1、皖西学院本科毕业论文（设计） 第 1 页 钢板剪板机的原理与设计 摘要： 在使用金属板材较多的工业部门，都需要根据尺寸要求对板材进行切断加工，所以剪板机就成为各工业部门使用最为广泛的板料剪断设备。对称传动剪板机是一种典型的对称传动的机械，主要用于剪裁各种尺寸金属板材的直线边缘。该设备应用广泛，具有结构简单，维修方便，经济实用的优点。 该 设计的对称传动剪板机，其冲剪力为 10 吨，滑块的行程为 22mm，每分钟剪切 30 次。由电动机提供动力，经过一级带传动和一级齿轮传动减速。设计中采用的执行机构为对心曲柄滑块机构，这一机构将剪板机传动系统的旋转运动转变为滑块的 往复直线运动，实现对板料的剪切
2、。曲柄滑块机构具有结构简单、加工容易、维修方便、经济实用的优点，在机械设备中应用广泛。 关键词 : 曲柄滑块 机构 ； 剪板机 ； 对称传动 Steel plate shears the principle and design Abstract: In the use of sheet metal more industrial sector, all need according to dimensional requirements for material cutting, so late shears becomes each industrial sector is most wi
3、dely used in the process of sheet metal cut equipment. Symmetric transmission cutting machine is a kind of typical symmetric transmission machinery, mainly used for clipping of various sizes of the sheet metal of straight edge. The equipment is widely used, the structure is simple, easy maintenance,
4、 economic and practical advantages The design of the symmetric transmission plate shears, its blunt shear for 10 tons, the slider trip 22mm per minute for shear thirty times. Powered by motor through level 1 belt and level 1 gear transmission slowing down. The actuators used in engineering for head-
5、on slider-crank mechanism, the organization will plate shears the rotation of the transmission system to convert motion slide block of reciprocating linear motion realize the shear sheet. Slider-crank mechanism has simple structure, easy processing, maintenance is convenient, economical and practica
6、l advantages, is widely used in mechanical equipment. Key words: slider-crank mechanism; steel plate shearer； symmetric transmission 1 引言 在使用金属板材较多的工业部门，都需要根据尺寸要求对板材进行切断加工，所以剪板机就成为各工业部门使用最为广泛的板料剪断设备。 剪板机目前主要有以下几种： 平刃剪板机：剪切质量较好，扭曲变形小，但剪切力大，耗能大。机械传动的较多，该剪板机上下两刃彼此平行，常用于轧钢厂热剪切初扎方坯和板坯。 斜刃剪板机：分闸式剪板机和摆式剪板机
7、，剪切质量较前者差，有扭曲变形，但力能 消耗较前者小，适用于中大型剪板机。 皖西学院本科毕业论文（设计） 第 2 页 多用途剪板机：板料折弯剪板机，即在同一台机器上可完成两种工艺，假期下部进行板料剪切，上部进行折弯，也有的机器前部进行剪切，后部进行板料折弯。 专用剪板机：气动剪板机大多用在剪切线上速度快，剪切次数高。 数控剪板机：直接对后挡料器进行位置编程，可进行位置校正，具有多工步编程功能，可实现多步自动运行，完成多工步零件一次性加工，提高生产效率 1。 对称传动剪板机是一种典型的对称传动的机械，主要用于剪裁各种尺寸金属板材的直线边缘。该设备应用广泛，具有结构 简单，维修方便，经济实用的优点
8、。 2 剪板机的工作原理 本机器的工作原理： 剪板机剪切后应能保证被剪板料剪切面的直线度和平行度要求，并尽量减少板材扭曲，以获得高质量的工件。剪板机的上刀片固定在刀架上，下刀片固定在工作台上。 工作台上安装有托料球，以便于板料的在上面滑动时不被划伤。 后挡料用于板料定位，位置由 电机 进行调节。压料器 用于压紧板料，以防止板料在剪切时移动。护栏是安全装置，以防止发生工伤事故 。 调整前挡板把后挡板靠紧下刀口，再把样板靠紧后挡板，将前挡板靠紧样板并固定。松开后挡板，去掉样板，装上板料，进行剪 切。调整后挡板将样板托平对齐下刀口，再把后挡板靠紧样板并固定，去掉样板，再装上板料进行剪切。调整角挡板先
9、将样板放在台面上对齐下刀口，调整角挡板并固定，再根据样板调整后挡板，剪切过程中同时利用角挡板和后挡板以定位。 3 总体传动方案 剪板机主要是通过滑块上刀片的往复直线运动来实现切断功能，能实现这个目的主要由液压传动和机械 传动 两种。 液压剪板机采用液压传动，使机器工作时平稳，噪声小，安全可靠，可以进行单次连续剪切，剪板厚度也较机械传动的厚，但是液压系统是利用液体作为中间介质来传递动力的，剪切力大时，油压也相应 的高，对液压元件的精度、强度要求也高，制造成本也相 应的较高，而且液压系统不可避免的存在，泄露问题，会造成污染，油温的变化会引起油液粘度变化，影响液压传动工作的平稳性，所以适应环境能力小
10、。另外，液压剪板机的维修也不方便，需要掌握一定的专业知识，因此此次设计不选用此方案。 凸轮机构的优点是可以根据从动件的运动规律来选择机构的尺寸和确定凸轮轮廓线。缺点是凸轮机构一般用于控制机构而不是用于执行机构，因为其工作压力不能太大，否则会严重磨损凸轮的轮廓及推杆，导致该机构不 能实现预期的动作要求，不能保证机器的稳定性，因此该 方案不予采用 。 曲柄滑块机构通过主轴转动带动曲柄转动，曲柄通过连杆使滑块作上下往复运动，实现皖西学院本科毕业论文（设计） 第 3 页 剪切动作。该机构具有结构简单、加工容易、维修方便、经济实用的优点，故采用此方案即曲柄滑块机构作为执行机构比较合适 3。 综合考虑，本
11、次剪板机设计的总体方案为电动机经过一级带轮减速及一级齿轮减速驱动主轴上的曲柄滑块机构，使滑块作往复运动，进行剪切动作，剪板机的剪切力是 10 吨，行程为 22mm，每分钟剪板 30 次。设计传动系统图如图 3.1 所示。 图 3.1 系统传动简图 4 电动机的选择 4.1 电动机类型和结构形式的选 择 本次设计所选用的电动机的类型和机构形式应根据电源种类、工作条件、载荷大小和性质变化、启动性能、制动、正反转的频率程度等条件来选择。根据工作环境和要求 ,选用 Y 系列三相异步电动机 6。 4.2 电动机功率的选择 该剪板机的剪切力为 10吨，根据 P = )101 16.0 1(g 0 . 62
12、b xx2xbxytgZth把已知数据代入解得： h =4.63mm。 根据 Q11 型剪板机技术参数 1，类比实习时工厂的样机，选取电动机的功率为 5.5kW。转速 的确定：由于传动由皮带和齿轮组成的。按推荐的传动副传动比较合理的范围，取三角带传动比 1i =2 4。二级圆柱齿轮减速器传动比 2i =8 40，则总传动比合理范围为 ai =16 160,则电动机转速可选范围为： di = ai wn =(16 160)wn =480 4800r/min 查表 19.1 Y系列三相异步电动机的技术数据 6,选取 Y132-M2-6型电动机比较合适 ,其技术参数皖西学院本科毕业论文（设计） 第
13、4 页 如下 :功率为 5.5kW，级数为 6，满载时的电流、转速、效率分别为 12.6A、 960r/min、 85.3%。 4.3 计算传动装置的运动和动力参数 4.3.1 计算传动装置的合理传动比 总传动比 di = 3230960 主nnmdi = 1i 2i 1i 三角带传动比 2i 圆柱齿轮传动比 取 1i =4 2i = 8432 4.3.2 计算运动和动力参数 1n = 24049601imn r/min 2n = 308496021 iinm r/min 查得 4各部件传动效率为：圆柱齿轮： 0.94 0.96 2 =0.95 三角带传动： 0.94 0.96 1 =0.95
14、5 轴承 (每对 )： 0.97 0.99 3 =0.98 则总传递效率为： 总 = 1 2 23 = 298.0955.095.0 = 87.0 1P = 01dP = 31 dP = 98.0955.05.5 =5.15kW 2P = 0201 dP = 2321 dP = 298.095.09 5 5.05.5 =4.79kW dT = wdnP9550 dT 电动机转矩； dP 电动机功率； wn 满载转速6； dT = wdnP9550 = 9605.59550 Nm = 71.54 Nm 轴1T = 010 iTd = 98.09 5 5.0471.54 mN = 81.204 N
15、m 轴2T = 020110 iiTd = 99.098.09 5 5.08471.54 Nm= 19.1510 Nm 5 带传动的设计 在同样的张紧力下， V 带传动较平带传动能产生更大的摩擦力， V 带传动允许的传动比较大，结构简单较紧凑，造价低廉，传动平稳以及缓冲吸振等优点 4。 5.1 确定计算功率 caP = PKA = 6.65.52.1 kW P 传动的额定功率（ kW ） AK 工作情况系数 查表 8-64，载荷变动较大，软启动每天工作时间小于 10 小时，取AK =1.2。 皖西学院本科毕业论文（设计） 第 5 页 5.2 选择带型 根据 caP =6.6kW 和主动带轮（小
16、带轮）转速 wnn1 = 960 r/min，查图 8-84中选定 A 型 V带。 5.3 确定小带轮的基准直径 5.3.1 初选小带轮的基准直径 查 参考文献 4取主动轮基准直径 D =125 mm。 5.3.2 验算带的速度 V = )1 0 0060/()( 11 nD = )100060/()96012514.3( = 28.6 m/s 由于 V 过小，表示所选的 1D 过小，这将使所需要的有效拉力 eF 过大，即所需要的跟数 Z过多，于是带轮的宽度，轴径及轴承的尺寸都要随之增大。 取 1D =160 mm V= )1 0 0060/()( 11 nD = )100060/()9601
17、6014.3( m/s = 04.8 m/s 5.3.3 计算从动轮的基准直径 2D = 1Di = 4160 =640mm并按照 V 带轮的基准直径系列进行圆整 ,圆整后 2D =640mm 5.4 确定中心距 a 和带轮的基准直径 由于中心距未给出 ,可根据传动的结构需要初步中心距 0a 取 )(2)(7.0 21021 DDaDD 代入 1D =160 mm , 2D =640 m 1600560 0 a mm 取 0a = 60 mm 0a = 60 mm,根据带传动的几何关系 ,按下式计算所需带的基准长度 dL dL 02a +2 1(D + )2D +02124 )( aDD 60
18、04 )160640()160640(26002 2 m= 2552 mm 由参考文献 7表 33.1 9 取 dL =2700 mm，由于 V 带的中心距一般是可以调整的 ,故采用下式进行近似计算 a 0a 2 dd LL = 2 25522700800 mm= 874 mm 皖西学院本科毕业论文（设计） 第 6 页 考虑安装调整和补偿预紧力 (如带伸长而松弛后的紧张 )的需要，中心距的变化范围为 mina = dLa 015.0 = 2700015.0874 mm 5.833 mm maxa =a dL03.0 = 270003.0874 mm= 5.914 mm。 5.5 验算主动轮上的
19、包角 根据对包角的要求，应保证 1 12060180 12 a DD 1 12014760874 160640180 主动轮上的包角满足要求。 5.6 确定带的根数 lca kkpp pZ)( 0 Z = 13.191.0)5.094.0( 6.6 =5 根 5.7 确定带的预紧力 0F = 2)15.2(500 qkZp ca 0F = 204.810.0)191.0 5.2(04.85 6.6500 = 9.149 N 由于新带容易松弛，所以对非自动张紧的带传动，安装新带时的 预紧力应为上述 预紧力的 1.5 倍 4。 5.8 带轮结构的设计 5.8.1 小带轮的结构设计 材料： HT20
20、0 确定带轮的形式 由参考文献 6得：电机轴 D =38mm， 电机轴伸出长度为 E=80mm，且已知小带轮的基准直径 1D =160mm， 2.5D =2.538mm=95mm 2.5D 1D 300mm 所以小带轮采用 腹板式结构。带轮的基准直径为 160mm， 外径 ad =168mm。 轮槽的尺寸 查表 8-10 4得带轮的轮槽尺寸如下：轮槽基准宽度 db =11.0mm 基准线上槽深 minah =2.75mm基准线下槽深 minfh =8.7mm槽间距 e =150.3mm 第一槽对称面至端面的距离 f = 2110 mm 最小轮缘厚 min =6mm轮槽角 =38 轮槽结构如图
21、5.1 所示。 皖西学院本科毕业论文（设计） 第 7 页 图 5.1 轮槽结构 确定小带轮外形尺寸 带轮宽： B = feZ 2)1( =(5-1)15+210mm=80mm 带轮外径： 1ad = ahD 21 =160+24mm=168mm 轮缘外径： 1d =(1.8 2) d =(1.8 2)38mm=(68.4 76)mm，取 1d =70mm 轮毂长度：因为 B =80mm 1.5D =1.538mm=57mm 所以 1L =(1.5 2) D =(1.5 2)38mm=(57 76)mm，取 1L =60mm。 C =(1/7-1/4) B =(1/7-1/4)80mm=(11.
22、43 20)mm 取 C =15mm 小带轮的结构如图 5.2 图 5.2 小带轮结构 皖西学院本科毕业论文（设计） 第 8 页 5.8.2 大带轮的 结构设计 材料： HT200 确定带轮的结构形式 初选大带轮的轴径 d =35mm，已知大带轮的基准直径 D =640mm300mm，所以大带轮选用轮辐式结构。 4 轮槽尺寸同小带轮。 轮缘及轮毂的尺寸： 带轮宽： B = feZ 2)1( =(5-1)15+210mm=80mm 带轮外径： aa hDd 222 =640+24mm=648mm 轮毂外径： 2d =(1.8 2)d =(1.8 2)35mm=(63 70)mm，取 2d =70
23、mm 轮毂长度：因为 B =80mm 1.5d =1.535mm=52.5mm 所以 2L =(1.5 2) D =(1.5 2)38mm=(57 76)mm ，取 2L =60mm 。1h = 3290anzP = 3 424015.5290 mm=50.8mm 2h =0.8 1h =0.850.8mm=40.6mm1b =0.4 1h =0.450.8mm=20.3mm 2b =0.8 1b =0.820.3mm=16.2mm1f =0.2 1h =0.250.8mm=10.2mm 2f =0.2 2h =0.240.6mm=8.1mm 大带轮的结构如图 5.3 图 5.3 大带轮结构
24、皖西学院本科毕业论文（设计） 第 9 页 6 轴的设计 6.1 主动轴的设计 6.1.1 材料选择 选用 45 号钢，调质处理。 6.1.2 轴径的最小许用值 根据扭转强度条件计算公式 8 d 3110 nPA =1163 3079.4 =62.94mm 6.1.3 确定轴上的零件的装配方案 深沟球轴承、套筒和轴端挡圈从轴的左端依次安装，深沟球轴承、套筒、齿轮、轴 端挡圈从轴的右侧依次安装。轴承选择 6014 型深沟球轴承。 6.1.4 轴上的零件定位 轴上的零件是以轴肩、套筒来保证的。限制轴上零件与轴发生相对转动，本次设计采用键来固定。 6.1.5 轴各段直径和长度的确定 类比工厂样机，确定
25、主轴的各段直径及长度。 6.1.6 绘制主轴上零件的装配图及轴的结构图 根据以上计算及装配定位要求 4，绘制主轴上零件的装配图及轴的结构图如图 6.1 所示。 1.沉头螺钉 2.深沟球轴承 3.螺钉锁紧挡圈 4.偏心轮 5.大齿轮 6.轴端挡圈 图 6.1 主轴 皖西学院本科毕业论文（设计） 第 10 页 6.2 从动轴的设计 6.2.1 材料选择 类比主轴，选用 45 号钢，调质处理。 6.2.2 轴径的最小许用值 d 3110 nPA =1163 24015.5 mm=32.24mm 6.2.3 确定轴上零件的装配方案 轴承、套筒、皮带轮、轴端挡圈从左端向右依次安装。轴承、套筒、齿轮、轴端
26、挡圈依次从轴的右端向左安装，轴承选择 6007 型深钩球轴承。 6.2.4 绘制从动轴上零 件的装配图及轴的结构图 类似主动轴，传动轴的零件装配及轴的机构如图 6.2 所示。 1.轴端挡圈 2.大带轮 3.套筒 4.深沟球轴承 5.小齿轮 图 6.2 传动轴的结构及装配图 7 齿轮设计 7.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 7.1.1 齿轮类型的选择 根据设计的传动方案选择直齿圆柱齿轮传动。 7.1.2 齿轮材料的选择 由于机器工作时属于中等冲击，选取大小齿轮的材料均为 45Cr（调质），齿面硬度：小齿轮 271 316HBS，大齿轮为 241 286HBS，取中间值，则大齿轮为 263.5HBS，小齿轮为293.5HBS8。
