机械毕业设计（论文）-高线1720卡断剪设计

1、内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书题 目：高线1720卡断剪设计 学生姓名：学 号：2003041303专 业：机械设计制造及其自动化班 级：机械2003-3班指导教师：摘 要本设计说明是针对高线1720卡断剪的设计说明。此设备安装在拉出辊之后，1号粗轧机前, 是为在发生堆钢事故时避免影响生产和减少损失而设置。剪切时气动系统使剪刃回转并压向轧件，随后靠轧件的前进带动剪刃继续回转，并逐渐切入轧件中，直至轧件被切断，并将剩下的轧件挡在外面。本次设计完成的内容是：力能参数计算；杆件长度的优化；气动系统的设计；整个机构工作时的受力分析；各主要零件部件的设计校核和设备的润滑关键词：卡断剪；钢坯；气动系统

2、。全套图纸，加153893706 Abstract This paper is a design for 1720 Cranks Flying Shears. This facility is to avoid when occurring Pile steel accident that influence producing and is installed before the NO:1 Rolling mill. This facilitys working is using Pneumatic system and make the cut edge turn around and

3、press to rolled piece, soon afterwards lean rolled piece go forward to drive the cut edge turn around continuously, and gradually cut the rolled piece, till rolled piece had been cut been cut of, and block the rolled piece that leaves in surface.The content of this design completion is: Calculating

4、the mechanics parameter; Optimizing the poles length; It is pneumatic and systematic to design; Entire organization work get force analysis; Design each major component.Keyword: Flying Shears; Billet; Pneumatic system.目 录摘 要IAbstractII第一章 绪论1 线材生产1 线材生产工艺2 飞剪机介绍41.4 卡断剪设计特点6第二章 机械结构的设计7 机构的设计8 气动系统的

5、设计特点8第三章 剪切力能参数的计算10 剪切力的计算10 剪切力矩的计算12 剪切功的计算12第四章 杆件长度的设计与优化14 初始条件14 作图法优化杆件长度15第五章 气动系统的设计18 工作要求及环境条件18 气动回路的设计21 选择设计执行元件23 选择控制及辅助元件24 确定管道直径验算压力损失25第六章 各主要零部件的设计计算30 动力分析30 杆件的受力分析32 刀架轴的设计与计算38 拉杆的设计与计算45 刀片的设计与计算46第七章 设备维护与润滑51结束语54参考文献56 第一章 绪论1.1 线材生产的基本知识一、线材生产我国现行有关标准规定，直径为59毫米是盘圆卷状态的热

6、轧圆钢称为线材，它是热轧型钢中断面尺寸最小的一种，线材因以盘卷状交货，故又称为盘条。线材用途很广，在国民经济各部门中线材占有重要的地位。有的线材轧制后可直接使用，主要做钢筋混凝土的配筋和焊接结构件用，例如经过拉拔成各种钢丝，再经过冷锻及捻制成为弹簧等等。线材应用范围不仅相当广泛，而且用量也大。据有关资料统计，各国线材产品产量占全部热轧材总量的5.3%15.3%。例如美国约占5%，日本约占8%，英国和饿国约占9%，西德约占11%，法国约占14%，我国约占10%左右。从生产工艺方面来讲，合乎尺寸精度要求的线材不是轻易就能轧制出来的。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

7、的时候能保持轧件在热加工温度范围内的时间很短，这就很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，虽然钢坯在加热时各部分温度基本是均匀一致，但由于各部分从出炉到轧制所经历的时间不同，在轧制过程中温降大小也就不同，从而造成各部分在轧制时的变形情况不同和冷却到常温时的收缩量不同，进而形成各部分断面尺寸。温度降给调整和操作带来很大的困难，解决的办法一是减少盘重，二是使轧件速度增大，减少活套。前者不符合用户要求，后者也是解决矛盾的合理途径。自1966年世界上第一套摩根轧机以及相应的控制冷却等设备正式投产以来，出现了线材生产的崭新局面。目前，高速无扭精轧机组的出口速度已达

8、到102m/s，相应的自动化程度也随之更为提高，并开始采用电子计算机控制和进行生产管理。高速线材轧机是近年来钢铁工业的惊人成就之一。二、 高速线材生产高速线材轧机与其他先进技术一样也是时代的产物，是冶金技术、电控技术、机械制造技术的综合产物。高速轧机的特点是：高速、单线、无扭、微张力、组合结构、碳化钨环和自动化。产品特点是盘重大、精度高、质量好。其机型可概括为三辊式，和平立交替式四种。通常高速线材轧机的工艺特点可以概括为连续、高速、无扭和控冷，其中高速轧制是最重要工艺特点。实现高速首先是设备，如精轧机、夹送辊、吐丝机要能适应高速运转。在工艺上保证高速的主要条件是原料质量、轧件精度、轧件温度。要

9、保证轧件精度，轧机机座的刚度、精度都必须达到相当高的水平。导位精度与轧件头部的质量关系很大，要保证轧件头部的尺寸及形状必须从导位入手。轧机间的张力对轧件精度影响极大，应尽可能实现无张力轧制。高速线材轧机问世以后，大盘重自然冷却会造成二次氧化，轧后线材力学性能低并严重不均匀的问题极为突出。这就使轧后控制冷却工艺被广泛采用，并随用户对产品质量的提高的要求而逐渐完善。轧后控制冷却工艺已成为高速线材轧机不可分割的组成部分，是高速线材轧机区别于老式线材轧机的特点之一。高速线材轧制工艺流程如下钢坯运入成批称重入库存放炉前上料钢坯质量检查单根称重加热粗轧切头尾中轧预精轧切头尾精轧穿水冷却吐丝成圈散卷控冷集卷

10、切头尾压紧打捆卸卷入库1.2 线材工艺的发展一 、轧机的发展状况在国际上，摩根新式精轧机组是当代具有代表性的高速轧机。摩根公司从1962年就开始研制新式线材精轧机。1966年第一台高速无扭精轧机在加拿大钢铁公司投产，当时轧速为43m/s。摩根公司自第一台高速无扭轧机投产后20年间发展非常迅速。保证轧制速度从第代43m/s发展到了第代100m/s，提高了1.3倍，最大辊径时的轧制速度从第代的50m/s到第代的120m/s，提高了1.4倍。并随着连铸技术的发展，为满足增大钢坯断面的需要，为了直接使用较大断面的连铸钢坯，轧制速度有进一步增长的趋势。摩根公司80年代中期的高精度轧机是高速线材轧机的又一

11、突破，此轧机是在精轧机后面的水冷段之间或夹送辊之间再增加一对或两对轧机，更重要的是在自动控制方面有了相应发展，主要表现是计算机在控制系统中得到应用，不但增强了可靠性，而且当工艺需要改变控制程序时，只需修改计算机软件即可，使自动控制系统的改造工作变得极为简单，更易实现。五代高速轧机的发展，在几方面作了改进，并且现代高速轧机技术有新发展，表现如下：1、降低机组重心，降低转动轴高度，减少机组的振动。2、强化轧机，增加精轧机组的大辊径轧机数量。3、改进轧机调整性能。4、采用控温轧制和低温轧制。5、高精轧设备的使用。6、粗轧机的改进。在1964-1989年间，高线设备的发展较快，据不完全统计，全世界共建

12、设了294套高速无扭粗轧机组和303条控制冷却线。二 、飞剪机的发展状况对于飞剪机的使用，大大提高了生产率，从目前的生产状况及将来的前景看，飞剪机的发展趋势如下：1、剪切端面的质量提高。要求剪刃在剪切区域发展趋势大体如下，剪刃在剪切去内其水平方向的速度于轧件最大线速度保持一致，为达这一目的，飞剪机中设置了匀速机构，有的还装有定尺调长机构。这些变化导致了剪切机构也相应的复杂。所以飞剪的最大一个发展趋势是机构越来越复杂、庞大，飞剪动能也越来越多。2、飞剪的另一个发展趋势是向自动化的方向发展，随着机电一体化进程的提高，轧制速度也越来越快，自动化趋势已经成为必然的发展方向。1.3 飞剪机类型与结构一

13、飞剪的类型飞剪用来横向剪切运动着的轧件。一般都装设在连续式轧机的轧制作业线上，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为定尺长度。目前应用较广泛的飞剪型式有圆盘式飞剪、滚筒式飞剪、曲柄回转杠杆式飞剪、曲柄偏心式飞剪、摆式飞剪和曲柄摇杆式飞剪等。1、 圆盘式飞剪这种飞剪一般用在小型车间，安装在冷床前，对长轧件进行粗剪，使进入冷床的轧件不致太长；或者将它安装在精轧机组前，对轧件进行切头，以保证精轧机组的轧制过程顺利进行。它的缺点是剪切断面呈倾斜状，但对切头或冷床前粗剪轧件的影响不大。由于这种飞剪工作可靠，结构简单，并可应用于轧制速度达10m/s以上的场合，故在小型车间得到了广泛的

14、应用。2、 滚筒式飞剪这是一种应用很广的飞剪。它装设在连轧机组或横切机组上，用来剪切厚度小于12mm的钢板或小型型钢。这种飞剪作为切头飞剪时，其剪切厚度可达45mm。滚筒史飞剪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。它由于在剪切区刀片不是做平移，在剪切厚轧件时轧件端面不平整。这类飞剪以剪切小型型钢和薄板材为易。3、 曲柄回转杠杆式飞剪用飞剪剪切厚度较大的板材或钢坯时，为了保证轧件剪切断面的平整，往往采用刀片作为平移运动的飞剪。曲柄回转杠杆式飞剪就是此类飞剪中的一种。由于这类飞剪在剪切轧件时刀片垂直于轧件，剪切断面较为平整。在剪切板材时，可以采用斜刀刃，以便减少剪切力。

15、这种飞剪的缺点是结构复杂，剪切机构运动质量较多，动力特性不好，刀片的运动速度不能太快。一般用于剪切厚度较大的板材或钢坯。4、 曲柄偏心式飞剪这类飞剪的刀片作平移运动，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，以获得平整的剪切端面。通过改变偏心轴与双臂曲柄轴的角度速度比值，可改变刀片轨迹半径，以调整轧件的定尺长度。这类飞剪装设在连续钢坯轧机后面，用来剪切方钢坯。5、 摆式飞剪这类飞剪用来剪切厚度小于6.4mm的板材。刀片在剪切区作近似于平移的运动，剪切质量较好。6、 曲柄摇杆式飞剪这类飞剪用来剪切冷轧板材。由于飞剪工作时总能量波动较小，故可在大于5m/s的速度下工作。二 飞剪

16、机结构飞剪机机架设计有三类：闭式机架、开式机架、半开半闭式。一般的飞剪机只有开式和闭式。开式机架和闭式机架各有其特点，闭式机架一般做成门型的框架，它的刚性好，但由于剪刀在里面，不易观察其剪切情况，由于他是有个整体，一旦发生事故不好处理。一般特大型的飞剪机采用此式机架。开式机架则克服了闭式机架的缺点，但是刚性小，剪切断面小，一般适合于小型的飞剪机。剪切机的结构有铸件和焊接件，铸件是整个机架采用整体铸造或全部铸造再连接。焊接则采用普通零件焊接法，以前在焊接技术不是很完善的时候，多采用铸造式，但铸造比较复杂，工艺繁杂，因此对原料使用较多，不仅浪费了原料，而且铸件的体形庞大且比较笨重，因此随着焊接技术

17、的发展，越来越多采用焊接技术。采用焊接技术可缩短制造用期，对于飞剪机的箱形机架更易采用，可大大节约成本，简化工艺。因此采用开式焊接机构的机架较为宜。三 飞剪机的特点及对飞剪机的要求飞剪机的特点是能够横向剪切运动着的轧件，对其有三个要求：（1）剪刃在见切轧件时要随着运动着的轧件一起运动，即剪刃应该同时完成剪切与移动两个动作；（2）根据产品品种规格的不同和用户的要求，在同一飞剪机上应能够剪切多在红规格的定尺长度，（3）能满足轧机或机组生产率的要求。1.4 本次设计的飞剪机的类型特点线材生产中为了在发生堆钢事故时避免影响生产，须将发生事故机架前的轧件切断，而设置事故剪切机。作为事故剪切机除了回转式飞

18、剪外，尚有一种安装在轧机入口的机架上或入口外导位横梁上或入口导板盒上的闸门拉剪。闸门拉剪剪切时借助于气动或手动机构将剪刃回转并压向轧件，随后靠轧件的前进带动剪刃继续回转，并逐渐切入轧件中，直至轧件被拉断为止。本次设计为炉后曲柄卡断剪即1号轧机前的事故剪。该飞剪有三个作用：一是切去钢坯前端或尾部黑头；二是将钢坯分段；三是当后面轧机发生事故时，为防止事故扩大而剪断已轧入的钢坯。要求该剪在生产中能剪切进行中的钢坯，所以它必须具有飞剪机的功能。另外当粗轧机1号轧机为多线轧制时，必须配备多线剪，并要求任何一线钢坯的剪断不得影响其他线的正常工作。钢坯剪的形式有摆动剪和曲柄剪两种。摆动剪，上剪刃分为四部分，

19、分别由气缸控制，下剪刃是一整体。上下剪刃都安放在摆动的框架中，并随框架摆动而摆动。曲柄剪，当剪切时由液压缸或气缸推动曲柄，通过连杆使上下剪刃同时动作，摆向剪切位置。平面布置方式：拉推钢机分钢器卡断剪粗轧机组 第二章 结构设计本次设计的整体方案在了解了卡断剪的整体及工作过程后，整体设计方案如下卡断剪简图如21所示：本设计为炉后曲柄卡断剪，以下是它的工作过程：气缸上刀架连杆下刀架因此首先计算力能参数，由力能参数并设计检验气动系统，最后再对重要零件进行设计图21校核。其中气动系统最为重要，它是曲柄卡断剪运转的动力，保证机器在剪切时尽量减少冲击的重要手段。因此气动系统的设计为本设计的重点之一。另外，系

20、统结构比较简单，可视为一四连杆机构，对各元件长度及其角度关系的优化也是重点之一，只有长度角度合适，机器才会按设计及工作路径进行工作。最后就是各个重要零件的校核，如刀架轴，拉杆及刀片等。2.1 机构系统的设计与特点本设计的卡断剪由机架，上刀架，连杆及下刀架组成，并且采用气缸驱动上刀架回转，带动拉杆使下刀架同步回转。通常，刀片是完全分开的，需要进行剪切时，刀片通过气缸作用使刀片与移动的钢坯接触，剪切动作开始发生；钢坯不断的向前运动使刀片完全啮合而切断钢坯，然后一起阻止余下长度的钢坯通过。气缸回程使刀片分开并返回到完全打开的位置。传动系统示意图如下图22所示：图222.2 气动系统的设计与特点气动系

21、统为驱动系统，因其有许多优点：系统的组装，维修以及元件的更换比较简单；有利于集中供气；动作迅速反应快且具有较高的自保能力；使用方便又无污染，所以该飞剪机使用气动系统做为驱动系统。执行元件为一个双作用缓冲气缸，这是为了防止返程时对气缸的冲击，气缸由一个单电控二位四通电磁换向阀控制，该阀无中间位置，给电磁阀通电使剪刃刀片关闭，不通电则使剪刃刀片打开。缓冲气缸的作用并不是给剪刀施加力使之剪断坯料，而是使通过对刀架的驱动，使刀片在接触轧件时拥有与之相同的前进速度和一个压在轧件上的压紧力，使刀片可以同轧件共同向前运动，而不至于使刀片蹦飞而无法压入轧件。由于轧件运动速度不定，使用出口节流调速的气动系统可以

22、防止爬行现象的产生。为了提高生产率，使刀片不工作的回程时间尽可能的短。因此回程由快速排气阀作用，加快回程速度。第三章 力能参数的计算3.1 剪切力的计算飞剪机根据飞剪刀片形状的不同，其剪切力可按平行刀刃剪切机或斜刀刃剪切机的计算方法来计算。本次设计为平刃剪刀，因此按平行刀刃剪切机剪切力的计算方法来计算。一 、最大剪切力在设计剪切机，首先要根据所剪轧件最大断面尺寸来确定剪切机公称能力，它是根据计算的最大剪切力并参照有关标准和资料来确定。又轧钢机械P266有，最大剪切力可按下式计算： N 式（3-1）式中 被剪轧件最大的原始断面面积， 被剪轧件材料在相应剪切温度下最大的单位剪切阻力, MpaK 考

23、虑由于刀刃磨钝、刀片间隙增大而使剪切力提高的系数，其数值根据剪切机能力选取：）中型剪切机（P=2.58.0MN） 大型剪切机（P10MN） K=1.1当所剪材料无单位剪切阻力实验数据时，可按下式计算最大剪切力 N 式（3-2）式中被剪轧件材料在相应剪切温度下的强度限，Mpa。由给定参数剪切时的最大剪切力F=2500KN，故取K=1.2；剪切材料45钢，剪切温度1100；通过查表P263表8-3轧钢机械因45钢为高碳钢；取=70Mpa。 设计题目给定 =23700mm。 则 得 式（3-3）二、剪切角度计算如图3-1所式飞剪的剪切过程1、角相当于剪切轧件厚度为h时的开始剪切角度。由轧钢机械P32

24、3式9-33得 式中 h轧件厚度 因其为方坯所以;h=R刀刃距回转中心的距离 ; R=860mm 式（3-4） 图312. 剪切过程中出现最大的角度，由轧钢机械P260，实验表明，剪切时最大剪切力出现在刀片塑性压入阶段终了，金属塑性滑移阶段开始之时 为相对切入深度：查表取 式（3-5） 43、剪切终了角为=，因为剪切材料为45钢，剪切温度1100，此时材料只有完全剪断时才会分开，剪切过程完成，此时剪刃剪切角度为,因此剪切终了角度为三、剪切时间的计算 因剪切过程中刀片水平速度与轧件同速，所以剪切时间为刀片水平位移与轧件速度的商。取轧件速度为m/s可得 式（3-6）四、刀架所受合力P的计算刀架可视

25、为二力杆，只受沿杆向的力，此力为剪切力的合力，所以刀架受的最大合力为： 式（3-7）3.2 剪切力矩的计算由式（3-4）可知最大剪切力矩 式（3-8）式中 为咬入角 则 3.3 剪切功的计算根据剪切功可以近似而方便地计算出剪切机功率。剪切功与剪切力和刀片行程有关，由轧钢机械P267可得当不考虑刀片磨钝等因素，可按下式计算： 式（3-9）令，a称为单位剪切功。则 式（3-10）由P268,一般经验公式 式（3-11）式中 所剪材料的强度极限；所剪材料的延伸率；由机械设计手册第一卷查得，45钢的强度极限=600Mpa 延伸率=16%将和代入式（3-10）得, 取a=85再代入式（3-9）得 式（3

26、-12）第四章 杆件长度的设计及优化本设计的关键之一是各杆长度的确定。运动部件有上刀架、下刀架、连杆所组成。其本质为一个平面四连杆机构，即由上刀架、连杆、下刀架及机架所组成的一个平面四杆机构。其所需满足的条件是上、下刀架必须保持同步，即角速度相同，上刀架转过一个角度，下刀架必在相同时间内转过相同的角度。4.1 初始条件上刀架由气缸驱动进行转动，气缸的伸出长度即可确定一个转角。本设计气缸工作时要伸出的位移a=280mm。气缸连接杆的长度b=380mm。连接杆的起始、终了位置可构成一个三角形，其转角就是上刀架极限转角。由余弦定理得： 式（4-1）则 式（4-2）所以 取 初始条件：机架长度：172

27、0mm与连杆连接处至轴心距离：380mm（以上数据均为轴、孔的中心距）上刀架连接杆初始位置水垂直方向成角，为方便优化杆长，在其转角范围内任取一角度：25 转动极限角度： 42（由上下刀架同步，所以下刀架也应转过相应的角度：25 42）4.2 作图法优化杆件长度由机械原理P173介绍的“机构反转法”，运用作图法来优化杆长。一、 反转法说明：如图4-1所示，若改变连杆CD为机架，则构件AB变为连杆，而为了求得新连杆AB相应的新机架CD运动时，活动铰链A、B的位置，可将原机构第二位置视为刚体，绕D点反转一角，使与重合而求得。这种方法称为“机构反转法”简称“反转法”。图41 反转法说明二、 作图步骤：

28、见图4-2，根据给定机架长度，原动件（上刀架）长度，按一定比例与垂直方向成关系作出其第一位置，然后根据转角， 定出第二、第三位置，。为求得铰链B位置，连接，并根据反转法原理将其分别绕点反转及角。从而得到，则、三点确定的圆弧的圆心即为所求的铰链B的位置，而即为所求的四杆机构，量出其长度按比例扩大即为各杆件的优化长度。经过圆整其,、与垂直位置夹角为。说明：各杆长度及角度，将构件简化为杆件，各杆代表实体的中心线。图42图4-3为剪切结束各杆位置，各参数如下： 图43注：要转过，此时为最下位置。为保证受力均衡，应与水平面交角近似为。既与垂直位置成。第五章 气动系统的设计计算5.1 工作要求及环境条件一

29、、 工作要求剪切运动运动是通过把剪刃带进钢坯，由于钢坯的向前运动使剪刃完全卡入而切断钢坯。在正常情况下剪刃是完全分开的，由一个双作用的气缸关闭和打开剪刃，当柱塞处于完全返回位置时，剪刃完全打开，当柱塞向前伸出时，剪刃向前运动而切断轧件。二、 运动要求 图5-1 图5-2 图5-1 上刀架运动情况简图图5-2 下刀架运动情况简图刀架的运动为：上刀架由A下刀架由由D，A、B、C、D、E为初始位置；、为剪切时刀架各部分的空间位置。开始剪切角度（前面已算出）；、为剪切结束后刀架各部分的空间位置，即极限位置。A点是与气缸杆相连接处；B、E为刀片位置；C、D为连杆连接处。为保持B与E的同步性，前面已优化出

30、各杆的长度尺寸 ，AO=380mm，OB=860mm，OC=380mm 为气缸运动的位移，=280mm，总转角，空转角1.气缸作用：使刀架达到角度时，刀刃达到水平速度为s，剪切速度 式（5-1）此时角速度： rad/s 式（5-2）由公式，可知当时 式（5-3）角加速度： 式（5-4）2 .点切向速度： 式（5-5）切向加速度： 式（5-6）法向加速度： 式（5-7）A运动所花时间： 得 式（5-8）点总加速度： 式（5-9）3 点切向速度 式（5-10）切向加速度： 式（5-11）法向加速度： 式（5-12）总加速度： 式（5-13）由于同步性： ， 4 运动所花时间： 式（5-14）运动所

31、花时间： 式（5-15）为了提高生产效率，空回程的运动时间减少，为；气缸工作一个周期所需时间 式（5-16）三、 动力要求气缸输出的力分为三种：1、使刀架加速转动，当达到时使刀尖水平速度为m/s；2、使刀片在轧件上拥有一预压力，防止刀片回崩；3、克服上、下刀架转轴处的摩擦力。因上下刀架及连杆架尺寸相同，下刀架的以上三种力可等值加算到上刀架上。椐现场了解及相关资料，上刀架质量 ；连杆质量；下刀架质量；上下刀架重心均在距轴心150mm的刀尖与轴心连线上；预压力。当刀架转到与竖直面成时，对刀架轴心的转矩相等，即，各力矩平衡。1 摩擦力矩：由机械原理P87得： 式（5-17） 式中 当量摩擦系数 取则

32、 式（5-18）2 转动力矩： 式（5-19） Nm3 预压力矩： 式（5-20） 4 气缸推力矩： 式（5-21）气缸推力： 式（5-22）四、工作环境：环境温度30，灰尘较少。5.2 气动回设计一、列出气动执行元件的工作程序：启动剪切快速返回二、气动回路原理图图531 二位四通电磁换向阀2 气缸3 快速排气阀4 单向节流阀5 消声器6 气源7 先导式溢流阀8 过滤、减压、油雾器组件如图5-3，此气动回路为快速返回回路。当1通电时，右路（下路）工作，由单向节流阀调节控制气缸向下运动的速度。当给1不通电时，则左路（上路）工作，单向节流阀4不会产生节流，单向阀打开，由于回路上有快速排气3，所以气

33、缸2快速返回，此时完成了一个周期的动作。因为溢流阀处有过载保护功能，因此换向珐常为不通电，气缸缩回状态，刀架处于打开状态。5.3 选择设计执行元件一、 确定执行元件的类型因为气缸的伸、缩均需气动控制，所以选用一双作用气缸，为了使活塞能够平稳地靠近端盖而不发生冲击，减少振动或机件的损坏，采用缓冲气缸。因为工作行程不大，采用摆块式机构，即相应地采用作悬挂式单吊耳式气缸为执行元件。二、 主要参数尺寸由气压传动及控制P50得：气缸内径 式（5-23）式中 F 活塞杆伸出时的推力 ND 气缸内径 mP 气缸工作压力 Pa 考虑总阻力及动特性参数的负载率 此时 F=1877.36 N P=Pa 由式（5-

34、23）得：由P49表32查得：气缸内径 D=160mm活塞杆直径 d=40mm行程 S=280mm综上所述，由机械设计手册查得选用气缸型号为：JB160X280S三、耗气量的计算 已知缸内径D=160mm，杆径d=40mm，行程S=280mm。工作一周期所需时间t=8.98s由气压传动及控制P55式3-21可得：其压缩空气耗气量： 式（5-24）式中 Q 双作用活塞缸压缩空气耗气量 气缸容积效率，一般取取 由式（5-24）得 查气压传动与控制P176表7-2查得：初选通径为 8mm5.4 选择控制及辅助元件以下全查气动元件产品样本得到：1 主控阀（二位四通电磁换向阀）查P181初选型号 24J

35、DL82 快速排气阀查P353初选型号 KPL8L23 单向节流阀查P369初选型号 LAL8Z14 溢流阀 查P402初选型号 XYL8N15 过滤、减压、油雾器组件查P25初选型号 Q3LJWC8F16 消声器查P602初选型号 XSL8L1 表5-1 气动元件列表名 称型 号符 号气 缸JB160X280S二位四通换向电磁阀24JDL8W快速排气阀KPL8L2单向节流阀LAL8Z1过滤减压油雾器组件Q3LJWC8F1先导式溢流阀XYL8N15.5 确定管道直径验算压力损失一、 确定管径本设计按照各管径与气动元件通经相一致原则，如图5-4气动元件位置示意图所示各元件与管道的大致位置及尺寸距

36、离。由于各元件通经为8mm，因此ab，cd段管径为8mm二、 验算压力损失如图54所示，各段尺寸均由图纸所得，现判断压力损失是否在允许的范围之内。1 沿程压力损失A ab段的沿程压力损失由气压传动及控制式140得图541 组件 2 换向阀 3 单向节流阀 4 快速排气阀 式（5-25）式中： d 分别为管路长度和管内径， m； 管中流速 m/s； 管路沿程阻力系数，层流为，式中Re为雷诺数， 气体运动粘度 /s式 式（526）查气压传动及控制P4表13得，当温度为时，空气运动粘度，则 式（527）此时管中空气属紊流流动状态，但此时Re满足4000ReP+=0.397Mpa，说明供气压力满足了执

37、行元件需要的工作压力，以上选择的通径和管径都是符合工作要求的，都是合理可行的。第六章 主要零部件的设计计算 6.1 动力分析 一、 运动分析1720曲柄卡断剪工作时，剪刃同坯料一同前进，坯料速度为m/s，则刀架中。如图6-1所示，则切向速度.因剪切过程中轧件运动速度可视为匀速运动，在剪切过程中不发生任何改变。随着减少，v不短减小，因此角速度w不断减少，为一减速运动。因剪切时间t=2.54s，时间很短，w变化情况不大，可视为角加速为一常量，则刀架在剪切过程中视为一匀减速回转运动。图61任一角度时（） 式（61）计算角加速度：当时，剪切开始此时m/s 式（62）当剪切终了此时m/s 式（63）由公

38、式 得 式（64）二、加速度分析（以上刀架为例） 图62 图63图62为速度分布图图 63为加速度分布图建立动坐标如图62，其中A点相对速度，牵连速度，绝对速度。三者满足 因不断减少，为匀减速，则加速度分布如图63所示，=0由于为平动，则满足 所以 式（65）三、 力分析由于产生向上的加速度，则必在A点有一向上的力上刀架 式（66）下刀架 式（67）6.2 机构工作时杆件的受力分析及受力最大时的情况一、 整体分析图64为刀架转过任意角度时的受力分析图，即为剪切轧件时的受力分析。因此，各铰链受力情况如图所示，个角度在图中均已标出。注： 杆4对杆3施加的力，其它此形式均为此类； 气缸输出的力；摩擦

39、力矩；为克服摩擦力矩轧件对刀架施加的力；阻碍刀片与轧件相对运动的阻力，由运动分析得出二、 上刀架受力分析如图65所示，根据数学推导得： 式（68） 式（69） 式（610）根据正弦定理，如图64得： 图64图65 式（611）则 式（612）对点取矩，得： 式（613）则 式（614） 式（615）因 ，得 式（616） 式（617）根据受合力为零；，得： 式（618） 式（619）三、下刀架受力分析 图66如图66所示，同样由数学推导得： 式（620） 式（621） 式（622） 式（623）由于 得： 式（624） 式（625） 式（626）根据受合力为零；得： 式（627） 式（628）

40、四、各构件受力最大时的情况由上述分析可以看出刀架受力来源除气缸供给的压力外，均为在剪切轧件时，所受的剪切反力及轧件给予的推力。由前面可知在剪切力最大时即=时，各杆件受力应为最大，进而校核刀架轴及连杆是否满足要求。下面根据前面两节所分析的公式代入角度算出各杆件的受力大小：由力能参数计算可知：上刀架： 下刀架：上刀架轴所受合力： 式（629）下刀架轴所受合力： 式（630）拉杆所受拉力： 式（631）6.3 刀架轴的设计计算一、选择轴材料该轴承受径向力很大，是整个设备最为关键的零件。选择调质处理的合金钢40Cr由机械设计P285表122 知；此材料硬度241286HBS，抗拉强度极限=685Mpa

41、，抗拉屈服极限=490Mpa，弯曲疲劳极限=335Mpa，剪切疲劳极限 =185Mpa。二、初步估计轴径因为此轴径向力较大，扭转力是由摩擦引起的，轴不转动。根据现场了解及经验初选轴径为d=225mm。三、 轴的结构设计 （如图67所示）1 轴的轴向和周向定位：靠一个长垫片进行轴向及沿轴向旋转的定位，此轴属于心轴，不转动也无传动工作时与轴瓦进行滑动摩擦，与滑动轴承工作情况类似。2 确定轴径及其长度 （如图68所示） 图67图68刀架宽310mm，两支座各宽80mm，垫片宽15mm，余量20mm。总长3 考虑轴的结构工艺在轴左右两端均制倒角 四、轴的强度验算先作出受力计算简图，如图69（a）取集中

42、载荷作用于支撑架内壁处。 图691 求单位长度受力q 及支撑架支反力，由机械设计表61可知，轴在刀架与垂直方向成时受力最大，此时，图中l=0.31m，可得： 式（632） 式（633）画剪力图，图69（b）2 画弯矩图 图69（c）A、B点弯矩 中点D弯矩最大： 式（634）3 画扭矩图 图 69（d）只受摩擦力产生的扭矩T： 式（635）4 画计算弯矩图 图 69（e）因飞剪机为启动工作制，可视为轴所受扭矩为脉动循环：则截面D处当量弯矩为： 式（636）5 按弯扭合成应力校核轴的强度D截面D处当量弯矩最大，故截面D为可能的危险截面。已知 由P285表122查得。 式（637）由式（637）可

43、算出 式（638）轴上放置条型垫片的槽处虽只受扭矩作用，但其直径小，该截面亦可能为危险截面。将此截面视为直径是22530=195mm的圆轴。如果195圆轴校核成功，则本轴也一定合适。 式（639） 式（640）6 结论：经弯矩合成应力校核此轴的强度，其强度合格。7 按静强度精确校核安全系数因轴径为经验估算的，而弯矩合成强度条件计算也没考虑应力集中。轴径尺寸和表面状况等因素对轴疲劳强度的影响，因此对该轴再进一步精确校核。此轴根据其工作过程可见瞬时过载较大，在尖峰载荷的作用下可能产生塑性变形。为了防止过大的塑性变形，应按尖峰载荷进行静强度校核，因此该材料，取静强度许用安全系数。校核如下：D处静强度

44、安全系数校核：由机械设计表1212查得：材料抗弯屈服极限 材料抗扭屈服极限 抗弯截面系数W 抗扭截面系数 D处弯矩 按脉动运动循环来考虑：尖峰时刻载荷所产生的弯曲切应力 式（641）尖峰时刻载荷所产生的扭转应力 式（642）受弯矩时静强度安全系数： 式（643）受扭转时静强度安全系数： 式（644）安全系数： 式（645）此轴静强度安全。8 轴的刚度验算轴受载后发生弯曲变形和扭转变形，变形过大会影响轴的正常工作，为此对这根轴要进行一下刚度校核。A 弯曲刚度的校核：对于刚度要求较高的的轴，由机械设计P298表1212查得许用挠度许用偏转角在此种情况下，最大挠度为： 式（646）最大偏转角： 式（

45、647）其中：E 弹性模量，由材料力学P41表2.2查得E=200GpaI 惯性矩 式（648）由646得此轴最大挠度为： 式（649）由 647得此轴最大偏转角： 式（650）该轴弯曲刚度校核合格。B 扭转刚度的校核：由机械设计表1212查得许用扭转角 单位轴长扭转角为： 式（651）其中：G 材料的抗剪弹性模量 G=81Gpa 轴截面极限惯性矩 式（652）由式64得： 式（653）该轴扭转刚度校核合格。至此，上刀架支撑轴的设计计算结束。下刀架轴的设计，校核计算与此轴相同。为方便起见选用同此轴相同的轴径及配合公差。经校核可知合格。（校核略）6.4 拉杆的设计计算一、选择拉杆的材料因为拉杆连接上、下刀架，并且是下刀架运动的动力所在，又为一个二力杆，因此只承受拉力。根据其工作条件，选用材料为铸铁 QT400-15。二、拉杆结构的设计 （如图610） 图610 拉杆的结构及尺寸如图（610），两断圆孔为轴销连接孔，端面为矩形。因其长度较长，整体加工不方便，所以分为三段分别加工，然后再焊接起来。由机械设计实用手册P719表55