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遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第IV頁
圓弧剪刃滾切式鋼板剪切機(jī)設(shè)計(jì)
摘要
圓弧剪刃滾切式鋼板剪切機(jī)是一種新式鋼板剪切設(shè)備，它是中厚鋼板精整工序中的重要設(shè)備，保證剪切機(jī)正常工作隊(duì)提高板材生產(chǎn)線的產(chǎn)量有重要意義。隨著我國(guó)中厚鋼板年產(chǎn)量的不斷增加，現(xiàn)在中厚板軋鋼廠對(duì)鋼板質(zhì)量、品種、產(chǎn)量的要求也隨之提高。圓弧剪刃滾切式鋼板剪切機(jī)在整個(gè)剪切范圍內(nèi)刀片重疊量不變，剪切變形區(qū)小，被剪切板材不易彎曲變形，毛刺少，剪切質(zhì)量高，并且，滾切式剪切機(jī)運(yùn)動(dòng)的上刀片與被剪板材之間只產(chǎn)生很小的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，刀片磨損較小，特別適合于中厚板的切邊、切定尺和縱向部分。本次設(shè)計(jì)的圓弧剪刃滾切式鋼板剪切機(jī)用于定尺剪切最大厚度為40mm的鋼板，要求剪切機(jī)結(jié)構(gòu)合理、工作可靠、剪切質(zhì)量高。此次設(shè)計(jì)內(nèi)容主要是圓弧剪刃滾切式鋼板剪切機(jī)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括剪切機(jī)總體方案設(shè)計(jì)、工作原理與基本機(jī)構(gòu)等的確定、滾切剪主要參數(shù)的計(jì)算、電動(dòng)機(jī)容量選擇和減速器的設(shè)計(jì)、主要零件的設(shè)計(jì)與校核、潤(rùn)滑方式的選擇以及圖紙的繪制等。計(jì)算得其最大剪切力為8.5MN，剪切次數(shù)18次/分，上刀架最大行程162mm，電動(dòng)機(jī)功率355kW，額定轉(zhuǎn)速987r/min。機(jī)架采用閉式機(jī)架。
關(guān)鍵詞：滾切剪；圓弧剪刃；剪切力
The Design of steel plate shearing machine with circular blade and scrolling shear mode
Abstract
The design of steel plate shearing machine with circular blade and scrolling shear mode is a new plate shearing machine, which is the important equipment of medium and heavy plate finishing processes, play an important part in ensuring shearing machines working normally to improve the output of sheet productions. With the increased annual output of medium and heavy plate, the requirements of quality, variety, output of medium and heavy plate rolling mill are much higher than before. The blade of hearing machine with roller blade cutting steel plate is with the same overlap quantity during the whole range of shearing, with small shearing deformation zone, not easy to deform for the sheared plates, with small burrs, high quality of shearing, besides, the blade and sheared plate move only a little on the roller blade cutting steel plate machine, also with small blade wear which is particularly suited to the edge of plate, shearing ruler and vertical parts. The designed shearing machine with roller blade cutting steel plate is used with fixed 40mm shearing plate length, which required the frame of machine to be reasonable, reliable and with high quality of shearing. The design of the main content is circular blade cutting plate shearing machine design, design content mainly includes shear machine overall design, working principle and basic institutions, roll-cut calculation, main parameters of shear capacity motor reducer design, selection and design of the main parts and checking, lubrication and the choice of rendering drawings etc. Calculated the maximum shear stress 8.5MN, shearing time 18 times/min, the biggest distance on the knife rest 162mm, motor power 355KW, rated speed 987r/min. Closed-rack is adopted.
KEY WORDS: rolls cuts, circular blade, shearing stress
目錄
1．緒論 1
1.1 選題背景及目的 1
1.2 滾切剪的發(fā)展趨勢(shì) 3
2 設(shè)計(jì)方案的選擇和分析 4
3 滾切剪的設(shè)計(jì) 6
3.1 滾切剪的工作原理 6
3.2滾切剪的基本機(jī)構(gòu) 7
3.3 剪切理論 11
3.3.1 軋件剪切過程分析 11
3.3.2 金屬機(jī)械性能對(duì)剪切抗力的影響 12
3.4 滾切剪主要參數(shù)的計(jì)算 12
3.4.1 設(shè)計(jì)基本要求 12
3.4.2 最大剪切力 13
3.4.3額定剪切力 13
3.4.4 剪切功 14
3.4.5 上剪刃圓弧半徑 14
3.4.6 上刀架最大行程 15
3.5 電動(dòng)機(jī)容量的選擇 16
3.6 減速器的設(shè)計(jì) 18
3.7 主要零件的設(shè)計(jì)與校核 18
3.7.1齒輪的設(shè)計(jì)與校核 19
3.7.2 齒輪軸的校核 24
3.7.3 軸承的選擇與校核 29
3.7.4 曲軸的設(shè)計(jì)與校核 30
3.7.5 聯(lián)軸器的選擇與校核 35
3.7.6 鍵的校核 36
4 影響剪切效率和質(zhì)量的因素分析 38
4.1 影響剪切效率的因素 38
4.2 影響剪切質(zhì)量的因素 38
5 潤(rùn)滑方法的選擇 39
5.1 潤(rùn)滑的作用 39
5.2 潤(rùn)滑方法 39
5.3 潤(rùn)滑脂的特點(diǎn)和注意事項(xiàng) 40
5.4 添加劑 41
6 設(shè)備的環(huán)保、可靠性和經(jīng)濟(jì)可行性分析 42
6.1 設(shè)備的環(huán)保性分析 42
6.2 設(shè)備的可靠性 42
6.3 設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性分析 44
結(jié)論 46
致謝 47
參考文獻(xiàn) 48
遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第48頁
1．緒論
1.1 選題背景及目的
剪切機(jī)是用于對(duì)鋼板進(jìn)行切頭、切尾、切邊或者切定尺寸的設(shè)備，如今廣泛地應(yīng)用在冶金工業(yè)、農(nóng)機(jī)、船舶、起重機(jī)械、建筑機(jī)械、航空航天以及國(guó)防等行業(yè)。在中厚板生產(chǎn)中，剪切機(jī)一般用來將鋼板剪切成規(guī)定的尺寸。
按照刀片形狀和配置方式及鋼板情況，剪切機(jī)大致分為斜刀片式剪切機(jī)(通稱鍘刀剪或斜刃剪)、圓盤式剪切機(jī)、滾切式剪切機(jī)(通稱滾切剪)三種基本類型。其中，應(yīng)用最多的是斜刀片式剪切機(jī)，其次是圓盤式剪切機(jī)。滾切式剪切機(jī)是近年來出現(xiàn)的一種新型剪切機(jī)，它在現(xiàn)代化的中厚板生產(chǎn)中將具有更多的優(yōu)越性和更強(qiáng)的生命力。三種剪切機(jī)刀片配置如圖1.1所示。
(a)斜刃剪；(b)圓盤剪；(c)滾切剪
圖1.1 剪切機(jī)刀片配置圖
1、 斜刀片剪切機(jī)
這種剪切機(jī)的兩個(gè)剪刃是成某一角度配置的，即其中一個(gè)剪刃相對(duì)于另一個(gè)剪刃是傾斜配置的。在生產(chǎn)中多數(shù)上刀片是傾斜的，其傾斜角度一般為l0～60角，并且剪切機(jī)下刀片固定不動(dòng)，上刀片向下運(yùn)動(dòng)剪切鋼板。如圖1(a)所示。其優(yōu)點(diǎn)主要有：對(duì)鋼板溫度適應(yīng)性強(qiáng)，既適用于熱狀態(tài)也適用于冷狀態(tài)鋼板的剪切；對(duì)鋼板厚度適應(yīng)性強(qiáng)，40mm以下的鋼板均能剪切。主要缺點(diǎn)：一是剪切時(shí)斜刀片與鋼板之間有相對(duì)滑動(dòng)，剪切厚度大于20mm的板材時(shí)，由于刀片行程長(zhǎng)，易使板材產(chǎn)生橫向彎曲，在剪切側(cè)邊時(shí)板邊不齊，影響板材的剪切質(zhì)量；二是由于間斷剪切，空程時(shí)間長(zhǎng)，能達(dá)到的剪切次數(shù)少，產(chǎn)量受到限制，并浪費(fèi)能源。
2、圓盤式剪切機(jī)
圓盤式剪切機(jī)的兩個(gè)刀片均是圓盤狀的，如圖1(b)所示。常用來剪切鋼板的側(cè)邊，也可用于鋼板縱向剖分成窄條。其主要優(yōu)點(diǎn)是可連續(xù)縱向滾動(dòng)剪切，速度快，產(chǎn)量高，質(zhì)量好。缺點(diǎn)：一是剪切厚度限于25mm以內(nèi)；二是對(duì)于小批量規(guī)格品種多，鋼板寬度變換頻繁，則需要頻繁調(diào)整其兩側(cè)邊剪刃間的距離。
3、滾切式剪切機(jī)
滾切式剪切機(jī)是在斜刃鍘刀剪的基礎(chǔ)上，將上剪刃做成圓弧形，如圖1(c)所示。呈弧形的上刀刃在剪切時(shí)相對(duì)于平直的下刀刃作滾動(dòng)。此時(shí)，在整個(gè)剪切范圍內(nèi)刀片重疊量不變，剪切變形區(qū)小，被剪切板材不易彎曲變形，毛刺少，剪切質(zhì)量高。并且，滾切式剪切機(jī)運(yùn)動(dòng)的上刀片與被剪板材之間只產(chǎn)生很小的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，刀片磨損較小。
滾切式剪切機(jī)自20世紀(jì)70年代應(yīng)用于生產(chǎn)后，得到了一定的發(fā)展。這種剪切機(jī)剪切板材的切口光滑、板材無變形、切邊平直度高、能耗小、壽命長(zhǎng)、產(chǎn)量高，特別適合于中厚板的切邊(滾切式雙邊剪)、切定尺(滾切式定尺剪)和縱向切分(滾切式剖分剪)。
圓弧剪刃滾切式鋼板剪切機(jī)的剪切過程是個(gè)無限個(gè)變傾角斜刃剪的剪切過程的組合，有如下優(yōu)點(diǎn)。
(1)滾切剪的上刀片是以半徑為R的圓弧組成，在剪切過程中，沿鋼板剪切方向上下刀片的重疊量不變，在上下刀片開口度相同的條件下，斜刃剪的上刀行程比滾切剪上刀行程大30％～40％。滾切剪的偏心半徑小，在剪切力一定時(shí)，剪切力矩小。
(2)滾切剪的上刀行程小，對(duì)被剪切鋼板的壓彎變形小，避免了鋼板端部和棱邊的彎曲，剪切質(zhì)量好。
(3)滾切剪剪切次數(shù)可達(dá)24次／min，最高可達(dá)到30次／min，剪切效率高。
(4)滾切剪有快速換剪刃裝置，換刀時(shí)間只需30min。
(5)滾切剪有上下剪刃間隙調(diào)整裝置，上下剪刃的間隙可根據(jù)鋼板厚度進(jìn)行調(diào)整，間隙調(diào)整精度高，速度快，并用切口干凈毛刺少。
(6)滾切剪剪切板材的厚度最大可達(dá)到50mm，而圓盤剪和斜刃剪的剪切板材厚度最大只能達(dá)到25mm和40mm。
(7)滾切剪剪切機(jī)組采用計(jì)算機(jī)控制，鋼板運(yùn)送和長(zhǎng)度測(cè)量由夾送輥和測(cè)長(zhǎng)輥或激光測(cè)長(zhǎng)裝置組成，定尺系統(tǒng)精度高，使用維修方便。
本次滾切式剪切機(jī)的設(shè)計(jì)的目的是確定合理的主要參數(shù)。通過綜合分析選擇滾切剪的機(jī)構(gòu)，按照工藝要求確定剪切力的大小及計(jì)算技術(shù)參數(shù)，保證剪切質(zhì)量，并且根據(jù)滾切剪生產(chǎn)中存在的問題，制定合理的改造方案，使其性能更加完善。通過此次設(shè)計(jì)，掌握單體機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)方法，提高繪圖技術(shù)和設(shè)計(jì)能力，為以后工作打下良好的基礎(chǔ)。
1.2 滾切剪的發(fā)展趨勢(shì)
剪切設(shè)備是軋鋼生產(chǎn)線上的重要設(shè)備之一，世界各國(guó)為提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，競(jìng)相進(jìn)行技術(shù)改造。
從20世紀(jì)70年代，滾切剪開始興起到現(xiàn)在，經(jīng)過多年的發(fā)展，國(guó)外先進(jìn)國(guó)家滾切剪方面的技術(shù)已經(jīng)成熟，除了滾切剪主體設(shè)備性能完善，還增加了先進(jìn)的輔助設(shè)備，如輸入滾到上設(shè)有激光劃線裝置和磁力對(duì)中裝置、入口側(cè)設(shè)有紅外溫度計(jì)、固定剪入口側(cè)夾送輥上設(shè)有接觸式傳感器測(cè)厚裝置、刀片設(shè)有彈簧夾緊液壓松開式的夾緊機(jī)構(gòu)以及自動(dòng)換刀裝置等，使剪切鋼板完全實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。
目前，目前我國(guó)擁有40多條中厚板軋機(jī)生產(chǎn)線，但是由于受到資金和技術(shù)等因素的制約，剪切線設(shè)備還較落后，大部分仍沿用斜刀片剪切機(jī)切頭、切尾、切定尺和切邊，尤其是一部分老舊的生產(chǎn)線，剪切設(shè)備停留在20世紀(jì)50～60年代水平，嚴(yán)重影響鋼板質(zhì)量和產(chǎn)量的提高。而新建或在建的中厚板廠則多數(shù)采用了滾切剪，切邊以滾切式雙邊剪為主，頭尾、定尺及分段橫切采用滾切式定尺剪。
滾切式剪切機(jī)取代斜刃剪和圓盤剪已成為國(guó)際上中厚板廠技術(shù)改造和新建的發(fā)展趨勢(shì)。國(guó)產(chǎn)滾切式定尺剪設(shè)計(jì)制造技術(shù)正在不斷提高，主要技術(shù)性能和剪切質(zhì)量已基本上達(dá)到國(guó)際同類設(shè)備水平，完全可以替代進(jìn)口以滿足中厚板廠生產(chǎn)的需要。滾切式雙邊剪由于機(jī)構(gòu)復(fù)雜、自動(dòng)化程度高，電氣元件、自動(dòng)控制精度和可靠性技術(shù)等方面與國(guó)外還有差距，目前國(guó)內(nèi)還不能完全自行設(shè)計(jì)及制造。
2 設(shè)計(jì)方案的選擇和分析
1 設(shè)計(jì)基本要求
本次設(shè)計(jì)剪切機(jī)剪切鋼板鋼種為普通鋼、低合金鋼等，剪切鋼板厚度6mm~40mm，剪切鋼板寬度1500mm~2800mm，剪切鋼板長(zhǎng)度18000mm，刀片圓弧半徑r=47000mm左右，滾切范圍角θ=7°左右。
2 設(shè)計(jì)方案的選擇和分析
1）. 根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)選擇剪切機(jī)類型
在普通斜刀片剪切機(jī)上剪切厚度大于20mm板材時(shí)，由于刀片行程大，易使板材產(chǎn)生橫向彎曲，在剪切側(cè)邊時(shí)半邊也不齊，影響板材的剪切質(zhì)量和產(chǎn)量。而滾切式剪切機(jī)上刀刃是弧形的，在整個(gè)剪切范圍內(nèi)刀片重疊量不變，被剪切板材幾乎不彎曲。這種剪切機(jī)的開口度比斜刀片剪切機(jī)大一些，但其總行程卻小30%~40%，故其曲柄軸半徑小，傳動(dòng)力矩小。此外，滾切式剪切機(jī)運(yùn)動(dòng)的上刀與被剪板材之間只產(chǎn)生很小的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，刀片磨損較小。因此本設(shè)計(jì)選擇圓弧滾切式剪切機(jī)。
2）. 剪切機(jī)結(jié)構(gòu)的選擇
圓弧滾切式剪切機(jī)按結(jié)構(gòu)形式劃分，可以分為單軸雙偏心、二軸二偏心型、三軸三偏心型、一軸三偏心型等幾種形式。由于單軸雙偏心驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，因此本設(shè)計(jì)選擇單軸雙偏心型的上剪刃驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
1、2—曲柄軸; 3,4—連桿； 5—弧形上刀片； 6—平直下刀片；7—導(dǎo)向桿
圖2.1 滾切剪結(jié)構(gòu)圖
最終選定剪切方式為平直下剪刃固定，圓弧上剪刃做滾動(dòng)剪切，單軸雙偏心型的上剪刃驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)；傳動(dòng)裝置采用上傳動(dòng)，電機(jī)及減速裝置布置在機(jī)架上面。
該方案上刀刃相對(duì)鋼板的滑動(dòng)量小，鋼板劃傷?。簧舷碌镀闹丿B量很小，可以保證鋼板平直度，切下的板邊彎曲也較?。辉O(shè)置間隙調(diào)整裝置，上刀片的間隙可以根據(jù)鋼板厚度進(jìn)行調(diào)整，保證剪切斷面質(zhì)量好；安裝剪刃更換裝置便于維護(hù)和事故處理；設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積也較小，坯料及聊頭運(yùn)輸條件好，節(jié)省成本。
3 滾切剪的設(shè)計(jì)
3.1 滾切剪的工作原理
如圖3.1，滾切剪的剪切機(jī)構(gòu)是由曲柄軸1和2、連桿3和4、弧形上刀片5、平直下刀片6以及導(dǎo)向桿7組成。其工作原理是由于兩根左右曲柄軸之間存在相位差，左右曲柄軸由電機(jī)經(jīng)減速機(jī)同步傳動(dòng)而帶動(dòng)連桿，使上刀架在導(dǎo)向桿的作用下實(shí)現(xiàn)滾切式剪切的過程。
1、2—曲柄軸；3,4—連桿；5—弧形上刀片；6—平直下刀片；
7—導(dǎo)向桿
圖3.1 滾切剪剪切原理
由該剪切過程可知，滾切剪在剪切的每個(gè)瞬時(shí)仍是一個(gè)斜刃剪的工作狀態(tài)，只不過是斜刃傾角并非恒值，而是隨剪切瞬時(shí)改變而變化。每個(gè)瞬時(shí)的傾角應(yīng)等于該瞬時(shí)上刃圓弧觸點(diǎn)的切線與下刃之夾角。因此，也可以說，滾切剪的剪切過程是無限個(gè)變傾角斜刃剪的剪切過程之組合。
這種剪切方式的偏心半徑小，在剪切力一定時(shí)，剪切力矩小。而且對(duì)被剪切鋼板的壓彎變形小，避免了鋼板端部和棱邊的彎曲，剪切質(zhì)量好。
3.2滾切剪的基本機(jī)構(gòu)
滾切剪主要由以下幾個(gè)部分組成：鋼板定位裝置、入口側(cè)夾送輥和廢鋼推鋼機(jī)、測(cè)量輥、滾切式剪切機(jī)、切頭運(yùn)輸設(shè)備、升降輥道。
1. 剪刃
與其它剪切機(jī)一樣，有一對(duì)上下剪刃。下刃為直刃，上刃為兩端圓弧形成的圓弧刃（圖3.2）。鋼板入口端刃弧半徑較小；出口端刃弧半徑較大。出此考慮的目的是使鋼板入口處有較大的導(dǎo)向開度。
上下剪刃安裝在剪刃盒中（圖3.3）。在剪刃長(zhǎng)度方向上，由多個(gè)特殊的液壓缸（圖3.3中5）將剪刃盒緊固在剪刃架上（圖3.3中3）。正常剪切時(shí)，借助于液壓缸內(nèi)的板型彈簧（圖3.3中4）將剪刃盒緊壓在剪刃架上，每個(gè)缸內(nèi)板型彈簧的壓緊力為70~80kN當(dāng)要更換剪刃時(shí)，液壓缸柱塞由高壓油推動(dòng)，克服彈簧壓緊力松開剪刃盒，剪刃盒整體卸下，達(dá)到快速更換剪刃的目的。
縱向滾切剪在鋼板出口側(cè)還要設(shè)置一對(duì)橫向小剪刃。它將主剪刃切下的半邊剪切成方便運(yùn)輸?shù)拈L(zhǎng)度，此剪刃又稱為“碎邊刃”。它的上刃為斜刃。其固定方式與主任相同。剪刃側(cè)間隙調(diào)整為手動(dòng)式。上剪刃的剪切運(yùn)動(dòng)依附于主刃架帶動(dòng)。
2 上剪刃驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)
目前，圓弧滾切剪式剪切機(jī)的上剪刃驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有下列形式：二軸二偏心型、三軸三偏心型、一軸三偏心型、一軸雙偏心。本設(shè)計(jì)采用一軸雙偏心型驅(qū)動(dòng)，如圖3.4所示。
1-下剪刃臺(tái)； 2-曲柄軸；3-上刃架；4-被剪鋼板；5-導(dǎo)向桿；6-連桿
圖3.4 上剪刃驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖
主剪刃由曲柄軸2經(jīng)減速機(jī)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)。上刃架兩側(cè)靠楔形擋塊限位，兩端分別由液壓平衡缸與彈簧限位器定位。液壓缸通入壓力油。上刃架四面均處于可靠的約束狀態(tài)，這就保證了剪切的穩(wěn)定與精確。
3 調(diào)整剪刃間隙機(jī)構(gòu)
表3.1 板厚與剪刃間隙對(duì)應(yīng)關(guān)系
序號(hào)
鋼板厚度(mm)
剪刃間隙(mm)
剪切頻率(次/min)
1
4.5~6
0.3~0.6
26.8
2
6~10
0.3~0.6
25.5
3
10~15
0.6~0.8
24.3
4
15~20
0.8~1.0
23.1
5
20~25
1.0~1.2
21.9
6
25~30
1.2~1.4
20.7
7
30~35
1.4~1.7
19.6
8
35~40
1.7~2.0
18.4
9
40~45
2.0~2.3
17.2
10
45~50
2.3~2.6
16
剪切鋼板時(shí)，按工藝要求必須對(duì)不同厚度范圍的鋼板設(shè)定不同的剪刃側(cè)間隙。長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐指出，隨鋼板厚度的變化，剪刃側(cè)間隙值按表3.1所列值比較適宜。為了實(shí)現(xiàn)這一工藝要求，各類滾切剪均設(shè)置了自動(dòng)調(diào)整間隙機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在最通用的是雙楔塊調(diào)整機(jī)構(gòu)。如圖3.5所示，上剪架2緊貼在兩側(cè)楔形滑塊3上，楔形滑塊由兩個(gè)斜度相同方向相反的楔塊組成。當(dāng)電機(jī)7驅(qū)動(dòng)時(shí)，經(jīng)傘齒輪傳動(dòng)6，渦輪傳動(dòng)5帶動(dòng)兩側(cè)螺桿4按相反方向旋轉(zhuǎn)，使兩側(cè)螺桿一升一降，從而帶動(dòng)兩側(cè)楔形滑塊作方向相反行程相等的升降移動(dòng)。由于兩側(cè)楔形滑塊斜度完全相同，因此上刃架仍能緊貼在兩側(cè)楔形滑塊上隨楔形滑塊水平移動(dòng)而改變與下剪刃臺(tái)之間的相對(duì)位置，從而達(dá)到調(diào)整上下剪刃側(cè)間隙的目的。間隙值可用指針盤和電氣計(jì)數(shù)表指示。
1-下刃臺(tái)；2-上刃架；3-楔形滑塊；4-螺桿傳動(dòng)；5-渦輪傳動(dòng)；
6-傘齒輪傳動(dòng)；7-電機(jī)；8-讓刀杠桿系；9-主曲柄軸
圖3.5 調(diào)整間隙與讓刀機(jī)構(gòu)示意圖
4 上剪刃讓刀機(jī)構(gòu)
在剪切鋼板時(shí)，上下剪刃側(cè)間隙應(yīng)保持上述給定的值，但剪板結(jié)束后，在上刃架返回過程中，希望上剪刃要離開鋼板被剪面一定距離（0.2~0.4mm）。出于此目的，在滾切剪上設(shè)置了上剪刃的讓刀機(jī)構(gòu)。設(shè)置此機(jī)構(gòu)的好處有兩個(gè)，一是防止上刃擦傷被剪鋼板的剪切斷面，二是減輕上刃的磨損，延長(zhǎng)剪刃的重磨周期。
如圖3.5所示，在一根主曲柄軸9的尾部安一個(gè)凸輪，凸輪的偏心位角相差一個(gè)適當(dāng)值，這個(gè)位角差保證在上剪刃剪切結(jié)束瞬時(shí)，由主曲柄軸尾部凸輪偏心作用帶動(dòng)讓刀杠桿系8拉開楔形滑塊3，上刃架跟隨移開，使上刃相對(duì)鋼板剪切斷面有0.2~0.4mm間隙。而開始下一次剪切時(shí)，又有凸輪偏心作用使上刃架恢復(fù)刀原始位置，以保證給定的剪刃側(cè)間隙。國(guó)外的縱向滾切剪均采用這種讓刀機(jī)構(gòu)，生產(chǎn)實(shí)踐證明，此機(jī)構(gòu)是實(shí)用和可靠的。
上述幾方面是現(xiàn)代圓弧滾切剪本體的基本機(jī)構(gòu)。本體還有一些設(shè)備環(huán)節(jié)，如壓緊器以及一些相應(yīng)的附屬機(jī)構(gòu)。譬如前后必須設(shè)置強(qiáng)力壓送輥裝置，鋼板橫移對(duì)中裝置等。這累設(shè)備均與斜刃剪的相差無幾。
3.3 剪切理論
3.3.1 軋件剪切過程分析
金屬的剪切過程可以分為以下幾個(gè)階段：刀片彈性壓入金屬階段；刀片塑性壓入金屬階段；金屬塑性滑移階段；金屬內(nèi)裂紋萌生和擴(kuò)展階段；金屬內(nèi)裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展和斷裂階段。一般可粗略地分為兩個(gè)階段：刀片壓入金屬階段和金屬塑性滑移階段。
在不同階段，被剪切金屬剪切區(qū)域內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)是不同的。在整個(gè)剪切過程中，剪切區(qū)應(yīng)力狀態(tài)不斷變化，剪切力也不斷變化。試驗(yàn)表明，最大剪切力產(chǎn)生于刀片塑性壓入階段中了、金屬塑性滑移階段開始之時(shí)。因此，一般可將剪切過程分為兩個(gè)階段來建立剪切過程的受力模型。壓入階段作用在被剪切金屬上的力，如圖3.6所示。
當(dāng)?shù)镀瑝喝虢饘贂r(shí)，上下刀片對(duì)被剪切金屬的作用力P組成力矩Pa，此力矩使被剪金屬沿圖示方向轉(zhuǎn)動(dòng)。而上下刀片側(cè)面對(duì)軋件的作用力T組成的力矩Tc，將阻止軋件的轉(zhuǎn)動(dòng)。隨著刀片的逐漸壓入，被剪金屬轉(zhuǎn)動(dòng)的角度不斷增大，直到轉(zhuǎn)過角度γ后，兩力矩平衡，便停止轉(zhuǎn)動(dòng)。
被剪金屬停止轉(zhuǎn)動(dòng)后，刀片壓入達(dá)到一定深度時(shí)，力P克服了剪切面上金屬的剪切阻力，此時(shí)，剪切過程由壓入階段過渡刀滑移階段，金屬沿剪切面開始滑移，直到剪斷為止。
3.3.2 金屬機(jī)械性能對(duì)剪切抗力的影響
剪切力與被剪金屬的機(jī)械性能和剪切面積大小有關(guān)。為了求得普遍意義剪切力，將剪切力除以對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)角的剪切面積，得到隨轉(zhuǎn)角變化的單位剪切抗力曲線。
圖3.7 剪切抗力曲線
結(jié)合滾切剪的剪切過程和曲線形狀特點(diǎn)，把曲線分為三部分：
(1) A部分——上刀開始切入的初始階段，直到上刀切入理論滾切線為止。單位剪切抗力曲線在此階段出現(xiàn)峰值，形狀近似于平行刃剪切機(jī)單位剪切抗力變化曲線。
(2) B部分——滾動(dòng)剪切階段。此階段剪切過程比較穩(wěn)定，類似于斜刀片剪切狀態(tài)，只是刀弧運(yùn)動(dòng)狀態(tài)稍有不同，單位剪切抗力基本不變。
(3) C部分——剪切階段后期。刀弧最低點(diǎn)未到鋼板左端，鋼板已經(jīng)斷裂.
3.4 滾切剪主要參數(shù)的計(jì)算
3.4.1 設(shè)計(jì)基本要求
(1)剪切鋼板鋼種：普通鋼，低合金鋼；
(2)剪切鋼板厚度：6mm~40mm；
(3)剪切鋼板寬度：1500mm~2800mm;
(4)剪切鋼板長(zhǎng)度：1800mm；
3.4.2 最大剪切力
剪切機(jī)最基本的參數(shù)是剪切力，用剪切力來設(shè)計(jì)其余的技術(shù)參數(shù)。設(shè)計(jì)剪切機(jī)，一般要計(jì)算最大剪切力與額定剪切力，前者標(biāo)為剪切機(jī)的公稱能力，并用此剪切力對(duì)機(jī)械零件進(jìn)行強(qiáng)度校核；后者用作電機(jī)容量選擇計(jì)算。
由設(shè)計(jì)參數(shù)可知，當(dāng)h=40mm時(shí)，σb≤700MPa；h=20mm時(shí)，σb≤800MPa。查文獻(xiàn)[5，42]，最大剪切力的計(jì)算公式為：
(3.1)
式中：k —刀刃磨鈍系數(shù)(1.15~1.3)；
σb—鋼板材料強(qiáng)度；
h —鋼板最大厚度；
α—剪切某種厚度鋼板時(shí)的上忍最大當(dāng)量?jī)A角。
取k=1.3 ; σb=800Mpa ; h=40mm ; α=2.6°; 則：
3.4.3額定剪切力
查文獻(xiàn)[5，42]，額定剪切力P的計(jì)算公式為：
(3.2)
3.4.4 剪切功
查文獻(xiàn)[1，291]，剪切功A的計(jì)算公式為：
(3.3)
式中：P—最大剪切力；
B—被剪鋼板寬度；
3.4.5 上剪刃圓弧半徑
刀片圓弧半徑r是滾切式剪切機(jī)的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)。r主要取決于刀片咬入角。咬入角小，剪切力增大，剪切質(zhì)量好。咬入角大，剪切力小，咬入條件差。
圖3.8 刀片圓弧半徑確定簡(jiǎn)圖
查文獻(xiàn)[1，292]，圓弧滾切式剪切機(jī)的上剪刃圓弧半徑r的計(jì)算公式為：
(3.4)
式中：—最大剪切厚度；
S—重合度，此處取S=7；
所以：
取r=47000mm。
當(dāng)?shù)镀瑢挾葹锽時(shí)，則滾切范圍角為：
(3.5)
式中：—圓弧刀片端點(diǎn)與圓弧中心O的連線垂直線之間的夾角；
3.4.6 上刀架最大行程
刀片行程是剪切機(jī)的主要參數(shù)，它決定了剪切機(jī)的高度。在剪切能力允許的范圍內(nèi)，它決定了所能剪切的軋件做大斷面高度。
1—上刀架；2—下刀架；3—軋件；4—壓板
圖3.9 刀片行程圖
根據(jù)文獻(xiàn)[1，258]刀片行程為：
(3.6)
式中：H—刀片最大行程；
h—被切軋件最大斷面高度；
f—軋件上表面與壓板之間的距離，此值的選取要保證軋件有一定翹頭時(shí)，仍能通過剪切機(jī)；
q1—為了避免上刀受軋件沖撞，而使壓板低于上刀的距離；
q2—為了使軋件能順利通過剪切機(jī)，上刀不被軋件磨損，使下刀低于輥道表面的距離；
S—上下刀片的重疊量；
取h=40mm；f=60mm；q1=35mm；q2=20mm；S=7mm；
因?yàn)闈L切上刃是大半徑的圓弧刃，因此在確定上剪刃行程時(shí)，沒必要考慮像斜刃剪上刃傾角所造成的附加行程。
3.5 電動(dòng)機(jī)容量的選擇
由文獻(xiàn)[5，43]知，電動(dòng)機(jī)的功率可用下式計(jì)算：
(3.7)
式中：—曲柄旋轉(zhuǎn)一周，某一個(gè)最繁重的品種平均靜阻力矩；
—電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，取；
—電機(jī)的過載系數(shù)，一般可??；
—電機(jī)至曲柄軸的速比，取。
利用剪切靜力矩計(jì)算出曲軸每一個(gè)轉(zhuǎn)到2.6°角時(shí)靜力矩，然后求出一周的平均值，代入數(shù)據(jù)可得
根據(jù)以上計(jì)算所得數(shù)據(jù)，查找專業(yè)手冊(cè)，選取合適電機(jī)。由于YR系列的大型三相異步電動(dòng)機(jī)具有良好的密封性，廣泛用于機(jī)械工業(yè)粉塵多、環(huán)境較惡劣的場(chǎng)所。且它非常適合用于礦山、冶金等機(jī)械工業(yè)，所以圓弧剪切機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇YR系列電機(jī)。再根據(jù)N=353.88 kW， 由文獻(xiàn)[7，40-131] 附表40-14選擇的電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為 YR400-6 的大型三相異步電動(dòng)機(jī)。
容量相同的同類型的電動(dòng)機(jī)，有幾種不同的轉(zhuǎn)速系列，此種情況下我們綜合考慮，分析比較電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)裝置的性能、尺寸、重量和價(jià)格等因素，再考慮到機(jī)械在實(shí)際中的運(yùn)轉(zhuǎn)，他的可靠性與電機(jī)相連接的減速機(jī)，以及以后的發(fā)展，最后選同步轉(zhuǎn)速1000r/min
的電動(dòng)機(jī)。
YR400-6中型三相異步電動(dòng)機(jī)的基本數(shù)據(jù)如表3.2所示：
表3.2 YR400-6中型三相異步電動(dòng)機(jī)主要性能參數(shù)表
型號(hào)
額定功率
（KW）
定子電流
（A）
轉(zhuǎn)速
（r/min）
效率
（%）
轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
（）
質(zhì)量
(kg)
YR400-6
355
372
987
95.07
15
3150
3.6 減速器的設(shè)計(jì)
由于減速器采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)的額定功率為，每日工作24小時(shí)，廠房較大，自然通風(fēng)冷卻。按傳動(dòng)比i=9.779，轉(zhuǎn)速選擇減速器。
減速器的基本數(shù)據(jù)如表3.3所示：
表3.3 減速器技術(shù)參數(shù)表
公稱
傳動(dòng)比
i
輸入公稱 轉(zhuǎn)速
（r/min）
輸出公稱轉(zhuǎn)速
（r/min）
低速級(jí)
中心距
（mm）
高速級(jí)
中心距
（mm）
總重量
（kg）
9.779
1000
110
542
438
46292
滾切剪的減速器為展開式兩級(jí)圓柱齒輪減速器，該減速器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、成本低等特點(diǎn)，高速級(jí)和低速級(jí)都是斜齒輪。
圖3.10 減速器傳動(dòng)簡(jiǎn)圖
3.7 主要零件的設(shè)計(jì)與校核
主要零部件的設(shè)計(jì)與校核包括：齒輪的設(shè)計(jì)與校核、齒輪軸的校核、曲軸的設(shè)計(jì)與校核、聯(lián)軸器的選擇與校核等內(nèi)容。
3.7.1齒輪的設(shè)計(jì)與校核
1．選精度等級(jí)、材料及齒數(shù)
1）根據(jù)前面所示的傳動(dòng)方案，選用斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)。
2）根據(jù)滾切剪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)速度，可選用7級(jí)精度(GB10095-88)。
3)材料選擇。由文獻(xiàn)[2，表10-1]選擇小齒輪材料為50SiMn(整體調(diào)質(zhì)處理)，， 硬度為270HBS ；大齒輪材料為42SiMn(調(diào)質(zhì)處理)，，，硬度為230HBS；二者硬度差40HBS。
4）選小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù),取=69，則。
5）初選螺旋角
2．按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
按文獻(xiàn)[2，200]中式（10-21）試算，即
(3.8)
（1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
1）試選。
2）由文獻(xiàn)2中圖10-31選取區(qū)域系數(shù)。
由文獻(xiàn)2圖10-26查得，,。
3）由文獻(xiàn)[2，表10-7]選取齒寬系數(shù)。
4）由文獻(xiàn)[2，表10-6]查得材料的彈性影響系數(shù)。
5）由文獻(xiàn)[2，圖10-21d]按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限。
6）計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。
(3.9)
7）計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
(3.10)
8）由文獻(xiàn)[2，圖10-13]取接觸疲勞壽命系數(shù)；。
9）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。
取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，得
(3.11)
（2）計(jì)算
1）試算小齒輪分度圓直徑，由計(jì)算公式得
2）計(jì)算圓周速度。
(3.12)
3）計(jì)算齒寬b及模數(shù)。
4）計(jì)算縱向重合度。
5）計(jì)算載荷系數(shù)。
已知使用系數(shù)，根據(jù)，7級(jí)精度，由文獻(xiàn)[2，圖10-8]查得動(dòng)載系數(shù)；由表10-4查得的值與直齒輪的相同，故；由圖10-13查得；再由表10-3查得。故載荷系數(shù)
(3.13)
6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由公式得
(3.14)
7）計(jì)算模數(shù)。
(3.15)
3．按齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算
按文獻(xiàn)[2，公式10-17]校核
(3.16)
（1）確定計(jì)算參數(shù)
1） 確定載荷系數(shù)
(3.17)
2） 根據(jù)縱向重合度，從文獻(xiàn)[2，圖10-28]查得螺旋角影響系數(shù)。
3） 計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)。
(3.18)
4） 查取齒形系數(shù)。
由文獻(xiàn)[2，表10-5]查得；
5） 查取應(yīng)力校正系數(shù)。
由文獻(xiàn)[2，表10-5]查得；
6） 由文獻(xiàn)[2，圖10-20c]查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的彎曲強(qiáng)度極限；
7） 由文獻(xiàn)[2，圖10-18]取彎曲疲勞壽命系數(shù)，；
8） 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。
取彎曲疲勞安全系數(shù)，由文獻(xiàn)[2，式10-12]得
(3.19)
9） 計(jì)算大、小齒輪的并加以比較。
(3.20)
大齒輪的數(shù)值大。
（2）設(shè)計(jì)計(jì)算
對(duì)此計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪的模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，因此可取小齒輪的模數(shù)為10mm，分度圓直徑來計(jì)算應(yīng)有的齒數(shù)。于是由
取，則。
4．幾何尺寸計(jì)算
（1）計(jì)算中心距
(3.21)
將中心距圓整為438mm。
（2）按圓整后的中心距修正螺旋角
(3.22)
因值改變不多，故參數(shù)等不必修正。
（3）計(jì)算大、小齒輪分度圓直徑
（4）計(jì)算齒輪寬度
圓整后??；。
同理，可設(shè)計(jì)第二級(jí)齒輪。
表3.4 兩級(jí)齒輪設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)
級(jí)別
Z1
Z2
m
V
第一級(jí)
2.866
22
63
10mm
10m/s
第二級(jí)
3.412
17
58
14mm
4.5m/s
3.7.2 齒輪軸的校核
由于減速器外伸端小齒輪和與之嚙合的大齒輪所受轉(zhuǎn)矩較大，所以應(yīng)校核末級(jí)小齒輪的齒輪軸。
1．計(jì)算末級(jí)齒輪的傳遞轉(zhuǎn)矩
由于末級(jí)齒輪的功率
(3.23)
式中：—電動(dòng)機(jī)的功率，=355kW；
—聯(lián)軸器的效率，=0.99；
—齒輪嚙合效率，=0.98；
—一對(duì)軸承的效率，=0.99。
末級(jí)齒輪轉(zhuǎn)速
(3.24)
因此，末級(jí)齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩為
(3.25)
2．作用在齒輪上的力
已知低速級(jí)大齒輪分度圓直徑為
(3.26)
所以可計(jì)算
(3.27)
(3.28)
(3.29)
(3.30)
3．初步確定軸的最小直徑
選取軸的材料為35CrMo，調(diào)質(zhì)處理，查文獻(xiàn)[8，5]得到如下性能參數(shù)。
表3.5 35CrMo力學(xué)性能參數(shù)表
207~269
700
500
320
245
185
取，由文獻(xiàn)[2，式(15-2)]估算得
(3.31)
因輸出軸的最小直徑是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑，所以同時(shí)選取聯(lián)軸器型號(hào)。按照輸出軸轉(zhuǎn)矩和載荷條件，查文獻(xiàn)[8，67]可選用GⅡCL13型鼓形齒式聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為。半聯(lián)軸器的孔徑取,故取，外伸段長(zhǎng)度。
4．繪制軸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
圖3.11 軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
5．求軸上的載荷
水平面支反力：
①
②
兩式聯(lián)立求得：，
垂直面支反力：
①
②
③
三式聯(lián)立求得：，
6．繪制齒輪軸的受力簡(jiǎn)圖，如圖3.21所示。
圖3.12 軸的內(nèi)力分析
7．計(jì)算彎矩
水平面彎矩：
(3.32)
垂直面彎矩：
(3.33)
(3.34)
合成總彎矩：
(3.35)
扭矩：
8．按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強(qiáng)度。根據(jù)文獻(xiàn)[2，式(15-5)]和上面的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取，軸的計(jì)算應(yīng)力
(3.36)
前面選定軸的材料為35CrMo，調(diào)質(zhì)處理，MPa。因此，故軸是安全的。
3.7.3 軸承的選擇與校核
(1) 初選代號(hào)為30238、30236的圓錐滾子軸承
(2) 計(jì)算兩軸承承受的徑向載荷
(3.37)
(3) 計(jì)算軸承產(chǎn)生的派生軸向力
由文獻(xiàn)[7，2-31]可知代號(hào)為30238的圓錐滾子軸承的有關(guān)數(shù)據(jù)為，，，。代號(hào)為30236的圓錐滾子軸承的有關(guān)數(shù)據(jù)，，，。
(3.38)
所以軸承1為緊軸承，2為松軸承。
(4) 計(jì)算滾動(dòng)軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷
對(duì)軸承1
由文獻(xiàn)[1，315]可知徑向動(dòng)載荷系數(shù)，軸向動(dòng)載荷系數(shù)。
對(duì)軸承2
由文獻(xiàn)[1，315]可知徑向動(dòng)載荷系數(shù)，軸向動(dòng)載荷系數(shù)。
因?yàn)檫\(yùn)轉(zhuǎn)中有強(qiáng)大沖擊載荷，由文獻(xiàn)[1，316]可知載荷系數(shù)，取。則
(3.39)
(5) 驗(yàn)算滾動(dòng)軸承壽命
軸承預(yù)期計(jì)算壽命
因?yàn)?，所以按軸承1的受力大小驗(yàn)算
(3.40)
故所選軸承可滿足壽命要求。
3.7.4 曲軸的設(shè)計(jì)與校核
曲軸是實(shí)現(xiàn)剪切動(dòng)作的關(guān)鍵部位，在滿足動(dòng)作精度要求的同時(shí)還要滿足強(qiáng)度要求。因此曲軸的設(shè)計(jì)對(duì)于剪切機(jī)的設(shè)計(jì)來說是非常重要的。
圖3.13 滾切剪總體結(jié)構(gòu)圖
(1) 各階段剪切力計(jì)算
影響各階段剪切力的主要因素是被剪切軋件的材質(zhì)和實(shí)際有效剪切面積。軋件材質(zhì)主要決定單位剪切阻力的大小，因此引用聯(lián)邦德國(guó)MOELLER&NENMANN公司的剪切力計(jì)算公式：
(3.41)
式中——剪切力，N；
——單位剪切抗力，N；
——剪切面積，mm。
滾切剪在剪切過程中分為三個(gè)階段：①剪切開始；②滾動(dòng)剪切；③滾動(dòng)剪切后期。在這三個(gè)階段中的剪切面積見圖3.14 ，剪切力作用位置見圖3.15 。
圖3.14 各個(gè)階段剪切面積
圖3.15 剪切力作用位置
剪切開始階段剪切面積：
式中:——被剪鋼板厚度；
——刀弧與直線的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)；
——圓弧半徑；
，——刀片圓弧的圓心位置；
，——分別為鋼板左緣坐標(biāo)，鋼板上限坐標(biāo)。
滾動(dòng)剪切階段剪切面積：
剪切后期剪切面積：
式中：，——分別為鋼板下限的坐標(biāo)，待剪鋼板厚度。
剪切力作用位置：
由力的平衡條件可知：總剪切力為，加在左右連桿上的力，則：
曲軸中心，至連桿，的距離，分別為：
式中：、、、——分別為曲軸中心、的坐標(biāo)。
兩連桿、上端點(diǎn)坐標(biāo)分別為，的長(zhǎng)度分別為：
，
，
，
則曲軸上的例句及合力矩分別為：
，，
(2) 曲軸的設(shè)計(jì)
根據(jù)滾切剪技術(shù)參數(shù)和上述算式求出曲軸偏心為90mm，曲軸的結(jié)構(gòu)如圖 所示。
圖3.16 曲軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
(3) 強(qiáng)度校核
作為滾切剪中關(guān)鍵的部位，曲軸要滿足傳動(dòng)精度和強(qiáng)度方面的要求。此軸承受的剪切力最大為8500KN，在剪切運(yùn)動(dòng)中曲軸的兩根曲柄上所受的剪切力是在不斷變化的。根據(jù)計(jì)算和機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)計(jì)算機(jī)模擬的結(jié)果可知，在曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)相位角為135°時(shí)，單根曲柄上的受力最不平均，其中左曲柄上受到的剪切力為7410KN，右曲柄上受到的剪切力為1390KN。在曲軸兩端和中間部位設(shè)置支撐，在曲軸的右端施加電動(dòng)機(jī)傳過來的扭矩。
彎矩
(3.42)
彎曲段斷面系數(shù)
(3.43)
彎曲應(yīng)力
(3.44)
曲軸的最大應(yīng)力為49.418MPa，小于材料35CrMo的許用彎曲應(yīng)力值170MPa。所以曲軸可以滿足強(qiáng)度要求。
3.7.5 聯(lián)軸器的選擇與校核
(1) 類型選擇
根據(jù)傳遞載荷的大小，軸轉(zhuǎn)速的高低，被聯(lián)接兩部件的安裝精度，參考各類聯(lián)軸器特性，選擇一種合用的聯(lián)軸器類型。具體選擇時(shí)可考慮以下幾點(diǎn):
1. 所聯(lián)接兩個(gè)軸的軸徑；
2. 傳遞的轉(zhuǎn)矩大小和性質(zhì)以及對(duì)緩沖減振功能的要求；
3. 聯(lián)軸器的工作轉(zhuǎn)速高低和引起的離心力大??；
4. 兩軸相對(duì)位移的大小和方向；
5. 聯(lián)軸器的可靠性和工作環(huán)境，以及成本。
根據(jù)以上幾點(diǎn)選取聯(lián)軸器如下：在電機(jī)軸與減速機(jī)軸之間選取聯(lián)軸器型號(hào)CLZ 8齒型聯(lián)軸器，減速機(jī)軸和傳動(dòng)軸之間選取聯(lián)軸器型號(hào)CLZ 13齒型聯(lián)軸器。
查閱文獻(xiàn)[7] 知各聯(lián)軸器的主要尺寸和特性參數(shù)如下表3.6。
表3.6 聯(lián)軸器的主要尺寸和特性參數(shù)
型號(hào)
許用轉(zhuǎn)矩
（N·m）
許用轉(zhuǎn)速
（r/min）
軸孔直徑
（mm）
軸孔長(zhǎng)度
（mm）
轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
（Kg·m）
重量
（Kg）
CLZ 8
CLZ 13
22400
71000
1140
1850
110
170
212
242
2.06
17.7
133.8
315
( 2 ) 強(qiáng)度計(jì)算
以減速器輸出軸與安裝齒輪的軸之間的聯(lián)軸器為例進(jìn)行強(qiáng)度校核。聯(lián)軸器的承載能力既與材料和熱處理有關(guān)，也與兩軸相對(duì)位移的方向和位移量大小有關(guān)，而且還與嚙合齒面間的滑動(dòng)速度和潤(rùn)滑狀態(tài)有關(guān)，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器，可按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法驗(yàn)算：
查文獻(xiàn)[2，343]得
(3.46)
式中：—聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩，單位：Nm
—聯(lián)軸器長(zhǎng)期承受的理論轉(zhuǎn)矩，單位：Nm
—聯(lián)軸器工作條件系數(shù)
查文獻(xiàn)[2，351]表14-1得：
=1.7
所以：
=52645.6N·m
由文獻(xiàn)[2，表5.3]知：
[T]=71000 N·m
顯然，故安全。
3.7.6 鍵的校核
聯(lián)軸器的鍵為：圓頭普通平鍵（A型）,,。
鍵聯(lián)接的強(qiáng)度
(3.47)
式中：——傳遞的轉(zhuǎn)矩，單位為；
——鍵與輪轂槽的接粗高度，，為鍵的高度，單位為mm；
——鍵的長(zhǎng)度，單位為mm，圓頭平鍵，為鍵的寬度，單位為mm。
代入數(shù)據(jù)
——鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力，單位MPa；
由文獻(xiàn)[7，38-3]可知
所以鍵的強(qiáng)度滿足要求。
4 影響剪切效率和質(zhì)量的因素分析
4.1 影響剪切效率的因素
目前國(guó)內(nèi)使用的斜刃剪均使用機(jī)后定尺機(jī)或人工劃線定尺，其優(yōu)點(diǎn)是定尺精度高，可靠性高，缺點(diǎn)是設(shè)備投資大，使用維護(hù)工作量大，人工操作，定尺機(jī)運(yùn)行生產(chǎn)效率低，切短尺鋼板、切頭、切試件時(shí)，由于定尺機(jī)的定尺頭部擋板與剪切線距離受限制不能使用定尺機(jī)。滾切式定尺剪使用定尺機(jī)也存在同樣問題。
滾切式定尺剪的測(cè)長(zhǎng)輥位于剪刃前面靠近剪切線位置，其原理是鋼板切頭時(shí)液壓缸將測(cè)長(zhǎng)輥壓在鋼板上，自動(dòng)剪切定尺時(shí)鋼板帶動(dòng)測(cè)長(zhǎng)輥旋轉(zhuǎn)，安裝在測(cè)長(zhǎng)棍上的測(cè)長(zhǎng)儀檢測(cè)鋼板長(zhǎng)度。其優(yōu)點(diǎn)是克服了定尺機(jī)的缺點(diǎn)，可隨即快速檢測(cè)鋼板長(zhǎng)度，生產(chǎn)效率高。為了提高滾切式定尺剪的生產(chǎn)效率，應(yīng)同時(shí)使用兩種定尺方式。
4.2 影響剪切質(zhì)量的因素
滾切式定尺剪的使用情況表明，上下刀片的水平間隙值對(duì)鋼板切口光潔度有很大影響。當(dāng)?shù)镀g隙值選擇合適時(shí)，鋼板切口光潔平整。刀片間隙要根據(jù)鋼板厚度、材質(zhì)、性能、溫度等條件測(cè)試確定。一般刀片間隙值為鋼板厚度的3%~10%，不同設(shè)備的不同用戶其具體數(shù)值有差別。
機(jī)后擺動(dòng)輥道對(duì)剪切質(zhì)量也有影響。由于剪切鋼板長(zhǎng)度、厚度、寬度不同，即被剪切鋼板在擺動(dòng)輥道上的位置狀態(tài)、重量不同，對(duì)鋼板切口的作用力和力矩也不同，擺動(dòng)輥道與上剪刃的運(yùn)作方式，即擺動(dòng)輥道是托住鋼板剪切還是離開鋼板剪切，擺動(dòng)輥道下降距離的最佳位置等。
相位差和曲柄中心距對(duì)剪切質(zhì)量的影響比較顯著;曲柄半徑對(duì)剪切質(zhì)量的影響不及前兩者顯著，但也會(huì)產(chǎn)生一定作用;而連桿長(zhǎng)度對(duì)滾切剪剪切質(zhì)量的影響甚微。增加相位差、曲柄半徑及上刀架偏移量均能夠使剪切力峰值和電機(jī)傳動(dòng)力矩降低，而且前兩者的影響較大，后者的影響較小，增加曲柄中心距和連桿長(zhǎng)度會(huì)使力能參數(shù)增加，但前者的影響很大，后者的影響很小。
5 潤(rùn)滑方法的選擇
5.1 潤(rùn)滑的作用
潤(rùn)滑的作用主要是：
1）減少摩擦：減輕磨損 加入潤(rùn)滑劑后，在摩擦表面形成一層油膜，可防止金屬直接接觸，從而大大減少摩擦磨損和機(jī)械功率的損耗。
2）降溫冷卻：摩擦表面經(jīng)潤(rùn)滑后其摩擦因數(shù)大為降低，使摩擦發(fā)熱量減少；當(dāng)采用液體潤(rùn)滑劑循環(huán)潤(rùn)滑時(shí)，潤(rùn)滑油流過摩擦表面帶走部分摩擦熱量，起散熱降溫作用，保證運(yùn)動(dòng)副的溫度不會(huì)升得過高。
3）清洗作用：潤(rùn)滑油流過摩擦表面時(shí)，能夠帶走磨損落下的金屬磨屑和污物。
4）防止腐蝕：潤(rùn)滑劑中都含有防腐、防銹添加劑，吸附于零件表面的油膜，可避免或減少由腐蝕引起的損壞。
5）緩沖減振：潤(rùn)滑劑都有在金屬表面附著的能力，且本身的剪切阻力小，所以在運(yùn)動(dòng)副表面受到?jīng)_擊載荷時(shí)，具有吸振的能力。
6）密封作用：潤(rùn)滑脂具有自封作用，一方面可以防止?jié)櫥瑒┝魇?，另一方面可以防止水分和雜質(zhì)的侵入。
5.2 潤(rùn)滑方法
參考所選滾動(dòng)軸承的值，可采用鋰基潤(rùn)滑脂，這種潤(rùn)滑脂不僅能扣抗水、抗高溫(不高于145℃)，而且具有較好的可靠性，是一種多用途的潤(rùn)滑脂。
根據(jù)開始齒輪圓周速度的大小，采用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑，潤(rùn)滑劑為鈉基潤(rùn)滑脂。這種潤(rùn)滑脂有較高的耐熱性，工作溫度可達(dá)120℃，但抗水性差。由于它能與少量水乳化，從而保護(hù)金屬免遭腐蝕，比鈣基潤(rùn)滑脂有更好的防銹能力。
減速器內(nèi)齒輪圓周速度較大，故選用工業(yè)齒輪油潤(rùn)滑。
聯(lián)軸器采用鋁基潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑。這種潤(rùn)滑脂具有良好的抗水性，對(duì)金屬表面有良好的吸附能力，可起到很好的防銹作用。
5.3 潤(rùn)滑脂的特點(diǎn)和注意事項(xiàng)
潤(rùn)滑脂就是將某種稠化劑均勻地分散在潤(rùn)滑油中，得到半流體狀或粘稠膏狀的物質(zhì)就是潤(rùn)滑脂，俗稱黃油或牛油。
潤(rùn)滑脂因具有許多優(yōu)點(diǎn)而被普遍應(yīng)用，主要優(yōu)點(diǎn)如下：粘附性好，能附著于摩擦表面，不易流失或飛濺。正常工作時(shí)，不會(huì)有漏油現(xiàn)象；防護(hù)性能較好，特別是防銹能力比潤(rùn)滑油強(qiáng)；特別適用于對(duì)滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑，不但注脂方便，而且可以在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)不用加脂，大大減少了維護(hù)工作量；密封性好，可以防止外界塵土侵入軸承；可在較寬廣的溫度下操作；其外顯黏度較不受溫度影響；比油有較低的摩擦系數(shù)；可混合固體添加劑是用。
潤(rùn)滑脂也有其不足的一面，因而使用范圍受到限制，主要缺點(diǎn)是：散熱能力差，不能像油那樣對(duì)摩擦件進(jìn)行循環(huán)冷卻，因此不宜用在高轉(zhuǎn)速的軸承；對(duì)絕大多數(shù)滑動(dòng)軸承不適用，其流動(dòng)性差，內(nèi)摩擦阻力大，無法形成液動(dòng)油