高線1145飛剪機設計的畢業(yè)設計說明書

1、 高線1145飛剪機設計摘要飛剪機是用來剪切橫向運動的軋件他可以裝設在連續(xù)式軋機的軋制作用線上隨著連續(xù)式軋機的發(fā)展飛剪機的到越來越廣泛的應用飛剪機的類型很多我設計的飛剪機采用曲柄連桿形式傳動方式利用單電機傳動機身自帶一級減速器通過曲柄軸刀架和擺桿可使刀片在剪切區(qū)作近似平移的運動以獲得平整的剪切斷面 設計的主要任務是確定適合的設計方案選擇符合給定設計參數的電動機和主要的零部件包括軸齒輪刀架等最后對機器的安裝潤滑與維護做了簡單的介紹目的是設計出符合設計要求的飛剪機關鍵詞飛剪機電動機減速器潤滑1145 high-wire flying shear designAbstractFlying Shear

2、 is used to cut horizontal movement rolling He can be installed in continuous rolling mill line of actionWith the development of continuous rolling mill shearing machine to fly more and more widely usedMany types of flying shear I design the form by connecting rodTransmission use of a single motor d

3、rive Body comes with a reducer Through the crank shaft blade knife and the pendulum could shift in the shear zone as similar to the movement to get the flat cut sectionDesign of the main tasks are to determine a suitable design Chosen for a given design parameters of the motor and the main component

4、s including shafts gears knife etc Finally the machines installation lubrication and maintenance made a brief introduction Purpose is to design a line with the design requirements of flying shearKey words Flying sheer Electric motor Reducer Lubricating 目 錄摘 要IAbstractII第一章 緒論111線材的生產方式及特點1com線材軋機1co

5、m式線材軋制2com線材軋制312線材軋機發(fā)展概況413線材生產車間的工藝流程和主要生產設備5com速線材的基本情況5com 高速線材生產的工藝流程5com 高速線材車間的主要設備614線材生產中對飛剪機的基本要求類型及發(fā)展狀況8com機的基本要求8com的類型9com的發(fā)展狀況1115課題設計的內容12第二章 設計計算和力能分析1321 結構設計13com式的選擇13com 飛剪機結構的設計1422剪切力剪切力矩的計算14com的計算14com 剪切力矩的計算19com 剪切功的計算1923電機的功率計算及類型選擇20com功率的計算20com 電機功率及型號的選擇2224主要零部件的設計計

6、算及強度剛度的校荷22com部件的轉速及扭矩的計算22com設計計算及校核23com設計及校荷30com 軸的設計計算及校荷32com鍵的校荷42com的選擇與校荷44com機的校荷45com強度校荷47第三章 飛剪機的潤滑維修安裝及使用情況5031飛剪機的潤滑50com潤滑50com潤滑5032飛剪機的維修5033飛剪機的安裝51結束語52參考文獻53第一章 緒論11線材的生產方式及特點線材按其斷面形狀屬型鋼實際上已成獨立鋼類直徑45mm的熱軋圓鋼和10mm以下的螺紋鋼通稱線材線材大多用卷材機卷成盤卷供應故又稱為盤條或盤圓com線材軋機橫列式線材軋機是最古老最落后的一種線材軋機起初是單列式后

7、來經過改造成多系列每一系列有一個電機作動力源進行傳動同時各機架轉速相同各機架用人工或盤送鋼進行活套軋制由于線材細而長老式橫列式線材軋機速度低且活套不能控制所以越接近成品軋機體積越大長度越長因而造成熱量散失快溫度嚴重降低一直超過允許溫度下線而造成廢品另外由于溫度過高而又不能提高生產率致使這種生產方式必須被改進橫列式線材軋機產生過長的活套越接近精軋成品越長這是造成降溫的主要原因為了減少這種因素造成的降溫只能減少活套減少活套的方法就是實現多極化即減少每列軋機支架數增加一次軋機輥直徑及此列軋機的軋制速度綜上所述橫列式軋機的根本特點是溫度過大和頭尾溫差嚴重所以盡量減少溫降和頭尾溫差是橫列式線材軋機改進和

8、發(fā)展的中心環(huán)節(jié)其發(fā)展就是連續(xù)軋機附橫列式軋制的軋鋼機工作機座布置形式圖1-1圖1-1com式線材軋制隨著科技的發(fā)展捧線材軋鋼工藝已逐步發(fā)展至半連軋代替以往的橫列式和復二重式軋機的傳統(tǒng)工藝使軋鋼水平又提高了一個層次圖1-2com線材軋制連續(xù)式線材軋制是同時幾架或機組在全部軋機上軋制金屬秒流量相等實現了連續(xù)軋制這種軋制方式與橫列式有兩點不同一是避免了不能調節(jié)的活套實現了連續(xù)軋制關系從根本上解決了長活套軋制時大量散熱問題二是設備十分緊湊保證了軋機在軋制過程中各道次的軋制溫度近似相等且減少了設備占地空間軋制過程軋制溫度基本不變并保持秒流量相等這就是連續(xù)式線材軋機的工藝特點軋制工藝的三個基本要素溫度速度

9、時間這三個要素在連續(xù)軋制上得到了較大的統(tǒng)一使產品進度和生產效率得到了大大的提高隨著連續(xù)式軋機的不斷發(fā)展軋制速度也越來越快七十年代后投產的軋機出口速度為6580mms有的達到了120mms是以前的軋制速度的幾倍到幾十倍大大提高了生產效率附連續(xù)式軋機工作機座布置形式圖13圖1-312線材軋機發(fā)展概況據不完全統(tǒng)計現在各類線材軋機已超過260套軋機種類有摩根德馬赫阿希洛丹尼利波米尼-法列爾和臺爾曼系類等在這些系類中摩根型45°高速無扭線材軋機居首位約占總數的7083其次是德馬赫型軋機摩根型45°高速無扭線材軋已經設計制造183臺199條軋制線其中美國摩根制造公司46臺占2514西德

10、施勞曼西馬赫股份公司70臺占3825英國戴維勞威公司34臺占1898日本住友金屬工業(yè)公司33臺占1803現在摩根公司已經將高速線材軋機設備的設計制造專利權轉讓給西馬赫股份公司戴維勞威公司和住友金屬制造公司這三個公司和摩根公司一樣都有設計制造出售高速線材軋機的專利線材軋制線的核心設備是45°無扭軋制的摩根型精軋機組和斯太爾摩散卷控制冷卻線新型高速無扭精軋機組的出現在線材精軋機組設計和制造方面引起了重大的變革是線材軋機發(fā)展史上的一次重大突破它集中了線材軋制和設計的新成就高速線材軋制是指軋制速度超過50米秒和年生產能力30萬噸以上的線材軋制廠據統(tǒng)計在歐洲共同體范圍內至1979年底由西德制造

11、的設備共有60套線材軋機和70多套可以生產小型型材的型材軋機在運行的全部軋機中歷年建設的比例1960年占171960-1970占461970以后占37現在高速線材軋機設計和制造及其發(fā)展速度進入到一個全新的時代六十年代摩根型精軋機組的軋制速度從35米秒提高到50米秒繼第一代問世到七十年代末到八十年代初又出現了四代新型軋機當代高速線材軋機的發(fā)展正朝著單線連續(xù)高速無扭微張力組合結構機械化和自動控制的方向發(fā)展市場對線材的產量盤中精度和性能方面不斷提出新的要求促使線材軋機新技術的不斷的應用13線材生產車間的工藝流程和主要生產設備com速線材的基本情況高速線材指高速軋機生產的線材主要品種有碳素鋼焊條鋼低合

12、金鋼彈簧鋼等用于建筑預應力鋼絲鋼絲繩焊條等不同材料的線材性能也不一樣目前我國已成為世界上擁有高速線材生產線最多產量最大的國家2003年全國線材總產量4007萬t其中高速線材270475萬t占6752004年線材總產量494098萬t其中高速線材預計將占75左右70ms線材盤重達15002000kg四線軋制時的年產量可達6080萬噸高速線材軋制產品的特點重度大精度高質量好我們所關注的高速軋機的特點是高速單線無扭微張力組合結構碳化鎢輥和自動線當前軋機分為三輥式45°15°75°平立輥交替式二輥式四種按軋制輥大小劃分可以分大輥徑和小輥徑兩種按扎機的支撐情況可以分雙支點和

13、懸臂式com 高速線材生產的工藝流程 下面以包鋼高速線材廠為例介紹生產車間的工藝流程及其車間的主要設備 包鋼線材廠的工藝流程見圖1-4主要特點軋制速度特別是精軋速度特別高最大軋制速度達到120m圖1-4com 高速線材車間的主要設備世界先進水平的高速線材軋機由美國摩根公司技術總負責引進了摩根成套關鍵設備 包括預精軋機組精軋機組夾送輥和吐絲機等 以及專利和工藝技術 加熱爐引進了美國戴維公司軟件技術和部分硬件技術 整個工程的電氣控制系統(tǒng)是從瑞典ABB 公司引進這套軋機年設計能力為38萬t 設計最高速度為132ms 保證速度為105ms 主要生產直徑為515 20mm 光面盤條和直徑6 16mm 螺

14、紋盤線以包鋼線材廠為例 1加熱爐 引進的美國戴維公司線材加熱爐為上下供熱的步進梁式加熱爐 采取三段供熱方式加熱爐采用雙層框架雙輪斜軌式步進結構 分別設有提升定心機構 如圖1-5 提升框架與水平運動框架分別由液壓缸驅動 采用了機械式運行過程中刮渣以及自動排放干渣的水封槽清渣機構升降液壓缸和平移液壓缸的運行由缸內配置的位移傳感器進行位置檢測 加熱爐內裝料輥道和出料輥道分別由9 根和11 根單獨的輥子組成 在裝料輥道軸上設有制動器 以防止彎曲的鋼坯在正確定位以后發(fā)生移動 裝料輥道中的中間輥子裝置上設置了一個編碼器 用于鋼坯在爐內定位加熱爐自動化程度高 裝有微機操作系統(tǒng)和計算機監(jiān)控系統(tǒng)圖1-52平-立

15、交替的粗中軋機組高速線材粗中軋機共有14 架軋機采用平立交替型式 由電機通過齒輪箱 萬向接軸單獨傳動 實現無扭軋制且立式軋機在國內獨樹一幟 采用下傳動型式 布局合理美觀 粗中軋機均為閉式機架 設計緊湊 帶有蝸輪蝸桿傳動的橋式壓下裝置液壓橫移機構軋輥液壓平衡裝置液壓柱塞夾緊裝置和軋輥軸向調整裝置軸向調整裝置是通過手動調節(jié)上軋輥頂部軸承座上所附的調整螺桿機構來進行下軋輥由軋機工作端軸承座上的夾板來保持在固定的軸向位置 該裝置使孔型和軋槽的調整對中便捷準確齒輪箱為聯合齒輪箱 減速和扭矩分配于一體此外立式軋機的升降由電動螺旋機構帶動 還設有保護傳動裝置的防水罩軋機可以實行級連速度控制 同時也可以進行單

16、機調整 級連調速是采取逆調的方式3飛剪機 飛剪機是是我這次設計的課題其主要的任務剪刃在剪切軋件時要隨軋件一起運動即剪刃應該同時完成剪切和移動的兩個運動根據產品品種的不同和客戶的要求在同一飛剪機上應該剪切出多種規(guī)格的定尺長度4吐絲機吐絲機 如圖1-6 主要作用是將高速的直線運動的成品線材轉變成預定直徑的連續(xù)線圈由于有高速旋轉的部件 摩根公司委托最著名的IRD 公司對吐絲錐進行嚴格的動平衡實驗而且隨機配有振動監(jiān)測裝置 吐絲機振動位移超過01mm 就報警入口導管包有水冷套 減少熱量在主軸入口側軸承處積累而且由水霧裝置對吐線錐進行冷卻 吐絲機有一定的傾斜度吐絲管的夾子則采用了摩根公司最新設計只有定位夾

17、是夾緊的 其余的夾子都有很大的間障 主要目的是使吐絲管受熱變形均勻 吐線機配有底傾板和側傾板 可以根據吐絲情況進行調整吐絲機可對頭部進行定位 也可以尾部加速圖1-614線材生產中對飛剪機的基本要求類型及發(fā)展狀況com機的基本要求 飛剪機用來橫行剪切的軋件它可以裝在連續(xù)式軋機的軋制作業(yè)線上亦可裝在橫切機組連續(xù)鍍鋅機組等連續(xù)作業(yè)精整機組上隨著連續(xù)軋機的發(fā)展飛剪機得到越來越廣泛地應用飛剪機的特點是能橫向剪切運動的軋件對它有三個基本要求1剪刃在剪切軋件時要隨著運動的軋件一起運動即剪刃應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瞬時分速度V應與軋件運動速度VO相等或大23在剪切軋件時剪刃在軋件的

18、運動方向的瞬時速度V如果小于軋件的運動速度V0則剪刃將阻礙軋件的運動會使軋件彎曲甚至還會產生軋件纏刀事故反之如果剪切時剪刃在軋件的運動方向瞬時速度V比軋件的速度V0大的多這在軋件中將產生很大的拉應力這會影響軋件的剪切質量和增加飛剪機的沖擊負荷2根據產品規(guī)格的不同和用戶的要求在同一飛剪機上應能剪切出多種規(guī)格的定尺長度并使長度的尺寸公差與剪切斷面的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 com的類型根據飛剪機的用途飛剪機可以分切頭飛剪機和定尺飛剪機兩大類如果按飛剪機剪切機構的形式來分目前應用比較廣的飛剪機有滾筒式飛剪機曲柄回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飛剪機等1

19、滾筒式飛剪機滾筒式飛剪機是一種應用比較廣泛的飛剪機她裝設在連軋機組或橫向機組上用來剪切厚度小于12mm的鋼板或型鋼這種飛剪機作為切頭飛剪機是其剪切厚度可達45mm滾筒式飛剪機的刀片做簡單的圓周運動固可以剪切速度高達15米秒以上的軋件2曲柄回轉杠桿式飛剪機也稱曲柄連桿式用飛剪機剪切厚度較大的板帶或鋼坯為了保證剪后軋件的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飛剪機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得缺點是結構復雜剪切機構的動力特征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

20、速度小于5ms剪切軋件的厚度3070 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e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機架上通過雙臂曲柄軸刀架和擺桿可使刀片在剪切曲作近似于平移的運動已獲得平整的剪切斷面通過改變偏心軸與雙臂曲柄軸也可以說是導架的角速度的比值可改變刀片軌跡半徑以調整軋件的定尺長度這類飛剪機裝設在連續(xù)鋼坯軋機后面用來剪切方鋼坯4擺式飛剪機擺式飛剪機是用來剪切厚度小于64mm的板帶刀片在剪切區(qū)作近似于平移的運動剪切質量較好上刀架在與主曲軸相鉸接

21、下刀架通過套式連桿外偏心套內偏心套與主曲柄軸相連下刀架可在上刀架的滑槽中滑動上下刀架與主曲柄軸連接處的偏心距為e1偏心位置相差180°當主曲柄軸轉動時上下刀架作相對運動完成剪切動作在主曲柄軸上還有一個偏心e2此偏心通過連桿與搖桿的軸頭相連而搖桿則通過連桿與上刀架相連因此當主曲柄軸轉動時通過連桿搖桿和連桿使上下刀架作往復擺動由于上下刀架除能上下運動外還可進行擺動故能剪切運動中的軋件5曲柄搖桿式飛剪機施羅曼飛剪機這種飛剪機也稱為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5ms的速度下工作曲柄搖桿式飛剪機的上刀架通過偏心樞軸與下刀架相鉸接下刀架在曲軸與上刀架的帶動

22、下以偏心軸機械偏心偏心套液壓偏心為中心作往復擺動當改變偏心軸與偏心套的偏心位置時可得到不同的空切次數com的發(fā)展狀況機用于剪切橫向運動著的軋件其開始于十九世紀末期經過百年的發(fā)展在生產過程中使用的飛剪類型教多目前較廣泛應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的發(fā)展要求可以看出飛剪存在以下兩個方面的發(fā)展趨勢 1 剪機的剪切斷面質量要求提高這要求剪切機刀刃在剪切區(qū)域內沿水平方向的速度應與軋件最大速度保持一致為達到這個目的在飛剪機中往往設置了勻速機構另外有些剪切機還裝有間隙調節(jié)機構這些設備的改進導致了剪切機結構越來越復雜所

23、以可以看出飛剪的最大一個發(fā)展趨勢就是機構復雜但剪切質量相應的提高剪切機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電一體化進程的發(fā)展和提高隨著軋制速度越來越快自動化趨勢已經成為必然的發(fā)展方向首先軋制流水線生產越來越先進軋制速度也越來越快僅僅靠人工操作已不能適應軋制工藝的發(fā)展為了使手工操作不阻礙軋制工藝的改進必然要求軋制工藝中自動化程度越來越高這才能適應現代工業(yè)發(fā)展的要求而控制工業(yè)發(fā)展和機電一體化進程的提高為實現自動化的發(fā)展提供了必要的條件以上是淺析線材生產中飛剪機的類型作用及特點極其發(fā)展狀況通過此次設計使我對飛剪機以及整個線材生產有了更深入的了解使我對曲柄連桿

24、飛剪的工作原理及應用幼了更詳細的了解以今后的工作打下了堅實的基礎15課題設計的內容內容為高線1145飛剪機設計其軋件材質是Q235A剪切斷面面積為4395剪切溫度1150剪切速度094136ms最大剪切力為530Kn飛剪曲柄中心距為1145我在此次設計中做了以下工作 1 選定電動機及傳動方案通過力能參數計算出所需電機的功率選擇合適的電動機和合理的傳動方案2在電動機及傳動方案確定后對傳動機構的各個零部件進行設計計算3對剪切速度進行設計計算4對主要受力零部件進行強度校和壽命計算5對設備潤滑方式安裝使用維修等問題做詳細介紹第二章 設計計算和力能分析21 結構設計com式的選擇曲柄連桿式飛剪機總體上有

25、兩種驅動方式一是單電機驅動主軸而另一對剪切軸由齒輪嚙合來傳遞力矩進行驅動另一個方式是由兩臺電機分別驅動兩根主軸下面將兩種方式的特點進行比較以便選出更加合適的設計方式來滿足此次的設計要求1單電機傳動方式由于其由一個電動機做動力源其中輸入軸是由電機直接進行驅動而另一對剪切軸式通過安裝在輸入軸與剪切軸之間的齒輪嚙合來進行傳動的這樣可以明顯的看出輸入軸上的齒輪所受的載荷將遠大于從動軸上的載荷輸入軸上的載荷也遠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的可能性所以輸入軸及傳動齒輪的強度要求高些尺寸更大些所以其主要特點是輸入軸上的零部件易損壞而發(fā)生事故單電機工作其承受了較大的載荷只能采用氣動工作

26、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速近乎相同也就是說上下剪刃的同步性高第二結構簡單成本低且功率也低第三通過齒輪傳動可以設計一套簡易的剪切間隙調整機構2雙電機傳動方式它克服了單電機傳動的兩個缺點首先它的兩套傳動系統(tǒng)平行傳動分別驅動各自的主軸每套系統(tǒng)上的零部件受力情況基本相同不存在個別零部件因受載過大而首先破壞的問題安全性較高其次它分別有兩個電機傳動因而每個電機所受的載荷相對于上一個人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備結構復雜且其成本較高功效較大二則其維護與維修教第一方案復雜其設備體積大三則其同步性較好需特別設備對其轉速進行同步此次設計只是

27、用飛剪機進行切頭剪尾所以不要求連續(xù)工作由于啟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驅動的方式更適合些二者這種飛剪機同步性好滿足剪切要求且成本低結構簡單綜合以上因素最后選定單電機一級減速傳動方式com 飛剪機結構的設計1剪切結構 曲柄連桿飛剪機在剪切軋件時刀片垂直與軋件剪切斷面較為平整不工作是刀片停在水平位置上當有軋件通過時刀片在豎直位置刀片以大約相同的速度完成對軋件的剪切此后刀架旋轉使刀片又停到原來位置 當需要對軋件進行碎斷時刀架不停旋轉完成碎斷任務2機架的設計 由于工作機座采用單獨驅動采用一級減速器平動傳動設計成齒輪箱式機架此箱可分為上中下三箱上箱中箱內安裝剪切軸軸上

28、安裝有大齒輪通過軸承和軸承座固定在箱體上中箱和下箱內分別裝裝有剪切軸軸上分別裝有和上箱齒數大小相同的齒輪通過軸承固定在機座上在下箱底部裝有與地基固定的底板三個箱體內分別裝有吊鉤方便拆裝上箱上部設有注油孔及壓力油輸入孔下箱底部設有油底殼及泄油孔以便沉積雜質便于從泄油孔排除22剪切力剪切力矩的計算com的計算根據軋件材質為Q235A剪切斷面4395mm2剪切力是飛剪機的主要參數對于合理設計飛剪機有非常重要的作用 1 首先根據所剪切的斷面尺寸來確定飛剪機的公稱能力最大剪切力P當所剪材料無單位剪切力試驗數據時可按下式計算最大剪切力 2-1被剪軋件材料在相應剪切溫度下的剪切強度MPa被剪軋件的最大剪切斷

29、面mm2 K 11P 06×11×900×106×04395 261KN飛剪機在剪切過程中除了克服剪切過程的剪切力外在水平方向還有拉力又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向附加拉力根據胡克定律1P330頁由有軋件中的拉應力為 2-2式中 E彈性模數對軋件在終軋溫度為800近似的等于4500055000MPa l剪切終了在軋件與最后一架軋機的軋件長度 l剪切終了時在軋件長度l段內由拉應力產生的伸長量 根據資料可得L初步取3米 伸長量l可由剪切過程中刀片與軋件的水平位移量的差值來確定l l1l0式中 l1 剪切時間內刀片在水平方向的移動量 l

30、0剪切時間內軋件的移動量 軋件的移動量l0 v0t 當刀片軌跡半徑為R的整圓時剪切時間為 2-3 2 下面計12由1P331頁公式 2-4角1相當于剪切軋件厚度為h時的開始剪切角度由下式確定 2-5式中S刀片的重疊量 h剪切厚度R旋轉半徑 在此處取h 75mm R 573mm 實測得S 7mm 把上數各值代入 0931 038角2為剪切終了的角度考慮到剪切終了是的相對切入深度0得 2-62 020（3）L的計算 L L1L0式中L1 剪切時間內刀片在水平方向移動量l0 剪切時間內軋件的移動量 2-7 2-8代入式中v0軋件的運動速度V剪切速度根據設計所給v0 085ms V 094ms 代入公

31、式得 163mmL1 R sin1-sin2 573 037-02 9741mmL 9741-163 8111mm運動軋件產生的拉力由1330頁 2-9E在式中近似的取50000MPa代入各值得 594KNT與P的合力是刀架所受的剪切力5總的剪切力計算 2-10 26106KN圖2-1com 剪切力矩的計算 1 計算咬入角 當P最大時 08代入咬入角公式 2-11式中Z切入深度Z h 08×75 60mm代入上式 097 1407°咬入角為剪切過程最大剪切角此時的剪切力矩最大1最大剪切力矩的計算 對軋制過程的受力分析剪切力矩可以安下式計算 3963KNmcom 剪切功的計算

32、根據剪切功可以近似的方便的計算出剪切機的功率由1P267頁當不考慮刀片磨鈍等因素時可按下式計算 2-12式中a單位剪切功 F被剪切件的原始斷面 單位剪切功可按1P268頁公式 2-13通過查表8-81P268得 a 30 Nmmmm-3 代入公式得剪切功A com 4395×75×30 99kNm23電機的功率計算及類型選擇com功率的計算由于開始時我們選擇的是啟動工作式所以在傳動中沒有專門的飛輪不帶飛輪剪切機預選電機時可以根據靜力矩的大小直接選取由2查的電機的計算功率公式 2-14式中 Mjm偏心軸上的最大靜力矩 n剪切軸的轉速 電機過載率一般取 1317考慮到具體情況

33、17 從電機到飛剪機傳動效率 094 1 計算總的靜力矩由1P268頁得 2-15 式中 Mp剪切力矩由前面計算Mp 3963KNm Mf摩擦力矩 Mkon 空載力矩查得 Mkon 35 2-16為剪切軸處的摩擦系數查3表 011d為剪切軸處的直徑根據資料知d 260mm代入公式 373KNm 4439 KNm 2 電機功率的計算1剪軸的轉速 2-17式中 v 剪切速度由設計給定v 136ms D 曲柄中心距由設計給定D 1145mm 2270rmin2 電機功率 6603KWcom 電機功率及型號的選擇 考慮到高線生產的實際情況和所選擇的傳動方案選YZP系類冶金及起重變頻調速三項異步電動機與

34、變頻裝置組成的系統(tǒng)能夠實現的無級調速由于此類電機效率高調速范圍廣精度高氣制動運行穩(wěn)定切過載能力大等特點特別適合用于需要變頻調速短時或斷續(xù)周期運行頻繁啟動或制動的場合符合飛剪機的工作情況能夠滿足于安全生產 在這一系列中選擇YZP250M-8通過4P1421查得其額定功率76KW額定轉矩473N·M額定轉速735rmin24主要零部件的設計計算及強度剛度的校荷 2 輸入軸的轉速及轉矩由大小齒輪的傳動比以及主電機剪軸的總傳動比可以看出剪切機內部的一級減速機構的傳動比i1不可能太大因為傳動比太大將使機身尺寸過大按實際使用的設備取i1 29及飛剪機內部的一級減速機構的傳動比而電機與飛剪機之間可

35、用兩級漸開線直齒圓柱齒輪減速器其傳動比i2輸入軸的轉速輸入軸的轉矩 2-18式中 i2電機與飛剪機之間的傳動比 電機到高速軸的效率 096 代入公式得討論此處為何不用公式 2-19Mer為電機的額定轉矩因為電機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均的啟動力矩此時電機轉矩也不是Mer因此對軸此輪進行計算所受的最大轉矩作為設計參數才能保證設計的合理性和安全性剪切軸的轉速com設計計算及校核1齒輪的設計計算1選用齒輪類型精度等級及齒數a為了避免產生軸向力所以在此選用的直齒圓柱齒輪b由于轉速不高大齒輪表面經淬火后研磨小齒輪經滲碳硬化處理并拋光齒輪的變形不大對精度要求不高選一般的8級精度

36、即可c材料的選擇由 5P211表10-1選擇小齒輪材料為40Cr調質硬度為280HBS大齒輪材料為45鋼調質硬度為240HBS二者的硬度差為40HBSd小齒輪齒數選擇Z1 45大齒輪齒數選擇Z2 1302 2-20確定公式中的個計算參數試選載荷系數Kt 13計算小齒輪的傳動的轉矩T1 375KNmc由5P205頁表10-7選擇齒寬系數d 06d由表10-6查得材料的彈性影響系數Ze 1898MPe由圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限Hlim 600MP大齒輪的接觸疲勞極限Hlm 550MPf由圖10-19接觸疲勞壽命系數KHN1 09 KHN2 095g設計接觸疲勞許用應力取

37、失效的概率為1安全系數S 1由式10-12得計算試算小齒輪的分度圓直徑d1t 代入接觸疲勞許用應力較小的值代入上式d1t 380mm計算圓周速度v4計算載荷系數K 2-21由5表10-2查得使用系數KA 15 由5圖10-8查得動載系數kv 11KF 12 由圖10-13KF 11代入公式 K 15×11×12×11 218式中 KA 使用系數 kv _ 動載荷系數 KF _ 齒間載荷分配系數 KF_齒向載荷分配系數5按實際載荷校正所計算的分度圓直徑按兩齒輪嚙合計算模數并確定大小齒輪的尺寸為了保證同步性和剪刃的側向間隙所以大齒的分度圓直徑占定于1145mm模數取m

38、 9計算得 d1 405 d1 d1t按齒根彎曲強度進行校荷a計算圓周力FTb取應力校正系數與齒形系數由5表10-5查得齒形系數YFa1 268 YFa2 225表10-5查應力校正系數YSa1 159 YSa2 174計算載荷系數 218彎曲疲勞極限及壽命極限由圖10-20c查得小齒輪彎曲疲勞極限FE1 500MP查得大齒輪的FE2 380MP由圖10-18查得小齒輪的壽命極限KFN1 085KFN2 088e計算彎曲疲勞許用應力取彎曲疲勞安全系數S 15由5中的公式f校荷計算 2-22式中 b齒寬 現取b 200mm此齒輪符合安全要求 21549符合安全要求齒輪的各項齒數參數的計算齒寬的選

39、擇計算b dd1 2-23 小齒輪b1 05×405 225mm大齒輪b2 230mm 其它各項尺寸的計算壓力角 20° 齒頂高系數ha 1徑向間隙系數C 025齒頂 ha ha·m 1×9 9mm齒根高 hf hac m 1125mm齒高 h ha hf 2025mm小齒輪的齒頂圓直徑 da1 d12ha 40518 423mm大齒輪的齒頂圓直徑 da2 d22ha 117018 1188mm小齒輪的齒根圓直徑 df1 d1-2hf 405-225 3825mm大齒輪的齒根圓直徑 df2 d2-2hf 1170-225 11475mm齒間的中心距 齒輪

40、的結構的設計 齒輪的結構設計為板式結構在齒輪轂上開四個孔目的是為了減少齒輪重量齒輪與軸相連接處采用鍵連接左右用套筒定位由圖2-1所示圖2-2 大齒輪簡圖選擇減速器由以上計算可知電機與飛剪機之間可用兩級漸開線直齒圓柱齒輪減速器此減速器要求的傳動比 i2 1117 傳動功率為76Kw電機的轉速為 735rmin由前面計算可知計算功率Pm 6603Kw要求Pm P 公稱傳動比i 11高速級傳動比i1 22低速級傳動比i2 5高速軸許用功率P 90KwPm P此減速器符合要求com設計及校荷 考慮刀架的受力情況及傳動方案和運行狀況等諸多因素的影響現將刀架設計成如圖所示的形狀圖2-3 下面對刀架進行校荷

41、由前面計算得 26106KN 2-24垂直與刀架的力 26106×sin 140713 6919Kn刀架上的危險截面 假設斷面為長方形 如圖所示由6143頁公式所示 M 6919×019 1315KNm式中 019為力的作用點刀端點的距離查6 90MPa 同理對于下刀架也進行校荷由于上下刀架外形尺寸相同受力其情況也相同所以下刀架也滿足強度要求刀架是飛剪機比較關鍵的零件經常處于擠壓彎曲和嚴重磨損狀態(tài)下工作所以要采用強度韌度都高的材料飛剪機使用合金鋼整體淬火硬度達到HRS7375采用35GrMo合金鋼com 軸的設計計算及校荷 1 軸承處軸的直徑的確定以及軸承的選擇1輸入軸的功

42、率P2 P額× 76×096 7296KW輸入軸的最小直徑由5公式 2-25式中 A0由5P370頁A0 130 p輸入軸的功率p 7296Kw n輸入軸的轉速n 658rmin輸入軸的最小直徑處是為了和聯軸器相連根據現場資料選軸承處的直徑為180mm2 剪軸的功率剪軸的最小直徑根據經驗選軸承處的直徑為220mm安裝剪子端軸承處直徑為300mm討論為什么選用的軸徑最小直徑比算出的dmin1大許多由以下幾個作用從工藝方面考慮軸徑太細軸的加工成本將增加并且軸的尺寸精度和行位精度很難得以保證所以軸徑不易太小從機器的適用范圍看我們所計算的這個軸徑僅是對我們所設計可以剪切的多種材質和

43、斷面的鋼坯所以其軸徑各尺寸應盡量大些以便其強度可以滿足的反方面的要求3軸承的選擇高速軸電機端的軸承選擇單列圓柱滾子軸承選92340型軸承軸承外徑D 460寬度B 108內d 220其軸承受軸向載荷小高速軸遠離電機端的軸承選用調心滾子軸承型號為53544軸承外徑D 440內徑d 240寬度B 108剪切軸不安刀架端軸承選用內圈無控圈的單列圓柱滾子軸承型號為92340型軸承外徑D 460內徑d 220寬度B 88剪軸安裝剪子端的軸承選用調心滾子軸承型號為53564軸承外徑D 580內徑d 300寬度B 150討論為什么選用調心滾子軸承 因為當剪子剪切時會突然產生一個很大的沖擊載荷這個載荷會使軸產生

44、擾曲變形這樣軸承的內外圓軸件在工作時不可能保持重合會產生一定偏斜軸線的偏斜會引起軸承內部接觸應力的不均勻分布造成軸承的早期失效而采用調心滾子軸承能自動補償和外殼孔中心線的相對偏斜從而保證軸承及整個設備的正常工作調心滾子軸承所允許的軸線偏斜量為022°軸的形狀尺寸的設計考慮到軸承的大小和齒輪在軸上的位置等諸多因素設計的上剪切軸如圖2-4所示設計的輸入軸如圖2-5所示 圖2-4剪切軸簡圖 圖2-5輸入軸簡圖2軸的校荷 進行軸的強度校荷時應根據軸的具體受載及應力情況采取相應的計算方法并且恰當的選取其需用應力對于僅僅承受扭矩的軸應按扭轉強度條件計算對于只承受彎矩的軸兩個齒輪受力如圖2-5所示

45、 圖2-5所示 軸所受的載荷是從軸上零件傳來的計算時常將軸上的分布載荷簡化為集中應力其作用點取為載荷分布段的中點作用在軸上的扭矩一般從傳動件輪轂寬度的中點算起通常把軸當做置于鉸鏈支座上的梁支反力的作用點與軸承的布置方式有關在做設計簡圖時應先求出軸上的受力零件的載荷并將分解成水平反力和垂直反力進行軸的強度校荷計算時應根據軸的具體受載及應力情況采取相應的計算方法并恰當地選取其許用應力對于僅僅承受扭轉的軸按鈕轉強度條件計算對于僅承受彎矩的軸按彎曲條件計算對于即承受彎矩又承受扭矩的軸應按彎扭合成強度條件進行計算需要時還應按疲勞強度條件進行精確的校荷此外對于瞬間過載很大或應力循環(huán)不對稱性較為嚴重的軸還應

46、按峰尖載荷效荷其靜強度以免產生過量的塑形變形 對于校荷軸的要求計算準確是滿足軸的強度和剛度要求必須時還應校荷軸的振動穩(wěn)定性由輸入軸的受力分析彎扭力矩圖2-6并計算各值圖2-61輸入軸設計得L2 339mm L3 354mm 計算b中各力聯立以上兩式解得FH1 1406Kn FH2 1339KnMH FH1L2 562KNm計算c中各力聯立以上兩式解得FV1 512KnFV2 487KnMv RV1×04 205KNm計算總彎矩圖如e所示由5公式P373頁按軸的彎扭合成強度條件 2-26化簡公式得式中 ca軸的計算應力MPa M軸所受的彎矩M 598KNm T軸所受的扭矩T 370KN

47、m 當扭轉切應力為脈動循環(huán)應力時06 W軸的抗彎截面系數由5表15-4選取計算公式 9652267mm3由5中15-1查得軸的許用-1 70MPa ca -1此輸入軸強度符合強度要求2下剪軸的校荷由于下剪軸的大齒輪所受的力和小齒輪上所受的力為作用力和反作用力則由剪軸的設計的彎扭力矩圖2-7并計算各值L2 339mm L3 354mm圖2-7計算圖a b中 的各力解得 FH1 1379Kn FH2 1366KnMH 1379×0425 586KNm 計算c中的各力FV1 576kn FV2 423KnMV 576×0425 245KNm計算圖d的彎矩按彎扭合成應力校荷軸的強度

48、公式化簡得式中 ca軸的計算應力MPa M軸所受的彎矩M 635KNm T軸所受的扭矩T 594KNm 當扭轉切應力為脈動循環(huán)應力時06 W軸的抗彎截面系數查5得-1 下剪軸強度符合要求上剪軸與下剪軸尺寸形狀受力情況與上剪軸基本相同所以設計符合要求com鍵的校荷1由5P319頁公式13-5的得到軸承壽命公式Lh以小時表示的軸承的基本壽命 2-27式中 為指數對于滾子軸承 C基本額定動載荷 P軸承所受的載荷n軸的轉速 2-28其中Lh預期軸承計算壽命a校荷軸承計算得c 52800N 1688366h如果以一天12小時每年360天計算Lh 117 Lh 10b校荷軸承 查機械設計手冊4 得c 73

49、647N如果以一天12小時每年360天計算Lh 1126 Lh 10此軸承符合設計要求其它軸承校荷同上了2鍵的選擇和校荷選擇鍵聯接的類型和尺寸在8級以上精度的齒輪有定心精度要求應選擇平鍵聯接由于齒輪又有軸端故選擇圓頭普通平鍵 A a選擇大齒輪上的鍵根據大齒輪安裝處的軸徑d 300mm 機械設計手冊4查得b 70mm h 36mm 鍵槽t1 22mm 輪轂 t2 144mm 由齒寬并參考鍵長取鍵長168mmb選擇小齒輪上的鍵根據小齒輪處的軸徑d 230mm 機械設計手冊4查得b 56mm h 32mm 鍵槽t1 22mm 輪轂t2 124mm由齒寬并參考鍵長取鍵長200mmc校荷鍵的聯接強度 對大齒輪上的聯接強度進行校荷查的鍵的許用擠壓力c 30MPap 97 c 30c 30MPap 2259 c 30 2-29式中 k1 傳動的重要程度K2機械的工作范圍根據具體情況取k1 10 K2 13 TC 23×37 851KNmTC T 所以聯軸器選擇符合設計的要求com機的校荷 1 電動機的載荷圖a