圆盘剪切机结构设计解读

1、圆盘剪切机结构设计摘要圆盘剪切机主要应用于 金属冶炼加工行业，用来剪切纵向厚度 2030mm 的钢板及薄带钢。但是圆盘剪在使用过程中存在传动系统精度 低、径向调整和刀盘侧向调整精度低等问题，为了解决这些问题，借鉴以 往的设计和工作经验， 我设计了这台圆盘剪切机。 此圆盘剪能够和拆卷机、 伸直机、辊矫直机、飞剪机一起来完成伸直、切边等一系列的工作，设计 思路如下：（1）通过对国内外圆盘剪的调研分析， 总结出国内外圆盘剪相关技术 的优缺点，确定圆盘剪各机构的布置方式和相关技术参数。同时完成轴向 调节结构、径向调节机构和带宽调整机构的设计；（2）计算圆盘剪的剪切力和电机的传动功率。完成刀盘、传动轴、

2、齿 轮的设计和电机、轴承等零件的选型工作；（3）运用 Solidworks 三维设计软件对圆盘剪的主要零部件进行了三维 建模及总体组装、虚拟装配。本说明书从剪切原理、带钢的剪切变形过程，分析和计算了圆盘剪的 剪切力和传动功率，同时完成了各零件的设计、选型及校核工作。关键词： 圆盘剪切机；侧向间隙调整；径向调整；带宽调整； SoildworksThe structure design of the d isc sheari ng machi neAbstractThe disc sheari ng machi ne is mai nly used in metallurgical in dust

3、ry, which is used to shear Iongitudinal 20 30 mm thickness of steel plate and thin strip.The disc shearing machine I designed is designed to solve some problems,such as driving system consists of low precision, radial adjustment mechanism and the disk lateral low accuracy. The disc shearing machine

4、with the decoiler, the unbender, the roller straightening machine, the flying shear can complete a series of work, such as unbending, trim min g.the ideas are follows(1) through the an alysis of the research of disc shear machi ne at home and abroad, summarizes the adva ntages and disadva ntages of

5、the disc shear related tech no logy at home and abroad, to determ ine the disc cutt ing in stituti ons arran geme nt and related tech ni cal parameters. At the same time completed the axial adjusting structure, adjusting mechanism for the radial and bandwidth adjusti ng mecha nism desig n;(2) calcul

6、ate the disc shear shear force and the tran smissi on power of the machine. To complete the design of the cutter head, shaft, gear and motor, beari ng and other parts select ion work;(3) using the Solidworks 3d design software for the disc cut the main comp onents of 3 d modeli ng and assembly and v

7、irtual assembly as a whole.The instructions from the principle, the process of shearing deformation an alyze the sheari ng force and the power. At the same time, I desig n a various of comp onents and complete select ion and check ing work.Key Words: the disc shearing machine, the lateral clearance

8、adjusting, the radial adjusting mechanism; the bandwidth adjustment Solidworks摘要IAbstract n1 .绪论 11. 1课题背景及研究的目的和意义 11. 2圆盘剪切机的发展状况 11. 2. 1圆盘剪切机的发展 11. 2. 2圆盘剪切机的分类 21. 2. 3圆盘剪切机的研究 31. 3本文主要研究内容 42 .设计方案的选择和评述 52. 1引言 52. 2设计方案的选择 52. 3设计方案的评述 62 .4方案设计 62. 4. 1传动机构的设计 62. 4. 2驱动方式的设计 62 . 4 . 3执行

9、机构的设计 62 . 5本章小结 63. 主要零部件的设计和选型 83 .1引言 83 .2刀盘的设计 83 .3电机的选型 93 .4齿轮的设计 143 .5轴的设计 183 .6键的选择 203 .7轴承的选型 213 .8联轴器的选型 223 .9本章小结 224 .主要零部件的校核 244 .1引言 244 .2齿轮的校核 244 . 2 . 1齿面接触疲劳强度的校核 244 . 2 . 2齿根弯曲疲劳强度的校核 254. 3轴的校核 264. 3. 1按弯扭合成强度校核 264. 3. 2轴的安全系数校核计算 284.4电机的校核 314.5键的校核 324.6轴承的校核 334.

10、6. 1轴承寿命的计算 334. 6. 2轴承静强度的校核 344. 6. 3轴承极限转速的确定 344. 7本章小结 35结论 36致谢 37参考文献 381绪论11 课题背景及研究的目的和意义 圆盘式剪切机广泛用于纵向剪切厚度 2030mm 的钢板及薄带钢。由于 刀片是旋转的圆盘，因而可连续纵向剪切运动着的钢板或带钢。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。剪切带钢的圆盘剪的刀片数目是多对的，且刀 片一

11、般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。此圆盘剪切机是以 1700 横切机组为背景下进行设计的。 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。这次设计的目的就是 解决其圆盘剪在使用过程中传动系统精度低，径向调整机构和刀片侧向调 整精度低等问题。通过本次毕业设计，达到综合应用所学知识，分析和解决实际工程问 题，使我在机械、驱动、控制等方面得到切实的锻炼。1 2 圆盘剪切机的发展概况 早期圆盘剪切机速度较低，圆盘剪切机的刀片旋转通过电机、齿轮传 以及万向连接轴来实现的。刀盘径向间隙调整则是通过蜗轮蜗杆传动来实 现的。而刀片侧向间隙是通过手动蜗

12、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。目前圆盘剪切机装在横切机组上，剪切厚度为 0.52.5mm,剪切宽度为7001500mm, 剪切速度达到 13m/s。121 圆盘剪切机的发展 圆盘剪切机主要由下列机构组成：刀盘径向调整机构、刀盘侧向调整 机构、剪切宽度调整机构和刀盘旋转传动系统等。剪切宽度的调整实际上 就是对机架的距离调整。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

13、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。目前各国都在研究扩大圆盘剪剪切厚度范围。有的国家采用两台串联圆盘剪剪切厚度为40mm的钢板，第一台圆盘剪切入板厚的 5%10%,紧 接着第二台圆盘剪将钢板全部切断。1. 2. 2圆盘剪切机的分类圆盘剪切机按用途分为剪切带钢的圆盘剪和剪切板边的圆盘剪。1剪切带钢的圆盘剪此类圆盘剪将带钢连续剪切，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。2剪切板边的圆盘剪剪切板边的圆盘剪又可分为热轧钢板圆盘剪

14、和冷轧带钢圆盘剪。热轧钢板圆盘剪，剪切厚度小于 20m m,径向调整采用偏心套，齿轮 与刀盘轴通过万向连接轴连接传动。|I图1.1热轧钢板精整机组示意图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，切下的边由碎边机剪切成小段后运走。圆盘剪的作用是去掉钢板 两边并切齐使其满足宽度要求。冷轧带钢圆盘剪，剪切厚度为 0.52.5mm,径向调整通过上刀盘齿轮 和四连杆机构完成。有的冷轧带钢圆盘剪采用测速装置，使剪切精度更准 确。4.给料机8.分卷卷取机1.拆卷机5.圆盘剪切机2.伸直机 3.下切剪6.卷边机 7.风动分离

15、盘图1.2冷纵剪切机组示意图钢卷由吊车吊到拆卷机处拆卷，将头伸直经下切剪切头由给料机送到 圆盘剪纵切后，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。圆盘剪切机的作用是将带钢切成窄条，并卷成窄带钢卷。 圆盘剪按刀盘传动方式有动力剪和拉力剪之分，拉力剪是指刀盘不直 接驱动，由剪后拉力辊或卷曲机拖动带钢，在拉过圆盘剪时进行剪切。两 种剪切方式各有特点，故在圆盘剪的传动系统中装有离合器，可以根据需 要采用动力剪切或拉力剪切方式。1. 2. 3圆盘剪切机的研究用于切边的圆盘剪，它的机构组成一般情况是：左右机架、上下刀轴、 底座、机架移动机构、刀盘调整机构和传动装置等。窄带钢圆盘剪的结

16、构 必须保证带钢两侧边缘整齐，严格控制带钢宽度，在圆盘剪上对带钢两边 进行切边，切下的边缘在碎边机上进行破粹。窄带钢圆盘剪结构和传动系 统如图1.3所示。 -*1 ”图1.3窄带钢圆盘剪结构和传动系统示意图Gv bv-1测速发电机5.偏心套13飞轮2. 电机3.减速机4.刀轴升降调整机构6.刀轴7.侧向调整机构 8.离合机构电机14.固定碎边机15.旋转碎边刀2. 刀轴部分6是由各固定了两片圆盘刀的上下刀轴组成；3. 离合部分是在圆盘剪的下方，通过电机 8、减速机9和丝杠10调整 圆盘剪左右两侧机座的横向位置，使左侧机座的游动轴和右侧机座的传动 轴与上下刀轴连接，从而可以传动刀轴 6.当离合机

17、构使左右两侧机座分离 时，即可使刀轴脱离机座的传动轴，以便于进行换刀操作；4. 调整部分包括压下抬起的调整机构和刀片轴向位置的调整机构。在上下传动轴和游动轴的外面，各有一个偏心轮为14mn的偏心套，转动压下 手轮，通过传动机构的传动，两端的偏心套同时转动，从而使两侧上下轴 之间的距离发生变化。5. 压下机构用以调整上下刀刃之间的重合量，并在换刀时用以抬起上 刀。在左右两侧机座的前方各有一个手轮，在两侧上部偏心套上各固定一 个涡轮，涡轮通过螺母与偏心套上的螺纹连接。转动手轮可以调节偏心套 的轴向位置，从而调节上刀轴的轴向位置，使左右两侧上下刀之间的间隙 保持均匀一致，并调节剪切中心线使之与机组中

18、心线相应一直。6. 辅助部分包括引导带钢平直地从剪刃间出来的上下托板，以及固定 上下托板的横梁等部件，还有将切边导入碎边机的左右导槽，以及固定和 调整导槽的部件。1. 2. 3. 3圆盘剪的工艺特点1圆盘剪的下刀盘是传动的，用于穿带操作时剪切；2. 在正常运行时，传动脱开，圆盘剪进行拉剪工作方式，这就可以省 去剪切前活套坑及其控制装置，而且减少剪刃磨损及改善剪边质量；3. 剪切宽度调节是通过交流电机和传动丝杠来改变机架的开口度。上 剪刃重合量和侧向间隙量是由电机单独调节的。 下剪刃丝杠可以手动调节， 以在补偿剪刃磨削后保证剪切平面标高恒定；4. 剪切质量的调节参数是刀盘重合量和刀片侧向间隙量，

19、刀盘重合量 和刀片侧向间隙量是根据剪切厚度和材质进行调整的。合理的调节量可使 剪切负荷减小，剪切作业顺利并获得切口整齐的剪断面；5. 剪切调节量过小会增加剪切负荷，加快刀刃的磨损，另外间隙过小 带钢还会出现毛刺、毛边缺陷；6. 调节量过大会使剪边“竖立”或剪切断面撕裂，使剪边质量不佳。1. 3本文主要研究内容本课题的研究内容主要是针对圆盘剪在使用过程中传动系统精度低， 径向调整机构和刀片侧向调整精度低等问题进行展开，通过重新设计圆盘剪的机械结构争取解决这些问题，主要研究内容有：圆盘剪的设计方案选 择和评述、电机的选型和校核、各零件的设计选型和校核等。2. 设计方案的选择和评述2.1引言冷轧带钢

20、圆盘剪，剪切厚度为 0.52.5mm,剪切宽度为7001500mm。 有的冷轧带钢圆盘剪采用测速装置，使剪切精度更准确。因此我设计的是 带有测速装置的圆盘剪。2. 2设计方案的选择2.径向调整减速机1带电机摆线针轮减速器4.刀盘7减速机13.刀盘侧向间隙调整装置5.离合器8.电机14.机座移动机构3.调整丝杆6.增速机构9.10.11.12 .同步齿轮（宽度调整机构）图2.1圆盘剪结构示意图2. 3设计方案的评述主传动由电机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

21、位置）时各齿轮能 很好的啮合。刀盘侧向间隙调整，转动手轮使螺纹套筒旋出以便下刀盘做轴向移动， 并增加自锁装置；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；剪切带宽的调 整是通过在剪切机下部设置机架横移机构，经行星减速机将运动传递到两 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移动从而达 到调整带钢宽度的目的。2. 4方案设计2. 4.1传动机构的设计在圆盘剪切边过程中，带钢是由上、下两刀盘以相同的速度共同运动 切下板边的，由于上、下刀片要求同步，因此选择齿轮传动。与其它传动 方式相比，齿轮传动的优点是：1.与带传动相比：

22、齿轮传动效率高，寿命长，工作可靠。2与链传动相比：齿轮传动的传动比恒定，稳定性好，噪声小且结构 紧凑。2. 4. 2驱动方式的设计圆盘剪的传动方式是齿轮传动，齿轮主要是做回转运动。因此驱动装 置应能把其它形式的能转化为机械能。根据以往的设计和工作经验，优先 选用电机，其它驱动方式均不合适。圆盘剪的剪切速度不高，只有13m/s, 故还需增加一个减速装置和一个测速装置。2. 4. 3执行机构的设计1700横切机组的执行机构分别为：卷筒组件、矫直组件、切边组件、 碎边组件等，圆盘剪主要是负责切边的。所以执行机构的设计便是切边组 件的设计。此圆盘剪所采用的执行机构与 1700横切机组中圆盘剪的执行机构

23、相 同，但切边组件主要零件的设计和选型见下文。2. 5本章小结此台圆盘剪切机是在1700横切机组的背景下设计的，所采用设计方案 如图2.1所示，并确定解决圆盘剪问题所采用的方法和结构，同时完成了 圆盘剪传动机构、驱动方式和执行机构的设计。刀盘侧向间隙调整，通过转动手轮使螺纹套筒旋出带动下刀盘做轴向移动完成；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完成；剪切带宽的调整是通过在剪切机下部设置机架 横移机构，使机架沿着导轨移动从而达到调整带钢宽度的目的。圆盘剪的 传动方式采用齿轮传动，驱动方式采用电机驱动。3. 主要零部件的设计和选型3.

24、 1引言在前面的章节中，已经完成了圆盘剪设计方案、传动机构、驱动方式、执行机构的选择，在本章中主要完成的工作是各零部件的设计和选型。3. 2刀盘的设计圆盘刀片尺寸包括圆盘刀片直径 D及其厚度。查文献1 , 178，其 计算公式为：(3-1)h s1 - c o s1上式中的：-1是最大咬入角：-1，一般取为10 15 ; s是刀盘的重合度;h是被剪切带钢的厚度。查文献1 ,185表8-13，可知被剪切带材厚度h、 刀盘直径D和刀片厚度.之间的关系：表3-1被剪切带材厚度h与圆盘刀径D和刀片厚度：间的关系被剪切带材厚度 h/mm圆盘刀片直径 D/mm刀片厚度:./mm0.180.61501701

25、50.62.5250270202.5644046040610680700601025700100080圆盘剪设计参数如下：剪切带钢速度 V=13m/s剪切带钢强度二 b 詬OOMPah=0.52.5mmB=8001500mm根据图3.1被剪切带材厚度h与圆剪切带钢厚度剪切带轮宽度由于剪切带钢厚度h=0.52.5mm，盘刀径D和刀片厚度间的关系，可知刀盘直径 D=270mm、刀片厚度-=20mm。当咬入角：1 = 100150，我们可以引用一个经验公式，圆盘刀片厚度一般取为：带入数值计算得：6 =(0.06 0.1) D =(0.06 0.1)270 = 16.2 27 mm为了保证刀片的强度和

26、使用寿命，我们取刀径D=270mm、刀盘厚度、=30 mm。图3.1刀盘的三维图3. 3电机的选型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：P = P P2(3-3)式中：P 纯剪切力；P2 钢板被剪掉部分的弯曲力；假定实际剪切面积只局限于弧 AB及弧CD之间，因为在BD线之外剪 切的相对切入深度大于，即剪切过程已经彻底完成了。其次，将弧 AB 和CD视为弦。作用于宽度dx的微小面积上的剪切力为：(3-4)dR =qxdx =也 d x式中：qx 作用在接触弧AB水平投影单位长度上的剪切力图3.2在圆盘剪上剪切金属时压力由相对切入深度知：2xta n。s =h微分后得：dxh d

27、；2tan :式中：a 弦AB与CD之间夹角的一半。 所以纯剪切力为：Pih2二 hdx d ；2tah22tan :在圆盘剪上冷剪时，a值可按下面公式计算:a = KcbK-b-(3-5)(3-6)(3-7)(3-8)式中：K1 K2 = 1，为金属材料的延展率，可查取手册查阅文献2，表3-1可知:表3-2相对延伸率和相对切入率；关系剪切强度6/（公斤/毫米2）相对延伸率J.相对切入率；400.330.41500.310.39600.260.33650.240.30由设计参数知剪切强度 J 15时，系数Z趋近于渐近线Z=1.4，带入数据计算总剪力：p =5(1 Zta-) =3.641 10

28、3 (1 1.4 tan7.625)= 6.626 1 03N6 0.26考虑到刀刃磨钝的影响，增大 15%20%,这里取增大20%。P =p (1 - 20%)6.626 103 (1 20%) =7.519 103N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：MPDsin(3-11)3Q= 7.519 100.27 sin 7.625 =269.37N * m驱动圆盘剪的总力矩为：M 二 n(M1 M2)(3-12)式中：n刀片对数M2 1对刀片轴上的摩擦力矩，M2二Pd，

29、其中d为刀片轴的轴颈 取d=165mm,为刀片轴承处的摩擦系数，刀片材质一般为9CrWSi。查轴承摩擦系数表，可知 =0.00120.004,取=0.004。所以总的力矩为：M = nM M 2）=2 (269.37 7.519 103 165 100.0 04=548.67 N m查文献1，181圆盘剪电动机功率可按下式确定N1000DH式中：叫一考虑刀片与钢板间摩擦系数，叫=1.11.2；v 钢板运动速度，m/s；传动系统效率，=0.930.95o(3-13)带入数据计算得:2Mv1000D= 1.22 x 548.6731000 270 10-3 0.93=15.73 KW根据以上计算所

30、得数据，查找专业手册，选取合适电机。容量相同的 同类型电机，有不同的转速。分析比较电机及传动装置的性能尺寸、重量 和价格等因素再考虑其可靠性，初步考虑 丫系列三相笼型异步电机。经过 综合比较分析，最终确定采用同步转速为1500r/min的丫180L-4电机。其性能参数如下所示：型号额定功率Pn /KW额定电流I n/A额定转速n n /rpm效率 /%Y180L-42243147091.5表3-3 Y180L-4电机性能参数3. 4齿轮的设计查阅文献3, 128，符合这里要求的材料有45号钢和40Cr。分析两种 材料的特性可知：两者的含碳量不同，40Cr高频淬火后更加耐用。45号钢 属优质碳素

31、结构钢，大量的模具生产公司会用其生产模具，而40Cr经调质后用于制造承受中等负荷及中等速度工作的机械零件，如汽车的转向节、 花键轴等。经过综合考虑，齿轮材料采用 40Cr。齿轮常用的热处理方法有以下几种情况：（1）表面淬火：一般用于中碳钢和中碳合金钢，例如45钢、40Cr等。 表面淬火后轮齿变形不大，齿面硬度可达 5256HRC。（2）渗碳淬火：渗碳钢是碳质量分数在0.150.25%的低碳合金钢。渗 碳淬火后齿面接触强度高，耐磨性好，而齿芯仍保持有较高的韧性，常用 于受冲击载荷的重要齿轮传动。（3） 调质：一般用于中碳钢和中碳合金钢， 例如45钢，40Cr, 42SiMn 等。调质后齿面硬度一

32、般为 220260HBS。因硬度不高，故可在热处理后 精切齿形，且在使用中易于跑合。（4）正火：能消除内应力、细化晶粒、改善力学性能和切削性能。强 度要求不高的齿轮，可用于碳钢正火处理。大直径的齿轮可用铸钢正火处 理。（5） 渗碳：渗碳后不再进行其他热处理，齿面硬度可达6062HRC， 因氮化处理温度低，齿的变形小，故适用于难以磨齿的场合。综合考虑，热处理方法选择调制。查阅文献3，表8.2，可知其机械性能：表3-4齿轮常用材料的机械性能材料牌号热处理方法强度极限二 b/ MPa屈服极限匚s/MPa硬度40Cr调质700500241286HBW以下是齿轮的设计过程：1模数m和齿数z仁模数预估m电

33、暂取m=5;齿数zi暂取47;2.齿宽系数；查文献3，表8.6，可知齿宽系数d如下:表3-5齿轮系数d齿轮相对于轴承位置软齿面硬齿面对称布置0.81.40.40.9非对称布置0.61.20.30.6悬臂布置0.30.40.20.25结合材料及齿轮的布置选取齿宽系数d =0.343分度圆压力角:-此圆盘剪切机米用标准直动齿轮，故分度圆压力角:-二2004. 螺旋角此圆盘剪切机采用标准直动齿轮，故螺旋角1 =05. 齿数比u:考虑带钢剪切的实际情况，预设u=1.2，则Z2 =乙u =56.4，取整Z =60，则齿数比Zi6. 初算计算主要尺寸：按齿面接触强度进行设计，由文献3，142 知:(3-1

34、4)式中：查文献3，表8.14，得节点区域系数Zh=2.5查文献3，表8.5，得弹性系数Ze =1898. MPa系数 K= KaKvK ：K：.传递转矩 T =9550 Pn =142.93N *Mn n齿数比 u=Z2/zi=1.277查文献3 ,133，端面重合度：-11 答=卩.88-3.2( +)cosE(3-15)Z1 Z2 一带入数据计算得二1.88-3.2 ( 11 ) cosO0 =1.759,查文献3，图47608.15,得重合度系数Z =0.865许用接触应力J H可由公示确定，ZnSHZn(3-16)(3-17)(3-18)N=60 naLh式中：n齿轮转动速度；a齿轮

35、转一周，同一侧齿面啮合的次数；Lh 齿轮的工作寿命；Sh接触强度计算的安全系数。暂定10年，二班倒。经过计算N1=4.234 X08,考虑传动比，则N2=Nu=3.319氛)8,查文献 3,146,知齿面接触疲劳极限应力为 Hlimmin =470MPa、Hlimmax =590MPa ；查文献3, 147知接触强度寿命系数 Zn1=1.12, ZN2=1.08。 带入数据计算得：U1ZN1 %- Hlim1Sh1.12 4701.0= 526.4MPaZN2 Hlim2Sh1.08 5901.0= 637.2MPa经过比较，取许用接触应力t H H1 =526.4MPa系数K暂定使用系数Kt

36、 , K= Kt =1.3,带入数据计算得分度圆直径d：u 1 uZeZhZET；）=190.32 mm7. 计算传动尺寸 齿轮线速度：二 d n60 10001470二 190.32 -1.27760 1000二 6.325m/s(3-19)查文献3，146的表8.3、表8.4、图8.7、图8.11得：使用系数Ka=1.5动载系数Kv=1.25齿向载荷分布系数K=1.08齿间载荷分配系数K：,1.2分度圆直径二d动载系数K= KaKvK ：K. =2.43, K与系数Kt相差过大，需要进行修正模数m：m=d1/z1=5mm(3-20)中心距a :11am (z1 z2)5 (47 60)=2

37、67.5mm(3-21)22齿宽B:B= d d= 0.34 235 = 79.9mm(3-22)取整B=80mm=234.47mm,取整分度圆直径d 235mm3. 5轴的设计轴的材料主要采用碳素钢和合金钢。碳素钢比合金钢价格低廉，并对 应力集中的敏感性较小。为保证轴的机械性能，应进行调质或正火处理。 合金钢具有较高的机械强度，淬透性也较好，但价格过高，多用于有特殊 要求和重要的轴。合金钢对应力金钟的敏感性较高，因而在结构设计时应 注意减小应力集中。综合考虑轴的材料采用 45钢，热处理方式为调质。查阅文献3,192,知其机械性能如下:dm. -3：9.55 x106 P/匝卜0.2、】乂讥(

38、3-23)表3-6轴的主要机械性能材料牌 号热处理毛胚直径/mm硬度/HBW抗拉强度极限-B屈服极限弯曲疲劳极限二-1扭转疲劳极限.-145调质11013032180.60.890360轴颈160mm处仍选择A型普通平键，其参数如下所示：表3-8轴颈120mm处键槽的尺寸轴颈d/mmb/mmh/mmc 或 rL150170402211.21004003. 7轴承的选型圆盘剪的刀盘在对带钢进行剪切的时候，会有很大的径向力产生，刀 盘轴受力比较复杂，因而轴承的选取十分重要。在选择轴承类型时，主要参考一下几点：(1) 当载荷较大或有冲击载荷时，宜用滚子轴承；当载荷较小时，宜 用求轴承。（2） 当只受

39、径向载荷或同时承受径向载荷和轴向载荷，但以径向载荷 为主时，一般应当选择推力轴承；当转速很高时，可选用角接触球轴承或 深沟球轴承；当径向和轴向载荷都较大时，应采用角接触球轴承或圆锥滚子轴承。（3）当转速较高时，宜用球轴承；当转速较低时，可用滚子轴承，也 可用球轴承。（4）当要求支承具有较大刚度时，应用滚子轴承。（5）当轴的挠曲变形大或两轴承座孔直径不同， 跨度大且对支承有调 心要求时，应选用调心轴承。（6）为了便于轴承的装拆，可选用内外圈分离的轴承。（7）从经济角度看，球轴承比滚子轴承便宜；精度低的轴承比精度高 的轴承便宜；普通结构的轴承比特殊结构的轴承便宜。下面根据选型原则选择轴承：（1）

40、刀盘轴安装在刀盘侧向间隙调整结构的一端，由于安装了侧向间 隙调整机构，刀盘轴必然受到轴向力。轴直接与调整螺丝相连接，并且轴 向调整是双向的。故在轴颈95mm处选择型号为52222的双向推力球轴承。（2）圆盘剪在剪切时轴承会受到径向力，故需要安装一个既能承受径 向力又能承受轴向力的轴承，故在轴颈95mm处选择型号为N219E的圆柱 滚子轴承。（3）刀盘对带钢进行剪切时，刀盘要承受极大的径向力同时允许有小 量的轴向位移，故在轴颈120mm处选择型号为7024AC的角接触球轴承。3. 8联轴器的选型联轴器的类型有很多，主要包括：（1）刚性联轴器：冈晒星联轴器主要包括：套筒联轴器、夹壳联轴器、凸缘联轴

41、器等。（2）无弹性元件的挠性联轴器：无弹性元件的挠性联轴器主要包括：十字滑块联轴器、齿式联轴器、 万向联轴器。（3）有弹性元件的挠性联轴器：有弹性元件的挠性联轴器主要包括：弹性套柱销联轴器、弹性柱销联 轴器、轮胎式联轴器和膜片联轴器等。联轴器的选型原则：（1）转矩越大，选刚性联轴器、无弹性元件或有金属弹性选件的挠性 联轴器；转矩如果有冲击振动，则选有弹性元件的挠性联轴器。（2）转轴转速越大，应考虑非金属弹性元件的挠性联轴器。（3）如果对中性较好时，应考虑刚性联轴器；如果对中性需要补偿时， 则应考虑挠性联轴器。(4) 如果装拆方便，应选用可直接径向移动的联轴器。(5) 若在高温环境下工作，不可选

42、用有金属元件的联轴器。(6) 同等条件下，尽量选择价格低、维护简单的联轴器。综合考虑，在电机轴与减速机轴选择 LT型弹性套柱销联轴器，型号：LT8;减速机轴和传动轴间以及传动轴和剪切机输入轴间选择代号LT10型的联轴器。查阅文献4，506表11-13,得到其参数：表3-9联轴器的主要尺寸和特性参数型号许用转矩(N m)许用转速(r/min )轴孔直径(mm)轴孔长度(mm)转动惯量(Kg m 2 )TL8710240045 48 50 55112840.13TL102000170080851721320.643. 8本章小结在本章中，主要完成了刀盘、齿轮和传动轴的设计以及电机、键、轴承和联轴器

43、的选型。刀盘的主要参数：刀盘直径D=270m m,刀盘厚度30mm；齿轮的设计参数如下：模数 m=5mm，齿数zi=47，Z2=60，分 度圆直径d=235mm，齿宽B=80mm， h=10mm；传动轴的参数如图 3.3所 示。电机型号:Y180L-4 ;键的型号：32X18，40X22;轴的型号：7024AC、 N219E、52222;联轴器的型号为：LT8、LT10。4. 主要零部件的校核4. 1引言在上一章节中，主要完成的工作有：刀盘、齿轮和传动轴的设计以及 电机、键、轴承和联轴器的选型。而在这一章中，主要完成的任务是对上 述零件和机构的校核。4. 2齿轮的校核4. 2. 1齿面接触疲劳

44、强度的校核查阅文献3, 135式8.7知：齿面接触疲劳强度的校核公示为:(4-1)式中：u齿数比，u=1.277b齿宽一一“ +”号用于外啮合，“-”用于内啮合Ze 材料弹性系数（jMPa ），Ze=189.8Zh 节点区域系数，查文献3，136图8.14, Zh=2.5Z 重合度系数，查文献3，136图8.15, Z =0.865d1 小齿轮分度圆直径2T 2 沆 274 34齿轮承受的切向力，Fj二话厂進仆带入数据计算得:= ZeZhZKFt二 bd1u 一1u=301.08MPavb H =526.4MPa由于二 卜H ，故安全4. 2. 2齿根弯曲疲劳强度的校核查阅文献3,138式8.

45、12知，齿根弯曲疲劳强度的校核公示为：KFFY 匕 L(4-2)bm名式中：Yf齿形系数，查阅文献3, 139图8.19, Yf=2.33Ys应力修正系数，查阅文献3, 139图8.20, Ys=1.68Y ；重合度系数,带入数值计算得：Ys = 0.25 075 = 0.250.75 =0.6764；-1.759KFtbm2.43 2334.880 0.17312.33 1.68 0.6764=10.85MPa许用齿根弯曲应力:FlimSf查阅文献3, 146图8.28:Flim1=2 8 MPa根据应力循环次数:Fiim 2 = 340MP aK FN = 0.84Sf =1.5带入数值计

46、算得: Flim1Sf(4-3)= 0.842801.5=156.8MPa-F V F，故安全4. 3轴的校核4. 3. 1按弯扭合成强度校核驱动一对刀盘的力矩为:一根刀盘轴上的转矩为:M =548.7N Mt=m2548 7=274.35N M21N一 11 r111-EIE.TT TT r-t1l 1馬M1Trrn10T图4.1轴的载荷分析图与刀盘轴配合的齿轮上所承受的作用力：F-竝Ft= d d齿轮=2334.8N(4-5)Fr = Ft t a n=2334.8 tan 20=849.9 N计算轴在轴承处所受的支反力水平面内的支反力：LFt 256- cFha-(4-6)(294256)=1086.8 NFhb 二Ft294( 4-