950滚筒式飞剪机设计【含6张CAD图纸】

资源目录里展示的全都有，所见即所得。下载后全都有,请放心下载。原稿可自行编辑修改=【QQ：401339828 或11970985 有疑问可加】 内蒙古科技大学 本科生毕业设计说明书（毕业论文） 题 目：950滚筒式飞剪机 学生姓名： 学 号：2003041235 专 业：机械设计制造及其自动化 班 级：机械2003-2班 指导教师： 45 摘 要 滚筒式飞剪是一个在轧钢行业广泛应用的重要设备。其结构简单，使用方便、可靠，一般装在连轧机组或横切机组上。主要用于对轧件进行切头、切尾或剪切规定尺寸。 本文主要是研究热轧高线为剪切对象的滚筒式飞剪。利用当今流行的滚筒式飞剪设计算法，获得滚筒式飞剪力能参数计算优化理论与方法，根据工艺提供的被剪轧件的剪切温度、剪切材料、剪切规格和轧件运动速度等其他工艺参数，使飞剪在满足工艺条件的情况下，电机容量、滚筒式飞剪结构尺寸等达到最优化。 关键词： 滚筒式飞剪、高速线材、剪切力、电动机、润滑 毕业设计说明书（毕业论文） 950 drum-flying shear Abstract Drum flying shear is a important equipment which is using in steel rolling industry. Its structure is simple, and it is easy to use, reliable, generally packed in strip mill or transection Unit. It is mainly for the workpiece for the first cutting, shearing off its tail or size requirements. This study investigated the hot and cold-rolled strip steel shear object to the drum-flying shear. Using today's popular roller flying shear design algorithm, to get a roller flying shear parameter optimization theory and the calculation method. According to the process provided by the shear shear workpiece temperature, shear materials, specifications and shear velocity workpiece, and other process parameters, Shear made in meeting the conditions, the electrical capacity, roller flying shear geometry to achieve the most optimal. Key words: Drum flying shear, high-speed wire, shear strength, electrical, lubrication 目 录 摘 要…………………………………………………………………………………Ⅰ Abstract……………………………………………………………………………..Ⅱ 第一章 绪论………………………………………………………………………….6 1.1 设计的来源、目的、意义……………………………………………...6 1.2 线材生产的基本知识……………………………………………………6 1.3 线材工艺的发展现状及未来趋势………………………………………7 1.4 飞剪机类型与结构………………………………………………………8 1.4.1 滚筒式飞剪机……………………………………………………8 1.4.2 曲柄回转杠杆式…………………………………………………9 1.4.3 曲柄偏心式飞剪机……………………………………………..10 1.4.4 摆式飞剪机……………………………………………………..10 1.4.5 曲柄摇杆式飞剪机……………………………………………..10 1.5 对飞剪机的要求………………………………………………………..10 1.5.1 作用……………………………………………………………..10 1.5.2 滚筒式飞剪工作制度…………………………………………..11 1.6 整体方案的确定………………………………………………………..10 1.6.1 单电机传动方案………………………………………………..11 1.6.2 双电机传动方案………………………………………………..11 第二章 滚筒式飞剪力能参数计算…………………………………………………13 2.1 滚筒式飞剪剪切过程分析……………………………………………….13 2.2 剪切力与剪切力矩的计算……………………………………………….14 2.3 剪切功的计算…………………………………………………………….16 第三章 电动机的选择………………………………………………………………17 3.1 电动机选择……………………………………………………………….18 3.1.1 计算总的静力矩…………………………………………………18 第四章 滚筒式飞剪零部件强度计算………………………………………………19 4.1转速及扭矩的计算………………………………………………………..20 4.1.1 传动比的确定……………………………………………………20 4.1.2 输入轴的转速及扭矩……………………………………………20 4.2齿轮传动及参数计算……………………………………………………..20 4.2.1 选择材料…………………………………………………………20 4.2.2 根据齿轮弯曲疲劳强度设计……………………………………21 4.2.3 校核齿面的接触强度……………………………………………22 4.2.4 齿轮的尺寸明细及工作图………………………………………23 4.3 轴的设计与校核………………………………………………………….25 4.3.1 选择轴的材料……………………………………………………25 4.3.2 初步估算轴径……………………………………………………25 4.3.3 轴的尺寸结构分析………………………………………………26 4.3.4 联轴器的选用……………………………………………………27 4.3.5 轴承的选择………………………………………………………27 4.3.6 轴的校核…………………………………………………………28 4.4 轴承与键的校核………………………………………………………….32 4.4.1 轴承的校核………………………………………………………32 4.4.2 键的校核…………………………………………………………32 4.4.3 对联轴器进行校核………………………………………………33 4.5 刀架的设计与校核……………………………………………………….33 4.5.1 刀架的受力分析…………………………………………………34 4.5.2 刀架的强度校核…………………………………………………34 4.6 电动机的校核…………………………………………………………….36 4.6.1 电动机的发热校核………………………………………………36 4.6.2 过载校核…………………………………………………………38 第五章 设备的冷却及润滑…………………………………………………………40 5.1 齿轮的润滑……………………………………………………………….40 5.2 对轴承的润滑……………………………………………………………40 5.3 950飞剪的维护与保养…………………………………………………40 5.4 飞剪机刀架的安装和拆卸……………………………………………….40 结束语…………………………………………………………………………….42 参考文献………………………………………………………………………….44 1 绪 论 1.1 设计的来源、目的、意义 飞剪机是装设在连续式轧机的轧制作业线上，也可装设在横切机组、连续镀锌机组和连续镀锡机组等连续作业精整机组上。本文所设计的950滚筒式飞剪机来源于高速线材轧制生产线，它适应高速切头切尾的特征，并为高速线材技术突破点的关键要素之一。 飞剪机的工作性能直接影响着线材的轧制质量。简单的滚筒工艺满足了高速切削的特点。随着钢材市场的发展，它的作用也将得到不断扩大。 1.2 线材生产的基本知识 线材是钢铁工业的重要产品之一，它广泛用于各项基础设施建设、建筑工程建设和金属制品行业。用更为高效的生产工艺来提高轧制速度和成品精度一直是线材生产追求的目标。 线材俗称“盘条”或“盘元”。线材轧制的特点是总的延伸率大，轧件的温降快。因此，线材轧机的机架数目多，最多的达到27架，轧制速度快,每秒钟高达120多米。 高线车间的主要设备是轧机组。一般分为粗轧机组、中轧机组、预精轧机组和精轧机组。从早期的轧机到现在的高线轧机，按轧机的分布方式可分为：横列式轧机、连续式轧机、半连续式轧机。精轧机组的主要功能是使坯料得到初步的延伸，得到温度合适、断面形状正确、尺寸合格、表面良好、端头规矩、满足工艺要求的轧件，通常输送给中孔轧机断面为Φ50mm。中轧机及精轧机的作用是继续减少粗轧机的轧件断面，为精轧机组提供轧制成品、线材所需的断面形状相等、尺寸精确并且全长断面尺寸均匀、无内表面缺陷的中间料。 另外高线车间还有辅助设备如：加热炉、活套、还有一些精整设备等。其中，高线轧机机组使用的是连续式加热炉。由于断面不大，多采用侧出方式。钢坯入炉有侧入，端入两种方式。侧入炉门小，易保证炉子的严密性，但不如端进容易排列坯料，所以两种方式均有采用。连续式加热炉按钢坯在炉内进入的方式分为连续式和步进式。最近几年，高线轧机大都采用步进式连续加热炉，随着轧制能力的提高和工业炉技术的发展，连续式加热炉还逐步演变为多点供热和多段控制的大容量加热炉，并在加热炉口应用了高效燃烧器、控制燃烧技术以及先进的节能技术和节能材料。这不仅大大提高了加热炉的加热能力，改善了加热质量，而且大大幅度的降低了燃烧消耗和燃料燃烧带来的大气污染，自从计算机技术在加热炉上使用，连续加热炉的自动化水平得到了新的提高。 目前我国高速线材产品的主要品种有普碳钢、优碳钢、焊条钢、焊丝钢、弹簧钢、轴承钢、碳结钢、不锈钢、高速工具钢、冷镦钢、低合金钢等。 1.3 线材工艺的发展现状及未来趋势 线材生产发展的总趋势是提高轧速、增加盘重、提高精度及扩大规格范围。自60 年代第一台全新结构的摩根高速线材无扭精轧机问世后，引起了线材生产领域的革命性变化。线材轧制速度突破了以往的极限，达到42m /s。经过几十年不断的改进和更新换代，特别是80 年代以来由于各项制造技术、自动化控制技术的发展，检测技术的进步，使轧制速度突破100m /s 大关，最大达到120m /s。坯料断面尺寸扩大到150m m x150m m ～160m m x160m m ，个别使用180m m x180m m ，盘重达到2t以上，线材规格上限扩大到φ20 m m～25m m 。一般可按速度将高速线材轧机划分为六代，其主要指标见表1： 表1.3.1 六代高速线材轧机主要指标 六代轧机 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ 年代 1965～1970 1971～1976 1977～1979 1980～1984 1985～1995 1995～ 保证轧制速度/（m.s） 42 50 60 75～80 100～105 120 最小辊径速度/（m.s） 50 60 79 90～100 120 150 我国线材轧机的发展，最初受到其技术装备水平和坯料的限制。随着我国连铸生产水平的提高，线材轧机实现了较快发展，其生产的产品质量也有了较大幅度的提高。目前，我国线材轧机的主力轧机大多都是直接使用连铸坯成材的连续式轧机，其装备和自动化水平也达到了现代轧机的先进水平，一改过去线材生产多次开坯、小坯成材的局面。但是，我国仍有为数不少的线材轧机的技术水平较为落后，其生产的产品品种较少且质量不高。线材轧机应坚持高速和连续的技术开发方向，并且着眼于全过程的连续。 我国线材生产量和消费量居世界首位，为了与我国钢材消费的特点和消费水平相匹配，应该把线材作为一个值得重视的大品种，而线材工艺技术的提高也成为亟待解决的问题。 轧制工艺的进步具体表现为以下几个方面：① 轧制速度的进一步提高； ② 采用减定径机组进行紧密轧制； ③ 预精轧机采用“微型无扭轧机”； ④ 采用连铸坯为原料并采用热装工艺； ⑤ 粗中轧机组采用全平立布置实现全线无扭轧制； ⑥ 采用低温轧制技术； ⑦ 采用中负荷及超重负荷无扭精轧机组； ⑧ 采用控制轧制和控制冷却； ⑨ 合金钢采用高速无扭轧制和控制冷却已趋成熟； ⑩ 广泛采用在线测径及涡流探伤 任何国家都不应封闭，都会从别的国家吸收、引进新技术。高线轧机发展的核心是围绕速度的提高，速度越高，要求电控水平越高.在高速轧制状态下，要求设备制造精度高，这就需要高精度的油膜轴承、高性能的润滑系统和密封系统保证，以实现高速、无扭、微张或无张力轧制。速度提高的结果，在获得一定生产量时可减少生产的线数，目前某些专家推荐单线生产，无扭轧制，可保证产品的精度以及高牌号硬线和合金线材的生产. 1.4 飞剪机类型与结构 飞剪按照用途可以分为切头飞剪机与切定尺飞剪机两大类；按照飞剪机的剪切机构，目前应用较广泛的飞剪机有滚筒式飞剪机、曲柄式转杠杆式飞剪机、曲柄偏心式飞剪机、摆式飞剪机和曲柄摇杆式剪机等。 1.4.1 滚筒式飞剪机 滚筒式飞剪机（图1）是一种应用很广的飞剪机。它装设在连轧机组或横切机组上，用来剪切厚度小于12mm的钢板或小型型钢。这种飞剪机作为切头飞剪机时，其剪切厚度可达45mm。滚筒式飞剪结构简单，可装两对剪刃分别切头切尾，使用可靠。滚筒式飞剪设有快速更换剪刃装置，它为维护与使用提供了方便。但这种飞剪剪刃不是垂直进入轧件，而是挤剪并举，在剪切厚带坯时剪切力急剧增加，剪切质量也不好。用来切头切尾的的飞剪机采用启动工作制。用于切定尺的滚筒式飞剪机，一般采用连续工作制。 1.4.2 曲柄回转杠杆式飞剪机 用飞剪机剪切厚度较大的板带或钢坯时，为了保证剪后轧件剪切断面的平整，往往采用刀片做平移运动的飞剪机。曲柄回转杠杆式飞剪机（图2）就是此类飞剪机的一种。 由于这类飞剪机在剪切轧件时刀片垂直于轧件，剪切断面较为平整。在剪切板带时，可以采用斜刀刃，以便减少剪切力。这种飞剪机的缺点是结构复杂，剪切机构动力特性不好，轧件的运动速度不能太快。用于小型型钢厂的曲柄连杆式飞剪机，轧件速度小于5m/s，剪切的轧件厚度为30～70mm。 1—曲柄；2—刀架；3—摇杆 图2 曲柄连杆式飞剪机 图3 曲柄摇杆式飞剪机 1.4.3 曲柄偏心式飞剪机 这类飞剪机的刀片作平移运动。双臂曲柄轴铰接在偏心轴的镗孔中，并有一定的偏心距。双臂曲柄轴还通过连杆与导架相铰接。当导架旋转时，双臂曲柄轴以相同的角速度随之一起旋转。刀片固定在刀架上，刀架的另一端与摆杆铰接，摆杆则铰接在技架上。通过双臂曲柄轴、刀架和摆杆可使刀片在剪切区作近似于平移的运动，以获得平整的剪切断面。 1.4.4 摆式飞剪机 用来剪切厚度小于6.4mm的板带。刀片在剪切区做近似于平移的运动，剪切质量较好。 1.4.5 曲柄摇杆式飞剪机 这种飞剪机也称作施罗曼飞剪机，用来剪切冷轧板带。由于飞剪机工作时总能量波动较小，故可在大于5m/s的速度下工作。 1.5 对飞剪机的要求 1.5.1 作用：横向剪切运动着的轧件 ① 剪刃在剪切轧件时要随着运动着的轧件一起运动，即剪刃应该同时完成剪切与移动两个动作，且剪刃在轧件运动方向的瞬时分速度V应与轧件运动速度V相等或大2%～3%。即V=（1～1.03）。 ②根据产品品种规格的不同和用户的需求，在同一台飞剪机上应能剪切同种规格的定尺长度，并使长度尺寸公差与剪切断面质量符合国家有关规定。 ③能满足轧机或机组生产率的要求。 1.5.2 滚筒式飞剪工作制度 图 4 飞剪起动工作制图 切头飞剪机通常采用起动工作制。它经过待机、剪切、减速、停止和复位等过程，如上图 4。 当剪切位置选定以后，剪刃由起始位置在电机的驱动下进行加速转动，达到 稳定速度，在经过稳速阶段后，剪刃开始进行剪切，剪切完成后，进入减速阶段， 最后复位，等待进行下一次的剪切。其剪切行程如图 5。 图 5 滚筒式飞剪剪切行程图 1.6 整体方案的确定 在设计中，既要结合实际又要结合理论方法，按个人构思灵活设计① 在结构设计中，设计方案的选择和确定 950飞剪有两种方案，一种由单电机传动一个滚筒，而另一个滚筒由齿轮来传递力矩驱动，另一方案由两台电机分别带动上下输入轴，通过齿轮带动两个滚筒，对着两种方案进行选择。 1.6.1 单电机传动方案 它由主动滚筒上的齿轮来传动另一个滚筒，所以主动滚筒上的齿轮所受到的载荷远远大于从动滚筒上的载荷，轴所受到的载荷也远远大于从动滚动轴，这样主动轴比从动轴更有破坏的可能，此方案的缺点是滚筒上的零部件易受到破坏而发生事故，另一缺点单机承受过大功率，此方案只能采取启动工作机制而不能采取连续工作机制，但其也有优点：上下剪刃同步性高，结构简单且成本低。 1.6.2 双电机传动方案 它克服单电机传动的缺点，首先，它的两套传递系统平行传动，每套系统的各个零件受力基本相同，不存在某个零件因受到载荷过大而破坏的问题；其次，它由连个电机传动，每个电机受载相对较小，所以它更适合连续工作制，本次设计的950滚筒式飞剪要求既可切头，又可进行碎断，这样电机处于启动工作制，这样看来，双电机传动更合适些，此外，线性轧机对机械的安全性要求高，飞剪机一旦出现故障，将迫使生产系统停止，故采用双电机传动方案比较合适。 传动装置的布置形式，采用电机驱动的飞剪机，电机及减速器的布置方式，可分为上传动和侧传动的两种形式，上传动是指电机及减速装置都布置在飞剪机的机架上，具有结构紧凑、占地面积小、坯料及料头运输条件好的优点，单独使用的中小型飞剪机多采用上传动的形式；侧传动指电动机和减速装置在飞剪机的侧面，对于大型钢坯飞剪机，因其结构传动装置的重量很大，不宜安在机架上部，一般采用侧传动方案，又由于生产线上轧件由辊道运输，一般工人在机器的边侧操作，而机器的另一侧安装电机及传动装置。所以本次设计采用侧传动方案较为合理。 因此本次设计的950滚筒式飞剪机采用双电机侧传动方案，因为本飞剪是一级减速，则共需四根主轴，包括两根输入轴和两根传动轴，两幅大小相同的大小齿轮，具体传动的结构如下：用电机通过联轴器带动输入轴，通过输入轴的小齿轮同剪轴上的大齿轮相啮合，通过齿轮传动把力矩传给剪轴。通过剪力完成剪切工作。为使轴向力减少和结构简单，大小齿轮均设计为直尺圆柱齿轮。 在每一个刀架上有同一条直线上成角的两把刀，一个用来切头，一个用来切尾，在停机时刀片处于水平状态。 对设备的机架设计有三类：封闭式机架、开式机架、半闭半开式。一般的飞剪机只有开式与闭式。开式与闭式各有其特点，闭市机架能做成门形，它的刚性较好，但由于剪刀在里面，不易观察其剪切情况，一旦发生事故不好处理。一般将大型的飞剪机采用此式机架。开式机架克服了闭式机架的缺点，但刚性小，剪切断面小，一般适合于小型的飞剪机。 剪机的结构有铸件和焊件。铸件是整个机架采用连体铸造或全部铸造；焊件则采用普通零件焊接法，以前焊接技术不完善时采用铸造，但铸造又比较复杂，工艺繁琐，因此对原料使用较多，而且铸件的体形庞大、笨重。因此现多采用焊接。采用焊接可缩短周期，对于飞剪机的箱形机架则更易采用。大大节约成本，简化工艺。因此本次设计的设备采用开式机架，剪机的结构采用焊接。 2 滚筒式飞剪力能参数计算 2.1 滚筒式飞剪剪切过程分析 金属的剪切过程可以分为以下几个阶段：刀片弹性压入金属阶段；刀片塑性 压入金属阶段；金属塑性滑移阶段；金属内裂纹萌生阶段和扩展阶段；金属内裂 纹失隐扩展和断裂阶段。一般可粗略地分为两个阶段：刀片压入金属阶段和金属 塑性滑移阶段。 图 6 滚筒剪剪切过程示意图 在不同的阶段，被剪切金 属剪切区域内应力状态是不同 的。在整个剪切过程中，剪切 力应力状态不断变化，剪切力 也不断变化。实验表明，最大 剪切力产生于刀片塑性压入阶 段终了、金属塑性滑移阶段开 始之时。因此，一般可将剪切 过程分为两个阶段来建立剪切 过程的受力模型。压入阶段作 用在被剪切金属上的力，如图 图 7 平行刀片剪切时作用力图 7 所示。 2.2 剪切力与剪切力矩的计算 首先根据所剪轧件的最大断面尺寸来确定剪切机公称能力。它是根据计算的最大剪切力并参照有关标准和资料确定的。 最大剪切力 P=KτF 《轧钢机械》 式8—13 式中 ——被剪轧件的原始断面面积，mm; τ——被剪切轧件材料在相应剪切温度下最大的单位剪切阻力，; K——考虑由于刀刃磨钝刀片间隙增大而使剪切力提高的系数，根据小型剪切机P＜1.6MN, 取K=1.3。 上式计算中由于无单位剪切阻力试验数据，故改用下式计算最大剪切力： P =0.6Kσ 《轧钢机械》 式8-14 式中： σ——被剪轧件的原始断面面积，mm； 系数0.6为考虑单位剪切阻力与强度限的比例系数。 选取σ=90 《轧钢机械》 表8-4 根据设计参数 =1146 mm 终得 P=0.6x1.3x90x1146=80449.2=80.45 N 从而： τ= P/K·=80.45x/1.3x1146=54 根据刀片形状，滚筒式飞剪的剪切力按平行刀片剪切机的计算方法而来。但是当飞剪机直接装在轧机后面而没有匀速机构时，刀片速度在剪切时可能超过轧件运动速度，则在轧件中产生应力。此拉应力亦作用在飞剪机的刀片上。根据虎克定律，轧件中的拉应力为： σ=E 《轧钢机械》 式9-35 式中 E——弹性模数，对轧件在终轧温度在800时，近似的等于45000～55000； ——剪切终了时，飞剪机与最后一架轧机间的轧件长度； ——剪切终了时，在轧件长度断内有拉应力产生的伸长量。 伸长量可由剪切过程中刀片与轧件的水平移动量的差值来确定 =- 式中 ——剪切时间内刀片在水平方向移动量， ——剪切时间内轧件一定量。 轧件的移动量 =t 当刀片轨迹半径为R的整圆时（图8），剪切时间为 t= 角相当于剪切轧件厚度为时的开始 剪切角度，由下式确定 式中 S——刀片的重叠量，一般取5 ～25mm，这里取S=7mm。 由设计参数A=950mm，且由图A=2R-S得 图8 飞剪机的剪切过程 则，求得，为剪切终了的角度，考虑到剪切终了时相对切入深度得 由前述，查得 《轧钢机械》图8-6 则 根据设计要求及实际状况取 根据实测 ，取 E=46000， 则刀架所受的拉力 T与的合力P为刀架所受到的力： 刀架所受的最大剪切力矩： 式中 为咬入角， Z为切入系数，前述已选 则 2.3 剪切功的计算 在所剪轧件无单位剪切功的实验数据时，可通过所剪材料的强度限和延伸率近似求a。 当不考虑刀片磨钝等因素时，剪切功 《轧钢机械》 式8-18 其中 称为单位剪切功 F——被剪轧件原始断面面积， h——轧件高度， 由设计参数得：，由于所剪为线材 ——平均单位剪切阻力 ——段裂时相对切入深度 则 《轧钢机械》 式 8-22 一般取，则（0.72～0.96） 《轧钢机械》 表 8-4 《机械设计手册》 表 3-1-9 则剪切功： 3 电动机的选择 对于启动工作制飞剪的电动机功率几乎完全由飞剪机运动质量的加速条件来确定。因为每次剪切要求的加速时间非常短。 3.1 电动机功率选择 式中： ——剪切轴上最大静力矩； ——剪轴转速； ——电机过载率，=1.3～1.7 ——从电机到剪子整个整个飞剪机的传动效率，=0.94 由于飞剪只有在处理事故中采用连续工作制，而这种状态出现的较少且时间间隔大，故过载率较大=1.7。 3.1.1 计算总的静力矩 《轧钢机械》 式8-23 式中： ——剪切力矩； ——摩擦力矩； ——空载力矩。 由前述，一般取， ——电机额定力矩，近似取， 则 式中： p——剪切力； M——轴枢处摩擦系数，查得M=0.11， d为剪轴轴承处的直径，现场资料d=260mm， 剪轴转速： 电机功率： 由此可得单个电机功率： 根据设备既在切头、切尾时启动工作制下运行，又在碎断时连续工作制运行，负载性质有短时冲击，生产工艺要求起制动控制方便等，选择绕线式直流电动机，功率较小，另外工作轴转速较低，环境温度较高采用他冷。无减速器传动的国外DMG280S电动机，其额定功率为45KW， 额定电压220V，额定转速335r/min。 4 滚筒式飞剪的参数设计 4.1 转速及扭矩的计算 4.1.1 传动比确定 电机的，剪轴对计算转速为90r/min则 4.1.2 输入轴的转速及扭矩 由于输入轴直接通过连轴器与电动机相连，则 则输入轴扭矩： 式中： ——飞剪机输入轴最大静力矩 剪轴的转速： 剪轴的转矩： 4.2 齿轮传动及参数计算 4.2.1 选择材料 考虑到结构应简洁便于使用和维护，选择闭式直齿圆柱齿轮；又由于处于低速有冲击载荷的运行环境，选择硬齿面表面淬火HRC45～50材料为35SiMn，由于大小齿轮表面都淬火，齿轮的变形不大，对精度的要求不高，故选8级精度。 由于是闭式传动且大小齿轮均为硬齿面，齿轮的主要失效形式有可能是齿轮折断，也可能发生点蚀胶合等失效，则应按弯曲疲劳强度设计公式确定模数，然后校核接触疲劳强度。 4.2.2 根据轮齿弯曲疲劳强度设计 《机械设计》 式5-31a 式中： m——模数,mm； k——载荷系数，可近似取1.3～1.7，这里取k=1.5； ——小齿轮传递的名义扭矩，由前面计算； ——复合齿行系数； ——齿宽系数，，vb—轮齿宽度，—小齿轮分度圆直径； ——小齿轮齿数； ——许用弯曲应力 各参数的确定： ①根据齿轮齿数17不发生根切初选，则大齿轮的齿数。 ② 确定许用弯曲应力 《机械设计》式5-26 式中：——试验齿轮齿根的弯曲疲劳极限，根据设计材料硬齿面表面淬火HRC45～50查得； ——试验齿轮的应力修正系数，采用国家标准，=2； ——弯曲疲劳强度计算得寿命系数，一般取=1； ——弯曲强度的最小安全系数，一般传动取=1.3～1.5，这里取=1.4； 则 ③ 确定复合齿行系数 由，变位系数X=0，查得=4.48 《机械设计》图5-38 ④ 确定齿宽系数 根据齿轮位置不对称，载荷系数变动较大且齿轮硬度均〉350HBS，取=0.6 《机械设计手册》表14-1-62 综合上述代入设计公式： 由于机架的中心距为950mm，为了保证剪切的同步性，并调整剪力的侧向间隙， 所以大齿轮的分度圆直径暂定为950mm，此时模数为。 综合上述要求取标准模数m=14 。 《机械设计手册》 表14-1-2 ⑤ 计算几何尺寸 4.2.3 校核齿面的接触强度 根据： 式中：——弹性系数，一对齿轮均为钢制时取； u——齿数比，根据设计。 把前面计算所得相关值代入上式： 齿面许用接触应力： 《机械设计》 式5-27 式中：——试验齿轮的接触疲劳极限，查得=950； 《机械设计》 图5-33 ——接触强度的最小安全系数，取=1.2； ——接触疲劳强度计算的寿命系数，一般取=1； ——工作硬化系数，由于是小齿轮故略去。 因为 ，故接触疲劳强度足够。 4.2.4 齿轮的尺寸明细及工作图 表4.2 设计齿轮相关尺寸计算 名称 代号 计算公式 相关值 模数 m 由强度得出 14mm 压力角 分度圆直径 d 齿顶高 齿根高 全齿高 顶隙 C C=0.25m C=3.5 齿顶圆直径 齿根圆直径 基圆直径 齿距 P P=44 齿厚 S S=22 齿槽宽 e e=22 中心距 a a=595 基圆齿距 =41.35 图9 大齿轮零件工作示意图 图10 小齿轮零件工作示意图 4.3 轴的设计与校核 4.3.1 选择轴的材料 该轴无特殊要求，因而选用调质处理的45钢，查得。 4.3.2 初步估算轴径 按扭转强度估算输出端连轴器处的最小轴径。根据表12-2按45钢，取C=110；输出轴的功率（为连轴器的效率，取0.99，为滚动轴承的效率，取0.99，为齿轮啮合效率，取0.98）=45x0.99x0.99x0.98= 43.2kw。 输出轴的转速： 根据 式中：C——有轴的材料和承载情况确定的常数。 则剪轴的最小直径，而在实际中剪轴的端颈为260mm，远离剪子端的为190mm。 输入轴的最小直径，而在包钢高速线材厂实际所使用的飞剪机与连轴器相连的直径d=130mm，与轴承处相适的直径为180～190mm之间，靠近电机端轴径d=190mm，远离电机端轴径180mm。 4.3.3 轴的尺寸结构分析 生产实际中所选用的轴径远大于理论尺寸的原因： 首先，从加工工艺考虑，如果轴径过小，则轴的成本就会增加，并且轴的尺寸精度和形状公差将要求更高，同时考虑到输入轴连轴器处有一个键槽所以轴径应相应增加5%。 其次，理论所设计的值是按给定的剪切条件所设计，如只满足此条件设计，不满足加工范围广泛的条件，在工厂中不可能加工单一的轧件，并考虑可能出现的事故，轴径应尽量选大些比较满足实际需要。 图11 下输入轴结构设计图 图12 下剪轴结构设计图 4.3.4 联轴器的选用 首先应考虑所选孔径与轴径的相互适应，所以此步与确定轴的直径同步进行。由于传递扭矩适中且需考虑良好的补偿两轴做任何方向的位移的能力，又考虑到起制动频繁、成本较低，故选用弹性柱销联轴器。 公称转矩 计算转矩 式中：K——工况系数，查得K=2.75， 《机械手册》 表6-2-2 选得型号：LT13（GB/T4323-1984），重量182.386kg，转动惯量J=4.88792。 4.3.5 轴承的选择 高速轴：转速相对较高，且主要承受较大的径向载荷，有较大的冲击载荷，故输入端选用圆柱滚子轴承。 剪轴：此轴转速较低，传递转矩较大，为了适应不同工作条件在有剪刀的一端选用调心滚子轴承，因为此端受转矩和冲击较大，对整个轴来说，此点受力较大又是端点，轴很容易产生偏心。因此选用可调心的滚子轴承较好，另一端选用圆柱滚子轴承。 此工作轴及轴上的齿轮均为平行传动和直齿轮，产生轴向力很小，故选用单列圆柱滚子轴承，内圈无挡边。 表4.3 轴承选用列表 部 位 轴承名称 型号 外径D（mm） 内经d（mm） 宽（mm） 高速轴 输入端 圆柱滚子轴承 92000 400 130 190 剪端 调心滚子轴承 3003736 300 180 96 剪轴 剪端 调心滚子轴承 3003752 440 260 144 另一端 圆柱滚子轴承 92338 400 190 78 4.3.6 轴的校核 4.3.6.1 输入轴 先做出轴的受力计算简图，取集中载荷作用于齿轮及轴承的中点。 ① 齿轮的作用力的大小 转矩： 圆周力： 径向力： 的方向如图所示。 图13 输入轴的强度计算图 ② 求轴承的支反力 水平面上支反力： 垂直面上的支反力： ③ 画弯矩图（图13中b、c、d） 截面C处的弯矩为： 水平面上的弯矩： 垂直面上的弯矩： 合成弯矩： ④ 画转矩图（如图13） ⑤ 画计算弯矩图（如图13） 因单向回转，视转矩为脉动循环，，则截面C处的当量弯矩为： ⑥ 按弯扭合成应力校核轴的强度 a. 截面C当量弯矩最大，故截面C可能为危险截面。已知 查得 《机械设计》 表12-2 所以其强度足够。 b. 截面D处虽仅受转矩，但其直径最小，则该截面亦为可能危险截面。 所以其强度足够。 4.3.6.2 剪轴的强度校核 先作出轴的受力计算图（如图14），取集中载荷作用于齿轮及轴承的中点。 图14 剪轴的强度计算图 ① 齿轮上作用力的大小 转矩： 圆周力： 径向力： ② 求轴承的支反力： 水平面上的支反力： 垂直面上的支反力： ③ 画弯矩图 截面C处的弯矩为： 水平面上的弯矩： 垂直面上的弯矩： 合成弯矩： ④ 画转矩图 ⑤ 画计算弯矩图 因单向回转，视转矩为脉动循环，，则截面C处的当量弯矩为： ⑥ 按弯扭合成应力校核轴的强度 截面C当量弯矩最大，故截面C为可能危险截面。 已知查得 《机械设计》 表12-2 所以其强度足够。 4.4 轴承及键的校核 4..4.1轴承的校核 轴承的寿命计算：轴承寿命为 《机械设计》 式15-3 式中：——指数，对于滚子轴承； C——基本额定的载荷； P——轴承处所受的载荷。 以92000为例，进行寿命计算，查得 《机械设计手册》 若一天工作24小时，一年360天计算： 天 所以，满足。同样可得其他轴承合理。 4.4.2 键的校核： ① 选择键连接的类型和尺寸，在8级以上精度的齿轮油空心精度要求，应选平键连接，由于齿轮又有轴端，故选用圆头普通平键LA型。 a. 选择大型齿轮的键 根据d=220mm根据手册得键的截面尺寸： 《机械设计手册》 表14-107 由轮毂宽并键的长度系列取键长l=130mm。 b．选择小齿轮的键： 根据d=140mm，查得键的截面尺寸： ， ， 《机械设计手册》 表14-107 由轮毂宽并参考键的长度系列，取键长l=120mm。 ② 校核键的连接强度：由于键轴、轮毂的材料都是钢，从手册查得许用挤压应力，取中间值，而键的工作长度L=L-b=130-50=80mm，键与轮毂键槽的接触强度k=0.5h=14mm。 式中： ——键连接工作表面的压强，； T——转矩，； d——轴的直径，mm， l——键的接触长度，mm； k——键与轮毂接触长度，mm； ——许用挤压应力，。 由计算得 对于下齿轮轴上的键进行校核： 与大齿轮相同，许用挤压应力，键的工作长度L=L-b=75mm，键与轮毂的键槽的接触强度为 所以所选择的键合格。 4.4.3 对连轴器进行校核： 以GⅡCL9型连轴器为例： ① 载荷计算： 公称转矩： 从GB4378-88中查得GⅡCL9型连轴器许用转矩为， 由于，所以所选的连轴器满足要求。 4.5 刀架的设计与校核 950飞剪的刀架是整个飞剪机中比较关键的零件，刀架上的剪刃对于在挤压弯曲和严重磨损状态下工作，必须采用高强度、高韧性的材料，因此飞剪机使用合金钢整体淬火，硬度达到HRS73-75采用35CrMo合金。 4.5.1 刀架的受力分析 式中： T——为水平拉力， P——为剪切力 图15 刀架的受力及危险截面简图 则垂直于刀架的力： 刀架受到的弯矩如图： 4.5.2 刀架的强度校核 整个刀架上共有如图所示的几个危险截面，下面分别计算： a. 危险截面Ⅰ处 抗弯截面系数，由于其截面为矩形 《机械设计》表[8] 所以截面安全。 b. 对危险截面II处 所以截面安全。 c. 危险截面III处 所以其强度足够。 通过校核，刀架上各个截面均满足强度要求。 图16 刀架的结构设计图 4.6 对电动机的校核： 4.6.1 电动机的发热校核 电机的额定转矩： 整个系统的空载力矩： ， 取 所有轴承处的摩擦力矩： 式中： p——轴承处的径向支撑力； ——轴承处的摩擦系数； d——轴承处的轴径。 所以 电动机的工作载荷图： 图17 电动机工作载荷图 计算角速度： 依据[2] 由于 所以电动机发热校核合格。 4.6.2 过载校核 由已知得电动机的最大静力矩 由[3]得： 由此可得过载校核合格。 至此，对整个950滚筒式飞剪机的主题零件的各个部分的设计均已完成，这其中的轴、轴承、齿轮、箱体、电机、连轴器等设计均为合格，通过校核，其大部分的强度要求均大大高于实际需要。这在很大程度上适应了现实生产，使飞剪机的工作要求大大降低。高强度的理论设计也保证了飞剪机的工作范围扩大，可剪切各种类型的生产要求，同时也大大提高了安全性。当然也不能一味追求安全而忽视了成本，只有把各种因素综合考虑才能达到一种最优的效果。 5 飞剪机的润滑 5.1 齿轮的润滑 齿轮的润滑在整个机器设备的润滑中占有很重要的位置。齿轮寿命的长短直接机器设备的寿命。在950飞剪中，有四个齿轮，构成950飞剪机中的主要摩擦，对齿轮的润滑，可以避免金属的直接接触，减少摩擦损失，还可以防止热量的产生和齿轮的生锈。 综合考虑，根据箱体的实际结构，采用喷油润滑。上方的齿轮采用喷油润滑， 下方的齿轮采用浸油润滑。使用压力将油喷到齿轮的啮合处，不但润滑齿轮而且及时对啮合的齿轮降温。 5.2 对轴承的润滑 此次剪切机，由于全部采用滚子轴承在齿轮座中都加了油槽，特别是对调心滚子轴承，，采用开圆周油槽的型号，通过与轴承座上所开的油槽相连，在齿轮点润滑过程中，油被喷到内箱壁上，油可顺着油槽流入到轴承的油沟内，以达到润滑的目的。 润滑油的型号选择，根据表[8]中10-11，根据齿轮的转速选择中负荷齿轮油，牌号为220号润滑油，运动粘度在40时为198-242。 5.3 950飞剪的维护与保养 机器的维护和保养对延长设备的寿命和提高其工作效率有重要作用。对于 950飞剪来说，根据其工作制的特点，最易出现故障的地方就是剪刀由于不断受到冲击，其位置精度难以保证，所以必须对其进行校准。 对于维修来说，可采用平时检修和定期大修为主。大修主要是对润滑油的更换和机器零部件的清洗和加工修整。 5.4 飞剪机刀架的安装和拆卸 由于飞剪机上剪轴的刀架的安装采用过过盈安装，固可采用热装法和液压推 力法。安装时可采用热装法，把上刀架放到加热炉中加热到一定程度用热夹夹住套入轴，自然冷却即可。 在拆卸时，将牵引螺柱拧入轴中，再用压力板，螺母和垫圈固定液压缸，在 轮毂与压力板之间留有12mm的间隙，然后给液压缸注油。油从刀架上的油孔进入刀架中的环形油槽，加压，直到有油从轴端溢出，然后用力推出。 至此，本950滚筒式飞剪机的设计与安装全部结束。 当然，在设计中，多多结合实际，不单单依靠理论，导致达不到可应用实际的目的。更应大量参考各种文献，结合自己所学，积极开发自己的想象力，灵活设计合理构思，以便更好设计出更为高效实用的机器设备。 结 束 语 随着毕业设计接近尾声，大学的学习生涯也将画上一个完满的句号。在这半个学期里，我们遵循着教学计划进行着实习与设计，结尾时期也需要对这所有的工作进行一个总结，也是完成一个知识与能力的升华过程。 首先，总结自己的付出与收获。 1. 设计是在综合运用自己所学知识做到一个理论服务于实际的过程；也是一个将这么多年的所得转化为实实在在的生产力的过程。 设计是一个趋于完善的趋势，因此我们是尽自己的努力综合权衡成本与功效，结构与工艺的合理性与优越性。 2. 设计是运用脑海中的知识积淀修饰与改进设备。在生活中我们利用已有 的原型进一步达到规范与完善的目的。因此是一项规范和严谨的工作，时时处处要求我们有理可依、有据可查，以达到互换性、合理性与科学性。 3. 设计不是一蹴而就的事情。来回掂量，反复修改是它的一大特色。事实 上也正是这一过程决定了我们的设计成果能否优于他人。 4. 一些先进的理论和方法是我们完成理论奠基的框架上进一步的优化。我 们不可忽视其所带来的有力支持，但同时也应分清主辅，不能一味冒进。 5. 任何时候虚心与协作是我们成就一项成果的关键。知识的无边际决定了 我们总有为自己所忽视的地方，而善于请教老师和同学很好解决了这一问题。同时正如完成一项工程需要不同功能的机械设备一样，设计不同设备的我们也应相互探讨利弊，一是为了使自己的设计变得简单；二是为了自己将来设计的设备能更好的同其他设备协作完成预期目标。 接下来，再说一说遇到的问题。 小到一套设备大到一条生产线，决定产品生产效率和竞争实力的顺推下来就是我们所设计的每一个零部件的优劣。每一次的选材、定型、确定工艺和工序、校核强度和寿命、挑选适配件都有其严格且颇富依据的程序，而存在于每一个背后的是强大的理论依据与扎实的基本功。所以，设计不是简单的照搬他人；设计也不是简单的推选组合，遇到每一个不懂的地方，极其需要我们反过头回顾自己曾经的所