机械毕业设计（论文）-2150滚筒式切头飞剪机设计【全套图纸】 .doc

第 i 页 2150 滚筒式切头飞剪机设计 摘要 切头飞剪机是热连轧生产线上的单体设备,它的用途是切头、切尾，出现卡钢事故 时，将轧件剪断，处理卡钢事故。有时也可切定尺，检查轧件的质量。本设计是 2150 滚筒式切头飞剪，主要用于切头和切尾，采用双电机驱动，剪切机构的传动方式是转 鼓式，上下转鼓同步转动，减少了动力矩，提高了剪切质量。在该设计中，主要进行 剪切力的计算，选择主电机的容量，进行转鼓轴、齿轮的设计计算，进行剪切机构刀 片的设计，剪切侧间隙调整装置的设计，对飞剪机进行润滑方法的选择，试车和控制 要求，采用环保措施，保证可靠性经济性好，具有显著的经济效益。2150 切头飞剪是 热连轧厂常用的剪切设备。 关键词：飞剪机；滚筒式；切头；切尾 全套图纸，加 153893706 第 ii 页 design of the 2150 drum type crop shear abstract crop shear is the monomer equipment on the hot rolling production line,which is used to cut head and tail of rolling. when the steel can not travel as usual ,it can be used to cut the stock and to avoid an accident. sometimes, its also used to cutting stock into desired sectional lengths and to check the quality of the rolled piece. this design is the design of the 2150 drum type crop shear, which is drived by two motor. it is an object of this designto reduce remarkably the power consumption in flyingshears of the instant character by eliminating acceleration and deceleration of the shear drums for each shearing operation and improve the section quality. in this design, it is important to calculate shear stress ,select main motor ,design and calculate drum axis and gears. in this paper, i also give the design of shear blade and adjusting device for the gap between the upper and lower shear drums. besides, selection of lubrication and testing and control requirements are also necessary. in order to get significant economic benefits, we must take environmental measures when producing. nowadays, the 2150 drum type crop shear is used in continuous hot-strip mills generally. key words: flying shear ;drum type;cutting head ;cutting tail 第 iii 页 目 录 1 绪 论.1 1.1 课题选择的背景和目的.1 1.2 飞剪机国内外发展现状.2 1.3 飞剪机的现状.3 1.3.1 飞剪机在车间布置和作用.3 1.3.2 飞剪机的类型和特点.4 1.3.3 飞剪机研究的内容和方法.5 2 方案的选择与评述6 2.1 方案选择.6 2.2 方案评述.6 3 电机的选择8 3.1 剪切力的计算.8 3.2 剪切机的扭矩计算.8 3.3 转股稳定运转转速.10 3.4 电机型式及电机容量的选择.10 4 主要零件的强度计算.12 4.1 减速机的计算.12 4.1.1 减速机的传动比分配.12 4.1.2 减速机齿轮设计.13 4.1.3 下转鼓轴的设计计算.20 4.2 剪刃的设计.26 4.2.1 材料的选择.26 4.2.2 剪刃的结构设计.26 4.3 转股轴承的选择及校核.26 4.4 侧隙调整机构的设计.28 4.5 联轴器的选择与校核 30 第 iv 页 4.5.1 联轴器的分类.30 4.5.2 联轴器的选择.30 4.5.3 联轴器的强度计算.31 5 润滑方法的选择32 5.1 减速机润滑方法及润滑油的选择.32 5.2 飞剪机的润滑.32 6 试车方法和对控制的要求34 6.1 试车要求.34 6.2 对控制系统的要求.34 7 设备可靠性与经济评价35 7.1 机械设备的有效度.35 7.2 投资回收期.35 结 论37 致 谢38 参考文献39 第 1 页 1 绪 论 1.1 课题选择的背景和目的 钢材的生产在国民经济中占有重要地位，用轧制的方法生产钢材，具有生产率高、 品种多、生产过程连续性强、易于机械化、自动化等优点。随着轧制工艺和设备的不 断发展，以及国民经济各个部门对钢材品种要求的不断增长，轧制刚才的品种范围也 在日益扩大。应该指出，性能参数相同的轧钢机采用不同的布置型式时，轧钢车间产 品、产量和轧钢工艺就不同。因此，轧钢机标称方法还不能全面反映各种轧钢车间的 技术特征，还应考虑轧钢机布置型式。轧钢机布置型式可分为单机架式、多机架顺列 式、横列式、连续式、半连续式、串列往复式、布棋式等，为了进一步提高生产率， 出现了连续式布置，此时各架工作机座沿轧制线依次排列，使轧件能同时在几个工作 机座中连续轧制。在连续轧制时为了不使轧件在工作机座间拉断时产生很大的活套， 各工作机座的轧制速度应符合“秒流量相等”的原则。连续布置的主要优点是单位产量 投资少，轧制速度高，有较高的机械化和自动化水平。连续式布置的主要缺点是总投 资大，建设周期教长，改变轧制规格时，轧机调整不方便。因此，有些热轧钢板车间 采用半连轧和 3/4 连轧布置型式。精轧机采用连续式，粗轧采用非连续式。 随着带钢热连轧机的发展，产品精度会不断提高，除了提高轧机刚性外，还用厚 度自动控制。采用电动液压压下装置，为了提高带钢向厚度公差和改善板型，在现 代轧机上装有液压弯辊装置。 热带钢连轧机组中，为了使粗轧后的轧件有更好的头尾形状，该生产线在精轧机 之前一般都要设置一台切头、切尾的飞剪机。该设备的主要功能为：剪切粗轧后带坯 的头部和尾部的低温及不规则部分，有利于精轧机对带坯的咬入，减少带坯对轧辊的 冲击，减少轧制过程中卡刚事故的发生。切头飞剪主传动减速机是为切头飞剪传递扭 矩、运动、和动能的主要设备。 飞剪机使用中存在的问题，飞剪机采用发电机组供电调整困难，剪切机构的运动 不见偏心套、连杆惯性太大，电气控制部分难以实现。轧件速度和检测仪器不可靠， 曲柄轴承进水等问题，由于飞剪机不能正常使用，致使黑头进精轧机组造成冲击符合 大，轧件的“舌头”和“燕尾”很大，有时造成过钢和卷取卡钢事故，影响产品成材率，加 第 2 页 大废品数量。本设计的目的就是对切头飞剪机进行改进设计，保证飞剪正常剪切，这 样可以引进厚度控制系统使板卷卷取整齐，提高带卷质量，以满足市场对带钢的要求。 1.2 飞剪机国内外发展现状 要使飞剪适应轧机生产的要求和提高自动化水平，除不断改进飞剪性能外，在飞 剪区还需增设有关设备与装置。 如图 1.1 所示，切头飞剪区的设备布置简图要求剪切的长度小于 23 的距离，相 应的剪切部位长度应给定。否则料头不能及时进入收集装置切掉头尾不规则区域不残 存“铲头”和“鱼尾”。 1、探测器 2、切头飞剪 3、破鳞夹角辊 4、测量装置 5、脉冲发生器 6、9、10、测速发电机 7、主令控制器 8、自整角机 图 1.1 切头飞剪机区设备布置简图 测量装置 4 位于剪前辊道的辊缝中，靠轧件和辊系表面的摩擦力带动测速发电机 6，测定轧件的速度。热金属探测器 1 位于轧件的正上方，在 a、b、c 三处宽度差进 行扫描，以 a、b 两处宽度差选择切头部位，b、c 两处宽度差选择切尾部位，使剪切 部位既满足轧件的要求，又尽可能减少金属消耗。 第 3 页 脉冲发生器 5 是为防止被切掉部分过长而设置的，它装在测量装置中。用脉冲数 指示带钢通过的长度。飞剪机将以脉冲数为根据进行启动剪切。切头飞剪机 2 的测速 发电机 9 和测量装置测速发电机 6 配合控制剪刃的切头速度，与破鳞夹送辊 3 的测速 发电机 10 配合控制切尾速度，使剪刃在切尾时的线速度与第一架精轧机轧件入口速度 相适应。主令控制器 7 用于控制剪刃位置。自整角机 8 把剪刃的实际位置反映给操作 台，使操作人员了解设备的运转情况。 近年来，把上述控制用电子计算机自动控制取得了明显的效果；其次，对飞剪的 机械部分进行一些改进，使剪刃剪切间隙和剪刃重叠量得到提高，把运动部件的动平 衡更加科学以降低动载荷。 把轴承密封进行改进，防止水进入轴承呢叨叨理想的润滑效果。传动装置设计更 加合理，以减少运动负荷，以便于飞剪的启动和制动。随着飞剪机设计的完善，提高 飞剪机的剪切速度，以适应轧机速度的不断提高。 1.3 飞剪机的现状 1.3.1 飞剪机在车间布置和作用 飞剪机在生产线上的位置分布，如下图： r1可逆式粗轧机 r2、r3不可逆式四辊万能轧机 f1f7精轧机 图 1.2 切头飞剪区设备布置图 第 4 页 切头飞剪机的作用： 剪切轧件的头、尾，以便轧件顺利进行精轧机，提高带钢卷取质量，减少消耗， 提高成品率。处理轧制事故，当出现卡钢事故时，用飞剪切断，减少事故损耗。 1.3.2 飞剪机的类型和特点 用飞剪机来横向剪切运动着的轧件。人们在实践中不断改进与提高使飞剪的性能 不断完善。近年来，随着轧机速度的不断提高，提高飞剪的速度已成为人们普遍注意 与研究的问题，各国的飞剪设计研究工作者正在研究各类轧机用的高速飞剪及其生产 过程的全部自动化，用电子计算机控制的飞剪已经用于生产。经过近百年的发展，在 生产中使用的飞剪，其类型很多，目前较常用的飞剪型式有圆盘式飞剪、滚筒式飞剪、 曲柄回转杠杆式飞剪、曲柄偏心式飞剪、摆动式飞剪和曲柄偏心摇杆式飞剪等，上述 各类飞剪从剪刃运动轨迹来看基本上有两种，即剪刃做圆周运动和非圆周的复杂运动 轨迹两种。 1 圆盘式飞剪 这种飞剪一般用在小型车间，将它安装在冷床前对轧件进行粗剪，或者安装在精 轧机组前对轧件进行切头，以保证精轧机组的轧制过程顺利进行。 圆盘式飞剪工作可靠、结构简单并可应用于轧制速度 10m/s 以上的场合，在小型 车间得到较广泛的应用，它的缺点是剪切断面倾斜，但对切头影响不大。 2 滚筒式飞剪 滚筒式飞剪是应用很广泛的一种飞剪，它安装在连轧机前、后或横切机组上，用 来剪切厚变小于 12 毫米的钢板或小型型钢。由于这种飞剪的刀片做简单的圆周运动， 它可以剪切运动速度高达 15m/s 以上的轧件。此类飞剪由于在剪切区刀片不是做平行 移动，因而在剪切厚变轧件时，轧件端面不平，故作为成品定尺飞剪以剪切小型型钢 和薄板为宜。 3 曲柄回转杠杆式飞剪 这种飞剪用于剪切较大的带材或钢坯，由于刀片垂直轧件，故可使剪切断面较为 平直，在剪切钢板时可以采用斜刀刃，以便减少剪切力，这种飞剪缺点结构复杂，剪 切机构运动质量较多，动力特性不好，刀片运动速度不能太快。 4 曲柄偏心式飞剪 第 5 页 这种飞剪用于剪切厚度较大的钢板和钢坯，剪切轧件时刀片垂直轧件，故可使剪 切断面较为平直，剪切时刀片的重叠量也能得到保证。在剪切钢板时可以采用斜刀刃。 通过改变偏心轴的偏心量，改变剪刃轨迹半径以调整剪切立尺长度。此类飞剪安 装在连续钢坯轧机后面用于剪切钢坯，也可装在连轧带钢轧机前面用于切头、切尾。 1.3.3 飞剪机研究的内容和方法 （1）进行现场调研，了解飞剪机生产中存在的问题，并通过座谈收集改进方案，收集 有关资料。 （2）制定合理的设计方案，并画出总图。 （3）对飞剪控制系统提出合理要求，以保证剪切的尺寸，提高成材率，减少浪费。 （4）进行轴承的密封设计，防止水汽进入轴承内，以改善润滑性能，提高轴承寿命。 （5）进行飞剪设计的计算和动载荷分析，以减速系统的 gd2，便于启制动。 （6）选择合理的电机类型和容载。 第 6 页 2 方案的选择与评述 2.1 方案选择 利用原机架，把原剪切机曲柄连杆式改为转鼓形式，剪切速度不变，仍为 0.42m/s，切头飞剪住转动减速机由两级斜齿圆柱齿轮、飞轮、箱体等组成。斜齿圆 柱齿轮具有加工工艺简单、加工精度高、传动效率好、装配维修方便等优点。从许多 厂家使用情况看，转鼓式切头飞剪切头、切尾使用情况比曲柄连杆式要好。传动图如 2.1 所示： 1、电机 2、制动器 3、联轴器 4、减速器箱 5、联轴器 6、剪切机座 图 2.1 传动系统示意图 注：本方案的工作原理是通过双电机驱动减速器，通过减速器实现转鼓转动，从而带动剪刃剪切板材。剪刃只 适用于平刃剪，不适用斜剪。 第 7 页 2.2 方案评述 （1）采用双电机方便启制动，减少启动时间，以便满足剪切要求； （2）选用制动器以便快速停机，以便下次剪切； （3）减速机的目的减速，以便电机容量减少，同时大齿轮相当于飞轮作用，以便减 少剪切力矩； （4）剪鼓轮采用双剪刃提高剪切效率，且对称布置，以便剪切鼓轮平衡； （5）采用斜齿齿轮使转鼓同步转动。 第 8 页 3 电机的选择 3.1 剪切力的计算 基本参数： 来料宽度：2000mm 来料厚度：60mm 剪切温度：900c 轧件运行速度：2m/s。 剪切力计算 剪切力公式的选择，由参考资料得有以下几种剪切力公式： （1）； nn 2 2 2 1 2 730 gd a （2）； sin2 m p ch cb r （3）。fkp btmax 0.6= 经过计算得出公式（1） （2）计算的剪切力都偏大，因此选用公式（3）进行计算， 所以 （3.1） fkp btmax 0.6= 式中：考虑到刀刃磨钝，剪切力提高系数，由文献2，得知 k48表 ，mpa70 bt 2 . 1k hbf （3.2） =2000 60 =120000mm 第 9 页 12000702 . 1 0.6= max p kn6048 3.2 剪切机的扭矩计算 滚筒式切头飞剪总扭矩可按静力学方法计算,最大剪切总扭矩的计算公式为： （3.3）sinsapm)( maxmax 图 3.1 受力简图 式中：上 、下滚筒中心矩,1280mmaa 刃重合量,5mmss 对应最大剪切力的剪切角 （3.4） sa ha )1 ( cos 式中：对应最大剪切力的相对切入深度，0.25 51280 )25 . 0 1 (601280 cos 6119 . 0 第 10 页 ，sin 04.162762 . 0 sinsapm)( maxmax 2762 . 0 )50 . 028. 1 (106048 3 m7kn.2221 3.3 转股稳定运转转速 2 cos2 60 r n h h （3.5） 由文献 2，p244 得知： 式中：轧件运行速度 h sm h /2 剪刃圆弧半径 rmm 5 . 642 2 5 640）（r 开始剪切角 2 （3.6） r hsr 2 2 cos 2 9492 . 0 6402 6056402 2 cos2 60 r n h h 9492 . 0 5 . 64214 . 3 2 1000260 min/31.31r 3.4 电机型式及电机容量的选择 由于飞剪电动机要求有优良的调速性能，调速范围大、平滑、方便、过载能力大， 可实现频繁的快速起动、制动和反转，因此根据这些特点来初选电机： 初选电机容量： （3.7） 9550 maxh nm n 第 11 页 式中：电机过载系数，75 . 2 传动效率，取99 . 0 99 . 0 75 . 2 9550 31.3110 7 . 2221 3 n kw 5 . 2675 根据以上计算所得数据，查找专业手册，选择合适电机，由于电机采用起动工作 制，每次剪切要求的加速时间非常短，电动机功率几乎完全由飞剪运动质量的加速条 件决定的，剪切力对电动机功率实际上影响不大。该剪切机为便于起、制动，选双电 机驱动，初步选交流电机型号 tq3940-6bc02-z，n=1600kw，n=600 r/min 两台，则满 足所需功率要求：。kwnkwnn 5 . 26753200216002 需总 第 12 页 4 主要零件的强度计算 4.1 减速机的计算 4.1.1 减速机的传动比分配 电机功率为 1600kw,额定转速为 600r/min,每年 300 工作日,三班制,每班 8 小时（实 际按 3 小时）,寿命 10 年。 减速机采用双电机驱动，其齿轮排列形式如下： 图 4.1 传动示意图 减速机传动比的分配原则：按齿面接触强度相等，减速器具有最小的外行尺寸和 较有利润滑条件的原则。 总传动比： 163.19 31.31 600 h n n i 电 两级齿轮传动，去齿轮减速高速级的传动比： 086 . 5 163.1935 . 1 35 . 1 1 ii 第 13 页 低速级传动比： 768 . 3 086 . 5 163.19 1 2 i i i 4.1.2 减速机齿轮设计 1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 （1）按所设计的传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动。 （2）选用 8 级精度（gb10095-88） 。 （3）材料选择：小齿轮材料选用 34crni3mo，整体调质处理，强度极限=803.6mpa,屈 b 服极限=686 mpa,弯曲疲劳极限=343 mpa,齿面硬度 hb320；大齿轮选用 s limf 40crmn2mo，调质处理，齿面硬度 hb290, 强度极限=862.4mpa,屈服极限=686 b s mpa,弯曲疲劳极限=274.4 mpa,接触疲劳极限均为 820 mpa。 limf （4）选小齿轮齿数，大齿轮齿数。19 1 z63 . 6 991086 . 5 zz 112 i （5）选取螺旋角。初选螺旋角 =14。 2 按齿面接触强度设计 3 2 1 1 12 h eh d t t zz u utk d （4.1） （1）确定公式内的各计算数值 1）试选 kt = 1.6。 2）由文献1,p217 图 10-30选取区域系数。2.433 zh 3）由文献1,p215 图 10-26查得，。78.0 1 87.0 2 则标准圆柱齿轮传动的端面重合度。65. 1 21 4）由文献1,p205 表 10-7选取圆柱齿轮的齿宽系数。1 d 5）计算小齿轮传递的转矩 0 0 1 55.9 n p t 第 14 页 （4.2） = 9.55 600 101600 3 =25466.7 mn 6）由文献1,p201 表 10-6查得材料的弹性影响系数。 2 1 e mpa 188.9 z 7）计算应力循环次数 h jlnn 11 60 （4.3） 1030083160060 9 10592 . 2 unn/ 12 （4.4） 2 . 3/10592 . 2 9 8 101.8 由文献1,p207 图 10-19查取弯曲疲劳寿命系数： ；95.0 1 hn k2.1 2 hn k 8）计算接触疲劳许用应力 由文献1,p205 公式 10-12取失效概率为 ，安全系数 s=1 得：1 （4.5） s khn h 1lim1 1 1 82095 . 0 mpa779 s khn h 2lim2 2 1 8202 . 1 mpa984 许用接触应力： 第 15 页 2/ 21hhh （4.6） 2/984779 mpa 5 . 881 （2）计算 1）计算小齿轮分度圆直径，由计算公式得： 1t d 3 2 3 1 5 .881 9 . 188433 . 2 2 . 3 12 . 3 65 . 1 1 107 .254666 . 12 t d mm16.260 2）计算圆周速度 （4.7） 100060 11 nd v t 100060 60016.260 s/m20 . 8 3）计算齿宽 b 及模数 nt m tdd b 1 （4.8） =16.2601 mm16.260 1 1 cos z d m t nt （4.9） 19 14cos16.260 mm28.13 nt mh25.2 （4.10） 28.1325 . 2 mm88.29 第 16 页 88.29/16.260/hb mm71. 8 4）计算纵向重合度 tgz d1 318.0 （4.11） 14191318. 0tg 506 . 1 5）计算载荷系数 k 已知使用系数=1，根据 v = 8.2m/s，8 级精度，由文献1,图 10-8 查得动载系 a k 数，由文献1,表 10-4 查得的计算公式：25 . 1 v k h k （4.12）bk dh 3 2 1023 . 0 )6 . 01 (18 . 0 12 . 1 16.2601025 . 0 )16 . 01 (18 . 0 12 . 1 32 47 . 1 由文献1，p198 图 10-13查得，由文献1，p195 表 10-3查得45.1 f k ，所以载荷系数：4.1 fh kk hhva kkkkk （4.13） 47 . 1 4 . 125 . 1 1 57 . 2 6）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径 3 1 1 / t t kkdd （4.14） 3 6 . 1/57 . 2 16.260 mm68.304 7）计算模数 n m 1 1cos z d mn （4.15） 第 17 页 19 14cos68.304 mm56.15 3 按齿根弯曲强度设计 （4.16） 3 2 1 2 1 cos2 f sf d n yy z ykt m （1）确定计算参数 1）计算载荷系数 ffva kkkkk （4.17） 38 . 1 4 . 125 . 1 1 42 . 2 2）根据纵向重合度，由文献1，p217 图 10-28 查得螺旋角影响系数506.1 。88. 0 b y 3）计算当量齿数 3 1 1 cos z zv （4.18） 14cos 19 3 81.20 3 2 2 cos z zv 14cos 97 3 24.106 4）查取齿形系数 由文献1,p200 表 10-5查得，；。768 . 2 1 f y175 . 2 2 f y 5）查取应力校正系数 由文献1,p200 表 10-5查得，；。558. 1 1 s y795 . 1 2 s y 第 18 页 6）查取弯曲疲劳强度极限 由文献1，p208 图 10-20查得，小齿轮mpa；大齿轮 c343 1fe mpa。274 2 fe 7） 弯曲疲劳极限寿命系数 由文献1，p206 图 10-18查得。88 . 0 ,85 . 0 21 fnfn kk 8）计算弯曲疲劳许用应力 取安全系数,由文献1,公式（10-12）得 4 . 1s s k fefn f 11 1 （4.19） 4 . 1 34385. 0 25.208 s k fefn f 22 2 4 . 1 27488 . 0 23.172 9）计算大、小齿轮的并加以比较 f sf yy 25.208 558.1768.2 1 11 f sf yy 02071 . 0 23.172 795.1175.2 2 22 f sf yy 02267. 0 经比较得，大齿轮的数值大。 （2）设计计算 3 2 3 65 . 1 191 02267. 088 . 0 107 .2546657 . 2 2 n m mm37.16 第 19 页 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数与由齿根弯曲强度计算的 n m 法面模数相差不大，取标准模数值，已可满足弯曲强度要求。但为了 n mmm18 n m 同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径来计算mm68.304 1 d 应有的齿数。于是由 n m d z cos 1 1 （4.20） 18 14cos68.304 mm42.16 取,则，取。17 1 zmm46.8617086 . 5 i 112 zz87 2 z 4 几何尺寸的计算 （1）计算中心距 cos2 21n mzz a （4.21） 14cos2 188717 mm65.964 将中心距圆整为 965mm。 （2）按圆整后的中心距修正螺旋角 a mzz n 2 arccos 21 （4.22） 9652 188717 arccos 45514 因 值改变不多，故参数、等不必修正。 k h z （3）计算大、小齿轮分度圆直径 第 20 页 cos 1 1 n mz d （4.23） 45514 cos 1817 mm50.315 cos 2 2 n mz d 45514cos 1887 mm60.1614 其他齿轮计算略,齿轮结构如下所示 调质处理材料,34: 031 mncz r022 40:mmcz nr 材料 图 4.2 齿轮 1 简图 图 4.3 齿轮 2 简图 调质处理材料,34: 033 mncz r024 40:mmcz nr 材料 第 21 页 图 4.4 齿轮 3 简图 图 4.5 齿轮 4 简图 （4）计算齿轮宽度 mm50.31550.3151db 1d （4.24） 圆整后取 b =316mm,b =330mm。 21 4.1.3 下转鼓轴的设计计算 （1）力能参数的计算 1）下转鼓轴传递的功率 （4.25） 0 232 3 2pp 齿承联 由文献5，p109 表 4.2-9查得：联轴器的传动效率： 轴承的传动效率：， 联 99 . 0 ，齿轮的传动效率：。98 . 0 轴 97 . 0 齿 160097 . 0 98 . 0 99 . 0 2 232 3 p =2777.28kw 2）下转鼓轴的转速 i n n 1 3 （4.26） 163.19 600 min/31.31r 第 22 页 3）下转鼓轴的扭矩 3 3 3 n 55. 9 p t （4.27） 31.31 1028.2777 55 . 9 3 nk 1 . 847 （2）材料的选用 选取轴的材料为 34crni3mo 合金钢，调制处理。 （3）轴结构的初步设计 取=112，于是得 0 a 3 0min n p ad （4.28） 3 31.31 28.2777 112 mm49.499 输出最小直径一般是安装联轴器处轴的直径，在选择联轴器是应当考虑。根据综 合考虑初步设计轴及其轴上零件装配方案如图： 图 4.6 下转鼓轴及其齿轮和轴承装配示意图 初步选用联轴器的最小直径：。mm710 min d 1）轴承的选择 第 23 页 因为该轴承主要承受径向力而不承受轴向力，所以初选双列圆柱滚子轴承 nn 型, 基本尺寸。mm340mm1000mm730tdd 图 4.7 下转鼓轴示意图 2）轴向尺寸的确定 轴承宽 340mm，组合齿轮 1（左）宽 975mm，齿轮 2（右）宽 400mm，齿轮与箱 壁之间的距离为 125mm，联轴器（半）800mm。 3）轴的基本尺寸 。， ， ， mm720dmm730d mm1280dmm730dmm720dmm715dmm710dmm520 mm580lmm1502lmm805 lmm1051lmm253lmm008l 76 543217 654321 l （4）绘制转鼓轴的受力分析 图 4.8 转鼓轴受力示意图 （5）计算各力 已知参数：=847.1kn，剪切力 p=6048kn，组合齿轮的。 3 t823418 第 24 页 1）计算两齿轮上的各力 （4.29）kn80.661 28 . 1 1 . 847 d5 3 21 t fff ttt （4.30） cos 21 tgf ff t rr 284318cos 20 8 . 661 tg kn34.254 （4.31）tgfff taa 21 28431834.254tg kn21.86 2）计算轴承上的切向力 bc abbdt nh l llf f 2 （4.32） 970 . 2 788 . 0 80.66147 . 3 80.661 kn63.597 2t1 2 nhnh fff （4.33） =263.5978 .661 =725.97kn 3）计算径向力 pfff nvnv r121 2 0 2r2211 bdbebcnvaaabr lflplfmmlf 2 51 21 df mm a aa 2aa1 22fff 联立解得： nfnf nvnv k53.3216,k15.3340 21 （6）绘制下转鼓轴的载荷分布图如下： 第 25 页 图 4.9 轴的载荷分布图（m，t 的单位为 knm） 第 26 页 （7）计算弯矩 经计算得水平面的弯矩为 mknmhb50.521 mknmhe21.426 mknmhc91.330 垂直面的弯矩为 mnmvak17.55 mnmvbk59.255 mnmvek85.4326 mnmvck34.182 mnmvdk17.55 合成总弯矩为 mnm a k17.55 mnmbk76.580 mnmek79.4347 mnmck82.377 mnmdk17.55 （8）计算扭矩 mkntt 1 . 847 3 （9）按弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时，通常是校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面的强度） 。 取 a = 0.6，由文献1,p373 公式（15-5）得轴的计算应力为 w tm ca 2 2 1 总 （4.34） 3 26 2 6 12801 . 0 )10 1 . 8476 . 0(1017.55 mpa99 . 3 第 27 页 w tm ca 2 2 2 总 3 26 2 6 12801 . 0 )1055.4236 . 0(1079.4347 mpa77.20 均小于许用弯曲应力=70,所以符合强度要求。 21,caca 1 mpa 4.2 剪刃的设计 4.2.1 材料的选择 剪刃材料要求具有高硬度、高耐磨性、高热硬性，因此，选用剪刃合金钢 ，该钢具有较高强度和高硬度，但塑性较低，较适用于做剪切机刀片。该钢sicrw24 含碳 0.45%0.35%，含锰小于 40%，含硅 0.80%1.10%，含 cr1.00%1.30%，含 w2.00%2.50%。选用淬火热处理，淬火介质用油，淬火温度为 860900，淬火 后硬度为 hb217179。 4.2.2 剪刃的结构设计 为使剪后的轧件能顺利进入精轧机组，改善轧件头尾质量，剪刃设计成圆弧形状 （垂直投影）凸凹剪刃相配合剪切轧件，如图所示剪刀的形状 图 4.10 凸凹剪刃示意图 第 28 页 4.3 转股轴承的选择及校核 选用双列圆柱滚子轴承 nn 型,基本尺寸。此轴承不承受3401000730tdd 轴向力，则受力分析如下图所示 图 4.11 转鼓轴承受力分析图 由轴的受力计算得 kn34.254 21 rere ff kn80.661 2t1t ee ff kn53.3216,kn15.3340 21 vrvr ff kn63.597,kn97.725 21 hrhr ff 第 29 页 2 1 2 11hrvrr fff （4.35） 22 97.72515.3340 kn13.3418 2 2 2 22hrvrr fff 22 63.59753.3216 kn58.3271 则得 kn47.4731 58.327113.3418 22 2 2 2 1 rrr fff （4.36） 由文献1，p320 公式（13-9a）得 rp ffp （4.37） 由文献1，p321 表 13-6查得动载荷系数，取。5 . 2 p f 47.43712p =8742.94kn 由文献1，p319 公式（13-5）得 （4.38） p c n lh 60 106 滚子轴承，则 3 10 3 10 6 94.8742 80000 31.3160 10 h l 852983.5h 每年工作小时数：,则故所选轴承满足寿命要求。 h lh270033300 h llh 第 30 页 4.4 侧隙调整机构的设计 为便于剪刃侧隙的调整，该剪切机安装了一套侧隙调整装置，如下图所示 1-中间套筒；2-滚筒轴承压盖；3-轴承套；4-外套筒；5-调整杆插孔；6-端盖； 7-键；8-锁紧螺钉；9-垫圈；10-键；11-端盖 图 4.12 刀片侧间隙调整装置图 刀片侧间隙调整装置是在滚筒的非传动侧（操作侧）端。侧间隙调整基本结构： 止推轴承内座圆通过端盖 6 与轴套固定在滚筒轴承压盖 2 的端部，外座圈则由一个带 螺杆的轴承套 3 和端盖 11 固定；轴套 3 装在夹筒 1 内，带内螺纹的轴环 4 拧在夹筒 1 的外螺纹上，并通过轴承套 3 的螺杆将其固定。为消除轴环 4 与夹筒 1 螺纹配合间隙， 在轴环的端面有 4 个锁紧螺钉 8。 由于上下滚筒通过斜齿同步齿轮来传动，当一个斜齿轮作轴向移动时，与之其相 啮合的另一斜齿轮必然作相应的角位移，使一个滚筒相对另一个滚筒旋转一个角度， 从而改变上下刀片之间的侧间隙。显然，在调整刀片侧向间隙时，要首先松开锁紧螺 钉 8，在转动外套筒 4。由于中间套筒 1 固定在轴承座上，因而外套筒 4 就相对中间套 第 31 页 筒 1 作轴向移动,并通过轴承套 3、端盖 11 及止推轴承与滚筒轴承压盖 2 带动滚筒及其 径向滚动轴承内座圈一起做轴向移动，来实现剪刃侧隙的调整。下滚筒允许轴向移动 量为毫米。 15 刀片侧间隙调整后，还要使刀片圆弧对齐，这是将刀片固定螺丝松开后，沿轴向 移动刀片来实现的。由于在滚筒上装有两把刀片，而用上述机构只能调整一对刀片的 侧间隙，不能同时保证将两对剪刃侧间隙调整到要求的数值。由于一对剪刃的侧间隙 调好后，就不允许滚筒再有轴向移动，因而另一对刀片侧间隙的调整只能用增减垫片 的办法来调整。 此飞剪机上下滚筒的同步传动齿轮没有装设副齿，齿轮不能在无侧间隙下工作，