机械毕业设计（论文）-1500四连杆热锯机设计【全套图纸】 .doc

摘要摘要热锯机是轧钢机械中一个不可缺少的部分。从分析不同锯切机的优缺点入手，参考借鉴了国内外的先进经验，并结合中国国情和实际的工作情况，我设计了1500四连杆热锯机。本说明书对热锯机的作用、分类、结构、原理以及在大型冶金企业中的应用作了较为详细的阐述，对热锯机的工艺特性、结构特点作了比较全面的阐述，对热锯机的动作也有比较合理的设计安排，对热锯机的尺寸及强度作了比较精确的计算和校核，确保了热锯机的合理性及准确性。最后翻译了轧钢专业机关的外文资料，完成了本次设计。关键词热锯机，移动式，四连杆全套图纸，加153893706i目录abstractthe hot sawing machine takes an important part in the rolling trade.beginning of the advantages on the four-pole-hot-sheer sawing machine,using the experience of mainland and abroad for reference, thinking ofour chinese real status and real work conditions, a 1200 shift-modefour-pole-hot-sheer sawing machine is designed.in this design course, there are more thorough expound to the hotsawing machine function, classify, structure, principle, employing in theheavy rolling mill. and there have had more comprehensive expound tothe hot sawing machines technology property and structure characteristic,and more rational design and arrangement to the hot sawing machinesmotion. and also, more accurate calculate and chek to the hot sawing machinedimension and strength have been made. all these ensure the design reasonable andaccuracy.in the end, i translated the foreign language material related to the task and finished thedesign.keywords the hot sawing machine, shift-mode, four bari目 录摘要iabstractii第1章 绪论11.1 锯切机的分类11.2 热锯机的分类及用途11.3 四连杆式热锯机的结构特征41.4 四连杆机构的国内外研究现状41.5 选题的目的及意义7第2章 1500四连杆式热锯机的技术参数8第3章 1500四连杆式热锯机结构组成及各部分工作原理103.1四连杆热锯机的结构组成103.2 热锯机各部分的特点、位置及作用103.2.1锯座部分103.2.2 锯架部分103.2.3 摇杆部分113.2.4 锯片轴部分113.2.5 进锯部分113.2.6 安全联轴器部分113.2.7 轨道部分123.2.8 锯片轴承稀油润滑系统123.2.9干油润滑部分123.3 热锯机的安装、调整和试运行123.4 热锯机的操作规程133.5四连杆热锯机的结构组成14第4章 热锯机结构、力能参数选择与确定154.1 锯切机结构参数154.1.1 锯片直径d的选择154.1.2 锯片距中心轨道高h154.1.3 锯片厚度的选择164.1.4 距片最大行程l164.2 锯齿形状和锯片材料164.2.1 锯齿齿形164.2.2 锯齿热处理184.2.3 锯齿冷却184.3 锯切机的力能参数184.3.1 锯片的圆周速度184.3.2 锯片的进锯速度194.3.3 锯切力的计算19第5章 热锯机的结构设计和运动分析235.1 结构分析235.2 送进机构运动分析235.2.1 初步判定曲柄摇杆机构235.2.2 该连杆机构运动的解析法24第6章 电机的选择286.1 选择电机应综合考虑的问题286.2 进锯电机的选择286.3 锯片电机的选择296.4 进锯电机容量的计算296.4.1 总传动比的确定306.4.2 转动惯量的计算306.4.3 高速时电机功率的计算326.4.4 低速时电机功率的计算326.4.4.1 m等效的计算326.4.4.2 md的计算326.4.4.3 m的计算326.4.4.4 转换的电机功率33第7章 锯片轴部分的设计347.1 锯片轴的结构设计347.2 受力分析357.2.1 xz平面受力357.2.2 yz平面受力367.2.3 弯矩367.2.4 合成弯矩计算377.2.5 扭矩的计算377.3 轴的强度校核387.3.1 轴的疲劳强度校核387.3.2 锯片轴的静强度计算校核397.3.3 锯片轴的弯曲刚度校核40第8章 轴承、键、联轴器的选择与校核418.1 轴承类型的选择418.2 轴承的校核418.2.1 轴承寿命的计算418.2.2 轴承静负荷的计算438.3 键的选择及强度校核438.4 联轴器的选择44结论47参考文献48致谢50附录1 开题报告51附录2 文献综述62附录3 外文翻译73v第1章 绪论 第1章 绪论1.1 锯切机的分类锯切机主要用于钢铁生产部门，主要用来锯切各种复杂断面形状。根据工作方式和结构形式，锯切机械可以分为两类：1）锯机。用于（停放着的）单根或整根束轧件的切头、切尾或定尺寸长度。锯切常温轧件的锯机称为冷锯机，锯切高温轧件的锯机称为热锯机。2）飞锯机。用于将运行中的轧件切头、切尾或切成定尺寸长度。飞锯机也可分为冷飞锯机和热飞锯机。11.2 热锯机的分类及用途早期的热锯机是固定式的，既无横移机构也无送进机构。例如我国某中型轧钢厂的固定式热锯机，其锯片直径为1500毫米，产量达40万吨年以上，而设备总重最只有5吨。所以，固定式热锯机逐渐被移动式执锯机所取代。有关热锯机的研究，已经有了较长久的发展。从基本锯切理论入手，针对不同的锯切对象和使用环境，利用现代设计理论和技术成果，通过对锯片设计、制造和热处理等方面的全面研究，在锯片设计和质量控制等方面取得多项突破，并且锯片的 高强度、高刚度、长寿化、不同型钢锯切断面的无（小）毛刺、小变形等等方面形成系列专有技术。锯机的主要机构有三部分：(1)锯片传动机构(锯切机构)：常用的方法对两种，电动机直接传动或用确皮带间接传动(2)锯片送进机构：一般采用被切轧件不动，锯片向轧件进给。(3)调整定尺的锯机横移机构：一船采用电动机或液压缸短行程)驱动，使锯机在轨道上沿轧件轴向移动，改变锯机与轧机之间的距离。1.根据锯片的送进方式，热锯机主要有以下几种类型：(1)摆式热锯机(图11)。这种锯占地面积小，但因为是摆动进锯，故锯行程有限，但刚度差、振动大，现在已不再制造。(2)气功送料固定锯。这种早期的固定锯目前仍有使用，它只有锯切机构，锯片不能送进，借助气功拨爪将轧件拨向锯片实现锯切。(3)杠杆式热锯机(图12)。具有间接传动的锯切机构和杠杆摆动的送进机构(可手动，也可电动或液动)。用于锯切小型钢材和取样。(4)滑座式热锯机(图13)。它具有完善的三部分传动系统，即直接传动的锯切机构、齿轮6、齿条5传动的装有锯片7的上滑台4，可沿装于下滑座3上的滑动导轨或滚轮向轨道方向移动送进机构和横移机构(图中未示出)。该锯与摆式锯、杠杆式锯比较，滑座式锯锯片横向振动小、高效率、行程大而工艺性能好，并且结构比较完善，得到广泛使用。(5) 四连杆式热锯机（图14）是一种比较新式的锯切机，主要由四杆机构、锯片回转机构、驱动机构等组成。它的锯片送进方式是采用四这杆式送进机构进行的，由于送进机构的特点，保证据片基本水平送进，因而有行程大、摩擦小、平稳可靠的优点。71.3 四连杆式热锯机的结构特征四连杆式热锯机得名于其锯片送进方式是采用了四连杆机构（见图14）。锯片是由电动机8直接传动的，它们固定在锯架5的端部。电动机外面装有水帘降温。锯片轴的轴承采用稀油循环润滑，正轴承座通水冷却。送进机构的电动机12装在锯座10上，经减速机2、安全联地器1带动曲柄4摆动，从面带动锯架5前后移动，实现送进运动。合理地选择曲柄和摇杆尺寸，可以保证锯片基水上是水平移功。锯机沿轨道的横移是由横移电动机13经二级蜗轮蜗杆横移减速机3带动行走轮9在轨道上滚动实现的。它具有行程大、摩擦小、工作平稳可靠等优点，而且它的设备重量也比滑座式热锯机轻，是一个值得推荐的锯切机类型。1.4 四连杆机构的国内外研究现状（1）国内现状：在热锯机四连杆机构的设计和分析中，基本上可以归纳为两种方法:图解计算法和解析计算法。图解计算法具有简单、明了的特点，当求解的位置较少时，往往可以满足要求，当欲求解的位置比较多时，对机构的每一个位置都要进行图解计算，势必需要很大的工作量，降低了设计工作的效率。六十年代末期以来，随着计算机的运用和普及，使用计算机进行四连杆机构的辅助设计得到了很大的发展。和图解计算法相比，解析法具有求解精确、可靠的特点。 近几年图解法也有了一定的发展，1997年映峰、屠焕林提出了一种新型简单的平面四连杆机构的运动综合图解方法， 并用实例说明如何用这种方法对水平变幅起重机臂架四连杆机构和自动开门机构进行合理化设计。 随着计算机技术的迅猛发展，图解法也和计算机相结合发展，1999年，广东工业大学的李丽娟等编制了热锯机逆向设计的动画程序，通过autocad环境下的逆向设计方法，实现了热锯机构的动画辅助设计，该方法比类比法的精度高，能避免图解法和实验修正法带来的人为误差，不需要制做模型，费用低，是较理想的四杆机构设计方法。对四连杆机构的解析法的研究是近年来较为活跃的课题。 1997年，韩晓娟等建立了热锯机锯轴中心的运动方程， 将实际设备的机构尺寸输入计算机进行分析，为改进热锯机连杆机构的设计， 提高切削效率提供了理论依据。2001年韩雨、刘源等通过实例，介绍了四连杆式热锯机四杆机构的解析计算法以及机构运行特点，利用解析法建立了机构的运动方程，从而确定机构上预定点轨迹与理想直线轨迹的实际偏差。6同年王殿忠、白金兰等提出了四连杆式热锯机平衡重的计算方法。 解析法的不断完善为优化设计奠定了坚实的基础。 优化设计是近年来发展起来的一门新的学科，也是一项新的技术，它在工程设计的各个领域得到了广泛的应用。实际应用表明，优化设计不仅为工程设计提供了一种新的科学设计方法，使得在解决复杂设计问题时，能从众多的设计方案中找到尽可能完善的或最合适的设计方案， 而且采用这种设计方法能大大提高设计效率和设计质量，具有较明显的经济效益和社会效益。随着电子计算机功能的不断扩大，计算机不仅可以用来进行高速运算、逻辑判断，而且可进行人机对话、光笔修改、自动绘图。结合优化方法的不断完善，就一定能实现工程设计的自动化和最优化。热锯机四连杆机构的设计也以解析法为基础，利用计算机强大的功能，向优化设计的方向发展。1995年，高满旭以热锯机锯轴中心运动轨迹逼近直线程度最佳为目标， 运用解析法对热锯机四连杆机构进行运动学分析，建立了单目标函数的数学模型，采用惩罚函数优化方法，编制程序对实际的进锯机构进行了优化，取得了较理想的效果。1998年，罗中华利用在高满旭的运动学分析基础上，根据锯切机的工作特点，要求在工作行程阶段锯轴中心运动轨迹在垂直方向波动量尽量小、运动速度尽量均匀，利用加权组合法，建立多目标函数的数学模型，经过实际优化尺寸，效果更为理想。2005年，李俊峰对热锯机对进锯机构进行了优化，用visual basic语言开发出了热锯机进锯机构通用优化分析软件， 应用该软件对大型厂热锯机进锯机构行了优化，得到了优化后的理想尺寸，为今后热锯机的改进提供了依据。3（2）国外研究现状：连杆机构在蒸汽机技术中的应用，推动了对连杆机构特性做全面和科学的分析。布尔梅斯特没有仅局限于分析，而是研究了机构综合的基础理论，布尔梅斯特理论概括了阿尔特的理论，利希腾黑尔特、海因、基佩尔和切尔库奇诺夫等均以此为基础建立并创造了特别适合于实际设计工作的简单的设计方法。p.洛泽和w.洛泽发展了布尔梅斯特理论，他们引入了位置族，得到了由此产生的极曲线， 在此基础上建立了一种新的近似综合连杆机构的图解法。 由西克尔和阿尔托包列夫开创的用解析法研究布尔梅斯特理论的工作，为后来计算机的应用创造了前提条件，并且可以得到较高的精度。当然，只有借助于图解数据处理，特别是运用迭代程序和图形显示技术，才能较快地得到有关解域的概况。 拜尔和盖罗尼姆斯总结了连杆机构综合的几何理论。 建立在契比雪夫多边形基础上并已为勃洛赫、 列维斯基和许多其他苏联学者所采用的综合方法虽然对某些特殊的设计要求可得到最优解，但这不是通用的方法。美国奥本大学的simionescu p.a和beale d.对汽车上的四连杆信号发生器进行了机构综合分析，借助计算机得到要检查的设计尺寸的三维图表，所提供的数值结果为新车导向铰链的设计提供了依据 。现在 ,优化方法在机构综合中得到广泛的应用， 用计算机进行机构的优化设计是比较通用的方法，也是将来的发展方向。西班牙的sin,francisco和 antonio为了减小设计尺寸，同时达到全局最优的目标，将两种优化方法组合在一起，经过实际检验取得了很好的效果。法国的vasiliu,adrian和yannou采用神经网络的办法， 将机构随机尺寸运动分析产生的大量数据作为训练样本输入计算机，以获得近似的综合结果，克服了优化方法速度慢和依赖初始搜索点的不足。但优化方法也有它的缺点，即对问题不便做定性分析。因此，传统的综合方法仍然继续得到研究发展。16 四连杆式热锯机， 它的设备重量比滑座式热锯机轻。 它主要由锯切机构、进锯机构和横移机构三部分组成。它的进锯机构是四连杆机构，通过合理的选择每个杆的尺寸，可以保证锯片基本上是水平移动。曲柄的下端有与它做成一体的扇型平衡重，以平衡可动系统的重量，降低送进电动机的能耗。四连杆式热锯机具有行程大、摩擦小、平稳可靠等优点，使用效果较好，多用于大型或轨梁轧钢车间。从四连杆热锯机的结构上看，最重要的两大机构就是锯切机构和进锯机构，因为这两大机构最复杂，使用最频繁，对锯切棒材的质量影响也最大。在锯切机构中，圆锯片直接与轧件接触，它是最容易磨损的零件，更换也最为频繁，它的好坏直接影响锯切的质量，对锯片的深入研究就显得至关重要。在四连杆进锯机构中，在规定的锯切行程内，保证锯切精度的关键问题是保证锯轴中心的轨迹为一近似直线， 同时要求锯轴中心水平方向的速度尽量均匀，垂直方向的速度波动量尽量小，这就要求四连杆机构的尺寸要尽量合理。因此，如何选择最佳的四连杆机构尺寸来达到更好的锯切精度就成为一个必须研究的课题。1.5 选题的目的及意义本课题研究的主要目的在于，通过对四连杆式热锯机的结构、工艺等进行设计，并结合国内外各种研究成果、专业资料，以期达到加深专业知识的理解、熟悉整体机械设计工序，锻炼自身，从而为走上工作岗位打下基础。27 第2章 1500四连杆式热锯机的技术参数 第2章 1500四连杆式热锯机的技术参数本次设计的四连杆式热锯机的要求为750摄氏度时所锯切型钢的最大尺寸为 no.28工字钢 280122。锯切材料为低碳钢。以下为本次设计的四连杆式热锯机的技术性能：(1)锯片直径：最大直径为 max =1500mm最小直径为 min = 1400mm(2) 锯片厚度： = 7mm(3) 锯片圆周速度：100m / s 120m / s(4) 锯片最大行程：1000mm(5) 进锯速度范围：20 30mm /s(6) 退锯速度范围：30mm / s(7) 水幕保护装置(8) 电气设备 锯片电机型号 js114 4功率 115kw转速 1480r / min电压 380v进锯电机型号 j 02 22 4功率 125kw转速 700 /1400r / min电压 200 / 400v润滑电机型号 j 02 22 4功率 11.5kw转速 1410r / min电压 220v行程控制器 lk 4 658/1瞬时行程控制开关 jlxk 111(9) 制动装置夹具的应力为98000n(10) 气缸的压力为 p=490n第3章 1500四连杆式热锯机结构组成及各部分工作原理 第3章 1500四连杆式热锯机结构组成及各部分工作原理3.1四连杆热锯机的结构组成(1) 锯座部分(2) 锯架部分(3) 摇杆部分(4) 锯片轴部分(5) 进锯传动部分(6) 安全联轴器部分(7) 轨道部分(8) 干油润滑部分(9) 水冷却系统3.2 热锯机各部分的特点、位置及作用3.2.1锯座部分锯座部分是由装在上面的锯座、曲柄和弹簧缓冲器这些主要部件组成，该部分是热锯机的主要部分，其它各部分都装在上面。锯座是整体铸钢件结构，在锯座的前边有两个曲柄的安装孔。锯座的后面有两个摇杆的安装孔。当然，在锯座安装锯片相反的一侧还有着安装锯片轴稀油润滑系统和进锯电机的位置。曲柄的转动是由进锯电机推动制动器，减速器和联轴器 传递过来的。为了平衡可动系统的重量，减少电能消耗，曲柄下端有一个和它做成一体的扇形平衡重锤。在平衡重锤的下方锯座内装着的便是有两面带弹簧的弹簧缓冲器。退职当锯架带动锯片到达前后极限位置时，扇形平衡重锤凸缘内侧将靠在缓冲器的挡板上，借助弹簧的弹力起缓冲作用。此外在曲柄的传动轴端装有指针盘和平行控制开关来指示和限制锯片的行程。3.2.2 锯架部分锯架部分主要由锯架、锯片、罩子、水幕待部分组成。锯架部分前后和曲柄、摇杆相联系。从而通过曲柄传递给锯架运动。锯架又带动锯片实现锯片的进给过程。锯片罩子覆盖在锯片上，其作用是防止锯切过程中大量铁屑的飞溅。同时对锯片本身也有一种防护作用。在换锯片时，可将锯片罩子向后掀起，放在安装在锯架上的托架上，换完后将其放下。水幕就在锯座的左下方，其作用是为了在锯切过程中起冷却作用，流水流到下面的流槽上进而流到地下的水沟中。3.2.3 摇杆部分 摇杆部分是由摇杆和流槽组成，均采用焊接结构。摇杆是一个大的板形焊接结构，其两端分别与锯座和锯架相铰结。流槽的作用是防止锯屑和冷却水向其它部分飞溅及引导作用。3.2.4 锯片轴部分锯片轴部分是热锯机的核心。它仿于锯架部分的前端，是通过齿轮联轴器与电机相接直接传动的。在轧钢车间轧制生产过程中，热锯机是始终准备锯切的。故锯片是长期运转。另外，在锯切过程中为了保证热锯机有足够的工作能力，除了保证电动机有足够的容量外，还要有足够大的转速。因此，锯片轴两端轴承采用可以自定位的双列向心球面滚子轴承。靠锯片的轴承考虑到要受较大的径向力，工作负荷比较沉重。故采用两个轴承并 作定位端而另一端轴承装成可移动的，来补偿锯片轴热 效应的影响。为了便于锯切座拆装方便和避免锯架上轴承座的磨损在轴承外圈装有轴承套和一些零件组成轴部件。为了便于提高轴承的寿命，锯片轴采用稀油润滑系统。为了便于更换锯片，在锯片的内夹盘和外夹盘装于锯片的悬臂端。3.2.5 进锯部分进锯部分主要由直流电动机带动轮的联轴器圆柱齿轮减速器和行程控制器等组成，该部分装在锯座部分上面。圆柱齿轮减速器与安全联轴器相连接。进锯电机选用直流电机。目的是为了调速，以达到锯切小断面时，以较高的速度进锯平稳。使热锯机工作可靠。在锯切过程中，其最大工作行程及自动返回复位是通过行程控制器来控制实现工作的。3.2.6 安全联轴器部分安全联轴器部分主要用个齿轴套，内齿轴套、和剪切螺栓组成。该部分安装在减速器输出轴和曲柄轴之间起联接作用。在传递扭矩的同时，还可以防止因某种原因使锯切阻力过大而损坏设备。3.2.7 轨道部分轨道部分改进了固定热锯机只能锯切一种尺度的型钢缺点，以轨道代替热锯机的底座，可以改变锯切型钢的长度。该部分结构简单，主要由电机、蜗轮蜗杆减速器、夹轨器和轨道等组成。电机通过蜗轮蜗杆传动，夹轨器用液压和弹簧驱动，当热锯机在轨道上移动时，由液压缸将其脱离钢轨，制动时用弹簧将钢轨压紧。3.2.8 锯片轴承稀油润滑系统锯片轴承稀油润滑系统主要由润滑电机、进油管、出油管等组成。它位于摇杆的后面的锯座上。其作用是对锯片轴轴承进行润滑。因为锯片在高速下运转工作。油便 进入油管，然后流回储油箱。3.2.9干油润滑部分干油润滑部分是用于除锯片轴承之外，其它轴承的润滑。像曲柄和锯架的铰接处的轴承，摇杆两端，冷却水形成水幕，其作用当然是冷却。冷却水还可以冲掉飞溅到锯座下面的铁屑。保证锯座清洁。其工作原理及布置情况见第1章的热锯机系统图1-4。3.3 热锯机的安装、调整和试运行1、安装前对各机中加以清洗，对于孔管油路等清洗完毕后，用木塞或布堵住防止灰尘进入。2、装配时，一切防油密封装置必须处于良好的状态。3、热锯机应按总装配图和部件图进行装配。4、安全装配后，按锯片最大工作行程1200mm 来调整瞬时行程开关的撞块位置和行程控制器的角度。5、装配锯片时，应注意使用锯片的定位装置。使锯片的内外两侧夹紧程度一致，不允许有应力存在，以避免锯片受力发生断裂。6、试运转锯切（1）试运转之前应仔细检查各部分的联接情况，特别是锯片的安装和夹紧，更应作严格检查，以免出现人身伤亡事故。（2）试运转前，各转动处应注入足够的润滑油。油箱的油池内加上适量的油后方可试车。（3）试运转前，先空转一周，检查是否灵活和有无物体卡信现象。（4）进锯片试运转时，起动进锯直流电机，使锯架前后移动30分钟并检查锯片最大工作行程和电气设备工作情况。（5）锯片轴运转在 n =1480r / min 时，锯片轴轴承温度不得超过60，锯架应无明显的振动，在起动锯片前5分钟首先开动轴承稀油润滑系统的润滑电机，并检查路系统，使轴承得到良好润滑。（6）联合试车在上述试验完成后，进行在锯片高速转动的同时锯架前后移动次数不得少于5次，观察运行情况。（7）在试车时，如果发现有问题应即时停车，修理好后再试车，注意现场情况安全。3.4 热锯机的操作规程1、在启动锯片电机前5分钟开动锯片轴承衡油润滑系统的油泵电机（润滑电机）并仔细检查油路及给油指示器，当油流达到稳定后，再启动锯片电机。在转速达到稳定转数即 n =1400r / min 时空转5分钟后，才可打开水冷却系统，进行冷却，然后才能开始锯切。2、在工作时，经常检查油流情况和轴承升温进入锯片轴承的油量，用给油指示器进行调整，油量不得过多，保持在 22.5mm / s 之间，轴承温升不得超过60。3、及时更换锯片电机，因为在生产中常会发生因振动过大而引起电机轴磨损，不能正常工作现象。4、及时更换磨损的锯片，如锯片有裂纹时，立即停车更换，以免影响锯切质量和出现事故。5、经常检查各油箱油池的油位。6、操作时，应注意轧件是否有“弯头”、“翅头”现象，以免撞上锯片使之损坏。7、锯片和锯片轴承稀油润滑系统，油泵电机之间应有电气联锁，在油泵电机未启动之前，锯片电机不能启动，当油泵电机因故障停止运行的时候，锯片电机也应立即断电、停止锯切。以免润滑不好。使温升过高，严重损坏电机轴、锯片轴。8、进锯电机与锯前轨道电机之间也应有电气联锁。当轨道电机开动时，进锯电机不能启动。以免造成锯切长度改变，或因锯片夹在锯体中，而使锯片损坏，造成不必要的事故，因此电机之间互锁是必须的。3.5四连杆热锯机的结构组成(1)经常检查锯片的夹紧情况，以及各联轴器螺栓联接情况。(2)经常检查锯片轴、轴承稀油润滑系统中的给油指示器是否因生产时的振动而关闭，以免损坏轴承。(3)及时清扫锯座上及扇形平衡重锤上的锯屑和污物保持清洁。(4)在热锯机工作时，锯片前后及侧面禁止站人以免发生事故。第4章 热锯机结构、力能参数选择与确定 第4章 热锯机结构、力能参数选择与确定4.1 锯切机结构参数图4-1 锯切机的结构参数锯切机的主要结构参数是锯片尺寸，即锯片的直径和厚度。锯片直径应根据所锯切轧件最大断面尺寸（高和宽）来选择确定，所以锯片直径是表示锯切能力大小的主要参数，而厚度又是另一个重要的参数。4.1.1 锯片直径d的选择为了使锯片重磨后能继续使用，通常新锯片的公称直径比重磨后的 dmin大510% 即： （4-1）根据轧钢工艺与设备第二分册型钢轧机p85大中型轧机车间常用热锯机系列表可得d=1500mm。 取dmin=1400mm。4.1.2 锯片距中心轨道高h 由于热锯机采用被轧件不动，由热锯机向被切件运动而达到锯切目的。为此，h不能太小，否则在热锯机送进锯切过程时，被切件被推开而不能进行锯切。同时，当锯片直径d一定时，h又不能过大，否则无法保证重磨的锯片直径最小下缘应低于辊道上表面，又要求 （4-2）为了减小锯片的轴向振动，希望夹盘直径d尽可能大些，但d的最大尺寸受所锯切轧件的最大高度hmax 限制，因为在水平进给时，必须保证锯片夹盘能在轧件上面自由通过，建议夹盘距离最高轧件上表面留有空隙 。一般取 （4-3）即 取 d=540mm4.1.3 锯片厚度的选择过大将增加锯切功率损耗，过小将会降低锯片强度，并增加锯切时，锯片变形，其大小可由下列经验公式求得: （4-4）即 取 =7mm4.1.4 距片最大行程l 由被锯切件的宽度和并排锯切的最多根数而定， 热锯机的送进机构应保证具有大于l的行程。锯片在原始位置应能使轧件沿辊道自由通过和便于检修前辊道，最大进给行程应当能锯断最宽的轧件，包括组成锯切轧件的总宽度，根据型钢书中常用热锯机系列表及用图解法求得其最佳工作行程为 l =1000mm，这个l也是任务书中所要求达到的。4.2 锯齿形状和锯片材料4.2.1 锯齿齿形合理的齿形应满足下列条件，锯齿强度好，锯切能耗小，使用寿命长，噪音低，制造和重磨方便，而且成本较经济。常用热锯机齿形如图4-2所示：图4-2 热锯机齿形图 锯齿齿形的主要参数为齿前角，齿距t，齿后角，齿顶角，齿高 h，齿根圆角半径r等。常用齿形有狼牙形，鼠牙形和等腰三角形三种。根据不同的工作需要。工作条件中以及工作对象分别采用。为了比较上述三种齿形的工作性能，经工业性实验研究分析，得出以下结果：当齿距 t 和齿高h相同时，等腰三角形齿形的齿根强度较好，制造及修齿比较方便，切屑很少，在齿尖外形成屑流瘤，但是锯切能耗大，噪声也大。狼牙形齿形的锯切能耗小制造和修齿比较方便，噪声也比较低。实验结果还表明了齿前角 =0的鼠形齿最好，其次 =10的鼠牙形齿和齿高h1/3t 的狼牙齿锯切能力和噪声也比较好。44.2.2 锯齿热处理锯片材料由65mn制成，齿类一般采用高频感应加热或接触电加热法进行淬火，齿尖硬度hcr =5663，锯片整体板面强度为hcr =2937。4.2.3 锯齿冷却锯切时，锯齿部分迅速升高，故必须进行强力冷却，以免齿尖退火。 此外，有时切屑粘在齿形或齿槽中，继续锯切将降低齿形的锋利程度或使切屑压实在齿槽中形成“塞齿”现象。这两种情况将导致锯切阻力迅速增大，从而损坏锯齿和锯片以至中断生产。为此采用较大流量的高压水进行冷却，这是提高锯齿和锯片寿命的一种有效措施。4.3 锯切机的力能参数4.3.1 锯片的圆周速度为了提高生产率和减少锯片的轴向振动，锯片的圆周速度应尽量大些，但是锯盘的圆周速度越大则离心力引起的锯片内的拉应力也越大，可能导致锯片破裂。因此锯片的圆周速度受到锯片材料强度的限制，应根据锯片材料的许用应力求解锯片的最大圆周速度。根据弹性力学，锯片内孔处最危险其最大切向拉应力为： （4-5）式中 t max锯片内孔处的拉应力 锯片材料密度 0.078v 圆周速度当 v 以 m / s 计算时，则得： (4-6) (4-7)其中，锯片材料的许用应力 = 172358mp a 代入上式后可得： （4-8）考虑安全因素，实际使用的圆周速度一般为：= 100120m / s 。这里取 =100m/s。4.3.2 锯片的进锯速度锯片的进给速度取决于生产率和轧件高度，可按式 = f / h 确定。式中 f锯切机的生产率即每分钟所切去断面面积为了提高锯切机的生产率，进给速度n应随锯片电机负荷的变化做相应的自动速。在锯片尚未接触轧件的一段时间内，要求进锯速度到适当大的速度。即快速进给，一量锯片接触上轧件，便要求进给速度变到适当小，返回行程为空载，要求高速返回。节约时间缩短锯切周期，故： = 2030mm / s (4-9)取=20mm/s除了要和轧件断面尺寸相适应（大断面应采用的进锯速度 小）还要和锯片的圆周速度相适应。因为 v 过低，过高，切削厚度增加，锯切阻力也相应增加；反之，如果 v 过高，过低，则切前厚度减小，锯切阻力减小，锯片电机消耗在空载时的功率增多，能耗大。同时，因切削的金属厚度太薄，锯屑易形成粉末，将使锯齿，尤其是齿尖部分迅速磨损。4.3.3 锯切力的计算在热锯机锯切轧件过程中，钢材的品种材质，锯切时金属材料的温度（轧件的锯切温度），锯切速度（锯片的圆周速度），锯片的公称直径d和厚度。锯齿的形状，锯片轴轴心的高度，锯切时锯片和轧件接触的角度，生产率，夹盘的直径等等，都对热锯机的力能参数产生影响。因此，在计算锯切力时必须考虑这些因素的影响。在锯切过程中，被锯切轧件作用在锯片上的力有正压力和圆周力。现按经验公式计算。1、据切时的圆周力t： （4-10）式中 锯口宽度，相当于锯片厚度即 =7mm； 进给速度；h 被锯切轧件断面高度 mm ；v 锯片圆周速度 m / s ；p 锯切轧件时的单位锯切力 mpa单位锯切力受很多因素的影响，例如：被锯切轧件的机械性能，锯切温度,锯齿开头锯切速度，锯片厚度，被轧件高度及摩擦损耗等等。根据下面的经验公式确定：当锯切温度为 700 750 c 时p = (46 +0.28)b （4-11）b 相应温度下轧件抗拉强度由不同温度时的轧件抗拉强度b表，见型钢轧机p87查表7-10得b =220mpa,其中为锯片厚度， =7mm 代入上式 p =(4.6 + +0.287)220 =1443.2mpa则有2、正压力r：对于热轧件r一般取 (815)tn，取 r=15t=9028.8n3、进锯阻力sx：4、sy的计算：5、作用在锯片上的合力：6、锯片上的传动功率：作用在锯齿上的锯切力，实际上就是锯片受的圆周力，锯切功率受到锯切力大小的影响，而锯切力又受到轧件的机械性能，锯切切温度，以及摩擦损耗等等各方面的影响。因此，在计算锯切功率n的时候，必须考虑这些原因，锯片的传动功率由三部分组成： （4-13）式中 n1消耗于锯齿，使轧件产生塑性变形和形成锯屑的功率。 n2锯切过程中，锯片振动，使其两侧面与被锯轧件接触产生摩擦损耗的功率。n3其它因素所消耗的功率，如锯屑甩出所消耗的功率，及空气阻力等。（1）n1的计算：由于锯切工字钢，最大锯切面积不超过计算的4 /10 ，故： （4-14）t =p nh /1000f = nh (4-15) n 1 =p nh /10 0.4式中 f锯切生产率 f=7000锯口宽度 =7 mmp 单位锯切力 p =1443.2mpa，代入上式：n1=16.16kw。（2）n2的计算： （4-16）式中 轧件与锯片侧面摩擦系数v 锯片圆周速度q 轧件对锯片侧面的垂直压力 q = f / cf 锯片振动摆值 mm ，由锯片直径和生产率而定c 锯片柔度 mm / n (见型钢表 7-11) n2 = qv /1000 =0.6775.2100 /1000 =46.5kw（3）n3的计算： （4-17）计算时k取0.3则求得总功率：。第5章 热锯机的结构设计和运动分析 第5章 热锯机的结构设计和运动分析5.1 结构分析因为本锯切机是一种四连杆式热锯机，其中锯片轴是属于安装在四连杆的连杆上的一点位置，且必须保证锯片在整个行程上近似保持一条直线即必须保证连杆近似做直线运动。其基本尺寸选取如图5-1所示：图5-1 四连杆的尺寸示意图5.2 送进机构运动分析5.2.1 初步判定曲柄摇杆机构由上面给定的尺寸，我们可以将其做如下设定：l1=950mm，l2=2700mm，l3=2300mm图5-2 四连杆的尺寸参数图根据行程s=1000mm，求曲柄和摇杆的转角分别为63.5和25.11。（5-1）（5-2） 则 （5-3） 则 （5-4） 则 （5-5）由上可知，该机构是原动件a为最小的曲柄摇杆机构。125.2.2 该连杆机构运动的解析法1、铰链四连杆机构的位置解如图5-3 在下面所示的铰链四杆机构中，原动件以速度 转动，其转角为 1，连杆2的转角为 2 ；摇杆3的转角为 3，m为连杆上一点。已知各杆长为 a、b、c、d 及 和，首先确定各杆转角位置。图5-3 铰链四连杆机构的位置图解如图5-3所示可得该机构的向量方程为： （5-6）令bd=l，其幅角为 则： （5-7）取上式两边的实部和虚部的平方和得： （5-8）再取(5-7)式虚部对实部之比得： （5-9）将（5-7）代入（5-6）得： （5-10）取上式两边的实部和虚部的平方和得：则 （5-11）改变（5-10）的形式再取各边实部虚部平方和：则因为整个四连杆的连杆是做近似直线运动（在一个行程范围内），所以可将 2 作 m 看待。2、连杆的摇杆的角速度2 、3：对于(5-6)式就时间求导得： （5-12）(5-12)式两边同乘、，展开取实部和实部相等，可求得连杆的角速度2 即： （5-13）（5-13）式两边同时除以，得： （5-14）将上式写成三角式得：由复数运算法则得： （5-15）因为连杆在其行程范围内做直线运动可看为3=2求连杆和摇杆的角加速度 2 和 3将(5-12)式两边对时间求导： （5-16）上式两边同时乘以，展开后取实部得：（5-17）上式两边同时乘以，展开后取实部得：（5-18）同样可以认为 2 = 3。求连杆上m点位置，如前图所示，连接am令am=r，则 （5-19）m点的位置可由矢径r和幅角 m 确定。下面求r的大小幅角 m 。将(5-19)式两边均展成三角式，分别取虚部和实部等可得：将(5-19)右边展成三角式，可得r大小为： （5-20）又可求得：求得2 后，r 和m 均可求出，m 位置可确定。至于 m 点的角速度和角加速度由上面分析，可以认为m = 2 ，m = 2 。12第6章 电机的选择 第6章 电机的选择6.1 选择电机应综合考虑的问题1、根据机械的负载特性和生产工艺对电机的起动、制动反转、调速等要求来选择电机类型。2、根据负载、扭矩、速度变化范围和起动频繁程度的要求考虑电机的温升限制。过载能力和起动转矩。选择电动机的容量，并确定电机冷却通风方式。所选择电机容量负荷率一般取 0.8 0.9。过大的备用容量会使电机效率降低。对感应电机其功率因数将变化，并使电机最大扭矩校核强度的机械造价提高。3、根据使用场所和环境条件和温度、湿度、安全、雨水、瓦斯以及腐蚀和易爆，易燃气体等考虑必要的保护方式，选择电机的结构形式。4、根据企业用电电网电压的标准和功率因素的要求，确定电机的结构形式。6.2 进锯电机的选择1、进锯电机类型的选择我们知道在进锯、锯切和退锯的三个过程中电动机所承受的负载量不断变化的，这就要求要防止进锯速度过高，而对锯片造成大的冲击，即进锯电机的转速是可调的并且其功率也应当是变化的。基于以上两点，我选择了zzy系列起重及冶金用直流他激式电机。2、外壳结构形式及选择该电机同锯片电机的环境一样，因在空气中经常在较多灰尘，且可能有水滴飞溅等，应采用密封式电机。3、电机电压及转速的选择。根据生产时机械的最高转数和对电器传动调整。系统的过渡过程的性能要求，以及机械的复杂程度。选择电机的额定转速。除此以外，选择电机必须符合节能的要求，考虑运行可靠性，设备的供货情况，备品、备件的通用性，安装检修的难易，经及产品价格、建设费用、运行和维修费用，及生产过程中前后期电机容量变化关系等因素。6.3 锯片电机的选择1、锯片电机类型的选择由于工作条件所限，我们知道，本热锯机的锯片电机它要求负载基本平稳。对起动、制动无特殊要求且要求是长期运行，我们选择了js系列三相鼠笼型异步电机作为锯片轴电机。2、外壳结构型式及选择该热锯机所处的生产车间内，空气中有较多灰尘且可能有水滴飞溅等情况，所以我们采用了封闭式电机。3、电机电压和转数的选择根据使用要求和现场条件，我们选择电机电压为 380v 查表10-26（见机械设计手册）选择转速 n = 1480r / min。4、电机容量的计算在前面锯片功率传动部分中，我们已算得组成锯片传动功率的三部分：即：n1=16.16kw ；n2=46.5kw；n3=18.80kwn=n1+n2+n3=16.16+46.5+18.80=81.46kw它就是电机的计算容量。根据使用要求和现场条件，我选择了确定的电机电压380伏特，转数1400r / min。6.4 进锯电机容量的计算由现场资料可知杆ab即曲柄ab的质量为 mab = 3500kg ，锯架的质量mbc=5630kg ，摇杆质量 mcd=2200kg。由图6-1可知 lab= 950mm ， lbc=2700mm ， l cd =2300 mm。图6-1 四连杆尺寸示意图6.4.1 总传动比的确定高速时，初选电机1400r / min ，退锯和进锯时的转速又知退锯速度为0.3m / s 。当 n=1400r / min 时， d =1400/ 60 2 146.6rad/ s （6-1）式中 v 进给速度 曲柄和水平线夹角在 (50.8 129.2) 曲柄初始角为50.8，终止