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圆盘剪切机的设计【优秀】【7张CAD图纸】

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关键词：: 圆盘剪切机圆盘剪切机

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圆盘剪切机的设计【优秀】【7张CAD图纸】【毕业设计】

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圆盘剪切机设计

摘要

现在各国工业迅猛发展，钢铁企业是国民经济的主要支柱，它的发展状况很大程度上可以反映出国家的实力。现代钢铁冶金业发展的一个着眼点就是在对钢材的处理速度。圆盘剪切机就是其中的一台重要设备。

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。

本文中对圆盘剪切机的设计计算是在对鞍山钢铁集团公司冷轧厂1700横切机组大量调研的背景下进行的。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。本圆盘剪切机可普遍用于横切机组、酸洗机组等。

关键词：圆盘剪切机，带钢，压下装置，强度校核

The disc alligator shears design

Abstract

The industry of various countries develops rapidly now, the steel, as the main pillar of industry, its development can reflect the national strength to a great extent. Modern steel metallurgy industry one starting point that develop in to processing speeds. Disc shears is an important equipment among them.

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 plate’s side and disc shears of cut strip.

The disc shears design calculation is taken in makes the massive investigation to the ANSHAN steel group Cold-rolling mill 1700 transverse cutting aircrew as the background. 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, 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 examination

1.绪论1

1.1选题的背景和目的1

1.2 圆盘式剪切机国内外的发展现状1

1.3 圆盘剪切机研究的内容和方法3

1.3.1圆盘剪切机在机组的布置和作用3

1.3.2 圆盘剪切机的类型和特点5

1.3.3 圆盘剪切机设计内容和方法5

2. 设计方案的选择和方案评述6

3. 电机容量的计算8

3.1 定性选电机8

3.2 选择电动机的容量8

3.3 确定转速11

3.4 电动机的校核12

4. 主要零件强度计算校核14

4.1 齿轮的计算与校核14

4.1.1齿轮的计算14

4.1.2 按接触疲劳强度校核14

4.1.3 按弯曲疲劳强度校核18

4.2 传动轴的强度校核计算20

4.2.1轴的材料及其机械性能20

4.2.2 轴的模型及传递功率的确定20

4.2.3 按弯扭合成进行轴的强度校核21

4.2.4 按疲劳强度进行精确校核24

4.3 轴承的选取及校核28

4.3.1 根据工作条件选取轴承类型28

4.3.2根据轴承结构确定轴承的型号28

4.3.3轴承的寿命校核28

4.3.4 验算轴承的极限转速31

4.4.2 键的尺寸的选择31

4.4.3键的强度校核31

5. 联轴器的选择33

5.1联轴器的分类33

5.2联轴器的选择33

5.3联轴器的强度计算33

6. 系统的润滑35

6.1润滑剂的种类35

6.2润滑方式的选择35

6.3润滑方式的选择确定35

6.3.1 齿轮减速器的润滑方式35

6.3.2 部分传动齿轮、轴承的润滑方式36

7. 试车方法和对控制系统的要求37

7.1 试车要求37

7.2 对控制系统的要求37

8. 设备可靠性与经济评价38

8.1 机械设备的有效度38

8.2 机械设备的投资回收期38

总结40

致谢41

参考文献42

圆盘剪切机设计

1.绪论

1.1选题的背景和目的

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20~30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。

剪切板边的圆盘剪，每个圆盘刀片均以悬臂的形式固定在单独传动的轴上，刀片的数目为两对。这种圆盘剪用于厚板精整加工线。板卷的横切机组和连续酸洗机组等作业线。剪切带钢的圆盘剪用于板卷的纵切机组，连续退火和渡锌机组等作业线上。将板卷切成窄带钢，作为焊管坯料和车圈的坯料等。这种圆盘剪的刀片数目是多对的，一般刀片都固定在两根公用的运动轴上，也有少数的圆盘刀片是固定在独立的传动轴上的。

这次选圆盘式剪切机作为设计题目是在对1700横切机组的调研的背景下进行的。1700横切机组使用多年，其中圆盘剪使用过程中存在一些问题。该厂对该剪切机也进行了多次改造。圆盘剪使用过程中传动系统精度底，径向调整机构和刀片侧向调整精度低，迫切要求更新和改造设计。

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。

参考文献

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[2] 徐灏. 机械设计手册（第二版）[M]. 北京：机械工业出版社，2000

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[5] 罗振才. 炼钢机械（第二版）[M]. 北京：冶金工业出版社，1989

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内容简介：: 第 44 页圆盘剪切机设计1.绪论1.1选题的背景和目的剪切机有各种类型，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。剪切板边的圆盘剪，每个圆盘刀片均以悬臂的形式固定在单独传动的轴上，刀片的数目为两对。这种圆盘剪用于厚板精整加工线。板卷的横切机组和连续酸洗机组等作业线。剪切带钢的圆盘剪用于板卷的纵切机组，连续退火和渡锌机组等作业线上。将板卷切成窄带钢，作为焊管坯料和车圈的坯料等。这种圆盘剪的刀片数目是多对的，一般刀片都固定在两根公用的运动轴上，也有少数的圆盘刀片是固定在独立的传动轴上的。这次选圆盘式剪切机作为设计题目是在对1700横切机组的调研的背景下进行的。1700横切机组使用多年，其中圆盘剪使用过程中存在一些问题。该厂对该剪切机也进行了多次改造。圆盘剪使用过程中传动系统精度底，径向调整机构和刀片侧向调整精度低，迫切要求更新和改造设计。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。1.2 圆盘式剪切机国内外的发展现状圆盘剪切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。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1.1。图1.1 使钢板保持水平位置的方法目前，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1.2。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所示图1.2 双重圆盘剪示意图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。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 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。设计方案选择设有增速机构的圆盘剪，其结构示意图如图2.1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（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。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，刀盘侧向间隙调整，转动手轮使螺纹套筒旋出使下刀盘做轴向移动调整间隙很小，调整好在锁紧。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，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。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；上下剪刀的侧间隙 0.05 mm，重叠度S=00.3 mm。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，查文献1，295，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同时根据表1.表8-13一般圆盘刀片直径、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、上下刀盘的侧间隙我们取预定值0.05 mm。3、剪切速度V 我们取预定值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查文献1，297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查文献1，298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。容量相同的同类型的电动机，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、材料：钢表面处理：调质处理 HB 228 2692、机械性能：查文献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、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。所以对齿轮进行接图4-1 齿轮受力分析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文献3，表10-2可查得：=1.5； 3，图10-8根据v=3m/s可查得：=1.18； 3，表10-3可查得：=1.2； 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3，图10-13可得：=1.16;所以： = = =2.44(2) =272.06 Nmm = =2315 N =2315 =843 N=2463 N(3) u=1.27(4)根据齿轮材料查文献3，表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=60212.312036524=次查文献3，图10-19可得：=0.93(2)求根据材料查文献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3，197 = (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3，表10-5 采用插值法求得： =2.33 =1.69(2) 1.51.181.21.162.46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=查文献3，图10-18可得： =0.83(2)求根据文献3，图10-20(完)d可得： =700 MPa所以 =0.83=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。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：查文献2，表3.2-42可知：=980 MPa =835 MPa 由文献3，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；2、轴的基本数据：转速 = =212.3 r/min。图4-2(a) 轴的主要尺寸及轴上零件布置图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 =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： mm392.4294115.8 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，查文献3，365 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查文献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文献2，表39.2-22可得，该轴承的性能参数如表4-1：1、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，查文献3，表13-7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，查文献3，313 ：= (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表4.1 轴承7024AC的性能参数（mm）（mm）（mm）（KN）（KN）重量（Kg）120180281021052.1=0.68=e故查文献3，表13-5得：=1 =0由于载荷是中等冲击，查文献3，表13-6得：=1.2所以： =1.2=1376.0 N(4)验算轴承的寿命轴承寿命根据文献3，313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 滚动轴承为查文献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。根据文献2，表39.2-22查得： r/min 又轴承的转速 r/min，故安全。4.4.2 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)查文献2,表25.2-4选择键，其高度mm。4.4.3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3，103 (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根据文献2,表25.2-3查得： MPa显然，故安全。5. 联轴器的选择 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查阅文献7，表4.72-2 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）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3，343 (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。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；次外，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.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。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) 改变个运动构件的运动（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并消除。具体到圆盘剪切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(有效利用率)，查文献8，52 （8.1）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。（8.2） h h 8.2 机械设备的投资回收期表8.1 有关资料表（万元）时间（年）12345678910投资60年净收益202535455560657075累计净收益-60-40-152065120180245315390查文献9，40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。结论以上是我对鞍钢冷轧厂1700横切机组中的圆盘式剪切机设计计算的全过程。主要是针对电动机的计算选取较核、传动装置中主要的轴和齿轮的计算较核，联轴器的计算选取，部分键的计算，以及对润滑系统进行的分析和设计。在设计和计算过程中涉及、运用了许多基础及专业知识，如：机械设计、机械制造、机械原理、材料力学，理论力学、金属工艺学等等。对这些知识的应用使我大大加强了本专业知识功底。同时在设计过程中使用Auto CAD绘制的大量的图纸，运用公式编辑器编写设计说明书使我对这些软件的应用能力有了很大的提高，为以后参加工作打下了坚实的基础。当然由于知识水平有限，在计算、设计及绘图过程中不可避免地出现错误，请各位老师和专家给予批评指正。致谢首先由衷的感谢指导我做本次学位论文的王德春老师。王老师对学生总是无微不至的关爱，真的很难忘王老师冒着炎炎烈日，不辞辛苦来我们宿舍指导我们做设计，他知识渊博，热爱工作，那种忘我的工作精神永远值得我去学习。感谢在设计中给予我很大帮助的同学和朋友。感谢鞍山钢铁集团各级领导，在实习期间给我的支持帮助，让我能够去现场参观了解，并且让我们借阅了大量的图纸。感谢现场的工人师傅为我们耐心细致的讲解，感谢鞍山科技大学机械工程学院计算机房、实验室的各位老师对本次设计的支持和帮助！感谢鞍山科技大学特别是机械工程及自动化学院的领导和老师四年来对我的辛苦栽培，在此我致以深切的谢意！毕业后，我将再接再厉，秉承科大人的创新、求是、勤奋、尚德的一贯作风，顽强拼搏的精神，在今后的工作学习中不断努力进取，为母校争光！参考文献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，200111 Y. G. LUO and X. P. LI, A Fault Diagnosis Expert System for a Heavy Motor Used in a Rolling Mill J. International ,Journal of Plant Engineering and Management，2001 (In Chinese)第 IV 页圆盘剪切机设计摘要现在各国工业迅猛发展，钢铁企业是国民经济的主要支柱，它的发展状况很大程度上可以反映出国家的实力。现代钢铁冶金业发展的一个着眼点就是在对钢材的处理速度。圆盘剪切机就是其中的一台重要设备。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。本文中对圆盘剪切机的设计计算是在对鞍山钢铁集团公司冷轧厂1700横切机组大量调研的背景下进行的。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。本圆盘剪切机可普遍用于横切机组、酸洗机组等。关键词：圆盘剪切机，带钢，压下装置，强度校核The disc alligator shears design AbstractThe industry of various countries develops rapidly now, the steel, as the main pillar of industry, its development can reflect the national strength to a great extent. Modern steel metallurgy industry one starting point that develop in to processing speeds. Disc shears is an important equipment among them.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.The disc shears design calculation is taken in makes the massive investigation to the ANSHAN steel group Cold-rolling mill 1700 transverse cutting aircrew as the background. We have thorou

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