0069-中厚板碎邊剪剪切機(jī)構(gòu)設(shè)張CAD圖+說明書計(jì)【優(yōu)秀含8張CAD圖+說明書】
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中厚板碎邊剪剪切機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
摘要
中厚板被廣泛應(yīng)用在建筑工程、機(jī)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(yùn)輸，板帶的切頭尾。碎邊剪應(yīng)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(duì)中厚板生產(chǎn)很重要，碎邊剪中的剪切機(jī)構(gòu)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(shè)計(jì)對(duì)象，設(shè)計(jì)完成碎邊剪的剪切機(jī)構(gòu)。按課題給定的設(shè)計(jì)參數(shù)，計(jì)算剪切力，選擇了電機(jī)和減速器，并設(shè)計(jì)了主傳動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)齒輪、傳動(dòng)軸、軸承等零件進(jìn)行了校核。最終完成了剪切機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，滿足了實(shí)際生產(chǎn)的需要。
關(guān)鍵詞：中厚板；碎邊剪；剪切力；剪切機(jī)構(gòu)；傳動(dòng)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(shè)備的發(fā)展趨勢(shì) 1
1.2中厚板生產(chǎn)線碎邊剪的技術(shù)現(xiàn)狀 2
1.3選題背景及設(shè)計(jì)內(nèi)容 3
1.3.1選題背景與目的 3
1.3.2設(shè)計(jì)內(nèi)容 4
2.總體設(shè)計(jì) 5
2.1碎邊剪的作用 5
2.2碎邊剪的機(jī)構(gòu)組成及工作原理 5
2.2.1碎邊剪的機(jī)構(gòu)組成 5
2.2.2碎邊剪工作原理 6
2.3碎邊剪的剪切機(jī)構(gòu)及主要部件 7
2.3.1碎邊剪的剪切機(jī)構(gòu) 7
2.3.2碎邊剪剪切機(jī)構(gòu)的主要部件 8
3碎邊剪剪切機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算 10
3.1 主要計(jì)算參數(shù) 10
3.2剪切力的計(jì)算 10
3.3電機(jī)的選擇 12
3.4減速器的選擇 14
3.5傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（傳動(dòng)齒輪軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算） 15
3.5.1傳動(dòng)系統(tǒng)齒輪軸的設(shè)計(jì) 15
3.5.2傳動(dòng)系統(tǒng)齒輪軸校核 17
4. 主要零件的設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核 23
4.1上右齒輪軸齒輪的設(shè)計(jì) 23
4.2上右齒輪軸齒面強(qiáng)度及齒根強(qiáng)度校核 28
4.2上右齒輪軸軸承的選擇和壽命計(jì)算 31
4.3上右齒輪軸鍵的選擇與校核 34
5.潤(rùn)滑方式與設(shè)備保養(yǎng)、可靠性及經(jīng)濟(jì)性分析 35
5.1潤(rùn)滑方式的選擇 35
5.1.1齒輪潤(rùn)滑方式的選擇 35
5.1.2軸承潤(rùn)滑方式的選擇 35
5.2使用該碎邊剪的注意事項(xiàng)、維護(hù)規(guī)程 36
5.2.1注意事項(xiàng) 36
5.2.2維護(hù)規(guī)程 36
5.3可靠性及經(jīng)濟(jì)性分析 36
結(jié)束語 38
致謝 39
參考文獻(xiàn) 40
第 40 頁(yè)
1.緒論
1.1中厚板生產(chǎn)線工藝及設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)
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(qiáng)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(shè)高潮。僅以美國(guó)為例，經(jīng)過新建和改造后的美國(guó)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(jì)發(fā)展的需要，短短幾年的時(shí)間里就新建了17臺(tái)中厚軋機(jī)。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(dá)到了2030萬噸，有力地推動(dòng)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(guó)成為全球第一造船大國(guó)。我國(guó)的中厚板發(fā)展最早始于1936年。在當(dāng)時(shí)的鞍山制鐵所（鞍鋼前身），第一套中板軋機(jī)建成，屬于三輥勞特式軋機(jī)。1949年新中國(guó)成立后，在前蘇聯(lián)援助下，我國(guó)的中厚板生產(chǎn)設(shè)備和工藝技術(shù)水平有極大的提高，先后建成了13套三輥勞特式軋機(jī)。80年代，我國(guó)開始對(duì)三輥勞特式中板軋機(jī)進(jìn)行了不同方式的改造，由三輥加到四輥或雙四輥軋機(jī)?；窘鉀Q了生產(chǎn)的中厚板寬度窄、長(zhǎng)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(yīng)用先進(jìn)的電控設(shè)備、熱處理工藝提高了軋機(jī)的產(chǎn)能和工藝裝備水平。到2004年，我國(guó)共有中厚板軋機(jī)29套，設(shè)計(jì)產(chǎn)能達(dá)到1910萬噸。但是能趕上國(guó)外發(fā)達(dá)工業(yè)的國(guó)家僅有武鋼、濟(jì)鋼、南鋼、鞍鋼的少數(shù)幾套。其產(chǎn)品的品種、規(guī)格、力學(xué)性能等方面也不能滿足市場(chǎng)的需求的高強(qiáng)、高壓、耐候、耐蝕的中厚板。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，中厚板銷量大幅增長(zhǎng)。從2005年的3235.6萬噸增長(zhǎng)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(guó)每年還需進(jìn)口少量高品質(zhì)的中厚板。預(yù)測(cè)今年的我國(guó)中厚板需求量將達(dá)到8000萬噸。
隨著下游行業(yè)對(duì)中厚板質(zhì)量要求的提高以及對(duì)寬厚板材、專用板材需求的增長(zhǎng)，尤其是造船業(yè)的發(fā)展，目前中厚板軋機(jī)已經(jīng)滿足不了市場(chǎng)對(duì)寬厚板的需求。所以中厚板的發(fā)展趨勢(shì)將是向著更寬更厚的方向發(fā)展，并采取控制軋制技術(shù)來提高板材的高等級(jí)、高技術(shù)含量、高附加值。新建的生產(chǎn)線應(yīng)用了先進(jìn)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(shù)，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(jī)的聯(lián)合布置，在整個(gè)生產(chǎn)流程中實(shí)現(xiàn)熱銜接，提高產(chǎn)能。對(duì)于板形控制的重要設(shè)備矯直機(jī)技術(shù)上，向著有張力機(jī)能的新型矯直機(jī)發(fā)展，提高矯直力，擴(kuò)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(shù)可以實(shí)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(shè)備，中厚板軋制過程產(chǎn)生的邊部減薄量會(huì)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(shù)上，推行控軋控冷技術(shù)，這樣產(chǎn)品的熱處理量會(huì)大幅度減少。目前世界上最先進(jìn)的是輥低式無氧輻射爐在我國(guó)應(yīng)用很少。未來的中厚板技術(shù)一定向著生產(chǎn)效率高，能耗低，板形良好，板強(qiáng)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(shù)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(duì)其邊部進(jìn)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(jìn)行碎斷。碎邊剪是中厚板軋制生產(chǎn)線精整區(qū)中的一臺(tái)主要設(shè)備。它的生產(chǎn)能力與設(shè)備狀態(tài)將直接影響板材的產(chǎn)量。但是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、緊湊，工作部件的動(dòng)作頻繁、沖擊載荷大、操作和維護(hù)都比較困難。而雙邊剪又反映了中厚板精整線的技術(shù)水平。在生產(chǎn)過程中，碎邊剪應(yīng)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(jī)組改造時(shí)引進(jìn)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(dòng)和噪聲小、速度高、生產(chǎn)率高而被廣泛應(yīng)用。按照碎邊剪的刀刃可分為平刃式和斜刃式。平刃式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其剪切過程是上、下刀刃在寬度方向同時(shí)切入，因此剪切抗力較大。斜刃式碎邊剪的上下刀刃是一個(gè)逐漸嚙合的過程，因此受到的阻力相對(duì)較??；但在制造上斜刃式比較復(fù)雜，必須建立準(zhǔn)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(yīng)用在生產(chǎn)中，其耐磨性能良好，振動(dòng)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(shè)計(jì)內(nèi)容
1.3.1選題背景與目的
隨著中厚板軋制技術(shù)的不斷革新，整個(gè)生產(chǎn)線包括軋鋼機(jī)和大量的輔助設(shè)備都發(fā)生了巨大的變化。軋機(jī)是使軋件產(chǎn)生塑性變形，屬于主要工作設(shè)備。輔助設(shè)備是完成必要的輔助工序的設(shè)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(jī)組會(huì)向著更高效、剪切強(qiáng)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(shè)備的碎邊剪也將會(huì)向著剪切力更大、剪切鋼板強(qiáng)度更高和斷碎能力更強(qiáng)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(duì)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(jī)械輔助設(shè)備中的重要地位，圍繞碎邊剪的技術(shù)革新速度也一直很高速。
1.3.2設(shè)計(jì)內(nèi)容
1. 緒論及設(shè)計(jì)方案的選擇和論證；
2. 碎邊剪結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算、重點(diǎn)力能參數(shù)的計(jì)算、主電機(jī)的選擇與校核；
3. 主要零部件的設(shè)計(jì)、強(qiáng)度計(jì)算和校核：傳動(dòng)齒輪軸、齒輪、軸承、鍵；
4. 潤(rùn)滑方式的選擇；
5. 設(shè)備的可靠性和經(jīng)濟(jì)性分析；
2.總體設(shè)計(jì)
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(duì)材料的邊部進(jìn)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(jìn)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(shè)備，它的生產(chǎn)能力和設(shè)備情況將對(duì)板材的產(chǎn)量產(chǎn)生直接的影響。
2.2碎邊剪的機(jī)構(gòu)組成及工作原理
2.2.1碎邊剪的機(jī)構(gòu)組成
碎邊剪是圓盤剪剪切機(jī)組的重要輔助設(shè)備。
一、其主體主要包括以下幾個(gè)部分：
1. 固定側(cè)剪切機(jī)構(gòu)；2.移動(dòng)側(cè)剪切機(jī)構(gòu)；3.底座及移動(dòng)機(jī)架；4.固定側(cè)傳動(dòng)裝置；5.移動(dòng)側(cè)傳動(dòng)裝置；6.橫移傳動(dòng)裝置；7.溜槽導(dǎo)板
圖2-1碎邊剪
二、碎邊剪的本體組成：
剪切本體是整個(gè)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(gè)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(jī)架; 9 刀盤; 10 剪刃; 11 壓緊楔; 12 齒輪軸; 13 編碼器; 14 電機(jī)、蝸輪減速機(jī)
2.2.2碎邊剪工作原理
碎邊剪是由兩臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源分別驅(qū)動(dòng)固定側(cè)和移動(dòng)側(cè)的剪切機(jī)構(gòu)。固定側(cè)剪切力矩的傳遞路線如下：直流流電動(dòng)機(jī)——聯(lián)軸器——減速器——固定側(cè)剪切機(jī)構(gòu)。移動(dòng)側(cè)的傳遞路線與固定側(cè)的路線完全相同。固定側(cè)剪切機(jī)構(gòu)、固定側(cè)電機(jī)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(dòng)側(cè)剪切機(jī)構(gòu)、移動(dòng)側(cè)電機(jī)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(jī)架由橫移傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)移動(dòng)。
2.3碎邊剪的剪切機(jī)構(gòu)及主要部件
2.3.1碎邊剪的剪切機(jī)構(gòu)
剪切機(jī)構(gòu)是整個(gè)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(jī)構(gòu)（側(cè)隙調(diào)整機(jī)構(gòu)）構(gòu)成，如圖2-2。
圖2-2碎邊剪右側(cè)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(duì)速比為1的齒輪副嚙合傳動(dòng)，這樣可以實(shí)現(xiàn)上下剪刃同步聯(lián)動(dòng)，完成剪切工作。剪切調(diào)整機(jī)構(gòu)（側(cè)隙調(diào)整機(jī)構(gòu)）是由電機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸輪減速器，蝸輪減速器驅(qū)動(dòng)齒輪軸的傳動(dòng)，齒輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)外齒軸套傳動(dòng)下刀軸做軸向的移動(dòng)，使剪刃的側(cè)隙改變，從而實(shí)現(xiàn)適應(yīng)剪切不同的厚度的板材（范圍為5～25mm）。
2.3.2碎邊剪剪切機(jī)構(gòu)的主要部件
1.刀具部分
滾筒式碎邊剪因?yàn)槭请S著刀片的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)同時(shí)在剪切并擠壓鋼板的，作為切頭的碎邊剪使用時(shí)，它的剪切厚度最高可達(dá)到45mm，剪切工作中，剪刃做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，被剪切鋼板運(yùn)動(dòng)速度最高為1.5m/s。雙滾筒式碎邊剪主要由上下兩個(gè)同步旋轉(zhuǎn)并安裝有4個(gè)剪刃組成(如圖2-3)。
圖2-3右側(cè)刀盤
2. 斜齒輪傳動(dòng)部分
本碎邊剪上下滾筒的同步齒輪采用主副齒輪結(jié)構(gòu)。以便齒輪在無側(cè)間隙情況下工作，減少或消除沖擊載荷。上右齒輪軸為主動(dòng)軸，下右齒輪軸為從動(dòng)軸。從動(dòng)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(dòng)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(shí)與裝在主動(dòng)軸上的齒輪嚙合。副齒輪始終越前主齒輪一個(gè)角度，這就保證了上下滾筒的同步齒輪在無側(cè)間隙下工作（如圖2-4）。
圖2-4斜齒輪主傳動(dòng)剖視圖
3碎邊剪剪切機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算
3.1 主要計(jì)算參數(shù)
剪切材質(zhì)：普碳鋼/低合金鋼/刃具鋼 剪料強(qiáng)度極限：800MPa
剪料厚度：5—25mm 碎邊寬度：10-80mm
碎邊長(zhǎng)度：630-1260mm 最大剪切速度：1.5m/s
剪切溫度：≤200℃ 鋼板寬度：1400-2600mm
側(cè)隙調(diào)整范圍：軸向移動(dòng)距離5mm、側(cè)隙0.5-3mm
3.2剪切力的計(jì)算
由文獻(xiàn)[6]、碎邊剪的工作原理可得，在剪切廢邊時(shí)，主傳動(dòng)箱有兩根主軸帶動(dòng)上下滾筒旋轉(zhuǎn)，滾筒上的剪刃相當(dāng)于一對(duì)斜齒輪嚙合的情況，又近似于變直徑的圓盤剪對(duì)碎邊進(jìn)行剪切，因此，可根據(jù)圓盤剪的剪切力公式進(jìn)行修正計(jì)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(duì)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(qiáng)度極限，MPa
(3-3)
其中：
——剪刃的曲率半徑，mm
——剪刃的回轉(zhuǎn)半徑，mm
———刀片平面與軸心線的夾角，rad
由設(shè)計(jì)參數(shù)得：h=24mm =800MPa （65號(hào)鋼） =20mm
計(jì)算得相對(duì)切入率：
計(jì)算剪刃的曲率半徑
（3-4）
計(jì)算得剪切角：
（3-5）
計(jì)算得剪切力：
3.3電機(jī)的選擇
根據(jù)飛剪機(jī)工作制度的不同，采用不同的計(jì)算方法。本飛剪機(jī)因?yàn)槊看渭羟幸蟮募铀贂r(shí)間非常短，特殊情況下只有0.1s，所以，剪切力對(duì)電動(dòng)機(jī)的功率實(shí)際上沒有影響。所以可以利用等效力矩來計(jì)算電動(dòng)機(jī)的功率。
由文獻(xiàn)[6]得電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)功率為：
（3-4）
其中:
N——電動(dòng)機(jī)功率，KW
——傳動(dòng)效率，一般取
K——考慮到被剪帶鋼與剪刃摩擦損失對(duì)電動(dòng)機(jī)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(jì)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(gè)數(shù)，m=4
——實(shí)際剪切作用角，
, rad （3-7）
——廢邊最大寬度，
由設(shè)計(jì)參數(shù)得：
m=4 d=240mm
計(jì)算得初始角度：
（3-8）
計(jì)算得實(shí)際剪切作用角：
（3-9）
計(jì)算得總剪切靜力矩：
計(jì)算得等效力矩：
（3-10）
計(jì)算得電動(dòng)機(jī)功率：
（3-11）
瞬時(shí)最大功率：
直流電動(dòng)機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1、傳動(dòng)比分級(jí)精細(xì)，選擇范圍廣，轉(zhuǎn)速型譜寬，范圍i=2~28800。
2、直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，造型美觀，承受過載能力強(qiáng)。
3、能耗低，性能優(yōu)越，減速器效率高達(dá)百分之九十六，振動(dòng)小，噪音低。
4、通用性強(qiáng)，是用維護(hù)方便，維護(hù)成本低，特別是生產(chǎn)線，只需備用內(nèi)部幾個(gè)傳動(dòng)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(hù)性能好，對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，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(dòng)機(jī)可用直流電源供電，廣泛運(yùn)用于各類機(jī)械的傳動(dòng)源，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小有較好的動(dòng)態(tài)性能，能承受高負(fù)荷變化，適用于需平滑調(diào)速、效率高、自動(dòng)穩(wěn)速、反應(yīng)靈敏的控制系統(tǒng)。廣泛用于金屬切削機(jī)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(dòng)化傳動(dòng)系統(tǒng)。
由計(jì)算出的電動(dòng)機(jī)的額定功率確定電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Z4-450-42型直流電動(dòng)機(jī)：
其基本參數(shù)如下：
額定電壓：440v
額定功率：500KW
額定轉(zhuǎn)速：400r/min
轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：174
電機(jī)質(zhì)量：6700Kg
3.4減速器的選擇
由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)減速器帶動(dòng)一側(cè)剪切機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，電機(jī)功率P=500KW，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速
剪切機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速:
公稱傳動(dòng)比i：
因行星齒輪減速器的傳動(dòng)效率可以很高，單級(jí)大；傳動(dòng)比范圍廣；傳動(dòng)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(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制造精度要求較高，主要用于要求結(jié)構(gòu)緊湊的動(dòng)力傳動(dòng)中。本減速器要連接在可移動(dòng)的底座上，所以體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊滿足了碎邊剪的結(jié)構(gòu)要求。
尖峰載荷,軸伸受純轉(zhuǎn)矩，每天24h運(yùn)轉(zhuǎn)，每小時(shí)載荷率按60%計(jì)算，最高環(huán)境溫度按,大空間安裝，油池甩油潤(rùn)滑，底座式安裝。
（1） 按機(jī)械強(qiáng)度公稱功率初選
由文獻(xiàn)[2]，表15-2-8 得 由文獻(xiàn)[2]表15-2-13 得碎邊剪是強(qiáng)沖擊載荷，每天24小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)再加大10%）查表15-2-9 得,載荷功率計(jì)算，則
（3-12）
查表15-2-86 ，按轉(zhuǎn)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(xiàn)[2]表15-2-10得，按小時(shí)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(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3.5.1傳動(dòng)系統(tǒng)齒輪軸的設(shè)計(jì)
估算軸的直徑：
按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算（因?yàn)閿?shù)值上P=(KW)>n=17.91(r/min)）
(3-14)
----與軸的材料有關(guān)的許用扭剪應(yīng)力系數(shù)，由文獻(xiàn)[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(jì)劃設(shè)計(jì)為齒輪與軸加工為一體的形式，應(yīng)結(jié)構(gòu)要求自左端依次需要裝配一個(gè)刀盤，一個(gè)軸承支承，齒輪，一個(gè)軸承支承，一個(gè)鍵槽用于連接減速器。設(shè)計(jì)齒輪軸如圖3-1
圖3-1上右齒輪軸
3.5.2傳動(dòng)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(xué)分析簡(jiǎn)圖
圖3-3上右齒輪軸力學(xué)簡(jiǎn)圖
圖3-4剪切力的分解圖
圖中各個(gè)力的計(jì)算:
（3-15）
（3-16）
（3-17）
T--單軸剪切轉(zhuǎn)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(jì)算得：
計(jì)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(jì)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(jì)算得：
危險(xiǎn)截面A處，計(jì)算該處彎矩如下
（3-23）
圖中扭矩：
按彎扭應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度：
（3-24）
其中：
W——抗彎截面系數(shù)，W=0.1,d=380mm(危險(xiǎn)截面A直徑)
——彎曲疲勞極限，MPa，
--折合系數(shù)，對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力，
計(jì)算結(jié)果為：
安全。
4. 主要零件的設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核
4.1上右齒輪軸齒輪的設(shè)計(jì)
1. 選精度等級(jí)、材料及齒數(shù)
（1） 按剪切機(jī)構(gòu)的同步傳動(dòng)要求及載荷特性，選用斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)，壓力角取為20°
（2） 碎邊剪為金屬切削機(jī)床，按表10-6-[2]，選用7級(jí)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(qiáng)度設(shè)計(jì)
（1） 計(jì)算齒輪分度圓直徑，即
(4-1)
1) 計(jì)算公式中的各個(gè)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(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度用重合度系數(shù)。
(4-2)
④計(jì)算螺旋角系數(shù)
（4-3）
⑤齒輪傳動(dòng)的轉(zhuǎn)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(qiáng)度，由圖10-25d查的齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限為
計(jì)算應(yīng)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(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。
①圓周速度。
②齒寬b。
2） 計(jì)算實(shí)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(jí)精度，由圖10-8-[2]查得動(dòng)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(jí)精度、齒輪相對(duì)支承對(duì)稱布置時(shí)，。
則載荷系數(shù)為
3) 由式10-12-[2]，可得按實(shí)際載荷系數(shù)算得的分度圓直徑
及相應(yīng)的齒輪模數(shù)
3. 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
（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(jì)算彎曲疲勞強(qiáng)度的重合度系數(shù)。
③由式10-19-[2]，可得計(jì)算彎曲疲勞強(qiáng)度的螺旋角系數(shù)。
④計(jì)算。
由當(dāng)量齒數(shù)，查圖10-17-[2]，得齒形系數(shù)。
由圖10-18-[2]查得應(yīng)力修正系數(shù)1.68
--許用齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，，--齒輪彎曲疲勞強(qiáng)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(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。
①圓周速度。
②齒寬b。
③齒高及寬高比
2) 計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)。
①根據(jù)，7級(jí)精度，由圖10-8-[2]查的動(dòng)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(jié)合查圖10-13-[2],得。
則載荷系數(shù)為
3) 由式10-13-[2],可得按實(shí)際載荷系數(shù)算得的齒輪模數(shù)
對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)。從滿足彎曲疲勞強(qiáng)度出發(fā)，從標(biāo)準(zhǔn)中就近??；為了同時(shí)滿足接觸疲勞強(qiáng)度，需要按照接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算得的分度圓直徑=813.224mm來計(jì)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(jì)算
（1） 計(jì)算中心距
圓整后的中心距為a=785mm
圓整后的螺旋角
（2） 計(jì)算齒輪的分度圓直徑
（3） 計(jì)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(qiáng)度及齒根強(qiáng)度校核
1. 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核
根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]得計(jì)算彎曲疲勞強(qiáng)度公式：
其中
--許用齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，，--齒輪彎曲疲勞強(qiáng)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(zhuǎn)矩，
--斜齒輪齒形系數(shù)，按照當(dāng)量齒輪的齒數(shù)查圖10-17-[2]取得
--應(yīng)力修正系數(shù)，按照當(dāng)量齒輪的齒數(shù)由圖10-18-[2]查取得
--彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的重合度系數(shù)：
--當(dāng)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(jì)算得：
--彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)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(jì)算結(jié)果得：
安全。
2. 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核
參考文獻(xiàn)[2]
斜齒輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度條件計(jì)算公式：
其中：
--許用接觸疲勞強(qiáng)度，由圖10-25d-[2]查的齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限為
計(jì)算應(yīng)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(qiáng)度計(jì)算的載荷系數(shù)，取
--傳動(dòng)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(qiáng)度計(jì)算的重合度系數(shù)，計(jì)算公式：
--接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的螺旋角系數(shù)，按下式計(jì)算：
由以上結(jié)果得：
安全。
4.3上右齒輪軸軸承的選擇和壽命計(jì)算
由上右齒輪軸的力學(xué)簡(jiǎn)圖求得約束力過大，初步選著配置方案為滾動(dòng)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(shè)計(jì)為圓柱孔，后置代號(hào)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(gè)沖壓保持架。中擋圈由內(nèi)圈滾動(dòng)引導(dǎo)旋轉(zhuǎn)。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(yuǎn)離剪刃端承受較大軸向力和徑向力，初選兩個(gè)單列圓錐滾子軸承組合配置。
1. 軸承配置方案
右側(cè)支點(diǎn)雙向固定，左側(cè)支點(diǎn)游動(dòng)支承。
2. 軸承型號(hào)的選擇與校核
（1）調(diào)心滾子軸承型號(hào)的選擇
左側(cè)軸承只承受徑向力
初步計(jì)算當(dāng)量動(dòng)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(yīng)有的基本額定動(dòng)載荷值（預(yù)計(jì)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(yàn)算如下：
?求得當(dāng)量動(dòng)載荷P。
?驗(yàn)算24076CC/W33的壽命，根據(jù)式13-5-[2]
設(shè)計(jì)安全。
（2）圓錐滾子軸承型號(hào)的選擇與校核
右側(cè)軸承承受軸向力
右側(cè)軸承承受徑向力
求比值：
查表13-5-[2]和機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)參考e=0.32，故此時(shí)。
初步計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷P,根據(jù)式（13-8a）
查表13-6-[2]，，取
查表13-5-[2]和機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得
X=0.40 Y=1.9
則
按照式13-6-[2]，求軸承應(yīng)有的基本額定動(dòng)載荷值（預(yù)計(jì)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(gè)圓錐滾子軸承基本額定動(dòng)載荷擴(kuò)大為C=1420KN。此軸承的基本額定靜載荷，驗(yàn)算如下：
驗(yàn)算32048 X2的壽命，根據(jù)式13-5-[2]
即高于預(yù)期計(jì)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(shí)現(xiàn)零件的周向固定、傳遞轉(zhuǎn)矩，端鍵的裝配要求是對(duì)中性好，方便裝拆。對(duì)軸向固定要求不高，初步設(shè)計(jì)為普通平鍵A型，該型的鍵應(yīng)用最廣，用于高精度，高速或承受變載、沖擊的場(chǎng)合。
平鍵連接傳遞轉(zhuǎn)矩的時(shí)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(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算：
其中；
--傳遞的轉(zhuǎn)矩，
h--鍵的高度，mm
l--鍵的工作長(zhǎng)度，mm，圓頭平鍵l=L-b，L---鍵的公稱長(zhǎng)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(yīng)力，MPa，查表6-2-[2]
軸的直徑d=220mm，從GB1096-79得=50x28，l=270mm，
5.潤(rùn)滑方式與設(shè)備保養(yǎng)、可靠性及經(jīng)濟(jì)性分析
5.1潤(rùn)滑方式的選擇
5.1.1齒輪潤(rùn)滑方式的選擇
（1）本傳動(dòng)系統(tǒng)是一對(duì)斜齒輪嚙合傳動(dòng)，齒輪傳動(dòng)的線速度：
按機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)的潤(rùn)滑方式選取得：
選擇油浴潤(rùn)滑，因?yàn)橛驮?rùn)滑時(shí)，需要控制油面的高度，齒輪傳動(dòng)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(dòng)，造成油發(fā)熱、增大功率的損耗和傳動(dòng)效率的降低，油發(fā)熱還會(huì)降低油的粘度影響潤(rùn)滑油膜的形成從而加劇磨損及機(jī)件的熱變形。浸油深度不夠，則會(huì)造成潤(rùn)滑不足并需要不斷加油。
（2） 潤(rùn)滑油的選擇
根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)的推薦選擇潤(rùn)滑油牌號(hào)為L(zhǎng)-CKC（一等品），該潤(rùn)滑油適合保持在正?；蛑械群愣ㄓ蜏睾椭剌d荷下運(yùn)轉(zhuǎn)的齒輪。粘度等級(jí)按GB/T3141-1994選擇320，運(yùn)動(dòng)粘度為
5.1.2軸承潤(rùn)滑方式的選擇
潤(rùn)滑對(duì)于滾動(dòng)軸承具有重要意義，軸承中的潤(rùn)滑劑不僅可以降低摩擦阻力，還可以起著散熱、減小接觸應(yīng)力、吸收振動(dòng)、防止銹蝕的作用。
（1） 調(diào)心滾子軸承潤(rùn)滑方式的選擇
查表13-10-[2] 取得適用于脂潤(rùn)滑和油潤(rùn)滑的dn值界限
求得
選擇脂潤(rùn)滑，潤(rùn)滑脂形成的潤(rùn)滑膜強(qiáng)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(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間。
（2） 圓錐滾子軸承潤(rùn)滑方式的選擇
查表13-10-[2] 取得適用于脂潤(rùn)滑和油潤(rùn)滑的dn值界限
求得
選擇脂潤(rùn)滑，潤(rùn)滑脂形成的潤(rùn)滑膜強(qiáng)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(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間。
5.2使用該碎邊剪的注意事項(xiàng)、維護(hù)規(guī)程
5.2.1注意事項(xiàng)
1. 開車前必須打開剪刃冷卻水，及輥道冷卻水?？辙D(zhuǎn)五分鐘可工作
2. 剪刃有裂紋可能造成事故時(shí)，應(yīng)立即更換。剪切厚度不得超過25mm
3. 更換剪刃等零件時(shí)，嚴(yán)禁掉入傳動(dòng)機(jī)箱內(nèi)，以免擠壞設(shè)備。
4. 剪切后鋼板應(yīng)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(shí)，應(yīng)立即停車更換，然后慢慢啟動(dòng)。
5.2.2維護(hù)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(yùn)轉(zhuǎn)情況，咬合情況。
5. 檢查各部分螺絲是否松動(dòng)，并隨時(shí)緊固
5.3可靠性及經(jīng)濟(jì)性分析
機(jī)械設(shè)備的有效度
對(duì)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(zhǎng)越好。另外，從發(fā)生故障到維修后恢復(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(shí)間，h
表5-1資金相關(guān)資料表
（單位：千萬）
時(shí)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(jī)械
可以投資。
結(jié)束語
本次設(shè)計(jì)完成了碎邊剪主要部分的的設(shè)計(jì)，從剪切力的計(jì)算開始，選擇了Z4系列的直流電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，行星齒輪減速器做減速系統(tǒng)。主要利用了理論力學(xué)和材料力學(xué)及機(jī)械設(shè)計(jì)的知識(shí)選斜齒輪傳動(dòng)為主傳動(dòng)系統(tǒng)的方案，對(duì)齒輪進(jìn)行了齒面接觸疲勞強(qiáng)度和齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的校核，使設(shè)計(jì)結(jié)果滿足設(shè)計(jì)的要求。最后利用剪切速度和前面設(shè)計(jì)的傳動(dòng)系統(tǒng)選擇了適合的潤(rùn)滑方式，進(jìn)行了可靠性和經(jīng)濟(jì)性的分析。本次設(shè)計(jì)還有許多不足的地方，如沒有對(duì)刀具壽命部分進(jìn)行詳細(xì)的分析。
在這長(zhǎng)達(dá)三個(gè)多月的時(shí)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(jié)廠、大型廠等鞍鋼重要單位實(shí)習(xí)。在實(shí)習(xí)過程中，我們見到了在課堂、課本上沒有學(xué)習(xí)到的知識(shí)。認(rèn)識(shí)到了我們本次課程設(shè)計(jì)的機(jī)械在實(shí)際生產(chǎn)中的運(yùn)用。讓我們更加直觀的認(rèn)識(shí)到學(xué)以致用的真諦。我相信，有了這次實(shí)習(xí)以及課程設(shè)計(jì)，我會(huì)對(duì)以后工作有更加直觀的認(rèn)識(shí)和理解。
致謝
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