机械毕业设计（论文）-360曲柄卡断剪的设计【全套图纸】 .doc

内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（毕业论文）题 目：360曲柄卡断剪学生姓名：学 号：2003042215专 业：机械设计制造及其自动化班 级：机2003-2班指导老师： 59内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）摘要本文是针对360曲柄卡断剪的设计。此设备设置在预精轧机前，是为了在发生堆钢事故时避免影响生产而设置。此设备剪切时借助于气动系统将剪刃回转并压向轧件，随后靠轧件的前进带动剪刃继续回转，并逐渐切入轧件中，直至轧件被切断，并将剩下的轧件挡在外面。本次设计完成的内容是：力能参数的计算；杆件长度的优化；气动系统的设计；整个机构工作时候的受力分析；各主要零部件的设计校核。 关键词：360曲柄卡断剪； 轧件； 气动系统。全套图纸，加153893706abstractthis paper is a design for360 cranks flying shears. this facility is to avoid when occurring pile steel accident that influence that influence producing and is installed before the no.1 rolling mill. this facilitys working is using pneumatic system and make the cut edge turn around an make the cut edge around and press to rolled piece, soon afterwards lean rolled piece go forward to drive the cut edge turn around. continuously, and gradually cut the rolled piece, till rolled piece, till rolled piece had been cut of , and block the rolled piece that leaves in surface. the content of this design completion is :calculating the mechanics parameter ;optimizing the poles length; it is pneumatic and systematic to design; entire organization work get force analysis; design each major component.key word:360cranks flying shears; rolled piece; pneumatic system.目 录摘 要abstract第一章 绪论1.1 线材生产的基本知识1.1.1 线材生产1.1.2 高速线材生产1.2 线材生产的发展1.3 飞剪机类型与结构1.4本次设计的卡断剪的类型特点第二章 结构设计2.1 结构设计与特点2.2 气动系统的设计与特点第三章 力能参数的设计计算103.1 剪切力的计算103.2 剪切力矩的计算123.3 剪切功的计算13第四章 杆件长度的优化144.1 初始条件144.2 作图法优化杆件长度144.2.1 反转法说明144.2.2 作图步骤15第五章 气动系统的设计计算175.1 工作要求及环境条件175.1.1 工作要求175.1.2 运动要求175.1.3 动力要求195.2 气动回路设计205.3 选择设计执行元件215.3.1 确定执行元件类型215.3.2 耗气量的计算215.4选择控制元件225.5 选择气动辅助元件225.6确定管道直径 验算压力损失235.6.1 确定管径235.6.2 验算压力损失24第六章 主要零部件的设计计算286.1 动力分析286.1.1 运动分析286.1.2 加速度分析296.1.3 力分析296.2 机构工作时杆件受力分析296.2.1 整体分析296.2.2 下刀架受力分析306.2.3 上刀架受力分析326.3 各构件受力最大时情况336.4刀架轴的设计计算366.4.1 选择轴的材料366.4.2 初步估计轴径366.4.3 轴的结构设计366.4.4 轴的强度验算386.5 拉杆的设计计算446.5.1 选择拉杆的材料446.5.2 拉杆结构设计446.5.3 拉杆承受最大拉力及分析456.5.4 拉杆抗拉性能校核456.6卡断剪刀片的设计计算466.6.1 选择刀片的材料466.6.2 刀片的结构设计466.6.3 下刀片的受力分析486.6.4 刀片的强度校核49第七章 设备的润滑527.1 基本知识527.2 本次设计的润滑527.3 润滑脂的选用53结束语54参考文献56内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）第一章 绪论1.1线材生产的基本知识1.1.1 线材生产我国现行有关标准规定，直径为59毫米呈盘卷转台的热轧圆钢称为线材，它是热轧型钢中断面尺寸最小的一种，线材因以盘卷状交货，故又称为盘条。线材用途很广，在国民经济各部门中线材占有重要的地位。有的线材轧制后可直接使用，主要做钢筋混凝土的配筋和焊接结构件用；有的则作为再加工原料，经过再加工后使用，例如经过拉拔后成各种钢丝，再经过捻制成钢丝绳；经过热锻或冷锻成铆钉；经过冷锻及滚压成螺栓；经过缠绕成型及热处理制成弹簧等等。线材应用范围不仅相当广泛，而且用量也大。据有关资料统计，各国线材产品产量占全部热轧件总量的5.3%15.3%。例如美国约占5%，日本约占8%，美国和俄国约占9%,西德约占11%，法国约占14%，我国约占10%左右。 从生产工艺方面来讲，合乎尺寸精度要求的线材不时轻易就能轧制出来的。其原因是线材比圆钢细而长，表面积大，温降非常快，在炸知道最后几道次的时候，能保持轧件在热加工温度范围内的时间很短，这就很容易造成由于温度急剧下降而超出了允许的轧制温度下限，使整根线材成为废品。此处，虽然钢坯在加热时各部分温度基本是均匀一致的，但由于各部分从出炉到轧制所经历的时间不同，在轧制过程中温降大小也就不同，从而造成各部分的温度差异，进而导致了线材各部分在轧制时的变形情况不同和冷却到常温时的收缩量不同，进而形成的各部分断面尺寸不同。温度降给调整和操作带来很大的困难，解决的办法一是减少盘量，二是使轧件速度增大，减少或套，前者不符合用户要求，后者是解决矛盾的合理途径。自1966年世界上第一套摩根45轧机以及相应的控制冷却等设备正式投产以来，出现了线材生产的崭新局面。目前，告诉无扭精轧机组的出口速度已达到102m/s,相应的自动化程度也随之更为提高，并开始采用电子计算机控制和进行生产管理。告诉线材轧机是近年来钢铁工业的惊人成就之一。1.1.2高速线材生产高速线材轧机与其他先进技术一样也是时代的产物，是冶金技术，电控技术，机械知道技术的综合产物。高速轧机的特点是：高速单线无扭微张力组合结构碳化钨环和自动化。产品特点是盘重大，精度高质量好。其机型可概括为三辊式，4515/75和平立交替式四种。通常高速线材轧机的工艺特点可以概括为连续高速无扭合控冷，其中高速轧制是最主要的工艺特点。实现高速首先是设备，如镜轧机夹送辊吐丝机要能适应高速运转。在工艺上保证高速的主要条件是原料质量轧件精度轧件温度。要保证轧件精度，轧机机座的刚度精度都必须达到相当高的水平。导位精度与轧件头部的质量关系很大，要保证轧件头部的尺寸及形状必须从导位入手。轧机间的张力对轧件精度影响很大，应尽可能实现无张力轧制；高速线材轧机问世后，大盘重自然冷却会造成二次氧化严重，轧后线材力学性能低并严重不均匀的问题极为突出。这就使轧后控制冷却工艺被广泛采用，并随用户对产品质量提高的要求而逐渐改善。轧后控制冷却工艺已成为高速线材轧机不可分割的组成部分，是高速线材轧机区别于老式线材轧机的特点之一。高速线在轧制工艺流程如下：1.2线材生产的发展1.2.1轧机的发展状况在国际上，摩根新式精轧机组是当代具有代表性的高速轧机。摩根公司从1962年就开始研制新式线材精轧机，1966年第一台高速无扭精轧机在加拿大钢铁公司投产，当时轧速是43m/s 摩根公司自第一台高速无扭轧机投产后20年间发展非常迅速。保证轧制速度从第代的43m/s发展到第带的100m/s，提高了1.3倍。最大辊径的轧制速度从第代的50m/s到第带的的120m/s，提高了1.4倍。并随着连铸技术的发展，为满足增大钢坯断面的需要，为了直接使用较大断面的连铸钢坯，轧制速度又进一步怎张德去世。摩根公司80年代中期的高精度轧机是高线轧机的又一突破，此轧机是在精轧机后面的水冷段之间或夹送辊之间再增加一对或两队轧机，更重要的是在自动控制方面有了相应发展，主要表现是计算机在控制系统中得到应用，不但增强了可靠性，而且当工艺需要改变控制程序时，只需修改计算机软件即可，使自动控制系统的改造工作变得极为简单，更易实现。五代高速轧机的发展，在几方面作了改进，并且现代高速轧机技术的新发展，变现如下：降低机组重心，降低传动轴高度，减少机组的振动;强化轧机，增加精轧机组的大辊径轧机的数量；改进轧机调整性能；采用控冷轧制和低温轧制；高精轧设备的使用；粗轧机组的改进。在19641989年间，高线设备的发展较快，据不完全统计，全世界共建设了 294套高速无扭粗粗轧机组和303条控制冷却线。1.2.2 飞剪机的发展状况对于飞剪机的使用，大大提高了生产率，从目前的生产状况及将来的前景堪，飞剪机的发展趋势如下：剪切断面的质量要提高，要求剪刃在剪切区域发展趋势大提如下，剪刃在剪切区内其水平防线的速度与轧件的最大限速度保持一致。为达到这一目的，飞剪机种设置了匀速机构，有的还装有定尺调长机构。这些变化导致了剪切机构也相应的复杂。所以飞剪的最大一个发展趋势是机构越来越复杂，庞大，飞剪功能也越来越多。飞剪的另一个发展趋势是向自动化的方向发展，随着机电一体化进程的提高，轧制速度也越来越快，自动化趋势已经成为必然的发展方向。1.3飞剪机类型与结构1.3.1 飞剪的类型飞剪用来横向剪切运动着的轧件。此类剪切机一般都是装在连续式轧机轧制线上，或钢板横切机组作业线上，用来剪切轧件头尾部及将轧件剪切成定尺长度。目前应用较广泛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式飞剪和曲柄摇杆式飞剪等。1.盘式飞剪这种飞剪一般用在小型车间，安装在冷床前，对轧件进行粗剪，使进入冷床的轧件不致过长；或者将它安装在粗轧机组前，对轧件进行切透，以保证精轧机组的轧制过程顺利进行。2.滚筒式飞剪这是一种应用很广的飞剪。它装设在连轧机组或横切机组上，用来剪切厚度小雨12mm的钢板或小型型钢。滚筒式飞剪的刀片作简单的圆周运动，故可剪切运动高达15m/s以上的轧件。3.曲柄回转杠杆式飞剪用飞剪剪切厚度较大的板材或钢坯时，为了保证轧件剪切断面的平整，往往采用刀片作平移运动的飞剪，曲柄回转杠杆式飞剪就是此类。 因飞剪种类繁多，此处就不一一介绍了，只挑常见的作为简单了解。1.3.2飞剪机的结构飞剪机机架结构设计有三类：闭式机架开式机架半开式机架。一般的飞剪机只有开式和闭式。开式机架和闭室机架各有其特点，闭式机架一般做成门型的框架，它的刚性较好，但由于剪刃在里面，bu易观察其剪切情况，由于它是一个整体，一旦发生事故不好处理。一般特大型的飞剪机采用此式机架。开式机架则克服了闭式机架的缺点，但刚性小，剪切断面小，一般适合于小型的飞剪机。剪切机的结构有铸件和焊件，铸件是整个机架采用整体铸造或全部铸造再连接，焊接则采用普通零件焊接法，以前在焊接技术不是很完善的时候，多采用铸造式，但铸造比较复杂，工艺繁杂，因此对原料使用较多，不仅浪费了原料，而且铸件的体形庞大且比较笨重，因此随着焊接技术的发展，越来越多采用焊接技术。采用焊接技术科缩短制造周期，对于飞剪机的箱形机架更易采用，可大大节约成本，简化工艺。因此采用开式焊接机构的机架较为宜。1.4 本次设计的飞剪机的类型特点线材生产中为了在发生堆钢事故时避免影响生产，须将发生事故机架前的轧件切断，而设置事故剪切机。本次设计为精轧机前曲柄卡断剪，该剪机有三个作用：一是切去钢坯的前端或尾部黑头；二是将钢坯分段；三是精轧机发生事故时，为防止事故扩大而间断已轧入的钢坯。要求该剪在生产中能剪切行进中的钢坯，所以它必须举有飞剪机功能。钢坯剪的形式有摆动剪和曲柄剪两种。摆动剪，上剪刃分为4部分，分别由气缸控制，下剪刃是一整体。上下剪刃都安放在摆动的框架中，并随框架摆动而摆动。曲柄剪，当剪切时由液压缸或气缸推动曲柄，通过连杆使上下剪刃同时动作，摆向剪切位置。平面布置方式：380碎断剪卡断剪精轧机组360卡断剪的示意图： 本设计的整体方案本设计为380碎断剪后曲柄卡断剪，相应特点由上已全部叙述，这里只叙述它的工作传动过程：气缸下刀架连杆上刀架因此首先计算力能参数，由力能参数计算并设计检验气动系统，最后再对重要零件进行设计校核，其中气动系统最为，它是保证机器运转的前提，保证机器在剪切时尽量减小冲击的重要手段，因此气动系统的设计为本设计的重点之一。因此系统结构简单，可视为一四杆机构，因此对各元件长度及其夹角关系的优化也是重点之一，只有长度角度合适，机器才会按设计及工作路径进行工作;最后就是各个重要零件的校核。如刀架轴，大连杆及刀片。 第二章结构设计2.1 机构系统的设计与特点 本设计的卡断剪由机架上刀架连杆及下刀架组成，并且采用气缸驱动下刀架回转，带动连杆使上刀架同步回转。通常，刀片是完全分开的，需要进行剪切时，刀片通过气缸作用使刀片与移动的钢坯接触，剪切动作开始发生:钢坯不断的向前运动使刀片完全啮合而切断钢坯，然后一起阻止余下长度的钢坯通过，气缸回程使刀片分开并返回到完全打开的位置。2.2 气动系统的设计与特点气动系统为驱动系统，因其有许多优点：系统的组装维修以及元件的更换比较简单；有利用几种供气；动作迅速反应快且具有较高的自保能力；使用方便又无污染，所有该卡断剪使用气动系统作为驱动系统。执行元件为一个双作用缓冲气缸，这是为了防止返程时对气缸的冲击，气缸由一个单电控二位四通电磁换向阀控制，该阀无中间位置，给电磁阀通电使剪刃刀片关闭，不充电则使剪刃刀片打开。缓冲气缸的作用并不是给剪刃施加力使之剪断坯料，而是使通过对刀架的驱动，使刀片在接触轧件时拥有与之相同的前进速度和一个压在轧件上的压紧力，使刀片可以同轧件共同向前运动，而不致于使刀片崩飞而无法压入轧件。由于轧件运动速度不定，使用出口节流调速的气动系统，可以防止爬行现象的产生。为了提高生产率，使刀片不工作的回程时间尽可能的短。因此回程由快排阀作用，加快回程速度了。第三章 力能参数的计算3.1 剪切力的计算飞剪机根据飞剪刀片形状的不同，其剪切力可按平行刀刃剪切机或斜切刃剪切机的计算方法来计算。本次设计为平刃剪刀，因此按平行刀刃剪切机剪切力的计算方法来计算。3.1.1最大剪切力 在设计剪切机时，首先要根据所剪轧件最大断面尺寸来确定剪切机公称能力，它是根据最大剪切力的计算并参照有关标准和资料来确定，最大剪切力可有下式来计算：（由1p259式8-13得） pmax=kfmaxfmax- 被剪轧件最大的原始断面面积 - 被剪轧件材料在相应剪切温度下的单位剪切阻力mpa;k - 考虑由于刀刃磨损磨钝，刀片间隙增大而使剪切力提高的系数； 当所剪材料无单位剪切阻力试验数据时，由（1）式8-14按下式计算： pmax=0.6k fmax - 被剪轧件材料在相应剪切温度下的强度极限mpa；此次设计按（式3-2）来计算最大剪切力pmax. 由（1），选取k=1.2 ； 由剪切材料45#钢，剪切温度，通过（1）表8-4，查得：=150mpa 由设计题目给定：fmax=200 pmax=0.6k fmax=0.61.215020021.6kn2. 剪切角度的计算：如图3-1 所示飞剪的剪切过程： 图3-1 飞剪的剪切过程 角相当于剪切轧件厚度为h时的开始剪切角度。由（1）式9-33得： =（a-h）/2r=1-（h+s）/2r其中：h 轧件厚度，因其为方坯，所以h=16mms刀片的重叠量，这里取s=10mmr刀刃距回转中心的距离r=（a+s）/2=185mm=1-=0.9297=21.62角剪切过程中出现最大pmax时的角度，考虑到相对切入深度 问题，由（1）表8-4和图综合得出，取=0.34由（1）式得：=1-=0.9449 =19.11 角剪切终了角度。因轧件在剪至相对切入深度时，由于滑移将自动断开由此此时为剪切终了，由（1）图所查得：45#（高碳钢）的相对切入深度= 0.96 =1-=.9704=15.303 剪切时间的计算 因剪切过程中刀片的水平速度与轧件同速，所以剪切时间为刀片水平位移与轧件速度的商。取轧件速度=20m/s,可得t=x/,由三角关系可x=0.02344mm t=0.0012s4刀架所受合力p的计算： 刀架可视为二力杆，只受沿杆向的力，此力为剪切力的合力，所以刀架受的最大合力：p= =22.86kn3.2.2剪切力矩的计算由（4）中知，最大剪切力矩： mg= pmaxsin其中：为咬入角 cos =( r-h+z)/(r+s/2)而z为切入深度z=h，则cos =(r-h+h)/(r+s/2)=0.9189由式 3-6 得cos =23.23由式3-5得 mg= 216000.3750.5sin23.23=1597.41nm3.2.3剪切功a的计算根据剪切功的可以近似而方便地计算出剪切机功率。剪切功与剪切力和刀片行程有关，由（1），当不考虑刀片磨钝等因素，可按下式计算 a=fh 令a=，a称为单位剪切功，则 a=fha由（1），一般经验公式得：由图知道=0.75=45， =0.96由公式a=42.3由(式3-7)得a=fha=15.36knm第四章 杆件长度的优化本设计的关键之一是各杆长度的确定。运动部件由上刀架，下刀架，连杆所组成。其本质为一个平面四杆机构，即由上刀架，连杆，下刀架及机架必须保持同步，即角速度相同，上刀架转过一个角度，下刀架必在相同的时间内转过相同的角度。4.1初始条件4.1.1 极限转角上刀架由气缸驱动进行转动，气缸的伸出长度即可确定一个转角。本设计气缸工作时要伸出的位移为a= 120mm，气缸连接杆的长度b=180mm。连接杆的起始，终了位置可构成一个三角形，其转角就是上刀架极限转角。由余弦定理得： = + - 2cos则 cos=( 2-)/2=0.7832 =45.97初始条件如下：机架长度：360mm与连杆连接处至轴心距离：110mm（以上数据均为轴，孔的中心距）上刀架连接杆初始位置水垂直方向成46角，为方便优化杆长，在其转角范围内任取一角度：25转动极限角度：45.97（下刀架也应转过相应角度：25, 45.97）4.2作图法优化杆件长度由（11）介绍的“反转法”（也称反转机构法），运用作图法来优化杆长。4.2.1反转法说明 图4-1如图4-1所示，若改连杆cd为机架，则构件ab变为连杆，而为了求得新连杆ab相对应的新机架cd运动时，活动铰链a，b的位置，可将原机构第二位置视为刚体，绕d点反转一角，使与重合而求得。这种方法称为“反转机构法”。4.2.2作图步骤如附图，根据给定机架长度 =360mm,原动件（上刀架）长度b=110mm，按一定比例与垂直方向成46关系作出其第一位置，然后根据转角=25，=45.97，定出第二，第三位置，。为求得铰链b位置，连接，。并根据反转法原理将其分别绕点反转-及-角，从而得到， 三点确定的圆弧的圆心即为所求的铰链b的位置，而即为所求的四杆机构，量出其长度按比例扩大即为各杆件的优化长度。经过圆整其=110mm =280mm 与垂直位置夹角为53。 说明：各杆长度及角度，将构件简化为杆件，各杆代表实体的中心线。图4-2为剪切结束各杆位置，各参数如下：图4-2第五章气动系统的设计计算5.1 工作要求及环境条件 5.1.1 工作要求剪切运动是通过把剪刀带进钢坯，由于钢坯的向前运动使剪刃完全卡入而切断钢坯。在正常情况下剪刃是完全分开的，由一个双作用的气缸关闭和打开剪刃。当柱塞处于完全返回位置时，剪刃完全断开，当柱塞向前伸出时，剪刃向前运动进而切断轧件。5.1.2 运动要求 刀架的运动为：下刀架由e，上刀架由d，a，b，c，d，e为初始位置；，为剪切时刀架各部分的空间位置，开始剪切角度（前面已算出）；，为剪切结束后刀架各部分的空间位置，即极限位置，e点是与气缸杆相连接处；b，c为刀片位置；a，d为连杆连接处。为保持a与d的同步性，前面已优化出各杆的长度尺寸。eo180mm,oboc 185mm, oa=od=110mm, e为气缸运动的位移。e=120,总转角=45.97 空转角度=45.97-21.61=24.35。气缸作用：使刀架达到角度,剪切速度=20m/s此时角速度：=108.11rad/s由公式=+2 可知当=0时，=2角加速度：=13750.71rad/点切向速度：=0.180108.11=19.44m/s切向加速度：=0.18013750.71=2166.45m/法向加速度 ：=0.180=1925.6m/运动所花时间由公式得到：=0.0055s总加速度：=2364.32m/a点切向速度：0.11108.1111.88m/s切向加速度：=0.1113750.71=1521.21m/ 法向加速度：=0.11=1283.61m/ 总加速度：=1835.27 m/ 由于同步性：=,=运动所花时间：t=0.0034s运动所花总时间：t=0.0034+0.0055=0.0089s为了提高生产效率，空回程的运动时间减小，为t=0.0052s气缸工作一个周期所需时间：t=0.0141s5.1.3动力要求气缸输出的力可分为三种： 使刀架加速转动，当达到=21.61时使刀尖水平速度为20m/s；克服上下刀架转轴处的摩擦力；使刀片在轧件上拥有一预压力，防止刀片回崩。因上下刀架及连杆架尺寸相同，下刀架的以上三种力可等值加算到上刀架上。据现场实测，上刀架质量50kg0；连杆质量20kg；下刀架质量60kg, 上下刀架中心均在距轴心30mm的刀尖与轴的连线上；由经验估算预压力100n。当刀架转到与竖直面成21.61时，对刀架轴心的转矩相等，即=0，各力矩平衡。由理论力学上册得f=0.1摩擦力矩：=f()g=15.55nm（r为轴半径） 转动力矩：=640 nm 预压力矩：=2=13.63 nm气缸推力矩：f 0.18sin(110-21.61)= + 气缸推力：f=3856nm工作环境：环境温度3040,灰尘较少。 5.2 气动回路设计列出气动执行元件的工作程序： 起动剪切快速返回。气动回路原理图：上图，此气动回路为快速返回回路。当 不通电时，在路工作，由单向阀调节控制气缸向下运动的速度。当给 通电时，则左路工作，单向节流阀不会产生节流，单向阀打开，由于回路上有快排阀 ，所以气缸 快速返回，此时完成了一个周期的动作。因为溢流阀处有过载保护功能，因此换向阀常为通电状态。气缸缩回状态，刀架处于打开状态。5.3选择设计执行元件5.3.1 确定执行元件的类型因为气缸的伸、缩均需气动控制，所以选用一双作用气缸，为了使活塞能够平稳的靠近端盖而不发生冲击，减少振动或机件的损失，采用缓冲气缸。因为工作行程不大，主要参数尺寸：气缸内径 d=式中：f- 活塞杆伸出时的推力 n； d- 气缸内径 m； p- 气缸工作压力 ； - 考虑总阻力及动特性参数的负载率 =0.70.8此时 f=3856n p=0.4mpa =0.8由式51，得d=0.121m=121mm由（5）表32 查得：气缸内径 d=125mm活塞杆直径 d=40mm行程 s=300mm 综上， 由（8）查得 ，选用气缸型号为：jb125300s5.3.2耗气量的计算已知缸径d= 125mm ,缸径d=40mm行程s= 300mm 工作一周期所需时间t=0.0192s 由式321可得：其压缩空气耗气量：q=（2）式中：q-双作用活塞缸压缩空气耗气量 ； - 气缸容积效率，一般取=0.90.95取=0.93，由式52，得q=（2）=210l/s 由表72 查得：初选通径为20mm5.4选择控制元件1.主控阀（二位四通电磁换向阀）由 选得初选型号24jdl20wx12.快速排气阀由得：初选型号kpl20l2 3.单向节流阀由得：初选型号 lal204. 溢流阀由 得：溢流阀型号：xyl20n15.5选择气动辅助元件1.过滤减压，油雾器组件由得初选型号： q3ljwc20f12.消声器 由 初选型号：xsl20l15.6 确定管道直径验算压力损失5.6.1 确定管径本设计按照各管径与气动元件通径相一致原则，如图 所示各元件与管的大致位置及尺寸距离。1组件 2换向阀 3单向节流阀4快排阀图54气动元件位置图由于各元件通径为。因此选 ab,cd段管径为 。5.6.2验算压力损失 如图 54 所示，各段尺寸均由图纸所得，现判断压力损失是否在允许的范围之内。沿程压力损失a ab段的沿程压力损失：由 式中 l，d-分别为官路长度和管内径；-管中流速 m/s;-管路沿程阻力系数，层流为=，式中为雷诺数=，为气体运动粘度 /s ；本设计中，d=0.02m, l=420+20+20+30=0.59m;由 (5)p4表13 查得，当温度为 30 时，空气运动粘度 。此时管中空气属紊流状态，但此时re满足 则：由尼古拉茨实验得的圆管紊流状态得 = 0.0032+0.221此时=0.012由（5）p3式12，14得气体重度 由式53得b cd段的沿程压力损失：由式53得c 所有直管沿程压力损失： 局部压力损失：1流经管路中的局部压力损失=- 局部阻力系数式中：=-入口局部阻力系数、-弯头局部阻力系数=0.25mpa- 出口局部阻力系数由式 =0.008mpa2流经元、辅件的压力损失。流经减压阀的压力损失较小可忽略不计，其余损失=+式中：-流经分水滤气器的压力损失； -流经油雾器的压力损失； -流经换向阀的压力损失； -流经单向节流阀的压力损失； -流经快排阀的压力损失。由 查得=0.01mpa =0.015mpa =0.015mpa =0.025mpa=0.012mpa得：=0.077mpa3总局部压力损失：=+=0.018+0.077=0.095mpa 总损失：=+=0.095+=0.138mpa考虑排气口消声器等不计入压力损失，= -压力损失简化修正系数=1.051.3 取=1.1由式 = 1.10.138=0.151mpa从以上的的计算可知，压力损失主要在气动元、辅件上，所以在不要求精确计算的场位可不细算，只要在修正系数中取较大值就可以了。=执行元件所需工作压力p = 0.2mpa压力损失=0.151mpa供气压力（气动系统压力）为4bar 说明供气压力满足了执行元件需要的工作压力，以上选择的通径和管径都是符合工作要求的，都是合理的，可行的。第六章主要零部件的设计计算6.1动力分析6.1.1运动分析360卡断剪工作时，剪刃同坯料一同前进，坯料速度为=20m/s,如图所示，则切向速度 =，因剪切过程中，轧件运动速度可视为匀速运动，在剪切过程中不发生任何改变。随着减小，不断减小，因此角速度不断减小，为一减速运动，因剪切时间t= 0.0034s 时间很短，变化情况不大，可视为角加速为一常量，则刀架在剪切过程中视为一匀减速回转运动，任一角度时（15.30,21.61） =计算角加速度当=21.62时，剪切开始，此时 =114.64m/s当=15.30时，剪切结束，此时=111.29m/s有公式=+t （t=） 得=2054.33rad/6.1.2加速度分析（以下刀架为例） 建立动坐标 xo,如图，其中a点相对速度，牵连速度=，绝对速度，三者满足=+，因不断减小，为匀减速，则加速度分布如图6-3所示，=0。由于为平动，则满足：=+ =r=r= 6.1.3力分析 由于产生向上的加速度，则必在a点有一向上的力下刀架 =上刀架 =6.2机构工作时杆件的受力分析6.2.1整体分析 图6-4为刀架转过任意角度时的受力分析图，即为剪切轧件事的受力分析，因此15.30，21.61,各铰链受力情况如图6-4所示，各角度在图中均已标出。注：-杆4对杆3施加的力；- 气缸输出的力；- 摩擦力矩；-为克服摩擦力矩轧件对刀架施加的力；-阻碍刀片与轧件相对运动的阻力，由运动分析得出。6.2.2下刀架受力分析图6-5如图6-5所示根据数学推导得：a=180cos(80-)b=185sind=185cos根据正弦定理，如图6-4得， =arcsin则=134-c=110sin(46+)对点去矩， =0，得 =+=cos(90-)=sin(90-)=tg根据受合力为零=0； =0。得=-=-+6.2.3上刀架受力分析如图6-6所示同样由数学推导得：e=b=185sing=d=185cos=127+-= 0.11sin（53-+）由于=0，得=cos(90-)=sin(90-)根据=0，=0，得=-=-6.3各构件受力最大时的情况由上述分析可以看出，刀架受力来源除气缸供给的压力处，均为在剪切轧件时所受的剪切反力及轧件给予的推力。上述的分析是为了算出，及反力的最大值，连杆在剪切过程中所受最大拉力，进而校核刀架轴及连杆是否满足要求。根据图中可以看出，比坯料在=0.96 时自动断开，此时刀架为终了剪切角度（=15.30）即从剪切到结束刀架由与垂直成21.61至15.30。值由0至0.96。为分析出支架及连杆所受的最大力在何处，先分析剪切反力的变化情况。由图即可看出，剪切力由零逐渐增大，至=0.36时达到最大值，之后急剧减小，到=0.96以后剪切力为零，坯料断开。为此，要找最大力时刀架与垂直方向夹角为多大，需将划分几个阶段分别述为各力情况，再进行比较分析。现将分为以下三个阶段，即=0.36 =0.66 =0.96 =0.36 时，前面已得出：p=21.6kn=19.11由6.1节可得：=19.7kn=17.9kn=0.66时，由式8-15，得瞬时剪切力 =k-当刀片切入深度时，瞬时单位剪切阻力由图查得 =0.66 =40mpa则此时 p=1.240200=9.6kncos=1-0.9428=17.34=18.8kn=16.9kn=0.96时，查 图查得 =20mpa同上 p=4.8kn =15.30=17.9kn=16.0kn将以上四种情况下各基本力计算如下 由6.2节中各分析粗的共识可得： =0.36=2991.62n=-5039n =38946n=18400n=-14374n =-47563n合力：下刀架轴所受合力：=39271n上刀架轴所受合力：=52425n拉杆承受拉力为：=13154n=0.66=2972.46n=-2428n =30741n=18920n=-15075n =-41258n合力：下刀架轴所受合力：=39271n上刀架轴所受合力：=52425n拉杆承受拉力为：=13154n=0.96=2946.43n= -406n =25658n=19214n=-15841n =-36240n合力：下刀架轴所受合力：=25661n上刀架轴所受合力：=39550n拉杆承受拉力为：=13889n 0.36 19.11 39271n52425n13154n 0.66 17.34 32546n 46087n 13541n 0.96 15.3025661n39550n13889n由上可看出一种受力规律，经比较各种情况下的，的大小可知，是在剪切力出现最大值时，达到最大值（=0.36）; 是在剪切终了时，即=0.96（=15.30）时出现最大值，所以上、下刀架轴在= 19.11(=0.36)时校核其强度，拉杆则在=15.30(=0.96)时校核在承受最大力时校核合格，则在其他状态下也为安全状态。6.4 刀架轴的设计计算6.4.1 选择轴的材料该轴承受径向力很大，是整个设备最为关键的零件。选择调质处理的合金钢40cr,由表12-2知：此材料应读241286hbs，抗拉强度极限=540mpa，弯曲疲劳极限=355 mpa，剪切疲劳极限=200 mpa。6.4.2 初步估计轴径因为此轴径向力较大，扭转力是由摩擦引起的，轴部转动。根据现场及精盐初选轴径d=100mm6.4.3轴的结构设计轴的轴向和周向定位 靠一个长垫片进行轴向及沿轴向旋转的定位，此轴属于心轴，不转动也无传动工作时与轴瓦进行滑动摩擦，与滑动轴承工作情况类似。确定轴径及其长度。刀架宽88mm 总长=292+882=468mm6.4.4轴的强度验算先做出受力计算简图，如图6-9（a）取集中载荷作用于支撑架内壁处。图6-13（1）求单位长度受力q及支撑架支反力= ，由表6-1可知轴在刀架与垂直方向成，=19.11时受力最大，此时= 39271n=39.27kn ，图中l=0.088m ，可得q=446.25kn/m= =19.64kn画出剪力图 （2）画弯矩图a、b点弯矩=0点d弯矩最大 =431.97nm（3）画扭矩图 只受摩擦力产生的扭矩tt= 392710.10.05=308.28nm（4）画计算弯矩图因为飞剪机为启动工作制，可视为轴所受扭矩为脉动循环=0.6则截面d处当量弯矩为=441.76 nm（5）按弯扭合成应力校核轴的强度1截面d处当量弯矩最大，故截面d为可能的危险截面，已知= 441.76 nm，由（9）表12-2查得=70mpa由（9）式12-6得=由式6-1可算出=4.42mpa轴上放置条型垫片的槽处虽只受扭矩作用，但其直径小，该截面亦可能为危险截面。将此截面视为直径是 100-16=84mm的圆轴。如果84 圆轴校核成功，则本轴也一定合适。=0.6308.28=184.99 nm= =3.12mpa此轴静强度安全（8） 轴的刚度盐酸轴受载后会发生弯曲变形和扭转变形，弯形过大会影响轴的正常工作，为此对这根轴进行一下刚度校核。1弯曲刚度的校核对于刚度要求较高的轴，由（9）表12-12查得许用挠度y=0.0002l=0.0176mm,许用偏转角=0.001rad此种情况下，最大挠度为f=-最大偏转角=-其中：e-弹性模量，由（10）表2.2查得e=200gpa i-惯性矩 i=4.9由式6-2得 此轴的最大挠度f=0.00036mmff由式6-3得此轴的最大偏转角=0.000063rad扭转刚度的校核由（9）表12-12查得许用扭转角=0.5/m, 单位轴长扭转角为g-材料的抗剪弹性模量-轴截面极惯性矩=4.89由式6-4得=0.045/m该轴扭转刚度合格。至此，上刀架支撑轴的设计计算结束，下刀架轴的设计，校核计算与此轴相同，为方便起见，选用同此轴相同的轴径及配合公差。经校核可知合格。（校核略）6.5拉杆的设计计算6.5.1 选择拉杆的材料因为拉杆连接上、下 刀架，并且是上刀架运动的动力所在，又为一个二力杆，因此只承受拉力。根据其工作条件，选用材料为qt400-15。6.5.2拉杆结构设计 图6-10如图6-10，两端圆孔未轴销连接孔，断面为举行。因其长度较长，整体加工不方便，所以分为三段分别加工，然后再焊接起来。由（12）表3-5-2查得，选用手工电弧焊，采用焊条铁镍为焊条。为了确保足够抗拉强度，使用搭接焊的方法，焊后去应力退火。6.5.3拉杆承受最大拉力及分析 由表6-1可知，随着剪切的进行，拉杆承受的拉力逐渐增大，当剪切即将终了即=15.30时，拉杆所受的拉力为最大，= 13889n 由刀架结构可看出，拉杆为两个长方体杆，因此以各拉杆承受的最大拉力为f=6944.5n 因其不受扭转力矩作用，所以只对其进行危险截面抗拉性能的校核。6.5.4拉杆抗拉性能校核拉杆只受拉力作用，在受力过程中（不考虑焊缝）止呕拉杆两头轴销连接处面积最小，此处为危险截面。危险截面面积s=0.0740.020.0160.02=1.16此处拉应力：=2.99mpa对于qt-400-15,许用应力计算公式为=由（9）表12-2查得，qt