圆盘剪切机结构设计说明

1、圆盘剪切机结构设计圆盘剪切机主要应用于金属冶炼加工行业，用来剪切纵向厚度2030mm的钢板及薄带钢。但是圆盘剪在使用过程中存在传动系统精度低、径向调整和刀盘侧向调整精度低等问题，为了解决这些问题，借鉴以往的设计和工作经脸，我设计了这台圆盘剪切机。此圆盘剪能够和拆卷机、伸直机、辐矫直机、飞剪机一起来完成伸直、切边等一系列的工作，设计思路如下：（1）通过对国外圆盘剪的调研分析，总结出国外圆盘剪相关技术的优缺点，确定圆盘剪各机构的布置方式和相关技术参数。同时完成轴向调节结构、径向调节机构和带宽调整机构的设计；（2）计算圆盘剪的剪切力和电机的传动功率。完成刀盘、传动轴、齿轮的设计和电机、轴承等零件的选

2、型工作；（3）运用Solidworks三维设计软件对圆盘剪的主要零部件进行了三维建模及总体组装、虚拟装配。本说明书从剪切原理、带钢的剪切变形过程，分析和计算了圆盘剪的剪切力和传动功率，同时完成了各零件的设计、选型及校核工作。关键词：圆盘剪切机；侧向间隙调整；径向调整；带宽调整；SoildworksThestructuredesignofthediscshearingmachineAbstractThediscshearingmachineismainlyusedinmetallurgicalindustry,whichisusedtoshearlongitudinal20'30mmth

3、icknessofsteelplateandthinstrip.ThediscshearingmachineIdesignedisdesignedtosolvesomeproblems,suchasdrivingsystemconsistsoflowprecision,radialadjustmentmechanismandthedisklaterallowaccuracy.Thediscshearingmachinewiththedecoiler,theunbender,therollerstraighteningmachine,theflyingshearcancompleteaserie

4、sofwork,suchasunbending,trimming,theideasarefollows：(1) throughtheanalysisoftheresearchofdiscshearmachineathomeandabroad,summarizestheadvantagesanddisadvantagesofthediscshearrelatedtechnologyathomeandabroad,todeterminethedisccuttinginstitutionsarrangementandrelatedtechnicalparameters.Atthesametimeco

5、mpletedtheaxialadjustingstructure,adjustingmechanismfortheradialandbandwidthadjustingmechanismdesign；(2) calculatethediscshearshearforceandthetransmissionpowerofthemachine.Tocompletethedesignofthecutterhead,shaft,gearandmotor,bearingandotherpartsselectionwork；(3) usingtheSolidworks3ddesignsoftwarefo

6、rthedisccutthemaincomponentsof3dmodelingandassemblyandvirtualassemblyasawhole.Theinstructionsfromtheprinciple,theprocessofshearingdeformationanalyzetheshearingforceandthepower.Atthesametime,Idesignavariousofcomponentsandcompleteselectionandcheckingwork.KeyWords:thediscshearingmachine,thelateralclear

7、anceadjusting,theradialadjustingmechanism；thebandwidthadjustment；SolidworksAbstractII1 .绪论11. 1课题背景及研究的目的和意义11.2圆盘剪切机的发展状况11.2.1圆盘剪切机的发展11.2.2圆盘剪切机的分类21.2.3圆盘剪切机的研究31. 3本文主要研究容42.设计方案的选择和评述52. 1弓I言52. 2设计方案的选择52. 3设计方案的评述62. 4方案设计62. 4.1传动机构的设计63. 4.2驱动方式的设计64. 4.3执行机构的设计62. 5本章小结63.主要零部件的设计和选型83. 1

8、弓1言83. 2刀盘的设计83. 3电机的选型93. 4齿轮的设计143. 5轴的设计183. 6键的选择203. 7轴承的选型213. 8联轴器的选型223. 9本章小结224.主要零部件的校核244. 1引言244. 2齿轮的校核244. 2.1齿面接触疲劳强度的校核244. 2.2齿根弯曲疲劳强度的校核254. 3轴的校核264. 3.1按弯扭合成强度校核264. 3.2轴的安全系数校核计算284. 4电机的校核314. 5键的校核324. 6轴承的校核334. 6.1轴承寿命的计算334. 6.2轴承静强度的校核344. 6.3轴承极限转速的确定344. 7本章小结35结论36致37参

9、考文献381 .绪论1. 1课题背景及研究的目的和意义圆盘式剪切机广泛用于纵向剪切厚度20、30mm的钢板及薄带钢。由于刀片是旋转的圆盘，因而可连续纵向剪切运动着的钢板或带钢。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，根据其用途可分为剪切板边的圆盘剪和剪切带钢的圆盘剪。剪切板边的圆盘剪，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。剪切带钢的圆盘剪的刀片数目是多对的，且刀片一般都固定在两根公用的运动轴上，也有少数的圆盘刀片是固定在独立的传动轴上的。此圆盘剪切机是以1700横切机组为背景下进行设计的。1700横切机组使用多年，其中圆

10、盘剪使用过程中存在一些问题。这次设计的目的就是解决其圆盘剪在使用过程中传动系统精度低，径向调整机构和刀片侧向调整精度低等问题。通过本次毕业设计，达到综合应用所学知识，分析和解决实际工程问题，使我在机械、驱动、控制等方面得到切实的锻炼。1.2圆盘剪切机的发展概况早期圆盘剪切机速度较低，圆盘剪切机的刀片旋转通过电机、齿轮传以及万向连接轴来实现的。刀盘径向间隙调整则是通过蜗轮蜗杆传动来实现的。而刀片侧向间隙是通过手动蜗轮传动使刀片轴轴向移动来完成的。随着生产的发展，圆盘式剪切机剪切速度在逐渐提高。目前圆盘剪切机装在横切机组上，剪切厚度为0.52.5mm,剪切宽度为7001500mm,剪切速度达到广3

11、m/s。1.2.1圆盘剪切机的发展圆盘剪切机主要由下列机构组成：刀盘径向调整机构、刀盘侧向调整机构、剪切宽度调整机构和刀盘旋转传动系统等。剪切宽度的调整实际上就是对机架的距离调整。刀片传动通过减速机和4个相同尺寸的齿轮同时传动两对刀片。为保证刀片同步，4个齿轮组成相当于连杆机构，使齿轮传动的中心距不变，提高了齿轮传动精度；为调整上刀片径向间隙，上刀片轴承座可沿机架滑道上下移动；滑座移动用针齿摆线减速机，它体积小、速比大、调整精度高；刀片轴向距离调整也采用针齿摆线减速机驱动丝杆和螺母来实现的，为了提高传动精度，传动系统增加了测速装置，进行主传动速度调整。目前各国都在研究扩大圆盘剪剪切厚度围。有的

12、国家采用两台串联圆盘剪剪切厚度为40nlm的钢板，第一台圆盘剪切入板厚的5%、10斩紧接着第二台圆盘剪将钢板全部切断。1. 2.2圆盘剪切机的分类圆盘剪切机按用途分为剪切带钢的圆盘剪和剪切板边的圆盘剪。1 ,剪切带钢的圆盘剪此类圆盘剪将带钢连续剪切，采用多对刀盘。刀盘轴传动有两种：一种是集中驱动，另一种刀盘轴分别驱动。2 ,剪切板边的圆盘剪剪切板边的圆盘剪又可分为热轧钢板圆盘剪和冷轧带钢圆盘剪。热轧钢板圆盘剪，剪切厚度小于20nlm,径向调整采用偏心套，齿轮与刀盘轴通过万向连接轴连接传动。图L1热轧钢板精整机组示意图1.运输程道2.前斜刃剪3.后斜刃剪4.圆盘剪5.碎边机热轧钢板冷却后由运输辐

13、道运输到后斜刃剪进行切头，然后送到圆盘剪切边，切下的边由碎边机剪切成小段后运走。圆盘剪的作用是去掉钢板两边并切齐使其满足宽度要求。冷轧带钢圆盘剪，剪切厚度为0.52.5mm,径向调整通过上刀盘齿轮和四连杆机构完成。有的冷轧带钢圆盘剪采用测速装置，使剪切精度更准确。1.拆卷机 2.伸直机 3.下切剪 4.绐料机5.圆盘剪切机6.卷边机7.风动分离盘8.分卷卷取机图1.2冷纵剪切机组示意图钢卷由吊车吊到拆卷机处拆卷，将头伸直经下切剪切头由给料机送到圆盘剪纵切后，给风动分离盘，由分卷取机卷成窄带卷，卸卷后由吊车吊走送入成品库。圆盘剪切机的作用是将带钢切成窄条，并卷成窄带钢卷。圆盘剪按刀盘传动方式有动

14、力剪和拉力剪之分，拉力剪是指刀盘不直接驱动，由剪后拉力辐或卷曲机拖动带钢，在拉过圆盘剪时进行剪切。两种剪切方式各有特点，故在圆盘剪的传动系统中装有离合器，可以根据需要采用动力剪切或拉力剪切方式。1.2.3圆盘剪切机的研究用于切边的圆盘剪，它的机构组成一般情况是：左右机架、上下刀轴、底座、机架移动机构、刀盘调整机构和传动装置等。窄带钢圆盘剪的结构必须保证带钢两侧边缘整齐，严格控制带钢宽度，在圆盘剪上对带钢两边进行切边，切下的边缘在碎边机上进行破粹。窄带钢圆盘剪结构和传动系统如图1.3所示。图1.3窄带钢圆盘剪结构和传动系统示意图1 .测速发电机2.电机 3.减速机 4.刀轴升降调整机构6.刀轴7

15、.侧向调整机构8.离合机构电机14.固定碎边机15.旋转碎边刀5.偏心套Gvbv-13.飞轮1. 2.3.1圆盘剪系统的组成及工艺1 .圆盘剪的前面有一对立辑，用来控制带钢中心线，严格对正剪刀中心线；2 .圆盘剪的后面是碎边机，碎边机由固定在机座上的固定刀刃和安装有两个刀刃的旋转刀组成；3 旋转刀轴由电机经减速机传动，并在轴两端安装两个飞轮，带钢边通过固定刀和旋转刀之间的间隙时被碎成碎段流入下面的料斗中。1. 2.3.2圆盘剪的组成圆盘剪由传动部分、刀轴部分、调整部分、离合部分以及辅助部分等组成。1 .传动部分是通过电机2经减速机3及万向连接轴传动到右侧两根主轴;2 .刀轴部分6是由各固定了两

16、片圆盘刀的上下刀轴组成；3,离合部分是在圆盘剪的下方，通过电机8、减速机9和丝杠10调整圆盘剪左右两侧机座的横向位置，使左侧机座的游动轴和右侧机座的传动轴与上下刀轴连接，从而可以传动刀轴6.当离合机构使左右两侧机座分离时，即可使刀轴脱离机座的传动轴，以便于进行换刀操作；4 .调整部分包括压下抬起的调整机构和刀片轴向位置的调整机构。在上下传动轴和游动轴的外面，各有一个偏心轮为14mni的偏心套，转动压下手轮，通过传动机构的传动，两端的偏心套同时转动，从而使两侧上下轴之间的距离发生变化。5 .压下机构用以调整上下刀刃之间的重合量，并在换刀时用以抬起上刀。在左右两侧机座的前方各有一个手轮，在两侧上部

17、偏心套上各固定一个涡轮，涡轮通过螺母与偏心套上的螺纹连接。转动手轮可以调节偏心套的轴向位置，从而调节上刀轴的轴向位置，使左右两侧上下刀之间的间隙保持均匀一致，并调节剪切中心线使之与机组中心线相应一直。6 .辅助部分包括引导带钢平直地从剪刃间出来的上下托板，以及固定上下托板的横梁等部件，还有将切边导入碎边机的左右导槽，以及固定和调整导槽的部件。1. 2.3.3圆盘剪的工艺特点1 .圆盘剪的下刀盘是传动的，用于穿带操作时剪切；2 .在正常运行时，传动脱开，圆盘剪进行拉剪工作方式，这就可以省去剪切前活套坑及其控制装置，而且减少剪刃磨损及改善剪边质量；3,剪切宽度调节是通过交流电机和传动丝杠来改变机架

18、的开口度。上剪刃重合量和侧向间隙量是由电机单独调节的。下剪刃丝杠可以手动调节,以在补偿剪刃磨削后保证剪切平面标高恒定；4,剪切质量的调节参数是刀盘重合量和刀片侧向间隙量，刀盘重合量和刀片侧向间隙量是根据剪切厚度和材质进行调整的。合理的调节量可使剪切负荷减小，剪切作业顺利并获得切口整齐的剪断面；5 .剪切调节量过小会增加剪切负荷，加快刀刃的磨损，另外间隙过小带钢还会出现毛刺、毛边缺陷；6 .调节量过大会使剪边“竖立”或剪切断面撕裂，使剪边质量不佳。1. 3本文主要研究容本课题的研究容主要是针对圆盘剪在使用过程中传动系统精度低，径向调整机构和刀片侧向调整精度低等问题进行展开，通过重新设计圆盘剪的机

19、械结构争取解决这些问题，主要研究容有：圆盘剪的设计方案选择和评述、电机的选型和校核、各零件的设计选型和校核等。2.设计方案的选择和评述2. 1引言冷轧带钢圆盘剪，剪切厚度为0.52.5mm,剪切宽度为7001500mm。有的冷轧带钢圆盘剪采用测速装置，使剪切精度更准确。因此我设计的是带有测速装置的圆盘剪。2. 2设计方案的选择2 .径向调整减速机1 .带电机摆线针轮臧速器4.刀盘7.减速机13 .刀盘侧向间隙调整装置5.离合器8.电机3 .调整丝杆6.增速机构9. 10. 1L 12.同步齿轮14.机座移动机构（宽度调整机构）图2.1圆盘剪结构示意图2. 3设计方案的评述主传动由电机8通过减速

20、机7同时传动两对刀盘，上刀盘与齿轮9相连，下刀盘与齿轮10相连，齿轮9、11、12之间用连杆相连，以保证各齿轮中心距不变。因此在调整刀盘径向间隙（调整上刀盘位置）时各齿轮能很好的啮合。刀盘侧向间隙调整，转动手轮使螺纹套筒旋出以便下刀盘做轴向移动,并增加自锁装置；刀盘径向调整通过带电机的减速机1,调整减速机2,及调整螺丝带动上刀盘轴的轴承座沿着架体滑道上下移动；剪切带宽的调整是通过在剪切机下部设置机架横移机构，经行星减速机将运动传递到两端螺纹方向相反的丝杆，由固定机架的螺母带动机架沿着导轨移动从而达到调整带钢宽度的目的。2. 4方案设计2. 4.1传动机构的设计在圆盘剪切边过程中，带钢是由上、下

21、两刀盘以相同的速度共同运动切下板边的，由于上、下刀片要求同步，因此选择齿轮传动。与其它传动方式相比，齿轮传动的优点是：1 .与带传动相比：齿轮传动效率高，寿命长，工作可靠。2 .与链传动相比：齿轮传动的传动比恒定，稳定性好，噪声小且结构紧凑。2. 4.2驱动方式的设计圆盘剪的传动方式是齿轮传动，齿轮主要是做回转运动。因此驱动装置应能把其它形式的能转化为机械能。根据以往的设计和工作经验，优先选用电机，其它驱动方式均不合适。圆盘剪的剪切速度不高，只有03m/s,故还需增加一个减速装置和一个测速装置。2. 4.3执行机构的设计1700横切机组的执行机构分别为：卷简组件、矫直组件、切边组件、碎边组件等

22、，圆盘剪主要是负责切边的。所以执行机构的设计便是切边组件的设计。此圆盘剪所采用的执行机构与1700横切机组中圆盘剪的执行机构相同，但切边组件主要零件的设计和选型见下文。2. 5本章小结此台圆盘剪切机是在1700横切机组的背景下设计的，所采用设计方案如图2.1所示，并确定解决圆盘剪问题所采用的方法和结构，同时完成了圆盘剪传动机构、驱动方式和执行机构的设计。刀盘侧向间隙调整，通过转动手轮使螺纹套筒旋出带动下刀盘做轴向移动完成；刀盘径向调整通过带电机的减速机1,调整减速机2及调整螺丝带动上刀盘轴的轴承座沿着架体滑道上下移动完成；剪切带宽的调整是通过在剪切机下部设置机架横移机构，使机架沿着导轨移动从而

23、达到调整带钢宽度的目的。圆盘剪的传动方式采用齿轮传动，驱动方式采用电机驱动。3.主要零部件的设计和选型3. 1引言在前面的章节中，已经完成了圆盘剪设计方案、传动机构、驱动方式、执行机构的选择，在本章中主要完成的工作是各零部件的设计和选型。4. 2刀盘的设计圆盘刀片尺寸包括圆盘刀片直径D及其厚度5。查文献1,178,其计算公式为：D=(3-1)1-COS2上式中的囚是最大咬入角囚，一般取为s是刀盘的重合度;h是被剪切带钢的厚度。查文献1,185表8T3,可知被剪切带材厚度h、刀盘直径D和刀片厚度5之间的关系：表3-1被剪切带材厚度h与圆盘刀径D和刀片厚度6间的关系被剪切带材厚度h/mm圆盘刀片直

24、径D/mm刀片厚度b/mm0.18'0.60.6、2.52.56610102515017015250270204404604068070060700100080圆盘剪设计参数如下：剪切带钢速度V=r3m/s剪切带钢强度,W600MPa剪切带钢厚度h=0.52.5mm剪切带轮宽度B=8001500mm由于剪切带钢厚度h=0.52.5mm,根据图3.1被剪切带材厚度h与圆盘刀径D和刀片厚度6间的关系，可知刀盘直径D=270min、刀片厚度J=20mmo当咬入角生=10°15°,我们可以引用一个经验公式，圆盘刀片厚度5一般取为：带入数值计算得：5=(0.060.1)D=(

25、0.060.1)x270=16.2-27nun为了保证刀片的强度和使用寿命，我们取刀径D=270mm、刀盘厚度5=30nuno图3.1刀盘的三维图3.3电机的选型作用在一个刀片上的总的剪切力是由两个分力所组成的，即：P=P、+P(3-3)式中：一纯剪切力；外一钢板被剪掉部分的弯曲力；假定实际剪切面积只局限于弧AB及弧CD之间，因为在BD线之外剪切的相对切入深度大于小，即剪切过程已经彻底完成了。其次，将弧AB和CD视为弦。作菊于宽度心的微小面积上的剪切力为：dP=qxdx=rhdx(3-4)式中：纵一作用在接触弧AB水平投影单位长度上的剪切力图3.2在圆盘剪上剪切金属时压力由相对切入深度知：微分

26、后得：d,=ds(3-6)2tana式中：a一弦AB与CD之间夹角的一半。所以纯剪切力为：p,=fdidx=-ITele-a(3-7)J2tanaJ2tana在圆盘剪上冷剪时，"值可按下面公式计算:(3-8)式中：KK?=l,5为金属材料的延展率，可查取手册。查阅文献文,表3T可知：表3-2相对延伸率5和相对切入率£关系剪切强度%/(公斤/毫米2)相对延伸率6相对切入率£400.330.41500.310.39600.260.33650.240.30由设计参数知剪切强度<600MPa=60kg/mm2,故根据表3-2,可知相对延伸率3=0.26,相对切入率&

27、#163;=0.33带入数值计算得：。="心=55=600X0.26=156查文献文,298知：s+h(1-)cosa=1-(3-9)D式中：s一刀盘的重合度，s=0、0.3mm,取预订值s=0.3mm带入数据计算得：s+h(1-)0.3+2.5x(l-)270cosa=1=1Z_=0.9912a=7.625纯剪切力:h12.52Pl =a =n12 tan a2tan7.625°x156=3.41xl03查文献1,180总剪切力的计算公式为:-tanap=/71(l+Z-)o(3-10)式中：Z一决定于被剪切掉的钢材宽度和厚度的比值，查文献1,图9-30知:图3.3被剪切

28、带钢的相对宽度与系数的关系当d/hN15时，系数Z趋近于渐近线Z=L4,带入数据计算总剪力：=+Z)=3.641x8x(1+L4x-)=6.626xOn1 60.26考虑到刀刃磨钝的影响，增大15%20乐这里取增大20%。P=p(1+20%)=6.626x103x(l+20%)=7.519x10?N圆盘剪上的剪切力可根据作用在刀片上的力矩来确定。在上下刀片直径，速度相等而且都驱动时，则与简单轧制情况相似，合力P垂直作用在刀片上，这时转动一对刀盘所需之力矩为：M=PDsina(3-11)=7.519x103x0.27xsin7.625°=269.37Nm驱动圆盘剪的总力矩为：M=，?(

29、M+M2)(3-12)式中：n一刀片对数Mz1对刀片轴上的摩擦力矩，M?=R/，其中d为刀片轴的轴颈取d=165mm,为刀片轴承处的摩擦系数，刀片材质一般为9CiNSi。查轴承摩擦系数表，可知4=000120,004,取4=0.004。所以总的力矩为:=2x(269.37+7.519x103x165x1O-3xO.(XM)=548.67Nem(3-1查文献1,181圆盘剪电动机功率可按下式确定a,N=/.“000。,3)式中：.一考虑刀片与钢板间摩擦系数,必=1.1.2；p一钢板运动速度，m/s；V传动系统效率，77=093、0.95。带入数据计算得:N = 2MvlOOOD/;=1.2x2x

30、548.67x31000x270x103x0.93=15.73KW根据以上计算所得数据，查找专业手册，选取合适电机。容量相同的同类型电机，有不同的转速。分析比较电机及传动装置的性能尺寸、重量和价格等因素再考虑其可靠性，初步考虑Y系列三相笼型异步电机。经过综合比较分析，最终确定采用同步转速为1500r/min的Y180L-4电机。其性能参数如下所示：表3-3Y180L-4电机性能参数型号额定功率 额定电流PN /KW IN /A额定转速n/rpm效率？/%Y180L-42243147091.53.4齿轮的设计查阅文献3,128,符合这里要求的材料有45号钢和40Cr。分析两种材料的特性可知：两者

31、的含碳量不同，40Cr高频淬火后更加耐用。45号钢属优质碳素结构钢，大量的模具生产公司会用其生产模具，而40Cr经调质后用于制造承受中等负荷及中等速度工作的机械零件，如汽车的转向节、花键轴等。经过综合考虑，齿轮材料采用40Cr。齿轮常用的热处理方法有以下几种情况：（1）表面淬火：一般用于中碳钢和中碳合金钢，例如45钢、40Cr等。表面淬火后轮齿变形不大，齿面硬度可达5256HRC。（2）渗碳淬火：渗碳钢是碳质量分数在0.150.25%的低碳合金钢。渗碳淬火后齿面接触强度高，耐磨性好，而齿芯仍保持有较高的韧性，常用于受冲击载荷的重要齿轮传动。（3）调质：一般用于中碳钢和中碳合金钢，例如45钢，4

32、0Cr,42SiMn等。调质后齿面硬度一般为220、260HBS。因硬度不高，故可在热处理后精切齿形，且在使用中易于跑合。（4）正火：能消除应力、细化晶粒、改善力学性能和切削性能。强度要求不高的齿轮，可用于碳钢正火处理。大直径的齿轮可用铸钢正火处理。（5）渗碳：渗碳后不再进行其他热处理，齿面硬度可达6062HRC,因氮化处理温度低，齿的变形小，故适用于难以磨齿的场合。综合考虑，热处理方法选择调制。查阅文献3,表8.2,可知其机械性能：表3-4齿轮常用材料的机械性能材料牌号热处理方法强度极限%/MPa屈服极限%/MPa硬度40Cr调质70050024T286HBW以下是齿轮的设计过程：1.模数m

33、和齿数Zi：模数预估m<5,暂取m=5；齿数乙暂取47；2 .齿宽系数为查文献3,表8.6,可知齿宽系数为如下:表3-5齿轮系数为齿轮相对于轴承位置软齿面硬齿面对称布置0. 81.40. 40. 9非对称布置0. 6L20. 30. 6悬臂布置0. 30. 40. 2,0. 25结合材料及齿轮的布置选取齿宽系数为二0.343 .分度圆压力角。此圆盘剪切机采用标准直动齿轮，故分度圆压力角a=2O°4 .螺旋角p此圆盘剪切机采用标准直动齿轮，故螺旋角尸=0°5 .齿数比u：考虑带钢剪切的实际情况，预设u=1.2,则Z2=qu=56.4,取整Z,=60,则齿数比u=幺=L2

34、77。-zi6 .初算计算主要尺寸：按齿面接触强度进行设计，由文献3,142知：J2K7； u + I/Ze那二KF1厂)(3-14)式中：查文献文,表8.14,得节点区域系数4=2.5查文献3,表&5,得弹性系数Z/=189.8,而瓦系数"KAK,，K小0传递转矩7=95502=142.93NM齿数比u=z2/z1=l.277查文献3,133,端面重合度:8aL88-32(I)cos夕LZ|Z2(3-15)带入数据计算得分=l.88-3.2x(-+-)cos0°=1.759,查文献3,图047608. 15,得重合度系数Z,=0.865许用接触应力H可由公示确定，

35、乙=Zn"皿(3-16)N=60na(3-18)式中：n齿轮转动速度；a一齿轮转一周，同一侧齿面啮合的次数；必一齿轮的工作寿命；Sh一接触强度计算的安全系数。暂定10年，二班倒。经过计算及=4.234X101考虑传动比,则用二弗/u=3.319X10*,查文献3,146,知齿面接触疲劳极限应力为o-z/llmmin=470MPa、bHmmax=590MPa；查文献3,147知接触强度寿命系数乙产L12,ZL080带入数据计算得：r1ZVI1.12x470门同=_±1一驷1=526.4MPaLSn1.0="餐=当”加%经过比较，取许用接触应力=526.4MPa系数K

36、暂定使用系数K/，K=Kr=L3,带入数据计算得分度圆直径d：2町u+I/ZeMV丁丁(F)=190.32mm7.计算传动尺寸齿轮线速度：九d n60x1000;rxl90.32x14701.27760x1000= 6.325/77/5(3-19)查文献3,146的表8.3、表8.4、图8.7、图8.11得:使用系数Ka=1.5动载系数“=1.25齿向载荷分布系数=1.08齿间载荷分配系数端=1.2动载系数白(阳/胚产2.43,K与系数右相差过大，需要进行修正。分度圆直径d=d,j=234.47mm,取整分度圆直径。=235mm模数m：m=di/zi=5mm(3-20)中心距。：a=m(z.+

37、z->)=x5x(47+60)=267.5mm22(3-21)齿宽B：B=-d=0.34x235=79.9nun(3-22)取整B=80mm3.5轴的设计轴的材料主要采用碳素钢和合金钢。碳素钢比合金钢价格低廉，并对应力集中的敏感性较小。为保证轴的机械性能，应进行调质或正火处理。合金钢具有较高的机械强度，淬透性也较好，但价格过高，多用于有特殊要求和重要的轴。合金钢对应力金钟的敏感性较高，因而在结构设计时应注意减小应力集中。综合考虑轴的材料采用45钢，热处理方式为调质。查阅文献3,192,知其机械性能如下：9.55X10。%0.2r(3-23)表3-6轴的主要机械性能硬度/HB抗拉强屈服弯曲

38、扭转材料牌热处毛胚直度极限极限疲劳极疲劳极号理径/mm%区限由限QW45调质W200217255650360300155查阅文献3,193,轴承的最小直径计算公式如下:式中:dmin一轴的最小直径（mm）P一轴传递的功率（KW）n一轴的转速（r/min）口一许用扭转切应力，见文献3,193表10.2C一由许用扭转切应力确定的系数，见文献3,193表10.2轴的转速：n（h=x60（3-24）dn带入数据计算得：n南=x60=!rx60=70.77r/min由3.14x270xl03查阅文献3,193表10.2,知：C=118'106r=30"40MPa9.55x10。%带入数

39、据计算得:=C-=106x111=79.94mm计算出的轴颈为最小轴颈CL”，若轴上有键槽时，应将计算出的轴颈cU适当增大。当有一个键槽时，轴颈增大5%；当有两个键槽时，轴颈增大10%o然后圆整为标准直径。dmin2="m皿(1+10%)=87.93%圆整为标准直径：dmin3=90mm轴的最小直径显然是安装联轴器的，为了使所选的轴颈同时与联轴器的孔径相适应，故需要同时确定联轴器的型号，以下是最小轴颈处的联轴器选型过程：计算转矩计算联轴器的计算转矩7；a=KT(3-25)式中：K一载荷系数，见文献3,270表13.1知:K=1.5T一轴的名义转矩，T=O.715xlO-Aem带入数据

40、计算得：7'=KT=,5x1429x10=1.072x心m2根据计算转矩口应小于联轴器的公称转矩，原则，查文献4,492表11-3,并考虑cU290mm,最终选择TL10联轴器。根据机械零件设计手册,可知联轴器的轴孔直径d=95mm,半联轴器的长度L=172mm,与轴配合的长度L产132mll1。根据轴向定位要求确定其他轴各段的直径和长度，如图所示:图3.3轴的尺寸示意图图3.4轴的三维图3.6键的选择根据键的选型原则，确定轴颈120nlm处选择A型普通平键，其参数如下所示：表3-7轴颈120nlm处键的尺寸轴颈d/mmb/mmh/mmc或rL>11013032180.6、0.8

41、90360轴颈160mm处仍选择A型普通平键，其参数如下所示：表3-8轴颈120mm处键槽的尺寸轴颈d/mmb/mmh/mmc或rL>1501704022ri.21004003.7轴承的选型圆盘剪的刀盘在对带钢进行剪切的时候，会有很大的径向力产生，刀盘轴受力比较复杂，因而轴承的选取十分重要。在选择轴承类型时，主要参考一下几点：(1)当载荷较大或有冲击载荷时，宜用滚子轴承；当载荷较小时，宜用求轴承。（2）当只受径向载荷或同时承受径向载荷和轴向载荷，但以径向载荷为主时，一般应当选择推力轴承；当转速很高时，可选用角接触球轴承或深沟球轴承；当径向和轴向载荷都较大时，应采用角接触球轴承或圆锥滚子轴

42、承。（3）当转速较高时，宜用球轴承；当转速较低时，可用滚子轴承，也可用球轴承。（4）当要求支承具有较大刚度时，应用滚子轴承。（5）当轴的挠曲变形大或两轴承座孔直径不同，跨度大且对支承有调心要求时，应选用调心轴承。（6）为了便于轴承的装拆，可选用外圈分离的轴承。（7）从经济角度看，球轴承比滚子轴承便宜；精度低的轴承比精度高的轴承便宜；普通结构的轴承比特殊结构的轴承便宜。下面根据选型原则选择轴承：（1）刀盘轴安装在刀盘侧向间隙调整结构的一端，由于安装了侧向间隙调整机构，刀盘轴必然受到轴向力。轴直接与调整螺丝相连接，并且轴向调整是双向的。故在轴颈95mm处选择型号为52222的双向推力球轴承。（2）

43、圆盘剪在剪切时轴承会受到径向力，故需要安装一个既能承受径向力又能承受轴向力的轴承，故在轴颈95mm处选择型号为N219E的圆柱滚子轴承。（3）刀盘对带钢进行剪切时，刀盘要承受极大的径向力同时允许有小量的轴向位移，故在轴颈120mm处选择型号为7024AC的角接触球轴承。3.8联轴器的选型联轴器的类型有很多，主要包括：（1）刚性联轴器：刚醒联轴器主要包括：套筒联轴器、夹壳联轴器、凸缘联轴器等。（2）无弹性元件的挠性联轴器：无弹性元件的挠性联轴器主要包括：十字滑块联轴器、齿式联轴器、万向联轴器。（3）有弹性元件的挠性联轴器：有弹性元件的挠性联轴器主要包括：弹性套柱销联轴器、弹性柱销联轴器、轮胎式联

44、轴器和膜片联轴器等。联轴器的选型原则：（1）转矩越大，选刚性联轴器、无弹性元件或有金属弹性选件的挠性联轴器；转矩如果有冲击振动，则选有弹性元件的挠性联轴器。（2）转轴转速越大，应考虑非金属弹性元件的挠性联轴器。（3）如果对中性较好时，应考虑刚性联轴器；如果对中性需要补偿时,则应考虑挠性联轴器。(4)如果装拆方便，应选用可直接径向移动的联轴器。(5)若在高温环境下工作，不可选用有金属元件的联轴器。(6)同等条件下，尽量选择价格低、维护简单的联轴器。综合考虑，在电机轴与减速机轴选择LT型弹性套柱销联轴器，型号：LT8；减速机轴和传动轴间以及传动轴和剪切机输入轴间选择代号LT10型的联轴器。查阅文献

45、4,506表11-13,得到其参数：表3-9联轴器的主要尺寸和特性参数型号许用转矩(N,m)许用转速(r/min)轴孔直径(mm)轴孔长度(mm)转动惯量(Kgm2)TL8710240045485055112840.13TL102000170080851721320.643. 8本章小结在本章中，主要完成了刀盘、齿轮和传动轴的设计以及电机、键、轴承和联轴器的选型。刀盘的主要参数：刀盘直径D=270mm,刀盘厚度5=30mm；齿轮的设计参数如下：模数齿数z1=47,z2=60,分度圆直径d=235mm,齿宽B=80mm,h=10mm；传动轴的参数如图3.3所示。电机型号：Y180L-4；键的型号

46、：32X18,40X22；轴的型号：7024AC、N219E、52222；联轴器的型号为：LT8、LT10o4.主要零部件的校核4. 1引言在上一章节中，主要完成的工作有：刀盘、齿轮和传动轴的设计以及电机、键、轴承和联轴器的选型。而在这一章中，主要完成的任务是对上述零件和机构的校核。4.2齿轮的校核4.2.1齿面接触疲劳强度的校核查阅文献3,135式8.7知:齿面接触疲劳强度的校核公示为："ZZ/Z管（4-1）bd,u式中：U一齿数比，u=l.277b一齿宽±-“+”号用于外啮合，“-”用于啮合Ze材料弹性系数（/瓦），Z.F189.8“一节点区域系数，查文献3,136图8

47、.14,Z=2.5Z,一重合度系数，查文献3,136图8.15,Ze=Q.865小一小齿轮分度圆直径月一齿轮承受的切向力，£=%=2x2/4.34=233482V40.235带入数据计算得：KFu±lb=ZfZ/Zbdju=301.08MPa<crff=526.4MPa由于故安全。4.2.2齿根弯曲疲劳强度的校核查阅文献3,138式8.12知，齿根弯曲疲劳强度的校核公示为：一衿5W.(4-2)bm式中：Yf齿形系数,查阅文献3,139图8.19,Yf=2.33Ys一应力修正系数,查阅文献3,139图8.20,Ys=L68打一重合度系数,0 75八二 0.25 +; =

48、 0.25 +0.751.759=0. 6764带入数值计算得:KF=尸匕工打bm2.43x2334.83i=x2.33x1.68x0.676480x0.1731=10.85MPa许用齿根弯曲应力:查阅文献3,146图8.28：根据应力循环次数:*2=MMPa降我=0.84带入数值计算得：(4-3)= 0.84x280T?=156.8MPa4.3轴的校核4.3.1按弯扭合成强度校核驱动一对刀盘的力矩为：M=548.7NMM5487一根刀盘轴上的转矩为：T=y=±L=274.35N22(c)(。)(g)(h)图4.1轴的载荷分析图与刀盘轴配合的齿轮上所承受的作用力：齿轮(4-4)Fr=

49、Ftana(4一5)=2334.8xtan20e=849.9N计算轴在轴承处所受的支反力水平面的支反力:F.小/M(294+256)(4-6)=1086.8NF_耳294,B(294+256)(4-7)=1248.1N垂直面的支反力:F一£256以(294+256)(4-8)=395.6N工294(294+256)(4-9)=454.4N计算轴的弯矩垂直面：水平面：总弯矩：(4-12)Mv=VAIcA=395,6x0.294=116.31NMM=Fhaca=1086.8x0.294=319.52NMM总=(4-10)(4-11)=7116.312+319.522=340.校核轴的强度

50、根据轴的结构图以及弯矩和转矩图可以看出截面C是轴的危险截面,按第三强度理论有：（检）2+4（也尸JCWWTLT（4-13）式中：W抗弯剖面模量,W=d30.Id332抗扭剖面模量，叼=-"0.3a根据转矩性质而定的折合系数，对于不变的转矩，取a*0.3带入数据计算得：M.A"、2-y+4()2WWr(4-14)，340.。2+(0.3x274.35)20.1x0.12查表3-6得:=2.025MPa<7_I=300yWPa4.3.2轴的安全系数校核计算4.3.2.1疲劳强度的安全系数校核计算轴的疲劳强度的校核计算，是对轴的危险剖面进行疲劳强度安全系数的校核计算危险剖面

51、是指发生破坏可能性最大的剖面。查阅文献3,201可知，校核危险剖面疲劳强度安全系数的公示为：(4-15)Sa =So"Pa(4-16)(4-17)式中：%Q一材料对称循环的弯曲疲劳极限和扭转极限，查阅文献3,192表10.1可知=300MPa,Q=155MPa;Kc勺一弯曲和扭转时轴的有效应力系数，查阅文献3,206附表10.310.4可知K/2.28,Kr=2.30；分与一零件的绝对尺寸系数，查阅文献3,205附表10.1可知“二055,81=063；/一表面质量系数，B=郊#3，查阅文献3,205附表10.1和附表10.2可知儿=0.72,乩=0.5,&=3.7,故表面质

52、量系数4=0.72x0.5x3.7=1.26；2%一把弯曲时和扭转时轴的平均应力折算为应力幅的等效系数。碳素钢：%=0.广0.2,外=0.05；合金钢：%=0.20.3,%=0.广0.15。取%=0.2,/=0.1;qbm一弯曲应力的应力幅和平均应力。对于一般的回转轴，弯曲应力山总按对称循环变化。因而，2=-=1.81MP，50；aWJ7111r;4一扭转切应力的应力幅和平均应力。对于一般的转轴，扭转切应力通常当作脉动循环处理。即=二=0.439M%；aillCYI/s0一只考虑弯矩时的安全系数，计算得L=50.378；“一只考虑转矩时的安全系数，计算得S，=117.79；5一许用疲劳强度安全

53、系数，查阅文献3,202表10.5知叶1.31.5；带入数据计算得：50.378x117.79x/50.3782+117.792=46.32由于故安全4.3.2.2静强度的安全系数校核计算对瞬时尖峰校核，应校核轴的静强度，查阅文献3,202式10.7,知其校核公式为：(4-18)(4-19)（4-20）式中：S）许用静强度安全系数，查阅文献3,202表10.5知S=L82；%或一材料的抗拉和抗剪屈服极限，查阅文献3,192表10.1知b、=360IPa,q=（0.550.62）q,取%=0.62bs=223.2MPa；S°bSof一只考虑弯矩和只考虑扭矩时的安全系数。=198.9,=508.4o带入数据计算得:198.9x508.47198.92+508.4=185.2由于SS,故安全4. 4电机的校核电机过载主要指电机的实际使用功率超过电机的额定功率，所以电机的校核主要是针对电机过载能力的校核。电机过载主要有以下表现：（1）电机电流超过额定值；电机温升超过额定温升，电机发热量大增;（2）电机转速下降；（3）电机有低鸣声；（4）若负载剧烈变化，会出现电机转速忽高忽低。电机产生过载的原因：（1）电气原因：如缺相、电压超出允许值；（2）机械原因：如转矩过大、电机的损坏等电