380型线材碎断剪设计【7张图/14766字】【优秀机械毕业设计论文】
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线材
碎断剪
设计
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机械
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论文
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说明书一份,53页,14700字左右.
实习报告一份.
翻译一份.
图纸共7张:
A0-装配图.dwg
A1-齿轮.dwg
A1-下剪轴.dwg
A2-剪毂.dwg
A2-剪刃装配图.dwg
A2-上剪轴.dwg
A3-稀油润滑站.dwg
摘 要
线材生产中的飞剪机是用来切头、切尾、以及当出现事故时切取定尺的。飞剪机有许多类型，论文中的380双滚筒式碎断剪，是应用在高速线材生产中的一中。它采用单机驱动，通过齿轮和联轴器，带动传动轴，然后由输出轴上的剪刃切断轧件。本文做了以下工作：1.选择和确定了传动方案。2.选择并校核了电动机。3.设计了传动轴和齿轮，并校核了它们的强度。4.选择了与之配套的润滑系统和维修制度。
关键字：圆盘飞剪、单电动机传动、开式机架、最大剪切力、弯扭合成应力。
Abstract
Flying shear is used to cut head and end and design length as well as accident on wire rod producing. Flying shear has many kinds types. The 380 breaking shear designed in this paper is one of them. It adapts one electrical machine to drive.The electrical machine passes though gear and clutch, to drive the shafts and cut down the wire rod. The following work has been completed in this paper. One. Selecting and defining design scheme. Two. selecting and checking electrical machine. Three. Designing and checking principal shafts and gears. Four. Selecting suitable lubricate system and maintain scheme.
Key words: disk fly shear, single electromotor transmission, opening type machine rack, most cut power, crankle compound stress.
目 录
摘 要 I
Abstract II
第一章 引 言 3
1.1 线材的概论 1
1.1.1 线材中碎断剪的工作原理 1
1.1.2 线材的概念及用途 1
1.1.3 线材轧机的工艺特点 4
1.1.4 线材轧机的发展前景 5
1.2 飞剪机的概况 6
1.2.1线材生产中飞剪机的作用特点 6
1.2.2飞剪机的类型 7
1.2.3飞剪机发展状况…………………………………………………………….....9
第二章 主要零部件设计 9
2.1 结构设计 9
2.2 剪切力、剪切力矩的计算 12
2.3 主电机的计算以及类型选择 15
2.4 主要零件的设计、选择及校核 16
2.4.1 转速与扭距的计算 16
2.4.2 齿轮的设计 17
2.4.3 轴的设计 23
2.4.4 轴承及键的选择与校核…………………………………………………….40
2.4.5 连轴器的选用与校核 43
2.4.6 刀架的设计及校核 43
2.4.7 电动机的校核 47
2.5 碎断剪的润滑与维修 49
2.5.1 碎断剪的润滑 49
2.5.2 碎断剪的维修 50
结束语 51
参考文献 52
- 内容简介：
-
摘 要 线材生产中的飞剪机是用来切头、切尾、以及当出现事故时切取定尺的。飞剪机有许多类型，论文中的 380双滚筒式碎断剪，是应用在高速线材生产中的一中。它采用单机驱动，通过齿轮和联轴器，带动传动轴，然后由输出轴上的剪刃切断轧件。本文做了以下工作： 校核了它们的强度。 关键字：圆盘飞剪、单电动机传动、开式机架、最大剪切力、弯扭合成应力。 毕业设计 is to as as on 80 in is of It to to in 目 录 摘 要 . I . 一章 引 言 . 错误 !未定义书签。 材的概论 . 1 材中碎断剪的工作原理 . 1 材的概念及用途 . 1 材轧机的工艺特点 . 4 材轧机的发展前景 . 5 剪机的概况 . 6 . 6 . 7 .二章 主要零部件设计 . 9 构设计 . 9 切力、剪切力矩的计算 . 12 电机的计算以及类型选择 . 15 要零件的设计、选择及校核 . 16 速与扭距的计算 . 16 轮的设计 . 17 的设计 . 23 承及键的选择与校核 轴器的选用与校核 . 43 架的设计及校核 . 43 动机的校核 . 47 碎断剪的润滑与维修 . 49 断剪的润滑 . 49 断剪的维修 . 50 结束语 . 51 参考文献 . 52 1 s o a is of of an of of as to of of is of .4 m,is is is be of be on of be so be to . of to of to it is in of 00m/s. To to s of so t be of of . an an as of of 41mm,of 4785of 92of 4785mm of :12. of is in be 2. 2. F wo at of at of at of to of to of is of 400 a mm at of At ) of of is d, (D d ) / L (1) d D C L (2) D d d d (D L) d L D (3) C is of d is of of in be 2of m. 3. F he of (1) of is to to is to to do in on at to in to in by to a (2) is up of It is as to of .5 m /300m. of .5 m m/20of .5 m m/20(3) he of is to 4 as to so of be of is 600200 in a of is 00100=40000 to So to do is 00009/1200=300s, or (4) of by be of is a of By of of of be of be by of as 4. F is of be 00100 to of be to of (1) 400 of 5 D d , be we , to a= (Dd ) / L , of be (2) 00100 by be we d”, , of be to a (D d ) / L . as of of be is To of of of be on of in of to is of a If on of at is be on so of an on of by to be be by by of of of of be to a . of a 5. he of of in of as of is of so it in as in in in is is .4 m of is 10is in of is to of be of of be on s It is of of be so of be to a 7 1 . 1997, (29): 5852 s 2002, ): 47 3 & 2002, 29(4):104 2003, (5):445 2000,26(4):346 e 2000, 26(5):34 1 1 高速线材轧机轧辊的锥轴与锥套的检测 摘要 当更换轧辊时 为了取得良好的装配性能 ,高速线材轧机轧辊采用椎孔与锥套的配合。 本文介绍了一种锥 度的 自动测量方法 ，论述的原则是参照圆柱表面作为测量锥度的标准。主要特色是 横向联系锥自动测量仪器 。对 测量误差的仪器进行分析 . 该仪器采用光栅位移传感器锥直径和轴向定位传感器 . 轴向定位误差小于 ,相对误差为锥度测量小于 2 10 由于该仪器配备数据采集系统 , 许多参数和实际剖面测量 的 锥 度 可根据所收集的测量数据 确定 . 此外 ，锥轴与锥套可应用电脑进行虚拟装配。可以观察出锥轴与锥套的实际装配效果，可以实现装配精度最大程度的提高。 关键词 ：轧机，轧辊， 光栅传感器 ， 步进电机 ，虚拟装配 与光滑圆柱配合 相比，锥度具有其独特的优点，例如：自动定心，同轴度高，配合紧密，容易调整松紧度，容易拆装等。因此，它被广泛应用于机械装置中。现在，高线的轧制速度超过了 100m/s。为了适应这个速度，采用锥轴和锥套相配合的轧辊具有良好的表现，否则轧辊将会跑偏使得轧制速度和轧制受益不能保证。 有两个方法用来检查锥度： 综合检查和单项检 查 . 圆锥量是用于综合检查 ,而指标、正弦、角度是用于单项检查锥度公差。 本文介绍了一种锥自动测量方法 ,连同相关卧式锥自动测量仪器 柱表面作为参考 测量了 2 2 锥轴和锥套。轧制 参数如下 : 最大测量锥轴直径 241 其测量锥轴长度范围为 647 985测量轴套的最大直径为 192量轴套的长度范围为64785常测量锥度是 1： 12。锥度的公差要求是，当 轴向位移为 12直径的公差为 1 两个光栅传感器分别位于 锥轴 两边 , 他们是平 行的 ,与主轴 配以 合适的 角度 . 检测从测量较大一端的锥度开始， 以确保测量的准确性 体 每 旋转 做一次测量，即整个周长测量 400次。一个周长测量做每轴 测量程序结束时 ,测量的周长较小一端的锥 度已完成 . 在其中一段是 :远离锥度大端的 l（直径为 D），假设理论测量直径是 d，测量值即为轧辊的轴套的直径。 C (D d ) / L (1) d D C L (2) D d d d (D L) d L D (3) 式中： c 锥度的正常值， d 直径的测量误差， 轴向位移是 12径的容许误差小于 1 因此 ,仪器的 测量误差 在 测量直径 时 不得超过 3米 . 3 3 图 1 锥度自动测量仪 该设备由 四部分组成：机械系统，测量系统，数据采集系统和数据处理系统，控制系统 用于控制 轴向运动和径向旋转 . 机械系统 设备的机械系统包括： 底板 ,左 ,右支托辊 , 和 测量工作台 一 种 是 用于 测 量 锥体转动 , 而后者则是 用于使 光栅传感器沿着锥轴做直线运动 先用两个顶锥支撑住锥轴，然后 启动马达 使位于 轴向与横向光栅 的 传感器 工作，同时，靠锥轴驱动的径向传感器同时旋转。 测量系统 测量系统主要由 光栅传感器及测量电路 组成。 它是用于轴向 定位和测量直径 。 光栅传感器的特点 ,如高精度 ,高分辨率 ,量程 宽 , 抗干扰能力强 等。 普通光栅传感器 的准确性 可达到 00结果的精度可达到 光栅传感器 的 测量电路包括细分电路 ,方向识别电路 ,计数电路 ,显示电路 感器的结果和测量精度分别达到 1m/20向定位传感器的结果和测量精度分别达到 m/20 数据采集和数据处理系统 4 4 数据采集和数据处理系统的功能是收集测量的数据如直径、角度、 轴向位置 ，然后把数据输入采用 准接口的计算机，因此可以得到测量结果和实际的锥度轮廓。 由于串行通信波特率设置为 9600该系统可 每秒 传输 1200字节 。当储存一次测量数据需要 9 字节时，测量数据的总计个数为400100=40000，因此做完整个测量所需的时间总共为 400009/1200=300 秒，大约为五分钟。 轴向运动和径向旋转 的控制系统 图 2 控制操作的界面 该控制系统功能是控制步进电机的旋转和 可实现的 轴向直线运动 . 核心控制系统 是一个并行接口板 . 图 2显示控制操作 的 界面 可以实现启动和停止发动机 ,控制旋转方向和定位传感器沿锥轴 的 速度 。 步进电机 的 步进角为 ; 精度达 可作直线运动的控制手段 和 驱动机制 ,就像 齿轮 、 滚珠丝杠等 . 一旦测量结束，测量锥度的评价由 400据锥度的 5 5 定义 有两种方法可以用来获得实际测量锥度 。 锥轴的大端和小端的测量数据都是通过最小二乘法处理的。 D和 d 都是通过最小二乘法计算得来的。然后 ，我们可以找见 L，两段之间多轴向距离，来自于定位尺寸。根据公式： (Dd ) / L ,可以计算出测量的真正锥度。 共有 400数据和圆锥表面的计算式都是通过最小二乘法计算得来的。当选择了适当的章节后，我们可以计算出 d ，前两截面的直径，和 L，两截面之间的距离，然后测量的锥度可以通过式子 (D d ) / L计算而得出。 这种仪器采用第二 种 评价方法 . 其它参数如标准偏差锥度 , 最大偏差锥度 、 最小偏差锥度也可以 通过 进一步的数据处 理工作完成 . 为了提高测量结果的可视化，已经采用了可视化的加工过程。根据测量数据，实际的锥面轮廓可以通过坐标显示于计算机屏幕上。图 3 是实际锥面的轮廓图。如果你点击轮廓的任意一点，该截面的 轴向位置和直径 即可显示。此外， 你还可以 用鼠标 拖动实际 轮廓 ,让你可以观察到的任意位置 的 概况 . 这种仪器可以 通过电脑做 锥轴与锥套 的虚拟装配 然后 保存它 的测量结果 用保存结果可在电脑上实现虚拟装配。标记 锥轴与锥套 的实际装配效果可以在很大程度上提高装配精度。 图 3 锥度的实际轮廓图 6 6 5. 结论 本文中对锥轴和锥套的测量参照了圆柱面轧辊的测量。它与锥度的实际工作状况相符合，所以原则上具有很大的优越性。 卧式锥自动测量仪器 有其自身的 特点 ,如 结构简单 ,便于调试和运行 , 精度 高 ,量程 宽 等 仪器具有沉重的承载能力 ,刚度大 ,增强 了 适应性 . 光栅传感器 ,用于测量系统的直径和轴向定位 , 径向角定位是 由 步进马达 完成的 . 因此，测量误差小于 对测量锥度误差小于 210 卧式锥自动测量仪器在很大程度上 实现了 自动化 . 采用数字式光栅传感器在于 精度 高 ,同时顺利的完成了 计算机数据采集和数据 处理 . 可从收集到的大量的数据数字化信息 进行 误差分离 , 纠错 ,并 施 行统计分析 . 应用 可视化技术 ，剖面测量锥 度 也可以显示在计算机屏幕上 . 更加 重要的是 ,利用所收集的数据 , 可实现虚拟装配锥轴与锥套 ,可以实现装配精度在很大程度的提高。 7 7 参考文献 1 勒凯什普塔，样机和装配的设计在多式联合虚拟环境中的应用 ，电脑辅助设计， 1997, (29): 5852 徐坤，王绍褍， 在同一方向上测量锥体的圆锥角 ， 拖拉机和农用运输车， 2002, ): 47 3 杜眀芳，张永明锥度的 测量和数据处理，精密测量技术， 2002, 29(4):104 李晓庆，张福云，杨楚敏大型圆锥体上的小锥径测量工具的发展， 工程工具， 2003, (5):445 余新海，陈萍用测量显微镜测量大锥径， 实际测量技术2000,26(4):346 石建要，杨德旺锥径测量和误差分析，实际测量技术 2000, 26(5):34 题 目： 380 碎断剪设计 学生姓名： 学 号： 专 业： 班 级： 指导教师：学毕业设计 I 摘 要 线材生产中的飞剪机是用来切头、切尾、以及当出现事故时切取定尺的。飞剪机有许多类型，论文中的 380 双滚筒式碎断剪，是应用在高速线材生产中的一中。它采用单机驱动，通过齿轮和联轴器，带动传动轴，然后由输出轴上的剪刃切断轧件。本文做了以下工作： 校核了它们的强度。 关键字：圆盘 飞剪、单电动机传动、开式机架、最大剪切力、弯扭合成应力。 is to as as on 80 in is of It to to in 1 目 录 摘 要 . I . 一章 引 言 . 3 材的概论 . 1 材中碎断剪的工作原理 . 1 材的概念及用途 . 1 材轧机的工艺特点 . 4 材轧机的发展前景 . 5 剪机的概况 . 6 材生产中飞剪机的作用特点 . 6 剪机的类型 . 7 剪机发展状况 .二章 主要零部件设计 . 9 构设计 . 9 切力、剪切力矩的计算 . 12 电机的计算以及类型选择 . 15 要 零件的设计、选择及校核 . 16 速与扭距的计算 . 16 轮的设计 . 17 的设计 . 23 承及键的选择与校核 2 轴器的选用与校核 . 43 架的设计及校核 . 43 动机的校核 . 47 碎断剪的润滑与维修 . 49 断剪的润滑 . 49 断剪的维修 . 50 结束语 . 51 参考文献 . 52 3 第一章 引 言 材的概论 材中碎断剪的工作原理 线材生产中的碎断剪工作于回转剪之后，与转辙器协调工作，具体工作原理如下：其中转辙器的作用是将轧件转送给精轧机或拨至碎断剪。起位于回转剪之后。 转辙器结构：转辙器支架和机座为焊接结构，铰接的转辙器本体为球墨铸铁。转辙器由汽缸驱动，其原理图如下： 动作过程：当轧件被切头时，转辙器汽缸活塞位于一位，通道 A 对向精轧机，切头落入 C，同时把轧件抬高 35过了转辙器 A 位导入精轧机。当轧件被咬入精轧机之后，转辙器汽缸活塞运动到 2 位，通道 B 对向碎断剪。如果精轧机以后某段出事故，就可以立即启动碎断剪（转辙器不动），分隔轧件，后续轧件经通道 B 导向碎断剪。同时，当轧件进入碎断剪后，转辙器活塞又返回 1 位对向精轧机。如果事故在很短时间内完成，启动剪机分隔轧件后，剩余的轧件可继续经 A 通道导入精轧机。 4 材的概念及用途 线材按其断面形状属型钢，实际上 已成独立钢类。直 6 径 5热轧圆钢和 10称线材。线材大多用卷材机卷成盘卷供应，故又称为盘条或盘圆。 线材是用量很大的钢材品种之一。轧制后可直接用于钢筋凝土的配筋和焊接结构件，也可经再加工使用。例如，经拉拔成各种规格钢丝，再捻制成钢丝绳、编织成钢丝网和缠绕成型及热处理成弹簧；经热、冷锻打成铆钉和冷锻及滚压成螺栓、螺钉等；经切削成热处理制成机械零件或工具等。 线材一般用普通碳素钢和优质碳素钢制成。按照钢材分配目录和用途不同，线材包括普通低碳钢热轧圆盘条、优质碳素钢盘条、碳素焊条盘条 、调质螺纹盘条、制钢丝绳用盘条、琴钢丝用盘条以及不锈钢盘条等。 线材的用途很广，在国民经济的各个部门中线材占有重要的地位。有的线材轧机以后可以直接使用，主要用做钢筋混凝土的配筋和焊接结构作用；有的则作为再加工原料，经过再加工后使用。例如，经过拉拔成为各种钢丝，再经捻制而成为钢绳，或编制成钢丝网；经过热锻或冷锻成铆钉；经过冷锻及滚压成螺栓；以及经过各种切削加工及热处理制成机器零件或工具；经过缠绕成型及热处理成弹簧；等等。 线材的应用范围不仅相当广泛，而且用量也很大。根据有关资料统计，各国线材产量占全部热轧材总 量的 线材虽然是型钢中尺寸最小的圆钢，但是由于线材的尺寸精度和机械性能要求高，轧件速度又非常快，它的生产工艺和设备相对于普通圆钢要复杂的多。 从生产工艺来讲，合乎尺寸精度要求的线材，不是轻易就能轧出来的。其原因是线材比圆钢细而长，表面积大，温降非常快，在轧制到最后几道次的的时候，能保持轧件在热加工温度范围的时间非常短，这就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。此外，虽然钢坯在加热时个部分温度基本是均匀一致 5 的，但由于个部分从出炉到轧制所经历的时间不同，在轧 制过程中温度的大小也就不同，从而造成个部分的温度差异。据测定在普通横列式轧机上，最后道次线材头尾温差可达2000C 以上，线材各部分温度的差异，导致了线材各部分在轧制时的变形情况不同和却到常温时的收缩量不同，而形成的各部分断面不同，这不断会造成线材沿长度方向上的端面尺寸的不均匀性，而且往往导致线材前半部分尺寸合乎精度要求而后半部分超出允许公差范围，或中部合乎尺寸要求而头尾超出允许的尺寸公差。所有这些都给调整和操作造成困难，并对调整和操作提出了较高的要求。这种工 艺特点在其他热轧型钢生产中不这样明显。 另外，要保证线材达到所要求的金相组织和性能以及沿全尺组织性能均匀一致也是不容易的。线材轧制工程中各部分的温度差异，以及卷曲成盘卷后冷却过程中个部分的差异，都会使线材沿全尺的金相组织和性能不均匀，这就造成了 线材 生产工艺的复杂性。 材轧机的工艺特点 为了研究线材生产过程和各类线材轧机的特点，有必要从线材轧机的工艺特点讲起。 横列式线材轧机是最古老的一种线材轧机。开始时是单列，数架轧机横向单列由一个电动机传动。后来又发展成多列，每列又一个电动机传动，同一机列各 架转数相同，各机架间用人工或围盘送钢进行活套轧制。因此，限制了速度的提高，活套不能调节，造成了活套周期长，温降严重，盘重小，成品精度和性能差，成产率低。目前，这种轧制成品速度一般为 8 米每秒，盘重不超过 100 公斤。 下图是线材生产的工艺流程图： 6 连续式线材轧机是指轧件同时在几架（机组）或在全部轧机上轧制，金属秒流量相等，即1 1 2 2 F V F V =常数，实现了连轧关系的线材轧机。 它与横列式线材轧机相比较有俩个特点，其一是避免了不能调节的活套，实现了连轧关系，从根本 上解决了长活套轧制时大量散热的问题在有些精轧机上，不但温度降低，反而由于变化功转化的热量，使轧件温度升高。中轧机组轧件温度升高，是由于轧件变形热大于轧件散失的热量。精轧机由于轧件端面较小，散热较大，故俩者基本平衡。在高速线材的精轧机组上，由于轧件变形热较大，故轧制温度略有升高，随着轧制速度的不同，升高幅度也不同。第二个特点是设置布置十分紧凑，在使用长钢坯（一般在 92米左右）时将出现轧件前端已进入卷线机而轧件尾部炉内的情况。这就保证了轧件在轧制过程中各道次的轧制温度保持近于相等。在连续式线材轧机上线材终轧温 度均在 线材头，尾温度差很小可忽略不计。由此可见，轧件在连轧过程中，轧制温度基本不变并保持秒流量相等，这就是连续式线材轧机的工艺特点。 材轧机的发展前景 我国已经是世界线材生产大国 ,拥有数量最多的高技术线材轧机 ,但产品品种和质量仍然落后 。 21 世纪的发展之路 ,是跟踪世界先进技术的发展 ,发挥现有轧机的技术优势 , 7 满足金属制品的需要 。 调整轧机布局 ,向西部倾斜 。 提高国产高线轧机的技术水平 ,使之在改造大量落后轧机的结构调整中 ,发挥主力军的作用 。毫无疑问，提高轧制速度，增大盘重和加大钢坯断面的趋势 必将继续下去。但有些问题也必须得到解决，首先是解决精轧机组后的导向装置，飞剪，分线装置，成圈器以及冷却输送，线卷收集和成品输送等装置的研制和开发问题。 线材生产过程中实现了计算机全盘控制和管理也是线材生产的发展方向。现代化的线材生产应逐步实现全在线电子计算机控制和管理，从原料堆放，入炉至成品钢入库，发货为止，实现生产过程自动化，以进一步提高劳动效率，降低劳动强度。要实现线材轧机的尺寸自动控制和最小张力控制，以提高线材质量。为此，必须有可靠的自动检测仪表和严格的生产技术管理基础。 由此，我们可以勾画出线材生产 线的前景：首先，连铸坯源源不断地由炼钢车间连铸机送出来，经过在线连续探伤仪检验钢坯缺陷，用在线火焰清理机进行表面火焰清理，并自动分选钢坯，进入中间保温炉；钢坯在大压下轧机上一次轧成线材轧机所需要的小钢坯；此后，在送入带自动控制尺寸和最小张力控制的单线无扭高速线材轧机，线材尺寸公差可达到 毫米；线材以 100 米每秒以上的速度离开精轧机组，经过自动控制水量的间歇水冷套管预冷后在高速飞剪上切头；然后进入圈器，经过有效的散拳控制冷却处理后集成 3 吨以上重的盘卷；再经高 效率的运输机转至自动检验站和自动打捆机，进行打捆，包装和挂标签，过磅，最后再运往自动仓库，整个生产过程都由电子计算机控制和管理，并通过彩色电视并在各个中心控制站显示。 剪机的概况 材生产中飞剪机的作用特点 线材车间的剪切设备用于轧件的切头，切尾和事故处理。依剪切设备的设置部位和用途计有切头剪、事故剪和精轧后的切头切尾剪。 8 线材生产中所用的剪切机依其结构和原理可分为飞剪和其它形式的剪切机。由于线材断面很小，对断面切斜要求不严，不定尺剪切，故所用的飞剪结构简单。 飞剪的特点主要有以下几个方 面 （ 1）同步性：即当飞剪剪切轧件的瞬时必须使轧件的运行速度与飞剪剪刃的水平速度相同。 （ 2）切定尺：根据用户的要求，飞剪应能把轧件切成各种长度的定尺。实现各种定尺尺度的机构称为调长机构。飞剪的调长机构根据调长的基本方程进行轧件的调长。对于连续工作制的飞剪，调长的基本方程如下： 0060L v tk v 式中 L 要求剪切的定尺长度（ m） 0v 轧件的运行速度（ m/s） n 刀片的转速（ r/m） k 空切系数，即在相邻俩次剪切时间内刀片的所转圈数，对滚筒式飞剪，其运动轨迹为圆时，则轧件长度可表示为： L 式中 D 小直径滚筒的直径，（ 由此可见，为了满足对飞剪的工艺要求，须装设匀速机构和空切机构。不同的飞剪有不同的匀速机构，如径向匀速机构，椭圆齿轮匀速机构，双曲柄匀速机构等。空切机构亦有不同的形式。以上两种机构组成了各种形式的飞剪。 剪机的类型 （ 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横切机组上，用来剪切厚度小于 12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 9 45筒式飞剪机的刀片作简单的圆周运动，故可剪切运动速度高达 15m/s 以上的轧件。 （ 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，为了保证剪后轧件断面的平整，往往采用刀片作平移运动的飞剪机。曲柄回转式（也称曲柄连杆式）飞剪机就是此类飞剪机的一种。此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。 （ 3）曲柄偏心式飞剪机 这类飞剪机的刀片作平移运动，通过改变偏心轴与双臂曲柄轴（也可以说是导架）的角度比值，可改变刀片轨迹半径，以调整轧件的定尺长度。这类飞剪机装设在连续钢坯轧机之后，用来剪 切方钢坯。 （ 4）摆式飞剪机 摆式飞剪机是用来剪切厚度小于 板带，刀片在剪切区作近似与平移的运动，剪切质量好。上下刀架与住曲柄连接处的偏心距为 心位置相差 180 。当住曲柄轴转动时，上下刀架做相对运动，完成剪切运动。由于上下刀架除能上下运动外还可进行摆动，故能剪切运动中的轧件。 （ 5）曲柄摇杆式飞剪机（施罗曼飞剪机） 这种飞剪机也称为施罗曼（ 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。 剪机发展状况 飞剪机的发展主要以下几个趋势： 飞剪机的剪切断面质量提高 这要求剪刃在剪切区域内其水平方向的速度与轧件最大限度的保持一致，为达到这 10 一目的，在飞剪机中往往设置了匀速机构。另外，有些剪切机还装有定尺调长机构。这些变化导致了剪切机构的复杂，所以飞剪的最大一个发展趋势是机构越来越复杂、庞大，飞剪机功能也越来越多。 飞剪的自动化 随着机、电、液一体化进程的提高，轧制速度也越来越 高，自动化趋势已经成为必然的发展方向。首先，轧制流水线越来越先进，轧制速度越来越高，是人工操作成为另外轧制水平提高的大障碍。这要求自动化的实现，而自动控制与机电一体为其实现提供了条件。 第二章 主要零部件设计 构设计 设计方案的选择和确定 由于精轧机的 380 碎断剪有俩根轴带动一对飞剪进行切断动作，因此这就有俩种传动方案。一种由单电机驱动一个滚筒而另一个滚筒由齿轮啮合传递力矩来驱动。另一种是由俩台电机分别带动 上下剪轴输入力矩，直接带动上下滚筒旋转剪切。为了确定一最佳传动方案，将俩 种传动方案各自的优缺点加以比较。 （ 1）单电机传动方案 由于它带动滚筒上的齿轮传动来驱动另一滚筒，所以主动轮上的齿轮轴所受到的载荷远远欠于从动滚筒齿轮周的载荷。这样主动滚筒轴将更大可能的被破坏。所以这就很容易引申出一个特点或者说是缺点：主动轴易受到破坏而发生事故，同时，单一电机也承受过大的功率。同时这种方案也有以下优点：上下剪的同步性高；结构简单，成本低；通过斜齿传动。可以装一套简易的间隙调整机构。 11 （ 2）双电机传动方案 这种方案克服了单电机传动的传动的俩个缺点。首先，它的俩套传递系统平行传 动。每套系统的各个零件受力状况基本相同，不存在某个零件因受到载荷过大而先遭到破坏的问题；其次，它由双电机驱动，每个电机的受载相对较小。 此次所设计的碎断剪是在轧线上出现问题时进行碎断的。俩剪刀的同步性要求很高。因此单机驱动更为适合，至于主动轴的易破坏可以通过加大尺寸更换材料来解决。而大功率电机也比比皆是，因此通过以上考虑单电机驱动。 传动装置的布置形式 采用电机驱动的飞剪机，电机的布置方位可分为上传动和侧传动俩种形式。 上传动是指电机及减速器都布置在飞剪机的机架上，具有结构紧凑，占地面积小坯料 等运输条件好的优点，单独使用的中小型飞剪机各为上传动形式。 电机布置在飞剪机的侧面称为侧传动，对于大型钢坯飞剪机因其电机的重量和大，不宜装在机架的上部，故多采用侧传动形式。在生产作业线上的飞剪机，轧件有辊道运输。工人在作业线一侧操作，另一侧装电机，在这种情况下采用侧传动极具合理性。 综上所述，设计采用的是单电机传动，侧传动的布局形式。 主要零部件的初步设计 由于确定了采用单电机传动，则需要一根输入轴一根从动轴，一副相啮合的大小齿轮。 具体方案如下： 由电动机采用联轴器带动输入轴，通过齿轮啮合将 运动和力矩传到从动轴，主动轴与从动轴一同带动剪刀旋转，达到同步剪切的目的。考虑到见效轴向力的因素，俩齿均设计为直齿圆柱齿轮。其传动原理图如下所示： 12 456732 机架的设计 飞剪机的机架形式有闭合式和开式俩种。闭式机架通常作成门型的，位于剪刃的俩侧，具有刚性好，剪刃断面大的优点。但便于检护安全，却不利于操作员工观察 剪切情况，不便于设备的维护和事故的处理。一般大型钢坯飞剪机均采用闭式机架。 开式机架是位于剪刃的一侧，与闭式机架相比，其刚性较差，剪切断面小，但便于检修，维护和事故的处理。在保证必要的刚性条件下，采用开式机架是很合理的。 飞剪机的机架有铸件和焊件俩种，由于焊接水平的提高，采用焊接机架越来越多。采用焊接机架，既可以省去铸造有关工序，缩短了制造周期，又因采用箱形，薄壁和筋板的结构，能在保证足够的刚性的前提下，设备重量减轻了，节约了钢材，降低了成本，因此这里采用焊接结构的开式机架。 设计的滚筒式碎断剪为单电动机驱 动，采用齿轮机座，其作用是将电动机的扭距给 13 相应的轴，其分为上，中，下三箱。上箱与中箱的凹孔内安放上剪轴及其轴承。中箱与下箱之间的凹孔内安装下剪轴及其轴承。上，中，下三箱安装起来，将俩齿轮装入其中，箱体的两侧均有吊耳，以便安装和拆卸是操作。下箱底版通过螺栓螺母与地相联接。 切力，剪切力距的计算 计算剪切力 首先根据剪切力最大钢坯断面尺寸来确定飞剪机的公称能力，即确定最大剪切力。最大剪切力 m a x m a x ()K F K N 式中： 被剪切轧件最大的原始断面面积 2() 被剪切轧件在相应的剪切温度下最大单位剪切阻力 ()考虑 由于刀刃磨钝，刀片间隙增大使剪切力提高的系数 当所剪切材料无单位剪切阻力实验数据时，由上式可得： m a x m a 6 F 依据本次设计内容中的技术参数，则选用此公式： 式中： 被剪切材料在相应温度下的强度极限 ()因为剪切温度为 880C由 表 8 4 查得110K 如上所述，由参 ，选 K=1.3 如上所述，由已知得71 2将各个数据带入公式中可得 = 0 . 6 1 . 3 1 1 0 1 0 4 7 1 = 5 8 . 8 K N 飞剪在剪切过程中，除了克服剪切变形所需的剪切力外，在水平方向上有侧压力，拉力和动载荷，根据实测数据，最大侧压力为734%，水平拉力为： T = F = l 14 式中： F 轧件的横截面积 l 剪切终了时，飞剪与送料装置见的轧件 长度现场材料 l =4300mm l 剪切终了时轧件伸长量 E 该剪切温度下轧件的弹性模量；近似等于 4500055000根据参 式（ 9 32）选取 E =45000以下为 l 的计算 l =1l中： 1l 剪切时间内刀片在水平方向的移动量 0l 剪切时间内轧件的 移动量 而 1 2 1 20 0 0 0( ) ( )() Rl v t v v 1为剪切时初始角度，由 式（ 9 33）得 1c o s 122A h h 式中 A 曲柄中心距 h 剪切轧件厚度 S 轧件的重选量，由实测得 S=20 4712 2 2 4 . 53 . 1 4Fh m m 所以算 1 01380=28 2为终了角度 02 (1 )c o s 1 2 =22 15 将计算值代入式 1 1 2( s i n s i n ) = 380 ( s i n 2 8 s i n 2 2 )2 =18200 2 360v 取 0v=16.7 m/s=16700 mm/s v =20.8 m/s=20800 mm/s 则 0 2 3 . 1 4 1 9 0 2 8 2 21 6 7 0 0 1 62 0 8 0 0 3 6 0l m m 10l l l =18 上述得数代入公式得 = 2 4 5 0 0 0 4 7 14300 9 8 5 8 9 . 8 5 8N K N 而 T 与力 P 正是剪切材料时刀架所受的力 22m a P= 229 . 8 5 8 5 8 . 8 5 9 . 6 2 计算剪切力矩 （ 1） 计算咬入角 由参 4 知咬入角 2c o =以 = 其中 ， 式中 = 1） 计算最大剪切力矩 由参 4 可知m a x s i n c o g P T 16 =4402 剪切功的计算 由 式（ 8 18）得 A F d Z F h d F h a 式中 a 单位剪切功 F 被剪切件原始断面面积 单位剪切功的数值可通过所剪材料的强度极限b和延 伸率 求出 由参 得 ( 0 . 7 2 0 . 9 6 )式中 所剪切材料的延伸率 b 所剪切材料强度极限 由参 表 8 9 查得 34 5 . 1 2 5 /a N m m m m 则有剪切功 4 7 1 2 4 . 5 4 5 . 1 2 5A F h a =m 电机的计算及类型的选择 飞剪的电动机剪工作制度的不同，需要采用不同的计算方法。按起动工作制工作的飞溅电动机功率几乎完全由飞剪运动质量的加速条件来决定。因为每次剪切要求的加速时间非常短，在个别情况下只有 这种情况下，剪切力对电动机功率实际上没有影响。带飞轮连 续工作的飞剪的电动机功率是按相邻俩次剪切时间 t 秒内的平均剪切功率来计算的。根据参 式（ 9 37）有 N= 17 式中 A 剪切功 ()KN m 考虑飞剪机构内及与空气的摩擦损失系数 此处 =5 因此电动机功率为 5 2 0 . 7 50 . 0 1 9AN t =36 其中 3 . 1 4 3 8 0 0 . 0 1 93 3 2 0 8 0 0Dt v s 通过参考工具书查得 800 系列轧机辅助传动支流电动机允许逆转，适合各种类 型的轧制辅助机械，该系列电动机具有优良的过载特性，特别适用于频繁启动，制动要切的机械传动。如轧钢机械辅助传动设备，起重机，挖掘机等。其字母意义为 Z 支流 Z 起重 J 冶金 选 816 型 其参数为 额定功率 150 额定转速 1200r/上的数据来自参 79159 179 主要零部件的设计与校核 转速与扭距的计算 由于 下剪轴与电动机通过联轴器相连，而从动轴齿轮与主动轴齿轮是 :传动 因此，俩剪轴的转速相等， 有 6 0 1 0 0 0 6 0 2 0 . 8 1 0 0 0 1 0 4 5 / m i n 下上由于飞剪由上，下俩剪轴传动，则每一轴入的静力矩为计算最值的一半， 即 4402 22012 但下剪轴还需要驱动齿轮使传动轴运转 故有 2 2 0 1 N 上4 4 0 2 N 下 18 齿轮的设计 齿轮的传动的主要优点是：传动效率高，工作可靠，寿命长，传动比准确，结构紧凑；适用的速度和传递的功率广；可实现平行轴相交轴和交错轴之间的传动。主要缺点是：制造精度要求高，故成本也高；精度低时噪声大；不宜用于轴间距离大的传动。 对齿轮的要求一般是强度和平稳度的要求。所以齿轮的主要失效形式是轮齿折断，齿面点蚀，齿面磨损，齿面胶合，齿面塑性变形。 针对上述各种失效形式，为了保证齿轮传动满足工作要求，必须建立相应的计算准则。但是对于磨料磨损，塑性变形，目前尚无成熟的计算方法。因此在工程实际中通常只 进行齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度计算。 对于闭式出论传动，当一队齿轮中有一个或同时为软齿面时，齿轮的主要损伤形式是齿面疲劳点蚀，也可发生轮齿折断及其他失效形式，故应按接触疲劳强度的设计公式确定主要参数，然后校核弯曲疲劳强度。若一对齿面均为硬齿面。齿轮的主要失效形式可能是轮齿折断，也可能发生点蚀，胶合等失效。则应按弯曲疲劳强度的设计公式确定模数，然后校核接触强度。对于开式齿轮传动，其主要失效形式是齿面磨损，但往往因轮齿磨薄后发生折断，故按轮齿齿根弯曲强度设计，但适当的降低许用应力以考虑磨损的影响。 由于 硬齿面齿轮与软齿面齿轮比较，无论是从节约材料，减小体积及综合经济效益考虑，均有优点，故软齿面齿轮在许多行业逐渐被硬齿面或中硬齿面齿轮所取代。 因此，由前面已计算结果，高速齿轮选用硬齿面，先按轮齿弯曲疲劳强度设计，再校核齿面接触疲劳强度。其设计步骤如下： 择齿轮材料，确定许用应力 根据前述情况，俩齿轮为 :传动，为使俩飞剪等速剪切，将俩齿轮设计成完全一样。由于无其它特殊要求，由参 3表（ 5 6）选用 45 钢表面淬火表，硬度 405019 由参 3图 5 32C 查得弯曲疲劳极限由参 3图 5 33C 查得接触疲劳极限应力其值为： 350 1150轮齿弯曲疲劳强度设计 由参 3式（ 5 31a）知 1 F 12 0 0 0 式中 K 载荷系数， K K K1T 齿轮传递的名义转距 复合齿形系数 d 齿宽系数 /d 1Z 齿轮齿数 许用弯曲应力 （ 1） 确定许用弯曲应力参 3式（ 5 26）得 li S 式中 试验齿轮齿根的弯曲疲劳极限 试验齿轮的修正系数，取 弯曲疲劳强度计算的寿命系数，取 弯曲强度的最小安全系数，取上述各参数代入得： 3 5 0 2 11 （ 2） 计算齿轮的名义转距 20 由剪切力矩可知 1T=2201（ 3） 选取载荷系数 因为是直齿传动，加工精度为 6 级（由参 2 607 但负载有较大波动，取 K = 4） 初步选定齿轮参数 当分度圆直径一定时，增大齿轮齿数能增大齿面重合度以改善传动的平稳性并降低噪声。而齿数增大相应模数减小，有利于节约材料和降低切齿成本，还减小磨料磨损和提高抗胶合能力。因此，在满足轮齿弯曲强度条件下，一般倾向于选较大的齿数。但对于传递动力的齿轮，为防止以外断齿应使 2m 硬齿面的闭式传动中，由于齿根弯曲强度弱，需适当减小保 证有较大的模数。 齿宽系数d选大值时，可减小直径，从而可以减小传动的中心距，并在一定程度上减轻包括箱体在内的整个传动装置的重量。但同时也增加了齿宽和轴向尺寸，增加了载荷分布的不均匀性。 由参 3可初步确定各齿轮参数如下 1Z=152 2Z=152 u =1 d= 5） 确定复合齿形系数3图 5 38 得上述个参数代入得： 3 22 0 0 0 1 . 5 2 2 0 1 3 . 9 50 . 4 5 1 5 2 4 3 7 . 5m =参 3表 5 1 取标准模数 m=则中 心距 12()2m Z = 2 1 5 2 1 5 2 )2 =380（ 6） 计算几何尺寸 12d d =152=380 21 12db b d=380=17112172则d=核齿面的接触强度 . 由参 3式（ 5 36）可知 1 21( 1 )112 d u 式中 材料的弹性系数， 221112111() 1Z，2Z 俩齿轮材料的弹性模量 K 载荷系数 T 齿轮传递的名义转距 传动比 b 齿轮的齿宽 1d 齿轮的分度圆直径 将各参数值代入式得 查参 3表 5 7 得 21 . 5 2 2 0 1 (1 1 )1 1 2 1 9 8 91 7 2 3 8 0 1H=346。 6面接触应力式（ 5 27）参 3计算 l i mm i N 式中 试验齿轮的接触疲劳极限 22 接触疲劳强度计算的是寿命系数，取 接触强度的最小安全系数，取 .3 工作硬化系数，取 将各参数代入公式得： 1150 111 为 H故接触疲劳强度足够 轮的各项尺寸参数的计算 1 1 . 6 1 . 6 1 3 5 2 1 6hD d m m 172l b m m ； 0 150 . 5 0 . 5 2 . 5 1 . 2 5 ， 取 2n 0 . 3 1 7 2 5 1 . 6b ，取 50c 0 1 20 . 5 ( ) 0 . 5 ( 2 1 6 3 4 0 ) 2 7 8D D D m m 0 25d 0 . 5 2 5r c m m 齿轮简图如下： 23 查取各种公差值 24 由参 2 617 周节累计公差： 63m 齿形公差： 9 m 周节极限偏差： 11m 基节极限偏差： 10m 径向综合偏差： 56m 齿向公差： 19m 中心极限偏差： 28.5 m 齿轮的结构设计 齿轮的设计成腹板式结构，腹板上开有四个小孔，其各项尺寸可见上页简图和齿轮零件图 。 的设计 轴是机器中的主要支撑零件之一。一切回转运动零件（如：齿轮、蜗轮、带轮、链轮、联轴器等），都必须安装在轴上才能传递运动和动力。 按照轴的承载情况，直轴可分为转轴，心轴，传动轴三类。 选择轴的材料，应考虑下列因素：（ 1）轴的强度，刚度及耐磨性要求；（ 2）热处理方法；（ 3）材料来源；（ 4）材料加工工艺性；（ 5）材料价格等，一般常用的有以下几种： 优质中碳钢，如 35， 45， 50 钢，其中 45 钢用得最多。对于受力不大或不重 要的轴，可用 普通碳素钢。碳素钢比合金钢价格低廉，对应力集中敏感性小，可进行热处理改变其综合性能，且加工工艺性好，故应用最广。 合金钢的力学性能和淬火性能比碳素钢要好，但对应力集中比较敏感，且价格较贵，多用于对强度和耐磨性要求较高的场合； 20 2 38合金钢，有良好的高温力学性能，常用于高温，高速及重灾的场合； 40调质处 理后，综合力学性能很好，是轴最常用的合金钢。合金钢在常温下的弹性模量和碳素钢差不多，故当其他条件相同时，用合金钢代替碳素钢不能提高轴的刚度。 25 球墨铸铁及高强度铸铁具有优良的工艺性，不需要锻压设备，洗振性好，对应力集敏感性低，适宜于制造复杂形状的轴，但难于控制铸件质量。 对于机器的一般转轴，主要应满足强度和结构的要求；对于刚度要求高的轴（如机床主轴），主要应满足刚度要求；对于一些高速机械的轴（如机床主轴），主要应满足刚度的要求；对于一些高速机械的轴（如高速磨床主轴、气轮机主 轴等），要考虑满足稳定性的要求。 在转轴设计中，其特点是不能通过精确计算确定轴截面尺寸。因为转轴工作时，受弯距和转距联合
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