圓盤剪切機結(jié)構(gòu)設(shè)計說明

1、圓盤剪切機結(jié)構(gòu)設(shè)計圓盤剪切機主要應(yīng)用于金屬冶煉加工行業(yè)，用來剪切縱向厚度2030mm的鋼板及薄帶鋼。但是圓盤剪在使用過程中存在傳動系統(tǒng)精度低、徑向調(diào)整和刀盤側(cè)向調(diào)整精度低等問題，為了解決這些問題，借鑒以往的設(shè)計和工作經(jīng)臉，我設(shè)計了這臺圓盤剪切機。此圓盤剪能夠和拆卷機、伸直機、輻矯直機、飛剪機一起來完成伸直、切邊等一系列的工作，設(shè)計思路如下：（1）通過對國外圓盤剪的調(diào)研分析，總結(jié)出國外圓盤剪相關(guān)技術(shù)的優(yōu)缺點，確定圓盤剪各機構(gòu)的布置方式和相關(guān)技術(shù)參數(shù)。同時完成軸向調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)、徑向調(diào)節(jié)機構(gòu)和帶寬調(diào)整機構(gòu)的設(shè)計；（2）計算圓盤剪的剪切力和電機的傳動功率。完成刀盤、傳動軸、齒輪的設(shè)計和電機、軸承等零件的選

2、型工作；（3）運用Solidworks三維設(shè)計軟件對圓盤剪的主要零部件進行了三維建模及總體組裝、虛擬裝配。本說明書從剪切原理、帶鋼的剪切變形過程，分析和計算了圓盤剪的剪切力和傳動功率，同時完成了各零件的設(shè)計、選型及校核工作。關(guān)鍵詞：圓盤剪切機；側(cè)向間隙調(diào)整；徑向調(diào)整；帶寬調(diào)整；SoildworksThestructuredesignofthediscshearingmachineAbstractThediscshearingmachineismainlyusedinmetallurgicalindustry,whichisusedtoshearlongitudinal20'30mmth

3、icknessofsteelplateandthinstrip.ThediscshearingmachineIdesignedisdesignedtosolvesomeproblems,suchasdrivingsystemconsistsoflowprecision,radialadjustmentmechanismandthedisklaterallowaccuracy.Thediscshearingmachinewiththedecoiler,theunbender,therollerstraighteningmachine,theflyingshearcancompleteaserie

4、sofwork,suchasunbending,trimming,theideasarefollows：(1) throughtheanalysisoftheresearchofdiscshearmachineathomeandabroad,summarizestheadvantagesanddisadvantagesofthediscshearrelatedtechnologyathomeandabroad,todeterminethedisccuttinginstitutionsarrangementandrelatedtechnicalparameters.Atthesametimeco

5、mpletedtheaxialadjustingstructure,adjustingmechanismfortheradialandbandwidthadjustingmechanismdesign；(2) calculatethediscshearshearforceandthetransmissionpowerofthemachine.Tocompletethedesignofthecutterhead,shaft,gearandmotor,bearingandotherpartsselectionwork；(3) usingtheSolidworks3ddesignsoftwarefo

6、rthedisccutthemaincomponentsof3dmodelingandassemblyandvirtualassemblyasawhole.Theinstructionsfromtheprinciple,theprocessofshearingdeformationanalyzetheshearingforceandthepower.Atthesametime,Idesignavariousofcomponentsandcompleteselectionandcheckingwork.KeyWords:thediscshearingmachine,thelateralclear

7、anceadjusting,theradialadjustingmechanism；thebandwidthadjustment；SolidworksAbstractII1 .緒論11. 1課題背景及研究的目的和意義11.2圓盤剪切機的發(fā)展狀況11.2.1圓盤剪切機的發(fā)展11.2.2圓盤剪切機的分類21.2.3圓盤剪切機的研究31. 3本文主要研究容42.設(shè)計方案的選擇和評述52. 1弓I言52. 2設(shè)計方案的選擇52. 3設(shè)計方案的評述62. 4方案設(shè)計62. 4.1傳動機構(gòu)的設(shè)計63. 4.2驅(qū)動方式的設(shè)計64. 4.3執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計62. 5本章小結(jié)63.主要零部件的設(shè)計和選型83. 1

8、弓1言83. 2刀盤的設(shè)計83. 3電機的選型93. 4齒輪的設(shè)計143. 5軸的設(shè)計183. 6鍵的選擇203. 7軸承的選型213. 8聯(lián)軸器的選型223. 9本章小結(jié)224.主要零部件的校核244. 1引言244. 2齒輪的校核244. 2.1齒面接觸疲勞強度的校核244. 2.2齒根彎曲疲勞強度的校核254. 3軸的校核264. 3.1按彎扭合成強度校核264. 3.2軸的安全系數(shù)校核計算284. 4電機的校核314. 5鍵的校核324. 6軸承的校核334. 6.1軸承壽命的計算334. 6.2軸承靜強度的校核344. 6.3軸承極限轉(zhuǎn)速的確定344. 7本章小結(jié)35結(jié)論36致37參

9、考文獻381 .緒論1. 1課題背景及研究的目的和意義圓盤式剪切機廣泛用于縱向剪切厚度20、30mm的鋼板及薄帶鋼。由于刀片是旋轉(zhuǎn)的圓盤，因而可連續(xù)縱向剪切運動著的鋼板或帶鋼。圓盤式剪切機通常設(shè)置在精整作業(yè)線上用于將運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傳動的軸上，刀片的數(shù)目為兩對。剪切帶鋼的圓盤剪的刀片數(shù)目是多對的，且刀片一般都固定在兩根公用的運動軸上，也有少數(shù)的圓盤刀片是固定在獨立的傳動軸上的。此圓盤剪切機是以1700橫切機組為背景下進行設(shè)計的。1700橫切機組使用多年，其中圓

10、盤剪使用過程中存在一些問題。這次設(shè)計的目的就是解決其圓盤剪在使用過程中傳動系統(tǒng)精度低，徑向調(diào)整機構(gòu)和刀片側(cè)向調(diào)整精度低等問題。通過本次畢業(yè)設(shè)計，達到綜合應(yīng)用所學知識，分析和解決實際工程問題，使我在機械、驅(qū)動、控制等方面得到切實的鍛煉。1.2圓盤剪切機的發(fā)展概況早期圓盤剪切機速度較低，圓盤剪切機的刀片旋轉(zhuǎn)通過電機、齒輪傳以及萬向連接軸來實現(xiàn)的。刀盤徑向間隙調(diào)整則是通過蝸輪蝸桿傳動來實現(xiàn)的。而刀片側(cè)向間隙是通過手動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，圓盤式剪切機剪切速度在逐漸提高。目前圓盤剪切機裝在橫切機組上，剪切厚度為0.52.5mm,剪切寬度為7001500mm,剪切速度達到廣3

11、m/s。1.2.1圓盤剪切機的發(fā)展圓盤剪切機主要由下列機構(gòu)組成：刀盤徑向調(diào)整機構(gòu)、刀盤側(cè)向調(diào)整機構(gòu)、剪切寬度調(diào)整機構(gòu)和刀盤旋轉(zhuǎn)傳動系統(tǒng)等。剪切寬度的調(diào)整實際上就是對機架的距離調(diào)整。刀片傳動通過減速機和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個齒輪組成相當于連桿機構(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架滑道上下移動；滑座移動用針齒擺線減速機，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驅(qū)動絲桿和螺母來實現(xiàn)的，為了提高傳動精度，傳動系統(tǒng)增加了測速裝置，進行主傳動速度調(diào)整。目前各國都在研究擴大圓盤剪剪切厚度圍。有的

12、國家采用兩臺串聯(lián)圓盤剪剪切厚度為40nlm的鋼板，第一臺圓盤剪切入板厚的5%、10斬緊接著第二臺圓盤剪將鋼板全部切斷。1. 2.2圓盤剪切機的分類圓盤剪切機按用途分為剪切帶鋼的圓盤剪和剪切板邊的圓盤剪。1 ,剪切帶鋼的圓盤剪此類圓盤剪將帶鋼連續(xù)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。2 ,剪切板邊的圓盤剪剪切板邊的圓盤剪又可分為熱軋鋼板圓盤剪和冷軋帶鋼圓盤剪。熱軋鋼板圓盤剪，剪切厚度小于20nlm,徑向調(diào)整采用偏心套，齒輪與刀盤軸通過萬向連接軸連接傳動。圖L1熱軋鋼板精整機組示意圖1.運輸程道2.前斜刃剪3.后斜刃剪4.圓盤剪5.碎邊機熱軋鋼板冷卻后由運輸輻

13、道運輸?shù)胶笮比屑暨M行切頭，然后送到圓盤剪切邊，切下的邊由碎邊機剪切成小段后運走。圓盤剪的作用是去掉鋼板兩邊并切齊使其滿足寬度要求。冷軋帶鋼圓盤剪，剪切厚度為0.52.5mm,徑向調(diào)整通過上刀盤齒輪和四連桿機構(gòu)完成。有的冷軋帶鋼圓盤剪采用測速裝置，使剪切精度更準確。1.拆卷機 2.伸直機 3.下切剪 4.紿料機5.圓盤剪切機6.卷邊機7.風動分離盤8.分卷卷取機圖1.2冷縱剪切機組示意圖鋼卷由吊車吊到拆卷機處拆卷，將頭伸直經(jīng)下切剪切頭由給料機送到圓盤剪縱切后，給風動分離盤，由分卷取機卷成窄帶卷，卸卷后由吊車吊走送入成品庫。圓盤剪切機的作用是將帶鋼切成窄條，并卷成窄帶鋼卷。圓盤剪按刀盤傳動方式有動

14、力剪和拉力剪之分，拉力剪是指刀盤不直接驅(qū)動，由剪后拉力輻或卷曲機拖動帶鋼，在拉過圓盤剪時進行剪切。兩種剪切方式各有特點，故在圓盤剪的傳動系統(tǒng)中裝有離合器，可以根據(jù)需要采用動力剪切或拉力剪切方式。1.2.3圓盤剪切機的研究用于切邊的圓盤剪，它的機構(gòu)組成一般情況是：左右機架、上下刀軸、底座、機架移動機構(gòu)、刀盤調(diào)整機構(gòu)和傳動裝置等。窄帶鋼圓盤剪的結(jié)構(gòu)必須保證帶鋼兩側(cè)邊緣整齊，嚴格控制帶鋼寬度，在圓盤剪上對帶鋼兩邊進行切邊，切下的邊緣在碎邊機上進行破粹。窄帶鋼圓盤剪結(jié)構(gòu)和傳動系統(tǒng)如圖1.3所示。圖1.3窄帶鋼圓盤剪結(jié)構(gòu)和傳動系統(tǒng)示意圖1 .測速發(fā)電機2.電機 3.減速機 4.刀軸升降調(diào)整機構(gòu)6.刀軸7

15、.側(cè)向調(diào)整機構(gòu)8.離合機構(gòu)電機14.固定碎邊機15.旋轉(zhuǎn)碎邊刀5.偏心套Gvbv-13.飛輪1. 2.3.1圓盤剪系統(tǒng)的組成及工藝1 .圓盤剪的前面有一對立輯，用來控制帶鋼中心線，嚴格對正剪刀中心線；2 .圓盤剪的后面是碎邊機，碎邊機由固定在機座上的固定刀刃和安裝有兩個刀刃的旋轉(zhuǎn)刀組成；3 旋轉(zhuǎn)刀軸由電機經(jīng)減速機傳動，并在軸兩端安裝兩個飛輪，帶鋼邊通過固定刀和旋轉(zhuǎn)刀之間的間隙時被碎成碎段流入下面的料斗中。1. 2.3.2圓盤剪的組成圓盤剪由傳動部分、刀軸部分、調(diào)整部分、離合部分以及輔助部分等組成。1 .傳動部分是通過電機2經(jīng)減速機3及萬向連接軸傳動到右側(cè)兩根主軸;2 .刀軸部分6是由各固定了兩

16、片圓盤刀的上下刀軸組成；3,離合部分是在圓盤剪的下方，通過電機8、減速機9和絲杠10調(diào)整圓盤剪左右兩側(cè)機座的橫向位置，使左側(cè)機座的游動軸和右側(cè)機座的傳動軸與上下刀軸連接，從而可以傳動刀軸6.當離合機構(gòu)使左右兩側(cè)機座分離時，即可使刀軸脫離機座的傳動軸，以便于進行換刀操作；4 .調(diào)整部分包括壓下抬起的調(diào)整機構(gòu)和刀片軸向位置的調(diào)整機構(gòu)。在上下傳動軸和游動軸的外面，各有一個偏心輪為14mni的偏心套，轉(zhuǎn)動壓下手輪，通過傳動機構(gòu)的傳動，兩端的偏心套同時轉(zhuǎn)動，從而使兩側(cè)上下軸之間的距離發(fā)生變化。5 .壓下機構(gòu)用以調(diào)整上下刀刃之間的重合量，并在換刀時用以抬起上刀。在左右兩側(cè)機座的前方各有一個手輪，在兩側(cè)上部

17、偏心套上各固定一個渦輪，渦輪通過螺母與偏心套上的螺紋連接。轉(zhuǎn)動手輪可以調(diào)節(jié)偏心套的軸向位置，從而調(diào)節(jié)上刀軸的軸向位置，使左右兩側(cè)上下刀之間的間隙保持均勻一致，并調(diào)節(jié)剪切中心線使之與機組中心線相應(yīng)一直。6 .輔助部分包括引導(dǎo)帶鋼平直地從剪刃間出來的上下托板，以及固定上下托板的橫梁等部件，還有將切邊導(dǎo)入碎邊機的左右導(dǎo)槽，以及固定和調(diào)整導(dǎo)槽的部件。1. 2.3.3圓盤剪的工藝特點1 .圓盤剪的下刀盤是傳動的，用于穿帶操作時剪切；2 .在正常運行時，傳動脫開，圓盤剪進行拉剪工作方式，這就可以省去剪切前活套坑及其控制裝置，而且減少剪刃磨損及改善剪邊質(zhì)量；3,剪切寬度調(diào)節(jié)是通過交流電機和傳動絲杠來改變機架

18、的開口度。上剪刃重合量和側(cè)向間隙量是由電機單獨調(diào)節(jié)的。下剪刃絲杠可以手動調(diào)節(jié),以在補償剪刃磨削后保證剪切平面標高恒定；4,剪切質(zhì)量的調(diào)節(jié)參數(shù)是刀盤重合量和刀片側(cè)向間隙量，刀盤重合量和刀片側(cè)向間隙量是根據(jù)剪切厚度和材質(zhì)進行調(diào)整的。合理的調(diào)節(jié)量可使剪切負荷減小，剪切作業(yè)順利并獲得切口整齊的剪斷面；5 .剪切調(diào)節(jié)量過小會增加剪切負荷，加快刀刃的磨損，另外間隙過小帶鋼還會出現(xiàn)毛刺、毛邊缺陷；6 .調(diào)節(jié)量過大會使剪邊“豎立”或剪切斷面撕裂，使剪邊質(zhì)量不佳。1. 3本文主要研究容本課題的研究容主要是針對圓盤剪在使用過程中傳動系統(tǒng)精度低，徑向調(diào)整機構(gòu)和刀片側(cè)向調(diào)整精度低等問題進行展開，通過重新設(shè)計圓盤剪的機

19、械結(jié)構(gòu)爭取解決這些問題，主要研究容有：圓盤剪的設(shè)計方案選擇和評述、電機的選型和校核、各零件的設(shè)計選型和校核等。2.設(shè)計方案的選擇和評述2. 1引言冷軋帶鋼圓盤剪，剪切厚度為0.52.5mm,剪切寬度為7001500mm。有的冷軋帶鋼圓盤剪采用測速裝置，使剪切精度更準確。因此我設(shè)計的是帶有測速裝置的圓盤剪。2. 2設(shè)計方案的選擇2 .徑向調(diào)整減速機1 .帶電機擺線針輪臧速器4.刀盤7.減速機13 .刀盤側(cè)向間隙調(diào)整裝置5.離合器8.電機3 .調(diào)整絲桿6.增速機構(gòu)9. 10. 1L 12.同步齒輪14.機座移動機構(gòu)（寬度調(diào)整機構(gòu)）圖2.1圓盤剪結(jié)構(gòu)示意圖2. 3設(shè)計方案的評述主傳動由電機8通過減速

20、機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，轉(zhuǎn)動手輪使螺紋套筒旋出以便下刀盤做軸向移動,并增加自鎖裝置；刀盤徑向調(diào)整通過帶電機的減速機1,調(diào)整減速機2,及調(diào)整螺絲帶動上刀盤軸的軸承座沿著架體滑道上下移動；剪切帶寬的調(diào)整是通過在剪切機下部設(shè)置機架橫移機構(gòu)，經(jīng)行星減速機將運動傳遞到兩端螺紋方向相反的絲桿，由固定機架的螺母帶動機架沿著導(dǎo)軌移動從而達到調(diào)整帶鋼寬度的目的。2. 4方案設(shè)計2. 4.1傳動機構(gòu)的設(shè)計在圓盤剪切邊過程中，帶鋼是由上、下

21、兩刀盤以相同的速度共同運動切下板邊的，由于上、下刀片要求同步，因此選擇齒輪傳動。與其它傳動方式相比，齒輪傳動的優(yōu)點是：1 .與帶傳動相比：齒輪傳動效率高，壽命長，工作可靠。2 .與鏈傳動相比：齒輪傳動的傳動比恒定，穩(wěn)定性好，噪聲小且結(jié)構(gòu)緊湊。2. 4.2驅(qū)動方式的設(shè)計圓盤剪的傳動方式是齒輪傳動，齒輪主要是做回轉(zhuǎn)運動。因此驅(qū)動裝置應(yīng)能把其它形式的能轉(zhuǎn)化為機械能。根據(jù)以往的設(shè)計和工作經(jīng)驗，優(yōu)先選用電機，其它驅(qū)動方式均不合適。圓盤剪的剪切速度不高，只有03m/s,故還需增加一個減速裝置和一個測速裝置。2. 4.3執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計1700橫切機組的執(zhí)行機構(gòu)分別為：卷簡組件、矯直組件、切邊組件、碎邊組件等

22、，圓盤剪主要是負責切邊的。所以執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計便是切邊組件的設(shè)計。此圓盤剪所采用的執(zhí)行機構(gòu)與1700橫切機組中圓盤剪的執(zhí)行機構(gòu)相同，但切邊組件主要零件的設(shè)計和選型見下文。2. 5本章小結(jié)此臺圓盤剪切機是在1700橫切機組的背景下設(shè)計的，所采用設(shè)計方案如圖2.1所示，并確定解決圓盤剪問題所采用的方法和結(jié)構(gòu)，同時完成了圓盤剪傳動機構(gòu)、驅(qū)動方式和執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計。刀盤側(cè)向間隙調(diào)整，通過轉(zhuǎn)動手輪使螺紋套筒旋出帶動下刀盤做軸向移動完成；刀盤徑向調(diào)整通過帶電機的減速機1,調(diào)整減速機2及調(diào)整螺絲帶動上刀盤軸的軸承座沿著架體滑道上下移動完成；剪切帶寬的調(diào)整是通過在剪切機下部設(shè)置機架橫移機構(gòu)，使機架沿著導(dǎo)軌移動從而

23、達到調(diào)整帶鋼寬度的目的。圓盤剪的傳動方式采用齒輪傳動，驅(qū)動方式采用電機驅(qū)動。3.主要零部件的設(shè)計和選型3. 1引言在前面的章節(jié)中，已經(jīng)完成了圓盤剪設(shè)計方案、傳動機構(gòu)、驅(qū)動方式、執(zhí)行機構(gòu)的選擇，在本章中主要完成的工作是各零部件的設(shè)計和選型。4. 2刀盤的設(shè)計圓盤刀片尺寸包括圓盤刀片直徑D及其厚度5。查文獻1,178,其計算公式為：D=(3-1)1-COS2上式中的囚是最大咬入角囚，一般取為s是刀盤的重合度;h是被剪切帶鋼的厚度。查文獻1,185表8T3,可知被剪切帶材厚度h、刀盤直徑D和刀片厚度5之間的關(guān)系：表3-1被剪切帶材厚度h與圓盤刀徑D和刀片厚度6間的關(guān)系被剪切帶材厚度h/mm圓盤刀片直

24、徑D/mm刀片厚度b/mm0.18'0.60.6、2.52.56610102515017015250270204404604068070060700100080圓盤剪設(shè)計參數(shù)如下：剪切帶鋼速度V=r3m/s剪切帶鋼強度,W600MPa剪切帶鋼厚度h=0.52.5mm剪切帶輪寬度B=8001500mm由于剪切帶鋼厚度h=0.52.5mm,根據(jù)圖3.1被剪切帶材厚度h與圓盤刀徑D和刀片厚度6間的關(guān)系，可知刀盤直徑D=270min、刀片厚度J=20mmo當咬入角生=10°15°,我們可以引用一個經(jīng)驗公式，圓盤刀片厚度5一般取為：帶入數(shù)值計算得：5=(0.060.1)D=(

25、0.060.1)x270=16.2-27nun為了保證刀片的強度和使用壽命，我們?nèi)〉稄紻=270mm、刀盤厚度5=30nuno圖3.1刀盤的三維圖3.3電機的選型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：P=P、+P(3-3)式中：一純剪切力；外一鋼板被剪掉部分的彎曲力；假定實際剪切面積只局限于弧AB及弧CD之間，因為在BD線之外剪切的相對切入深度大于小，即剪切過程已經(jīng)徹底完成了。其次，將弧AB和CD視為弦。作菊于寬度心的微小面積上的剪切力為：dP=qxdx=rhdx(3-4)式中：縱一作用在接觸弧AB水平投影單位長度上的剪切力圖3.2在圓盤剪上剪切金屬時壓力由相對切入深度知：微分

26、后得：d,=ds(3-6)2tana式中：a一弦AB與CD之間夾角的一半。所以純剪切力為：p,=fdidx=-ITele-a(3-7)J2tanaJ2tana在圓盤剪上冷剪時，"值可按下面公式計算:(3-8)式中：KK?=l,5為金屬材料的延展率，可查取手冊。查閱文獻文,表3T可知：表3-2相對延伸率5和相對切入率£關(guān)系剪切強度%/(公斤/毫米2)相對延伸率6相對切入率£400.330.41500.310.39600.260.33650.240.30由設(shè)計參數(shù)知剪切強度<600MPa=60kg/mm2,故根據(jù)表3-2,可知相對延伸率3=0.26,相對切入率&

27、#163;=0.33帶入數(shù)值計算得：。="心=55=600X0.26=156查文獻文,298知：s+h(1-)cosa=1-(3-9)D式中：s一刀盤的重合度，s=0、0.3mm,取預(yù)訂值s=0.3mm帶入數(shù)據(jù)計算得：s+h(1-)0.3+2.5x(l-)270cosa=1=1Z_=0.9912a=7.625純剪切力:h12.52Pl =a =n12 tan a2tan7.625°x156=3.41xl03查文獻1,180總剪切力的計算公式為:-tanap=/71(l+Z-)o(3-10)式中：Z一決定于被剪切掉的鋼材寬度和厚度的比值，查文獻1,圖9-30知:圖3.3被剪切

28、帶鋼的相對寬度與系數(shù)的關(guān)系當d/hN15時，系數(shù)Z趨近于漸近線Z=L4,帶入數(shù)據(jù)計算總剪力：=+Z)=3.641x8x(1+L4x-)=6.626xOn1 60.26考慮到刀刃磨鈍的影響，增大15%20樂這里取增大20%。P=p(1+20%)=6.626x103x(l+20%)=7.519x10?N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：M=PDsina(3-11)=7.519x103x0.27xsin7.625°=269.37Nm驅(qū)動圓盤剪的總力矩為：M=，?(

29、M+M2)(3-12)式中：n一刀片對數(shù)Mz1對刀片軸上的摩擦力矩，M?=R/，其中d為刀片軸的軸頸取d=165mm,為刀片軸承處的摩擦系數(shù)，刀片材質(zhì)一般為9CiNSi。查軸承摩擦系數(shù)表，可知4=000120,004,取4=0.004。所以總的力矩為:=2x(269.37+7.519x103x165x1O-3xO.(XM)=548.67Nem(3-1查文獻1,181圓盤剪電動機功率可按下式確定a,N=/.“000。,3)式中：.一考慮刀片與鋼板間摩擦系數(shù),必=1.1.2；p一鋼板運動速度，m/s；V傳動系統(tǒng)效率，77=093、0.95。帶入數(shù)據(jù)計算得:N = 2MvlOOOD/;=1.2x2x

30、548.67x31000x270x103x0.93=15.73KW根據(jù)以上計算所得數(shù)據(jù)，查找專業(yè)手冊，選取合適電機。容量相同的同類型電機，有不同的轉(zhuǎn)速。分析比較電機及傳動裝置的性能尺寸、重量和價格等因素再考慮其可靠性，初步考慮Y系列三相籠型異步電機。經(jīng)過綜合比較分析，最終確定采用同步轉(zhuǎn)速為1500r/min的Y180L-4電機。其性能參數(shù)如下所示：表3-3Y180L-4電機性能參數(shù)型號額定功率 額定電流PN /KW IN /A額定轉(zhuǎn)速n/rpm效率？/%Y180L-42243147091.53.4齒輪的設(shè)計查閱文獻3,128,符合這里要求的材料有45號鋼和40Cr。分析兩種材料的特性可知：兩者

31、的含碳量不同，40Cr高頻淬火后更加耐用。45號鋼屬優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，大量的模具生產(chǎn)公司會用其生產(chǎn)模具，而40Cr經(jīng)調(diào)質(zhì)后用于制造承受中等負荷及中等速度工作的機械零件，如汽車的轉(zhuǎn)向節(jié)、花鍵軸等。經(jīng)過綜合考慮，齒輪材料采用40Cr。齒輪常用的熱處理方法有以下幾種情況：（1）表面淬火：一般用于中碳鋼和中碳合金鋼，例如45鋼、40Cr等。表面淬火后輪齒變形不大，齒面硬度可達5256HRC。（2）滲碳淬火：滲碳鋼是碳質(zhì)量分數(shù)在0.150.25%的低碳合金鋼。滲碳淬火后齒面接觸強度高，耐磨性好，而齒芯仍保持有較高的韌性，常用于受沖擊載荷的重要齒輪傳動。（3）調(diào)質(zhì)：一般用于中碳鋼和中碳合金鋼，例如45鋼，4

32、0Cr,42SiMn等。調(diào)質(zhì)后齒面硬度一般為220、260HBS。因硬度不高，故可在熱處理后精切齒形，且在使用中易于跑合。（4）正火：能消除應(yīng)力、細化晶粒、改善力學性能和切削性能。強度要求不高的齒輪，可用于碳鋼正火處理。大直徑的齒輪可用鑄鋼正火處理。（5）滲碳：滲碳后不再進行其他熱處理，齒面硬度可達6062HRC,因氮化處理溫度低，齒的變形小，故適用于難以磨齒的場合。綜合考慮，熱處理方法選擇調(diào)制。查閱文獻3,表8.2,可知其機械性能：表3-4齒輪常用材料的機械性能材料牌號熱處理方法強度極限%/MPa屈服極限%/MPa硬度40Cr調(diào)質(zhì)70050024T286HBW以下是齒輪的設(shè)計過程：1.模數(shù)m

33、和齒數(shù)Zi：模數(shù)預(yù)估m(xù)<5,暫取m=5；齒數(shù)乙暫取47；2 .齒寬系數(shù)為查文獻3,表8.6,可知齒寬系數(shù)為如下:表3-5齒輪系數(shù)為齒輪相對于軸承位置軟齒面硬齒面對稱布置0. 81.40. 40. 9非對稱布置0. 6L20. 30. 6懸臂布置0. 30. 40. 2,0. 25結(jié)合材料及齒輪的布置選取齒寬系數(shù)為二0.343 .分度圓壓力角。此圓盤剪切機采用標準直動齒輪，故分度圓壓力角a=2O°4 .螺旋角p此圓盤剪切機采用標準直動齒輪，故螺旋角尸=0°5 .齒數(shù)比u：考慮帶鋼剪切的實際情況，預(yù)設(shè)u=1.2,則Z2=qu=56.4,取整Z,=60,則齒數(shù)比u=幺=L2

34、77。-zi6 .初算計算主要尺寸：按齒面接觸強度進行設(shè)計，由文獻3,142知：J2K7； u + I/Ze那二KF1廠)(3-14)式中：查文獻文,表8.14,得節(jié)點區(qū)域系數(shù)4=2.5查文獻3,表&5,得彈性系數(shù)Z/=189.8,而瓦系數(shù)"KAK,，K小0傳遞轉(zhuǎn)矩7=95502=142.93NM齒數(shù)比u=z2/z1=l.277查文獻3,133,端面重合度:8aL88-32(I)cos夕LZ|Z2(3-15)帶入數(shù)據(jù)計算得分=l.88-3.2x(-+-)cos0°=1.759,查文獻3,圖047608. 15,得重合度系數(shù)Z,=0.865許用接觸應(yīng)力H可由公示確定，

35、乙=Zn"皿(3-16)N=60na(3-18)式中：n齒輪轉(zhuǎn)動速度；a一齒輪轉(zhuǎn)一周，同一側(cè)齒面嚙合的次數(shù)；必一齒輪的工作壽命；Sh一接觸強度計算的安全系數(shù)。暫定10年，二班倒。經(jīng)過計算及=4.234X101考慮傳動比,則用二弗/u=3.319X10*,查文獻3,146,知齒面接觸疲勞極限應(yīng)力為o-z/llmmin=470MPa、bHmmax=590MPa；查文獻3,147知接觸強度壽命系數(shù)乙產(chǎn)L12,ZL080帶入數(shù)據(jù)計算得：r1ZVI1.12x470門同=_±1一駟1=526.4MPaLSn1.0="餐=當”加%經(jīng)過比較，取許用接觸應(yīng)力=526.4MPa系數(shù)K

36、暫定使用系數(shù)K/，K=Kr=L3,帶入數(shù)據(jù)計算得分度圓直徑d：2町u+I/ZeMV丁丁(F)=190.32mm7.計算傳動尺寸齒輪線速度：九d n60x1000;rxl90.32x14701.27760x1000= 6.325/77/5(3-19)查文獻3,146的表8.3、表8.4、圖8.7、圖8.11得:使用系數(shù)Ka=1.5動載系數(shù)“=1.25齒向載荷分布系數(shù)=1.08齒間載荷分配系數(shù)端=1.2動載系數(shù)白(陽/胚產(chǎn)2.43,K與系數(shù)右相差過大，需要進行修正。分度圓直徑d=d,j=234.47mm,取整分度圓直徑。=235mm模數(shù)m：m=di/zi=5mm(3-20)中心距。：a=m(z.+

37、z->)=x5x(47+60)=267.5mm22(3-21)齒寬B：B=-d=0.34x235=79.9nun(3-22)取整B=80mm3.5軸的設(shè)計軸的材料主要采用碳素鋼和合金鋼。碳素鋼比合金鋼價格低廉，并對應(yīng)力集中的敏感性較小。為保證軸的機械性能，應(yīng)進行調(diào)質(zhì)或正火處理。合金鋼具有較高的機械強度，淬透性也較好，但價格過高，多用于有特殊要求和重要的軸。合金鋼對應(yīng)力金鐘的敏感性較高，因而在結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)注意減小應(yīng)力集中。綜合考慮軸的材料采用45鋼，熱處理方式為調(diào)質(zhì)。查閱文獻3,192,知其機械性能如下：9.55X10。%0.2r(3-23)表3-6軸的主要機械性能硬度/HB抗拉強屈服彎曲

38、扭轉(zhuǎn)材料牌熱處毛胚直度極限極限疲勞極疲勞極號理徑/mm%區(qū)限由限QW45調(diào)質(zhì)W200217255650360300155查閱文獻3,193,軸承的最小直徑計算公式如下:式中:dmin一軸的最小直徑（mm）P一軸傳遞的功率（KW）n一軸的轉(zhuǎn)速（r/min）口一許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，見文獻3,193表10.2C一由許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力確定的系數(shù)，見文獻3,193表10.2軸的轉(zhuǎn)速：n（h=x60（3-24）dn帶入數(shù)據(jù)計算得：n南=x60=!rx60=70.77r/min由3.14x270xl03查閱文獻3,193表10.2,知：C=118'106r=30"40MPa9.55x10。%帶入數(shù)

39、據(jù)計算得:=C-=106x111=79.94mm計算出的軸頸為最小軸頸CL”，若軸上有鍵槽時，應(yīng)將計算出的軸頸cU適當增大。當有一個鍵槽時，軸頸增大5%；當有兩個鍵槽時，軸頸增大10%o然后圓整為標準直徑。dmin2="m皿(1+10%)=87.93%圓整為標準直徑：dmin3=90mm軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器的，為了使所選的軸頸同時與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故需要同時確定聯(lián)軸器的型號，以下是最小軸頸處的聯(lián)軸器選型過程：計算轉(zhuǎn)矩計算聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩7；a=KT(3-25)式中：K一載荷系數(shù)，見文獻3,270表13.1知:K=1.5T一軸的名義轉(zhuǎn)矩，T=O.715xlO-Aem帶入數(shù)據(jù)

40、計算得：7'=KT=,5x1429x10=1.072x心m2根據(jù)計算轉(zhuǎn)矩口應(yīng)小于聯(lián)軸器的公稱轉(zhuǎn)矩，原則，查文獻4,492表11-3,并考慮cU290mm,最終選擇TL10聯(lián)軸器。根據(jù)機械零件設(shè)計手冊,可知聯(lián)軸器的軸孔直徑d=95mm,半聯(lián)軸器的長度L=172mm,與軸配合的長度L產(chǎn)132mll1。根據(jù)軸向定位要求確定其他軸各段的直徑和長度，如圖所示:圖3.3軸的尺寸示意圖圖3.4軸的三維圖3.6鍵的選擇根據(jù)鍵的選型原則，確定軸頸120nlm處選擇A型普通平鍵，其參數(shù)如下所示：表3-7軸頸120nlm處鍵的尺寸軸頸d/mmb/mmh/mmc或rL>11013032180.6、0.8

41、90360軸頸160mm處仍選擇A型普通平鍵，其參數(shù)如下所示：表3-8軸頸120mm處鍵槽的尺寸軸頸d/mmb/mmh/mmc或rL>1501704022ri.21004003.7軸承的選型圓盤剪的刀盤在對帶鋼進行剪切的時候，會有很大的徑向力產(chǎn)生，刀盤軸受力比較復(fù)雜，因而軸承的選取十分重要。在選擇軸承類型時，主要參考一下幾點：(1)當載荷較大或有沖擊載荷時，宜用滾子軸承；當載荷較小時，宜用求軸承。（2）當只受徑向載荷或同時承受徑向載荷和軸向載荷，但以徑向載荷為主時，一般應(yīng)當選擇推力軸承；當轉(zhuǎn)速很高時，可選用角接觸球軸承或深溝球軸承；當徑向和軸向載荷都較大時，應(yīng)采用角接觸球軸承或圓錐滾子軸

42、承。（3）當轉(zhuǎn)速較高時，宜用球軸承；當轉(zhuǎn)速較低時，可用滾子軸承，也可用球軸承。（4）當要求支承具有較大剛度時，應(yīng)用滾子軸承。（5）當軸的撓曲變形大或兩軸承座孔直徑不同，跨度大且對支承有調(diào)心要求時，應(yīng)選用調(diào)心軸承。（6）為了便于軸承的裝拆，可選用外圈分離的軸承。（7）從經(jīng)濟角度看，球軸承比滾子軸承便宜；精度低的軸承比精度高的軸承便宜；普通結(jié)構(gòu)的軸承比特殊結(jié)構(gòu)的軸承便宜。下面根據(jù)選型原則選擇軸承：（1）刀盤軸安裝在刀盤側(cè)向間隙調(diào)整結(jié)構(gòu)的一端，由于安裝了側(cè)向間隙調(diào)整機構(gòu)，刀盤軸必然受到軸向力。軸直接與調(diào)整螺絲相連接，并且軸向調(diào)整是雙向的。故在軸頸95mm處選擇型號為52222的雙向推力球軸承。（2）

43、圓盤剪在剪切時軸承會受到徑向力，故需要安裝一個既能承受徑向力又能承受軸向力的軸承，故在軸頸95mm處選擇型號為N219E的圓柱滾子軸承。（3）刀盤對帶鋼進行剪切時，刀盤要承受極大的徑向力同時允許有小量的軸向位移，故在軸頸120mm處選擇型號為7024AC的角接觸球軸承。3.8聯(lián)軸器的選型聯(lián)軸器的類型有很多，主要包括：（1）剛性聯(lián)軸器：剛醒聯(lián)軸器主要包括：套筒聯(lián)軸器、夾殼聯(lián)軸器、凸緣聯(lián)軸器等。（2）無彈性元件的撓性聯(lián)軸器：無彈性元件的撓性聯(lián)軸器主要包括：十字滑塊聯(lián)軸器、齒式聯(lián)軸器、萬向聯(lián)軸器。（3）有彈性元件的撓性聯(lián)軸器：有彈性元件的撓性聯(lián)軸器主要包括：彈性套柱銷聯(lián)軸器、彈性柱銷聯(lián)軸器、輪胎式聯(lián)

44、軸器和膜片聯(lián)軸器等。聯(lián)軸器的選型原則：（1）轉(zhuǎn)矩越大，選剛性聯(lián)軸器、無彈性元件或有金屬彈性選件的撓性聯(lián)軸器；轉(zhuǎn)矩如果有沖擊振動，則選有彈性元件的撓性聯(lián)軸器。（2）轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速越大，應(yīng)考慮非金屬彈性元件的撓性聯(lián)軸器。（3）如果對中性較好時，應(yīng)考慮剛性聯(lián)軸器；如果對中性需要補償時,則應(yīng)考慮撓性聯(lián)軸器。(4)如果裝拆方便，應(yīng)選用可直接徑向移動的聯(lián)軸器。(5)若在高溫環(huán)境下工作，不可選用有金屬元件的聯(lián)軸器。(6)同等條件下，盡量選擇價格低、維護簡單的聯(lián)軸器。綜合考慮，在電機軸與減速機軸選擇LT型彈性套柱銷聯(lián)軸器，型號：LT8；減速機軸和傳動軸間以及傳動軸和剪切機輸入軸間選擇代號LT10型的聯(lián)軸器。查閱文獻

45、4,506表11-13,得到其參數(shù)：表3-9聯(lián)軸器的主要尺寸和特性參數(shù)型號許用轉(zhuǎn)矩(N,m)許用轉(zhuǎn)速(r/min)軸孔直徑(mm)軸孔長度(mm)轉(zhuǎn)動慣量(Kgm2)TL8710240045485055112840.13TL102000170080851721320.643. 8本章小結(jié)在本章中，主要完成了刀盤、齒輪和傳動軸的設(shè)計以及電機、鍵、軸承和聯(lián)軸器的選型。刀盤的主要參數(shù)：刀盤直徑D=270mm,刀盤厚度5=30mm；齒輪的設(shè)計參數(shù)如下：模數(shù)齒數(shù)z1=47,z2=60,分度圓直徑d=235mm,齒寬B=80mm,h=10mm；傳動軸的參數(shù)如圖3.3所示。電機型號：Y180L-4；鍵的型號

46、：32X18,40X22；軸的型號：7024AC、N219E、52222；聯(lián)軸器的型號為：LT8、LT10o4.主要零部件的校核4. 1引言在上一章節(jié)中，主要完成的工作有：刀盤、齒輪和傳動軸的設(shè)計以及電機、鍵、軸承和聯(lián)軸器的選型。而在這一章中，主要完成的任務(wù)是對上述零件和機構(gòu)的校核。4.2齒輪的校核4.2.1齒面接觸疲勞強度的校核查閱文獻3,135式8.7知:齒面接觸疲勞強度的校核公示為："ZZ/Z管（4-1）bd,u式中：U一齒數(shù)比，u=l.277b一齒寬±-“+”號用于外嚙合，“-”用于嚙合Ze材料彈性系數(shù)（/瓦），Z.F189.8“一節(jié)點區(qū)域系數(shù)，查文獻3,136圖8

47、.14,Z=2.5Z,一重合度系數(shù)，查文獻3,136圖8.15,Ze=Q.865小一小齒輪分度圓直徑月一齒輪承受的切向力，£=%=2x2/4.34=233482V40.235帶入數(shù)據(jù)計算得：KFu±lb=ZfZ/Zbdju=301.08MPa<crff=526.4MPa由于故安全。4.2.2齒根彎曲疲勞強度的校核查閱文獻3,138式8.12知，齒根彎曲疲勞強度的校核公示為：一衿5W.(4-2)bm式中：Yf齒形系數(shù),查閱文獻3,139圖8.19,Yf=2.33Ys一應(yīng)力修正系數(shù),查閱文獻3,139圖8.20,Ys=L68打一重合度系數(shù),0 75八二 0.25 +; =

48、 0.25 +0.751.759=0. 6764帶入數(shù)值計算得:KF=尸匕工打bm2.43x2334.83i=x2.33x1.68x0.676480x0.1731=10.85MPa許用齒根彎曲應(yīng)力:查閱文獻3,146圖8.28：根據(jù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù):*2=MMPa降我=0.84帶入數(shù)值計算得：(4-3)= 0.84x280T?=156.8MPa4.3軸的校核4.3.1按彎扭合成強度校核驅(qū)動一對刀盤的力矩為：M=548.7NMM5487一根刀盤軸上的轉(zhuǎn)矩為：T=y=±L=274.35N22(c)(。)(g)(h)圖4.1軸的載荷分析圖與刀盤軸配合的齒輪上所承受的作用力：齒輪(4-4)Fr=

49、Ftana(4一5)=2334.8xtan20e=849.9N計算軸在軸承處所受的支反力水平面的支反力:F.小/M(294+256)(4-6)=1086.8NF_耳294,B(294+256)(4-7)=1248.1N垂直面的支反力:F一£256以(294+256)(4-8)=395.6N工294(294+256)(4-9)=454.4N計算軸的彎矩垂直面：水平面：總彎矩：(4-12)Mv=VAIcA=395,6x0.294=116.31NMM=Fhaca=1086.8x0.294=319.52NMM總=(4-10)(4-11)=7116.312+319.522=340.校核軸的強度

50、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是軸的危險截面,按第三強度理論有：（檢）2+4（也尸JCWWTLT（4-13）式中：W抗彎剖面模量,W=d30.Id332抗扭剖面模量，叼=-"0.3a根據(jù)轉(zhuǎn)矩性質(zhì)而定的折合系數(shù)，對于不變的轉(zhuǎn)矩，取a*0.3帶入數(shù)據(jù)計算得：M.A"、2-y+4()2WWr(4-14)，340.。2+(0.3x274.35)20.1x0.12查表3-6得:=2.025MPa<7_I=300yWPa4.3.2軸的安全系數(shù)校核計算4.3.2.1疲勞強度的安全系數(shù)校核計算軸的疲勞強度的校核計算，是對軸的危險剖面進行疲勞強度安全系數(shù)的校核計算危險剖面

51、是指發(fā)生破壞可能性最大的剖面。查閱文獻3,201可知，校核危險剖面疲勞強度安全系數(shù)的公示為：(4-15)Sa =So"Pa(4-16)(4-17)式中：%Q一材料對稱循環(huán)的彎曲疲勞極限和扭轉(zhuǎn)極限，查閱文獻3,192表10.1可知=300MPa,Q=155MPa;Kc勺一彎曲和扭轉(zhuǎn)時軸的有效應(yīng)力系數(shù)，查閱文獻3,206附表10.310.4可知K/2.28,Kr=2.30；分與一零件的絕對尺寸系數(shù)，查閱文獻3,205附表10.1可知“二055,81=063；/一表面質(zhì)量系數(shù)，B=郊#3，查閱文獻3,205附表10.1和附表10.2可知兒=0.72,乩=0.5,&=3.7,故表面質(zhì)

52、量系數(shù)4=0.72x0.5x3.7=1.26；2%一把彎曲時和扭轉(zhuǎn)時軸的平均應(yīng)力折算為應(yīng)力幅的等效系數(shù)。碳素鋼：%=0.廣0.2,外=0.05；合金鋼：%=0.20.3,%=0.廣0.15。取%=0.2,/=0.1;qbm一彎曲應(yīng)力的應(yīng)力幅和平均應(yīng)力。對于一般的回轉(zhuǎn)軸，彎曲應(yīng)力山總按對稱循環(huán)變化。因而，2=-=1.81MP，50；aWJ7111r;4一扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的應(yīng)力幅和平均應(yīng)力。對于一般的轉(zhuǎn)軸，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力通常當作脈動循環(huán)處理。即=二=0.439M%；aillCYI/s0一只考慮彎矩時的安全系數(shù)，計算得L=50.378；“一只考慮轉(zhuǎn)矩時的安全系數(shù)，計算得S，=117.79；5一許用疲勞強度安全

53、系數(shù)，查閱文獻3,202表10.5知葉1.31.5；帶入數(shù)據(jù)計算得：50.378x117.79x/50.3782+117.792=46.32由于故安全4.3.2.2靜強度的安全系數(shù)校核計算對瞬時尖峰校核，應(yīng)校核軸的靜強度，查閱文獻3,202式10.7,知其校核公式為：(4-18)(4-19)（4-20）式中：S）許用靜強度安全系數(shù)，查閱文獻3,202表10.5知S=L82；%或一材料的抗拉和抗剪屈服極限，查閱文獻3,192表10.1知b、=360IPa,q=（0.550.62）q,取%=0.62bs=223.2MPa；S°bSof一只考慮彎矩和只考慮扭矩時的安全系數(shù)。=198.9,=508.4o帶入數(shù)據(jù)計算得:198.9x508.47198.92+508.4=185.2由于SS,故安全4. 4電機的校核電機過載主要指電機的實際使用功率超過電機的額定功率，所以電機的校核主要是針對電機過載能力的校核。電機過載主要有以下表現(xiàn)：（1）電機電流超過額定值；電機溫升超過額定溫升，電機發(fā)熱量大增;（2）電機轉(zhuǎn)速下降；（3）電機有低鳴聲；（4）若負載劇烈變化，會出現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速忽高忽低。電機產(chǎn)生過載的原因：（1）電氣原因：如缺相、電壓超出允許值；（2）機械原因：如轉(zhuǎn)矩過大、電機的損壞等電