1145型曲柄連桿飛剪機設計
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本科生畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 題 目：1145型曲柄連桿飛剪機 學生姓名： 學 號： 專 業(yè)： 班 級： 指導教師： 49 1145型曲柄連桿飛剪機 摘 要 線材生產(chǎn)中飛剪機是用來切頭、切尾和進行事故的處理，它在整個線材生產(chǎn)流水線上是必不可少的。飛剪機有很多類型，我設計的題目是“1145型曲柄連桿飛剪機”，采用單電動機傳動方式，機身自帶一級減速器，兩個刀架沿相反的方向運動從而切斷軋件。 在這次設計中，我完成了以下工作：選擇和確定了設計方案：選擇和校核了合適的電動機：設計和校核了主要的零部件；確定了合適的潤滑系統(tǒng)和維修維護方案。 關鍵詞：飛剪機；單電動機傳動；一級減速器；切斷軋件。 1145-crank rod flying shear Abstract In the process of producing wire rod, flying shears is used to cut head and end as well as deal with accidents , and it is necessary , Flying shears have many types .Our subject is the design of 1145 carving shears. We adopt a mean that one motor which have a decelerating machine on itself drives the power and two shears moving from two reverse directions in order to joint the objects. In this design: we have accomplished the following works: selecting and defining design scheme; choosing and checking and checking suitable motor; designing and checking the main parts; defining a proper lubricating system and a maintain scheme. Key words: Crank flying shear; Single-motor drive; A reducer; Cut workpiece. 目 錄 摘 要.....................................................................1 Abstract...................................................................1 第一章 緒論...............................................................5 1.1線材的生產(chǎn)方式和特點..............。................................5 1．2線材軋機的發(fā)展狀況.................................................5 1．3線材生產(chǎn)車間的工藝流程及主要生產(chǎn)設備...............................8 1．4線材生產(chǎn)中飛剪的作用、類型及特點...................................10 1．5本文設計內(nèi)容......................................................13 第二章 分析計算........................................................14 2．1 結(jié)構設計..........................................................14 2.1.1設計方案的選擇和確定.............................................14 2.1.2 主要領部件的初步設計............................................15 2.1.3剪切結(jié)構的步計算................................................16 2.1.4機架的設計.......................................................16 2.2剪切力、剪切力矩的計算..............................................16 2.2.1計算剪切力.......................................................16 2.2.2剪切力矩的計算...................................................19 2.2.3剪切功的計算.....................................................20 2.3功率的計算及類型的選擇.............................................20 2.3.1電動機功率計算...................................................20 2.3.2電機功率及型號的選擇.............................................21 2.4主要零部件的設計計算及扭矩計算.....................................22 2.4.1 主要零部件的轉(zhuǎn)速及扭矩計算.......................................22 2.4.2 輪剪的設計及計算................................................23 2.4.3刀架的設計及校核................................................29 2.4.4軸的設計計算及校核...............................................30 2.4.5 軸承和鍵的校核..................................................37 2.4.6 聯(lián)軸器的選擇與校核..............................................39 2.4.7 電動機的校核....................................................40 2.4.8 機架的強度校核..................................................42 第三章 飛剪機的潤滑、維修、安裝等使用情況..............................44 第四章 設計的結(jié)論......................................................45 結(jié)束語..............................................................46 參考文獻............................................................47 第一章 緒論 1．1線材的生產(chǎn)方式及特點 直徑較小的，雖盤卷狀的熱軌圓鋼稱為線材。線材應用范圍及用量大，是鋼材主要產(chǎn)品之一。由于線材的尺寸精度和機械性能要求高，軋制速度又十分快，所以其生產(chǎn)工藝和設備相當復雜，其有多種生產(chǎn)方式。下面介紹幾種線材的生產(chǎn)方式及其特點。 1．1．1橫列式線材軋機 橫列式線材軋機是最古老、最落后的一種線材軋機，起初是單列式，后來又經(jīng)過改造發(fā)展成多列。每一列由一個電機作動力源進行傳動，同時各架轉(zhuǎn)速相同，各機架用人工或盤送鋼進行活套軋制。 由于線材細而長，老式橫列式線材軋機的速度低，且活套不能控制，所以越接近成品，軋機體積越大，長度越長，因而造成熱量散失快，溫度嚴重降低，以至于超過允許溫度下限而造成廢品。另外，由于溫度過高而又不能提高生產(chǎn)率，致使此種生產(chǎn)方式必須被改進。 橫列式線材軋機產(chǎn)生過長的活套，越接近精軋成品越長，這是造成溫降的主要因素。為了減少此因素造成的溫降，只能減少活套，減少活套的辦法就是實現(xiàn)多階化，即使減少每列軋機支架數(shù)，增大一次軋機輥直徑及次列軋機的軋制速度。 綜合上述論述，橫列式線材軋制的根本特點是：溫降過大和頭尾溫差嚴重。所以，盡量減少溫降和頭瘟溫差是橫列式線材改進和發(fā)展的中心環(huán)節(jié)，其發(fā)展方向就是連續(xù)式軋制。 （附：橫列式軋制的軋鋼機工作機座布置形式圖1-1） 1．1．2 連續(xù)式線材軋制 連續(xù)式線材軋制是同時幾架（機組）或在全部軋機上軋制，金屬秒流量相等，實現(xiàn)了連軋式關系。 這種軋制方式與橫列式有兩點不同：一是，避免了不能調(diào)節(jié)的活套，實現(xiàn)了連續(xù)軋制關系，從根本上解決了長活套軋制時大量散熱問題。二是，設備十分緊湊，保證了軋制在軋制過程中各道次的軋制溫度近似相等，且減少了設備的占地空間。 軋件在連軋過程中，軋制溫度基本上保持不變并保持秒流量相等，這就是連續(xù)式線材軋機的工藝特點。軋制工藝的三個基本要素——溫度、速度、時間，這三個要素在連續(xù)軋制上得到了教大的統(tǒng)一，使產(chǎn)品進度和生產(chǎn)效率得到大大的提高。 隨著連續(xù)式軋機的不斷發(fā)展，軋制速度也越來越快，七十年代后期投產(chǎn)的懸臂式無扭軋機組出口速度越為65-80m/s，有的達到了120m/s，是以前軋制速度的幾倍到幾十倍，大大提高了生產(chǎn)效率。 （附：單驅(qū)動連續(xù)式軋機工作機座布置形式圖1-2） 1．1．3半連續(xù)式線材軋制 最初的半連續(xù)式線材軋機是橫列式和連續(xù)式混合組成的線材軋機。后來又出現(xiàn)了多二重式軋機。它既有連續(xù)關系，又有活套的效果，但活套不長，因此溫度降低不大，所以復二重式軋機也屬于半連續(xù)式軋機。 半連續(xù)式軋機比橫列式軋機改進的地方在于粗軋機是連續(xù)式的，因而效率大大提高，縮短了軋制周期，減少了溫降。但由于中軋機和精軋機仍然是橫列式的，所以橫列式軋機存在的缺點此軋機都存在。如：溫降大，軋制速度不高，尺寸精度低，生產(chǎn)能力低，勞動強度大，占地面積大，功耗大等。 （附：半連續(xù)式軋機機座的布置形式圖1-3） 1．2線材軋機的發(fā)展概況 四十年代線材軋機大部分為橫列式線材軋機，需要人工喂鋼，最高軋制速度限制在10m/s以下，由于速度低、軋件降溫大，影響線材尺寸精度，因此盤卷重量一般在80-90Kg左右，軋機生產(chǎn)能力為10-15t/h。 五十年代初期發(fā)展了半連續(xù)式線材軋機。粗軋機組為連續(xù)式布置，精軋機為橫列式布置，中軋機組織布置成連續(xù)式或橫列式。在機械化程度高的半連續(xù)式線材生產(chǎn)車間中，可以不要人工喂鋼，最高軋制速度給15m/s左右，線材盤卷重量可達125Kg。 五十年代中期出現(xiàn)了連續(xù)式線材軋機，精軋機組一般配置6-8架水平輥軋機。六十年代初期，精軋機組配置了立輥，形成了水平輥——立輥——水平輥的連續(xù)式軋機，可以實現(xiàn)無扭轉(zhuǎn)軋制，由于軋機傳動系統(tǒng)結(jié)構的限制，這兩種連續(xù)式軋機的最高軋速都在35m/s以下，線材盤卷重300-500Kg。六十年代中期，出現(xiàn)和Y 型高速無扭軋機，最高軋制速度可達50-70m/s，線材盤卷重量達到2500Kg. 七十年代，摩根無扭高速線材軋機為了很大的發(fā)展，投產(chǎn)的設備已達1600多套。七十年代后期投產(chǎn)的懸臂式無扭精軋機組出口速度多為65-80m/s，有的達到120m/s。 隨著工業(yè)的發(fā)展，要求線材盤卷重量大，直徑公差小，有良好的機械性能。因此，三十年來，線材軋機向著高速度、高產(chǎn)量、大盤重、高精度的方向發(fā)展。 1．3 線材生產(chǎn)車間的工藝流程及主要生產(chǎn)設備 1．3．1有關高速線材的情況 線材是我們廣泛使用的一種鋼材成品，其發(fā)展到今天經(jīng)歷了多種生產(chǎn)方式的變革，現(xiàn)已發(fā)展到連續(xù)式線材軋制甚至是高速軋制階段，高速線材是連續(xù)式線材生產(chǎn)的一個重要發(fā)展。當最大軋制速度高于40m/s時的連續(xù)式生產(chǎn)方式，我們稱之為高速線材生產(chǎn)，其所用的軋機乘之為高速軋機。 高速線材軋制的產(chǎn)品特點是：重度大，精度高，質(zhì)量好。對于我們機械專業(yè)人員來說，所關注的餓機械設備——高速軋機的生產(chǎn)特點是：高速、單線、無扭、微張力、組合結(jié)構、碳化鎢輥和自動線。當前，高速軋機分為；三輥式、、，平立輥交替式，二輥式四種；按軋輥大小劃分，可以分為大輥徑和小輥徑兩種；按軋輥的支撐狀況分，可以分為雙支點和懸臂式兩種。 下面將以包鋼高速線材廠為例介紹的餓生產(chǎn)、車間的工藝流程及其車間的主要生產(chǎn)設備。 1．3. 2 高速線材生產(chǎn)的工藝流程 包鋼線材廠的工藝流程見圖1-4。主要特點是：軋制速度特別是精軋速度特別高，最大操作軋制速度達到120m/s，且為單線軋制；軋制過程中無扭轉(zhuǎn)，微張力；整個軋制過程實現(xiàn)了全部自動化；設備緊湊，占地面積小，布局合理。 包鋼線材廠的工藝流程見圖1-4 1．3．3高速線材車間的主要生產(chǎn)設備 線材車間的主要設備有初軋機、精軋機，其次還有生產(chǎn)輔助設備，如：加熱爐、飛剪機、活套和一些精整設備等。現(xiàn)僅介紹其中幾種有代表的生產(chǎn)設備（以包鋼線材廠為例） （1）加熱爐 加熱爐的目的是對坯料進行預加熱，使其達到軋制所需的合適溫度。一般爐型多采用步進式，由計算機控制燃燒溫度更是加熱爐以后發(fā)展的新趨勢，此加熱爐安放于軋機前對坯料加熱。 （2） 出爐拉料輥 出爐拉料輥設在出鋼爐外，用來將推出的鋼坯拖出，也可將已出爐的鋼坯推出回爐內(nèi)。當?shù)谝患苘垯C咬入軋件困難時，它可對軋件施加推力幫助咬入，拉料輥是加熱爐機側(cè)的主要設備，根據(jù)需要出鋼、送鋼、配合分鋼機、事故剪。完成所需要的鋼坯送出和返回動作，有時還配合出鋼機處理較輕的粘鋼事故。 （3）軋機 軋機一般分為幾種：1.粗軋機；2.中軋機組；3.機組；4.軋機組。高速線材生產(chǎn)不同于一般線材的生產(chǎn)，其主要區(qū)別在于預精軋機和精軋機，此兩種線材軋機的軋制速度大大高于其他普通軋機?，F(xiàn)在較先進的精軋機組為懸臂式高速無扭精軋機組，而包鋼采用的則是平立交替式的。也有一些其他工廠采用的是軋輥與地面成45布置的方式的軋機，這種精軋機由于取消了接軸式連軸器，而采用螺旋傘齒輪與螺旋齒輪軋輥直接嚙合連接，從而消除了經(jīng)常性振動，大大降低噪音，提高了軋制速度。 （4）飛剪機 飛剪機是我們這次設計的主要的課題，有關其詳細的介紹在以后涉及。飛剪機的主要任務是切除軋件的頭尾處質(zhì)量不高的部分和在發(fā)生事故時進行碎斷，碎斷剪是把軋件剪碎以保證其以后的設備不受損傷，以保證其他設備的安全。 （5） 打捆機 包鋼線材廠所采用的是進口的兩臺臥式打捆機，其具有國際領先水平，效率很高。此打捆機的特點是：全自動微壓雙向壓梁機打捆機，可捆扎四道，盤卷包裝先內(nèi)后外圓；一般打捆卷重為2噸，最大打捆能力達到32噸，并且打捆速度相當快，最小循環(huán)周期為42秒。 1．4材生產(chǎn)中飛剪機的作用、類型及特點和發(fā)展狀況 1．4．1線材生產(chǎn)中飛剪機的作用 在線材生產(chǎn)中，由于加熱不均勻和進出軋輥時受的沖擊，使得被軋件在頭尾處的表面質(zhì)量和機械性能以及許多性能指標都達不到要求，故需要飛剪機進行碎斷，使得不合格軋件不進入飛剪機后的設備。目的是起到保護后續(xù)設備的作用，另一個作用就是可以保護成品的質(zhì)量要求。如果有事故發(fā)生時，事故剪就將軋件進行碎斷，在后續(xù)設備不停機的情況下對后續(xù)設備進行維修，起到對事故的合理處理。有以上論述可以看出，飛剪機主要用于軋制的切頭、切尾以及事故處理。 1．4．2線材生產(chǎn)中飛剪機的主要特點 （1）由于線材的斷面很小，對斷面質(zhì)量要求不嚴，且剪切力不太大，故所用的飛剪機的結(jié)構比較簡單。 （2） 剪刃在剪切軋件時要隨著運動著軋件一起運動，既剪刃應該同時完成剪切和移動兩個運動，且剪刃在軋件運動方向的分速度v與軋件運動速度v當?shù)然虿淮笥谄渌俣鹊?-3%，否則飛剪將無法正常工作。 （3） 飛剪機即用進行短暫工作（切頭尾），也要進行連續(xù)行工作（碎斷剪）。 （4）飛剪機的運行要穩(wěn)定、可靠，其結(jié)構要充分滿足安全性和可靠性的要求。因為一但飛剪機出現(xiàn)故障則無法進行正常的切頭、切尾，大大影響了線材的質(zhì)量及對后續(xù)設備造成損傷，有可能造成巨大的損失。二則，其失去了“事故處理”的能力 ，會出現(xiàn)堆料等現(xiàn)象，也有可能對后續(xù)設備及工作人員造成損傷，否則將使整個設備挺機進行事故處理，可想而知損失有多大。 1．4．3飛剪機的類型及其特點 應用于線材生產(chǎn)中的飛剪機主要有以下幾種類型： （1） 圓盤式飛剪 這種飛剪有兩個圓盤失刀片組成，剪切時兩個刀片按相反的方向做旋轉(zhuǎn)運動。圓盤式飛剪所以能做橫向剪切運動著的軋件，主要是由于剪切刀軸線與軋件運動方向傾斜一定角度，并使圓盤刀片圓周速度在軋件運動方向的分速度相等，這樣才可以完成整個剪切任務。此飛剪機的優(yōu)點是：結(jié)構簡單、運行可靠。缺點是：剪切斷面呈傾斜狀。 （2） 滾筒式飛剪 其工作原理是：把刀片分別裝在兩個旋轉(zhuǎn)方向相反的滾筒上，當滾筒運動時，兩個刀片相對移動，在水平方向上的運動可近似為平行刀片的運動，以保證刀片和被剪切的水平位移大致相等，而在豎直方向上的運動來保證剪切的完成。這種飛剪由于剪切區(qū)內(nèi)刀片不是平行移動，所以剪切軋件時，其端面不平整，呈傾斜狀。 （3） 曲柄回轉(zhuǎn)杠桿式飛剪 這是一種刀片做平行移動的飛剪。其工作原理是：刀架做成桿形狀其一端固定在偏心套筒上，另一端與擺桿相連；當偏心套筒轉(zhuǎn)動時，刀架做平行移動，固定在刀架上的刀片能垂直或近似垂直于軋件運動。這種飛剪機的優(yōu)點是：剪切斷面較為平整；缺點是：結(jié)構復雜，運動質(zhì)量大，動力特性不好，刀片的運動速度不能太快。 （4） 曲柄搖桿式飛剪機 這種飛剪用來切冷軋板材，由于飛剪工作時總能量波動較小，故可在大于5m/s的速度下工作。上刀架通過偏心曲軸與下刀架想鉸接，下刀架在曲柄與上刀架的帶動下，以偏心套與偏心軸為中心往復擺動，當改變偏心套與偏心軸的偏心位置時，可得到不同的空切次數(shù)。 （5） 曲柄偏心式飛剪 這類飛剪的刀片作平移運動，雙臂曲柄軸鉸接在偏心軸的鏜孔中，并有一定的偏心距，雙臂曲柄軸還通過連桿與導架相鉸接，主導架旋轉(zhuǎn)時，雙曲柄軸以相同的角速度隨著一起旋轉(zhuǎn)。刀片固定在刀架上，刀架的一端與擺桿相鉸接，擺桿則鉸接在機架上，通過雙臂曲柄軸、刀架和擺桿可使刀片在剪切區(qū)做近似平移的運動，以獲得平整的剪切斷面。通過改定偏心軸與雙臂曲柄的角速度比值，可改變刀片軌跡半徑，以調(diào)整軋件的定尺長度，通常用來剪切方鋼坯。 除了上述的幾種飛剪外，還有擺式飛剪等，這些飛剪大部分都有勻速機構及定尺結(jié)構等一些復雜的機構，因此其內(nèi)部結(jié)構比較復雜。 1．4．4 飛剪機的發(fā)展狀況 機用于剪切橫向運動著的軋件，其開始于十九世紀末期，經(jīng)過百年的發(fā)展，在生產(chǎn)過程中使用的飛剪類型教多。目前，較廣泛應用的飛剪形狀為：圓盤式飛剪、滾筒式飛剪、曲柄連桿式飛剪。 曲柄偏心式飛剪、擺式飛剪、曲柄連桿式飛剪等，以目前飛剪的使用情況和線材生產(chǎn)的發(fā)展要求可以看出，飛剪存在以下一個方面的發(fā)展趨勢。 （1） 剪機的剪切斷面質(zhì)量要求提高，這要求剪切機刀刃在剪切區(qū)域內(nèi)沿水平方向的速度應與軋件最大速度保持一致。為達到這個目的，在飛剪機中往往設置了勻速機構，另外有些剪切機還裝有間隙調(diào)節(jié)機構，這些設備的改進導致了剪切機結(jié)構越來越復雜。所以可以看出，飛剪的最大一個發(fā)展趨勢就是機構復雜，但剪切質(zhì)量相應的提高，剪切機的性能也越來越好，功能越來越多。 （2） 剪的另一個發(fā)展趨勢是自動化程度越來越高。隨著機電一體化進程的發(fā)展和提高，隨著軋制速度越來越快，自動化趨勢已經(jīng)成為必然的發(fā)展方向。首先，軋制流水線生產(chǎn)越來越先進，軋制速度也越來越快，僅僅靠人工操作已不能適應軋制工藝的發(fā)展，為了使手工操作不阻礙軋制工藝的改進，必然要求軋制工藝中自動化程度越來越高，這才能適應現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的要求。而控制工業(yè)發(fā)展和機電一體化進程的提高為實現(xiàn)自動化的發(fā)展提供了必要的條件。 以上是淺析線材生產(chǎn)中飛剪機的類型、作用及特點極其發(fā)展狀況。通過此次設計使我對飛剪機以及整個線材生產(chǎn)有了更深入的了解，使我對曲柄連桿飛剪的工作原理及應用幼兒了更詳細的了解，以今后的工作打下了堅實的基礎。 1.5 本文設計的內(nèi)容 本文要設計的內(nèi)容為：1145mm曲柄連桿剪切機，其軋件材質(zhì)是剛；剪切斷面面積為4395平方毫米；剪切溫度；剪切速度0.94-1.36m/s；軋件速度0.57-0.85m/s；最大剪切力為530Kn;飛剪曲柄中心距為1145mm。 我們在此次設計中要作以下工作：（1）選定電動機及傳動方案，通過力能參數(shù)計算出所需電機的功率，選擇合適的電動機和合理的傳動方案。（2）在電動機及傳動方案確定后，對傳動機構的各個零部件進行設計計算（如：齒輪、主軸等）（3）對剪切速度進行設計計算（4）對主要受力零部件進行強度校和壽命計算（5）對設備潤滑方式、安裝使用、維修等問題做詳細介紹。 以上部分是設計說明書的緒論部分，對我這次設計的內(nèi)容進行了簡明扼要的總體概括，是我設計的總綱。 第二章 分析計算 2.1 結(jié)構設計 2．1．1 設計方案的選擇確定 我設計的是曲柄連桿飛剪機，而曲柄連桿式飛剪總體上有兩鐘方案：一是由單電機驅(qū)動一根主軸，而另一對剪切軸由齒輪嚙合來傳遞力矩進行驅(qū)動；另一個方案是，由兩臺電機分別驅(qū)動兩根主軸。下面將此兩種方案的特點進行比較，以便選出更加合適的設計方案，來滿足此次的設計要求。 〈1〉 單電機傳動方案：由于其由一個電動機做動力源，其中輸入軸是由電機直接進行驅(qū)動，而另一對剪切軸是通過安裝在輸入軸與剪切軸之間的齒輪嚙合來進行傳動的。這樣明顯可以看出輸入軸上的齒輪所受的載荷將遠大于從動軸上的載荷，輸入軸上的載荷也遠大于從動軸上的；這樣輸入軸及其上的齒輪勢必有更大的損壞可能性，所以輸入軸及傳動齒輪的強度要求高些，尺寸更大些，所以其主要缺點是：輸入軸上的零部件易損壞而發(fā)生事故；單電機工作，其承受了較大的載荷，只能采用啟動工作制，而不能采用連續(xù)工作制。但是這種方案的優(yōu)點也很明顯：第一，上下兩軸的轉(zhuǎn)速近乎相同，也就是說上下剪刃的同步性高；第二，結(jié)構簡單。成本低且功率也低；第三，通過齒輪傳動可以設計一套簡易的剪刃間隙調(diào)整機構。 〈2〉 雙電動機傳動方案 它克服了單電機傳動的兩個缺點，首先它的兩套傳動系統(tǒng)平行傳動，分別驅(qū)動各自的主軸，每套系統(tǒng)上零部件的受力狀況基本相同，不存在個別零件因受載荷過大而首先受到破壞的問題，安全性較高；其次它分別由兩個電動機傳動，因而每個電機所受載荷相對上一個方案減少了不少，所以其更適合連續(xù)工作制，但此方案的缺點是：一則，其設備結(jié)構復雜，且其成本教高，功效較大；二則，其維護與維修較第一方案復雜，其設備體積大；三則，其同步性不好，需特別設備對其轉(zhuǎn)速進行同步。 由于我此次設計的要求只是用飛剪機來進行對軋制件的切頭、切尾、碎斷，所以不要求連續(xù)工作。由于起動工作制已能滿足要求，且剪切力較小，所以由此可以看出，第一個由單電機驅(qū)動的方案更適合些；二者，這種剪切機同步性好，滿足剪切要求，且成本較低，結(jié)構簡單。 出于以上的考慮及分析，最后確定采用單電機一級減速傳動方案。 2．1．2 主要零部件的初步設計 由于確定為一級減速，則這套傳動系統(tǒng)只需要一對剪切軸和一根輸入軸，一對嚙合大小，齒數(shù)相同的齒輪和一定安裝輸入軸上的傳動小齒輪。 具體方案：由電動機通過連軸器，通過飛輪，減速器帶動輸入軸，通過輸入軸上小齒輪與一根剪切軸上的餓大齒輪進行嚙合傳遞力矩，而另一個剪切軸則通過大小，齒數(shù)與第一根剪切軸上相同的齒輪進行嚙合傳遞力矩。而嚙合的大齒輪同步旋轉(zhuǎn)將力矩傳遞于剪切軸上，在通過剪切軸上的剪刀來完成剪切工作。 2．1．3 剪切結(jié)構的設計計算 現(xiàn)設計的剪切機是在每一個刀架上安裝一把剪刀，兩把刀的夾角為 ，不剪切時，刀片停在水平位置上，當有軋件通過時，兩刀片在豎直位置時刀刃平行并對軋件進行剪切，完成剪切，此后刀架繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，使刀片又停在水平位置（起動工作，切頭切尾）。當需要對軋件進行碎斷時，則刀架不挺地旋轉(zhuǎn)，完成碎斷任務。 在剪切時，刀片的位置靠曲柄和連桿定位，其工作原理相似于滾筒式飛剪機，在此需設計的零部件有剪軸，輸入軸等。 2．1．4 機架的設計 由于是一級減速平行傳動，所以在此可設計為齒輪箱式機架。此箱體分為上、中、下三箱，上箱與中箱間凹孔內(nèi)安裝一根剪切軸，軸上裝有一大齒輪，軸兩邊裝有軸承與軸承座，外端有軸承蓋覆蓋。中箱與下箱間兩凹孔內(nèi)，分別裝有一根剪切軸，軸上裝有與上根剪切軸上齒數(shù)、大小相同的齒輪；而另一孔內(nèi)裝有輸入軸，軸上裝有一小齒輪與下剪軸上的大齒輪相嚙合。兩軸兩端分別裝有軸承，軸承座及端蓋啊。在下箱體底部裝有與地基固定的底版。三個箱體的側(cè)面均裝有另鉤，以方便拆裝。上箱上部設有注油孔及壓力油輸入孔，下箱底部設有油底殼及泄油孔，用來沉集雜質(zhì)以便從瀉油孔排出；底部還設計有回油管出口，以便使噴油潤滑進行循環(huán)運做。 2．2 剪切力、剪切力矩的計算 2．2．1 計算剪切力 本次設計所剪切材質(zhì)為鋼，其剪切斷面尺寸為4395平方毫米。剪切力是剪切機的主要參數(shù)，驅(qū)動飛剪機的電動機功率及飛剪機的主要使用或充分發(fā)揮飛剪機的能力都與剪切力有關，對于正確的計算在各種具體條件的剪切力，對于合理地設計飛剪機非常重要。 首先根據(jù)所剪切最大鋼坯斷面尺寸來確定飛剪機的共稱能力，即確定最大剪切力，最大剪切力按下式計算： 由[2]P362頁查得 ——被剪切軋件材料在相應溫度下的強度極限 根據(jù)所剪切材料由[2]中P263表8-3查得 =110Mpa K=1.1 =0.61.1110104395 =319.1Kn 飛剪機在剪切過程中，除了克服剪切變形所需的剪切力外，在水平方向還有側(cè)壓力，拉力和動載荷。由于剪刀的線速度高于軋件的運行速度，因而剪刃上受一側(cè)向的附加力。 其值由[2]中T=F E 求出 式中：F——軋件斷面積 E——軋件的彈性模數(shù)（約為4500） L——剪切段長度 ΔL——剪切終了時軋件伸長量 根據(jù)現(xiàn)場資料得知，L初定為3米 （2）下面計算，： 由[2]中式（9——33）得： D cos= 式中： h——剪切厚度 S ——刀片重疊量 R——旋轉(zhuǎn)半徑 在此處取h=74.8mm, R=572.5mm 實測得S=7mm ==5=0.929 =arccos0.929=21.78 cos= 式中：ε。——剪切終了時的相對切入深度，由[2]得ε。=0。80。 cos== =arcos 0.981 =11.24 (3) 下面計算ΔL ΔL=ΔL1-ΔL2 式中：ΔL1——剪切時間內(nèi)刀片在水平方向移動量 ΔLo——剪切時間內(nèi)軋件移動量 ΔLo= 式中：——軋件運動速度 U——剪切速度 根據(jù)設計所給得 =0.85m/s， U=0.94m/s =95.36mm =572.5(0.3710-0.2)=97.9mm =97.9-95.36=2.54mm <4> 計算附加力T =45004395=16.75Kn T與的合力是刀架所受的剪切力 〈5〉計算總的剪切力 P===319.5Kn 2.2.2 計算 剪切力矩 (1)計算咬入角 當P最大時，由[2]中得到ε=0.8 由[4]中得到公式 cosα= 式中Z——切入深度 Z=εh Z=εh=0.874.8=59.84mm cosα = = cosα=0.986 α=arccos0.968 α=14.54 咬入角α為剪切時最大的剪切角，此時剪切力矩最大。 （2）計算最大剪切力矩 對軋制過程及剪切刃作受力分析，可得知如下計算公式： M剪= = - =45.92+9.28=55.2KNm 以下將M剪稱為Mg 2.2.3 剪切功的計算 由[2]中可查得： 剪切功 式中；α——單位剪切功 F——被剪軋件原始斷面面積 單位剪切功的數(shù)值可通過所剪切材料的強度極限和延伸率δ近似求得，又[2]可得： α=（0.72-0.96）δ 式中：——所剪材料強度極限，由[2]表8-3得δbt=110Mpa δ——所剪材料延伸率，由機械設計手冊（1）中查得δ=16% α=0.9611016% α=16.9 剪切功 A=Fhα=439511016.9=5554.5KNm 以上對剪切力及剪切功和剪切力矩的計算，為以后的設計做好數(shù)據(jù)準備。 2．3主電機的功率計算及類型選擇 2．3．1電動機功率計算 由[5]查得主電機的計算功率N算公式 N算= 式中：——剪軸上最大靜力矩 n——剪軸轉(zhuǎn)速 λ——電機過載率，一般取λ=1.3 ——1.7，由于飛剪只有在事故處理時才采用連續(xù)工作制，而這種狀態(tài)很少出現(xiàn)，且時間間距大，故過載率稍大些，特取λ=1.7 η——從電機到剪子的總傳動效率取η=0.94 （1）計算總的靜力矩 由[1]中3-61得： = 式中：Mg——剪切力矩，以上計算得到Mg=55.2knm ——空載力矩，由[6]中查得=3-5% ——電機額定力矩，這里近似取= Mg Mm——摩擦力矩Mm=pμ p為剪切力，μ為剪軸軸承處的摩擦系數(shù)，由[3]得到μ=0.11d為剪軸軸承處直徑，根據(jù)現(xiàn)場資料知d=260mm. Mm=pμ p=319.50.110.13=4.57knm =(1+3%)+=1.0355.2+4.57 =61.2knm (2) 電機功率計算 1）剪軸的轉(zhuǎn)速 n= 式中：v——剪切速度，由設計給定v=1.36m/s D——曲柄中心距，由設計給定D=1145mm n== =21.7r/min 2)電機功率 N算= = =87.02Kw 2．3．2電機功率及型號選擇 考慮到對電動機進行自動控制方面的因素，本次設計采用直電動機。 由于采用一級減速方案。而剪軸的轉(zhuǎn)速n=21.7r/min比較小，所以電機的輸出轉(zhuǎn)速也應比較小，所以在此采用進口電機，借鑒高速線材廠的實際運用及經(jīng)驗，現(xiàn)采用進口的DM6250L電動機，額定功率為89Kw，額定轉(zhuǎn)速為561r/min. 電機額定功率大于計算電機功率，所以此電機符合功率要求。 當剪切機進行切頭，切尾時為起動工作制，當剪切機進行碎斷時為連續(xù)工作制。從安全方面考慮，前面所造的電機功率也符合起動工作制的特點。 以上是對電動機的功率計算及類型選擇，電動機的校核將在各主要零件的尺寸和各種力學參數(shù)確定中進行。 2．4 主要零部件的設計計算及強度、剛度的檢驗與計算 2．4．1 主要零部件的轉(zhuǎn)速及扭矩計算 （1）傳動比的確定 由于電動機的轉(zhuǎn)速=561r/min,而剪切機剪軸所需轉(zhuǎn)速為n=21.7r/min. 傳動比i= = =25.85 (2) 輸入軸的轉(zhuǎn)速及扭矩 由大小齒輪的傳動比，以及主電機剪軸的總傳動比可以看出，剪切機內(nèi)部的一級減速機構的傳動比不能太大。因為傳動比太大使得機身尺寸過大，在這里按照實際使用的設備選取=2.9，即剪切機內(nèi)部一級減速機構的傳動比。而電機與剪切機之間的減速器可選用兩級漸開線直齒輪圓柱減速器，其傳動比為 == =8.916 1）輸入軸的轉(zhuǎn)速 = =62.92r/min 2）輸入軸的扭矩 = 式中 ——最大靜力矩 I——傳動比 η——電機到高速軸的傳動效率，在這里取η=0.96 = =6.45Knm 討論：此處為何不用=，為電機的額定轉(zhuǎn)矩，因電機有一定的過載率，剪子在剪切過程中所受的力矩有可能大于平時的啟動力矩。此時電機的轉(zhuǎn)矩也并不是，因此對軸、齒輪進行計算其所受的最大轉(zhuǎn)矩。從此作為設計參數(shù)才能保證設計的合理性和安全性。 3）剪切軸的轉(zhuǎn)速及扭矩 1>剪切軸的轉(zhuǎn)速 ==21.7r/min 2>剪切軸的扭矩 ==30.6Knm 2.4.2輪剪的設計計算及校核 （1）齒輪的設計計算 1）選用齒輪類型，精度等級及齒數(shù) a.為了避免產(chǎn)生軸向力，所以在此選用的直齒圓柱齒輪。 b.由于轉(zhuǎn)速不高，大齒輪表面經(jīng)淬火后研磨，小齒輪經(jīng)滲碳硬化處理并磨光；齒輪的變形不大，對精度要求不高，選一般的8級精度即可。 c.為了保證安全性，且使結(jié)構緊湊，抗疲勞強度高，特選用優(yōu)質(zhì)合金鋼，也可以減少工作零件的質(zhì)量和體積，并可提高其靈活性和使用壽命。所以在此大齒輪選用42CrMo經(jīng)淬火并研磨；小齒輪選用40CrNiMo經(jīng)表面滲碳硬化并磨光。 此種設計思想改變了我國以前一直采用前蘇聯(lián)的高安全性、大重量、大尺寸，結(jié)構笨重的設計思想。雖然其材質(zhì)選用價格昂貴的優(yōu)質(zhì)合金鋼，但其尺寸小，便于安裝維護，其實這樣的經(jīng)濟性比選用價格便宜的普通鋼要好。 d.小齒輪齒數(shù)選擇 =23 大齒輪齒數(shù)選擇=N=67 2)按齒面接觸疲勞強度設計： d1 確定公式中的各計算參數(shù) a. 小齒輪所傳遞的最大扭矩 ==6.45Knm b. 試選載荷系數(shù) 由的范圍根據(jù)[5]中P117預選=2.0 c. 選取齒寬系數(shù)。 根據(jù)[5]中P134，當齒輪對稱分布時，且為硬齒面，選取=0.5 d. 選取材料的彈性影響系數(shù) 由[5]中表10-4查得 =189.8Mpa e. 齒輪接觸疲勞強度極限 由[5]中圖10-23c查得 小齒輪=780mpa 大齒輪=750mpa f. 確定壽命系數(shù) 因為應力循環(huán)次數(shù)N對大齒輪來說都非常大，所以由[5]中表10-21查得小齒輪=1;大齒輪=1 g. 計算接觸疲勞作用應力，取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1,由[5]中10-12式得： [σ]H1===780 [σ]H2= = =750 h. 計算小齒輪 由于Kt為試選，所以式中計算時間表示 = ==294.9mm h. 計算圓周速度 V===0.97m/s i. 計算載荷系數(shù) 由[5]中表10-2選 =1.5 由[5]中表10-5a選 =1.1 由[5]中確定，因其為直齒圓柱齒輪，所以取=1.2 由[5]中圖10-14選 =1.1 由[5]中得公式： K==1.51.11.21.1 式中 ——使用系數(shù) ——動載荷系數(shù) ——齒間載荷分配系數(shù) ——齒向載荷分布系數(shù) K．按實際載荷校正所計算的分度圓直徑，由[5]得： = =2194.9=307.9mm 3).按兩齒輪嚙合計算模數(shù)，并確定大小齒輪的尺寸。 因為為了保證剪切同步性和調(diào)整剪刃的側(cè)向間隙，所以大齒的分度圓直徑暫定為1145mm模數(shù)m m==17.1 取整后m=17 大齒輪的分度圓直徑d2 =m=6717=1139mm 小齒輪的分度圓直徑=m=2317=391mm ,所以滿足按齒面接觸疲勞強度的設計要求。 4）按齒根彎曲強度進行校核。 a).計算圓周力 ===33KN b) 取應力校正系數(shù) 由[5]中表10-3查得 =2.68; =1.59 =2.25 =1.74 c) 計算載荷系數(shù) K==1.51.11.21.1=2.18 d) 查彎曲疲勞強度極限及壽命系數(shù) 由[5]中圖10-22c得 =540Mpa ; =500 Mpa 由圖10-20查得 ==1 e計算彎曲疲勞許用應力 取彎曲疲勞安全系數(shù)，由[5]得S=1.5 由[5]中公式得： = = =360Mpa = = =330Mpa f) 校核計算 由[5]中得公式： σF1= 式中 b——齒寬，現(xiàn)取b=130mm = =138.7Mpa < 此齒輪符合安全要求 σF2=σF1= =127.4Mpa 127.4<330 σF2<[σ]F2 此齒輪符合安全要求。 5） 齒輪各項齒數(shù)參數(shù)的計算 a). 齒寬的選擇計算 b= 小齒輪=0.5391， 現(xiàn)取=230mm =230mm 大齒輪 =240mm b) 其它各項尺寸計算 以下個項公式均出自[σ] 壓力角α= ； 齒頂高系數(shù)=1； 徑向間隙系數(shù)=0.25 ①齒頂角 ha=m=117=17mm ②齒根高 hf=(+)m=(1+0.25)17=21.25mm ③齒高 h= + =17+21.25=38.25mm ④小齒輪齒頂圓直徑 d1=d1+2ha=319+217=425mm ⑤大齒輪齒頂圓直徑 =+=1139+217=1139+217=1173mm ⑥小齒輪齒根圓直徑 =-=319-221.25=348.5mm ⑦大齒輪齒根圓直徑= -=1139-221.25=1096.5mm ⑧齒輪間的中心距 a===765mm 6) 齒輪的結(jié)構設計 齒輪的結(jié)構設計為板式結(jié)構，在齒輪轂上開四個孔，目的是為了減輕齒輪重量。齒輪與軸相連接處采用鏈連接，左右用套筒定位。 其各項尺寸如圖所示： （2）選擇減速器 由以上設計就算可知，此減速器要求傳動比i=8.916,傳遞功率為89Kw，電機轉(zhuǎn)速為561r/min，根據(jù)計算知，此處需選用二級電機漸開線齒輪減速器。 按[3]中，表23.2-24.查得KA=1.0,則計算功率=P，=89Kw 要求
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