毕业论文--剪切机设计2

1、摘要abstractii1绪论11.1设计选题的背景11.2 夕卜帀11.2.1我国剪切机的发展过程11.2.2国内外剪切机研究现状及方向31.3研究方法与内容42 设计方案的确定52.1剪切机的种类52.1.1剪切机的类型和用途52.1.2平行刀片剪切机的结构及特点62.2设计方案的确定73.剪切机参数计算3.1结构参数93.1.1刀片行程93.1.2刀片尺寸103.1.3剪切次数103.2力能参数103.2.1确定公称剪切力103.2.2剪切力矩与摩擦力矩 113.3电动机的选择 1 =3.3.1电动机有关参数的确定173.3.2剪切时间的确定19333电动机容量的选择193.4电动机的校

2、核203.4.1总的飞轮矩的确定203.4.2绘制电动机的负载图214. 主要零部件的设计及强度校核244.1曲轴244.1.1曲轴的结构设计244.1.2轴的强度校核244.2机架强度校核274.2.1求岀图形的形心坐标274.2.2危险截面的惯性矩284.2.3矩形截面的受力284.2.4校核机架强度294.3传动系统的设计与校核294.3.1减速器的计算与校核304.3.2齿轮传动的参数314.3.3齿轮接触疲劳强度校核314.3.4齿根弯曲疲劳强度校核344.4滑道的弯曲校核：35441对刀架进行受力分析：354.4.2计算其滑道弯矩: 374.4.3计算抗弯截面模量: 374.4.4

3、计算弯曲应力：374.4.5计算许用应力：374.4.6弯曲强度校核： 375 /i可/冃纟j 彳1385润滑方式的选择：385.2使用该剪切机的注意事项、维护规程及故障处理方法： 38521注意事项：385.2.2维护规程：395.2.3常见事故处理：39结束语4041参考文献42附录143附录245附录347附录449附录552392吨剪切机的设计摘要本次毕业设计的题目是392吨剪切机的设计。为曲柄连杆式剪切机。它的特点是 下刀片固定不动，剪切过程是靠上刀片的运动来实现的。其工作原理为电动机带动一轴 转动，经单级齿轮减速器把运动传递到二轴，二轴再通过齿轮减速把运动传递到曲轴， 在离合器的作

4、用下，曲轴通过它的偏心连杆带动刀架在机身的导轨内上下移动，刀刃随 刀架一起移动实现剪切，下剪刃与机身底座上的刀台靠螺栓链接固定不动。离合器每合 一次，滑块上下往复运动一次，既完成一次剪切工作。通过计算剪切机的结构参数和力 能参数来确定主要零部件的尺寸，确定电动机的型号。校核主要部件的强度是否符合要 求，最终确定剪切机的各部分的技术参数。选择设备的润滑方式，在使用过程中的注意 事项和简单的故障处理方法关键i司：上浮动式；剪切机；力能参数；强度计算；润滑；维护the des i gn for 390 tons of billet shearsabstractthe topic of this gr

5、aduation design is <the design of 392 tons of shearing machine>. which can be classfied as the crank connecting rod type shear machine. its characteristic is the blade fixed,the shear process is depend on the blade motion. its working principle for the motor drive shaft rotation, the single st

6、age gear reducer the movement to a second shaft, the shaft through the gear reduction again the movement to the crankshaft, in under the action of the clutch, the crankshaft through its eccentric connecting rod drives the tool post move up and down inside the guide rail of the fuselage, with move to

7、ol post implementation shear blade, the shear blade and the knife set on the airframe base on bolt fixed link. clutch every unity, thumb up and down reciprocating motion, is a shear work done. can through the calculation of structure parameters and force of shearer parameters to determine the size o

8、f the main components, determine the type of the moto匸 check the strength of the main parts is in accordance with the requirements, the final shear machine technical parameters of each part. choose equipment lubrication method, matters needing attention in using process and simple troubleshooting me

9、thods.keywords： crank connecting rod;shearing machine; strength calculation; lubrication;1.绪论1.1设计选题的背景剪切机在机械制造业以及其它工业屮占有重要地位，用于板材、型材的直线、曲线 剪切和冲型、压型、剪切和精密间断等工作。广泛地应用于电机电器、仪器仪表、农机、 锅炉、金属结构、起重、桥梁、建筑、机械、交通运输工业、冶金工业、船舶、航空和 国防工业等部门。我们日常接触到的钢铁产品几乎全部需要经过剪切这一道工序：在炼 钢厂连铸车间，红热的钢坯需要剪切机剪成规定长度的钢坯，热剪机是轧钢和连续铸钢 牛产线

10、上的重要设备；在连轧车间各种板材需要切边、切头、定尺寸；在建筑工地，各 种型号的钢筋也需要剪切成规定尺寸的长度；在模锻件、车昆锻件和冷、温挤挤压件等生 产批量较大的机械制造部门，棒料是主要的原材料，棒料剪切机就是为这些锻压工艺准 备坯料的主要设备。随着时代的发展和科学的进步，钢铁行业也得到了相应的发展。剪切机在钢铁行业 屮一直扮演着重要的角色。在轧件的处理上剪切机是不可或缺的。剪切机的工作情况直 接影响到整个生产线的工作质量和工作效率。特别是在应对突发事故12-切机更起到了 保护安全生产线的作用。由于其在轧钢机械辅助设备中的重要性，对于剪切机的技术改 革和创新从来都没有停止过。本设计主要对平面

11、剪切机进行研究1.2国内外研究现状1.2.1 我剪切机的发展过程解放前后，我国的剪切机工业极其落后。在五十年代，我国开始测绘、仿制国外剪 切机。六十年代初期，逐步转入自行设计制造阶段，并开始发展品种规格，剪切机制造 技术水平有了一定的提高。到了八十年代，我国剪切机已经发展了 50多个品种规格的 产品，液压剪切机的研制与应用进入起步阶段。在国内2007年4月8日，经过马鞍山公司近-一年的攻关研究，年产60万吨棒材生 产线850吨冷剪切机及定尺机成套设备,顺利通过了中国冶金设备总公司的试车和验收, 各项技术指标和参数完全符合设计要求。成为继河南洛阳矿山机械厂之后，国内第二家 制造最大冶金剪切设备的

12、厂家。850吨冷剪切机及定尺机成套设备是年产60万吨棒材生产线设备。用于冷态圆 钢，螺纹钢，棒材轧件定尺剪切，它的最大剪切力大于850t,剪刃有效剪切宽度大于 1200mm,被剪切棒材规格12-50mm圆钢，螺纹钢，定尺长度612m。制作这台工艺复 杂，技术难度空前的单体设备在该公司尚属首次，就是国内也只有河南洛阳矿山机械厂 一家。为此，该公司把它作为新产品开发项目。该公司工程技术人员大胆创新，按照意 大利达涅利司图纸的技术要求，设计出一套行之有效加工和装配的工艺方案。为保证冷 剪结构件箱体各相对面和内腔体的轴孔尺寸公差和形位公差在同轴度和位置度上，便于 穿过和摆放偏心轴，该公司利用捷克250

13、数控锂铳机进行数控编程，加工，确保万无一 失。耍在不足10平方米的箱体里装配偏心轴，多级硬齿面齿轮，润滑系统，液压系统, 气动系统及上述系统到设备的管路，困难可想而知。尤其是偏心轴与大齿轮采用大锥度 无键联结，只能通过刮研的方法实施传动，研磨率要求85%以上，从而使剪刃的平行度 在0.2到0.3mm范围之内，达垂直剪切。装配钳工自行设计定位块，偏正吊具等工装， 反复试验，终于解决装配中这-技术难题。这套850吨冷剪机设备的成功制造，标志着 该公司的轧刚设备制造能力达到国内一流水平。美国拉邦迪公司牛产有几种尺寸型号的移动式剪切机，主要用于废料场作业，剪 切力为9.8-118百万吨。液压缸设计非常

14、合理，易于联通挖掘机上的液压系统，上述剪 切机所具有的剪切力可以切割车厢里的框架以及各类金属梁，管和各种截面的电源线。 美国allied gotr公司有ag,p,s三种型号的移动式剪切机。ag型剪切机由一个带有突 岀部分的三角形机架和一个饺装在机架上的双臂杠杆组成，双臂杠杆上除剪切刀杆之 外。还装有一个带动液压缸的双节机械装置。机架前装有剪刀吊杆，而机架本身则固定 在挖掘机悬臂上。由于是双节饺合悬臂上。由于是双节饺合机构，当剪切机处于较大剪 切力吋，可使剪口张大。p型剪切机再构造型式于ag型相同，但被剪切材料可应自动 固定在刀区内，以使液压缸产生的作用力得到有效的利用。s型剪切机安装在带有23

15、 节悬臂的普通装载机上。这种剪切机的剪切力的利用率与p型剪切机相同。根据国内外的剪切机发展不难发现，剪切机在轧钢方面的巨大作用。随着我国经济 和科技的发展我相信我国剪切机的发展会更上一个台阶的。与世界现在剪切机的差距也 会越来越小。1.2.2国内外剪切机研究现状及方向从2 0世纪8 0年代后期至今已有2 0余年，中国加入世贸组织也已多年，世界经 济一体化进程不断加快，而我国剪切机、液压剪切机的研制现状仍有许多令人不满意的 地方：（1 ）新产品开发研制的动力、财力不足目前在企业中设有科研所的只有湖北力 帝公司和江苏华宏科技股份有限公司。在竞争h趋激烈的今天，企业只能以赢利为目的, 而国家和政府又

16、没有科研经费投入，这一领域似乎成了无人管辖的角落。（2 ）经久耐 用简单可行的设备受欢迎废钢回收加工，北方称z谓收破烂，南方叫废品，一般的人不 愿意干。当然，在循环经济、节能环保等新概念的冲洗下，现今人们的观念有所改变。 中国的国情主张勤俭节约，投入少产出多，特别是废钢加工设备只要求简单易用，不欢 迎复杂奢侈。所以2 0多年后的今天，废钢打包机、剪切机仍是老面孔，并没有多少新 元素加入，新产品的开发也并不多见。剪切机工作过程中收到的瞬间应力较大，剪切机机架、零件易出现裂纹、剧烈的磨 损。在以前的设计计算方法中已经不太能满足实际情况的需要。现在利用有限元的设计 分析方法进行强度、应力分析开始逐渐

17、扮演了不可或缺的角色，当今利用有限元分析方 法已经取得了许多有用的成果。液压驱动的剪切机于机械驱动的同类型剪切机相比，具有工作平稳、安全可靠、重量轻、 体积小工作行程可调等一系列优点，所以，液压剪切机在板带生产线屮被越来越多的采 用。现代工业发展到21世纪，精密锻造和挤压等少、无切削新工艺、新技术得到越来 越多的广泛采用。国内外学者在棒料精密剪切工艺（如轴向加压剪切、径向夹紧剪切、 渐进剪切、高速剪切等）进行了诸多研究。近几年，数控技术已经广泛用于大、中、小型机械等各个领域。国内的数控剪切机 也有较好的发展，这些设备具有结构简单、操作简易、造型美观大方、能耗低、机械强 度高、刚性好、运行平稳易

18、保养等特点。因此，在冶金、轻工、机械、汽车、仪表和五 金等行业得到了广泛的应用。在我国经济进入快速发展的新时期，随着我国工业化进程的加快，在剪切机的发展 过程中，必须提高剪切机的自主开发和制造能力。加快与国际合作的步伐，向着高速、 高质量、高精度、自动化的方向迈进。1.3研究方法与内容本次设计是392t剪切机是展于平行刀片剪切机。这种剪切机的两个刀片是彼此平 行它通常用于横向热剪切初轧和其他方形及矩形断面的钢坯。故又称为钢坯剪切机。上 切式剪切机是钢坯剪切机中结构最简单的一种。这种剪切机的特点是下刀固定不动上刀 则上下运动的。剪切轧件的动作由上刀来完成，其剪切机构是由最简单的曲柄滑块机构 组成

19、。除了剪切机本体外，一般还配有定尺机构、切头机构与输送装置等。剪切吋上刀 压着钢坯一起下降迫使摆动台也下降，当剪切完毕，上刀台上升至原始位置，以消除上 刀台与偏心两杆之间的间隙，减少剪切时的冲击负荷。此类剪切机由于结构简单广泛用 来剪切中小型钢坏。具体内容与方法：1. 设计及设计方案的选择与论证；2.392吨剪切机参数的计算，重点力能参数的计算、电机的选择校核；3. 主要零部件设计与强度计算：重点曲轴、机架、齿轮以及滑道的强度计算校核；4. 其它润滑系统与设备保养、环保及经济性分析等；5. 绘图（总装配图1张、部件装配图2张、零件图35张，折成a4共6张以上）；6. 编制、打印设计说明书；2.

20、设计方案的确定2.1剪切机的种类2.1.1剪切机的类型和用途用于将轧件剪切成规定尺寸的机械称为剪切机。按刀片形状、配置以及轧件情况的 不同，剪切机可分为以下四类：1. 平行刀片剪切机:这种剪切机的两个刀片是彼此平行的（图2.1）,通常用于热剪切 机初轧和其他方形及矩形断面的钢坯，故又称为钢坯剪切机。此类剪切机有时也用两个 成型刀片來冷剪扎件（例如管坯及小型圆钢等），此时刀刃的形状与被剪切的轧件断面 形状相同。图2.2斜刀片剪切机2. 斜刀片剪切机：这种剪切机的两个刀片屮的一个相对于另一个刀片成一定角度,-般上刀片是倾斜的，其倾斜角为1。6。（图2.2）,此类剪切机用于冷剪和热剪钢板、 带钢、薄

21、板及含管坯等。有时用于剪切成束的小型钢材。3. 圆盘式剪切机：这种剪切机的两个刀片做成圆盘状（图2.3）,此类剪切机用于纵向剪切钢板和带钢的边缘，一般均布在连续式钢板轧机的纵切机组作业线上。图2.3圆盘式剪切机图2.4飞剪机4. 飞剪机：这种剪切机用于横向剪切运动着的轧件（图2.4）,此类剪切机一般都是装在连续式轧机轧制线上，或钢板横切机组作业线上，用来剪切轧件头、尾部及将轧件剪切 成定尺长度。2.1.2平行刀片剪切机的结构及特点根据剪切轧件时刀片的运动特点，平行刀片剪切机可分为上切式和下切式两大类。1上切式平行刀片剪切机特点：下刀固定不动，上刀则上下运动。（图2.5）所示， 其剪切机构是由最

22、简单的曲柄连杆机构组成。剪切时，上刀压着轧件下降，迫使摆动台 也下降。当剪切完毕，上刀上升时，摆动台在其平衡装置作用下也回升至原始位置。此 类剪切机由于结构简单，广泛用来剪切中小型钢坯。此外，随着快速换刀片的生产需要, 也出现了能快速换刀的上切式平行刀片剪切机，用来剪切初轧钢坯和板坯。当然，其设 备重量会有较大的增加，结构也稍复杂些。2. 下切式平行刀片剪切机特点是：上下刀都运动，但剪切轧件的动作由下刀来完成, 剪切吋上刀不运动。由于剪切口寸下刀台将轧件抬离辘道（图2.6）,故在剪切机后不设摆动 台，而且这种剪切机的机架不承受剪切力。由于上述两个特点，下切式平行刀片剪切机 普遍用来剪切中型和大

23、型钢坯和板坯，以减轻整个剪切机组的设备重量。这种剪切机的 剪切机构较为复杂，往往由多杆机构组成。图2.5上切式平行刀片剪切机图2.6下切式平行刀片剪切机3. 平行刀片剪切机结构型式较多：曲柄连杆、活动连杆、浮动偏心轴和曲柄杠杆（六连杆）结构:（1）曲柄连杆上切式剪切机的特点：1）结构简单，重量轻2）能够进行快速换刀,大大缩短换刀时间；活动连杆上切式剪切机的特点：1）操作速度快，时 机剪切次数高2）增大刀片z间最大开口度；（2）浮动偏心轴剪切机的特点：1）下切式剪切机2）结构简单，压板力由液压缸压力决定，可以保证压住钢坯；（3）曲柄杠杆剪切机（六杆剪切机）的特点：1）下切式剪切机2）压板装置简单

24、,开始时压板力不够，甚至压不住钢；2.2设计方案的确定综合以上论述，木次设计考虑到被剪轧件为钢坯、设计的难易程度以及机器的简单 易用性、安全可靠性、维修等情况。392吨剪切机采用平行刀片剪切机，采用曲柄连杆 上剪式结构。和对于飞剪机来说，上浮式平行刀片剪切机拥有成本低廉、可靠性高、维 护简单、操作方便等优点。非常适合中小型钢铁冶金企业使用。这种剪切机被广泛应用 在钢铁冶金企业当中。主耍是对钢坯、型材、线材进行定尺及切头切尾的剪切。在发生 突发事件的时候，也可以起到安全剪的作用。该剪切机的工作原理是电动机带动一轴传动，经单级齿轮减速把运动传递到二轴， 二轴在通过第二级齿轮把运动传递到曲轴，在离合

25、器的作用下，曲轴通过它的偏心连杆 带动滑块在机身的导轨内上下移动，上刃台固定在滑块的下端，随滑块一起移动实现剪 切，下刃台与机身底座靠螺栓链接固定不动。离合器每合一次，滑块上下往复运动一次, 即刀片完成一次剪切工作。如图（2.7）2厶51 电动机2.联轴器3.飞轮4.减速器5.齿轮传动7. 啮合式离合器8.下刀台9.上剪刃10.曲轴图2.7传动原理简图3剪切机参数计算3.1结构参数3.1.1刀片行程已知条件如图3.1：刀片行程h=200 mm开口度 ho= 195mm图3.1可求得：轧件上表面与压板z间的距离f = 30 mm ；压板与上刀刃之间的距离q、= 30 mm ；下刀低于车昆道的距离

26、q2 = 30 mm ；重叠量s = 5 mm ；轧件最大断面高度9(/? = /-/-5 = 200-30-5-5-5 = 155 )3.1.2刀片尺寸1. 刀片长度：2本次设计的剪切机为钢坯剪，属于中型剪切机，故其计算公式为:l=（3 4）bb横截面最大宽度：取b=150毫米。则有：l=465620毫米 取l=700毫米；2. 刀片高度h' = （0.65 1 5）力=（065 1.5）x155 = 100 232 mmb h/（2.5 3）牡刀片断面高度。；h被剪钢坏断面高度h=155 mm；b 刀片断面高发；由公式可知：h-97.5225mm；取 h上=180 毫米，h下=15

27、0 mm；b=5060mm, 取b=50mm；3.1.3剪切次数理论剪切次数n =13次/分实际剪切次数n =10次/分3.2力能参数剪切力p=392吨3.2.1确定公称剪切力最大剪切力公式:p5 fmax选取里能参数时应该按剪切条件最为恶劣时情况计算。（选横断面面积为155 2平方毫米、20#钢、在650 °c时剪切） rfax被剪切钢坯横断面面积（平方毫米）。取f=155平方毫米。tmax-被剪切金屈在相对温度t时的最大剪切阻力n/mm2根据20"钢在650 °c时单位阻力曲线有t 650=134 n/mm2k考虑由于刀刃磨钝以及刀片间隙增大而使剪切力提高的系

28、数。其数值按剪切机的剪切能力选取：中型剪切机应选取k=1.2则有：p =1.2x134x155x155 = 3863220 = 386 吨虫 nioa根据设计要求，应选取公称能力p=392吨的剪切机。322剪切力矩与摩擦力矩偏心轴上的静力矩：令:pccos(“ + 力 一 sin( + 2)=pxp(3.1)p=竺cos(0 + 力 一 u sin(0 + a)mp剪切力矩mf摩擦力矩mkon空载力矩p作用在连杆上的力c力p对偏心轴中心的力臂 p推算力臂剪切机机构简图如下（图3.2）： a下刀£3.2剪切机机构简图假设线段df等于作用在连杆ab上的力p>,通过d点偏一摩擦角4)

29、作直线dmo 使与直线mf相交。则线段dk将等于作用于刀台滑槽上的垂直压力n。由几何关系可 得：7?cos(9oo-a + 0+y) + c +坷cos(+ 2) - u sin( + y)a< 90°r cos( q - 0 - y + 90。) + pa+pba > 90°cos(0 + y) 一 u sin(0 + /)j oox cos(90。- a + 0 +1.83。) + 11.0 + 7.6=icos(力 +1.83。) - 0x sin(/? +1.83。)a < 90°p= 1 oox cos(z - -1.83°

30、- 90°) + 11.0 + 7.6>90°cos(0 + 1.83。)一 0x sin(0 + 1.83°)其中：r曲柄偏心距 r=100 mma)(3.2)0曲柄转角为a时，连杆摆动角度0 = arcsin(- sin a) = arcsin( sin "l550l连杆长度l=550mm入为连杆比x=r/l=0.18斫刀台滑板与滑槽z间的摩擦系数查文献得络=0.1“2曲柄连杆处滑动轴承摩擦系数查文献得i/2=0.04y考虑摩擦系数后，连杆作用力与连杆之间的夹角y = arcsin(pa+pb厶)=arcsin(11.0 + 7.6550) =

31、 1.83°pa连杆与曲柄销轴间摩擦圆半径pb连杆与上刀台间的摩擦圆半径= 2x300x0.04 = 1.6mm712x430x0.04 = 11.0加加兀(3.3)(3.4)为了计算方便，现利用vb编程(程序见附录1)画出p = f(a):图 3.3 p = f(a)图.刀片行程h与剪切机偏心轴转角a关系曲线已知连杆长度l=550mm剪刃行程h=200mmhr=100mm 2由上可知，已知参数为：曲轴的偏心距为r=100mmo上、下刀片重叠量8 =10mm开口度 ho=195mm连杆长度l=550mm儿何关系应有/?=,'+（厶 + 厂 一 s）' 2厂（厶 + 5

32、） cos a（35）而s = hs-e,故代入求解出相对切入深度-a的关系式。即是刀片行程h与偏心 轴转角a之间的关系。可得公式： h = l3r1 sina2 -rcosa-(l-r)将 l=550mm ； r= 100mm 代入有：(3.6)h = 5502002sin2a -1 ooxcos-(550-100)则刀片行程h与剪切机偏心轴转角a关系曲线利用vb编程如下图3.4 （程序见附录2）：当h = h0= 155时，开始剪切此时a = 50.805°查20#钢650°c £ = 65%时轧件剪断此时© = 110.5。（由程序2的调试过程即可

33、得出a数值）50.805°£与转角a关系:e = l=1-arcsin(#3. 由于利用vb编程进行剪切力p与转角&关系的计算，需要知道£ =但是现有资料屮暂时没有，故现利用分段函数进行近似的表达：(程序见附录3) £ = f(a)曲线图edwl总屍农曲窣a由于由vb编程运行后的效果非常好，其精度远高于人工读数，故以后就用此程序 中的e =函数来计算。4. 剪切力p的计算:利用公式p = kxtxf来计算现以f表示剪切面积，本设计考虑剪切两根1552 ,则有：f=2x1552=42050考虑 刀刃变钝和刀刃间隙增大后剪切力会增大，引入系数k=1.

34、2 由r = kxrixf即可得到p = 曲线图:(程序见附录4)f-£(oc )曲线图3.6 p = f(a)曲线图5. 将推算力臂p分别代入下列公式应有：(3.7)p，每对应一个偏心转角a时的剪切力。mi每对应一个偏心转角a时的剪切静力矩。然后根据pt(a )及p=f ( a )曲线图，可以求出曲线图：(程序见附录5)iis:度,且 c 线连续图3.6 m曲线图在ml数值上再加上空载力矩m如,可求出静力矩图m'j=g(3.8)mk()n = (0.05 0.1)( +mf) = (0.050.1)m j = 0.02140.04277 nm.m 取 m亦=0.0220 n

35、m.m(3.9)隔二 m. + mkon = 0.4277 + 0.0220 = 0.4697 nm.m3.3电动机的选择3.3.1电动机有关参数的确定预选电动机额定力矩：me= （1.151.3） mm（牛米）me预选电动机的额定力矩。me推算到电动机轴上的静力矩。(30)由传动系统的设计，可知i=55.77h总传动效率，查找得文献得到滑动轴承传动：滚动轴承传动：齿轮传动：离合器：联轴器（弹性销）:771 = °*97 (正常润滑)tjr 0.98% = 0.984 = 0.995 = 0.99则有公式久=久2 3 4有:；7e =0.97x0.98x0.97x0.99x0.99转

36、化到电动机轴上的力矩为：0.45 x106、 awu"m ；n = 4096.57n加"55.77x0.9040.0214x10655.77x0.904= 351.6n加(3.11)(3.12)电动机选择的有关参数如下:材质：20# 温度：650°c原始剪切断面积：2x1552机械总传动比：i总=55.77理论剪切次数：n理=13次/分实际剪切次数：n实=10次/分3.3.2剪切时间的确定切深度h与曲柄转角a图可以找到开始剪切时曲柄转角为54.7° ,剪切结束角度为110.5° ,则有:纯剪切的时间为：t = 0.36 (s)剪切周期时间为：t

37、= =6(s)空载时间为:t =t-t = 6-0.36=5.64 (s)3.3.3电动机容量的选择电动机的空载功率为mkon = 27.6曲推算到电动机轴上的静力矩:陆,=竺/£ + %九=18840x036 + 946.94x5.64 “ 55 kn.m(3.13)取 m =1.15xa/zz/ =1.15x1.55 = 1.78 kn.m电动机的功率为:x730 二95501.78x7309550= 136.06kw(3.14)初选电动机国:有计算出的电动机额定功率确定电动机的型号为jr-116-8型绕线式异步电动机: 其参数如下：同步转速：n=750rpm额定功率：70kw

38、额定电压:380v 满载时转速：725rpm满载电流：140a 功率因数：90.3%转子电压：213 v转子电流：211a冷却空气量：0.65m3/s转子飞轮距:41 kg m2电动机重量:1550kg3.4电动机的校核3.4.1总的飞轮矩的确定1传动系统飞轮矩：(1)飞轮减速时放大的能量：e = fh(0.75 0.85)x101.38x0.65 /1000 = 184044 208583 kg.m取 £=2000000kg.m其屮：根据参考资料知137mpq ；丄=0.74倔°则 rni =0.74x137=101.38mpatm平均单位剪切阻力q断裂时相对切入深度(2

39、)飞轮平均转速厲+川2 730 + 657n = = 693.5 r/min2 2其中；nx飞轮最高转速，取q=730 r/min(3.15)(36)飞轮在低速时的转速n,(2-k)730x(2-0.2) 心 /n. = = = 657厂 / min- 2 2取不均匀系数佥=0.2故传动系统飞轮矩为：g%365x9.8x£365x9.8x2000000.2x693.52-=75&9kg(3.17)(3.18)(39)用模版即可在电动2电动机转子力矩：由jr-116-8型电动机参数可知:gd =4lkg.m23.计算转动零件推算到电机轴上的到飞轮力矩：gd2 = gdg -gd

40、； -gd； =758.9-41-22.22 = 701.1 kg.m取 gd2 = 1800 kg.m3.4.2绘制电动机的负载图根据电动机的力矩公式：即可画出电动机静负载图（带飞轮）m.静力矩启动力矩mg空载力矩为了画图方便，可以将以上两个公式画成曲线，并倒出模版。机静复合图上画岀电动机负荷图飞机。模版可按下士绘制：»%）式屮m,静力矩、为静负载图上的最大力矩求电动机机械常数t：t=gdser_一 375仏 式屮gd2 -传动系统总的飞轮力矩。如同步转速。ser电动机滑差率。根据工厂的推荐数值取ser=0.07o这样要求在转子线路上串入一个电阻。陆电动机的额定力矩。70m, =

41、9550x=9150.7 饱劝e730,1800x750x0,07 =q27 y375x915.07作模板曲线：因取：t=04t即：心(04)x0.27 = 01s贝i：md = m.p (l-e) = l844.05x(l-)将m"的值列表如下:t0t2t3t4tmd04087259731166选出max进行过载校核。max= 1557 kg.md=m = 12!z = 890=915.7 kg.m e k 1.75'5(k过载系数)因此过载校核通过。3.4.3电动机发热校核将计算结果代入公式:则有:/4.65x106v 6= 880.3 kg.m而电动机额定力矩=915.

42、7 kg.m故 <me所以发热校核通过。通过过载校核和发热校核可知：选用jr-126-8型号绕线式异步电动机满足条件要求。4.主要零部件的设计及强度校核4.1曲轴4.1.1曲轴的结构设计根据剪切机的公称能力几涿。按照确定曲轴的主要尺寸叫心=4.4 何t mmpmax-w切机的公称能力贝 t d. = 4.4 x v392z9.8 = 272.71mm有经验公式得：da = （11.4）do = 299.99 381.79 mm取 d/=300mm支承颈的长度i °为:厶=（132.2）% =354.52463.61 mm取 /0 =390 mm曲柄颈的长度厶为:la = （1.

43、31.7）d（）= 354.52463.61 mm取我仃=300 mm这是因为这与两支承曲轴的设计公式不同根据工厂提供的数据，故选取仃轴颈与曲柄结合处轴肩:b = （0.60.85）d° = 163.63 23 l80加加取 b= 100mm4.1.2轴的强度校核当£=23%时，即当相对切入深度z = 35.65 mm时，产生的剪切力最大。此、貯3920kn此时，曲柄转角为54.33°(4.1)则:0w響爲般胖“连杆上的力 p =cos0 = 3920xcos8.49° = 3877.0 kn将p分解到h而和vfm：pn = pcos(180°

44、-8.49°-125.67°) = 3877.0xcos45.84° = 2701.0kn(4.2)kn(4.3)pv = psin(l 80°-8.49°-125.67°) = 3877.0xsin45.84o = 2781.3 1曲柄许用应力的确定：曲柄轴受力复杂，制造条件要求较高，一般采用锻钢，如45、40gr、37simn2mov、1 sgrmnmob等，锻造比为2.53.在粗加工后应进行调制处理，并要从曲柄轴两端取样进行材料机械性能检测。曲柄轴与其他零件有相对运动的部位要进行精车，表面粗糙度为1.604为了延长曲柄寿命，在各

45、轴颈处，特别是圆角出，最好用辗子碾压强化。曲 柄轴与轴套或其他配合处的圆角，必须小于配合件的圆角。曲柄的许用应力可用下式计算：0- = - = = 196 mpa s 3.0r = 0.75cr = 0.75x196 = mpa其中：s安全系数，刚度要求较高的取上限，刚度要求低的取下限，限取s=3.0乐材料屈服极限由文献2表11-7曲柄许用应力:材料热处理屈服极限os，mpa许用弯曲应力q,mpa许用剪应力r,mpa453601001407510040gr调质50014020010015037simn2mov65018026014020018grmnmob750210300160230知o=1

46、96mpa, i=147mpa均在合理范围内，故下面的强度校核均用以上两值 进行校核。2. 根据双集屮载荷简支梁强度计算方法：2】此法是清华大学何德誉经试验研究后提出的。当曲柄轴承受载荷变形后，由于曲柄 轴中部的变形大于两边的变形，连杆力是一个两端大中间小的非均布载荷。此时，可近 似的认为在曲柄颈上作用着两个集中力，这两个集中力作用在距曲柄臂内侧端面2r处, i为圆角半径。考虑到轴颈、轴瓦的磨损，支点位置在距曲柄臂外侧端面的2i处。由于传动齿轮对曲柄轴的作用力远小于连杆力，可忽略不计。此时，危险端面cc 的弯曲力矩mw和弯曲应力o分别为：440-300 + 8x224x3920= 309680

47、n.mw 二 m”，二 3920oad 0.1x2953x10-9= 120.63mpa(4.4)(4.5)式屮：pmax最大剪切力；lq 曲柄两臂外侧面间的距离;la 曲柄颈长度；da 曲柄颈直径；r 圆角半径；w弯曲断面系数；cc除承受弯矩外，还有扭矩作用。由于弯矩比扭矩大得多，故可以忽略扭矩的影 响，其误差为35%。因为fr=120.63 mpa 0=196mpa,所以抗扭强度满足要求；bb断面可按纯扭矩计算，扭矩值为曲柄轴上的最大静力矩砌和，其剪应力为a/niax =p/cos = 3877.0x(450 + 35.65) cos8.49° = 1862231 n.m= 11

48、7.11mpamg 18622310.2 - 0.2x4303x109由于t =lampa r=147 mpa,所以曲轴抗剪强度满足要求。3. 轴头的强度校核：轴头受到带轮对其作用的扭矩以及皮带张紧力的作用；但是，皮带张紧力的影响比 较小即远不如扭矩的大，故可以忽略轴头所受到的张紧力，因此，只需考虑轴头所受扭 矩即可：（1）计算可值：有文献337simn2mov调质后在直径200400mm吋(yh = 830 b mpa , q = 650 mpa安全系数s = 1.41.8取s = 1.4中等塑性:冬= 0.60.8£t = 0.6(tj = 0.6 告=胃 xo.6 = 355.

49、7 mpa(2)强度校核几肿眄叭"862231n.m则:= 344.86mpa二 mm那二1862231一 0.2d； 一 0.2x300xi。'其中：w抗扭截面系数炉=o.2/j = 0.2 x 30()3 x 1()9山）轴头危险端面ee处直径虫=300 mm因为“344.86 mpa <r=355.7mpa所以，轴头强度满足要求。4.2机架强度校核421求出图形的形心坐标机架危险截面如（图4.1）机架图4.1机架危险截面图形关于x轴对称：yc=0 mm工4%1355x40xl355/x2 + l 100x40x20 + 1100x150x(1355-75)二=89

50、9.57 mm1355x1 180 -(1355 - 40 - 150)x(1180 - 40 - 40)4.2.2危险截面的惯性矩截面沿x轴的惯性矩为：/ = x40x11803 +x150x11803 + 40x1165 x 5702 x 2 = 5.63x10,0 mm4a 12 12截面沿y轴的惯性矩为：zv =40x1180 x 202+150x1180x(1355 - 75)2 + 40x1 165 x 622.52 x 2 = 30.81x10'° mm4423矩形截面的受力1. 危险截面上的弯矩：(4.5)m =化*/ = 3 920 x 103 x 95 5

51、.43 = 3.9 x 106mm式屮：p.nax剪切机的最大公称剪切力i曲轴轴颈中心线到截面形心的距离7 = 390 + 150 + (1355-899.57) = 995.43加加2. 危险截面上的最大拉应力：(4.6)% + = 3920x10-+3.9x10-x0.455 181 拉 a l 0.3170.308式中：k矩形截面外侧到中性轴的距离x. =1355-899.57 = 455.43 mm3. 危险截面上的最大压应力兄亦 m(h-yc) 3920x10s3-9xl06 x(l355-0.4554)二1aiv0.3170.3084.2.4校核机架强度根据机架材质为zg27050

52、0由文献可知(js = 210 mpa选取 ns=5,则cr = = 54mpa2 5由前一节计算得出：/拉=18.3 mpa < (t=54 mpa(7圧=23.76 mpa < cr=54 mpa故，机架强度满足要求。4.3传动系统的设计与校核传动系统简图如下(图4.2)1. 电动机2.联轴器3.飞轮 4.减速器5.齿轮传动7.啮合式离合器8.下刀台9.上剪刃10.曲轴图4.2传动系统简图4.3.1减速器的计算与校核1. 减速器的初选：减速器的计算功率为：p2m = p2 ,ka = n.ka =70x1.0 = 70 kw式中：p2减速器的载荷功率要求匕” v 按i = 6.

53、3及=730 r/min接近公称转速125r/min查得减速器型号为zz)y200-6.3-l,折算功率为：7257?=94x= 93.6 kw730满足心 < 好,故可以选用减速器型号为zdy200-6.3-1.2. 减速器的校核：减速器热功率:plt = p2.fvf2.f3 = 70xl.35x0.56xl.025 = 54.243 kw 式中：力环境温度系数,/2载荷系数(30°c40°c时)h减速器公称功率利用系数由文献8zdy200-6.3-l心=77145曲 因所以可以选定。4.3.2齿轮传动的参数齿轮传动的传动比为:i=4.48 ,材质为40gr,表面淬火，取:m =10 mm