毕业设计4900KN冷剪机设计

第 I 页4900KN 冷剪机设计摘要冷剪机是在冶金工业中经常用来对轧件进行切头、切尾或者切定尺的机械设备。作为剪切机械中的一种，冷剪机在冶金、航空、国防工业，以及印刷等轻工业均有广泛的应用。早期的冷剪机由于结构比较笨重而且没有快速换刀装置，导致生产效率比较低，产品的质量也不高。为此，我们设计了结构更为紧凑的曲柄连杆上切式斜刃剪切机。该剪切机主要包括剪切部分及传动部分。剪切部分采用上切式斜刃刀片的剪切方式，大大降低了剪切力。传动部分采用电机通过联轴器带动减速器代替原来的带传动，避免了由于弹性滑动带来的功率损失，采用圆盘式摩擦离合器控制减速器与开式齿轮之间的离合，通过曲轴带动连杆的上下运动来完成剪切动作。该机构的特点在于用大齿轮代替飞轮，联轴器传动代替带传动。该剪切机的生产效率比较高且生产成本较低，适用于中小型棒材生产线或是无缝钢管管坯的剪切。关键词：圆盘式摩擦离合器，曲柄连杆，斜刀刃， 剪切机，联轴器传动 第 II 页The Design of 4900KN Cold ShearAbstractCold shear machines are usually used to come to carry on the machine equipments that slices the head, slices the tail and to slice appointed dimension of the piece in the rolling metallurgy industry. The conduct and actions shears to slice the machine in of a kind of, cold shear the machine in the metallurgy, aviation, industry of defenses, and print the etc., the light industry all has the extensive application.Earlier period of cold shear the machine because the structure is more bulky and did not change the knife the device quickly, cause produce the efficiency lower, the quantity of the product is also not high. For this, we designed the structure to even connect the pole for the crank of the tightly packed up the inclined blade of slice type shears to slice the machine.This shear to slice the machine to mainly include to shear to slice the part and spread to move the part. Shear to slice the part adoption up the inclined blade razor blade of slice type shears to slice the way, lowering to shear to slice the dint consumedly. Spread to move the part adoption electrical engineering to arouse to decelerate the machine to replace through the adapter coupling to take to spread to move originally, avoid because of the power loss that the flexibility glide bring, adopt of a dish type friction clutch control deceleration machine and the open type wheel gear to leave to match, arouse to connect the top and bottom of the pole through the song stalk sport to complete to shear to slice the action.The characteristics of that organization lies in to replace the flywheel with the big wheel gear, the adapter coupling spreads to move to replace to take to spread to move.Should shear the production efficiency of slice the machine higher and the production cost is lower, being applicable to the medium small scaled and good material production line or no slot steel pipe billet to shear to slice.Keyword: A dish type of rubs clutch，Brace and link，Oblique blade，Shear machine，The adapter coupling transmission 第 III 页目 录摘要 .IAbstract .II1 绪论 .11.1 剪切机的用途 .11.2 剪切机的分类 .11.2.1 斜刃剪切机.11.2.2 平行剪刃剪切机.21.2.3 圆盘式剪切机.31.2.4 冲型剪切机.31.2.5 联合剪切机.31.2.6 型材棒料剪切机.31.3 剪切机常见事故 .41.4 传动方案的选择和评述 .41.4.1 剪切机机械传动装置的作用及选择.41.4.2 剪切机机械传动装置的防护.51.4.3 剪切机机械传动装置的过载保护装置.52 剪切机参数及电机容量的选择 .72.1 设计的基本要求 .72.2 剪切机构.72.3 主要参数的确定 .82.3.1 刀片倾斜角 .82.3.2 刀片尺寸.82.3.3 剪刃行程.82.3.4 剪切次数.92.4 剪切力的计算与校核 .92.5 电机功率的选择 .122.5.1 静力矩的组成.132.5.2 fH 曲线 .142.5.3 剪切力矩pM 和摩擦力矩fM .142.5.4 电动机功率的计算.183 传动方案 .193. 1 传动步骤.193.1.1 电动机.193.1.2 联轴器.193.1.3 齿轮.203.1.4 离合器.203.1.5 曲轴.213.1.6 曲柄连杆机构.213.1.7 压板机构.22 第 IV 页3.1.8 上刀台平衡机构.224 主要零件的强度校核 .234.1 联轴器的计算 .234.1.1 联轴器的类型的选择.234.1.2 联轴器的载荷计算.234.2 齿轮强度的校核 .234.3 曲轴的强度校核.295 润滑方式的选择 .315.1 润滑 .315.1.1 滑动轴承的润滑.315.1.2 大齿轮的润滑.315.1.3 离合器的润滑.315.1.4 减速器的润滑.315.1.5 上刀架曲柄连杆机构滑块的润滑.325.2 添加剂及其作用 .325.3 滑方法 .325.4 润滑脂的优点和选择注意事项 .326 对控制系统的要求 .336.1 剪切力控制 .336.2 电动机的过载控制 .337 设备的环保与经济性分析.347.1 设备的环保.347.1.1 机械设备的环保性.347.1.2 改善机械设备环保性的措施.347.2 设备的经济性分析.347.2.1 盈亏平衡分析.347.2.2 设备使用年限 .35结 论 .37致 谢 .38参考文献 .39 第 1 页1 绪论1.1 剪切机的用途剪切机在冶金行业中主要用于板材、型材、型钢、棒线材的剪切或是剪断工作。其在电机电器、仪器仪表、金属结构、农机、船舶、建筑、冶金、航空航天和国防工业，以及包装装潢、出版印刷等轻工业均有广泛的应用。随着近些年来中小工业企业的发展，对钢板、型钢及棒线材的大量使用，对剪切机的需求量亦随之增大，剪切机的发展前途将更加的广阔。1.2 剪切机的分类剪切机从不同角度的出发，有不同的分类方法。比较常见的方法有按剪切方式、剪切金属材料的温度、剪切机的驱动方式、剪切机机架的形式（开式机架、闭式机架） 、剪切金属的品种及剪切机的剪刃形状与配置等方式。习惯上通常按照剪切机的剪刃形状与配置特点分类，可分为斜刃剪切机、平行刃剪切机和圆盘式剪切机等。1.2.1 斜刃剪切机斜刃剪切机的一个剪刃相对于另一个剪刃成某一角度配置。斜刃剪切机按照剪切机构的运动特点可分为上切式斜刃剪、下切式斜刃剪及复合式斜刃剪等。1、上切式斜刃剪切机上切式斜刃剪切机的下剪刃平直而固定，上剪刃则是有一定的倾斜角度被安放在上刀架上，并且通过曲轴带动连杆上下运动来实现剪切动作。在实际生产中上切式斜刃剪通常作为单独设备布置在生产线中，可用来剪切宽的钢板、棒材、无缝钢管的管坯、型钢的钢坯等材料。当剪切的钢板厚度大于 20mm 时，它可用在连续作业生产线上横切板材，但要有摆动辊道；而当板材厚度大于 25mm 时无法用圆盘剪切机切边，亦可以在连续作业线的两边配置上切式斜刃剪进行剪切，特点是上刀上下运动进行剪切，下刀固定不动。此类剪切机的结构简单，广泛用来剪切型钢钢坯，尤其是棒料。随着快速换刀的生产需要，也出现了能够快速换刀的上切式斜刃刀片剪切机，用于剪切型钢钢坯和板坯。2、下切式斜刃剪切机 第 2 页下切式斜刃剪切机与上切式斜刃剪切机的主要不同点在于，这种剪切机的上剪刃是固定不动的而由其下剪刃向上运动实现剪切。所以当它布置在连续作业线上时不需要设置摆动辊道，它一般多用于连轧作业线上横切带材。这种剪切机的上剪刃通常是倾斜的，下剪刃是水平的，但是近来有所变化，下剪刃是倾斜的，上剪刃是水平的布置方式越来越多，其结构形式类似于将上切式斜刃剪切机的剪切装置翻转安装。通过生产的实践经验证明，如此布置的下切式斜刃剪切机能够较好的保证剪切面相对带材中心线及表面的垂直度，但其缺点亦很明显，即其压板同样要配置在所要剪切轧件的下方而导致该剪切机的结构复杂化。这种剪切机的特点是：上下刀台都运动，但在剪切轧件的动作由下刀来完成，剪切时上刀固定不动；在剪切时由于下刀台将轧件抬离辊道，所以在剪切机后不必设置摆动台，而且这种剪切机的机架不承受剪切力。正是由于上述两个特点，下切式斜刃剪切机被普遍的用于剪切大、中型钢钢坯和钢板板坯，以减轻整个剪切机组的设备重量。3、复合式斜刃剪切机复合式剪切机的剪切方式介于上切式斜刃剪切机与下切式斜刃剪切机之间，剪切时上下剪刃同时做上下的相对运动实现剪切动作。此类剪切机的特点是：上下剪刃在剪切时同时相对运动，曲柄轴短，受力好，制造方便。由于采用上下双边传动，两对传动齿轮的同步性要求较高，通常采用非圆齿轮传动来代替普通圆柱齿轮传动以提高同步精度与传动精度，因而提高了制造成本，装配亦比较困难。此类剪切机通常用于剪切大型钢板。1.2.2 平行剪刃剪切机平行剪刃剪切机的上下两剪刃是彼此平行的。此类剪切机通常用来横向剪切热状态下方形及矩形断面的钢坯，也可以用来剪切冷状态下的型材，将刀片做成成型剪刃来剪切非矩形断面的钢材，有时还可用来剪切板材。平行剪刃剪切机在工作时能够承受的最大剪切力是其主要参数，所以习惯上以其最大剪切力来命名，这与斜刃剪切机的命名方式是一样的。平行剪刃剪切机与斜剪刃剪切机一样可以按照剪切机构的运动特点分为：上切式平行剪刃剪切机和下切式平行剪刃剪切机两种。 第 3 页上切式剪切机的下剪刃是固定的，由上剪刃的上下运动实现剪切动作。上切式剪切机的剪切机构通常为曲柄连杆机构。下切式剪切机的两个剪刃都运动，到达剪切位置并开始剪切时，上剪刃固定不动，整个剪切过程通过下剪刃上升来实现。下切式剪切机的剪切机构通常为曲拐式和浮动式两种。1.2.3 圆盘式剪切机圆盘剪的上下剪刃为圆盘状，通过两剪刃的旋转实现剪切。它通常被布置在板材或带材的剪切线上，用来从纵向剪切运动的板材或是带材的两边，或者用来纵向切定宽的带材。圆盘式剪切机被广泛的用于纵向剪切厚度小于 2030mm 的钢板及薄带钢。由于刀片是旋转的圆盘，因此可以实现连续纵向剪切运动中的钢板带钢。1.2.4 冲型剪切机冲型剪切机广泛的用于锻压机械。冲型剪切机的剪切次数很高，通过连续的很多的切点或是切线，将板料沿着预定的轮廓切下。当在冲型剪切机上装上专用工具后，它还能完成很多类似于冲轮廓、折边、弯型等其它的工作。所以说冲型剪切机是一种万能的板料剪切成型机，适用于单件小批生产。1.2.5 联合剪切机联合剪切机主要用来切割条料、板料、型料，并可切口冲孔，用途广泛，特别是用于钢结构车间和建筑工地。1.2.6 型材棒料剪切机这种剪切机的剪刃一般为成型剪刃。在冶金工业的型钢轧钢车间，使用型材棒料对各种断面的型材棒料轧件进行切头、切尾、切定尺等。此外，型材棒料剪切机还被用于成批量、大量生产的轴承、齿轮、汽车和拖拉机等行业的冷切或热切下料之用。剪切机通常是由电动机驱动的，上述几种剪切机除了可以按照剪刃形状与布置形式分类以外还可以按照其传动电机的工作制分为启停式工作制、连续工作制和连续启停工作制三种形式。启停式工作制的剪切机的结构简单，剪切定尺调整及维护保养方便，控制环节少， 第 4 页剪切精度较高。但对电机和传动机构的力学特性要求比较苛刻，定位要求十分高，技术难度较大，特别是电机的选用比较复杂。连续工作制剪切机由于剪切定尺的要求，需要专门设置匀速机构和空切机构，因此这种剪切机具有设备庞大、结构复杂、定尺范围小、剪切速度较低等缺陷，难以适应现代化生产的要求，其发展也受到了限制。连续启停工作制剪切机结合了启停式和连续式两种剪切机的优点，是一种较先进的剪切机。它采用离合器和制动器取代了连续工作制剪切机的空切机构和匀速机构，具有结构紧凑、定尺调整方便的优点，且在同样剪切能力下连续启停工作制的剪切机电机容量小、电机选型容易，目前此种工作制的剪切机被广范的应用在生产之中。1.3 剪切机常见事故剪切机的传动机构很少发生事故，一般性设备事故为紧固件的松动和联轴节的磨损。剪切机构的事故是拉杆断裂、曲轴折断、曲轴颈和轴瓦发生磨料磨损，离合接手的损坏，刃台滑板脱落等。对于剪切机来说，经常出现的剪刃磨损，表面出现局部凹坑、龟裂及折断等对整个剪切机零部件的损坏和破坏及其使用寿命都有至关重要的影响。并且对剪切机的剪切性能、电量消耗也有极大的影响。对于采用液压传动、液压平衡的剪切机来说，出现最为频繁的故障就是由于液压缸的泄漏导致液压系统失灵，而液压管路、液压元件的故障，会导致刃台欠平衡，从而使剪切机先后辊道承受较大的剪切压力，使辊道的辊身或是辊道轴承损坏。1.4 传动方案的选择和评述1.4.1 剪切机机械传动装置的作用及选择剪切机的机械传动装置是剪切机的重要组成部分。正确的选择传动装置将在很大程度上决定机械的使用性能、外形尺寸、重量、加工装配的劳动量和制造成本。剪切机的机械传动装置的作用时将电机的动能传递给剪切机构，并对电机的速度进行减速，使剪切机构获得所需的剪切次数。机械传动剪切机的驱动方式按电机的驱动方式可分为直流电机驱动和交流电机驱动两种。通常中、小型剪切机采用交流电动机驱动，高速轴上装有飞轮，电机连续运转，剪切动作由离合器控制实现；大型剪切机的剪切速度比较慢，一般多采用直流电动机驱动，工作制为启停式工作制。也有少 第 5 页数采用连续工作制剪切，采用直流电机驱动并带有飞轮的大型剪切机。传动装置通常是由飞轮、齿轮、皮带轮、蜗轮副传动系统，离合器、制动器、轴及轴承组成。传动系统主要有开（闭）式齿轮传动，行星齿轮传动、蜗轮副传动。采用电机驱动的剪切机，电机及减速箱的布置可分为上传动和侧传动两种形式。单独使用的中小型剪切机多为上传动形式，对于大型剪切机因为其电机和传动装置的重量、体积均很庞大，不宜装在机架上部，故采用侧传动的传动形式。通常满足同一剪切工艺要求的情况下，剪切机的传动装置可以有多种不同的结构方案。设计时应根据所需剪切来料的品种、规格、产量及质量的要求制定出最为合理的方案，不但能够满足剪切工艺要求外，在质量上也要达到安全、耐用、高效、经济、美观、便于使用和维修制造便利的要求。本次设计将电机置于剪切机上部，电机通过连轴器直接与减速器相连，同时用大齿轮代替飞轮传动。这样的设计用联轴器代替了皮带轮传动，从而避免了皮带轮传动由于皮带的弹性滑动造成的能量损失和传动比损失，且电机在机架上方便于安装和维护。直接由大齿轮与减速器连接传动去掉了中间的飞轮使机构更加紧凑，进一步降低了能量的损失。1.4.2 剪切机机械传动装置的防护由于冷剪机在剪切过程中承受着极大的冲击载荷，一旦出现过载，就会导致工作装置、传动装置以及动力装置等部件的破坏，影响正常的生产。特别是近些年来，随着我国轧钢设备及轧制生产工艺的不断发展，其自动化程度也在不断提高。因此在生产过程中，冷剪机能否处于良好的工作状况，将直接影响到整个生产线的生产能力和工作效率。为此，在设计各种形式的冷剪机时，则必须考虑安装配套的安全保护装置，以便在冷剪机发生过载时。能对其起到安全保护作用，从而提高生产效率，降低生产成本。同时剪切机传动装置中的主要零部件的破坏不仅会对生产带来损失，甚至还会造成重大人身伤害事故。为了避免剪切机因过载而导致的设备损害及人身事故的发生，更加需要在剪切机的传动装置设置过载安全保护装置。1.4.3 剪切机机械传动装置的过载保护装置剪切机机械传动装置的过载保护装置主要应满足三个最基本要求：1、过载保护装置要保证剪切机得到可靠的保护。当过载装置发生作用时，应使剪 第 6 页切机的主要零部件所受应力数值低于其材料的屈服极限，以确保传动装置上的主要零部件安全可靠。2、过载保护装置应保证剪切机的工作得到充分的发挥。在采用过载保护装置后，不得降低剪切机的工作队能力，应使剪切机的各个主要零部件的强度仍能得到充分的利用和发挥，而且剪切机仍然能够采用公称能力即剪切机的最大剪切机来进行工作。3、过载保护装置应尽可能的结构简单、使用方便，同时发挥其既能够承受一定的载荷，又能保证剪切机安全使用的作用，而且其大前提是要保证安全。传动装置中的过载保护装置按其结构及作用原理可分为电磁式、机械式和液压式三种类型。 第 7 页2 剪切机参数及电机容量的选择2.1 设计的基本要求被剪切钢材的断面尺寸 根1040mm被剪钢材材料 25SiMn2MoV被剪切钢材强度极限 MPab1470被剪切钢材的延伸率 %10剪切温度 Ct20理论剪切次数 分次18实际剪切次数 分次102.2剪切机构图 2.1 剪切机构 第 8 页2.3 主要参数的确定2.3.1 刀片倾斜角 上刀片倾斜角 与被剪钢材的厚度有关，在剪切薄钢板的时候， 一般用，而在剪切厚钢板时为。同时刀片倾斜角的大小，还会影响斜刀刃剪0316812切机的刀片行程。H2.3.2 刀片尺寸刀片长度：在大、中型剪切机中 100080010405 . 22)5 . 22(maxbL（2.1）式中： 刀刃长度，mm；L 被剪钢材横断面的最大宽度，mm。maxb刀片断面高度及宽度：可按照下述经验公式确定 304075. 05 . 165. 0hh（2.2） 125 . 23035 . 2hb（2.3）式中： 刀片断面高度，mm；h 被剪钢材断面高度，mm；h 刀片断面宽度，mm。b2.3.3 剪刃行程由于剪刃倾斜角的影响，斜剪刃剪切机的刀片行程要考虑到由剪刃倾斜角所引H起的剪刃行程增量。可按下式计算H H 213tan1040tanmax bH 第 9 页（2.4）式中： 所剪钢材的最大宽度，mm；maxb 剪刃倾斜角。因此斜剪刃剪切机的刀片行程为 HHH （2.5） 1552155345040tanmax21bSqqfh式中： 剪刃行程（指剪刃的最大行程），mm；H 被剪钢材最大断面高度（指棒材或管坯的直径），mm；h 钢材上表面与压板之间的距离，此值的选取要保证钢材有一定翘f头时，仍能通过剪切机，一般取 mm；7550f 为了避免上剪刃受到钢材的冲撞，而使压板低于上剪刃的距离，1q一般取 mm； 5051q为了使钢材能够顺利通过剪切机，下剪刃不被钢材磨损，使下2q剪刃低于辊道表面的距离，一般取 mm；2052q 上下剪刃的重叠量，一般取 mm。S255S2.3.4 剪切次数理论剪切次数：；实际剪切次数：。分次18分次102.4 剪切力的计算与校核斜剪刃剪切机的剪切力由三个部分组成 321PPPP（2.6） 第 10 页式中：剪切机的总剪切力，KN；P纯剪切力，KN；1P钢材被剪掉部分的弯曲力，KN；2P钢材在剪切区域内的弯曲力，KN。3P设为作用在剪刃单位长度上的剪切力，则作用在宽度为微分面积钢材上的剪xqdx切力为 hdxdxqdPxx（2.7）式中：钢材的厚度或多根棒材最大宽度时当量厚度；hmax24bdh剪切区内各点的相对切入深度为 hxxtan（2.8）式中：上剪刃的倾斜角。由式 2-8 得：；代入式(2.7)积分，则纯剪切力为dhdxtan dhPtan21（2.9）或 ahPtan21（2.10）式中：单位剪切功，。ada式(2.10)中的值由于其中包含了，所以已经考虑了金属的塑性。对于冷剪时的a0值，可用下式求得a 21KKab 第 11 页（2.11）式中:、换算系数，一般取、；1K2K6 . 01K12K、被剪钢材的强度极限（）和延伸率。bMPa将、的值代入式(2.10)，则冷剪钢材时的纯剪切力为1K2K1P bhP6 . 0tan21（2.12）考虑、后，总剪切力根据 B.B.诺沙里建议，可以按照下式计算2P3PP XYZhPbb22100116 . 0tan1tan6 . 0 XYZPb21100116 . 0tan1（2.13）式中:系数，试验研究表明，此系数与被剪掉部分的钢材宽度、轧Zd件材料延伸率以及剪刃倾斜角等因素有关，即，其变化规律如图所示，系数最大值 fhdfZtanZ为 0.95； 第 12 页图 2.2 系数与的变化关系Zhdtan剪刃相对侧间隙，即剪刃侧间隙与钢材厚度的比值：Yh hY（2.14）在mm 时，取mm；当mm 时，取mm；5h07. 02010h5 . 0在时，取 mm。mm40mm20 h1压板相对距离，即为压板中心离下剪刃侧边缘距离 ，与Xc钢材厚度的比值：h hcX （2.15） 在初步计算时，可取。10X因此，该剪切机的剪切力为PXYZhPbb22100116 . 0tan1tan6 . 0 第 13 页 101040440114701 . 0100111 . 06 . 0tan89721. 013tan104041 . 014706 . 0222dKN495.395610495.39563N KPPmax（2.16）式中:考虑由于刀刃磨钝、刀片间隙增大而使剪切力提高的系数其数K值由剪切机能力选取：小型剪切机（MN） ；6 . 1P3 . 1K中型剪切机（MN）；0 . 85 . 2P2 . 1K大型剪切机（MN） 。10P1 . 1K取代入式（2.16）MNpMN0 . 85 . 22 . 1KKPPmaxKN495.39562 . 1KN4747.794取名义剪切力KN。4900P2.5 电机功率的选择本次设计的剪切机工作制为连续启停工作制，在传动系统中没有设置专门的飞轮。因此，其预选电动机时，可根据静力矩的大小直接选取，即： KiMMermax（2.17） 第 14 页式中：电动机的额定力矩；erM 偏心轴上的最大静力矩；mzxM 从电动机到偏心轴的总传动比；i 传动系统的效率； 电动机允许的过载系数。K2.5.1 静力矩的组成为了比较精确地计算剪切机传动系统零件强度和电动机功率，必须计算剪切机偏心轴上的静力矩。剪切机偏心轴上的静力矩由剪切力矩、摩擦力矩和空载力矩组成，即： （2.18）konfpjMMMM式中： 偏心轴上的静力矩；jM 剪切力矩；pM 摩擦力矩；fM 空载力矩。konM 第 15 页2.5.2 曲线 fH 图 2.3 刀片行程与剪切机偏心轴转角的关系H2.5.3 剪切力矩和摩擦力矩pMfM图 2.4 剪切机构力三角形 第 16 页已知曲线后，可进一步求出剪切力矩和摩擦力矩。设为这两个力矩 fPijM的总和，即： konjfpjMMMMM（2.19） sincosPCMj（2.20） sincosC（2.21） PMj（2.22）式中： 推算力臂 刀台滑板与滑槽之间的摩擦系数，摩擦角为时 ； tan（2.23） 曲轴偏心转角为时，连杆摆动的角度 ； sinsinLR（2.24）式中： 曲柄偏心值；R 连杆长度；L若力方向为摩擦圆的内公切线时ABP 2sinBA（2.25）若力方向为摩擦圆的外公切线时ABP 第 17 页 2sinBA（2.26）式中： 连杆与曲柄轴之间的销轴的摩擦圆半径；AA 连杆与上刀台之间的销轴的摩擦圆半径；BB考虑摩擦后，连杆作用力对曲轴中心的力臂；CABP当时 90 090cosARC（2.27）当时 90 090cosARC（2.28）式中： 曲柄的摩擦圆半径；0 、 2AAAd2BBBd2CCCd（2.29）式中： 装轴承处的轴径。CBAddd,当时310,05. 0AAd mm （2.30）75. 7231005. 02AAAd当时200,05. 0BBd mm （2.31）5220005. 02BBBd当时154,05. 0CCd 第 18 页 mm 85. 3215405. 020CCd（2.32）当时由式（2.23）得1 . 071. 51 . 0tantan11当时 由式（2.24）得1109397. 0110sinsin1447. 09397. 050077sinsinLR32. 81447. 0sin1由式（2.26）得 26. 0500575. 7sinsin11LBA（2.33）由式（2.28）得090cosARC 85. 375. 726. 032. 811090cos77 mm1 .87由式（2.21）得sincosC 26. 032. 8sin1 . 026. 032. 8cos1 .87 mm1 .88由式（2.22）得PMj 100088.14747.794 KNm28.418 第 19 页 AAkondGWM2（2.34）式中： 作用于上刀台的平衡力，KNW30W 上刀台的重量，KNG3.3G 曲柄轴的轴径，mmAd310Ad代入式（2.34）得AAkondGWM2 05. 0210003103 . 330 KNm207. 0考虑到其他运动件的摩擦，取 KNm3 . 0konM由式（2.18） （2.19）得 konjjMMMmax（2.35） 3 . 028.418 KNm58.4182.5.4 电动机功率的计算由于本剪切机的工作制为连续启停式工作制，另外从其剪切力、经济性、技术指标和设计标准等方面考虑初选 Y 系列电机，电机型号为 Y315M12-4，额定转速，额定功率为。min1500rn KWN200电机的额定转矩为： KiMMermax 第 20 页（2.36） 75. 033258.418 KNm46. 8式中： 电动机的额定力矩；erM 偏心轴上的最大静力矩（） ； maxMjM 从电动机到偏心轴的总传动比（） ； i33i 传动系统的总效率（） ； 75. 0 电动机允许的过载系数（取） 。K2K3 传动方案3. 1 传动步骤 压板系统上剪刃平衡系统上剪刃（剪切机构）曲柄连杆机构曲轴传动离合器大齿轮减速器齿轮传动联轴器电动机制动器3.1.1 电动机剪切机电动机工作制可分为三种：第一种为启停式工作制，每次剪切动作都要控制电机启动停止，并且在传动系统中没有设置专门的飞轮；第二种为连续工作制，在传动系统中要设置专门的空切装置和飞轮；第三种为连续启停式工作制，在传动系统中设置离合器代替连续工作制中的空切装置，避免了启停工作制电机连续启动停车给传动系统带来的冲击，是一种结合了前两种工作制优点，并且避免了这两种工作制给传动系统带来的额外负担。电动机的选择要根据剪切机的基本要求和设计标准 第 21 页来进行，本剪切机在高速级由开式大齿轮代替飞轮，采用连续启停式工作制。3.1.2 联轴器联轴器是用来把两轴联接在一起，机器运转时两轴不能分离；只有在机器停车并将联接拆开后，两轴才能分离。联轴器根据对各种轴与轴之间相对位移有无补偿能力可以分为刚性联轴器（无补偿能力）和挠性联轴器两大类。挠性联轴器又可按照是否具有弹性元件分为无弹性元件的挠性联轴器和有弹性元件的挠性联轴器。本剪切机选用 YLD16 型凸缘联轴器，额定转矩为，许用转速mKN 10（铸铁） 、（铸钢） 。满足设计要求，这种连轴器的特点是结构简min1800rmin3000r单，工作可靠，装拆方便，刚性好，传递转矩大，但不能吸收冲击。当两轴对中精度较低时，将引起较大的附加载荷，适用于工作平稳的一般传动，高速传动时需要有高的对中和制造精度。3.1.3 齿轮齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，型式很多，应用广泛，传递功率可达近千万千瓦，圆周速度可达。按照齿轮的工作环境可分为开式、半开式、闭式。sm200通常在开式齿轮传动，齿轮没有防尘罩或机壳，齿轮完全裸露在外边；半开式齿轮传动则装有简单的防护罩，有时还把大齿轮部分浸入油池中，工作条件比开式齿轮有所改善；闭式齿轮传动通常装在经过精确加工而且密封严密的箱体（齿轮箱）内，润滑条件与防护条件与开式或者半开式齿轮传动相比是最好的，多用在重要场合。齿轮传动的主要特点有：1、 效率高 在常用的机械传动中，以齿轮传动的效率为最高，通常可达 99%。这对大功率传动十分重要，因为即使效率只要提高 1%，也有很大的经济意义。2、 结构紧凑 在同样的使用条件下，齿轮传动所需的空间尺寸一般较小。3、 工作可靠、寿命长 设计制造正确合理、使用维护良好的齿轮传动，工作十分可靠，使用寿命可达一、二十年，这是其它机械传动所不能比拟的。4、 传动比稳定 传动比稳定往往是对传动性能的基本要求。齿轮传动获得广泛的应用，也就是由于具有这一特点。 第 22 页但是齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格较贵，且不宜用于传动距离过大的场合。由于设计需要本剪切机采用闭式齿轮传动。3.1.4 离合器离合器在机器运转中可将传动系统随时分离或接合。对离合器的要求有：接合平稳，分离迅速彻底；调节和修理方便；外廓尺寸小；质量小；耐磨性好并且有足够的散热能力；操纵方便省力。离合器的类型很多，常用的可分为牙嵌式和摩擦式两大类。牙嵌式离合器：由两个断面上有牙的半离合器组成。其中一个半离合器固定在主动轴上；另一个半离合器用导键或花键与从动轴联接，并可由操纵机构使其作轴向移动，以实现离合器的分离与接合。牙嵌离合器是借牙的相互嵌合来传递运动和转矩的。牙嵌离合器一般用于转矩不大，低速接合处。材料常用低碳钢表面渗碳，硬度为5662HRC；或采用中碳钢表面淬火，硬度为 4854HRC；不重要和静止状态的离合器，也允许用 HT200 制造。圆盘摩擦离合器：圆盘摩擦离合器是在主动摩擦盘转动时，由主、从动盘的接触面间产生的摩擦力矩来传递力矩的，有单盘式和多盘式两种。多盘摩擦离合器，它有两组摩擦盘：一组摩擦盘以其外齿插入主动轴上的外鼓轮内缘的纵向槽中，盘的孔壁则不与任何零件接触，故外摩擦盘可与主动轴一起转动，并可在轴向力推动下沿轴向移动；另一组内摩擦盘以其孔壁凹槽与从动轴上的套筒的凸齿相配合，而盘的外缘不与任何零件接触，故内摩擦盘可与从动轴一起转动，也可在轴向力推动下作轴向移动。另外在套筒上开有三个纵向槽，其中安置可绕销轴转动的曲臂压杆；当滑环向左移动时，曲臂压杆通过压板将所有内、外摩擦盘紧压在调节螺母上，离合器即进入接合状态。螺母可调节摩擦盘之间的压力。内摩擦盘也可以作成碟形，当承压时，可被压平而与外盘贴紧；松脱时，由于内盘的弹力作用可以迅速与外盘脱离。摩擦离合器和牙嵌离合器相比，有下列优点：不论在何种速度时，两轴都可以接合或分离；接合过程平稳，冲击、振动较小；从动轴的加速时间和所传递的最大转矩可以调节；过载时可发生打滑，以保护重要零件不致损坏。其缺点为外廓尺寸较大；在接合、分离过程中要产生滑动摩擦，故发热量较大，磨损也较大。为了散热和减轻磨损，可以把摩擦离合器浸入油中工作。根据是否进入油中把摩擦离合器分为干式与 第 23 页油式两种。摩擦离合器的操纵方法有机械的、电磁的、气动和液压等数种。其中电磁操纵的多盘摩擦离合器可实现远距离操纵，动作迅速，没有不平衡的轴向力，因而在数控机床等机械中获得了广泛的应用。由于本剪切机的设计要求及机器制造装配的需要，选择电磁式多盘摩擦离合器。3.1.5 曲轴曲轴通过连杆可以将旋转运动改变为往复直线运动或作相反的运动变换。常见的曲轴有三种形式：曲轴、曲拐轴和偏心轴。曲轴为压力机的重要零件，受力复杂，故制造条件要求较高，一般用 45#钢锻造而成。锻比一般取 2.53。对于中大型压力机的曲轴则用合金钢锻制。如 40Cr37SiMn2MoV、18CrMnMoB，锻比需大于 3。对于大型曲轴，有时在支撑颈和曲柄颈的中心处钻深孔，以改善淬透性，提高机械性能。曲轴支承颈和曲柄颈，加以精车或磨光。为了延长曲轴寿命，在各轴颈特别是圆角处，最好用磙子碾压强度。3.1.6 曲柄连杆机构传动系统把电机的能量传递给曲柄连杆机构，通过减速器对电机转速减速，以获得所需的形成次数。曲柄连杆机构具有以下一些传动特点：1、 连杆机构中的运动副一般为低副。低副两运动副元素为面接触，压强较小，故可以承受较大的载荷；且有利于润滑，磨损较小；此外，运动副元素的几何形状简单，便于加工制造。2、 在连杆机构中，当原动件的运动规律不变时，可用改变各构件的相对长度来使从动件得到不同的运动规律。3、 在连杆机构中，连杆上各点的轨迹是各种不同形状的曲线，其形状随着各构件相对长度的改变而改变，从而得到形式众多的连杆曲线，设计时可以利用这些曲线来满足不同的设计要求。剪切机的连杆要装在偏心轴上，由于曲轴轴径的变化使得连杆不是一个整体，而是由连杆体和调节螺栓组成的。所以可以通过调节连杆长度来达到调节装模高度的目的。调节螺栓下部的球头与滑块相联接，连杆体上部的轴瓦与曲轴联接。用扳手转动调节螺栓，即可调节连杆长度。 第 24 页为了防止装模高度在剪切过程中由于冲击载荷自动改变，所以在机构中设有锁紧装置，由锁紧块和锁紧螺栓组成。锁紧块上开有正反扣内螺纹，与锁紧螺栓的正反螺纹相配合。锁紧螺栓可使锁紧块压紧调节螺栓，达到防松的目的。3.1.7 压板机构压板机构对于保证轧件的断面质量、防止钢材翘头都有重要的作用。另外增加压板后大大减少了侧向推力 T，从而减少了滑板的磨损，减轻了设备的维修工作量，提高了设备的作业率。本设计的压板机构采用 QGB25050 气缸作为动力源，直接带动一个装有弹簧缓冲的压紧头。用压缩空气作为介质。在行程控制开关的作用下，压紧头随偏心轴的转动而上下动作，达到压紧固定被剪钢材或轧件的目的。该装置操作简便，维修容易。且能够满足生产需要。3.1.8 上刀台平衡机构上刀台的平衡装置采用了三点平衡，传动侧有一个平衡油缸，操作侧有两个平衡油缸。在剪切机的两侧装有缓冲弹簧，用以缓冲剪切时刀架与机架所受到的冲击力。4 主要零件的强度校核4.1 联轴器的计算4.1.1 联轴器的类型的选择由于需要传递较大的转矩且转速较慢，所以本次设计采用 YLD16 型凸缘联轴器。4.1.2 联轴器的载荷计算公称转矩： nPT9550（4.1） KNm27. 115002009550由于本设计属于压力机，转矩变化较大并有强烈的冲击载荷，所以使用并按1 . 3AK 第 25 页下式计算转矩： TKTAca（4.2） KNm27. 11 . 3 KNm937. 3选用的 YLD16 型凸缘联轴器，额定转矩为 KNm，许用转速r/min（铸铁） 、101800 r/min（铸钢） ，可以满足生产要求。30004.2 齿轮强度的校核齿轮系统的设计计算如下：1. 选定齿轮类型，精度登记，材料及齿数。 选择用直齿轮圆柱齿轮传动； 速度不高，故选用7级精度； 材料选择。选择小齿轮材料为（调质） ，硬度为 280；大齿轮材料为Cr40HBSZG340-640（调质） ，硬度为 240，二者材料硬度差为 40。HBSHBS 选小齿轮齿数21，大齿轮齿数，1z483.84023. 42112izz取85。2z2. 按齿面接触强度设计先进行试算： td132. 2321)(1HEdtZiiTK（4.3）(1) 确定公式内的各计算数值 试选载荷系数1.3；tK 计算小齿轮转矩：1T 1T联轴器齿cT 第 26 页（4.4）其中：KNm；937. 3cT齿轮效率取 0.98，联轴器效率取 0.99；齿联轴器 将数据代入，算得： KNm1T058. 499. 098. 0937. 3 选取齿宽系数1；d 查取材料得弹性影响系数=189.8；EZ21aMP 按齿面硬度查得小齿轮得接触疲劳强度极限MPa；大齿轮的接触6001limH疲劳强度极限MPa；7002limH 计算应力循环次数：小齿轮的转速： r/min （4.5）1839 .182023. 43315001iinn总应力循环次数为： hLjnN1160（4.6） 1530082112260 81027. 5 8812103 . 1023. 41027. 5iNN（4.7）查得接触疲劳寿命系数 ，；94. 01HNK97. 02HNK 计算接触疲劳许用应力：取失效概率为，安全系数=1,则%1S MPa 1H564160094. 01lim1SKHHN（4.8） 第 27 页 MPa （4.9）2H679170097. 02lim2SKHHN(2) 计算 试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值td1H 3211)(132. 2 HEdttZiiTKd（4.10） mm18695 .5228 .189023. 41023. 41058. 43 . 132. 232 计算圆周速度v 10006011ndvt（4.11） m/s9 .11100060122186914. 3计算齿宽b mm 18691tddb（4.12） 计算齿宽与齿高之比 hb（4.13）模数 tm9 . 8219 .186/11Zdt（4.14）齿高 第 28 页 2.25=20.025 htm（4.15）33. 9025.201869hb计算载荷系数根据圆周速度m/s、8 级精度，查表得动载系数；19. 1v12. 1vK直齿轮，假设10KN.m，查表得：；bFKtA4 . 1, 2 . 1FaHKK使用系数取为=1；AK8 级精度、小齿轮相对支承非对称布置时， bKddH3221023. 06 . 0118. 012. 1（4.16）代入数据，算得 =HK13. 1由3.46、1.13，hbHK查图表，得=1.15,故载荷系数：FK HHVAKKKKK（4.17） 5187. 113. 12 . 112. 11 按实际的载荷系数校正所算得分度圆直径，得： 311ttKKdd（4.18） mm19683 . 15187. 118693计算模数 11Zdm （4.19） mm7 .93211968 第 29 页3. 按齿根弯曲强度设计弯曲强度的设计公式为: 32112FSaFadYYZTKm（4.19）(1) 确定公式内得各计算数值 查图表得小齿轮得弯曲疲劳强度极限MPa；大齿轮的弯曲疲劳极5001FE限MPa；4002FE 查图表得弯曲疲劳寿命系数,；84. 01FNK88. 02FNK 计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数=1.4,则：S MPa 3004 . 150084. 0111SKFEFNF（4.20） =MPa aFEFNFSK22243.2514 . 140088. 0（4.21） 计算载荷系数K 5456. 115. 12 . 112. 11FFVAKKKKK（4.22）查取齿形系数，76. 21FaY21. 22FaY 查取正应力校正系数，,56. 11SaY775. 12SaY 计算大小齿轮的并加以比较FSaFaYY 0144. 030056. 176. 2111FSaFaYY 第 30 页（4.23） 018. 043.251775. 121. 2222FSaFaYY（4.24）大齿轮的数值大。(2) 设计计算 32112FSaFadYYZTKm（4.25） mm6 .13018. 0211058. 45456. 1232 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于按齿根弯曲疲劳强度计算m的模数，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触m疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲强度算得的模数 13.6mm并圆整为标准值15mm，按接触强度算得的分度圆直径320mm,算出m1d小齿轮齿数： mdZ11（4.26） 33.2115320取。211Z大齿轮齿数： 5 .8421023. 412ZiZ（4.27） 第 31 页取。852Z这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免了浪费。4. 几何尺寸计算(1) 计算分度圆直径 mZd11（4.28） mm3151521 mm 127522mZd（4.29）(2) 计算中心距 795221dda（4.30）(3) 计算齿轮宽度 mm31511dbd 取,=315mm2B1B5. 验算 KN 94.25315085. 42211dTFt（4.32） KN/m 100/34.82mKNbFKtA（4.33）合适，故在此设计中采用上面算得的一对减速齿轮，不作更换。 第 32 页4.3 曲轴的强度校核图 4.1 曲轴结构图图 4.2 曲拐轴强度计算简图由于曲轴传动不同于普通直阶梯轴的传动所以其强度校核也不能按照普通的弯扭组合来计算，而是采用曲轴所专用的一套强度校核公式来计算，不但可以达到计算的精度要求，而且计算过程简便，可以大大地缩短设计的周期。曲轴的材料为其抗剪强度极限与抗弯强度极限分别为：CrMo3535MPa8 80MPa9sb曲柄轴截面上的弯曲应力为： alPMmax31（3.34） KNm65.39525. 0794.474731 第 33 页式中： 曲柄颈长度；al 最大剪切力。maxP由第三强度理论得曲柄轴的最大应力： 32max21 . 0AjwdMM（3.35） MPa 34.1933101 . 01058.4181065.39532626式中： 曲轴上最大静力矩；maxjM 曲拐轴的轴径。Ad由轴的材料取曲柄轴的许用应力为：MPa 34.193MPa260所以轴的强度满足要求。5 润滑方式的选择5.1 润滑在摩擦面间加入润滑剂不仅可以降低摩擦，减轻磨损，保护零件不遭锈蚀，而且在采用循环润滑时还能起到散热降温的作用。由于液体的不可压缩性，润滑油膜还具有缓冲吸振的能力。使用膏状的润滑脂，既可防止内部的润滑剂外泄，又可以阻止外部杂质侵入，避免加剧零件的磨损，起到密封作用/。润滑剂可分为气体、液体、半固体和固体四种基本类型。在液体润滑剂中应用最 第 34 页广泛的是润滑油，包括矿物油、动植物油、合成油和各种乳剂。半固体润滑剂主要是指各种润滑脂。它是润滑油和稠化剂的稳定混合物。固体润滑剂是任何可以形成固体模以减少摩擦阻力的物质，如石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯等。任何气体都可作为气体润滑剂，其中用的最多的是空气，它主要用在气体轴承中。5.1.1 滑动轴承的润滑由滑动轴承的工作性质，选用固体润滑剂中的锂基润滑脂，这种润滑脂的工作温度范围在-20120之间，具有良好的耐水性、机械安定性、氧化安定性和缓蚀性。C5.1.2 大齿轮的润滑大齿轮在齿轮箱中工作，由于工作环境和机械性能的需要选用钙钠基润滑脂，这种润滑脂的耐热性和耐水性较好，而且有良好的耐锈蚀能力。5.1.3 离合器的润滑由设计要求采用的是电磁摩擦式离合器，摩擦片需在油中工作，供油方式为油浴式润滑，浸入油中摩擦片部分深度为离合器外径的 1/41/5。5.1.4 减速器的润滑选用液体润滑剂，工业齿轮油（SY117288）润滑，油池高度约达到减速器大齿轮的 1/3 左右。5.1.5 上刀架曲柄连杆机构滑块的润滑考虑其工作环境和机械性能选用固体润滑剂，拟选用钠基润滑脂。这种润滑脂有良好的抗水性，对金属表面有较高的吸附能力，所以可以起到很好的防锈防侵蚀能力。5.2 添加剂及其作用为了有效的提高边界膜过滤的强度，简单而行之有效的方法是在润滑油中添加一定量的油性添加剂或增压添加剂。其作用有下几点：1、 提高润滑剂的油性，极压性和在极端工作条件下更有效的工作的能力。2、 推迟润滑剂的老化变质，延长其正常使用的寿命。 第 35 页3、 改善润滑剂的物理性能，如降低凝固点、消除泡沫、提高粘度、改进其粘温特性等。5.3 滑方法轴承为脂润滑；大齿轮为液体（稀油）润滑，上刀架曲柄连杆机构滑块为脂润滑，减速器为液体润滑（飞溅润滑） ，电磁摩擦式离合器为液体油浴润滑。5.4 润滑脂的优点和选择注意事项使用润滑脂，密封简单，不易脏污，减少损失，不必经常加换润滑油。润滑脂受温度的影响不大，对载荷性质运动速度的变化等有较大的适用范围。在垂直上不易流失。加入石墨粉的润滑脂，能形成更坚韧的油膜。当润滑脂中含有鳞片状石墨粉时，可以填平粗糙平面，减少磨损，并能在往复运动机构中起缓冲作用，避免爬行，减小振动。但润滑脂流动性不好，导热系数小，不能够作循环润滑剂。另外，摩擦阻力大，机械效率低。为提高机械效率，减少管道压力损失，甘油集中供给。润滑脂的针入度，一般在 0.1mm 以上。管道短时，针入度可以降低一些。6 对控制系统的要求6.1 剪切力控制在上刀架加装压磁式测力传感器，当剪切时最大剪切力大于 4900KN 时控制台发出警报声。6.2 电动机的过载控制取一电机过载系数，当电机工作转速为，工作电流为时有：KnI （6.1） KKnKnn （6.2） kkIKII当或时，即电动机超负荷时，控制系统中红色警报指示灯亮起， KKnn KKII 并伴有警报声。 第 36 页在控制台设置一格电阻调节装置，当电动机超负荷时可以通过调节电阻以降低电动机的工作转速与工作电流，实现电阻微调作用。安装一组应力测试数据显示器，用来监测曲轴危险截面的应力和转矩。安装一套位移传感器，当压下量超过最大值时控制台发出警报声。7 设备的环保与经济性分析7.1设备的环保7.1.1 机械设备的环保性机械设备的环保性是指机械设备在作业时保护环境的性能。随着社会经济的高速发展，很多生产和施工企业为了获取更大的经济效益，机械设备连续不停地运作。由此产生的各种噪声、废气、污水和烟尘严重地污染了环境，破坏了生态，给人们的身体健康造成了危害。国家对环保的要求越来越高，相关的政策法规越来越完善。企业要正常运作，就必须遵守相关法规，控制好污染物的排放，努力创造环境友好型社会。所以设计人员在设计时必须设备的环保性能，这对可持续发展有重要的作用。 第 37 页7.1.2 改善机械设备环保性的措施机械设备对周边环境的污染有机械冲击和振动所产生的噪声；机械焊接切割和抛丸除锈所产生的有害气体、微粒粉尘；电泳和喷漆过程中所产生的污水、废气等。改善机械设备环保性能的主要方法有：选择环保性能较好的机械设备；对机械设备性能进行改造；增加后处理装置；对设备检测、维修等方面采取及时、有效