圓盤(pán)剪切機(jī)設(shè)計(jì)摘 要圓盤(pán)剪切機(jī)的上下剪刃是圓盤(pán)狀的。剪切時(shí)，圓盤(pán)刀以相等于鋼板的運(yùn)動(dòng)速度做圓周運(yùn)動(dòng)，形成了一對(duì)無(wú)端點(diǎn)的剪刃。圓盤(pán)剪切機(jī)通常設(shè)置在精整作業(yè)線上，用來(lái)將運(yùn)動(dòng)著的鋼板的縱向邊緣切齊或切成窄帶鋼。根據(jù)其用途可分為兩種類(lèi)型：剪切板邊的圓盤(pán)剪和剪切帶鋼的圓盤(pán)剪。通過(guò)對(duì)圓盤(pán)剪切機(jī)及相關(guān)設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入了解，并從材料力學(xué)、動(dòng)力學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度出發(fā)，對(duì)圓盤(pán)剪切機(jī)的主傳動(dòng)系統(tǒng)，壓下系統(tǒng)、側(cè)間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。重點(diǎn)包括電動(dòng)機(jī)的計(jì)算選取、軸和齒輪的設(shè)計(jì)，以及其他傳動(dòng)裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)等，同時(shí)對(duì)部分主要零部件進(jìn)行了強(qiáng)度校核。本次設(shè)計(jì)的改進(jìn)點(diǎn)：首先，在傳動(dòng)系統(tǒng)增加連桿機(jī)構(gòu)，其二，寬度調(diào)整采用行星擺線針輪減速機(jī)，最后增加了測(cè)速機(jī)構(gòu)。關(guān)鍵詞：圓盤(pán)剪切機(jī) 徑向間隙 強(qiáng)度校核 傳動(dòng)系統(tǒng)AbstractThe blades of disc shears are disciform. The disc cutter do circular motion at the steel plate movement speed, forming a pair of shear blade without the endpoint. Disc shear machine set up in finishing production line. It usually uses to cutting neat the movement steel plate longitudinal edge and cut the strip into narrow one. It can be divided into two kinds according to its use: disc shears of cut stencil plate’s side and disc shears of cut strip.We have thorough understanding to the disc shears and the correlation equipment. We had very designed to the main transmission system, depress the system and gap adjustment organization, we are carry on these designs from the materials mechanics angle, dynamics and economic. The main content including electrical machinery selection, Axis and gear design, Implementing agency design and so on, and the same time, we make the optimized improvement and the intensity examination to the major parts. This design improvement spot: First, in radial clearance adjusting mechanism link motion gear, second, the width control uses the planet gear speed reducer. Finally increased has measured the fast organization.Key words: Disc shear radial clearance the intensity examination transmission system目 錄1.前言 11.1 選題的背景和目的 11.2 剪切機(jī)的分類(lèi)和圓盤(pán)剪切機(jī)的國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀 11.3 圓盤(pán)剪切機(jī)研究的內(nèi)容和方法 31.3.1 圓盤(pán)剪切機(jī)在機(jī)組的布置和作用 31.3.2 圓盤(pán)剪切機(jī)的類(lèi)型和特點(diǎn) 51.3.3 已知數(shù)據(jù) .51.3.4 圓盤(pán)剪切機(jī)設(shè)計(jì)內(nèi)容和方法 52. 設(shè)計(jì)方案的選擇和方案評(píng)述 .73. 電機(jī)容量的計(jì)算 .93.1 定性選電機(jī) 93.2 選擇電動(dòng)機(jī)的容量 93.3 確定轉(zhuǎn)速 .123.4 電動(dòng)機(jī)的校核 .134. 主要零件強(qiáng)度計(jì)算校核 154.1 齒輪的計(jì)算與校核 .154.1.1 齒輪的計(jì)算 154.1.2 按接觸疲勞強(qiáng)度校核 .164.1.3 按彎曲疲勞強(qiáng)度校核 .194.2 傳動(dòng)軸的強(qiáng)度校核計(jì)算 .214.2.1 軸的材料及其機(jī)械性能 214.2.2 軸上零件布置及基本參數(shù) .224.2.3 按彎扭合成進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核 .22I4.2.4 按疲勞強(qiáng)度進(jìn)行精確校核 .254.3 軸承的選取及校核 .284.3.1 根據(jù)工作條件選取軸承類(lèi)型 .284.3.2 根據(jù)軸承結(jié)構(gòu)確定軸承的型號(hào) 294.3.3 軸承的壽命校核 294.3.4 驗(yàn)算軸承的極限轉(zhuǎn)速 .314.3.5 鍵的尺寸的選擇 .324.3.6 鍵的強(qiáng)度校核 325. 聯(lián)軸器的選擇和系統(tǒng)潤(rùn)滑 345.1 聯(lián)軸器的分類(lèi) .345.2 聯(lián)軸器的選擇 .345.3 聯(lián)軸器的強(qiáng)度計(jì)算 355.5 潤(rùn)滑方式的選擇確定 .355.5.1 潤(rùn)滑方式的選擇依據(jù) .355.5.2 齒輪減速器的潤(rùn)滑方式 .366. 試車(chē)和系統(tǒng)可靠性 376.1 試車(chē)要求 .376.2 對(duì)控制系統(tǒng)的要求 .376.3 機(jī)械設(shè)備的有效度和投資回收期 .37結(jié)論 .39參考文獻(xiàn) .40致 謝 .4101.前言1.1 選題的背景和目的隨著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，金屬被廣泛地應(yīng)用于社會(huì)的各個(gè)方面，發(fā)揮著很大的作用。目前，金屬的軋制生產(chǎn)，具有生產(chǎn)率高、生產(chǎn)過(guò)程連續(xù)性強(qiáng)、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)，得到更極速發(fā)展，金屬軋制成材的品種也越來(lái)越豐富。金屬軋制生產(chǎn)高速發(fā)展，決定于軋機(jī)速度的提高和周期的縮短，軋制輔助設(shè)備的不斷完善和改進(jìn)也是重要因素。剪切機(jī)是一種軋制生產(chǎn)線的輔助設(shè)備，用來(lái)剪切軋件頭、尾部，剪切定尺長(zhǎng)度或剪切板、帶材的邊等。剪切機(jī)是機(jī)床的一種，它采用液壓驅(qū)動(dòng)，安全性能可靠，操作方便。剪切機(jī)工作刀口長(zhǎng)度：400mm、600mm、700mm、800mm、1000mm、1200m，適合不同規(guī)模不同要求用戶。安裝不須底腳螺絲，無(wú)電源的地方可用柴油機(jī)作動(dòng)力。剪切機(jī)適用于金屬回收加工廠、報(bào)廢汽車(chē)拆解場(chǎng)、冶煉鑄造行業(yè)，對(duì)各種形狀的各種金屬材料進(jìn)行冷態(tài)剪斷、壓制翻邊，以及塑料、玻璃鋼、絕緣材料、橡膠的壓制成型。圓盤(pán)式剪切機(jī)就是一種廣泛用于縱向剪切厚度小于20～30mm的板材及薄帶板的輔助設(shè)備。它通常設(shè)置在精整作業(yè)線上，用來(lái)將運(yùn)動(dòng)著的板材的縱向邊緣切齊或切成窄帶條。圓盤(pán)剪切機(jī)的上下剪刃是圓盤(pán)狀的，剪切時(shí)，圓盤(pán)刀以相等于鋼板的運(yùn)動(dòng)速度做圓周運(yùn)動(dòng)，形成了一對(duì)無(wú)端點(diǎn)的剪刃。它根據(jù)其用途可分為剪切板邊的圓盤(pán)剪和剪切帶鋼的圓盤(pán)剪。這次設(shè)計(jì)的目的就是通過(guò)設(shè)計(jì)對(duì)主軸傳動(dòng)系統(tǒng)，刀片側(cè)向調(diào)整機(jī)構(gòu)，特別是各個(gè)機(jī)構(gòu)中的傳動(dòng)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過(guò)設(shè)計(jì)過(guò)程掌握?qǐng)A盤(pán)剪單體機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)方法，使所學(xué)的理論知識(shí)和實(shí)際結(jié)合起來(lái)，提高個(gè)人設(shè)計(jì)能力，分析問(wèn)題能力和繪圖技術(shù)，進(jìn)行規(guī)范化的的訓(xùn)練為今后的工作打下堅(jiān)固的基礎(chǔ)。1.2 剪切機(jī)的分類(lèi)和圓盤(pán)剪切機(jī)的國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀按照不同標(biāo)準(zhǔn)剪切機(jī)有不同分類(lèi)，包括平刃剪、斜刃剪、機(jī)械剪等。其中1平行刃剪切機(jī)的兩個(gè)剪刃互相平行，它一般用來(lái)在熱態(tài)下橫向剪切方形及矩形斷面的鋼坯。也可用來(lái)冷剪型材，將刀片做成成型剪刃來(lái)剪切非矩形斷面的鋼板。斜刃剪切機(jī)的一個(gè)剪刃相對(duì)另一個(gè)剪刃成某一視點(diǎn)放置。斜刃剪切機(jī)按剪切組織的運(yùn)動(dòng)特色也可分為上切式、下切式和復(fù)合式等。目前各國(guó)都在研究擴(kuò)大圓盤(pán)剪剪切厚度范圍。有的國(guó)家采用兩臺(tái)串聯(lián)圓盤(pán)剪剪切厚度為 40mm 的鋼板，第一臺(tái)圓盤(pán)剪切入板厚的 5～10％，緊接著第二臺(tái)圓盤(pán)剪將鋼板全部切斷。如圖 1.1。圓盤(pán)剪在連續(xù)剪切為了使已切掉板邊的鋼板在出圓盤(pán)剪時(shí)能夠保持水平位置，而切邊則向下彎曲，往往將上刀片軸相對(duì)下刀片軸移動(dòng)一個(gè)不大的距離，或者將上刀片直徑做得比下刀片小一些，此時(shí)，被切掉的板邊將劇烈的向下彎曲。為了防止進(jìn)入圓盤(pán)剪時(shí)向上翹曲，通常在圓盤(pán)前面靠近刀片的地方裝有壓輥。如圖 1.2.圖 1.1 雙重圓盤(pán)剪示意圖2圖 1.2 使鋼板保持水平位置的方法圓盤(pán)式剪切機(jī)根據(jù)其刀片驅(qū)動(dòng)方式，又可分為有動(dòng)力的圓盤(pán)式剪切機(jī)和無(wú)動(dòng)力的圓盤(pán)式剪切機(jī)兩種?，F(xiàn)在普遍采用的是有動(dòng)力的圓盤(pán)式剪切機(jī)。無(wú)動(dòng)力的圓盤(pán)式剪切機(jī)，國(guó)內(nèi)還無(wú)資料可尋，也未見(jiàn)有國(guó)內(nèi)設(shè)備供貨。1.3 圓盤(pán)剪切機(jī)研究的內(nèi)容和方法1.3.1 圓盤(pán)剪切機(jī)在機(jī)組的布置和作用1、熱軋鋼板精整機(jī)組熱軋鋼板精整機(jī)組示意圖如圖 1.3 所示1. 運(yùn)輸輥道 2. 前斜刃剪 3. 后斜刃剪 4. 圓盤(pán)剪 5.碎邊機(jī)圖 1.3 熱軋鋼板精整機(jī)組示意圖熱軋鋼板冷卻后由運(yùn)輸輥道運(yùn)輸?shù)胶笮比屑暨M(jìn)行切頭，然后送到圓盤(pán)剪切邊，在達(dá)到一定寬度要求后送到冷床。切下的邊由碎邊機(jī)剪切成小段后運(yùn)走。為滿足鋼板的長(zhǎng)度要求，再由輥道運(yùn)回前斜刃剪，加工成一定的尺寸長(zhǎng)度。圓盤(pán)剪的作用是剪切鋼板寬度尺寸，即去掉兩邊并切齊滿足寬度要求。2、1700 橫切機(jī)組1700 橫切機(jī)組的布置見(jiàn)圖 1.4 所示。31. 拆卷機(jī) 2. 伸直機(jī) 3. 下切剪 4. 17 輥矯直機(jī) 5. 圓盤(pán)剪6. 17 輥矯直機(jī) 7. 飛剪機(jī) 8. 涂油機(jī) 9. 給料機(jī) 10. 垛板臺(tái)圖 1.4 1700 橫切機(jī)組示意圖由吊車(chē)將鋼卷吊來(lái)放到鏈?zhǔn)絺魉蜋C(jī)上進(jìn)入拆卷機(jī)拆卷，由伸直機(jī)將板頭伸直，由下切剪切頭后經(jīng) 17 輥矯直機(jī)初矯后到圓盤(pán)剪進(jìn)行切邊，再送入 1700 矯直機(jī)進(jìn)行膠直，最后由飛剪組合控制剪切帶鋼的長(zhǎng)度，帶鋼連續(xù)運(yùn)行切斷，由涂油機(jī)經(jīng)給料輥進(jìn)入磁力輥道（或磁性皮帶）送到垛板臺(tái)上落下垛起，當(dāng)達(dá)到一定高度后由吊車(chē)運(yùn)走。圓盤(pán)剪的作用就是將矯直后的帶鋼連續(xù)切邊，并使其達(dá)到一定寬度要求，再送到飛剪機(jī)連續(xù)剪切到要求的長(zhǎng)度尺寸。3、1700 冷縱剪切機(jī)組1700 冷縱剪切機(jī)組布置見(jiàn)圖 1.5 所示。1. 拆卷機(jī) 2. 伸直機(jī) 3. 下切剪 4. 給料機(jī)5. 圓盤(pán)剪切機(jī) 6. 卷邊機(jī) 7. 風(fēng)動(dòng)分離盤(pán) 8. 分卷卷取機(jī)圖 1.5 1700 冷縱剪切機(jī)組示意圖縱剪就是將鋼板破成窄條。鋼卷由吊車(chē)吊到拆卷機(jī)處拆卷，將頭伸直經(jīng)下剪切頭由給料機(jī)送到圓盤(pán)剪切縱切后切成窄條，給風(fēng)動(dòng)分離盤(pán)，由分卷取機(jī)卷成窄帶卷，卸卷后由吊車(chē)吊走送入成品庫(kù)。切下的帶鋼邊，由板卷機(jī)卷成卷，卸下后送走。圓盤(pán)剪切機(jī)的作用是將冷軋成卷帶鋼切成窄條，并卷成窄帶鋼卷。其窄帶4鋼卷的寬度由刀盤(pán)軸定位環(huán)調(diào)整，使刀盤(pán)之間位置變化。1.3.2 圓盤(pán)剪切機(jī)的類(lèi)型和特點(diǎn)圓盤(pán)剪切按用途分為剪切板邊圓盤(pán)剪和剪切帶鋼縱切圓盤(pán)剪。1、剪切板邊的圓盤(pán)剪熱軋鋼板圓盤(pán)剪，剪切厚度小于 20 毫米，徑向調(diào)整采用偏心套，同步齒輪與刀片軸用萬(wàn)向連接軸傳動(dòng)。熱軋鋼板圓盤(pán)剪的另一種類(lèi)型，剪切厚度在 40~50 毫米，采用二架圓盤(pán)剪同時(shí)剪切，第一架切入一定的深度后第二架圓盤(pán)剪再將其完全切斷。冷軋帶鋼圓盤(pán)剪，剪切厚度 0.5~2.5 毫米之間，徑向調(diào)整移動(dòng)上刀盤(pán)同步齒輪采用四連桿機(jī)構(gòu)。有的冷軋帶鋼圓盤(pán)剪采用測(cè)速裝置，使剪切精度更準(zhǔn)確。冷軋帶鋼圓盤(pán)剪的另一中類(lèi)型，刀盤(pán)不帶驅(qū)動(dòng)，而是利用帶鋼拉著剪切。2、剪切帶鋼縱切圓盤(pán)剪縱切圓盤(pán)剪將帶鋼連續(xù)破條剪切，采用多對(duì)刀盤(pán)，刀盤(pán)軸傳動(dòng)有兩種：一種是集中驅(qū)動(dòng)，另一種刀盤(pán)軸分別驅(qū)動(dòng)。1.3.3 已知數(shù)據(jù)所設(shè)計(jì)圓盤(pán)剪切機(jī)已知原始數(shù)據(jù)：剪切帶鋼速度 V=1~3 m/s, 取 3 m/s;剪切帶鋼強(qiáng)度 ≤600 MPa 取 600 MPa；b?剪切帶鋼厚度 h=0.5~2.5 mm；剪切帶輪寬度 B=700~1500 mm；剪刃的擺動(dòng)不超過(guò) 0.1 mm， 不平行度 0.01 mm；?上下剪刀重疊度 S=0~0.3 mm。1.3.4 圓盤(pán)剪切機(jī)設(shè)計(jì)內(nèi)容和方法1、通過(guò)靠工廠調(diào)研，了解同類(lèi)圓盤(pán)剪生產(chǎn)中存在的問(wèn)題，查閱相關(guān)資料掌握?qǐng)A盤(pán)剪的發(fā)展現(xiàn)狀。2、制定圓盤(pán)剪設(shè)計(jì)方案，在認(rèn)真研究，有創(chuàng)新和改進(jìn)，方案合理，并進(jìn)行方案5評(píng)述。3、進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，保證機(jī)件強(qiáng)度和剛度，計(jì)算公式采用要有依據(jù)。4、畫(huà)出總圖，部分部件圖和零件圖，利用計(jì)算機(jī)繪圖。5、對(duì)設(shè)計(jì)中控制系統(tǒng)提出要求，選擇潤(rùn)滑方法。6、試車(chē)方法和維修技術(shù)，保證維修方便。7、對(duì)設(shè)備進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析和評(píng)價(jià)，降低設(shè)計(jì)成本。62. 設(shè)計(jì)方案的選擇和方案評(píng)述按給定的設(shè)計(jì)參數(shù)，設(shè)計(jì)題目是 1700 橫切機(jī)組的圓盤(pán)式剪切機(jī)有兩中類(lèi)型，一種是一般的切邊圓盤(pán)剪。有的設(shè)有測(cè)速電機(jī)，另一種靠帶鋼拉動(dòng)圓盤(pán)剪刀進(jìn)行剪切稱(chēng)為拉剪。設(shè)計(jì)方案選擇設(shè)有測(cè)速機(jī)構(gòu)的圓盤(pán)剪，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.1。1. 帶電機(jī)擺線針輪減速器 2. 徑向調(diào)整減速機(jī) 3. 調(diào)整絲桿 4. 刀盤(pán)5. 離合器 6. 測(cè)速機(jī)構(gòu) 7. 減速機(jī) 8. 電機(jī) 9.10.11.12 同步齒輪13. 刀盤(pán)側(cè)向間隙調(diào)整裝置 14. 機(jī)座移動(dòng)機(jī)構(gòu) （寬度調(diào)整機(jī)構(gòu)）圖 2.1 圓盤(pán)剪結(jié)構(gòu)示意圖該圓盤(pán)剪裝在橫切機(jī)組上，用來(lái)剪切厚度為 0.6~2.5 毫米，寬度為700~1500 毫米的帶鋼。剪刃線速度為 1~3 米/秒。7每個(gè)圓盤(pán)刀片均以懸臂的形式固定在單獨(dú)傳動(dòng)的軸上，刀片數(shù)目為兩對(duì)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩根旋向相反的螺桿，帶動(dòng)固定在左右機(jī)架下方的螺母，實(shí)現(xiàn)左右機(jī)架的同時(shí)開(kāi)合。主傳動(dòng)由電機(jī) 8 通過(guò)減速機(jī) 7 同時(shí)傳動(dòng)兩對(duì)刀盤(pán)，上刀盤(pán)與齒輪 9 相連，下刀盤(pán)與齒輪 10 相連，齒輪 9、11，12 之間用連桿相連，以保證各齒輪中心距不變。因此在調(diào)整刀盤(pán)徑向間隙（調(diào)整上刀盤(pán)位置）各齒輪能很好的嚙合。刀盤(pán)徑向調(diào)整通過(guò)帶電機(jī)的減速機(jī) 1，調(diào)整減速機(jī) 2，及調(diào)整螺絲帶動(dòng)上刀盤(pán)軸的軸承座沿著架體內(nèi)滑道上下移動(dòng)。在剪切機(jī)下部設(shè)置機(jī)架橫移機(jī)構(gòu)，由電機(jī)通過(guò)行星減速機(jī)傳動(dòng)左右兩端螺紋方向相反的絲桿，由固定機(jī)架的螺母帶動(dòng)機(jī)架沿著導(dǎo)軌作相同或者相反移動(dòng)從而達(dá)到調(diào)整帶鋼寬度的目的。該設(shè)計(jì)方案做下列改進(jìn)：其一,徑向間隙調(diào)整比偏心套調(diào)整可靠利用連桿機(jī)構(gòu)比萬(wàn)向接軸精度高。其二，寬度調(diào)整采用行星擺線針輪減速機(jī)比蝸桿減速機(jī)效率高占地空間小。最后增加了測(cè)速機(jī)構(gòu)，為電機(jī)提供信號(hào)，為電機(jī)達(dá)到精確的轉(zhuǎn)速提供的保障，從而使整機(jī)更完善。由以上所述方案是比較好的，并且可行的。83. 電機(jī)容量的計(jì)算3.1 定性選電機(jī)電動(dòng)機(jī)分交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)兩種，由于直流電動(dòng)機(jī)需要直流電源，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 價(jià)格較高，維護(hù)比較不便等缺點(diǎn)，因此無(wú)特殊要求是不宜采用。冶金行業(yè)生產(chǎn)單位一般為三相交流電源，因此，應(yīng)選用交流電動(dòng)機(jī)，同時(shí)交流電動(dòng)機(jī)又分為異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)兩類(lèi)，我國(guó)新設(shè)計(jì)的 Y 系列三相籠型異步電動(dòng)機(jī)屬于一般用途的全封閉自扇冷電動(dòng)機(jī)，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，價(jià)格低廉，維護(hù)方便； 2、適用于不易然，不易爆，無(wú)腐蝕性氣體和無(wú)特殊要求的機(jī)械上；3、由于起動(dòng)性能較好，也適用與某些要求起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較高的機(jī)械。由于圓盤(pán)剪切機(jī)屬于一般冶金機(jī)械設(shè)備，無(wú)特殊要求，連續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)，要求起動(dòng)性能好，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較高，故選擇交流異步電動(dòng)機(jī) Y 系列。3.2 選擇電動(dòng)機(jī)的容量1、圓盤(pán)刀片尺寸 圓盤(pán)刀片尺寸包括圓盤(pán)刀片直徑 D 及其厚度 。圓盤(pán)刀片直徑 D 主要決定于鋼?板厚度 h，查《軋鋼機(jī)械》得其計(jì)算公式為：（3.1)1cos????h上式中的最大咬入角 ，一般取為 ~ 。 值也可以根據(jù)剪切速度 V 來(lái)選1??05取，同時(shí)當(dāng)咬入角 = ~ 時(shí)，我們可以引用一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式，圓盤(pán)刀盤(pán)直徑?05通常在下列范圍內(nèi)選取D=(40~125)h (3.2)帶入數(shù)值計(jì)算得：D=125 2.5=312.5 mm?9圓盤(pán)刀片厚度 一般取為?(3.3)D)1.0~6.(??帶入數(shù)值計(jì)算得：mm25.31.0?D同時(shí)得一般圓盤(pán)刀片直徑、厚度與被剪切帶材厚度的關(guān)系，可取的各數(shù)值：D=270 mm、 =20 mm，為了保證剪切力及刀片的強(qiáng)度和使用壽命，我們?nèi)?=30 mm。?2、上下刀盤(pán)的徑向間隙 S 取預(yù)定值 0.3 mm。3、剪切速度 V 取預(yù)定值 3 m/s。4、剪切力與剪切功率 作用在一個(gè)刀片上的總的剪切力是由兩個(gè)分力所組成的，即21P??式中 —純剪切力；1p—鋼板被剪掉部分的彎曲力；2PhdxqdPx??1式中 —作用在接觸弧 AB 水平投影單位長(zhǎng)度上的剪切力。xq由相對(duì)切入深度知hx??tan2?微分后得 ??dxtan2?所以純剪切力為??hdxp?1????dtan2ahtn2?10式中的 值可利用平行剪單位功數(shù)據(jù)。a在圓盤(pán)剪上冷剪時(shí)， 值可按下面公式計(jì)算a=120??bbK?21 %206?式中取系數(shù) ， 為金屬材料延伸率，查手冊(cè)取 20%。12K???所以 NahP?tn21?10t5.2?3107.?查《軋鋼機(jī)械》總剪切力的計(jì)算公式為(3.4))tn(1?Zp?N30752.4??考慮到刀刃磨鈍的影響，增大 15%~20%，這里取增大 20%。N331072.5%)1(. ???P圓盤(pán)剪上的剪切力可根據(jù)作用在刀片上的力矩來(lái)確定。在上下刀片直徑，速度相等而且都驅(qū)動(dòng)時(shí)，則與簡(jiǎn)單軋制情況相似，合力 P 垂直作用在刀片上，這時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)一對(duì)刀盤(pán)所需之力矩為(3.5)?sin1PDM?N m8.26?而驅(qū)動(dòng)圓盤(pán)剪的總力矩為 )(21n??式中 n —刀片對(duì)數(shù)M2—一對(duì)刀片軸上的摩擦力矩， ，其中 為刀片軸軸頸的直?PdM2徑，這里取 =170mm， 為刀片軸承處的摩擦系數(shù)，查手冊(cè)取d0.004。所以總的力矩為 =544.11 N m)(21n???查《軋鋼機(jī)械》圓盤(pán)剪電動(dòng)機(jī)功率可按下式確定(3.6)??DMvN1011式中 —考慮刀片與鋼板間摩擦系數(shù)， =1.1~1.2；1?1?—鋼板運(yùn)動(dòng)速度，m/s；v—傳動(dòng)系統(tǒng)效率， =0.93~0.95。??代入數(shù)據(jù)后=15.6 KW?DMvN102?3.3 確定轉(zhuǎn)速根據(jù)以上計(jì)算所得數(shù)據(jù)，查找專(zhuān)業(yè)手冊(cè)，選取合適電機(jī)。容量相同的同類(lèi)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，適當(dāng)?shù)脑黾与姍C(jī)功率，最后選同步轉(zhuǎn)速 1500r/min 的電動(dòng)機(jī)。綜上，選取電機(jī)型號(hào)為：Y180L—4，其主要性能見(jiàn)表 3.1表 3.1 電機(jī)主要性能參數(shù)表型號(hào) 額定功率/KW轉(zhuǎn)速/(r/min)電流/A效率（﹪） 額 定 轉(zhuǎn) 矩最 大 轉(zhuǎn) 矩 重量/KgY180L—422 1470 42.5 91.5 2.2 1903.4 電動(dòng)機(jī)的校核12電機(jī)的校核主要是針對(duì)電機(jī)的過(guò)載能力校核。過(guò)載能力是指電動(dòng)機(jī)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，可以在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的電流或轉(zhuǎn)矩的允許倍數(shù)，對(duì)不同類(lèi)型的電動(dòng)機(jī)不完全一樣，對(duì)異步電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，校核其過(guò)載能力時(shí)即最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù) 時(shí)，要考慮到交流電網(wǎng)電壓可能向下波動(dòng) 10%~15%，因?此，最大轉(zhuǎn)矩按（0.81~0.72） 來(lái)考慮，他應(yīng)該比負(fù)載最可能出現(xiàn)的最大轉(zhuǎn)NT矩大。齒輪轉(zhuǎn)速： = =212.3 r/minn?dv其中： d—齒輪的分度圓直徑，單位：mm 負(fù)載最大轉(zhuǎn)矩： 2WT?1.54=272.06 N m?傳動(dòng)比 nid?= 3.21470=6.92粗略計(jì)算電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩 iT?max= 92.607=40.35 N m?由電動(dòng)機(jī)的參數(shù)可知 .2?額 定 扭 矩最 大 扭 矩?(3.7)dNnPT095= 1472?=142.63 N m?其中 —電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速，單位： r/mindn13所以 63.142.702.??NT?=226.40 N m 40.35 N m =??axT故安全。4. 主要零件強(qiáng)度計(jì)算校核4.1 齒輪的計(jì)算與校核4.1.1 齒輪的計(jì)算1、齒輪種類(lèi)：根據(jù)傳動(dòng)方案選擇直齒圓柱齒輪2、齒輪選材依據(jù)：齒輪材料必須滿足工作條件的要求，應(yīng)考慮齒輪尺寸的大小、毛坯成形辦法及熱處理和制造工藝等。初選材料： 鋼#45表面處理：調(diào)質(zhì)處理 HB 228 ~ 2693、機(jī)械性能：查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知：=980 MPa =835 MPaB?S?4、初定齒輪參數(shù)：模數(shù) m=5 齒數(shù) =47 分度圓直徑 =235 mm 2Zd壓力角 =1 =0.25 0???ah?c?0??x=225 mm =245 mm =10mm B=80 mmfddh與之嚙合的齒輪齒數(shù) =601Z145、齒輪受力分析齒輪傳動(dòng)一般均加以潤(rùn)滑，嚙合輪齒間的摩擦力通常很小，計(jì)算輪齒受力時(shí)，可不予考慮。從作用力來(lái)說(shuō)，沿嚙合線作用在齒面上的法向載荷 垂直于nF齒面，為了計(jì)算方便，一般將法向載荷 在節(jié)點(diǎn) P 處分解為兩個(gè)相互垂直的分nF力，即圓周力 與徑向力 ，如圖 4-1，由此得：tFr 12dTt??antrFcostn式中： —小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩，單位為 N·mm；1T—小齒輪的節(jié)圓直徑，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪即為分度圓直徑，單位為 mm；d—嚙合角，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪， = °。??20圖 4-1 齒輪受力分析4.1.2 按接觸疲勞強(qiáng)度校核15齒輪在工作齒面發(fā)生的失效較多，如齒面磨損、點(diǎn)蝕、膠合等。所以對(duì)齒輪進(jìn)行接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算是必須的，下面首先按接觸疲勞強(qiáng)度校核。查文獻(xiàn)[3 ，199]其計(jì)算公式為：(4.1)1tHHEKFuZbd?????????其中： —齒面接觸應(yīng)力，單位： MPaH—齒面許用接觸應(yīng)力，單位：MPa ???—載荷系數(shù)K—齒輪所受切向力，單位：N tF—齒寬，單位： mm b—齒輪分度圓直徑，單位：mm 1d—齒數(shù)比u—區(qū)域系數(shù)HZ—彈性影響系數(shù)，單位： MPaE1、求齒面接觸應(yīng)力 H?(1)求 K= (4.2)KAv??其中：—使用系數(shù)A—?jiǎng)虞d系數(shù)vK—齒向載荷分配系數(shù)?—齒面載荷分配系數(shù)?根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 10-2 可查得： =1.5；AK16圖 10-8 根據(jù) v=3m/s 可查得： =1.18；vK表 10-3 可查得： = =1.2；?HF表 10-4 可查得：=1.15+0.18（1+0.6 ） +0.31?HK2d?b310??其中 = = =0.11592d???????b3580=1.15+0.18（1+0.6 0.1159） 0.1159 0.31?H??8013?=1.15再根據(jù) =8 查[3，圖 10-13]可得： =1.16;108?hb?FK所以： = =2.44Av?H?(2) =272.06 N mm21WTF?310??= =2315 Ntd=843 N?antr?=2463 NcostnF(3) u= =1.2712Z(4)根據(jù)齒輪材料查表《機(jī)械設(shè)計(jì)》10-6 可得：=188 MPaE(5) = =2.5HZ2sinco??所以： =344.52 MPa1tHHEKFuZbd?????2、求許用應(yīng)力 ??H17= (4.3)??H?limHNKS?其中： —為接觸疲勞安全系數(shù)，可取 =1；HSH—為壽命系數(shù)；NK—齒輪接觸疲勞極限，單位：MPa；limH?(1)求 N齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù) =60 = 次NhnjL91023.?查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖 10-19 可得： =0.93HK(2)求 limH?根據(jù)材料查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖 10-21(續(xù))可得：=860 MPa；limH?所以 = =799.80 MPa??limHNKS?3、校核顯然， =799.80 MPa 344.52 MPa = ，故安全。??H?H?4.1.3 按彎曲疲勞強(qiáng)度校核查《機(jī)械設(shè)計(jì)》 = (4.4)FtFSKYbm?????F其中：—齒輪齒根彎曲應(yīng)力，單位： MPa F?—齒輪彎曲疲勞許用應(yīng)力，單位：MPa ??—齒輪模數(shù)m—齒輪系數(shù)?FY—應(yīng)力校正系數(shù)S181、求齒輪齒根彎曲應(yīng)力 F?= tFSKYbm??(1)根據(jù) =47 查文獻(xiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 10-5 采用插值法求得：1Z=2.33?F=1.69SY(2) 2.46KAVFK??????所以： = 56.06 MPaF?2、求齒輪彎曲疲勞許用應(yīng)力 ??= (4.5)FNKlimFS?式中：—彎曲疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)，取 =1.5FSF—壽命系數(shù)NK—齒輪彎曲疲勞極限，單位：MPa limF?(1)求 N根據(jù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N= 查《機(jī)械設(shè)計(jì) 》圖 10-18 可得：91023.?=0.83FNK(2)求 limF?根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖 10-20(完)可得：=700 MPalimF?所以 = =386.4 MPa??NKliFS?3、校核顯然， =386.4 MPa 56.06 MPa = ，故安全。??F?F?194.2 傳動(dòng)軸的強(qiáng)度校核計(jì)算刀盤(pán)的力主要集中在刀盤(pán)軸上，且刀盤(pán)軸所承受的轉(zhuǎn)距最大，因此對(duì)刀盤(pán)軸進(jìn)行計(jì)算校核是十分有必要的。軸的結(jié)構(gòu)都應(yīng)該滿足：軸和裝在軸上的零件要有準(zhǔn)確的工作位置；軸上的零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整；軸應(yīng)具有良好的制造工藝性等。4.2.1 軸的材料及其機(jī)械性能1、材料： 鋼#45表面處理：調(diào)質(zhì)處理 HB 228 ~ 2692、機(jī)械性能：查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知：=980 MPa =835 MPaB?S?由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 15-1 可查得：275 MPa1???=155 MPa?4.2.2 軸上零件布置及基本參數(shù)1、擬定軸上零件的布置方案根據(jù)軸上齒輪、軸承、軸承蓋等零件的裝配方向、順序和相互關(guān)系，軸上零件的布置方案如圖 4-2(a)所示；20圖 4-2(a) 軸的主要尺寸及軸上零件布置圖2、軸的基本數(shù)據(jù)：轉(zhuǎn)速 = = =212.3 r/min。n?dv6012703???4.2.3 按彎扭合成進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核1、軸的結(jié)構(gòu)及尺寸，如圖 4-2(b)所示；2、對(duì)軸進(jìn)行受力分析與強(qiáng)度校核計(jì)算(1)軸的驅(qū)動(dòng)力矩： 驅(qū)動(dòng)一對(duì)刀盤(pán)的力矩為 M=544.11 NM=544110 N·mm一根刀盤(pán)軸上的轉(zhuǎn)矩為 T= =272055 N·mm25410?M(2)求與此軸配合的齒輪上的作用力= =2315 NtFdT=843 N?antr?(3)計(jì)算軸在軸承處所受的支反力垂直面內(nèi)的支反力： = =392.4 NVAF)25694(?r21= =450.6 NVBF)25694(?r水平面內(nèi)的支反力： =1077.5 NHA?)25694(?t=1237.5 NBF)(t(4)計(jì)算彎矩垂直面內(nèi)： mmVM?A1l2941?CAl392.4 294 115.8 N·m?30?水平面內(nèi)： 1077.5 294 316.8 N·mHAF1l?3?總彎矩： 337.3 N·m?2HV??228.16.5??22圖 4-2 軸的載荷分析圖(5)作彎矩圖如圖 4-2(d)、(f) 、(g)；作轉(zhuǎn)矩圖如圖 4-2(h)。(6)校核軸的強(qiáng)度根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和轉(zhuǎn)矩圖可以看出截面 C 是軸的危險(xiǎn)截面，故選截面 C 作彎扭合成強(qiáng)度校核計(jì)算，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》按第三強(qiáng)度理論有：= (4.6)ca?WTM22)(?????1??式中：— 軸的計(jì)算應(yīng)力，單位：MPa ca23—軸所受彎矩，單位： N·mmW—軸所受轉(zhuǎn)矩，單位：N·mm T—軸的抗彎截面系數(shù)，單位：mm 3—扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力時(shí)，取 0.3???所以 2.47 MPaca??3221.0)(dTM??查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得：=213 MPa??1?故 ，即安全。ca???1?4.2.4 按疲勞強(qiáng)度進(jìn)行精確校核查《機(jī)械設(shè)計(jì)》 (4.7)2??Sca???其中：—軸的計(jì)算安全系數(shù)caS—只考慮彎曲和軸向力時(shí)的安全系數(shù)?—只考慮扭矩時(shí)的安全系數(shù)?—軸的設(shè)計(jì)安全系數(shù)S(1)判斷危險(xiǎn)截面軸上分布有鍵槽、軸肩及過(guò)渡配合所引起的應(yīng)力集中均將削弱軸的疲勞強(qiáng)度，同時(shí)有存在軸徑的變化，但綜合考慮個(gè)截面出的配合及軸所受的彎矩，發(fā)現(xiàn) D、E 、F、G、H 幾個(gè)截面比較危險(xiǎn)，其中 H 面受到的集中力最大，而 E 面受到的合成力矩最大，最后選取 E 面進(jìn)行校核，E 面右側(cè)軸徑比左側(cè)大，所以只需校核 E 面的左側(cè)。(2)截面 E 左側(cè)抗彎截面系數(shù)：240.1 156090 mmW?3d3抗扭截面系數(shù)：0.2 312180 mmT?3d3彎矩 及彎曲應(yīng)力 為：Mb?M12l?總=294 mm =60 mm1l22.68 N·mm??50=1.72 MPaWb?扭矩 及扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 為：TT?=272055 N·mm= = =0.875 MPaT?3128075由前面軸材料的機(jī)械特性有：=640 MPa =355 MPaB?S?=275 MPa =155 MPa1?1??過(guò)盈配合處 值由《機(jī)械設(shè)計(jì)》附表 3-8 用插入法可求得：??k=2.52??k并取 =0.8 ，故有：??k?0.8??k???0.8 2.52252.016 ?軸經(jīng)磨削加工，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》附圖 3-4 得表面質(zhì)量系數(shù)為： 85.0???軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，既表面強(qiáng)化系數(shù)：1q?故得綜合系數(shù)為：+?K?k???2.70?185.02.????k????185.06.2?2.20又由《機(jī)械設(shè)計(jì)》§3—1 及§3—2 可知，碳鋼的特性系數(shù)：=0.1~0.2 取 =0.1????=0.05~0.1 取 =0.05? ?又根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》查得軸在截面 L 左側(cè)的安全系數(shù)為：(4.8)maKS??????159.2(4.9)maS?????180.5(4.10)2??Sca?47.1?安全系數(shù)值 S 由《機(jī)械設(shè)計(jì) 》根據(jù)軸材料均勻性及軸的直徑為 112mm，可