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1、青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书摘要本飞剪机为曲柄摇杆式飞剪，其特点是将刀架作成杠杆形状，将其一端固定在曲柄轴的端部，另一端固定在摆杆上，使得曲柄轴转动时，刀架能够作平移运动，则令固定在刀架上的刀片能够作垂直或近似的垂直于轧件的运动，从而使得剪切断面能够比较平整。本次设计主要考虑到近现代工业的发展，带钢的轧制速度逐渐提高，产品的尺寸精度要求日趋严格，对材料的剪切断面的平整度的要求越来越高等因素，在本次设计中对剪切力、剪切力矩、电动机的工作功率进行了计算，并根据此选取了符合工作要求的电动机。还对飞剪机内的齿轮的模数以及尺寸进行了计算，对曲轴进行了尺寸的确定以及进行了强度的校核。通过选材以及
2、计算，使得设计的各零件的确定符合国家标准，使该次设计的飞剪机完全符合这次的设计要求，工作安全可靠。关键词：曲柄摇杆式、剪切力、曲轴、校核AbstractThe flying shear is crank rocker- type, which is characterized by forming the knife rest into lever type, and fixing one end on jackshaft while the another on oscillating bar.So the knife rest can make translationmotion foll
3、owing the rolling of jackshaft which orders the blades fixed on the knife rest make vertical- rolling or approx vertical- rolling to get a smooth cut section. Allow for the development of modern industry, the improment of plate band rolling,the rising requirment of dimensional accuracy and the plane
4、ness of shearingarea，the shearing force and the shearing moment is calculated accurately as well as the operating power of electromotor,on the basis of which, appropriate electromotor was selected.Besides t ttthe modulus and size of gear in flying shear is calculated ,the size of the bent axle is co
5、nfirmed and the strength is checked. All parts live up to national standard by means of selecting material and calculation,so The flying shear fit the design requirements totally,safety and reliable.Keywords: crank rocker, shear force, crankshaft, respectively目录摘要IAbstractII目录III第一章 绪论11.1 冷轧带钢生产概况和
6、发展方向11.1.1冷轧带钢生产在国民经济中的地位11.1.2飞剪机的基本介绍及发展情况11.2飞剪机的工艺要求31.3剪切长度的调整方式41.3.1起动工作制飞剪的调长方式51.3.2连续工作制飞剪的调长方式81.4飞剪的类型、特点及工作原理101.4.1飞剪的类型101.4.2.各类飞剪的特点及工作原理10第二章 设计方案的比较162.1飞剪机的基本要求162.2各种飞剪机设计方案的比较162.3 方案的确定25第3章 剪切力和电动机功率计算263.1剪切力的计算263.2飞剪的电动机功率计算及选取283.3飞剪内的齿轮设计293.4剪切轴的设计及校核343.5输入轴的设计及校核42参考文
7、献51致谢52附件153附件260IV青岛理工大学毕业设计（论文）说明书第一章 绪论1.1 冷轧带钢生产概况和发展方向1.1.1冷轧带钢生产在国民经济中的地位冷轧带钢生产在国民经济中占有十分重要的地位。随着汽车的制造、食品罐头、容器包装、精密仪器、房屋建设、机械制造和船舶工业的迅速发展以及家用电器和各种日常生活的需求量成倍增长，对冷轧带钢的需求量也迅速增加。当前，大力发展冷轧带钢的生产，逐渐提高冷轧带钢在轧钢产品中的比重，迅速提高冷轧带钢的质量，不断增加冷轧带钢的产品，满足各个工业部门的，特别是与人民生活密切相关的，轻纺织工业和日用电器，生活用具等。以及外贸出口对冷轧带钢急剧增加的需要，是重型
8、机械制造和钢铁生产部门面临的一项重要而又十分紧迫的任务。1.1.2飞剪机的基本介绍及发展情况飞剪是在轧件运动过程中将轧件切断的一种剪断机。它通常装设在连续式轧机的作业线上，亦可装设在独立的横切机组、连续镀锌和电镀锡等作业线上。随着中小型轧机产量的增加，剪切品种，规格和定尺长度范围的扩大，飞剪的形式和结构得到了相应的发展，在中小型轧钢车间的应用的也更广泛。在生产中使用的飞剪，其类型是很多的。飞剪按用途可分为切头飞剪和定尺飞剪两大类。切头飞剪又有曲柄式和滚筒式两种；定尺飞剪又有滚筒式、滑座式、摆式和曲柄式等几种。应用较广泛的飞剪形式有圆盘式飞剪、滚筒式飞剪、双臂杆飞剪、曲柄回转式飞剪和摆式飞剪等。
9、随着现代连续式带钢轧机轧制速度的提高（热轧速度达到30米/秒以上；冷轧速度超过40米/秒），飞剪的剪切速度也在提高。剪切带钢的品种、规格和定尺范围也在不断扩大；为了满足不同的要求，出现了各种型式的飞剪。国内几台比较先进的飞剪的结构特点和主要性能见表滚筒式飞剪应用比较广泛，剪刃作简单的圆周运动，可以剪切运行速度较高的带钢。但由于剪切断口质量不好，用作定尺飞剪时，剪切带刚厚度一般不大于12毫米。为了剪切厚度较大的带材，保证剪切断口的平整，往往采用剪刃作平面平移运动的曲柄式飞剪。但这种飞剪结构复杂，运动机构质量较大，对剪切速度有一定的限制。带钢连轧车间近来多采用摆式飞剪，剪刃作平面平移运动，剪切断口
10、质量好。摆式飞剪可分为滑块式和曲柄式两种。滑块摆式飞剪通过改变曲柄转速及刀架摆副调整尺寸，由于定尺调节方便，曾广泛地用于定尺剪切。滑块摆式飞剪有上摆式和下摆式（即刀架摆动连杆处于剪切主轴上方或下方）两种结构型式。下摆式飞剪的惯性力很大，大型飞剪不宜采用下摆式。不论上摆式或下摆式飞剪，都有较大的惯性力，而惯性力的大小与速度平方成正比，从而限制了剪切速度的提高。迄今其剪切速度仍未超过1.8米/秒。当增设惯性力平衡装置后，改善了飞剪的动力特性，提高了工作平稳性，剪切速度可以接近4米/秒。近年来摆式飞剪在结构上有了重大改进。上刀架与主动曲轴相铰接，并增设平衡配重，即得到曲柄摆式飞剪，剪切速度可达5米/
11、秒。1.2飞剪机的工艺要求飞剪的工艺要求：1） 能把运动着的轧件窃取形状不规则的头、尾和剪成规定的长度，并且长度尺寸公差与剪切断面质量符合国家有关规定。2） 根据产品品种规格的不同和用户的要求，在同一飞剪上能剪切多种定尺长度。3） 能满足轧机和机组生产率的要求。4） 剪切定尺长度时，剪刃在轧件运动方向的瞬时分速度应与轧件运动速度相等或大23，即=（11.03）；切头时，应略大于轧件速度，即=1.1；切尾时，应略小于轧件速度，即=0.90，以促使被切掉部分离开轧件本体。当在剪切定尺寸长度的轧件时，刀刃的瞬时速度如果小于轧件的运动速度，则刀刃将阻碍轧件的运动，就会使轧件产生弯曲，甚至轧件顶在刀刃上
12、而产生轧件缠刀事故。反之，如果在剪切时刀刃瞬间速度比轧件运动速度大很多，则在轧件中产生较大的拉应力。这样，一方面会影响轧件的剪切质量，另一方面会增加飞剪的冲击负荷，或者使轧件在送料辊道上打滑而损伤轧件的表面。根据飞剪的基本工艺要求与工作特点，飞剪通常是由剪切机构、调节剪切长度机构、剪刃间隙调整机构与传动装置组成。设计飞剪时，设备机构和电机型式，应力求减少转动惯量，以便于快速起动飞剪和把剪刃准确制动到规定的位置。由于电子技术的发展，现在带钢连轧车间的剪切机组设置了电子计算机或微型计算机自动控制系统。可以简化飞剪的机械结构、提高剪切机组的产量、改善剪切质量。现代化板带车间的生产率很高，生产工艺对带
13、钢飞剪的要求也不断提高，主要有以下几点：1） 飞剪应能在一定温度条件下剪切规定的各种材质、各种宽度和厚度的带材，其生产率必须与生产作业线的生产率相适应；2） 剪切时，剪刃在带钢运动方向的速度水平分量必须与带钢运行速度保持一定关系，保证剪切时带钢不被阻挡亦不被拉断（冷剪时不超过材料的弹性极限）。因此，在切头和定尺剪切时应等于或略大于，而在切尾时要求略小于；3） 剪切时，飞剪上下剪刃宜作平面平移运动，上下剪刃垂直或近似垂直与带材表面，并保持适当的侧隙和重合度；4） 飞剪应能按规定剪得定尺长度的板材，或定长的切头；5） 定尺飞剪剪得带钢的断口应当平直且垂直于带材的轴线，长度公差应符合要求；切头飞剪剪
14、切后带钢的头部或尾部的形状应有利于下一工序饿咬入；6） 从飞剪的结构上应减少往复运动构件，降低运动构件的质量和加速度，从而减少惯性力和动载荷。为了实现上述各项工艺要求，飞剪本体设置有剪切机构、空切机构、匀速机构、刀片侧隙调节结构、主副齿侧隙消除机构、传动机构；辅助装置有夹送、矫正及切头收集装置。为了在连续轧制不停机的情况下能够进行分卷还设有快速导向装置。飞剪的具体结构形式，取决与飞剪的工作制度、剪切尺寸范围、剪切精度以及调节定尺长度的方法等，也与配置的电气、电子控制系统有关。为了满足剪切多种定尺的要求，必须设置空切机构。它有机械的、液压的等形式。为了保证剪切瞬时剪切速度的水平分量与带钢运行速度
15、的同步，应设置匀速机构，或称同步机构。常见的匀速机构有双曲柄匀速机构、径向匀速机构、非圆齿轮匀速机构、曲柄长度可调匀速机构以及电动匀速装置等。夹送矫正机构设置在轧机与飞剪之间与飞剪组成一体，可以保证带钢顺利地进入飞剪、测定带钢运行速度，在冷轧机组中还兼有维持张力恒定的作用。该机构对带钢进行的粗矫正，仅能保证带钢顺利地进入上下剪刃间。1.3剪切长度的调整方式根据工艺要求，飞剪要将轧件剪切成规定长度；对于定尺飞剪，还要能剪切多种定尺长度。因此，要求飞剪的剪切长度能够调整。将轧件送往飞剪2进行剪切（见图1051），通常是用专门的送料辊1，或利用轧机最后一架的轧辊进行的。如果轧件运动速度为常数，而飞剪
16、每隔t秒剪切一次轧件，则被剪下的轧件长度L为即被剪下的轧件长度等于在相邻的两次剪切间隔时间t内轧件所走过的距离。当为常数时，剪切长度L与相邻的两次剪切间隔时间t成函数关系。上述公式就是飞剪调长的基本公式。由公式可知，只要改变相邻两次剪切间隔时间t便可得到不同的剪切长度。对于不同的工作制度的飞剪，改变时间t的方法亦不相同。1.3.1起动工作制飞剪的调长方式起动工作制飞剪用于剪切轧件的头、尾和剪切长度较长而速度较小的轧件。飞剪的起动和制动是自动进行的，当轧件头部作用于装设在飞剪后的光电管或机械开关（见下图a）时，飞剪便自动起动。这时轧件的定尺长度按下式确定：式中 光电管与飞剪之间的距离； 飞剪由起
17、动到剪切的时间。在调节定尺长度的时候，通常是不采用移动光电管位置的方法，即改变值，而采用特殊的时间继电器来改变时间。为了使轧件被剪下部分的末端不妨碍光电管或机械开关在下次剪切时再次发生作用，必须使轧件切下的部分与剩余部分之间保证有一定的间隙，一般用增加剪后辊道的速度来保证次间隙逐渐增大而达到的。当轧件定尺长度较短时，可能出现小于+，此时，光电管或机械开关就需要放在飞剪的前面，则当两次剪切的间隔时间能保证完成飞剪的起动和制动时，才能实现在上述工作制下进行切头和切定尺。而速度高和转动惯量大的飞剪通常在一转内来不及完成上述工作制的要求，即在剪切位置时，刀片速度能加速到轧件速度而在剪切后停止到原始位置
18、上。在这种情况下，就需要能保证较长的起动和制动持续时间的运动线路图来代替普通飞剪的运动线路图。 图1053a表示飞剪开动后，刀片由原始位置1开始起动，达到稳定转速以后，刀片在位置2进行剪切，剪切完了进行制动，刀片停在位置3，然后反向起动，刀片进入位置4，转入爬行速度，在制动器的配合下，刀片准确地制动于位置1，以准备下一次剪切。为减少高温轧件对剪切轴承的热辐射，角（刀片原始位置1）一般在左右；开始剪切角在同一台飞剪中，是随轧件厚度而改变的，最大可得到；位置3在刀片不碰轧件的条件下，按制动条件选择。轧件速度较低和转动惯量较小的飞剪，可采用图1053b所示的简单工作制线路运动。刀片在位置1起动，到位
19、置2开始剪切，剪切完了进行制动，刀片在位置3转入爬行速度，使刀片准确的停于位置1，从而完成一个剪切周期。简单起动工作制中的原始位置1很重要，它既要满足起动条件，又要满足制动要求。1.3.2连续工作制飞剪的调长方式在轧件运动速度较高的情况下，用于剪切定尺长度的飞剪一般都采用连续工作制。若以K表示每剪切一次刀片的转数，则此时剪切轧件定尺长度可表示为式中 n刀片每分钟转数（或飞剪转速）； K在相邻两次剪切时间内刀片的转数，即所谓空切系数。由上述公式可知，连续工作制飞剪剪切定尺长度L取决与刀片的转速n，相邻两次剪切时间内刀片的转数K（通常是常数）。换言之，此时的剪切长度可采用两种方法来调节，即改变刀片
20、的转速n与改变每剪切一次刀片的转数。当刀片的圆周速度与轧件运动速度相等，且空切系数K=1时，此时飞剪剪下的轧件长度称为基本长度，对应的刀片转速称为基本转速，则公式可改写为式中 送料辊直径； 送料辊转速。改变刀片转速n来调节剪切长度改变刀片转速n的方法有两种：其一是直接改变刀片的转速，使刀片转速在n=（12）范围内变化，则相应的定尺长度的可能调节范围为：或上述公式的范围可用上图的OA与OC线表示。通常采用直流电动机或通过装设飞剪传动装置中的变速箱来达到改变刀片转速n的目的。其二是采用匀速机构（亦称同步机构）。1.4飞剪的类型、特点及工作原理1.4.1飞剪的类型4）摆式飞剪机图 9-6是IHI（日
21、本石川岛播磨重工业公司）摆式飞剪机结构简图，用来剪切厚度小于6.4mm的板带。刀片在剪切区作近似于平移的运动，剪切质量较好。上刀架1在“点2”与主曲柄轴8相铰接。下刀架2通过套式连杆4、外偏心套6、内偏心套5与主曲柄轴8相连。下刀架2 可在上刀架1的滑槽中滑动。上下刀架与主曲柄轴连接处的偏心距为，偏心位置相差。当主曲柄轴8转动时，上下刀架作相对运动，完成剪切动作。在主曲柄轴8上，还有一个偏心。此偏心通过连杆12与摇杆10的轴头11相连，而摇杆9则通过连杆3在“点1”与上刀架相连。因此，当主曲柄轴8转动时，通过连杆12、摇杆10、9和连杆3使上下刀架作往复摆动。由于上刀架能上下运动外还可以进行摆
22、动，故能剪切运动中的轧件。5）曲柄摇杆式飞剪机 这种飞剪机也成为施罗曼飞剪机，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。图9-7为曲柄摇杆式飞剪机结构简图。上刀架1（连杆）通过偏心轴6与下刀架2（摇杆）相铰接。下刀架2在曲柄3与上刀架1的带动下，以偏心轴4（机械偏心）偏心套5（液压偏心）为中心作往复摆动。当改变偏心轴4与偏心套5的偏心位置时，可得到不同的空切次数。2.3 方案的确定本设计采用：由于剪切棒材直径较大，速度较快，采用连续工作制，选取曲柄连杆飞剪机。具体机构如下：第3章 剪切力和电动机功率计算3.1剪切力的计算根据飞剪刀片形状不同，其剪切力可按
23、平行刀片剪断机或斜刀片剪断机的计算公式来计算。但是当飞剪直接装在轧机后工作而又没有匀速机构时，在剪切时，刀片水平速度可能超过板柸送进速度，则在板柸中将产生拉应力，此拉应力亦作用在飞剪的刀片上。这个拉应力不允许超过轧件在剪切温度下的弹性极限。根据胡克定律，轧件中的拉应力应为=E剪切时的刀片咬入角： cos= 式中 R刀片回转半径，R=235mm h棒材的直径，h=98mm cos=0.3 = 刀片的圆周速度：式中E弹性模量，轧件在终轧温度为950时，E45005500公斤/。 图： 飞剪的剪切过程综上计算，由于100%0.07d，故取=15mm，则齿轮左端轴颈的直径为310mm，取其长度为147
24、mm。3）下一段装轴承，由于该轴受到轴向力和径向力，参照工作类型初步选择轴承类型为调心滚子轴承其型号为2316CC，其尺寸为 轴承右端选用锁紧螺母固定，螺母固定段的长度为36mm，轴承段的长度为176mm 4）轴承端盖段的轴直径为380mm，其长度为97mm 5）曲轴的连接段长度为140mm，根据飞剪的要求曲柄的长度为235mm，即轴的中心线距离为235mm。 6）刀架与曲轴连接段的轴段直径为250mm，长度为40mm 7）刀架段的轴直径为200mm，长度为212mm。 8）轴最右端连接测速装置的轴段直径为80mm，长度为95mm。（3）轴上零件的周向定位 齿轮与轴的配合处采用平键连接。查表可
25、得平键截面，键槽采用键槽铣刀加工，长度为320mm，同时为了保证轮毂与轴的配合有良好的对中性此处配合选用。（4）轴上各处轴段的倒角及圆角见零件图。 （5）求轴上的载荷计算轴上的受力，及做出弯扭图，看出危险截面，计算出它的弯矩列于下表中。载荷水平面H水平面V支反力F=弯矩M=总弯矩扭矩TT=14310675Nmm, 图中V面中的轴向力未标出。上图中的F1，F2为剪切力在水平方向和竖直方向上的分力。剪切力F=54280千克，即F=531944N，则 =507435.5N =159250N式中的为剪刃的剪切角。1） H面：，由上式可解得=-837387.7N=304954.69N=2） V面： 由上
26、式可解得 =（6）校核轴的强度已知轴上的弯矩和扭矩之后，可针对某些危险截面（即弯矩和扭矩较大而轴颈有可能不足的截面）做弯扭合成强度校核计算。按第三强度理论，计算应力通常由弯矩产生的弯曲应力是对称循环应力， 而由扭矩所产生的扭转应力则通常不是对称循环应力。为了考虑两者循环应力的不同，引入折合系数则计算应力为 式中的弯曲应力为对称循环应力。当扭转切应力为静应力时，取；当扭转切应力为脉动循环变应力时取；若是扭转切应力亦为对称循环变应力时则取。 对于直径为d的圆轴，弯曲应力为，扭转切应力为，将式中的和代入上式，则轴的弯扭合成强度为式中：轴的计算应力，MPa； M轴所受的弯矩，Nmm； T轴所受的扭矩，
27、Nmm； W轴的抗弯截面系数，对称循环变应力时轴的许用弯曲应力。进行校核时，通常只校核承受最大弯矩和扭矩的截面的强度，根据上述公式及表中的数据，以及轴为单向旋转，即扭转切应力为脉动循环变应力，取=0.6， 得 =101MPa1.5故可知其安全。3）截面左侧截面系数W可按下列公式计算。 抗弯截面系数 W= =5487200 抗扭截面系数 =10974400 截面右侧的弯矩M为 M=416865886.6Nmm 截面右侧的扭矩T为 T=14310675Nmm,截面上的弯曲应力 =75.97MPa =1.3 MPa轴与轴承处的配合处可查表并插值可得，并取=0.8，于是得 =4.84，=3.87,轴按
28、磨削加工，则可查得其表面质量系数为 故得综合系数为=4.93 =3.96又由合金钢的特性系数为 ，=0.1于是计算安全系数值按 下列公式可得 =2.38 =7.50 =2.271.5故截面左侧的强度也是足够的。3.5输入轴的设计及校核1.求轴上的功率、转速及转矩 P=260.76KW =i=174r/min T=14311827.59Nmm 2.求作用在齿轮上的力因已知大齿轮的分度圆直径为 =1145mm = 24998.825N =94655N =7168.29N3.初步确定轴的最小轴颈选取轴的材料为40CrNiMo，取=97，于是得 =165mm， 初步确定轴最小轴颈为=170mm。4.轴
29、的结构设计 （1）拟定轴上零件的装配方案该轴上装有一个小齿轮，在小齿轮两侧装有两个滑动轴承。轴的右端还有联轴器与减速器联接。本设计中主要设计飞剪机的主题部分，减速器部分不做具体设计。（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度综合考虑取轴承处的直径为220mm，因为轴承同时承受有径向力合轴向力的作用选择调心滚子轴承。参照工作要求选择22344CC型的轴承其尺寸为，根据整体的要求取该段轴的长度为 =598mm，并且在该段轴上装有小齿轮，齿轮右侧采用轴环定位。轴环处轴的直径为280mm，考虑到对右端轴承的左面的定位要求，应该有轴肩定位，取该轴肩处轴的直径为255mm，在轴肩和轴环间有一个锥面过渡。（3）轴上零件的周向定位 齿轮与轴的周向定位采用平键连接。查手册截面为，键槽用键槽铣刀加工，长度为280mm，同时为了有较好的对中性采用配合。（4）轴上零件的倒角和圆角 轴左端倒角为，右端轴肩处圆角为。5.求轴上的载荷确定轴上支点的位置，左轴承支点和齿轮支点间的距离为380mm， 右轴承支点和齿轮支点间的距离为408mm， 分析轴上的受力，计算轴承上的受力，计算出轴上受力的弯矩和