高线1145飞剪机设计.doc

内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（毕业论文）题 目：高线1145飞剪机设计学生姓名：学 号：专 业：机械设计制造及其自动化班 级：指导教师：42内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）高线1145飞剪机设计摘要飞剪机是用来剪切横向运动的轧件。他可以装设在连续式轧机的轧制作用线上。随着连续式轧机的发展，飞剪机的到越来越广泛的应用。飞剪机的类型很多，我设计的飞剪机采用曲柄连杆形式。传动方式利用单电机传动，机身自带一级减速器。通过曲柄轴、刀架和摆杆可使刀片在剪切区作近似平移的运动，以获得平整的剪切断面。 设计的主要任务是：确定适合的设计方案；选择符合给定设计参数的电动机和主要的零部件，包括轴、齿轮、刀架等。最后对机器的安装、润滑与维护做了简单的介绍。目的是设计出符合设计要求的飞剪机。关键词：飞剪机；电动机；减速器；润滑。内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）1145 high-wire flying shear designabstractflying shear is used to cut horizontal movement rolling 。 he can be installed in continuous rolling mill line of action。with the development of continuous rolling mill, shearing machine to fly more and more widely used。many types of flying shear, i design the form by connecting rod。transmission use of a single motor drive， 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 section.design of the main tasks are to determine a suitable design chosen for a given design parameters of the motor and the main components, 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 shear.key words: flying sheer; electric motor; reducer; lubricating. 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）目 录摘 要iabstractii第一章 绪论11.1线材的生产方式及特点11.1.1横列式线材轧机11.1.2半连续式线材轧制21.1.3连续式线材轧制31.2线材轧机发展概况41.3线材生产车间的工艺流程和主要生产设备51.3.1我国高速线材的基本情况51.3.2 高速线材生产的工艺流程51.3.3 高速线材车间的主要设备61.4线材生产中对飞剪机的基本要求、类型及发展状况81.4.1对飞剪机的基本要求81.4.2飞剪机的类型91.4.3飞剪机的发展状况111.5课题设计的内容12第二章 设计计算和力能分析132.1 结构设计132.1.1驱动方式的选择132.1.2 飞剪机结构的设计142.2剪切力、剪切力矩的计算142.2.1剪切力的计算142.2.2 剪切力矩的计算192.2.3 剪切功的计算192.3电机的功率计算及类型选择202.3.1电动机功率的计算202.3.2 电机功率及型号的选择222.4主要零部件的设计计算及强度刚度的校荷222.4.1主要零部件的转速及扭矩的计算222.4.2剪轮的设计计算及校核232.4.3刀架的设计及校荷302.4.4 轴的设计计算及校荷322.4.5轴承和键的校荷422.4.6联轴器的选择与校荷442.4.7对电动机的校荷452.4.8机架的强度校荷47第三章 飞剪机的润滑、维修、安装及使用情况503.1飞剪机的润滑503.1.1齿轮的润滑503.1.2轴承的润滑503.2飞剪机的维修503.3飞剪机的安装51结束语52参考文献53第一章 绪论1.1线材的生产方式及特点线材按其断面形状属型钢，实际上已成独立钢类。直径45mm的热轧圆钢和10mm以下的螺纹钢，通称线材。线材大多用卷材机卷成盘卷供应，故又称为盘条或盘圆。线材应用范围及用量很大，是钢材主要产品之一。由于线材的尺寸精度和机械性能要求高，而且轧制速度十分快，所以其生产工艺和设备相当复杂。下面介绍几种线材的生产方式及特点。1.1.1横列式线材轧机横列式线材轧机是最古老、最落后的一种线材轧机，起初是单列式。后来经过改造成多系列。每一系列有一个电机作动力源进行传动。同时各机架转速相同，各机架用人工或盘送钢进行活套轧制。由于线材细而长，老式横列式线材轧机速度低，且活套不能控制，所以越接近成品轧机体积越大，长度越长，因而造成热量散失快。温度严重降低，一直超过允许温度下线而造成废品。另外，由于温度过高而又不能提高生产率，致使这种生产方式必须被改进。横列式线材轧机产生过长的活套，越接近精轧成品越长，这是造成降温的主要原因。为了减少这种因素造成的降温。只能减少活套，减少活套的方法就是实现多极化。即减少每列轧机支架数，增加一次轧机辊直径及此列轧机的轧制速度。综上所述，横列式轧机的根本特点是：温度过大和头尾温差严重。所以，尽量减少温降和头尾温差是横列式线材轧机改进和发展的中心环节，其发展就是连续轧机。（附：横列式轧制的轧钢机工作机座布置形式图1-1）图1-11.1.2半连续式线材轧制随着科技的发展,捧线材轧钢工艺已逐步发展至半连轧、,代替以往的横列式和复二重式轧机的传统工艺,使轧钢水平又提高了一个层次。它即有连续关系，又有活套效果，但活套不长，因此温度降低不大。半连续式轧机比横列式轧机改进的地方在于粗轧机是连续式的。因此效率大大提高，缩短了轧制周期，减少了温降。但由于中轧机和精轧机仍然是横列式的，所以，横列轧机存在的缺点此轧机都有。例如：温降大，轧制速度不高，尺寸精度低，生产能力低，劳动强度大，占地面积大，功耗大等。（附：半连续式轧机机座的布置形式图1-2）图1-21.1.3连续式线材轧制连续式线材轧制是同时几架或机组在全部轧机上轧制，金属秒流量相等，实现了连续轧制。这种轧制方式与横列式有两点不同：一是，避免了不能调节的活套。实现了连续轧制关系，从根本上解决了长活套轧制时大量散热问题。二是，设备十分紧凑，保证了轧机在轧制过程中各道次的轧制温度近似相等，且减少了设备占地空间。轧制过程，轧制温度基本不变并保持秒流量相等。这就是连续式线材轧机的工艺特点。轧制工艺的三个基本要素温度、速度、时间，这三个要素在连续轧制上得到了较大的统一，使产品进度和生产效率得到了大大的提高。随着连续式轧机的不断发展，轧制速度也越来越快，七十年代后投产的轧机出口速度为6580mm/s,有的达到了120mm/s是以前的轧制速度的几倍到几十倍，大大提高了生产效率。（附：连续式轧机工作机座布置形式图13）图1-31.2线材轧机发展概况据不完全统计，现在各类线材轧机已超过260套。轧机种类有摩根、德马赫、阿希洛、丹尼利、波米尼-法列尔和台尔曼系类等。在这些系类中摩根型45高速无扭线材轧机居首位。约占总数的70.83;其次是德马赫型轧机。摩根型45高速无扭线材轧已经设计制造183台，199条轧制线。其中美国摩根制造公司46台，占25.14;西德施劳曼西马赫股份公司70台，占38.25;英国戴维劳威公司34台，占18.98;日本住友金属工业公司33台，占18.03。现在摩根公司已经将高速线材轧机设备的设计制造专利权转让给西马赫股份公司、戴维劳威公司和住友金属制造公司。这三个公司和摩根公司一样都有设计、制造出售高速线材轧机的专利。线材轧制线的核心设备是45无扭轧制的摩根型精轧机组和斯太尔摩散卷控制冷却线。新型高速无扭精轧机组的出现，在线材精轧机组设计和制造方面，引起了重大的变革，是线材轧机发展史上的一次重大突破。它集中了线材轧制和设计的新成就，高速线材轧制，是指轧制速度超过50米秒和年生产能力30万吨以上的线材轧制厂。据统计，在欧洲共同体范围内，至1979年底由西德制造的设备共有60套线材轧机和70多套可以生产小型型材的型材轧机。在运行的全部轧机中，历年建设的比例：1960年占17,1960-1970占46，1970以后占37。现在高速线材轧机设计和制造及其发展速度进入到一个全新的时代。六十年代，摩根型精轧机组的轧制速度从35米秒提高到50米秒，继第一代问世，到七十年代末到八十年代初，又出现了四代新型轧机。当代高速线材轧机的发展正朝着单线、连续、高速、无扭、微张力、组合结构、机械化和自动控制的方向发展。市场对线材的产量、盘中、精度和性能方面不断提出新的要求，促使线材轧机新技术的不断的应用。1.3线材生产车间的工艺流程和主要生产设备1.3.1我国高速线材的基本情况高速线材指高速轧机生产的线材。主要品种有碳素钢、焊条钢，低合金钢、弹簧钢等，用于建筑、预应力钢丝、钢丝绳、焊条等。不同材料的线材性能也不一样。目前，我国已成为世界上拥有高速线材生产线最多、产量最大的国家，2003年全国线材总产量4007万t，其中高速线材2704.75万t，占67.5；2004年线材总产量4940.98万t，其中高速线材预计将占75左右。高速线材轧机，一般是指最大轧制速度高于40米秒的轧机。20世纪60年代中期出现了45和y型高速无扭轧机，最高轧速可达5070ms。线材盘重达15002000kg，四线轧制时的年产量可达6080万吨。高速线材轧制产品的特点：重度大、精度高、质量好。我们所关注的高速轧机的特点是:高速、单线、无扭、微张力、组合结构、碳化钨辊和自动线。当前轧机分为：三辊式45、15、75，平立辊交替式，二辊式四种；按轧制辊大小划分，可以分大辊径和小辊径两种。按扎机的支撑情况可以分，双支点和悬臂式。1.3.2 高速线材生产的工艺流程 下面以包钢高速线材厂为例介绍生产车间的工艺流程及其车间的主要设备 包钢线材厂的工艺流程见图1-4。主要特点：轧制速度特别是精轧速度特别高，最大轧制速度达到120ms,且是单线轧制。其结构的最大特点是大重量悬臂轴, 在悬臂轴的端部有一直径约为1m的吐丝盘, 有较大的悬壁重量。其运行的最大特点是高速运转及不同时刻有同的速度。吐丝盘最大直径处的线速度达132ms。这样大的悬臂重量及这样高的转速均要求吐丝机有很高的运行稳定性。 飞剪中扎机事故剪粗轧机加热越精轧机冷水集卷斯太尔摩冷却吐丝机控制水冷无扭轧机飞剪线卷运输机pf线打标签线卷称重压卖打卷取样表面尺寸检测切头尾卸卷入库发库扎坯冷装上料称重图1-41.3.3 高速线材车间的主要设备世界先进水平的高速线材轧机由美国摩根公司技术总负责,引进了摩根成套关键设备, 包括预精轧机组、精轧机组、夹送辊和吐丝机等, 以及专利和工艺技术; 加热炉引进了美国戴维公司软件技术和部分硬件技术; 整个工程的电气控制系统是从瑞典abb 公司引进。这套轧机年设计能力为38万t, 设计最高速度为132ms, 保证速度为105ms, 主要生产直径为515 20mm 光面盘条和直径6 16mm 螺纹盘线。（以包钢线材厂为例） （1）加热炉 引进的美国戴维公司线材加热炉为上下供热的步进梁式加热炉, 采取三段供热方式。加热炉采用双层框架、双轮斜轨式步进结构, 分别设有提升定心机构(如图1-5)。提升框架与水平运动框架分别由液压缸驱动, 采用了机械式运行过程中刮渣以及自动排放干渣的水封槽清渣机构。升降液压缸和平移液压缸的运行由缸内配置的位移传感器进行位置检测, 加热炉内装料辊道和出料辊道分别由9 根和11 根单独的辊子组成, 在装料辊道轴上设有制动器, 以防止弯曲的钢坯在正确定位以后发生移动, 装料辊道中的中间辊子装置上设置了一个编码器, 用于钢坯在炉内定位。加热炉自动化程度高, 装有微机操作系统和计算机监控系统。图1-5（2）平-立交替的粗中轧机组高速线材粗中轧机共有14 架轧机采用平立交替型式, 由电机通过齿轮箱, 万向接轴单独传动, 实现无扭轧制。且立式轧机在国内独树一帜, 采用下传动型式, 布局合理美观, 粗、中轧机均为闭式机架, 设计紧凑, 带有蜗轮蜗杆传动的桥式压下装置、液压横移机构、轧辊液压平衡装置、液压柱塞夹紧装置和轧辊轴向调整装置。轴向调整装置是通过手动调节上轧辊顶部轴承座上所附的调整螺杆机构来进行。下轧辊由轧机工作端轴承座上的夹板来保持在固定的轴向位置, 该装置使孔型和轧槽的调整对中便捷、准确。齿轮箱为联合齿轮箱, 减速和扭矩分配于一体。此外立式轧机的升降由电动螺旋机构带动, 还设有保护传动装置的防水罩。轧机可以实行级连速度控制, 同时也可以进行单机调整, 级连调速是采取逆调的方式。（3）飞剪机 飞剪机是是我这次设计的课题。其主要的任务剪刃在剪切轧件时要随轧件一起运动。即剪刃应该同时完成剪切和移动的两个运动。根据产品品种的不同和客户的要求在同一飞剪机上应该剪切出多种规格的定尺长度。（4）吐丝机吐丝机(如图1-6) 主要作用是将高速的直线运动的成品线材转变成预定直径的连续线圈。由于有高速旋转的部件, 摩根公司委托最著名的ird 公司对吐丝锥进行严格的动平衡实验,而且随机配有振动监测装置, 吐丝机振动位移超过0.1mm 就报警。入口导管包有水冷套, 减少热量在主轴入口侧轴承处积累。而且由水雾装置对吐线锥进行冷却, 吐丝机有一定的倾斜度。吐丝管的夹子则采用了摩根公司最新设计,只有定位夹是夹紧的, 其余的夹子都有很大的间障, 主要目的是使吐丝管受热变形均匀, 吐线机配有底倾板和侧倾板, 可以根据吐丝情况进行调整。吐丝机可对头部进行定位, 也可以尾部加速图1-61.4线材生产中对飞剪机的基本要求、类型及发展状况1.4.1对飞剪机的基本要求 飞剪机用来横行剪切的轧件。它可以装在连续式轧机的轧制作业线上，亦可装在横切机组，连续镀锌机组等连续作业精整机组上。随着连续轧机的发展，飞剪机得到越来越广泛地应用。飞剪机的特点是能横向剪切运动的轧件，对它有三个基本要求：（1）剪刃在剪切轧件时要随着运动的轧件一起运动，即剪刃应该同时完成剪切和移动两个运动，且剪刃在轧件运动方向的瞬时分速度v应与轧件运动速度vo相等或大23，在剪切轧件时，剪刃在轧件的运动方向的瞬时速度v如果小于轧件的运动速度v0,则剪刃将阻碍轧件的运动。会使轧件弯曲，甚至还会产生轧件缠刀事故。反之，如果剪切时剪刃在轧件的运动方向瞬时速度v比轧件的速度v0大的多。这在轧件中将产生很大的拉应力，这会影响轧件的剪切质量和增加飞剪机的冲击负荷；（2）根据产品规格的不同和用户的要求，在同一飞剪机上应能剪切出多种规格的定尺长度，并使长度的尺寸公差与剪切断面的质量符合国家有关规定。（3）能满足轧机或机组生产率的要求。 1.4.2飞剪机的类型根据飞剪机的用途，飞剪机可以分切头飞剪机和定尺飞剪机两大类。如果按飞剪机剪切机构的形式来分，目前应用比较广的飞剪机有，滚筒式飞剪机、曲柄回转杠杆式飞剪机、曲柄偏心式飞剪机、摆式飞剪机、和曲柄摇杆式飞剪机等。1.滚筒式飞剪机滚筒式飞剪机是一种应用比较广泛的飞剪机。她装设在连轧机组或横向机组上，用来剪切厚度小于12mm的钢板或型钢这种飞剪机作为切头飞剪机是，其剪切厚度可达45mm.滚筒式飞剪机的刀片做简单的圆周运动固可以剪切速度高达15米秒以上的轧件。2.曲柄回转杠杆式飞剪机（也称曲柄连杆式）用飞剪机剪切厚度较大的板带或钢坯。为了保证剪后轧件的剪切断面的平整，往往采用刀片做平移运动的飞剪机。曲柄回转杠杆飞剪机就是此类飞剪机的一种。由于这类飞剪机在剪切轧件时刀片垂直于轧件，剪切断面较为平整。在剪切板带时，可以采用斜刀刃，以便减少剪切力。这种飞剪得缺点是结构复杂，剪切机构的动力特征不好，轧件的运动速度不能太快。用于小型型钢厂的曲柄连杆式飞剪机，轧件速度小于5ms，剪切轧件的厚度3070 。3.曲柄偏心式飞剪机这类飞剪机的刀片作平移运动。双臂曲柄轴铰接在偏心轴的镗孔中，并有一定的偏心距e。双臂曲柄轴还通过连杆与导架相铰接。当导架旋转时，双臂曲柄轴以相同的角速度随之一起旋转。刀片固定在刀架上，刀架的另一端与摆杆铰接，摆杆则铰接在机架上。通过双臂曲柄轴、刀架和摆杆可使刀片在剪切曲作近似于平移的运动，已获得平整的剪切断面。通过改变偏心轴与双臂曲柄轴（也可以说是导架）的角速度的比值，可改变刀片轨迹半径，以调整轧件的定尺长度。这类飞剪机装设在连续钢坯轧机后面，用来剪切方钢坯。4.摆式飞剪机摆式飞剪机是用来剪切厚度小于6.4mm的板带。刀片在剪切区作近似于平移的运动，剪切质量较好。上刀架在与主曲轴相铰接。下刀架通过套式连杆、外偏心套、内偏心套与主曲柄轴相连。下刀架可在上刀架的滑槽中滑动。上下刀架与主曲柄轴连接处的偏心距为e1,偏心位置相差180。当主曲柄轴转动时，上下刀架作相对运动，完成剪切动作。在主曲柄轴上，还有一个偏心e2。此偏心通过连杆与摇杆的轴头相连，而摇杆则通过连杆与上刀架相连。因此，当主曲柄轴转动时，通过连杆、摇杆和连杆使上下刀架作往复摆动。由于上下刀架除能上下运动外还可进行摆动，故能剪切运动中的轧件。5.曲柄摇杆式飞剪机（施罗曼飞剪机）这种飞剪机也称为施罗曼飞剪机，用来剪切冷轧板带。由于飞剪机工作时总能量波动较小，故可在大于5ms的速度下工作曲柄摇杆式飞剪机的上刀架通过偏心枢轴与下刀架相铰接。下刀架在曲轴与上刀架的带动下，以偏心轴（机械偏心）偏心套（液压偏心）为中心作往复摆动。当改变偏心轴与偏心套的偏心位置时，可得到不同的空切次数。1.4.3飞剪机的发展状况机用于剪切横向运动着的轧件，其开始于十九世纪末期，经过百年的发展，在生产过程中使用的飞剪类型教多。目前，较广泛应用的飞剪形状为:圆盘式飞剪、滚筒式飞剪、曲柄连杆式飞剪。 曲柄偏心式飞剪、摆式飞剪、曲柄连杆式飞剪等，以目前飞剪的使用情况和线材生产的发展要求可以看出，飞剪存在以下两个方面的发展趋势：(1) 剪机的剪切断面质量要求提高，这要求剪切机刀刃在剪切区域内沿水平方向的速度应与轧件最大速度保持一致。为达到这个目的，在飞剪机中往往设置了匀速机构，另外有些剪切机还装有间隙调节机构，这些设备的改进导致了剪切机结构越来越复杂。所以可以看出，飞剪的最大一个发展趋势就是机构复杂，但剪切质量相应的提高，剪切机的性能也越来越好，功能越来越多。(2) 剪的另一个发展趋势是自动化程度越来越高。随着机电一体化进程的发展和提高，随着轧制速度越来越快，自动化趋势已经成为必然的发展方向。首先，轧制流水线生产越来越先进，轧制速度也越来越快，仅仅靠人工操作已不能适应轧制工艺的发展，为了使手工操作不阻碍轧制工艺的改进，必然要求轧制工艺中自动化程度越来越高，这才能适应现代工业发展的要求。而控制工业发展和机电一体化进程的提高为实现自动化的发展提供了必要的条件。以上是浅析线材生产中飞剪机的类型、作用及特点极其发展状况。通过此次设计使我对飞剪机以及整个线材生产有了更深入的了解，使我对曲柄连杆飞剪的工作原理及应用幼了更详细的了解，以今后的工作打下了坚实的基础。1.5课题设计的内容内容为：高线1145飞剪机设计，其轧件材质是q235a；剪切断面面积为4395；剪切温度1150；剪切速度0.941.36ms；最大剪切力为530kn；飞剪曲柄中心距为1145。我在此次设计中做了以下工作(1)选定电动机及传动方案，通过力能参数计算出所需电机的功率，选择合适的电动机和合理的传动方案。（2）在电动机及传动方案确定后，对传动机构的各个零部件进行设计计算。（3）对剪切速度进行设计计算。（4）对主要受力零部件进行强度校和寿命计算。（5）对设备润滑方式、安装使用、维修等问题做详细介绍。第二章 设计计算和力能分析2.1 结构设计2.1.1驱动方式的选择曲柄连杆式飞剪机总体上有两种驱动方式：一是单电机驱动主轴，而另一对剪切轴由齿轮啮合来传递力矩进行驱动；另一个方式是，由两台电机分别驱动两根主轴。下面将两种方式的特点进行比较，以便选出更加合适的设计方式，来满足此次的设计要求。1.单电机传动方式：由于其由一个电动机做动力源，其中输入轴是由电机直接进行驱动，而另一对剪切轴式通过安装在输入轴与剪切轴之间的齿轮啮合来进行传动的。这样可以明显的看出输入轴上的齿轮所受的载荷将远大于从动轴上的载荷，输入轴上的载荷也远大于从动轴上的；这样输入轴及其上的齿轮势必有更大的损坏的可能性，所以输入轴及传动齿轮的强度要求高些，尺寸更大些，所以其主要特点是：输入轴上的零部件易损坏而发生事故；单电机工作，其承受了较大的载荷，只能采用气动工作制，而不能采用连续工作制。但是这种方案的优点也很明显：第一，上下两轴的转速近乎相同，也就是说上下剪刃的同步性高；第二，结构简单。成本低且功率也低；第三，通过齿轮传动可以设计一套简易的剪切间隙调整机构。2.双电机传动方式：它克服了单电机传动的两个缺点，首先它的两套传动系统平行传动，分别驱动各自的主轴，每套系统上的零部件受力情况基本相同，不存在个别零部件因受载过大而首先破坏的问题。安全性较高；其次它分别有两个电机传动，因而每个电机所受的载荷相对于上一个人方案减少了不少，所以其更适合连续工作制，但此方案的缺点是：一则，其设备结构复杂，且其成本较高，功效较大；二则，其维护与维修教第一方案复杂，其设备体积大；三则，其同步性较好，需特别设备对其转速进行同步。此次设计只是用飞剪机进行切头剪尾，所以不要求连续工作。由于启动工作制已能满足要求，且剪切力较小，所以由此可以看出，第一个由单电机驱动的方式更适合些；二者，这种飞剪机同步性好，满足剪切要求且成本低，结构简单。综合以上因素，最后选定单电机一级减速传动方式。2.1.2 飞剪机结构的设计（1）剪切结构 曲柄连杆飞剪机在剪切轧件时刀片垂直与轧件，剪切断面较为平整。不工作是，刀片停在水平位置上，当有轧件通过时，刀片在竖直位置刀片以大约相同的速度，完成对轧件的剪切此后刀架旋转使刀片又停到原来位置。 当需要对轧件进行碎断时，刀架不停旋转完成碎断任务。（2）机架的设计 由于工作机座采用单独驱动，采用一级减速器平动传动。设计成齿轮箱式机架。此箱可分为上、中、下三箱。上箱中箱内安装剪切轴，轴上安装有大齿轮，通过轴承和轴承座固定在箱体上。中箱和下箱内，分别装装有剪切轴，轴上分别装有和上箱齿数、大小相同的齿轮。通过轴承固定在机座上。在下箱底部装有与地基固定的底板。三个箱体内分别装有吊钩，方便拆装。上箱上部设有注油孔及压力油输入孔，下箱底部设有油底壳及泄油孔，以便沉积杂质便于从泄油孔排除。2.2剪切力、剪切力矩的计算2.2.1剪切力的计算根据轧件材质为q235a，剪切断面4395mm2.剪切力是飞剪机的主要参数，对于合理设计飞剪机；有非常重要的作用。 (1)首先根据所剪切的断面尺寸来确定飞剪机的公称能力。最大剪切力pmax当所剪材料无单位剪切力试验数据时，可按下式计算最大剪切力。， 2-1被剪轧件材料在相应剪切温度下的剪切强度，mpa被剪轧件的最大剪切断面，mm2; k=1.1pmax =0.61.19001060.4395 =261kn飞剪机在剪切过程中，除了克服剪切过程的剪切力外，在水平方向还有拉力。又由于剪刀的线速度高于轧件的运行速度，因而剪刃上受一侧向附加拉力。根据胡克定律，1p330页由有轧件中的拉应力为 2-2式中 e弹性模数，对轧件在终轧温度为800，近似的等于4500055000mpa; l剪切终了，在轧件与最后一架轧机的轧件长度 l剪切终了时，在轧件长度l段内由拉应力产生的伸长量。 根据资料可得，l初步取3米 伸长量l可由剪切过程中刀片与轧件的水平位移量的差值来确定 l=l1l0式中 l1 剪切时间内刀片在水平方向的移动量； l0剪切时间内轧件的移动量 轧件的移动量 l0=v0t 当刀片轨迹半径为r的整圆时，剪切时间为 2-3(2) 下面计1、2由1p331页公式 2-4角1相当于剪切轧件厚度为h时的开始剪切角度，由下式确定 2-5式中，s刀片的重叠量。 h剪切厚度r旋转半径 在此处取h=75mm, r=573mm , 实测得s=7mm 把上数.各值代入 =0.931=0.38角2为剪切终了的角度，考虑到剪切终了是的相对切入深度0,，得 2-62=0.203l的计算 l=l1l0式中：l1 剪切时间内刀片在水平方向移动量l0 剪切时间内轧件的移动量 2-7 2-8代入得式中，v0轧件的运动速度v剪切速度根据设计所给v0=0.85ms, v=0.94ms 代入公式得 =16.3mml1=r(sin1-sin2)=573(0.37-0.2)=97.41mml=97.41-16.3 =81.11mm(1) 运动轧件产生的拉力由1330页 2-9e在式中近似的取50000mpa代入各值得 =5.94knt与pmax的合力是刀架所受的剪切力（5）总的剪切力计算 2-10 =261.06knpmaxtp图2-12.2.2 剪切力矩的计算(1)计算咬入角 当p最大时，=0.8代入咬入角公式： 2-11式中，z切入深度z=h=0.875=60mm代入上式 =0.97=14.07咬入角为剪切过程最大剪切角，此时的剪切力矩最大。（1最大剪切力矩的计算 对轧制过程的受力分析，剪切力矩可以安下式计算 =39.63knm2.2.3 剪切功的计算根据剪切功可以近似的方便的计算出剪切机的功率。由1p267页当不考虑刀片磨钝等因素时，可按下式计算 2-12式中，a单位剪切功 f被剪切件的原始断面 单位剪切功可按1p268页公式 2-13通过查表8-81p268,得 a=30 nmm.mm-3 代入公式得剪切功a=f.h.a=43957530=9.9knm2.3电机的功率计算及类型选择2.3.1电动机功率的计算由于开始时我们选择的是启动工作式。所以在传动中没有专门的飞轮。不带飞轮剪切机预选电机时，可以根据静力矩的大小直接选取。由2查的电机的计算功率公式 2-14式中 mjm偏心轴上的最大静力矩 n剪切轴的转速 电机过载率，一般取=1.31.7，考虑到具体情况=1.7 从电机到飞剪机传动效率=0.94(1)计算总的静力矩由1p268页得： 2-15 式中 mp剪切力矩；由前面计算mp=39.63knm mf摩擦力矩： mkon 空载力矩，查得 mkon=35 2-16为剪切轴处的摩擦系数，查3表=0.11；d为剪切轴处的直径，根据资料知d=260mm代入公式 =3.73knm =44.39 knm (2) 电机功率的计算1）剪轴的转速 2-17式中 v 剪切速度，由设计给定v=1.36ms d 曲柄中心距，由设计给定d=1145mm=22.70rmin2)电机功率=66.03kw2.3.2 电机功率及型号的选择 考虑到高线生产的实际情况和所选择的传动方案。选yzp系类冶金及起重变频调速三项异步电动机；与变频装置组成的系统能够实现的无级调速；由于此类电机效率高、调速范围广、精度高、气制动运行稳定，切过载能力大等特点。特别适合用于需要变频调速、短时或断续周期运行、频繁启动或制动的场合。符合飞剪机的工作情况。能够满足于安全生产。 在这一系列中选择。yzp250m-8通过4p1421查得，其额定功率76kw,额定转矩473nm，额定转速735r/min.2.4主要零部件的设计计算及强度刚度的校荷 2.4.1主要零部件的转速及扭矩的计算（1）传动比的确定由于电机的转速为735r/min，而飞剪机的剪轴所需的转速22.70rmin，传动比i(2)输入轴的转速及转矩由大小齿轮的传动比，以及主电机剪轴的总传动比可以看出，剪切机内部的一级减速机构的传动比i1.不可能太大。因为传动比太大将使机身尺寸过大，按实际使用的设备取i1=2.9,及飞剪机内部的一级减速机构的传动比。而电机与飞剪机之间可用两级渐开线直齿圆柱齿轮减速器。其传动比i2 1) 输入轴的转速2) 输入轴的转矩 2-18式中 i2电机与飞剪机之间的传动比 电机到高速轴的效率，=0.96 代入公式得 讨论：此处为何不用公式： 2-19mer为电机的额定转矩，因为电机有一定的过载率，剪子在剪切过程中所受的力矩有可能大于平均的启动力矩。此时电机转矩也不是mer，因此对轴、此轮进行计算所受的最大转矩。作为设计参数才能保证设计的合理性和安全性。3) 剪切轴的转速2.4.2剪轮的设计计算及校核（1）齿轮的设计计算1）选用齿轮类型，精度等级及齿数a.为了避免产生轴向力，所以在此选用的直齿圆柱齿轮。b.由于转速不高，大齿轮表面经淬火后研磨，小齿轮经渗碳硬化处理并抛光；齿轮的变形不大，对精度要求不高，选一般的8级精度即可。c.材料的选择由 5p211表10-1选择小齿轮材料为40cr（调质），硬度为280hbs，大齿轮材料为45钢（调质）硬度为240hbs，二者的硬度差为40hbs.d.小齿轮齿数选择z1=45大齿轮齿数选择z2=1302) 2-20确定公式中的个计算参数a. 试选载荷系数kt=1.3b. 计算小齿轮的传动的转矩t1=3.75knmc.由5p205页表10-7选择齿宽系数d=0.6d.由表10-6查得材料的弹性影响系数ze=189.8mpe.由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限hlim=600mp;大齿轮的接触疲劳极限hlm=550mpf.由图10-19接触疲劳寿命系数khn1=0.9 khn2=0.95g.设计接触疲劳许用应力取失效的概率为1%，安全系数s=1由式（10-12）得3） 计算试算小齿轮的分度圆直径d1t ，代入接触疲劳许用应力较小的值代入上式d1t=380mm计算圆周速度v 4）计算载荷系数k 2-21由5表10-2查得使用系数ka=1.5 ，由5图10-8查得动载系数kv=1.1，kf=1.2 由图10-13kf=1.1代入公式 k=1.51.11.21.1=2.18式中 ka 使用系数 kv _ 动载荷系数 kf _ 齿间载荷分配系数 kf_齿向载荷分配系数5）按实际载荷校正所计算的分度圆直径4） 按两齿轮啮合计算模数,并确定大小齿轮的尺寸为了保证同步性，和剪刃的侧向间隙，所以大齿的分度圆直径占定于1145mm.模数取m=9计算得 d1=405， d1 d1t5） 按齿根弯曲强度进行校荷a.计算圆周力ftb.取应力校正系数与齿形系数由5表10-5查得齿形系数yfa1=2.68; yfa2=2.25表10-5查应力校正系数ysa1=1.59; ysa2=1.74c. 计算载荷系数 =2.18d. 弯曲疲劳极限及寿命极限由图10-20c查得小齿轮弯曲疲劳极限；fe1=500mp；查得大齿轮的fe2=380mp由图10-18查得小齿轮的寿命极限kfn1=0.85;kfn2=0.88e.计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数s=1.5由5中的公式f.校荷计算 2-22式中 b齿宽 ，现取b=200mm 此齿轮符合安全要求 =215.49 符合安全要求6） 齿轮的各项齿数参数的计算a. 齿宽的选择计算b=d.d1 2-23 小齿轮b1=0.5405=225mm大齿轮b2=230mm b. 其它各项尺寸的计算压力角=20； 齿顶高系数ha*=1;径向间隙系数；c*=0.25齿顶 ha=ha*m=19=9mm齿根高 hf=(ha*+c*)m=11.25mm齿高 h=ha +hf=20.25mm小齿轮的齿顶圆直径 da1=d1+2ha=405+18=423mm大齿轮的齿顶圆直径 da2=d2+2ha=1170+18=1188mm小齿轮的齿根圆直径 df1=d1-2hf=405-22.5=382.5mm大齿轮的齿根圆直径 df2=d2-2hf=1170-22.5=1147.5mm齿间的中心距 7） 齿轮的结构的设计 齿轮的结构设计为板式结构，在齿轮毂上开四个孔，目的是为了减少齿轮重量。齿轮与轴相连接处采用键连接，左右用套筒定位。由图2-1所示：图2-2 大齿轮简图（1） 选择减速器由以上计算可知，电机与飞剪机之间可用两级渐开线直齿圆柱齿轮减速器。此减速器要求的传动比 i2=11.17 .传动功率为76kw.电机的转速为 735r/min由前面计算可知计算功率pm= 66.03kw要求pmp 公称传动比i=11高速级传动比i1=2.2低速级传动比i2=5高速轴许用功率p=90kwpmp此减速器符合要求2.4.3刀架的设计及校荷 考虑刀架的受力情况及传动方案和运行状况等诸多因素的影响，现将刀架设计成如图所示的形状。 图2-3 下面对刀架进行校荷由前面计算得： =261.06kn 2-24 垂直与刀架的力= 261.06sin(14.07+1.3)=69.19kn刀架上的危险截面(假设断面为长方形)如图所示由6143页公式所示； m=69.190.19=13.15knm,式中 0.19为力的作用点刀端点的距离 查6=90mpa同理对于下刀架也进行校荷，由于上下刀架外形尺寸相同，受力其情况也相同，所以下刀架也满足强度要求。刀架是飞剪机比较关键的零件，经常处于挤压、弯曲和严重磨损状态下工作，所以要采用强度、韧度都高的材料。飞剪机使用合金钢整体淬火，硬度达到hrs7375，采用35grmo合金钢。2.4.4 轴的设计计算及校荷(1) 轴承处轴的直径的确定以及轴承的选择1）输入轴的功率p2=p额=760.96=72.96kw输入轴的最小直径由5公式； 2-25式中 a0由5p370页a0=130 p输入轴的功率p=72.96kw n输入轴的转速n=65.8rmin输入轴的最小直径处是为了和联轴器相连，根据现场资料，选轴承处的直径为180mm.2)剪轴的功率 剪轴的最小直径根据经验，选轴承处的直径为220mm.安装剪子端轴承处直径为300mm.讨论：为什么选用的轴径最小直径比算出的dmin1大许多，由以下几个作用: 从工艺方面考虑：轴径太细，轴的加工成本将增加，并且轴的尺寸精度和行位精度很难得以保证，所以轴径不易太小。 从机器的适用范围看：我们所计算的这个轴径仅是对我们所设计可以剪切的多种材质和断面的钢坯，所以其轴径各尺寸应尽量大些，以便其强度可以满足的反方面的要求。3）轴承的选择高速轴电机端的轴承选择单列圆柱滚子轴承，选92340型轴承，轴承外径d=460，宽度b=108，内d=220,其轴承受轴向载荷小。高速轴远离电机端的轴承选用调心滚子轴承，型号为53544，轴承外径d=440,内径d=240，宽度b=108。 剪切轴不安刀架端轴承选用内圈无控圈的单列圆柱滚子轴承