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摘要
飛剪機有上下兩個剪切輥，每個輥都有刀片，上下兩輥被同一臺電機不停地驅動，并且剪切輥的切線速度與來料板材的水平速度相一致。上剪切輥做圓周運動，當?shù)镀D到高于最低點時為非剪切位置，當?shù)镀_到最低位置時和下剪切輥配合完成對來料的剪切，上剪切輥取代了被電機驅動的結構，而這個結構是用來控制每個輥在完整的運動周期內(nèi)能夠從完全停止啟動和從運動中完全停止。
旋轉滾筒式飛剪機
——發(fā)明領域
這個發(fā)明通常涉及鋼鐵制造廠的處理方法，尤其是與剪切長的熱軋鋼材用的先進旋轉滾筒式飛剪機相適應，例如箍鋼帶、型材、棒材、線材，這些鋼材在熱連軋車間的最后一道工序時有著很高的流動速度，這個時候飛剪機將流動的鋼材剪切成合適的長度以便成卷或放置在冷床上冷卻。
現(xiàn)有技術
在連續(xù)熱連軋機方面有一個趨勢（以下簡稱熱連軋機），那就是使板帶鋼在加工中的流動速度從原來的600米/分鐘加速到現(xiàn)在的1000米/分鐘甚至更高。另外，由于大厚板的應用，盤卷的重量已經(jīng)從原來的25噸左右增加到現(xiàn)在的40噸甚至更多。
高重量大尺寸的盤卷在高速、高效率的熱連軋機上生產(chǎn)時一大特點，這一特點正在用于各種生產(chǎn)線，如酸洗線、平整線、剪切線，這些生產(chǎn)線在鋼鐵方面已經(jīng)有了相應的處理能力，這些處理能力使得鋼廠本身也沒有太多問題。然而，對于出售的盤卷產(chǎn)品有一些問題，就是說這些產(chǎn)品必須符合客戶生產(chǎn)設備對盤卷的處理能力，這些客戶像切割和剪切工廠，汽車、管線制造商。用飛剪切割來料達到符合上述盤卷重量從而實現(xiàn)對外銷售，這種切割形式如安裝在熱連軋機上的用于切尾和切定尺的滾筒式飛剪機，這時就會就會遇到下面問題。
旋轉式剪切機每次的切割都需要啟動和停止轉鼓，在這個過程中采用了一個所謂的啟動——停止系統(tǒng)。正因為如此，對于上下轉輥直徑相同的剪切機，一個剪切循環(huán)必須在轉輥的大約一個或兩個旋轉周期內(nèi)完成，一個剪切循環(huán)是指轉滾從靜止加速到最大速度，然后再從最大速度到停止。如果兩直徑不同，例如：上下輥徑比為2：3時，那么剪切輥從停止到全速再從全速到停止的一個循環(huán)必須在上輥大約三個旋轉周期內(nèi)完成。
在上旋轉滾筒直徑0.8m，下旋轉滾筒直徑1.2m的條件下，上下旋轉滾筒的慣性效率將會轉換為下旋轉滾筒軸的20000kg.m2和1200m/min的板帶熱軋速度。例如，上下滾筒轉變成下旋轉滾筒軸所需的凈加速扭矩大約為45500kg.m，當此扭矩與一個過載3倍電機相轉化時，它相當于5000千瓦。這是和電機自身所需功率相比較的結果，沒有考慮像機械效率一類的因素，但是它表明，需要一個具有很大承載能力的電機。
由于剪切機的這個性質，那么根據(jù)這個發(fā)明設想用剪切機剪切速度超過1000m/min的板帶是不合實際的。另外，起止控制系統(tǒng)也有這樣的特性，由于上下滾筒只有完成剪切后才停止，那么發(fā)生在停止的下滾筒和經(jīng)過上滾筒的帶鋼之間的滑移隨著軋制速度的增加而增加。這將會導致板帶表面出現(xiàn)劃痕、磨損、粘著這樣的問題，即產(chǎn)品的商業(yè)價值就會丟失。
還有一個問題是，由于旋轉飛剪是在滾筒連續(xù)旋轉時完成剪切，那么每次剪切的長度不變。另外，甚至通過‘漏切’來獲得不同長度的方法都不能得到長度超過10m的板帶，‘漏切’是說用直徑相同的上下滾筒，通過上滾筒或下滾筒周期性地豎直移動來達到剪切出不同長度的方法。當然，也可以用上下滾筒直徑相同的飛剪實行‘漏切’來實現(xiàn)不同長度的板帶。
正是由于這個原因，下面的做法到現(xiàn)在為止已成為慣例，那就是產(chǎn)品分割成卷對外銷售，將熱軋帶鋼一次卷一大卷，等冷卻后展開，然后根據(jù)對外銷售帶卷的重量剪切成同一長度，最后再卷成卷。但是，這種做法的不足是，需要額外的重卷設備。
現(xiàn)在，熱軋厚板帶鋼車間在生產(chǎn)時出現(xiàn)了下述問題，例如，由板帶車間生產(chǎn)的產(chǎn)品超過4.5mm或是厚達約16mm。來自這樣生產(chǎn)線的板帶鋼在高速運行時不可能被切割成適合冷床的長度。由于這個原因，長厚板冷卻是不可能的。這樣，下面的做法就成了一個慣例：將熱板帶一次卷成一個大卷，冷卻后展開，然后用矯直機矯直或在一系列重壓下進行冷矯直，矯直是為了防止板帶在剪切或氣割后產(chǎn)生變形，最后完成分割從而生產(chǎn)出所需鋼板。但是，在這個生產(chǎn)過程中，重壓下的冷矯直是為了整平鋼板，因此，殘余應力的驅散減少和了解有關平直板的知識都是必須的。
這個發(fā)明概括
此項發(fā)明的目的就是明顯減少每次剪切操作加速減速所消耗的能量，加減速的能量消耗是飛剪機的一大特點。這項發(fā)明的另一目的是防止板帶在生產(chǎn)過程中表面出現(xiàn)劃痕、磨損、粘著等類似損壞。此發(fā)明還有一個目的就是提供給飛剪有剪切大于最小可能長度的任意所要長度板帶鋼的能力。此項發(fā)明更大的目的是省去生產(chǎn)外售帶卷的開卷線設備。此項發(fā)明另外一個目的是實現(xiàn)熱軋板帶由較大長度。
簡單地說,此項發(fā)明使旋轉滾筒式飛剪機擁有第一、第二轉鼓，這兩個轉鼓上安有各自的剪切刃，而且能夠在不同速度下旋轉，這就能夠在來料特定流動速度下進行剪切。以下是驅動組合：轉鼓的驅動方式由電機傳動機制來耦合二者;一個電機給轉鼓提供一個連續(xù)的切向速度，這個速度和來料同步。轉鼓的移動由另一個電機驅動，因此能夠使第一個轉鼓在遠離第二個轉鼓的回收位置和接近第二轉鼓的剪切位置之間移動，而且在后一個位置時剪切刃的速度同來料相同，從而完成剪切；控制方式是指控制第二個電機驅動轉鼓使其能夠完成周期運動，每個周期有以下過程：第二個電機在剪切刃與來料速度一致而第一個轉鼓在收縮位置時開始轉動，然后移動第一個轉鼓到剪切位置進行剪切；完成剪切后第一個轉鼓回到收縮位置，第二個電機停止轉動。
這個發(fā)明的性質、工作原理、特點都將從后面的具體說明中優(yōu)先顯現(xiàn)出來，結合所附圖紙來閱讀此項發(fā)明，這些圖紙像零件圖一樣都有參考數(shù)字。
遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 I 頁 2150 滾筒式切頭飛剪機設計 摘要 切頭飛剪機是熱連軋生產(chǎn)線上的單體設備,它的用途是切頭、切尾，出現(xiàn)卡鋼事故 時，將軋件剪斷，處理卡鋼事故。有時也可切定尺，檢查軋件的質量。本設計是 2150 滾筒式切頭飛剪，主要用于切頭和切尾，采用雙電機驅動，剪切機構的傳動方式是轉 鼓式，上下轉鼓同步轉動，減少了動力矩，提高了剪切質量。在該設計中，主要進行 剪切力的計算，選擇主電機的容量，進行轉鼓軸、齒輪的設計計算，進行剪切機構刀 片的設計，剪切側間隙調整裝置的設計，對飛剪機進行潤滑方法的選擇，試車和控制 要求，采用環(huán)保措施，保證可靠性經(jīng)濟性好，具有顯著的經(jīng)濟效益。2150 切頭飛剪是 熱連軋廠常用的剪切設備。 關鍵詞：飛剪機；滾筒式；切頭；切尾 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 II 頁 Design of the 2150 Drum Type Crop Shear Abstract Crop shear is the monomer equipment on the hot rolling production line,which is used to cut head and tail of rolling. When the steel can not travel as usual ,it can be used to cut the stock and to avoid an accident. Sometimes, its also used to cutting stock into desired sectional lengths and to check the quality of the rolled piece. This design is the design of the 2150 drum type crop shear, which is drived by two motor. It is an object of this designto reduce remarkably the power consumption in flyingshears of the instant character by eliminating acceleration and deceleration of the shear drums for each shearing operation and improve the section quality. In this design, it is important to calculate shear stress ,select main motor ,design and calculate drum axis and gears. In this paper, I also give the design of shear blade and adjusting device for the gap between the upper and lower shear drums. Besides, selection of lubrication and testing and control requirements are also necessary. In order to get significant economic benefits, we must take environmental measures when producing. Nowadays, the 2150 drum type crop shear is used in continuous hot-strip mills generally. Key words: Flying shear ;Drum type;Cutting head ;Cutting tail 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 III 頁 目 錄 1 緒 論 ...................................................................................................................................1 1.1 課題選擇的背景和目的 ...................................................................................................1 1.2 飛剪機國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 ...................................................................................................2 1.3 飛剪機的現(xiàn)狀 ...................................................................................................................3 1.3.1 飛剪機在車間布置和作用.........................................................................................3 1.3.2 飛剪機的類型和特點.................................................................................................4 1.3.3 飛剪機研究的內(nèi)容和方法.........................................................................................5 2 方案的選擇與評述 ............................................................................................................6 2.1 方案選擇 ...........................................................................................................................6 2.2 方案評述 ...........................................................................................................................6 3 電機的選擇 ..........................................................................................................................8 3.1 剪切力的 計算 ...................................................................................................................8 3.2 剪切機的扭矩計算 ...........................................................................................................8 3.3 轉股穩(wěn)定運轉轉速 .........................................................................................................10 3.4 電機型式及電機容量的選擇 .........................................................................................10 4 主要零件的強度計算 .....................................................................................................12 4.1 減速機的計算 .................................................................................................................12 4.1.1 減速機的傳動比分配...............................................................................................12 4.1.2 減速 機齒輪設計.......................................................................................................13 4.1.3 下轉鼓軸的設計計算...............................................................................................20 4.2 剪刃的設計 .....................................................................................................................26 4.2.1 材料的選擇...............................................................................................................26 4.2.2 剪刃的結構設計.......................................................................................................26 4.3 轉股軸承的選擇及校核 .................................................................................................26 4.4 側隙調整機構的設計 .....................................................................................................28 4.5 聯(lián)軸器的選擇與校核 ....................................................................................................30 4.5.1 聯(lián)軸器的分類...........................................................................................................30 4.5.2 聯(lián)軸器的選擇...........................................................................................................30 4.5.3 聯(lián)軸器的強度計算...................................................................................................31 5 潤滑方法的選擇 ..............................................................................................................32 5.1 減速機潤滑方法及潤滑油的選擇 .................................................................................32 5.2 飛剪機的潤滑 .................................................................................................................32 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 IV 頁 6 試車方法和對控制的要求 ............................................................................................34 6.1 試車要求 .........................................................................................................................34 6.2 對控制系統(tǒng)的要求 .........................................................................................................34 7 設備可靠性與經(jīng)濟評價 ................................................................................................35 7.1 機械設備的有效度 .........................................................................................................35 7.2 投資回收期 .....................................................................................................................35 結 論 ................................................................................................................................37 致 謝 ................................................................................................................................38 參考文獻 ................................................................................................................................39 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 1 頁 1 緒 論 1.1 課題選擇的背景和目的 鋼材的生產(chǎn)在國民經(jīng)濟中占有重要地位，用軋制的方法生產(chǎn)鋼材，具有生產(chǎn)率高、 品種多、生產(chǎn)過程連續(xù)性強、易于機械化、自動化等優(yōu)點。隨著軋制工藝和設備的不 斷發(fā)展，以及國民經(jīng)濟各個部門對鋼材品種要求的不斷增長，軋制剛才的品種范圍也 在日益擴大。應該指出，性能參數(shù)相同的軋鋼機采用不同的布置型式時，軋鋼車間產(chǎn) 品、產(chǎn)量和軋鋼工藝就不同。因此，軋鋼機標稱方法還不能全面反映各種軋鋼車間的 技術特征，還應考慮軋鋼機布置型式。軋鋼機布置型式可分為單機架式、多機架順列 式、橫列式、連續(xù)式、半連續(xù)式、串列往復式、布棋式等，為了進一步提高生產(chǎn)率， 出現(xiàn)了連續(xù)式布置，此時各架工作機座沿軋制線依次排列，使軋件能同時在幾個工作 機座中連續(xù)軋制。在連續(xù)軋制時為了不使軋件在工作機座間拉斷時產(chǎn)生很大的活套， 各工作機座的軋制速度應符合“秒流量相等” 的原則。連續(xù)布置的主要優(yōu)點是單位產(chǎn)量 投資少，軋制速度高，有較高的機械化和自動化水平。連續(xù)式布置的主要缺點是總投 資大，建設周期教長，改變軋制規(guī)格時，軋機調整不方便。因此，有些熱軋鋼板車間 采用半連軋和 3/4 連軋布置型式。精軋機采用連續(xù)式，粗軋采用非連續(xù)式。 隨著帶鋼熱連軋機的發(fā)展，產(chǎn)品精度會不斷提高，除了提高軋機剛性外，還用厚 度自動控制。采用電動液壓壓下裝置，為了提高帶鋼向厚度公差和改善板型，在現(xiàn) 代軋機上裝有液壓彎輥裝置。 熱帶鋼連軋機組中，為了使粗軋后的軋件有更好的頭尾形狀，該生產(chǎn)線在精軋機 之前一般都要設置一臺切頭、切尾的飛剪機。該設備的主要功能為：剪切粗軋后帶坯 的頭部和尾部的低溫及不規(guī)則部分，有利于精軋機對帶坯的咬入，減少帶坯對軋輥的 沖擊，減少軋制過程中卡剛事故的發(fā)生。切頭飛剪主傳動減速機是為切頭飛剪傳遞扭 矩、運動、和動能的主要設備。 飛剪機使用中存在的問題，飛剪機采用發(fā)電機組供電調整困難，剪切機構的運動 不見偏心套、連桿慣性太大，電氣控制部分難以實現(xiàn)。軋件速度和檢測儀器不可靠， 曲柄軸承進水等問題，由于飛剪機不能正常使用，致使黑頭進精軋機組造成沖擊符合 大，軋件的“ 舌頭” 和“燕尾”很大，有時造成過鋼和卷取卡鋼事故，影響產(chǎn)品成材率，加 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 2 頁 大廢品數(shù)量。本設計的目的就是對切頭飛剪機進行改進設計，保證飛剪正常剪切，這 樣可以引進厚度控制系統(tǒng)使板卷卷取整齊，提高帶卷質量，以滿足市場對帶鋼的要求。 1.2 飛剪機國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 要使飛剪適應軋機生產(chǎn)的要求和提高自動化水平，除不斷改進飛剪性能外，在飛 剪區(qū)還需增設有關設備與裝置。 如圖 1.1 所示，切頭飛剪區(qū)的設備布置簡圖要求剪切的長度小于 23 的距離，相 應的剪切部位長度應給定。否則料頭不能及時進入收集裝置切掉頭尾不規(guī)則區(qū)域不殘 存“鏟頭”和“魚尾”。 1、探測器 2、切頭飛剪 3、破鱗夾角輥 4、測量裝置 5、脈沖發(fā)生器 6、9、10、測速發(fā)電機 7、主令控制器 8、自整角機 圖 1.1 切頭飛剪機區(qū)設備布置簡圖 測量裝置 4 位于剪前輥道的輥縫中，靠軋件和輥系表面的摩擦力帶動測速發(fā)電機 6，測定軋件的速度。熱金屬探測器 1 位于軋件的正上方，在 A、B 、C 三處寬度差進 行掃描，以 A、B 兩處寬度差選擇切頭部位，B、 C 兩處寬度差選擇切尾部位，使剪切 部位既滿足軋件的要求，又盡可能減少金屬消耗。 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 3 頁 脈沖發(fā)生器 5 是為防止被切掉部分過長而設置的，它裝在測量裝置中。用脈沖數(shù) 指示帶鋼通過的長度。飛剪機將以脈沖數(shù)為根據(jù)進行啟動剪切。切頭飛剪機 2 的測速 發(fā)電機 9 和測量裝置測速發(fā)電機 6 配合控制剪刃的切頭速度，與破鱗夾送輥 3 的測速 發(fā)電機 10 配合控制切尾速度，使剪刃在切尾時的線速度與第一架精軋機軋件入口速度 相適應。主令控制器 7 用于控制剪刃位置。自整角機 8 把剪刃的實際位置反映給操作 臺，使操作人員了解設備的運轉情況。 近年來，把上述控制用電子計算機自動控制取得了明顯的效果；其次，對飛剪的 機械部分進行一些改進，使剪刃剪切間隙和剪刃重疊量得到提高，把運動部件的動平 衡更加科學以降低動載荷。 把軸承密封進行改進，防止水進入軸承呢叨叨理想的潤滑效果。傳動裝置設計更 加合理，以減少運動負荷，以便于飛剪的啟動和制動。隨著飛剪機設計的完善，提高 飛剪機的剪切速度，以適應軋機速度的不斷提高。 1.3 飛剪機的現(xiàn)狀 1.3.1 飛剪機在車間布置和作用 飛剪機在生產(chǎn)線上的位置分布，如下圖： R1可逆式粗軋機 R2、R3不可逆式四輥萬能軋機 F1F7精軋機 圖 1.2 切頭飛剪區(qū)設備布置圖 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 4 頁 切頭飛剪機的作用： 剪切軋件的頭、尾，以便軋件順利進行精軋機，提高帶鋼卷取質量，減少消耗， 提高成品率。處理軋制事故，當出現(xiàn)卡鋼事故時，用飛剪切斷，減少事故損耗。 1.3.2 飛剪機的類型和特點 用飛剪機來橫向剪切運動著的軋件。人們在實踐中不斷改進與提高使飛剪的性能 不斷完善。近年來，隨著軋機速度的不斷提高，提高飛剪的速度已成為人們普遍注意 與研究的問題，各國的飛剪設計研究工作者正在研究各類軋機用的高速飛剪及其生產(chǎn) 過程的全部自動化，用電子計算機控制的飛剪已經(jīng)用于生產(chǎn)。經(jīng)過近百年的發(fā)展，在 生產(chǎn)中使用的飛剪，其類型很多，目前較常用的飛剪型式有圓盤式飛剪、滾筒式飛剪、 曲柄回轉杠桿式飛剪、曲柄偏心式飛剪、擺動式飛剪和曲柄偏心搖桿式飛剪等，上述 各類飛剪從剪刃運動軌跡來看基本上有兩種，即剪刃做圓周運動和非圓周的復雜運動 軌跡兩種。 1 圓盤式飛剪 這種飛剪一般用在小型車間，將它安裝在冷床前對軋件進行粗剪，或者安裝在精 軋機組前對軋件進行切頭，以保證精軋機組的軋制過程順利進行。 圓盤式飛剪工作可靠、結構簡單并可應用于軋制速度 10m/s 以上的場合，在小型 車間得到較廣泛的應用，它的缺點是剪切斷面傾斜，但對切頭影響不大。 2 滾筒式飛剪 滾筒式飛剪是應用很廣泛的一種飛剪，它安裝在連軋機前、后或橫切機組上，用 來剪切厚變小于 12 毫米的鋼板或小型型鋼。由于這種飛剪的刀片做簡單的圓周運動， 它可以剪切運動速度高達 15m/s 以上的軋件。此類飛剪由于在剪切區(qū)刀片不是做平行 移動，因而在剪切厚變軋件時，軋件端面不平，故作為成品定尺飛剪以剪切小型型鋼 和薄板為宜。 3 曲柄回轉杠桿式飛剪 這種飛剪用于剪切較大的帶材或鋼坯，由于刀片垂直軋件，故可使剪切斷面較為 平直，在剪切鋼板時可以采用斜刀刃，以便減少剪切力，這種飛剪缺點結構復雜，剪 切機構運動質量較多，動力特性不好，刀片運動速度不能太快。 4 曲柄偏心式飛剪 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 5 頁 這種飛剪用于剪切厚度較大的鋼板和鋼坯，剪切軋件時刀片垂直軋件，故可使剪 切斷面較為平直，剪切時刀片的重疊量也能得到保證。在剪切鋼板時可以采用斜刀刃。 通過改變偏心軸的偏心量，改變剪刃軌跡半徑以調整剪切立尺長度。此類飛剪安 裝在連續(xù)鋼坯軋機后面用于剪切鋼坯，也可裝在連軋帶鋼軋機前面用于切頭、切尾。 1.3.3 飛剪機研究的內(nèi)容和方法 （1）進行現(xiàn)場調研，了解飛剪機生產(chǎn)中存在的問題，并通過座談收集改進方案，收集 有關資料。 （2）制定合理的設計方案，并畫出總圖。 （3）對飛剪控制系統(tǒng)提出合理要求，以保證剪切的尺寸，提高成材率，減少浪費。 （4）進行軸承的密封設計，防止水汽進入軸承內(nèi)，以改善潤滑性能，提高軸承壽命。 （5）進行飛剪設計的計算和動載荷分析，以減速系統(tǒng)的 GD2，便于啟制動。 （6）選擇合理的電機類型和容載。 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 6 頁 2 方案的選擇與評述 2.1 方案選擇 利用原機架，把原剪切機曲柄連桿式改為轉鼓形式，剪切速度不變，仍為 0.42m/s ，切頭飛剪住轉動減速機由兩級斜齒圓柱齒輪、飛輪、箱體等組成。斜齒圓 柱齒輪具有加工工藝簡單、加工精度高、傳動效率好、裝配維修方便等優(yōu)點。從許多 廠家使用情況看，轉鼓式切頭飛剪切頭、切尾使用情況比曲柄連桿式要好。傳動圖如 2.1 所示： 1、電機 2、制動器 3、聯(lián)軸器 4、減速器箱 5、聯(lián)軸器 6、剪切機座 圖 2.1 傳動系統(tǒng)示意圖 注：本方案的工作原理是通過雙電機驅動減速器，通過減速器實現(xiàn)轉鼓轉動，從而帶動剪刃剪切板材。剪刃只 適用于平刃剪，不適用斜剪。 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 7 頁 2.2 方案評述 （1）采用雙電機方便啟制動，減少啟動時間，以便滿足剪切要求； （2）選用制動器以便快速停機，以便下次剪切； （3）減速機的目的減速，以便電機容量減少，同時大齒輪相當于飛輪作用，以便減 少剪切力矩； （4）剪鼓輪采用雙剪刃提高剪切效率，且對稱布置，以便剪切鼓輪平衡； （5）采用斜齒齒輪使轉鼓同步轉動。 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 8 頁 3 電機的選擇 3.1 剪切力的計算 基本參數(shù)： 來料寬度：2000mm 來料厚度：60mm 剪切溫度： 900C 軋件運行速度：2m/s。 剪切力計算 剪切力公式的選擇，由參考資料得有以下幾種剪切力公式： （1） ；n21 2730GDA （2） ；siMPChbR （3） 。FKbtmax .6= 經(jīng)過計算得出公式（1） （2）計算的剪切力都偏大，因此選用公式（3）進行計算， 所以 （3.1） Pbtmax 0.6= 式中： 考慮到刀刃磨鈍，剪切力提高系數(shù)，由文獻2， 得知 K 48表 ， ，MPa70bt2.1 hbF （3.2） =2000 60 =120000mm 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 9 頁 1207. 06=maxP KN48 3.2 剪切機的扭矩計算 滾筒式切頭飛剪總扭矩可按靜力學方法計算,最大剪切總扭矩的計算公式為： （3.3）SinAPM)(maxa 圖 3.1 受力簡圖 式中： 上 、下滾筒中心矩, 1280mmAA 刃重合量 , 5mmSS 對應最大剪切力的剪切角 （3.4）sAh)1(cos 式中： 對應最大剪切力的相對切入深度， 0.25 51280).(6s9. 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 10 頁 ，sin04.16276.0SinAPM)(maxa 276.0)5.8.137kN.2 3.3 轉股穩(wěn)定運轉轉速 2cos60RnHH （3.5） 由文獻 2，P244 得知： 式中： 軋件運行速度HsmH/ 剪刃圓弧半徑 R5.6420）（R 開始剪切角 2 （3.6） hs2cos94.06052cosRnH 94.05614.32min/r 3.4 電機型式及電機容量的選擇 由于飛剪電動機要求有優(yōu)良的調速性能，調速范圍大、平滑、方便、過載能力大， 可實現(xiàn)頻繁的快速起動、制動和反轉，因此根據(jù)這些特點來初選電機： 初選電機容量： （3.7）950maxHnMN 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 11 頁 式中： 電機過載系數(shù)，75.2 傳動效率，取90 9.075231.1N kW.6 根據(jù)以上計算所得數(shù)據(jù)，查找專業(yè)手冊，選擇合適電機，由于電機采用起動工作 制，每次剪切要求的加速時間非常短，電動機功率幾乎完全由飛剪運動質量的加速條 件決定的，剪切力對電動機功率實際上影響不大。該剪切機為便于起、制動，選雙電 機驅動，初步選交流電機型號 TQ3940-6BC02-Z， N=1600kW，n=600 r/min 兩臺，則滿 足所需功率要求： 。kWNkN5.267320162需總 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 12 頁 4 主要零件的強度計算 4.1 減速機的計算 4.1.1 減速機的傳動比分配 電機功率為 1600kW,額定轉速為 600r/min,每年 300 工作日,三班制,每班 8 小時（實 際按 3 小時）,壽命 10 年。 減速機采用雙電機驅動，其齒輪排列形式如下： 圖 4.1 傳動示意圖 減速機傳動比的分配原則：按齒面接觸強度相等，減速器具有最小的外行尺寸和 較有利潤滑條件的原則。 總傳動比： 163.9.30Hni電 兩級齒輪傳動，去齒輪減速高速級的傳動比： 086.513.9.5.1ii 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 13 頁 低速級傳動比： 768.30.5192i 4.1.2 減速機齒輪設計 1 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) （1）按所設計的傳動方案，選用斜齒圓柱齒輪傳動。 （2）選用 8 級精度（GB10095-88） 。 （3）材料選擇：小齒輪材料選用 34CrNi3Mo，整體調質處理，強度極限 =803.6MPa,屈b 服極限 =686 MPa,彎曲疲勞極限 =343 MPa,齒面硬度 HB320；大齒輪選用slimF 40CrMn2Mo，調質處理，齒面硬度 HB290, 強度極限 =862.4MPa,屈服極限 =686 bs MPa,彎曲疲勞極限 =274.4 MPa,接觸疲勞極限均為 820 MPa。limF （4）選小齒輪齒數(shù) ，大齒輪齒數(shù) 。19z 63.9108.5z12i （5）選取螺旋角。初選螺旋角 =14。 2 按齒面接觸強度設計 3 2112HEdtt ZuTK （4.1） （1）確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 1）試選 Kt = 1.6。 2）由文獻1,P217 圖 10-30選取區(qū)域系數(shù) 。2.43 ZH 3）由文獻1,P215 圖 10-26查得 ， 。78.0187.0 則標準圓柱齒輪傳動的端面重合度 。65121 4）由文獻1,P205 表 10-7選取圓柱齒輪的齒寬系數(shù) 。d 5）計算小齒輪傳遞的轉矩 015.9nPT 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 14 頁 （4.2） = 9.55 601 3 =25466.7 mN 6）由文獻1,P201 表 10-6查得材料的彈性影響系數(shù) 。2 1EMPa 18.9 Z 7）計算應力循環(huán)次數(shù) hjLnN1160 （4.3） 1038160952. uN/12 （4.4） 2.3/1059.2 8 由文獻1,P207 圖 10-19查取彎曲疲勞壽命系數(shù)： ；95.01HNK2.1HNK 8）計算接觸疲勞許用應力 由文獻1,P205 公式 10-12取失效概率為 ，安全系數(shù) S=1 得： （4.5） SHN1lim1 82095.MPa7SKHN2lim2180.Pa94 許用接觸應力： 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 15 頁 2/1HH （4.6）2/9847MPa5.1 （2）計算 1）計算小齒輪分度圓直徑 ，由計算公式得：1td 3 231 5.819432.65.10724. t m.60 2）計算圓周速度 （ 4.7）10ndvt6.2s/m.8 3）計算齒寬 b 及模數(shù) nt tdb1 （4.8） = 16.20m 1coszdmtnt （4.9）194cos6.20m8.3 nth5 （4.10） 28.13.9 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 16 頁8.29/16.0/hbm7 4）計算縱向重合度 tgzd138.0 （4.11） 49.t5061 5）計算載荷系數(shù) K 已知使用系數(shù) =1，根據(jù) v = 8.2m/s，8 級精度，由文獻 1,圖 10-8 查得動載系A 數(shù) ，由文獻1,表 10-4 查得 的計算公式：2.1VKHK （4.12）bdH 3210.)6.01(.2.1 6.25847. 由文獻1 ，P198 圖 10-13查得 ，由文獻1，P195 表 10-3查得4.1FK ，所以載荷系數(shù)：.1FHK HVA （4.13） 47.125.17 6）按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑 31/ttKd （4.14） 36.1/572.60m84 7）計算模數(shù) nm 1coszdmn （4.15） 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 17 頁194cos68.30m5. 3 按齒根彎曲強度設計 （4.16）321 cosFSdn YzYKT （1）確定計算參數(shù) 1）計算載荷系數(shù) FVAK （4.17）38.1425.1 2）根據(jù)縱向重合度 ，由文獻1，P217 圖 10-28 查得螺旋角影響系數(shù)506. 。8.0BY 3）計算當量齒數(shù) 31coszV （4.18） 14cs938.20 3coszV149732.06 4）查取齒形系數(shù) 由文獻1,P200 表 10-5查得， ； 。78.1FY175.2FY 5）查取應力校正系數(shù) 由文獻1,P200 表 10-5查得， ； 。5.1S 9.2S 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 18 頁 6）查取彎曲疲勞強度極限 由文獻1 ，P208 圖 10-20 查得，小齒輪 MPa；大齒輪c341FE MPa。274FE 7） 彎曲疲勞極限壽命系數(shù) 由文獻1 ，P206 圖 10-18查得 。8.0,5.21FNFNK 8）計算彎曲疲勞許用應力 取安全系數(shù) ,由文獻1,公式（10-12）得 4.1S SFENF11 （4.19） 4.138502SKFENF24.178023 9）計算大、小齒輪的 并加以比較FS Y 25.08176.1S. 23.7912FSY06. 經(jīng)比較得，大齒輪的數(shù)值大。 （2）設計計算 32365.190267.807.54.2nm7.16 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 19 頁 對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數(shù) 與由齒根彎曲強度計算的nm 法面模數(shù) 相差不大，取標準模數(shù)值 ，已可滿足彎曲強度要求。但為了nm18nm 同時滿足接觸疲勞強度，需按接觸疲勞強度算得的分度圓直徑 來計算68.3041d 應有的齒數(shù)。于是由 nmdzcos1 （4.20）184cos6.30m2. 取 ,則 ，取 。17z78.5i12z 872Z 4 幾何尺寸的計算 （1）計算中心距 cos21nmza （4.21）14cos287m65.9 將中心距圓整為 965mm。 （2）按圓整后的中心距修正螺旋角 amzn2arcos1 （4.22）9652187arcos 45514 因 值改變不多，故參數(shù) 、 、 等不必修正。KHZ （3）計算大、小齒輪分度圓直徑 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 20 頁 cos1nmzd （4.23）451 cos87m0.3 cs2nzd451o87m60. 其他齒輪計算略,齒輪結構如下所示 調 質 處 理材 料 ,34:01MNCZr 0224:MCZnr材 料 圖 4.2 齒輪 1 簡圖 圖 4.3 齒輪 2 簡圖 調 質 處 理材 料 ,34:0MNCZr 024:MCZnr材 料 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 21 頁 圖 4.4 齒輪 3 簡圖 圖 4.5 齒輪 4 簡圖 （4）計算齒輪寬度 m50.31.1db （4.24） 圓整后取 B =316mm,B =330mm。21 4.1.3 下轉鼓軸的設計計算 （1）力能參數(shù)的計算 1）下轉鼓軸傳遞的功率 （4.25）02323 PP齒承聯(lián) 由文獻5 ，P109 表 4.2-9查得：聯(lián)軸器的傳動效率： 軸承的傳動效率：，聯(lián) 9. ，齒輪的傳動效率： 。98.0軸97.0齒160.822323 =2777.28kW 2）下轉鼓軸的轉速 in13 （4.26） 163.90min/r 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 22 頁 3）下轉鼓軸的扭矩 （4.27）33n5.9PT 1.0287.3 Nk84 （2）材料的選用 選取軸的材料為 34CrNi3Mo 合金鋼，調制處理。 （3）軸結構的初步設計 取 =112，于是得 0A 30minPAd （4.28） 31.287149. 輸出最小直徑一般是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑，在選擇聯(lián)軸器是應當考慮。根據(jù)綜 合考慮初步設計軸及其軸上零件裝配方案如圖： 圖 4.6 下轉鼓軸及其齒輪和軸承裝配示意圖 初步選用聯(lián)軸器的最小直徑： 。m710ind 1）軸承的選擇 因為該軸承主要承受徑向力而不承受軸向力，所以初選雙列圓柱滾子軸承 NN 型, 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 23 頁 基本尺寸 。m3401730TDd 圖 4.7 下轉鼓軸示意圖 2）軸向尺寸的確定 軸承寬 340mm，組合齒輪 1（左）寬 975mm，齒輪 2（右）寬 400mm，齒輪與箱 壁之間的距離為 125mm，聯(lián)軸器（半）800mm。 3）軸的基本尺寸 。， ，，，，，， ，，，，，， m720d70d m1280d730dm720d715d152 5L52L85 0L538L6 432 6431 （4）繪制轉鼓軸的受力分析 圖 4.8 轉鼓軸受力示意圖 （5）計算各力 已知參數(shù)： =847.1kN，剪切力 P=6048kN，組合齒輪的 。3T 82341 1）計算兩齒輪上的各力 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 24 頁 （4.29）kN80.612.47d5321TFttt （4.30）cos21gtr8430.6tkN.25 （4.31）tgFa1 28431.k286 2）計算軸承上的切向力 BCADtNHLF2 （4.32） 970.28.61438.61k.5 2t1NHNHF （4.33） =2 63.5978. =725.97kN 3）計算徑向力 PFNVr121 02r21 BDBEBCVaABr LFLMLF 5121d aaF 聯(lián)立解得： NNVNV k53.216,k15.3401 （6）繪制下轉鼓軸的載荷分布圖如下： 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 25 頁 圖 4.9 軸的載荷分布圖（M，T 的單位為 kNm） 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 26 頁 （7）計算彎矩 經(jīng)計算得水平面的彎矩為 mkNMHB50.21 E46 C9.3 垂直面的彎矩為 mNVAk17.5 MB92 VE8.436 Ck1 mNVD7.5 合成總彎矩為 MAk1. B76580 mNE9.43 Ck2 D17.5 （8）計算扭矩 mkNT.843 （9）按彎扭合成應力校核軸的強度 進行校核時，通常是校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面的強度） 。 取 a = 0.6，由文獻1,P373 公式（15-5 ）得軸的計算應力為 WTMca 21總 （4.34） 32626180. ).47(7.5Pa9.3 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 27 頁 WTMca 22總32626180. )15.4(79.43Pa.20 均小于許用彎曲應力 =70 ,所以符合強度要求。21,ca1 4.2 剪刃的設計 4.2.1 材料的選擇 剪刃材料要求具有高硬度、高耐磨性、高熱硬性，因此，選用剪刃合金鋼 ，該鋼具有較高強度和高硬度，但塑性較低，較適用于做剪切機刀片。該鋼SiCrW24 含碳 0.45% 0.35%，含錳小于 40%，含硅 0.80% 1.10%，含 Cr1.00%1.30% ，含 W2.00%2.50%。選用淬火熱處理，淬火介質用油，淬火溫度為 860900，淬火 后硬度為 HB217179。 4.2.2 剪刃的結構設計 為使剪后的軋件能順利進入精軋機組，改善軋件頭尾質量，剪刃設計成圓弧形狀 （垂直投影）凸凹剪刃相配合剪切軋件，如圖所示剪刀的形狀 圖 4.10 凸凹剪刃示意圖 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 28 頁 4.3 轉股軸承的選擇及校核 選用雙列圓柱滾子軸承 NN 型,基本尺寸 。此軸承不承受34017TDd 軸向力，則受力分析如下圖所示 圖 4.11 轉鼓軸承受力分析圖 由軸的受力計算得 kN34.251rerF806tt 53.16,.21VrVr kN97k975HrHrFF 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 29 頁 211HrvrrF （4.35） 2297.5.340kN18 22HrvrrF263.597.3k81 則得 kN47.3158.2821rrF （4.36） 由文獻1 ，P320 公式（13-9a）得 rPFf （4.37） 由文獻1 ，P321 表 13-6查得動載荷系數(shù)，取 。5.2Pf 47.312P =8742.94kN 由文獻1 ，P319 公式（13-5）得 （4.38） PCnLh601 滾子軸承 ，則310 3 10694.8723.10hL 852983.5h 每年工作小時數(shù)： ,則 故所選軸承滿足壽命要求。hh3hL 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 30 頁 4.4 側隙調整機構的設計 為便于剪刃側隙的調整，該剪切機安裝了一套側隙調整裝置，如下圖所示 1-中間套筒；2- 滾筒軸承壓蓋；3-軸承套；4-外套筒；5- 調整桿插孔；6-端蓋； 7-鍵；8- 鎖緊螺釘；9-墊圈；10-鍵；11-端蓋 圖 4.12 刀片側間隙調整裝置圖 刀片側間隙調整裝置是在滾筒的非傳動側（操作側）端。側間隙調整基本結構： 止推軸承內(nèi)座圓通過端蓋 6 與軸套固定在滾筒軸承壓蓋 2 的端部，外座圈則由一個帶 螺桿的軸承套 3 和端蓋 11 固定；軸套 3 裝在夾筒 1 內(nèi)，帶內(nèi)螺紋的軸環(huán) 4 擰在夾筒 1 的外螺紋上，并通過軸承套 3 的螺桿將其固定。為消除軸環(huán) 4 與夾筒 1 螺紋配合間隙， 在軸環(huán)的端面有 4 個鎖緊螺釘 8。 由于上下滾筒通過斜齒同步齒輪來傳動，當一個斜齒輪作軸向移動時，與之其相 嚙合的另一斜齒輪必然作相應的角位移，使一個滾筒相對另一個滾筒旋轉一個角度， 從而改變上下刀片之間的側間隙。顯然，在調整刀片側向間隙時，要首先松開鎖緊螺 釘 8，在轉動外套筒 4。由于中間套筒 1 固定在軸承座上，因而外套筒 4 就相對中間套 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 31 頁 筒 1 作軸向移動,并通過軸承套 3、端蓋 11 及止推軸承與滾筒軸承壓蓋 2 帶動滾筒及其 徑向滾動軸承內(nèi)座圈一起做軸向移動，來實現(xiàn)剪刃側隙的調整。下滾筒允許軸向移動 量為 毫米。5 刀片側間隙調整后，還要使刀片圓弧對齊，這是將刀片固定螺絲松開后，沿軸向 移動刀片來實現(xiàn)的。由于在滾筒上裝有兩把刀片，而用上述機構只能調整一對刀片的 側間隙，不能同時保證將兩對剪刃側間隙調整到要求的數(shù)值。由于一對剪刃的側間隙 調好后，就不允許滾筒再有軸向移動，因而另一對刀片側間隙的調整只能用增減墊片 的辦法來調整。 此飛剪機上下滾筒的同步傳動齒輪沒有裝設副齒，齒輪不能在無側間隙下工作， 因而傳動不夠平穩(wěn)。 4.5 聯(lián)軸器的選擇與校核 4.5.1 聯(lián)軸器的分類 按照聯(lián)軸器的性能可分為剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器。剛性聯(lián)軸器對所聯(lián)兩軸間的 相對位移缺乏補償能力，但有結構簡單，制造容易，不需維護，成本低等特點而仍有 其應用范圍；撓性聯(lián)軸器中又分為無彈性元件的撓性聯(lián)軸器和帶彈性元件的撓性聯(lián)軸 器， 。前一類只具有補償兩軸間相對位移的能力，后一類因裝有彈性元件，不僅可以補 償兩軸間的相對位移，而且具有緩沖減振的能力。 4.5.2 聯(lián)軸器的選擇 根據(jù)傳遞載荷的大小，軸轉速的高低，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。具體選擇時可考慮以下幾點： 1. 所聯(lián)接兩個軸的軸徑； 2. 傳遞的轉矩大小和性質以及對緩沖減振功能的要求； 3. 聯(lián)軸器的工作轉速高低和引起的離心力大?。?4. 兩軸相對位移的大小和方向； 5. 聯(lián)軸器的可靠性和工作環(huán)境，以及成本。 根據(jù)以上幾點要求及以滿足聯(lián)軸器直徑大于軸的最小直徑為前提，同時得使所選 軸直徑與聯(lián)軸器孔徑相適應并滿足階梯軸的要求等，初選聯(lián)軸器如下： 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 32 頁 由文獻10查得，在電機軸與減速機軸之間選取聯(lián)軸器型號為 CLZ 8 齒型聯(lián)軸 器，減速機輸出軸和下轉鼓軸之間選取聯(lián)軸器型號為 JM型-無沉孔接中間軸型。 4.5.3 聯(lián)軸器的強度計算 以減速器輸出軸與安裝齒輪的軸之間的聯(lián)軸器為例進行強度校核。聯(lián)軸器的承載 能力既與材料和熱處理有關，也與兩軸相對位移的方向和位移量大小有關，而且還與 嚙合齒面間的滑動速度和潤滑狀態(tài)有關，對于標準聯(lián)軸器，可按標準規(guī)定的方法驗算， 由文獻1 ，P351 公式（14-1）得 TKAca （4.39） 式中： 聯(lián)軸器的許用轉矩，單位：N m T 聯(lián)軸器長期承受的理論轉矩，單位：N m 聯(lián)軸器工作條件系數(shù)。AK 由文獻1 ，P351 表 14-1得 =1.7AK = =25466.7 N mT1 所以 7.2546.ca =43293.4 N m 由文獻10知：聯(lián)軸器 的T =260000 Nm 。1caT 顯然聯(lián)軸器故安全。其余聯(lián)軸器校核同理。 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 33 頁 5 潤滑方法的選擇 潤滑的目的就是為了減少工作表面的摩