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曲柄摇杆式飞剪

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曲柄摇杆式飞剪

后飞剪设计

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关键词：: 曲柄摇杆式飞剪

资源描述：

摘要

本飞剪机为曲柄摇杆式飞剪，其特点是将刀架作成杠杆形状，将其一端固定在曲柄轴的端部，另一端固定在摆杆上，使得曲柄轴转动时，刀架能够作平移运动，则令固定在刀架上的刀片能够作垂直或近似的垂直于轧件的运动，从而使得剪切断面能够比较平整。

本次设计主要考虑到近现代工业的发展，带钢的轧制速度逐渐提高，产品的尺寸精度要求日趋严格，对材料的剪切断面的平整度的要求越来越高等因素，在本次设计中对剪切力、剪切力矩、电动机的工作功率进行了计算，并根据此选取了符合工作要求的电动机。还对飞剪机内的齿轮的模数以及尺寸进行了计算，对曲轴进行了尺寸的确定以及进行了强度的校核。通过选材以及计算，使得设计的各零件的确定符合国家标准，使该次设计的飞剪机完全符合这次的设计要求，工作安全可靠。

关键词：曲柄摇杆式、剪切力、曲轴、校核

Abstract

The flying shear is crank rocker- type, which is characterized by forming the knife rest into lever type, and fixing one end on jackshaft while the another on oscillating bar.So the knife rest can make translationmotion following the rolling of jackshaft which orders the blades fixed on the knife rest make vertical- rolling or approx vertical- rolling to get a smooth cut section.

Allow for the development of modern industry, the improment of plate band rolling,the rising requirment of dimensional accuracy and the planeness of shearingarea，the shearing force and the shearing moment is calculated accurately as well as the operating power of electromotor,on the basis of which, appropriate electromotor was selected.Besides the modulus and size of gear in flying shear is calculated ,the size of the bent axle is confirmed and the strength is checked. All parts live up to national standard by means of selecting material and calculation,so The flying shear fit the design requirements totally,safety and reliable.

Keywords: crank rocker, shear force, crankshaft, respectively

摘要I

AbstractII

目录III

第一章绪论 1

1.1 冷轧带钢生产概况和发展方向1

1.1.1冷轧带钢生产在国民经济中的地位1

1.1.2飞剪机的基本介绍及发展情况1

1.2飞剪机的工艺要求3

1.3剪切长度的调整方式4

1.3.1起动工作制飞剪的调长方式5

1.3.2连续工作制飞剪的调长方式8

1.4飞剪的类型、特点及工作原理10

1.4.1飞剪的类型10

1.4.2.各类飞剪的特点及工作原理10

第二章设计方案的比较16

2.1飞剪机的基本要求16

2.2各种飞剪机设计方案的比较16

2.3 方案的确定25

第3章剪切力和电动机功率计算26

3.1剪切力的计算26

3.2飞剪的电动机功率计算及选取28

3.3飞剪内的齿轮设计29

3.4剪切轴的设计及校核34

3.5输入轴的设计及校核42

参考文献51

致谢52

附件153

附件260

第一章绪论

1.1 冷轧带钢生产概况和发展方向

1.1.1冷轧带钢生产在国民经济中的地位

冷轧带钢生产在国民经济中占有十分重要的地位。随着汽车的制造、食品罐头、容器包装、精密仪器、房屋建设、机械制造和船舶工业的迅速发展以及家用电器和各种日常生活的需求量成倍增长，对冷轧带钢的需求量也迅速增加。

当前，大力发展冷轧带钢的生产，逐渐提高冷轧带钢在轧钢产品中的比重，迅速提高冷轧带钢的质量，不断增加冷轧带钢的产品，满足各个工业部门的，特别是与人民生活密切相关的，轻纺织工业和日用电器，生活用具等。以及外贸出口对冷轧带钢急剧增加的需要，是重型机械制造和钢铁生产部门面临的一项重要而又十分紧迫的任务。

1.1.2飞剪机的基本介绍及发展情况

飞剪是在轧件运动过程中将轧件切断的一种剪断机。它通常装设在连续式轧机的作业线上，亦可装设在独立的横切机组、连续镀锌和电镀锡等作业线上。随着中小型轧机产量的增加，剪切品种，规格和定尺长度范围的扩大，飞剪的形式和结构得到了相应的发展，在中小型轧钢车间的应用的也更广泛。在生产中使用的飞剪，其类型是很多的。飞剪按用途可分为切头飞剪和定尺飞剪两大类。切头飞剪又有曲柄式和滚筒式两种；定尺飞剪又有滚筒式、滑座式、摆式和曲柄式等几种。应用较广泛的飞剪形式有圆盘式飞剪、滚筒式飞剪、双臂杆飞剪、曲柄回转式飞剪和摆式飞剪等。

随着现代连续式带钢轧机轧制速度的提高（热轧速度达到30米/秒以上；冷轧速度超过40米/秒），飞剪的剪切速度也在提高。剪切带钢的品种、规格和定尺范围也在不断扩大；为了满足不同的要求，出现了各种型式的飞剪。国内几台比较先进的飞剪的结构特点和主要性能见表

内容简介：: I 摘要本飞剪机为曲柄摇杆式飞剪，其特点是将刀架作成杠杆形状，将其一端固定在曲柄轴的端部，另一端固定在摆杆上，使得曲柄轴转动时，刀架能够作平移运动，则令固定在刀架上的刀片能够作垂直或近似的垂直于轧件的运动，从而使得剪切断面能够比较平整。本次设计主要考虑到近现代工业的发展，带钢的轧制速度逐渐提高，产品的尺寸精度要求日趋严格，对材料的剪切断面的平整度的要求越来越高等因素，在本次设计中对剪切力、剪切力矩、电动机的工作功率进行了计算，并根据此选取了符合工作要求的电动机。还对飞剪机内的齿轮的模数以及尺寸进行了计算，对曲轴进行了尺寸的确定以及进行了强度的校核。通过选材以及计算，使得设计的各零件的确定符合国家标准，使该次设计的飞剪机完全符合这次的设计要求，工作安全可靠。关键词：曲柄摇杆式、剪切力、曲轴、校核 nts II Abstract The flying shear is crank rocker- type, which is characterized by forming the knife rest into lever type, and fixing one end on jackshaft while the another on oscillating bar.So the knife rest can make translationmotion following the rolling of jackshaft which orders the blades fixed on the knife rest make vertical- rolling or approx vertical- rolling to get a smooth cut section. Allow for the development of modern industry, the improment of plate band rolling,the rising requirment of dimensional accuracy and the planeness of shearingarea， the shearing force and the shearing moment is calculated accurately as well as the operating power of electromotor,on the basis of which, appropriate electromotor was selected.Besides the modulus and size of gear in flying shear is calculated ,the size of the bent axle is confirmed and the strength is checked. All parts live up to national standard by means of selecting material and calculation,so The flying shear fit the design requirements totally,safety and reliable. Keywords: crank rocker, shear force, crankshaft, respectively nts III 目录摘要 . I Abstract. II 目录 .III 第一章绪论 . 1 1.1 冷轧带钢生产概况和发展方向 .1 1.1.1 冷轧带钢生产在国民经济中的地位 .1 1.1.2 飞剪机的基本介绍及发展情况 .1 1.2 飞剪机的工艺要求 .3 1.3 剪切长度的调整方式 .4 1.3.1 起动工作制飞剪的调长方式 .5 1.3.2 连续工作制飞剪的调长方式 .8 1.4 飞剪的类型、特点及工作原理 .10 1.4.1 飞剪的类型 .10 1.4.2.各类飞剪的特点及工作原理 .10 第二章设计方案的比较 . 16 2.1 飞剪机的基本要求 .16 2.2 各种飞剪机设计方案的比较 .16 2.3 方案的确定 .25 第 3 章剪切力和电动机功率计算 . 26 3.1 剪切力的计算 .26 3.2 飞剪的电动机功率计算及选取 . 28 3.3 飞剪内的齿轮设计 . 29 3.4 剪切轴的设计及校核 . 34 nts IV 3.5 输入轴的设计及校核 . 42 参考文献 . 51 致谢 . 52 附件 1. 53 附件 2. 60 nts大学毕业设计（论文）说明书 1 第一章绪论 1.1 冷轧带钢生产概况和发展方向 1.1.1 冷轧带钢生产在国民经济中的地位冷轧带钢生产在国民经济中占有十分重要的地位。随着汽车的制造、食品罐头、容器包装、精密仪器、房屋建设、机械制造和船舶工业的迅速发展以及家用电器和各种日常生活的需求量成倍增长，对冷轧带钢的需求量也迅速增加。当前，大力发展冷轧带钢的生产，逐渐提高冷轧带钢在轧钢产品中的比重，迅速提高冷轧带钢的质量，不断增加冷轧带钢的产品，满足各个工业部门的，特别是与人民生活密切相关的，轻纺织工业和日用电器，生活用具等。以及外贸出口对冷轧带钢急剧增加的需要，是重型机械制造和钢铁生产部门面临的一项重要而又十分紧迫的任务。 1.1.2 飞剪机的基本介绍及发展情况飞剪是在轧件运动过程中将轧件切断的一种剪断机。它通常装设在连续式轧机的作业线上，亦可装设在独立的横切机组、连续镀锌和电镀锡等作业线上。随着中小型轧机产量的增加，剪切品种，规格和定尺长度范围的扩大，飞剪的形式和结构得到了相应的发展，在中小型轧钢车间的应用的也更广泛。在生产中使用的飞剪，其类型是很多的。飞剪按用途可分为切头飞剪和定尺飞剪两大类。切头飞剪又有曲柄式和滚筒式两种；定尺飞剪又有滚筒式、滑座式、摆式和曲柄式等几种。应用较广泛的飞剪形式有圆盘式飞剪、滚筒式飞剪、双臂杆飞剪、曲柄回转式飞剪和摆式飞剪等。随着现代连续式带钢轧机轧制速度的提高（热轧速度达到 30 米 /秒以上；冷轧速度超过 40 米 /秒），飞剪的剪切速度也在提高。剪切带钢的品种、规格和定尺范围也在不断扩大；为了满足不同的要求，出现了各种型式的飞剪。国内几台比较先进的飞剪的结构特点和主要性能见表 nts大学毕业设计（论文）说明书 2 滚筒式飞剪应用比较广泛，剪刃作简单的圆周运动，可以剪切运行速度较高的带钢。但由于剪切断口质量不好，用作定尺飞剪时，剪切带刚厚度一般不大于 12 毫米。为了剪切厚度较大的带材，保证剪切断口的平整，往往采用剪刃作平面平移运动的曲柄式飞剪。但这种飞剪结构复杂，运动机构质量较大，对剪切速度有一定的限制。带钢连轧车间近来多采用摆式飞剪，剪刃作平面平移运动，剪切断口质量好。摆式飞剪可分为滑块式和曲柄式两种。滑块摆式飞剪通过改变曲柄转速及刀架摆副调整尺寸，由于定尺调节方便，曾广泛地用于定尺剪切。滑块摆式飞剪有上摆式和下摆式（即刀架摆动连杆处于剪切主轴上方nts大学毕业设计（论文）说明书 3 或下方）两种结构型式。下摆式飞剪的惯性力很大，大型飞剪不宜采用下摆式。不论上摆式或下摆式飞剪，都有较大的惯性力，而惯性力的大小与速度平方成正比，从而限制了剪切速度的提高。迄今其剪切速度仍未超过 1.8 米 /秒。当增设惯性力平衡装置后，改善了飞剪的动力特性，提高了工作平稳性，剪切速度可以接近 4 米 /秒。近年来摆式飞剪在结构上有了重大改进。上刀架与主动曲轴相铰接，并增设平衡配重，即得到曲柄摆式飞剪，剪切速度可达 5 米 /秒。 1.2 飞剪机的工艺要求飞剪的工艺要求： 1）能把运动着的轧件窃取形状不规则的头、尾和剪成规定的长度，并且长度尺寸公差与剪切断面质量符合国家有关规定。 2）根据产品品种规格的不同和用户的要求，在同一飞剪上能剪切多种定尺长度。 3）能满足轧机和机组生产率的要求。 4）剪切定尺长度时，剪刃在轧件运动方向的瞬时分速度 v 应与轧件运动速度 v0相等或大 23 ，即 v =（ 11.03） v0；切头时，应略大于轧件速度，即 v =1.1v0；切尾时，应略小于轧件速度，即 v =0.90v0，以促使被切掉部分离开轧件本体。当在剪切定尺寸长度的轧件时，刀刃的瞬时速度如果小于轧件的运动速度，则刀刃将阻碍轧件的运动，就会使轧件产生弯曲，甚至轧件顶在刀刃上而产生轧件缠刀事故。反之，如果在剪切时刀刃瞬间速度比轧件运动速度大很多，则在轧件中产生较大的拉应力。这样，一方面会影响轧件的剪切质量，另一方面会增加飞剪的冲击负荷，或者使轧件在送料辊道上打滑而损伤轧件的表面。根据飞剪的基本工艺要求与工作特点，飞剪通常是由剪切机构、调节剪切长度机构、剪刃间隙调整机构与传动装置组成。设计飞剪时，设备机构和电机型式，应力求减少转动惯量，以便于快速起动飞剪和把剪刃准确制动到规定的位置。由于电子技术的发展，现在带钢连轧车间的剪切机组设置了电子计算机或微型计算机自动控制系统。可以简化飞剪的机械结构、提高剪切机组的产量、改善剪切质量。现代化板带车间的生产率很高，生产工艺对带钢飞剪的要求也不断提高，主要有以nts大学毕业设计（论文）说明书 4 下几点： 1）飞剪应能在一定温度条件下剪切规定的各种材质、各种宽度和厚度的带材，其生产率必须与生产作业线的生产率相适应； 2）剪切时，剪刃在带钢运动方向的速度水平分量 vx必须与带钢运行速度 vB保持一定关系，保证剪切时带钢不被阻挡亦不被拉断（冷剪时不超过材料的弹性极限）。因此，在切头和定尺剪切时 vx应等于或略大于 vB，而在切尾时要求 vx略小于 vB； 3）剪切时，飞剪上下剪刃宜作平面平移运动，上下剪刃垂直或近似垂直与带材表面，并保持适当的侧隙和重合度； 4）飞剪应能按规定剪得定尺长度的板材，或定长的切头； 5）定尺飞剪剪得带钢的断口应当平直且垂直于带材的轴线，长度公差应符合要求；切头飞剪剪切后带钢的头部或尾部的形状应有利于下一工序饿咬入； 6）从飞剪的结构上应减少往复运动构件，降低运动构件的质量和加速度，从而减少惯性力和动载荷。为了实现上述各项工艺要求，飞剪本体设置有剪切机构、空切机构、匀速机构、刀片侧隙调节结构、主副齿侧隙消除机构、传动机构；辅助装置有夹送、矫正及切头收集装置。为了在连续轧制不停机的情况下能够进行分卷还设有快速导向装置。飞剪的具体结构形式，取决与飞剪的工作制度、剪切尺寸范围、剪切精度以及调节定尺长度的方法等，也与配置的电气、电子控制系统有关。为了满足剪切多种定尺的要求，必须设置空切机构。它有机械的、液压的等形式。为了保证剪切瞬时剪切速度的水平分量与带钢运行速度的同步，应设置匀速机构，或称同步机构。常见的匀速机构有双曲柄匀速机构、径向匀速机构、非圆齿轮匀速机构、曲柄长度可调匀速机构以及电动匀速装置等。夹送矫正机构设置在轧机与飞剪之间与飞剪组成一体，可以保证带钢顺利地进入飞剪、测定带钢运行速度，在冷轧机组中还兼有维持张力恒定的作用。该机构对带钢进行的粗矫正，仅能保证带钢顺利地进入上下剪刃间。 1.3 剪切长度的调整方式根据工艺要求，飞剪要将轧件剪切成规定长度；对于定尺飞剪，还要能剪切多种定nts大学毕业设计（论文）说明书 5 尺长度。因此，要求飞剪的剪切长度能够调整。将轧件送往飞剪 2 进行剪切（见图 10 51），通常是用专门的送料辊 1，或利用轧机最后一架的轧辊进行的。如果轧件运动速度 v0为常数，而飞剪每隔 t 秒剪切一次轧件，则被剪下的轧件长度 L 为 )(0 tftL v 即被剪下的轧件长度等于在相邻的两次剪切间隔时间 t 内轧件所走过的距离。当 v0为常数时，剪切长度 L 与相邻的两次剪切间隔时间 t 成函数关系。上述公式就是飞剪调长的基本公式。由公式可知，只要改变相邻两次剪切间隔时间 t 便可得到不同的剪切长度。对于不同的工作制度的飞剪，改变时间 t 的方法亦不相同。 1.3.1 起动工作制飞剪的调长方式起动工作制飞剪用于剪切轧件的头、尾和剪切长度较长而速度较小的轧件。飞剪的起动和制动是自动进行的，当轧件头部作用于装设在飞剪后的光电管或机械开关（见下图 a） nts大学毕业设计（论文）说明书 6 时，飞剪便自动起动。这时轧件的定尺长度按下式确定： tvL jgL 0 式中 Lg 光电管与飞剪之间的距离； tj 飞剪由起动到剪切的时间。在调节定尺长度的时候，通常是不采用移动光电管位置的方法，即改变 Lg值，而采用特殊的时间继电器来改变时间 tj。为了使轧件被剪下部分的末端不妨碍光电管或机械开关在下次剪切时再次发生作用，必须使轧件切下的部分与剩余部分之间保证有一定的间隙，一般用增加剪后辊道的速度来保证次间隙逐渐增大而达到的。当轧件定尺长度较短时，可能出现 L 小于 Lg+ tvj0，此时，光电管或机械开关就需nts大学毕业设计（论文）说明书 7 要放在飞剪的前面，则 Ltv gjL 0 当两次剪切的间隔时间能保证完成飞剪的起动和制动时，才能实现在上述工作制下进行切头和切定尺。而速度高和转动惯量大的飞剪通常在一转内来不及完成上述工作制的要求，即在剪切位置时，刀片速度能加速到轧件速度而在剪切后停止到原始位置上。在这种情况下，就需要能保证较长的起动和制动持续时间的运动线路图来代替普通飞剪的运动线路图。图 10 53a 表示飞剪开动后，刀片由原始位置 1 开始起动，达到稳定转速以后，刀nts大学毕业设计（论文）说明书 8 片在位置 2 进行剪切，剪切完了进行制动，刀片停在位置 3，然后反向起动，刀片进入位置 4，转入爬行速度，在制动器的配合下，刀片准确地制动于位置 1，以准备下一次剪切。为减少高温轧件对剪切轴承的热辐射，角（刀片原始位置 1）一般在 900 左右；开始剪切角在同一台飞剪中，是随轧件厚度而改变的，最大可得到 4030 00 ；位置3 在刀片不碰轧件的条件下，按制动条件选择。轧件速度较低和转动惯量较小的飞剪，可采用图 10 53b 所示的简单工作制线路运动。刀片在位置 1 起动，到位置 2 开始剪切，剪切完了进行制动，刀片在位置 3 转入爬行速度，使刀片准确的停于位置 1，从而完成一个剪切周期。简单起动工作制中的原始位置 1 很重要，它既要满足起动条件，又要满足制动要求。 1.3.2 连续工作制飞剪的调长方式在轧件运动速度较高的情况下，用于剪切定尺长度的飞剪一般都采用连续工作制。若以 K 表示每剪切一次刀片的转数，则此时剪切轧件定尺长度可表示为 ),1(6000 KnfKnKL vv 式中 n 刀片每分钟转数（或飞剪转速）； K 在相邻两次剪切时间内刀片的转数，即所谓空切系数。由上述公式可知，连续工作制飞剪剪切定尺长度 L 取决与刀片的转速 n，相邻两次剪切时间内刀片的转数 K（通常 v0是常数）。换言之，此时的剪切长度可采用两种方法来调节，即改变刀片的转速 n 与改变每剪切一次刀片的转数。当刀片的圆周速度与轧件运动速度相等，且空切系数 K=1 时，此时飞剪剪下的轧件长度称为基本长度 L0，对应的刀片转速称为基本转速 n0，则公式可改写为 nn 011000 60 DnvL 式中 D1 送料辊直径； n1 送料辊转速。改变刀片转速 n 来调节剪切长度改变刀片转速 n 的方法有两种：其一是直接改变刀片的转速，使刀片转速在 n=（ 12） n0范围内变化，则相应的定nts大学毕业设计（论文）说明书 9 尺长度的可能调节范围为： KL L 0)5.01( 或 KLL )5.01(0 上述公式的范围可用上图的 OA 与 OC 线表示。通常采用直流电动机或通过装设飞剪传动装置中的变速箱来达到改变刀片转速 n的目的。其二是采用匀速机构（亦称同步机构）。 nts大学毕业设计（论文）说明书 10 1.4 飞剪的类型、特点及工作原理 1.4.1 飞剪的类型板带车间的飞剪按用途可分为切头飞剪和定尺飞剪两大类。切头飞剪：高速热连轧带钢粗扎和精轧机组之间大多设置一台切头飞剪，剪切精轧带坯头部和尾部的低温及不规则部分，有利于带钢精轧咬入，减少带坯对轧辊的冲击，防止轧制过程中的卡刚事故切头飞剪按结构分为曲柄式切头飞剪、滚筒式切头飞剪及摆式切头飞剪。应用最广的是滚筒式切头飞剪，其滚筒上有两对剪刃，能够按工艺要求分别将带坯头尾剪切成对称弧形。其次，曲柄式切头飞剪的使用也较多。定尺飞剪定尺飞剪又有滚筒式、滑座式、摆式和曲柄式等几种 1.4.2.各类飞剪的特点及工作原理 1）切头飞剪的形式及特点 nts大学毕业设计（论文）说明书 11 2）定尺飞剪 10 滚筒式飞剪滚筒式定尺飞剪的两个滚筒旋转方向相反，具有良好的平衡特性，因而可以在剪切速度很高的剪切线上工作。迄今剪切带钢的滚筒式定尺飞剪的最高剪切nts大学毕业设计（论文）说明书 12 速度已达 305 米 /秒。剪切带钢时，剪刃的位置不能始终保持平行；即开始剪切时剪刃相对于带钢的位置是倾斜的，仅仅在剪切终结是才能垂直与带钢。这样，剪切过程不是纯剪切，还附加有挤压作用，从而导致了水平力，使剪刃的磨损加快。剪切时剪刃的不平行性还影响剪切成品的端面质量，所以这种飞剪不适合剪切厚度较大的带材，大多用于剪切薄带材。 20 滑座式飞剪滑座式飞剪又称模式飞剪，是滑座往复移动的下切式飞剪。滑座式费劲爱你通过滑座的横向移动使上下剪刃与被切钢带保持同步，只用摇床使下剪刃上升和下降也可以实现间断式剪切。但它经常是作为飞剪进行连续式剪切的。其机械结构较为简单，电气控制系统比较复杂，适合剪切厚规格的热轧带钢卷。滑座式飞剪的滑座（上、下忍车）与带钢保持同步，下剪刃随滑座平移、同时上移完成对钢的剪切。上下剪刃每剪一次，滑座将经过前进、返回、加速及停车等阶段。在每循环内，带钢与剪刃和滑座之间必须保证严格的相互协调的运动关系。剪切过程若剪刃从最大开口度启动工作后再恢复到最大开口度位置为一个剪切循环，则飞剪在这一周内的剪切过程为： 1）滑座在上下剪刃剪切终了后处于最大开口度状态下自 P 点开始减速停车； 2）滑座反向（指与带钢运行方向相反）加速运行； 3）滑座反向等速运行； 4）滑座减速停车； 5）滑座正向加速运行； 6）滑座正向运行速度达到与带钢运行速度同步后，等速运行。同时，摇床上升运行剪切后下降复位； 7）上下剪刃恢复最大开口状态，滑座减速停车。每一剪切循环完成一次剪切，显然，定尺长度 L 取决与剪切循环的周期 T（两次剪切的间隔时间）即： TL vB 式中 vB 带钢运行速度，米 /秒 T 剪切循环周期。 nts大学毕业设计（论文）说明书 13 30 滑块式摆式飞剪滑块式摆式定尺飞剪是一种定尺飞剪，用于剪切厚度在 6.4 毫米以下的热连轧带钢。它的上刀刃坐近似椭圆形的往复摆动；下刃口作封闭曲线形往复摆动，同时在上刀架的滑槽内上下滑动，实现与带钢的同步剪切。飞剪的剪机本体与送料矫正两部分自检采用机械传动联系，结构较为复杂。滑块式摆式飞剪自五十年代问世以来，不断改进，日趋完善。现代滑块式摆式飞剪，从结构上分为上摆式和下摆式两种。上摆式的上刀架的摆动连杆处于主轴的上方；下摆式的上刀架摆动连杆处于主轴的下方。两者的主要区别在于匀速机构不同。不论是上摆式还是下摆式，上、下刀架均作往复摆动，所产生的惯性力按正弦函数变化，大小与剪切速度的平方成正比，从而使得这类飞剪的动力学特性变坏。不仅有较大的振动和冲击，影响零部件的寿命和发生较大的噪音，而且限制了剪切速度的提高；降低了精度。剪切速度一般在 1.8 米 /秒左右，近来由于增加了惯性力平衡装置，剪切速度可以提高到 4 米 /秒，并使连杆的受力降低 90%、主轴的扭矩降低 75%。增设惯性力平衡装置，本来是为了提高剪切速度，但是近来国内外即使在剪切速度不高的情况下也逐渐增设惯性力平衡装置，以期提高飞剪工作的平稳性、改善其动力学特性和剪切精度。 40 曲柄摆式飞剪惯性力大的固有特性，限制了摆式飞剪剪切速度的提高。为了克服这一缺点改进了摆式飞剪，这种改进后的飞剪成为曲柄摆式飞剪或施罗曼飞剪。这种飞剪具有生产率高、定尺范围广、剪切精度高、使用操作方便等优点。是一种结构紧凑的新型带钢定尺飞剪。曲柄摆式飞剪机构合理，电气控制系统较为完善，具有以下特点： 1）在剪切过程中，上下剪刃保持平行；当带钢厚度变化时，剪刃侧向间隙也能方便地调节。最小剪刃侧向间隙值为 0.01 毫米，最小剪切厚度为 0.1 毫米。 2）动平衡性能好。剪切厚度为 0.150.55 毫米的带钢时，剪切速度为 120 米 /分。剪切速度可达 300 米 /秒；剪切最大厚度为 3 毫米、宽度为 1530 毫米带钢时，剪切速度为 120 米 /分。剪切定尺长度的调节是无级的；定尺范围较宽，为 0.516 米。定尺精度较好，其公差为长度的 0.0250.03%。飞剪的回转零部件皆作等角速度运转，几乎没有惯性能量波动；匀速机构把最高剪切速度安排在曲柄长度最短时；上刀架的重心在曲柄和上刀架的绞销点上，曲柄回转时重心作等速圆周运动。对于有角速度变化的杆件，采用最大惯性能量的相位彼此错开等方法，降低惯性能量波动，使得飞剪具有良好的动平nts大学毕业设计（论文）说明书 14 衡。 3）采用数字控制的剪切长度误差自动校正系统和顺序控制的定尺长度自动调整系统等，具有较高的自动化水平，操作方便、简单。这种曲柄摆式飞剪，目前已引进的有 D 型和 K 型。 D 型飞剪本体和夹送矫正装置共用一台直流可调速电动机驱动。 K 型飞剪可以将带钢剪成 50016000 毫米内的任意定尺长度。曲柄摆式飞剪的工作原理图 16 50 表示飞剪的工作原理，夹送矫正装置由直流电动机 10 驱动，将带钢 1 按照给定的速度经导板台传送带 6 传给剪切机构 12。带钢运行速度即为夹送矫正装置送进带钢的速度，剪切速度则取决与曲柄转速。为了使剪切速度与带钢运行速度同步就必须对曲柄转速与夹送辊转速进行联锁控制。曲柄转速由飞剪主电机轴上的脉冲发生器 22 测定，夹送辊转速由测量辊 3 上的脉冲 5 测定。当夹送矫正装置送进带钢的速度与剪切速度出现微量不同步、剪切长度的实际值与给定值之间出现偏差时，剪切长度误差自动校正系统的数字控制装置；立即启动电液步进马达 8，进行功率放大，通过差动齿轮组 9 的调节改变夹送矫正装置送进带钢的速度。直到剪切定尺长度误差被消除，使送进速度与剪切速度同步为止，从而实现长度误差的自动校正。由于设置了电液马达和差动齿轮组这种电气机械液压闭环转速伺服调节系统，在加，减速过程中在每次调整剪切长度给定值后，都能迅速的获得准确的剪切长度。曲柄摆式飞剪字啊机组速度给定值（即夹送矫正装置送进带钢速度给定值）不变的情况下，基本定尺长度的调节是通过改变曲柄转速和曲柄长度的方式来实现的。飞剪的基本定尺长度为 5001000 毫米。相应的曲柄长度变化范围为 102175 毫米。 nts大学毕业设计（论文）说明书 15 为了扩大剪切长度范围，曲柄摆式飞剪的下刀架（摇臂）上设有机械偏心装置和液压偏心装置组成的空切机构。通过机械偏心和空切变速箱可以获得的定尺长度为基本定nts大学毕业设计（论文）说明书 16 尺长度的 2 倍和 4 倍；机械偏心和液压偏心同时参与剪切，可以获得的定尺长度为基本定尺的 8 倍和 16 倍。在剪切长度给定后，可以在停机而且剪刃处于剪切位置是，手动或自动地进行定尺的调整。调整操作有三个方面，即调整曲柄长度；切换空切变速箱；投入或断开液压偏心装置。整个调整过程由电子计算机进行控制，当旋转凸轮开关K21和K （图 16 50 中件号 17 和 15）分别给出上剪刃处于剪切位置和机械偏心在上死点位置的信号后，电子计算机根据给定的剪切长度给出各种动作指令和调节参数，使曲柄摆式飞剪的机械系统、液压控制系统和电气控制系统协调地动作，自动调整曲柄长度。第二章设计方案的比较 2.1 飞剪机的基本要求飞剪机的特点是能横向剪切运动着的轧件，对它有三个基本要求： 1）剪刃在剪切轧件时要随着运动的轧件一起运动，即剪刃应该同时完成剪切与移动两个动作，且剪刃在轧件运动方向的瞬时分速度 v 应与轧件运行速度 v0相等或 2%3%，即vv 0)03.11( 。在剪切轧件时，剪刃在轧件运动方向的瞬时速度 v 如果小于轧件的运动速度 v0，则剪刃将阻碍轧件的运动，会使轧件弯曲，甚至产生轧件缠刀事故。反之，如在剪切时剪刃在轧件运动方向的瞬时速度 v 比轧件运动速度 v0大很多，则在轧件中将产生较大的拉应力，这会影响轧件的剪切质量和增加飞剪机的冲击负荷； 2）根据产品品种规格的不同和用户的要求，在同一台飞剪机上应能剪切多种规格的定尺长度，并使长度公差与剪切断面质量符合国家有关规定； 3）能满足轧机或机组生产率的要求。 2.2 各种飞剪机设计方案的比较目前应用较广泛的飞剪机有，滚筒式飞剪机、曲柄回转杠杆式飞剪机、曲柄偏心式飞剪机、摆式飞剪机和曲柄摇杆式飞剪机等。近十几年来，采用计算机可编程序控制等新技术的飞剪机得到了一定地发展。 1）滚筒式飞剪机滚筒式飞剪机是一种应用很广的飞剪机。它装设在连轧机组或nts大学毕业设计（论文）说明书 17 横切机组上，用来剪切厚度小于 12mm 的钢板或小型型钢。这种飞剪机作为切头飞剪机时，其剪切厚度可达 45mm。滚筒式飞剪机的刀片作简单的圆周运动，顾可剪切运动速度可达 15m/s 以上的轧件。图 9-1 是滚筒式飞剪机机构示意图。刀片 1 装在滚筒 2 上（图 9-1）。滚筒 2 旋转时，刀片 1 作圆周运动。用于切头切尾的滚筒式飞剪机，在滚筒上往往装有两把刀片，分别用来切头和切尾。飞剪采用启动工作制。用于切定尺的滚筒式飞剪。一般采用连续工作制。滚筒式飞剪机的刀片作圆周运动，上下刀片切入轧件时，在垂直方向不平行，剪后轧件头部不平整，故以剪切直径小于 mm30 的圆钢或相应的方坯，以及薄板带为宜。 nts大学毕业设计（论文）说明书 18 2）曲柄回转杠杆式飞剪机用飞剪机剪切厚度较大的板带或钢坯时，为了保证剪后轧件剪切断面的平整，往往采用刀片作平移运动的飞剪机。曲柄回转杠杆式（也称曲柄连杆式）飞剪机就是此类飞剪的一种。图 9-3 是曲柄连杆式飞剪机结构图。刀架 1 作成杠杆形状，其一端固定在曲柄轴 2端部，另一端与摆杆 3 相连。当曲柄轴 2（即曲轴）转动时，刀架 1 作平移运动，固定在刀架上的刀片能垂直或近似地垂直轧件。 nts大学毕业设计（论文）说明书 19 由于这类飞剪机在剪切轧件时刀片垂直于轧件，剪切断面较为平整。在剪切板带时，可以采用斜刀刃，以便减少剪切力。这种飞剪机的缺点是结构复杂，剪切机构动力特性不好，轧件的运动速度不能太快。用于小型型钢厂的曲柄连杆式飞剪机，轧件速度小于5m/s，剪切的轧件厚度为 3070mm。应该指出，在现代化的连续式小型型钢厂中，由于产品的范围为 mm5010 ，轧件速度变化范围也达 23m/s。因此，单独使用上述的回转式或曲柄连杆式飞剪机都不能满足生产要求，而同时设置两台飞剪机的投资也较大。为此，出现了一种曲柄 -回转联合式飞剪机如下图，。当剪切断面较大而速度较低时，飞剪机为曲柄连杆式。当剪切断面较小而速度较高时，将连杆 5 从刀架上卸下后，与摆杆 4 一起固定在飞剪机箱体 3 上，此时，就是一台回转式飞剪机。这种飞架机转换形式迅速方便，能适应轧件速度范围和剪切范围有较大变化的场合。 nts大学毕业设计（论文）说明书 20 3）曲柄偏心式飞剪机这类飞剪机的刀片作平移运动，其结构简图如图 9-5 所昂比曲柄轴 9（ BCD）铰接在偏心轴 12 的镗孔中，并有一定的偏心距 e。双臂曲柄轴还通过连杆 6（ AB）与导架 10 相铰接。当导架旋转时，双臂曲柄轴以相同的角速度随之一起旋转。刀片 15 固定在刀架 8 上，刀架的另一端与摆杆 7 铰接，摆杆则铰接在机架上。通过双臂曲柄轴、刀架和摆杆可使刀片在剪切区作近似于平移的运动，以获得平整的剪切断面。通过改变偏心轴与双臂曲轴（也可以说是导架）的角速度比值，可改变刀片轨迹半径调整轧件的定尺长度。这类飞剪机装设在连续钢坯轧机后面，用来剪切方钢坯。 nts大学毕业设计（论文）说明书 21 4）摆式飞剪机图 9-6 是 IHI（日本石川岛播磨重工业公司）摆式飞剪机结构简图，用来剪切厚度小于 6.4mm的板带。刀片在剪切区作近似于平移的运动，剪切质量较好。上刀架 1 在“点 2”与主曲柄轴 8 相铰接。下刀架 2 通过套式连杆 4、外偏心套 6、内偏心套 5 与主曲柄轴 8 相连。下刀架 2 可在上刀架 1 的滑槽中滑动。上下刀架与主曲柄轴连接处的偏心距为 e1，偏心位置相差 180 。当主曲柄轴 8 转动时，上下刀架作相对运nts大学毕业设计（论文）说明书 22 动，完成剪切动作。在主曲柄轴 8 上，还有一个偏心 e2。此偏心通过连杆 12 与摇杆 10 的轴头 11 相连，而摇杆 9 则通过连杆 3 在“点 1”与上刀架相连。因此，当主曲柄轴 8 转动时，通过连杆 12、摇杆 10、 9 和连杆 3 使上下刀架作往复摆动。由于上刀架能上下运动外还可以进行摆动，故能剪切运动中的轧件。 nts大学毕业设计（论文）说明书 23 5）曲柄摇杆式飞剪机这种飞剪机也成为施罗曼飞剪机，用来剪切冷轧板带。由于飞剪机工作时总能量波动较小，故可在大于 5m/s 的速度下工作。图 9-7 为曲柄摇杆式飞剪机结构简图。上刀架 1（连杆）通过偏心轴 6 与下刀架 2（摇杆）相铰接。下刀架 2在曲柄 3 与上刀架 1 的带动下，以偏心轴 4（机械偏心）偏心套 5（液压偏心）为中心作往复摆动。当改变偏心轴 4 与偏心套 5 的偏心位置时，可得到不同的空切次数。 nts大学毕业设计（论文）说明书 24 nts大学毕业设计（论文）说明书 25 2.3 方案的确定本设计采用：由于剪切棒材直径较大，速度较快，采用连续工作制，选取曲柄连杆飞剪机。具体机构如下： nts大学毕业设计（论文）说明书 26 第 3 章剪切力和电动机功率计算 3.1 剪切力的计算根据飞剪刀片形状不同，其剪切力可按平行刀片剪断机或斜刀片剪断机的计算公式来计算。但是当飞剪直接装在轧机后工作而又没有匀速机构时，在剪切时，刀片水平速度xV可能超过板柸送进速度0V，则在板柸中将产生拉应力，此拉应力亦作用在飞剪的刀片上。这个拉应力不允许超过轧件在剪切温度下的弹性极限e。根据胡克定律，轧件中的拉应力应为 =llEe剪切时的刀片咬入角： cos = R hR )1(5.0 式中 R刀片回转半径， R=235mm h棒材的直径， h=98mm cos =0.3 =错误 !未找到引用源。刀片的圆周速度：式中 E 弹性模量，轧件在终轧温度为950 时， E 4500 5500 公斤 /错误 !未找到引用源。。图：飞剪的剪切过程综上计算，由于ll 100%0.07d，故取 h =15mm，则齿轮左端轴颈的直径为 310mm，取其长度为 147mm。 3）下一段装轴承，由于该轴受到轴向力和径向力，参照工作类型初步选择轴承类型为调心滚子轴承其型号为 2316CC，其尺寸为 mmmmmmTDd 1 7 05 4 03 2 0 轴承右端选用锁紧螺母固定，螺母固定段的长度为 36mm，轴承段的长度为 176mm nts大学毕业设计（论文）说明书 35 4）轴承端盖段的轴直径为 380mm，其长度为 97mm 5）曲轴的连接段长度为 140mm，根据飞剪的要求曲柄的长度为 235mm，即轴的中心线距离为 235mm。 6）刀架与曲轴连接段的轴段直径为 250mm，长度为 40mm 7）刀架段的轴直径为 200mm，长度为 212mm。 8）轴最右端连接测速装置的轴段直径为 80mm，长度为 95mm。（ 3）轴上零件的周向定位齿轮与轴的配合处采用平键连接。查表可得平键截面 2063hb ，键槽采用键槽铣刀加工，长度为 320mm，同时为了保证轮毂与轴的配合有良好的对中性此处配合选用6r7H。（ 4）轴上各处轴段的倒角及圆角见零件图。（ 5）求轴上的载荷计算轴上的受力，及做出弯扭图，看出危险截面，计算出它的弯矩列于下表中。载荷水平面 H 水平面 V 支反力 F N7.8373871NH F N69.3049542 NHF 1NVF= 283712.4N 2NVF= 452427.1N 弯矩 M 1MH = mm376824465N mmN1 2 4 4 2 1 5 1 3M H2 mm127670580NM V1 mm1 8 4 5 9 0 2 8 5 NM V2 mmN1 8 6 0 3 8 7 7M V3 总弯矩 mmN5.4 1 6 8 6 5 8 8 6M 1 mmN7.4 3 7 6 6 5 3 5 5M 2 扭矩 T T=14310675N 错误 !未找到引用源。 mm, nts大学毕业设计（论文）说明书 36 图中 V面中的轴向力未标出。上图中的 F1， F2 为剪切力在水平方向和竖直方向上的分力。剪切力 F=54280 千克，即 F=531944N，则 nts大学毕业设计（论文）说明书 37 FsinF1=5074

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