850精密圓盤剪切機的設計含4張CAD圖,精密,圓盤,剪切,設計,cad 850精密圓盤剪切機的設計 摘 要 現(xiàn)在各國工業(yè)迅猛發(fā)展，鋼鐵企業(yè)是國民經(jīng)濟的主要支柱，它的發(fā)展狀況很大程度上可以反映出國家的實力?，F(xiàn)代鋼鐵冶金業(yè)發(fā)展的一個著眼點就是在對鋼材的處理速度。圓盤剪切機就是其中的一臺重要設備。 圓盤剪用于剪切帶材的邊部和把寬帶材切分成窄帶材,被廣泛用在板帶生產(chǎn)車間和輔助作業(yè)機組中,如橫剪機組、縱剪機組、重卷機組、酸洗機組、 鍍錫機組及焊接機組等。圓盤剪工作好壞直接影響到產(chǎn)品的質量。 本文通過對圓盤剪切機及相關設備結構進行了深入了解，并從鋼板圓盤剪的功能要求、工作原理、結構方案分析；確定總體結構參數(shù)；計算剪切力及相應剪切參數(shù);進行強度、剛度的校核；選擇計算電動機、減速機、軸承等；進行各主要零件的強度校核，如齒輪、軸、連軸器等。通過設計過程掌握圓盤剪的設計方法，使所學的理論知識和實際結合起來，提高設計能力，獨立分析能力和繪圖技術，進行規(guī)范化的的訓練為今后的工作打下有力的基礎。 關鍵詞： 圓盤剪切機 剪切力 縱剪機組 分條  Design of 850 Precision Disk Shearing Machine ABSTRACT Now the rapid development of national industry, iron and steel enterprises is the main pillar of the national economy, its development situation can largely reflect the strength of the country. One of the focus of the development of modern iron and steel metallurgy is on the speed of steel processing. Disc shearing machine is one of the important equipment. The disc is cut into the edge of the shear strip and cut into narrow strips of the wide strip, and is widely used in the strip production workshop and auxiliary working units such as the cross shear unit, the slitting unit, the rewinding unit, Units, tin units and welding units. Disk shears work directly affects the quality of the product. In this paper, through the understanding of the structure of the disc shears and related equipment, and from the steel plate scissors function requirements, working principle, structural program analysis; to determine the overall structural parameters; calculate the shear force and the corresponding shear parameters; Strength, stiffness of the check; choose to calculate the motor, reducer, bearings, etc .; for the main parts of the strength check, such as gears, shafts, coupling and so on. Through the design process to master the design of disc scissors, so that the combination of theoretical knowledge and practice, improve the design capacity, independent analysis capabilities and graphics technology, standardized training for future work to lay a strong foundation. Key words: Disc shear Shear force Slitting unit Slitting  目 錄 第一章 緒論 2 1.1選題的背景和目的 2 1.2 圓盤式剪切機國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀 2 1.3 圓盤剪切機研究的內(nèi)容和方法 2 1.3.1圓盤剪切機在機組的布置和作用 3 1.3.2 圓盤剪切機的類型和特點 3 1.3.3 圓盤剪切機設計內(nèi)容和方法 4 第二章 設計方案的選擇和方案評述 5 第三章 電機容量的計算 7 3.1 定性選電機 7 3.2 選擇電動機的容量 8 3.3 確定轉速 11 3.4 電動機的校核 11 第四章 主要零件強度計算校核 14 4.1 軸的計算與校核 14 4.1.1軸的材料及其機械性能 14 4.1.2 軸上零件布置及基本參數(shù) 14 4.1.3 按彎扭合成進行軸的強度校核 14 4.1.4 按疲勞強度進行精確校核 18 4.1.5 刀軸的剛度校核 21 4.2 齒輪的計算與校核 21 4.2.1齒輪的計算 21 4.2.2 按接觸疲勞強度校核 23 4.2.3 按彎曲疲勞強度校核 27 4.3 鍵的選用與校核 28 4.3.1鍵的強度校核 29 4.4 軸承的選取及校核 29 4.4.1 根據(jù)工作條件選取軸承類型 30 4.4.2根據(jù)軸承結構確定軸承的型號 30 4.4.3軸承的壽命校核 31 4.4.4 驗算軸承的極限轉速 33 第五章 聯(lián)軸器的選擇 34 5.1聯(lián)軸器的分類 34 5.2聯(lián)軸器的選擇 34 5.3聯(lián)軸器的強度計算 35 第六章 設備可靠性與經(jīng)濟評價 37 6.1 機械設備的有效度 37 6.2 機械設備的投資回收期 38 第七章 系統(tǒng)的潤滑 39 7.1潤滑劑的種類 39 7.2潤滑方式的選擇 39 7.3潤滑方式的選擇確定 40 7.3.1 齒輪減速器的潤滑方式 40 7.3.2 部分傳動齒輪、軸承的潤滑方式 40 第八章 試車方法和對控制系統(tǒng)的要求 41 8.1 試車要求 41 8.2 對控制系統(tǒng)的要求 41 參考文獻 42 致 謝 43 6 第一章 緒論 1.1選題的背景和目的 剪切機有各種類型，平刃剪、斜刃剪、圓盤剪和飛剪。平刃剪用于剪切方坯，斜刃剪用于剪切板材，而圓盤剪廣泛用于縱向剪切厚度小于20~30毫米的鋼板及薄帶鋼。而飛剪用于剪切運動著的軋件，其剪刃有平刃、斜刃和圓盤式飛剪。 圓盤式剪切機由于刀片是旋轉的圓盤，因而可連續(xù)縱向剪切運動鋼板和帶鋼。圓盤式剪切機通常設置在精整作業(yè)線上用于將運動著的鋼板縱向邊緣切齊和剪切或者切成窄帶鋼，根據(jù)其用途可分為剪切板邊的圓盤剪和剪切帶鋼的圓盤剪。 剪切板邊的圓盤剪，每個圓盤刀片均以懸臂的形式固定在單獨傳動的軸上，刀片的數(shù)目為兩對。這種圓盤剪用于厚板精整加工線。板卷的橫切機組和連續(xù)酸洗機組等作業(yè)線。剪切帶鋼的圓盤剪用于板卷的縱切機組，連續(xù)退火和渡鋅機組等作業(yè)線上。將板卷切成窄帶鋼，作為焊管坯料和車圈的坯料等。這種圓盤剪的刀片數(shù)目是多對的，一般刀片都固定在兩根公用的運動軸上，也有少數(shù)的圓盤刀片是固定在獨立的傳動軸上的。 這次設計的目的就是通過設計對主軸傳動系統(tǒng)，刀片側向調(diào)整機構，特別是各個機構中的傳動部分進行設計。通過設計過程掌握圓盤剪單體機械設備的設計方法，使所學的理論知識和實際結合起來，提高設計能力，獨立分析能力和繪圖技術，進行規(guī)范化的的訓練為今后的工作打下有力的基礎。 1.2 圓盤式剪切機國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀 國內(nèi)金屬分條機生產(chǎn)技術和性能上絕大部分還比較落后，隨著社會的進步和科技的發(fā)展，金屬縱剪分條機的發(fā)展也面臨極大挑戰(zhàn)，技術和性能上也提出更高的要求。 在熱軋板材的生產(chǎn)過程中，大斷面的鋼坯經(jīng)過軋制后，為了滿足產(chǎn)品尺寸規(guī)格的要求，都必須經(jīng)過剪切工序才能成為合格的產(chǎn)品。 縱切機組即主要是對軋制后的鋼板進行縱向剪切，使之成為符合尺寸要求的窄鋼卷?？v切機組在鋼板生產(chǎn)中占 據(jù)了舉足輕重的位置，其技術水平對窄鋼卷的質量有重要影響，并直接關系到軋機的生產(chǎn)能力能否充分發(fā)揮及軋制生產(chǎn)線工藝流程的平衡問題。 縱剪機作為縱切機組中精度要求極高的設備，通過配置上下刀軸上的刀片數(shù)量和間距可以將連續(xù)送入的鋼材縱向切分成若干個窄條，之后可以通過卷取機將這些窄帶重新卷取。 1.3 圓盤剪切機研究的內(nèi)容和方法 1.3.1圓盤剪切機在機組的布置和作用 1、850圓盤剪切機組 冷縱剪切機組布置見圖1.5所示。 1. 拆卷機 2. 伸直機 3. 下切剪 4. 給料機 5. 圓盤剪切機 6. 卷邊機 7. 風動分離盤 8. 分卷卷取機 圖1.5 850冷縱剪切機組示意圖 縱剪就是將鋼板破成窄條。 鋼卷由吊車吊到拆卷機處拆卷，將頭伸直經(jīng)下剪切頭由給料機送到圓盤剪切縱切后切成窄條，給風動分離盤，由分卷取機卷成窄帶卷，卸卷后由吊車吊走送入成品庫。切下的帶鋼邊，由板卷機卷成卷，卸下后送走。 圓盤剪切機的作用是將冷軋成卷帶鋼切成窄條，并卷成窄帶鋼卷。其窄帶鋼卷的寬度由刀盤軸定位環(huán)調(diào)整，使刀盤之間位置變化。 1.3.2 圓盤剪切機的類型和特點 圓盤剪切按用途分為剪切板邊圓盤剪和剪切帶鋼縱切圓盤剪。 1、剪切板邊的圓盤剪 熱軋鋼板圓盤剪，剪切厚度小于20毫米，徑向調(diào)整采用偏心套，同步齒輪與刀片軸用萬向連接軸傳動。 熱軋鋼板圓盤剪的另一種類型，剪切厚度在40~50毫米，采用二架圓盤剪同時剪切，第一架切入一定的深度后第二架圓盤剪再將其完全切斷。 冷軋帶鋼圓盤剪，剪切厚度0.5~2.5毫米之間，徑向調(diào)整移動上刀盤同步齒輪采用四連桿機構。有的冷軋帶鋼圓盤剪采用測速裝置，使剪切精度更準確。 冷軋帶鋼圓盤剪的另一中類型，刀盤不帶驅動，而是利用帶鋼拉著剪切。 2、剪切帶鋼縱切圓盤剪 縱切圓盤剪將帶鋼連續(xù)破條剪切，采用多對刀盤，刀盤軸傳動有兩種：一種是集中驅動，另一種刀盤軸分別驅動。 1.3.3 圓盤剪切機設計內(nèi)容和方法 1、通過靠工廠調(diào)研，了解同類圓盤剪生產(chǎn)中存在的問題，查閱相關資料掌握圓盤剪的發(fā)展現(xiàn)狀。 2、制定圓盤剪設計方案，在認真研究，有創(chuàng)新和改進，方案合理，并進行方案評述。 3、進行設計計算，保證機件強度和剛度，計算公式采用要有依據(jù)。 4、畫出總圖，部分部件圖和零件圖，利用計算機繪圖。 5、對設計中控制系統(tǒng)提出要求，選擇潤滑方法。 6、試車方法和維修技術，保證維修方便。 7、對設備進行經(jīng)濟分析和評價，降低設計成本。 第二章 設計方案的選擇和方案評述 按給定的設計參數(shù)，設計題目是850縱切機組的圓盤式剪切機有兩中類型，縱切圓盤剪將帶鋼連續(xù)破條剪切，采用多對刀盤，刀盤軸傳動有兩種：一種是集中驅動，另一種刀盤軸分別驅動。 設計方案選擇集中驅動。 該圓盤剪裝在橫切機組上，用來剪切厚度為0.2~2.0毫米，寬度為400~850毫米的帶鋼，加工速度120m/min。850圓盤剪由直流電機、傳動底座、聯(lián)軸器與制動器、聯(lián)合齒輪減速機、圓盤剪本體和固定底座等部分組成。本文著重對圓盤剪本體結構進行分析與介紹。該機直流電機的扭矩通過刀軸的傳動裝置轉動上下刀軸,帶動上下刀盤旋轉,從而完成對板帶的剪切。 刀盤側向間隙是在配刀時用推出環(huán)與隔離環(huán)來確定的,工作時不再調(diào)整。由于生產(chǎn)工藝的多變性,需要有多種規(guī)格的隔離環(huán)滿足不同的要求,同時對刀軸、刀盤以及隔離環(huán)的幾何尺寸要求相當嚴格。 為減少配刀時刀盤、推出環(huán)以及隔離環(huán)間隙的 累計誤差,配刀時應在刀盤、推出環(huán)和隔離環(huán)原始檢測的基礎上,上下對稱配刀。即上刀軸配一把厚刀,或者隔離環(huán),那么下刀軸也要配一把厚的刀或隔離環(huán); 上邊薄,下邊也薄。這樣的話,等于通過對稱配刀將刀盤的精密度提高了一個檔次。 圖2.1 850圓盤剪切機結構示意圖 如圖2.1所示：1-交流電機；2-聯(lián)合齒輪減速機；3-萬向軸；4-傳動側機架；5-底座；6-圓盤剪本體；7-操作側機架 1250 圓盤剪由交流電機、傳動底座、聯(lián)軸器與制動器、聯(lián)合齒輪減速機、圓盤剪本體和固定底座等部分組成(見圖2.1）。本文著重對圓盤剪本體結構進行分析與介紹。該機交流電機的扭矩通過刀軸的傳動裝置轉動上下刀軸,帶動上下刀盤旋轉,從而完成對板帶的剪切。 第三章 電機容量的計算 3.1 定性選電機 電動機分交流電動機和直流電動機兩種，由于直流電動機需要直流電源，結構較復雜，價格較高，維護比較不便等缺點，因此無特殊要求是不宜采用。 冶金行業(yè)生產(chǎn)單位一般為三相交流電源，因此，應選用交流電動機，同時交流電動機又分為異步電動機和同步電動機兩類，我國新設計的Y系列三相籠型異步電動機屬于一般用途的全封閉自扇冷電動機，其具有以下優(yōu)點： 1、結構簡單，工作可靠，價格低廉，維護方便； 2、適用于不易然，不易爆，無腐蝕性氣體和無特殊要求的機械上； 3、由于起動性能較好，也適用與某些要求起動轉矩較高的機械。 所設計圓盤剪切機已知原始數(shù)據(jù)： 加工速度：V=100m/min; 鋼板厚度：h=0.5~2.5 mm； 鋼板寬度：B=800~850 mm； 剪切毛刺高度0.05mm； 最多剪切條數(shù)：15條； 寬度公差： ±0.05mm 由于圓盤剪切機屬于一般冶金機械設備，無特殊要求，連續(xù)工作時間長，要求起動性能好，起動轉矩較高，故選擇交流異步電動機Y系列。 圖3.1 電機布置圖 4、剪切條數(shù)和鋼板厚度方案選擇 可供選擇方案如下： 方案一：h=0.2~1.0，最多剪切條數(shù)15條；方案二：h=1.1~1.5，最多剪切條數(shù)12條；方案三：h=1.6~2.0，最多剪切條數(shù)10條。 比較計算方案一：根據(jù)純剪切力計算公式： 計算可得： =122×tan10°×120 =340.28N P= p=n×p=16×340.28=5444.48N 同理可得方案二P=9953.10N；方案三：P=14972.18N 則比較方案一、二、三P值大小可知，因為方案三P值最大所以選擇方案三進行計算設計。 3.2 選擇電動機的容量 1、圓盤刀片尺寸 圓盤刀片尺寸包括圓盤刀片直徑D及其厚度。圓盤刀片直徑D主要決定于鋼板厚度h，查文獻[1，291]，其計算公式為： （3.1） 上式中的最大咬入角，一般取為~。值也可以根據(jù)剪切速度V來選取，同時當咬入角=~時，我們可以引用一個經(jīng)驗公式，圓盤刀盤直徑通常在下列范圍內(nèi)選取 D=(40~125)h (3.2) 帶入數(shù)值計算得： Dmin=402=80mm Dmax=1252=250 mm 圓盤刀片厚度一般取為 (3.3) 帶入數(shù)值計算得： mm 同時根據(jù)表[1.表8-13]一般圓盤刀片直徑、厚度與被剪切帶材厚度的關系，可取的各數(shù)值：D=270 mm、=20 mm，為了保證剪切力及刀片的強度和使用壽命，我們?nèi)?30 mm。 2、上下刀盤的側間隙 我們?nèi)☆A定值0.05 mm。 3、剪切速度V 我們?nèi)☆A定值120m/min。 4、剪切力與剪切功率 p為純剪切力； 式中 —作用在接觸弧AB水平投影單位長度上的剪切力。 由相對切入深度知 微分后得 所以純剪切力為 式中的值可利用平行剪單位功數(shù)據(jù)。 在圓盤剪上冷剪時，值可按下面公式計算 =120 咬入角： cosα=1-hD =1-2270 =0.985 由上述可得：α=10° 式中取系數(shù)，咬入角α=10°，為金屬材料延伸率，查手冊取20%。 所以 N 查文獻[1，293]總剪切力的計算公式為 P= p=n×p=11×1.361×103=14972.18N (3.4) 圓盤剪上的剪切力可根據(jù)作用在刀片上的力矩來確定。在上下刀片直徑，速度相等而且都驅動時，則與簡單軋制情況相似，合力P垂直作用在刀片上，這時轉動一對刀盤所需力矩為 (3.5) Nm 而驅動圓盤剪的總力矩為 式中 M2 —刀片軸上的摩擦力矩，，其中為刀片軸軸頸的直徑，這里取=170mm，為刀片軸承處的摩擦系數(shù)，查手冊取0.004。 所以總的力矩為 =702+1.4972×104×0.17×0.004 =712.2Nm 查文獻[1，294]圓盤剪電動機功率可按下式確定 (3.6) 式中 —考慮刀片與鋼板間摩擦系數(shù)，=1.1~1.2； —鋼板運動速度，m/s； —傳動系統(tǒng)效率，=0.93~0.95。 代入數(shù)據(jù)后 =13.61KW 3.3 確定轉速 根據(jù)以上計算所得數(shù)據(jù)，查找專業(yè)手冊，選取合適電機。容量相同的同類型的電動機，有幾種不同的轉速系列，此種情況下我們綜合考慮，分析比較電動機及傳動裝置的性能、尺寸、重量和價格等因素，再考慮到機械在實際中的運轉，他的可靠性與電機相連接的減速機，以及以后的發(fā)展，適當?shù)脑黾与姍C功率，最后選同步轉速1500r/min的電動機。綜上，選取電機型號為：Y180L—4，其主要性能見表3.1 表3.1 電機主要性能參數(shù)表 型號 額定功率 /kW 轉速 /(r/min) 電流 /A 效率 （%） 重量 /kg Y180L—4 22 1470 42.5 91.5 2.2 190 3.4 電動機的校核 電機的校核主要是針對電機的過載能力校核。 過載能力是指電動機負荷運行時，可以在短時間內(nèi)出現(xiàn)的電流或轉矩的允許倍數(shù)，對不同類型的電動機不完全一樣，對異步電動機來說，校核其過載能力時即最大轉矩倍數(shù)時，要考慮到交流電網(wǎng)電壓可能向下波動10%~15%，因此，最大轉矩按（0.81~0.72）來考慮，他應該比負載最可能出現(xiàn)的最大轉矩大。 齒輪轉速： = = =141r/min 其中： d—齒輪的分度圓直徑，單位：mm 負載最大轉矩： =356Nm 傳動比 = =10.23 粗略計算電動機的最大轉矩 = =34.8Nm 由電動機的參數(shù)可知 .2 (3.7) = =142.93 Nm 其中—電動機額定轉速，單位： r/min 所以 =226.40 Nm >34.8 Nm = 故安全。 第四章 主要零件強度計算校核 4.1 軸的計算與校核 刀盤的力主要集中在刀盤軸上，且刀盤軸所承受的轉距最大，因此對刀盤軸進行計算校核是十分有必要的。 4.1.1軸的材料及其機械性能 圖4.1 刀軸 1、材料： 鋼 表面處理：調(diào)質處理 HB 228 ~ 269 2、機械性能：查文獻[2，表3.2-42]可知： =980 MPa =835 MPa 由文獻[3，表15-1]可查得： 275 MPa =155 MPa 4.1.2 軸上零件布置及基本參數(shù) 1、軸的基本數(shù)據(jù)： 轉速 == =141.5 r/min。 4.1.3 按彎扭合成進行軸的強度校核 1、對軸進行受力分析與強度校核計算 (1)軸的驅動力矩： 驅動11對刀盤的力矩為 M= 712.2N·m =712200 N·mm 盤軸上的轉矩為 T==356100 N·mm (2)求與此軸配合的齒輪上的作用力： = = =3030.6 N =3030.6 =1103N (3)計算軸在軸承處所受的支反力： 垂直面內(nèi)的支反力： = = =513.4N = = =589.6N 水平面內(nèi)的支反力： = =1410.6N = =1620N (4)計算彎矩： 垂直面內(nèi)： 513.4294 150.9N·m 水平面內(nèi)： 1410.6294 414.7N·m 總彎矩： 441N·m 圖4.2 軸的載荷分析圖 (5)作彎矩圖如圖4.1 (6)校核軸的強度 根據(jù)軸的結構圖以及彎矩圖可以看出截面C是軸的危險截面，故選截面C作彎扭合成強度校核計算，查文獻[3，365] 按第三強度理論有： = (4.1) 式中： — 軸的計算應力，單位：MPa M—軸所受彎矩，單位： N·mm —軸所受轉矩，單位：N·mm —軸的抗彎截面系數(shù)，單位：mm —扭轉切應力為靜應力時，取0.3 所以 3.23MPa 查文獻[2，表38.1-1]得： =213 MPa 故<，即安全。 4.1.4 按疲勞強度進行精確校核 查文獻[3，365] (4.2) 其中： —軸的計算安全系數(shù) —只考慮彎曲和軸向力時的安全系數(shù) —只考慮扭矩時的安全系數(shù) —軸的設計安全系數(shù) (1)軸的結構和裝配圖，如圖4-2： (2)危險截面左側 抗彎截面系數(shù)： 0.1 0.1 156090mm 抗扭截面系數(shù)： 0.2 0.2 312180 mm 彎矩及彎曲應力為： 441 3.96 N·mm = =2.54MPa 扭矩及扭轉切應力為： =356100N·mm = = =1.14 MPa 由前面軸材料的機械特性有： =640 MPa =355 MPa =275 MPa =155 MPa 過盈配合處值由文獻[3，附表3-8]用插入法可求得： =2.52 并取=0.8，故有： 0.8 0.82.52 2.016 軸經(jīng)磨削加工，由文獻[3，附圖3-4]得表面質量系數(shù)為： 軸未經(jīng)表面強化處理，既表面強化系數(shù)： 1 故得綜合系數(shù)為： + 2.70 2.20 又由文獻[3，§3—1及§3—2]可知，碳鋼的特性系數(shù)： =0.1~0.2 取=0.1 =0.05~0.1 取=0.05 又根據(jù)文獻[3，366],軸在截面L左側的安全系數(shù)為： (4.3) 59.2 (4.4) 80.5 (4.5) 47.1 安全系數(shù)值S由文獻[3，336]根據(jù)軸材料均勻性及軸的直徑為270mm，可查得： S=1.5 即>>S，故該軸在截面L右側的強度也是足夠的。 4.1.5 刀軸的剛度校核 根據(jù)工程經(jīng)驗,只需對刀軸的彎曲剛度進行校核計算。 由文獻[12，320]，（其中EI為鋼的彎曲剛度EI=2×105 Mpa）刀軸的最大撓度為： fmax=5n4-4n2-1384n3EIPl3 (4.6) = 5×1184-4×1182-1384×1183×2×10523394.04x294 =0.045(mm) 由于本次設計中，刀軸所受力為靜不定問題，計算時P=38P=23394.04N計算得，fmax=0.045（mm）查表可知刀軸的許用撓度為[fmax]=0.288(mm）?？梢姷遁S剛度完全滿足要求。 4.2 齒輪的計算與校核 4.2.1齒輪的計算 1、材料： 鋼 表面處理：調(diào)質處理 HB 228 ~ 269 圖4.3 箱體圖 圖4.4 齒輪 2、機械性能：查文獻[2，表3.2-42]可知： =980 MPa =835 MPa 3、齒輪參數(shù)：模數(shù)m=5 齒數(shù)=47 分度圓直徑=235 mm 壓力角 =1 =0.25 =225 mm =245 mm b=80 mm 與之嚙合的齒輪齒數(shù) =60 4、齒輪受力分析 齒輪傳動一般均加以潤滑，嚙合輪齒間的摩擦力通常很小，計算輪齒受力時，可不予考慮。從作用力來說，沿嚙合線作用在齒面上的法向載荷垂直于齒面，為了計算方便，一般將法向載荷在節(jié)點P處分解為兩個相互垂直的分力，即圓周力與徑向力，如圖4-1，由此得： 式中：—小齒輪傳遞的轉矩，單位為N·mm； —小齒輪的節(jié)圓直徑，對標準齒輪即為分度圓直徑，單位為mm； —嚙合角，對標準齒輪，=°。 4.2.2 按接觸疲勞強度校核 齒輪在工作齒面發(fā)生的失效較多，如齒面磨損、點蝕、膠合等。所以對齒輪進行接觸疲勞強度計算是必須的，下面首先按接觸疲勞強度校核。 圖4.5 齒輪受力分析 查文獻[3，199]其計算公式為： (4.7) 其中： —齒面接觸應力，單位： MPa —齒面許用接觸應力，單位：MPa —載荷系數(shù) —齒輪所受切向力，單位：N —齒寬，單位：mm —齒輪分度圓直徑，單位：mm —齒數(shù)比 —區(qū)域系數(shù) —彈性影響系數(shù)，單位： MPa 1、求齒面接觸應力 (1)求 = (4.8) 其中： —使用系數(shù) —動載系數(shù) —齒向載荷分配系數(shù) —齒面載荷分配系數(shù) 根據(jù)文獻[3，表10-2]可查得：=1.5； [3，圖10-8]根據(jù)v=2m/s可查得：=1.18； [3，表10-3]可查得：==1.2； [3，表10-4]可查得： =1.15+0.18（1+0.6）+0.31 其中 ===0.1159 =1.15+0.18（1+0.60.1159）0.11590.31 =1.15 再根據(jù)=8 查[3，圖10-13]可得：=1.16; 所以： = = =2.44 (2) =356.1 Nmm = = =3030.6 N =3030.6 =1103N =3225.1N (3) u= = =1.27 (4)根據(jù)齒輪材料查文獻[3，表10-6]可得： =188 MPa (5) = = =2.5 所以： = =394MPa 2、求許用應力 = (4.9) 其中： —為接觸疲勞安全系數(shù)，可取=1； —為壽命系數(shù)； —齒輪接觸疲勞極限，單位：MPa； (1)求 齒輪應力循環(huán)次數(shù) =60 =60141.512036524 =次 查文獻[3，圖10-19]可得：=1.18 (2)求 根據(jù)材料查文獻[3，圖10-21(續(xù))]可得： =860 MPa； 所以 = =1.18=1014.8 MPa 3、校核 顯然，=1014.8 MPa >394MPa =，故安全。 4.2.3 按彎曲疲勞強度校核 查文獻[3，197] = (4.10) 其中： —齒輪齒根彎曲應力，單位：MPa —齒輪彎曲疲勞許用應力，單位：MPa —齒輪模數(shù) —齒輪系數(shù) —應力校正系數(shù) 1、求齒輪齒根彎曲應力 = (1)根據(jù)=47查文獻[3，表10-5] 采用插值法求得： =2.33 =1.69 (2) 1.51.181.21.16 2.46 所以： = =73.39MPa 2、求齒輪彎曲疲勞許用應力 = (4.11) 式中： —彎曲疲勞強度安全系數(shù)，取=1.5 —壽命系數(shù) —齒輪彎曲疲勞極限，單位：MPa (1)求 根據(jù)應力循環(huán)次數(shù)N=查文獻[3，圖10-18]可得： =0.98 (2)求 根據(jù)文獻[3，圖10-20(完)d]可得： =700 MPa 所以 = =0.98 =457.3MPa 3、校核 顯然，=457.3 MPa >73.39MPa =，故安全。 4.3 鍵的選用與校核 這里主要計算刀盤軸上的鍵。查文獻[2,表25.2-4]選擇鍵 ，其高度mm。 圖4.3 平鍵32x90 4.3.1鍵的強度校核 平鍵聯(lián)接主要傳遞的是轉矩，其主要失效形式是工作面被壓潰， 一般不會 出現(xiàn)鍵的剪斷。因此，通常只按工作面上的擠壓應力進行強度校核計算。 假定載荷在鍵的工作面上均勻分布，普通平鍵聯(lián)接的強度條件為： 查文獻[3，103] (4.11) 式中： —軸傳遞的轉矩，單位：N·m —鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，平鍵，此處為鍵的 高度；單位：mm —鍵的工作長度，A型平鍵，為鍵的公稱長度， 為鍵的寬度；單位：mm —軸的直徑，單位：mm —鍵、輪轂、軸三者中最小的材料的許用擠壓應力，單位：MPa 1、356.1 N·m 2、 mm 3、 mm 4、mm 所以： =10.23MPa 根據(jù)文獻[2,表25.2-3]查得： MPa 顯然，，故安全。 4.4 軸承的選取及校核 由于圓盤剪切機刀盤在對鋼板進行剪切的時候，很大的徑向力，同時要對刀盤間隙進行調(diào)整，這樣刀盤軸就要受到軸向力了。由此看刀盤軸受力十分復雜，所以對軸承的選取十分有必要的。 4.4.1 根據(jù)工作條件選取軸承類型 如果僅按軸承用于承受的外載荷不同來分類時，滾動軸承可以概括的分為向心軸承、推力軸承、向心推力軸承這三大類，具體說來，主要承受徑向載荷的軸承叫做向心軸承，其中有幾類還可以同時承受不大的軸向載荷；只能承受軸向載荷的軸承叫做推力軸承；能同時承受徑向載荷和軸向載荷的軸承叫做向心推力軸承。 首先我們來分析下刀盤軸安裝刀盤側間隙調(diào)整機構的一端。這一端由于安裝了刀盤側間隙調(diào)整機構，刀盤軸必然受到軸向力，此處的軸承必須能軸向力，而且它直接與調(diào)整螺絲直接進行接觸，并且軸向調(diào)整是雙向的，所以最后選去雙向推力球軸承，還要考慮到在對鋼板進行剪切的時候軸承受到徑向力是必然的，所以必須安裝一個能承受徑向力的軸承，他同時還能允許軸向移動，最后選取圓柱滾子軸承?，F(xiàn)在我們在來研究下安裝刀盤的軸端的軸承情況，由于刀盤對鋼板進行剪切，而刀盤安裝在這一端，必然承受很大的徑向力，同時要允許小量軸向移動，所以最后選取角接觸軸承，因為軸是雙向移動，所以角接觸軸承成對安裝。 4.4.2根據(jù)軸承結構確定軸承的型號 根據(jù)軸的直徑初步確定軸承的型號為： 角接觸軸承 代號：7024AC 圖4.4 角接觸球軸承 4.4.3軸承的壽命校核 首先對角接觸軸承做校核計算 根據(jù)文獻[2，表39.2-22]可得，該軸承的性能參數(shù)如表4-1： 1、軸承分析 在軸徑120 mm處是一對角接觸軸承，并且認為這對軸承是均勻分擔載荷的，我們選其中一個軸承（編號為軸承1）來進行校核，如果安全，則實際安裝了兩個軸承必然是十分安全的。 2、求該軸承受到的徑向載荷和軸向載荷 =513.4 N =1410.6 N 1501.1N 求該軸處的派生軸向力，查文獻[3，表13-7]得其計算公式 =0.681501.1 =1020.7N 該軸承在刀盤軸不做刀盤側間隙調(diào)整的時候幾乎不承受軸向載荷，即可看做外加軸向載荷=0 N。但因為它調(diào)整時受到調(diào)整螺絲或者彈簧的力不確定，所以在取單個計算的時候是“放松”還是“壓緊”都不好確定，不過計算結果可忽略計算為1020.7N。 3、求軸承當量動載荷，查文獻[3，313] = (4.12) 式中： —軸承所受當量動載荷，單位：N —徑向動載荷系數(shù) —軸向動載荷系數(shù) —載荷系數(shù) 表4.1 軸承7024AC的性能參數(shù) （mm） （mm） （mm） （KN） （KN） 重量（Kg） 120 180 28 102 105 2.1 ==0.68=e故查文獻[3，表13-5]得： =1 =0 由于載荷是中等沖擊，查文獻[3，表13-6]得： =1.2 所以 ： = =1.2 =1801.32N (4)驗算軸承的壽命 軸承壽命根據(jù)文獻[3，313]有： = (4.13) 其中： —軸承壽命，單位：h —軸轉速，單位：r/min —溫度系數(shù) —基本額定動載荷，單位：N —滾動軸承為 查文獻[3，表13-4]查得： 1.0 所以 h 假設每年按300個工作日，每日工作24個小時計算，該對軸承可工作的年數(shù)為： N28.6年 顯然非常安全了。 4.4.4 驗算軸承的極限轉速 滾動軸承的工作轉速上升到一定限度后滾動體和保持架的慣性力，以及小的形狀偏差，不僅導致運轉狀態(tài)的惡化，而且造成摩擦面見溫度升高和潤滑劑的性能變化，從而導致滾動體回火或軸承元件的膠合失效，故應對軸承轉速進行驗算。 根據(jù)文獻[2，表39.2-22]查得： r/min 又軸承的轉速 n=141 r/min<<，故安全。 第五章 聯(lián)軸器的選擇 5.1聯(lián)軸器的分類 按照聯(lián)軸器的性能可分為剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器。剛性聯(lián)軸器對所聯(lián)兩軸間的相對位移缺乏補償能力，但有結構簡單，制造容易，不需維護，成本低等特點而仍有其應用范圍；撓性聯(lián)軸器中又分為無彈性元件的撓性聯(lián)軸器和帶彈性元件的撓性聯(lián)軸器，。前一類只具有補償兩軸間相對位移的能力，后一類因裝有彈性元件，不僅可以補償兩軸間的相對位移，而且具有緩沖減振的能力。 5.2聯(lián)軸器的選擇 根據(jù)傳遞載荷的大小，軸轉速的高低，被聯(lián)接兩部件的安裝精度，參考各類聯(lián)軸器特性，選擇一種合用的聯(lián)軸器類型。具體選擇時可考慮以下幾點: 1. 所聯(lián)接兩個軸的軸徑； 2. 傳遞的轉矩大小和性質以及對緩沖減振功能的要求； 3. 聯(lián)軸器的工作轉速高低和引起的離心力大?。? 4. 兩軸相對位移的大小和方向； 5. 聯(lián)軸器的可靠性和工作環(huán)境，以及成本。 根據(jù)以上幾點選取聯(lián)軸器如下：在電機軸與減速機軸之間選取聯(lián)軸器型號為TL8， 減速機軸和傳動軸之間，以及傳動軸和剪切機輸入軸之間的聯(lián)軸器型號為 TL10 查閱文獻[7，表4.72-2] 知各聯(lián)軸器的主要尺寸和特性參數(shù)如下表5.1。 表5.1 聯(lián)軸器的主要尺寸和特性參數(shù) 型號 許用 （N·m） 許用轉速 （r/min） 軸孔直徑 （mm） 軸孔長度 （mm） 轉動慣量 （Kg·m） 重量 （Kg） TL8 TL10 710 2000 2400 1700 45 48 50 55 80 85 112 84 172 132 0.13 0.64 24 60.2 圖5.1 聯(lián)軸器TL8 圖5.1 聯(lián)軸器TL10 5.3 聯(lián)軸器的強度計算 以減速器輸出軸與安裝齒輪的軸之間的聯(lián)軸器為例進行強度校核。齒式聯(lián)軸器的承載能力既與材料和熱處理有關，也與兩軸相對位移的方向和位移量大小有關，而且還與嚙合齒面間的滑動速度和潤滑狀態(tài)有關，對于標準聯(lián)軸器，可按標準規(guī)定的方法驗算： 查文獻[3，343] (5.1) 式中： —聯(lián)軸器的許用轉矩，單位：N·m —聯(lián)軸器長期承受的理論轉矩，單位：N·m —聯(lián)軸器工作條件系數(shù) 其中，可得： =1.5 ==34.8N·m 所以： =1.5×34.8 =52.2 N·m [T]=710 N·m 顯然，故安全。 第六章 設備可靠性與經(jīng)濟評價 6.1 機械設備的有效度 對于可修復設備，由于發(fā)生故障之后，可以修理恢復到正常工作狀態(tài)。因此，從開始工作到發(fā)生故障階段即可靠度，從發(fā)生故障后進行維修恢復到正常工作階段即維修度。把兩者結合起來，就是機械設備的有效度(有效利用率)，查文獻[8，52] （6.1） 式中： —平均故障間隔期，h； —平均維修時間，h。 設備工作時間12000h，可能發(fā)生10次故障，每次處理故障時間平均為5h，檢修時間為200h。 （6.2） h h 6.2 機械設備的投資回收期 表6.1 有關資料表 （萬元） 時間（年） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 投資 60 年凈收益 20 25 35 45 55 60 65 70 75 累計 凈收益 -60 -40 -15 20 65 120 180 245 315 390 查文獻[9，40] 投資回收期 即 年 式中： —行業(yè)投資回收期，重型機械年 可見滿足要求。 第七章 系統(tǒng)的潤滑 潤滑的目的就是為了減少工作表面的摩擦及由此造成的能量損失、減少工作表面的磨損及發(fā)熱，提高其壽命、保持機器的工作精度及提高機器的工作效率；次外，潤滑劑還有沖洗污物、防止表面腐蝕的功能。 7.1潤滑劑的種類 在機械行業(yè)中，常用的潤滑材料可分為礦物潤滑油、潤滑脂（俗稱黃油），另外還有水及固體潤滑劑等。不同的潤滑劑有不同的優(yōu)缺點。 7.2潤滑方式的選擇 凡是能降低摩擦阻力作用的介質都可以作為潤滑劑。目前各類設備中常用的潤滑劑類型為稀油和干油兩大類。 稀油潤滑一般用于下列情況： 1.除完成潤滑任務外，還需要帶走摩擦表面間產(chǎn)生的熱量者； 2.須能夠保證滑動平面間為液體摩擦者：液體摩擦軸承、高速移動的滑動 平面之