1145型曲柄連桿飛剪機(jī)設(shè)計
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本科生畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 題 目：1145型曲柄連桿飛剪機(jī) 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 專 業(yè)： 班 級： 指導(dǎo)教師： 49 1145型曲柄連桿飛剪機(jī) 摘 要 線材生產(chǎn)中飛剪機(jī)是用來切頭、切尾和進(jìn)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(jī)有很多類型，我設(shè)計的題目是“1145型曲柄連桿飛剪機(jī)”，采用單電動機(jī)傳動方式，機(jī)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(shè)計中，我完成了以下工作：選擇和確定了設(shè)計方案：選擇和校核了合適的電動機(jī)：設(shè)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(hù)方案。 關(guān)鍵詞：飛剪機(jī)；單電動機(jī)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(jī)的發(fā)展?fàn)顩r.................................................5 1．3線材生產(chǎn)車間的工藝流程及主要生產(chǎn)設(shè)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(shè)計內(nèi)容......................................................13 第二章 分析計算........................................................14 2．1 結(jié)構(gòu)設(shè)計..........................................................14 2.1.1設(shè)計方案的選擇和確定.............................................14 2.1.2 主要領(lǐng)部件的初步設(shè)計............................................15 2.1.3剪切結(jié)構(gòu)的步計算................................................16 2.1.4機(jī)架的設(shè)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(jī)功率計算...................................................20 2.3.2電機(jī)功率及型號的選擇.............................................21 2.4主要零部件的設(shè)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(shè)計及計算................................................23 2.4.3刀架的設(shè)計及校核................................................29 2.4.4軸的設(shè)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(jī)的校核....................................................40 2.4.8 機(jī)架的強(qiáng)度校核..................................................42 第三章 飛剪機(jī)的潤滑、維修、安裝等使用情況..............................44 第四章 設(shè)計的結(jié)論......................................................45 結(jié)束語..............................................................46 參考文獻(xiàn)............................................................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(yīng)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(jī)械性能要求高，軋制速度又十分快，所以其生產(chǎn)工藝和設(shè)備相當(dāng)復(fù)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(jī) 橫列式線材軋機(jī)是最古老、最落后的一種線材軋機(jī)，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(jī)作動力源進(jìn)行傳動，同時各架轉(zhuǎn)速相同，各機(jī)架用人工或盤送鋼進(jìn)行活套軋制。 由于線材細(xì)而長，老式橫列式線材軋機(jī)的速度低，且活套不能控制，所以越接近成品，軋機(jī)體積越大，長度越長，因而造成熱量散失快，溫度嚴(yán)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(jìn)。 橫列式線材軋機(jī)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(jī)支架數(shù)，增大一次軋機(jī)輥直徑及次列軋機(jī)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(yán)重。所以，盡量減少溫降和頭瘟溫差是橫列式線材改進(jìn)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(jī)工作機(jī)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(jī)組）或在全部軋機(jī)上軋制，金屬秒流量相等，實現(xiàn)了連軋式關(guān)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(guān)系，從根本上解決了長活套軋制時大量散熱問題。二是，設(shè)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(shè)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(jī)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(jìn)度和生產(chǎn)效率得到大大的提高。 隨著連續(xù)式軋機(jī)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(jī)組出口速度越為65-80m/s，有的達(dá)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(jī)工作機(jī)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(jī)是橫列式和連續(xù)式混合組成的線材軋機(jī)。后來又出現(xiàn)了多二重式軋機(jī)。它既有連續(xù)關(guān)系，又有活套的效果，但活套不長，因此溫度降低不大，所以復(fù)二重式軋機(jī)也屬于半連續(xù)式軋機(jī)。 半連續(xù)式軋機(jī)比橫列式軋機(jī)改進(jìn)的地方在于粗軋機(jī)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(jī)和精軋機(jī)仍然是橫列式的，所以橫列式軋機(jī)存在的缺點此軋機(jī)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(qiáng)度大，占地面積大，功耗大等。 （附：半連續(xù)式軋機(jī)機(jī)座的布置形式圖1-3） 1．2線材軋機(jī)的發(fā)展概況 四十年代線材軋機(jī)大部分為橫列式線材軋機(jī)，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(jī)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(jī)。粗軋機(jī)組為連續(xù)式布置，精軋機(jī)為橫列式布置，中軋機(jī)組織布置成連續(xù)式或橫列式。在機(jī)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(dá)125Kg。 五十年代中期出現(xiàn)了連續(xù)式線材軋機(jī)，精軋機(jī)組一般配置6-8架水平輥軋機(jī)。六十年代初期，精軋機(jī)組配置了立輥，形成了水平輥——立輥——水平輥的連續(xù)式軋機(jī)，可以實現(xiàn)無扭轉(zhuǎn)軋制，由于軋機(jī)傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的限制，這兩種連續(xù)式軋機(jī)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(jī)，最高軋制速度可達(dá)50-70m/s，線材盤卷重量達(dá)到2500Kg. 七十年代，摩根無扭高速線材軋機(jī)為了很大的發(fā)展，投產(chǎn)的設(shè)備已達(dá)1600多套。七十年代后期投產(chǎn)的懸臂式無扭精軋機(jī)組出口速度多為65-80m/s，有的達(dá)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(jī)械性能。因此，三十年來，線材軋機(jī)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(shè)備 1．3．1有關(guān)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(dāng)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(jī)乘之為高速軋機(jī)。 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(jī)械專業(yè)人員來說，所關(guān)注的餓機(jī)械設(shè)備——高速軋機(jī)的生產(chǎn)特點是：高速、單線、無扭、微張力、組合結(jié)構(gòu)、碳化鎢輥和自動線。當(dāng)前，高速軋機(jī)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(shè)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(dá)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(shè)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(shè)備 線材車間的主要設(shè)備有初軋機(jī)、精軋機(jī)，其次還有生產(chǎn)輔助設(shè)備，如：加熱爐、飛剪機(jī)、活套和一些精整設(shè)備等?，F(xiàn)僅介紹其中幾種有代表的生產(chǎn)設(shè)備（以包鋼線材廠為例） （1）加熱爐 加熱爐的目的是對坯料進(jìn)行預(yù)加熱，使其達(dá)到軋制所需的合適溫度。一般爐型多采用步進(jìn)式，由計算機(jī)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(jī)前對坯料加熱。 （2） 出爐拉料輥 出爐拉料輥設(shè)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(dāng)?shù)谝患苘垯C(jī)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(jī)側(cè)的主要設(shè)備，根據(jù)需要出鋼、送鋼、配合分鋼機(jī)、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(jī)處理較輕的粘鋼事故。 （3）軋機(jī) 軋機(jī)一般分為幾種：1.粗軋機(jī)；2.中軋機(jī)組；3.機(jī)組；4.軋機(jī)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(yù)精軋機(jī)和精軋機(jī)，此兩種線材軋機(jī)的軋制速度大大高于其他普通軋機(jī)?，F(xiàn)在較先進(jìn)的精軋機(jī)組為懸臂式高速無扭精軋機(jī)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(jī)，這種精軋機(jī)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(jī) 飛剪機(jī)是我們這次設(shè)計的主要的課題，有關(guān)其詳細(xì)的介紹在以后涉及。飛剪機(jī)的主要任務(wù)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(jìn)行碎斷，碎斷剪是把軋件剪碎以保證其以后的設(shè)備不受損傷，以保證其他設(shè)備的安全。 （5） 打捆機(jī) 包鋼線材廠所采用的是進(jìn)口的兩臺臥式打捆機(jī)，其具有國際領(lǐng)先水平，效率很高。此打捆機(jī)的特點是：全自動微壓雙向壓梁機(jī)打捆機(jī)，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(dá)到32噸，并且打捆速度相當(dāng)快，最小循環(huán)周期為42秒。 1．4材生產(chǎn)中飛剪機(jī)的作用、類型及特點和發(fā)展?fàn)顩r 1．4．1線材生產(chǎn)中飛剪機(jī)的作用 在線材生產(chǎn)中，由于加熱不均勻和進(jìn)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(jī)械性能以及許多性能指標(biāo)都達(dá)不到要求，故需要飛剪機(jī)進(jìn)行碎斷，使得不合格軋件不進(jìn)入飛剪機(jī)后的設(shè)備。目的是起到保護(hù)后續(xù)設(shè)備的作用，另一個作用就是可以保護(hù)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(jìn)行碎斷，在后續(xù)設(shè)備不停機(jī)的情況下對后續(xù)設(shè)備進(jìn)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(jī)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(jī)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(yán)，且剪切力不太大，故所用的飛剪機(jī)的結(jié)構(gòu)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(yīng)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(dāng)?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(jī)即用進(jìn)行短暫工作（切頭尾），也要進(jìn)行連續(xù)行工作（碎斷剪）。 （4）飛剪機(jī)的運行要穩(wěn)定、可靠，其結(jié)構(gòu)要充分滿足安全性和可靠性的要求。因為一但飛剪機(jī)出現(xiàn)故障則無法進(jìn)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(shè)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(shè)備及工作人員造成損傷，否則將使整個設(shè)備挺機(jī)進(jìn)行事故處理，可想而知損失有多大。 1．4．3飛剪機(jī)的類型及其特點 應(yīng)用于線材生產(chǎn)中的飛剪機(jī)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(wù)。此飛剪機(jī)的優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)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(dāng)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(dāng)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(jī)的優(yōu)點是：剪切斷面較為平整；缺點是：結(jié)構(gòu)復(fù)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(jī) 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(fù)擺動，當(dāng)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(dǎo)架相鉸接，主導(dǎo)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(jī)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(jī)構(gòu)及定尺結(jié)構(gòu)等一些復(fù)雜的機(jī)構(gòu)，因此其內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。 1．4．4 飛剪機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r 機(jī)用于剪切橫向運動著的軋件，其開始于十九世紀(jì)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(yīng)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(jī)的剪切斷面質(zhì)量要求提高，這要求剪切機(jī)刀刃在剪切區(qū)域內(nèi)沿水平方向的速度應(yīng)與軋件最大速度保持一致。為達(dá)到這個目的，在飛剪機(jī)中往往設(shè)置了勻速機(jī)構(gòu)，另外有些剪切機(jī)還裝有間隙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，這些設(shè)備的改進(jìn)導(dǎo)致了剪切機(jī)結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜。所以可以看出，飛剪的最大一個發(fā)展趨勢就是機(jī)構(gòu)復(fù)雜，但剪切質(zhì)量相應(yīng)的提高，剪切機(jī)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(jī)電一體化進(jìn)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(jìn)，軋制速度也越來越快，僅僅靠人工操作已不能適應(yīng)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(jìn)，必然要求軋制工藝中自動化程度越來越高，這才能適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的要求。而控制工業(yè)發(fā)展和機(jī)電一體化進(jìn)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(jī)的類型、作用及特點極其發(fā)展?fàn)顩r。通過此次設(shè)計使我對飛剪機(jī)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(yīng)用幼兒了更詳細(xì)的了解，以今后的工作打下了堅實的基礎(chǔ)。 1.5 本文設(shè)計的內(nèi)容 本文要設(shè)計的內(nèi)容為：1145mm曲柄連桿剪切機(jī)，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(shè)計中要作以下工作：（1）選定電動機(jī)及傳動方案，通過力能參數(shù)計算出所需電機(jī)的功率，選擇合適的電動機(jī)和合理的傳動方案。（2）在電動機(jī)及傳動方案確定后，對傳動機(jī)構(gòu)的各個零部件進(jìn)行設(shè)計計算（如：齒輪、主軸等）（3）對剪切速度進(jìn)行設(shè)計計算（4）對主要受力零部件進(jìn)行強(qiáng)度校和壽命計算（5）對設(shè)備潤滑方式、安裝使用、維修等問題做詳細(xì)介紹。 以上部分是設(shè)計說明書的緒論部分，對我這次設(shè)計的內(nèi)容進(jìn)行了簡明扼要的總體概括，是我設(shè)計的總綱。 第二章 分析計算 2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計 2．1．1 設(shè)計方案的選擇確定 我設(shè)計的是曲柄連桿飛剪機(jī)，而曲柄連桿式飛剪總體上有兩鐘方案：一是由單電機(jī)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(jìn)行驅(qū)動；另一個方案是，由兩臺電機(jī)分別驅(qū)動兩根主軸。下面將此兩種方案的特點進(jìn)行比較，以便選出更加合適的設(shè)計方案，來滿足此次的設(shè)計要求。 〈1〉 單電機(jī)傳動方案：由于其由一個電動機(jī)做動力源，其中輸入軸是由電機(jī)直接進(jìn)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(jìn)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(yuǎn)大于從動軸上的載荷，輸入軸上的載荷也遠(yuǎn)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(qiáng)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(jī)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(gòu)簡單。成本低且功率也低；第三，通過齒輪傳動可以設(shè)計一套簡易的剪刃間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)。 〈2〉 雙電動機(jī)傳動方案 它克服了單電機(jī)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(jī)傳動，因而每個電機(jī)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(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且其成本教高，功效較大；二則，其維護(hù)與維修較第一方案復(fù)雜，其設(shè)備體積大；三則，其同步性不好，需特別設(shè)備對其轉(zhuǎn)速進(jìn)行同步。 由于我此次設(shè)計的要求只是用飛剪機(jī)來進(jìn)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(jī)驅(qū)動的方案更適合些；二者，這種剪切機(jī)同步性好，滿足剪切要求，且成本較低，結(jié)構(gòu)簡單。 出于以上的考慮及分析，最后確定采用單電機(jī)一級減速傳動方案。 2．1．2 主要零部件的初步設(shè)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(jī)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(jìn)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(jìn)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(gòu)的設(shè)計計算 現(xiàn)設(shè)計的剪切機(jī)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(dāng)有軋件通過時，兩刀片在豎直位置時刀刃平行并對軋件進(jìn)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(dāng)需要對軋件進(jìn)行碎斷時，則刀架不挺地旋轉(zhuǎn)，完成碎斷任務(wù)。 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(jī)，在此需設(shè)計的零部件有剪軸，輸入軸等。 2．1．4 機(jī)架的設(shè)計 由于是一級減速平行傳動，所以在此可設(shè)計為齒輪箱式機(jī)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(shè)有注油孔及壓力油輸入孔，下箱底部設(shè)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(shè)計有回油管出口，以便使噴油潤滑進(jìn)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(shè)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(jī)的主要參數(shù)，驅(qū)動飛剪機(jī)的電動機(jī)功率及飛剪機(jī)的主要使用或充分發(fā)揮飛剪機(jī)的能力都與剪切力有關(guān)，對于正確的計算在各種具體條件的剪切力，對于合理地設(shè)計飛剪機(jī)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(jī)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(yīng)溫度下的強(qiáng)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(jī)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?！羟薪K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(shè)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(dāng)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(qiáng)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(qiáng)度極限，由[2]表8-3得δbt=110Mpa δ——所剪材料延伸率，由機(jī)械設(shè)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(shè)計做好數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。 2．3主電機(jī)的功率計算及類型選擇 2．3．1電動機(jī)功率計算 由[5]查得主電機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)功率計算 1）剪軸的轉(zhuǎn)速 n= 式中：v——剪切速度，由設(shè)計給定v=1.36m/s D——曲柄中心距，由設(shè)計給定D=1145mm n== =21.7r/min 2)電機(jī)功率 N算= = =87.02Kw 2．3．2電機(jī)功率及型號選擇 考慮到對電動機(jī)進(jìn)行自動控制方面的因素，本次設(shè)計采用直電動機(jī)。 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(jī)的輸出轉(zhuǎn)速也應(yīng)比較小，所以在此采用進(jìn)口電機(jī)，借鑒高速線材廠的實際運用及經(jīng)驗，現(xiàn)采用進(jìn)口的DM6250L電動機(jī)，額定功率為89Kw，額定轉(zhuǎn)速為561r/min. 電機(jī)額定功率大于計算電機(jī)功率，所以此電機(jī)符合功率要求。 當(dāng)剪切機(jī)進(jìn)行切頭，切尾時為起動工作制，當(dāng)剪切機(jī)進(jìn)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(jī)功率也符合起動工作制的特點。 以上是對電動機(jī)的功率計算及類型選擇，電動機(jī)的校核將在各主要零件的尺寸和各種力學(xué)參數(shù)確定中進(jìn)行。 2．4 主要零部件的設(shè)計計算及強(qiáng)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(jī)的轉(zhuǎn)速=561r/min,而剪切機(jī)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(jī)剪軸的總傳動比可以看出，剪切機(jī)內(nèi)部的一級減速機(jī)構(gòu)的傳動比不能太大。因為傳動比太大使得機(jī)身尺寸過大，在這里按照實際使用的設(shè)備選取=2.9，即剪切機(jī)內(nèi)部一級減速機(jī)構(gòu)的傳動比。而電機(jī)與剪切機(jī)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(jī)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(jī)的額定轉(zhuǎn)矩，因電機(jī)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(jī)的轉(zhuǎn)矩也并不是，因此對軸、齒輪進(jìn)行計算其所受的最大轉(zhuǎn)矩。從此作為設(shè)計參數(shù)才能保證設(shè)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(shè)計計算及校核 （1）齒輪的設(shè)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(gòu)緊湊，抗疲勞強(qiáng)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(shè)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(gòu)笨重的設(shè)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(hù)，其實這樣的經(jīng)濟(jì)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(qiáng)度設(shè)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(yù)選=2.0 c. 選取齒寬系數(shù)。 根據(jù)[5]中P134，當(dāng)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(qiáng)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(yīng)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(yīng)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(qiáng)度的設(shè)計要求。 4）按齒根彎曲強(qiáng)度進(jìn)行校核。 a).計算圓周力 ===33KN b) 取應(yīng)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(qiáng)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(yīng)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(gòu)設(shè)計 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計為板式結(jié)構(gòu)，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(shè)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(jī)轉(zhuǎn)速為561r/min，根據(jù)計算知，此處需選用二級電機(jī)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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