毕业设计（论文）-摆动剪切机构设计（全套图纸） .doc

辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第 i 页 摆动剪切机构设计 摘要 摆动剪切机是安装在型钢热连机前，用于切头切尾和卡钢事故的处理剪。随着国 民经济的发展，对型钢产品数量的要求更高。本设计为型钢设计切头的摆动剪，设计 中对摆动剪的局部做了改进。 首先，本文讨论了型钢轧机在国民经济中的地位，并对 300/500 机组平面布置示 意图的概况进行了整体的介绍。并介绍了摆动剪的结构特点和研究的内容与方法。根 据现有设备状况，对设备生产中存在的问题进行分析，对主要部件结构做了合理的选 用。然后，根据机组原始参数初选主电机容量，对其进行发热校核和过载校核，对主 要零件进行强度校核。对齿轮做了强度计算，对曲轴计算了弯曲应力，弯扭合成应力； 校核了危险断面；以及滑块损坏的改进设计及润滑方法，简单计算摆动剪的可靠性和 经济评价。 通过以上工作，摆动剪切机在使用寿命、产品质量理论上应该有一定的提高。设 计内容有实际价值。该摆动剪作为加热炉前的方坯切头飞剪。 关键词：剪切机，摆动，主传动 全套全套 cad 图纸等，联系图纸等，联系 153893706 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第 ii 页 a design of swing scissors abstract swing scissors is installed before the sharp steel of hot continuous rolling mills, which is used to cut the head and end of the steel and deal with the jamming of the steels.with the development of the national economy, the request of the sharp steelss quality is higher than before. in the thesis, the cutting of the head of the swing scissors is researched, and makes some improvments of partial strcture. first, the thesis has discussed the position of the rolling mill of sharp steel in the national economy, and makes the general instruction for 300/500 unit plane arrangement. next, introducing the structural characteristic of the swing cutting and the method and content of the research .according to exising equipment condition, analysing the exist problem in equipment production, the strcture of the major parts are reasonable to choosed. then,according to the primitive parameter of the unit, i primarily choose the capacity of the main motor, and make the heat examination and overload examination, choose if satisfying the requirement, otherwise choose again until the examination is satisfyed. i make the strength examination for major element. as to gears, i make the strength calulation; as to crank, i caculated the curving stress and the crooked synthesis stress, examinationing the dangerous cross section, as well as the improment of the damages of the slide and the method of lubrication. finally i caculated the economy appraisal and the reliablity of swing scissors. through the work of this thesis, swing scissors should certain raise in service life and product quality theoretically, but need the unceasing improvement in practice. key-word: scissors, swing, main drive 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第 i 页 目录 1 绪论.1 1.1 课题选择的背景和目的 1 1.2 热轧型钢轧机的国内外发展趋势 1 1.2.1 轧机布置向半连续化或全连续化发展2 1.2.2 轧制工艺改革出现了切分轧制、热轧冷拔2 1.2.3 轧机结构改造 提高轧制速度2 1.2.4 加热炉控制2 1.2.5 冷却工艺改造2 1.3 剪切机的种类和用途 2 1.3.1 摆动式剪切机2 1.3.2 滚动式飞剪2 1.3.3 曲柄偏心式飞剪3 1.4 摆动剪研究的内容和方法 3 1.4.1 摆动剪在型钢连续机组布置和作用3 1.4.2 型钢热连轧机的生产工艺3 1.4.3 摆动剪的结构特点和研究的内容与方法4 2 摆动剪设计方案的选择和评述.5 2.1 摆动式剪切机设计方案的选择 5 2.1.1 摆动式剪切机传动简图5 2.1.2 摆动剪的剪切过程5 2.2 摆动剪设计方案评述 5 2.2.1 减小摆角6 2.2.2 增加许用摆角6 3 剪切力的计算.8 3.1 剪切速度和剪切力 8 3.1.1 摆动剪设计参数8 3.1.2 剪切机构主要参数的确定8 3.1.3 剪切速度的确定9 3.1.4 剪切力的计算11 3.2 剪切力矩的计算 12 4 电机型号及容量的选择.14 5 主要零件的强度计算.16 5.1 齿轮的强度计算 16 5.1.1 按齿面接触强度设计16 5.1.2 计算17 5.1.3 按齿根弯曲强度设计18 5.1.4 几何尺寸计算19 5.2 曲轴的强度计算 19 5.2.1 曲轴的尺寸和材料性能19 5.2.2 曲轴的强度校核.20 5.3 切向键的计算 21 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第 ii 页 5.4 滑块损坏的改进设计 23 6 试车方法和对控制系统的要求.24 6.1 试车要求 24 6.2 维护规程 24 7 设备的可靠性及经济分析.25 专题 润滑方法选择的探讨.26 1 摩擦和润滑的概念 .26 2 液体润滑和半固体润滑比较 .27 3 剪切机设备润滑方法 .27 结论.29 致谢.30 参考文献.31 附录.32 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第 1 页 1 绪论 1.1 课题选择的背景和目的 摆动剪切机是安装在型钢热连轧机前后，用于切头切尾和卡钢事故的处理剪。随 着国民经济的发展，需要更多数量的，更多品种，更高质量的型钢。为满足这一需求 而型钢的发展不外乎两个，一是挖潜改造旧轧机，二是上新设备，采用新技术新工艺 使型钢设备现代化、自动化、智能化。用新技术更新改造的旧轧机可以少花钱多办事 见效快。500700 热连轧机组是原鞍钢第二初轧厂的设备现以安装在第一炼钢厂小型 钢连轧车间，采用第一炼钢厂的连铸坯，断面 300300mm 长 20m。生产 9090mm和 6060mm的坯料。型钢热连轧机组的生产率高，成品率好采用直列式布置采用普通热 轧法。700 型钢热连轧采用箱箱孔型系统，而 500 型钢热连轧机组则采用菱方 孔型系统轧机生产正常。但是摆动剪切机随着生产速度的提高,经常出现滑道断裂。本 设计对摆动剪进行分析改进方案，解决生产中存在的问题。通过单体机械设计，掌握 单体设备在 700/500 连轧机组的位置为总体方案的选择创造条件。通过分析局部看总 体的方法，达到提高综合设计能力和独立分析能力，通过单体机械摆动剪破坏原因分 析把理论知识和生产实际结合起来，这就是选择这个题目的目的。 1.2 热轧型钢轧机的国内外发展趋势 大型中型型钢生产，大型轧机轧辊名义直径在 500750 毫米,中型轧机名义直径 在 350650 毫米.轨梁轧机在 750900mm。实际，各类轧机，轧辊直径很难细分。 700/500 型钢热连轧机最大轧辊直径是 850mm，最小轧辊直径是 500mm。大、中型钢轧 机型钢生产的特点是产品断面比较复杂，除少量的方、园坯以外大多数是异型断面产 品，由于断面复杂，轧后冷却收缩不均造成轧件内部残余应力和成品形状尺寸的变化。 产品品种多，除少量专业化型钢轧机外，大多数轧机都进行多品种生产，轧辊储备量 大，换辊较频繁不便于连轧生产，除少量采用专业化轧机采用连续式外，大部分属于 小批量生产。世界各国型钢的生产占钢材比例各有不同，工业发达的国家型钢所占钢 材比例小，发展中国家型钢占钢材比例大，型钢生产的总趋势是比例越来越大，其产 量和品种也逐年增加。随着国民经济的需要和轧钢技术提高。很多原有的型钢品种不 断改进，新的型钢品种不断增加。以前，很多必须用锻压、冲压或机械制造加工方法 生产的产品，现在能以轧制方法取而代之。因此，轧制产品的种类和生产技术，也同 样在一定程度上反映一个国家冶金工业的发展水平。 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第 2 页 1.2.1 轧机布置向半连续化或全连续化发展 半连续式可分为机组粗轧为连续而精轧为横切式，或者粗轧为横列式而精轧为连 续式。复二重式也属于半连续式轧制需正反围盘，轧制速度提高受到限制。连续式每 机架只轧一道次轧件，可在数架轧机内同时轧制，轧制速度快，温降小，可采用微张 力轧制，生产率与品种单一比较合适，但投资较高。 1.2.2 轧制工艺改革出现了切分轧制、热轧冷拔 切分轧制也叫热轧纵剖轧法，比较难轧的非对称断面产品先设计成对称断石， 或将小断面产品设计成并联型式大断面产品，以提高轧机生产能力，然后在轧机上或 冷却后用圆盘剪进行纵剖。可得到二个不同尺寸的型材。热轧冷拔，这种方法可生产 高精度型材，其产品机械性能和表面质量高于一般热轧型钢，可直接应用于各种机械 零件，此法可提高工效，减少金属消耗，进行小批量生产，其方法：先热轧成型，并 留有冷加工余量，然后经酸洗，碱洗，水洗，涂润滑剂冷拔成材。 1.2.3 轧机结构改造 提高轧制速度 1 四辊万能轧机生产“h”断面、 “t”断面型钢。 2 中小型普遍采用预应力及短应力回线轧机，其特点是结构紧凑，减少了调整量和 工艺流程，有效地提高轧制精度。 1.2.4 加热炉控制 加热炉采用实时监控及计算机自动控温、控压技术，满足节约燃料，加热均匀， 控制方便的要求。 1.2.5 冷却工艺改造 冷却工艺改造采取斯太尔摩法、施罗曼法等应用。小型和线材在轧件检测上增添 测厚仪，激光测径仪，光学测径仪，元素测量等，型钢轧机逐渐向专业化，多品种以 及向半连轧和全连续化方向发展。 1.3 剪切机的种类和用途 型钢剪切机主要有三种类型：摆式剪切机、滚动式飞剪、曲柄偏心式飞剪。 1.3.1 摆动式剪切机 安装在连轧机的前面，主要用于剪切头、切尾和卡事故处理。 1.3.2 滚动式飞剪 主要剪切小型钢，作为切头飞剪，可剪切厚度不大于 45mm，速度不高于 15m/s 的 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第 3 页 轧件。 1.3.3 曲柄偏心式飞剪 这类飞剪装设在连续型钢轧机后面，主要作定尺剪来用。 1.4 摆动剪研究的内容和方法 1.4.1 摆动剪在型钢连续机组布置和作用 1 机组平面布置 机组平面布置图如图 1.1 所示 1、90 度翻钢机； 2、摆动剪； 3、45 度翻钢机； 4、飞剪。 图 1.1 300/500 机组平面布置示意图 2 摆动剪的作用 将 700 连轧机轧出的坯料，切头，以便 500 连轧机咬入，防止卡钢，切尾为了防 止运行中划伤辊道和轧制困难，当轧机出现事故时，将 700 连轧机轧出的轧坯剪断以 便用吊车运走防止轧件在轧机中停留，即事故处理剪。 1.4.2 型钢热连轧机的生产工艺 原料从第一炼钢厂连铸车间运来进 f1 轧机水平轧制经过 90 度翻钢机翻转 90 度进 入 f2 水平轧机在经过水平连续轧制。从轧制过程中可以看出 700 连轧机采用的箱-箱 孔型系统，而 f1 采用水平轧机是因为若采用立辊选用上传动方案，使得厂房建设费用 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第 4 页 变高，投资费用更多。采用下传动方案，维修不方便。采用水平轧机用 90 度翻钢机也 达到了箱-箱孔型要求。700 连轧机出来后 通过摆动剪切头由 45 度翻钢机变成菱形， 在进入水平轧机轧制后用飞剪机剪切成定尺长度。500 连轧机采用菱方孔型系统。 剪切后的轧件用收集辊道收集后打印用吊车运往冷床冷却后入库。 1.4.3 摆动剪的结构特点和研究的内容与方法 1 摆动剪切机采用双曲柄机构，通过轧件运动带动它摆动到一定摆角后剪断后复位， 剪切过程中，在复位弹簧的弹力作用下使摆角复位。 2 首先到现场对摆式剪进行调研，了解剪切机生产中存在问题，收集有关技术参数， 了解结构特点。 3 制定设计改进方案并进行方案的评述。 4 进行设计计算。 5 对传动控制系统提出要求，以保证摆式剪切机对启动、制动和自动控制的要求。 6 对传动副提出润滑方法和润滑剂品种选择方案。 7 制定出安装规程和检修要求。 8 进行设备的经济分析与评价。 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第 5 页 2 摆动剪设计方案的选择和评述 2.1 摆动式剪切机设计方案的选择 2.1.1 摆动式剪切机传动简图 摆动式飞剪传动简图如图 2.1 所示： 1、驱动齿轮； 2、偏心曲轴； 3、连杆； 4、上刀台； 5、拉杆； 6、滑槽； 7、下刀台； 8、滑块； 9、弹簧； 10、联轴器； 11、驱动电机. 图 2.1 摆动式飞剪传动简图 2.1.2 摆动剪的剪切过程 在轧制过程中轧件到摆动剪前启动剪切机，轧件运行到剪切机位置进行剪切。因 此剪切机构在作剪切运动的同时还要求作摆动运动，摆动方向要求与轧件运动方向相 同，此时滑块沿滑槽滑动，剪断后达到允许摆角。剪切机构逐渐达到最大开口度，同 时在复位弹簧作用下摆动杆摆回，剪切机构复位，完成一次剪切。剪切机采用启动工 作制，剪切机构选用双曲柄机构。 2.2 摆动剪设计方案评述 由摆动式飞剪传动简图可知，采用单电机驱动，选用飞轮力矩小的电机，以便起 制动，选用联轴节制动器以便电机快速停止，传动系统则选用二级齿轮带动曲柄转动。 曲柄连杆剪切机构，结构简单、紧凑。为保证摆杆复位采用复位弹簧，防止复位冲击。 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第 6 页 曲柄采用滚动轴承。 为解决滑道磨损问题，提出两种办法进行讨论： 第一是减小摆角。因轧件剪切时间一定即轧件移动距离一定，摆角减小只能增加 摆杆长度。 第二，增加许用摆角，采用加长复位弹簧的方法。 2.2.1 减小摆角 方案 1 利用原机架将地基上面安上地脚板，为使轧线不变，加长曲柄连杆机构和拉杆的 长度，这个方案基本上保持原设计的模式总体无大的改变。 通过计算，机架应抬高 300mm。并选择转速较大的电机减小摆角，使摆角在许用 值之内。选择低转速惯量，高转速电机降低启动时间，在额定转速时进行剪切，可减 少剪切时间，减少摆动剪的摆角。 方案 2 利用原机架，把曲柄在机架上的轴承座垫高，即制造一对与原轴承座相同的瓦座， 放时机架内其他部分同方案 1。 方案 3 利用原机架，将电机启动工作改成连续工作制，大齿轮空套在曲柄上，采用离合 装置进行剪切。这样剪切时间减少摆角也减少。不改变复位机构达到剪切的目的。电 机可完全在额定转速下剪切，剪切时间自然减少轧辊走的长度变小，摆角自然较小。 2.2.2 增加许用摆角 增加复位弹簧的长度，适当增加拉杆长度，再加一个螺钉套筒，从而使许用压缩 量增长了许用摆角，达到改进的目的。 由上面的评述在结合工厂的实际情况，可采用增加许用摆角的方案，同选择惯性 低的电机其优点： 1、改造的环节少； 2、制造费用低； 3、装拆容易； 4、经过现场改造，使用效果良好。 通过以上讨论，决定采用该方案。机构简图如图 2.2 所示。 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第 7 页 l2 l c b t a l3 e1 e2 210 图 2.2 机构简图 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第 8 页 3 剪切力的计算 3.1 剪切速度和剪切力 3.1.1 摆动剪设计参数 轧件运行速度 1.5m/s 轧件尺寸 136 136mm 材质 # 20 剪切温度950 oc 3.1.2 剪切机构主要参数的确定 1 剪切行程 (3.1) 1 hh 式中： 1=h+ 50-70 h h被剪切钢坯断面高度，mm 上、下刀片重合量，mm 为避免钢坯划伤下剪刃的预留量，mm 为避免个别有翘头的钢坯划伤上剪刃的预留量，mm h=140mm；=10mm；=10mm；=0mm h=200+10+10=220mm 2 剪切机构 剪切机构采用双曲柄机构 保证运动剪切增加一个摆杆 曲柄尺寸： ；50mm；h/2110mm；600mm；550mm；108mm 1 e60m m 2 e 2 l 3 l 4 l 其它尺寸见图 2.2 所示 3 剪切机构自由度 参照图 3.1，计算机构自由度 3 62 802 32 lh wnpp 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第 9 页 曲柄的转动和轧件运动推动机构摆动，因此机构有确定的运动。 3.1.3 剪切速度的确定 1 不摆动剪切时的剪切速度 u (3.2) x bcl 2 sin() cos()() sin lt t ttg t (3.3) sin 12 2 ee l sin() t (3.4) 12 2 ee l cos() cos t 开始剪切时： ； 1 1 tt 490 bc xl 2 sin() sin bc t ll t 2 轧件运动时的剪切速度 (3.5) 2 sin() cos()()() () sin() bc t t tgt uxll t 2 sin() sin() bc t ll t 221121 2 (sinsin)()/(sinsin) tan 1195cos1195 vtettvttett et 2 2 cos1 11951 vet tg 12 2 sinsin() ee t l 12 2 cos() () cos eet l 式中轧件运行速度；mm/s 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第 10 页 剪切时间；t 2 t 2 t 1 t x490 bc l 剪刃接触轧件开始剪切，轧件高度180mm 0 h 开始剪切剪切行程22018139mm 切入深度 zx39 剪刃行程大于 39 毫米以后，开始剪切轧件，相对切入深度 0 n 计算结果见下页表 3.1 中。 3 计算曲柄转速，剪切时间 ；v209.9mm/s 30v n r r110mm 1 e 2 e 表 3.1 计算数据统计表 曲柄转角 （ ） t 0 剪刃行程坐 标长度 （mm bc l ） 剪刃行程 x（mm） 剪切速度v （mm/s） 切入深度z （mm） 相对切入深度 （%） 20495558.700 4051121114.400 5452939148.200 6554555173.2168.8 7556572190.63318 8558090203.25128 95599109209.97039 105619129209.99050 115656166187.912770 135672182165.814380 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第 11 页 150693203120.116491 16070221283.017396 n 30 209.9 18.2 110 18rmin h n 开始剪切时间 1 54 180 0.5 3 66 18 30 h h t t ts n n 0 1 54 剪切完成时间 =； t 180 1.7 6 18 s 0 180 剪切时间 =1.7-0.5=1.2s 2 t 1 tt 3.1.4 剪切力的计算 1.最大剪切力的计算 (3.6) maxmax00 0.6 tbt pkfkf 剪切原始面积 =136136 0 f 0 f 2 mm 剪切深度最大单位剪切抗力，由文献6，259查表 maxt 45，=48mpa maxt 剪切温度强变限，由文献6，265查表 8.3，t=950，=80mpa bt 950b k剪刃磨钝系数由文献6，262,中型剪 k=1.2 1.2 48 136 136 max p max0t kf 2.不同剪切位置的剪切力 = (3.7) p 10t kf 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第 12 页 剪切位置单位剪切抗力 t 宽变变化系数， 确定 取=1 1 k 0 0 b n 1 k =；=28mpa t 0 658.8%t =128136136=518kn p 3.2 剪切力矩的计算 偏心轴上静力矩 (3.8) jpfkon mmmm 式中: 剪切力矩 p m ppp mmm 下上 上剪刃剪切力矩 p m 上 = p m 上2 cossinpet（） 其他计算见下页表 3.2。 表 3.2 数据统计表 曲柄转角（ ） t 0 相对切入深度 （%） 单位剪切阻力 （mpa） t 剪切力（kn） p 658.828517.89 751835647.36 852843795.33 953948887.81 1055046850.82 1157041758.34 1358038702.85 1509128517.89 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第 13 页 1609618332.93 下剪刃剪切力矩 p m 下 = (3.9) p m 下 1sin pet 摩擦力矩 f m = (3.10) f m 12 p ee（） 摩擦系数 启动工作制 0 kon m 计算结果见表 3.3 表 3.3 数据统计表 曲柄转角 （ ） t 0 剪切力 （kn） p p m 上 nm（） p m 下 nm（） f m nm（） j m nm（） 65517.89 2.1 4 10 2.8 4 10 2.8 4 10 7.7 4 10 75647.36 2.9 4 10 3.8 4 10 3.6 4 10 10.3 4 10 85795.33 3.8 4 10 4.8 4 10 4.4 4 10 13 4 10 95887.81 4.4 4 10 5.3 4 10 4.9 4 10 14.6 4 10 105850.82 4.2 4 10 4.9 4 10 4.7 4 10 13.8 4 10 115758.34 3.6 4 10 4.1 4 10 4.2 4 10 11.9 4 10 135702.85 2.8 4 10 3.0 4 10 3.9 4 10 9.7 4 10 150517.89 1.5 4 10 1.6 4 10 2.9 4 10 6.0 4 10 160332.93 0.7 4 10 0.7 4 10 1.8 4 10 3.2 4 10 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第 14 页 4 电机型号及容量的选择 选择电动机需要综合考虑以下问题: 1. 根据机械的负载和生产工艺对电动机的启动，制动，反转，调速等要求，选择 电动机类型。 2. 根据负载转矩，速度变化范围和启动频繁程度等要求，考虑电动机的升温限制， 过载能力和启动转矩，选择电动机容量，并确定冷却通风方式。所选电动机容量应留 有余量，负载率一般 0.80.9。过大的备用容量会使电动机效率降低，对于感应电动 机，其功率因数将变坏，并使按电动机最大扭矩校验强度的机械造价提高。 3. 根据使用场合的条件，如温度，湿度，灰尘，雨水，瓦斯以及腐蚀和易爆气体 等考虑必要的保护方式，选择电动机的结构形式。 4. 根据企业的电网电压标准和对功率因数的要求，确定电动机的电压等级类型。 5. 根据生产机械的最高转速和对电力传动调速系统的过度过程性能的要求，以及 机械减速机构的复杂情况程度，选择电动机额定转速。 结合工厂需要，考虑到车间环境，工作特点，并参考其它剪切机的电机选择，查 电机手册，确定初选他励式 zd2-131-1b 型电机。其主要参数如下： 表 4.1 zd2-131-1b 型电机主要参数 过载倍数 工作切断 型号功率 (kw) 电 压 (v) 电 流 (a) 转速 (r/min) 基速 高速 基速 高速 效 率 励磁 功率 (kw) 转动惯 量 (kg/m2) zd2-131-1b125440326320/12002.5/1.62.75/2.087.23.123.4 n=100 kw r n5001000 min 2.52.75k 电机的功率 （4.1） max 30 jh mn nkw k 曲柄最大静力矩 kn m maxj m 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第 15 页 曲柄转速 h n 18 min h r n k电机过载系数 查电机手册 er nn 584 min er r n 速比 584 32 18 er h n i n 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第 16 页 5 主要零件的强度计算 5.1 齿轮的强度计算 设备为一般工作机器，速度不高，故选用 8 级精度等级,直齿圆柱齿轮传动。 材料选择。由文献7，189表 10-1 选择小齿轮为 40 （调质） ，硬度为 r c 260hbs，大齿轮材料为（调质）硬度为 200hbs，二者材料硬度差为 60hbs 40 n zgm 选小齿轮齿数=18，大齿轮齿数=u =5 18=90 1 z 2 z 5.1.1 按齿面接触强度设计 由文献7，200设计计算公式（10-9a）进行试算，即： (5.1) 2 1 3 1 1 2.32 te t dh k tzu d u 确定公式内的各计算数值 1.试选载荷系数=2.7； t k 2.计算小齿轮传递的转矩 =95.5/=95.5100/90=1.06； 1 t 5 101 p 1 n 5 10 7 10 3.由文献7，201表 10-7 选取齿宽系数 =1； d 4.由文献7，198表 10-6 查得材料的弹性影响系数 =189.8mpa； e z 5.由文献7，207图 10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 =600mpa lim1h 大齿轮的接触疲劳强度极限 =540mpa； lim2h 6.计算应力循环次数 =60j=609012830015=3.89 1 n 1 n h l 8 10 =/5=7.78； 2 n 1 n 7 10 7.由文献7，203图 10-19 查得接触疲劳寿命系数 =0.95；=0.91； 1hn k 2hn k 8.计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1%，安全系数 s=1，由文献7，202 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第 17 页 式（10-12）得： = =0.95 600mpa=570mpa 1 h 1lim1hnh k s = =0.91 540mpa=506mpa 2 h 2lim2hnh k s 5.1.2 计算 1.试算小齿轮分度圆直径,带入中较小的值 1t d h =400mm 2 1 3 1 1 2.32 te t dh k tzu d u 2 7 3 2.7 1.06 106189.8 2.32 15506 2.计算圆周速度 v v=m/s=0.4m/s 11 60 1000 t d n 1 18 60 1000 t d 3.计算齿厚 b b=400mm 1dt d 4.计算齿厚与齿高之比 b/h 模数 =17 t m 11 / t dz 齿高 h=2.25=37.5mm b/h=10.67 t m 5.计算载荷系数 根据 v=0.4m/s，8 级精度，由文献7，192图 10-8 查得动载系数=1.10； v k 直齿轮，假设/b100n/mm。由文献7，193表 10-3 查得=1.2； vt k f hf kk 由文献7，190表 10-2 查得使用系数=1； a k 由文献7，194表 10-4 查得 8 级精度，小齿轮相对支承非对称布置时。 =1.53 233 1.150.180.31 101.15 0.18 1 0.31 10400 hd kb 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第 18 页 由 b/h=10.67，=1.53 由文献7，195查图 10-13 得=1.35； h k f k 故载荷系数 1 1.12 1.2 1.532.06 avhh kk k kk 6.按实际的载荷系数校正所算的分度圆直径，得： =650mm=395.87mm 3 11t t k dd k 32.06 2.7 7.计算模数 m m=19.98 1 t d z 359.7818 5.1.3 按齿根弯曲强度设计 由文献7，198式（10-5）得弯曲强度的计算公式为 (5.2) 1 3 2 1 2 fasa df y ykt m z 1.确定公式内的各计算数值 （ 1 ）由文献7，204图 10-20c 查得： 小齿轮的弯曲疲劳强度极限=500mpa； 1fe 大齿轮的弯曲疲劳强度极限=380mpa； 2fe （ 2 ）由文献7，202图 10-18 查得弯曲疲劳系数=0.90，=0.97； 1fn k 2fn k （ 3 ）计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 s=1.4，得： = 1 f 11 0.90 500 321.42 1.4 fnfe k mpampa s = 2 f 22 0.97 380 263.28 1.4 fnfe k mpampa s （ 4 ）计算载荷系数 k =1.68 1 1.12 1.2 1.35 avff kkkkk （ 5 ）查取齿形系数 由文献7，197表 10-5 查得=2.91；=2.20。 1fa y 2fa y 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第 19 页 （ 6 ）查取应力校正系数 由文献7，197表 10-5 可查得=1.53；=1.78。 1sa y 2sa y （ 7 ）计算大、小齿轮的并加以比较 fasa f y y 22 2 2.16 1.81 0.01487 238.86 fasa f yy 11 1 2.65 1.58 0.01385 303.57 fasa f yy 经比较，大齿轮的数值大。 2.设计计算 7 3 2 2 1.68 1.06 10 0.0148716.46 1 24 m 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算模数 m 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的 模数，由于齿轮模数 m 的大小取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强 度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取弯曲强度算 得的模数 16.46 并就近圆整为标准值为 20mm，按接触强度算得的分度圆直径，算出小 齿轮齿数： 小齿轮齿数 =20 1 z 1 d m 400 20 大齿轮齿数 21 5 20100zuz 这样设计出的齿轮传动，既能满足齿面接触疲劳强度，又能满足了齿根弯曲疲劳 强度，并做到结构紧凑，避免浪费。 5.1.4 几何尺寸计算 1 计算分度圆直径 11 20 20400dz mmm 22 100 202000dz mmm 2 计算中心距 12 40020001200 2 dd amm 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第 20 页 3 计算齿轮宽度 ；取；。 1 1 400400 d bdmm 1 400bmm 2 405bmm 5.2 曲轴的强度计算 5.2.1 曲轴的尺寸和材料性能 曲轴尺寸见图 5.1 图 5.1 曲轴尺寸图 选择材料热处理调质 40 r c 2 180n mm 2 140n mm 5.2.2 曲轴的强度校核 弯矩计算公式： (5.3) 2 cossin n mpet 上 (5.4) 1sinn mpet 下 分析图 5.1，校核图示的三个位置，危险截面 ， p=887.81kn；=44000；=53000 n m 上nmn m 下nm 其内力图由图 5.2 所示 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第 21 页 p/2 p/2 p/2p/2 210p/2 mn上 2 mn上 2 mn下 2 mn下 2 mn下 2 mn下 2 +mn上 mn上 mn下 - 2 mn下+mn上 mw=345p/2 m图 t图 图 5.2 内力图 截面 =345p=153147 w m 1 2 345 887.81 2 nm =44000-=17500 2 n nn m mm 下 上 53000 2nm w= 33 0.400.0063 32 m = 22 1 0.75 wn mm w 22 6 1 1531470.75 17500 0.0063 10 ；安全。 22 24.43180n mmn mm 截面 =210p=210 887.81=93220 w m 1 2nm =17500 n m nm 33 0.270.0019 32 wm 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第 22 页 = 22 6 932200.75 17500 0.0019 10 22 49.70180n mmn mm 安全。 截面 2 33 4400053000 29.25140 0.20.2 0.255 n m n mm d 2 n mm 安全。 最大剪切力 1500kn = w m 210 1500157500 2 nm = 22 6 1 1575000.75 17500 0.0019 10 22 49.70180n mmn mm 安全。 5.3 切向键的计算 切向键受力如图 5.3 所示 d h f x n n 图 5.3 切向键受力图 切向键工作面上的抗挤压的强度条件计算，不计入表面的摩擦力，两个键按一个 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第 23 页 计算，传递的扭矩为： 2 dh x (5.5) max 22 kn ddh mfn 因为=0.1，则： hd max () k nha l 挤压 =27.6 （mpa） max 0.450.5 k mf d ha l 挤压 4 10 式中键的宽度（mm） h 切向键的长度 （mm） l 在键的工作面上的倒棱的宽度（mm） a 挤压许用应力（mpa） 挤压 =0.2，=4mm，=0.1 f ahd =180 挤压 2 n mm =45mm l =14.6mpa k m 4 10 maxk m k m 满足强度条件 5.4 滑块损坏的改进设计 从计算结果可知，剪切 136 136的轧件，剪切力没有达到摆式剪最大剪切力 2 mm 1.5mn，构件强度按原设计是满足要求的。但拉杆摆角增加，弹簧实际位移大于允 0 7.01 许位移，弹簧压死。从剪切机构的结构尺寸可以算出，剪切机构的摆角时， 0 27.2 滑道外沿受力。由于连接处相当于焊死，机构又强迫摆动，势必使滑块与滑道之间产 生很大的相互力偶作用，致使连杆变形，滑道损坏。 解决滑道损坏的方法 1.增加一节弹簧，使它的允许位移增加到 386mm，满足 条件，防止复位弹 簧压死。 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第 24 页 2.增加摆体长度，使拉杆摆角减小，虽然弹簧变形略有增加，仍满足 条 5o 件。 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第 25 页 6 试车方法和对控制系统的要求 6.1 试车要求 1.组装完毕，须进行人工盘车，确无不良现象时方可试车； 2.空载试车至少两个小时，正反转各一小时以上； 3.试车应保证： 1）润滑系统，冷却系统正常； 2）传动平稳，无周期性噪音； 3）压下系统轻便灵活； 4）各紧固零件联结可靠； 5）各轴承温度不超过。 c60 4.满足以上要求，方可试车。 6.2 维护规程 1.一切正常方可开车； 2.停车后要检查系统有无缺陷和各运动部件温度； 3.清理摆动剪周围的脏物，经常保持清洁； 4.设备运转后按巡回检查制，按时定期检查设备的润滑、声音、温度和振动以及运 转状况发现问题及时解决。 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第 26 页 7 设备的可靠性及经济分析 对于可修复的设备，由于发生故障之后，可以修理恢复到正常的状态。因此，从 开始工作到发生故障经历的时间，即可靠度，可靠度时间越长越好。另外，从发生故 障到经过维修后恢复到正常的工作状态阶段的时间（即维修度） 。把可靠度和维修度两 者结合起来就叫有效度（也叫有效利用率） 。 （7.1） amttrmtbf mtbf 式中： mtbf-平均故障间隔期（h） mttr-平均维修时间（h） 表 7.1 资金相关资料表 （单位：千万） 时 间 123456789101112 投 资 3.02.5- 年 收 -1.01.52.02.52.52.52.53.03.03.0 累 收 -3.0-5.5-4.5-3.0-1.01.54.06.59.012.015.018.0 投资回收期： 当年净现金流量 绝对值上年累计净现金流量的 始出现正值年份数 累计净现金流量开 1 t p 5 . 2 0 . 1 16 年 4 . 5 行业投资回收期，重型机械年 c p17 c p 因为 ct pp 所以可以投资。 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第 27 页 专题 润滑方法选择的探讨 1 摩擦和润滑的概念 迄今为止，润滑一直是减少摩擦和阻止磨损的最简单而又最有效的方法。早在矿 物油发明以前，人们就已经懂得使用动物油或植物油来润滑一些简单而又粗糙的机械 摩擦表面。现在，矿物油以及各种添加剂的发展极大地发挥了润滑在各种机械中减磨 抗磨的功能。 在现代冶金工厂中，延长机件使用寿命及减少能量消耗，减少机器运转部分的摩 擦等问题，越来越显得重要。而轧钢车间又是整个冶金工厂中机械设备最集中的地方， 并要求机件能长时间工作，以保证连续生产，因而对轧钢机械设备的润滑显得更为重 要。根据以往统计，轧钢车间有很大一部分动力是消耗在无用的摩擦上，大部分机件 的损坏与定期更换也是摩擦作用的结果，因此设法降低摩擦将是提高生产率的一个重 要途径。 1）摩擦的分类 摩擦通常分为三种：干摩擦，液体摩擦，半液体摩擦。 干摩擦就是运动部分直接接触，其间没有第三者参加运动，因此，二接触面的凹 凸点（显微组织）在运动中互起阻碍作用，产生摩擦，这种情况叫干摩擦。如果在两 个运动件之间有第三者参加运动，使二相对运动部件的表面不直接接触，由第三者给 隔离起来，后者的摩擦要比前者小得多。半液体摩擦则是介于二者之间的一种摩擦。 干摩擦的大小取决于两种相对物体的材料性质、运动速度、工作温度、表面状况 等因素。一般情况下，这类摩擦系数在 0.180.45 之间，而液体摩擦系数却远较干摩 擦为小，通常在 0.0010.005 之间。 2）润滑的基本原理 润滑的基本原理，就是用润滑剂隔开两个凹凸不平的表面接触，变为第三者（油 膜）的内摩擦运动。液体的内摩擦要比相对运动的固体为摩擦小得多。油膜保持得越 好，则摩擦系数就越小。封闭式液体摩擦轴承就是根据此原则把润滑油加压后送进去 的，目的是为更好的将轴托起增加油墨厚度以减少摩擦。 3）润滑的分