钢坯冲剪机的设计与研究毕业论文

1、硕士毕业论文题 目：钢坯剪切机的结构设计与研究专 业学 生 指 导 教 师答辩日期61 / 66摘 要曲柄活连杆式剪切机，是一种新型的上切式剪切机，使用日渐广泛，是目前钢坯剪切机中剪切次数较高的一种型式。它与老式曲轴连杆剪切机不同的主要特点在于连杆下端不与上刀架固定铰接，只在剪切时连杆才摆正位置推动上刀架下降。该剪切机主要是用小气缸操纵机构代替原始的牙嵌式离合器，保证工作时上刀架的升降、曲轴的旋转与连杆的推进步调一致。其工作原理为电动机通过带轮和齿轮两级传动将运动传递到曲轴，在连杆和气缸的杠杆的共同作用下实现刀架的上下移动。本文对曲轴活连杆上切式剪切机的用途、工作原理进行了分析，确定其总体设计

2、方案，并对传动机构、剪切力、刀片、曲轴、滑动轴承、气缸和联轴器进行了详细的设计计算和校核，最后对其进行了必要说明，并进行了三维建模。关键词：曲柄活连杆剪切机；结构设计；上切式；传动方案；AbstractThe crankshaft connecting rod shears is a kind of new type up-cut shears, which is increasingly widely used. The crankshaft connecting rod shears is a type of billet shear machine with high cutting n

3、umber of times .It is different from the old crankshaft-connecting rod shearing machine by main characteristic which isthe lower connecting rod is not on fixed hinge with upper tool post, only when shearing the connecting rod was positioned to push down the upper tool post. The key of the shear is t

4、o use small cylinder control mechanisms replace the jaw clutch, ensuring that the lift of upper tool post and the rotation of the crankshaft are in step with the propulsion of connecting rod. Its working principle is that the motor delivers movementby double stage drive of pulley and gear,the tool p

5、ost moves up and down under the common role of connecting rod and lever link to the cylinder. In addition, by analyzing the use and working principle of the crank-connecting rod shear machine, determine the transmission scheme. Besides carry the detailed design and calculation on the transmission me

6、chanism, shear force, blades, crankshaft, bearing, cylinder and coupling and give the necessary instructions. Finally, made a 3d modeling.Key Words:the crankshaft connecting rod shears,structure design, up-cut shears, the transmission scheme.目 录摘要IAbstractII目录III第1章绪论11.1课题背景11.2课题来源、目的与意义11.3国外研究现状

7、21.4主要研究容5第2章总体方案设计与分析72.1引言72.2剪切机类型和用途72.3技术要求与方案选择82.3.1技术要求82.3.2方案的分析和确定82.4剪切原理分析10第3章剪切机结构参数计算与力的分析133.1引言133.2机构设计参数133.2.1刀片行程133.2.2刀片尺寸143.2.3理论空行程次数（剪切次数）163.3轧件剪切过程分析163.4单位剪切阻力曲线与剪切力和剪切功203.4.1剪切曲线与剪切力203.4.2剪切功223.4.3曲轴连杆机构的计算223.5静力矩的计算与电机的选择263.5.1静力矩的计算263.5.2电机的选择和校核293.6本章小结32第4章

8、传动装置设计与校核334.1引言334.2传动装置总传动比和分配334.2.1总传动比344.2.2传动装置的运动和动力参数344.3 V带传动设计364.4开式齿轮的设计384.4.1齿轮类型、材料与主要尺寸384.5中间轴的设计与校核414.6本章小结44第5章剪切机构与其他组件设计与选用455.1引言455.2曲轴设计455.2.1曲轴的主要尺寸455.2.2曲轴的校核485.3连杆设计505.4滑动轴承的选择515.5气阀操纵系统535.6润滑方式选择555.7联轴器的选择555.8总体方案三维图与二维图56结论59致60参考文献61第1章 绪论1.1课题背景中国正处于快速发展的时代，

9、尤其是中国的制造工业，制造行业蓬勃发展，同时相互之间竞争激烈。在这个快速发展的时代，一个制造企业的效率的高低决定了这个公司的效益，甚至公司未来的命运。可喜的是公司的高层管理们都深刻明白这一点，在公司资金允许的条件下，都会对生产设备大大投资。冲剪机是用于剪切金属材料的一种机械设备，在轧钢生产车间中，冲剪机是属于关键性设备，冲剪机的生产率在很大程度上影响着车间产量。在轧制生产过程中，大断面钢锭和钢坯经过轧制后，其断面变小，长度增加。为了满足后续工序和产品尺寸规格的要求，各种钢材生产工艺过程中必须有剪切工序，剪切机的用途就是用来剪切定尺切头、切尾、切边、切试样与切除轧件的局部缺陷等。根据剪切机刀片形

10、状、配置以与剪切方式等特点，剪切机可分为平行刀片剪切机、斜刀片剪切机、圆盘式剪切机和飞剪机。1.2课题来源、目的与意义随着我国进入WTO，国国际竞争日趋激烈，产品质量和开发能力方面的问题严重阻碍了相关行业企业的发展，产品技术进步缓慢，表现之一就是开发投入不足，企业开发能力薄弱，科研开发费用占销售额比重太低。一般企业实际投入仅有1%左右，而工业发达国家大型企业都在5%以上，有的高达10%；二是从事研究开发工作的技术人员力量不足，我们的企业开发人员占职工人数比例仅为1%左右，而发达国家都在10%以上；三是企业开发机构不健全，具备一定水平和实力的开发机构不多，与国外相比差距甚远。目前国的剪切机械知啊

11、枣椰已经从仿制阶段走过自行研发阶段到今天的引进提高阶段，但引进后基本处于消化吸收的层次，很少有自己特色创新，所以在国际国两个市场极度缺乏自主品牌。通过本次毕业设计，一方面培养学生综合应用所学知识，分析和解决工程实际问题，锻炼创造能力的目的，使学生在结构设计、三维建模、结构分析等方面得到进一步提高；另一方面，提高学生的就业提前适应能力，了解剪切机的结构特点与其工作原理，为将来的在工作岗位上更好地发展打下良好的基础。1.3国外研究现状随着工业技术的发展，对于剪切机的研究也迅速发展。目前国外有许多质量上乘，性能优良的剪切机。美国、联、英国很早就已经开始研制出各种冲剪机以与多功能联合冲剪机，并且应用到

12、生产实际中，推动了制造业的大步发展，我国早期生产的联合冲剪机多为仿制原联产品，采用机械传动，体积庞大，操作不便，且有较大振动和噪声，刀具寿命低。由于冲剪机的生产工艺简单，且产品利润高，所以目前国有很多冲剪机的生产厂家。改革开放以来，国部分厂家引进国外技术，生产了一些更新换代产品，这类产品多采用气传动以适用于各种不同的场地，性能上比老式机械传动产品有较大提高。至今已经生产出了许多种类型的冲剪机，性能上优于以前。在目前国生产冲剪机的生产厂家主要有冲剪机床、锻压机床厂、中德机床股份、市晁隆机械五金、哈姆渡机械、润元锻压机床等等。美国拉邦迪公司生产有多种尺寸型号的移动式剪切机，剪切力为9.8-118百

13、万吨。气缸设计非常合理，易于联通挖掘机上的气系统，上述剪切机所具有的剪切力可以切割车厢里的框架以与各类金属梁，管和各种截面的电源线。美国Allied Gotr公司有AG,P,S三种型号的移动式剪切机。AG型剪切机由一个带有突出部分的三角形机架和一个饺装在机架上的双臂杠杆组成，双臂杠杆上除剪切刀杆之外。还装有一个带动气缸的双节机械装置。机架前装有剪刀吊杆，而机架本身则固定在挖掘机悬臂上。由于是双节饺合悬臂上。由于是双节饺合机构，当剪切机处于较大剪切力时，可使剪口大。P型剪切机再构造型式于AG型一样，但被剪切材料可应自动固定在刀区，以使气缸产生的作用力得到有效的利用。S型剪切机安装在带有2-3节悬

14、臂的普通装载机上。这种剪切机的剪切力的利用率与P型剪切机一样。国2007年，经过马公司近一年的攻关研究，年产60万吨棒材生产线850吨冷剪切机与定尺机成套设备，顺利通过了中国冶金设备总公司的试车和验收，各项技术指标和参数完全符合设计要求。成为继矿山机械厂之后，国第二家制造最大冶金剪切设备的厂家。850吨冷剪切机与定尺机成套设备是年产60万吨棒材生产线设备。用于冷态圆钢，螺纹钢，棒材轧件定尺剪切，它的最大剪切力大于850t，剪刃有效剪切宽度大于1200mm，被剪切棒材规格12-50mm圆钢，螺纹钢，定尺长度6-12m。制作这台工艺复杂，技术难度空前的单体设备在该公司尚属首次，就是国也只有矿山机械

15、厂一家。为此，该公司把它作为新产品开发项目。图1-1 国某企业生产的联合冲剪机该公司工程技术人员大胆创新，按照意大利达涅利司图纸的技术要求，设计出一套行之有效加工和装配的工艺方案。为保证冷剪结构件箱体各相对面和腔体的轴孔尺寸公差和形位公差在同轴度和位置度上，便于穿过和摆放偏心轴，该公司利用捷克250数控镗铣机进行数控编程，加工，确保万无一失。要在不足10平方米的箱体里装配偏心轴，多级硬齿面齿轮，润滑系统，气系统，气动系统与上述系统到设备的管路，困难可想而知。尤其是偏心轴与大齿轮采用大锥度无键联结，只能通过刮研的方法实施传动，研磨率要求85%以上，从而使剪刃的平行度在0.2到0.3mm围之，达垂

16、直剪切。装配钳工自行设计定位块，偏正吊具等工装，反复试验，终于解决装配中这一技术难题。这套850吨冷剪机设备的成功制造，标志着该公司的轧刚设备制造能力达到国一流水平。通过在冲剪机生产厂家实际调研得知国产冲剪机主要机械故障主要集中集中表现在:床身强度不足、机床的使用寿命较短、冲压模具寿命短、机床的返修率较大等问题。由于国产联合冲剪机床存在上述问题，使得我国生产的冲剪机与国外同类产品相比在综合性能上有一定的差距。今后我国的研究重点可能会向以下几个方面发展： 冲剪机用于许多金属加工，所以要求冲剪机结构设计多样灵敏度高。由于所需产品多样性要求提高冲剪机剪切能力。为了满足广大用户的要求，提高冲剪机的产能

17、势在必行。在提高冲剪机产能和产品多样性以与同时提高冲剪机剪切能力的前提下必须还要提高冲剪机的安全性。1.4主要研究容平行刀片剪切机的两个刀片是彼此平行的，它通常用于横向热剪切初轧和其他方形与矩形断面的钢坯，故又称为钢坯剪切机。上切式剪切机是钢坯剪切机中结构最简单的一种。这种剪切机的特点是下刀固定不动上刀则上下运动的。剪切轧件的动作由上刀来完成，其剪切机构是由最简单的曲柄连杆机构组成。除了剪切机本体外，一般还配有定尺机构，切头机构与输送装置等。剪切时上刀压着钢坯一起下降，迫使摆动台也下降，当剪切完毕，上刀台上升至原始位置，以消除上刀台与偏心两杆之间的间隙，减少剪切时的冲击负荷。此类剪切机由于结构

18、简单，广泛用来剪切中小型钢坯。该课题主要研究容是为了改善上切式剪切机的结构，设备重量轻，并且使剪切平稳，需要对曲轴活连杆剪切机的总体进行设计计算，其中包括主要零部件的设计计算和传动系统的设计，其中传动系统的设计还包括传动元件的设计等。图 12 上切式平行刀片剪切机简图设计的容主要包括：课题背景，研究目的、意义，研究容以与设计方案的设计选择与论证；剪切机参数的计算，工作原理分析、电机的选择校核；主要零部件设计与强度计算：刀片、曲轴、机架、齿轮以与V带传动装置的设计与强度计算校核；剪切机其他承载系统、平衡稳定机构与润滑系统以与剪切机保养等问题的研究；用CAD以与SolidWorks做出二维图、三维

19、图。第2章 总体方案设计与分析2.1引言本章根据毕业设计具体要求着手，查阅书籍、资料，研究设计出相对比较合理的解决方案，确定整机的运动形式以与运动机构的主要参数，最后逐步确定剪切机的整体设计方案。2.2剪切机类型和用途用于将轧件剪切成规定尺寸的机械称为剪切机。按刀片形状配置以与轧件情况的不同，剪切机可分为以下几类：平行刀片剪切机:这种剪切机的两个刀片是彼此平行的，通常用于热剪切机初轧和其他方形与矩形断面的钢坯，故又称为钢坯剪切机。斜刀片剪切机：这种剪切机的刀片中又一个相对于另一个刀片成一定角度，一般上刀片是倾斜的，其倾斜角为，此类剪切机用于冷剪和热剪钢板、带钢、薄板与含管坯等，有时用于剪切成束

20、的小型钢材。圆盘式剪切机：这种剪切机的两个刀片做成圆盘状，此类剪切机用于纵向剪切钢板和带钢的边缘，一般均布在连续式钢板轧机的纵切机组作业线上。飞剪机：这种剪切机用于横向剪切运动着的轧件，一般都是装在连续式轧机轧制线上，用来剪切轧件头、尾部与将轧件剪切成定尺长度。多杆机构冲剪机：一般为平行刀片冲剪机，分为启动和连续工作制。有摆动循环和圆周循环工作方式，摆动式的可以减少剪切过程中到头的空行程从而提高了生产率在连续工作制的冲剪机上，在传动系统中装有离合器，电机启动后就连续运转有离合器直接控制剪切过程。离合器的性能直接影响冲剪机的运转与生产效率。2.3技术要求与方案选择2.3.1技术要求该课题设计要求

21、如下：表2-1 被剪切钢坯参数要求参数参数规格钢坯强度剪切钢坯规格方钢剪切温度800钢坯材料45号钢传统结构冲剪机结构复杂，造价昂贵，为了简化机械结构，提高生产效率，可靠性和使用水平，需要对冲剪机的结构进行设计。改善上切式剪切机的结构，设备重量轻，并且使剪切平稳，需要对曲轴活连杆剪切机的总体进行设计计算，其中包括主要零部件的设计计算和传动系统的设计，其中传动系统的设计还包括传动部件的设计。图 21 方坯轧件2.3.2方案的分析和确定根据设计要求初步拟定三种方案，如图（2-2）、（2-3）和（2-4）所示。图 2-2 方案一V带齿轮单曲轴图 2-3 方案二减速器齿轮单曲轴图 2-4 方案三V带齿

22、轮双曲轴此设计剪切钢材为115×115的方坯，剪切力相对较小，为1.6MN。从实际工作和经济情况等多方面考虑，单曲轴剪切机即能满足条件要求。方案三所用的双臂曲轴增加了加工的难度，方案二所使用的闭式齿轮减速器虽然有利于对齿轮的保护和润滑，但是造成减速箱体积太大，占地面积太大，所以不合适。因此，从各方面因素考虑选择方案一，单曲柄连杆上切式剪切机构。2.4剪切原理分析如图2-5所示为活动连杆上切式冲剪机示意图，该剪切机与老式剪切机不同的主要特点在于连杆下端不与上刀架固定铰接，只在剪切时连杆才摆正位置推动上刀架下降。其传动系统采用两级减速，第一级为皮带传动，大皮带轮起到飞轮的作用，第二级为开

23、式齿轮传动，大齿轮和曲轴用键连接。曲轴装在两个滑动轴承中，上刀架装在机架导轨上。可做上下垂直移动，上刀架中部留有凹槽，下边固定上刀片。曲轴的偏心上装有连杆，连杆的下端空悬在上刀架的凹槽部，不剪切时，曲轴连续转动，连杆处在倾斜位置，连杆头只在凹槽中上下摆动，上刀架并不移动。这样设计的连杆剪切机的两个最大特点：操作速度快，实际的剪切次数高。提高操作速度和实际剪切次数的关键是改革离合机构。用气缸操作偏心连杆来代替一般的牙嵌离合器或者摩擦离合器。连杆与上刀台没有铰链联接，它与刀台的接合与脱开是利用快速动作气缸来操作的。增大了刀片之间的最大开口度。剪切机开口度大小取决于偏心轴的大小，此剪切机是在不增大偏

24、心轴的情况下，增大了刀片之间最大开口度。为达到此目的，在剪切机上装有一套上刀台快速升降与平衡机构，如图2-6所示。图 2-5 1.6MN活动连杆上切式剪机示意图图2-6表示该剪切机的剪切过程与上刀台的形状。不剪切时，上刀台5由气缸1提升到最高位置，气缸3将活动连杆拉到上刀台的凹槽使连杆与上刀台脱开（图2-6-a），此时偏心轴转动使活动连杆在刀台凹槽摆动，而上刀台仍旧停留在最高位置不动。剪切时，气缸1使上刀台5快速下降并压住钢坯，与此同时气缸3将连杆2推入刀台的凸台上，使活动连杆与刀台接触，在偏心轴带动下进行剪切（图2-6-b、c）。剪切完毕后，上刀台在气缸1的作用下又升高到了最高的位置处，等待

25、下一次剪切。图 26 剪切机工作过程示意图-不剪切时；-上刀台下降准备剪切；-活动连杆推入进行剪切,-气缸;-连杆;-轧件;-上刀台;,-缓冲弹簧;-平衡吊架;-链轮从图2-6可见，上刀台（刀台滑块）5挂在平衡吊架7上，而平衡吊架7的两端通过链条和链轮8各挂一个重锤，以平衡上刀台的重量，上刀台的快速升降是由位于中间的气缸1操作的，平衡吊架与链轮与气缸支架之间装有缓冲弹簧9，平衡吊架与剪切机机架之间有缓冲弹簧6。第3章 剪切机结构参数计算与力的分析3.1引言本章根据第一章章确定的总体方案，我把这次毕设的机构分为五部分，分别为：驱动装置，传动装置，剪切机构，平衡等辅助机构，机架的设计分析。3.2机

26、构设计参数该剪切机的主要参数包括两大类：一为结构参数，即刀片行程、刀片尺寸（长度、高度与厚度）和理论空行程次数；二为力能参数，即剪切力、剪切功、剪切力矩与电动机功率。3.2.1刀片行程剪切机的刀片行程是其最主要的结构参数，也是剪切机的特征参数，刀片行程除确保轧件被切断外，还要考虑到轧制线上最大的轧件能在上下刀片之间顺利通过，但又不宜取得太大，否则将会引起剪切机曲轴偏心距的增大。参考图3-1得计算公式： （3-1）式中 H刀片行程（指刀片的最大行程），mm；h被剪轧件的断面最大高度，mm；f轧件上表面与轧板之间的距离，此值的选取要保证轧件有一定翘头时，仍能通过剪切机，一般取 f=5075mm；S

27、上下刀的重叠量，S=525mm；为避免上刀受轧件冲撞，而使压板低于上刀的距离，一般=550mm；为了使轧件顺利通过剪切机，下刀不被轧件磨损，使下刀低于辊道表面的距离，一般取 =520mm；按公式（3-1）计算得：H=220mm。图 31 平行刀片剪切机刀片行程图1-上刀；2下刀；3-轧件；4-压板此时，刀片的最大开口度，对于采用曲柄连杆（或偏心连杆）机构的剪切机，曲柄轴半径（或偏心轴的偏心）R，等于刀片行程的一半。3.2.2刀片尺寸刀片尺寸包括刀片长度L、刀片横断面高度与宽度。这些尺寸根据被切钢坯最大断面尺寸选择。（1） 刀片长度考虑到是小型剪切机，可能同时剪切并排的几个小断面方形钢坯，取 （

28、3-2）式中 L刀刃长度，mm；被切钢坯横断面的最大宽度，mm。计算选取L=460mm。（2） 刀片断面高度和宽度经验公式如下： (3-3) (3-4)式中 刀片断面高度，mm；刀片断面宽度，mm；被切钢坯断面高度，mm。利用经验公式（3-3）、（3-4）计算得：刀片断面高度115mm，刀片断面宽度38mm。图 3-2 剪切机刀片3.2.3理论空行程次数（剪切次数）剪切机每分钟理论空行程次数代表了剪切机的生产率。理论空行程次数的提高受到电动机功率和剪切机结构型式的限制。确定剪切次数可根据轧钢机生产率和有关参考数据选定。参照文献表8-2热钢坯剪切机基本参数（2093-77）选择该设计剪切机基本参

29、数如表3-1表3-1 热轧剪切机基本参数最大剪切力MN刀片行程mm刀刃长度mm扁坯最大宽度mm断面尺寸mm空行程次数次/min1.6220460-50×1502030表中的理论空行程次数为剪切机连续空行程次数。最大剪切力为2.5MN与其以下的热钢坯剪切机大多采用交流电机形式。剪切机在剪切轧件时的实际剪切次数总是远远小于理论空行程次数。因为在轧件的两次剪切之间，需要完成轧件运输，定尺等辅助工序，所以选择剪切次数20次/分。3.3轧件剪切过程分析金属的剪切过程可以分为以下两个阶段：刀片压入金属阶段。当刀片与轧件接触后，在刀片压力的作用下，是金属产生塑性变形，此时轧件的一部分被压缩，金属杯

30、刀片压入一定深度。金属滑移阶段。当刀片压入达到一定深度时，金属被切断面开始产生滑移，直到被切断面完全断开为止，即剪切阶段。在此，为了使侧推力减小，减少刀架滑板的磨损和倾斜角度，故选择有压板剪切。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3-3所示。当刀片压入金属时，上下刀片对被剪金属的作用力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

31、停止转动。即：Pa=Tc 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到滑移阶段，金属沿剪切面开始滑移，直到剪断为止。无压板剪切时: 有压板剪切时 : 增加压板后不仅提高了剪切质量，使剪切断面平直，而且大大减小了侧向推力T ，从而减小了滑板的磨损，减轻了设备的维修工作量，提高了设备的作业率。增加压板后，取，代入式（3-6）和（3-7）中计算得，刀片切入深度Z为4.54mm，刀片滑移阶段剪切力P为0.98MN。刀片切入深度为： （3-5）滑移阶段剪切力P为 （3-6）式中 轧件被切断面上的单位剪切阻力。图 33 剪切机剪切时作用在轧件

32、上的力剪切力P按照曲线A、C变化，切入达到一定深度时，轧件断裂。剪切力随着z的增加而变化，当剪切力P为最大值时，轧件开始产生滑移。假设刀片与金属在xb与0.5zb的接触面上单位压力是均匀分布而且相等。得公式： （3-7）又有T=Ptany，可得：式中 表示单位切入深度，%； P单位压力，； b轧件的宽度，；h轧件的厚度，。图 34 剪切力与相对切入深度的关系根据上述公式可求得剪切力P与相对深度之间的关系。相对切入深度为10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、73%时，单位压力P为240、322、338、350、346、334、313、273、252（）。由上式可知，P力随着z的

33、增加将沿抛物线增加。一直增加到金属开始沿整个断面产生滑移的数值为止。剪切力与相对深度的关系如下：现在以F表示被剪切轧件的面积，本设计考虑剪切两根的情况的时候，则有：。考虑刀刃变钝和刀刃间隙增大后剪切力会增大，引入系数K=1.2，利用公式P=K··F，将和得的关系代入可以得到剪切力P与曲轴偏转角之间的关系：当剪切力P为0、240、322、338、350、346、334、313、252（）时，所对应的曲轴偏转角分别为、。3.4单位剪切阻力曲线与剪切力和剪切功剪切机的力能参数包括剪切力和剪切功率。剪切力是剪切机的主要参数，驱动剪切机的电机功率与剪切机主要零件尺寸的确定，完全使用或

34、充分发挥剪切机的能力都与剪切力有关。在进行力能参数计算时，首先要确定单位剪切阻力。它主要取决于剪切金属材料本身的性能、剪切时的温度、相对切入深度、剪切速度、被剪切金属断面形状与刀片形状、刀片之间侧间隙，以与被剪切金属断面尺寸的大小等因素。3.4.1剪切曲线与剪切力在设计剪切机时，首先要根据所剪轧件最大断面尺寸来确定剪切机公称能力，即确定最大剪切力。最大剪切力的公式如下： （3-8）式中 被剪轧件最大的原始断面面积， ；被剪轧件材料在相应剪切温度下的强度极限，MPa。45钢在800 °时取150MPa ；考虑刀刃磨钝和刀片侧向间隙增大，而使剪切力增大的系数可按剪切机能力选取。对小型剪切

35、机（P<1.6MN）来说， ；系数，被剪材料的最大单位剪切力与强度极限之比值。高温下可取 。通过公式（3-8）计算得到最大剪切力1.55MN。所选的钢坯材料为45号钢，剪切温度是800，查看表格3-2中对应的强度极限为150，根据曲线，求得对应值的剪切力。表 32 各种金属在不同温度下的强度极限温度/100095090085080075070020合金钢85100120135160200230700高碳钢8090110120150170220600低碳钢708090100105120150400被剪轧件在相应剪切温度下最大的单位剪切阻力公式如下：（3-9）（3-10）当=0.6时，带入式

36、（3-9）和式（3-10）中计算得：最大单位剪切力，瞬时剪切力P=1.19kN。3.4.2剪切功根据剪切功可以近似而方便的计算出键切机功率。剪切功与剪切力和刀片行程有关，当不考虑刀片磨钝等因素时，按以下公式计算： （3-11）简化之：A=Fha （3-12）式中 A被剪轧件最大的原始断面面积，；h被剪轧件的断面最大高度（厚度），。,a称为单位剪切功。它等于单位剪切阻力曲线所包围的面积，也就是剪切高度为1mm,断面为1试件所需的剪切功。若所剪的轧件材料没有单位剪切功的试验数据，可近似用下式确定a值 （3-13）式中 为材料延伸率，取0.16，计算得，代入公式（3-12）中计算得剪切功为30.66

37、3.4.3曲轴连杆机构的计算图3-5中 L连杆长度，mm； r 曲轴偏心距，mm；A曲轴和连杆的铰接点；B连杆和刀架的铰接点。图 35 刀片位移与曲轴转角关系图曲轴连杆机构的计算，主要是确定曲轴的偏心距、曲轴在任意转角时的连杆端、上刀架（上刀片）的位置和作用在曲轴上的力矩，以便计算剪切机的电机功率和零件强度。（1） 曲轴偏心距的确定对于曲轴连杆式剪切机，刀片开口度公式： （3-14） （3-15）根据式（3-14）和（3-15）得： （3-16）计算得曲轴偏心距r=110mm。（2） 刀片位移与曲轴转角关系根据图3-5所示，刀片位移与曲轴转角关系图,曲轴偏心距r，AB表示连杆长度，当A点转到上

38、极限位置点时，上刀架处于处；当A点转到下极限位置点时，上刀架移到。因此，点的距离对于曲轴连杆式剪切机就是上刀片行程H；取上刀架最高位置点为计算原点，此时曲轴转角=0，据图中的几何关系，刀片的行程H与曲轴转角的关系为： （3-17）经一系列关系转换，可得式： （3-18）式中 上刀片行程，由上刀片下死点计算；曲柄转角，由曲柄上死点位置起计算；连杆系数，取=1/9。 （3-19）利用式（3-19）可计算得连杆长度L=990mm。（3） 剪切力与曲轴转角的关系根据所计算的钢种（45号钢）的单位剪切阻力曲线图，查出单位剪切阻力最大时的相对切入深度。 当时，有最大剪切力 （3-20）代入得：H=115+

39、10-0.3×115=90.5mm。（3-21）计算得K=90.5/110=0.82，而 （3-22）得=99.2°，与 的关系： （3-23） （3-24）将=99.2°带入到式（3-24）中解得：。 当剪切开始时的曲轴转角此时上刀片刚与钢坯接触，剪切力P=0。代入式（3-20）、（3-21）和式（3-22）中得：得=80.9°，与 的关系：即将将=80.9°带入到式（3-24）中解得：3.5静力矩的计算与电机的选择3.5.1静力矩的计算剪切机偏心轴上的静力矩随着偏心轴的转动而转变，主要由剪切力矩、摩擦力矩和空载力矩组成，即 （3-25）式中

40、 偏心轴上的静力矩；剪切力矩；附加摩擦力矩；空载力矩。根据上刀台的平衡条件绘制力三角图，如图3-6b所示。当剪切力P已知后,以线段代表，做，与夹角为交于a点，则线段即代表连杆作用力。当曲柄半径R、A点和O点的摩擦圆半径与已知后，对曲轴中心的力臂C，即可得出，如图3-6a所示。如图3-6中力三角形所示，根据正弦定理可得出下式 (3-26)式中 曲轴偏心转动为时，连杆摆动的角度。由图3-6中几何关系可得： (3-27)式中 L连杆长度；r 曲柄偏心值；刀台滑板与滑槽之间的摩擦系数，约取为0.1。当，时有最大静力矩，在此设计中，取连杆与刀台销轴直径。图3-6 剪切机构受力简图计算剪切力矩：剪切力矩当

41、量力臂和剪切力矩公式如下： (3-28) (3-28) 即：所以，计算剪切力矩得：计算摩擦力矩：摩擦力矩当量力臂 （3-29）式中， 则，所以，摩擦力矩得：此时，作用在曲轴上的力矩为： （3-30）若空载力矩：综上所述，最大静力矩为：3.5.2电机的选择和校核本设计中，由于只用到平均静力矩，故只需要计算平均静力矩。由剪切功确定平均静力矩： （3-31） 式中 A 剪切功，此处用最大剪切功即可满足，A=30.66KNm；完成一次剪切偏心轴的实际工作角度，当剪切115mm×115mm钢坯时， 。 （3-32）则电机功率为：查阅文献选择电机为Y2315M10，表3-3为其详细性能参数因为剪

42、切机频繁启动，因此应进行电机的发热校核，即均方根力矩小于额定力矩： （3-33）式中， 分别为电机轴上的平均静力矩，空载力矩、启动力矩、制动力矩，单位。、分别为剪切、空载、启动和制动时间，单位s。表 3-3 电机参数表参数项目参数详情电机铭牌Y2-315M-10额定转速n590 r/min功率因数a0.75电机效率91.5%额定电流I100A最大转矩2.0最小转矩1.0电机功率P45kW 齿轮减速器传动比：， 将数值代入（3-34）并作如下计算： （3-34） （3-35） （3-36） （3-37）各种工作状态下用时计算：将以上计算得到各值代入式（3-33）中验证如下：综上所述，所选电机合适

43、。3.6本章小结本章根据设计的具体技术要求，以与自己的学习研究，参考文献确定该课题的实现方案。并且对该剪切机的结构参数和力能参数进行了计算和选择。分析了该剪切机的功能原理，进行了受力方面的分析。第4章 传动装置设计与校核4.1引言由于中小型开坯车间采用的曲轴式剪切机承受周期性交化的冲击负荷，且空载时间长、剪切时间很短，其工作制度属长期不可逆运转。因此，这种剪切机的传动装置通常采用带飞轮的交流异步电动机。从经济、适用和装备快的观点出发，采用这种传动方案是合理的。由于剪切时，减速机受冲击负荷，故减速机的机盖和机体必须采用铸钢(如ZG25)件或钢板焊接构件。4.2传动装置总传动比和分配在电动机与减速

44、机的高速轴之间配有三角皮带传动。因为在高速级采用三角皮带传动，除了能降低噪音外，对电动机起着一定的保护作用。三角皮带传动是按电动机的额定功率或额定力矩来计算确定的。在减速机低速轴与曲轴之间通常采用开式直齿圆柱齿轮传动，为降低噪音使工作平稳，采用斜齿传动。由于剪断机曲轴在有负荷时的转角区域不大，剪切时传动齿轮副只有几个齿受力，所以速比不取成整数，避免总是这几个齿受力。在剪切过程中，齿轮传动要承受高峰工作负荷(即冲击负荷)，因此对于齿轮、传动轴等零件均应按曲轴所需的最大扭转(剪切)力矩来计算。4.2.1总传动比由选定的电机满载转速n和剪切机曲轴转速n，得传动装置总传动比分配传动装置传动比 （4-1

45、）式中 V带轮的传动比；为开式齿轮传动比。图 4-1 传动装置示意图取，即4.2.2传动装置的运动和动力参数各传动装置效率：，各轴转速 各轴功率各轴输入转矩 （4-2）代入式（4-2）计算得: 传动装置的运动和动力参数如表4-1所示。表4-1 传动装置的运动和动力参数轴名转矩(MN·mm)功率(KW)转速(r/min)轴0.6238.16590轴2.3235.90147.5轴18.1134.13204.3 V带传动设计图 4-2 V带轮传动示意图计算功率 （4-3）选用C型V带，带轮基准直径：，公式（4-4）求得带速：v=8.34m/s （4-4）（4） 传动中心距：，V带

46、基准直径：；公式（4-5）计算实际中心距：。 （4-5）小轮包角：，查阅文献系数，根据公式（4-6）和（4-7）计算得带根数：。 （4-6） （4-7）初拉力： （4-8）轴上压力： （4-9）图 4-3 小带轮结构示意图图 4-4 大带轮结构示意图根据设计数据大带轮和小带轮的示意图如图4-3和图4-4，传动形式如图4-2所示。大带轮和小带轮参数数据如表4-2所示：表 4-2 大带轮和小带轮参数数据参数小轮大轮槽型CC基准宽度1919上槽深4.84.8下槽深2020槽间距槽边距1717轮缘厚1010外径210+9.6840+9.6带轮宽度214214结构形式实心型孔板型4.4开式齿轮的设计4.

47、4.1齿轮类型、材料与主要尺寸1.选定齿轮类型、精度等级、材料与齿数根据图示传动方案，选用开式斜齿圆柱齿轮传动；剪切机转速不高，选用8级精度（GB10095-1998）；材料选择，选择小齿轮材料为40Cr，硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS，都采用调质处理。选小齿轮齿数，大齿轮齿数，取。2.初步设计齿轮传动的主要尺寸按齿面接触强度设计： （4-10）确定各参数的值：选用系数，查阅文献选取区域系数 ，则。计算应力值环数 （4-11） （4-12）系数：，取失效概率为1%，安全系数S=1,应用公式4-13计算得: （4-13）=许用接触应力：小齿轮

48、的分度圆直径 （4-14）由公式（4-15）、（4-16）与（4-17）求得圆周速度、尺宽b、模数， 初初选螺旋角。 （4-15） （4-16） （4-17）图 4-4 齿轮副示意图选用模数，中心距圆整为450mm。 （4-18） （4-19）值与初选值相差不大，参数不变。最终确定：，。 当量齿数： （4-21） （4-22）而，将所有系数代入公式（4-20）计算校核：，。综上所述，开式齿轮的设计符合要求。4.5中间轴的设计与校核选择轴的材料轴零件选用45钢，加工方法为调质处理。查轴的常用材料与其力学性能，得抗拉强度，屈服点。参数计算轴上功率.：P=35.9kW，转速：，转矩：T=2.32MN

49、。已知小齿轮的分度圆直径为。而 （4-23） （4-24） （4-25）按扭转强度估算轴的最小直径，取，代入公式（4-26）得： （4-26）轴结构设计 如结构草图4-5，按轴的结构和强度要求，选取安装轴承处和的轴径为85mm，长度为40mm，初选轴承型号为32917型圆锥滚子轴承（GB/T2971994），装齿轮处的轴径为91mm，大袋轮宽度为214mm，考虑到此处带轮的轴向定位，取轴长度为210mm，轴肩直径为96mm，长度取55mm，齿轮分度圆直径较小，为保证强度，处为齿轮轴，长度为115mm,直径为108mm，处为齿轮轴肩，长度为15mm，直径为96mm。图 4-5 轴结构简图轴的校核

50、带轮受力分析：圆周力：径向力：轴向力：齿轮受力分析：圆周力：径向力：轴向力：计算支反力：水平面： （4-27）再由，得： （4-28）垂直面：由，得： （4-29）再由，得： （4-30）水平面弯矩：垂直面弯矩 ：合成弯矩 ：按弯曲扭转合成应力校核轴的强度，根据（4-31） （4-31）选用轴材料为45钢，调质处理，查得，而，此轴设计合理安全。4.6本章小结本章主要述剪切机的传动机构部分的详细设计与校核，过程复杂但是作用很大。首先从机构总体的传动比入手，选择好电机并校核，对V带轮、齿轮传动部分设计，然后对轴进行设计并校核。第5章 剪切机构与其他组件设计与选用5.1引言剪切机构是剪切机中最重要的组成部分，主要包括：曲轴、连杆和滑块(上刀架)等。5.2曲轴设计曲轴是曲轴活连扦式剪切机上传递运动的主要零件，工作时既受弯矩又受扭矩作用，而且所受的力不断变化，工作情况比较复杂。中小型的曲轴材料通常用45号钢或40Cr钢，也可用35SiMn钢代替。在这里选择40Cr，其；为了保证其