圓盤式剪切機(jī)設(shè)計(jì)第１頁圓盤剪切機(jī)設(shè)計(jì)摘 要現(xiàn)在各國工業(yè)迅猛發(fā)展，鋼鐵企業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的主要支柱，它的發(fā)展?fàn)顩r很大程度上可以反映出國家的實(shí)力?，F(xiàn)代鋼鐵冶金業(yè)發(fā)展的一個著眼點(diǎn)就是針對鋼材的處理速度。圓盤剪切機(jī)就是其中的一臺重要設(shè)備。圓盤剪切機(jī)通常設(shè)置在精整作業(yè)線上，用來將運(yùn)動著的鋼板的縱向邊緣切齊或切成窄帶鋼。根據(jù)其用途可分為兩種類型：剪切板邊的圓盤剪和剪切帶鋼的圓盤剪。本文中對圓盤剪切機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算是在對某鋼鐵集團(tuán)公司冷軋廠 1700 橫切機(jī)組大量調(diào)研的背景下進(jìn)行的。通過對圓盤剪切機(jī)及相關(guān)設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入了解，并從材料力學(xué)、動力學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度出發(fā)，對圓盤剪切機(jī)的主傳動系統(tǒng)，壓下系統(tǒng)、側(cè)間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。重點(diǎn)包括電動機(jī)的計(jì)算選取、軸和齒輪的設(shè)計(jì)，以及其他傳動裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)等，同時對部分主要零部件進(jìn)行了強(qiáng)度校核。本次設(shè)計(jì)的改進(jìn)點(diǎn)：首先，在徑向間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)，其二，側(cè)向間隙調(diào)整增加自鎖裝置。其三，寬度調(diào)整采用行星齒輪減速機(jī)。最后增加了測速機(jī)構(gòu)。本圓盤剪切機(jī)可普遍用于橫切機(jī)組、酸洗機(jī)組等。關(guān)鍵詞：圓盤剪切機(jī)；帶鋼；壓下裝置；強(qiáng)度校核圓盤式剪切機(jī)設(shè)計(jì)第２頁The disc alligator shears design AbstractThe industry of various countries develops rapidly now, the steel, as the main pillar of industry, its development can reflect the national strength to a great extent. The processing speed of steel products is one of the respects in Modern steel metallurgy industry’s develop. Disc shears are important equipment among them.Disc shear machine set up in finishing production line. It usually uses to cutting neat the movement steel plate longitudinal edge and cut the strip into narrow one. It can be divided into two kinds according to its use: disc shears of cut stencil plate’s side and disc shears of cut strip.The disc shears design calculation is taken in making the massive investigation to the XXX steel group Cold-rolling mill 1700 transverse cutting aircrew as the background. We have thorough understanding to the disc shears and the correlation equipment. We had very designed to the main transmission system, depress the system and gap adjustment organization, we are carry on these designs from the materials mechanics angle, dynamics and economic. The main content including electrical machinery selection, Axis and gear design, Implement agency design and so on, and the same time, we make the optimized improvement and the intensity examination to the major parts. The improvement spots in this design: First, in radial clearance adjusting mechanism link motion gear, second, backlash adjustment increase self-locking installment. Third, the width control uses the planet gear speed reducer. Finally increased has measured the fast organization. This disc shears may use in the transverse cutting unit, the acid pickling unit generally and so on.Key words: Disc shear；Strip；Depress the system；The intensity examination圓盤式剪切機(jī)設(shè)計(jì)第３頁目 錄第一章 緒論 11.1 選題的背景和目的 11.2 圓盤式剪切機(jī)國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀 11.3 圓盤剪切機(jī)研究的內(nèi)容和方法 31.3.1 圓盤剪切機(jī)在機(jī)組的布置和作用.31.3.2 圓盤剪切機(jī)的類型和特點(diǎn)51.3.3 圓盤剪切機(jī)設(shè)計(jì)內(nèi)容和方法5第二章 設(shè)計(jì)方案的選擇和方案評述 6第三章 電機(jī)容量的計(jì)算 83.1 定性選電機(jī) 83.2 選擇電動機(jī)的容量 83.3 確定轉(zhuǎn)速 113.4 電動機(jī)的校核 12第四章 主要零件強(qiáng)度計(jì)算校核 144.1 齒輪的計(jì)算與校核 144.1.1 齒輪的計(jì)算.144.1.2 按接觸疲勞強(qiáng)度校核154.1.3 按彎曲疲勞強(qiáng)度校核194.2 傳動軸的強(qiáng)度校核計(jì)算 20圓盤式剪切機(jī)設(shè)計(jì)第４頁4.2.1 軸的材料及其機(jī)械性能.204.2.2 軸的模型及傳遞功率的確定214.2.3 按彎扭合成進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核214.2.4 按疲勞強(qiáng)度進(jìn)行精確校核244.3 軸承的選取及校核 284.3.1 根據(jù)工作條件選取軸承類型284.3.2 根據(jù)軸承結(jié)構(gòu)確定軸承的型號.284.3.3 軸承的壽命校核.284.3.4 驗(yàn)算軸承的極限轉(zhuǎn)速314.4 鍵的選取及校核 314.4.1 鍵的尺寸的選擇314.4.2 鍵的強(qiáng)度校核31第五章 聯(lián)軸器的選擇 335.1 聯(lián)軸器的分類 335.2 聯(lián)軸器的選擇 335.3 聯(lián)軸器的強(qiáng)度計(jì)算 34第六章 系統(tǒng)的潤滑 356.1 潤滑劑的種類 356.2 潤滑方式的選擇 356.3 潤滑方式的選擇確定 356.3.1 齒輪減速器的潤滑方式356.3.2 部分傳動齒輪、軸承的潤滑方式36圓盤式剪切機(jī)設(shè)計(jì)第５頁第七章 試車方法和對控制系統(tǒng)的要求 377.1 試車要求 377.2 對控制系統(tǒng)的要求 37第八章 設(shè)備可靠性與經(jīng)濟(jì)評價(jià) 388.1 機(jī)械設(shè)備的有效度 388.2 機(jī)械設(shè)備的投資回收期 38總結(jié) 40致謝 41參考文獻(xiàn) 42圓盤式剪切機(jī)設(shè)計(jì)第６頁圓盤剪切機(jī)設(shè)計(jì)第一章 緒論1.1 選題的背景和目的剪切機(jī)有各種類型，平刃剪、斜刃剪、圓盤剪和飛剪。平刃剪用于剪切方坯，斜刃剪用于剪切板材，而圓盤剪廣泛用于縱向剪切厚度小于 20~30 毫米的鋼板及薄帶鋼。而飛剪用于剪切運(yùn)動著的軋件，其剪刃有平刃、斜刃和圓盤式飛剪。圓盤式剪切機(jī)由于刀片是旋轉(zhuǎn)的圓盤，因而可連續(xù)縱向剪切運(yùn)動鋼板和帶鋼。圓盤式剪切機(jī)通常設(shè)置在精整作業(yè)線上用于將運(yùn)動著的鋼板縱向邊緣切齊和剪切或者切成窄帶鋼，根據(jù)其用途可分為剪切板邊的圓盤剪和剪切帶鋼的圓盤剪。剪切板邊的圓盤剪，每個圓盤刀片均以懸臂的形式固定在單獨(dú)傳動的軸上，刀片的數(shù)目為兩對。這種圓盤剪用于厚板精整加工線。板卷的橫切機(jī)組和連續(xù)酸洗機(jī)組等作業(yè)線。剪切帶鋼的圓盤剪用于板卷的縱切機(jī)組，連續(xù)退火和渡鋅機(jī)組等作業(yè)線上。將板卷切成窄帶鋼，作為焊管坯料和車圈的坯料等。這種圓盤剪的刀片數(shù)目是多對的，一般刀片都固定在兩根公用的運(yùn)動軸上，也有少數(shù)的圓盤刀片是固定在獨(dú)立的傳動軸上的。這次選圓盤式剪切機(jī)作為設(shè)計(jì)題目是在對 1700 橫切機(jī)組的調(diào)研的背景下進(jìn)行的。1700 橫切機(jī)組使用多年，其中圓盤剪使用過程中存在一些問題。工廠對該剪切機(jī)也進(jìn)行了多次改造。圓盤剪使用過程中傳動系統(tǒng)精度底，徑向調(diào)整機(jī)構(gòu)和刀片側(cè)向調(diào)整精度低，迫切要求更新和改造設(shè)計(jì)。這次設(shè)計(jì)的目的就是通過設(shè)計(jì)對主軸傳動系統(tǒng)，刀片側(cè)向調(diào)整機(jī)構(gòu)，特別是各個機(jī)構(gòu)中的傳動部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過設(shè)計(jì)過程掌握圓盤剪單體機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)方法，使所學(xué)的理論知識和實(shí)際結(jié)合起來，提高設(shè)計(jì)能力，獨(dú)立分析能力和繪圖技術(shù)，進(jìn)行規(guī)范化的的訓(xùn)練為今后的工作打下有力的基礎(chǔ)。1.2 圓盤式剪切機(jī)國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀圓盤剪切機(jī)有下列幾個機(jī)構(gòu)組成：刀盤旋轉(zhuǎn)傳動系統(tǒng)，刀盤徑向調(diào)整和刀片的側(cè)向調(diào)整，剪切寬度的調(diào)整等。剪切寬度的調(diào)整實(shí)際上就是對機(jī)架的距離調(diào)整。圓盤式剪切機(jī)設(shè)計(jì)第７頁早期圓盤式剪切機(jī)速度較低，圓盤式剪切機(jī)刀片旋轉(zhuǎn)是用電機(jī)通過齒輪傳動，以及和萬向連接軸來實(shí)現(xiàn)的。刀盤徑向間隙調(diào)整用電機(jī)通過蝸桿蝸輪傳動是偏心套轉(zhuǎn)動來實(shí)現(xiàn)的。而刀片側(cè)向間隙是用手動通過蝸輪傳動使刀片軸軸向移動來完成的。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，圓盤式剪切機(jī)剪切速度在逐漸提高，由于受到碎邊機(jī)的限制，現(xiàn)在大型圓盤剪切機(jī)的剪切速度通常為 0.4 米/秒。目前圓盤式剪切機(jī)裝在橫切機(jī)組上，剪切厚度為 0.6~2.5 毫米，寬度為 700~1500 毫米。帶鋼剪切速度達(dá)到 1~3m/s。刀片傳動通過減速機(jī)和 4 個相同尺寸的齒輪同時傳動兩對刀片。為保證刀片同步，4 個齒輪組成相當(dāng)于連桿機(jī)構(gòu)，使齒輪傳動的中心距不變，提高了齒輪傳動精度，為調(diào)整上刀片徑向間隙，上刀片軸承座可沿機(jī)架滑道上下移動?；苿佑冕橗X擺線減速機(jī)，它體積小、速比大、調(diào)整精度高。刀片軸向距離調(diào)整也采用針齒擺線減速機(jī)驅(qū)動絲桿和螺母來實(shí)現(xiàn)，為了提高傳動精度，傳動系統(tǒng)增加了測速裝置，進(jìn)行主傳動速度調(diào)整。圓盤剪后設(shè)置碎邊剪，將剪切下來的板邊剪成碎段送到下面的滑槽中，也可對剪下來的薄板邊用卷取機(jī)卷起來，然后停車卸卷。為了使切下來的板邊的鋼板平直，在出圓盤剪時切邊應(yīng)向下彎曲，現(xiàn)在采用上刀片軸相對下刀片軸移動一個不大的距離或者上刀片直徑比下刀片直徑小一些來實(shí)現(xiàn)見圖 1.1。圖 1.1 使鋼板保持水平位置的方法目前，各國都在研究擴(kuò)大圓盤剪的剪切范圍，有的國家已經(jīng)采用兩臺連續(xù)圓盤剪，剪切厚度為 10 毫米的鋼板，第一臺圓盤剪切入板厚的 5%~10%，緊接著由第二臺圓盤剪將鋼板全部切斷，見圖 1.2。在冷軋橫切機(jī)組上采用不帶驅(qū)動裝置的圓盤剪，其圓盤剪刀片的傳動是由帶有一定張力的被剪切的帶鋼來帶動實(shí)現(xiàn)拉剪方式。分條圓盤剪為了提高工作效率，從而采用了兩套機(jī)架，輪流使用，整體更換使設(shè)圓盤式剪切機(jī)設(shè)計(jì)第８頁備的維修性提高，但投資費(fèi)用大。1.3 圓盤剪切機(jī)研究的內(nèi)容和方法1.3.1 圓盤剪切機(jī)在機(jī)組的布置和作用1、熱軋鋼板精整機(jī)組熱軋鋼板精整機(jī)組示意圖如圖 1.3 所示圖 1.2 雙重圓盤剪示意圖1. 運(yùn)輸輥道 2. 前斜刃剪 3. 后斜刃剪 4. 圓盤剪 5.碎邊機(jī)圖 1.3 熱軋鋼板精整機(jī)組示意圖熱軋鋼板冷卻后由運(yùn)輸輥道運(yùn)輸?shù)胶笮比屑暨M(jìn)行切頭，然后送到圓盤剪切邊，在達(dá)到一定寬度要求后送到冷床。切下的邊由碎邊機(jī)剪切成小段后運(yùn)走。為滿足鋼板的長度要求，再由輥道運(yùn)回前斜刃剪，加工成一定的尺寸長度。圓盤式剪切機(jī)設(shè)計(jì)第９頁圓盤剪的作用是剪切鋼板寬度尺寸，即去掉兩邊并切齊滿足寬度要求。2、1700 橫切機(jī)組1700 橫切機(jī)組的布置見圖 1.4 所示。1. 拆卷機(jī) 2. 伸直機(jī) 3. 下切剪 4. 17 輥矯直機(jī) 5. 圓盤剪6. 17 輥矯直機(jī) 7. 飛剪機(jī) 8. 涂油機(jī) 9. 給料機(jī) 10. 垛板臺圖 1.4 1700 橫切機(jī)組示意圖由吊車將鋼卷吊來放到鏈?zhǔn)絺魉蜋C(jī)上進(jìn)入拆卷機(jī)拆卷，由伸直機(jī)將板頭伸直，由下切剪切頭后經(jīng) 17 輥矯直機(jī)初矯后到圓盤剪進(jìn)行切邊，再送入 1700 矯直機(jī)進(jìn)行膠直，最后由飛剪組合控制剪切帶鋼的長度，帶鋼連續(xù)運(yùn)行切斷，由涂油機(jī)經(jīng)給料輥進(jìn)入磁力輥道（或磁性皮帶）送到垛板臺上落下垛起，當(dāng)達(dá)到一定高度后由吊車運(yùn)走。圓盤剪的作用就是將矯直后的帶鋼連續(xù)切邊，并使其達(dá)到一定寬度要求，再送到飛剪機(jī)連續(xù)剪切到要求的長度尺寸。3、1700 冷縱剪切機(jī)組1700 冷縱剪切機(jī)組布置見圖 1.5 所示。1. 拆卷機(jī) 2. 伸直機(jī) 3. 下切剪 4. 給料機(jī)5. 圓盤剪切機(jī) 6. 卷邊機(jī) 7. 風(fēng)動分離盤 8. 分卷卷取機(jī)圖 1.5 1700 冷縱剪切機(jī)組示意圖圓盤式剪切機(jī)設(shè)計(jì)第１０頁縱剪就是將鋼板破成窄條。鋼卷由吊車吊到拆卷機(jī)處拆卷，將頭伸直經(jīng)下剪切頭由給料機(jī)送到圓盤剪切縱切后切成窄條，給風(fēng)動分離盤，由分卷取機(jī)卷成窄帶卷，卸卷后由吊車吊走送入成品庫。切下的帶鋼邊，由板卷機(jī)卷成卷，卸下后送走。圓盤剪切機(jī)的作用是將冷軋成卷帶鋼切成窄條，并卷成窄帶鋼卷。其窄帶鋼卷的寬度由刀盤軸定位環(huán)調(diào)整，使刀盤之間位置變化。1.3.2 圓盤剪切機(jī)的類型和特點(diǎn)圓盤剪切按用途分為剪切板邊圓盤剪和剪切帶鋼縱切圓盤剪。1、剪切板邊的圓盤剪熱軋鋼板圓盤剪，剪切厚度小于 20 毫米，徑向調(diào)整采用偏心套，同步齒輪與刀片軸用萬向連接軸傳動。熱軋鋼板圓盤剪的另一種類型，剪切厚度在 40~50 毫米，采用二架圓盤剪同時剪切，第一架切入一定的深度后第二架圓盤剪再將其完全切斷。冷軋帶鋼圓盤剪，剪切厚度 0.5~2.5 毫米之間，徑向調(diào)整移動上刀盤同步齒輪采用四連桿機(jī)構(gòu)。有的冷軋帶鋼圓盤剪采用測速裝置，使剪切精度更準(zhǔn)確。冷軋帶鋼圓盤剪的另一中類型，刀盤不帶驅(qū)動，而是利用帶鋼拉著剪切。2、剪切帶鋼縱切圓盤剪縱切圓盤剪將帶鋼連續(xù)破條剪切，采用多對刀盤，刀盤軸傳動有兩種：一種是集中驅(qū)動，另一種刀盤軸分別驅(qū)動。1.3.3 圓盤剪切機(jī)設(shè)計(jì)內(nèi)容和方法1、通過靠工廠調(diào)研，了解同類圓盤剪生產(chǎn)中存在的問題，查閱相關(guān)資料掌握圓盤剪的發(fā)展現(xiàn)狀。2、制定圓盤剪設(shè)計(jì)方案，在認(rèn)真研究，有創(chuàng)新和改進(jìn)，方案合理，并進(jìn)行方案評述。3、進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，保證機(jī)件強(qiáng)度和剛度，計(jì)算公式采用要有依據(jù)。4、畫出總圖，部分部件圖和零件圖，利用計(jì)算機(jī)繪圖。5、對設(shè)計(jì)中控制系統(tǒng)提出要求，選擇潤滑方法。圓盤式剪切機(jī)設(shè)計(jì)第１１頁6、試車方法和維修技術(shù)，保證維修方便。7、對設(shè)備進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析和評價(jià)，降低設(shè)計(jì)成本。第二章 設(shè)計(jì)方案的選擇和方案評述本次設(shè)計(jì)所選的設(shè)計(jì)題目是 1700 橫切機(jī)組的圓盤式剪切機(jī)，它有兩中類型，一種是一般的切邊圓盤剪，有的設(shè)有測速電機(jī)，另一種靠帶鋼拉動圓盤剪刀進(jìn)行剪切稱為拉剪。設(shè)計(jì)方案選擇設(shè)有測速機(jī)構(gòu)的圓盤剪，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2.1 所示。1. 帶電機(jī)擺線針輪減速器 2. 徑向調(diào)整減速機(jī) 3. 調(diào)整絲桿 4. 刀盤5. 離合器 6. 增速機(jī)構(gòu) 7. 減速機(jī) 8. 電機(jī) 9.10.11.12 同步齒輪13. 刀盤側(cè)向間隙調(diào)整裝置 14. 機(jī)座移動機(jī)構(gòu) （寬度調(diào)整機(jī)構(gòu)）圖 2.1 圓盤剪結(jié)構(gòu)示意圖該圓盤剪裝在橫切機(jī)組上，用來剪切厚度為 0.6~2.5 毫米，寬度為 700~1500 毫米的帶鋼。剪刃線速度為 1~3 米/秒。圓盤式剪切機(jī)設(shè)計(jì)第１２頁主傳動由電機(jī) 8 通過減速機(jī) 7 同時傳動兩對刀盤，上刀盤與齒輪 9 相連，下刀盤與齒輪 10 相連，齒輪 9、11，12 之間用連桿相連，以保證各齒輪中心距不變。因此在調(diào)整刀盤徑向間隙（調(diào)整上刀盤位置）時各齒輪能很好的嚙合，刀盤側(cè)向間隙調(diào)整時，轉(zhuǎn)動手輪使螺紋套筒旋出，從而使下刀盤做軸向移動，調(diào)整間隙很小，調(diào)整好再鎖緊。刀盤徑向調(diào)整通過帶電機(jī)的減速機(jī) 1，調(diào)整減速機(jī) 2，及調(diào)整螺絲帶動上刀盤軸的軸承座沿著架體內(nèi)滑道上下移動。在剪切機(jī)下部設(shè)置機(jī)架橫移機(jī)構(gòu)，由電機(jī)通過行星減速機(jī)傳動左右兩端螺紋方向相反的絲桿，由固定機(jī)架的螺母帶動機(jī)架沿著導(dǎo)軌作相同或者相反移動從而達(dá)到調(diào)整帶鋼寬度的目的。該設(shè)計(jì)方案做以列改進(jìn)：其一,徑向間隙調(diào)整比偏心套調(diào)整可靠，利用連桿機(jī)構(gòu)比萬向接軸精度高。其二，側(cè)向間隙調(diào)整增加自鎖裝置，安全可靠。其三，寬度調(diào)整采用行星齒輪減速機(jī)比蝸桿減速機(jī)效率高且占地空間小。最后增加了測速機(jī)構(gòu)，為電機(jī)提供信號，為電機(jī)達(dá)到精確的轉(zhuǎn)速提供保障，從而使整機(jī)更完善。由上所述，所選方案是比較好的，并且可行。圓盤式剪切機(jī)設(shè)計(jì)第１３頁第三章 電機(jī)容量的計(jì)算3.1 定性選電機(jī)電動機(jī)分交流電動機(jī)和直流電動機(jī)兩種，由于直流電動機(jī)需要直流電源，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價(jià)格較高，維護(hù)不便等缺點(diǎn)，因此無特殊要求不宜采用。冶金行業(yè)生產(chǎn)單位一般為三相交流電源，因此，應(yīng)選用交流電動機(jī)，同時交流電動機(jī)又分為異步電動機(jī)和同步電動機(jī)兩類，我國新設(shè)計(jì)的 Y 系列三相籠型異步電動機(jī)屬于一般用途的全封閉自扇冷電動機(jī)，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，價(jià)格低廉，維護(hù)方便； 2、適用于不易然，不易爆，無腐蝕性氣體和無特殊要求的機(jī)械上；3、由于起動性能較好，也適用與某些要求起動轉(zhuǎn)矩較高的機(jī)械。所設(shè)計(jì)圓盤剪切機(jī)已知原始數(shù)據(jù)：剪切帶鋼速度 V=1~3 m/s, 取 3 m/s; 剪切帶鋼強(qiáng)度 ≤600 MPa 取 600 MPa；b?剪切帶鋼厚度 h=0.5~2.5 mm；剪切帶輪寬度 B=700~1500 mm；剪刃的擺動不超過 0.1 mm， 不平行度 0.01 mm；?上下剪刀的側(cè)間隙 0.05 mm， 重疊度 S=0~0.3 mm。??由于圓盤剪切機(jī)屬于一般冶金機(jī)械設(shè)備，無特殊要求，連續(xù)工作時間長，要求起動性能好，起動轉(zhuǎn)矩較高，故選擇交流異步電動機(jī) Y 系列。3.2 選擇電動機(jī)的容量1、圓盤刀片尺寸 圓盤刀片尺寸包括圓盤刀片直徑 D 及其厚度 。圓盤刀片直徑 D?主要決定于鋼板厚度 h，查文獻(xiàn)[1，295]，其計(jì)算公式為：圓盤式剪切機(jī)設(shè)計(jì)第１４頁1cos????hD（3.1）上式中的最大咬入角 ，一般取為 ~ 。 值也可以根據(jù)剪切速度 V 來選取，同1??05?時當(dāng)咬入角 = ~ 時，我們可以引用一個經(jīng)驗(yàn)公式，圓盤刀盤直徑通常在下列范1?05圍內(nèi)選取D=(40~125)h (3.2)帶入數(shù)值計(jì)算得：D=125 2.5=312.5 mm?圓盤刀片厚度 一般取為?(3.3)D)1.0~6.(??帶入數(shù)值計(jì)算得：mm25.31.0?同時根據(jù)表[1.表 8-13]一般圓盤刀片直徑、厚度與被剪切帶材厚度的關(guān)系，可取的各數(shù)值：D=270 mm、 =20 mm，為了保證剪切力及刀片的強(qiáng)度和使用壽命，取 =30 ? ?mm。2、上下刀盤的側(cè)間隙 取預(yù)定值 0.05 mm。?3、剪切速度 V 取預(yù)定值 3 m/s。4、剪切力與剪切功率 作用在一個刀片上的總的剪切力是由兩個分力所組成的，即21P??式中 —純剪切力；1p—鋼板被剪掉部分的彎曲力；2PhdxqdPx??1式中 —作用在接觸弧 AB 水平投影單位長度上的剪切力。xq由相對切入深度知圓盤式剪切機(jī)設(shè)計(jì)第１５頁hx??tan2?微分后得 ?dxtan2所以純剪切力為??hp?1??dtan2ht?式中的 值可利用平行剪單位功數(shù)據(jù)。a在圓盤剪上冷剪時， 值可按下面公式計(jì)算a??bbK?21%06?=120式中取系數(shù) ， 為金屬材料延伸率，查手冊取 20%。121??K?所以 ahP?tn21??0t5.N3127.??查文獻(xiàn)[1 ，297]總剪切力的計(jì)算公式為(3.4))tan(1??Zp?)%201t4.27.3???N315.4圓盤式剪切機(jī)設(shè)計(jì)第１６頁考慮到刀刃磨鈍的影響，增大 15%~20%，這里取增大 20%。N331072.5%)01(752.4?????P圓盤剪上的剪切力可根據(jù)作用在刀片上的力矩來確定。在上下刀片直徑，速度相等而且都驅(qū)動時，則與簡單軋制情況相似，合力 P 垂直作用在刀片上，這時轉(zhuǎn)動一對刀盤所需之力矩為(3.5)?sin1DM??10sin27.07.53?N m826?而驅(qū)動圓盤剪的總力矩為 )(21Mn??式中 n —刀片對數(shù)M2—一對刀片軸上的摩擦力矩， ，其中 為刀片軸軸頸的直徑，這里?Pd2取 =170mm， 為刀片軸承處的摩擦系數(shù)，查手冊取 0.004。d?所以總的力矩為 )(21Mn?? )04.170.58633????=544.11 N m?查文獻(xiàn)[1 ，298]圓盤剪電動機(jī)功率可按下式確定(3.6)??DMv102?式中 —考慮刀片與鋼板間摩擦系數(shù)， =1.1~1.2；1?—鋼板運(yùn)動速度，m/s；v—傳動系統(tǒng)效率， =0.93~0.95。??代入數(shù)據(jù)后 ??DMvN102?圓盤式剪切機(jī)設(shè)計(jì)第１７頁93.027154.??=15.6 KW3.3 確定轉(zhuǎn)速根據(jù)以上計(jì)算所得數(shù)據(jù)，查找專業(yè)手冊，選取合適電機(jī)。容量相同的同類型的電動機(jī)，有幾種不同的轉(zhuǎn)速系列，此種情況下經(jīng)綜合考慮，分析比較電動機(jī)及傳動裝置的性能、尺寸、重量和價(jià)格等因素，再考慮到機(jī)械在實(shí)際中的運(yùn)轉(zhuǎn)，他的可靠性與電機(jī)相連接的減速機(jī)，以及以后的發(fā)展，適當(dāng)?shù)脑黾与姍C(jī)功率，最后選同步轉(zhuǎn)速1500r/min的電動機(jī)。綜上，選取電機(jī)型號為：Y180L—4，其主要性能見表 3.1表 3.1 電機(jī)主要性能參數(shù)表型號 額定功率/kW轉(zhuǎn)速/(r/min)電流/A效率（% ） 額 定 轉(zhuǎn) 矩最 大 轉(zhuǎn) 矩 重量/kgY180L—4 22 1470 42.5 91.5 2.2 1903.4 電動機(jī)的校核電機(jī)的校核主要是針對電機(jī)過載能力的校核。過載能力是指電動機(jī)負(fù)荷運(yùn)行時，可以在短時間內(nèi)出現(xiàn)的電流或轉(zhuǎn)矩的允許倍數(shù)，對不同類型的電動機(jī)不完全一樣，對異步電動機(jī)來說，校核其過載能力時即最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù) 時，要考慮到交流電網(wǎng)電壓可能向下波動 10%~15%，因此，最大轉(zhuǎn)矩按?（0.81~0.72） 來考慮，他應(yīng)該比負(fù)載最可能出現(xiàn)的最大轉(zhuǎn)矩大。NT齒輪轉(zhuǎn)速： =n?dv= 6012703??=212.3 r/min其中： d—齒輪的分度圓直徑，單位：mm 圓盤式剪切機(jī)設(shè)計(jì)第１８頁負(fù)載最大轉(zhuǎn)矩： 2WT?1.54=272.06 N m?傳動比 nid?= 3.21470=6.92粗略計(jì)算電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩 iT?max= 92.607=39.32 N m?由電動機(jī)的參數(shù)可知 .2?額 定 扭 矩最 大 扭 矩?(3.7)dNnPT095= 1472?=142.93 N m?其中 —電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速，單位： r/mindn所以 93.142.702.??NT?=226.40 N m 39.32N m =??axT故安全。圓盤式剪切機(jī)設(shè)計(jì)第１９頁第四章 主要零件強(qiáng)度計(jì)算校核4.1 齒輪的計(jì)算與校核4.1.1 齒輪的計(jì)算1、材料： 鋼#45表面處理：調(diào)質(zhì)處理 HB 228 ~ 2692、機(jī)械性能：查文獻(xiàn)[2，表 3.2-42]可知：=980 MPa =835 MPaB?S?3、齒輪參數(shù)：模數(shù) m=5 齒數(shù) =47 分度圓直徑 =235 mm 2Zd壓力角 =1 =0.25 0???ah?c?0??x=225 mm =245 mm =10mm B=80 mmfddh與之嚙合的齒輪齒數(shù) =601Z4、齒輪受力分析齒輪傳動一般均加以潤滑，嚙合輪齒間的摩擦力通常很小，計(jì)算輪齒受力時，可不予考慮。從作用力來說，沿嚙合線作用在齒面上的法向載荷 垂直于齒面，為了計(jì)nF算方便，一般將法向載荷 在節(jié)點(diǎn) P 處分解為兩個相互垂直的分力，即圓周力 與徑nF tF圓盤式剪切機(jī)設(shè)計(jì)第２０頁向力 ，如圖 4-1，由此得：rF 12dTFt??antrcostn式中： —小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩，單位為 N·mm；1T—小齒輪的節(jié)圓直徑，對標(biāo)準(zhǔn)齒輪即為分度圓直徑，單位為 mm；d—嚙合角，對標(biāo)準(zhǔn)齒輪， = °。??204.1.2 按接觸疲勞強(qiáng)度校核齒輪在工作齒面發(fā)生的失效較多，如齒面磨損、點(diǎn)蝕、膠合等。所以對齒輪進(jìn)行接圖 4-1 齒輪受力分析觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算是必須的，下面首先按接觸疲勞強(qiáng)度校核。查文獻(xiàn)[3 ，199]其計(jì)算公式為：圓盤式剪切機(jī)設(shè)計(jì)第２１頁(4.1)EHtHZubdKF???1????H?其中： —齒面接觸應(yīng)力，單位： MPaH—齒面許用接觸應(yīng)力，單位：MPa ???—載荷系數(shù)K—齒輪所受切向力，單位：N tF—齒寬，單位：mm b—齒輪分度圓直徑，單位：mm 1d—齒數(shù)比u—區(qū)域系數(shù)HZ—彈性影響系數(shù)，單位： MPaE1、求齒面接觸應(yīng)力 H?(1)求 K= (4.2)KAv??其中：—使用系數(shù)A—動載系數(shù)vK—齒向載荷分配系數(shù)?—齒面載荷分配系數(shù)?根據(jù)文獻(xiàn)[3 ，表 10-2]可查得： =1.5；AK[3，圖 10-8]根據(jù) v=3m/s 可查得： =1.18；v[3，表 10-3]可查得： = =1.2；?HF[3，表 10-4]可查得：圓盤式剪切機(jī)設(shè)計(jì)第２２頁=1.15+0.18（1+0.6 ） +0.31?HK2d?b310??其中 = = =0.11592d???????b3580=1.15+0.18（1+0.6 0.1159） 0.1159 0.31?H??8013?=1.15再根據(jù) =8 查[3，圖 10-13]可得： =1.16;108?hb?FK所以： = Av?H= 15.28.51?=2.44(2) 21WTF?1.54=272.06 N mm30??=tFd12= 35706=2315 N?tanrF?=2315 ?20?=843 N=2463 N?costnF?(3) u= 12Z= 4760圓盤式剪切機(jī)設(shè)計(jì)第２３頁=1.27(4)根據(jù)齒輪材料查文獻(xiàn)[3 ，表 10-6]可得：=188 MPaEZ(5) = H?cosin2?= 002i?=2.5所以： EHtHZubdKF???1?= 185.27.1235804. ??=344.52 MPa2、求許用應(yīng)力 ??H?= (4.3)??H?HNSKlim?其中： —為接觸疲勞安全系數(shù)，可取 =1；HS—為壽命系數(shù)；NK—齒輪接觸疲勞極限，單位：MPa；limH?(1)求 N齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù) =60NhnjL=60 212.3 1 20 365 24??= 次9023.查文獻(xiàn)[3 ，圖 10-19]可得： =0.93HNK(2)求 limH?根據(jù)材料查文獻(xiàn)[3，圖 10-21(續(xù))] 可得：圓盤式剪切機(jī)設(shè)計(jì)第２４頁=860 MPa；limH?所以 =??HNSKlim?=0.93 =799.80 MPa?18603、校核顯然， =799.80 MPa 344.52 MPa = ，故安全。??H?H?4.1.3 按彎曲疲勞強(qiáng)度校核查文獻(xiàn)[3 ，197] = (4.4)F?bmYKSFt?????F?其中：—齒輪齒根彎曲應(yīng)力，單位：MPa F—齒輪彎曲疲勞許用應(yīng)力，單位：MPa ???—齒輪模數(shù)m—齒輪系數(shù)?FY—應(yīng)力校正系數(shù)S1、求齒輪齒根彎曲應(yīng)力 F?=FbmYKSFt??(1)根據(jù) =47 查文獻(xiàn)[3，表 10-5] 采用插值法求得：1Z=2.33?FY=1.69S圓盤式剪切機(jī)設(shè)計(jì)第２５頁(2) K??FVAK??1.5 1.18 1.2 1.16?2.46所以： =F?58069.13246.2= 56.06 MPa2、求齒輪彎曲疲勞許用應(yīng)力 ??F= (4.5)?FNKSlim?式中：—彎曲疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)，取 =1.5FSF—壽命系數(shù)NK—齒輪彎曲疲勞極限，單位：MPa limF?(1)求 FN根據(jù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N= 查文獻(xiàn)[3 ，圖 10-18]可得：91023.?=0.83FNK(2)求 limF?根據(jù)文獻(xiàn)[3 ，圖 10-20(完)d] 可得：=700 MPalimF?所以 =??NKFSlim?=0.83 5.170?=387.33 MPa3、校核顯然， =387.33 MPa 56.06 MPa = ，故安全。??F?F?圓盤式剪切機(jī)設(shè)計(jì)第２６頁4.2 傳動軸的強(qiáng)度校核計(jì)算刀盤的力主要集中在刀盤軸上，且刀盤軸所承受的轉(zhuǎn)距最大，因此對刀盤軸進(jìn)行計(jì)算校核是十分有必要的。4.2.1 軸的材料及其機(jī)械性能1、材料： 鋼#45表面處理：調(diào)質(zhì)處理 HB 228 ~ 2692、機(jī)械性能：查文獻(xiàn)[2，表 3.2-42]可知：=980 MPa =835 MPaB?S?由文獻(xiàn)[3，表 15-1]可查得：275 MPa =155 MPa1??1??4.2.2 軸上零件布置及基本參數(shù)1、擬定軸上零件的布置方案根據(jù)軸上齒輪、軸承、軸承蓋等零件的裝配方向、順序和相互關(guān)系，軸上零件的布置方案如圖 4-2(a)所示；圖 4-2(a) 軸的主要尺寸及軸上零件布置圖2、軸的基本數(shù)據(jù)：轉(zhuǎn)速 = = =212.3 r/min。n?dv6012703???圓盤式剪切機(jī)設(shè)計(jì)第２７頁4.2.3 按彎扭合成進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核1、軸的結(jié)構(gòu)及尺寸，如圖 4-2(b)所示；2、對軸進(jìn)行受力分析與強(qiáng)度校核計(jì)算(1)軸的驅(qū)動力矩： 驅(qū)動一對刀盤的力矩為 M=544.11 NM=544110 N·mm一根刀盤軸上的轉(zhuǎn)矩為 T= =272055 N·mm25410?M(2)求與此軸配合的齒輪上的作用力=tFdT= 23570?=2315 N?tanrF?=2315 ?20?=843 N(3)計(jì)算軸在軸承處所受的支反力垂直面內(nèi)的支反力： =VAF)25694(?r= 083?=392.4 N=VBF)25694(?r= 083?=450.6 N水平面內(nèi)的支反力： HAF?)25694(?t圓盤式剪切機(jī)設(shè)計(jì)第２８頁= 502631?=1077.5 NHBF?)25694(?t= 031?=1237.5 N(4)計(jì)算彎矩垂直面內(nèi)： VM?AF1lmm2941Cl392.4 294V?30?115.8 N·m?水平面內(nèi)： HMAF1l1077.5 294?30?316.8 N·m?總彎矩： 2HV?8.316.5337.3 N·m?圓盤式剪切機(jī)設(shè)計(jì)第２９頁圖 4-2 軸的載荷分析圖(5)作彎矩圖如圖 4-2(d)、 (f)、(g)；作轉(zhuǎn)矩圖如圖 4-2(h)。(6)校核軸的強(qiáng)度根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和轉(zhuǎn)矩圖可以看出截面 C 是軸的危險(xiǎn)截面，故選截面 C作彎扭合成強(qiáng)度校核計(jì)算，查文獻(xiàn)[3，365] 按第三強(qiáng)度理論有：= (4.6)ca?WTM22)(?????1??圓盤式剪切機(jī)設(shè)計(jì)第３０頁式中：— 軸的計(jì)算應(yīng)力，單位：MPa ca?—軸所受彎矩，單位： N·mmW—軸所受轉(zhuǎn)矩，單位：N·mm T—軸的抗彎截面系數(shù)，單位：mm 3—扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力時，取 0.3???所以 ca??3221.0)(dTM?322.)705(7?2.47 MPa?查文獻(xiàn)[2，表 38.1-1]得：=213 MPa??1??故 ，即安全。ca???1?4.2.4 按疲勞強(qiáng)度進(jìn)行精確校核查文獻(xiàn)[3 ，365] (4.7)2??Sca???其中：—軸的計(jì)算安全系數(shù)caS—只考慮彎曲和軸向力時的安全系數(shù)?—只考慮扭矩時的安全系數(shù)?—軸的設(shè)計(jì)安全系數(shù)S(1)軸的結(jié)構(gòu)和裝配圖，如圖 4-2(a)：(2)判斷危險(xiǎn)截面軸上分布有鍵槽、軸肩及過渡配合所引起的應(yīng)力集中均將削弱軸的疲勞強(qiáng)度，同