圆弧剪刃滚切式钢板剪切机设计(含全套CAD图纸)

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1、圆弧剪刃滚切式钢板剪切机设计摘要圆弧剪刃滚切式钢板剪切机是一种新式钢板剪切设备，它是中厚钢板精整工序中的重要设备，保证剪切机正常工作队提高板材生产线的产量有重要意义。随着我国中厚钢板年产量的不断增加，现在中厚板轧钢厂对钢板质量、品种、产量的要求也随之提高。圆弧剪刃滚切式钢板剪切机在整个剪切范围内刀片重叠量不变，剪切变形区小，被剪切板材不易弯曲变形，毛刺少，剪切质量高，并且，滚切式剪切机运动的上刀片与被剪板材之间只产生很小的相对运动，刀片磨损较小，特别适合于中厚板的切边、切定尺和纵向部分。本次设计的圆弧剪刃滚切式钢板剪切机用于定尺剪切最大厚度为40mm的钢板，要求剪切机结构合理、工作可靠、剪切质

2、量高。此次设计内容主要是圆弧剪刃滚切式钢板剪切机的设计，设计内容主要包括剪切机总体方案设计、工作原理与基本机构等的确定、滚切剪主要参数的计算、电动机容量选择和减速器的设计、主要零件的设计与校核、润滑方式的选择以及图纸的绘制等。计算得其最大剪切力为8.5MN，剪切次数18次/分，上刀架最大行程162mm，电动机功率355kW，额定转速987r/min。机架采用闭式机架。关键词：滚切剪；圆弧剪刃；剪切力The Design of steel plate shearing machine with circular blade and scrolling shear modeAbstractThe

3、design of steel plate shearing machine with circular blade and scrolling shear mode is a new plate shearing machine, which is the important equipment of medium and heavy plate finishing processes, play an important part in ensuring shearing machines working normally to improve the output of sheet pr

4、oductions. With the increased annual output of medium and heavy plate, the requirements of quality, variety, output of medium and heavy plate rolling mill are much higher than before. The blade of hearing machine with roller blade cutting steel plate is with the same overlap quantity during the whol

5、e range of shearing, with small shearing deformation zone, not easy to deform for the sheared plates, with small burrs, high quality of shearing, besides, the blade and sheared plate move only a little on the roller blade cutting steel plate machine, also with small blade wear which is particularly

6、suited to the edge of plate, shearing ruler and vertical parts. The designed shearing machine with roller blade cutting steel plate is used with fixed 40mm shearing plate length, which required the frame of machine to be reasonable, reliable and with high quality of shearing. The design of the main

7、content is circular blade cutting plate shearing machine design, design content mainly includes shear machine overall design, working principle and basic institutions, roll-cut calculation, main parameters of shear capacity motor reducer design, selection and design of the main parts and checking, l

8、ubrication and the choice of rendering drawings etc. Calculated the maximum shear stress 8.5MN, shearing time 18 times/min, the biggest distance on the knife rest 162mm, motor power 355KW, rated speed 987r/min. Closed-rack is adopted.KEY WORDS: rolls cuts, circular blade, shearing stress目录1绪论11.1 选题

9、背景及目的11.2 滚切剪的发展趋势32 设计方案的选择和分析43 滚切剪的设计63.1 滚切剪的工作原理63.2滚切剪的基本机构73.3 剪切理论113.3.1 轧件剪切过程分析113.3.2 金属机械性能对剪切抗力的影响123.4 滚切剪主要参数的计算123.4.1 设计基本要求123.4.2 最大剪切力13额定剪切力133.4.4 剪切功143.4.5 上剪刃圆弧半径143.4.6 上刀架最大行程153.5 电动机容量的选择163.6 减速器的设计183.7 主要零件的设计与校核18齿轮的设计与校核193.7.2 齿轮轴的校核243.7.3 轴承的选择与校核293.7.4 曲轴的设计与校

10、核303.7.5 联轴器的选择与校核353.7.6 键的校核364 影响剪切效率和质量的因素分析384.1 影响剪切效率的因素384.2 影响剪切质量的因素385 润滑方法的选择395.1 润滑的作用395.2 润滑方法395.3 润滑脂的特点和注意事项405.4 添加剂416 设备的环保、可靠性和经济可行性分析426.1 设备的环保性分析426.2 设备的可靠性426.3 设备的经济性分析44结论46致谢47参考文献481绪论1.1 选题背景及目的剪切机是用于对钢板进行切头、切尾、切边或者切定尺寸的设备，如今广泛地应用在冶金工业、农机、船舶、起重机械、建筑机械、航空航天以及国防等行业。在中厚

11、板生产中，剪切机一般用来将钢板剪切成规定的尺寸。按照刀片形状和配置方式及钢板情况，剪切机大致分为斜刀片式剪切机(通称铡刀剪或斜刃剪)、圆盘式剪切机、滚切式剪切机(通称滚切剪)三种基本类型。其中，应用最多的是斜刀片式剪切机，其次是圆盘式剪切机。滚切式剪切机是近年来出现的一种新型剪切机，它在现代化的中厚板生产中将具有更多的优越性和更强的生命力。三种剪切机刀片配置如图1.1所示。(a)斜刃剪；(b)圆盘剪；(c)滚切剪图1.1 剪切机刀片配置图1、 斜刀片剪切机 这种剪切机的两个剪刃是成某一角度配置的，即其中一个剪刃相对于另一个剪刃是倾斜配置的。在生产中多数上刀片是倾斜的，其倾斜角度一般为l060角

12、，并且剪切机下刀片固定不动，上刀片向下运动剪切钢板。如图1(a)所示。其优点主要有：对钢板温度适应性强，既适用于热状态也适用于冷状态钢板的剪切；对钢板厚度适应性强，40mm以下的钢板均能剪切。主要缺点：一是剪切时斜刀片与钢板之间有相对滑动，剪切厚度大于20mm的板材时，由于刀片行程长，易使板材产生横向弯曲，在剪切侧边时板边不齐，影响板材的剪切质量；二是由于间断剪切，空程时间长，能达到的剪切次数少，产量受到限制，并浪费能源。2、圆盘式剪切机 圆盘式剪切机的两个刀片均是圆盘状的，如图1(b)所示。常用来剪切钢板的侧边，也可用于钢板纵向剖分成窄条。其主要优点是可连续纵向滚动剪切，速度快，产量高，质量

13、好。缺点：一是剪切厚度限于25mm以内；二是对于小批量规格品种多，钢板宽度变换频繁，则需要频繁调整其两侧边剪刃间的距离。3、滚切式剪切机 滚切式剪切机是在斜刃铡刀剪的基础上，将上剪刃做成圆弧形，如图1(c)所示。呈弧形的上刀刃在剪切时相对于平直的下刀刃作滚动。此时，在整个剪切范围内刀片重叠量不变，剪切变形区小，被剪切板材不易弯曲变形，毛刺少，剪切质量高。并且，滚切式剪切机运动的上刀片与被剪板材之间只产生很小的相对运动，刀片磨损较小。滚切式剪切机自20世纪70年代应用于生产后，得到了一定的发展。这种剪切机剪切板材的切口光滑、板材无变形、切边平直度高、能耗小、寿命长、产量高，特别适合于中厚板的切边

14、(滚切式双边剪)、切定尺(滚切式定尺剪)和纵向切分(滚切式剖分剪)。圆弧剪刃滚切式钢板剪切机的剪切过程是个无限个变倾角斜刃剪的剪切过程的组合，有如下优点。(1)滚切剪的上刀片是以半径为R的圆弧组成，在剪切过程中，沿钢板剪切方向上下刀片的重叠量不变，在上下刀片开口度相同的条件下，斜刃剪的上刀行程比滚切剪上刀行程大3040。滚切剪的偏心半径小，在剪切力一定时，剪切力矩小。 (2)滚切剪的上刀行程小，对被剪切钢板的压弯变形小，避免了钢板端部和棱边的弯曲，剪切质量好。 (3)滚切剪剪切次数可达24次min，最高可达到30次min，剪切效率高。 (4)滚切剪有快速换剪刃装置，换刀时间只需30min。 (

15、5)滚切剪有上下剪刃间隙调整装置，上下剪刃的间隙可根据钢板厚度进行调整，间隙调整精度高，速度快，并用切口干净毛刺少。 (6)滚切剪剪切板材的厚度最大可达到50mm，而圆盘剪和斜刃剪的剪切板材厚度最大只能达到25mm和40mm。 (7)滚切剪剪切机组采用计算机控制，钢板运送和长度测量由夹送辊和测长辊或激光测长装置组成，定尺系统精度高，使用维修方便。本次滚切式剪切机的设计的目的是确定合理的主要参数。通过综合分析选择滚切剪的机构，按照工艺要求确定剪切力的大小及计算技术参数，保证剪切质量，并且根据滚切剪生产中存在的问题，制定合理的改造方案，使其性能更加完善。通过此次设计，掌握单体机械设备设计方法，提高

16、绘图技术和设计能力，为以后工作打下良好的基础。1.2 滚切剪的发展趋势剪切设备是轧钢生产线上的重要设备之一，世界各国为提高产品质量，提高生产效率，竞相进行技术改造。从20世纪70年代，滚切剪开始兴起到现在，经过多年的发展，国外先进国家滚切剪方面的技术已经成熟，除了滚切剪主体设备性能完善，还增加了先进的辅助设备，如输入滚到上设有激光划线装置和磁力对中装置、入口侧设有红外温度计、固定剪入口侧夹送辊上设有接触式传感器测厚装置、刀片设有弹簧夹紧液压松开式的夹紧机构以及自动换刀装置等，使剪切钢板完全实现了自动化。目前，目前我国拥有40多条中厚板轧机生产线，但是由于受到资金和技术等因素的制约，剪切线设备还

17、较落后，大部分仍沿用斜刀片剪切机切头、切尾、切定尺和切边，尤其是一部分老旧的生产线，剪切设备停留在20世纪5060年代水平，严重影响钢板质量和产量的提高。而新建或在建的中厚板厂则多数采用了滚切剪，切边以滚切式双边剪为主，头尾、定尺及分段横切采用滚切式定尺剪。滚切式剪切机取代斜刃剪和圆盘剪已成为国际上中厚板厂技术改造和新建的发展趋势。国产滚切式定尺剪设计制造技术正在不断提高，主要技术性能和剪切质量已基本上达到国际同类设备水平，完全可以替代进口以满足中厚板厂生产的需要。滚切式双边剪由于机构复杂、自动化程度高，电气元件、自动控制精度和可靠性技术等方面与国外还有差距，目前国内还不能完全自行设计及制造。

18、2 设计方案的选择和分析1 设计基本要求本次设计剪切机剪切钢板钢种为普通钢、低合金钢等，剪切钢板厚度6mm40mm，剪切钢板宽度1500mm2800mm，剪切钢板长度18000mm，刀片圆弧半径r=47000mm左右，滚切范围角=7左右。2 设计方案的选择和分析1）. 根据设计参数选择剪切机类型在普通斜刀片剪切机上剪切厚度大于20mm板材时，由于刀片行程大，易使板材产生横向弯曲，在剪切侧边时半边也不齐，影响板材的剪切质量和产量。而滚切式剪切机上刀刃是弧形的，在整个剪切范围内刀片重叠量不变，被剪切板材几乎不弯曲。这种剪切机的开口度比斜刀片剪切机大一些，但其总行程却小30%40%，故其曲柄轴半径小

19、，传动力矩小。此外，滚切式剪切机运动的上刀与被剪板材之间只产生很小的相对运动，刀片磨损较小。因此本设计选择圆弧滚切式剪切机。2）. 剪切机结构的选择圆弧滚切式剪切机按结构形式划分，可以分为单轴双偏心、二轴二偏心型、三轴三偏心型、一轴三偏心型等几种形式。由于单轴双偏心驱动机构比较简单，因此本设计选择单轴双偏心型的上剪刃驱动机构。1、2曲柄轴; 3,4连杆； 5弧形上刀片； 6平直下刀片；7导向杆图2.1 滚切剪结构图最终选定剪切方式为平直下剪刃固定，圆弧上剪刃做滚动剪切，单轴双偏心型的上剪刃驱动机构；交流电机驱动；传动装置采用上传动，电机及减速装置布置在机架上面。该方案上刀刃相对钢板的滑动量小，

20、钢板划伤小；上下刀片的重叠量很小，可以保证钢板平直度，切下的板边弯曲也较小；设置间隙调整装置，上刀片的间隙可以根据钢板厚度进行调整，保证剪切断面质量好；安装剪刃更换装置便于维护和事故处理；设备结构紧凑，占地面积也较小，坯料及聊头运输条件好，节省成本。3 滚切剪的设计3.1 滚切剪的工作原理如图3.1，滚切剪的剪切机构是由曲柄轴1和2、连杆3和4、弧形上刀片5、平直下刀片6以及导向杆7组成。其工作原理是由于两根左右曲柄轴之间存在相位差，左右曲柄轴由电机经减速机同步传动而带动连杆，使上刀架在导向杆的作用下实现滚切式剪切的过程。1、2曲柄轴；3,4连杆；5弧形上刀片；6平直下刀片；7导向杆图3.1

21、滚切剪剪切原理由该剪切过程可知，滚切剪在剪切的每个瞬时仍是一个斜刃剪的工作状态，只不过是斜刃倾角并非恒值，而是随剪切瞬时改变而变化。每个瞬时的倾角应等于该瞬时上刃圆弧触点的切线与下刃之夹角。因此，也可以说，滚切剪的剪切过程是无限个变倾角斜刃剪的剪切过程之组合。这种剪切方式的偏心半径小，在剪切力一定时，剪切力矩小。而且对被剪切钢板的压弯变形小，避免了钢板端部和棱边的弯曲，剪切质量好。3.2滚切剪的基本机构滚切剪主要由以下几个部分组成：钢板定位装置、入口侧夹送辊和废钢推钢机、测量辊、滚切式剪切机、切头运输设备、升降辊道。 1. 剪刃 与其它剪切机一样，有一对上下剪刃。下刃为直刃，上刃为两端圆弧形成

22、的圆弧刃（图3.2）。钢板入口端刃弧半径较小；出口端刃弧半径较大。出此考虑的目的是使钢板入口处有较大的导向开度。上下剪刃安装在剪刃盒中（图3.3）。在剪刃长度方向上，由多个特殊的液压缸（图3.3中5）将剪刃盒紧固在剪刃架上（图3.3中3）。正常剪切时，借助于液压缸内的板型弹簧（图3.3中4）将剪刃盒紧压在剪刃架上，每个缸内板型弹簧的压紧力为7080kN当要更换剪刃时，液压缸柱塞由高压油推动，克服弹簧压紧力松开剪刃盒，剪刃盒整体卸下，达到快速更换剪刃的目的。纵向滚切剪在钢板出口侧还要设置一对横向小剪刃。它将主剪刃切下的半边剪切成方便运输的长度，此剪刃又称为“碎边刃”。它的上刃为斜刃。其固定方式与

23、主任相同。剪刃侧间隙调整为手动式。上剪刃的剪切运动依附于主刃架带动。2 上剪刃驱动机构目前，圆弧滚切剪式剪切机的上剪刃驱动机构主要有下列形式：二轴二偏心型、三轴三偏心型、一轴三偏心型、一轴双偏心。本设计采用一轴双偏心型驱动，如图3.4所示。1-下剪刃台； 2-曲柄轴；3-上刃架；4-被剪钢板；5-导向杆；6-连杆图3.4 上剪刃驱动机构示意图主剪刃由曲柄轴2经减速机由电机驱动。上刃架两侧靠楔形挡块限位，两端分别由液压平衡缸与弹簧限位器定位。液压缸通入压力油。上刃架四面均处于可靠的约束状态，这就保证了剪切的稳定与精确。3 调整剪刃间隙机构表3.1 板厚与剪刃间隙对应关系序号钢板厚度(mm)剪刃间

24、隙(mm)剪切频率(次/min)14.560.30.626.826100.30.625.5310150.60.824.3415200.81.023.1520251.01.221.9625301.21.420.7730351.41.719.6835401.72.018.4940452.02.317.21045502.32.616剪切钢板时，按工艺要求必须对不同厚度范围的钢板设定不同的剪刃侧间隙。长期生产实践指出，随钢板厚度的变化，剪刃侧间隙值按表3.1所列值比较适宜。为了实现这一工艺要求，各类滚切剪均设置了自动调整间隙机构，现在最通用的是双楔块调整机构。如图3.5所示，上剪架2紧贴在两侧楔形滑块

25、3上，楔形滑块由两个斜度相同方向相反的楔块组成。当电机7驱动时，经伞齿轮传动6，涡轮传动5带动两侧螺杆4按相反方向旋转，使两侧螺杆一升一降，从而带动两侧楔形滑块作方向相反行程相等的升降移动。由于两侧楔形滑块斜度完全相同，因此上刃架仍能紧贴在两侧楔形滑块上随楔形滑块水平移动而改变与下剪刃台之间的相对位置，从而达到调整上下剪刃侧间隙的目的。间隙值可用指针盘和电气计数表指示。1-下刃台；2-上刃架；3-楔形滑块；4-螺杆传动；5-涡轮传动；6-伞齿轮传动；7-电机；8-让刀杠杆系；9-主曲柄轴图3.5 调整间隙与让刀机构示意图4 上剪刃让刀机构在剪切钢板时，上下剪刃侧间隙应保持上述给定的值，但剪板结

26、束后，在上刃架返回过程中，希望上剪刃要离开钢板被剪面一定距离（0.20.4mm）。出于此目的，在滚切剪上设置了上剪刃的让刀机构。设置此机构的好处有两个，一是防止上刃擦伤被剪钢板的剪切断面，二是减轻上刃的磨损，延长剪刃的重磨周期。如图3.5所示，在一根主曲柄轴9的尾部安一个凸轮，凸轮的偏心位角相差一个适当值，这个位角差保证在上剪刃剪切结束瞬时，由主曲柄轴尾部凸轮偏心作用带动让刀杠杆系8拉开楔形滑块3，上刃架跟随移开，使上刃相对钢板剪切断面有0.20.4mm间隙。而开始下一次剪切时，又有凸轮偏心作用使上刃架恢复刀原始位置，以保证给定的剪刃侧间隙。国外的纵向滚切剪均采用这种让刀机构，生产实践证明，此

27、机构是实用和可靠的。上述几方面是现代圆弧滚切剪本体的基本机构。本体还有一些设备环节，如压紧器以及一些相应的附属机构。譬如前后必须设置强力压送辊装置，钢板横移对中装置等。这累设备均与斜刃剪的相差无几。 3.3 剪切理论 轧件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；金属内裂纹萌生和扩展阶段；金属内裂纹失稳扩展和断裂阶段。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。在不同阶段，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，剪切区应力状态不断变化，剪切力也不断变化。试验表明，最大剪切力产生于刀片塑性压入阶

28、段中了、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3.6所示。当刀片压入金属时，上下刀片对被剪切金属的作用力P组成力矩Pa，此力矩使被剪金属沿图示方向转动。而上下刀片侧面对轧件的作用力T组成的力矩Tc，将阻止轧件的转动。随着刀片的逐渐压入，被剪金属转动的角度不断增大，直到转过角度后，两力矩平衡，便停止转动。被剪金属停止转动后，刀片压入达到一定深度时，力P克服了剪切面上金属的剪切阻力，此时，剪切过程由压入阶段过渡刀滑移阶段，金属沿剪切面开始滑移，直到剪断为止。 金属机械性能对剪切抗力的影响剪切力与被剪金属的机械性能和

29、剪切面积大小有关。为了求得普遍意义剪切力，将剪切力除以对应转角的剪切面积，得到随转角变化的单位剪切抗力曲线。图3.7 剪切抗力曲线结合滚切剪的剪切过程和曲线形状特点，把曲线分为三部分：(1) A部分上刀开始切入的初始阶段，直到上刀切入理论滚切线为止。单位剪切抗力曲线在此阶段出现峰值，形状近似于平行刃剪切机单位剪切抗力变化曲线。(2) B部分滚动剪切阶段。此阶段剪切过程比较稳定，类似于斜刀片剪切状态，只是刀弧运动状态稍有不同，单位剪切抗力基本不变。(3) C部分剪切阶段后期。刀弧最低点未到钢板左端，钢板已经断裂.3.4 滚切剪主要参数的计算 设计基本要求(1)剪切钢板钢种：普通钢，低合金钢；(2

30、)剪切钢板厚度：6mm40mm；(3)剪切钢板宽度：1500mm2800mm;(4)剪切钢板长度：1800mm； 最大剪切力 剪切机最基本的参数是剪切力，用剪切力来设计其余的技术参数。设计剪切机，一般要计算最大剪切力与额定剪切力，前者标为剪切机的公称能力，并用此剪切力对机械零件进行强度校核；后者用作电机容量选择计算。由设计参数可知，当h=40mm时，b700MPa；h=20mm时，b800MPa。查文献5，42，最大剪切力的计算公式为： (3.1)式中：k 刀刃磨钝系数(1.151.3)；b钢板材料强度；h 钢板最大厚度；剪切某种厚度钢板时的上忍最大当量倾角。 取k=1.3 ; b=800Mp

31、a ; h=40mm ; =2.6; 则： 额定剪切力查文献5，42，额定剪切力P的计算公式为： (3.2) 剪切功查文献1，291，剪切功A的计算公式为： (3.3)式中：P最大剪切力；B被剪钢板宽度； 上剪刃圆弧半径刀片圆弧半径r是滚切式剪切机的主要结构参数。r主要取决于刀片咬入角。咬入角小，剪切力增大，剪切质量好。咬入角大，剪切力小，咬入条件差。图3.8 刀片圆弧半径确定简图查文献1，292，圆弧滚切式剪切机的上剪刃圆弧半径r的计算公式为： (3.4)式中：最大剪切厚度； S重合度，此处取S=7；所以： 取r=47000mm。当刀片宽度为B时，则滚切范围角为： (3.5)式中：圆弧刀片端

32、点与圆弧中心O的连线垂直线之间的夹角； 上刀架最大行程刀片行程是剪切机的主要参数，它决定了剪切机的高度。在剪切能力允许的范围内，它决定了所能剪切的轧件做大断面高度。1上刀架；2下刀架；3轧件；4压板图3.9 刀片行程图根据文献1，258刀片行程为： (3.6)式中：H刀片最大行程； h被切轧件最大断面高度；f轧件上表面与压板之间的距离，此值的选取要保证轧件有一定翘头时，仍能通过剪切机；q1为了避免上刀受轧件冲撞，而使压板低于上刀的距离；q2为了使轧件能顺利通过剪切机，上刀不被轧件磨损，使下刀低于辊道表面的距离；S上下刀片的重叠量；取h=40mm；f=60mm；q1=35mm；q2=20mm；S

33、=7mm；因为滚切上刃是大半径的圆弧刃，因此在确定上剪刃行程时，没必要考虑像斜刃剪上刃倾角所造成的附加行程。3.5 电动机容量的选择由文献5，43知，电动机的功率可用下式计算： (3.7)式中：曲柄旋转一周，某一个最繁重的品种平均静阻力矩； 电机的额定转速，取； 电机的过载系数，一般可取； 电机至曲柄轴的速比，取。利用剪切静力矩计算出曲轴每一个转到2.6角时静力矩，然后求出一周的平均值，代入数据可得 根据以上计算所得数据，查找专业手册，选取合适电机。由于YR系列的大型三相异步电动机具有良好的密封性，广泛用于机械工业粉尘多、环境较恶劣的场所。且它非常适合用于矿山、冶金等机械工业，所以圆弧剪切机的

34、驱动电机选择YR系列电机。再根据N=353.88 kW， 由文献7，40-131 附表40-14选择的电动机的型号为 YR400-6 的大型三相异步电动机。 容量相同的同类型的电动机，有几种不同的转速系列，此种情况下我们综合考虑，分析比较电动机及传动装置的性能、尺寸、重量和价格等因素，再考虑到机械在实际中的运转，他的可靠性与电机相连接的减速机，以及以后的发展，最后选同步转速1000r/min的电动机。YR400-6中型三相异步电动机的基本数据如表3.2所示：表3.2 YR400-6中型三相异步电动机主要性能参数表 型号额定功率（KW）定子电流（A）转速（r/min）效率（%）转动惯量（）质量(

35、kg)YR400-635537298795.071531503.6 减速器的设计由于减速器采用电动机驱动，电动机转速，电动机的额定功率为，每日工作24小时，厂房较大，自然通风冷却。按传动比i=9.779，转速选择减速器。 减速器的基本数据如表3.3所示： 表3.3 减速器技术参数表 公称传动比i输入公称 转速 （r/min）输出公称转速 （r/min）低速级中心距（mm）高速级中心距（mm）总重量（kg）9.779 100011054243846292滚切剪的减速器为展开式两级圆柱齿轮减速器，该减速器具有结构简单、可靠性高、成本低等特点，高速级和低速级都是斜齿轮。图3.10 减速器传动简图3.

36、7 主要零件的设计与校核主要零部件的设计与校核包括：齿轮的设计与校核、齿轮轴的校核、曲轴的设计与校核、联轴器的选择与校核等内容。齿轮的设计与校核1选精度等级、材料及齿数1）根据前面所示的传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动。2）根据滚切剪传动机构速度，可选用7级精度(GB10095-88)。3)材料选择。由文献2，表10-1选择小齿轮材料为50SiMn(整体调质处理)， 硬度为270HBS ；大齿轮材料为42SiMn(调质处理)，硬度为230HBS；二者硬度差40HBS。4）选小齿轮齿数，大齿轮齿数,取=69，则。5）初选螺旋角2按齿面接触强度设计 按文献2，200中式（10-21）试算，即 (3.

37、8) （1）确定公式内的各计算数值 1）试选。 2）由文献2中图10-31选取区域系数。 由文献2图10-26查得，,。 3）由文献2，表10-7选取齿宽系数。 4）由文献2，表10-6查得材料的弹性影响系数。 5）由文献2，图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限。 6）计算小齿轮传递的转矩。 (3.9)7）计算应力循环次数 (3.10) 8）由文献2，图10-13取接触疲劳寿命系数；。9）计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1%，安全系数S=1，得 (3.11) （2）计算 1）试算小齿轮分度圆直径，由计算公式得 2）计算圆周速度。 (3.12) 3）计

38、算齿宽b及模数。 4）计算纵向重合度。5）计算载荷系数。已知使用系数，根据，7级精度，由文献2，图10-8查得动载系数；由表10-4查得的值与直齿轮的相同，故；由图10-13查得；再由表10-3查得。故载荷系数 (3.13)6）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由公式得 (3.14)7）计算模数。 (3.15)3按齿根弯曲强度计算 按文献2，公式10-17校核 (3.16)（1）确定计算参数1） 确定载荷系数 (3.17)2） 根据纵向重合度，从文献2，图10-28查得螺旋角影响系数。3） 计算当量齿数。 (3.18) 4） 查取齿形系数。由文献2，表10-5查得；5） 查取应力校正系数

39、。由文献2，表10-5查得；6） 由文献2，图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲强度极限；7） 由文献2，图10-18取弯曲疲劳寿命系数，；8） 计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数，由文献2，式10-12得 (3.19)9） 计算大、小齿轮的并加以比较。 (3.20)大齿轮的数值大。 （2）设计计算对此计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮的模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，因此可取小齿轮的模数为10mm，分度圆直径来计算应有的齿数。于是

40、由取，则。4几何尺寸计算（1）计算中心距 (3.21)将中心距圆整为438mm。（2）按圆整后的中心距修正螺旋角 (3.22)因值改变不多，故参数等不必修正。（3）计算大、小齿轮分度圆直径（4）计算齿轮宽度圆整后取；。同理，可设计第二级齿轮。表3.4 两级齿轮设计数据级别Z1Z2mV第一级2.866226310mm10m/s第二级3.412175814mm4.5m/s 齿轮轴的校核由于减速器外伸端小齿轮和与之啮合的大齿轮所受转矩较大，所以应校核末级小齿轮的齿轮轴。1计算末级齿轮的传递转矩由于末级齿轮的功率 (3.23)式中：电动机的功率，=355kW；联轴器的效率，=0.99；齿轮啮合效率，=

41、0.98；一对轴承的效率，=0.99。末级齿轮转速 (3.24)因此，末级齿轮传递的转矩为 (3.25) 2作用在齿轮上的力已知低速级大齿轮分度圆直径为 (3.26)所以可计算 (3.27) (3.28) (3.29) (3.30)3初步确定轴的最小直径选取轴的材料为35CrMo，调质处理，查文献8，5得到如下性能参数。表3.5 35CrMo力学性能参数表207269700500320245185取，由文献2，式(15-2)估算得 (3.31)因输出轴的最小直径是安装联轴器处轴的直径，所以同时选取联轴器型号。按照输出轴转矩和载荷条件，查文献8，67可选用GCL13型鼓形齿式联轴器，其公称转矩为

42、。半联轴器的孔径取,故取，外伸段长度。4绘制轴的结构简图图3.11 轴结构简图5求轴上的载荷水平面支反力： 两式联立求得：，垂直面支反力： 三式联立求得：，6绘制齿轮轴的受力简图，如图3.21所示。图3.12 轴的内力分析7计算弯矩水平面弯矩： (3.32) 垂直面弯矩： (3.33) (3.34) 合成总弯矩： (3.35) 扭矩：8按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度。根据文献2，式(15-5)和上面的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力 (3.36) 前面选定轴的材料为35CrMo，调质处理，MPa。因此，故轴是

43、安全的。 轴承的选择与校核(1) 初选代号为30238、30236的圆锥滚子轴承(2) 计算两轴承承受的径向载荷 (3.37) (3) 计算轴承产生的派生轴向力 由文献7，2-31可知代号为30238的圆锥滚子轴承的有关数据为，。代号为30236的圆锥滚子轴承的有关数据，。 (3.38) 所以轴承1为紧轴承，2为松轴承。(4) 计算滚动轴承的当量动载荷对轴承1由文献1，315可知径向动载荷系数，轴向动载荷系数。对轴承2由文献1，315可知径向动载荷系数，轴向动载荷系数。因为运转中有强大冲击载荷，由文献1，316可知载荷系数，取。则 (3.39) (5) 验算滚动轴承寿命轴承预期计算寿命因为，所

44、以按轴承1的受力大小验算 (3.40)故所选轴承可满足寿命要求。 曲轴的设计与校核曲轴是实现剪切动作的关键部位，在满足动作精度要求的同时还要满足强度要求。因此曲轴的设计对于剪切机的设计来说是非常重要的。图3.13 滚切剪总体结构图(1) 各阶段剪切力计算影响各阶段剪切力的主要因素是被剪切轧件的材质和实际有效剪切面积。轧件材质主要决定单位剪切阻力的大小，因此引用联邦德国MOELLER&NENMANN公司的剪切力计算公式： (3.41)式中剪切力，N； 单位剪切抗力，N； 剪切面积，mm。滚切剪在剪切过程中分为三个阶段：剪切开始；滚动剪切；滚动剪切后期。在这三个阶段中的剪切面积见图3.14 ，剪切

45、力作用位置见图3.15 。图3.14 各个阶段剪切面积图3.15 剪切力作用位置剪切开始阶段剪切面积：式中:被剪钢板厚度； 刀弧与直线的交点的横坐标； 圆弧半径； ，刀片圆弧的圆心位置； ，分别为钢板左缘坐标，钢板上限坐标。滚动剪切阶段剪切面积：剪切后期剪切面积：式中：，分别为钢板下限的坐标，待剪钢板厚度。剪切力作用位置：由力的平衡条件可知：总剪切力为，加在左右连杆上的力，则：曲轴中心，至连杆，的距离，分别为：式中：、分别为曲轴中心、的坐标。两连杆、上端点坐标分别为，的长度分别为：，则曲轴上的例句及合力矩分别为：，(2) 曲轴的设计根据滚切剪技术参数和上述算式求出曲轴偏心为90mm，曲轴的结构

46、如图 所示。图3.16 曲轴结构简图(3) 强度校核作为滚切剪中关键的部位，曲轴要满足传动精度和强度方面的要求。此轴承受的剪切力最大为8500KN，在剪切运动中曲轴的两根曲柄上所受的剪切力是在不断变化的。根据计算和机构运动计算机模拟的结果可知，在曲轴转动相位角为135时，单根曲柄上的受力最不平均，其中左曲柄上受到的剪切力为7410KN，右曲柄上受到的剪切力为1390KN。在曲轴两端和中间部位设置支撑，在曲轴的右端施加电动机传过来的扭矩。弯矩 (3.42) 弯曲段断面系数 (3.43) 弯曲应力 (3.44)曲轴的最大应力为49.418MPa，小于材料35CrMo的许用弯曲应力值170MPa。所

47、以曲轴可以满足强度要求。 联轴器的选择与校核(1) 类型选择根据传递载荷的大小，轴转速的高低，被联接两部件的安装精度，参考各类联轴器特性，选择一种合用的联轴器类型。具体选择时可考虑以下几点:1. 所联接两个轴的轴径；2. 传递的转矩大小和性质以及对缓冲减振功能的要求；3. 联轴器的工作转速高低和引起的离心力大小；4. 两轴相对位移的大小和方向；5. 联轴器的可靠性和工作环境，以及成本。根据以上几点选取联轴器如下：在电机轴与减速机轴之间选取联轴器型号CLZ 8齿型联轴器，减速机轴和传动轴之间选取联轴器型号CLZ 13齿型联轴器。查阅文献7 知各联轴器的主要尺寸和特性参数如下表3.6。表3.6 联

48、轴器的主要尺寸和特性参数型号许用转矩（Nm）许用转速（r/min）轴孔直径（mm）轴孔长度（mm）转动惯量（Kgm）重量（Kg）CLZ 8 CLZ 132240071000114018501101702122422.0617.7 133.8315( 2 ) 强度计算以减速器输出轴与安装齿轮的轴之间的联轴器为例进行强度校核。联轴器的承载能力既与材料和热处理有关，也与两轴相对位移的方向和位移量大小有关，而且还与啮合齿面间的滑动速度和润滑状态有关，对于标准联轴器，可按标准规定的方法验算：查文献2，343得 (3.46)式中：联轴器的许用转矩，单位：Nm 联轴器长期承受的理论转矩，单位：Nm 联轴器工

49、作条件系数查文献2，351表14-1得：=1.7所以： =52645.6Nm由文献2，表5.3知：T=71000 Nm显然，故安全。 键的校核联轴器的键为：圆头普通平键（A型）,。键联接的强度 (3.47)式中：传递的转矩，单位为； 键与轮毂槽的接粗高度，为键的高度，单位为mm； 键的长度，单位为mm，圆头平键，为键的宽度，单位为mm。代入数据键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，单位MPa；由文献7，38-3可知所以键的强度满足要求。4 影响剪切效率和质量的因素分析4.1 影响剪切效率的因素目前国内使用的斜刃剪均使用机后定尺机或人工划线定尺，其优点是定尺精度高，可靠性高，缺点是设备投资大

50、，使用维护工作量大，人工操作，定尺机运行生产效率低，切短尺钢板、切头、切试件时，由于定尺机的定尺头部挡板与剪切线距离受限制不能使用定尺机。滚切式定尺剪使用定尺机也存在同样问题。滚切式定尺剪的测长辊位于剪刃前面靠近剪切线位置，其原理是钢板切头时液压缸将测长辊压在钢板上，自动剪切定尺时钢板带动测长辊旋转，安装在测长棍上的测长仪检测钢板长度。其优点是克服了定尺机的缺点，可随即快速检测钢板长度，生产效率高。为了提高滚切式定尺剪的生产效率，应同时使用两种定尺方式。4.2 影响剪切质量的因素滚切式定尺剪的使用情况表明，上下刀片的水平间隙值对钢板切口光洁度有很大影响。当刀片间隙值选择合适时，钢板切口光洁平整

51、。刀片间隙要根据钢板厚度、材质、性能、温度等条件测试确定。一般刀片间隙值为钢板厚度的3%10%，不同设备的不同用户其具体数值有差别。机后摆动辊道对剪切质量也有影响。由于剪切钢板长度、厚度、宽度不同，即被剪切钢板在摆动辊道上的位置状态、重量不同，对钢板切口的作用力和力矩也不同，摆动辊道与上剪刃的运作方式，即摆动辊道是托住钢板剪切还是离开钢板剪切，摆动辊道下降距离的最佳位置等。相位差和曲柄中心距对剪切质量的影响比较显著;曲柄半径对剪切质量的影响不及前两者显著，但也会产生一定作用;而连杆长度对滚切剪剪切质量的影响甚微。增加相位差、曲柄半径及上刀架偏移量均能够使剪切力峰值和电机传动力矩降低，而且前两者

52、的影响较大，后者的影响较小，增加曲柄中心距和连杆长度会使力能参数增加，但前者的影响很大，后者的影响很小。5 润滑方法的选择5.1 润滑的作用润滑的作用主要是：1）减少摩擦：减轻磨损 加入润滑剂后，在摩擦表面形成一层油膜，可防止金属直接接触，从而大大减少摩擦磨损和机械功率的损耗。2）降温冷却：摩擦表面经润滑后其摩擦因数大为降低，使摩擦发热量减少；当采用液体润滑剂循环润滑时，润滑油流过摩擦表面带走部分摩擦热量，起散热降温作用，保证运动副的温度不会升得过高。3）清洗作用：润滑油流过摩擦表面时，能够带走磨损落下的金属磨屑和污物。4）防止腐蚀：润滑剂中都含有防腐、防锈添加剂，吸附于零件表面的油膜，可避免

53、或减少由腐蚀引起的损坏。5）缓冲减振：润滑剂都有在金属表面附着的能力，且本身的剪切阻力小，所以在运动副表面受到冲击载荷时，具有吸振的能力。6）密封作用：润滑脂具有自封作用，一方面可以防止润滑剂流失，另一方面可以防止水分和杂质的侵入。5.2 润滑方法参考所选滚动轴承的值，可采用锂基润滑脂，这种润滑脂不仅能扣抗水、抗高温(不高于145)，而且具有较好的可靠性，是一种多用途的润滑脂。根据开始齿轮圆周速度的大小，采用润滑脂润滑，润滑剂为钠基润滑脂。这种润滑脂有较高的耐热性，工作温度可达120，但抗水性差。由于它能与少量水乳化，从而保护金属免遭腐蚀，比钙基润滑脂有更好的防锈能力。减速器内齿轮圆周速度较大

54、，故选用工业齿轮油润滑。联轴器采用铝基润滑脂润滑。这种润滑脂具有良好的抗水性，对金属表面有良好的吸附能力，可起到很好的防锈作用。5.3 润滑脂的特点和注意事项 润滑脂就是将某种稠化剂均匀地分散在润滑油中，得到半流体状或粘稠膏状的物质就是润滑脂，俗称黄油或牛油。润滑脂因具有许多优点而被普遍应用，主要优点如下：粘附性好，能附着于摩擦表面，不易流失或飞溅。正常工作时，不会有漏油现象；防护性能较好，特别是防锈能力比润滑油强；特别适用于对滚动轴承的润滑，不但注脂方便，而且可以在很长一段时间内不用加脂，大大减少了维护工作量；密封性好，可以防止外界尘土侵入轴承；可在较宽广的温度下操作；其外显黏度较不受温度影响；比油有较低的摩擦系数；可混合固体添加剂是用。润滑脂也有其不足的一面，因而使用范围受到限制，主要缺点是：散热能力差，不能像油那样对摩擦件进行循环冷却，因此不宜用在高转速的轴承；对绝大多数滑动轴承不适用，其流动性差，内摩擦阻力大，无法形成液动油膜；输送性能比润滑油差得多；储存程序容易变质，受到污染后无法净化。 润滑脂使用注意事项：当我们选择好我们所需要的润滑脂以后，在进行填充的时候应当注意润滑脂的使用量。3 6 X) |) E% x1、当润滑脂的填充量过多时，会出现下列一系列的问题： , + u E# _ b2 e8 T6 A0