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題 目：380碎斷剪設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名：
學(xué) 號(hào)：
專 業(yè)：
班 級(jí)：
指導(dǎo)教師：
51
摘 要
線材生產(chǎn)中的飛剪機(jī)是用來(lái)切頭、切尾、以及當(dāng)出現(xiàn)事故時(shí)切取定尺的。飛剪機(jī)有許多類型，論文中的380雙滾筒式碎斷剪，是應(yīng)用在高速線材生產(chǎn)中的一中。它采用單機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)齒輪和聯(lián)軸器，帶動(dòng)傳動(dòng)軸，然后由輸出軸上的剪刃切斷軋件。本文做了以下工作：1.選擇和確定了傳動(dòng)方案。2.選擇并校核了電動(dòng)機(jī)。3.設(shè)計(jì)了傳動(dòng)軸和齒輪，并校核了它們的強(qiáng)度。4.選擇了與之配套的潤(rùn)滑系統(tǒng)和維修制度。
關(guān)鍵字：圓盤(pán)飛剪、單電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)、開(kāi)式機(jī)架、最大剪切力、彎扭合成應(yīng)力。
Abstract
Flying shear is used to cut head and end and design length as well as accident on wire rod producing. Flying shear has many kinds types. The 380 breaking shear designed in this paper is one of them. It adapts one electrical machine to drive.The electrical machine passes though gear and clutch, to drive the shafts and cut down the wire rod. The following work has been completed in this paper. One. Selecting and defining design scheme. Two. selecting and checking electrical machine. Three. Designing and checking principal shafts and gears. Four. Selecting suitable lubricate system and maintain scheme.
Key words: disk fly shear, single electromotor transmission, opening type machine rack, most cut power, crankle compound stress.
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第一章 引 言 3
1.1 線材的概論 1
1.1.1 線材中碎斷剪的工作原理 1
1.1.2 線材的概念及用途 1
1.1.3 線材軋機(jī)的工藝特點(diǎn) 4
1.1.4 線材軋機(jī)的發(fā)展前景 5
1.2 飛剪機(jī)的概況 6
1.2.1線材生產(chǎn)中飛剪機(jī)的作用特點(diǎn) 6
1.2.2飛剪機(jī)的類型 7
1.2.3飛剪機(jī)發(fā)展?fàn)顩r…………………………………………………………….....9
第二章 主要零部件設(shè)計(jì) 9
2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 9
2.2 剪切力、剪切力矩的計(jì)算 12
2.3 主電機(jī)的計(jì)算以及類型選擇 15
2.4 主要零件的設(shè)計(jì)、選擇及校核 16
2.4.1 轉(zhuǎn)速與扭距的計(jì)算 16
2.4.2 齒輪的設(shè)計(jì) 17
2.4.3 軸的設(shè)計(jì) 23
2.4.4 軸承及鍵的選擇與校核…………………………………………………….40
2.4.5 連軸器的選用與校核 43
2.4.6 刀架的設(shè)計(jì)及校核 43
2.4.7 電動(dòng)機(jī)的校核 47
2.5 碎斷剪的潤(rùn)滑與維修 49
2.5.1 碎斷剪的潤(rùn)滑 49
2.5.2 碎斷剪的維修 50
結(jié)束語(yǔ) 51
參考文獻(xiàn) 52
第一章 引 言
1.1線材的概論
1.1.1 線材中碎斷剪的工作原理
線材生產(chǎn)中的碎斷剪工作于回轉(zhuǎn)剪之后，與轉(zhuǎn)轍器協(xié)調(diào)工作，具體工作原理如下：其中轉(zhuǎn)轍器的作用是將軋件轉(zhuǎn)送給精軋機(jī)或撥至碎斷剪。起位于回轉(zhuǎn)剪之后。
轉(zhuǎn)轍器結(jié)構(gòu)：轉(zhuǎn)轍器支架和機(jī)座為焊接結(jié)構(gòu)，鉸接的轉(zhuǎn)轍器本體為球墨鑄鐵。轉(zhuǎn)轍器由汽缸驅(qū)動(dòng)，其原理圖如下：
動(dòng)作過(guò)程：當(dāng)軋件被切頭時(shí)，轉(zhuǎn)轍器汽缸活塞位于一位，通道A對(duì)向精軋機(jī)，切頭落入C，同時(shí)把軋件抬高35mm，通過(guò)了轉(zhuǎn)轍器A位導(dǎo)入精軋機(jī)。當(dāng)軋件被咬入精軋機(jī)之后，轉(zhuǎn)轍器汽缸活塞運(yùn)動(dòng)到2位，通道B對(duì)向碎斷剪。如果精軋機(jī)以后某段出事故，就可以立即啟動(dòng)碎斷剪（轉(zhuǎn)轍器不動(dòng)），分隔軋件，后續(xù)軋件經(jīng)通道B導(dǎo)向碎斷剪。同時(shí)，當(dāng)軋件進(jìn)入碎斷剪后，轉(zhuǎn)轍器活塞又返回1位對(duì)向精軋機(jī)。如果事故在很短時(shí)間內(nèi)完成，啟動(dòng)剪機(jī)分隔軋件后，剩余的軋件可繼續(xù)經(jīng)A通道導(dǎo)入精軋機(jī)。
1.1.2 線材的概念及用途
線材按其斷面形狀屬型鋼，實(shí)際上已成獨(dú)立鋼類。直6徑5-4mm的熱軋圓鋼和10mm以下的螺紋鋼，通稱線材。線材大多用卷材機(jī)卷成盤(pán)卷供應(yīng)，故又稱為盤(pán)條或盤(pán)圓。
線材是用量很大的鋼材品種之一。軋制后可直接用于鋼筋凝土的配筋和焊接結(jié)構(gòu)件，也可經(jīng)再加工使用。例如，經(jīng)拉拔成各種規(guī)格鋼絲，再捻制成鋼絲繩、編織成鋼絲網(wǎng)和纏繞成型及熱處理成彈簧；經(jīng)熱、冷鍛打成鉚釘和冷鍛及滾壓成螺栓、螺釘?shù)龋唤?jīng)切削成熱處理制成機(jī)械零件或工具等。
線材一般用普通碳素鋼和優(yōu)質(zhì)碳素鋼制成。按照鋼材分配目錄和用途不同，線材包括普通低碳鋼熱軋圓盤(pán)條、優(yōu)質(zhì)碳素鋼盤(pán)條、碳素焊條盤(pán)條、調(diào)質(zhì)螺紋盤(pán)條、制鋼絲繩用盤(pán)條、琴鋼絲用盤(pán)條以及不銹鋼盤(pán)條等。
線材的用途很廣，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門(mén)中線材占有重要的地位。有的線材軋機(jī)以后可以直接使用，主要用做鋼筋混凝土的配筋和焊接結(jié)構(gòu)作用；有的則作為再加工原料，經(jīng)過(guò)再加工后使用。例如，經(jīng)過(guò)拉拔成為各種鋼絲，再經(jīng)捻制而成為鋼繩，或編制成鋼絲網(wǎng)；經(jīng)過(guò)熱鍛或冷鍛成鉚釘；經(jīng)過(guò)冷鍛及滾壓成螺栓；以及經(jīng)過(guò)各種切削加工及熱處理制成機(jī)器零件或工具；經(jīng)過(guò)纏繞成型及熱處理成彈簧；等等。
線材的應(yīng)用范圍不僅相當(dāng)廣泛，而且用量也很大。根據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，各國(guó)線材產(chǎn)量占全部熱軋材總量的5.3~15.3%。
線材雖然是型鋼中尺寸最小的圓鋼，但是由于線材的尺寸精度和機(jī)械性能要求高，軋件速度又非常快，它的生產(chǎn)工藝和設(shè)備相對(duì)于普通圓鋼要復(fù)雜的多。
從生產(chǎn)工藝來(lái)講，合乎尺寸精度要求的線材，不是輕易就能軋出來(lái)的。其原因是線材比圓鋼細(xì)而長(zhǎng)，表面積大，溫降非常快，在軋制到最后幾道次的的時(shí)候，能保持軋件在熱加工溫度范圍的時(shí)間非常短，這就容易造成由于溫度急劇下降而超出了允許的軋制溫度下限，使整根線材成為廢品。此外，雖然鋼坯在加熱時(shí)個(gè)部分溫度基本是均勻一致的，但由于個(gè)部分從出爐到軋制所經(jīng)歷的時(shí)間不同，在軋制過(guò)程中溫度的大小也就不同，從而造成個(gè)部分的溫度差異。據(jù)測(cè)定在普通橫列式軋機(jī)上，最后道次線材頭尾溫差可達(dá)200以上，線材各部分溫度的差異，導(dǎo)致了線材各部分在軋制時(shí)的變形情況不同和卻到常溫時(shí)的收縮量不同，而形成的各部分?jǐn)嗝娌煌@不斷會(huì)造成線材沿長(zhǎng)度方向上的端面尺寸的不均勻性，而且往往導(dǎo)致線材前半部分尺寸合乎精度要求而后半部分超出允許公差范圍，或中部合乎尺寸要求而頭尾超出允許的尺寸公差。所有這些都給調(diào)整和操作造成困難，并對(duì)調(diào)整和操作提出了較高的要求。這種工藝特點(diǎn)在其他熱軋型鋼生產(chǎn)中不這樣明顯。
另外，要保證線材達(dá)到所要求的金相組織和性能以及沿全尺組織性能均勻一致也是不容易的。線材軋制工程中各部分的溫度差異，以及卷曲成盤(pán)卷后冷卻過(guò)程中個(gè)部分的差異，都會(huì)使線材沿全尺的金相組織和性能不均勻，這就造成了線材生產(chǎn)工藝的復(fù)雜性。
1.1.3 線材軋機(jī)的工藝特點(diǎn)
為了研究線材生產(chǎn)過(guò)程和各類線材軋機(jī)的特點(diǎn)，有必要從線材軋機(jī)的工藝特點(diǎn)講起。
橫列式線材軋機(jī)是最古老的一種線材軋機(jī)。開(kāi)始時(shí)是單列，數(shù)架軋機(jī)橫向單列由一個(gè)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)。后來(lái)又發(fā)展成多列，每列又一個(gè)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，同一機(jī)列各架轉(zhuǎn)數(shù)相同，各機(jī)架間用人工或圍盤(pán)送鋼進(jìn)行活套軋制。因此，限制了速度的提高，活套不能調(diào)節(jié)，造成了活套周期長(zhǎng)，溫降嚴(yán)重，盤(pán)重小，成品精度和性能差，成產(chǎn)率低。目前，這種軋制成品速度一般為8米每秒，盤(pán)重不超過(guò)100公斤。
下圖是線材生產(chǎn)的工藝流程圖：
連續(xù)式線材軋機(jī)是指軋件同時(shí)在幾架（機(jī)組）或在全部軋機(jī)上軋制，，金屬秒流量相等，即=常數(shù)，實(shí)現(xiàn)了連軋關(guān)系的線材軋機(jī)。
它與橫列式線材軋機(jī)相比較有倆個(gè)特點(diǎn)，其一是避免了不能調(diào)節(jié)的活套，實(shí)現(xiàn)了連軋關(guān)系，從根本上解決了長(zhǎng)活套軋制時(shí)大量散熱的問(wèn)題在有些精軋機(jī)上，不但溫度降低，反而由于變化功轉(zhuǎn)化的熱量，使軋件溫度升高。中軋機(jī)組軋件溫度升高，是由于軋件變形熱大于軋件散失的熱量。精軋機(jī)由于軋件端面較小，散熱較大，故倆者基本平衡。在高速線材的精軋機(jī)組上，由于軋件變形熱較大，故軋制溫度略有升高，隨著軋制速度的不同，升高幅度也不同。第二個(gè)特點(diǎn)是設(shè)置布置十分緊湊，在使用長(zhǎng)鋼坯（一般在9~2米左右）時(shí)將出現(xiàn)軋件前端已進(jìn)入卷線機(jī)而軋件尾部爐內(nèi)的情況。這就保證了軋件在軋制過(guò)程中各道次的軋制溫度保持近于相等。在連續(xù)式線材軋機(jī)上線材終軋溫度均在Ac以上，而線材頭，尾溫度差很小可忽略不計(jì)。由此可見(jiàn)，軋件在連軋過(guò)程中，軋制溫度基本不變并保持秒流量相等，這就是連續(xù)式線材軋機(jī)的工藝特點(diǎn)。
1.1.4 線材軋機(jī)的發(fā)展前景
我國(guó)已經(jīng)是世界線材生產(chǎn)大國(guó),擁有數(shù)量最多的高技術(shù)線材軋機(jī),但產(chǎn)品品種和質(zhì)量仍然落后。21世紀(jì)的發(fā)展之路,是跟蹤世界先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展,發(fā)揮現(xiàn)有軋機(jī)的技術(shù)優(yōu)勢(shì),滿足金屬制品的需要。調(diào)整軋機(jī)布局,向西部?jī)A斜。提高國(guó)產(chǎn)高線軋機(jī)的技術(shù)水平,使之在改造大量落后軋機(jī)的結(jié)構(gòu)調(diào)整中,發(fā)揮主力軍的作用。毫無(wú)疑問(wèn)，提高軋制速度，增大盤(pán)重和加大鋼坯斷面的趨勢(shì)必將繼續(xù)下去。但有些問(wèn)題也必須得到解決，首先是解決精軋機(jī)組后的導(dǎo)向裝置，飛剪，分線裝置，成圈器以及冷卻輸送，線卷收集和成品輸送等裝置的研制和開(kāi)發(fā)問(wèn)題。
線材生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)全盤(pán)控制和管理也是線材生產(chǎn)的發(fā)展方向。現(xiàn)代化的線材生產(chǎn)應(yīng)逐步實(shí)現(xiàn)全在線電子計(jì)算機(jī)控制和管理，從原料堆放，入爐至成品鋼入庫(kù)，發(fā)貨為止，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化，以進(jìn)一步提高勞動(dòng)效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。要實(shí)現(xiàn)線材軋機(jī)的尺寸自動(dòng)控制和最小張力控制，以提高線材質(zhì)量。為此，必須有可靠的自動(dòng)檢測(cè)儀表和嚴(yán)格的生產(chǎn)技術(shù)管理基礎(chǔ)。
由此，我們可以勾畫(huà)出線材生產(chǎn)線的前景：首先，連鑄坯源源不斷地由煉鋼車(chē)間連鑄機(jī)送出來(lái)，經(jīng)過(guò)在線連續(xù)探傷儀檢驗(yàn)鋼坯缺陷，用在線火焰清理機(jī)進(jìn)行表面火焰清理，并自動(dòng)分選鋼坯，進(jìn)入中間保溫爐；鋼坯在大壓下軋機(jī)上一次軋成線材軋機(jī)所需要的小鋼坯；此后，在送入帶自動(dòng)控制尺寸和最小張力控制的單線無(wú)扭高速線材軋機(jī)，線材尺寸公差可達(dá)到毫米；線材以100米每秒以上的速度離開(kāi)精軋機(jī)組，經(jīng)過(guò)自動(dòng)控制水量的間歇水冷套管預(yù)冷后在高速飛剪上切頭；然后進(jìn)入圈器，經(jīng)過(guò)有效的散拳控制冷卻處理后集成3噸以上重的盤(pán)卷；再經(jīng)高效率的運(yùn)輸機(jī)轉(zhuǎn)至自動(dòng)檢驗(yàn)站和自動(dòng)打捆機(jī)，進(jìn)行打捆，包裝和掛標(biāo)簽，過(guò)磅，最后再運(yùn)往自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程都由電子計(jì)算機(jī)控制和管理，并通過(guò)彩色電視并在各個(gè)中心控制站顯示。
1.2 飛剪機(jī)的概況
1.2.1線材生產(chǎn)中飛剪機(jī)的作用特點(diǎn)
線材車(chē)間的剪切設(shè)備用于軋件的切頭，切尾和事故處理。依剪切設(shè)備的設(shè)置部位和用途計(jì)有切頭剪、事故剪和精軋后的切頭切尾剪。
線材生產(chǎn)中所用的剪切機(jī)依其結(jié)構(gòu)和原理可分為飛剪和其它形式的剪切機(jī)。由于線材斷面很小，對(duì)斷面切斜要求不嚴(yán)，不定尺剪切，故所用的飛剪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
飛剪的特點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面
（1）同步性：即當(dāng)飛剪剪切軋件的瞬時(shí)必須使軋件的運(yùn)行速度與飛剪剪刃的水平速度相同。
（2）切定尺：根據(jù)用戶的要求，飛剪應(yīng)能把軋件切成各種長(zhǎng)度的定尺。實(shí)現(xiàn)各種定尺尺度的機(jī)構(gòu)稱為調(diào)長(zhǎng)機(jī)構(gòu)。飛剪的調(diào)長(zhǎng)機(jī)構(gòu)根據(jù)調(diào)長(zhǎng)的基本方程進(jìn)行軋件的調(diào)長(zhǎng)。對(duì)于連續(xù)工作制的飛剪，調(diào)長(zhǎng)的基本方程如下：
式中 — 要求剪切的定尺長(zhǎng)度（m）
— 軋件的運(yùn)行速度（m/s）
— 刀片的轉(zhuǎn)速（r/m）
— 空切系數(shù)，即在相鄰倆次剪切時(shí)間內(nèi)刀片的所轉(zhuǎn)圈數(shù)，對(duì)滾筒式飛剪，其運(yùn)動(dòng)軌跡為圓時(shí)，則軋件長(zhǎng)度可表示為：
式中 —小直徑滾筒的直徑，（mm）
由此可見(jiàn)，為了滿足對(duì)飛剪的工藝要求，須裝設(shè)勻速機(jī)構(gòu)和空切機(jī)構(gòu)。不同的飛剪有不同的勻速機(jī)構(gòu)，如徑向勻速機(jī)構(gòu)，橢圓齒輪勻速機(jī)構(gòu)，雙曲柄勻速機(jī)構(gòu)等。空切機(jī)構(gòu)亦有不同的形式。以上兩種機(jī)構(gòu)組成了各種形式的飛剪。
1.2.2飛剪機(jī)的類型
（1）滾筒式飛剪機(jī)
滾筒式飛剪機(jī)是一種應(yīng)用很廣的飛剪機(jī)。它裝設(shè)在連軋機(jī)組或橫切機(jī)組上，用來(lái)剪切厚度小于12mm的鋼板或小型型鋼。這種飛剪機(jī)作為切頭飛剪機(jī)時(shí)，其剪切厚度可達(dá)45mm。滾筒式飛剪機(jī)的刀片作簡(jiǎn)單的圓周運(yùn)動(dòng)，故可剪切運(yùn)動(dòng)速度高達(dá)15m/s以上的軋件。
（2）曲柄回轉(zhuǎn)杠桿式飛剪機(jī)
用飛剪機(jī)剪切厚度較大的板帶或鋼坯時(shí)，為了保證剪后軋件斷面的平整，往往采用刀片作平移運(yùn)動(dòng)的飛剪機(jī)。曲柄回轉(zhuǎn)式（也稱曲柄連桿式）飛剪機(jī)就是此類飛剪機(jī)的一種。此飛剪機(jī)在剪切軋件時(shí)刀片垂直于軋件，剪切斷面較為平整。在剪切板帶時(shí)，可以采用斜刀刃，以便減少剪切力。
（3）曲柄偏心式飛剪機(jī)
這類飛剪機(jī)的刀片作平移運(yùn)動(dòng)，通過(guò)改變偏心軸與雙臂曲柄軸（也可以說(shuō)是導(dǎo)架）的角度比值，可改變刀片軌跡半徑，以調(diào)整軋件的定尺長(zhǎng)度。這類飛剪機(jī)裝設(shè)在連續(xù)鋼坯軋機(jī)之后，用來(lái)剪切方鋼坯。
（4）擺式飛剪機(jī)
擺式飛剪機(jī)是用來(lái)剪切厚度小于6.4mm的板帶，刀片在剪切區(qū)作近似與平移的運(yùn)動(dòng)，剪切質(zhì)量好。上下刀架與住曲柄連接處的偏心距為e1,偏心位置相差。當(dāng)住曲柄軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，上下刀架做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，完成剪切運(yùn)動(dòng)。由于上下刀架除能上下運(yùn)動(dòng)外還可進(jìn)行擺動(dòng)，故能剪切運(yùn)動(dòng)中的軋件。
（5）曲柄搖桿式飛剪機(jī)（施羅曼飛剪機(jī)）
這種飛剪機(jī)也稱為施羅曼（Schloemann）飛剪機(jī)，用來(lái)剪切冷軋板帶。由于飛剪機(jī)工作時(shí)總能量波動(dòng)較小，故可在大于5m/s的速度下工作。
1.2.3飛剪機(jī)發(fā)展?fàn)顩r
飛剪機(jī)的發(fā)展主要以下幾個(gè)趨勢(shì)：
① 飛剪機(jī)的剪切斷面質(zhì)量提高
這要求剪刃在剪切區(qū)域內(nèi)其水平方向的速度與軋件最大限度的保持一致，為達(dá)到這一目的，在飛剪機(jī)中往往設(shè)置了勻速機(jī)構(gòu)。另外，有些剪切機(jī)還裝有定尺調(diào)長(zhǎng)機(jī)構(gòu)。這些變化導(dǎo)致了剪切機(jī)構(gòu)的復(fù)雜，所以飛剪的最大一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)是機(jī)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜、龐大，飛剪機(jī)功能也越來(lái)越多。
② 飛剪的自動(dòng)化
隨著機(jī)、電、液一體化進(jìn)程的提高，軋制速度也越來(lái)越高，自動(dòng)化趨勢(shì)已經(jīng)成為必然的發(fā)展方向。首先，軋制流水線越來(lái)越先進(jìn)，軋制速度越來(lái)越高，是人工操作成為另外軋制水平提高的大障礙。這要求自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)，而自動(dòng)控制與機(jī)電一體為其實(shí)現(xiàn)提供了條件。
第二章 主要零部件設(shè)計(jì)
2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1.1. 設(shè)計(jì)方案的選擇和確定
由于精軋機(jī)的380碎斷剪有倆根軸帶動(dòng)一對(duì)飛剪進(jìn)行切斷動(dòng)作，因此這就有倆種傳動(dòng)方案。一種由單電機(jī)驅(qū)動(dòng)一個(gè)滾筒而另一個(gè)滾筒由齒輪嚙合傳遞力矩來(lái)驅(qū)動(dòng)。另一種是由倆臺(tái)電機(jī)分別帶動(dòng) 上下剪軸輸入力矩，直接帶動(dòng)上下滾筒旋轉(zhuǎn)剪切。為了確定一最佳傳動(dòng)方案，將倆種傳動(dòng)方案各自的優(yōu)缺點(diǎn)加以比較。
（1）單電機(jī)傳動(dòng)方案
由于它帶動(dòng)滾筒上的齒輪傳動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)另一滾筒，所以主動(dòng)輪上的齒輪軸所受到的載荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)欠于從動(dòng)滾筒齒輪周的載荷。這樣主動(dòng)滾筒軸將更大可能的被破壞。所以這就很容易引申出一個(gè)特點(diǎn)或者說(shuō)是缺點(diǎn)：主動(dòng)軸易受到破壞而發(fā)生事故，同時(shí)，單一電機(jī)也承受過(guò)大的功率。同時(shí)這種方案也有以下優(yōu)點(diǎn)：上下剪的同步性高；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低；通過(guò)斜齒傳動(dòng)。可以裝一套簡(jiǎn)易的間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)。
（2）雙電機(jī)傳動(dòng)方案
這種方案克服了單電機(jī)傳動(dòng)的傳動(dòng)的倆個(gè)缺點(diǎn)。首先，它的倆套傳遞系統(tǒng)平行傳動(dòng)。每套系統(tǒng)的各個(gè)零件受力狀況基本相同，不存在某個(gè)零件因受到載荷過(guò)大而先遭到破壞的問(wèn)題；其次，它由雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)，每個(gè)電機(jī)的受載相對(duì)較小。
此次所設(shè)計(jì)的碎斷剪是在軋線上出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)進(jìn)行碎斷的。倆剪刀的同步性要求很高。因此單機(jī)驅(qū)動(dòng)更為適合，至于主動(dòng)軸的易破壞可以通過(guò)加大尺寸更換材料來(lái)解決。而大功率電機(jī)也比比皆是，因此通過(guò)以上考慮單電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
2.1.2 傳動(dòng)裝置的布置形式
采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的飛剪機(jī)，電機(jī)的布置方位可分為上傳動(dòng)和側(cè)傳動(dòng)倆種形式。
上傳動(dòng)是指電機(jī)及減速器都布置在飛剪機(jī)的機(jī)架上，具有結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小坯料等運(yùn)輸條件好的優(yōu)點(diǎn)，單獨(dú)使用的中小型飛剪機(jī)各為上傳動(dòng)形式。
電機(jī)布置在飛剪機(jī)的側(cè)面稱為側(cè)傳動(dòng)，對(duì)于大型鋼坯飛剪機(jī)因其電機(jī)的重量和大，不宜裝在機(jī)架的上部，故多采用側(cè)傳動(dòng)形式。在生產(chǎn)作業(yè)線上的飛剪機(jī)，軋件有輥道運(yùn)輸。工人在作業(yè)線一側(cè)操作，另一側(cè)裝電機(jī)，在這種情況下采用側(cè)傳動(dòng)極具合理性。
綜上所述，設(shè)計(jì)采用的是單電機(jī)傳動(dòng)，側(cè)傳動(dòng)的布局形式。
2.1.3 主要零部件的初步設(shè)計(jì)
由于確定了采用單電機(jī)傳動(dòng)，則需要一根輸入軸一根從動(dòng)軸，一副相嚙合的大小齒輪。
具體方案如下：
由電動(dòng)機(jī)采用聯(lián)軸器帶動(dòng)輸入軸，通過(guò)齒輪嚙合將運(yùn)動(dòng)和力矩傳到從動(dòng)軸，主動(dòng)軸與從動(dòng)軸一同帶動(dòng)剪刀旋轉(zhuǎn)，達(dá)到同步剪切的目的。考慮到見(jiàn)效軸向力的因素，倆齒均設(shè)計(jì)為直齒圓柱齒輪。其傳動(dòng)原理圖如下所示：
1.電動(dòng)機(jī) 2.聯(lián)軸器 3.傳動(dòng)齒輪 4.上剪軸 5.上剪刃 6.下剪刃 7.下剪軸
2.1.4． 機(jī)架的設(shè)計(jì)
飛剪機(jī)的機(jī)架形式有閉合式和開(kāi)式倆種。閉式機(jī)架通常作成門(mén)型的，位于剪刃的倆側(cè)，具有剛性好，剪刃斷面大的優(yōu)點(diǎn)。但便于檢護(hù)安全，卻不利于操作員工觀察剪切情況，不便于設(shè)備的維護(hù)和事故的處理。一般大型鋼坯飛剪機(jī)均采用閉式機(jī)架。
開(kāi)式機(jī)架是位于剪刃的一側(cè)，與閉式機(jī)架相比，其剛性較差，剪切斷面小，但便于檢修，維護(hù)和事故的處理。在保證必要的剛性條件下，采用開(kāi)式機(jī)架是很合理的。
飛剪機(jī)的機(jī)架有鑄件和焊件倆種，由于焊接水平的提高，采用焊接機(jī)架越來(lái)越多。采用焊接機(jī)架，既可以省去鑄造有關(guān)工序，縮短了制造周期，又因采用箱形，薄壁和筋板的結(jié)構(gòu)，能在保證足夠的剛性的前提下，設(shè)備重量減輕了，節(jié)約了鋼材，降低了成本，因此這里采用焊接結(jié)構(gòu)的開(kāi)式機(jī)架。
設(shè)計(jì)的滾筒式碎斷剪為單電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用齒輪機(jī)座，其作用是將電動(dòng)機(jī)的扭距給相應(yīng)的軸，其分為上，中，下三箱。上箱與中箱的凹孔內(nèi)安放上剪軸及其軸承。中箱與下箱之間的凹孔內(nèi)安裝下剪軸及其軸承。上，中，下三箱安裝起來(lái)，將倆齒輪裝入其中，箱體的兩側(cè)均有吊耳，以便安裝和拆卸是操作。下箱底版通過(guò)螺栓螺母與地相聯(lián)接。
2.2剪切力，剪切力距的計(jì)算
2.2.1． 計(jì)算剪切力
首先根據(jù)剪切力最大鋼坯斷面尺寸來(lái)確定飛剪機(jī)的公稱能力，即確定最大剪切力。最大剪切力可按以下公式計(jì)算：
式中： — 被剪切軋件最大的原始斷面面積
— 被剪切軋件在相應(yīng)的剪切溫度下最大單位剪切阻力
—考慮由于刀刃磨鈍，刀片間隙增大使剪切力提高的系數(shù)
當(dāng)所剪切材料無(wú)單位剪切阻力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，由上式可得：
依據(jù)本次設(shè)計(jì)內(nèi)容中的技術(shù)參數(shù)，則選用此公式：
式中： —被剪切材料在相應(yīng)溫度下的強(qiáng)度極限，因?yàn)榧羟袦囟葹橛杀?—4查得=110
K—如上所述，由參，選K=1.3
—如上所述，由已知得=471
將各個(gè)數(shù)據(jù)帶入公式中可得
飛剪在剪切過(guò)程中，除了克服剪切變形所需的剪切力外，在水平方向上有側(cè)壓力，拉力和動(dòng)載荷，根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，最大側(cè)壓力為的17~34%，水平拉力為：
式中： F—軋件的橫截面積
—剪切終了時(shí)，飛剪與送料裝置見(jiàn)的軋件長(zhǎng)度現(xiàn)場(chǎng)材料=4300mm
—剪切終了時(shí)軋件伸長(zhǎng)量
—該剪切溫度下軋件的彈性模量；近似等于45000~55000，根據(jù)參式（9—32）選取=45000
以下為的計(jì)算
=-
式中： —剪切時(shí)間內(nèi)刀片在水平方向的移動(dòng)量
—剪切時(shí)間內(nèi)軋件的移動(dòng)量
而
為剪切時(shí)初始角度，由式（9—33）得
式中 A—曲柄中心距
h—剪切軋件厚度
S—軋件的重選量，由實(shí)測(cè)得 S=20mm
而
所以算 ==0.833
=
為終了角度
=0.927
=
將計(jì)算值代入式
==18mm
取 =16.7 m/s=16700 mm/s
=20.8 m/s=20800 mm/s
則
=18-16=2 mm
將上述得數(shù)代入公式得
=
而 與的合力正是剪切材料時(shí)刀架所受的力
=
2.2.2 計(jì)算剪切力矩
（1） 計(jì)算咬入角
由參知咬入角=0.911
所以 =
其中 ， 式中 =0.6875
（1） 計(jì)算最大剪切力矩
由參可知
=2579.6+1822.4
=4402Nm
2.2.3 剪切功的計(jì)算
由式（8—18）得
式中 —單位剪切功
—被剪切件原始斷面面積
單位剪切功的數(shù)值可通過(guò)所剪材料的強(qiáng)度極限和延伸率求出
由參得
式中 —所剪切材料的延伸率
—所剪切材料強(qiáng)度極限
由參表8—9查得
則有剪切功
=520719.94
2.3主電機(jī)的計(jì)算及類型的選擇
飛剪的電動(dòng)機(jī)剪工作制度的不同，需要采用不同的計(jì)算方法。按起動(dòng)工作制工作的飛濺電動(dòng)機(jī)功率幾乎完全由飛剪運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的加速條件來(lái)決定。因?yàn)槊看渭羟幸蟮募铀贂r(shí)間非常短，在個(gè)別情況下只有0.1S，在這種情況下，剪切力對(duì)電動(dòng)機(jī)功率實(shí)際上沒(méi)有影響。帶飛輪連續(xù)工作的飛剪的電動(dòng)機(jī)功率是按相鄰倆次剪切時(shí)間t秒內(nèi)的平均剪切功率來(lái)計(jì)算的。根據(jù)參式（9—37）有N=（）
式中 —剪切功
—考慮飛剪機(jī)構(gòu)內(nèi)及與空氣的摩擦損失系數(shù)
此處=5
因此電動(dòng)機(jī)功率為
=136084.5
其中
通過(guò)參考工具書(shū)查得ZZJ—800系列軋機(jī)輔助傳動(dòng)支流電動(dòng)機(jī)允許逆轉(zhuǎn)，適合各種類型的軋制輔助機(jī)械，該系列電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的過(guò)載特性，特別適用于頻繁啟動(dòng)，制動(dòng)要切的機(jī)械傳動(dòng)。如軋鋼機(jī)械輔助傳動(dòng)設(shè)備，起重機(jī)，挖掘機(jī)等。其字母意義為
Z—支流 Z—起重 J—冶金
選ZZJ—816型 其參數(shù)為
額定功率 150kw 額定轉(zhuǎn)速 1200r/min
以上的數(shù)據(jù)來(lái)自參表29—179
2.4 主要零部件的設(shè)計(jì)與校核
2.4.1 轉(zhuǎn)速與扭距的計(jì)算
由于下剪軸與電動(dòng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器相連，而從動(dòng)軸齒輪與主動(dòng)軸齒輪是傳動(dòng)
因此，倆剪軸的轉(zhuǎn)速相等，
有
由于飛剪由上，下倆剪軸傳動(dòng)，則每一軸入的靜力矩為計(jì)算最值的一半，
即
但下剪軸還需要驅(qū)動(dòng)齒輪使傳動(dòng)軸運(yùn)轉(zhuǎn)
故有
2.4.2 齒輪的設(shè)計(jì)
齒輪的傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)是：傳動(dòng)效率高，工作可靠，壽命長(zhǎng)，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)緊湊；適用的速度和傳遞的功率廣；可實(shí)現(xiàn)平行軸相交軸和交錯(cuò)軸之間的傳動(dòng)。主要缺點(diǎn)是：制造精度要求高，故成本也高；精度低時(shí)噪聲大；不宜用于軸間距離大的傳動(dòng)。
對(duì)齒輪的要求一般是強(qiáng)度和平穩(wěn)度的要求。所以齒輪的主要失效形式是輪齒折斷，齒面點(diǎn)蝕，齒面磨損，齒面膠合，齒面塑性變形。
針對(duì)上述各種失效形式，為了保證齒輪傳動(dòng)滿足工作要求，必須建立相應(yīng)的計(jì)算準(zhǔn)則。但是對(duì)于磨料磨損，塑性變形，目前尚無(wú)成熟的計(jì)算方法。因此在工程實(shí)際中通常只進(jìn)行齒根彎曲疲勞強(qiáng)度和齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算。
對(duì)于閉式出論傳動(dòng)，當(dāng)一隊(duì)齒輪中有一個(gè)或同時(shí)為軟齒面時(shí)，齒輪的主要損傷形式是齒面疲勞點(diǎn)蝕，也可發(fā)生輪齒折斷及其他失效形式，故應(yīng)按接觸疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式確定主要參數(shù)，然后校核彎曲疲勞強(qiáng)度。若一對(duì)齒面均為硬齒面。齒輪的主要失效形式可能是輪齒折斷，也可能發(fā)生點(diǎn)蝕，膠合等失效。則應(yīng)按彎曲疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式確定模數(shù)，然后校核接觸強(qiáng)度。對(duì)于開(kāi)式齒輪傳動(dòng)，其主要失效形式是齒面磨損，但往往因輪齒磨薄后發(fā)生折斷，故按輪齒齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)，但適當(dāng)?shù)慕档驮S用應(yīng)力以考慮磨損的影響。
由于硬齒面齒輪與軟齒面齒輪比較，無(wú)論是從節(jié)約材料，減小體積及綜合經(jīng)濟(jì)效益考慮，均有優(yōu)點(diǎn)，故軟齒面齒輪在許多行業(yè)逐漸被硬齒面或中硬齒面齒輪所取代。
因此，由前面已計(jì)算結(jié)果，高速齒輪選用硬齒面，先按輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度。其設(shè)計(jì)步驟如下：
2.4.2.1選擇齒輪材料，確定許用應(yīng)力
根據(jù)前述情況，倆齒輪為傳動(dòng)，為使倆飛剪等速剪切，將倆齒輪設(shè)計(jì)成完全一樣。由于無(wú)其它特殊要求，由參[3]表（5—6）選用45鋼表面淬火表，硬度40~50HRC。由參[3]圖5—32C查得彎曲疲勞極限，由參[3]圖5—33C查得接觸疲勞極限應(yīng)力，其值為：
＝350MPa =1150MPa
2.4.2.2 按輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由參[3]式（5—）知
式中 —載荷系數(shù)，
—齒輪傳遞的名義轉(zhuǎn)距
—復(fù)合齒形系數(shù)
—齒寬系數(shù)
—齒輪齒數(shù)
—許用彎曲應(yīng)力
（1） 確定許用彎曲應(yīng)力
由參[3]式（5—26）得
式中 —試驗(yàn)齒輪齒根的彎曲疲勞極限
—試驗(yàn)齒輪的修正系數(shù)，取=2
—彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù)，取=1
—彎曲強(qiáng)度的最小安全系數(shù)，取=1.6
將上述各參數(shù)代入得：
（2） 計(jì)算齒輪的名義轉(zhuǎn)距
由剪切力矩可知 =2201
（3） 選取載荷系數(shù)
因?yàn)槭侵饼X傳動(dòng)，加工精度為6級(jí)（由參[2] 查得）
但負(fù)載有較大波動(dòng)，取=1.5
（4） 初步選定齒輪參數(shù)
當(dāng)分度圓直徑一定時(shí)，增大齒輪齒數(shù)能增大齒面重合度以改善傳動(dòng)的平穩(wěn)性并降低噪聲。而齒數(shù)增大相應(yīng)模數(shù)減小，有利于節(jié)約材料和降低切齒成本，還減小磨料磨損和提高抗膠合能力。因此，在滿足輪齒彎曲強(qiáng)度條件下，一般傾向于選較大的齒數(shù)。但對(duì)于傳遞動(dòng)力的齒輪，為防止以外斷齒應(yīng)使mm，在硬齒面的閉式傳動(dòng)中，由于齒根彎曲強(qiáng)度弱，需適當(dāng)減小保證有較大的模數(shù)。
齒寬系數(shù)選大值時(shí)，可減小直徑，從而可以減小傳動(dòng)的中心距，并在一定程度上減輕包括箱體在內(nèi)的整個(gè)傳動(dòng)裝置的重量。但同時(shí)也增加了齒寬和軸向尺寸，增加了載荷分布的不均勻性。
由參[3]可初步確定各齒輪參數(shù)如下
=152 =152 =1 =0.45
（5） 確定復(fù)合齒形系數(shù)
查參[3]圖5—38得=3.95將上述個(gè)參數(shù)代入得：
=1.79mm
按參[3]表5—1取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=2.5mm ，則中心距
==380mm
（6） 計(jì)算幾何尺寸
=2.5152=380 mm
=0.45380=171mm
取172mm 則=0.45263
2.4.2.3 校核齒面的接觸強(qiáng)度.
由參[3]式（5—36）可知
式中 —材料的彈性系數(shù)，
，—倆齒輪材料的彈性模量
—載荷系數(shù)
—齒輪傳遞的名義轉(zhuǎn)距
—傳動(dòng)比
—齒輪的齒寬
—齒輪的分度圓直徑
將各參數(shù)值代入式得
查參[3]表5—7得=189.8
則
=346。6MPa
齒面接觸應(yīng)力按式（5—27）參[3]計(jì)算
式中 —試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限
—接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的是壽命系數(shù)，取=1
—接觸強(qiáng)度的最小安全系數(shù)，取 =1.3
—工作硬化系數(shù)，取 =1
將各參數(shù)代入公式得：
884.6MPa
因?yàn)? 〈，故接觸疲勞強(qiáng)度足夠
2.4.2.4 齒輪的各項(xiàng)尺寸參數(shù)的計(jì)算
；
， 取
，取
；
齒輪簡(jiǎn)圖如下：
2.4.2.5. 查取各種公差值
由參[2] 查得各種公差如下：
周節(jié)累計(jì)公差： 齒形公差：
周節(jié)極限偏差： 基節(jié)極限偏差：
徑向綜合偏差： 齒向公差：
中心極限偏差：
2.4.2.6. 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
齒輪的設(shè)計(jì)成腹板式結(jié)構(gòu)，腹板上開(kāi)有四個(gè)小孔，其各項(xiàng)尺寸可見(jiàn)上頁(yè)簡(jiǎn)圖和齒輪零件圖。
2.4.3 軸的設(shè)計(jì)
軸是機(jī)器中的主要支撐零件之一。一切回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)零件（如：齒輪、蝸輪、帶輪、鏈輪、聯(lián)軸器等），都必須安裝在軸上才能傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。
按照軸的承載情況，直軸可分為轉(zhuǎn)軸，心軸，傳動(dòng)軸三類。
選擇軸的材料，應(yīng)考慮下列因素：（1）軸的強(qiáng)度，剛度及耐磨性要求；（2）熱處理方法；（3）材料來(lái)源；（4）材料加工工藝性；（5）材料價(jià)格等，一般常用的有以下幾種：
優(yōu)質(zhì)中碳鋼，如35，45，50鋼，其中45鋼用得最多。對(duì)于受力不大或不重要的軸，可用Q235，Q275等普通碳素鋼。碳素鋼比合金鋼價(jià)格低廉，對(duì)應(yīng)力集中敏感性小，可進(jìn)行熱處理改變其綜合性能，且加工工藝性好，故應(yīng)用最廣。
合金鋼的力學(xué)性能和淬火性能比碳素鋼要好，但對(duì)應(yīng)力集中比較敏感，且價(jià)格較貴，多用于對(duì)強(qiáng)度和耐磨性要求較高的場(chǎng)合；20，等合金鋼，有良好的高溫力學(xué)性能，常用于高溫，高速及重災(zāi)的場(chǎng)合；經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，綜合力學(xué)性能很好，是軸最常用的合金鋼。合金鋼在常溫下的彈性模量和碳素鋼差不多，故當(dāng)其他條件相同時(shí)，用合金鋼代替碳素鋼不能提高軸的剛度。
球墨鑄鐵及高強(qiáng)度鑄鐵具有優(yōu)良的工藝性，不需要鍛壓設(shè)備，洗振性好，對(duì)應(yīng)力集敏感性低，適宜于制造復(fù)雜形狀的軸，但難于控制鑄件質(zhì)量。
對(duì)于機(jī)器的一般轉(zhuǎn)軸，主要應(yīng)滿足強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)的要求；對(duì)于剛度要求高的軸（如機(jī)床主軸），主要應(yīng)滿足剛度要求；對(duì)于一些高速機(jī)械的軸（如機(jī)床主軸），主要應(yīng)滿足剛度的要求；對(duì)于一些高速機(jī)械的軸（如高速磨床主軸、氣輪機(jī)主軸等），要考慮滿足穩(wěn)定性的要求。
在轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì)中，其特點(diǎn)是不能通過(guò)精確計(jì)算確定軸截面尺寸。因?yàn)檗D(zhuǎn)軸工作時(shí)，受彎距和轉(zhuǎn)距聯(lián)合作用，而彎距又與軸上的載荷大小及軸上零件相互位置有關(guān)，所以當(dāng)軸的結(jié)構(gòu)尺寸未確定前，無(wú)法求出軸所受的彎距。因此，轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì)時(shí)，開(kāi)始只能按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度或經(jīng)驗(yàn)公式估算軸的直徑，然后進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行周的強(qiáng)度驗(yàn)算。
2.4.3.1 下剪軸的設(shè)計(jì)
1. 選擇軸的材料
該軸無(wú)特殊要求，因而選用調(diào)質(zhì)處理的45鋼，由參[3]表12—2，知
2. 初步估算軸徑
按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算輸出段聯(lián)軸器處的最小軸徑。由參[3]表12—4，按45鋼取，輸出功率取 由前述計(jì)算可得，又知參[3]公式（12—2）
式中 —由軸的材料和承載情況確定的常數(shù)
—軸傳遞的功率，
—軸的轉(zhuǎn)速，
—軸的直徑
將各參數(shù)值代入上式得：
由于安裝聯(lián)軸器處有一個(gè)鍵槽，軸徑應(yīng)增加5% 即：
而生產(chǎn)實(shí)際中，剪子端軸徑為154mm，聯(lián)軸器處的軸徑處有110mm，那么生產(chǎn)中為什么比理論的大這么多呢？原因如下：
從工藝方面考慮，如果軸徑太小，則軸的加工成本相反增加，并且軸的尺寸精度和形位精度將難以保證，因此軸徑不能太小。
從機(jī)器的使用范圍來(lái)看，設(shè)計(jì)的軸徑對(duì)設(shè)計(jì)所切材料的剪切能夠滿足，而實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)盡可能滿足剪切各種材質(zhì)和斷面的鋼坯，故其尺寸應(yīng)大一些，以便其強(qiáng)度可以滿足多方面的要求。
由參[5] 選擇B8型聯(lián)軸器，軸與聯(lián)軸器連接的軸徑為100mm
3. 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
軸上主要零件的布置如下圖所示
1.剪 2.滾動(dòng)軸承 3.齒輪 4.聯(lián)軸器
（1）軸上零件的軸向定位
齒輪的一端靠軸肩定位，另一端靠套筒定位，裝拆，傳力均較方便；但但端軸采用軸肩和螺母定位，右端軸承采用套筒和螺母定位；剪轂用軸肩和軸端擋板來(lái)定位。
（2）軸上零件的周向定位
齒輪與軸，半聯(lián)軸器與軸，剪轂與軸的周向定位均采用平鍵聯(lián)接。
（3）確定個(gè)段軸徑和長(zhǎng)度
根據(jù)經(jīng)濟(jì)公式和類似結(jié)構(gòu)的參考，特確定尺寸如下（從剪子到聯(lián)軸器）：
軸向：
徑向：
（單位：毫米）
（4）考慮軸的結(jié)構(gòu)工藝性
考慮軸的結(jié)構(gòu)工藝性，在軸的左端與右端均制成倒角；倆端裝軸承處為磨削加工留有砂輪越程槽；為便于加工齒輪，半聯(lián)軸器，剪轂處的鍵槽布置在同一母線上。
（5）軸的簡(jiǎn)圖
4. 軸的強(qiáng)度驗(yàn)算
先作出軸的受力簡(jiǎn)圖a所示（即力學(xué)模型）；取集中載荷作用于齒輪及軸承的中點(diǎn)。
（1）齒輪上作用力的大小
轉(zhuǎn)距：
圓周力：
徑向力：
剪架上的作用力：
圓周力：
徑向力：
（2）求軸承上的支反力
① 水平面上的受力圖如圖b所示：
分別是軸承A,B處的水平面的反力
列方程式有
將各參數(shù)代入求解得：
，
② 垂直面上的受力圖如圖c所示
分別是軸承A,B在垂直面內(nèi)的反力
列方程式有：
將個(gè)參數(shù)代入求解得：
,
（3） 畫(huà)彎距圖
設(shè)飛剪，軸承，齒輪的中心截面分別為D,A,B,C面。
截面C處的彎距為：
水平面內(nèi)
垂直面內(nèi)
截面A處的彎距為：
水平面內(nèi)
垂直面內(nèi)
因此水平面內(nèi)的彎距圖如圖d所示；垂直面內(nèi)的彎距圖如圖e所示：
截面C處的合成彎距為：
截面A處的合成彎距為：
因此合成彎距如圖f所示：
（4） 畫(huà)轉(zhuǎn)距圖
，
轉(zhuǎn)距圖如圖g所示：
（5）畫(huà)計(jì)算轉(zhuǎn)距圖
因單向回轉(zhuǎn)，視轉(zhuǎn)距為脈動(dòng)循環(huán)，，則
截面C 處的當(dāng)量彎距為：
截面A 處的當(dāng)量彎距為：
截面D 處的當(dāng)量彎距為：
截面B 處的當(dāng)量彎距為：
所以計(jì)算彎距圖如圖g所示：
（6）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
① 截面A處的當(dāng)量彎距最大，故A面為危險(xiǎn)截面，已知： ,由參[3]表12—2得
② 截面C處的當(dāng)量彎距較大，且軸徑較小，所以也應(yīng)該校核，已知：，則：
③ 在聯(lián)軸器處，軸徑最小，也應(yīng)校核
（7） 按疲勞強(qiáng)度校核安全系數(shù)
① 截面A處的當(dāng)量彎距最大且有鍵槽的應(yīng)力集中，所以應(yīng)該校核。取許用安全系數(shù)[S]=1.5，其校核計(jì)算如下：
抗彎截面系數(shù)
抗扭截面系數(shù)
合成彎距
扭距
彎曲應(yīng)力幅
彎曲平均應(yīng)力
扭剪應(yīng)力幅
扭剪平均應(yīng)力
查參[3]表12—2得 彎曲剪切疲勞極限分別為：
，
彎曲扭轉(zhuǎn)的等效系數(shù)分別為：
，
查參[3]表12—8得，絕對(duì)尺寸系數(shù)：
查參[3]表12—9得，表面質(zhì)量系數(shù)
查參[3]表12—5得，有效應(yīng)力集中系數(shù)
，
則受彎距作用時(shí)的安全系數(shù)
安全系數(shù)：
② 在聯(lián)軸器處，由于其軸徑最小，又有鍵槽和配合的應(yīng)力集中，所以也應(yīng)該校核：
抗彎截面系數(shù)
抗扭截面系數(shù)
合成彎距
扭距
彎曲應(yīng)力幅
彎曲平均應(yīng)力
扭剪應(yīng)力幅
扭剪平均應(yīng)力
查參[3]表12—2得 ，
查參[3]表12—8得
查參[3]表12—9得
查參[3]表12—5得 ；
取大值
受扭轉(zhuǎn)作用時(shí)的安全系數(shù)為
③ 在軸承B處的越程槽，軸徑小，受力大，還有圓角，螺紋配合邊緣等各種應(yīng)力集中，因此也應(yīng)該校核
抗扭截面系數(shù)
扭距
扭剪應(yīng)力幅
扭剪平均應(yīng)力
查參[3]表12—2得 ；
查參[3]表12—8得
查參[3]表12—9得
查參[3]表12—5得 ；（螺紋） （圓角）
取
則受扭距作用時(shí)的安全系數(shù)
因此，各個(gè)危險(xiǎn)截面的疲勞安全系數(shù)也滿足要求
至此，下剪軸的結(jié)構(gòu)，尺寸，各工藝參數(shù)的計(jì)算，設(shè)計(jì)已經(jīng)進(jìn)行完，在最后又對(duì)軸的強(qiáng)度和安全系數(shù)進(jìn)行了校核，證明符合要求。
2.4.3.2 上剪軸的設(shè)計(jì)
因?yàn)樯舷聜鲃?dòng)需要保持嚴(yán)格的1：1比例，上下轉(zhuǎn)軸相同部分結(jié)構(gòu)，尺寸應(yīng)盡量一致。
1. 選擇軸的材料
選調(diào)質(zhì)處理的45鋼，由參[3]表12—2知，。
2. 初步估算軸徑
取最小軸徑為120mm。
3. 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
軸上主要零件的布置圖如下所示：
`
1、飛剪； 2、滾動(dòng)軸承； 3、齒輪。
軸上零件的軸向和徑向定位與下剪軸完全一致，其各段的尺寸分別為：
軸向：
徑向：
（單位：毫米）
軸的結(jié)構(gòu)工藝性也與下剪軸一致
4. 軸的強(qiáng)度驗(yàn)算
先作出軸的受力簡(jiǎn)圖，取集中載荷于齒輪，軸及剪的中點(diǎn)，如圖a所示：
（1）齒輪上作用力的大小
；
剪架上的作用力
；
（2）求軸承的支反力
① 水平面內(nèi)受力圖如圖b所示
分別是軸承A,B在水平面的反力
列方程式：
代入各已知參數(shù)可求得：
；
② 在垂直面內(nèi)受力簡(jiǎn)圖如圖c所示：
受力分析、主動(dòng)力數(shù)值與下剪軸均一致，所以可以知道
；
（3）畫(huà)彎距圖
截面C處的彎距為
水平面內(nèi)
垂直面內(nèi)
則水平面內(nèi)的彎距圖如圖d所示
垂直面內(nèi)的彎距圖與下剪軸的彎距圖相同
則合成彎距為：
則合成彎距圖如圖e所示：
（4）畫(huà)轉(zhuǎn)距圖如圖f所示：
（5）畫(huà)計(jì)算彎距圖
因單向回轉(zhuǎn)，視轉(zhuǎn)距為脈動(dòng)循環(huán)，，則截面A處的當(dāng)量彎距為
則計(jì)算彎距圖如圖g所示：
（6）校核軸的強(qiáng)度
因?yàn)樯霞糨S的計(jì)算彎距在各主要截面均比下剪軸小，而各結(jié)構(gòu)尺寸又相同，因此上剪軸的強(qiáng)度和安全系數(shù)肯定滿足要求。
至此，上剪軸的設(shè)計(jì)和校核也完成。
2.4.4 軸承及鍵的選擇與校核
（1） 根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)尺寸從參[2]表2—3—16選擇雙列向心球面滾子軸承3524型和3532型。
對(duì)其進(jìn)行壽命的計(jì)算由參[3]式（15—4）得：
式中 —軸承的壽命（小時(shí)）
—軸承的轉(zhuǎn)數(shù)（）
—軸承的基本額定動(dòng)載荷
—當(dāng)量動(dòng)載荷（N）
—壽命指數(shù)，滾子軸承=10/3
對(duì)3532型軸承有
對(duì)其當(dāng)量動(dòng)載荷有倆組值：
選大值 則P=46.57kN 則
對(duì)于3524型軸承，有
對(duì)其當(dāng)量動(dòng)載荷也有倆組值
選大值，取P=13.72KN，則有：
根據(jù)參[2]表2—3—6可知上述倆種型號(hào)的軸承均滿足使用要求。
（2） 鍵的選擇與校核
鍵的類型可根據(jù)連接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使用要求和工作條件來(lái)選定。鍵的尺寸（鍵寬b,鍵高h(yuǎn)）按軸的直徑d由標(biāo)準(zhǔn)中選定；鍵的長(zhǎng)度 L可根據(jù)輪轂長(zhǎng)度來(lái)確定，輪轂長(zhǎng)度一般?。?.5~2）d，鍵長(zhǎng)等于或略小于輪轂長(zhǎng)度，導(dǎo)鍵按輪轂長(zhǎng)度及其華東距離而定。鍵的尺度還需符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的長(zhǎng)度系列。普通平鍵用語(yǔ)靜連接，靠側(cè)面?zhèn)鬟f運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)距，倆側(cè)面是工作面，鍵的是行表面和輪轂底面留有間隙。平鍵連接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便，加工容易，對(duì)中性好，應(yīng)用廣泛。
從參[2]表2—1—25選擇飛剪，齒輪，聯(lián)軸器的鍵分別為：
飛剪處：
齒輪處：
聯(lián)軸器處： （各鍵材料為45鋼）
根據(jù)參[3]式（10—1）有
式中 — 鍵工作表面的擠壓應(yīng)力（MPa）
— 鍵與輪轂的接觸高度，mm,
— 許用擠壓應(yīng)力（MPa）由參[3]表10—1得=100MPa
— 軸的直徑（mm）
T— 轉(zhuǎn)距 （Nm）
— 鍵的接觸尺度（mm）此處=L-b
對(duì)于飛剪處有：
對(duì)于齒輪處有：
對(duì)于聯(lián)軸器有：
2.4.5 聯(lián)軸器的選用與校核
彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器利用非金屬材料制成的柱銷(xiāo)置于倆半聯(lián)軸器凸緣上的孔中，以實(shí)現(xiàn)倆半聯(lián)軸器的聯(lián)接，由于柱銷(xiāo)與柱銷(xiāo)孔為間隙配合，且柱銷(xiāo)富有彈性，因而獲得了倆軸相對(duì)位移的補(bǔ)償和緩沖性能。彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，裝拆更換方便，不需潤(rùn)滑，并有較好的耐磨性。因此我選用參[5] 的B8型聯(lián)軸器，由于我們是根據(jù)較大轉(zhuǎn)距和較高轉(zhuǎn)速選用的，所以無(wú)須校核，它一定滿足要求。
2.4.6 刀架的設(shè)計(jì)及校核
刀架的剪刃處于擠壓，彎曲和嚴(yán)重的磨損狀態(tài)下工作，因而要求其強(qiáng)度大，韌性好，而且強(qiáng)度高，因此飛剪使用合金鋼，整體淬火，硬度達(dá)到HS73~75，再考慮到刀架的受力情況，傳動(dòng)方案，運(yùn)行狀況等諸多因素，將刀架設(shè)計(jì)成刀架零件圖所示。
刀架的受力圖如上所示，其中T為水平拉力，為剪切力
則其合力為：
由上圖有
則
則垂直于刀架的力
式中 —總力與剪切力的夾角
—剪切咬入角
代入各具體數(shù)值得：
則作用在單剪刃的垂直力
1. 校核刀架的強(qiáng)度
由于軸與刀架的傳動(dòng)采用單鍵聯(lián)接，因此當(dāng)三個(gè)剪刃剪切時(shí)，其刀架受力各不相同，刀架的受力來(lái)源于三個(gè)方面，即鍵、軋件、軸。下面分別對(duì)三個(gè)位置進(jìn)行危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度校核。
① 位置1
上圖中，分別為鍵與軸對(duì)刀架的力，對(duì)其進(jìn)行彎曲強(qiáng)度校核。
對(duì)于截面1有：
彎距
受彎截面1如