本科毕业论文-1600镁合金带材精整机组-分条圆盘剪设计.docx

1600镁合金带材精整机组-分条圆盘剪机架设计本科毕业设计1600镁合金带材精整机组-分条圆盘剪机架设计Design of Split Disc Shear for Mg Alloy Strip Finishing Unit学 院（系）： 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师： 评 阅 教 师： 完 成 日 期： 2016年6月 y61 毕业设计（论文）任务书学院（直属系）： 时间： 2016 年 3 月 16日学 生 姓 名 指 导 教 师 设计（论文）题目1600镁合金带材精整机组分条圆盘剪机架设计主要研究内容1.带材分条技术及发展现状。2.1600镁合金带材精整线分条技术方案确定。3.分条圆盘剪结构设计及力能参数计算。4.完成分条圆盘剪主体结构图纸设计。研究方法结合国内外分条圆盘剪相关资料，运用材料力学、机械设计、轧钢设计、轧钢工艺等基础知识和专业知识，对1600镁合金带材精整线上分条圆盘剪进行设计。主要技术指标(或研究目标)坯料厚度8-10mm，宽度1600mm，最多分四条进行考虑设计，坯料温度250，材料AZ31。教研室意见教研室主任（专业负责人）签字： 年 月 日说明：一式两份，一份装订入学生毕业设计（论文）内，一份交学院（直属系）。摘 要AZ31镁合金它具有较好的室温强度,良好的延展性以及优良的抗大气腐蚀能力。是目前商业化应用最广泛的变形镁合金,高精度的分条圆盘剪是板带精整质量的重要保证，被广泛应用于带材的生产中。本文通过分条圆盘剪对AZ31镁合金分条的工程实例及相关设备结构的深入了解，并从材料力学、动力学和经济的角度出发，重点对分条圆盘剪的主传动系统、剪刃间隙调整机构进行设计，并对刀盘轴和齿轮进行了强度校核；同时通过功率核算，确定了电动机的型号。确保各构件在工作中符合实际工况，提高分条剪切品质。关键词：AZ31镁合金；分条圆盘剪；强度校核Design of Split Disc Shear for Mg Alloy Strip Finishing UnitAbstractAZ31 magnesium alloy which has good strength at room temperature, good ductility and excellent resistance to atmospheric corrosion. Is at present, the most widely used and the commercial application of wrought magnesium alloy, high precision disc shear is plate with fine quality the important guarantee, is widely used in the production of the strip.The points of the disc shear in-depth understanding of AZ31 magnesium alloy strip project and other related equipment structure, and from material mechanics, dynamics and economic point of view, focus on a disc shears of the main drive system, cutting blade clearance adjusting mechanism is designed, and the cutter shaft and gear were strength check; also through power calculation to determine the type of motor. Ensure that all components at work in accord with the actual conditions, improve the shearing quality.Key words: AZ31 magnesium alloy；disc shear；Strength check目 录太原科技大学毕业设计（论文）任务书I摘 要IIABSTRACTIII目 录IV引 言11 绪 论21.1 课题背景21.2 分条圆盘式剪切机国内外的发展现状21.3 分条圆盘剪的结构32 分条圆盘剪力能参数的计算52.1 分条圆盘剪剪切力的计算方法52.1.1 柯洛辽夫公式52.1.2 诺沙利公式72.1.3 其他计算公式72.2 分条圆盘剪的力能参数计算82.2.1 剪切坯料规格及性能82.2.2 分条圆盘式剪切机结构参数的选择92.3 分条圆盘剪的电机选择计算122.3.1 剪切力矩的计算122.3.2 剪切时电机功率的计算及选择123 刀盘轴的结构设计153.1 刀盘轴的材料选择及其主要力学性能153.2 刀盘轴上零件布置及其基本参数153.2.1 初步确定刀盘轴的最小直径153.2.2 刀盘轴上零件布置及基本参数163.2.3 刀盘轴的强度校核164 轴承的选取及校核194.1 轴承类型的选择194.1.1 轴承的受力情况分析194.1.2 轴承型号的确定194.2 轴承的寿命校核205 齿轮传动系统的设计225.1 齿轮材料及其主要力学性能225.2 齿轮的设计225.3 齿轮的受力分析255.4 校核齿面接触疲劳强度266 连接轴和键的选择286.1 连接轴的类型和用途286.2 万向连接轴的设计286.3 滑块式万向接轴的强度计算306.3.1 带有切口的扁头强度计算306.3.2 叉头强度计算316.3.3 轴体强度计算356.3.4 万向接轴的许用应力和安全系数366.4 键的选择366.4.1 键的尺寸选择366.4.2 键联接强度计算367 联轴器与齿轮机座387.1 联轴器的分类387.2 联轴器的选择387.3 联轴器的强度计算397.4 齿轮机座的作用及类型397.5 齿轮机座的结构398 系统的润滑418.1 润滑剂的作用418.2 润滑方式的选择418.2.1 轴承的润滑418.2.2 齿轮传动的润滑418.2.3 滑块式万向接轴的润滑428.2.4 齿轮机座的润滑42结 论43参考文献44外文翻译45致 谢61引 言随着IT、电工电讯、汽车配件、办公机器、家电、五金制品等行业的发展，驱动着金属成型行业，尤其是金属薄板精密裁切行业的迅速发展。基于节材节能环保的经济发展理念，要求不断提高金属制品的精度并提高材料的利用率，而宽幅面的金属板材卷料纵向分切成所需宽度的带材是制造精密金属制品的基础，只有确保分切加工精度才能充分保证材料的利用率与金属制品的精度，这就对金属薄板精密分切技术提出了越来越高的要求。而镁合金是迄今为止工程上所使用的密度最低的金属结构材料，它可通过塑性变形提供不同形状的板、棒、管、型材及锻件，满足多样的结构件需要。AZ31镁合金是典型的变形镁合金。为适应不同的应用领域，剪切是必不可少的。圆盘剪具有可连续纵向剪切运动钢板和薄带钢的特性，广泛用在板、带生产车间各辅助机组中，按其用途和结构可分为两大类:切边圆盘剪及分条圆盘剪。分条圆盘式剪切机的上下刀片都是圆盘式的，该设备一般用于卷料的纵切机组、连续退火和镀锌等得工作线上。本文对于同轴、多对刀盘的分条圆盘剪力能参数进行计算，重点对分条圆盘剪的主传动系统、剪刃间隙调整机构进行设计，并对刀盘轴和齿轮进行了强度校核。1 绪 论这些年镁合金在汽车工业、航空航天以及3C数码行业得到了大范围的使用。镁合金不仅具有优秀的机械性能、环境保护的性能以及产品薄壁化、轻量化的趋势，并且可以大幅度提高生产效率和成品率。目前，在钢铁企业和有色板带生产企业中因产品规格和品种的变化，（例如：镁合）。有时需要金属板卷纵切，通过旋转圆盘剪把钢带顺着轧制方向切开取得所需宽度的加工方法。1.1 课题背景剪切机是用于剪切金属材料的一种机械设备。在轧制生产过程中，大断面钢锭和钢坯通过轧制后，其断面变小，长度增加。为了满足后续工序和产品尺度标准的要求，各种钢材生产工艺过程中都必须有剪切工序。剪切机的用处即是用来剪切定尺、切头、切尾、切边、切试样及切除轧件的局部缺陷等。剪切机有各种类型，平刃剪、斜刃剪、圆盘剪和飞剪。平刃剪用于剪切方坯，斜刃剪用于剪切板材。而圆盘式剪切机的上、下剪刃是圆盘状的，剪切时剪刃以相等于轧件的运动速度做圆周运动，形成了一对无端点的剪刃，因此可连续纵向剪切运动着的钢板及薄带钢。用于纵向剪切钢板及带钢的边或将钢板和带钢纵向切成窄条，作为焊管坯料和车圈的坯料等。通常布置在连续式钢板轧机的纵切机组工作线上，广泛用于纵向剪切厚度小于的钢板及薄带钢。分条圆盘剪一般具有多对刀盘，刀盘都以一定的间距布置在两根用的刀盘轴上，也有较少数量的分条圆盘剪刀盘是布置在独立的刀盘轴上。1.2 分条圆盘式剪切机国内外的发展现状我国从20世纪70年代末开始引入冶金技术和装备，经过多年的引入、消化及吸收，装备技术水平获得了飞速发展，有些已接近或达到国际先进水平。圆盘剪从使用厂家来看，大致可以分为两大类:一类是带材轧制生产厂家。这些厂家大多数为大中型企业，技术力量雄厚，设备精良。分条圆盘剪切机多用于薄带钢纵向切成窄条，有些厂家为降低轧制生产成本和增加灵活性，依据自己的生产能力设置原料纵剪机组剪切窄带钢。纵剪机组的好坏直接影响全部生产线的运转情况和产品质量，因此要求分条圆盘式剪切机可以承受大吨位、高效率和高带材表面质量保护措施。机组的稳定性和自动化程度高，这类机组多从国外引进。另一类是专业金属带材剪切厂家。主要做带材来料分剪或为某定点厂家供给一定标准的带材。工厂规模通常较小，设备出资也较小。因为剪切的材料品种标准繁杂，性能不一，且要求不一样，因而设备配置小而全，全而精。从单机、全机械机和小幅宽的直流液压机都有。剪切材料的状态从特软到特硬，自动化程度低，设备配置比较低，人为参与较多，这类设备大多数都是国产。从市场需求来看，发展空间很大。现在国内外金属带材剪切机组虽然在性能、配置和控制等方面有较大差距，但剪切工艺基本一样。进口设备分切带材厚度范围小，速度高，效率高，价格太高，一次性出资比较大，中小型企业承受不起。我国的这个行业大中小型企业很多，大部分都选用的是国产设备，但国产设备在分切过程中，经常出现产品质量不稳定，效率低等问题。国产分条圆盘式剪切机的配置水平普遍偏低，但出资较少，设备性价比高，使用比较广泛。对于自动化生产和质量要求苛刻的板带材产品，难以与国外同类装备抗衡。作为金属板带主要精整设备的剪切机，怎么代替进口设备，做到专业化、规模化、提高产品精度和生产效率，还有很多工作要做。1.3 分条圆盘剪的结构图1.1 分条圆盘剪结构示意图如图1.1所示，机架左右两个对称布置，刀盘1、刀盘轴2和刀盘轴调整机构3都安装在机架上。机架是采用工字钢和钢板焊接而成的，其结构形式为框架式。上下刀盘轴是用来固定刀盘的，每个刀盘轴有两个滚动轴承支撑着。刀盘装在刀盘轴上，两端用液压螺母4锁紧。为了提高机组的作业率，该分条剪采用了两套机架轮流交替使用。作业线上装有固定底座5和传动装置（图中未画出）。在作业线以外的一个地方则放着两个同样的底座。一套机架在作业线上工作，而另一套机架在作业线外的底座上拆装刀盘并进行调整。刀盘更换是这样进行的，先将作业线上的机架锁紧爪6松开，拆开万向接轴上的离合器，然后将机架吊走放在作业线外的空底座上，再将已装配好的机架吊来装在作业线上。更换刀盘时，将左机架通过机架移动机构（电动机7、减速器9、丝杆10、螺母11）把机架移开，使机架与轴承脱离刀盘轴2（刀盘轴轴承与轴端为滑动配合，容易脱离），然后拧下液压螺母4，这样就可拆下刀盘1和隔环11.根据工艺操作要求，换上新刀盘和隔环，拧上液压螺母，检查无误后，移动机架套上轴承，卡紧机架，以备装回作业线使用。刀盘的转动是由电机、减速分配箱和两根万向接轴，通过离合器分别传动上下刀盘轴。离合器为电磁离合器，在穿带和喂料时，由传动装置带动刀盘工作。在带材已经咬入卷取机而形成张力后，电磁离合器打开变为拉剪。刀盘重叠量的调整装置是由立式电机12、减速器13、伞齿轮14、螺丝套15、螺杆16和伸缩轴17组成的。刀盘重车后要调整作业线高度。它是用在下刀盘轴轴承下的斜楔机构18来调整的。图1.2 分条圆盘剪加工示意图2 分条圆盘剪力能参数的计算在带材生产中通常需要对带材进行分条，以达到下道。分条的首要设备即是圆盘剪。剪切力的计算是分条圆盘剪力能参数计算的基础，是设计和运用圆盘剪的出发点。因而，精确计算剪切力是非常重要的。计算分条圆盘剪剪切力的方法较多，常用的是诺沙利(B.B.Hocajib)公式、柯洛辽夫(A.A.Kopoaeb)公式和村川正夫、前田祯三公式等等。这篇文章所论述的方法是把上下两个圆盘剪剪刃和带材接触点之间的厚度变化看成是能满足边界条件的二次函数，并引入了正负值的重叠量，使其核算更符合实际生产。2.1 分条圆盘剪剪切力的计算方法2.1.1 柯洛辽夫公式纯剪切力的确定在原则上与斜刃剪一样。如图2.1所示，假定实际剪切面积只局限于弧AB及CD之间，因为在BD线之外剪切的相对切入深度大于，即剪切过程已经彻底完成了。其次，将弧AB和CD视为弦。与斜刃剪的分析方法类似，在梯形面积ABCD之内作用于宽为的微分面积上的剪切力为：式中 作用在接触弧AB水平投影单位长度上的剪切力。其相对切入深度为： 微分后得: 将上式代入式2.1,并积分得： 式中 弦AB与CD间夹角的一半； 单位剪切功，可选用平行刃剪的单位剪切功数据。冷剪时，剪切力应按下式求得： 式中等号右边第二项为分力。系数决定于被裁剪掉板边宽度与厚度比值。当时，的数值趋于渐近线。图2.1 在圆盘剪上剪切金属时的力图2.2 与的关系曲线考虑到剪刃磨损的影响，一般将式2.5计算的剪切力增大。为了保证剪切时不出毛刺，当板厚大于3mm时，剪刃变钝后的允许半径。剪切时刀盘的侧向推力不超过剪切力的。上式计算中剪切面积按等边梯形计算，计算结果比按接触弦更符合实际，并通过实验测定了剪切力。但按接触弧计算比较繁琐。2.1.2 诺沙利公式现将诺沙利计算方法介绍如下：剪切薄板、带时： 式中 作用在一个刀盘上的剪切力；被剪切金属的强度极限/Mpa；被剪切金属的厚度/mm；金属的相对切入深度，一般取；被剪切金属试样断裂时的相对延伸率/%；咬入角/度。 式中 剪刃重叠量/mm； 刀盘直径/mm。2.1.3 其他计算公式现有圆盘式剪切机剪切力P的计算方法基本属于半经验性质的公式，都是引用斜刃剪切机剪切力的分析方法，再用系数加以修正。（1）AH公式： 式中 求法同式（2.6）、（2.7）；剪薄板时，取。（2）村川正夫、前田祯三公式：时： 时： 式中 为考虑剪刃磨钝及刃侧间隙影响的系数，；应力换算系数，。（3）邹家祥公式： 式中 单位体积剪切功/，；考虑弯曲切边影响的系数，时，；求法同式（2.7）。（4）李龙海、李瑞雪公式： 式中 的选择同式（2.10）；求法同式（2.6）； 为考虑弯曲切边影响的系数。直接承受剪切的剪切面积/mm；剪切区水平投影或坐标长度/mm，；被剪切金属产生贯穿裂纹时（裂开时）的坐标长度/mm, 。2.2 分条圆盘剪的力能参数计算对于圆盘剪剪切过程的研究，依靠大量的实验与力学分析，建立某种经验或者半解析公式来计算剪切机的剪切力及其力能参数，为剪切机的设计提供必要的理论基础。国内外学者对这方面研究的比较多。国外计算圆盘剪剪切力的常用公式主要有诺沙利公式；村川正夫、前田祯三公式，诺沙利公式则认为作用在圆盘刀片上的剪切力分为两部分，一部分是纯剪切力，而另一部分是钢板被剪掉部分的弯曲力，该力是由于剪切伴随着带材的复杂弯曲而产生的。本文将利用诺沙利公式对分条圆盘剪的力能参数进行计算。2.2.1 剪切坯料规格及性能材料： AZ31镁合金强度极限： 延伸率： %坯料厚度： 10mm坯料宽度： 1600mm切边宽度： 30mm分条宽度： 385mm2.2.2 分条圆盘式剪切机结构参数的选择分条圆盘剪的主要结构参数有：圆盘剪刃直径、圆盘厚度、剪切速度、咬入角、重叠量和侧向间隙等。图2.3 主要结构参数示意图（1）分条圆盘剪剪刃直径及厚度：分条圆盘剪剪刃直径D依据所、及来确定，即： 上式中的最大咬入角，一般取为。值也可以根据剪切速度v来选取，同时当咬入角时，我们可以引用一个经验公式，圆盘刀盘直径通常在下列范围内选取带入数值计算得计算得： 圆盘刀片厚度一般取为带入数值计算得： 同时依据一般被剪切带材厚度以及选，可取的各数值：，为了保证剪切力及剪刃的强度和使用寿命，我们取。（2）分条圆盘剪剪刃的侧向间隙：分条的大小与板厚有关。当时： 当时： 在剪切软钢时，可选用下限。（3）剪切速度我们去预定值。（4）剪切力的计算剪刃剪切时咬入角的计算： 式中 剪刃重叠量/mm； 被剪切金属的厚度/mm；金属的相对切入深度，一般取； 刀盘直径/mm。图2.4 圆盘剪剪切简图求纯剪切力:作用到一个刀盘上的纯剪切力: 式中 同以上定义。求全剪切力: 式中 考虑弯曲切边影响的系数，。刀片磨钝时的剪切力: 式中 刀片磨钝对剪切力影响系数，。进行电机功率计算，进行结构强度的计算。2.3 分条圆盘剪的电机选择计算2.3.1 剪切力矩的计算(1)求新刀片时的剪切力矩: (2)求刀片磨钝时的剪切力矩: (3)转动十个刀盘所需的总力矩:新刀片时： 旧刀片时： 2.3.2 剪切时电机功率的计算及选择（1）采用新刀片时功率消耗： 式中 ；剪切速度，；传动效率，取。（2）刀片磨钝时的功率消耗： （3）电机型号的选择：根据负载所需功率，选取Y系列中型高压三相异步电动机，Y系列电动机中心高从，是1985年完成试制的统一设计的新系列电动机，该电机采用国际标准，具有较先进的水平。用途Y系列电动机为一般用途的电动机，可供钢铁、电力、化工、机械等工矿企业驱动各种设备，如鼓风机、压缩机、水泵、破碎机、运输机及其他设备等，作原动机之用。但不适用卷扬机等频繁启动及经常逆转的场合。Y系列高压三相异步电动机为笼型转子，该电动机功率范围为KW，6000V，可制成3000V或其他电压等级。额定频率为50HZ。防护形式为IP22、IP23，当制成封闭式时，电动机功率降低一级等级，本电机还可派生气候防护式、管道通风式及低噪声式等。电动机的安装形式为IBM3，工作方式为S1。电动机采用F级绝缘，温升按B级考核。本系列电动机具有高效、节能、噪声低、振动小、重量轻、性能可靠、安装维修方便等优点。型号意义：Y4506电动机的主要技术指标，见表2.1表2.1 Y4506电动机的主要技术指标型号额定功率（KW）满 载 时转速（r/min）电流6000V（A）效率（%）功率因数（）同步转速1000（r/min） 6极Y450645098554.794.30.846.00.81.63 刀盘轴的结构设计3.1 刀盘轴的材料选择及其主要力学性能优质碳素结构钢：45 # 抗拉强度极限：640代号：U20452 屈服强度极限：355热处理：调质处理 弯曲疲劳强度：275毛坯直径/mm: 剪切疲劳极限：155硬度/HBW： 许用弯曲应力：603.2 刀盘轴上零件布置及其基本参数3.2.1 初步确定刀盘轴的最小直径刀盘轴轴径的设计公式为： 式中 与轴的材料有关的系数，见表3.1。表3.1 轴常用材料的及值轴的材料Q235、20Q255、Q275354540Cr、35SiMn、38SiMnMo、3Cr13/Mpa122020303040405216013513511811810610698若刀盘轴截面上开有键槽时，应考虑键槽对刀盘轴削弱的影响，适当增大刀盘轴的直径。对于直径的轴，开单键槽时，刀盘轴径应增大3%；然后将轴径圆整为标准值。只能作为承受转矩作用的轴段的最小直径。所以，刀盘轴的最小直径为： 考虑到选用联轴器，取轴径为170mm。3.2.2 刀盘轴上零件布置及基本参数根据刀盘轴上刀盘、轴承、隔环、轴承盖等零件的装配方向、顺序和相互关系，轴上零件的布置方案如图3.1所示3.1 刀盘轴的结构装配草图3.2.3 刀盘轴的强度校核（1）对刀盘轴进行受力分析与强度校核计算:刀盘轴的驱动力矩：驱动十对刀盘的总力矩为:一根刀盘轴上的力矩为: 计算刀盘轴在轴承处所受的支反力: 刀盘轴轴颈上的弯矩由最大支反力决定,即: 图3.2 主轴的受力简图刀盘轴轴颈危险断面处的弯曲应力和扭转应力分别为: 式中 刀盘轴轴颈危险截面处的弯矩； 作用在主轴上的扭转力矩； 刀盘轴轴颈直径。（2）校核刀盘轴的强度根据第三强度理论，主轴计算截面弯扭合成强度条件为，即： 所以设计的刀盘轴有足够的强度，并有一定的裕度。4 轴承的选取及校核因为圆盘剪切机刀盘在对AZ31镁合金带材进行剪切的时候，能产生很大的径向力，同时要对刀盘侧向间隙进行调整，这样刀盘轴就要受到了轴向力。由此看刀盘轴受力十分复杂，所以对轴承的选取十分有必要的。4.1 轴承类型的选择4.1.1 轴承的受力情况分析分条圆盘剪上，每个刀轴有四个滚动轴承支撑着。滚动轴承可以按不同方法进行分类：按滚动体的形状，可分为球轴承和滚子轴承；按调心性能，可分为调心轴承和非调心轴承；，可以分为。主要叫做向心轴承，其中有几种类型还能够承受不大的轴向载荷；只能叫做推力轴承，轴承中与轴颈紧套在一起的叫做轴圈，与机座相连的叫做座圈；能同时承受径向载荷和轴向载荷的轴承叫做向心推力轴承。下面来分析轴承的受力情况：（1）刀盘轴左端由于安装了刀盘侧向间隙调整装置，刀盘轴必定受到轴向力，那么此处的轴承必须能够承受轴向力，并且轴向调整是双向的。（2）刀盘轴在对AZ31镁合金板进行剪切的时候轴承受到的径向力，所以必须安装一个能承受径向力的轴承，他同时还能允许轴向移动。所以综合上述情况选取圆锥滚子轴承（可以同时及轴向载荷），由于刀盘轴是双向移动的，所以圆锥滚子轴承要成对安装。4.1.2 轴承型号的确定根据刀盘轴的结构形式，确定轴承的型号（见表4.1）为15：表4.1 轴承32940的性能参数轴承类型国内新型号国内旧型号内径外径宽度脂润滑转速油润滑转速重量mmmmmmKNKNr/minr/minKg圆锥滚子轴承329402007940E2002805146095095013009.434.2 轴承的寿命校核查圆锥滚子轴承样本可知32940轴承的,。（1）求轴承受到的径向载荷和轴向载荷在轴径200mm的位置安装有两对圆锥滚子轴承，而且认为这两对轴承是均匀承受载荷的，因为刀盘轴一端装两个圆锥滚子轴承，所以一个轴承受的径向载荷和轴向载荷为： （2）轴承的当量动载荷 式中 载荷系数；径向系数，根据之比值； 轴向系数； 轴承径向载荷/N； 轴承轴向载荷/N；4.3 圆锥滚子轴承径向动载荷系数X和轴向动载荷系数Y轴承类型单列轴承双列轴承判断系数eXYXYXYXY圆锥滚子轴承100.4010.67（4）轴承的寿命计算：当量动载荷与轴承寿命之间的关系可用下式表示： 假设每年按300个工作日，每日工作24个小时计算，该对轴承可工作的年数为： 5 齿轮传动系统的设计5.1 齿轮材料及其主要力学性能优质碳素结构钢：45 # 抗拉强度极限：640代号：U20452 屈服强度极限：355热处理： 调质处理 弯曲疲劳强度：275毛坯直径/mm: 剪切疲劳极限：155硬度/HBW： 许用弯曲应力：605.2 齿轮的设计由分条圆盘剪的预定速度，刀轴的转速为，Y4506电动机的转速为。传动比，预选=25，=125。下面按齿根弯曲疲劳强度设计：（1）确定公式内的各计算数值试选载荷系数。计算小齿轮传递的转矩 由文献表8-6选取齿宽系数=0.8（对称布置）。由文献图8-17、图8-18查得：齿形系数=2.62，=2.18；应力修正系数=1.6，=1.81。对于标准和未经修缘的齿轮传动，可近似计算为： 式中直齿圆柱齿轮传动时，则=0。重合度系数的计算公式为： 由文献图8-22d按齿面硬度查得齿轮的弯曲疲劳强度极限。由文献式（8-16）计算应力循环次数，得 由文献图8-20查得弯曲疲劳寿命系数=0.85，=0.88。计算弯曲疲劳许用应力，取安全系数=1.3，由文献式（8-15）得： 计算大、小齿轮的,并进行比较，则 小齿轮的大，应以小齿轮的计算。（2）计算模数由文献式（8-14），代入中的大者，则 取为标准值。（3）修正计算结果确定小齿轮分度圆直径 计算圆周速度 由文献表8-8选大、小齿轮均为7级精度。确定齿宽 确定载荷系数K。由文献表8-2查得使用系数=1.25，由文献图8-6查得动载系数=1.17。 由文献表8-3查得齿间载荷分配系数=1.0，=1.0。由文献表8-4查得齿间载荷分布系数。 取=1.30； 由文献图8-12查得=1.28。 与试选=1.8接近且稍大，可以不修正计算结果。（4）计算几何尺寸模数取为标准值。齿数=25，。分度圆直径，中心距齿宽5.3 齿轮的受力分析当对齿轮传动的强度进行分析时，首先要分析齿轮上受到的所有力。齿轮传动一般用各种方式润滑，轮齿间啮合的摩擦力一般都很小，分析轮齿受力时，可忽略不计。从作用力来说，垂直于齿面，在上法向载荷（单位为N）可分解为两个相互垂直的分力：切于分度圆的圆周力与半径方向的径向力（单位均为N），如图5.1，由此得： 式中 小齿轮传递的名义转矩/； 小齿轮的分度圆直径/mm； 分度圆压力角/（）。图5.1 直齿圆柱齿轮传动的受力分析依据作用力与反作用力的关系，作用在主动轮和从动轮上各对应的力大小相等、方向相反。从动轮上的圆周力是驱动力，其方向与回转方向一样；主动轮上的圆周力是阻力，其方向与回转方向相反；径向力各自指向各轮轮心（内齿轮为远离轮心方向）。5.4 校核齿面接触疲劳强度（1） （2）由文献表8-5查得材料的弹性影响系数（均采用铸钢制造）。（3）由文献图8-15查得节点区域系数=2.5。（4）由文献式（8-9）得 （5）同前，,。（6）由文献图8-19查得接触疲劳寿命系数,。（7）由文献图8-21e按齿面硬度查得齿轮的接触疲劳强度极限=1200Mpa。（8）计算接触疲劳许用应力。取失效概率为，安全系数,由文献式（8-15）得： （9）由文献式（8-10），代入中的小者，则 所以强度足够。6 连接轴和键的选择6.1 连接轴的类型和用途连接轴是与刀盘轴连接的传动部件，其作用是将由齿轮机座或减速器或者直接由电动机传来的运动和力矩传递给刀盘轴。由于分条圆盘剪的上刀盘轴是需要垂直运动的，所以连接轴需要以一定的倾角范围工作。通常用的连接轴有万向接轴、梅花接轴和齿式接轴。如表6.1所示。表6.1 连接轴的类型和用途连接轴类型允许倾角/（）主要特点十字铰链万向接轴滑块式810传递扭矩大，耐冲击负荷，有色金属材料消耗多，维修量大十字轴式812传递扭矩大，易于标准化，维修方便梅花接轴11.5价格便宜，冲击振动大，易于更换联合接轴11.5两种不同万向节的组合，使用两端不同形式的轴头齿式接轴弧面齿形接轴约6一般13传动平稳，传递扭矩大，使用寿命长，易于标准化，维修方便6.2 万向连接轴的设计万向连接轴应具有下列工作性能:（1）能补偿两轴线的偏移或相对位移。（2）当传递冲击载荷和周期性振动载荷时，具有缓冲和吸振的能力。（3）能保护机器不致因过载而损坏。依据连接轴的工作情况，选用滑块式万向接轴的结构，滑块式万向接轴的材料一般多选用45#锻钢。铰链中的滑块材料，一般选用耐磨青铜ZQAL9-4制造，但容易磨损，寿命较低，青铜的消耗量大。为了节省有色金属，可以采用MC尼龙-6等工程塑料滑块，此外，采用复合结构的滑块也具有一定的实用价值。滑块式万向接轴的结构如图6.1所示，主要由扁头1、叉头2、销轴（方轴）3和滑块4等4个零件组成。在接轴叉头2的径向镗孔中，装有定位凸肩（在镗孔中心线方向固定滑块的位置）的半月牙形青铜或工程塑料滑块4，在两个滑块之间装有上下具有轴颈的销轴3，销轴的轴身断面为方形或圆形。将带有切口的扁头1插入两个滑块之间，销轴3刚好位于扁头的切口之中，这样叉头和扁头即形成一个虎克铰链，叉头径向镗孔的中心线I-I和销轴的中心线II-II分别为虎克铰链的两个中心线。图6.1 滑块式万向接轴的铰链结构1-扁头；2-叉头；3-销轴；4-滑块接轴铰链的主要构造尺寸是叉头直径D、径向镗孔直径d和扁头厚度c。这些构造尺寸一般按照与刀盘轴最小直径的比例关系而定。刀盘轴端的叉头直径为： 叉头的镗孔直径为： 扁头厚度为： 扁头长度为： 接轴体直径为： 6.3 滑块式万向接轴的强度计算6.3.1 带有切口的扁头强度计算由滑块方面传来的载荷传递给带有切口的扁头，可近似地认为其表面的单位压力呈三角形分布，所以，其合力P的作用点位于三角形的重心，也就是距离外表面b3的位置。合力P可按下式计算： 式中 接轴传递的扭矩； 扁头的总宽度； 扁头一个交叉的宽度。图6.2 带切口的扁头受力简图合力P对于危险断面I-I将产生弯曲力矩和扭转力矩，其大小分别等于： 式中 合力P对于断面I-I的弯力臂，它等于： 式中 万向接轴的倾角；接轴铰链中心至断面I-I的距离。 断面I-I中的弯曲应力和扭转应力分别为： 式中 扁头厚度/； 计算矩形断面的抗扭断面系数所使用的系数，与比值有关，当抗扭断面系数写成形式时，与的关系见表6.1。表6.1 与的关系11.523460.2080.3460.4930.8011.151.789合成应力为： 6.3.2 叉头强度计算叉头的每个叉股承受滑块传来的压力,在垂直于扁头的断面A-A上,压力近似地认为按三角形分布（图6.3）。力P的作用点位于距铰中心线的地方,其中是一个叉股的宽度。合力P的大小等于： 式中 接轴传递的扭矩。图6.3 叉头强度计算简图如果在A-A断面中心线上加上两个大小等于P，而方向相反的力和,就可以看出将有力偶(由于P和形成)作用在叉股上，此外，还有力在叉股上引起的弯曲应力、拉应力和剪切应力。在叉头的叉股上取任意一个断面I-I，其上将作用有下列力矩和力：（1）对该面中性线x-x的弯曲力矩： 式中 力P的弯曲力臂，其大小等于： 式中 、I-I断面中性线的坐标。（2）拉力: 式中 断面I-I相对于断面A-A的倾角；断面I-I的倾角。（3）对于该断面y-y轴的弯曲力矩： （4）对该断面的扭转力矩： 在上述力和力矩的综合作用下，断面I-I中的最大应力将发生在EF线上的B点或是E和F点。（1）在EF线上，由弯曲力矩产生的弯曲应力为： 式中 对轴线x-x的截面系数。（2）由力N产生的拉应力为： 式中 F断面I-I的断面面积。（3）由力距在E点或F点所产生的弯曲应力为： 式中 断面I-I对于y-y轴的断面系数。（4）在B点将发生最大扭转应力，其值为： 式中 断面I-I的B点处抗扭断面系数。图6.4 叉股断面分析B点处的合成应力。将弓形叉股简化成面积相等的梯形（图6.4），则I-I断面的抗弯断面系数可近似地按下式计算： 断面B点的抗扭断面系数可按下式计算： 式中 r弓形弧的半径； h弓形面的高度。所以，B点处的合成应力为： E及F点的合成应力为： 6.3.3 轴体强度计算因为倾角的存在，接轴体在工作过程中，承受扭转作用的同时还承受弯曲作用。当倾角较小时，弯矩值也较小，可忽略不计。轴体中的剪力按下式计算：时： 时： 式中 接轴体的最小直径。6.3.4 万向接轴的许用应力和安全系数万向接轴是分条圆盘剪的重要部件,接轴的安全系数应大于分条圆盘剪的安全系数.由于万向接轴传递的力矩很大,而其径向的结构尺寸受到刀轴直径的限制,因此,其安全系数通常只能达到5。确定安全系数后，万向接轴的许用应力为： 式中 材料的抗拉强度/Mpa； n安全系数，最小安全系数不应小于5。6.4 键的选择6.4.1 键的尺寸选择这里针对刀盘轴上键的选取，综合以上因素，选用平键联接，查普通平键联接（摘自GB/1095-2003，GB/1096-2003）。根据刀盘轴的公称直径d=260mm,选择键。6.4.2 键联接强度计算平键联接，其主要失效方式是键、刀盘轴、刀盘三者中最弱的作业面被压溃。因而，对于平键联接一般只按作业面上的挤压强度和磨损强度核算。假定载荷在键的作业面上均匀分布，一般平键联接的强度条件为： 式中 T传递的转矩/； k键与刀盘键槽的接触高度，k=0.5h，此处h为键的高度； l键的工作长度/mm； d轴的直径/mm； 键、轴、刀盘三者中最弱材料的许用挤压应力/Mpa； 键、轴、刀盘三者中最弱材料的许用压力/Mpa；表6.2 键联接的许用挤压应力、许用压力 （单位：Mpa）许用值联接工作方式键或刀盘、轴的材料载荷性质静载荷轻微冲击冲击静联接钢12015010012060905040307 联轴器与齿轮机座7.1 联轴器的分类按照联轴器的性能可分为刚性联轴器和挠性联轴器。刚性联轴器对所联两轴间的相对位移缺乏补偿能力，但有结构简单，制造容易，不需维护，成本低等特点，而仍有其应用范围；挠性联轴器中又分为无弹性元件的挠性联轴器和带弹性元件的挠性联轴器。前一类只具有补偿两轴间相对位移的能力，后一类因装有弹性元件，不仅可以补偿两轴间的相对位移，而且具有缓冲减振的能力。7.2 联轴器的选择根据传递载荷的大小，刀盘轴转速的高低，被联接两部件的安装精度，参考各类联轴器特性，选择一种合适的联轴器类型。具体选择时可考虑以下几点:所联接两个轴的轴径；传递的转矩大小和性质以及对缓冲减振功能的要求；联轴器的工作转速高低和引起的离心力大小；两轴相对位移的大小和方向；联轴器的可靠性和工作环境，以及成本。根据以上几点选取联轴器如下：在电机轴与减速机轴之间选取联轴器型号为HL8，减速机轴和齿轮机座之间，以及传动轴和剪切机输入轴之间的联轴器型号为HL10查阅文献17知各联轴器的主要尺寸和特性参数如下表7.1。表7.1 弹性柱销联轴器主要尺寸和特性参数型号公称转矩许用转速轴孔直径轴孔长度D质量转动惯量Y型型铁钢LLHL8100001600212080，85，90，95，100，110，(120),(125)21216721236011956.5HL102500011201560110，120，125212167212480322273.2130，140，150252202252160，(170),(180)3022423027.3 联轴器的强度计算以减速器输出轴与齿轮机座的轴之间的联轴器为例进行强度校核。联轴器的承载能力与材料属性和热处理有关，也与两轴相对位移的方向和位移量大小有关，而且还与啮合齿面间的滑动速度和润滑状态有关，对于标准联轴器，可按标准规定的方法验算： 式中 联轴器的许用转矩/； T联轴器长期承受的理论转矩/； 联轴器工作条件系数。所以： 7.4 齿轮机座的作用及类型为了将电动机或减速器的扭矩分配给每个刀盘轴，除电动机单独传动每个刀盘轴的情况外，大多数分条圆盘剪的主传动系统中都设有齿轮机座。因为齿轮机座传递的扭矩较大，而中心距又受到刀盘轴中心距的限制，为了满足强度要求，齿轮的模数较大（845），齿宽较宽（齿宽系数为1.62.4），而齿数较少，通常为2244。齿轮机座的箱体有高立柱式、矮立柱式和水平剖分式三种形式。齿轮机座通常直接安装在基础上，安装方式有两种，一种是将整个底座都安放在基础上，另一种是由地脚安装在基础上。7.5 齿轮机座的结构齿轮机座由齿轮轴、轴承及轴承座和机盖等主要部件组成。由于传递的扭矩大，因此传动轴的直径很大，相比之下，齿轮的直径很小，所以一般与传动轴作成一体，即齿轮轴。齿轮多做成具有渐开线齿形的人字齿，这样，只能将一根轴的一端在轴向予以固定，而另外一根齿轮必须设计成轴向游动的，在运转过程中依靠人字齿的啮合自动定位，从而避免载荷在两侧斜齿上的不均匀分布。另外，在温度发生变化时，相啮合的齿轮轴均可自由伸缩，保证正常啮合。在齿轮机座中采用双圆弧齿轮轴，可提高齿轮轴的使用寿命和承载能力，使齿轮轴的外形尺寸减小。齿轮轴的材料为45、40Cr、32Cr2MnMo、35SiMn2MoV、40CrMn2MoV等。由于分条圆盘剪齿轮箱齿轮轴的齿面接触应力很高,应采用硬齿面,齿面淬火硬度为HB480570。齿轮机座的轴承主要采用滚动轴承，齿轮机座箱体应保证齿轮传动具有良好的密封性，并具有足够的刚性，以使轴承具有坚固的支撑，为此，应尽可能加强箱体轴承处的强度和刚度。由于齿轮箱大多是单件或少量生产，为了降低成本，机座的箱体采用锻焊结构或铸焊结构。8 系统的润滑8.1 润滑剂的作用机械零件的表面在接触的时候产生相对运动，在此过程中，避免不了会产生摩擦。假如润滑不当，效率会下降，并且引起发热、振动、噪声等。由于零件磨损，机械精度下降，寿命降低，影响了正常工作而发生早期报废。因此，在机械设计中，润滑是一个很重要的