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遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 I 頁 2150 滾筒式切頭飛剪機(jī)設(shè)計(jì) 摘要 切頭飛剪機(jī)是熱連軋生產(chǎn)線上的單體設(shè)備,它的用途是切頭、切尾，出現(xiàn)卡鋼事故時(shí)， 將軋件剪斷，處理卡鋼事故。有時(shí)也可切定尺， 檢查軋 件的質(zhì)量。本設(shè)計(jì)是 2150 滾筒式 切頭飛剪，主要用于切頭和切尾，采用雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)，剪切機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方式是轉(zhuǎn)鼓式，上下 轉(zhuǎn)鼓同步轉(zhuǎn)動(dòng)，減少了動(dòng)力矩，提高了剪切質(zhì)量。在 該設(shè)計(jì)中，主要進(jìn)行剪切力的計(jì)算， 選擇主電機(jī)的容量，進(jìn)行轉(zhuǎn) 鼓軸、 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算， 進(jìn)行剪切機(jī)構(gòu)刀片的設(shè)計(jì)，剪切側(cè)間 隙調(diào)整裝置的設(shè)計(jì)，對(duì)飛剪機(jī) 進(jìn)行潤(rùn)滑方法的選擇，試車和控制要求，采用 環(huán)保措施，保 證可靠性經(jīng)濟(jì)性好，具有顯 著的經(jīng)濟(jì)效益。 2150 切 頭飛剪是熱連軋廠常用的剪切設(shè)備。 關(guān)鍵詞：飛剪機(jī)；滾筒式；切頭；切尾 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 II 頁 Design of the 2150 Drum Type Crop Shear Abstract Crop shear is the monomer equipment on the hot rolling production line,which is used to cut head and tail of rolling. When the steel can not travel as usual ,it can be used to cut the stock and to avoid an accident. Sometimes, it's also used to cutting stock into desired sectional lengths and to check the quality of the rolled piece. This design is the design of the 2150 drum type crop shear, which is drived by two motor. It is an object of this designto reduce remarkably the power consumption in flyingshears of the instant character by eliminating acceleration and deceleration of the shear drums for each shearing operation and improve the section quality. In this design, it is important to calculate shear stress ,select main motor ,design and calculate drum axis and gears. In this paper, I also give the design of shear blade and adjusting device for the gap between the upper and lower shear drums. Besides, selection of lubrication and testing and control requirements are also necessary. In order to get significant economic benefits, we must take environmental measures when producing. Nowadays, the 2150 drum type crop shear is used in continuous hot-strip mills generally. Key words: Flying shear ;Drum type;Cutting head ;Cutting tail 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 III 頁 目 錄 1 緒 論 ...................................................................................................................................1 1.1 課題選擇的背景和目的 ...................................................................................................1 1.2 飛剪機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 ...................................................................................................2 1.3 飛剪機(jī)的現(xiàn)狀 ...................................................................................................................3 1.3.1 飛剪機(jī)在車間布置和作用.........................................................................................3 1.3.2 飛剪機(jī)的類型和特點(diǎn).................................................................................................4 1.3.3 飛剪機(jī)研究的內(nèi)容和方法.........................................................................................5 2 方案的選擇與評(píng)述 ............................................................................................................6 2.1 方案選擇 ...........................................................................................................................6 2.2 方案評(píng)述 ...........................................................................................................................6 3 電機(jī)的選擇 ..........................................................................................................................8 3.1 剪切力的 計(jì)算 ...................................................................................................................8 3.2 剪切機(jī)的扭矩計(jì)算 ...........................................................................................................8 3.3 轉(zhuǎn)股穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速 .........................................................................................................10 3.4 電機(jī)型式及電機(jī)容量的選擇 .........................................................................................10 4 主要零件的強(qiáng)度計(jì)算 .....................................................................................................12 4.1 減速機(jī)的計(jì)算 .................................................................................................................12 4.1.1 減速機(jī)的傳動(dòng)比分配...............................................................................................12 4.1.2 減速 機(jī)齒輪設(shè)計(jì).......................................................................................................13 4.1.3 下轉(zhuǎn)鼓軸的設(shè)計(jì)計(jì)算...............................................................................................20 4.2 剪刃的設(shè)計(jì) .....................................................................................................................26 4.2.1 材料的選擇...............................................................................................................26 4.2.2 剪刃的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).......................................................................................................26 4.3 轉(zhuǎn)股軸承的選擇及校核 .................................................................................................26 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 IV 頁 4.4 側(cè)隙調(diào)整機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) .....................................................................................................28 4.5 聯(lián)軸器的選擇與校核 ....................................................................................................30 4.5.1 聯(lián)軸器的分類...........................................................................................................30 4.5.2 聯(lián)軸器的選擇...........................................................................................................30 4.5.3 聯(lián)軸器的強(qiáng)度計(jì)算...................................................................................................31 5 潤(rùn)滑方法的選擇 ..............................................................................................................32 5.1 減速機(jī)潤(rùn)滑方法及潤(rùn)滑油的選擇 .................................................................................32 5.2 飛剪機(jī)的潤(rùn)滑 .................................................................................................................32 6 試車方法和對(duì)控制的要求 ............................................................................................34 6.1 試車要求 .........................................................................................................................34 6.2 對(duì)控制系統(tǒng)的要求 .........................................................................................................34 7 設(shè)備可靠性與經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià) ................................................................................................35 7.1 機(jī)械設(shè)備的有效度 .........................................................................................................35 7.2 投資回收期 .....................................................................................................................35 結(jié) 論 ................................................................................................................................37 致 謝 ................................................................................................................................38 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................................39 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 1 頁 1 緒 論 1.1 課題選擇的背景和目的 鋼材的生產(chǎn)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位，用軋制的方法生產(chǎn)鋼材，具有生產(chǎn)率高、 品種多、生產(chǎn)過程連續(xù)性強(qiáng)、易于機(jī)械化、自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。隨著軋制工藝和設(shè)備的不 斷發(fā)展，以及國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門對(duì)鋼材品種要求的不斷增長(zhǎng)，軋制剛才的品種范圍也 在日益擴(kuò)大。應(yīng)該指出，性能參數(shù)相同的軋鋼機(jī)采用不同的布置型式時(shí)，軋鋼車間產(chǎn) 品、產(chǎn)量和軋鋼工藝就不同。因此，軋鋼機(jī)標(biāo)稱方法還不能全面反映各種軋鋼車間的 技術(shù)特征，還應(yīng)考慮軋鋼機(jī)布置型式。軋鋼機(jī)布置型式可分為單機(jī)架式、多機(jī)架順列 式、橫列式、連續(xù)式、半連續(xù)式、串列往復(fù)式、布棋式等，為了進(jìn)一步提高生產(chǎn)率， 出現(xiàn)了連續(xù)式布置，此時(shí)各架工作機(jī)座沿軋制線依次排列，使軋件能同時(shí)在幾個(gè)工作 機(jī)座中連續(xù)軋制。在連續(xù)軋制時(shí)為了不使軋件在工作機(jī)座間拉斷時(shí)產(chǎn)生很大的活套， 各工作機(jī)座的軋制速度應(yīng)符合“秒流量相等” 的原則。連續(xù)布置的主要優(yōu)點(diǎn)是單位產(chǎn)量 投資少，軋制速度高，有較高的機(jī)械化和自動(dòng)化水平。連續(xù)式布置的主要缺點(diǎn)是總投 資大，建設(shè)周期教長(zhǎng)，改變軋制規(guī)格時(shí)，軋機(jī)調(diào)整不方便。因此，有些熱軋鋼板車間 采用半連軋和 3/4 連軋布置型式。精軋機(jī)采用連續(xù)式，粗軋采用非連續(xù)式。 隨著帶鋼熱連軋機(jī)的發(fā)展，產(chǎn)品精度會(huì)不斷提高，除了提高軋機(jī)剛性外，還用厚 度自動(dòng)控制。采用電動(dòng)—液壓壓下裝置，為了提高帶鋼向厚度公差和改善板型，在現(xiàn) 代軋機(jī)上裝有液壓彎輥裝置。 熱帶鋼連軋機(jī)組中，為了使粗軋后的軋件有更好的頭尾形狀，該生產(chǎn)線在精軋機(jī) 之前一般都要設(shè)置一臺(tái)切頭、切尾的飛剪機(jī)。該設(shè)備的主要功能為：剪切粗軋后帶坯 的頭部和尾部的低溫及不規(guī)則部分，有利于精軋機(jī)對(duì)帶坯的咬入，減少帶坯對(duì)軋輥的 沖擊，減少軋制過程中卡剛事故的發(fā)生。切頭飛剪主傳動(dòng)減速機(jī)是為切頭飛剪傳遞扭 矩、運(yùn)動(dòng)、和動(dòng)能的主要設(shè)備。 飛剪機(jī)使用中存在的問題，飛剪機(jī)采用發(fā)電機(jī)組供電調(diào)整困難，剪切機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng) 不見偏心套、連桿慣性太大，電氣控制部分難以實(shí)現(xiàn)。軋件速度和檢測(cè)儀器不可靠， 曲柄軸承進(jìn)水等問題，由于飛剪機(jī)不能正常使用，致使黑頭進(jìn)精軋機(jī)組造成沖擊符合 大，軋件的“ 舌頭” 和“燕尾”很大，有時(shí)造成過鋼和卷取卡鋼事故，影響產(chǎn)品成材率，加 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2 頁 大廢品數(shù)量。本設(shè)計(jì)的目的就是對(duì)切頭飛剪機(jī)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，保證飛剪正常剪切，這 樣可以引進(jìn)厚度控制系統(tǒng)使板卷卷取整齊，提高帶卷質(zhì)量，以滿足市場(chǎng)對(duì)帶鋼的要求。 1.2 飛剪機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 要使飛剪適應(yīng)軋機(jī)生產(chǎn)的要求和提高自動(dòng)化水平，除不斷改進(jìn)飛剪性能外，在飛 剪區(qū)還需增設(shè)有關(guān)設(shè)備與裝置。 如圖 1.1 所示，切頭飛剪區(qū)的設(shè)備布置簡(jiǎn)圖要求剪切的長(zhǎng)度小于 2～3 的距離，相 應(yīng)的剪切部位長(zhǎng)度應(yīng)給定。否則料頭不能及時(shí)進(jìn)入收集裝置切掉頭尾不規(guī)則區(qū)域不殘 存“鏟頭”和“魚尾”。 1、探測(cè)器 2、切頭飛剪 3、破鱗夾角輥 4、測(cè)量裝置 5、脈沖發(fā)生器 6、9、10、測(cè)速發(fā)電機(jī) 7、主令控制器 8、自整角機(jī) 圖 1.1 切頭飛剪機(jī)區(qū)設(shè)備布置簡(jiǎn)圖 測(cè)量裝置 4 位于剪前輥道的輥縫中，靠軋件和輥系表面的摩擦力帶動(dòng)測(cè)速發(fā)電機(jī) 6，測(cè)定軋件的速度。熱金屬探測(cè)器 1 位于軋件的正上方，在 A、B 、C 三處寬度差進(jìn) 行掃描，以 A、B 兩處寬度差選擇切頭部位，B、 C 兩處寬度差選擇切尾部位，使剪切 部位既滿足軋件的要求，又盡可能減少金屬消耗。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 頁 脈沖發(fā)生器 5 是為防止被切掉部分過長(zhǎng)而設(shè)置的，它裝在測(cè)量裝置中。用脈沖數(shù) 指示帶鋼通過的長(zhǎng)度。飛剪機(jī)將以脈沖數(shù)為根據(jù)進(jìn)行啟動(dòng)剪切。切頭飛剪機(jī) 2 的測(cè)速 發(fā)電機(jī) 9 和測(cè)量裝置測(cè)速發(fā)電機(jī) 6 配合控制剪刃的切頭速度，與破鱗夾送輥 3 的測(cè)速 發(fā)電機(jī) 10 配合控制切尾速度，使剪刃在切尾時(shí)的線速度與第一架精軋機(jī)軋件入口速度 相適應(yīng)。主令控制器 7 用于控制剪刃位置。自整角機(jī) 8 把剪刃的實(shí)際位置反映給操作 臺(tái)，使操作人員了解設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。 近年來，把上述控制用電子計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制取得了明顯的效果；其次，對(duì)飛剪的 機(jī)械部分進(jìn)行一些改進(jìn)，使剪刃剪切間隙和剪刃重疊量得到提高，把運(yùn)動(dòng)部件的動(dòng)平 衡更加科學(xué)以降低動(dòng)載荷。 把軸承密封進(jìn)行改進(jìn)，防止水進(jìn)入軸承呢叨叨理想的潤(rùn)滑效果。傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)更 加合理，以減少運(yùn)動(dòng)負(fù)荷，以便于飛剪的啟動(dòng)和制動(dòng)。隨著飛剪機(jī)設(shè)計(jì)的完善，提高 飛剪機(jī)的剪切速度，以適應(yīng)軋機(jī)速度的不斷提高。 1.3 飛剪機(jī)的現(xiàn)狀 1.3.1 飛剪機(jī)在車間布置和作用 飛剪機(jī)在生產(chǎn)線上的位置分布，如下圖： R1——可逆式粗軋機(jī) R2、R3——不可逆式四輥萬能軋機(jī) F1……F7——精軋機(jī) 圖 1.2 切頭飛剪區(qū)設(shè)備布置圖 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 4 頁 切頭飛剪機(jī)的作用： 剪切軋件的頭、尾，以便軋件順利進(jìn)行精軋機(jī)，提高帶鋼卷取質(zhì)量，減少消耗， 提高成品率。處理軋制事故，當(dāng)出現(xiàn)卡鋼事故時(shí)，用飛剪切斷，減少事故損耗。 1.3.2 飛剪機(jī)的類型和特點(diǎn) 用飛剪機(jī)來橫向剪切運(yùn)動(dòng)著的軋件。人們?cè)趯?shí)踐中不斷改進(jìn)與提高使飛剪的性能 不斷完善。近年來，隨著軋機(jī)速度的不斷提高，提高飛剪的速度已成為人們普遍注意 與研究的問題，各國(guó)的飛剪設(shè)計(jì)研究工作者正在研究各類軋機(jī)用的高速飛剪及其生產(chǎn) 過程的全部自動(dòng)化，用電子計(jì)算機(jī)控制的飛剪已經(jīng)用于生產(chǎn)。經(jīng)過近百年的發(fā)展，在 生產(chǎn)中使用的飛剪，其類型很多，目前較常用的飛剪型式有圓盤式飛剪、滾筒式飛剪、 曲柄回轉(zhuǎn)杠桿式飛剪、曲柄偏心式飛剪、擺動(dòng)式飛剪和曲柄偏心搖桿式飛剪等，上述 各類飛剪從剪刃運(yùn)動(dòng)軌跡來看基本上有兩種，即剪刃做圓周運(yùn)動(dòng)和非圓周的復(fù)雜運(yùn)動(dòng) 軌跡兩種。 1 圓盤式飛剪 這種飛剪一般用在小型車間，將它安裝在冷床前對(duì)軋件進(jìn)行粗剪，或者安裝在精 軋機(jī)組前對(duì)軋件進(jìn)行切頭，以保證精軋機(jī)組的軋制過程順利進(jìn)行。 圓盤式飛剪工作可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并可應(yīng)用于軋制速度 10m/s 以上的場(chǎng)合，在小型 車間得到較廣泛的應(yīng)用，它的缺點(diǎn)是剪切斷面傾斜，但對(duì)切頭影響不大。 2 滾筒式飛剪 滾筒式飛剪是應(yīng)用很廣泛的一種飛剪，它安裝在連軋機(jī)前、后或橫切機(jī)組上，用 來剪切厚變小于 12 毫米的鋼板或小型型鋼。由于這種飛剪的刀片做簡(jiǎn)單的圓周運(yùn)動(dòng)， 它可以剪切運(yùn)動(dòng)速度高達(dá) 15m/s 以上的軋件。此類飛剪由于在剪切區(qū)刀片不是做平行 移動(dòng)，因而在剪切厚變軋件時(shí)，軋件端面不平，故作為成品定尺飛剪以剪切小型型鋼 和薄板為宜。 3 曲柄回轉(zhuǎn)杠桿式飛剪 這種飛剪用于剪切較大的帶材或鋼坯，由于刀片垂直軋件，故可使剪切斷面較為 平直，在剪切鋼板時(shí)可以采用斜刀刃，以便減少剪切力，這種飛剪缺點(diǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，剪 切機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量較多，動(dòng)力特性不好，刀片運(yùn)動(dòng)速度不能太快。 4 曲柄偏心式飛剪 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 5 頁 這種飛剪用于剪切厚度較大的鋼板和鋼坯，剪切軋件時(shí)刀片垂直軋件，故可使剪 切斷面較為平直，剪切時(shí)刀片的重疊量也能得到保證。在剪切鋼板時(shí)可以采用斜刀刃。 通過改變偏心軸的偏心量，改變剪刃軌跡半徑以調(diào)整剪切立尺長(zhǎng)度。此類飛剪安 裝在連續(xù)鋼坯軋機(jī)后面用于剪切鋼坯，也可裝在連軋帶鋼軋機(jī)前面用于切頭、切尾。 1.3.3 飛剪機(jī)研究的內(nèi)容和方法 （1）進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，了解飛剪機(jī)生產(chǎn)中存在的問題，并通過座談收集改進(jìn)方案，收集 有關(guān)資料。 （2）制定合理的設(shè)計(jì)方案，并畫出總圖。 （3）對(duì)飛剪控制系統(tǒng)提出合理要求，以保證剪切的尺寸，提高成材率，減少浪費(fèi)。 （4）進(jìn)行軸承的密封設(shè)計(jì)，防止水汽進(jìn)入軸承內(nèi)，以改善潤(rùn)滑性能，提高軸承壽命。 （5）進(jìn)行飛剪設(shè)計(jì)的計(jì)算和動(dòng)載荷分析，以減速系統(tǒng)的 GD2，便于啟制動(dòng)。 （6）選擇合理的電機(jī)類型和容載。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 6 頁 2 方案的選擇與評(píng)述 2.1 方案選擇 利用原機(jī)架，把原剪切機(jī)曲柄連桿式改為轉(zhuǎn)鼓形式，剪切速度不變，仍為 0.4～2m/s ，切頭飛剪住轉(zhuǎn)動(dòng)減速機(jī)由兩級(jí)斜齒圓柱齒輪、飛輪、箱體等組成。斜齒圓 柱齒輪具有加工工藝簡(jiǎn)單、加工精度高、傳動(dòng)效率好、裝配維修方便等優(yōu)點(diǎn)。從許多 廠家使用情況看，轉(zhuǎn)鼓式切頭飛剪切頭、切尾使用情況比曲柄連桿式要好。傳動(dòng)圖如 2.1 所示： 1、電機(jī) 2、制動(dòng)器 3、聯(lián)軸器 4、減速器箱 5、聯(lián)軸器 6、剪切機(jī)座 圖 2.1 傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖 注：本方案的工作原理是通過雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)減速器，通過減速器實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)剪刃剪切板材。剪刃只 適用于平刃剪，不適用斜剪。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 7 頁 2.2 方案評(píng)述 （1）采用雙電機(jī)方便啟制動(dòng)，減少啟動(dòng)時(shí)間，以便滿足剪切要求； （2）選用制動(dòng)器以便快速停機(jī)，以便下次剪切； （3）減速機(jī)的目的減速，以便電機(jī)容量減少，同時(shí)大齒輪相當(dāng)于飛輪作用，以便減 少剪切力矩； （4）剪鼓輪采用雙剪刃提高剪切效率，且對(duì)稱布置，以便剪切鼓輪平衡； （5）采用斜齒齒輪使轉(zhuǎn)鼓同步轉(zhuǎn)動(dòng)。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 8 頁 3 電機(jī)的選擇 3.1 剪切力的計(jì)算 基本參數(shù)： 來料寬度：2000mm 來料厚度：60mm 剪切溫度： 900?C? 軋件運(yùn)行速度：2m/s。 剪切力計(jì)算 剪切力公式的選擇，由參考資料得有以下幾種剪切力公式： （1） ；??n21 2730GDA?? （2） ；?siMPChbR （3） 。FK?btmax .6= ? 經(jīng)過計(jì)算得出公式（1） （2）計(jì)算的剪切力都偏大，因此選用公式（3）進(jìn)行計(jì)算， 所以 （3.1） P?btmax 0.6= ? 式中： ——考慮到刀刃磨鈍，剪切力提高系數(shù)，由文獻(xiàn)[2， ]得知 K 48?表 ， ，MPa70?bt?2.1? hbF?? （3.2） =2000 60? =120000mm 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 9 頁 1207. 06=max?P KN48? 3.2 剪切機(jī)的扭矩計(jì)算 滾筒式切頭飛剪總扭矩可按靜力學(xué)方法計(jì)算,最大剪切總扭矩的計(jì)算公式為： （3.3）?SinAPM????)(maxa 圖 3.1 受力簡(jiǎn)圖 式中： ——上 、下滾筒中心矩, ＝1280mmAA ——刃重合量 , ＝5mmSS ——對(duì)應(yīng)最大剪切力的剪切角? （3.4）sAh????)1(cos?? 式中： ——對(duì)應(yīng)最大剪切力的相對(duì)切入深度， ＝0.25? 51280).(6s9.? 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 10 頁 ，sin?04.16??276.0??SinAPM???)(maxa 276.0)5.8.13??7kN.2?? 3.3 轉(zhuǎn)股穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速 2cos60???RnHH?? （3.5） 由文獻(xiàn) [2，P244] 得知： 式中： ——軋件運(yùn)行速度H?smH/? ——剪刃圓弧半徑 R5.6420??）（R ——開始剪切角 2? （3.6） hs2cos??94.0605??2cos???RnH? 94.05614.32?min/r? 3.4 電機(jī)型式及電機(jī)容量的選擇 由于飛剪電動(dòng)機(jī)要求有優(yōu)良的調(diào)速性能，調(diào)速范圍大、平滑、方便、過載能力大， 可實(shí)現(xiàn)頻繁的快速起動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)，因此根據(jù)這些特點(diǎn)來初選電機(jī)： 初選電機(jī)容量： （3.7）?????950maxHnMN 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 11 頁 式中： ——電機(jī)過載系數(shù)，?75.2?? ——傳動(dòng)效率，取?90? 9.075231.1??N kW.6? 根據(jù)以上計(jì)算所得數(shù)據(jù)，查找專業(yè)手冊(cè)，選擇合適電機(jī)，由于電機(jī)采用起動(dòng)工作 制，每次剪切要求的加速時(shí)間非常短，電動(dòng)機(jī)功率幾乎完全由飛剪運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的加速條 件決定的，剪切力對(duì)電動(dòng)機(jī)功率實(shí)際上影響不大。該剪切機(jī)為便于起、制動(dòng)，選雙電 機(jī)驅(qū)動(dòng)，初步選交流電機(jī)型號(hào) TQ3940-6BC02-Z， N=1600kW，n=600 r/min 兩臺(tái)，則滿 足所需功率要求： 。kWNkN5.267320162?????需總 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 12 頁 4 主要零件的強(qiáng)度計(jì)算 4.1 減速機(jī)的計(jì)算 4.1.1 減速機(jī)的傳動(dòng)比分配 電機(jī)功率為 1600kW,額定轉(zhuǎn)速為 600r/min,每年 300 工作日,三班制,每班 8 小時(shí)（實(shí) 際按 3 小時(shí)）,壽命 10 年。 減速機(jī)采用雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其齒輪排列形式如下： 圖 4.1 傳動(dòng)示意圖 減速機(jī)傳動(dòng)比的分配原則：按齒面接觸強(qiáng)度相等，減速器具有最小的外行尺寸和 較有利潤(rùn)滑條件的原則。 總傳動(dòng)比： 163.9.30?Hni電 兩級(jí)齒輪傳動(dòng)，去齒輪減速高速級(jí)的傳動(dòng)比： 086.513.9.5.1??ii 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 13 頁 低速級(jí)傳動(dòng)比： 768.30.5192?i 4.1.2 減速機(jī)齒輪設(shè)計(jì) 1 選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) （1）按所設(shè)計(jì)的傳動(dòng)方案，選用斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)。 （2）選用 8 級(jí)精度（GB10095-88） 。 （3）材料選擇：小齒輪材料選用 34CrNi3Mo，整體調(diào)質(zhì)處理，強(qiáng)度極限 =803.6MPa,屈b? 服極限 =686 MPa,彎曲疲勞極限 =343 MPa,齒面硬度 HB320；大齒輪選用s?limF? 40CrMn2Mo，調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度 HB290, 強(qiáng)度極限 =862.4MPa,屈服極限 =686 b?s MPa,彎曲疲勞極限 =274.4 MPa,接觸疲勞極限均為 820 MPa。limF （4）選小齒輪齒數(shù) ，大齒輪齒數(shù) 。19?z 63.9108.5z12????i （5）選取螺旋角。初選螺旋角 β=14°。 2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) ??3 2112?????????HEdtt ZuTK???? （4.1） （1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 1）試選 Kt = 1.6。 2）由文獻(xiàn)[1,P217 圖 10-30]選取區(qū)域系數(shù) 。2.43 ZH? 3）由文獻(xiàn)[1,P215 圖 10-26]查得 ， 。78.01??87.0?? 則標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪傳動(dòng)的端面重合度 。65121? 4）由文獻(xiàn)[1,P205 表 10-7]選取圓柱齒輪的齒寬系數(shù) 。?d? 5）計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 015.9nPT?? 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 14 頁 （4.2） = 9.55× 601 3? =25466.7 mN? 6）由文獻(xiàn)[1,P201 表 10-6]查得材料的彈性影響系數(shù) 。2 1EMPa 18.9 Z? 7）計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) hjLnN1160? （4.3） ??1038160???952. uN/12? （4.4） 2.3/1059.2?? 8 由文獻(xiàn)[1,P207 圖 10-19]查取彎曲疲勞壽命系數(shù)： ；95.01HNK2.1?HNK 8）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 由文獻(xiàn)[1,P205 公式 10-12]取失效概率為 ％，安全系數(shù) S=1 得： （4.5） SHN1lim1][ ???82095.?MPa7???SKHN2lim2?180.??Pa94 許用接觸應(yīng)力： 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 15 頁 ??????2/1HH???? （4.6）??2/9847??MPa5.1 （2）計(jì)算 1）計(jì)算小齒輪分度圓直徑 ，由計(jì)算公式得：1td 3 231 5.819432.65.10724. ???????????t m.60 2）計(jì)算圓周速度 ? （ 4.7）10??ndvt?6.2s/m.8 3）計(jì)算齒寬 b 及模數(shù) nt tdb1?? （4.8） = 16.20?m? 1coszdmtnt?? （4.9）194cos6.20???m8.3 nth5 （4.10） 28.13.??9 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 16 頁8.29/16.0/?hbm7 4）計(jì)算縱向重合度 ?? ???tgzd138.0? （4.11） ??49.t5061? 5）計(jì)算載荷系數(shù) K 已知使用系數(shù) =1，根據(jù) v = 8.2m/s，8 級(jí)精度，由文獻(xiàn) [1,圖 10-8] 查得動(dòng)載系A(chǔ) 數(shù) ，由文獻(xiàn)[1,表 10-4] 查得 的計(jì)算公式：2.1?VK?HK （4.12）bdH ????????3210.)6.01(.2.1?? 6.25847. 由文獻(xiàn)[1 ，P198 圖 10-13]查得 ，由文獻(xiàn)[1，P195 表 10-3]查得4.1??FK ，所以載荷系數(shù)：.1??FHK （4.13）??HVA47.125.1?7? 6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑 （4.14）31/ttKd6.1572.60??m84 7）計(jì)算模數(shù) nm （4.15）1coszdn??9468.30??m5.? 3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 17 頁 （4.16）??321 cosFSdn YzYKTm???????? （1）確定計(jì)算參數(shù) 1）計(jì)算載荷系數(shù) （4.17）??FVAK?38.1425.1? 2）根據(jù)縱向重合度 ，由文獻(xiàn)[1，P217 圖 10-28] 查得螺旋角影響系數(shù)506.??? 。8.0?BY 3）計(jì)算當(dāng)量齒數(shù) （4.18）?31coszV??49381.20? ?3coszV??149732.06 4）查取齒形系數(shù) 由文獻(xiàn)[1,P200 表 10-5]查得， ； 。78.1??FY175.2??FY 5）查取應(yīng)力校正系數(shù) 由文獻(xiàn)[1,P200 表 10-5]查得， ； 。5.1?S 9.2?S 6）查取彎曲疲勞強(qiáng)度極限 由文獻(xiàn)[1 ，P208 圖 10-20 ]查得，小齒輪 MPa；大齒輪??c341?FE? MPa。274?FE? 7） 彎曲疲勞極限壽命系數(shù) 由文獻(xiàn)[1 ，P206 圖 10-18]查得 。8.0,5.21?FNFNK 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 18 頁 8）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取安全系數(shù) ,由文獻(xiàn)[1,公式（10-12）]得 4.1?S （4.19）SKFENF11[???4.3850?2SKFENF2][???4.1780?23 9）計(jì)算大、小齒輪的 并加以比較??FS Y?? 25.08176.1??S?. ??23.7912FSY??06.? 經(jīng)比較得，大齒輪的數(shù)值大。 （2）設(shè)計(jì)計(jì)算 32365.190267.807.54.2???nm7.16 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) 與由齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算的nm 法面模數(shù) 相差不大，取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)值 ，已可滿足彎曲強(qiáng)度要求。但為了n 18?n 同時(shí)滿足接觸疲勞強(qiáng)度，需按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑 來計(jì)算68.3041?d 應(yīng)有的齒數(shù)。于是由 （4.20）nmdz?cos1? 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 19 頁184cos6.30???m2. 取 ,則 ，取 。17?z78.5i12z 872?Z 4 幾何尺寸的計(jì)算 （1）計(jì)算中心距 ???cos21nmza?? （4.21）??????14cos287m65.9 將中心距圓整為 965mm。 （2）按圓整后的中心距修正螺旋角 ??amzn2arcos1??? （4.22）??9652187arcos??? 4'55''?14 因 β 值改變不多，故參數(shù) 、 、 等不必修正。???KHZ （3）計(jì)算大、小齒輪分度圓直徑 ?cos1nmzd? （4.23）'451 cos87???m0.3 ?cs2nzd'451o87??? 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 20 頁m60.14? 其他齒輪計(jì)算略,齒輪結(jié)構(gòu)如下所示 調(diào) 質(zhì) 處 理材 料 ,34:01MNCZr 0224:MCZnr材 料 圖 4.2 齒輪 1 簡(jiǎn)圖 圖 4.3 齒輪 2 簡(jiǎn)圖 調(diào) 質(zhì) 處 理材 料 ,34:0MNCZr 024:MCZnr材 料 圖 4.4 齒輪 3 簡(jiǎn)圖 圖 4.5 齒輪 4 簡(jiǎn)圖 （4）計(jì)算齒輪寬度 m50.31.1db????? （4.24） 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 21 頁 圓整后取 B =316mm,B =330mm。21 4.1.3 下轉(zhuǎn)鼓軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 （1）力能參數(shù)的計(jì)算 1）下轉(zhuǎn)鼓軸傳遞的功率 （4.25）02323 PP???齒承聯(lián) ? 由文獻(xiàn)[5 ，P109 表 4.2-9]查得：聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率： 軸承的傳動(dòng)效率：，聯(lián) 9.? ，齒輪的傳動(dòng)效率： 。98.0?軸?97.0齒??160.822323 ??? =2777.28kW 2）下轉(zhuǎn)鼓軸的轉(zhuǎn)速 in13? （4.26） 163.90min/r? 3）下轉(zhuǎn)鼓軸的扭矩 （4.27）335.9PT? 1.0287.3? Nk84 （2）材料的選用 選取軸的材料為 34CrNi3Mo 合金鋼，調(diào)制處理。 （3）軸結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì) 取 =112，于是得 0A 30minPAd?? （4.28） 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 22 頁31.2871??m49. 輸出最小直徑一般是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑，在選擇聯(lián)軸器是應(yīng)當(dāng)考慮。根據(jù)綜 合考慮初步設(shè)計(jì)軸及其軸上零件裝配方案如圖： 圖 4.6 下轉(zhuǎn)鼓軸及其齒輪和軸承裝配示意圖 初步選用聯(lián)軸器的最小直徑： 。m710in?d 1）軸承的選擇 因?yàn)樵撦S承主要承受徑向力而不承受軸向力，所以初選雙列圓柱滾子軸承 NN 型, 基本尺寸 。3401m730???TDd 圖 4.7 下轉(zhuǎn)鼓軸示意圖 2）軸向尺寸的確定 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 23 頁 軸承寬 340mm，組合齒輪 1（左）寬 975mm，齒輪 2（右）寬 400mm，齒輪與箱 壁之間的距離為 125mm，聯(lián)軸器（半）800mm。 3）軸的基本尺寸 。， ，，，，，， ，，，，，， m720d70d m1280d730dm720d715d152 5L52L85 0L538L6 432 6431?? ???? （4）繪制轉(zhuǎn)鼓軸的受力分析 圖 4.8 轉(zhuǎn)鼓軸受力示意圖 （5）計(jì)算各力 已知參數(shù)： =847.1kN，剪切力 P=6048kN，組合齒輪的 。3T 82341???? 1）計(jì)算兩齒輪上的各力 （4.29）kN0.628.147d5321??TFttt （4.30）??cos21gtr?'8430.6???tkN.25 （4.31）?tgFa?1 '28431.???k286 2）計(jì)算軸承上的切向力 BCADtNHLF??2 （4.32） 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 24 頁970.28.61438.61????kN.5 2t1HNHF （4.33） =2 63.5978.?? =725.97kN 3）計(jì)算徑向力 ①PFNV??r121 ②02r21 ?????? BDBEBCVaABr LFLMLF ③5121d? ④aaF? ①②③④聯(lián)立解得： NNVNV k53.216,k15.3401 （6）繪制下轉(zhuǎn)鼓軸的載荷分布圖如下： 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 25 頁 圖 4.9 軸的載荷分布圖（M，T 的單位為 kN·m） 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 26 頁 （7）計(jì)算彎矩 經(jīng)計(jì)算得水平面的彎矩為 mkNMHB??50.21 E46 C?9.3 垂直面的彎矩為 mNVA??k17.5 MB92 VE?8.436 C?k1 mNVD?7.5 合成總彎矩為 MA??k1. B76580 mNE?9.43 C?k2 D?17.5 （8）計(jì)算扭矩 mkNT??.843 （9）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 進(jìn)行校核時(shí)，通常是校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度） 。 取 a = 0.6，由文獻(xiàn)[1,P373 公式（15-5 ）]得軸的計(jì)算應(yīng)力為 WTMca 21????總 （4.34） ??32626180. ]).47(7.5[??Pa9.3? 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 27 頁 WTMca 22????總??32626180. ])15.4(79.43[??Pa.20? 均小于許用彎曲應(yīng)力[ ]=70 ,所以符合強(qiáng)度要求。21,ca?1?? 4.2 剪刃的設(shè)計(jì) 4.2.1 材料的選擇 剪刃材料要求具有高硬度、高耐磨性、高熱硬性，因此，選用剪刃合金鋼 ，該鋼具有較高強(qiáng)度和高硬度，但塑性較低，較適用于做剪切機(jī)刀片。該鋼SiCrW24 含碳 0.45%～ 0.35%，含錳小于 40%，含硅 0.80%～ 1.10%，含 Cr1.00%～1.30% ，含 W2.00%～2.50%。選用淬火熱處理，淬火介質(zhì)用油，淬火溫度為 860℃～900℃，淬火 后硬度為 HB217～179。 4.2.2 剪刃的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 為使剪后的軋件能順利進(jìn)入精軋機(jī)組，改善軋件頭尾質(zhì)量，剪刃設(shè)計(jì)成圓弧形狀 （垂直投影）凸凹剪刃相配合剪切軋件，如圖所示剪刀的形狀 圖 4.10 凸凹剪刃示意圖 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 28 頁 4.3 轉(zhuǎn)股軸承的選擇及校核 選用雙列圓柱滾子軸承 NN 型,基本尺寸 。此軸承不承受34017???TDd 軸向力，則受力分析如下圖所示 圖 4.11 轉(zhuǎn)鼓軸承受力分析圖 由軸的受力計(jì)算得 kN34.251?rerF806tt 53.16,.21VrVr kN97k975??HrHrFF 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 29 頁 211HrvrrF?? （4.35） 2297.5.340kN18? 22HrvrrF?263.597.3k81? 則得 kN47.3158.2821??rrF （4.36） 由文獻(xiàn)[1 ，P320 公式（13-9a）]得 rPFf? （4.37） 由文獻(xiàn)[1 ，P321 表 13-6]查得動(dòng)載荷系數(shù)，取 。5.2?Pf 47.312???P =8742.94kN 由文獻(xiàn)[1 ，P319 公式（13-5）]得 （4.38） ????????PCnLh601 滾子軸承 ，則310?? 3 10694.8723.10????????hL 852983.5h 每年工作小時(shí)數(shù)： ,則 故所選軸承滿足壽命要求。?hh3hL?? 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 30 頁 4.4 側(cè)隙調(diào)整機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 為便于剪刃側(cè)隙的調(diào)整，該剪切機(jī)安裝了一套側(cè)隙調(diào)整裝置，如下圖所示 1-中間套筒；2- 滾筒軸承壓蓋；3-軸承套；4-外套筒；5- 調(diào)整桿插孔；6-端蓋； 7-鍵；8- 鎖緊螺釘；9-墊圈；10-鍵；11-端蓋 圖 4.12 刀片側(cè)間隙調(diào)整裝置圖 刀片側(cè)間隙調(diào)整裝置是在滾筒的非傳動(dòng)側(cè)（操作側(cè)）端。側(cè)間隙調(diào)整基本結(jié)構(gòu)： 止推軸承內(nèi)座圓通過端蓋 6 與軸套固定在滾筒軸承壓蓋 2 的端部，外座圈則由一個(gè)帶 螺桿的軸承套 3 和端蓋 11 固定；軸套 3 裝在夾筒 1 內(nèi)，帶內(nèi)螺紋的軸環(huán) 4 擰在夾筒 1 的外螺紋上，并通過軸承套 3 的螺桿將其固定。為消除軸環(huán) 4 與夾筒 1 螺紋配合間隙， 在軸環(huán)的端面有 4 個(gè)鎖緊螺釘 8。 由于上下滾筒通過斜齒同步齒輪來傳動(dòng)，當(dāng)一個(gè)斜齒輪作軸向移動(dòng)時(shí)，與之其相 嚙合的另一斜齒輪必然作相應(yīng)的角位移，使一個(gè)滾筒相對(duì)另一個(gè)滾筒旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度， 從而改變上下刀片之間的側(cè)間隙。顯然，在調(diào)整刀片側(cè)向間隙時(shí)，要首先松開鎖緊螺 釘 8，在轉(zhuǎn)動(dòng)外套筒 4。由于中間套筒 1 固定在軸承座上，因而外套筒 4 就相對(duì)中間套 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 31 頁 筒 1 作軸向移動(dòng),并通過軸承套 3、端蓋 11 及止推軸承與滾筒軸承壓蓋 2 帶動(dòng)滾筒及其 徑向滾動(dòng)軸承內(nèi)座圈一起做軸向移動(dòng)，來實(shí)現(xiàn)剪刃側(cè)隙的調(diào)整。下滾筒允許軸向移動(dòng) 量為 毫米。5? 刀片側(cè)間隙調(diào)整后，還要使刀片圓弧對(duì)齊，這是將刀片固定螺絲松開后，沿軸向 移動(dòng)刀片來實(shí)現(xiàn)的。由于在滾筒上裝有兩把刀片，而用上述機(jī)構(gòu)只能調(diào)整一對(duì)刀片的 側(cè)間隙，不能同時(shí)保證將兩對(duì)剪刃側(cè)間隙調(diào)整到要求的數(shù)值。由于一對(duì)剪刃的側(cè)間隙 調(diào)好后，就不允許滾筒再有軸向移動(dòng)，因而另一對(duì)刀片側(cè)間隙的調(diào)整只能用增減墊片 的辦法來調(diào)整。 此飛剪機(jī)上下滾筒的同步傳動(dòng)齒輪沒有裝設(shè)副齒，齒輪不能在無側(cè)間隙下工作， 因而傳動(dòng)不夠平穩(wěn)。 4.5 聯(lián)軸器的選擇與校核 4.5.1 聯(lián)軸器的分類 按照聯(lián)軸器的性能可分為剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器。剛性聯(lián)軸器對(duì)所聯(lián)兩軸間的 相對(duì)位移缺乏補(bǔ)償能力，但有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，不需維護(hù)，成本低等特點(diǎn)而仍有 其應(yīng)用范圍；撓性聯(lián)軸器中又分為無彈性元件的撓性聯(lián)軸器和帶彈性元件的撓性聯(lián)軸 器， 。前一類只具有補(bǔ)償兩軸間相對(duì)位移的能力，后一類因裝有彈性元件，不僅可以補(bǔ) 償兩軸間的相對(duì)位移，而且具有緩沖減振的能力。 4.5.2 聯(lián)軸器的選擇 根據(jù)傳遞載荷的大小，軸轉(zhuǎn)速的高低，被聯(lián)接兩部件的安裝精度，參考各類聯(lián)軸 器特性，選擇一種合用的聯(lián)軸器類型。具體選擇時(shí)可考慮以下幾點(diǎn)： 1. 所聯(lián)接兩個(gè)軸的軸徑； 2. 傳遞的轉(zhuǎn)矩大小和性質(zhì)以及對(duì)緩沖減振功能的要求； 3. 聯(lián)軸器的工作轉(zhuǎn)速高低和引起的離心力大?。?4. 兩軸相對(duì)位移的大小和方向； 5. 聯(lián)軸器的可靠性和工作環(huán)境，以及成本。 根據(jù)以上幾點(diǎn)要求及以滿足聯(lián)軸器直徑大于軸的最小直徑為前提，同