 136 max P max00 0.6 tbt KFKF max P 2.不同剪切位置的剪切力 =P 10t KF 剪切位置單位剪切抗力 t 寬變變化系數(shù) 確定 取=1 1 K 0 0 b n 1 K = =28Mpat 0 658.8% t =1 28 136 136=518KNP 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 13 頁 其他計(jì)算見表 3.2 表 3.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表 曲柄轉(zhuǎn)角 （ ）t 0 相對切入深度 （%） 單位剪切阻力 （Mpa） t 剪切力（KN）P 658.828517.89 751835647.36 852843795.33 953948887.81 1055046850.82 1157041758.34 1358038702.85 1509128517.89 1609618332.93 3.2 剪切力矩的計(jì)算 偏心軸上靜力矩 jpfkon MMMM 式中剪切力矩 p M ppp MMM 下上 上剪刃剪切力矩 p M 上 = p M 上2 cossinPEt（） 下剪刃剪切力矩 p M 下 = p M 下1sin PEt 摩擦力矩 f M = f M 12 P EE（） 摩擦系數(shù) 啟動(dòng)工作制0 kon M 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 14 頁 計(jì)算結(jié)果列表 3.3 表 3.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表 曲柄轉(zhuǎn)角 （ ）t 0 剪切力 （KN）P j M 上 Nm（） j M 下 Nm（） f M Nm（） j M Nm（） 65517.89 2.1 4 102.8 4 102.8 4 107.7 4 10 75647.36 2.9 4 103.8 4 103.6 4 1010.3 4 10 85795.33 3.8 4 104.8 4 104.4 4 1013 4 10 95887.81 4.4 4 105.3 4 104.9 4 1014.6 4 10 105850.82 4.2 4 104.9 4 104.7 4 1013.8 4 10 115758.34 3.6 4 104.1 4 104.2 4 1011.9 4 10 135702.85 2.8 4 103.0 4 103.9 4 109.7 4 10 150517.89 1.5 4 101.6 4 102.9 4 106.0 4 10 160332.93 0.7 4 100.7 4 101.8 4 103.2 4 10 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 15 頁 4 電機(jī)型號(hào)及容量的選擇 根據(jù)實(shí)際需要選擇電機(jī) ZD131-1B N=100 千瓦，n=500-1000，K=2.5-2.75 min r 電機(jī)的功率 max 30 jH Mn NKW K 曲柄最大靜力矩 KN m maxj M 曲柄轉(zhuǎn)速 =18 H n H n min r K電機(jī)過載系數(shù) 查電機(jī)手冊 N , =584 er N er n min r 速比 =32 er H n i n 584 18 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 16 頁 5 主要零件的強(qiáng)度計(jì)算 5.1 齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 設(shè)備為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用 8 級精度等級,直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。 材料選擇。由文獻(xiàn)7，189表 10-1 選擇小齒輪為 40 （調(diào)質(zhì)） ，硬度為 r C 260HBS，大齒輪材料為（調(diào)質(zhì)）硬度為 200HBS，二者材料硬度差為40 n ZGM 60HBS 選小齒輪齒數(shù)=18，大齒輪齒數(shù)=u =5 18=90 1 Z 2 Z 5.1.1 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由文獻(xiàn)7，200設(shè)計(jì)計(jì)算公式（10-9a）進(jìn)行試算，即 2 1 3 1 1 2.32 tE t dH K TZu d u （5.1） 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 1.試選載荷系數(shù)=2.7； t K 2.計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 =95.5/=95.5100/90=1.06； 1 T 5 10 1 P 1 n 5 10 7 10 3.由文獻(xiàn)7，201表 10-7 選取齒寬系數(shù) =1； d 4.由文獻(xiàn)7，198表 10-6 查得材料的彈性影響系數(shù) =189.8Mpa； E Z 5.由文獻(xiàn)7，207圖 10-21d 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 =600Mpa；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 lim1H =540Mpa； lim2H 6.計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) =60j=609012830015=3.89 1 N 1 n h L 8 10 =/5=7.78； 2 N 1 N 7 10 7.由文獻(xiàn)7，203圖 10-19 查得接觸疲勞壽命系數(shù) =0.95；=0.91； 1HN K 2HN K 8.計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1，由文獻(xiàn)7，202 式（10-12）得 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 17 頁 = =0.95 600Mpa=570MPa 1 H 1lim1HNH K S = =0.91 540Mpa=506Mpa 2 H 2lim2HNH K S 5.1.2 計(jì)算 1.試算小齒輪分度圓直徑,帶入中較小的值 1t d H =400mm 2 1 3 1 1 2.32 tE t dH K TZu d u 2 7 3 2.7 1.06 106189.8 2.32 15506 2.計(jì)算圓周速度 V V=m/s=0.4m/s 11 60 1000 t d n 1 18 60 1000 t d 3.計(jì)算齒厚 b b=400mm 1dt d 4.計(jì)算齒厚與齒高之比 b/h 模數(shù) =17 t m 11 / t dZ 齒高 h=2.25=37.5mm b/h=10.67 t m 5.計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù) V=0.4m/s，8 級精度，由文獻(xiàn)7，192圖 10-8 查得動(dòng)載系數(shù)=1.10； V K 直齒輪，假設(shè)/b100N/mm。由文獻(xiàn)7，193表10-3查得 Vt K F =1.2； HF KK 由文獻(xiàn)7，190表 10-2 查得使用系數(shù)=1； A K 由文獻(xiàn)7，194表 10-4 查得 8 級精度，小齒輪相對支承非對稱布置時(shí)。 =1.53 233 1.150.180.31 101.15 0.18 1 0.31 10400 Hd Kb 由 b/h=10.67，=1.53 由文獻(xiàn)7，195查圖 10-13 得=1.35；故載荷系數(shù) H K F K 1 1.12 1.2 1.532.06 AVHH KK K KK 6.按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算的分度圓直徑，得 =650mm=395.87mm3 11t t K dd K 32.06 2.7 7.計(jì)算模數(shù) m 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 18 頁 m=19.98 1 t d Z 359.7818 5.1.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由文獻(xiàn)7，198式（10-5）得彎曲強(qiáng)度的計(jì)算公式為 1 3 2 1 2 FaSa dF Y YKT m Z （5.2） 1.確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 （ 1 ）由文獻(xiàn)7，204圖 10-20c 查得 小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限=500Mpa； 1FE 大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限=380Mpa； 2FE （ 2 ）由文獻(xiàn)7，202圖10-18查得彎曲疲勞系數(shù)=0.90，=0.97； 1FN K 2FN K （ 3 ）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4，得 = 1 F 11 0.90 500 321.42 1.4 FNFE K MPaMPa S = 2 F 22 0.97 380 263.28 1.4 FNFE K MPaMPa S （ 4 ）計(jì)算載荷系數(shù) K =1.681 1.12 1.2 1.35 AVFF KKKKK （ 5 ）查取齒形系數(shù) 由文獻(xiàn)7，197表 10-5 查得=2.91；=2.20。 1Fa Y 2Fa Y （ 6 ）查取應(yīng)力校正系數(shù) 由文獻(xiàn)7，197表 10-5 可查得=1.53；=1.78。 1Sa Y 2Sa Y （ 7 ）計(jì)算大、小齒輪的并加以比較 FaSa F Y Y 22 2 2.16 1.81 0.01487 238.86 FaSa F YY 11 1 2.65 1.58 0.01385 303.57 FaSa F YY 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19 頁 大齒輪的數(shù)值大。 2.設(shè)計(jì)計(jì)算 7 3 2 2 1.68 1.06 10 0.0148716.46 1 24 m 對比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算模數(shù) m 大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù) m 的大小取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒 面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有 關(guān)，可取彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù) 16.46 并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值為 20mm，按接觸強(qiáng)度 算得的分度圓直徑，算出小齒輪齒數(shù) 小齒輪齒數(shù)=20 1 Z 1 d m 400 20 大齒輪齒數(shù) 21 5 20100ZuZ 這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，既能滿足齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又能滿足了齒根彎 曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。 5.1.4 幾何尺寸計(jì)算 1 計(jì)算分度圓直徑 11 20 20400dZ mmm 22 100 202000dZ mmm 2 計(jì)算中心距 12 40020001200 2 dd amm 3 計(jì)算齒輪寬度 取 。 1 1 400400 d bdmm 1 400Bmm 2 405Bmm 5.2 曲軸的強(qiáng)度計(jì)算 5.2.1 曲軸的尺寸和材料性能 曲軸尺寸見圖 5.1 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 20 頁 圖 5.1 曲軸尺寸圖 選擇材料熱處理調(diào)質(zhì)40 r C 2 180N mm 2 140N mm 5.2.2 曲軸的強(qiáng)度校核 由見圖計(jì)算公式： 2 cossin n MPet 上 1sinn MPet 下 第三位置，危險(xiǎn)截面， P=887.81KN，=44000，=53000 n M 上 Nm n M 下 Nm 其內(nèi)力圖由圖 5.2 所示 P/2 P/2 P/2P/2 210P/2 Mn上 2 Mn上 2 Mn下 2 Mn下 2 Mn下 2 Mn下 2 +Mn上 Mn上 Mn下 - 2 Mn下+Mn上 MW=345P/2 M圖 T圖 圖 5.2 內(nèi)力圖 截面 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21 頁 =345P=153147 W M 1 2 345 887.81 2 Nm =44000-=17500 2 N NN M MM 下 上 53000 2 Nm W= 33 0.400.0063 32 m = 22 1 0.75 WN MM W 22 6 1 1531470.75 17500 0.0063 10 22 24.43180N mmN mm 截面 =210P=210 887.81=93220 W M 1 2 Nm =17500 N MNm 33 0.270.0019 32 Wm = 安全 22 6 1 932200.75 17500 0.0019 10 22 49.70180N mmN mm 截面 安全 33 4400053000 140 0.20.2 0.255 N M d 2 N mm 最大剪切力 1500KN = W M 210 1500157500 2 Nm =偏安全 22 6 1 1575000.75 17500 0.0019 10 22 49.70180N mmN mm 5.3 切向鍵的計(jì)算 切向鍵受力如圖 5.3 所示 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 22 頁 X h d fN N 圖 5.3 切向鍵受力圖 切向鍵工作面上的抗擠壓的強(qiáng)度條件計(jì)算，不計(jì)入表面的摩擦力，兩個(gè)鍵按一 個(gè)計(jì)算，傳遞的扭矩為： 2 dh X max 22 KN ddh MfN 因?yàn)?0.1，則hd max () K Nha l 擠壓 =27.6 （Mpa） max 0.450.5 K Mf d ha l 擠壓 4 10 式中鍵的寬度（mm）h 切向鍵的長度 （mm）l 在鍵的工作面上的倒棱的寬度（mm）a 擠壓許用應(yīng)力（Mpa） 擠壓 =0.2，=4mm，=0.1，=180， =45mm，=14.6Mpfahd 擠壓 2 N mm l K M 4 10 a 滿足強(qiáng)度條件 maxK M K M 5.4 滑塊損壞的改進(jìn)設(shè)計(jì) 從計(jì)算結(jié)果可知，剪切 136 136的軋件，剪切力沒有達(dá)到擺式剪最大 2 mm 剪切力 1.5MN，構(gòu)件強(qiáng)度按原設(shè)計(jì)是滿足要求的。但拉桿擺角增加，彈簧 0 7.01 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 23 頁 實(shí)際位移大于允許位移，彈簧壓死。從剪切機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸可以算出，剪切機(jī) 構(gòu)的擺角時(shí)，滑道外沿受力。由于連接處相當(dāng)于焊死，機(jī)構(gòu)又強(qiáng)迫擺 0 27.2 動(dòng)，勢必使滑塊與滑道之間產(chǎn)生很大的相互力偶作用，致使連桿變形，滑道損 壞。 解決滑道損壞的方法 1.增加一節(jié)彈簧，使它的允許位移增加到 386mm，滿足 條件，防止復(fù)位 彈簧壓死。 2.增加擺體長度，使拉桿擺角減小，雖然彈簧變形略有增加，仍滿足 5 條件。 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 24 頁 6 6 潤滑方法的選擇潤滑方法的選擇 6.16.1 潤滑和摩擦的概念潤滑和摩擦的概念 在現(xiàn)代冶金工廠中，為減少機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)部分的摩擦，延長機(jī)件使用壽命及減 少能量消耗，故對于潤滑問題，越來越顯得重要。而軋鋼車間又是整個(gè)冶金工 廠中機(jī)械設(shè)備最集中的地方，并要求機(jī)件能長時(shí)間工作，以保證連續(xù)生產(chǎn)，因 而對軋鋼機(jī)械設(shè)備的潤滑界顯得更為重要。根據(jù)以往統(tǒng)計(jì)，軋鋼車間有很大一 部分動(dòng)力是消耗在無用的摩擦上，大部分機(jī)件的損壞與定期更換也是摩擦作用 的結(jié)果，因此設(shè)法降低摩擦將是提高生產(chǎn)率的一個(gè)途徑。 摩擦通常分為三種：干摩擦，液體摩擦，半液體摩擦。 干摩擦就是運(yùn)動(dòng)部分直接接觸，其間沒有第三者參與運(yùn)動(dòng)，因此，二接觸 面的凹凸點(diǎn)（顯微組織）在運(yùn)動(dòng)中互起阻礙作用，產(chǎn)生摩擦，這種情況叫干摩 擦。相反，如果在運(yùn)動(dòng)件之間有第三者參見運(yùn)動(dòng)，使二相對運(yùn)動(dòng)部件的表面不 直接接觸，由第三者給隔離起來，后者的摩擦要比前者小得多。半液體摩擦則 是介于二者之間的一種摩擦。 干摩擦的大小取決于二相對物體的材料性質(zhì)、運(yùn)動(dòng)速度、工作溫度、表面 狀況等因素。一般情況下，這類摩擦系數(shù)在 0.180.45 之間，而液體摩擦系數(shù) 卻遠(yuǎn)較干摩擦為小，通常在 0.0010.005 之間。 潤滑的基本原理，就是隔開二接觸面凹凸不平的表面接觸，變?yōu)榈谌?（油膜）的內(nèi)摩擦運(yùn)動(dòng)。液體的內(nèi)摩擦要比相對運(yùn)動(dòng)的固體為摩擦小得多。油 膜保持得越好，則摩擦系數(shù)就越小。封閉式液體摩擦軸承就是根據(jù)此原則把潤 滑油加壓后送進(jìn)去的，目的是為更好的將軸托起增加油墨厚度以減少摩擦。 軋鋼車間的機(jī)械設(shè)備是在高溫和惡劣條件下工作的。一般機(jī)件都在承受 100 C 的溫度，有的摩擦機(jī)件在 250400kg/cm 或更高壓力下運(yùn)轉(zhuǎn)，有時(shí)還有 2 沖擊負(fù)荷，潤膜極易被破壞轉(zhuǎn)數(shù)不高也使油膜難以形成。此外，如水分多、灰 塵多、有腐蝕性氣體都是潤滑的不利條件。 為此要求潤滑油應(yīng)具備下列幾點(diǎn)： 1 所用的潤滑油能適應(yīng)高溫、高壓負(fù)荷各種轉(zhuǎn)數(shù)的要求，能夠保證處于液 體摩擦狀態(tài)，即要求具有潤滑作用。 2 潤滑油在機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過程中應(yīng)具有冷卻作用，能保持摩擦表面具有一定的工作 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 25 頁 溫度。要求潤滑油具有清潔作用，能夠在規(guī)定時(shí)間內(nèi)經(jīng)受外界溫度、壓力、濕 氣與氧化等作用，不應(yīng)有腐蝕作用。 3 要求潤滑油具有清潔作用，能吸收帶走運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的一些有害物質(zhì)，如 金屬屑、灰塵等雜物。 4 要求潤滑油具有清潔作用，能夠在規(guī)定時(shí)間內(nèi)經(jīng)受外界溫度、壓力、濕氣與 氧化等作用，不應(yīng)有腐蝕作用。 機(jī)組和機(jī)件中摩擦不見得潤滑要依靠專門的潤滑系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)把潤滑 材料送至摩擦表面方法的不同，潤滑系統(tǒng)分為流出式和循環(huán)式兩種。按照用油 點(diǎn)間的關(guān)系來分，又有集中潤滑與單獨(dú)潤滑兩種。 6.2 剪切機(jī)設(shè)備潤滑方法 減速機(jī)采用稀油油池潤滑，高處軸承采用干油潤滑，曲軸各軸承采用干油 潤滑，滑槽采用干油潤滑，機(jī)構(gòu)連桿轉(zhuǎn)動(dòng)處采用干油潤滑。 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 26 頁 7 7 試車方法和對控制系統(tǒng)的要求 7.1 試車要求 1.組裝完畢，須進(jìn)行人工盤車，確無不良現(xiàn)象時(shí)方可試車 2.空載試車至少兩個(gè)小時(shí)，正反轉(zhuǎn)各一小時(shí)以上 3.試車應(yīng)保證 1潤滑系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)正常 2傳動(dòng)平穩(wěn)，無周期性噪音 3壓下系統(tǒng)輕便靈活 4各緊固零件聯(lián)結(jié)可靠 5各軸承溫度不超過C60 4.滿足以上要求，方可試車 7.2 維護(hù)規(guī)程 1.一切正常方可開車 2.停車后要檢查系統(tǒng)有無缺陷和各運(yùn)動(dòng)部件溫度。 3.清理擺動(dòng)剪周圍的臟物，經(jīng)常保持清潔 4.設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)后按巡回檢查制，按時(shí)定期檢查設(shè)備的潤滑聲音、溫度和振動(dòng)以及 運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決。 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 27 頁 8 設(shè)備的可靠性及經(jīng)濟(jì)分析 機(jī)械設(shè)備的有效度 對于可修復(fù)的設(shè)備，由于發(fā)生故障之后，可以修理恢復(fù)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(shí)間（即可靠度） ?？煽慷葧r(shí)間越長越好。另 外，從發(fā)生故障到經(jīng)過維修后恢復(fù)到正常的工作狀態(tài)階段的時(shí)間（即維修度） 。 把可靠度和維修度兩者結(jié)合起來舊叫有效度（也叫有效利用率） 。 A MTTRMTBF MTBF MTBF-平均故障間隔期（h） MTTR-平均維修時(shí)間（h） 表 7.1 資金相關(guān)資料表 （單位：千 萬） 時(shí) 間 123456789101112 投 資 3.02.5 年 收 1.01.52.02.52.52.52.53.03.03.0 累 收 -3.0-5.5-4.5-3.0-1.01.54.06.59.012.015.018.0 投資回收期： 當(dāng)年凈現(xiàn)金流量 絕對值上年累計(jì)凈現(xiàn)金流量的 始出現(xiàn)正值年份數(shù) 累計(jì)凈現(xiàn)金流量開 1 t P 5 . 2 0 . 1 16 年4 . 5 行業(yè)投資回收期，重型機(jī)械年 c P17 c P 因?yàn)?ct PP 所以可以投資。 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 28 頁 結(jié)論結(jié)論 本文對 1.5 兆牛擺動(dòng)剪切機(jī)進(jìn)行了理論設(shè)計(jì)。進(jìn)行了擺動(dòng)剪切機(jī)的運(yùn)動(dòng)分 析和機(jī)構(gòu)的理論分析。分別進(jìn)行了機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)，齒輪、曲軸的設(shè)計(jì)以及齒 輪、曲軸的校核。最后進(jìn)行了機(jī)構(gòu)的改進(jìn)。在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中幾乎涉及大 學(xué)期間所學(xué)的全部課程，是大學(xué)期間所學(xué)課程的一次總結(jié)和檢驗(yàn)。 經(jīng)過反復(fù)的計(jì)算和校核，我所設(shè)計(jì)的 1.5 兆牛擺動(dòng)剪切機(jī)在理論上基本符 合要求。在材料的選擇上不僅考慮到滿足設(shè)備自身的性能要求同時(shí)還考慮到了 其經(jīng)濟(jì)性，減少了生產(chǎn)成本。由于本人水平有限，如有錯(cuò)誤敬請?jiān)彙?鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 29 頁 致謝致謝 將近四個(gè)月畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)進(jìn)入了收尾階段。在這段時(shí)間里我受益匪淺，這 不但是大學(xué)四年的一個(gè)最終檢驗(yàn)，同時(shí)也給了我把大學(xué)所學(xué)知識(shí)更加完善的機(jī) 會(huì)。這也是我步入工作的第一次親身實(shí)習(xí)。這段時(shí)間里一直有一位老教師在默 默的指導(dǎo)、幫助我。他就是王德春老師。在此，我謹(jǐn)以一名鞍山科技大學(xué)畢業(yè) 生的身份，向我的指導(dǎo)老師王德春老師，表達(dá)我最真摯的謝意，感謝您用您那 的嚴(yán)謹(jǐn)學(xué)風(fēng)以及循循善誘的耐心作風(fēng)不辭辛苦的悉心教導(dǎo)我，使我在學(xué)習(xí)的過 程中收益匪淺，銘記終身！同時(shí)也對幫助我的其他老師致以感謝，當(dāng)然還有很 多老師在此設(shè)計(jì)期間指導(dǎo)過我在此都給與誠摯感謝。 ，還要感謝同組的同學(xué)，感 謝他們在實(shí)習(xí)以及設(shè)計(jì)期間中給予我莫大的幫助。最后，對更多這里沒有提到 名的老師和同學(xué)處處的關(guān)心和幫助，表示我萬分感激 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 30 頁 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 1何德譽(yù).曲柄壓力機(jī)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1982.6 2n.N 波盧欣等.金屬與合金的塑性變形抗力M北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1964.2 3北京鋼鐵學(xué)院.飛剪專輯C.北京.北京鋼鐵學(xué)院出版社，1982.6 4劉玉孚等.試論 1.5 兆牛擺式飛剪的改造C，1988 5王德春等.鞍鋼二初軋擺式剪滑槽損壞原因的理論討論H.鞍山鋼鐵學(xué)院， 1990.3 6鄒家祥， 軋鋼機(jī)械 ，冶金工業(yè)出版社，2004 年。 7濮良貴，紀(jì)名剛， 機(jī)械設(shè)計(jì) ，高等教育出版社，2003 年。 8王海文， 軋鋼機(jī)械設(shè)計(jì) ，機(jī)械工業(yè)出版社，1983 年。 9劉鴻文， 材料力學(xué) ，高等教育出版社，1996 年。 10劉寶珩， 軋鋼機(jī)械設(shè)備 ，冶金工業(yè)出版社，1984 年。 11傅作寶， 冷軋薄鋼板生產(chǎn) ，冶金工業(yè)出版社，1996 年。 12大連理工大學(xué)， 機(jī)械制圖 ，高等教育出版社，2001 年。 13成大先，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊， 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002 年。 14 Heat Transfer During the Rolling Process