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机械毕业设计论文
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机械毕业设计1075联合烫剪机设计说明书,机械毕业设计论文
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第 页 1 目录 联合烫剪机 设计 . 3 摘要 . 3 ABSTRACT . 4 THE HEAD METAL CLIPPER DESIGN . 4 1绪论 . 5 1.1 课题选择的背景和目的 . 5 1.2 烫剪机 国内外发展现状 . 6 1.3 烫剪机 的现状 . 7 1.3.1 烫剪机 在车间布置和作用 . 7 1.3.2烫剪机 的类型和特点 . 7 1.3.3 烫剪机 研究的内容和方法 . 8 2 方案的选择与评述 . 10 2.1 方案选择 . 10 2.2 方案评述 . 10 3 电机的选择 . 12 3.1 剪切力的计算 . 12 3.2 剪切机的扭矩计算 . 12 3.3 剪切时 ,转股稳定运转转速 Hn . 13 3.4 电机型式及电机容量的选择 . 13 4 主要零件的强度计算 . 16 4.1 减速机的计算 . 16 4.1.1 减速机的传动比分配 . 16 4.1.2 减速机齿轮设计 . 16 4.1.3 齿轮轴的设计计算 . 24 4.2 剪刃的设计 . 29 4.2.1 材料的选择 . 29 4.2.2 剪刃的结构设计 . 29 4.3 转股轴承的选择及校核 . 29 4.4 侧隙调整机构 的设计 . 31 4.5 电动机的起动力矩的验算 . 32 4.5.1 系统飞轮力矩的计算 . 32 4.5.2 起动时间的计算 . 33 4.5.3 起动转角的校核 . 33 5 润滑方法的选择 . 37 5.1 减速机润滑方法及润滑油的选择 . 37 nts 第 页 2 5.2 烫剪机 的润滑 . 37 6试车方法和对控制的要求 . 38 6.1 试车要求 . 38 6.2 对控制系统的要求 . 38 7设备可靠性与经济评价 . 39 7.1 机械设备的有效度 . 39 7.2 投资回收期 . 39 专题 -电动机选择与探讨 . 41 1.三相异步电动机的旋转原理 :. 42 2.同步电动机在结构上大致有两 种： . 43 3.电机固有步距角： . 44 4.步进电机的一些特点： . 45 5.电动机的润滑 . 46 结论 . 47 致谢 . 48 参考文献 . 49 附录 -外文翻译 . 错误 !未定义书签。 MODELING AND OPTIMIZATION FOR A 20-H COLD ROLLING MILL . 错误 !未定义书签。 1、 FORCE,TORQUE AND POWER . 错误 !未定义书签。 2、 MATERIAL YIELD STRESS ADAPTION . 错误 !未定义书签。 3、 FRICTION REPRESENTATION . 错误 !未定义书签。 4、 ELASTIC MILL STAND BEHAVIOR . 错误 !未定义书签。 5、 SUMMARY . 错误 !未定义书签。 建模与优化为 20 - H 的冷连轧 . 错误 !未定义书签。 nts 第 页 3 联合烫剪机 设计 摘要 联合烫剪机 是 1700 热连轧机的单体设备 ,它的用途是 联合 、切尾，出现卡钢事故时，将轧件剪断，处理卡钢事故。有时也可剪切定尺，检查轧件的质量。 本溪钢铁公司 1700 热连轧厂的 联合烫剪机 是为满足生产要求制造的，本设计就是改造 联合 、切尾 烫剪机 及其主传动系统。重新选择主电机，新设计的减速机利用原剪切机的底座，采用双电机，把剪切机构的曲柄摇杆式改成转鼓式，减少了动力矩，提高了剪切质量。 设计中，进行剪切力的计算，选择主电机的容量，进行轴、齿轮的设计计算，进行剪切机构的改进设计，取得较好的效果，有一定的经济效益。 该 联合烫剪 应用 1700 连轧厂， 联合 和切尾，以及事故处理也可作为 1700 横切机构设计参 考。 关键词： 剪切机 ,转股 ,联合 ,切尾 nts 第 页 4 Abstract The Head Metal Clipper Design The head metal clipper is 1,700 hot companies rolling mills monomer equipment. Its use is cuts away the forehead, cuts away the tail, When it appear catches the steel and iron accident, It cuts by the rolling part, processing catches the steel and iron the matter. Sometimes also may cut the size which assigns, inspects is rolled over the part the quality. The Benxi iron and steel company 1,700 heat continuously roll over the manufacturing plant to cut away the forehead clipper are for satisfy the production request manufacture， This design is the transformation cuts away the forehead, cuts away the rear part clipper and its the main transmission system. Rechooses the main electrical machinery, the new design decelerates the machine use originally to cut the machine the foundatio n, uses the double electrical machinery, cuts the organization the crank rocker type to alter to the rotor drum type, reduced the kinetic moment, enhanced has cut the quality. In the design, carries on the shearing force the computation, the choice main electrical machinery capacity, carries on the axis, the gear design calculation, carries on cuts the organization the improvement design, obtains a better effect, has the certain economic efficiency. Should cut away the forehead to fly cuts should be used in 1700 continuously roll over the manufacturing plant, cuts away the forehead and cuts away the rear part, as well as the accident processes also may take 1,700 lateral shears organizations design reference. Key words: the cutting machine, the rotor drum type, cuts away the forehead, cuts away the tail nts 第 页 5 1绪论 1.1 课题选择的背景和目的 钢材的生产在国民经济中占有重要地位，用轧制的方法生产钢材，具有生产率高、品种多、生产过程连续性强、易于机械化、自动化等优点。随着轧制工艺和设备的不断发展，以及国民经济 各 个部门对钢材品种要求的不断增长，轧制刚才的品种范围也在日益扩大。应该指出，性能参数相同的轧钢机采用不同的布置型式时，轧钢车间产品、产量和轧钢工艺就不同。因此，轧钢机标称方法还不能全面反映各种轧钢车间的技术特征，还应考虑轧钢机布置型式。轧钢机布置型式可分为单机架式、多机架顺列式、横列式、连续式、半连续 式、串列往复式、布棋式 等，为了进一步提高生产率，出现了连续式布置，此时各架工作机座沿轧制线依次排列，使轧件能同时在几个工作 机座 中连续轧制。在连续轧制时为了不使轧件在工作机座间拉断时产生很大的活套，各工作机座的轧制速度应符合“秒流量相等”的原则。连续布置的主要优点是单位产量投资少，轧制速度高，有较高的机械化和自动化水平 。连续式布置的主要缺点是总投资大，建设周期教长，改变轧制规格时，轧机调整不方便。因此，有些热轧钢板车间采用半连轧和 3/4 连轧布置型式。精轧机采用连续式，粗轧采用非连续式。 随着带钢热连轧 机的发展，产品精度会不断提高，除了提高轧机刚性外，还用厚度自动控制。采用电动 液压压下装置，为了提高带钢向厚度公差和改善板型，在现代轧机上装有液压弯辊装置。 1700 热连轧机组为了使粗轧后的轧件有更好的头尾形状，该热轧线上装有一台 联合 、切尾的 烫剪机 ，该 烫剪机 作用是切掉轧件的“舌头”和“燕尾”，出现卡钢事故时，将轧件剪断，处理卡钢事故，有时也用剪切定尺，检查轧件的质量。 烫剪机 使用中存在的问题， 烫剪机 采用发电机组供电调整困难，剪切机构的运动不见偏心套、连杆惯性太大，电气控制部分难以实现。轧件速度和检测仪器不可 靠，曲柄轴承进水等问题，由于 烫剪机 不能正常使用，致使黑头进精轧机组造成冲击符合大，轧件的“舌头”和“燕尾”很大，有时造成过钢和卷取卡钢事故，影响产品成材率，加大废品数量。本设计的目的就是对 联合烫剪机 进行改进设计，保证 烫剪 正常剪切，这样可以引进厚度控制系统使板卷卷取整齐，提高带卷质量，以满足市场对带钢的要求。 nts 第 页 6 1.2 烫剪机 国内外发展现状 要使 烫剪 适应轧机生产的要求和提高自动化水平，除不断改进 烫剪 性能外，在 烫剪区还需增设有关设备与装置。 如图 1.1 所示， 联合烫剪 区的设备布置简图要求剪切的长度 小于 2 3 的距离，相应的剪 切部位长度应给定。否则料头不能及时进入收集装置切掉头尾不规则区域不残存“铲头”和“鱼尾”。 1、探测器 2、 联合烫剪 3、破鳞夹角辊 4、测量装置 5、脉冲发生器 6、 9、 10、测速发电机 7、主令控制器 8、自整角机 图 1.1 联合烫剪机 区设备布置简图 测量装置 4 位于剪前辊道的辊缝中，靠轧件和辊系表面的摩擦力带动测速发电机 6，测定轧件的速度。热金属探测器 1 位于轧件的正上方，在 A、 B、 C 三处宽度差进行扫描，以 A、 B 两处宽度差选 择 联合 部位， B、 C 两处宽度差选择切尾部位，使剪切部位既满足轧件的要求，又尽可能减少金属消耗。 脉冲发生器 5 是为防止被切掉部分过长而设置的，它装在测量装置中。用脉冲数指示带钢通过的长度。 烫剪机 将以脉冲数为根据进行启动剪切。 联合烫剪机 2 的测速发电机 9 和测量装置测速发电机 6 配合控制剪刃的 联合 速度，与破鳞夹送辊 3 的测速发电机10 配合控制切尾速度，使剪刃在切尾时的线速度与第一架精轧机轧件入口速度相适应。主令控制器 7 用于控制剪刃位置。自整角机 8 把剪刃的实际位置反映给操作台，使操作nts 第 页 7 人员了解设备的运转情况。 近年来，把上述 控制用电子计算机自动控制取得了明显的效果；其次，对 烫剪 的机械部分进行一些改进，使剪刃剪切间隙和剪刃重叠量得到提高，把运动部件的动平衡更加科学以降低动载荷。 把轴承密封进行改进，防止水进入轴承呢叨叨理想的润滑效果。传动装置设计更加合理，以减少运动负荷，以便于 烫剪 的启动和制动。随着 烫剪机 设计的完善，提高 烫剪机 的剪切速度，以适应轧机速度的不断提高。 1.3 烫剪机 的现状 1.3.1 烫剪机 在车间布置和作用 R1 可逆式粗轧机 R2、 R3 不可逆式四辊万能轧机 F1 F7 精轧机 图 1.2 联合烫剪 区设备布置图 联合烫剪机 的作用 ： 剪切轧件的头、尾，以便轧件顺利进行精轧机，提高带钢卷取质量，减少消耗，提高成品率。 处理轧制事故，当出现卡钢事故时，用 烫剪 切断，减少事故损耗。 1.3.2 烫剪机 的类型和特点 用 烫剪机 来横向剪切运动着的轧件 。人们在实践中不断改进与提高使 烫剪 的性能不断完善。近年来，随着轧机速度的不断提高，提高 烫剪 的速度已成为人们普遍注意与研nts 第 页 8 究的问题，各国的 烫剪 设计研究工作者正在研究各类轧机用的高速 烫剪 及其生产过程的全部自动化，用电子计算机控制的 烫剪 已经用于生产。经过近百年的发 展，在生产中使用的 烫剪 ，其类型很多，目前较常用的 烫剪 型式有圆盘式 烫剪 、滚筒式 烫剪 、曲柄回转杠杆式 烫剪 、曲柄偏心式 烫剪 、摆动式 烫剪 和曲柄偏心摇杆式 烫剪 等，上述各类 烫剪 从剪刃运动轨迹来看基本上有两种，即剪刃做圆周运动和非圆周的复杂运动轨迹两种。 1 圆盘式 烫剪 这种 烫剪 一般用在小型车间，将它安装在冷床前 对轧件进行粗剪，或者安装在精轧机组前对轧件进行 联合 ，以保证精轧机组的轧制过程顺利进行。 圆盘式 烫剪 工作可靠、结构简单并可应用于轧制速度 10m/s 以上的场合，在小型车间得到较广泛的应用，它的缺点是剪切断面倾斜，但对 联合 影响不大。 2 滚筒式 烫剪 滚筒式 烫剪 是应用很广泛的一种 烫剪 ，它安装在连轧机前、后或横切机 组上，用来剪切厚变小于 12 毫米的钢板或小型型钢。由于这种 烫剪 的刀片做简单的圆周运动，它可以剪切运动速度高达 15m/s 以上的轧件。此类 烫剪 由于在剪切区刀片不是做平行移动，因而在剪切厚变轧件时，轧件端面不平，故作为成品定尺 烫剪 以剪切小型型钢和薄板为宜。 3 曲柄回转杠杆式 烫剪 这种 烫剪 用于剪切较大的带材或钢坯，由于刀片垂直轧件，故可使剪切断面较为平直 ，在剪切钢板时可以采用斜刀刃，以便减少剪切力，这种 烫剪 缺点结构复杂，剪 切机构运动质量较多，动力特性不好，刀片运动速度不能太快 。 4 曲柄偏心式 烫剪 这种 烫剪 用于剪切厚 度 较大的钢板和钢坯，剪切轧件时刀片垂直轧件，故可使剪切断面较为平直，剪切时刀片的重叠量也能得到保证。在剪切钢板时可以采用斜刀刃。 通过改变偏心轴的偏心量，改变剪刃轨迹半径以调整剪切 立尺长度 。此类 烫剪 安装在连续钢坯轧机后面用于剪切钢坯，也可装在连轧带钢轧机前面用于 联合 、切尾。 1.3.3 烫剪机 研究的内容和方法 1 进行现场调研，了解 烫剪机 生产中存在的问题，并通过座谈收集改进方案，收集有关资料。 2 制定合理的设计方案，并画出总图。 nts 第 页 9 3 对 烫剪 控制系统提出合理要求，以保证剪切的尺寸，提高成材率，减少浪费。 4 进行轴承的密封设计，防止水汽进入轴承内，以改善润滑性能，提高轴承寿命。 5 进行 烫剪 设计的计算和动载荷分析，以减速系统的 GD2，便于启制动。 选择合理的电机类型和容载。 nts 第 页 10 2 方案的选择与评述 2.1 方案选择 利用原机架，把原剪切机曲柄连杆式改为转鼓形式，剪切速度不变，仍为 0.4 2m/s，将 原 烫剪机 二台直流电机容量加大，采用平刃剪切方式，配 备一台减速机。 从许多厂家使用情况看，转鼓式 联合烫剪联合 、切尾使用情况比曲柄连杆式要好。传动图如 2.1 所示 ： 1、 剪切机座 2、 联轴器 3、 减速器 4、 联轴器 5、 制动器 6、 电机 图 2.2 传动系统示意图 注 ：本方案的工作原理是通过双电机驱动减速器，通过减速器实现转鼓转动，从而带动剪刃剪切板材。剪刃只适用于平刃剪，不适用斜剪。 2.2 方案评述 （ 1）采用双电机方便启制动，减少启动时间，以便满足剪切要求； （ 2）选用制动器以便快速停机，以便下次剪切； （ 3）减速机的 目的减速，以便电机容量减少，同时大齿轮相当于飞轮作用，以便减少剪切力矩； （ 4）剪鼓轮采用双剪刃提高剪切效率，且对称布置，以便剪切 鼓 轮平衡 nts 第 页 11 （ 5）采用斜齿齿轮使转鼓同步转动 。 nts 第 页 12 3 电机 的选择 3.1 剪切力的计算 带钢参数 : 带钢最大宽度 :1550mm 材质 :Q235 最大厚度 :40mm 剪切温度 : 1000 轧件运行速度 :2m/s 剪切力计算 : Fbtm a x K 0 .6=P 2， 236-246 (3.1) 70bthbF (3.2) 262000401150mm 6 2 0 0 0702.1 0 .6=P m a x N3124800 3.2 剪切机的扭矩计算 滚筒式 联合烫剪 总扭矩可按静 力学方法计算 ,最大剪切总扭矩的计算公式为 : S i nSAPM )(m a xm a x (3.3) nts 第 页 13 图 3.1 受力简图 式中 :A 上 、下滚筒中心矩 A 970mm s 剪刃重合量 s 3mm 对应最大剪切力的剪切角 sAhA )1(c o s （ 3.4） 对应最大剪切力的相对切入深度 0.25 397 0 )25.01(4097 0c o s 9661.0 2 5 8 2.0)03.097.0(3 1 2 4 8 0 0m a x MmN 26.784942 3.3 剪切时 ,转股稳定运转转速 Hn 2co s260Rn HH 2.244 （ 3.5） 式中： H 轧件运行速度 smH /2 R 剪刃圆弧半径 mmR 485 2 开始剪切角 R hsR 22c o s 2 （ 3.6） 9557.0 9557.048514.32 1000260 Hnmin/226.41 r 3.4 电机型式及电机容量的选择 由于直流电机有优良的调速性能，调速范围大、平滑、方便、过载能力大，可实现频繁的快速起动、制动和反转，这些特点满足 联合烫剪机 的要求，选用直流电机 ZD2nts 第 页 14 系列中型直流电动机： 初选电机容量： 95502maxhnMN （ 3.7） 95502626.49226.784942 KW2.1694 电机采用起动工作制 ,每次剪切要求的加速时间非常短 ,电动机功率几乎完全由 烫剪运动质量的加速条件决定的 ,剪切力对电动机功率实际上影响不大。该剪切机为便于起、制动，选双电机驱动，初步选 ZD-173-18， N=630KW， n=400/1000 r/min 两台，其性能参数见表 3.1。 nts 第 页 15 表 3.1 电机性 能参数 电 压 （伏） 电 流 （安） 转 速 （ r/min） 工作 过载 倍数 k 切断 过载 倍数 效 率 （ ） 飞轮转 距 GD2 （ kg.m2） 重 量 （ N） 600 1030 400/1000 2.5 2.75 0.93 765 95000 ,187,45,350,220,220,1 6 8 0,2 0 5 0,1 5 4 0,2 8 4 0 51 GFEDCbBAl 42,300,1 6 6 0,25,630 54 khhhH 图 3.2 电机结构尺寸 (单位 mm) nts 第 页 16 4 主要零件的强度计算 4.1 减速 机的 计算 4.1.1 减速机的 传动比分配 电机功率为 630kw,额定转数为 400rpm,其传动比为 9.635,每年 300 工作日 ,三班制 ,每班 8 小时 (实际按 3 小时 ),寿命 10 年。 减速机采用双电机驱动，其齿轮排列形式如下： 图 4.1 传动示意图 分配原则：按齿面接触强度相等，减速器具有最小的外行尺寸和较有利润滑条件的原则。 经查表并比较，取高速级传动比 435.21 i 低速级传动比 975.32 i 4.1.2 减速机齿轮设计 1 选定齿轮类型、精度等级、材 料及齿数 （ 1）按所设计的传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动。 nts 第 页 17 （ 2）选用 8 级精度（ GB10095-88）。 （ 3）材料选择 :小齿轮材料选用 34CrNi3Mo，整体调质处理， 强度极限b=803.6MPa,屈服极限s=686 MPa,弯曲疲劳极限limF=343 MPa,齿面硬度 HB320;大齿轮选用40CrMn2Mo，调质处理 ，齿面硬度 HB290, 强度极限b=862.4MPa,屈服极限s=686 MPa,弯曲疲劳极限 limF =274.4 MPa,接触疲劳极限均为 820 MPa。 （ 4）选小齿轮齿数 241 z，大齿轮齿数 5 8 .4 4242 .4 3 5uzz12 。 （ 5）选取螺旋角。初选螺旋角 =14。 2 按齿面接触强度设计 即： 321112 HEHadttZZuuTKd（ 4.1） （ 1）确定公式内的各计算数值 试选 Kt = 1.6。 由图选取区域系数 2.453 Z H 。 由图查得 78.01 a， 87.02 a，则 65.121 aaa 。 由表选取齿宽系数 1.1d。 由表查得材料的弹性影响系数 M Pa 188.9 Z E 。 计算小齿轮传递的转矩 0030 1055.9 nPT （ 4.2） = 9.5540010630 3 =15041 mN 计算应力循环次数 jLhnN 11 60 （ 4.3） 153 0 08214 0 060 910728.1 nts 第 页 18 uNN /12 （ 4.4） 9 57.3/107 28.1 9 81037.4 查取弯曲疲劳寿命系数 由图查得， 90.01 FNK； 95.02 FNK计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 S=1 得： SK FEFNH 111 （ 4.5） 18209.0 MPa738 SK FEFNH 222 1 82095.0 MPa779 许用接触应力 2/21 HHH （ 4.6） 2/779738 MPa5.758 （ 2） 计算 计算小齿轮分度圆直径1td，由计算公式得： 3 241 5.7589.188453.22.312.365.11101.15046.12 tdmm27.396 计算圆周速度 100060 11ndv t （ 4.7） nts 第 页 19 100060 40027.396 sm /30.8 计算齿宽 b 及模数ntmtd db 1（ 4.8） 27.3961 mm27.396 11 co szdm tnt （ 4.9） 24 14c os27.396 mm16 ntmh 25.2（ 4.10） 1625.2 mm36 36/27.396/ hb mm11 计算纵向重合度 tgzd 1318.0 （ 4.11） 14241.13 18.0 tg 0932.2 计算载荷系数 K 已知使用系数 AK =1。 根据 v = 8.3m/s， 8 级精度，查得动载系数 28.1VK；由表查得HK的计算公式 : 故 bKddH 322 1023.0)6.01(18.012.1 （ 4.12） 27.3961023.01.1)1.16.01(18.012.1 322 50.1 查得 45.1FK， 4.1 FH KK 。故载荷系数： HHVA KKKKK （ 4.13） nts 第 页 20 50.14.128.11 69.2 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径， 即： 311 / tt KKdd （ 4.14） 3 6.1/02.227.396 mm20.471 计算模数 nm 11 coszdm n （ 4.15） 20 14c os20.471 mm05.21 （ 3） 按齿根弯曲强度设计 即： 3 2121 co s2FSFadnYYzYKTm （ 4.16） A 确定计算参数 计算载荷系数 FFVA KKKKK （ 4.17） 45.14.128.11 60.2 根据纵向重合度 903.1，由图查得螺旋角影响系数 88.0BY 。 计算当量齿数 311 coszzV （ 4.18） 14cos24327.26 nts 第 页 21 320 coszzV 14cos59359.64 查取齿形系数 由表查得， 592.21 FY； 278.22 FY。 查取应力校正系数 由表查得， 596.11 SY； 738.12 SY。 查取弯曲疲劳强度极限 由 图查得，小齿轮 3431FE MPa；大齿轮 4.2712 FE MPa。 由 图 10-18 查得 :弯曲疲劳极限寿命系数 : 85.0,88.021 FNFN KK计算弯曲疲劳许用应力 ,取安全系数 4.1S ,由式 (10-12)得
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