中厚板碎边剪剪切机构的设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 中厚板碎边剪剪切机构的设计 摘要 中厚板被广泛应用在建筑工程、机械制造、容器制造、造船、桥梁建造等方面。中厚板生产线包括钢坯的轧制，板带的运输，板带的切头尾。碎边剪应用于板带切边后废边的处理，将圆盘剪切下的废边剪断从而提高生产速度和质量。所以碎边剪的剪切能力对中厚板生产很重要，碎边剪中的剪切机构直接决定了碎边剪的剪切能力和剪切质量。 本课题以中厚钢板碎边剪为设计对象，设计完成碎边剪的剪切机构。按课题给定的设计参数，计算剪切力，选择了电机和减速 器，并设计了主传动系统，对齿轮、传动轴、轴承等零件进行了校核。最终完成了剪切机构的设计，满足了实际生产的需要。 关键词 ： 中厚板；碎边剪；剪切力；剪切机构；传动系统 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 he is in so a in to of In of is is by to of is is of is of 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 . 1 厚板生产线工艺及设备的发展趋势 . 1 厚板生产线碎边剪的技术现状 . 2 题背景及设计内容 . 3 题背景与目的 . 3 计内容 . 4 . 5 边剪的作用 . 5 边剪的机构组成及工作原理 . 5 边剪的机构组成 . 5 边剪工作原理 . 6 边剪的剪切机构及主要部件 . 7 边剪的剪切机构 . 7 边剪剪切机构的主要部件 . 8 3 碎边剪剪切机构的设计及计算 . 10 要计算参数 . 10 切力的计算 . 10 机的选择 . 12 速器的选择 . 14 动系统的设计（传动齿轮轴的设计与计算） . 15 动系统齿轮轴的设计 . 15 动系统齿轮轴校核 . 17 4. 主要零件的设计与强度校核 . 23 右齿轮轴齿轮的设计 . 23 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 右齿轮轴齿面强度及齿根强度校核 . 28 右齿轮轴轴承的选择和寿命计算 . 31 右齿轮轴键的选择与校核 . 34 靠性及经济性分析 . 35 滑方式的选择 . 35 轮润滑方式的选择 . 35 承润滑方式的选择 . 35 用该碎边剪的注意事项、维护规程 . 36 意事项 . 36 护规程 . 36 靠性及经济性分析 . 36 结束语 . 38 致谢 . 39 参考文献 . 错误 !未定义书签。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 厚板生产线工艺及设备的发展趋势 世界中厚板的发展已经经历了两次高潮，第一次是 50 60 年代，出于工业化和造船业的需求，需要更宽、更厚、强度更高、韧性更好的中厚钢板。随后全球掀起了中 厚板生产线的建设高潮。仅以美国为例，经过新建和改造后的美国中厚板产量猛增，到 1957年，它的中厚板产量已提高到了 1000万吨。第二次高潮是在 70 80年代的日本，出于经济发展的需要，短短几年的时间里就新建了 17 台中厚轧机。而这也使日本的中厚板生产很快的走向现代化，到 1979年的产量已达到了 2030万吨，有力地推动了日本造船业的蓬勃发展，造船吨位很快超过 1000 万吨以上，超越美国成为全球第一造船大国。我国的中厚板发展最早始于 1936 年。在当时的鞍山制铁所（鞍钢前身），第一套中板轧机建成，属于三辊劳特式轧机。 1949年新中国成立后，在前苏联援助下，我国的中厚板生产设备和工艺技术水平有极大的提高，先后建成了 13套三辊劳特式轧机。 80年代，我国开始对三辊劳特式中板轧机进行了不同方式的改造，由三辊加到四辊或双四辊轧机。基本解决了生产的中厚板宽度窄、长度短、尺寸偏差大、板形差的问题。也提高了原材料和能源的利用效率。 90年代开始，通过应用先进的电控设备、热处理工艺提高了轧机的产能和工艺装备水平。到 2004年，我国共有中厚板轧机 29套，设计产能达到 1910万吨。但是能赶上国外发达工业的国家仅有武钢、济钢、南钢、鞍钢的少数几套 。其产品的品种、规格、力学性能等方面也不能满足市场的需求的高强、高压、耐候、耐蚀的中厚板。随着中国经济高速发展，中厚板销量大幅增长。从 2005年的 吨增长到 2013年的 于品种、规格、质量等方面还有不足，所以我国每年还需进口少量高品质的中厚板。预测今年的我国中厚板需求量将达到 8000万吨。 随着下游行业对中厚板质量要求的提高以及对宽厚板材、专用板材需求的增长，尤其是造船业的发展，目前中厚板轧机已经满足不了市场对宽厚板的需求。所以中厚板的发展趋势将是向着更宽更厚的方向发 展，并采取控制轧制技术来提高板材的高等级、高技术含量、高附加值。新建的生产线应用了先进的快冷系统。例如 流式层流冷却。开始采用炉外精炼技术，例如 将炼钢、连铸、轧钢、切割各工序有机的联合布置，在整买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 个生产流程中实现热衔接，提高产能。对于板形控制的重要设备矫直机技术上，向着有张力机能的新型矫直机发展，提高矫直力，扩大矫直板厚的范围。检查板形多采用超声波探伤系统，该技术可以实现 100%的板面探伤。在控制中厚板的尺寸上，剪切系统是最重要 的设备，中厚板轧制过程产生的边部减薄量会影响板的质量，圆盘剪和碎边剪的剪切效率很大程度上决定的中厚板的生产效率以及产品质量。在热处理技术上，推行控轧控冷技术，这样产品的热处理量会大幅度减少。目前世界上最先进的是辊低式无氧辐射炉在我国应用很少。未来的中厚板技术一定向着生产效率高，能耗低，板形良好，板强度高、韧性好的方向发展。 厚板生产线碎边剪的技术现状 在中厚板生产中，如图 1了保证轧件边部的几何形状，满足轧件宽度方向的尺寸精度要求，一般采用圆盘剪对其边部进行切边。为了保证生产的连续性，由碎边剪将其剪下的废料进行碎断。碎边剪是中厚板轧制生产线精整区中的一台主要设备。它的生产能力与设备状态将直接影响板材的产量。但是其结构复杂、紧凑，工作部件的动作频繁、冲击载荷大、操作和维护都比较困难。而双边剪又反映了中厚板精整线的技术水平。在生产过程中，碎边剪应用于很多环节，却故障频发。主要包括碎料卡钢、剪盒外窜等故障。最典型的事故是在 2003年武钢某剪切机组改造时引进的碎边剪，在工作中常出现溜槽卡钢和轴承烧死事故。图 1厚板生产流程图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 现在大量的碎边剪都 是双滚筒式（如图 1因其具有剪切平稳，振动和噪声小、速度高、生产率高而被广泛应用。按照碎边剪的刀刃可分为平刃式和斜刃式。平刃式结构简单，其剪切过程是上、下刀刃在宽度方向同时切入，因此剪切抗力较大。斜刃式碎边剪的上下刀刃是一个逐渐啮合的过程，因此受到的阻力相对较小；但在制造上斜刃式比较复杂，必须建立准确的斜刀刃曲线方程。近年来还有一种螺旋线剪刃的碎边剪应用在生产中，其耐磨性能良好，振动和噪声都很小。但其加工非常困难，还有待于深入的研究。 图 1边剪工作示意图 题背景及设计内容 题背景与目的 随着中厚板轧制技术的不断革新，整个生产线包括轧钢机和大量的辅助设备都发生了巨大的变化。轧机是使轧件产生塑性变形，属于主要工作设备。辅助设备是完成必要的辅助工序的设备，例如碎边剪、圆盘剪等。碎边来自双边剪生产中需要合理的碎边处买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 理方式，从圆盘剪剪切下来的废边，一般宽度在 5 50于圆盘剪切机组会向着更高效、剪切强度更大和剪切质量更好的方向更新，而作为其主要辅助设备的碎边剪也将会向着剪切力更大、剪切钢板强度更高和断碎能力更强的方向发展，加之圆盘剪与碎边剪采取了紧凑式布置，占地面积小。因此对于 碎边剪的要求也越来越高。由于碎边剪在中厚板生产机械辅助设备中的重要地位，围绕碎边剪的技术革新速度也一直很高速。 计内容 点力能参数的计算、主电机的选择与校核； 度计算和校核：传动齿轮轴、齿轮、轴承、键； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 边剪的作用 在中厚板的生产过程中，为了保证板材边部的几何形状，满足板材宽度方向的尺寸精度要求，常用圆盘剪对材料的边部进行剪切。在剪切过程中有连续的边 部废料产生，为了保证圆盘剪工作的连续性、高效性，避免发生卡钢的事故。碎边剪的工作就是将其剪下的废边进行剪断，便于收集和提高生产率。碎边剪是中厚板轧制生产线精整区的主要辅助设备，它的生产能力和设备情况将对板材的产量产生直接的影响。 边剪的机构组成及工作原理 边剪的机构组成 碎边剪是圆盘剪剪切机组的重要辅助设备。 一、其主体主要包括以下几个部分： 图 2边剪 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 二、碎边剪的本体组成： 剪切本体是整个碎边剪的核心部分，它完成了废边的剪碎工作。它主要有以下几个部分组成： 图 2边剪本体 1 液压锁紧螺母 ; 2 偏心套 ; 3 偏心套 ; 4 齿轮轴 ; 5 轴套副 ; 6 调整套 ; 7 副齿轮 ; 8 机架 ; 9 刀盘 ; 10 剪刃 ; 11 压紧楔 ; 12 齿轮轴 ; 13 编码器 ; 14 电机、蜗轮减速机 边剪工作原理 碎边剪是由两台直流电动机作为动力源分别驱动固定侧和移动侧的剪切机构。固定侧剪切力矩的传递路线如下：直流流电动机 联轴器 减速器 固定侧剪切机构。移动侧的传递路线与固定侧的路线完全相同。固定侧剪切机构、固定侧电机及减速器直接固定在底座上，底座用地脚螺栓固定在地基上，而移动侧剪切机构、移动侧电机及减速器安装在横移架体上，用于不同宽度的板材剪切（宽度范围为 1400 2600 ，横移机架由横移传动装置驱动移动。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 边剪的剪切机构及主要部件 边剪的剪 切机构 剪切机构是整个碎边剪的核心部分，用于完成废边的碎剪工作。它主要是由上剪切轴装配、下剪切轴装配、剪切调整机构（侧隙调整机构）构成，如图 2 图 2边剪右侧视图 上、下剪刃分别安装在上、下刀盘上，上、下刀盘分别装于上下剪刃轴上，上、下剪刃轴是通过一对速比为 1的齿轮副啮合传动，这样可以实现上下剪刃同步联动，完成剪切工作。剪切调整机构（侧隙调整机构）是由电机驱动蜗轮减速器，蜗轮减速器驱动齿轮轴的传动，齿轮轴的转动带动外齿轴套传动下刀轴做轴向的移动，使剪刃的侧隙改变，从而实现适应 剪切不同的厚度的板材（范围为 5 25 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 边剪剪切机构的主要部件 滚筒式碎边剪因为是随着刀片的旋转运动同时在剪切并挤压钢板的，作为切头的碎边剪使用时，它的剪切厚度最高可达到 45切工作中，剪刃做旋转运动，被剪切钢板运动速度最高为 s。双滚筒式碎边剪主要由上下两个同步旋转并安装有 4个剪刃组成 (如图 2 图 2侧刀盘 本碎边剪上下滚筒的同步齿轮采用主副齿轮结构。以便齿轮在无侧间隙情况下工作，减少或消除冲击载荷。上右齿轮轴为主动 轴，下右齿轮轴为从动轴。从动轴上的主齿轮与轴做成一体，而副齿轮则与主齿轮的轮毂滑动配合。主副齿轮通过挤压装在主齿轮轮毂的销钉和装在副齿轮上的销钉连接，主副齿轮同时与装在主动轴上的齿轮啮合。副齿轮始终越前主齿轮一个角度，这就保证了上下滚筒的同步齿轮在无侧间隙下工作（如图 2 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 2齿轮主传动剖视图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 碎边剪剪切机构的设计及计算 要计算参数 剪切材质：普碳钢 /低合金钢 /刃具钢 剪料强度极限： 800料厚度： 5 25 碎边宽度： 10边长度： 630 最大剪切速度： s 剪切温度： 200 钢板宽度： 1400隙调整范围：轴向移动距离 5隙 切力的计算 由文献 6、 碎边剪的工作原理可得，在剪切废边时，主传动箱有两根主轴带动上下滚筒旋转，滚筒上的剪刃相当于一对斜齿轮啮合的情况，又近似于变直径的圆盘剪对碎边进行剪切，因此，可根据圆盘剪的剪切力公式进行修正计算，得出碎边剪的剪切力公式： ）（ (3其中： P 剪切力， N h 板带的厚度， 相对切入率， 剪切角， 2 21o s）（ (3 上下刀刃重合量，一般取 5b 板带的强度极限， 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 203其中： 剪刃的曲率半径， 0 剪刃的回转半径， 刀片平面与轴心线的夹角， 设计参数得： h=24 b=800%105 （ 65号钢） =2020 R 计算得相对切入率 ： 1 2 计算剪刃的曲率半径 1 920s 00s 20 R（ 3 计算得剪切角 ： 1o s ）（）（ （ 3 1 0 5 n 计算得剪切力 P ： 0 9 4 5 a ）（）（买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 机的选择 根据飞剪机工作制度的不同，采用不同的计算方法。本飞剪机因为每次剪切要求的加速时间非常短，特殊情况下只有 以，剪切力对电动机的功率实际上没有影响。所以可以利用等效力矩 由文献 6得 电动机的传动功率为： 0 m （ 3 其中 : N 电动机功率， 传动效率，一般取 K 考虑到被剪带钢与剪刃摩擦损失对电动机功率的影响，一般取 K 等效力矩， N m 最大剪切线速度， 等效力矩 2s (3其中： M 总的剪切静力矩 )dc o ss 0 (3 轴承处的摩擦系数，调心滚子轴承的摩擦因数为 d 轴承处的枢轴直径， d=380mm m 剪刃刀片的 个数， m=4 实际剪切作用角， ）（初 m a x2 o s b R 初 , （ 3 废边最大宽度， 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 由设计参数得： m=4 d=240b 计算得初始角度初： t a 80a r c r c a x R 初（ 3 计算得实际剪切作用角 ： r a i n 8 7 . 9 1a r c o i na r c o ）（）（ 初 （ 3 计算得总剪切静力矩 M ： 36 486 0s i 94 9001.0)dc i 计算得等效力矩 r m s 1 1 1 2 6 52 1 4 4 8 6 62m （ 3 计算得电动机功率 N ： r m s a x （ 3 瞬时最大功率： 7 5 4 8 6 a xm a x 直流电动机具有以下优点： 1、传动比分级精细，选择范围广，转速型谱宽，范围 i=228800。 2、 直流电动机 结构紧凑，体积小，造型美观，承受过载能力强。 3、能耗低，性能优越，减速器效率高达百分之九十六，振动小，噪音低。 4、通用性强，是 用维护方便，维护成本低，特别是生产线，只需备用内部几个传动件即可保证整线正常生产的维修保养。 5、采用新型密封装置，保护性能好，对环境适应性强，可在有腐蚀、潮湿等恶劣环境中连续工作 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 泛运用于各类机械的传动源，转动惯量小有较好的动态性能，能承受高负荷变化，适用于需平滑调速、效率高、自动稳速、反应灵敏的控制系统。广泛用于金属切削机床，纺织、印刷、水泥、造纸和冶金工业等调速要求高的自动化传动系统。 由计算出的电动机的额定功率确定电动机型号为 机： 其基本参数如下： 额定电压： 440v 额定功率： 500定转速： 400r/动惯量： 174 2kg m 电机质量： 6700速器的选择 由电动机驱动，经减速器带动一侧剪切机构运动，电机功率 P=500动机转速n 剪切机构转速 : m .8 m a x 公称传动比 i： 0i 剪电 因行星齿轮减速器的传动效率可以很高，单级大 %99%96 ；传动比范围广；传动功率从 12W 50000载能力大；工作平稳；体积和重量比普通齿轮、蜗杆减速器小得多。结构较复杂，制造精度要求较高，主要用于要求结构紧凑的动力传动中。本减速器要连接在可移动的底座上，所以体积小，重量轻，结构紧凑满足了碎边剪的结构要求。 尖峰载荷 750 ,轴伸受纯转矩，每天 24小时载荷率按 60%计算，最高环境温度按30t,大空间安装，油池甩油润滑，底座式安装。 （ 1） 按机械强度公称功率1买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 由文献 2，表 15 2表 15碎边剪是强冲击载荷，每天 24小时运转再加大 10%）查表 15 S,载荷功率 002 计算，则 A 1 6 5 02 （ 3 查表 15按转速 n， i=值法求得 7291 2） 校核热功率1t=30，由文献 2表 15f，按小时载荷率 20%，查表15 f，表 15t 032122 (3查表 15 26 7 9 21 ，1 （ 3） 校核尖峰载荷 1 21 7 2 5 0 1m a x 工作状态的热功率小于减速平衡功率，因此不需要增加冷却措施。i=合适的。 动系统的设计 动系统齿轮轴的设计 估算轴的直径： 按扭转强度计算（因为数值上 P=(n=r/ 30m in A (3总额 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 轴承减速器联轴器总 0文献 2表 5取，初取0A=97 联轴器 ， 减速器 ， 轴承 3m i 所以初选 d=220料为 35质处理 轴初步计划设计为齿轮与轴加工为一体的形 式，应结构要求自左端依次需要装配一个刀盘，一个轴承支承，齿轮，一个轴承支承，一个键槽用于连接减速器。设计齿轮轴如图 3 3右齿轮轴 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 动系统齿轮轴校核 图 3右齿轮轴力学分析简图 图 3右齿轮轴力学简图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 3切力的分解图 图中各个力的计算 : （ 3 c o st a nt a n FF r （ 3 F （ 3 T=M/2 螺旋角 t 端面压力角 n 法面压力角， n =t ； 509 ， 20n ，螺旋方向：右 89 5 923 9 79 1 92d=P （ 3 P （ 3 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 经计算得： t o s 9 . 8 4t a n 2 o st a nt a n 8 7 . 8 6 K Nt a n 9 . 8 6t a n o 5 1 8 3c o s 5 1 8 3s 计算两端约束的约束力 ： 图 3直面 N 图中约束力： 0 左 （ 3 2（ 3 F( 4 3 2 . 5r)N 计算得： 左 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 3平面 H 图中约束力： 0 左 （ 3 F( 4 3 2 . 5t)H 解得： 左 右 做弯矩图如下：图 3 面弯矩图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 3 面弯矩图 图 3矩图 图中弯矩经计算得： 1 0 2 4 02 4 0 1 4 0 0 6 32 4 0 01 危险截面 A 处，计算该处弯矩如下 14043814006410248 22212 1 （ 3 图中扭矩 2T ： 1 98 9 5 923 97 9 1 82 12 按 弯扭应力校核轴的强度： 1 （ 3 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 其中： W 抗弯截面系数， W=d ,d=380险截面 1- 弯曲疲劳极限， P 称循环变应力， 1 计算结果为： 1 59140 4 38)( 安全。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 右齿轮轴齿轮的设计 料及齿数 （ 1） 按剪切机构的同步传动要求及载荷特性，选用斜齿圆柱齿轮传动，压力角取为 20 （ 2） 碎边剪为金属切削机床，按表 10，选用 7级精度。 （ 3） 材料选择。由表 10,选择齿轮材料为 35质 )，齿面硬度 310 （ 4） 选齿轮的齿数 431 Z , 1 , 432 Z （ 5） 初选螺旋角 9 。 （ 1） 计算齿轮分度圆直径，即 321 12 (4 1)计算公式中的各个参数。 试选载荷系数 查图 10中曲线上的数据是 343/(4 2 7 1 7 1 2121 509 ，查的 Z 计算接触疲劳强度用重合度系数Z。 2 2 co s/20t )co s/t t an nt 2 1 co s 912/ ( 4 3co s 2 0 . 2 2 943ar c o s)co co c o s t 21 zz t 654.1/t a a t a n( t a nt a nt a nz ）（ 9t 431/t 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 ）（ Z (4计算螺旋角系数o sc o s Z （ 4 齿轮传动的转矩 由表 10选取齿轮齿宽系数 6.0d。 由表 10查的材料的弹性影响系数 。 H 图 1050 计算应力循环次数为： 7102 9 0 0 hn 0查的接触疲劳寿命系数 取失效概率为 %1 、安全系数为 S=4，由式（ 10）得 M P i m 2)试算齿轮分度圆直径 3321）（ 2） 调整齿轮分度圆直径 1） 计算实际载荷系数前的数据准备。 圆周速度 。 t /55100060 齿宽 b。 1 38 6 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2） 计算实际载荷系数 由表 10查的使用系数 K 根据 、 7 级精度，由图 10查得动载系数 K。 齿轮的圆周力