毕业设计（论文）-380型线材碎断剪设计（全套图纸）

内蒙古科技大学 本科生毕业设计说明书（毕业论文） 全套全套 CADCAD 图纸，联系图纸，联系 153893706153893706 题 目：380 碎断剪设计 学生姓名： 学 号： 专 业：机械制造及其自动化 班 级：机械 20032 班 指导教师： 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） I 摘摘 要要 线材生产中的飞剪机是用来切头、切尾、以及当出现事故时切取定尺的。飞剪机 有许多类型，论文中的 380 双滚筒式碎断剪，是应用在高速线材生产中的一中。它采 用单机驱动，通过齿轮和联轴器，带动传动轴，然后由输出轴上的剪刃切断轧件。本 文做了以下工作：1.选择和确定了传动方案。2.选择并校核了电动机。3.设计了传动轴 和齿轮，并校核了它们的强度。4.选择了与之配套的润滑系统和维修制度。 关键字：圆盘飞剪、单电动机传动、开式机架、最大剪切力、弯扭合成应力。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） II Abstract Flying shear is used to cut head and end and design length as well as accident on wire rod producing. Flying shear has many kinds types. The 380 breaking shear designed in this paper is one of them. It adapts one electrical machine to drive.The electrical machine passes though gear and clutch, to drive the shafts and cut down the wire rod. The following work has been completed in this paper. One. Selecting and defining design scheme. Two. selecting and checking electrical machine. Three. Designing and checking principal shafts and gears. Four. Selecting suitable lubricate system and maintain scheme. Key words: disk fly shear, single electromotor transmission, opening type machine rack, most cut power, crankle compound stress. 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 1 目目 录录 摘 要.I Abstract II 第一章 引 言.3 1.1 线材的概论1 1.1.1 线材中碎断剪的工作原理.1 1.1.2 线材的概念及用途.1 1.1.3 线材轧机的工艺特点.4 1.1.4 线材轧机的发展前景.5 1.2 飞剪机的概况6 1.2.1 线材生产中飞剪机的作用特点6 1.2.2 飞剪机的类型7 1.2.3 飞剪机发展状 况.9 第二章 主要零部件设计.9 2.1 结构设计9 2.2 剪切力、剪切力矩的计算12 2.3 主电机的计算以及类型选择15 2.4 主要零件的设计、选择及校核16 2.4.1 转速与扭距的计算.16 2.4.2 齿轮的设计.17 2.4.3 轴的设计.23 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 2 2.4.4 轴承及键的选择与校核.40 2.4.5 连轴器的选用与校核.43 2.4.6 刀架的设计及校核.43 2.4.7 电动机的校核.47 2.5 碎断剪的润滑与维修49 2.5.1 碎断剪的润滑.49 2.5.2 碎断剪的维修.50 结束语.51 参考文献.52 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 3 第一章第一章 引引 言言 1.1 线材的概论线材的概论 1.1.1 线材中碎断剪的工作原理线材中碎断剪的工作原理 线材生产中的碎断剪工作于回转剪之后，与转辙器协调工作，具体工作原理如下： 其中转辙器的作用是将轧件转送给精轧机或拨至碎断剪。起位于回转剪之后。 转辙器结构：转辙器支架和机座为焊接结构，铰接的转辙器本体为球墨铸铁。转 辙器由汽缸驱动，其原理图如下： 动作过程：当轧件被切头时，转辙器汽缸活塞位于一位，通道 A 对向精轧机，切 头落入 C，同时把轧件抬高 35mm，通过了转辙器 A 位导入精轧机。当轧件被咬入精 轧机之后，转辙器汽缸活塞运动到 2 位，通道 B 对向碎断剪。如果精轧机以后某段出 事故，就可以立即启动碎断剪（转辙器不动） ，分隔轧件，后续轧件经通道 B 导向碎断 剪。同时，当轧件进入碎断剪后，转辙器活塞又返回 1 位对向精轧机。如果事故在很 短时间内完成，启动剪机分隔轧件后，剩余的轧件可继续经 A 通道导入精轧机。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 4 1.1.2 线材的概念及用途线材的概念及用途 线材按其断面形状属型钢，实际上已成独立钢类。直 6 径 5-4mm 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。 线材是用量很大的钢材品种之一。轧制后可直接用于钢筋凝土的配筋和焊接结构 件，也可经再加工使用。例如，经拉拔成各种规格钢丝，再捻制成钢丝绳、编织成钢 丝网和缠绕成型及热处理成弹簧；经热、冷锻打成铆钉和冷锻及滚压成螺栓、螺钉等； 经切削成热处理制成机械零件或工具等。 线材一般用普通碳素钢和优质碳素钢制成。按照钢材分配目录和用途不同，线材 包括普通低碳钢热轧圆盘条、优质碳素钢盘条、碳素焊条盘条、调质螺纹盘条、制钢 丝绳用盘条、琴钢丝用盘条以及不锈钢盘条等。 线材的用途很广，在国民经济的各个部门中线材占有重要的地位。有的线材轧机 以后可以直接使用，主要用做钢筋混凝土的配筋和焊接结构作用；有的则作为再加工 原料，经过再加工后使用。例如，经过拉拔成为各种钢丝，再经捻制而成为钢绳，或 编制成钢丝网；经过热锻或冷锻成铆钉；经过冷锻及滚压成螺栓；以及经过各种切削 加工及热处理制成机器零件或工具；经过缠绕成型及热处理成弹簧；等等。 线材的应用范围不仅相当广泛，而且用量也很大。根据有关资料统计，各国线材 产量占全部热轧材总量的 5.315.3%。 线材虽然是型钢中尺寸最小的圆钢，但是由于线材的尺寸精度和机械性能要求高， 轧件速度又非常快，它的生产工艺和设备相对于普通圆钢要复杂的多。 从生产工艺来讲，合乎尺寸精度要求的线材，不是轻易就能轧出来的。其原因是 线材比圆钢细而长，表面积大，温降非常快，在轧制到最后几道次的的时候，能保持 轧件在热加工温度范围的时间非常短，这就容易造成由于温度急剧下降而超出了允许 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 5 的轧制温度下限，使整根线材成为废品。此外，虽然钢坯在加热时个部分温度基本是 均匀一致的，但由于个部分从出炉到轧制所经历的时间不同，在轧制过程中温度的大 小也就不同，从而造成个部分的温度差异。据测定在普通横列式轧机上，最后道次线 材头尾温差可达 200以上，线材各部分温度的差异，导致了线材各部分在轧制时的 0C 变形情况不同和却到常温时的收缩量不同，而形成的各部分断面不同，这不断会造成 线材沿长度方向上的端面尺寸的不均匀性，而且往往导致线材前半部分尺寸合乎精度 要求而后半部分超出允许公差范围，或中部合乎尺寸要求而头尾超出允许的尺寸公差。 所有这些都给调整和操作造成困难，并对调整和操作提出了较高的要求。这种工艺特 点在其他热轧型钢生产中不这样明显。 另外，要保证线材达到所要求的金相组织和性能以及沿全尺组织性能均匀一致也 是不容易的。线材轧制工程中各部分的温度差异，以及卷曲成盘卷后冷却过程中个部 分的差异，都会使线材沿全尺的金相组织和性能不均匀，这就造成了线材生产工艺的复 杂性。 1.1.3 线材轧机的工艺特点线材轧机的工艺特点 为了研究线材生产过程和各类线材轧机的特点，有必要从线材轧机的工艺特点讲 起。 横列式线材轧机是最古老的一种线材轧机。开始时是单列，数架轧机横向单列由 一个电动机传动。后来又发展成多列，每列又一个电动机传动，同一机列各架转数相 同，各机架间用人工或围盘送钢进行活套轧制。因此，限制了速度的提高，活套不能 调节，造成了活套周期长，温降严重，盘重小，成品精度和性能差，成产率低。目前， 这种轧制成品速度一般为 8 米每秒，盘重不超过 100 公斤。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 6 下图是线材生产的工艺流程图： 连续式线材轧机是指轧件同时在几架（机组）或在全部轧机上轧制， ，金属秒流量 相等，即=常数，实现了连轧关系的线材轧机。 1 122nn FVFVFV 它与横列式线材轧机相比较有俩个特点，其一是避免了不能调节的活套，实现了 连轧关系，从根本上解决了长活套轧制时大量散热的问题在有些精轧机上，不但温度 降低，反而由于变化功转化的热量，使轧件温度升高。中轧机组轧件温度升高，是由 于轧件变形热大于轧件散失的热量。精轧机由于轧件端面较小，散热较大，故俩者基 本平衡。在高速线材的精轧机组上，由于轧件变形热较大，故轧制温度略有升高，随 着轧制速度的不同，升高幅度也不同。第二个特点是设置布置十分紧凑，在使用长钢 坯（一般在 92 米左右）时将出现轧件前端已进入卷线机而轧件尾部炉内的情况。这 就保证了轧件在轧制过程中各道次的轧制温度保持近于相等。在连续式线材轧机上线 材终轧温度均在 Ac 以上，而线材头，尾温度差很小可忽略不计。由此可见，轧件在连 轧过程中，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。 1.1.41.1.4 线材轧机的发展前景线材轧机的发展前景 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 7 我国已经是世界线材生产大国,拥有数量最多的高技术线材轧机,但产品品种和质 量仍然落后。21 世纪的发展之路,是跟踪世界先进技术的发展,发挥现有轧机的技术优 势,满足金属制品的需要。调整轧机布局,向西部倾斜。提高国产高线轧机的技术水平, 使之在改造大量落后轧机的结构调整中,发挥主力军的作用。毫无疑问，提高轧制速度， 增大盘重和加大钢坯断面的趋势必将继续下去。但有些问题也必须得到解决，首先是 解决精轧机组后的导向装置，飞剪，分线装置，成圈器以及冷却输送，线卷收集和成 品输送等装置的研制和开发问题。 线材生产过程中实现了计算机全盘控制和管理也是线材生产的发展方向。现代化 的线材生产应逐步实现全在线电子计算机控制和管理，从原料堆放，入炉至成品钢入 库，发货为止，实现生产过程自动化，以进一步提高劳动效率，降低劳动强度。要实 现线材轧机的尺寸自动控制和最小张力控制，以提高线材质量。为此，必须有可靠的 自动检测仪表和严格的生产技术管理基础。 由此，我们可以勾画出线材生产线的前景：首先，连铸坯源源不断地由炼钢车间 连铸机送出来，经过在线连续探伤仪检验钢坯缺陷，用在线火焰清理机进行表面火焰 清理，并自动分选钢坯，进入中间保温炉；钢坯在大压下轧机上一次轧成线材轧机所 需要的小钢坯；此后，在送入带自动控制尺寸和最小张力控制的单线无扭高速线材轧 机，线材尺寸公差可达到毫米；线材以 100 米每秒以上的速度离开精轧机组，经0.1 过自动控制水量的间歇水冷套管预冷后在高速飞剪上切头；然后进入圈器，经过有效 的散拳控制冷却处理后集成 3 吨以上重的盘卷；再经高效率的运输机转至自动检验站 和自动打捆机，进行打捆，包装和挂标签，过磅，最后再运往自动仓库，整个生产过 程都由电子计算机控制和管理，并通过彩色电视并在各个中心控制站显示。 1.2 飞剪机的概况飞剪机的概况 1.2.1 线材生产中飞剪机的作用特点线材生产中飞剪机的作用特点 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 8 线材车间的剪切设备用于轧件的切头，切尾和事故处理。依剪切设备的设置部位 和用途计有切头剪、事故剪和精轧后的切头切尾剪。 线材生产中所用的剪切机依其结构和原理可分为飞剪和其它形式的剪切机。由于 线材断面很小，对断面切斜要求不严，不定尺剪切，故所用的飞剪结构简单。 飞剪的特点主要有以下几个方面 （1）同步性：即当飞剪剪切轧件的瞬时必须使轧件的运行速度与飞剪剪刃的水平 速度相同。 （2）切定尺：根据用户的要求，飞剪应能把轧件切成各种长度的定尺。实现各种 定尺尺度的机构称为调长机构。飞剪的调长机构根据调长的基本方程进行轧件的调长。 对于连续工作制的飞剪，调长的基本方程如下： 00 60 Lv tkvk n 式中 要求剪切的定尺长度（m）L 轧件的运行速度（m/s） 0 v 刀片的转速（r/m） n 空切系数，即在相邻俩次剪切时间内刀片的所转圈数，对滚筒k 式飞剪，其运动轨迹为圆时，则轧件长度可表示为： LDk 式中 小直径滚筒的直径， （mm）D 由此可见，为了满足对飞剪的工艺要求，须装设匀速机构和空切机构。不同的飞 剪有不同的匀速机构，如径向匀速机构，椭圆齿轮匀速机构，双曲柄匀速机构等。空 切机构亦有不同的形式。以上两种机构组成了各种形式的飞剪。 1.2.2 飞剪机的类型飞剪机的类型 （1）滚筒式飞剪机 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 9 滚筒式飞剪机是一种应用很广的飞剪机。它装设在连轧机组或横切机组上，用来 剪切厚度小于 12mm 的钢板或小型型钢。这种飞剪机作为切头飞剪机时，其剪切厚度 可达 45mm。滚筒式飞剪机的刀片作简单的圆周运动，故可剪切运动速度高达 15m/s 以 上的轧件。 （2）曲柄回转杠杆式飞剪机 用飞剪机剪切厚度较大的板带或钢坯时，为了保证剪后轧件断面的平整，往往采 用刀片作平移运动的飞剪机。曲柄回转式（也称曲柄连杆式）飞剪机就是此类飞剪机 的一种。此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。 （3）曲柄偏心式飞剪机 这类飞剪机的刀片作平移运动，通过改变偏心轴与双臂曲柄轴（也可以说是导架） 的角度比值，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 钢坯轧机之后，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与平移的运 动，剪切质量好。上下刀架与住曲柄连接处的偏心距为e1,偏心位置相差。当住曲180 柄轴转动时，上下刀架做相对运动，完成剪切运动。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（Schloemann）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 5m/s 的速度下工作。 1.2.3 飞剪机发展状况飞剪机发展状况 飞剪机的发展主要以下几个趋势： 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 10 飞剪机的剪切断面质量提高 这要求剪刃在剪切区域内其水平方向的速度与轧件最大限度的保持一致，为达到 这一目的，在飞剪机中往往设置了匀速机构。另外，有些剪切机还装有定尺调长机构。 这些变化导致了剪切机构的复杂，所以飞剪的最大一个发展趋势是机构越来越复杂、 庞大，飞剪机功能也越来越多。 飞剪的自动化 随着机、电、液一体化进程的提高，轧制速度也越来越高，自动化趋势已经成为 必然的发展方向。首先，轧制流水线越来越先进，轧制速度越来越高，是人工操作成 为另外轧制水平提高的大障碍。这要求自动化的实现，而自动控制与机电一体为其实 现提供了条件。 第二章第二章 主要零部件设计主要零部件设计 2.1 结构设计结构设计 2.1.1.2.1.1. 设计方案的选择和确定设计方案的选择和确定 由于精轧机的 380 碎断剪有俩根轴带动一对飞剪进行切断动作，因此这就有俩种 传动方案。一种由单电机驱动一个滚筒而另一个滚筒由齿轮啮合传递力矩来驱动。另 一种是由俩台电机分别带动 上下剪轴输入力矩，直接带动上下滚筒旋转剪切。为了确 定一最佳传动方案，将俩种传动方案各自的优缺点加以比较。 （1）单电机传动方案 由于它带动滚筒上的齿轮传动来驱动另一滚筒，所以主动轮上的齿轮轴所受到的 载荷远远欠于从动滚筒齿轮周的载荷。这样主动滚筒轴将更大可能的被破坏。所以这 就很容易引申出一个特点或者说是缺点：主动轴易受到破坏而发生事故，同时，单一 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 11 电机也承受过大的功率。同时这种方案也有以下优点：上下剪的同步性高；结构简单， 成本低；通过斜齿传动。可以装一套简易的间隙调整机构。 （2）双电机传动方案 这种方案克服了单电机传动的传动的俩个缺点。首先，它的俩套传递系统平行传 动。每套系统的各个零件受力状况基本相同，不存在某个零件因受到载荷过大而先遭 到破坏的问题；其次，它由双电机驱动，每个电机的受载相对较小。 此次所设计的碎断剪是在轧线上出现问题时进行碎断的。俩剪刀的同步性要求很 高。因此单机驱动更为适合，至于主动轴的易破坏可以通过加大尺寸更换材料来解决。 而大功率电机也比比皆是，因此通过以上考虑单电机驱动。 2.1.2 传动装置的布置形式传动装置的布置形式 采用电机驱动的飞剪机，电机的布置方位可分为上传动和侧传动俩种形式。 上传动是指电机及减速器都布置在飞剪机的机架上，具有结构紧凑，占地面积小 坯料等运输条件好的优点，单独使用的中小型飞剪机各为上传动形式。 电机布置在飞剪机的侧面称为侧传动，对于大型钢坯飞剪机因其电机的重量和大， 不宜装在机架的上部，故多采用侧传动形式。在生产作业线上的飞剪机，轧件有辊道 运输。工人在作业线一侧操作，另一侧装电机，在这种情况下采用侧传动极具合理性。 综上所述，设计采用的是单电机传动，侧传动的布局形式。 2.1.3 主要零部件的初步设计主要零部件的初步设计 由于确定了采用单电机传动，则需要一根输入轴一根从动轴，一副相啮合的大小 齿轮。 具体方案如下： 由电动机采用联轴器带动输入轴，通过齿轮啮合将运动和力矩传到从动轴，主动 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 12 轴与从动轴一同带动剪刀旋转，达到同步剪切的目的。考虑到见效轴向力的因素，俩 齿均设计为直齿圆柱齿轮。其传动原理图如下所示： 4 5 6 7 3 21 1.电动机 2.联轴器 3.传动齿轮 4.上剪轴 5.上剪刃 6.下剪刃 7. 下剪轴 2.1.4 机架的设计机架的设计 飞剪机的机架形式有闭合式和开式俩种。闭式机架通常作成门型的，位于剪刃的 俩侧，具有刚性好，剪刃断面大的优点。但便于检护安全，却不利于操作员工观察剪 切情况，不便于设备的维护和事故的处理。一般大型钢坯飞剪机均采用闭式机架。 开式机架是位于剪刃的一侧，与闭式机架相比，其刚性较差，剪切断面小，但便 于检修，维护和事故的处理。在保证必要的刚性条件下，采用开式机架是很合理的。 飞剪机的机架有铸件和焊件俩种，由于焊接水平的提高，采用焊接机架越来越多。 采用焊接机架，既可以省去铸造有关工序，缩短了制造周期，又因采用箱形，薄壁和 筋板的结构，能在保证足够的刚性的前提下，设备重量减轻了，节约了钢材，降低了 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 13 成本，因此这里采用焊接结构的开式机架。 设计的滚筒式碎断剪为单电动机驱动，采用齿轮机座，其作用是将电动机的扭距 给相应的轴，其分为上，中，下三箱。上箱与中箱的凹孔内安放上剪轴及其轴承。中 箱与下箱之间的凹孔内安装下剪轴及其轴承。上，中，下三箱安装起来，将俩齿轮装 入其中，箱体的两侧均有吊耳，以便安装和拆卸是操作。下箱底版通过螺栓螺母与地 相联接。 2.2 剪切力，剪切力距的计算剪切力，剪切力距的计算 2.2.1 计算剪切力计算剪切力 首先根据剪切力最大钢坯断面尺寸来确定飞剪机的公称能力，即确定最大剪切力。 最大剪切力可按以下公式计算： max p max p maxmax( )KFKN 式中： 被剪切轧件最大的原始断面面积 max F 2 ()mm 被剪切轧件在相应的剪切温度下最大单位剪切阻力 max ()Mpa 考虑由于刀刃磨钝，刀片间隙增大使剪切力提高的系数 max K 当所剪切材料无单位剪切阻力实验数据时，由上式可得： maxmax 0.6 bt PKF 依据本次设计内容中的技术参数，则选用此公式： 式中： 被剪切材料在相应温度下的强度极限，因为剪切温度为 bt ()Mpa 由表 84 查得=110880 C bt Mpa K如上所述，由参，选 K=1.3 如上所述，由已知得=471 max F max F 2 mm 将各个数据带入公式中可得 max P 6 =0.6 1.3 110 10471=58.8KN 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 14 飞剪在剪切过程中，除了克服剪切变形所需的剪切力外，在水平方向上有侧压力，拉 力和动载荷，根据实测数据，最大侧压力为的 1734%，水平拉力为： max P T=F= l E F l 式中： F轧件的横截面积 剪切终了时，飞剪与送料装置见的轧件长度现场材料 =4300mmll 剪切终了时轧件伸长量l 该剪切温度下轧件的弹性模量；近似等于 4500055000，根据EMPa 参式（932）选取=45000 EMPa 以下为的计算l =-l 1 l 0 l 式中： 剪切时间内刀片在水平方向的移动量 1 l 剪切时间内轧件的移动量 0 l 而 1212 0000 ()() () R lv tvvR vv 为剪切时初始角度，由式（933）得 1 1 cos1 22 Ahhs RR 式中 A曲柄中心距 h剪切轧件厚度 S轧件的重选量，由实测得 S=20mm 而 471 2224.5 3.14 F hmm 所以算 =0.833 1 cos 24.520 1 380 = 1 28 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 15 为终了角度 2 =0.927 0 2 (1) cos1 2 hs R = 2 22 将计算值代入式 =18mm 112 (sinsin)lR 380 (sin28sin22 ) 2 12 00 2 360 R lv v 取 =16.7 m/s=16700 mm/s 0 v =20.8 m/s=20800 mm/sv 则 0 2 3.14 1902822 1670016 20800360 lmm =18-16=2 mm 10 lll 将上述得数代入公式得 l TE F l = 2 45000 471 4300 98589.858NKN 而 与的合力正是剪切材料时刀架所受的力T max PP = 22 max PTP 22 9.85858.859.62KN 2.2.2 计算剪切力矩计算剪切力矩 （1） 计算咬入角 由参知咬入角=0.9114 2 cos 2 h RZ s R 所以 =24.3 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 16 其中 ， 式中 =0.6875Zh （1） 计算最大剪切力矩 由参可知4 max sincos 22 DD MgPT =2579.6+1822.4 =4402Nm 2.2.3 剪切功的计算剪切功的计算 由式（818）得 AFdZFhdF h a 式中 单位剪切功a 被剪切件原始断面面积F 单位剪切功的数值可通过所剪材料的强度极限和延伸率求出 b 由参得 (0.72 0.96) b a 式中 所剪切材料的延伸率 所剪切材料强度极限 b 由参表 89 查得 3 45.125/aN mm mm 则有剪切功 471 24.5 45.125AF h a =520719.94N mm520.7N m 2.3 主电机的计算及类型的选择主电机的计算及类型的选择 飞剪的电动机剪工作制度的不同，需要采用不同的计算方法。按起动工作制工作的 飞溅电动机功率几乎完全由飞剪运动质量的加速条件来决定。因为每次剪切要求的 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 17 加速时间非常短，在个别情况下只有 0.1S，在这种情况下，剪切力对电动机功率实 际上没有影响。带飞轮连续工作的飞剪的电动机功率是按相邻俩次剪切时间 t 秒内的 平均剪切功率来计算的。根据参式（937）有 N=（） A t kw 式中 剪切功 A()KN m 考虑飞剪机构内及与空气的摩擦损失系数 此处=5 因此电动机功率为 =136084.5 520.7 5 0.019 A N t w136kw 其中 3.14 380 0.019 33 20800 D t v s 通过参考工具书查得 ZZJ800 系列轧机辅助传动支流电动机允许逆转，适合各 种类型的轧制辅助机械，该系列电动机具有优良的过载特性，特别适用于频繁启动， 制动要切的机械传动。如轧钢机械辅助传动设备，起重机，挖掘机等。其字母意义为 Z支流 Z起重 J冶金 选 ZZJ816 型 其参数为 额定功率 150kw 额定转速 1200r/min 以上的数据来自参表 291797 915 P 2.4 主要零部件的设计与校核主要零部件的设计与校核 2.4.1 转速与扭距的计算转速与扭距的计算 由于下剪轴与电动机通过联轴器相连，而从动轴齿轮与主动轴齿轮是传动: 因此，俩剪轴的转速相等， 有 60100060 20.8 1000 1045 /min 380 v nnr D 下上 由于飞剪由上，下俩剪轴传动，则每一轴入的静力矩为计算最值的一半， 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 18 即 4402 2201 2 N M 但下剪轴还需要驱动齿轮使传动轴运转 故有 2201NmM 上 4402NmM 下 2.4.2 齿轮的设计齿轮的设计 齿轮的传动的主要优点是：传动效率高，工作可靠，寿命长，传动比准确，结构 紧凑；适用的速度和传递的功率广；可实现平行轴相交轴和交错轴之间的传动。主要 缺点是：制造精度要求高，故成本也高；精度低时噪声大；不宜用于轴间距离大的传 动。 对齿轮的要求一般是强度和平稳度的要求。所以齿轮的主要失效形式是轮齿折断， 齿面点蚀，齿面磨损，齿面胶合，齿面塑性变形。 针对上述各种失效形式，为了保证齿轮传动满足工作要求，必须建立相应的计算 准则。但是对于磨料磨损，塑性变形，目前尚无成熟的计算方法。因此在工程实际中 通常只进行齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度计算。 对于闭式出论传动，当一队齿轮中有一个或同时为软齿面时，齿轮的主要损伤形 式是齿面疲劳点蚀，也可发生轮齿折断及其他失效形式，故应按接触疲劳强度的设计 公式确定主要参数，然后校核弯曲疲劳强度。若一对齿面均为硬齿面。齿轮的主要失 效形式可能是轮齿折断，也可能发生点蚀，胶合等失效。则应按弯曲疲劳强度的设计 公式确定模数，然后校核接触强度。对于开式齿轮传动，其主要失效形式是齿面磨损， 但往往因轮齿磨薄后发生折断，故按轮齿齿根弯曲强度设计，但适当的降低许用应力 以考虑磨损的影响。 由于硬齿面齿轮与软齿面齿轮比较，无论是从节约材料，减小体积及综合经济效 益考虑，均有优点，故软齿面齿轮在许多行业逐渐被硬齿面或中硬齿面齿轮所取代。 因此，由前面已计算结果，高速齿轮选用硬齿面，先按轮齿弯曲疲劳强度设计， 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 19 再校核齿面接触疲劳强度。其设计步骤如下： 2.4.2.1 选择齿轮材料，确定许用应力选择齿轮材料，确定许用应力 根据前述情况，俩齿轮为传动，为使俩飞剪等速剪切，将俩齿轮设计成完全一: 样。由于无其它特殊要求，由参3表（56）选用 45 钢表面淬火表，硬度 4050HRC。由参3图 532C 查得弯曲疲劳极限，由参3图 533C 查得接触疲 Flim 劳极限应力，其值为： Hlim 350MPa =1150MPa Flim Hlim 2.4.2.2 按轮齿弯曲疲劳强度设计按轮齿弯曲疲劳强度设计 由参3式（5）知31a 1 FS 3 2 1 2000K dFP TY m Z 式中 载荷系数， K Av KK K K K 齿轮传递的名义转距 1 T 复合齿形系数 FS Y 齿宽系数 d / d b d 齿轮齿数 1 Z 许用弯曲应力 FP （1） 确定许用弯曲应力 FP 由参3式（526）得 lim lim FST FPN F Y Y S 式中 试验齿轮齿根的弯曲疲劳极限 limF 试验齿轮的修正系数，取=2 ST Y ST Y 弯曲疲劳强度计算的寿命系数，取=1 N Y N Y 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 20 弯曲强度的最小安全系数，取=1.6 limF S limF S 将上述各参数代入得： 350 2 1 1.6 FP （2） 计算齿轮的名义转距 由剪切力矩可知 =2201 1 TNm （3） 选取载荷系数 因为是直齿传动，加工精度为 6 级（由参2 查得） 607 P 但负载有较大波动，取=1.5K （4） 初步选定齿轮参数 当分度圆直径一定时，增大齿轮齿数能增大齿面重合度以改善传动的平稳性并 降低噪声。而齿数增大相应模数减小，有利于节约材料和降低切齿成本，还减小磨 料磨损和提高抗胶合能力。因此，在满足轮齿弯曲强度条件下，一般倾向于选较大 的齿数。但对于传递动力的齿轮，为防止以外断齿应使mm，在硬齿面的1.5 2m 闭式传动中，由于齿根弯曲强度弱，需适当减小保证有较大的模数。 齿宽系数选大值时，可减小直径，从而可以减小传动的中心距，并在一定程 d 度上减轻包括箱体在内的整个传动装置的重量。但同时也增加了齿宽和轴向尺寸， 增加了载荷分布的不均匀性。 由参3可初步确定各齿轮参数如下 =152 =152 =1 =0.45 1 Z 2 Zu d （5） 确定复合齿形系数 FS Y 查参3图 538 得=3.95 将上述个参数代入得： FS Y =1.79mm 3 2 2000 1.5 2201 3.95 0.45 152437.5 m 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 21 按参3表 51 取标准模数 m=2.5mm ，则中心距 =380mm 12 () 2 m ZZ a 2.5(152 152) 2 （6） 计算几何尺寸 =2.5 152=380 mm 12 ddmz =0.45 380=171mm 12d bbd 取172mm 则=0.45263 12 bb d 2.4.2.3 校核齿面的接触强度校核齿面的接触强度. 由参3式（536）可知 1 2 1 (1) 112 HE KT u Z bd u 式中 材料的弹性系数， E Z 22 11 12 1 11 () E Z ZZ ，俩齿轮材料的弹性模量 1 Z 2 Z 载荷系数K 齿轮传递的名义转距T 传动比 齿轮的齿宽b 齿轮的分度圆直径 1 d 将各参数值代入式得 查参3表 57 得=189.8 E Z 则 =346。6MPa 2 1.5 2201(1 1) 112 1989 172 3801 H 齿面接触应力按式（527）参3计算 HP 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 22 lim min H HPNw H ZZ S 式中 试验齿轮的接触疲劳极限 limH 接触疲劳强度计算的是寿命系数，取=1 N Z N Z 接触强度的最小安全系数，取 =1.3 minH S minH S 工作硬化系数，取 =1 w Z w Z 将各参数代入公式得： 884.6MPa 1150 1 1 1.3 HP 因为 ，故接触疲劳强度足够 H HP 2.4.2.4 齿轮的各项尺寸参数的计算齿轮的各项尺寸参数的计算 1 1.61.6 135216 h Ddmm ； 172lbmm 0 15mm ， 取 0.50.5 2.51.25nm2nmm ，取 0.3 17251.6b 50cmm 012 0.5()0.5(216340)278DDDmm ； 0 25dmm0.525rcmm 齿轮简图如下： 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 23 均布 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 24 2.4.2.5. 查取各种公差值查取各种公差值 由参2 查得各种公差如下： 617 P 周节累计公差： 齿形公差：63 m9 m 周节极限偏差： 基节极限偏差：11 m10 m 径向综合偏差： 齿向公差：56 m19 m 中心极限偏差：28.5 m 2.4.2.6. 齿轮的结构设计齿轮的结构设计 齿轮的设计成腹板式结构，腹板上开有四个小孔，其各项尺寸可见上页简图和齿 轮零件图。 2.4.3 轴的设计轴的设计 轴是机器中的主要支撑零件之一。一切回转运动零件（如：齿轮、蜗轮、带轮、 链轮、联轴器等） ，都必须安装在轴上才能传递运动和动力。 按照轴的承载情况，直轴可分为转轴，心轴，传动轴三类。 选择轴的材料，应考虑下列因素：（1）轴的强度，刚度及耐磨性要求；（2） 热处理方法；（3）材料来源；（4）材料加工工艺性；（5）材料价格等，一般常用 的有以下几种： 优质中碳钢，如 35，45，50 钢，其中 45 钢用得最多。对于受力不大或不重要 的轴，可用 Q235，Q275 等普通碳素钢。碳素钢比合金钢价格低廉，对应力集中敏 感性小，可进行热处理改变其综合性能，且加工工艺性好，故应用最广。 合金钢的力学性能和淬火性能比碳素钢要好，但对应力集中比较敏感，且价格 较贵，多用于对强度和耐磨性要求较高的场合；20，等合金钢，2Cr MoV38CrMoAl 有良好的高温力学性能，常用于高温，高速及重灾的场合；经调质处理后，综40Cr 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 25 合力学性能很好，是轴最常用的合金钢。合金钢在常温下的弹性模量和碳素钢差不 多，故当其他条件相同时，用合金钢代替碳素钢不能提高轴的刚度。 球墨铸铁及高强度铸铁具有优良的工艺性，不需要锻压设备，洗振性好，对 应力集敏感性低，适宜于制造复杂形状的轴，但难于控制铸件质量。 对于机器的一般转轴，主要应满足强度和结构的要求；对于刚度要求高的轴 （如机床主轴） ，主要应满足刚度要求；对于一些高速机械的轴（如机床主轴） ，主 要应满足刚度的要求；对于一些高速机械的轴（如高速磨床主轴、气轮机主轴等） ， 要考虑满足稳定性的要求。 在转轴设计中，其特点是不能通过精确计算确定轴截面尺寸。因为转轴工作时， 受弯距和转距联合作用，而弯距又与轴上的载荷大小及轴上零件相互位置有关，所 以当轴的结构尺寸未确定前，无法求出轴所受的弯距。因此，转轴设计时，开始只 能按扭转强度或经验公式估算轴的直径，然后进行轴的结构设计，最后进行周的强 度验算。 2.4.3.1 下剪轴的设计下剪轴的设计 1. 选择轴的材料 该轴无特殊要求，因而选用调质处理的 45 钢，由参3表 122，知 640 B MPa 2. 初步估算轴径 按扭转强度估算输出段联轴器处的最小轴径。由参3表 124，按 45 钢取 ，输出功率取 由前述计算可得，又知参3公式110c 160PKW1045 /minnr （122） 3 P dc n 式中 由轴的材料和承载情况确定的常数c 轴传递的功率，PKW 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 26 轴的转速，n/minr 轴的直径d 将各参数值代入上式得： 3 160 11058.8 1045 dmm 由于安装联轴器处有一个键槽，轴径应增加 5% 即： min 58.8(1 5%)61.8d 而生产实际中，剪子端轴径为 154mm，联轴器处的轴径处有 110mm，那么生产 中为什么比理论的大这么多呢？原因如下： 从工艺方面考虑，如果轴径太小，则轴的加工成本相反增加，并且轴的尺寸精 度和形位精度将难以保证，因此轴径不能太小。 从机器的使用范围来看，设计的轴径对设计所切材料的剪切能够满足，而实际 生产中，应尽可能满足剪切各种材质和断面的钢坯，故其尺寸应大一些，以便其强 度可以满足多方面的要求。 由参5 选择 B8 型联轴器，轴与联轴器连接的轴径为 100mm 292 P 3. 轴的结构设计 轴上主要零件的布置如下图所示 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 27 1.剪 2.滚动轴承 3.齿轮 4.联轴器 （1）轴上零件的轴向定位 齿轮的一端靠轴肩定位，另一端靠套筒定位，装拆，传力均较方便；但但端轴采 用轴肩和螺母定位，右端轴承采用套筒和螺母定位；剪毂用轴肩和轴端挡板来定位。 （2）轴上零件的周向定位 齿轮与轴，半联轴器与轴，剪毂与轴的周向定位均采用平键联接。 （3）确定个段轴径和长度 根据经济公式和类似结构的参考，特确定尺寸如下（从剪子到联轴器）： 轴向：128757873039170143522246 径向：154184160154157154135120112115110 （单位：毫米） （4）考虑轴的结构工艺性 考虑轴的结构工艺性，在轴的左端与右端均制成倒角；俩端装轴承处为磨2 45 削加工留有砂轮越程槽；为便于加工齿轮，半联轴器，剪毂处的键槽布置在同一母线 上。 （5）轴的简图 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 28 4. 轴的强度验算 先作出轴的受力简图 a 所示（即力学模型） ；取集中载荷作用于齿轮及轴承的中点。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 30 Ft Fr Ft Fr A C B FtFt RARB 180200200 FrFr RARB 180200200 887.22(N m) 716.4(N m) 5292(N m) 2226(N m) 5366(N m) 2338(N m) 2201(N m) 4402(N m) 5526(N m) 4232(N m) 2685(N m) 1320.6(N m) 2641.2(N m) D b c d e f g h a 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 31 （1）齿轮上作用力的大小 转距： 2201T N m 圆周力： 20002000 2201 1158411.6 380 t T FNKN d 径向力：11584204216.34.2 rt FFtgtgNKN 剪架上的作用力： 圆周力： 9.858 4.929 22 t T FKN 径向力： 58.8 29.4 22 r P FKN （2）求轴承上的支反力 水平面上的受力图如图 b 所示： 分别是轴承 A,B 处的水平面的反力 BAR R , 列方程式有 ttBAFFRR+=+ 4001802000 Btt RFF 将各参数代入求解得： ， 12.947 A RKN B R 3.582KN 垂直面上的受力图如图 c 所示 分别是轴承 A,B 在垂直面内的反力 , AB RR 列方程式有： ABrr RRFF 4001802000 Brr RFF 将个参数代入求解得： 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 32 , 44.73 A RKN 11.13 B RKN （3） 画弯距图 设飞剪，轴承，齿轮的中心截面分别为 D,A,B,C 面。 截面 C 处的弯距为： 水平面内 3 1 1000 200 10716.4 cB MRN m 垂直面内 2 2002226 cB MRN m 截面 A 处的弯距为： 水平面内 1 1804.929 180887.22 At MFN m 垂直面内 2 18029.4 1805292 Ar MFN m 因此水平面内的弯距图如图 d 所示；垂直面内的弯距图如图 e 所示： 截面 C 处的合成弯距为： 2222 12 716.422262338 CCC MMMN m 截面 A 处的合成弯距为： 2222 12 887.2252925366 AAA MMMN m 因此合成弯距如图 f 所示： （4） 画转距图 ， 1 2201TN m 2 4402TN m 转距图如图 g 所示： （5）画计算转距图 因单向回转，视转距为脉动循环，则 1 0 0.6 b b 截面 C 处的当量弯距为： 2222 11 ()2338(0.6 2201)2685 VCC MMTN m 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 33 2222 22 ()2338(0.6 4402)4232 VCC MMTN m 截面 A 处的当量弯距为： 2222 1 ()5366(0.6 2201)5526 VAA MMTN m 截面 D 处的当量弯距为：