圆盘剪切机设计【含7张CAD图纸、论文、开题报告】
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含7张CAD图纸、论文、开题报告
圆盘
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专科毕业设计（论文）中期检查表指导教师： 所在院系（单位）： 机械工程系 教研室（研究室）： 机制教研室 题 目剪切机设计学生姓名 一、选题质量（主要从以下四个方面填写：1、选题是否符合专业培养目标，能否体现综合训练要求；2、题目难易程度；3、题目工作量；4、题目与生产、科研、经济、社会、文化及实验室建设等实际的结合程度）1. 通过剪切机研究设计，可以对我们大学三年所学的专业理论知识进行一次全面的实践设计练习。2. 该题目虽然不是个新的题目，但需要有较强的专业知识的认知，对我们来说是个挑战，对我们的专业理论的学习和实践能力的提升都有好处。3. 题目的实践性和理论性较强，可以让我们的时间被充分的利用。4. 选题的实践性很强，同时其的研究具有实用性，不仅锻炼了我们的能力，也让我们对一件新型产品的推出与研制的过程有深入的了解，对我们以后的学习和工作都有益，对我们来说是个不小的收获。二、开题报告完成情况在老师的指导下我开始了我的毕业设计，由于其它原因开题报告弄得有点晚，不过还好有老师和同伴的帮助，我完成了我的开题报告，并准备继续我的毕业实习。在期间也遇到了不少的麻烦和疑惑。虽然这个课题以前有人做过，但由于对剪切机的了解很少，以往实习时也只是对其功能进行了一些相关了解及操作，而且需要设计制造出真实的产品而并非简单的几张图，所以其难度相较其他同学有点大，需要多借阅相关书籍了解液压系统的设计原理，以及它的应用环境等，不过还好有老师的帮助，同时还和同伴进行了交谈，从而让我完成了我的开题报告。不过我总结了其中的原因，主观原因是自己掌握的理论知识还是不足，所以我会在以后的毕业设计和学习中更加努力。三、阶段性成果 1通过资料的收集及学习，加上指导老师的提示和老师的仔细讲解，我收集了大量的资料 和文献，为设计的顺利完成打下了坚实的理论基础。 2. 在老师的指导和同学的帮助下找到了设计的基本方法，对一些基本原理的了解，对所要 设计制造的产品有了具象的认识，并取得了一定成果。 3. 完成了毕业设计的开题报告。4. .查找与阅读论文相关的合适的英文文献，对其进行翻译并完成。5.通过之前一段时间的努力，我对所要设计的装置有了大致的了解，并对以后的工作有了一个大致的规划和不错的方案。四、存在的主要问题到目前为止，在论文的写作中主要有以下几个问题：1. 对论文所涉及的知识认识得不够深刻，所以对命题的探讨不过深入。 2. 研究中对也液压系统的设计不知道有哪些结构形式。 3. 论文的各部分之间的衔接不够强，有的地方缺少逻辑。 4. 由于以前对这个课题没有接触过，对其了解较少，所以在接受和理解方面还是有点困难的，同时在完成方面就得下比别人更多的时间了。导致上述问题主要有两个原因，一是研究不够深入，二是撰写不够严密。针对这两个原因，解决方法有： 1.对论文所涉及的知识以及前人的研究成果理解程度需要更加深刻，在这个基础上才能得到有深度的结论。 2.需要对已完成的内容进行多次审阅，从内容、结构等方面给予调整。 3.对于写作过程中遇到的具体难题要多向指导老师请求援助。我相信，在老师指导和我们的努力下终会克服困难，顺利完成这次毕业设计！五、指导教师对学生在毕业实习中，劳动、学习纪律及毕业设计（论文）进展等方面的评语指导教师： （签名） 年 月 日 毕业设计（论文）开题报告题目名称圆盘式剪切机设计学生姓名 一、选题的目的和意义：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，而圆盘剪广泛用于纵向剪切厚度小于2030毫米的钢板及薄带钢。而飞剪用于剪切运动着的轧件，其剪刃有平刃、斜刃和圆盘式飞剪。圆盘式剪切机由于刀片是旋转的圆盘，因而可连续纵向剪切运动钢板和带钢。圆盘式剪切机通常设置在精整作业线上用于将运动着的钢板纵向边缘切齐和剪切或者切成窄带钢，根据其用途可分为剪切板边的圆盘剪和剪切带钢的圆盘剪。这次设计的目的就是通过设计对主轴传动系统，刀片侧向调整机构，特别是各个机构中的传动部分进行设计。通过设计过程掌握圆盘剪单体机械设备的设计方法，使所学的理论知识和实际结合起来，提高设计能力，独立分析能力和绘图技术，进行规范化的的训练为今后的工作打下有力的基础。二、国内外研究现状简述：早期圆盘式剪切机速度较低，圆盘式剪切机刀片旋转是用电机通过齿轮传动，以及和万向连接轴来实现的。刀盘径向间隙调整用电机通过蜗杆蜗轮传动是偏心套转动来实现的。而刀片侧向间隙是 用手动通过蜗轮传动使刀片轴轴向移动来完成的。随着生产的发展，圆盘式剪切机剪切速度在逐渐提高，由于受到碎边机的限制，现在大型圆盘剪切机的剪切速度通常为0.4米/秒。目前圆盘式剪切机装在横切机组上，剪切厚度为0.62.5毫米，宽度为7001500毫米。带钢剪切速度达到13m/s。刀片传动通过减速机和4个相同尺寸的齿轮同时传动两对刀片。为保证刀片同步，4个齿轮组成相当于连杆机构，使齿轮传动的中心距不变，提高了齿轮传动精度，为调整上刀片径向间隙，上刀片轴承座可沿机架滑道上下移动。滑座移动用针齿摆线减速机，它体积小速比大调整精度高。刀片轴向距离调整也采用针齿摆线减速机驱动丝杆和螺母来实现的，为了提高传动精度，传动系统增加了测速装置，进行主传动速度调整。目前，各国都在研究扩大圆盘剪的剪切范围，有的国家已经采用两台连续圆盘剪，剪切厚度为10毫米的钢板，第一台圆盘剪切入板厚的5%10%，紧接着由第二台圆盘剪将钢板全部切断，。在冷轧横切机组上采用不带驱动装置的圆盘剪，其圆盘剪刀片的传动是由带有一定张力的被剪切的带钢来带动实现拉剪方式。分条圆盘剪为了提高工作效率，从而采用了两套机架，轮流使用，整体更换使设备的维修性提高，但投资费用大。三、 毕业设计（论文）所采用的研究方法和手段：1、通过靠工厂调研，了解同类圆盘剪生产中存在的问题，查阅相关资料掌握圆盘剪的发展现状。2、制定圆盘剪设计方案，在认真研究，有创新和改进，方案合理，并进行方案评述。3、进行设计计算，保证机件强度和刚度，计算公式采用要有依据。4、画出总图，部分部件图和零件图，利用计算机绘图。5、对设计中控制系统提出要求，选择润滑方法。6、试车方法和维修技术，保证维修方便。7、对设备进行经济分析和评价，降低设计成本。四、主要参考文献与资料获得情况：1 邹家祥. 轧钢机械M. 北京：冶金工业出版社，20052 徐灏. 机械设计手册（第二版）M. 北京：机械工业出版社，20003 濮良贵、纪名刚. 机械设计（第七版）M. 北京：高等教育出版社，20014 徐灏. 机械设计手册（第一版）M. 北京：机械工业出版社，19915 罗振才. 炼钢机械（第二版）M. 北京：冶金工业出版社，19896 龚义. 机械设计课程设计指导书（第二版）M .北京：高等教育出版社，19907 巩云鹏、田万禄、黄秋波. 机械设计课程设计M. 沈阳：东北大学出版社，20008 孙家骥. 矿冶机械维修工程学M. 北京: 冶金工业出版社,19949 陈锡璞. 工程经济M. 北京: 机械工业出版社,199410 张世昌、李旦、高航. 机械制造技术基础M. 北京：高等教育出版社，2001五、毕业设计（论文）进度安排（按周说明）：1、进行毕业实习：第六周第九周；2、查阅资料，研究结构和工作原理：第八周第十一周；3、基本数据计算、绘制结构草图：第十二周第十三周；4、具体数据分析，尺寸计算：第十三周第十四周；5、画出总体图、零件图，写设计说明书：第十五周第十六周；6、整理检查设计说明书和图纸：第十六周。六、指导教师审批意见（对选题的可行性、研究方法、进度安排作出评价，对是否开题作出决定）：指导教师： （签名）年 月 日 圆盘剪切机设计摘 要圆盘剪切机的上下剪刃是圆盘状的。剪切时，圆盘刀以相等于钢板的运动速度做圆周运动，形成了一对无端点的剪刃。圆盘剪切机通常设置在精整作业线上，用来将运动着的钢板的纵向边缘切齐或切成窄带钢。根据其用途可分为两种类型：剪切板边的圆盘剪和剪切带钢的圆盘剪。通过对圆盘剪切机及相关设备结构进行了深入了解，并从材料力学、动力学和经济学的角度出发，对圆盘剪切机的主传动系统，压下系统、侧间隙调整机构进行了设计。重点包括电动机的计算选取、轴和齿轮的设计，以及其他传动装置和执行机构的设计等，同时对部分主要零部件进行了强度校核。本次设计的改进点：首先，在传动系统增加连杆机构，其二，宽度调整采用行星摆线针轮减速机，最后增加了测速机构。关键词：圆盘剪切机 径向间隙 强度校核 传动系统AbstractThe blades of disc shears are disciform. The disc cutter do circular motion at the steel plate movement speed, forming a pair of shear blade without the endpoint. Disc shear machine set up in finishing production line. It usually uses to cutting neat the movement steel plate longitudinal edge and cut the strip into narrow one. It can be divided into two kinds according to its use: disc shears of cut stencil plates side and disc shears of cut strip.We have thorough understanding to the disc shears and the correlation equipment. We had very designed to the main transmission system, depress the system and gap adjustment organization, we are carry on these designs from the materials mechanics angle, dynamics and economic. The main content including electrical machinery selection, Axis and gear design, Implementing agency design and so on, and the same time, we make the optimized improvement and the intensity examination to the major parts. This design improvement spot: First, in radial clearance adjusting mechanism link motion gear, second, the width control uses the planet gear speed reducer. Finally increased has measured the fast organization.Key words: Disc shear radial clearance the intensity examination transmission system 目 录1.前言11.1选题的背景和目的11.2剪切机的分类和圆盘剪切机的国内外的发展现状11.3 圆盘剪切机研究的内容和方法31.3.1圆盘剪切机在机组的布置和作用31.3.2 圆盘剪切机的类型和特点51.3.3已知数据51.3.4 圆盘剪切机设计内容和方法52. 设计方案的选择和方案评述73. 电机容量的计算93.1 定性选电机93.2 选择电动机的容量93.3 确定转速123.4 电动机的校核134. 主要零件强度计算校核154.1 齿轮的计算与校核154.1.1齿轮的计算154.1.2 按接触疲劳强度校核164.1.3 按弯曲疲劳强度校核194.2 传动轴的强度校核计算214.2.1轴的材料及其机械性能214.2.2 轴上零件布置及基本参数224.2.3 按弯扭合成进行轴的强度校核224.2.4 按疲劳强度进行精确校核254.3 轴承的选取及校核284.3.1 根据工作条件选取轴承类型284.3.2根据轴承结构确定轴承的型号294.3.3轴承的寿命校核294.3.4 验算轴承的极限转速314.3.5 键的尺寸的选择324.3.6键的强度校核325. 联轴器的选择和系统润滑345.1联轴器的分类345.2联轴器的选择345.3联轴器的强度计算355.5润滑方式的选择确定355.5.1润滑方式的选择依据355.5.2齿轮减速器的润滑方式366. 试车和系统可靠性376.1 试车要求376.2 对控制系统的要求376.3 机械设备的有效度和投资回收期37结论39参考文献40致 谢41I1.前言1.1选题的背景和目的随着社会、经济的高速发展，金属被广泛地应用于社会的各个方面，发挥着很大的作用。目前，金属的轧制生产，具有生产率高、生产过程连续性强、易于实现自动控制等优点，得到更极速发展，金属轧制成材的品种也越来越丰富。金属轧制生产高速发展，决定于轧机速度的提高和周期的缩短，轧制辅助设备的不断完善和改进也是重要因素。剪切机是一种轧制生产线的辅助设备，用来剪切轧件头、尾部，剪切定尺长度或剪切板、带材的边等。剪切机是机床的一种，它采用液压驱动，安全性能可靠，操作方便。剪切机工作刀口长度：400mm、600mm、700mm、800mm、1000mm、1200m，适合不同规模不同要求用户。安装不须底脚螺丝，无电源的地方可用柴油机作动力。剪切机适用于金属回收加工厂、报废汽车拆解场、冶炼铸造行业，对各种形状的各种金属材料进行冷态剪断、压制翻边，以及塑料、玻璃钢、绝缘材料、橡胶的压制成型。圆盘式剪切机就是一种广泛用于纵向剪切厚度小于2030mm的板材及薄带板的辅助设备。它通常设置在精整作业线上，用来将运动着的板材的纵向边缘切齐或切成窄带条。圆盘剪切机的上下剪刃是圆盘状的，剪切时，圆盘刀以相等于钢板的运动速度做圆周运动，形成了一对无端点的剪刃。它根据其用途可分为剪切板边的圆盘剪和剪切带钢的圆盘剪。这次设计的目的就是通过设计对主轴传动系统，刀片侧向调整机构，特别是各个机构中的传动部分进行设计。通过设计过程掌握圆盘剪单体机械设备的设计方法，使所学的理论知识和实际结合起来，提高个人设计能力，分析问题能力和绘图技术，进行规范化的的训练为今后的工作打下坚固的基础。1.2剪切机的分类和圆盘剪切机的国内外的发展现状按照不同标准剪切机有不同分类，包括平刃剪、斜刃剪、机械剪等。其中平行刃剪切机的两个剪刃互相平行，它一般用来在热态下横向剪切方形及矩形断面的钢坯。也可用来冷剪型材，将刀片做成成型剪刃来剪切非矩形断面的钢板。斜刃剪切机的一个剪刃相对另一个剪刃成某一视点放置。斜刃剪切机按剪切组织的运动特色也可分为上切式、下切式和复合式等。目前各国都在研究扩大圆盘剪剪切厚度范围。有的国家采用两台串联圆盘剪剪切厚度为40mm的钢板，第一台圆盘剪切入板厚的510，紧接着第二台圆盘剪将钢板全部切断。如图1.1。圆盘剪在连续剪切为了使已切掉板边的钢板在出圆盘剪时能够保持水平位置，而切边则向下弯曲，往往将上刀片轴相对下刀片轴移动一个不大的距离，或者将上刀片直径做得比下刀片小一些，此时，被切掉的板边将剧烈的向下弯曲。为了防止进入圆盘剪时向上翘曲，通常在圆盘前面靠近刀片的地方装有压辊。如图1.2.图1.1 双重圆盘剪示意图图1.2 使钢板保持水平位置的方法 圆盘式剪切机根据其刀片驱动方式，又可分为有动力的圆盘式剪切机和无动力的圆盘式剪切机两种。现在普遍采用的是有动力的圆盘式剪切机。无动力的圆盘式剪切机，国内还无资料可寻，也未见有国内设备供货。1.3 圆盘剪切机研究的内容和方法1.3.1圆盘剪切机在机组的布置和作用1、热轧钢板精整机组热轧钢板精整机组示意图如图1.3所示1. 运输辊道 2. 前斜刃剪 3. 后斜刃剪 4. 圆盘剪 5.碎边机图1.3 热轧钢板精整机组示意图热轧钢板冷却后由运输辊道运输到后斜刃剪进行切头，然后送到圆盘剪切边，在达到一定宽度要求后送到冷床。切下的边由碎边机剪切成小段后运走。为满足钢板的长度要求，再由辊道运回前斜刃剪，加工成一定的尺寸长度。圆盘剪的作用是剪切钢板宽度尺寸，即去掉两边并切齐满足宽度要求。2、1700横切机组1700横切机组的布置见图1.4所示。1. 拆卷机 2. 伸直机 3. 下切剪 4. 17辊矫直机 5. 圆盘剪 6. 17辊矫直机 7. 飞剪机 8. 涂油机 9. 给料机 10. 垛板台图1.4 1700横切机组示意图由吊车将钢卷吊来放到链式传送机上进入拆卷机拆卷，由伸直机将板头伸直，由下切剪切头后经17辊矫直机初矫后到圆盘剪进行切边，再送入1700矫直机进行胶直，最后由飞剪组合控制剪切带钢的长度，带钢连续运行切断，由涂油机经给料辊进入磁力辊道（或磁性皮带）送到垛板台上落下垛起，当达到一定高度后由吊车运走。圆盘剪的作用就是将矫直后的带钢连续切边，并使其达到一定宽度要求，再送到飞剪机连续剪切到要求的长度尺寸。3、1700冷纵剪切机组1700冷纵剪切机组布置见图1.5所示。 1. 拆卷机 2. 伸直机 3. 下切剪 4. 给料机5. 圆盘剪切机 6. 卷边机 7. 风动分离盘 8. 分卷卷取机图1.5 1700冷纵剪切机组示意图纵剪就是将钢板破成窄条。钢卷由吊车吊到拆卷机处拆卷，将头伸直经下剪切头由给料机送到圆盘剪切纵切后切成窄条，给风动分离盘，由分卷取机卷成窄带卷，卸卷后由吊车吊走送入成品库。切下的带钢边，由板卷机卷成卷，卸下后送走。圆盘剪切机的作用是将冷轧成卷带钢切成窄条，并卷成窄带钢卷。其窄带钢卷的宽度由刀盘轴定位环调整，使刀盘之间位置变化。1.3.2 圆盘剪切机的类型和特点圆盘剪切按用途分为剪切板边圆盘剪和剪切带钢纵切圆盘剪。1、剪切板边的圆盘剪 热轧钢板圆盘剪，剪切厚度小于20毫米，径向调整采用偏心套，同步齿轮与刀片轴用万向连接轴传动。热轧钢板圆盘剪的另一种类型，剪切厚度在4050毫米，采用二架圆盘剪同时剪切，第一架切入一定的深度后第二架圆盘剪再将其完全切断。冷轧带钢圆盘剪，剪切厚度0.52.5毫米之间，径向调整移动上刀盘同步齿轮采用四连杆机构。有的冷轧带钢圆盘剪采用测速装置，使剪切精度更准确。冷轧带钢圆盘剪的另一中类型，刀盘不带驱动，而是利用带钢拉着剪切。2、 剪切带钢纵切圆盘剪纵切圆盘剪将带钢连续破条剪切，采用多对刀盘，刀盘轴传动有两种：一种是集中驱动，另一种刀盘轴分别驱动。1.3.3已知数据所设计圆盘剪切机已知原始数据：剪切带钢速度 V=13 m/s, 取3 m/s;剪切带钢强度 600 MPa 取600 MPa；剪切带钢厚度 h=0.52.5 mm；剪切带轮宽度 B=7001500 mm；剪刃的摆动不超过 0.1 mm， 不平行度0.01 mm；上下剪刀重叠度S=00.3 mm。1.3.4 圆盘剪切机设计内容和方法1、通过靠工厂调研，了解同类圆盘剪生产中存在的问题，查阅相关资料掌握圆盘剪的发展现状。2、制定圆盘剪设计方案，在认真研究，有创新和改进，方案合理，并进行方案评述。3、进行设计计算，保证机件强度和刚度，计算公式采用要有依据。4、画出总图，部分部件图和零件图，利用计算机绘图。5、对设计中控制系统提出要求，选择润滑方法。6、试车方法和维修技术，保证维修方便。7、对设备进行经济分析和评价，降低设计成本。2. 设计方案的选择和方案评述按给定的设计参数，设计题目是1700横切机组的圆盘式剪切机有两中类型，一种是一般的切边圆盘剪。有的设有测速电机，另一种靠带钢拉动圆盘剪刀进行剪切称为拉剪。设计方案选择设有测速机构的圆盘剪，其结构示意图如图2.1。1. 带电机摆线针轮减速器 2. 径向调整减速机 3. 调整丝杆 4. 刀盘 5. 离合器 6. 测速机构 7. 减速机 8. 电机 9.10.11.12 同步齿轮13. 刀盘侧向间隙调整装置 14. 机座移动机构 （宽度调整机构）图2.1 圆盘剪结构示意图该圆盘剪装在横切机组上，用来剪切厚度为0.62.5毫米，宽度为7001500毫米的带钢。剪刃线速度为13米/秒。每个圆盘刀片均以悬臂的形式固定在单独传动的轴上，刀片数目为两对，电机驱动两根旋向相反的螺杆，带动固定在左右机架下方的螺母，实现左右机架的同时开合。主传动由电机8通过减速机7同时传动两对刀盘，上刀盘与齿轮9相连，下刀盘与齿轮10相连，齿轮9、11，12之间用连杆相连，以保证各齿轮中心距不变。因此在调整刀盘径向间隙（调整上刀盘位置）各齿轮能很好的啮合。刀盘径向调整通过带电机的减速机1，调整减速机2，及调整螺丝带动上刀盘轴的轴承座沿着架体内滑道上下移动。在剪切机下部设置机架横移机构，由电机通过行星减速机传动左右两端螺纹方向相反的丝杆，由固定机架的螺母带动机架沿着导轨作相同或者相反移动从而达到调整带钢宽度的目的。该设计方案做下列改进：其一,径向间隙调整比偏心套调整可靠利用连杆机构比万向接轴精度高。其二，宽度调整采用行星摆线针轮减速机比蜗杆减速机效率高占地空间小。最后增加了测速机构，为电机提供信号，为电机达到精确的转速提供的保障，从而使整机更完善。由以上所述方案是比较好的，并且可行的。3. 电机容量的计算3.1 定性选电机电动机分交流电动机和直流电动机两种，由于直流电动机需要直流电源，结构较复杂 价格较高，维护比较不便等缺点，因此无特殊要求是不宜采用。冶金行业生产单位一般为三相交流电源，因此，应选用交流电动机，同时交流电动机又分为异步电动机和同步电动机两类，我国新设计的Y系列三相笼型异步电动机属于一般用途的全封闭自扇冷电动机，其具有以下优点：1、结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便； 2、适用于不易然，不易爆，无腐蚀性气体和无特殊要求的机械上；3、由于起动性能较好，也适用与某些要求起动转矩较高的机械。由于圆盘剪切机属于一般冶金机械设备，无特殊要求，连续工作时间长，要求起动性能好，起动转矩较高，故选择交流异步电动机Y系列。3.2 选择电动机的容量1、圆盘刀片尺寸 圆盘刀片尺寸包括圆盘刀片直径D及其厚度。圆盘刀片直径D主要决定于钢板厚度h，查轧钢机械得其计算公式为： （3.1)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 D=(40125)h (3.2)带入数值计算得： D=1252.5=312.5 mm圆盘刀片厚度一般取为 (3.3)带入数值计算得：mm同时得一般圆盘刀片直径、厚度与被剪切带材厚度的关系，可取的各数值：D=270 mm、=20 mm，为了保证剪切力及刀片的强度和使用寿命，我们取=30 mm。2、上下刀盘的径向间隙S 取预定值0.3 mm。3、剪切速度V 取预定值3 m/s。4、剪切力与剪切功率 作用在一个刀片上的总的剪切力是由两个分力所组成的，即 式中 纯剪切力； 钢板被剪掉部分的弯曲力； 式中 作用在接触弧AB水平投影单位长度上的剪切力。由相对切入深度知 微分后得所以纯剪切力为 式中的值可利用平行剪单位功数据。在圆盘剪上冷剪时，值可按下面公式计算=120式中取系数，为金属材料延伸率，查手册取20%。所以 N查轧钢机械总剪切力的计算公式为 (3.4) N考虑到刀刃磨钝的影响，增大15%20%，这里取增大20%。N 圆盘剪上的剪切力可根据作用在刀片上的力矩来确定。在上下刀片直径，速度相等而且都驱动时，则与简单轧制情况相似，合力P垂直作用在刀片上，这时转动一对刀盘所需之力矩为 (3.5) Nm而驱动圆盘剪的总力矩为式中 n 刀片对数 M2一对刀片轴上的摩擦力矩，其中为刀片轴轴颈的直径，这里取=170mm，为刀片轴承处的摩擦系数，查手册取0.004。所以总的力矩为 =544.11 Nm查轧钢机械圆盘剪电动机功率可按下式确定 (3.6)式中 考虑刀片与钢板间摩擦系数，=1.11.2； 钢板运动速度，m/s； 传动系统效率，=0.930.95。代入数据后=15.6 KW3.3 确定转速 根据以上计算所得数据，查找专业手册，选取合适电机。容量相同的同类的电动机，有几种不同的转速系列，此种情况下我们综合考虑，分析比较电动机及传动装置的性能、尺寸、重量和价格等因素，再考虑到机械在实际中的运转，他的可靠性与电机相连接的减速机，以及以后的发展，适当的增加电机功率，最后选同步转速1500r/min的电动机。综上，选取电机型号为：Y180L4，其主要性能见表3.1表3.1 电机主要性能参数表型号额定功率/KW转速/(r/min)电流/A效率（）重量/KgY180L422147042.591.52.21903.4 电动机的校核电机的校核主要是针对电机的过载能力校核。过载能力是指电动机负荷运行时，可以在短时间内出现的电流或转矩的允许倍数，对不同类型的电动机不完全一样，对异步电动机来说，校核其过载能力时即最大转矩倍数时，要考虑到交流电网电压可能向下波动10%15%，因此，最大转矩按（0.810.72）来考虑，他应该比负载最可能出现的最大转矩大。齿轮转速： =212.3 r/min其中： d齿轮的分度圆直径，单位：mm 负载最大转矩： =272.06 Nm传动比 = =6.92粗略计算电动机的最大转矩 = =40.35 Nm 由电动机的参数可知 .2 (3.7) = =142.63 Nm其中电动机额定转速，单位： r/min所以 =226.40 Nm 40.35 Nm =故安全。4. 主要零件强度计算校核4.1 齿轮的计算与校核4.1.1齿轮的计算1、齿轮种类：根据传动方案选择直齿圆柱齿轮2、齿轮选材依据：齿轮材料必须满足工作条件的要求，应考虑齿轮尺寸的大小、毛坯成形办法及热处理和制造工艺等。初选材料： 钢表面处理：调质处理 HB 228 2693、机械性能：查机械设计手册可知：=980 MPa =835 MPa4、初定齿轮参数：模数m=5 齿数=47 分度圆直径=235 mm 压力角 =1 =0.25 =225 mm =245 mm =10mm B=80 mm 与之啮合的齿轮齿数 =605、齿轮受力分析齿轮传动一般均加以润滑，啮合轮齿间的摩擦力通常很小，计算轮齿受力时，可不予考虑。从作用力来说，沿啮合线作用在齿面上的法向载荷垂直于齿面，为了计算方便，一般将法向载荷在节点P处分解为两个相互垂直的分力，即圆周力与径向力，如图4-1，由此得： 式中：小齿轮传递的转矩，单位为Nmm； 小齿轮的节圆直径，对标准齿轮即为分度圆直径，单位为mm； 啮合角，对标准齿轮，=。图4-1 齿轮受力分析4.1.2 按接触疲劳强度校核齿轮在工作齿面发生的失效较多，如齿面磨损、点蚀、胶合等。所以对齿轮进行接触疲劳强度计算是必须的，下面首先按接触疲劳强度校核。查文献3，199其计算公式为： (4.1)其中： 齿面接触应力，单位： MPa 齿面许用接触应力，单位：MPa 载荷系数 齿轮所受切向力，单位：N 齿宽，单位：mm 齿轮分度圆直径，单位：mm 齿数比 区域系数 弹性影响系数，单位： MPa1、求齿面接触应力(1)求 = (4.2)其中： 使用系数 动载系数 齿向载荷分配系数 齿面载荷分配系数根据机械设计表10-2可查得：=1.5； 图10-8根据v=3m/s可查得：=1.18； 表10-3可查得：=1.2； 表10-4可查得：=1.15+0.18（1+0.6）+0.31其中 =0.1159=1.15+0.18（1+0.60.1159）0.11590.31=1.15再根据=8 查3，图10-13可得：=1.16;所以： =2.44(2) =272.06 Nmm=2315 N=843 N=2463 N(3) u=1.27(4)根据齿轮材料查表机械设计10-6可得： =188 MPa(5) = =2.5所以： =344.52 MPa2、求许用应力 = (4.3) 其中： 为接触疲劳安全系数，可取=1； 为寿命系数； 齿轮接触疲劳极限，单位：MPa；(1)求齿轮应力循环次数 =60=次查机械设计图10-19可得：=0.93(2)求根据材料查机械设计图10-21(续)可得：=860 MPa；所以 =799.80 MPa3、校核显然，=799.80 MPa 344.52 MPa =，故安全。4.1.3 按弯曲疲劳强度校核查机械设计 = (4.4)其中： 齿轮齿根弯曲应力，单位：MPa 齿轮弯曲疲劳许用应力，单位：MPa 齿轮模数 齿轮系数 应力校正系数1、求齿轮齿根弯曲应力=(1)根据=47查文献机械设计表10-5采用插值法求得： =2.33 =1.69(2) 2.46所以： = 56.06 MPa2、求齿轮弯曲疲劳许用应力 = (4.5)式中： 弯曲疲劳强度安全系数，取=1.5 寿命系数 齿轮弯曲疲劳极限，单位：MPa (1)求 根据应力循环次数N=查机械设计图10-18可得： =0.83(2)求根据机械设计图10-20(完)可得：=700 MPa所以 =386.4 MPa3、校核显然，=386.4 MPa 56.06 MPa =，故安全。4.2 传动轴的强度校核计算刀盘的力主要集中在刀盘轴上，且刀盘轴所承受的转距最大，因此对刀盘轴进行计算校核是十分有必要的。轴的结构都应该满足：轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置；轴上的零件应便于装拆和调整；轴应具有良好的制造工艺性等。4.2.1轴的材料及其机械性能1、材料： 钢表面处理：调质处理 HB 228 2692、机械性能：查机械设计手册可知：=980 MPa =835 MPa 由机械设计表15-1可查得：275 MPa=155 MPa4.2.2 轴上零件布置及基本参数1、拟定轴上零件的布置方案根据轴上齿轮、轴承、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4-2(a)所示；图4-2(a) 轴的主要尺寸及轴上零件布置图2、轴的基本数据：转速 = =212.3 r/min。4.2.3 按弯扭合成进行轴的强度校核1、轴的结构及尺寸，如图4-2(b)所示；2、对轴进行受力分析与强度校核计算(1)轴的驱动力矩： 驱动一对刀盘的力矩为 M=544.11 NM =544110 Nmm一根刀盘轴上的转矩为 T=272055 Nmm(2)求与此轴配合的齿轮上的作用力=2315 N=843 N (3)计算轴在轴承处所受的支反力垂直面内的支反力： =392.4 N =450.6 N 水平面内的支反力： =1077.5 N =1237.5 N (4)计算弯矩垂直面内： mm 392.4294115.8 Nm 水平面内： 1077.5294316.8 Nm总弯矩： 337.3 Nm图4-2 轴的载荷分析图(5)作弯矩图如图4-2(d)、(f)、(g)；作转矩图如图4-2(h)。(6)校核轴的强度根据轴的结构图以及弯矩和转矩图可以看出截面C是轴的危险截面，故选截面C作弯扭合成强度校核计算，查机械设计按第三强度理论有： = (4.6)式中： 轴的计算应力，单位：MPa 轴所受弯矩，单位： Nmm 轴所受转矩，单位：Nmm 轴的抗弯截面系数，单位：mm 扭转切应力为静应力时，取0.3所以 2.47 MPa查机械设计手册得：=213 MPa故S，故该轴在截面L右侧的强度也是足够的。4.3 轴承的选取及校核 由于圆盘剪切机刀盘在对钢板进行剪切的时候，很大的径向力，同时要对刀盘间隙进行调整，这样刀盘轴就要受到轴向力了。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。 4.3.1 根据工作条件选取轴承类型如果仅按轴承用于承受的外载荷不同来分类时，滚动轴承可以概括的分为向心轴承、推力轴承、向心推力轴承这三大类，具体说来，主要承受径向载荷的轴承叫做向心轴承，其中有几类还可以同时承受不大的轴向载荷；只能承受轴向载荷的轴承叫做推力轴承；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。首先我们来分析下刀盘轴安装刀盘侧间隙调整机构的一端。这一端由于安装了刀盘侧间隙调整机构，刀盘轴必然受到轴向力，此处的轴承必须能轴向力，而且它直接与调整螺丝直接进行接触，并且轴向调整是双向的，所以最后选去双向推力球轴承，还要考虑到在对钢板进行剪切的时候轴承受到径向力是必然的，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，最后选取圆柱滚子轴承。现在我们在来研究下安装刀盘的轴端的轴承情况，由于刀盘对钢板进行剪切，而刀盘安装在这一端，必然承受很大的径向力，同时要允许小量轴向移动，所以最后选取角接触轴承，因为轴是双向移动，所以角接触轴承成对安装。4.3.2根据轴承结构确定轴承的型号根据轴的直径初步确定轴承的型号为：在轴的直径为120 mm处选 角接触轴承 代号：7024AC在轴的直径为95 mm处选 圆柱滚子轴承 代号：N219E 双向推力球轴承 代号：52222 4.3.3轴承的寿命校核首先对角接触轴承做校核计算根据机械设计手册可得，该轴承的性能参数如表4-1：表4.1 轴承7024AC的性能参数（mm）（mm）（mm）（KN）（KN）重量（Kg）120180281021052.11、轴承分析在轴径120 mm处是一对角接触轴承，并且认为这对轴承是均匀分担载荷的，我们选其中一个轴承（编号为轴承1）来进行校核，如果安全，则实际安装了两个轴承必然是十分安全的。2、求该轴承受到的径向载荷和轴向载荷=392.4 N =1077.5 N1146.7 N求该轴处的派生轴向力，查机械设计表13-7得其计算公式 =779.8 N该轴承在刀盘轴不做刀盘侧间隙调整的时候几乎不承受轴向载荷，即可看做外加轴向载荷=0 N。但因为它调整时受到调整螺丝或者弹簧的力不确定，所以在取单个计算的时候是“放松”还是“压紧”都不好确定，不过计算结果可忽略计算为779.8 N。3、求轴承当量动载荷，查机械设计 ：= (4.11)式中： 轴承所受当量动载荷，单位：N 径向动载荷系数 轴向动载荷系数 载荷系数=0.68=e故查机械设计表13-5得：=1 =0由于载荷是中等冲击，查机械设计表13-6得：=1.2所以 ： =1376.0 N(4)验算轴承的寿命轴承寿命根据机械设计有：= (4.12) 其中： 轴承寿命，单位：h 轴转速，单位：r/min 温度系数 基本额定动载荷，单位：N 滚动轴承为查机械设计表13-4查得：1.0所以 h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：N17.4 年显然非常安全了。4.3.4 验算轴承的极限转速滚动轴承的工作转速上升到一定限度后滚动体和保持架的惯性力，以及小的形状偏差，不仅导致运转状态的恶化，而且造成摩擦面见温度升高和润滑剂的性能变化，从而导致滚动体回火或轴承元件的胶合失效，故应对轴承转速进行验算。根据机械设计手册查得： r/min 又轴承的转速 r/min，故安全。4.3.5 键的尺寸的选择 这里主要计算刀盘轴上的键。根据与键配合的轴的直径(mm)和齿轮的宽度(mm)查 机械设计手册选择键 ，其高度mm。4.3.6键的强度校核 平键联接主要传递的是转矩，其主要失效形式是工作面被压溃， 一般不会出现键的剪断。因此，通常只按工作面上的挤压应力进行强度校核计算。 假定载荷在键的工作面上均匀分布，普通平键联接的强度条件为：查机械设计 (4.13)式中： 轴传递的转矩，单位：Nm 键与轮毂键槽的接触高度，平键，此处为键的高度；单位：mm 键的工作长度，A型平键，为键的公称长度， 为键的宽度；单位：mm 轴的直径，单位：mm 键、轮毂、轴三者中最小的材料的许用挤压应力，单位：MPa 1、272.055 Nm2、 mm3、 mm4、 mm所以： MPa根据机械设计手册查得： MPa显然，故安全。5. 联轴器的选择和系统润滑5.1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。5.2联轴器的选择根据传递载荷的大小，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，选择一种合用的联轴器类型。具体选择时可考虑以下几点:1. 所联接两个轴的轴径；2. 传递的转矩大小和性质以及对缓冲减振功能的要求；3. 联轴器的工作转速高低和引起的离心力大小；4. 两轴相对位移的大小和方向；5. 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TL8， 减速机轴和传动轴之间，以及传动轴和剪切机输入轴之间的联轴器型号为 TL10查阅机械设计课程设计知各联轴器的主要尺寸和特性参数如下表5.1。表5.1 联轴器的主要尺寸和特性参数型号许用（Nm）许用转速（r/min）轴孔直径（mm）轴孔长度（mm）转动惯量（Kgm）重量（Kg）TL8710240045 48 50112 840.1324TL102000170055 80 85172 1320.6460.25.3 联轴器的强度计算 以减速器输出轴与安装齿轮的轴之间的联轴器为例进行强度校核。齿式联轴器的承载能力既与材料和热处理有关，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：查机械设计 (5.1)式中： 联轴器的许用转矩，单位：Nm 联轴器长期承受的理论转矩，单位：Nm 联轴器工作条件系数其中，可得：=1.5=40.35 Nm所以： =60.5 NmT=710 Nm显然，故安全。5.4润滑剂的种类润滑的目的就是为了减少工作表面的摩擦及由此造成的能量损失、减少工作表面的磨损及发热，提高其寿命、保持机器的工作精度及提高机器的工作效率；次外，润滑剂还有冲洗污物、防止表面腐蚀的功能。在机械行业中，常用的润滑材料可分为矿物润滑油、润滑脂（俗称黄油），另外还有水及固体润滑剂等。不同的润滑剂有不同的优缺点。5.5润滑方式的选择确定5.5.1润滑方式的选择依据凡是能降低摩擦阻力作用的介质都可以作为润滑剂。目前各类设备中常用的润滑剂类型为稀油和干油两大类。稀油润滑一般用于下列情况：1.除完成润滑任务外，还需要带走摩擦表面间产生的热量者；2.须能够保证滑动平面间为液体摩擦者：液体摩擦轴承、高速移动的滑动平面之间、止推滑动轴承等；3.能够用简易的手段向啮合传动机构本身及其轴承，同时提供一种润滑剂的情况；4.除润滑外，还需要清洗摩擦平面并保持清洁状态者；5.相同情况下，易于对轴承进行密封并能很好防止润滑油外溢者。干油润滑一般用于下列情况：1.粘性很好，并能附着在摩擦平面上，不易流失及飞溅，多用于做往复转动及短期工作制的重载荷低转速的滑动轴承上；2.密封性好，且给油方便；3.很适用于低速的滚动轴承润滑，可长时间不用加油，维护方便；4.防护性能好，能保护裸露的摩擦表面免受机械杂质及水等的污染。5.5.2齿轮减速器的润滑方式对大多数的减速器来说，常采用浸油润滑，即将大齿轮的轮齿浸入油池中。这样齿轮在传动时就把润滑油带到啮合的齿面上，同时，液体润滑油也将被甩箱壁上，起到散热的作
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