950滾筒式飛剪機設計含6張CAD圖

950滾筒式飛剪機設計含6張CAD圖,滾筒,式飛剪機,設計,cad 摘 要 滾筒式飛剪是一個在軋鋼行業(yè)廣泛應用的重要設備。其結構簡單，使用方便、可靠，一般裝在連軋機組或橫切機組上。主要用于對軋件進行切頭、切尾或剪切規(guī)定尺寸。 本文主要是研究熱軋高線為剪切對象的滾筒式飛剪。利用當今流行的滾筒式飛剪設計算法，獲得滾筒式飛剪力能參數計算優(yōu)化理論與方法，根據工藝提供的被剪軋件的剪切溫度、剪切材料、剪切規(guī)格和軋件運動速度等其他工藝參數，使飛剪在滿足工藝條件的情況下，電機容量、滾筒式飛剪結構尺寸等達到最優(yōu)化。 關鍵詞： 滾筒式飛剪、高速線材、剪切力、電動機、潤滑 46 950 drum-flying shear Abstract Drum flying shear is a important equipment which is using in steel rolling industry. Its structure is simple, and it is easy to use, reliable, generally packed in strip mill or transection Unit. It is mainly for the workpiece for the first cutting, shearing off its tail or size requirements. This study investigated the hot and cold-rolled strip steel shear object to the drum-flying shear. Using today's popular roller flying shear design algorithm, to get a roller flying shear parameter optimization theory and the calculation method. According to the process provided by the shear shear workpiece temperature, shear materials, specifications and shear velocity workpiece, and other process parameters, Shear made in meeting the conditions, the electrical capacity, roller flying shear geometry to achieve the most optimal. Key words: Drum flying shear, high-speed wire, shear strength, electrical, lubrication 目 錄 摘 要…………………………………………………………………………………Ⅰ Abstract……………………………………………………………………………..Ⅱ 第一章 緒論………………………………………………………………………….6 1.1 設計的來源、目的、意義……………………………………………...6 1.2 線材生產的基本知識……………………………………………………6 1.3 線材工藝的發(fā)展現狀及未來趨勢………………………………………7 1.4 飛剪機類型與結構………………………………………………………8 1.4.1 滾筒式飛剪機……………………………………………………8 1.4.2 曲柄回轉杠桿式…………………………………………………9 1.4.3 曲柄偏心式飛剪機……………………………………………..10 1.4.4 擺式飛剪機……………………………………………………..10 1.4.5 曲柄搖桿式飛剪機……………………………………………..10 1.5 對飛剪機的要求………………………………………………………..10 1.5.1 作用……………………………………………………………..10 1.5.2 滾筒式飛剪工作制度…………………………………………..11 1.6 整體方案的確定………………………………………………………..10 1.6.1 單電機傳動方案………………………………………………..11 1.6.2 雙電機傳動方案………………………………………………..11 第二章 滾筒式飛剪力能參數計算…………………………………………………13 2.1 滾筒式飛剪剪切過程分析……………………………………………….13 2.2 剪切力與剪切力矩的計算……………………………………………….14 2.3 剪切功的計算…………………………………………………………….16 第三章 電動機的選擇………………………………………………………………17 3.1 電動機選擇……………………………………………………………….18 3.1.1 計算總的靜力矩…………………………………………………18 第四章 滾筒式飛剪零部件強度計算………………………………………………19 4.1轉速及扭矩的計算………………………………………………………..20 4.1.1 傳動比的確定……………………………………………………20 4.1.2 輸入軸的轉速及扭矩……………………………………………20 4.2齒輪傳動及參數計算……………………………………………………..20 4.2.1 選擇材料…………………………………………………………20 4.2.2 根據齒輪彎曲疲勞強度設計……………………………………21 4.2.3 校核齒面的接觸強度……………………………………………22 4.2.4 齒輪的尺寸明細及工作圖………………………………………23 4.3 軸的設計與校核………………………………………………………….25 4.3.1 選擇軸的材料……………………………………………………25 4.3.2 初步估算軸徑……………………………………………………25 4.3.3 軸的尺寸結構分析………………………………………………26 4.3.4 聯軸器的選用……………………………………………………27 4.3.5 軸承的選擇………………………………………………………27 4.3.6 軸的校核…………………………………………………………28 4.4 軸承與鍵的校核………………………………………………………….32 4.4.1 軸承的校核………………………………………………………32 4.4.2 鍵的校核…………………………………………………………32 4.4.3 對聯軸器進行校核………………………………………………33 4.5 刀架的設計與校核……………………………………………………….33 4.5.1 刀架的受力分析…………………………………………………34 4.5.2 刀架的強度校核…………………………………………………34 4.6 電動機的校核…………………………………………………………….36 4.6.1 電動機的發(fā)熱校核………………………………………………36 4.6.2 過載校核…………………………………………………………38 第五章 設備的冷卻及潤滑…………………………………………………………40 5.1 齒輪的潤滑……………………………………………………………….40 5.2 對軸承的潤滑……………………………………………………………40 5.3 950飛剪的維護與保養(yǎng)…………………………………………………40 5.4 飛剪機刀架的安裝和拆卸……………………………………………….40 結束語…………………………………………………………………………….42 參考文獻………………………………………………………………………….44 1 緒 論 1.1 設計的來源、目的、意義 飛剪機是裝設在連續(xù)式軋機的軋制作業(yè)線上，也可裝設在橫切機組、連續(xù)鍍鋅機組和連續(xù)鍍錫機組等連續(xù)作業(yè)精整機組上。本文所設計的950滾筒式飛剪機來源于高速線材軋制生產線，它適應高速切頭切尾的特征，并為高速線材技術突破點的關鍵要素之一。 飛剪機的工作性能直接影響著線材的軋制質量。簡單的滾筒工藝滿足了高速切削的特點。隨著鋼材市場的發(fā)展，它的作用也將得到不斷擴大。 1.2 線材生產的基本知識 線材是鋼鐵工業(yè)的重要產品之一，它廣泛用于各項基礎設施建設、建筑工程建設和金屬制品行業(yè)。用更為高效的生產工藝來提高軋制速度和成品精度一直是線材生產追求的目標。 線材俗稱“盤條”或“盤元”。線材軋制的特點是總的延伸率大，軋件的溫降快。因此，線材軋機的機架數目多，最多的達到27架，軋制速度快,每秒鐘高達120多米。 高線車間的主要設備是軋機組。一般分為粗軋機組、中軋機組、預精軋機組和精軋機組。從早期的軋機到現在的高線軋機，按軋機的分布方式可分為：橫列式軋機、連續(xù)式軋機、半連續(xù)式軋機。精軋機組的主要功能是使坯料得到初步的延伸，得到溫度合適、斷面形狀正確、尺寸合格、表面良好、端頭規(guī)矩、滿足工藝要求的軋件，通常輸送給中孔軋機斷面為Φ50mm。中軋機及精軋機的作用是繼續(xù)減少粗軋機的軋件斷面，為精軋機組提供軋制成品、線材所需的斷面形狀相等、尺寸精確并且全長斷面尺寸均勻、無內表面缺陷的中間料。 另外高線車間還有輔助設備如：加熱爐、活套、還有一些精整設備等。其中，高線軋機機組使用的是連續(xù)式加熱爐。由于斷面不大，多采用側出方式。鋼坯入爐有側入，端入兩種方式。側入爐門小，易保證爐子的嚴密性，但不如端進容易排列坯料，所以兩種方式均有采用。連續(xù)式加熱爐按鋼坯在爐內進入的方式分為連續(xù)式和步進式。最近幾年，高線軋機大都采用步進式連續(xù)加熱爐，隨著軋制能力的提高和工業(yè)爐技術的發(fā)展，連續(xù)式加熱爐還逐步演變?yōu)槎帱c供熱和多段控制的大容量加熱爐，并在加熱爐口應用了高效燃燒器、控制燃燒技術以及先進的節(jié)能技術和節(jié)能材料。這不僅大大提高了加熱爐的加熱能力，改善了加熱質量，而且大大幅度的降低了燃燒消耗和燃料燃燒帶來的大氣污染，自從計算機技術在加熱爐上使用，連續(xù)加熱爐的自動化水平得到了新的提高。 目前我國高速線材產品的主要品種有普碳鋼、優(yōu)碳鋼、焊條鋼、焊絲鋼、彈簧鋼、軸承鋼、碳結鋼、不銹鋼、高速工具鋼、冷鐓鋼、低合金鋼等。 1.3 線材工藝的發(fā)展現狀及未來趨勢 線材生產發(fā)展的總趨勢是提高軋速、增加盤重、提高精度及擴大規(guī)格范圍。自60 年代第一臺全新結構的摩根高速線材無扭精軋機問世后，引起了線材生產領域的革命性變化。線材軋制速度突破了以往的極限，達到42m /s。經過幾十年不斷的改進和更新換代，特別是80 年代以來由于各項制造技術、自動化控制技術的發(fā)展，檢測技術的進步，使軋制速度突破100m /s 大關，最大達到120m /s。坯料斷面尺寸擴大到150m m x150m m ～160m m x160m m ，個別使用180m m x180m m ，盤重達到2t以上，線材規(guī)格上限擴大到φ20 m m～25m m 。一般可按速度將高速線材軋機劃分為六代，其主要指標見表1： 表1.3.1 六代高速線材軋機主要指標 六代軋機 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ 年代 1965～1970 1971～1976 1977～1979 1980～1984 1985～1995 1995～ 保證軋制速度/（m.s） 42 50 60 75～80 100～105 120 最小輥徑速度/（m.s） 50 60 79 90～100 120 150 我國線材軋機的發(fā)展，最初受到其技術裝備水平和坯料的限制。隨著我國連鑄生產水平的提高，線材軋機實現了較快發(fā)展，其生產的產品質量也有了較大幅度的提高。目前，我國線材軋機的主力軋機大多都是直接使用連鑄坯成材的連續(xù)式軋機，其裝備和自動化水平也達到了現代軋機的先進水平，一改過去線材生產多次開坯、小坯成材的局面。但是，我國仍有為數不少的線材軋機的技術水平較為落后，其生產的產品品種較少且質量不高。線材軋機應堅持高速和連續(xù)的技術開發(fā)方向，并且著眼于全過程的連續(xù)。 我國線材生產量和消費量居世界首位，為了與我國鋼材消費的特點和消費水平相匹配，應該把線材作為一個值得重視的大品種，而線材工藝技術的提高也成為亟待解決的問題。 軋制工藝的進步具體表現為以下幾個方面：① 軋制速度的進一步提高； ② 采用減定徑機組進行緊密軋制； ③ 預精軋機采用“微型無扭軋機”； ④ 采用連鑄坯為原料并采用熱裝工藝； ⑤ 粗中軋機組采用全平立布置實現全線無扭軋制； ⑥ 采用低溫軋制技術； ⑦ 采用中負荷及超重負荷無扭精軋機組； ⑧ 采用控制軋制和控制冷卻； ⑨ 合金鋼采用高速無扭軋制和控制冷卻已趨成熟； ⑩ 廣泛采用在線測徑及渦流探傷 任何國家都不應封閉，都會從別的國家吸收、引進新技術。高線軋機發(fā)展的核心是圍繞速度的提高，速度越高，要求電控水平越高.在高速軋制狀態(tài)下，要求設備制造精度高，這就需要高精度的油膜軸承、高性能的潤滑系統(tǒng)和密封系統(tǒng)保證，以實現高速、無扭、微張或無張力軋制。速度提高的結果，在獲得一定生產量時可減少生產的線數，目前某些專家推薦單線生產，無扭軋制，可保證產品的精度以及高牌號硬線和合金線材的生產. 1.4 飛剪機類型與結構 飛剪按照用途可以分為切頭飛剪機與切定尺飛剪機兩大類；按照飛剪機的剪切機構，目前應用較廣泛的飛剪機有滾筒式飛剪機、曲柄式轉杠桿式飛剪機、曲柄偏心式飛剪機、擺式飛剪機和曲柄搖桿式剪機等。 1.4.1 滾筒式飛剪機 滾筒式飛剪機（圖1）是一種應用很廣的飛剪機。它裝設在連軋機組或橫切機組上，用來剪切厚度小于12mm的鋼板或小型型鋼。這種飛剪機作為切頭飛剪機時，其剪切厚度可達45mm。滾筒式飛剪結構簡單，可裝兩對剪刃分別切頭切尾，使用可靠。滾筒式飛剪設有快速更換剪刃裝置，它為維護與使用提供了方便。但這種飛剪剪刃不是垂直進入軋件，而是擠剪并舉，在剪切厚帶坯時剪切力急劇增加，剪切質量也不好。用來切頭切尾的的飛剪機采用啟動工作制。用于切定尺的滾筒式飛剪機，一般采用連續(xù)工作制。 1.4.2 曲柄回轉杠桿式飛剪機 用飛剪機剪切厚度較大的板帶或鋼坯時，為了保證剪后軋件剪切斷面的平整，往往采用刀片做平移運動的飛剪機。曲柄回轉杠桿式飛剪機（圖2）就是此類飛剪機的一種。 由于這類飛剪機在剪切軋件時刀片垂直于軋件，剪切斷面較為平整。在剪切板帶時，可以采用斜刀刃，以便減少剪切力。這種飛剪機的缺點是結構復雜，剪切機構動力特性不好，軋件的運動速度不能太快。用于小型型鋼廠的曲柄連桿式飛剪機，軋件速度小于5m/s，剪切的軋件厚度為30～70mm。 1—曲柄；2—刀架；3—搖桿 圖2 曲柄連桿式飛剪機 圖3 曲柄搖桿式飛剪機 1.4.3 曲柄偏心式飛剪機 這類飛剪機的刀片作平移運動。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。當導架旋轉時，雙臂曲柄軸以相同的角速度隨之一起旋轉。刀片固定在刀架上，刀架的另一端與擺桿鉸接，擺桿則鉸接在技架上。通過雙臂曲柄軸、刀架和擺桿可使刀片在剪切區(qū)作近似于平移的運動，以獲得平整的剪切斷面。 1.4.4 擺式飛剪機 用來剪切厚度小于6.4mm的板帶。刀片在剪切區(qū)做近似于平移的運動，剪切質量較好。 1.4.5 曲柄搖桿式飛剪機 這種飛剪機也稱作施羅曼飛剪機，用來剪切冷軋板帶。由于飛剪機工作時總能量波動較小，故可在大于5m/s的速度下工作。 1.5 對飛剪機的要求 1.5.1 作用：橫向剪切運動著的軋件 ① 剪刃在剪切軋件時要隨著運動著的軋件一起運動，即剪刃應該同時完成剪切與移動兩個動作，且剪刃在軋件運動方向的瞬時分速度V應與軋件運動速度V相等或大2%～3%。即V=（1～1.03）。 ②根據產品品種規(guī)格的不同和用戶的需求，在同一臺飛剪機上應能剪切同種規(guī)格的定尺長度，并使長度尺寸公差與剪切斷面質量符合國家有關規(guī)定。 ③能滿足軋機或機組生產率的要求。 1.5.2 滾筒式飛剪工作制度 圖 4 飛剪起動工作制圖 切頭飛剪機通常采用起動工作制。它經過待機、剪切、減速、停止和復位等過程，如上圖 4。 當剪切位置選定以后，剪刃由起始位置在電機的驅動下進行加速轉動，達到 穩(wěn)定速度，在經過穩(wěn)速階段后，剪刃開始進行剪切，剪切完成后，進入減速階段， 最后復位，等待進行下一次的剪切。其剪切行程如圖 5。 圖 5 滾筒式飛剪剪切行程圖 1.6 整體方案的確定 在設計中，既要結合實際又要結合理論方法，按個人構思靈活設計① 在結構設計中，設計方案的選擇和確定 950飛剪有兩種方案，一種由單電機傳動一個滾筒，而另一個滾筒由齒輪來傳遞力矩驅動，另一方案由兩臺電機分別帶動上下輸入軸，通過齒輪帶動兩個滾筒，對著兩種方案進行選擇。 1.6.1 單電機傳動方案 它由主動滾筒上的齒輪來傳動另一個滾筒，所以主動滾筒上的齒輪所受到的載荷遠遠大于從動滾筒上的載荷，軸所受到的載荷也遠遠大于從動滾動軸，這樣主動軸比從動軸更有破壞的可能，此方案的缺點是滾筒上的零部件易受到破壞而發(fā)生事故，另一缺點單機承受過大功率，此方案只能采取啟動工作機制而不能采取連續(xù)工作機制，但其也有優(yōu)點：上下剪刃同步性高，結構簡單且成本低。 1.6.2 雙電機傳動方案 它克服單電機傳動的缺點，首先，它的兩套傳遞系統(tǒng)平行傳動，每套系統(tǒng)的各個零件受力基本相同，不存在某個零件因受到載荷過大而破壞的問題；其次，它由連個電機傳動，每個電機受載相對較小，所以它更適合連續(xù)工作制，本次設計的950滾筒式飛剪要求既可切頭，又可進行碎斷，這樣電機處于啟動工作制，這樣看來，雙電機傳動更合適些，此外，線性軋機對機械的安全性要求高，飛剪機一旦出現故障，將迫使生產系統(tǒng)停止，故采用雙電機傳動方案比較合適。 傳動裝置的布置形式，采用電機驅動的飛剪機，電機及減速器的布置方式，可分為上傳動和側傳動的兩種形式，上傳動是指電機及減速裝置都布置在飛剪機的機架上，具有結構緊湊、占地面積小、坯料及料頭運輸條件好的優(yōu)點，單獨使用的中小型飛剪機多采用上傳動的形式；側傳動指電動機和減速裝置在飛剪機的側面，對于大型鋼坯飛剪機，因其結構傳動裝置的重量很大，不宜安在機架上部，一般采用側傳動方案，又由于生產線上軋件由輥道運輸，一般工人在機器的邊側操作，而機器的另一側安裝電機及傳動裝置。所以本次設計采用側傳動方案較為合理。 因此本次設計的950滾筒式飛剪機采用雙電機側傳動方案，因為本飛剪是一級減速，則共需四根主軸，包括兩根輸入軸和兩根傳動軸，兩幅大小相同的大小齒輪，具體傳動的結構如下：用電機通過聯軸器帶動輸入軸，通過輸入軸的小齒輪同剪軸上的大齒輪相嚙合，通過齒輪傳動把力矩傳給剪軸。通過剪力完成剪切工作。為使軸向力減少和結構簡單，大小齒輪均設計為直尺圓柱齒輪。 在每一個刀架上有同一條直線上成角的兩把刀，一個用來切頭，一個用來切尾，在停機時刀片處于水平狀態(tài)。 對設備的機架設計有三類：封閉式機架、開式機架、半閉半開式。一般的飛剪機只有開式與閉式。開式與閉式各有其特點，閉市機架能做成門形，它的剛性較好，但由于剪刀在里面，不易觀察其剪切情況，一旦發(fā)生事故不好處理。一般將大型的飛剪機采用此式機架。開式機架克服了閉式機架的缺點，但剛性小，剪切斷面小，一般適合于小型的飛剪機。 剪機的結構有鑄件和焊件。鑄件是整個機架采用連體鑄造或全部鑄造；焊件則采用普通零件焊接法，以前焊接技術不完善時采用鑄造，但鑄造又比較復雜，工藝繁瑣，因此對原料使用較多，而且鑄件的體形龐大、笨重。因此現多采用焊接。采用焊接可縮短周期，對于飛剪機的箱形機架則更易采用。大大節(jié)約成本，簡化工藝。因此本次設計的設備采用開式機架，剪機的結構采用焊接。 2 滾筒式飛剪力能參數計算 2.1 滾筒式飛剪剪切過程分析 金屬的剪切過程可以分為以下幾個階段：刀片彈性壓入金屬階段；刀片塑性 壓入金屬階段；金屬塑性滑移階段；金屬內裂紋萌生階段和擴展階段；金屬內裂 紋失隱擴展和斷裂階段。一般可粗略地分為兩個階段：刀片壓入金屬階段和金屬 塑性滑移階段。 圖 6 滾筒剪剪切過程示意圖 在不同的階段，被剪切金 屬剪切區(qū)域內應力狀態(tài)是不同 的。在整個剪切過程中，剪切 力應力狀態(tài)不斷變化，剪切力 也不斷變化。實驗表明，最大 剪切力產生于刀片塑性壓入階 段終了、金屬塑性滑移階段開 始之時。因此，一般可將剪切 過程分為兩個階段來建立剪切 過程的受力模型。壓入階段作 用在被剪切金屬上的力，如圖 圖 7 平行刀片剪切時作用力圖 7 所示。 2.2 剪切力與剪切力矩的計算 首先根據所剪軋件的最大斷面尺寸來確定剪切機公稱能力。它是根據計算的最大剪切力并參照有關標準和資料確定的。 最大剪切力 P=KτF 《軋鋼機械》 式8—13 式中 ——被剪軋件的原始斷面面積，mm; τ——被剪切軋件材料在相應剪切溫度下最大的單位剪切阻力，; K——考慮由于刀刃磨鈍刀片間隙增大而使剪切力提高的系數，根據小型剪切機P＜1.6MN, 取K=1.3。 上式計算中由于無單位剪切阻力試驗數據，故改用下式計算最大剪切力： P =0.6Kσ 《軋鋼機械》 式8-14 式中： σ——被剪軋件的原始斷面面積，mm； 系數0.6為考慮單位剪切阻力與強度限的比例系數。 選取σ=90 《軋鋼機械》 表8-4 根據設計參數 =1146 mm 終得 P=0.6x1.3x90x1146=80449.2=80.45 N 從而： τ= P/K·=80.45x/1.3x1146=54 根據刀片形狀，滾筒式飛剪的剪切力按平行刀片剪切機的計算方法而來。但是當飛剪機直接裝在軋機后面而沒有勻速機構時，刀片速度在剪切時可能超過軋件運動速度，則在軋件中產生應力。此拉應力亦作用在飛剪機的刀片上。根據虎克定律，軋件中的拉應力為： σ=E 《軋鋼機械》 式9-35 式中 E——彈性模數，對軋件在終軋溫度在800時，近似的等于45000～55000； ——剪切終了時，飛剪機與最后一架軋機間的軋件長度； ——剪切終了時，在軋件長度斷內有拉應力產生的伸長量。 伸長量可由剪切過程中刀片與軋件的水平移動量的差值來確定 =- 式中 ——剪切時間內刀片在水平方向移動量， ——剪切時間內軋件一定量。 軋件的移動量 =t 當刀片軌跡半徑為R的整圓時（圖8），剪切時間為 t= 角相當于剪切軋件厚度為時的開始 剪切角度，由下式確定 式中 S——刀片的重疊量，一般取5 ～25mm，這里取S=7mm。 由設計參數A=950mm，且由圖A=2R-S得 圖8 飛剪機的剪切過程 則，求得，為剪切終了的角度，考慮到剪切終了時相對切入深度得 由前述，查得 《軋鋼機械》圖8-6 則 根據設計要求及實際狀況取 根據實測 ，取 E=46000， 則刀架所受的拉力 T與的合力P為刀架所受到的力： 刀架所受的最大剪切力矩： 式中 為咬入角， Z為切入系數，前述已選 則 2.3 剪切功的計算 在所剪軋件無單位剪切功的實驗數據時，可通過所剪材料的強度限和延伸率近似求a。 當不考慮刀片磨鈍等因素時，剪切功 《軋鋼機械》 式8-18 其中 稱為單位剪切功 F——被剪軋件原始斷面面積， h——軋件高度， 由設計參數得：，由于所剪為線材 ——平均單位剪切阻力 ——段裂時相對切入深度 則 《軋鋼機械》 式 8-22 一般取，則（0.72～0.96） 《軋鋼機械》 表 8-4 《機械設計手冊》 表 3-1-9 則剪切功： 3 電動機的選擇 對于啟動工作制飛剪的電動機功率幾乎完全由飛剪機運動質量的加速條件來確定。因為每次剪切要求的加速時間非常短。 3.1 電動機功率選擇 式中： ——剪切軸上最大靜力矩； ——剪軸轉速； ——電機過載率，=1.3～1.7 ——從電機到剪子整個整個飛剪機的傳動效率，=0.94 由于飛剪只有在處理事故中采用連續(xù)工作制，而這種狀態(tài)出現的較少且時間間隔大，故過載率較大=1.7。 3.1.1 計算總的靜力矩 《軋鋼機械》 式8-23 式中： ——剪切力矩； ——摩擦力矩； ——空載力矩。 由前述，一般取， ——電機額定力矩，近似取， 則 式中： p——剪切力； M——軸樞處摩擦系數，查得M=0.11， d為剪軸軸承處的直徑，現場資料d=260mm， 剪軸轉速： 電機功率： 由此可得單個電機功率： 根據設備既在切頭、切尾時啟動工作制下運行，又在碎斷時連續(xù)工作制運行，負載性質有短時沖擊，生產工藝要求起制動控制方便等，選擇繞線式直流電動機，功率較小，另外工作軸轉速較低，環(huán)境溫度較高采用他冷。無減速器傳動的國外DMG280S電動機，其額定功率為45KW， 額定電壓220V，額定轉速335r/min。 4 滾筒式飛剪的參數設計 4.1 轉速及扭矩的計算 4.1.1 傳動比確定 電機的，剪軸對計算轉速為90r/min則 4.1.2 輸入軸的轉速及扭矩 由于輸入軸直接通過連軸器與電動機相連，則 則輸入軸扭矩： 式中： ——飛剪機輸入軸最大靜力矩 剪軸的轉速： 剪軸的轉矩： 4.2 齒輪傳動及參數計算 4.2.1 選擇材料 考慮到結構應簡潔便于使用和維護，選擇閉式直齒圓柱齒輪；又由于處于低速有沖擊載荷的運行環(huán)境，選擇硬齒面表面淬火HRC45～50材料為35SiMn，由于大小齒輪表面都淬火，齒輪的變形不大，對精度的要求不高，故選8級精度。 由于是閉式傳動且大小齒輪均為硬齒面，齒輪的主要失效形式有可能是齒輪折斷，也可能發(fā)生點蝕膠合等失效，則應按彎曲疲勞強度設計公式確定模數，然后校核接觸疲勞強度。 4.2.2 根據輪齒彎曲疲勞強度設計 《機械設計》 式5-31a 式中： m——模數,mm； k——載荷系數，可近似取1.3～1.7，這里取k=1.5； ——小齒輪傳遞的名義扭矩，由前面計算； ——復合齒行系數； ——齒寬系數，，vb—輪齒寬度，—小齒輪分度圓直徑； ——小齒輪齒數； ——許用彎曲應力 各參數的確定： ①根據齒輪齒數17不發(fā)生根切初選，則大齒輪的齒數。 ② 確定許用彎曲應力 《機械設計》式5-26 式中：——試驗齒輪齒根的彎曲疲勞極限，根據設計材料硬齒面表面淬火HRC45～50查得； ——試驗齒輪的應力修正系數，采用國家標準，=2； ——彎曲疲勞強度計算得壽命系數，一般取=1； ——彎曲強度的最小安全系數，一般傳動取=1.3～1.5，這里取=1.4； 則 ③ 確定復合齒行系數 由，變位系數X=0，查得=4.48 《機械設計》圖5-38 ④ 確定齒寬系數 根據齒輪位置不對稱，載荷系數變動較大且齒輪硬度均〉350HBS，取=0.6 《機械設計手冊》表14-1-62 綜合上述代入設計公式： 由于機架的中心距為950mm，為了保證剪切的同步性，并調整剪力的側向間隙， 所以大齒輪的分度圓直徑暫定為950mm，此時模數為。 綜合上述要求取標準模數m=14 。 《機械設計手冊》 表14-1-2 ⑤ 計算幾何尺寸 4.2.3 校核齒面的接觸強度 根據： 式中：——彈性系數，一對齒輪均為鋼制時?。? u——齒數比，根據設計。 把前面計算所得相關值代入上式： 齒面許用接觸應力： 《機械設計》 式5-27 式中：——試驗齒輪的接觸疲勞極限，查得=950； 《機械設計》 圖5-33 ——接觸強度的最小安全系數，取=1.2； ——接觸疲勞強度計算的壽命系數，一般取=1； ——工作硬化系數，由于是小齒輪故略去。 因為 ，故接觸疲勞強度足夠。 4.2.4 齒輪的尺寸明細及工作圖 表4.2 設計齒輪相關尺寸計算 名稱 代號 計算公式 相關值 模數 m 由強度得出 14mm 壓力角 分度圓直徑 d 齒頂高 齒根高 全齒高 頂隙 C C=0.25m C=3.5 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 基圓直徑 齒距 P P=44 齒厚 S S=22 齒槽寬 e e=22 中心距 a a=595 基圓齒距 =41.35 圖9 大齒輪零件工作示意圖 圖10 小齒輪零件工作示意圖 4.3 軸的設計與校核 4.3.1 選擇軸的材料 該軸無特殊要求，因而選用調質處理的45鋼，查得。 4.3.2 初步估算軸徑 按扭轉強度估算輸出端連軸器處的最小軸徑。根據表12-2按45鋼，取C=110；輸出軸的功率（為連軸器的效率，取0.99，為滾動軸承的效率，取0.99，為齒輪嚙合效率，取0.98）=45x0.99x0.99x0.98= 43.2kw。 輸出軸的轉速： 根據 式中：C——有軸的材料和承載情況確定的常數。 則剪軸的最小直徑，而在實際中剪軸的端頸為260mm，遠離剪子端的為190mm。 輸入軸的最小直徑，而在包鋼高速線材廠實際所使用的飛剪機與連軸器相連的直徑d=130mm，與軸承處相適的直徑為180～190mm之間，靠近電機端軸徑d=190mm，遠離電機端軸徑180mm。 4.3.3 軸的尺寸結構分析 生產實際中所選用的軸徑遠大于理論尺寸的原因： 首先，從加工工藝考慮，如果軸徑過小，則軸的成本就會增加，并且軸的尺寸精度和形狀公差將要求更高，同時考慮到輸入軸連軸器處有一個鍵槽所以軸徑應相應增加5%。 其次，理論所設計的值是按給定的剪切條件所設計，如只滿足此條件設計，不滿足加工范圍廣泛的條件，在工廠中不可能加工單一的軋件，并考慮可能出現的事故，軸徑應盡量選大些比較滿足實際需要。 圖11 下輸入軸結構設計圖 圖12 下剪軸結構設計圖 4.3.4 聯軸器的選用 首先應考慮所選孔徑與軸徑的相互適應，所以此步與確定軸的直徑同步進行。由于傳遞扭矩適中且需考慮良好的補償兩軸做任何方向的位移的能力，又考慮到起制動頻繁、成本較低，故選用彈性柱銷聯軸器。 公稱轉矩 計算轉矩 式中：K——工況系數，查得K=2.75， 《機械手冊》 表6-2-2 選得型號：LT13（GB/T4323-1984），重量182.386kg，轉動慣量J=4.88792。 4.3.5 軸承的選擇 高速軸：轉速相對較高，且主要承受較大的徑向載荷，有較大的沖擊載荷，故輸入端選用圓柱滾子軸承。 剪軸：此軸轉速較低，傳遞轉矩較大，為了適應不同工作條件在有剪刀的一端選用調心滾子軸承，因為此端受轉矩和沖擊較大，對整個軸來說，此點受力較大又是端點，軸很容易產生偏心。因此選用可調心的滾子軸承較好，另一端選用圓柱滾子軸承。 此工作軸及軸上的齒輪均為平行傳動和直齒輪，產生軸向力很小，故選用單列圓柱滾子軸承，內圈無擋邊。 表4.3 軸承選用列表 部 位 軸承名稱 型號 外徑D（mm） 內經d（mm） 寬（mm） 高速軸 輸入端 圓柱滾子軸承 92000 400 130 190 剪端 調心滾子軸承 300 180 96 剪軸 剪端 調心滾子軸承 440 260 144 另一端 圓柱滾子軸承 92338 400 190 78 4.3.6 軸的校核 4.3.6.1 輸入軸 先做出軸的受力計算簡圖，取集中載荷作用于齒輪及軸承的中點。 ① 齒輪的作用力的大小 轉矩： 圓周力： 徑向力： 的方向如圖所示。 圖13 輸入軸的強度計算圖 ② 求軸承的支反力 水平面上支反力： 垂直面上的支反力： ③ 畫彎矩圖（圖13中b、c、d） 截面C處的彎矩為： 水平面上的彎矩： 垂直面上的彎矩： 合成彎矩： ④ 畫轉矩圖（如圖13） ⑤ 畫計算彎矩圖（如圖13） 因單向回轉，視轉矩為脈動循環(huán)，，則截面C處的當量彎矩為： ⑥ 按彎扭合成應力校核軸的強度 a. 截面C當量彎矩最大，故截面C可能為危險截面。已知 查得 《機械設計》 表12-2 所以其強度足夠。 b. 截面D處雖僅受轉矩，但其直徑最小，則該截面亦為可能危險截面。 所以其強度足夠。 4.3.6.2 剪軸的強度校核 先作出軸的受力計算圖（如圖14），取集中載荷作用于齒輪及軸承的中點。 圖14 剪軸的強度計算圖 ① 齒輪上作用力的大小 轉矩： 圓周力： 徑向力： ② 求軸承的支反力： 水平面上的支反力： 垂直面上的支反力： ③ 畫彎矩圖 截面C處的彎矩為： 水平面上的彎矩： 垂直面上的彎矩： 合成彎矩： ④ 畫轉矩圖 ⑤ 畫計算彎矩圖 因單向回轉，視轉矩為脈動循環(huán)，，則截面C處的當量彎矩為： ⑥ 按彎扭合成應力校核軸的強度 截面C當量彎矩最大，故截面C為可能危險截面。 已知查得 《機械設計》 表12-2 所以其強度足夠。 4.4 軸承及鍵的校核 4..4.1軸承的校核 軸承的壽命計算：軸承壽命為 《機械設計》 式15-3 式中：——指數，對于滾子軸承； C——基本額定的載荷； P——軸承處所受的載荷。 以92000為例，進行壽命計算，查得 《機械設計手冊》 若一天工作24小時，一年360天計算： 天 所以，滿足。同樣可得其他軸承合理。 4.4.2 鍵的校核： ① 選擇鍵連接的類型和尺寸，在8級以上精度的齒輪油空心精度要求，應選平鍵連接，由于齒輪又有軸端，故選用圓頭普通平鍵LA型。 a. 選擇大型齒輪的鍵 根據d=220mm根據手冊得鍵的截面尺寸： 《機械設計手冊》 表14-107 由輪轂寬并鍵的長度系列取鍵長l=130mm。 b．選擇小齒輪的鍵： 根據d=140mm，查得鍵的截面尺寸： ， ， 《機械設計手冊》 表14-107 由輪轂寬并參考鍵的長度系列，取鍵長l=120mm。 ② 校核鍵的連接強度：由于鍵軸、輪轂的材料都是鋼，從手冊查得許用擠壓應力，取中間值，而鍵的工作長度L=L-b=130-50=80mm，鍵與輪轂鍵槽的接觸強度k=0.5h=14mm。 式中： ——鍵連接工作表面的壓強，； T——轉矩，； d——軸的直徑，mm， l——鍵的接觸長度，mm； k——鍵與輪轂接觸長度，mm； ——許用擠壓應力，。 由計算得 對于下齒輪軸上的鍵進行校核： 與大齒輪相同，許用擠壓應力，鍵的工作長度L=L-b=75mm，鍵與輪轂的鍵槽的接觸強度為 所以所選擇的鍵合格。 4.4.3 對連軸器進行校核： 以GⅡCL9型連軸器為例： ① 載荷計算： 公稱轉矩： 從GB4378-88中查得GⅡCL9型連軸器許用轉矩為， 由于，所以所選的連軸器滿足要求。 4.5 刀架的設計與校核 950飛剪的刀架是整個飛剪機中比較關鍵的零件，刀架上的剪刃對于在擠壓彎曲和嚴重磨損狀態(tài)下工作，必須采用高強度、高韌性的材料，因此飛剪機使用合金鋼整體淬火，硬度達到HRS73-75采用35CrMo合金。 4.5.1 刀架的受力分析 式中： T——為水平拉力， P——為剪切力 圖15 刀架的受力及危險截面簡圖 則垂直于刀架的力： 刀架受到的彎矩如圖： 4.5.2 刀架的強度校核 整個刀架上共有如圖所示的幾個危險截面，下面分別計算： a. 危險截面Ⅰ處 抗彎截面系數，由于其截面為矩形 《機械設計》表[8] 所以截面安全。 b. 對危險截面II處 所以截面安全。 c. 危險截面III處 所以其強度足夠。 通過校核，刀架上各個截面均滿足強度要求。 圖16 刀架的結構設計圖 4.6 對電動機的校核： 4.6.1 電動機的發(fā)熱校核 電機的額定轉矩： 整個系統(tǒng)的空載力矩： ， 取 所有軸承處的摩擦力矩： 式中： p——軸承處的徑向支撐力； ——軸承處的摩擦系數； d——軸承處的軸徑。 所以 電動機的工作載荷圖： 圖17 電動機工作載荷圖 計算角速度： 依據[2] 由于 所以電動機發(fā)熱校核合格。 4.6.2 過載校核 由已知得電動機的最大靜力矩 由[3]得： 由此可得過載校核合格。 至此，對整個950滾筒式飛剪機的主題零件的各個部分的設計均已完成，這其中的軸、軸承、齒輪、箱體、電機、連軸器等設計均為合格，通過校核，其大部分的強度要求均大大高于實際需要。這在很大程度上適應了現實生產，使飛剪機的工作要求大大降低。高強度的理論設計也保證了飛剪機的工作范圍擴大，可剪切各種類型的生產要求，同時也大大提高了安全性。當然也不能一味追求安全而忽視了成本，只有把各種因素綜合考慮才能達到一種最優(yōu)的效果。 5 飛剪機的潤滑 5.1 齒輪的潤滑 齒輪的潤滑在整個機器設備的潤滑中占有很重要的位置。齒輪壽命的長短直接機器設備的壽命。在950飛剪中，有四個齒輪，構成950飛剪機中的主要摩擦，對齒輪的潤滑，可以避免金屬的直接接觸，減少摩擦損失，還可以防止熱量的產生和齒輪的生銹。 綜合考慮，根據箱體的實際結構，采用噴油潤滑。上方的齒輪采用噴油潤滑， 下方的齒輪采用浸油潤滑。使用壓力將油噴到齒輪的嚙合處，不但潤滑齒輪而且及時對嚙合的齒輪降溫。 5.2 對軸承的潤滑 此次剪切機，由于全部采用滾子軸承在齒輪座中都加了油槽，特別是對調心滾子軸承，，采用開圓周油槽的型號，通過與軸承座上所開的油槽相連，在齒輪點潤滑過程中，油被噴到內箱壁上，油可順著油槽流入到軸承的油溝內，以達到潤滑的目的。 潤滑油的型號選擇，根據表[8]中10-11，根據齒輪的轉速選擇中負荷齒輪油，牌號為220號潤滑油，運動粘度在40時為198-242。 5.3 950飛剪的維護與保養(yǎng) 機器的維護和保養(yǎng)對延長設備的壽命和提高其工作效率有重要作用。對于 950飛剪來說，根據其工作制的特點，最易出現故障的地方就是剪刀由于不斷受到沖擊，其位置精度難以保證，所以必須對其進行校準。 對于維修來說，可采用平時檢修和定期大修為主。大修主要是對潤滑油的更換和機器零部件的清洗和加工修整。 5.4 飛剪機刀架的安裝和拆卸 由于飛剪機上剪軸的刀架的安裝采用過過盈安裝，固可采用熱裝法和液壓推 力法。安裝時可采用熱裝法，把上刀架放到加熱爐中加熱到一定程度用熱夾夾住套入軸，自然冷卻即可。 在拆卸時，將牽引螺柱擰入軸中，再用壓力板，螺母和墊圈固定液壓缸，在 輪轂與壓力板之間留有12mm的間隙，然后給液壓缸注油。油從刀架上的油孔進入刀架中的環(huán)形油槽，加壓，直到有油從軸端溢出，然后用力推出。 至此，本950滾筒式飛剪機的設計與安裝全部結束。 當然，在設計中，多多結合實際，不單單依靠理論，導致達不到可應用實際的目的。更應大量參考各種文獻，結合自己所學，積極開發(fā)自己的想象力，靈活設計合理構思，以便更好設計出更為高效實用的機器設備。 結 束 語 隨著畢業(yè)設計接近尾聲，大學的學習生涯也將畫上一個完滿的句號。在這半個學期里，我們遵循著教學計劃進行著實習與設計，結尾時期也需要對這所有的工作進行一個總結，也是完成一個知識與能力的升華過程。 首先，總結自己的付出與收獲。 1. 設計是在綜合運用自己所學知識做到一個理論服務于實際的過程；也是一個將這么多年的所得轉化為實實在在的生產力的過程。 設計是一個趨于完善的趨勢，因此我們是盡自己的努力綜合權衡成本與功效，結構與工藝的合理性與優(yōu)越性。 2. 設計是運用腦海中的知識積淀修飾與改進設備。在生活中我們利用已有 的原型進一步達到規(guī)范與完善的目的。因此是一項規(guī)范和嚴謹的工作，時時處處要求我們有理可依、有據可查，以達到互換性、合理性與科學性。 3. 設計不是一蹴而就的事情。來回掂量，反復修改是它的一大特色。事實 上也正是這一過程決定了我們的設計成果能否優(yōu)于他人。 4. 一些先進的理論和方法是我們完成理論奠基的框架上進一步的優(yōu)化。我 們不可忽視其所帶來的有力支持，但同時也應分清主輔，不能一味冒進。 5. 任何時候虛心與協(xié)作是我們成就一項成果的關鍵。知識的無邊際決定了 我們總有為自己所忽視的地方，而善于請教老師和同學很好解決了這一問題。同時正如完成一項工程需要不同功能的機械設備一樣，設計不同設備的我們也應相互探討利弊，一是為了使自己的設計變得簡單；二是為了自己將來設計的設備能更好的同其他設備協(xié)作完成預期目標。 接下來，再說一說遇到的問題。 小到一套設備大到一條生產線，決定產品生產效率和競爭實力的順推下來就是我們所設計的每一個零部件的優(yōu)劣。每一次的選材、定型、確定工藝和工序、校核強度和壽命、挑選適配件都有其嚴格且頗富依據的程序，而存在于每一個背后的是強大的理論依據與扎實的基本功。所以，設計不是簡單的照搬他人；設計也不是簡單的推選組合，遇到每一個不懂的地方，極其需要我們反過頭回顧自己曾經的所學，鼓勵我們自己要有一種追根溯源的精神，概念上的模糊勢必造成設計成果的缺陷。 最后，表達一下自己的心情。 也許是即將告別，老師和同學在最后一學期的設計中表現出無比竭誠的合作，盡己所能的幫助他人。設計的圓滿完成積聚了每個人的辛勞與智慧。學業(yè)上的互助同樣也為我們事業(yè)上的精誠合作奠定了深厚的感情基礎。所以，我們也會把這份感謝