第 1 頁圓盤剪切機設計摘 要現(xiàn)在各國工業(yè)迅猛發(fā)展，鋼鐵企業(yè)是國民經(jīng)濟的主要支柱，它的發(fā)展狀況很大程度上可以反映出國家的實力。現(xiàn)代鋼鐵冶金業(yè)發(fā)展的一個著眼點就是在對鋼材的處理速度。圓盤剪切機就是其中的一臺重要設備。圓盤剪切機通常設置在精整作業(yè)線上，用來將運動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型：剪切板邊的圓盤剪和剪切帶鋼的圓盤剪。本文中對圓盤剪切機的設計計算是在對鞍山鋼鐵集團公司冷軋廠 1700 橫切機組大量調研的背景下進行的。通過對圓盤剪切機及相關設備結構進行了深入了解，并從材料力學、動力學和經(jīng)濟學的角度出發(fā)，對圓盤剪切機的主傳動系統(tǒng)，壓下系統(tǒng)、側間隙調整機構進行了設計。重點包括電動機的計算選取、軸和齒輪的設計，以及其他傳動裝置和執(zhí)行機構的設計等，同時對部分主要零部件進行了強度校核。本次設計的改進點：首先，在徑向間隙調整機構連桿機構，其二，側向間隙調整增加自鎖裝置。其三，寬度調整采用行星齒輪減速機。最后增加了測速機構。本圓盤剪切機可普遍用于橫切機組、酸洗機組等。關鍵詞：圓盤剪切機，帶鋼，壓下裝置，強度校核第 2 頁The disc alligator shears design AbstractThe industry of various countries develops rapidly now, the steel, as the main pillar of industry, its development can reflect the national strength to a great extent. Modern steel metallurgy industry one starting point that develop in to processing speeds. Disc shears is an important equipment among them.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.The disc shears design calculation is taken in makes the massive investigation to the ANSHAN steel group Cold-rolling mill 1700 transverse cutting aircrew as the background. 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, backlash adjustment increase self-locking installment. Third, the width control uses the planet gear speed reducer. Finally increased has measured the fast organization. This disc shears may use in the transverse cutting unit, the acid pickling unit generally and so on.Key words: Disc shear, strip, depress the system, the intensity examination第 3 頁目 錄1.緒論 .11.1 選題的背景和目的 .11.2 圓盤式剪切機國內外的發(fā)展現(xiàn)狀 11.3 圓盤剪切機研究的內容和方法 31.3.1 圓盤剪切機在機組的布置和作用.31.3.2 圓盤剪切機的類型和特點51.3.3 圓盤剪切機設計內容和方法52. 設計方案的選擇和方案評述63. 電機容量的計算83.1 定性選電機 83.2 選擇電動機的容量 83.3 確定轉速 113.4 電動機的校核 124. 主要零件強度計算校核144.1 齒輪的計算與校核 144.1.1 齒輪的計算.144.1.2 按接觸疲勞強度校核144.1.3 按彎曲疲勞強度校核184.2 傳動軸的強度校核計算 204.2.1 軸的材料及其機械性能.204.2.2 軸的模型及傳遞功率的確定204.2.3 按彎扭合成進行軸的強度校核214.2.4 按疲勞強度進行精確校核244.3 軸承的選取及校核 284.3.1 根據(jù)工作條件選取軸承類型284.3.2 根據(jù)軸承結構確定軸承的型號.284.3.3 軸承的壽命校核.28第 4 頁4.3.4 驗算軸承的極限轉速314.4.2 鍵的尺寸的選擇314.4.3 鍵的強度校核.315. 聯(lián)軸器的選擇335.1 聯(lián)軸器的分類 .335.2 聯(lián)軸器的選擇 .335.3 聯(lián)軸器的強度計算.336. 系統(tǒng)的潤滑356.1 潤滑劑的種類 .356.2 潤滑方式的選擇 .356.3 潤滑方式的選擇確定 .356.3.1 齒輪減速器的潤滑方式356.3.2 部分傳動齒輪、軸承的潤滑方式367. 試車方法和對控制系統(tǒng)的要求377.1 試車要求 377.2 對控制系統(tǒng)的要求 378. 設備可靠性與經(jīng)濟評價388.1 機械設備的有效度 388.2 機械設備的投資回收期 38總結.40致謝.41參考文獻.42第 5 頁圓盤剪切機設計1.緒論1.1 選題的背景和目的剪切機有各種類型，平刃剪、斜刃剪、圓盤剪和飛剪。平刃剪用于剪切方坯，斜刃剪用于剪切板材，而圓盤剪廣泛用于縱向剪切厚度小于 20~30 毫米的鋼板及薄帶鋼。而飛剪用于剪切運動著的軋件，其剪刃有平刃、斜刃和圓盤式飛剪。圓盤式剪切機由于刀片是旋轉的圓盤，因而可連續(xù)縱向剪切運動鋼板和帶鋼。圓盤式剪切機通常設置在精整作業(yè)線上用于將運動著的鋼板縱向邊緣切齊和剪切或者切成窄帶鋼，根據(jù)其用途可分為剪切板邊的圓盤剪和剪切帶鋼的圓盤剪。剪切板邊的圓盤剪，每個圓盤刀片均以懸臂的形式固定在單獨傳動的軸上，刀片的數(shù)目為兩對。這種圓盤剪用于厚板精整加工線。板卷的橫切機組和連續(xù)酸洗機組等作業(yè)線。剪切帶鋼的圓盤剪用于板卷的縱切機組，連續(xù)退火和渡鋅機組等作業(yè)線上。將板卷切成窄帶鋼，作為焊管坯料和車圈的坯料等。這種圓盤剪的刀片數(shù)目是多對的，一般刀片都固定在兩根公用的運動軸上，也有少數(shù)的圓盤刀片是固定在獨立的傳動軸上的。這次選圓盤式剪切機作為設計題目是在對 1700 橫切機組的調研的背景下進行的。1700 橫切機組使用多年，其中圓盤剪使用過程中存在一些問題。該廠對該剪切機也進行了多次改造。圓盤剪使用過程中傳動系統(tǒng)精度底，徑向調整機構和刀片側向調整精度低，迫切要求更新和改造設計。這次設計的目的就是通過設計對主軸傳動系統(tǒng)，刀片側向調整機構，特別是各個機構中的傳動部分進行設計。通過設計過程掌握圓盤剪單體機械設備的設計方法，使所學的理論知識和實際結合起來，提高設計能力，獨立分析能力和繪圖技術，進行規(guī)范化的的訓練為今后的工作打下有力的基礎。1.2 圓盤式剪切機國內外的發(fā)展現(xiàn)狀圓盤剪切機有下列幾個機構組成：刀盤旋轉傳動系統(tǒng)，刀盤徑向調整和刀片的側向調整，剪切寬度的調整等。剪切寬度的調整實際上就是對機架的距離調整。第 6 頁早期圓盤式剪切機速度較低，圓盤式剪切機刀片旋轉是用電機通過齒輪傳動，以及和萬向連接軸來實現(xiàn)的。刀盤徑向間隙調整用電機通過蝸桿蝸輪傳動是偏心套轉動來實現(xiàn)的。而刀片側向間隙是 用手動通過蝸輪傳動使刀片軸軸向移動來完成的。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，圓盤式剪切機剪切速度在逐漸提高，由于受到碎邊機的限制，現(xiàn)在大型圓盤剪切機的剪切速度通常為 0.4 米/秒。目前圓盤式剪切機裝在橫切機組上，剪切厚度為 0.6~2.5 毫米，寬度為 700~1500 毫米。帶鋼剪切速度達到 1~3m/s。刀片傳動通過減速機和 4 個相同尺寸的齒輪同時傳動兩對刀片。為保證刀片同步，4 個齒輪組成相當于連桿機構，使齒輪傳動的中心距不變，提高了齒輪傳動精度，為調整上刀片徑向間隙，上刀片軸承座可沿機架滑道上下移動?；苿佑冕橗X擺線減速機，它體積小速比大調整精度高。刀片軸向距離調整也采用針齒擺線減速機驅動絲桿和螺母來實現(xiàn)的，為了提高傳動精度，傳動系統(tǒng)增加了測速裝置，進行主傳動速度調整。圓盤剪后設置碎邊剪，將剪切下來的板邊剪成碎段送到下面的滑槽中，也可對剪下來的薄板邊用卷取機卷起來，然后停車卸卷。為了使切下來的板邊的鋼板平直，在出圓盤剪時切邊應向下彎曲，現(xiàn)在采用上刀片軸相對下刀片軸移動一個不大的距離或者上刀片直徑比下刀片直徑小一些來實現(xiàn)見圖 1.1。圖 1.1 使鋼板保持水平位置的方法目前，各國都在研究擴大圓盤剪的剪切范圍，有的國家已經(jīng)采用兩臺連續(xù)圓盤剪，剪切厚度為 10 毫米的鋼板，第一臺圓盤剪切入板厚的 5%~10%，緊接著由第二臺圓盤剪將鋼板全部切斷，見圖 1.2。在冷軋橫切機組上采用不帶驅動裝置的圓盤剪，其圓盤剪刀片的傳動是由帶有一定張力的被剪切的帶鋼來帶動實現(xiàn)拉剪方式。分條圓盤剪為了提高工作效率，從而采用了兩套機架，輪流使用，整體更換使設第 7 頁備的維修性提高，但投資費用大。1.3 圓盤剪切機研究的內容和方法1.3.1 圓盤剪切機在機組的布置和作用1、熱軋鋼板精整機組熱軋鋼板精整機組示意圖如圖 1.3 所示圖 1.2 雙重圓盤剪示意圖1. 運輸輥道 2. 前斜刃剪 3. 后斜刃剪 4. 圓盤剪 5.碎邊機圖 1.3 熱軋鋼板精整機組示意圖熱軋鋼板冷卻后由運輸輥道運輸?shù)胶笮比屑暨M行切頭，然后送到圓盤剪切邊，在達到一定寬度要求后送到冷床。切下的邊由碎邊機剪切成小段后運走。為滿足鋼板的長度要求，再由輥道運回前斜刃剪，加工成一定的尺寸長度。第 8 頁圓盤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 橫切機組1700 橫切機組的布置見圖 1.4 所示。由吊車將鋼卷吊來放到鏈式傳送機上進入拆卷機拆卷，由伸直機將板頭伸直，由下切剪切頭后經(jīng) 17 輥矯直機初矯后到圓盤剪進行切邊，再送入 1700 矯直機進行膠直，最后由飛剪組合控制剪切帶鋼的長度，帶鋼連續(xù)運行切斷，由涂油機經(jīng)給料輥進入磁力輥1. 拆卷機 2. 伸直機 3. 下切剪 4. 17 輥矯直機 5. 圓盤剪6. 17 輥矯直機 7. 飛剪機 8. 涂油機 9. 給料機 10. 垛板臺圖 1.4 1700 橫切機組示意圖道（或磁性皮帶）送到垛板臺上落下垛起，當達到一定高度后由吊車運走。圓盤剪的作用就是將矯直后的帶鋼連續(xù)切邊，并使其達到一定寬度要求，再送到飛剪機連續(xù)剪切到要求的長度尺寸。3、1700 冷縱剪切機組1700 冷縱剪切機組布置見圖 1.5 所示。1. 拆卷機 2. 伸直機 3. 下切剪 4. 給料機5. 圓盤剪切機 6. 卷邊機 7. 風動分離盤 8. 分卷卷取機第 9 頁圖 1.5 1700 冷縱剪切機組示意圖縱剪就是將鋼板破成窄條。鋼卷由吊車吊到拆卷機處拆卷，將頭伸直經(jīng)下剪切頭由給料機送到圓盤剪切縱切后切成窄條，給風動分離盤，由分卷取機卷成窄帶卷，卸卷后由吊車吊走送入成品庫。切下的帶鋼邊，由板卷機卷成卷，卸下后送走。圓盤剪切機的作用是將冷軋成卷帶鋼切成窄條，并卷成窄帶鋼卷。其窄帶鋼卷的寬度由刀盤軸定位環(huán)調整，使刀盤之間位置變化。1.3.2 圓盤剪切機的類型和特點圓盤剪切按用途分為剪切板邊圓盤剪和剪切帶鋼縱切圓盤剪。1、剪切板邊的圓盤剪熱軋鋼板圓盤剪，剪切厚度小于 20 毫米，徑向調整采用偏心套，同步齒輪與刀片軸用萬向連接軸傳動。熱軋鋼板圓盤剪的另一種類型，剪切厚度在 40~50 毫米，采用二架圓盤剪同時剪切，第一架切入一定的深度后第二架圓盤剪再將其完全切斷。冷軋帶鋼圓盤剪，剪切厚度 0.5~2.5 毫米之間，徑向調整移動上刀盤同步齒輪采用四連桿機構。有的冷軋帶鋼圓盤剪采用測速裝置，使剪切精度更準確。冷軋帶鋼圓盤剪的另一中類型，刀盤不帶驅動，而是利用帶鋼拉著剪切。2、剪切帶鋼縱切圓盤剪縱切圓盤剪將帶鋼連續(xù)破條剪切，采用多對刀盤，刀盤軸傳動有兩種：一種是集中驅動，另一種刀盤軸分別驅動。1.3.3 圓盤剪切機設計內容和方法1、通過靠工廠調研，了解同類圓盤剪生產(chǎn)中存在的問題，查閱相關資料掌握圓盤剪的發(fā)展現(xiàn)狀。2、制定圓盤剪設計方案，在認真研究，有創(chuàng)新和改進，方案合理，并進行方案評述。3、進行設計計算，保證機件強度和剛度，計算公式采用要有依據(jù)。4、畫出總圖，部分部件圖和零件圖，利用計算機繪圖。5、對設計中控制系統(tǒng)提出要求，選擇潤滑方法。第 10 頁6、試車方法和維修技術，保證維修方便。7、對設備進行經(jīng)濟分析和評價，降低設計成本。2. 設計方案的選擇和方案評述按給定的設計參數(shù)，設計題目是 1700 橫切機組的圓盤式剪切機有兩中類型，一種是一般的切邊圓盤剪。有的設有測速電機，另一種靠帶鋼拉動圓盤剪刀進行剪切稱為拉剪。設計方案選擇設有增速機構的圓盤剪，其結構示意圖如圖 2.1 所示。1. 帶電機擺線針輪減速器 2. 徑向調整減速機 3. 調整絲桿 4. 刀盤5. 離合器 6. 增速機構 7. 減速機 8. 電機 9.10.11.12 同步齒輪13. 刀盤側向間隙調整裝置 14. 機座移動機構 （寬度調整機構）圖 2.1 圓盤剪結構示意圖該圓盤剪裝在橫切機組上，用來剪切厚度為 0.6~2.5 毫米，寬度為 700~1500 毫米第 11 頁的帶鋼。剪刃線速度為 1~3 米/秒。主傳動由電機 8 通過減速機 7 同時傳動兩對刀盤，上刀盤與齒輪 9 相連，下刀盤與齒輪 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。因此在調整刀盤徑向間隙（調整上刀盤位置）各齒輪能很好的嚙合，刀盤側向間隙調整，轉動手輪使螺紋套筒旋出使下刀盤做軸向移動調整間隙很小，調整好在鎖緊。刀盤徑向調整通過帶電機的減速機 1，調整減速機 2，及調整螺絲帶動上刀盤軸的軸承座沿著架體內滑道上下移動。在剪切機下部設置機架橫移機構，由電機通過行星減速機傳動左右兩端螺紋方向相反的絲桿，由固定機架的螺母帶動機架沿著導軌作相同或者相反移動從而達到調整帶鋼寬度的目的。該設計方案做下列改進：其一,徑向間隙調整比偏心套調整可靠利用連桿機構比萬向接軸精度高。其二，側向間隙調整增加自鎖裝置，安全可靠。其三，寬度調整采用行星齒輪減速機比蝸桿減速機效率高占地空間小。最后增加了測速機構，為電機提供信號，為電機達到精確的轉速提供的保障，從而使整機更完善。由以上所述方案是比較好的，并且可行的。第 12 頁3. 電機容量的計算3.1 定性選電機電動機分交流電動機和直流電動機兩種，由于直流電動機需要直流電源，結構較復雜 價格較高，維護比較不便等缺點，因此無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，應選用交流電動機，同時交流電動機又分為異步電動機和同步電動機兩類，我國新設計的 Y 系列三相籠型異步電動機屬于一般用途的全封閉自扇冷電動機，其具有以下優(yōu)點：1、結構簡單，工作可靠，價格低廉，維護方便； 2、適用于不易然，不易爆，無腐蝕性氣體和無特殊要求的機械上；3、由于起動性能較好，也適用與某些要求起動轉矩較高的機械。所設計圓盤剪切機已知原始數(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；剪刃的擺動不超過 0.1 mm， 不平行度 0.01 mm；?上下剪刀的側間隙 0.05 mm， 重疊度 S=0~0.3 mm。??由于圓盤剪切機屬于一般冶金機械設備，無特殊要求，連續(xù)工作時間長，要求起動性能好，起動轉矩較高，故選擇交流異步電動機 Y 系列。3.2 選擇電動機的容量1、圓盤刀片尺寸 圓盤刀片尺寸包括圓盤刀片直徑 D 及其厚度 。圓盤刀片直徑 D?主要決定于鋼板厚度 h，查文獻[1，295]，其計算公式為：第 13 頁1cos????hD（3.1）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 來選取，同1??05?時當咬入角 = ~ 時，我們可以引用一個經(jīng)驗公式，圓盤刀盤直徑通常在下列范1?05圍內選取D=(40~125)h (3.2)帶入數(shù)值計算得：D=125 2.5=312.5 mm?圓盤刀片厚度 一般取為?(3.3)D)1.0~6.(??帶入數(shù)值計算得：mm25.31.0?同時根據(jù)表[1.表 8-13]一般圓盤刀片直徑、厚度與被剪切帶材厚度的關系，可取的各數(shù)值：D=270 mm、 =20 mm，為了保證剪切力及刀片的強度和使用壽命，我們取 =30 ? ?mm。2、上下刀盤的側間隙 我們取預定值 0.05 mm。?3、剪切速度 V 我們取預定值 3 m/s。4、剪切力與剪切功率 作用在一個刀片上的總的剪切力是由兩個分力所組成的，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 水平投影單位長度上的剪切力。xq由相對切入深度知第 14 頁hx??tan2?微分后得 ?dxtan2所以純剪切力為??hp?1??dtan2ht?式中的 值可利用平行剪單位功數(shù)據(jù)。a在圓盤剪上冷剪時， 值可按下面公式計算a??bbK?21%06?=120式中取系數(shù) ， 為金屬材料延伸率，查手冊取 20%。121??K?所以 ahP?tn21??0t5.N3127.??查文獻[1 ，297]總剪切力的計算公式為(3.4))tan(1??Zp?)%201t4.27.3???N315.4第 15 頁考慮到刀刃磨鈍的影響，增大 15%~20%，這里取增大 20%。N331072.5%)01(752.4?????P圓盤剪上的剪切力可根據(jù)作用在刀片上的力矩來確定。在上下刀片直徑，速度相等而且都驅動時，則與簡單軋制情況相似，合力 P 垂直作用在刀片上，這時轉動一對刀盤所需之力矩為(3.5)?sin1DM??10sin27.07.53?N m826?而驅動圓盤剪的總力矩為 )(21Mn??式中 n —刀片對數(shù)M2—一對刀片軸上的摩擦力矩， ，其中 為刀片軸軸頸的直徑，這里?Pd2取 =170mm， 為刀片軸承處的摩擦系數(shù)，查手冊取 0.004。d?所以總的力矩為 )(21Mn?? )04.170.58633????=544.11 N m?查文獻[1 ，298]圓盤剪電動機功率可按下式確定(3.6)??DMv102?式中 —考慮刀片與鋼板間摩擦系數(shù)， =1.1~1.2；1?—鋼板運動速度，m/s；v—傳動系統(tǒng)效率， =0.93~0.95。??代入數(shù)據(jù)后 ??DMvN102?第 16 頁93.027154.??=15.6 KW3.3 確定轉速根據(jù)以上計算所得數(shù)據(jù)，查找專業(yè)手冊，選取合適電機。容量相同的同類型的電動機，有幾種不同的轉速系列，此種情況下我們綜合考慮，分析比較電動機及傳動裝置的性能、尺寸、重量和價格等因素，再考慮到機械在實際中的運轉，他的可靠性與電機相連接的減速機，以及以后的發(fā)展，適當?shù)脑黾与姍C功率，最后選同步轉速1500r/min的電動機。綜上，選取電機型號為：Y180L—4，其主要性能見表 3.1表 3.1 電機主要性能參數(shù)表型號 額定功率/kW轉速/(r/min)電流/A效率（% ） 額 定 轉 矩最 大 轉 矩 重量/kgY180L—4 22 1470 42.5 91.5 2.2 1903.4 電動機的校核電機的校核主要是針對電機的過載能力校核。過載能力是指電動機負荷運行時，可以在短時間內出現(xiàn)的電流或轉矩的允許倍數(shù)，對不同類型的電動機不完全一樣，對異步電動機來說，校核其過載能力時即最大轉矩倍數(shù) 時，要考慮到交流電網(wǎng)電壓可能向下波動 10%~15%，因此，最大轉矩按?（0.81~0.72） 來考慮，他應該比負載最可能出現(xiàn)的最大轉矩大。NT齒輪轉速： =n?dv= 6012703??=212.3 r/min其中： d—齒輪的分度圓直徑，單位：mm 第 17 頁負載最大轉矩： 2WT?1.54=272.06 N m?傳動比 nid?= 3.21470=6.92粗略計算電動機的最大轉矩 iT?max= 92.607=40.35 N m?由電動機的參數(shù)可知 .2?額 定 扭 矩最 大 扭 矩?(3.7)dNnPT095= 1472?=142.63 N m?其中 —電動機額定轉速，單位： r/mindn所以 63.142.702.??NT?=226.40 N m 40.35 N m =??axT故安全。第 18 頁4. 主要零件強度計算校核4.1 齒輪的計算與校核4.1.1 齒輪的計算1、材料： 鋼#45表面處理：調質處理 HB 228 ~ 2692、機械性能：查文獻[2，表 3.2-42]可知：=980 MPa =835 MPaB?S?3、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) =601Z4、齒輪受力分析齒輪傳動一般均加以潤滑，嚙合輪齒間的摩擦力通常很小，計算輪齒受力時，可不予考慮。從作用力來說，沿嚙合線作用在齒面上的法向載荷 垂直于齒面，為了計nF算方便，一般將法向載荷 在節(jié)點 P 處分解為兩個相互垂直的分力，即圓周力 與徑nF tF第 19 頁向力 ，如圖 4-1，由此得：rF 12dTFt??antrcostn式中： —小齒輪傳遞的轉矩，單位為 N·mm；1T—小齒輪的節(jié)圓直徑，對標準齒輪即為分度圓直徑，單位為 mm；d—嚙合角，對標準齒輪， = °。??204.1.2 按接觸疲勞強度校核齒輪在工作齒面發(fā)生的失效較多，如齒面磨損、點蝕、膠合等。所以對齒輪進行接圖 4-1 齒輪受力分析觸疲勞強度計算是必須的，下面首先按接觸疲勞強度校核。查文獻[3 ，199]其計算公式為：第 20 頁(4.1)EHtHZubdKF???1????H?其中： —齒面接觸應力，單位： MPaH—齒面許用接觸應力，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、求齒面接觸應力 H?(1)求 K= (4.2)KAv??其中：—使用系數(shù)A—動載系數(shù)vK—齒向載荷分配系數(shù)?—齒面載荷分配系數(shù)?根據(jù)文獻[3 ，表 10-2]可查得： =1.5；AK[3，圖 10-8]根據(jù) v=3m/s 可查得： =1.18；v[3，表 10-3]可查得： = =1.2；?HF[3，表 10-4]可查得：第 21 頁=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： = Av?H= 15.28.51?=2.44(2) 21WTF?1.54=272.06 N mm30??=tFd12= 35706=2315 N?tanrF?=2315 ?20?=843 N=2463 N?costnF?(3) u= 12Z= 4760=1.27第 22 頁(4)根據(jù)齒輪材料查文獻[3 ，表 10-6]可得：=188 MPaEZ(5) = H?cosin2?= 002i?=2.5所以： EHtHZubdKF???1?= 185.27.1235804. ??=344.52 MPa2、求許用應力 ??H?= (4.3)??H?HNSKlim?其中： —為接觸疲勞安全系數(shù)，可取 =1；HS—為壽命系數(shù)；NK—齒輪接觸疲勞極限，單位：MPa；limH?(1)求 N齒輪應力循環(huán)次數(shù) =60NhnjL=60 212.3 1 20 365 24??= 次9023.查文獻[3 ，圖 10-19]可得： =0.93HNK(2)求 limH?根據(jù)材料查文獻[3，圖 10-21(續(xù))] 可得：第 23 頁=860 MPa；limH?所以 =??HNSKlim?=0.93 =799.80 MPa?18603、校核顯然， =799.80 MPa 344.52 MPa = ，故安全。??H?H?4.1.3 按彎曲疲勞強度校核查文獻[3 ，197] = (4.4)F?bmYKSFt?????F?其中：—齒輪齒根彎曲應力，單位：MPa F—齒輪彎曲疲勞許用應力，單位：MPa ???—齒輪模數(shù)m—齒輪系數(shù)?FY—應力校正系數(shù)S1、求齒輪齒根彎曲應力 F?=FbmYKSFt??(1)根據(jù) =47 查文獻[3，表 10-5] 采用插值法求得：1Z=2.33?FY=1.69S(2) K??FVAK??1.5 1.18 1.2 1.16?2.46第 24 頁所以： =F?58069.13246.2?= 56.06 MPa2、求齒輪彎曲疲勞許用應力 ??F= (4.5)?FNKSlim?式中：—彎曲疲勞強度安全系數(shù)，取 =1.5FSF—壽命系數(shù)NK—齒輪彎曲疲勞極限，單位：MPa limF?(1)求 FN根據(jù)應力循環(huán)次數(shù) N= 查文獻[3 ，圖 10-18]可得：91023.?=0.83FNK(2)求 limF?根據(jù)文獻[3 ，圖 10-20(完)d] 可得：=700 MPalimF?所以 =??NKFSlim?=0.83 5.170?=386.4 MPa3、校核顯然， =386.4 MPa 56.06 MPa = ，故安全。??F?F?4.2 傳動軸的強度校核計算刀盤的力主要集中在刀盤軸上，且刀盤軸所承受的轉距最大，因此對刀盤軸進行計算校核是十分有必要的。第 25 頁4.2.1 軸的材料及其機械性能1、材料： 鋼#45表面處理：調質處理 HB 228 ~ 2692、機械性能：查文獻[2，表 3.2-42]可知：=980 MPa =835 MPaB?S?由文獻[3，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、順序和相互關系，軸上零件的布置方案如圖 4-2(a)所示；2、軸的基本數(shù)據(jù)：轉速 = = =212.3 r/min。n?dv6012703???圖 4-2(a) 軸的主要尺寸及軸上零件布置圖4.2.3 按彎扭合成進行軸的強度校核第 26 頁1、軸的結構及尺寸，如圖 4-2(b)所示；2、對軸進行受力分析與強度校核計算(1)軸的驅動力矩： 驅動一對刀盤的力矩為 M=544.11 NM=544110 N·mm一根刀盤軸上的轉矩為 T= =272055 N·mm25410?M(2)求與此軸配合的齒輪上的作用力=tFdT= 23570?=2315 N?tanrF?=2315 ?20?=843 N(3)計算軸在軸承處所受的支反力垂直面內的支反力： =VAF)25694(?r= 083?=392.4 N=VBF)25694(?r= 083?=450.6 N水平面內的支反力： HAF?)25694(?t第 27 頁= 502631?=1077.5 NHBF?)25694(?t= 031?=1237.5 N(4)計算彎矩垂直面內： VM?AF1lmm2941Cl392.4 294V?30?115.8 N·m?水平面內： HMAF1l1077.5 294?30?316.8 N·m?總彎矩： 2HV?8.316.5337.3 N·m?第 28 頁圖 4-2 軸的載荷分析圖(5)作彎矩圖如圖 4-2(d)、(f) 、(g)；作轉矩圖如圖 4-2(h)。(6)校核軸的強度根據(jù)軸的結構圖以及彎矩和轉矩圖可以看出截面 C 是軸的危險截面，故選截面 C作彎扭合成強度校核計算，查文獻[3，365] 按第三強度理論有：第 29 頁= (4.6)ca?WTM22)(?????1??式中：— 軸的計算應力，單位：MPa ca—軸所受彎矩，單位： N·mmW—軸所受轉矩，單位：N·mm T—軸的抗彎截面系數(shù)，單位：mm 3—扭轉切應力為靜應力時，取 0.3???所以 ca??3221.0)(dTM?322.)705(7?2.47 MPa?查文獻[2，表 38.1-1]得：=213 MPa??1??故 ，即安全。ca???1?4.2.4 按疲勞強度進行精確校核查文獻[3 ，365] (4.7)2??Sca???其中：—軸的計算安全系數(shù)caS—只考慮彎曲和軸向力時的安全系數(shù)?—只考慮扭矩時的安全系數(shù)?—軸的設計安全系數(shù)S第 30 頁(1)軸的結構和裝配圖，如圖 4-2(a)：(2)判斷危險截面軸上分布有鍵槽、軸肩及過渡配合所引起的應力集中均將削弱軸的疲勞強度，同時有存在軸徑的變化，但綜合考慮個截面出的配合及軸所受的彎矩，發(fā)現(xiàn)D、E、 F、G、H 幾個截面比較危險，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 面進行校核，E 面右側軸徑比左側大，所以只需校核 E 面的左側。(3)截面 E 左側抗彎截面系數(shù)：0.1W?3d0.1?16156090 mm3抗扭截面系數(shù)：0.2TW?3d0.2 16?312180 mm3彎矩 及彎曲應力 為：Mb?M?12l?總=294 mm =60 mm1l2337.3??30946?2.68 N·mm51WMb?= 156098.2?