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圆盘式剪板机的设计,圆盘,板机,设计
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湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计圆盘式剪板机的设计THE DESIGN OF THE DISC ALLIGATOR SHEARS学生姓名：邓 皓学 号：200841914133年级专业及班级：2008级机制（1）班指导老师及职称：张 岚 副教授学 部：理工学部湖南长沙提交日期：2012年5月湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业设计是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。同时，本论文的著作权由本人与湖南农业大学东方科技学院、指导教师共同拥有。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者签名： 年 月 日目 录 摘要1关键词11 前言 21.1 选题的背景和目的21.2 圆盘式剪板机国内外的发展现状21.3 圆盘剪板机研究的内容和方法41.3.1 圆盘剪板机在机组的布置和作用4 1.3.2 圆盘剪板机的类型和特点51.3.3 圆盘剪板机设计内容和方法52 设计方案的选择和方案评述63 电机容量的计算73.1 定性选电机73.2 选择电动机的容量 83.3 确定转速103.4 电动机的校核 114 主要零件强度计算校核124.1 齿轮的计算与校核 124.1.1齿轮的计算124.1.2 按接触疲劳强度校核134.1.3 按弯曲疲劳强度校核164.2 传动轴的强度校核计算 184.2.1轴的材料及其机械性能 184.2.2 轴的模型及传递功率的确定184.2.3 按弯扭合成进行轴的强度校核194.2.4 按疲劳强度进行精确校核214.3 轴承的选取及校核244.3.1 根据工作条件选取轴承类型244.3.2根据轴承结构确定轴承的型号254.3.3轴承的寿命校核254.3.4 验算轴承的极限转速274.4 键的选取及校核274.4.1 键的尺寸的选择284.4.2 键的强度校核285 联轴器的选择295.1联轴器的分类295.2联轴器的选择295.3联轴器的强度计算296 系统的润滑306.1润滑剂的种类306.2润滑方式的选择306.3润滑方式的选择确定316.3.1 齿轮减速器的润滑方式316.3.2 部分传动齿轮、轴承的润滑方式317 试车方法和对控制系统的要求317.1 试车要求317.2 对控制系统的要求 318 设备可靠性与经济评价328.1 机械设备的有效度328.2 机械设备的投资回收期329 总结33参考文献33致谢34圆盘式剪板机的设计 学 生：邓 皓 指导老师：张 岚(湖南农业大学东方科技学院，长沙 410128) 摘 要：圆盘剪板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。本文中对圆盘剪板机的设计计算是从材料力学、动力学和经济学的角度出发，对圆盘剪板机的主传动系统，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，在径向间隙调整机构连杆机构，其二，侧向间隙调整增加自锁装置。其三，宽度调整采用行星齿轮减速机。最后增加了测速机构。本圆盘剪板机可普遍用于横切机组、酸洗机组等。关键词：圆盘剪板机；带钢；压下装置；强度校核 The design of the disc alligrator shearsAuthor:DengHao Tutor: ZhangLan(Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128) Abstract：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, Implement agency design and so on, and the same time, we make the optimized improvement and the intensity examination to the major parts. The improvement spots in this design: First, in radial clearance adjusting mechanism link motion gear, second, backlash adjustment increase self-locking installment. Third, the width control uses the planet gear speed reducer. Finally increased has measured the fast organization. This disc shears may use in the transverse cutting unit, the acid pickling unit generally and so on.Key words：Disc shear；Strip；Depress the system；The intensity examination1 前言1.1 选题的背景和目的剪板机各种类型，平刃剪、斜刃剪、圆盘剪和飞剪。平刃剪用于剪板方坯，斜刃剪用于剪板板材，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。圆盘式剪板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。圆盘式剪板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。上刀片固定在刀架上，下刀片固定在下床面上，工作台上安装有托料球，以便于板料的送进移动和板料在上面滑动时不被划伤，后挡料板用于板料定位，位置由调位电机销进行调节。液压压料筒用于压紧板料，以防止板料在剪切时翻转和防止板料在剪切时移动。棚板是安全装置，以防止发生工伤事故。回程一般 靠氮气，速度快，冲击小。 调整前挡板把后挡板靠紧下刀口，再把样板靠紧后挡板，将前挡板靠紧样板并固定。松开后挡板，去掉样板，装上板料，进行剪切。调整后挡板将样板托平对齐下刀口，再把后挡板靠紧样板并固定，去掉样板，再装上板料进行剪切。调整角挡板先将样板放在台面上对齐下刀口，调整角挡板并固定，再根据样板调整后挡板，剪切过程中同时利用角挡板和后挡板以定位.查 机械原理1 1.2 圆盘式剪板机国内外的发展现状 圆盘剪板机有下列几个机构组成：刀盘旋转传动系统，刀盘径向调整和刀片的侧向调整，剪切宽度的调整等。剪切宽度的调整实际上就是对机架的距离调整。早期圆盘式剪板机速度较低，圆盘式剪板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，圆盘式剪板机剪切速度在逐渐提高，由于受到碎边机的限制，现在大型圆盘剪板机的剪切速度通常为0.4米/秒。目前圆盘式剪板机装在横切机组上，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，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。圆盘剪后设置碎边剪，将剪切下来的板边剪成碎段送到下面的滑槽中，也可对剪下来的薄板边用卷取机卷起来，然后停车卸卷。为了使切下来的板边的钢板平直，在出圆盘剪时切边应向下弯曲，现在采用上刀片轴相对下刀片轴移动一个不大的距离或者上刀片直径比下刀片直径小一些来实现见图1。图1 使钢板保持水平位置的方法Fig 1 To maintain the horizontal position of the method of steel plate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，见图2。图2 双重圆盘剪示意图Fig 2 Double disc shear diagram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。1.3 圆盘剪板机研究的内容和方法1.3.1圆盘剪板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3 热轧钢板精整机组示意图Fig 3 Hot rolled steel plate finishing unit diagram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4 1700横切机组示意图Fig 4 1700 transverse cutting unit diagram 纵剪就是将钢板破成窄条。钢卷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冷纵剪板机组1700冷纵剪板机组布置见图5所示。 1. 拆卷机 2. 伸直机 3. 下切剪 4. 给料机 5圆盘剪板机 6. 卷边机 7. 风动分离盘 8. 分卷卷取机图5 1700冷纵剪板机组示意图Fig5 1700shearing unit diagram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。圆盘剪板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 圆盘剪板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 圆盘剪板机设计内容和方法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本次设计所选的设计题目是1700横切机组的圆盘式剪板机，它有两中类型，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6所示。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.增速机构 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 图6 圆盘剪结构示意图Fig6 Disc shear structure diagram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。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）时各齿轮能很好的啮合，刀盘侧向间隙调整时，转动手轮使螺纹套筒旋出，从而使下刀盘做轴向移动，调整间隙很小，调整好再锁紧。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。在剪板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。该设计方案做以列改进：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，侧向间隙调整增加自锁装置，安全可靠。其三，宽度调整采用行星齿轮减速机比蜗杆减速机效率高且占地空间小。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保障，从而使整机更完善。由上所述，所选方案是比较好的，并且可行。3电动机的选择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，维护不便等缺点，因此无特殊要求不宜采用。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。所设计圆盘剪板机已知原始数据： 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； 上下剪刀的侧间隙 0.05 mm， 重叠度S=00.3 mm。由于圆盘剪板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确定电机 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。圆盘刀片直径主要决定于钢板厚度h，查机械设计手册2295，其计算公式为： (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 (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)带入数值计算得：mm同时根据表 轧钢机械1一般圆盘刀片直径、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，取=30 mm。2、上下刀盘的侧间隙 取预定值0.05 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，查炼钢机械5取20%。所以 N查 轧钢机械1，表8-13，总剪切力的计算公式为 (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 (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，查机械设计3取0.004。所以总的力矩为 =544.11 Nm查轧钢机械4，298。圆盘剪电动机功率可按下式确定 (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。容量相同的同类型的电动机，有几种不同的转速系列，此种情况下经综合考虑，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1表1 电机主要性能参数表Table 1 Motor of main performance parameters table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过载能力的校核。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 = =39.32 Nm 由电动机的参数可知 .2 (7) = =142.93 Nm其中电动机额定转速，单位： r/min所以 =226.40 Nm 39.32Nm =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、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2，表3.2-42，可知：=980 MPa =835 MPa3、 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 =604.1.1 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，=。4.1.2 按接触疲劳强度校核图7 齿轮受力分析 Fig 7 The stress analysis of gear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。查文献机械设计3其计算公式为： (8)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 = (9)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3，表10-2，可查得： =1.5； 机械设计3，图10-8，根据v=3m/s可查得： =1.18； 机械设计3，表10-3，可查得： = =1.2； 机械设计3，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 查机械设计3，图10-13可得：=1.16;所以： = = =2.44 =272.06 Nmm = =2315 N =2315 =843 N=2463 N u=1.27(2)根据齿轮材料查文献机械设计3，表10-6，可得： =188 MPa(3) 可得 = = =2.5所以： =344.52 MPa2、求许用应力 = (10) 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=60212.312036524=次查机械设计3，图10-19，可得：=0.93(2)求根据材料查机械设计3，图10-21(续)，可得：=860 MPa；所以 =0.93=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文献机械设计3，197 ，得： = (11)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查机械设计3，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 = (12)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=查文献机械设计3可得： =0.83(2)求根据文献机械设计3，图10-20(完)d可得： =700 MPa所以 =387.33 MPa3、校核显然，=387.33 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。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2，表3.2-42，可知： =980 MPa =835 MPa 由机械设计3，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8所示； 图8 轴的主要尺寸及轴上零件布置图Fig 8 The axis of the main size and parts on the shaft arrangement2、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CAD图所示；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 =2315 =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： 316.8 Nm总弯矩： 337.3 Nm图9 轴的载荷分析图Fig 9 Axial load analysis diagram5)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，查文献机械设计3，365 按第三强度理论有： = (13)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2，表38.1-1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 由于圆盘剪板机刀盘在对钢板进行剪切的时候具有很大的径向力，同时要对刀盘间隙进行调整，这样刀盘轴就要受轴向力作用。可见刀盘轴的受力十分复杂，所以对轴承的选取需要合理。 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，此处的轴承必须能承受轴向力，而且它直接与调整螺丝进行接触，并且轴向调整是双向的，所以最后选取双向推力球轴承，还要考虑到在对钢板进行剪切的时候轴承受到径向力的必然性，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。其次分析安装刀盘的轴端的轴承情况，由于刀盘对钢板进行剪切，而刀盘安装在该端，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2可得，该轴承的性能参数如表2：表2 轴承7024AC的性能参数Table 2 Bearing performance parameters（mm）（mm）（mm）（KN）（KN）重量（Kg）120180281021052.11、轴承分析查杆机构设计与应用创新14可知在轴径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，选其中一个轴承（编号为轴承1）进行校核，如果安全，则实际安装了两个轴承必然都是安全的。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，查文献机械设计3得其计算公式 =0.681146.7 =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，即可看作外加轴向载荷=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”都易确定，但计算结果可忽略计算为779.8 N。3、求轴承当量动载荷，查文献机械设计3 ：= (18)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故查文献3得：=1 =0由于载荷是中等冲击，查机械设计3得：=1.2所以 ： =1.2=1376.0 N(4)验算轴承的寿命轴承寿命根据机械设计3有：= (19) 其中： 轴承寿命，单位：h 轴的转速，单位：r/min 温度系数 基本额定动载荷，单位：N 滚动轴承为查文献机械设计3，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 年显然足够安全。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，而且造成摩擦面间温度升高和润滑剂性能的变化，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。根据连杆机构设计与应用创新14，表39.2-22查得： r/min又轴承的转速 r/min，故安全。4.4 键的选取及校核 这里主要计算刀盘轴上的键。4.4.1键的尺寸的选择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2表25.2-4 择键 ，其高度mm。4.4.2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：查文献机械设计 3 (20)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2查得： MPa显然，故安全。5 联轴器的选择 5.1联轴器的分类联轴器按照其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. 所联接的两根轴的轴径；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. 两轴间相对位移的大小和方向；5. 联轴器的可靠性和工作环境，以及成本等。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，以及传动轴和剪板机输入轴之间的联轴器型号为 TL10查阅机械设计课程设计7 知各联轴器的主要尺寸和特性参数如表3。表3 联轴器的主要尺寸和特性参数Table 3 Coupling of main dimensions and parameters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）TL8TL1071020002400170045 48 50 5580 85112 84172 1320.130.642460.25.3 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：查文献机械设计3 (21)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。6 系统的润滑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；其次，润滑剂还有冲洗污物、防止表面腐蚀的功能。6.1润滑剂的种类在机械行业中，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。6.2润滑方式的选择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.需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.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。6.3润滑方式的选择确定6.3.1 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，起到散热的作用。6.3.2 部分传动齿轮、轴承的润滑方式外露齿轮、部分传动齿轮、轴承处均采用集中干油润滑方式，设置打油点。其中各轴承处在装配时应注满干油。 7 试车方法和对控制系统的要求7.1 试车要求 根据摆式剪板机刀架设计17。1、先确定安装尺寸符合设计要求，空间位置合适，各联结件联结可靠，确定后方可试车。2、首先空载试车至少两个小时。3、在试车前必须保证以下各项要求全都满足：(1) 润滑系统与冷却系统的各处工作正常；(2) 传动平稳，无周期噪音；(3) 压下系统轻便灵活；(4) 各紧固零件联结可靠。7.2 对控制系统的要求机械系统控制的主要任务通常为：(1) 使各执行机构按一定的顺序和规律动作。(2) 改变各运动构件的运动（位移、速度和加速度）和规律（轨迹）。(3) 协调各运动构件的运动和动作，完成给定的作业环节要求。(4) 对整个系统进行监控及防止事故，对工作中出现的不正常现象及时报警消除。具体到圆盘剪板机对控制系统要求为：(1) 测速电机灵敏度要求要高；(2) 当轧制速度达到3.2m/s时，发生间断性响铃报警；(3) 当轧制速度达到3.5m/s时，发生连续性响铃报警，且系统自动强行断电。8 设备可靠性与经济评价8.1 机械设备的有效度对于可修复设备，由于发生故障之后，可以修理恢复到正常工作状态。因此，从开始工作到发生故障阶段即可靠度，从发生故障后进行维修恢复到正常工作阶段即维修度。把两者结合起来，就是机械设备的有效度，查矿冶机械维修工程学8 （22）式中：平均故障间隔期，h； 平均维修时间，h。设备工作时间12000h，可能发生10次故障，每次处理故障时间平均为5h，检修时间为200h。 （23） h 8.2 械设备的投资回收期 表4 有关资料表 Table 4 Data sheet （万元）时间（年）12345678910投资60年净收益202535455560657075累计净收益-60-40-152065120180245315390查工程经济9投资回收期 即 年式中：行业投资回收期，重型机械年可见满足要求。9 总结以上是1700横切机组中的圆盘式剪板机设计计算的全过程。主要是针对电动机的计算选取较
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