1145型曲柄连杆飞剪机设计

本科生毕业设计说明书（毕业论文）题 目：1145型曲柄连杆飞剪机学生姓名：学 号：专 业：班 级：指导教师：491145型曲柄连杆飞剪机摘 要线材生产中飞剪机是用来切头、切尾和进行事故的处理，它在整个线材生产流水线上是必不可少的。飞剪机有很多类型，我设计的题目是“1145型曲柄连杆飞剪机”，采用单电动机传动方式，机身自带一级减速器，两个刀架沿相反的方向运动从而切断轧件。在这次设计中，我完成了以下工作：选择和确定了设计方案：选择和校核了合适的电动机：设计和校核了主要的零部件；确定了合适的润滑系统和维修维护方案。关键词：飞剪机；单电动机传动；一级减速器；切断轧件。1145-crank rod flying shear Abstract In the process of producing wire rod, flying shears is used to cut head and end as well as deal with accidents , and it is necessary , Flying shears have many types .Our subject is the design of 1145 carving shears. We adopt a mean that one motor which have a decelerating machine on itself drives the power and two shears moving from two reverse directions in order to joint the objects.In this design: we have accomplished the following works: selecting and defining design scheme; choosing and checking and checking suitable motor; designing and checking the main parts; defining a proper lubricating system and a maintain scheme.Key words: Crank flying shear; Single-motor drive; A reducer; Cut workpiece. 目 录摘 要.1Abstract.1第一章 绪论.51.1线材的生产方式和特点.。.5 12线材轧机的发展状况.513线材生产车间的工艺流程及主要生产设备.814线材生产中飞剪的作用、类型及特点.1015本文设计内容.13第二章 分析计算.1421 结构设计.142.1.1设计方案的选择和确定.142.1.2 主要领部件的初步设计.152.1.3剪切结构的步计算.162.1.4机架的设计.162.2剪切力、剪切力矩的计算.162.2.1计算剪切力.162.2.2剪切力矩的计算.192.2.3剪切功的计算.202.3功率的计算及类型的选择.202.3.1电动机功率计算.202.3.2电机功率及型号的选择.212.4主要零部件的设计计算及扭矩计算.222.4.1 主要零部件的转速及扭矩计算.222.4.2 轮剪的设计及计算.232.4.3刀架的设计及校核.292.4.4轴的设计计算及校核.302.4.5 轴承和键的校核.372.4.6 联轴器的选择与校核.392.4.7 电动机的校核.402.4.8 机架的强度校核.42第三章 飞剪机的润滑、维修、安装等使用情况.44第四章 设计的结论.45 结束语.46参考文献.47 第一章 绪论11线材的生产方式及特点直径较小的，虽盘卷状的热轨圆钢称为线材。线材应用范围及用量大，是钢材主要产品之一。由于线材的尺寸精度和机械性能要求高，轧制速度又十分快，所以其生产工艺和设备相当复杂，其有多种生产方式。下面介绍几种线材的生产方式及其特点。111横列式线材轧机 横列式线材轧机是最古老、最落后的一种线材轧机，起初是单列式，后来又经过改造发展成多列。每一列由一个电机作动力源进行传动，同时各架转速相同，各机架用人工或盘送钢进行活套轧制。 由于线材细而长，老式横列式线材轧机的速度低，且活套不能控制，所以越接近成品，轧机体积越大，长度越长，因而造成热量散失快，温度严重降低，以至于超过允许温度下限而造成废品。另外，由于温度过高而又不能提高生产率，致使此种生产方式必须被改进。 横列式线材轧机产生过长的活套，越接近精轧成品越长，这是造成温降的主要因素。为了减少此因素造成的温降，只能减少活套，减少活套的办法就是实现多阶化，即使减少每列轧机支架数，增大一次轧机辊直径及次列轧机的轧制速度。 综合上述论述，横列式线材轧制的根本特点是：温降过大和头尾温差严重。所以，尽量减少温降和头瘟温差是横列式线材改进和发展的中心环节，其发展方向就是连续式轧制。（附：横列式轧制的轧钢机工作机座布置形式图1-1）112 连续式线材轧制连续式线材轧制是同时几架（机组）或在全部轧机上轧制，金属秒流量相等，实现了连轧式关系。这种轧制方式与横列式有两点不同：一是，避免了不能调节的活套，实现了连续轧制关系，从根本上解决了长活套轧制时大量散热问题。二是，设备十分紧凑，保证了轧制在轧制过程中各道次的轧制温度近似相等，且减少了设备的占地空间。轧件在连轧过程中，轧制温度基本上保持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。轧制工艺的三个基本要素温度、速度、时间，这三个要素在连续轧制上得到了教大的统一，使产品进度和生产效率得到大大的提高。随着连续式轧机的不断发展，轧制速度也越来越快，七十年代后期投产的悬臂式无扭轧机组出口速度越为65-80m/s，有的达到了120m/s，是以前轧制速度的几倍到几十倍，大大提高了生产效率。（附：单驱动连续式轧机工作机座布置形式图1-2）113半连续式线材轧制 最初的半连续式线材轧机是横列式和连续式混合组成的线材轧机。后来又出现了多二重式轧机。它既有连续关系，又有活套的效果，但活套不长，因此温度降低不大，所以复二重式轧机也属于半连续式轧机。 半连续式轧机比横列式轧机改进的地方在于粗轧机是连续式的，因而效率大大提高，缩短了轧制周期，减少了温降。但由于中轧机和精轧机仍然是横列式的，所以横列式轧机存在的缺点此轧机都存在。如：温降大，轧制速度不高，尺寸精度低，生产能力低，劳动强度大，占地面积大，功耗大等。（附：半连续式轧机机座的布置形式图1-3）12线材轧机的发展概况 四十年代线材轧机大部分为横列式线材轧机，需要人工喂钢，最高轧制速度限制在10m/s以下，由于速度低、轧件降温大，影响线材尺寸精度，因此盘卷重量一般在80-90Kg左右，轧机生产能力为10-15t/h。 五十年代初期发展了半连续式线材轧机。粗轧机组为连续式布置，精轧机为横列式布置，中轧机组织布置成连续式或横列式。在机械化程度高的半连续式线材生产车间中，可以不要人工喂钢，最高轧制速度给15m/s左右，线材盘卷重量可达125Kg。 五十年代中期出现了连续式线材轧机，精轧机组一般配置6-8架水平辊轧机。六十年代初期，精轧机组配置了立辊，形成了水平辊立辊水平辊的连续式轧机，可以实现无扭转轧制，由于轧机传动系统结构的限制，这两种连续式轧机的最高轧速都在35m/s以下，线材盘卷重300-500Kg。六十年代中期，出现和Y 型高速无扭轧机，最高轧制速度可达50-70m/s，线材盘卷重量达到2500Kg. 七十年代，摩根无扭高速线材轧机为了很大的发展，投产的设备已达1600多套。七十年代后期投产的悬臂式无扭精轧机组出口速度多为65-80m/s，有的达到120m/s。 随着工业的发展，要求线材盘卷重量大，直径公差小，有良好的机械性能。因此，三十年来，线材轧机向着高速度、高产量、大盘重、高精度的方向发展。13 线材生产车间的工艺流程及主要生产设备131有关高速线材的情况 线材是我们广泛使用的一种钢材成品，其发展到今天经历了多种生产方式的变革，现已发展到连续式线材轧制甚至是高速轧制阶段，高速线材是连续式线材生产的一个重要发展。当最大轧制速度高于40m/s时的连续式生产方式，我们称之为高速线材生产，其所用的轧机乘之为高速轧机。 高速线材轧制的产品特点是：重度大，精度高，质量好。对于我们机械专业人员来说，所关注的饿机械设备高速轧机的生产特点是：高速、单线、无扭、微张力、组合结构、碳化钨辊和自动线。当前，高速轧机分为；三辊式、，平立辊交替式，二辊式四种；按轧辊大小划分，可以分为大辊径和小辊径两种；按轧辊的支撑状况分，可以分为双支点和悬臂式两种。 下面将以包钢高速线材厂为例介绍的饿生产、车间的工艺流程及其车间的主要生产设备。13. 2 高速线材生产的工艺流程 包钢线材厂的工艺流程见图1-4。主要特点是：轧制速度特别是精轧速度特别高，最大操作轧制速度达到120m/s，且为单线轧制；轧制过程中无扭转，微张力；整个轧制过程实现了全部自动化；设备紧凑，占地面积小，布局合理。包钢线材厂的工艺流程见图1-4133高速线材车间的主要生产设备 线材车间的主要设备有初轧机、精轧机，其次还有生产辅助设备，如：加热炉、飞剪机、活套和一些精整设备等。现仅介绍其中几种有代表的生产设备（以包钢线材厂为例）（1）加热炉 加热炉的目的是对坯料进行预加热，使其达到轧制所需的合适温度。一般炉型多采用步进式，由计算机控制燃烧温度更是加热炉以后发展的新趋势，此加热炉安放于轧机前对坯料加热。（2） 出炉拉料辊 出炉拉料辊设在出钢炉外，用来将推出的钢坯拖出，也可将已出炉的钢坯推出回炉内。当第一架轧机咬入轧件困难时，它可对轧件施加推力帮助咬入，拉料辊是加热炉机侧的主要设备，根据需要出钢、送钢、配合分钢机、事故剪。完成所需要的钢坯送出和返回动作，有时还配合出钢机处理较轻的粘钢事故。（3）轧机 轧机一般分为几种：1.粗轧机；2.中轧机组；3.机组；4.轧机组。高速线材生产不同于一般线材的生产，其主要区别在于预精轧机和精轧机，此两种线材轧机的轧制速度大大高于其他普通轧机。现在较先进的精轧机组为悬臂式高速无扭精轧机组，而包钢采用的则是平立交替式的。也有一些其他工厂采用的是轧辊与地面成45布置的方式的轧机，这种精轧机由于取消了接轴式连轴器，而采用螺旋伞齿轮与螺旋齿轮轧辊直接啮合连接，从而消除了经常性振动，大大降低噪音，提高了轧制速度。 （4）飞剪机 飞剪机是我们这次设计的主要的课题，有关其详细的介绍在以后涉及。飞剪机的主要任务是切除轧件的头尾处质量不高的部分和在发生事故时进行碎断，碎断剪是把轧件剪碎以保证其以后的设备不受损伤，以保证其他设备的安全。（5） 打捆机 包钢线材厂所采用的是进口的两台卧式打捆机，其具有国际领先水平，效率很高。此打捆机的特点是：全自动微压双向压梁机打捆机，可捆扎四道，盘卷包装先内后外圆；一般打捆卷重为2吨，最大打捆能力达到32吨，并且打捆速度相当快，最小循环周期为42秒。14材生产中飞剪机的作用、类型及特点和发展状况141线材生产中飞剪机的作用 在线材生产中，由于加热不均匀和进出轧辊时受的冲击，使得被轧件在头尾处的表面质量和机械性能以及许多性能指标都达不到要求，故需要飞剪机进行碎断，使得不合格轧件不进入飞剪机后的设备。目的是起到保护后续设备的作用，另一个作用就是可以保护成品的质量要求。如果有事故发生时，事故剪就将轧件进行碎断，在后续设备不停机的情况下对后续设备进行维修，起到对事故的合理处理。有以上论述可以看出，飞剪机主要用于轧制的切头、切尾以及事故处理。142线材生产中飞剪机的主要特点 （1）由于线材的断面很小，对断面质量要求不严，且剪切力不太大，故所用的飞剪机的结构比较简单。 （2） 剪刃在剪切轧件时要随着运动着轧件一起运动，既剪刃应该同时完成剪切和移动两个运动，且剪刃在轧件运动方向的分速度v与轧件运动速度v当等或不大于其速度的2-3%，否则飞剪将无法正常工作。 （3） 飞剪机即用进行短暂工作（切头尾），也要进行连续行工作（碎断剪）。 （4）飞剪机的运行要稳定、可靠，其结构要充分满足安全性和可靠性的要求。因为一但飞剪机出现故障则无法进行正常的切头、切尾，大大影响了线材的质量及对后续设备造成损伤，有可能造成巨大的损失。二则，其失去了“事故处理”的能力 ，会出现堆料等现象，也有可能对后续设备及工作人员造成损伤，否则将使整个设备挺机进行事故处理，可想而知损失有多大。143飞剪机的类型及其特点 应用于线材生产中的飞剪机主要有以下几种类型：（1） 圆盘式飞剪 这种飞剪有两个圆盘失刀片组成，剪切时两个刀片按相反的方向做旋转运动。圆盘式飞剪所以能做横向剪切运动着的轧件，主要是由于剪切刀轴线与轧件运动方向倾斜一定角度，并使圆盘刀片圆周速度在轧件运动方向的分速度相等，这样才可以完成整个剪切任务。此飞剪机的优点是：结构简单、运行可靠。缺点是：剪切断面呈倾斜状。（2） 滚筒式飞剪 其工作原理是：把刀片分别装在两个旋转方向相反的滚筒上，当滚筒运动时，两个刀片相对移动，在水平方向上的运动可近似为平行刀片的运动，以保证刀片和被剪切的水平位移大致相等，而在竖直方向上的运动来保证剪切的完成。这种飞剪由于剪切区内刀片不是平行移动，所以剪切轧件时，其端面不平整，呈倾斜状。（3） 曲柄回转杠杆式飞剪 这是一种刀片做平行移动的飞剪。其工作原理是：刀架做成杆形状其一端固定在偏心套筒上，另一端与摆杆相连；当偏心套筒转动时，刀架做平行移动，固定在刀架上的刀片能垂直或近似垂直于轧件运动。这种飞剪机的优点是：剪切断面较为平整；缺点是：结构复杂，运动质量大，动力特性不好，刀片的运动速度不能太快。（4） 曲柄摇杆式飞剪机 这种飞剪用来切冷轧板材，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。上刀架通过偏心曲轴与下刀架想铰接，下刀架在曲柄与上刀架的带动下，以偏心套与偏心轴为中心往复摆动，当改变偏心套与偏心轴的偏心位置时，可得到不同的空切次数。（5） 曲柄偏心式飞剪 这类飞剪的刀片作平移运动，双臂曲柄轴铰接在偏心轴的镗孔中，并有一定的偏心距，双臂曲柄轴还通过连杆与导架相铰接，主导架旋转时，双曲柄轴以相同的角速度随着一起旋转。刀片固定在刀架上，刀架的一端与摆杆相铰接，摆杆则铰接在机架上，通过双臂曲柄轴、刀架和摆杆可使刀片在剪切区做近似平移的运动，以获得平整的剪切断面。通过改定偏心轴与双臂曲柄的角速度比值，可改变刀片轨迹半径，以调整轧件的定尺长度，通常用来剪切方钢坯。除了上述的几种飞剪外，还有摆式飞剪等，这些飞剪大部分都有匀速机构及定尺结构等一些复杂的机构，因此其内部结构比较复杂。144 飞剪机的发展状况 机用于剪切横向运动着的轧件，其开始于十九世纪末期，经过百年的发展，在生产过程中使用的飞剪类型教多。目前，较广泛应用的飞剪形状为：圆盘式飞剪、滚筒式飞剪、曲柄连杆式飞剪。 曲柄偏心式飞剪、摆式飞剪、曲柄连杆式飞剪等，以目前飞剪的使用情况和线材生产的发展要求可以看出，飞剪存在以下一个方面的发展趋势。（1） 剪机的剪切断面质量要求提高，这要求剪切机刀刃在剪切区域内沿水平方向的速度应与轧件最大速度保持一致。为达到这个目的，在飞剪机中往往设置了匀速机构，另外有些剪切机还装有间隙调节机构，这些设备的改进导致了剪切机结构越来越复杂。所以可以看出，飞剪的最大一个发展趋势就是机构复杂，但剪切质量相应的提高，剪切机的性能也越来越好，功能越来越多。（2） 剪的另一个发展趋势是自动化程度越来越高。随着机电一体化进程的发展和提高，随着轧制速度越来越快，自动化趋势已经成为必然的发展方向。首先，轧制流水线生产越来越先进，轧制速度也越来越快，仅仅靠人工操作已不能适应轧制工艺的发展，为了使手工操作不阻碍轧制工艺的改进，必然要求轧制工艺中自动化程度越来越高，这才能适应现代工业发展的要求。而控制工业发展和机电一体化进程的提高为实现自动化的发展提供了必要的条件。以上是浅析线材生产中飞剪机的类型、作用及特点极其发展状况。通过此次设计使我对飞剪机以及整个线材生产有了更深入的了解，使我对曲柄连杆飞剪的工作原理及应用幼儿了更详细的了解，以今后的工作打下了坚实的基础。1.5 本文设计的内容 本文要设计的内容为：1145mm曲柄连杆剪切机，其轧件材质是刚；剪切断面面积为4395平方毫米；剪切温度；剪切速度0.94-1.36m/s；轧件速度0.57-0.85m/s；最大剪切力为530Kn;飞剪曲柄中心距为1145mm。 我们在此次设计中要作以下工作：（1）选定电动机及传动方案，通过力能参数计算出所需电机的功率，选择合适的电动机和合理的传动方案。（2）在电动机及传动方案确定后，对传动机构的各个零部件进行设计计算（如：齿轮、主轴等）（3）对剪切速度进行设计计算（4）对主要受力零部件进行强度校和寿命计算（5）对设备润滑方式、安装使用、维修等问题做详细介绍。 以上部分是设计说明书的绪论部分，对我这次设计的内容进行了简明扼要的总体概括，是我设计的总纲。第二章 分析计算2.1 结构设计211 设计方案的选择确定 我设计的是曲柄连杆飞剪机，而曲柄连杆式飞剪总体上有两钟方案：一是由单电机驱动一根主轴，而另一对剪切轴由齿轮啮合来传递力矩进行驱动；另一个方案是，由两台电机分别驱动两根主轴。下面将此两种方案的特点进行比较，以便选出更加合适的设计方案，来满足此次的设计要求。1 单电机传动方案：由于其由一个电动机做动力源，其中输入轴是由电机直接进行驱动，而另一对剪切轴是通过安装在输入轴与剪切轴之间的齿轮啮合来进行传动的。这样明显可以看出输入轴上的齿轮所受的载荷将远大于从动轴上的载荷，输入轴上的载荷也远大于从动轴上的；这样输入轴及其上的齿轮势必有更大的损坏可能性，所以输入轴及传动齿轮的强度要求高些，尺寸更大些，所以其主要缺点是：输入轴上的零部件易损坏而发生事故；单电机工作，其承受了较大的载荷，只能采用启动工作制，而不能采用连续工作制。但是这种方案的优点也很明显：第一，上下两轴的转速近乎相同，也就是说上下剪刃的同步性高；第二，结构简单。成本低且功率也低；第三，通过齿轮传动可以设计一套简易的剪刃间隙调整机构。2 双电动机传动方案它克服了单电机传动的两个缺点，首先它的两套传动系统平行传动，分别驱动各自的主轴，每套系统上零部件的受力状况基本相同，不存在个别零件因受载荷过大而首先受到破坏的问题，安全性较高；其次它分别由两个电动机传动，因而每个电机所受载荷相对上一个方案减少了不少，所以其更适合连续工作制，但此方案的缺点是：一则，其设备结构复杂，且其成本教高，功效较大；二则，其维护与维修较第一方案复杂，其设备体积大；三则，其同步性不好，需特别设备对其转速进行同步。 由于我此次设计的要求只是用飞剪机来进行对轧制件的切头、切尾、碎断，所以不要求连续工作。由于起动工作制已能满足要求，且剪切力较小，所以由此可以看出，第一个由单电机驱动的方案更适合些；二者，这种剪切机同步性好，满足剪切要求，且成本较低，结构简单。出于以上的考虑及分析，最后确定采用单电机一级减速传动方案。212 主要零部件的初步设计 由于确定为一级减速，则这套传动系统只需要一对剪切轴和一根输入轴，一对啮合大小，齿数相同的齿轮和一定安装输入轴上的传动小齿轮。 具体方案：由电动机通过连轴器，通过飞轮，减速器带动输入轴，通过输入轴上小齿轮与一根剪切轴上的饿大齿轮进行啮合传递力矩，而另一个剪切轴则通过大小，齿数与第一根剪切轴上相同的齿轮进行啮合传递力矩。而啮合的大齿轮同步旋转将力矩传递于剪切轴上，在通过剪切轴上的剪刀来完成剪切工作。213 剪切结构的设计计算 现设计的剪切机是在每一个刀架上安装一把剪刀，两把刀的夹角为 ，不剪切时，刀片停在水平位置上，当有轧件通过时，两刀片在竖直位置时刀刃平行并对轧件进行剪切，完成剪切，此后刀架继续旋转，使刀片又停在水平位置（起动工作，切头切尾）。当需要对轧件进行碎断时，则刀架不挺地旋转，完成碎断任务。 在剪切时，刀片的位置靠曲柄和连杆定位，其工作原理相似于滚筒式飞剪机，在此需设计的零部件有剪轴，输入轴等。214 机架的设计 由于是一级减速平行传动，所以在此可设计为齿轮箱式机架。此箱体分为上、中、下三箱，上箱与中箱间凹孔内安装一根剪切轴，轴上装有一大齿轮，轴两边装有轴承与轴承座，外端有轴承盖覆盖。中箱与下箱间两凹孔内，分别装有一根剪切轴，轴上装有与上根剪切轴上齿数、大小相同的齿轮；而另一孔内装有输入轴，轴上装有一小齿轮与下剪轴上的大齿轮相啮合。两轴两端分别装有轴承，轴承座及端盖啊。在下箱体底部装有与地基固定的底版。三个箱体的侧面均装有另钩，以方便拆装。上箱上部设有注油孔及压力油输入孔，下箱底部设有油底壳及泄油孔，用来沉集杂质以便从泻油孔排出；底部还设计有回油管出口，以便使喷油润滑进行循环运做。22 剪切力、剪切力矩的计算221 计算剪切力 本次设计所剪切材质为钢，其剪切断面尺寸为4395平方毫米。剪切力是剪切机的主要参数，驱动飞剪机的电动机功率及飞剪机的主要使用或充分发挥飞剪机的能力都与剪切力有关，对于正确的计算在各种具体条件的剪切力，对于合理地设计飞剪机非常重要。 首先根据所剪切最大钢坯断面尺寸来确定飞剪机的共称能力，即确定最大剪切力，最大剪切力按下式计算：由2P362页查得被剪切轧件材料在相应温度下的强度极限根据所剪切材料由2中P263表8-3查得=110Mpa K=1.1=0.61.1110104395=319.1Kn飞剪机在剪切过程中，除了克服剪切变形所需的剪切力外，在水平方向还有侧压力，拉力和动载荷。由于剪刀的线速度高于轧件的运行速度，因而剪刃上受一侧向的附加力。其值由2中T=F E 求出式中：F轧件断面积 E轧件的弹性模数（约为4500） L剪切段长度L剪切终了时轧件伸长量根据现场资料得知，L初定为3米（2）下面计算，：由2中式（933）得：D cos= 式中： h剪切厚度 S刀片重叠量 R旋转半径在此处取h=74.8mm, R=572.5mm实测得S=7mm=5=0.929=arccos0.929=21.78cos=式中：。剪切终了时的相对切入深度，由2得。=0。80。cos=arcos 0.981=11.24(3) 下面计算LL=L1-L2式中：L1剪切时间内刀片在水平方向移动量 Lo剪切时间内轧件移动量Lo=式中：轧件运动速度 U剪切速度根据设计所给得 =0.85m/s， U=0.94m/s =95.36mm=572.5(0.3710-0.2)=97.9mm=97.9-95.36=2.54mm 计算附加力T =45004395=16.75KnT与的合力是刀架所受的剪切力5计算总的剪切力P=319.5Kn 2.2.2 计算 剪切力矩(1)计算咬入角 当P最大时，由2中得到=0.8由4中得到公式cos= 式中Z切入深度 Z=hZ=h=0.874.8=59.84mmcos = =cos=0.986=arccos0.968 =14.54咬入角为剪切时最大的剪切角，此时剪切力矩最大。（2）计算最大剪切力矩 对轧制过程及剪切刃作受力分析，可得知如下计算公式：M剪= =- =45.92+9.28=55.2KNm以下将M剪称为Mg2.2.3 剪切功的计算由2中可查得：剪切功 式中；单位剪切功 F被剪轧件原始断面面积 单位剪切功的数值可通过所剪切材料的强度极限和延伸率近似求得，又2可得：=（0.72-0.96）式中：所剪材料强度极限，由2表8-3得bt=110Mpa所剪材料延伸率，由机械设计手册（1）中查得=16% =0.9611016% =16.9剪切功A=Fh=439511016.9=5554.5KNm 以上对剪切力及剪切功和剪切力矩的计算，为以后的设计做好数据准备。23主电机的功率计算及类型选择231电动机功率计算由5查得主电机的计算功率N算公式N算= 式中：剪轴上最大静力矩 n剪轴转速 电机过载率，一般取=1.3 1.7，由于飞剪只有在事故处理时才采用连续工作制，而这种状态很少出现，且时间间距大，故过载率稍大些，特取=1.7从电机到剪子的总传动效率取=0.94（1）计算总的静力矩由1中3-61得： = 式中：Mg剪切力矩，以上计算得到Mg=55.2knm空载力矩，由6中查得=3-5%电机额定力矩，这里近似取= MgMm摩擦力矩Mm=p p为剪切力，为剪轴轴承处的摩擦系数，由3得到=0.11d为剪轴轴承处直径，根据现场资料知d=260mm.Mm=p p=319.50.110.13=4.57knm =(1+3%)+=1.0355.2+4.57=61.2knm(2) 电机功率计算1）剪轴的转速n=式中：v剪切速度，由设计给定v=1.36m/s D曲柄中心距，由设计给定D=1145mmn= =21.7r/min2)电机功率N算= = =87.02Kw232电机功率及型号选择考虑到对电动机进行自动控制方面的因素，本次设计采用直电动机。由于采用一级减速方案。而剪轴的转速n=21.7r/min比较小，所以电机的输出转速也应比较小，所以在此采用进口电机，借鉴高速线材厂的实际运用及经验，现采用进口的DM6250L电动机，额定功率为89Kw，额定转速为561r/min.电机额定功率大于计算电机功率，所以此电机符合功率要求。当剪切机进行切头，切尾时为起动工作制，当剪切机进行碎断时为连续工作制。从安全方面考虑，前面所造的电机功率也符合起动工作制的特点。以上是对电动机的功率计算及类型选择，电动机的校核将在各主要零件的尺寸和各种力学参数确定中进行。24 主要零部件的设计计算及强度、刚度的检验与计算241 主要零部件的转速及扭矩计算（1）传动比的确定 由于电动机的转速=561r/min,而剪切机剪轴所需转速为n=21.7r/min.传动比i= = =25.85(2) 输入轴的转速及扭矩 由大小齿轮的传动比，以及主电机剪轴的总传动比可以看出，剪切机内部的一级减速机构的传动比不能太大。因为传动比太大使得机身尺寸过大，在这里按照实际使用的设备选取=2.9，即剪切机内部一级减速机构的传动比。而电机与剪切机之间的减速器可选用两级渐开线直齿轮圆柱减速器，其传动比为 = =8.9161）输入轴的转速 = =62.92r/min2）输入轴的扭矩 = 式中 最大静力矩 I传动比 电机到高速轴的传动效率，在这里取=0.96= =6.45Knm讨论：此处为何不用=，为电机的额定转矩，因电机有一定的过载率，剪子在剪切过程中所受的力矩有可能大于平时的启动力矩。此时电机的转矩也并不是，因此对轴、齿轮进行计算其所受的最大转矩。从此作为设计参数才能保证设计的合理性和安全性。3）剪切轴的转速及扭矩1剪切轴的转速=21.7r/min2剪切轴的扭矩=30.6Knm2.4.2轮剪的设计计算及校核（1）齿轮的设计计算 1）选用齿轮类型，精度等级及齿数a.为了避免产生轴向力，所以在此选用的直齿圆柱齿轮。b.由于转速不高，大齿轮表面经淬火后研磨，小齿轮经渗碳硬化处理并磨光；齿轮的变形不大，对精度要求不高，选一般的8级精度即可。c.为了保证安全性，且使结构紧凑，抗疲劳强度高，特选用优质合金钢，也可以减少工作零件的质量和体积，并可提高其灵活性和使用寿命。所以在此大齿轮选用42CrMo经淬火并研磨；小齿轮选用40CrNiMo经表面渗碳硬化并磨光。此种设计思想改变了我国以前一直采用前苏联的高安全性、大重量、大尺寸，结构笨重的设计思想。虽然其材质选用价格昂贵的优质合金钢，但其尺寸小，便于安装维护，其实这样的经济性比选用价格便宜的普通钢要好。d.小齿轮齿数选择 =23 大齿轮齿数选择=N=672)按齿面接触疲劳强度设计：d1 确定公式中的各计算参数a. 小齿轮所传递的最大扭矩=6.45Knmb. 试选载荷系数由的范围根据5中P117预选=2.0c. 选取齿宽系数。根据5中P134，当齿轮对称分布时，且为硬齿面，选取=0.5d. 选取材料的弹性影响系数由5中表10-4查得=189.8Mpae. 齿轮接触疲劳强度极限由5中图10-23c查得小齿轮=780mpa大齿轮=750mpaf. 确定寿命系数因为应力循环次数N对大齿轮来说都非常大，所以由5中表10-21查得小齿轮=1;大齿轮=1g. 计算接触疲劳作用应力，取失效概率为1%，安全系数S=1,由5中10-12式得：H1=780 H2= = =750h. 计算小齿轮 由于Kt为试选，所以式中计算时间表示= =294.9mmh. 计算圆周速度V=0.97m/si. 计算载荷系数由5中表10-2选 =1.5由5中表10-5a选 =1.1由5中确定，因其为直齿圆柱齿轮，所以取=1.2 由5中图10-14选 =1.1由5中得公式：K=1.51.11.21.1式中 使用系数 动载荷系数 齿间载荷分配系数 齿向载荷分布系数K按实际载荷校正所计算的分度圆直径，由5得： = =2194.9=307.9mm3).按两齿轮啮合计算模数，并确定大小齿轮的尺寸。因为为了保证剪切同步性和调整剪刃的侧向间隙，所以大齿的分度圆直径暂定为1145mm模数mm=17.1 取整后m=17 大齿轮的分度圆直径d2=m=6717=1139mm小齿轮的分度圆直径=m=2317=391mm ,所以满足按齿面接触疲劳强度的设计要求。4）按齿根弯曲强度进行校核。a).计算圆周力=33KNb) 取应力校正系数 由5中表10-3查得=2.68; =1.59=2.25 =1.74c) 计算载荷系数K=1.51.11.21.1=2.18d) 查弯曲疲劳强度极限及寿命系数由5中图10-22c得=540Mpa ; =500 Mpa由图10-20查得=1e计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数，由5得S=1.5 由5中公式得：= = =360Mpa= = =330Mpaf) 校核计算由5中得公式：F1=式中 b齿宽，现取b=130mm= =138.7Mpa 此齿轮符合安全要求F2=F1= =127.4Mpa127.4330 F2F2此齿轮符合安全要求。5） 齿轮各项齿数参数的计算a). 齿宽的选择计算 b= 小齿轮=0.5391， 现取=230mm =230mm 大齿轮 =240mmb) 其它各项尺寸计算以下个项公式均出自压力角= ； 齿顶高系数=1；径向间隙系数=0.25齿顶角 ha=m=117=17mm齿根高 hf=(+)m=(1+0.25)17=21.25mm齿高 h= + =17+21.25=38.25mm 小齿轮齿顶圆直径 d1=d1+2ha=319+217=425mm大齿轮齿顶圆直径=+=1139+217=1139+217=1173mm小齿轮齿根圆直径 =-=319-221.25=348.5mm大齿轮齿根圆直径= -=1139-221.25=1096.5mm齿轮间的中心距 a=765mm6) 齿轮的结构设计 齿轮的结构设计为板式结构，在齿轮毂上开四个孔，目的是为了减轻齿轮重量。齿轮与轴相连接处采用链连接，左右用套筒定位。其各项尺寸如图所示：（2）选择减速器 由以上设计就算可知，此减速器要求传动比i=8.916,传递功率为89Kw，电机转速为561r/min，根据计算知，此处需选用二级电机渐开线齿轮减速器。 按3中，表23.2-24.查得KA=1.0,则计算功率=P，=89Kw 要求P。 由机械设计师手册中P766中查得，选取ZL850-3型减速器。 实际传动比i=8.916 公称传动比i=9 高速级传动比=2.24 低速级传动比=4.0 中心距 a=850mm 高速轴许用功率P1=97.5Kw(=750r/min) =8997.5Kw 此减速器符合要求243刀架的设计及校核 考虑的刀架的受力情况及传动方案和运行状况等诸多因素的影响，现将刀架设计成如图所示的形状。 下面对刀架进行校核计算 由前面计算得： = =319.5KNctg= =arcctg 垂直于刀架的力 = sina(+)=319.5sina=96.29KN刀架上的危险截面如图所示 刀架危险截面分析图M=96.29190=18.3KNmW=468750=39.03Mpa由3中查得=90Mpa39.0390 刀架符合要求 同理对于下刀架也进行相同的校核，由于上下刀架外型尺寸相同，受力情况也相同，所以下刀架也满足强度要求。 1145飞剪机中比较关键的零件，刀架上的剪刀处于挤压、弯曲和严重磨损状态下工作，必须采用强度、韧性都高的材料；因此，飞剪使用合金钢，整体淬火，硬度达到HRS7375，采用35CrMo合金钢。244 轴的设计计算及校核 （1）轴的轴承处直径的确定以及轴承的选择 a) 最大轴径处直径的确定 1） 输入轴的功率 P2=P额=890.96=85.44Kw输入轴的最小直径（计算径）由得= 式中 系数 取=1.05 P输入轴的功率 p=85.44kw n输入轴转速 n=62.92r/min =116.3mm 输入轴的最小轴径处是为了3与联轴器相连，根据现场的各类数据，借鉴包钢高线厂的生产经验，选轴承处直径为d=220mm,输入轴远离电机端的轴径为d=220mm。2)剪轴的功率 =85.44 =83.66kw注：0.94为机构的效率。0.96为输入轴的效率剪轴的最小直径 =105=164.64mm 借鉴现场经验，剪轴云离剪子端轴承处直径为220mm，安装剪子端轴承处直径为320mm讨论：为什么选用的轴径最小直径比算出的dmin1大许多，有以下几个作用：从工艺方面考虑：轴径太细，轴的加工成本将增加，并且轴的尺寸精度和形位精度很难得以保证，所以轴径不易太小。从机器的适用范围看：我们所计算的这个轴径仅是对我们所设计剪切的材料满足要求，而现场工作情况经常变化，应尽量满足可以剪切的多种材质和断面的钢坯，所以其轴径各尺寸应尽量大些，以便其强度可以满足的方面的要求。2）轴承的选择高速轴电机端的轴承选择单列圆柱滚子轴承，选92340型轴承，轴承外径D=460mm，宽度B=88mm，内径d=220mm，其轴承受轴向载荷小。高速轴远离电机端的轴承选用调心滚子轴承，型号为53544，轴承外径D=400mm,内径d=220mm,宽度B=108mm。剪切轴不安刀架端轴承选用内圈无控圈的单列圆柱滚子轴承，型号为92340型，轴承外径D=460mm，内径d=220mm,宽度B=88mm.剪轴安装剪子端的轴承选用调心，滚子轴承，型号为53564，轴承外径D=580mm,内径d=320mm，宽度B=150mm以上各轴承的选择源自机械设计手册电动机篇。讨论：为什么选用调心滚子轴承。 因为当剪子剪切时，会突然产生一个很大的冲击载荷，这个载荷会使轴产生扰曲变形。这样轴承的内外圆轴件在工作时不可能保持重合，会产生一定偏斜，轴线的偏斜会引起轴承内部接触应力的不均匀分布，造成轴承的早期失效。而采用调心滚子轴承，能自动补偿和外壳孔中心线的相对偏斜，从而保证轴承及整个设备的正常工作。调心滚子轴承所允许的轴线偏斜量为0.2。（3）轴的形状尺寸设计。 考虑到轴承大小和齿轮在轴上的位置等诛多因素，设计的输入轴如图2-3所示，设计的剪轴如图2-4所示，下剪轴的设计与上剪轴相同。 图2-3 输入轴简图 图2-4剪切轴简图（4）轴的校核 两个齿轮受力如图所示：Ft=2=33KnFr=tg=33tg=12.01Kn轴的受力分析图如下：由输入轴设计得：=400mm =420mm1) 计算b中各力+ = (400+420)=420得：RH1=16.9kn ; RH2=16.1knMH= RH1L2=6.76knm2）计算C中各力 + = (400+420)=420 得：=6.15kn ; =5.86kn=0.4=2.46knm3) 计算总弯曲M=7。19Knm4) 计算e中弯矩 =式中 Z考虑扭矩和弯曲的加载情况及产生应力的循环特性的差异的参数由5中取Z=0.6ZT=0.66.45=3.87knm =8.17knm按挽扭合成校核轴的强度=式中 轴的抗弯截面系数由5表154选取得：W=965226.7 = =8.46mpa由5中表151查得轴的许用应力-1=70mpa8.4670 c2-1 此输入轴符合强度要求（2）下剪轴的校核 由于下剪轴的大齿轮所受的力和小齿轮上所受的力为作用和反作用力，则 =33Kn = =12.01Kn 剪轴受力如图所示： 由剪轴设计得： =425mm L2=439mm1) 计算图b各力得： =16.77KN =16.23KN =16.770.425=7.13KN2) 计算图c各力得： =6.1kn =5.91kn =6.10.425=2.6knm3) 计算图d弯矩=7.59knm4) 计算总弯矩Mc=取=0.6Mc=12.59knm按弯扭合成应力校核轴的强度c= 由5表15-4得：W=302921.92c= =4.2mpa由5中表15-1查得-1=70mpa4.270 c2-1下剪轴强度符合要求，因上剪轴与下剪轴尺寸、形状基本相同，受力相同，故上剪轴校核与此相同，所以上剪轴也符合要求。245轴承和键的校核 （1）轴承的寿命计算由5中13-5式得轴承寿命计算公式= 式中：指数，对于滚子轴承取= c基本额定载荷 p轴承处所受载荷 n轴的转速 a. 校核轴承 1 由5查得c=1050 KN P=18KN h若以一天24小时每天360天计算 年 此轴承符合要求b.校核轴承2 由5中查得c=736.47kn P=18kn h若以一天24小时每年360天计算此轴承符合要求 其它轴承校核同上，所有轴承都符合要求。（2）键的选择和校核 选择键连接的类型和尺寸，在8级以上精度的齿轮有定心精度要求，应选用平键联接，由于齿轮又有轴端，故选用圆头普通平键（A型）。a. 选择大齿轮上的键根据安装大齿轮处的轴径d=280mm,从3中查得：b=; 键槽； 由轮毂宽并参考键的长度系列，取键长L=245mm.b. 选择小齿轮上的键 根据安装小齿轮处的轴径d=230mm,从3中查得：b= ； 键槽 ； 由轮毂宽并参考键的长度系列，取键长L=220mm.c. 校核键的联接强度 对大齿轮上键的联结强度 由于键、轴、轮毂的材料都是键，从3中查得许用挤压应力=30mpa，键的工作长度=L-b=245-79=145mm,键与轮毂键槽的接触高度长K= =18mm。由3中得公式：=8.37mpa此键符合强度要求对小齿轮上的