1、第1页共39页目录1绪论111设计的来源、目的、意义112线材生产的基本知识113线材工艺的发展现状及未来趋势214飞剪机类型与结构3141滚筒式飞剪机4142曲柄回转杠杆式飞剪机4143曲柄偏心式飞剪机5144摆式飞剪机5145曲柄摇杆式飞剪机515对飞剪机的要求6151作用横向剪切运动着的轧件6152滚筒式飞剪工作制度616整体方案的确定7161单电机传动方案7162双电机传动方案72滚筒式飞剪力能参数计算921滚筒式飞剪剪切过程分析922剪切力与剪切力矩的计算1023剪切功的计算133电动机的选择1331电动机功率选择14第2页共39页311计算总的静力矩144滚筒式飞剪的参数设计154
2、1转速及扭矩的计算15411传动比确定15412输入轴的转速及扭矩1542齿轮传动及参数计算16421选择材料16422根据轮齿弯曲疲劳强度设计16423校核齿面的接触强度18424齿轮的尺寸明细及工作图1943轴的设计与校核21431选择轴的材料21432初步估算轴径21433轴的尺寸结构分析21434联轴器的选用22435轴承的选择23436轴的校核2344轴承及键的校核28441轴承的校核28442键的校核28443对连轴器进行校核2945刀架的设计与校核30451刀架的受力分析30452刀架的强度校核3146对电动机的校核33第3页共39页461电动机的发热校核33462过载校核355
3、飞剪机的润滑3551齿轮的润滑3552对轴承的润滑3653950飞剪的维护与保养3654飞剪机刀架的安装和拆卸36结束语38参考文献39第4页共39页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
4、线材、剪切力、电动机、润滑毕业论文第1页共39页1绪论11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。12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
5、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50MM。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
6、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，但不如端进容易毕业论文第2页共39页排列坯料，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
7、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。13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45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，
8、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150MMX150MM160MMX160MM，个别使用180MMX180MM，盘重达到2T以上，线材规格上限扩大到20MM25MM。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131六代高速线材轧机主要指标六代轧机年代19651970197119761977197919801984198519951995保证轧制速度/（MS1）4250607580100105120最小辊径速度/（MS1）50607990100120150毕业论文第3页共39页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
9、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轧制速度的进一步提高；采用减
10、定径机组进行紧密轧制；预精轧机采用“微型无扭轧机”；采用连铸坯为原料并采用热装工艺；粗中轧机组采用全平立布置实现全线无扭轧制；采用低温轧制技术；采用中负荷及超重负荷无扭精轧机组；采用控制轧制和控制冷却；合金钢采用高速无扭轧制和控制冷却已趋成熟；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
11、制，可保证产品的精度以及高牌号硬线和合金线材的生产14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。毕业论文第4页共39页141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
12、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。图1滚筒式飞剪机1刀片；2滚筒；3送料辊；142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/
13、S，剪切的轧件厚度为3070MM。毕业论文第5页共39页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143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。144摆式飞剪机用来剪切厚度小于64MM的板带。刀片在剪切区做近似于平移的运动，剪切质量较好。145曲柄摇杆式飞剪机这种飞剪机也称作施罗曼飞剪机，用来
14、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。毕业论文第6页共39页15对飞剪机的要求151作用横向剪切运动着的轧件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V0相等或大23。即V（1103）0V。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。能满足轧机或机组生产率的要求。152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
15、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。毕业论文第7页共39页图5滚筒式飞剪剪切行程图16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。161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
16、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。162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，本次设计毕业论文第8页共39页的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
17、，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
18、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180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
19、，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。毕业论文第9页共39页2滚筒式飞剪力能参数计算21滚筒式飞剪剪切过程分析金属的剪切过程可以分
20、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。毕业论文第10页共39页22剪切力与剪切力矩的计算首先根据所剪轧
21、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PMAXKMAXFMAX轧钢机械式813式中MAXF被剪轧件的原始断面面积，MM2MAX被剪切轧件材料在相应剪切温度下最大的单位剪切阻力，AMPK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P16MN,取K13。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PMAX06KBT轧钢机械式814式中BT被剪轧件的原始断面面积，MM2；系数06为考虑单位剪切阻力与强度限的比例系数。选取BT90AMP轧钢机械表84根据设计参数MAXF1146MM2终得PMAX06X1
22、3X90X11468044928045N从而MAXPMAX/KMAXF8045X310/13X114654AMP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V在剪切时可能超过轧件运动速度0V，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LLE轧钢机械式935式中E弹性模数，对轧件在终轧温度在800C时，近似的等于4500055000AMP；L剪切终了时，飞剪机与最后一架轧机间的轧件长度；毕业论文第11页共39页L剪切终了时，在轧件长度L断内有拉应力产生的伸长量。伸长量L可由剪切过程中
23、刀片与轧件的水平移动量的差值来确定L1L0L式中1L剪切时间内刀片在水平方向移动量，0L剪切时间内轧件一定量。轧件的移动量0L0VT当刀片轨迹半径为R的整圆时（图8），剪切时间为T236021VR角1相当于剪切轧件厚度为H时的开始剪切角度，由下式确定RSHRHA212COS1式中S刀片的重叠量，一般取525MM，这里取S7MM。由设计参数A950MM，且由图A2RS得MMR547827950图8飞剪机的剪切过程则95054782238950COS1，求得7171，1为剪切终了的角度，考虑到剪切终了时相对切入深度0得RSH211COS02由前述AMP54MAX，查得320轧钢机械图8609159
24、70547827213832011COS22则MMRL94200915SIN717SIN5478SINSIN211RHSA1V0毕业论文第12页共39页236021000VRVTVL根据设计要求及实际状况取SMVSMV/54,/2340MMLLLL46048209420482054547814323600915717234010根据实测ML3，取E46000AMP，AMPMMNMMNELL710109670610460031046023263则刀架所受的拉力NFT668131146710T与MAXP的合力P为刀架所受到的力KNPTP45804580813660222MAX2刀架所受的最大剪切力
25、矩COS2644SIN2MAXDDPMG式中为咬入角，22COSSRZHRZ为切入系数，,HZ前述已选320则MMZ231221383209802754783312212385478COS8811ARCCOS210SINMKNMG110980547864421054784580毕业论文第13页共39页23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B和延伸率近似求A。当不考虑刀片磨钝等因素时，剪切功DHFDZFA轧钢机械式818其中DA称为单位剪切功F被剪轧件原始断面面积，2MMH轧件高度，MM由设计参数得21146MMF，由于所剪为线材MMFRH2138220MAM
26、平均单位剪切阻力BMK10段裂时相对切入深度20K则21KKAB轧钢机械式822一般取601K，61212K则A（072096）B,90ABMP轧钢机械表8416机械设计手册表319324121690850MMMMNA则剪切功MNAHFA975352412213811463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。毕业论文第14页共39页31电动机功率选择9550103NMNJMJ式中JMM剪切轴上最大静力矩；N剪轴转速；电机过载率，1317从电机到剪子整个整个飞剪机的传动效率，094由于飞剪只有在处理事故中采用连续工
27、作制，而这种状态出现的较少且时间间隔大，故过载率较大17。311计算总的静力矩KONFPJMMMMM轧钢机械式823式中PM剪切力矩；FM摩擦力矩；KONM空载力矩。由前述MKNMP110，一般取ERKONMM53，ERM电机额定力矩，近似取PERMM，则MKNMKON401104MDPMF2式中P剪切力；M轴枢处摩擦系数，查得M011，D为剪轴轴承处的直径，现场资料D260MM，MKNMJM65112260110458040110剪轴转速MIN/9095714310005460100060RDVN毕业论文第15页共39页电机功率KWNMNJMJ768940719550100090651195
28、50103由此可得单个电机功率KWNJ3534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41转速及扭矩的计算411传动比确定电机的MIN/335RNER，剪轴对计算转速为90R/MIN则723903350NNIER412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MIN/328RNNER输入则输入轴扭矩NI
29、MMMJ/,输入式中/JMM飞剪机输入轴最大静力矩毕业论文第16页共39页MKNMMJMJM835265112/MM51KN1960723835输入剪轴的转速MIN/90723335RINN输入剪剪轴的转矩MKNIMMP722723110剪42齿轮传动及参数计算421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HRC4550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
30、劳强度设计公式确定模数，然后校核接触疲劳强度。422根据轮齿弯曲疲劳强度设计FPDFSZYKTM21132000机械设计式531A式中M模数,MM；K载荷系数，可近似取1317，这里取K15；1T小齿轮传递的名义扭矩，由前面计算MMT51KN11输入；FSY复合齿行系数；D齿宽系数，1/DBD，VB轮齿宽度，1D小齿轮分度圆直径；1Z小齿轮齿数；毕业论文第17页共39页FP许用弯曲应力各参数的确定根据齿轮齿数17不发生根切初选181Z，则大齿轮的齿数677231812IZZ。确定许用弯曲应力FPNFSTFFPYSYLIMLIM机械设计式526式中LIMF试验齿轮齿根的弯曲疲劳极限，根据设计材料
31、硬齿面表面淬火HRC4550查得AFLINMP220；STY试验齿轮的应力修正系数，采用国家标准，STY2；NY弯曲疲劳强度计算得寿命系数，一般取NY1；MINFS弯曲强度的最小安全系数，一般传动取MINFS1315，这里取MINFS14；则AFPMP293141412220确定复合齿行系数FSY由181Z，变位系数X0，查得FSY448机械设计图538确定齿宽系数D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D06机械设计手册表14162综合上述代入设计公式936293141860100048451151200023M由于机架的中心距为950MM，为了保证剪切的同步性，并
32、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MMZM1814679509502。毕业论文第18页共39页综合上述要求取标准模数M14。机械设计手册表1412计算几何尺寸MMMZD252181411MMMZD938671422MMDBD1522526012。；取MMMMMMBB16016215710521423校核齿面的接触强度根据HPEHUBDUKTZ2111112式中EZ弹性系数，一对齿轮均为钢制时取AEMPZ8189；U齿数比，根据设计723186712ZZU。把前面计算所得相关值代入上式836672317232521521051151818911223H齿面许用
33、接触应力WNHHHPZZSMINLIM机械设计式527式中LIMH试验齿轮的接触疲劳极限，查得LIMH950AMP；机械设计图533MINHS接触强度的最小安全系数，取MINHS12；NZ接触疲劳强度计算的寿命系数，一般取NZ1；WZ工作硬化系数，由于是小齿轮故略去。AHPMP6779121950因为HPH，故接触疲劳强度足够。毕业论文第19页共39页424齿轮的尺寸明细及工作图表42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2020分度圆直径D11MZD22MZD25218141D93867142D齿顶高AHMHA14AH齿根高FHMHF251517FH全齿高H
34、FAHHH531H顶隙CC025MC35齿顶圆直径AD2ZMDA2801AD9662AD齿根圆直径FD52ZMDF2171FD9032FD基圆直径BDCOS11DDBCOS22DDB8361BD48812BD齿距PMPP44齿厚S2/MSS22齿槽宽E2/MEE22毕业论文第20页共39页中心距A2/21DDAA595基圆齿距BPCOSPPBBP4135图9大齿轮零件工作示意图图10小齿轮零件工作示意图毕业论文第21页共39页43轴的设计与校核431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ABMP640。432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122按
35、45钢，取C110；输出轴的功率32112PP（1为连轴器的效率，取099，2为滚动轴承的效率，取099，3为齿轮啮合效率，取098）45X099X099X098432KW。输出轴的转速MIN/90186733512RUNN根据MMMMNPCD13869024311033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MMD86MIN，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MMNPCD14563359904511033MIN，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D130MM，与轴承处相适的直径为180190MM之间，靠近电机端轴径D
36、190MM，远离电机端轴径180MM。433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毕业论文第22页共39页应相应增加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434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
37、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MNNPT8412823354595509550毕业论文第23页共39页计算转矩MNTKTC83527841282752式中K工况系数，查得K275，机械手册表622选得型号LT13（GB/T43231984），重量182386KG，转动惯量J4887922MKG。435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
38、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43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92000400130190剪端调心滚子轴承300373630018096剪轴剪端调心滚子轴承3003752440260144另一端圆柱滚子轴承9233840019078436轴的校核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。齿轮的作用力的大小毕业论文第24页共39页转矩MKNNPT3
39、13359904595509550111圆周力KNDTFT160225212702111径向力KNFFNTR2580COS20TAN160020COSTAN11,11,RTFF的方向如图所示。图13输入轴的强度计算图求轴承的支反力水平面上支反力KMNFFTA8673695023691KNFB292垂直面上的支反力KNFDFFTAA533871502258871502211/1/毕业论文第25页共39页KNFFRB7248713692588713691/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MKNMFMAC341086750210331KNMFMBC341036932垂直面
40、上的弯矩MKNMFMAC346292502105023/1MKNMFMBC19103693/2合成弯矩MKNMMMCCC45734634222/1211MKNMMMCCC2351934222/2222画转矩图（如图13）MKNT311画计算弯矩图（如图13）因单向回转，视转矩为脉动循环，6001BB，则截面C处的当量弯矩为MKNTMMCVC4573160457222121/1MKNTMMCVC2353160235222222/2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MKNMMVCC361查得ABMP601机械设计表122ABACCCMPMPDMWM6075
41、2201010103611013333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。MKNTTMC78031602毕业论文第26页共39页3501301010107801333ACCMPWM所以其强度足够。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剪轴的强度计算图齿轮上作用力的大小转矩MNNPT674459098099045105592232圆周力KNDTFT2092938674452222径向力KMFFNTR17620TAN209TAN22求轴承的支反力毕业论文第27页共39页水平面上的支反力KNFFTA950
42、1043231042KNFFFTRB15810432310422垂直面上的支反力KNFFRA5181043231041761043231042/KNFB657/画弯矩图截面C处的弯矩为水平面上的弯矩MKNFMAC351010431MKNFMBC511032332垂直面上的弯矩MKNFMAC91101043/1MKNFMBC618103233/2合成弯矩MKNMMMCCC659135222/1211MKNMMMCCC35461851222/2222画转矩图MNT674452画计算弯矩图因单向回转，视转矩为脉动循环，6001BB，则截面C处的当量弯矩为MKNMTMMCCVC6512221/1MNM
43、TMMCCVC35422222/2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MKNMMVCC4642查得ABMP601机械设计表122AACCCMPMPDMWM609502201010103541013333毕业论文第28页共39页所以其强度足够。44轴承及键的校核441轴承的校核轴承的寿命计算轴承寿命为/NL60106PCNLN机械设计式153式中指数，对于滚子轴承310；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KNC840机械设计手册KNPPPRR6180766707567148662222221HLN83106109598
44、161788403626010若一天工作24小时，一年360天计算4810262360241095981NL天所以，满足。同样可得其他轴承合理。442键的校核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D220MM根据手册得键的截面尺寸3000062017,28,50LHMMB机械设计手册表14107由轮毂宽并键的长度系列取键长L130MM。毕业论文第29页共39页B选择小齿轮的键根据D140MM，查得键的截面尺寸MMB45，0062025H，30015L机械设计手册表14107由轮毂宽并参考键的长
45、度系列，取键长L120MM。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A10120MP100，取中间值AMP11010，而键的工作长度LLB1305080MM，键与轮毂键槽的接触强度K05H14MM。APMPDLKT7649220801410130210233式中P键连接工作表面的压强，AMP；T转矩，MMN；D轴的直径，MM，L键的接触长度，MM；K键与轮毂接触长度，MM；P许用挤压应力，AMP。由计算得APPMP110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APMP110，键的工作长度LLB75MM，键与轮毂的键槽的接触强度为MMHK57155050AP
46、MPDLKT541190755710220210233APPMP110所以所选择的键合格。443对连轴器进行校核以GCL9型连轴器为例载荷计算毕业论文第30页共39页公称转矩51053624595509550NPT13AKMKNTKTAC12327510513从GB437888中查得GCL9型连轴器许用转矩为MNT14000，MIN/300MAXRN由于MAX,NNTTC，所以所选的连轴器满足要求。45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HRS7375采用35CRMO合金。451刀架的受力分析KNPTP45804580813660222MAX2式中T为水平拉力，P为剪切力2681813604580TPCTG80毕业论文第31页共39页图15刀架的受力及危险截面简图则垂直于刀架的力KNP6617808811SIN4580SINP）（垂刀架受到的弯矩如图MPH48KN84801766480垂452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危险截面处MNM4335519066171抗弯截面系数1W，由于其截面为矩形2211687506901256MMHBWAMPWM88
