带钢圆盘剪切机的设计毕业论文设计说明书.docx

内蒙古科技大学机械本科生毕业论文（设计）题 目：带钢圆盘剪切机的设计学生姓名：张伟峰学 号：0864134218专 业：机械设计 制造及其自动化班 级：机2008-2班指导教师：李强内蒙古科技大学毕业设计 目 录圆盘剪切机设计摘 要：现在各国工业迅猛发展，钢铁企业是国民经济的主要支柱，它的发展状况很大程度上可以反映出国家的实力。现代钢铁冶金业发展的一个着眼点就是在对钢材的处理速度。圆盘剪切机就是其中的一台重要设备。圆盘剪切机通常设置在精整作业线上，用来将运动着的钢板的纵向边缘切齐或切成窄带钢。根据其用途可分为两种类型：剪切板边的圆盘剪和剪切带钢的圆盘剪。通过对圆盘剪切机及相关设备结构进行了深入了解，并从材料力学、动力学和经济学的角度出发，对圆盘剪切机的主传动系统，压下系统、侧间隙调整机构进行了设计。重点包括电动机的计算选取、轴和齿轮的设计，以及其他传动装置和执行机构的设计等，同时对部分主要零部件进行了强度校核。本次设计的改进点：首先，径向间隙调整机构使用连杆机构，其二，侧向间隙调整增加自锁装置。其三，。最后增加了测速机构。本圆盘剪切机可普遍用于横切机组、酸洗机组等。关键词：圆盘剪切机，带钢，间隙调整装置，连杆机构，参数选择和校核。The disc alligator shears design Abstract:The industry of various countries develops rapidly now, the steel, as the main pillar of industry, its development can reflect the national strength to a great extent. Modern steel metallurgy industry one starting point that develop in to processing speeds. Disc shears is an important equipment among them.Disc shear machine set up in finishing production line. It usually uses to cutting neat the movement steel plate longitudinal edge and cut the strip into narrow one. It can be divided into two kinds according to its use: disc shears of cut stencil plates side and disc shears of cut strip.We have thorough understanding to the disc shears and the correlation equipment. We had very designed to the main transmission system, depress the system and gap adjustment organization, we are carry on these designs from the materials mechanics angle, dynamics and economic. The main content including electrical machinery selection, Axis and gear design, Implementing agency design and so on, and the same time, we make the optimized improvement and the intensity examination to the major parts. This design improvement spot: Firstly, use link motion gear in the radial clearance adjusting mechanism, second, backlash adjustment increase self-locking installment. Third, the width control uses the planet gear speed reducer. Finally increased has measured the fast organization. This disc shears may use in the transverse cutting unit, the acid pickling unit generally and so on.Key words: Disc shear, strip steel, clearance adjusting mechanism ,linkagemechanism, preferences and check. 27一、 绪论1. 圆盘剪发展现状剪切机有各种类型，平刃剪、斜刃剪、圆盘剪和飞剪。平刃剪用于剪切方坯；斜刃剪用于剪切板材；圆盘剪广泛用于纵向剪切厚度小于2030毫米的钢板及薄带钢；而飞剪用于剪切运动着的轧件，其剪刃有平刃、斜刃和圆盘式飞剪。圆盘剪切机是由开卷、送料、剪切、卷取等设备组成的一条生产线，他的主要功能是将宽钢带卷沿长度方向剪切成较窄的一定尺寸的钢带卷，为日后的轧制、焊管、冷弯成型、冲压等工序制备坯料。同时，更换不同材质的刀具，可分剪各种有色金属带材。圆盘式剪切机由于刀片是旋转的圆盘，因而可连续纵向剪切运动钢板和带钢。圆盘式剪切机通常设置在精整作业线上用于将运动着的钢板纵向边缘切齐和剪切或者切成窄带钢，根据其用途分： 切边用圆盘剪、分条用圆盘剪。 按圆盘剪的传动方式分：拉剪 即剪刃没有传动装置，由拉力辊或其他设备将带材拉过圆盘剪进行剪切； 动力剪有的动力剪亦可做拉剪用，在传动系统中装有离合器。拉剪的优点在于：圆盘剪和卷取机各装有不需要调速控制的交流电动机，不需要考虑因卷取机经变化所引起的速度变化。缺点是：分条较厚带钢比分条较薄要快。因此，在分条较薄带钢时，有可能使带钢在圆盘剪和卷取机之间发生下垂，造成卷取机卷得较松。该类剪切机适用于剪切较厚带钢，一般厚度为2.55mm左右为宜。动力剪是用圆盘剪传动，圆盘剪和卷取机均为同步传动，基本上克服了张力剪剪切较薄带钢时所出现的带钢下垂，该圆盘剪的缺点是：要考虑卷取机卷径变化所引起的速度变化，卷取机的张力由圆盘剪后面的张力棍与卷取机建立的，能保持一定的卷取张力，卷取机卷得比较紧，但这个张力比较紧小，适用于薄带钢，一般厚度为0.252mm。纵剪机组包括的主要设备：开卷机，对中机构，圆盘剪，卷取机等。圆盘剪是纵剪机组的关键设备，用来完成对带钢的切分。其直径的大小取决于被剪切带钢的厚度，同时还要考虑刀的重磨量，主轴的直径以及两主轴的轴承座的尺寸等因素，一般满足切分要求的前提下圆盘刀的尺寸应尽量小，以保证刀的加工精度。上下圆盘刀工作时一般相互重叠与剪切带钢厚度及材料有关。上下配对剪切的两刀片的侧向间隙取带钢厚度的0.030.07倍，但不应小于0.01mm。一般侧向间隙小，剪切质量好以及毛刺小；但刀具磨损快，并受设备及刀具加工质量的限制。早期圆盘式剪切机速度较低，圆盘式剪切机刀片旋转是用电机通过齿轮传动，以及和万向连接轴来实现的。刀盘径向间隙调整用电机通过蜗杆蜗轮传动是偏心套转动来实现的。而刀片侧向间隙是 用手动通过蜗轮传动使刀片轴轴向移动来完成的。2. 功能要求圆盘剪主体部分包括：两个左右对称布置的机架，上下刀轴。两对圆盘剪刃分别装在左右机架的上下刀轴上。宽度调整装置：为剪切不同宽度的带钢，圆盘剪的机架安装有调宽装置，用以调整两对刀盘的开口度。刀盘重合度调整装置：使上刀盘的垂直位置发生变化，从而精确调整上下刀盘的重合度。刀刃侧向间隙调整装置：可以精确控制刀刃侧向间隙。3. 设计目的本次设计的目的就是对主轴传动系统，刀片轴向、侧向调整机构，宽度调整，特别是各个机构中的传动部分进行重新设计和优化。当然，该设备目前市场应用已趋于成熟化，所以主要是针对细节方案的改进，整体结构未作大的改进。通过设计过程掌握圆盘剪单体机械设备的设计方法，使所学的理论知识和实际结合起来，提高设计能力，独立分析能力和绘图技术，进行规范化，系统化，完整化的整套设备设计训练，为今后的工作打下有力的基础。4. 设计内容及要求任务：翻译外文资料5000以上印刷符号，专题小论文不少于3000汉字，设计说明书不少于15000汉字，图纸（折合3-5张甲1），其中至少一张手工绘图。参数：剪切钢卷的宽度206 306mm，厚度2.3 3.0mm，剪切速度 1m/s，剪切宽度80 128mm。 可行方案筛选，剪切机构运动学分析，剪切机的结构参数确定等。二、 方案设计1. 使钢板保持水平位置的方法圆盘剪后设置有碎边剪，将剪切下来的板边剪成碎段送到下面的滑槽中，也可对剪下来的薄板边用卷取机卷起来，然后停车卸卷。为了使切下来的板边的钢板平直，而出圆盘剪时切边向下弯曲，一般采用上刀盘轴相对下刀盘轴错开一个不大的距离（方案A）或者上刀片直径比下刀片直径小一些（方案B）来实现。（图2.1）为方便上下刀盘切削点线速度一致，采用方案B。为防止钢板进入圆盘剪时向上翘曲，通常在圆盘面靠近刀片的地方装有压辊。2. 圆盘剪整体结构及宽度调整装置方案（图2.2）方案A：切边式圆盘剪。每个圆盘刀片均以悬臂的形式固定在单独传动的轴上，刀片的数目为两对。电机驱动两根左右旋向的螺杆，带动固定在左右机架下方的螺母，实现左右机架的同时开合。方案B：分条用圆盘剪。刀片数目是多对的，一般刀片都固定在两根公用的运动轴上，且刀片间距可通过定距套筒调整。可将钢板切成多条宽度一定的窄条。（图2.3）根据设计要求参数（厚度2.3 3.0mm），所用带钢为热轧普碳带钢，其宽度可达206306mm,而剪切钢卷的宽度为80 128mm，多数情况下需将带钢切成多条，所以方案B更符合要求，且满足经济性和生产效率要求。3. 径向间隙调整方案刀盘径向间隙（重合度）的调整有A、B两种方案。（图1.4）方案A：为保证上下轴刀片同步转动，4个齿轮由连杆相连，组成悬挂齿轮副，调整上刀片径向间隙时，下刀轴固定不动，上刀片轴承座可沿机架滑槽上下移动。同时，该齿轮副传动比为1，保证上下刀轴转速相同。方案B：通过齿轮电机驱动蜗杆，带动蜗轮。蜗轮与上刀轴上的偏心套用键联接。下刀轴固定不动，用上刀轴绕偏心套旋转来控制径向间隙。方案B缺点明显：无法保证上刀轴只做径向移动，上下刀轴无法同步转动。故选用方案A。4. 侧向间隙调整方案 侧向间隙调整有手动和电机控制两种方案。（图2.5）侧向间隙调整量非常细微，故为保证精确度，不宜使用手动调整。故选择方案B：刀刃侧向间隙调整时，上刀盘不动，由下刀盘轴向移动来实现。通过齿轮电机驱动蜗杆，带动蜗轮。蜗轮与下刀盘上的芯套用键联接，而芯套又与机架有螺纹联结。通过结构上的设计，保证蜗轮在芯套轴向上不能移动。蜗轮的旋转运动经芯套转化为刀盘的轴向移动。三、 圆盘剪基本参数的确定 已知参数：剪切钢卷的宽度206306mm，厚度2.33.0mm，剪切速度 1m/s，剪切宽度80128mm。1. 结构参数1) 刀盘刀片尺寸圆盘刀片尺寸包括圆盘刀片直径D及其厚度。参考文献1P291，圆盘刀片直径D主要决定于钢板厚度h，其最小允许值与刀片重迭量S和最大咬入角1有下列关系：Dh+S1-cos1 式（8-60） 式中：h带钢厚度，范围2.33.0mm，偏于安全考虑，取最大值h=3.0mm； S刀片重迭量（图3.1），一般根据被剪钢板厚度来选取，由文献1图（8-38）(见图3.2)查得：h=3.0mm 时S=0.65mm； 1最大咬入角，一般取1015，也可根据剪切速度v来选取，已知v14.2。 带入上式计算得：Dh+S1-cos1=3+0.651-cos14.2 =119.46mm又当咬入角1=1015时，圆盘刀片直径通常在下列范围内选取（40125）h将h=2.33.0mm带入得D=92375mm。减少圆盘刀片直径可减少圆盘剪的结构尺寸，但最小圆盘刀片直径受轴承部件结构尺寸的限制。因此，在结构尺寸允许情况下，应尽量选用小直径的圆盘刀片。故此处取圆盘刀片直径D=150mm。圆盘刀片厚度一般取为=（0.060.1）D=9.015mm考虑到刀片强度和刚度要求，取=14mm。2) 圆盘刀片侧向间隙（图3.1）确定刀片侧向间隙时，要考虑被剪切钢板厚度和强度。侧向间隙过大，剪切时钢板会产生撕裂现象。侧向间隙过小，又会导致设备超载和刀刃磨损快，切边发亮和毛边过多。在冷、热剪切钢板时，所取范围不同。此处取为冷切，值可取为被切钢板厚度h的911%。已知h=2.33.0mm,故=0.2070.33mm。又根据文献1图（8-38）（见图3.2）查得，=0.280.45mm.综上所述，取=0.30mm。3) 剪切速度v剪切速度v要根据生产率、被切钢板厚度和 机械性能来确定。剪切速度太大，会影响剪切质量，太小又会影响生产率。由文献1表（8-6）查得，h=2.33.0mm时，剪切速度选1.02.0m/s。由设计要求vPd=14.8kW，故电动机的发热校核省略。2) 功率校核 初步选定刀盘轴电机功率为15kW，传动装置输出转矩 M=955015（1+10.91）127.4=551Nm剪切力矩425Nm，功率校核合格。五、 减速器的设计1. 传动比分配及计算已知刀盘轴转速为n=127.4r/min,电机与刀盘轴间总传动比为i=nn=730127.4=i减i悬=5.73式中i减减速器传动比； i悬悬挂齿轮副传动比，i悬=1。由文献4表（16-1-4）及表（16-1-1），取公称传动比i=5.6,单级直齿圆柱齿轮减速器。其相对偏差i=5.6-5.735.6=2.3%3%，合格。2. 选择减速器型号根据文献4，P16-47，减速器的选用步骤如下：1) 选用减速器公称输入功率P入 Pm=PKASAP入式中，Pm机械强度计算功率（kW）； KA工况系数，由文献4表（16-2-8），圆盘剪为中等冲击载荷，取KA=1； SA安全系数，由文献4表（16-2-9），减速器失效将引起生产线停产，故取SA=1.4。带入得，Pm=1411.4=19.6kWPt。因此可以选定：ZDY125-5.6-减速器，采用油池润滑，无冷却装置。3) 减速器相关尺寸由文献4表（16-2-1）查得，减速器输入端伸出段轴径d1=28mm,轴段长l1=42mm；减速器输出端伸出段轴径d2=55mm,轴段长l2=82mm。整体长A=355mm，宽B=195mm，高H=330mm。六、 悬挂齿轮副的设悬挂齿轮副采用直齿圆柱齿轮，总传动比为1，可实现上下两刀轴的同速反向运动，以实现切削钢板。下刀轴位置固定,各齿轮由连杆保证中心距，上刀轴由机架上滑槽保证只能上下移动，以便调整重合度。（图6.1）进行切削时，齿轮1主动，带动齿轮4实现两周同步转，蜗轮蜗杆产生自锁，可固定上刀轴轴心位置；调整径向间隙时，有蜗杆带动与齿轮4固结的蜗轮，此时齿轮1固定不转，即可实现上刀轴轴心沿径向移动。由于它用于低速传动，工作场所粉尘较少，为减少设备重量，采用有简单防护罩的半开式硬齿轮传动，齿轮副直接悬挂在刀轴上。1. 齿轮的设计计算因为总传动比为1，且由互换性考虑，可将四个齿轮设计为同一规格。下面取齿轮1为设计对象。1) 材料、精度、齿轮参数圆盘剪速度不高，为一般机器，故选用8级精度,直齿圆柱齿轮传动。根据文献6表（14-1-116）及表（14-1-122），选取齿轮材料为40Cr（调质）硬度为241286HBS。初取齿数Z1=47。2) 按齿根弯曲强度设计开式齿轮传动的主要失效形式是弯曲疲劳折断，故按弯曲疲劳强度进行计算，并将得出模数增大10%15%来考虑磨损情况，无须进行接触疲劳强度校核。a) 先按齿面接触强度估算分度圆直径，计算载荷系数根据文献6（P14-133），可由下式估算齿轮分度圆直径：d1tAd3KtT1dHP2+1式中，Ad常系数，查表文献6表（14-1-65），取Ad=766； Kt 载荷系数，常用值K=1.22，取Kt=1.8； T1输入转矩，T1=M悬=4250.91=467Nm； d齿宽系数，查表（14-1-69），取d=0.8； HP许用接触应力， HP0.9Hlim,Hlim为实验齿轮的接触疲劳极限，查表（14-1-83），取Hlim=600MPa，故HP=540MPa； 传动比，值为1。带入各参数得：d1t147.96mm。故：圆周速度 v=d1tn601000=147.96127.4601000=0.98m/s，查文献6图（14-1-74），取动载荷系数Kv=0.7 ；齿宽 b=dd1t=0.8147.96=118.37mm ；模数 mt=d1tZ1=147.9647=3.15mm；齿高 h=2.25mt=2.253.15=7.08； 故bh=118.377.08=16.72，查表（14-1-88），取KH=1.79查文献6图（14-1-92），取KF=1.77； 查表（14-1-92），取齿间载荷分配系数KH=KF=1.1，查表（14-1-71），取使用系数KA=1.25，。因此载荷系数K=KAKvKHKH=1.250.71.11.79=1.72；按实际载荷系数校正分度圆直径d1=d1t3KKt=147.9631.721.8=145.73mmb) 按齿根弯曲强度设计根据文献6第（14-133）页8.3.2，可按下列公式估算齿轮的法向模数：mAm3KT1YFsdZ12FP式中：Am常系数，查文献6表（14-1-68），取Am=12.6； K载荷系数，K=KAKvKFKF=1.250.71.11.77=1.70； YFs符合齿廓系数， YFs=YFaYsa,其中，由文献6图（14-1-98），取YFa=2.38，由文献6图（14-1-103），取Ysa=1.68，则YFs=2.381.68=4.0； FP许用齿根应力，FP0.5FE=Flim，FE为齿轮材料的弯曲疲劳强度的基本值，查文献6图（14-1-112），取FP=Flim=300MPa。代入各参数，得： m2.28mm,考虑磨损影响，将模数值增大10%15%，即m2.56mm,就近取圆整为标准值 m=3mm。2. 确定各齿轮参数分度圆直径 d=146mm； 模数m=3mm；齿顶圆直径 da=146+3=149mm；齿数 Z=d1m=1463=49 ；中心距 a=d1=146mm ；齿宽 b=dd1=0.8146=116mm七、 上下刀轴的设计校核下刀轴通过悬挂齿轮副连接，并传递动力，其负载状况除取齿轮部位完全相同。故上刀轴采用与下刀轴完全相同的设计是偏于安全的。1. 确定轴上功率、转速、转矩下刀轴传递最大功率：P=14kW； 转速：n=127.4r/min转矩：T=M+M 悬=892Nm ；2. 求作用在齿轮上的力直齿圆柱齿轮受力如图7.1所示圆周力 Ft=2000T1d1=2000467146=6397N径向力 Fr=Fttan=6397tan20=2322N法向力 Fn=Ftcos=6397cos20=6808N各力方向如图。3. 初步确定最小轴径圆盘剪刀轴校为重要，且无很大冲击，为减少刀轴尺寸，在成本增加不多的情况下确定如下:材料：40Cr； 表面处理：调质；HB：241286 (文献3表6-1-1)；机械性能：抗拉强度b=750MPa , 屈服点 s=550MPa,弯曲疲劳极限-1=350MPa, 扭转疲劳极限 -1 =200MPa(文献3表6-1-1 )；按钮转强度条件估算轴径d39.55106P0.2n=A3Pn式中，A与材料有关的系数，查文献3表（6-1-19），取A=104。 带入各参数得d49.84. 轴的结构设计1) 拟定轴上零件的装配方案初步拟定下刀轴结构如图7.2。2) 确定轴的各段直径和长度(1) 下刀轴（轴）最小轴径处与联轴器相连，故需同时选取联轴器型号。根据文献3P(6-55),联轴器计算转矩 Tc=KwKKzKtT 式中，Kw动力机系数，电动机取Kw=1； K工况系数，查表（6-2-2），取K=1.5； Kz启动系数，取Kz=1； Kt温度系数，查表（6-2-3），取Kt=1；T 理论转矩，T=9550Pn=955014127.4=1049Nm。带入各参数，得Tc=11.5111049=1574Nm。查文献3表（6-2-8），按照计算转矩小于联轴器公称转矩的条件，选用GY7型联轴器，公称转矩1600Nm,主动端：Y型轴孔，d1=55mm,l1=112mm；从动轴：d2=50mm,l2=112mm。故取d-=55mm,l-=110mm。(2) 为了满足联轴器的轴向定位，根据文献3表（6-1-4），轴肩高度a=(0.070.1)d=3.855.5mm。查文献7表（3-2-73），选取M642型圆螺母，即取a=4.5mm，则d-=64mm（螺纹公称直径）。其宽度m=12mm,取L-=24mm。(3) 轴段-主要安装齿轮和套筒。已知齿轮分度圆直径d=146mm,齿宽 b=117mm。根据文献7表（8-3-47）选用锻造式齿轮结构:轮毂宽度l=b=116mm,毂孔直径满足：1.5db,故取d=