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1.5兆牛擺動(dòng)剪切機(jī)的設(shè)計(jì)
1緒論
1.1課題選擇的背景和目的
擺動(dòng)剪切機(jī)是安裝在500型鋼熱連機(jī)前后，用于切頭切尾和卡鋼事故的處理剪。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，需要更多數(shù)量的,更多品種,更高質(zhì)量的型鋼。為滿足這一需求而型鋼的發(fā)展不外乎兩個(gè)，一是挖潛改造舊軋機(jī)，二是上新設(shè)備，采用新技術(shù)新工藝使型鋼設(shè)備現(xiàn)代化。對(duì)我過(guò)來(lái)講兩條腿走路更為重要。用新技術(shù)更新改造的舊軋機(jī)可以少花錢多半事見(jiàn)效快。500/700熱連軋機(jī)組是原鞍鋼第二初軋廠的設(shè)備現(xiàn)以安裝在第一煉剛廠小鋼連車間，采用第一煉鋼廠的連鑄坯，斷面300*300mm長(zhǎng)20米。生產(chǎn)90*90平方毫米和60*60平方毫米的坯料。型鋼熱連軋機(jī)組的生產(chǎn)率高，成品率好采用直列式布置采用普通熱軋法。700型鋼熱連軋采用箱-主箱孔型系統(tǒng)，而500型鋼熱連軋組采用菱-方孔型系統(tǒng)軋機(jī)生產(chǎn)正常。但是擺動(dòng)剪切機(jī)隨著生產(chǎn)速度的提高,經(jīng)常出現(xiàn)滑道斷裂。本設(shè)計(jì)對(duì)擺動(dòng)剪進(jìn)行分析改進(jìn)方案，解決生產(chǎn)中存在問(wèn)題。通過(guò)單體機(jī)械設(shè)計(jì)，掌握單體設(shè)備在700/500連軋機(jī)組的位置為總體方案的選擇創(chuàng)造條件。通過(guò)分析局部觀看總體方案的全局達(dá)到提高綜合設(shè)計(jì)能力和獨(dú)立分析能力，通過(guò)單體機(jī)械擺動(dòng)剪破壞原因分析把理論知識(shí)和生產(chǎn)實(shí)際結(jié)合起來(lái)，這就是選擇這個(gè)題目的目的。
1.2熱軋型鋼軋機(jī)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)
大，中型型鋼生產(chǎn)，大型軋機(jī)軋輥名義直徑在500-750毫米,中型軋機(jī)名義直徑在350-650毫米.軌梁軋機(jī)在750-900mm。實(shí)際，各類軋機(jī)，軋輥直徑很難細(xì)分。700/500型鋼熱連軋機(jī)最大軋輥直徑是850mm，最小軋輥直徑是500mm。大、中型鋼軋機(jī)型鋼生產(chǎn)的特點(diǎn)是產(chǎn)品斷面比較復(fù)雜，除小量的方、園扁以外大多數(shù)是異型斷面產(chǎn)品，由于斷面復(fù)雜，軋后冷卻收縮不均造成軋件內(nèi)部殘余應(yīng)力和成品形狀尺寸的變化。產(chǎn)品品種多，除少量專業(yè)化型鋼軋機(jī)外，大多數(shù)軋機(jī)都進(jìn)行多品種生產(chǎn)，軋輥儲(chǔ)備量大，換輥較頻繁不便于連軋生產(chǎn)、軋制特別多，除少量用專業(yè)化軋機(jī)采用連續(xù)式外大部分小批量生產(chǎn)。世界各國(guó)型鋼的生產(chǎn)占鋼材比重各自不同，工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家型鋼占鋼材比重小，發(fā)展中國(guó)家型鋼占鋼材比重大，型鋼生產(chǎn)的總趨勢(shì)是比重越來(lái)越小，但其產(chǎn)量和品種則逐年增加。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的需要和軋鋼技術(shù)提高。很多原有的型鋼品種不斷改進(jìn)，新的型鋼品種不斷增加，以前，很多必須用鍛壓，沖壓或機(jī)械制造加工方法生產(chǎn)的產(chǎn)品，現(xiàn)在能以軋制方法取而代之，因此，軋制產(chǎn)品的種類和生產(chǎn)技術(shù)，也同樣在一定程度上反映一個(gè)國(guó)家冶金工業(yè)的發(fā)展水平。
型鋼軋機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)是：
1.2.1軋機(jī)布置向半連續(xù)化或全連續(xù)化發(fā)展
半連續(xù)式可分為機(jī)組粗軋為連續(xù)而精軋為橫切式，或者粗軋為橫列式而精軋為連續(xù)式。復(fù)二重式也屬于半連續(xù)式軋制需正反圍盤，軋制速度提高受到限制。連續(xù)式每機(jī)架只軋一道軋件，可在數(shù)架軋機(jī)內(nèi)同時(shí)軋制，軋制速度快溫降小，可采用微張力軋制，生產(chǎn)率與品種單一比較合適，但投資大。
1.2.2軋制工藝改革出現(xiàn)了切分軋制、熱軋冷拔
切分軋制也叫熱軋一縱剖軋法，比較難軋的非對(duì)稱斷面產(chǎn)品先設(shè)計(jì)成對(duì)稱斷石，或?qū)⑿嗝娈a(chǎn)品設(shè)計(jì)成并聯(lián)型式大斷面產(chǎn)品，以提高軋機(jī)生產(chǎn)能力，然后在軋機(jī)上或冷卻后用圓盤剪進(jìn)行縱剖?？傻玫蕉€(gè)不同尺寸的型材。熱軋冷拔，這種方法可生產(chǎn)高精度型材，其產(chǎn)品機(jī)械性能和表石質(zhì)量高于一般熱軋型鋼，可直接應(yīng)用于各種機(jī)械零件，此法可提高工效，減少金屬消耗，進(jìn)行小批量生產(chǎn)，其方法：先熱軋成型，并留有冷加工余量，然后經(jīng)酸洗，堿洗，水洗，涂潤(rùn)滑劑冷拔成材。
1.2.3軋機(jī)結(jié)構(gòu)改造 提高軋制速度
1四輥萬(wàn)能軋機(jī)生產(chǎn)H,T斷面型鋼
2中小型普遍采用預(yù)應(yīng)力及短應(yīng)力線軋機(jī)，結(jié)構(gòu)緊湊，減少調(diào)整，減少工藝過(guò)程，提高軋制精度
1.2.4加熱爐控制
加熱爐采用電視遙控及計(jì)算機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)爐溫及爐壓滿足節(jié)約燃料，加熱均勻控制方便。
1.2.5冷卻工藝改造
冷卻工藝改造采取斯太爾摩法，施羅曼法等應(yīng)用小型和線材在軋件檢測(cè)上增添測(cè)厚儀，激光測(cè)徑儀，光學(xué)測(cè)徑儀，元素測(cè)量法等，型鋼軋機(jī)逐漸向?qū)I(yè)化，長(zhǎng)件化，多品種以及向半連軋和全連續(xù)化方向發(fā)展。
1.3剪切機(jī)的種類和用途
型鋼剪切機(jī)主要有三種類型
1.3.1擺動(dòng)式剪切機(jī)
裝在連軋機(jī)的前面，用于剪切頭尾和事故剪。
1.3.2滾動(dòng)式飛剪
剪切小型鋼，作為切頭飛剪，其剪切厚度可達(dá)45mm，速度可達(dá)15m/s的軋件。
1.3.3曲柄偏心式飛剪
這類飛剪裝設(shè)在連續(xù)型鋼軋機(jī)后面剪定R長(zhǎng)度的鋼坯。
1.4擺動(dòng)剪研究的內(nèi)容和方法
1.4.1擺動(dòng)剪在型鋼連續(xù)機(jī)組布置和作用
1機(jī)組平面布置圖如圖1.1所示
圖1.1 300/500機(jī)組平面布置示意圖
2擺動(dòng)剪的作用
將700連軋機(jī)軋出的坯料，切頭，以便500連軋機(jī)咬入，防止卡鋼，切尾防止運(yùn)行中劃傷輥道和軋制困難，當(dāng)軋機(jī)出現(xiàn)事故時(shí)，將700連軋機(jī)軋出的軋坯剪斷以便用吊車運(yùn)走防止軋件在軋機(jī)中停留，即事故處理剪。
1.4.2型鋼熱連軋機(jī)的生產(chǎn)工藝
原料從第一煉鋼廠連鑄車間運(yùn)來(lái)進(jìn)F1軋機(jī)水平軋制經(jīng)過(guò)90度翻鋼機(jī)翻轉(zhuǎn)90度進(jìn)入F2水平軋機(jī)在經(jīng)過(guò)水平連續(xù)軋制。從軋制過(guò)程中可以看出700連軋機(jī)采用的箱-主箱孔型系統(tǒng)，而F1采用水平軋機(jī)是因?yàn)槿舨捎昧⑤佭x用上傳動(dòng)方案，使得廠房費(fèi)用變太高，投資費(fèi)用更多。采用下傳動(dòng)方案，維修不方便。采用水平軋機(jī)用90度翻鋼機(jī)也達(dá)到了箱-箱孔型要求。700連軋機(jī)出來(lái)后 通過(guò)擺動(dòng)剪切頭由45度翻鋼機(jī)變成菱形，在進(jìn)入水平軋機(jī)軋制后用飛剪機(jī)剪切成一定的定R長(zhǎng)度。500連軋機(jī)采用菱-方孔型系統(tǒng)。剪切后的軋件用收集輥道收集后打印用吊車運(yùn)往冷床冷卻后入庫(kù)。
1.4.3擺動(dòng)剪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和研究的內(nèi)容與方法
1擺動(dòng)剪采用雙曲柄機(jī)構(gòu)，通過(guò)軋件運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)它擺動(dòng)到一定擺角后剪斷后復(fù)位，剪切過(guò)程中，在復(fù)位彈簧的彈力作用下使擺角復(fù)位。
2首先到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)擺式剪進(jìn)行調(diào)研，了解剪切機(jī)生產(chǎn)中存在問(wèn)題，收集有關(guān)技術(shù)參數(shù)，了解結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
3制定設(shè)計(jì)改進(jìn)方案并進(jìn)行方案的評(píng)述。
4進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。
5對(duì)傳動(dòng)控制系統(tǒng)提出要求以保證擺式剪的啟動(dòng)和自動(dòng)控制方法。
6對(duì)傳動(dòng)付提出潤(rùn)滑方法和潤(rùn)滑油品種。
7制定出安裝規(guī)程和檢修要求。
8進(jìn)行設(shè)備的經(jīng)濟(jì)分析與評(píng)價(jià)。
2擺動(dòng)剪設(shè)計(jì)方案的選擇和評(píng)述
2.1擺動(dòng)式飛剪機(jī)設(shè)計(jì)方案的選擇
2.1.1擺動(dòng)式飛剪傳動(dòng)簡(jiǎn)圖
如圖2.1所示：
1驅(qū)動(dòng)齒輪；2偏心曲軸；3連桿；4上刀臺(tái)；5拉桿；6滑槽；7下刀臺(tái)；8滑塊；9彈簧；10聯(lián)軸器；
11驅(qū)動(dòng)電機(jī).
圖2.1擺動(dòng)式飛剪傳動(dòng)簡(jiǎn)圖
2.1.2擺動(dòng)剪的剪切過(guò)程
在軋制過(guò)程中軋件到擺動(dòng)剪前啟動(dòng)剪切機(jī)軋件運(yùn)行剪切機(jī)內(nèi)進(jìn)行剪切。因此軋件運(yùn)行帶動(dòng)剪切機(jī)構(gòu)擺動(dòng)，此時(shí)滑快沿滑槽滑動(dòng)，剪斷后達(dá)到允許擺角。剪切機(jī)構(gòu)逐漸達(dá)到最大開(kāi)口度，同時(shí)在復(fù)位彈簧作用下擺動(dòng)桿擺回剪切機(jī)復(fù)位，完成一次剪切。剪切機(jī)采用剪切工作制，剪切機(jī)構(gòu)采用雙曲柄機(jī)構(gòu)。
2.2擺動(dòng)剪方案評(píng)述
由擺動(dòng)式飛剪傳動(dòng)簡(jiǎn)圖可知，采用單電機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用飛輪力矩少的電機(jī)，以便起制動(dòng)，采用聯(lián)軸節(jié)制動(dòng)器以便電機(jī)快速停止。傳動(dòng)采用二級(jí)齒輪帶動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)。采用曲柄連桿剪切機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。為保證擺桿復(fù)位采用復(fù)位彈簧，防止復(fù)位沖擊。曲柄采用滾動(dòng)軸承。
為解決滑道破壞其辦法：第一是減小擺角，因軋件剪切時(shí)間一定即軋件移動(dòng)距離一定，擺角減小只能增加擺桿長(zhǎng)度。第二增加許用擺角采用加長(zhǎng)復(fù)位彈簧的改變。
2.2.1減小擺角
(1)方案1
利用原機(jī)架將地基上面安上地腳板，為使軋線不變加長(zhǎng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)和拉桿的長(zhǎng)度，這個(gè)方案基本上保持原設(shè)計(jì)的模式總體無(wú)大的改變。
通過(guò)計(jì)算機(jī)架應(yīng)抬高300mm。并選擇轉(zhuǎn)速較大的電機(jī)減小擺角，使擺角在許用值之內(nèi)。選擇低轉(zhuǎn)速慣量，高轉(zhuǎn)速電機(jī)降低啟動(dòng)時(shí)間，在額定轉(zhuǎn)速時(shí)進(jìn)行剪切，可減少剪切時(shí)間，減少擺動(dòng)剪的擺角。
(2)方案2
利用原機(jī)架，把曲柄在機(jī)架上的軸承座墊高，即制造一對(duì)與原軸承座相同的瓦座，放時(shí)機(jī)架內(nèi)其他部分同方案1。
(3)方案3
利用原機(jī)架，將電機(jī)啟動(dòng)工作改成連續(xù)工作制，大齒輪空套在曲柄上，采用離合裝置進(jìn)行剪切。這樣剪切時(shí)間減少擺角也減少。不改變復(fù)位機(jī)構(gòu)達(dá)到剪切的目的。電機(jī)可完全在額定轉(zhuǎn)速下剪切，剪切時(shí)間自然減少軋輥?zhàn)叩拈L(zhǎng)度變小，擺角自然較小。
2.2.2增加許用擺角
增加復(fù)位彈簧的長(zhǎng)度，適當(dāng)增加拉桿長(zhǎng)度，再加一個(gè)螺釘套筒，從而使許用壓縮量增長(zhǎng)了許用擺角達(dá)到改進(jìn)的目的。
由上面的評(píng)述在結(jié)合工廠的實(shí)際情況，可采用增加許用擺角方案，同選擇慣性低的電機(jī)其優(yōu)點(diǎn)：
1改造的環(huán)節(jié)少；
2制造費(fèi)用低；
3裝拆容易；
4經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)改造，使用效果良好；
決定采用該方案，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2.2所示
圖2.2機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖
3剪切力的計(jì)算
3.1剪切速度和剪切力
3.1.1擺動(dòng)剪設(shè)計(jì)參數(shù)
軋件運(yùn)行速度1.5
軋件尺寸136136
材質(zhì)
剪切溫度
3.1.2剪切機(jī)構(gòu)主要參數(shù)的確定
1剪切行程H=+j+ q +s，=h+（50-70）=181+29=210mm
700連軋出來(lái)的斷面取29 j=0，q=0，s=10
H=210+10=220mm
2剪切機(jī)構(gòu)
剪切機(jī)構(gòu)采用雙曲柄機(jī)構(gòu)
保證運(yùn)動(dòng)剪切增加一個(gè)擺桿
曲柄尺寸＝60mm ＝50mm
為＝110mm
＝600mm
＝550mm
＝108mm
其它尺寸圖3.1所示
圖3.1機(jī)構(gòu)尺寸簡(jiǎn)圖
3剪切機(jī)構(gòu)活動(dòng)度
由圖3.1可知，機(jī)構(gòu)活動(dòng)度
Ｗ＝3n－2－
?。?6－28－0
?。?
曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)和軋件運(yùn)動(dòng)推動(dòng)機(jī)構(gòu)擺動(dòng)，因此機(jī)構(gòu)有確定的運(yùn)動(dòng)。
3.1.3剪切速度的確定
1不擺動(dòng)剪切時(shí)的剪切速度
u＝＝＝
＝
＝
開(kāi)始剪切時(shí)：，t＝，＝－490，＝
2軋件運(yùn)動(dòng)時(shí)的剪切速度
u＝＝＝]
＝
tg
＝
式中Ｖ——軋件運(yùn)行速度mm／s
——剪切時(shí)間 ＝t－
＝－490
剪刃接觸軋件開(kāi)始剪切，軋件高度＝180mm
開(kāi)始剪切剪切行程＝220－181＝39mm
切入深度Z＝－39
剪刃行程大于39毫米以后，開(kāi)始剪切軋件，相對(duì)切入深度
計(jì)算結(jié)果列表3.1中
表3.1計(jì)算數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表
曲柄轉(zhuǎn)角（）
剪刃行程坐標(biāo)長(zhǎng)度（mm）
剪刃行程X（mm）
剪切速度V
（mm/s）
切入深度Z
（mm）
相對(duì)切入深度（%0
20
495
5
58.7
0
0
40
511
21
114.4
0
0
54
529
39
148.2
0
0
65
545
55
173.2
16
8.8
75
565
72
190.6
33
18
85
580
90
203.2
51
28
95
599
109
209.9
70
39
105
619
129
209.9
90
50
115
656
166
187.9
127
70
135
672
182
165.8
143
80
150
693
203
120.1
164
91
160
702
212
83.0
173
96
3計(jì)算曲柄轉(zhuǎn)速，剪切時(shí)間
n＝
V＝209.9mm／s R＝＋＝110mm
n＝ ?。?8r／min
開(kāi)始剪切時(shí)間 ＝
剪切完成時(shí)間 =
剪切時(shí)間 ==1.7-0.5=1.2s
3.1.4剪切力的計(jì)算
1.最大剪切力的計(jì)算
—— 剪切原始面積 =136136
——剪切深度最大單位剪切抗力，由文獻(xiàn)[6，259]查表45，=48Mpa
——剪切溫度強(qiáng)變限，由文獻(xiàn)[6，265]查表8.3，t=950，=80Mpa
K——剪刃磨鈍系數(shù)由文獻(xiàn)[6，262],中型剪K=1.2
=1.248136136
2.不同剪切位置的剪切力
=
——剪切位置單位剪切抗力
——寬變變化系數(shù) 確定 取=1
= =28Mpa
=128136136=518KN
其他計(jì)算見(jiàn)表3.2
表3.2數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表
曲柄轉(zhuǎn)角（）
相對(duì)切入深度（%）
單位剪切阻力（Mpa）
剪切力（KN）
65
8.8
28
517.89
75
18
35
647.36
85
28
43
795.33
95
39
48
887.81
105
50
46
850.82
115
70
41
758.34
135
80
38
702.85
150
91
28
517.89
160
96
18
332.93
3.2剪切力矩的計(jì)算
偏心軸上靜力矩
式中——剪切力矩
——上剪刃剪切力矩
=
——下剪刃剪切力矩
=
——摩擦力矩
=
——摩擦系數(shù) 啟動(dòng)工作制
計(jì)算結(jié)果列表3.3
表3.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表
曲柄轉(zhuǎn)角（）
剪切力（KN）
65
517.89
2.1
2.8
2.8
7.7
75
647.36
2.9
3.8
3.6
10.3
85
795.33
3.8
4.8
4.4
13
95
887.81
4.4
5.3
4.9
14.6
105
850.82
4.2
4.9
4.7
13.8
115
758.34
3.6
4.1
4.2
11.9
135
702.85
2.8
3.0
3.9
9.7
150
517.89
1.5
1.6
2.9
6.0
160
332.93
0.7
0.7
1.8
3.2
4電機(jī)型號(hào)及容量的選擇
根據(jù)實(shí)際需要選擇電機(jī) ZD131-1B
N=100千瓦，n=500-1000，K=2.5-2.75
電機(jī)的功率
——曲柄最大靜力矩 KNm
——曲柄轉(zhuǎn)速 =18
K——電機(jī)過(guò)載系數(shù)
查電機(jī)手冊(cè) >N , =584
速比 =32
5主要零件的強(qiáng)度計(jì)算
5.1齒輪的強(qiáng)度計(jì)算
設(shè)備為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用8級(jí)精度等級(jí),直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。
材料選擇。由文獻(xiàn)[7，189]表10-1選擇小齒輪為40 （調(diào)質(zhì)），硬度為260HBS，大齒輪材料為（調(diào)質(zhì)）硬度為200HBS，二者材料硬度差為60HBS
選小齒輪齒數(shù)=18，大齒輪齒數(shù)=u =518=90
5.1.1按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由文獻(xiàn)[7，200]設(shè)計(jì)計(jì)算公式（10-9a）進(jìn)行試算，即
（5.1）
確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
1.試選載荷系數(shù)=2.7；
2.計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
=95.5/=95.5100/90=1.06；
3.由文獻(xiàn)[7，201]表10-7選取齒寬系數(shù) =1；
4.由文獻(xiàn)[7，198]表10-6查得材料的彈性影響系數(shù) =189.8Mpa；
5.由文獻(xiàn)[7，207]圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限
=600Mpa；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 =540Mpa；
6.計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
=60j=609012830015=3.89
=/5=7.78；
7.由文獻(xiàn)[7，203]圖10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù) =0.95；=0.91；
8.計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由文獻(xiàn)[7，202]
式（10-12）得
= =0.95600Mpa=570MPa
= =0.91540Mpa=506Mpa
5.1.2計(jì)算
1.試算小齒輪分度圓直徑,帶入中較小的值
=400mm
2.計(jì)算圓周速度V
V==m/s=0.4m/s
3.計(jì)算齒厚b
b==400mm
4.計(jì)算齒厚與齒高之比b/h
模數(shù)
==17
齒高
h=2.25=37.5mm b/h=10.67
5.計(jì)算載荷系數(shù)
根據(jù)V=0.4m/s，8級(jí)精度，由文獻(xiàn)[7，192]圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)=1.10；
直齒輪，假設(shè)/b〈100N/mm。由文獻(xiàn)[7，193]表10-3查得=1.2；
由文獻(xiàn)[7，190]表10-2查得使用系數(shù)=1；
由文獻(xiàn)[7，194]表10-4查得8級(jí)精度，小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱布置時(shí)。
=1.53
由b/h=10.67，=1.53由文獻(xiàn)[7，195]查圖10-13得=1.35；故載荷系數(shù)
6.按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算的分度圓直徑，得
=650mm=395.87mm
7.計(jì)算模數(shù)m
m===19.98
5.1.3按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由文獻(xiàn)[7，198]式（10-5）得彎曲強(qiáng)度的計(jì)算公式為
（5.2）
1.確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
（ 1 ）由文獻(xiàn)[7，204]圖10-20c查得
小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限=500Mpa；
大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限=380Mpa；
（ 2 ）由文獻(xiàn)[7，202]圖10-18查得彎曲疲勞系數(shù)=0.90，=0.97；
（ 3 ）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，得
=
=
（ 4 ）計(jì)算載荷系數(shù)K
=1.68
（ 5 ）查取齒形系數(shù)
由文獻(xiàn)[7，197]表10-5查得=2.91；=2.20。
（ 6 ）查取應(yīng)力校正系數(shù)
由文獻(xiàn)[7，197]表10-5可查得=1.53；=1.78。
（ 7 ）計(jì)算大、小齒輪的并加以比較
大齒輪的數(shù)值大。
2.設(shè)計(jì)計(jì)算
對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)16.46并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值為20mm，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑，算出小齒輪齒數(shù)
小齒輪齒數(shù)===20
大齒輪齒數(shù)
這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，既能滿足齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又能滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。
5.1.4幾何尺寸計(jì)算
1計(jì)算分度圓直徑
2計(jì)算中心距
3計(jì)算齒輪寬度 取 。
5.2曲軸的強(qiáng)度計(jì)算
5.2.1曲軸的尺寸和材料性能
曲軸尺寸見(jiàn)圖5.1
圖5.1曲軸尺寸圖
選擇材料熱處理調(diào)質(zhì)
5.2.2曲軸的強(qiáng)度校核
由見(jiàn)圖計(jì)算公式：
第三位置，危險(xiǎn)截面Ⅰ―Ⅰ，Ⅱ―Ⅱ，Ⅲ―Ⅲ，
P=887.81KN，=44000，=53000
其內(nèi)力圖由圖5.2所示
圖5.2內(nèi)力圖
Ⅰ―Ⅰ截面
=345P==153147
=44000-=17500
W=
=
Ⅱ―Ⅱ截面
=210P=210887.81=93220
=17500
= 安全
Ⅲ―Ⅲ截面
安全
最大剪切力1500KN
=
=偏安全
5.3切向鍵的計(jì)算
切向鍵受力如圖5.3所示
圖5.3切向鍵受力圖
切向鍵工作面上的抗擠壓的強(qiáng)度條件計(jì)算，不計(jì)入表面的摩擦力，兩個(gè)鍵按一個(gè)計(jì)算，，傳遞的扭矩為：
因?yàn)?0.1，則
=27.6 （Mpa）
式中—鍵的寬度（mm）
—切向鍵的長(zhǎng)度 （mm）
—在鍵的工作面上的倒棱的寬度（mm）
—擠壓許用應(yīng)力（Mpa）
=0.2，=4mm，=0.1，=180，=45mm，=14.6Mpa
> 滿足強(qiáng)度條件
5.4滑塊損壞的改進(jìn)設(shè)計(jì)
從計(jì)算結(jié)果可知，剪切136136的軋件，剪切力沒(méi)有達(dá)到擺式剪最大剪切力1.5MN，構(gòu)件強(qiáng)度按原設(shè)計(jì)是滿足要求的。但拉桿擺角增加，彈簧實(shí)際位移大于允許位移，彈簧壓死。從剪切機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸可以算出，剪切機(jī)構(gòu)的擺角時(shí)，滑道外沿受力。由于連接處相當(dāng)于焊死，機(jī)構(gòu)又強(qiáng)迫擺動(dòng)，勢(shì)必使滑塊與滑道之間產(chǎn)生很大的相互力偶作用，致使連桿變形，滑道損壞。
解決滑道損壞的方法
1.增加一節(jié)彈簧，使它的允許位移增加到386mm，滿足 條件，防止復(fù)位彈簧壓死。
2.增加擺體長(zhǎng)度，使拉桿擺角減小，雖然彈簧變形略有增加，仍滿足 條件。
6 潤(rùn)滑方法的選擇
6.1潤(rùn)滑和摩擦的概念
在現(xiàn)代冶金工廠中，為減少機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)部分的摩擦，延長(zhǎng)機(jī)件使用壽命及減少能量消耗，故對(duì)于潤(rùn)滑問(wèn)題，越來(lái)越顯得重要。而軋鋼車間又是整個(gè)冶金工廠中機(jī)械設(shè)備最集中的地方，并要求機(jī)件能長(zhǎng)時(shí)間工作，以保證連續(xù)生產(chǎn)，因而對(duì)軋鋼機(jī)械設(shè)備的潤(rùn)滑界顯得更為重要。根據(jù)以往統(tǒng)計(jì)，軋鋼車間有很大一部分動(dòng)力是消耗在無(wú)用的摩擦上，大部分機(jī)件的損壞與定期更換也是摩擦作用的結(jié)果，因此設(shè)法降低摩擦將是提高生產(chǎn)率的一個(gè)途徑。
摩擦通常分為三種：干摩擦，液體摩擦，半液體摩擦。
干摩擦就是運(yùn)動(dòng)部分直接接觸，其間沒(méi)有第三者參與運(yùn)動(dòng)，因此，二接觸面的凹凸點(diǎn)（顯微組織）在運(yùn)動(dòng)中互起阻礙作用，產(chǎn)生摩擦，這種情況叫干摩擦。相反，如果在運(yùn)動(dòng)件之間有第三者參見(jiàn)運(yùn)動(dòng)，使二相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的表面不直接接觸，由第三者給隔離起來(lái)，后者的摩擦要比前者小得多。半液體摩擦則是介于二者之間的一種摩擦。
干摩擦的大小取決于二相對(duì)物體的材料性質(zhì)、運(yùn)動(dòng)速度、工作溫度、表面狀況等因素。一般情況下，這類摩擦系數(shù)在0.18～0.45之間，而液體摩擦系數(shù)卻遠(yuǎn)較干摩擦為小，通常在0.001～0.005之間。
潤(rùn)滑的基本原理，就是隔開(kāi)二接觸面凹凸不平的表面接觸，變?yōu)榈谌撸ㄓ湍ぃ┑膬?nèi)摩擦運(yùn)動(dòng)。液體的內(nèi)摩擦要比相對(duì)運(yùn)動(dòng)的固體為摩擦小得多。油膜保持得越好，則摩擦系數(shù)就越小。封閉式液體摩擦軸承就是根據(jù)此原則把潤(rùn)滑油加壓后送進(jìn)去的，目的是為更好的將軸托起增加油墨厚度以減少摩擦。
軋鋼車間的機(jī)械設(shè)備是在高溫和惡劣條件下工作的。一般機(jī)件都在承受〉100C的溫度，有的摩擦機(jī)件在250～400kg/cm或更高壓力下運(yùn)轉(zhuǎn)，有時(shí)還有沖擊負(fù)荷，潤(rùn)膜極易被破壞轉(zhuǎn)數(shù)不高也使油膜難以形成。此外，如水分多、灰塵多、有腐蝕性氣體都是潤(rùn)滑的不利條件。
為此要求潤(rùn)滑油應(yīng)具備下列幾點(diǎn)：
1所用的潤(rùn)滑油能適應(yīng)高溫、高壓負(fù)荷各種轉(zhuǎn)數(shù)的要求，能夠保證處于液
體摩擦狀態(tài)，即要求具有潤(rùn)滑作用。
2 潤(rùn)滑油在機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中應(yīng)具有冷卻作用，能保持摩擦表面具有一定的工作溫度。要求潤(rùn)滑油具有清潔作用，能夠在規(guī)定時(shí)間內(nèi)經(jīng)受外界溫度、壓力、濕氣與氧化等作用，不應(yīng)有腐蝕作用。
3要求潤(rùn)滑油具有清潔作用，能吸收帶走運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的一些有害物質(zhì)，如金屬屑、灰塵等雜物。
4要求潤(rùn)滑油具有清潔作用，能夠在規(guī)定時(shí)間內(nèi)經(jīng)受外界溫度、壓力、濕氣與氧化等作用，不應(yīng)有腐蝕作用。
機(jī)組和機(jī)件中摩擦不見(jiàn)得潤(rùn)滑要依靠專門的潤(rùn)滑系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)把潤(rùn)滑材料送至摩擦表面方法的不同，潤(rùn)滑系統(tǒng)分為流出式和循環(huán)式兩種。按照用油點(diǎn)間的關(guān)系來(lái)分，又有集中潤(rùn)滑與單獨(dú)潤(rùn)滑兩種。
6.2剪切機(jī)設(shè)備潤(rùn)滑方法
減速機(jī)采用稀油油池潤(rùn)滑，高處軸承采用干油潤(rùn)滑，曲軸各軸承采用干油潤(rùn)滑，滑槽采用干油潤(rùn)滑，機(jī)構(gòu)連桿轉(zhuǎn)動(dòng)處采用干油潤(rùn)滑。
7試車方法和對(duì)控制系統(tǒng)的要求
7.1試車要求
1.組裝完畢，須進(jìn)行人工盤車，確無(wú)不良現(xiàn)象時(shí)方可試車
2.空載試車至少兩個(gè)小時(shí)，正反轉(zhuǎn)各一小時(shí)以上
3.試車應(yīng)保證
1>潤(rùn)滑系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)正常
2>傳動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)周期性噪音
3>壓下系統(tǒng)輕便靈活
4>各緊固零件聯(lián)結(jié)可靠
5>各軸承溫度不超過(guò)
4.滿足以上要求，方可試車
7.2維護(hù)規(guī)程
1.一切正常方可開(kāi)車
2.停車后要檢查系統(tǒng)有無(wú)缺陷和各運(yùn)動(dòng)部件溫度。
3.清理擺動(dòng)剪周圍的臟物，經(jīng)常保持清潔
4.設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)后按巡回檢查制，按時(shí)定期檢查設(shè)備的潤(rùn)滑聲音、溫度和振動(dòng)以及運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)解決。
8設(shè)備的可靠性及經(jīng)濟(jì)分析
機(jī)械設(shè)備的有效度
對(duì)于可修復(fù)的設(shè)備，由于發(fā)生故障之后，可以修理恢復(fù)到正常的狀態(tài)。因此，從開(kāi)始工作到發(fā)生故障經(jīng)歷的時(shí)間（即可靠度）?？煽慷葧r(shí)間越長(zhǎng)越好。另外，從發(fā)生故障到經(jīng)過(guò)維修后恢復(fù)到正常的工作狀態(tài)階段的時(shí)間（即維修度）。把可靠度和維修度兩者結(jié)合起來(lái)舊叫有效度（也叫有效利用率）。
MTBF-平均故障間隔期（h）
MTTR-平均維修時(shí)間（h）
表7.1資金相關(guān)資料表 （單位：千萬(wàn)）
時(shí)間
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
投資
3.0
2.5
年收
1.0
1.5
2.0
2.5
2.5
2.5
2.5
3.0
3.0
3.0
累收
-3.0
-5.5
-4.5
-3.0
-1.0
1.5
4.0
6.5
9.0
12.0
15.0
18.0
投資回收期：
年
—行業(yè)投資回收期，重型機(jī)械年
因?yàn)?
所以可以投資。
結(jié)論
本文對(duì)1.5兆牛擺動(dòng)剪切機(jī)進(jìn)行了理論設(shè)計(jì)。進(jìn)行了擺動(dòng)剪切機(jī)的運(yùn)動(dòng)分析和機(jī)構(gòu)的理論分析。分別進(jìn)行了機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)，齒輪、曲軸的設(shè)計(jì)以及齒輪、曲軸的校核。最后進(jìn)行了機(jī)構(gòu)的改進(jìn)。在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中幾乎涉及大學(xué)期間所學(xué)的全部課程，是大學(xué)期間所學(xué)課程的一次總結(jié)和檢驗(yàn)。
經(jīng)過(guò)反復(fù)的計(jì)算和校核，我所設(shè)計(jì)的1.5兆牛擺動(dòng)剪切機(jī)在理論上基本符合要求。在材料的選擇上不僅考慮到滿足設(shè)備自身的性能要求同時(shí)還考慮到了其經(jīng)濟(jì)性，減少了生產(chǎn)成本。由于本人水平有限，如有錯(cuò)誤敬請(qǐng)?jiān)彙?
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