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第 VI 頁(yè)
遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
160T振動(dòng)剪切機(jī)
摘要
本次設(shè)計(jì)的是160T振動(dòng)剪切機(jī)。此次設(shè)計(jì)內(nèi)容包括總體方案設(shè)計(jì)、剪切機(jī)參數(shù)計(jì)算、剪切機(jī)電機(jī)容量的選擇、主要零部件的強(qiáng)度計(jì)算、潤(rùn)滑方法的選擇。其中，剪切機(jī)參數(shù)計(jì)算又包括了刀臺(tái)、曲軸、連桿、齒輪的計(jì)算以及激振器的液壓缸、活塞桿、換向閥閥芯和殼體的設(shè)計(jì)計(jì)算剪切機(jī)是軋鋼車(chē)間生產(chǎn)的產(chǎn)品，一般都要經(jīng)過(guò)切頭、切尾并切成定尺長(zhǎng)度，根據(jù)軋件的斷面形狀和對(duì)切斷面質(zhì)量的要求不同，所采取的切斷方法也不同，剪切機(jī)通常用來(lái)切斷方坯、扁坯、鋼板和一些小型鋼材。在此，根據(jù)給定參數(shù)對(duì)160T振動(dòng)剪切機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，從而對(duì)160T振動(dòng)剪切機(jī)有一定了解，對(duì)剪切機(jī)的設(shè)計(jì)有一定的認(rèn)識(shí)，加深對(duì)剪切機(jī)的工作原理以及剪切機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)、零件尺寸等的理解，以便以后能對(duì)剪切機(jī)能更好的運(yùn)用。
關(guān)鍵詞：剪切機(jī)；曲柄連桿機(jī)構(gòu)；激振器；
160 t shears vibration
Abstract
The design of vibration shear machine is 160 t. This design content including overall scheme design, shear machine parameter calculation, shear mechanical and electrical machine capacity selection, strength calculation of main components, lubrication method choice. Among them, the parameters are calculated, including the knife cut machines, the calculation of the crankshaft, connecting rod, gear and hydraulic cylinder, piston rod, vibrator reversing valve core and shell design and calculation of the shear machine is the product of steel rolling workshop production, which is typically cut head, cut the tail and cut it into specified length, according to the shape of the cross section of the rolled piece and the requirement for the quality of cut surface, by use of cutting method is different also, shear machine is usually used to cut billet, slab and steel plate and some small steel. Here, according to the given parameters for design and calculation of the 160 t vibration shear machine, thus a better understanding of 160 t vibration shear machine, the design of shearer has certain understanding, deepened to the working principle of shearing machine and shearing machine understanding of design parameters, such as component size, so that to use shear function better in the future.
Key Words:Shearing machine,Crank connecting rod mechanism,Vibrator
目錄
1 緒論 1
1.1 選題背景與目的 1
1.2 國(guó)內(nèi)剪切機(jī)的發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀 1
1.2.1 國(guó)內(nèi)剪切機(jī)的發(fā)展歷史 1
1.2.2 國(guó)內(nèi)剪切機(jī)的研究現(xiàn)狀 1
1.3 設(shè)計(jì)方法和內(nèi)容 2
2 設(shè)計(jì)方案的確定 3
2.1 方案設(shè)計(jì)參數(shù) 3
2.2 剪切機(jī)的分類 3
2.2.1 平行刀片剪切機(jī) 3
2.2.2 斜刀片剪切機(jī) 3
2.2.3 圓盤(pán)式剪切機(jī) 4
2.2.4 飛剪機(jī) 4
2.3 剪切機(jī)工作原理 4
2.3.1 上切式平行刀片剪切機(jī) 4
2.3.2 下切式平行刀片剪切機(jī) 5
2.4設(shè)計(jì)方案的確定 5
3 剪切機(jī)參數(shù)計(jì)算 6
3.1 剪切機(jī)力能參數(shù) 6
3.1.1 最大剪切力計(jì)算 6
3.1.2 剪切功的計(jì)算 6
3.1.3 剪切過(guò)程分析 7
3.2 剪切機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù) 8
3.2.1 刀片行程 8
3.2.2 刀片尺寸 9
3.2.3 剪切次數(shù) 10
3.3 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的計(jì)算 10
3.3.1 曲軸偏心距的確定 10
圖3.2 刀片位移與曲軸轉(zhuǎn)角關(guān)系圖 11
3.3.2 刀片位移與曲軸轉(zhuǎn)角的關(guān)系 11
3.3.3 剪切力與曲軸轉(zhuǎn)角的關(guān)系 12
3.4 靜力矩的計(jì)算 14
3.5 電機(jī)的選擇和校核 14
3.6 傳動(dòng)比的計(jì)算 15
3.6.1 總傳動(dòng)比 15
3.6.2 分配傳動(dòng)比 15
3.7 傳動(dòng)裝置動(dòng)力參數(shù) 15
3.7.1 各軸轉(zhuǎn)速 15
3.7.2 各軸功率 16
3.7.3 各軸輸入轉(zhuǎn)矩 16
3.8 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17
3.8.1 皮帶輪的計(jì)算 17
3.8.2 減速器的選用 19
3.9 曲軸與連桿的設(shè)計(jì) 23
3.9.1 曲軸 23
3.9.2 連桿 25
3.10 鍵的選擇計(jì)算 26
3.10.1 小開(kāi)式齒輪軸上的鍵的設(shè)計(jì) 26
3.10.2 大開(kāi)式齒輪軸上的鍵的設(shè)計(jì) 27
3.11 激振器的設(shè)計(jì)計(jì)算 27
3.11.1 確定活塞的直徑和機(jī)殼厚度 27
3.11.2 端蓋螺栓的計(jì)算 28
3.11.3 換向閥設(shè)計(jì) 29
3.11.5 液壓馬達(dá)選擇 31
3.11.6 其他零件設(shè)計(jì) 32
4 設(shè)備的可靠性與經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià) 33
4.1 設(shè)備完好率與利用率 33
4.2 設(shè)備的可靠性 33
4.2.1 設(shè)備可靠度的計(jì)算 33
4.2.2 設(shè)備平均壽命 34
4.2.3 機(jī)械設(shè)備的有效度 34
4.3 設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià) 35
4.3.1 盈虧平衡分析 36
總 結(jié) 38
致 謝 39
參考文獻(xiàn) 40
第 50 頁(yè)
遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
1 緒論
1.1 選題背景與目的
用于對(duì)軋件進(jìn)行切頭，切尾或剪切成規(guī)定尺寸的機(jī)械稱為剪切機(jī)。剪切機(jī)的用途是用來(lái)剪切定尺、切頭、切尾、切邊、切試樣及切除軋件的局部缺陷等等。剪切機(jī)隨著工業(yè)自動(dòng)化進(jìn)程的深入而得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。近二十年來(lái)，國(guó)內(nèi)的軋鋼生產(chǎn)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，由于市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品不斷提出新的要求，生產(chǎn)廠對(duì)各種剪切機(jī)的需求也在不斷變化。
隨著時(shí)代的發(fā)展和科學(xué)的進(jìn)步，鋼鐵行業(yè)也得到了相應(yīng)的發(fā)展。剪切機(jī)在鋼鐵行業(yè)中一直扮演著重要的角色。在軋件的處理上剪切機(jī)是不可或缺的。剪切機(jī)的工作情況直接影響到整個(gè)生產(chǎn)線的工作質(zhì)量和工作效率。特別是在應(yīng)對(duì)突發(fā)事故12-切機(jī)更起到了保護(hù)安全生產(chǎn)線的作用。由于其在軋鋼機(jī)械輔助設(shè)備中的重要性，對(duì)于剪切機(jī)的技術(shù)改革和創(chuàng)新從來(lái)都沒(méi)有停止過(guò)。本設(shè)計(jì)主要對(duì)振動(dòng)剪切機(jī)進(jìn)行研究。
1.2 國(guó)內(nèi)剪切機(jī)的發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀
1.2.1 國(guó)內(nèi)剪切機(jī)的發(fā)展歷史
隨著時(shí)代的發(fā)展，對(duì)于剪切機(jī)的研究速度也在迅速發(fā)展。目前國(guó)內(nèi)外有許多質(zhì)量上乘，性能優(yōu)良的剪切機(jī)。我國(guó)剪切機(jī)的研制應(yīng)用起步于20 世紀(jì)80 年代中期，主要是作為廢舊金屬加工設(shè)備。原國(guó)家計(jì)委在發(fā)展中國(guó)鋼鐵工業(yè)中把廢鋼鐵回收加工列入節(jié)能項(xiàng)目, 宏觀政策上鼓勵(lì)發(fā)展。當(dāng)時(shí)由商業(yè)部和國(guó)家物資局從捷克、日本、美國(guó)、西德等組織引進(jìn)了部分廢鋼打包機(jī)、剪切機(jī)。首先武裝京、津、滬等大中城市。然后通過(guò)技術(shù)引進(jìn)、技術(shù)合作, 逐步形成了我國(guó)廢金屬加工設(shè)備生產(chǎn)體系。
1.2.2 國(guó)內(nèi)剪切機(jī)的研究現(xiàn)狀
技術(shù)水平是衡量一個(gè)企業(yè)是否具有先進(jìn)性，是否具備市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，是否能不斷領(lǐng)先于競(jìng)爭(zhēng)者的重要指標(biāo)依據(jù)。隨著國(guó)內(nèi)液壓剪切機(jī)市場(chǎng)的迅猛發(fā)展，與之相關(guān)的核心生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用與研發(fā)必將成為業(yè)內(nèi)企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。了解國(guó)內(nèi)外液壓剪切機(jī)生產(chǎn)核心技術(shù)的研發(fā)動(dòng)向、工藝設(shè)備、技術(shù)應(yīng)用及趨勢(shì)，對(duì)于企業(yè)提升產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力十分關(guān)鍵。?
丁時(shí)鋒等人針對(duì)板料剪切生產(chǎn)線采用人工控制，定長(zhǎng)過(guò)程耗時(shí)過(guò)多，鋼板長(zhǎng)度尺寸不一致，同時(shí)剪切過(guò)程總是簡(jiǎn)單的重復(fù)勞動(dòng)，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大等問(wèn)題，改為繼電器接觸器控制，但控制柜接線復(fù)雜，使用維護(hù)不便。為了解決剪切過(guò)程中的板料定長(zhǎng)問(wèn)題，減少加工工時(shí)，提高生產(chǎn)效率，同時(shí)為了提高生產(chǎn)的自動(dòng)化程度，并保證生產(chǎn)的穩(wěn)定，對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)行了改造，設(shè)計(jì)了一種基于PLC的板料液壓剪切機(jī)系統(tǒng)。該系統(tǒng)工作性能穩(wěn)定，完全解決了剪切過(guò)程中板料的定長(zhǎng)問(wèn)題，提高了生產(chǎn)線的自動(dòng)化程度，并切實(shí)提高了生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。?
在棒料剪切機(jī)液壓系統(tǒng)的研究方面，杜詩(shī)文等人應(yīng)用液壓大系統(tǒng)建模方法建立了數(shù)學(xué)模型，構(gòu)建了仿真模型，對(duì)棒料高速剪切機(jī)液壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了建模與仿真研究。實(shí)踐表明：采用液氣聯(lián)合驅(qū)動(dòng)、徑向夾緊的棒料高速剪切機(jī)，生產(chǎn)效率高，棒料剪切斷面質(zhì)量得到顯著提高。仿真結(jié)果表明：液壓系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)特性，液壓大系統(tǒng)建模方法與理論可廣泛應(yīng)用于液壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性分析。
為了解決精軋生產(chǎn)線取料問(wèn)題，梁春光等人通過(guò)對(duì)剪切及剪應(yīng)力的分析，同時(shí)根據(jù)液壓剪的工作原理，進(jìn)行了HC520-3新型液壓剪主要幾何尺寸及其結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明：該液壓剪能快速剪切?Φ20mm以下的鉻不銹鋼以及合金鋼等，不但保證了軋材的表面質(zhì)量，還保護(hù)了設(shè)備，且經(jīng)濟(jì)效益顯著。
1.3 設(shè)計(jì)方法和內(nèi)容
此次本人設(shè)計(jì)的160T振動(dòng)剪切機(jī)屬于平行刀片剪切機(jī)，它的特點(diǎn)為兩個(gè)刀片平行，主要用于橫向熱剪切初軋坯和其它方形及矩形斷面的鋼坯，故又稱為鋼坯剪切機(jī)。有時(shí)，也用；兩個(gè)成型刀片來(lái)冷剪管坯及小型圓鋼等。
設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要包括：
1.緒論和總體方案設(shè)計(jì)
2.剪切機(jī)參數(shù)計(jì)算
2.剪切機(jī)電機(jī)容量的選擇
3.主要零部件的強(qiáng)度計(jì)算
4.潤(rùn)滑方法的選擇
5.總圖、部件裝配圖、零件圖的繪制
6.整理說(shuō)明書(shū)并打印
2 設(shè)計(jì)方案的確定
2.1 方案設(shè)計(jì)參數(shù)
此次設(shè)計(jì)的振動(dòng)剪切機(jī)剪切鋼坯斷面尺寸為115×115mm2，鋼坯材質(zhì)為20號(hào)鋼，剪切溫度為760°C，剪切次數(shù)為12-15次/分鐘；激振頻率為400Hz，激振振幅為0.1mm。
2.2 剪切機(jī)的分類
根據(jù)剪切機(jī)刀片形狀、配置以及剪切方式等特點(diǎn)，剪切機(jī)可分為平行刀片剪切機(jī)、斜刀片剪切機(jī)、圓盤(pán)式剪切機(jī)和飛剪機(jī)。
2.2.1 平行刀片剪切機(jī)
平行刀片剪切機(jī)的特點(diǎn)為兩個(gè)刀片平行，主要用于橫向熱剪切初軋坯和其它方形及矩形斷面的鋼坯，故又稱為鋼坯剪切機(jī)。有時(shí)，也用；兩個(gè)成型刀片來(lái)冷剪管坯及小型圓鋼等。
2.2.2 斜刀片剪切機(jī)
斜刀片剪切機(jī)的兩個(gè)刀片中有一個(gè)相對(duì)于另一刀片是成某一角度傾斜布置的。一般是上刀片傾斜，其傾斜角為1°～6°。一般用來(lái)橫向冷剪或熱剪鋼板 、帶鋼、薄板坯，故又稱之為鋼板剪切機(jī)。有時(shí)也也用來(lái)剪切成束的小型鋼材。
2.2.3 圓盤(pán)式剪切機(jī)
圓盤(pán)式剪切機(jī)兩個(gè)刀片均呈圓盤(pán)狀，用來(lái)縱向剪切運(yùn)動(dòng)中的鋼板，或?qū)摪寮舫烧瓧l一般均布置在連續(xù)式鋼板軋機(jī)的縱向機(jī)組的作業(yè)線上。
2.2.4 飛剪機(jī)
飛剪機(jī)刀片在剪切軋件時(shí)隨軋件一起運(yùn)動(dòng)。一般用來(lái)橫向剪切運(yùn)動(dòng)中的軋件（鋼坯、鋼板、帶鋼和小型型材、線材等），一般安裝在連續(xù)式軋機(jī)的軋制線上，或橫切機(jī)組在作業(yè)線上。
2.3 剪切機(jī)工作原理
2.3.1 上切式平行刀片剪切機(jī)
這種剪切機(jī)的特點(diǎn)是下刀固定不動(dòng)，上刀則是上下運(yùn)動(dòng)的。剪切軋件的動(dòng)作則是由上刀來(lái)完成的，其剪切機(jī)構(gòu)是由最簡(jiǎn)單的曲柄連桿機(jī)構(gòu)組成。剪切時(shí)上刀壓著軋件下降迫使擺動(dòng)臺(tái)也下降。當(dāng)剪切完畢時(shí)上刀上升時(shí)，擺動(dòng)臺(tái)在其平衡裝置作用下也回升至原始位置。此類剪切機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單廣泛用來(lái)剪切中小型鋼坯。
1-下刀；2-上刀；3-剪切機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)；4-軋件；5-擺動(dòng)臺(tái)
圖1.1 上切式平行刀片剪切機(jī)簡(jiǎn)圖
2.3.2 下切式平行刀片剪切機(jī)
這種剪切機(jī)的特點(diǎn)是：上下刀都運(yùn)動(dòng)，但剪切軋件的動(dòng)作由下刀完成，剪切時(shí)上刀不會(huì)運(yùn)動(dòng)。由于剪切時(shí)下刀臺(tái)將軋件抬離輥道（如圖1.2），故在剪切機(jī)后不設(shè)擺動(dòng)臺(tái)。由于以上所述的特點(diǎn)，下切式平行刀片剪切機(jī)普遍用來(lái)剪切中型和大型鋼坯和板坯。
1-壓板；2-上刀臺(tái)；3-下刀臺(tái)；4-軋件
圖1.2 下切式平行刀片剪切機(jī)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖
2.4設(shè)計(jì)方案的確定
此次設(shè)計(jì)方案確定為160T振動(dòng)剪切機(jī)，振動(dòng)剪切機(jī)又稱沖型剪切機(jī)。傳動(dòng)原理是由電動(dòng)機(jī)通過(guò)帶輪、曲軸、連桿系統(tǒng)帶動(dòng)刀桿作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
振動(dòng)剪切機(jī)是一種萬(wàn)能板料加工設(shè)備。 振動(dòng)剪切機(jī)除具有剪切功能外.還可以進(jìn)行沖孔、落料、沖口、沖栩、壓肋、翻邊、折彎、鎖口等加工，用途非常廣泛.最適用于中小批量和單件板金件的生產(chǎn)。被加工的板料厚度一般小于10 mm。
它的優(yōu)點(diǎn)是，體積小，重且輕.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。容易側(cè)造.工藝適應(yīng)范圍廣，操作工具簡(jiǎn)單。它的缺點(diǎn)是，生產(chǎn)效率較低，剪切和工作時(shí)要人工操作，振動(dòng)和嗓聲大，加工精度不高。
3 剪切機(jī)參數(shù)計(jì)算
3.1 剪切機(jī)力能參數(shù)
3.1.1 最大剪切力計(jì)算
在設(shè)計(jì)剪切機(jī)時(shí)，首先要根據(jù)所剪切最大鋼坯斷面尺寸來(lái)確定剪切機(jī)的最大剪切力。最大剪切機(jī)可由下式計(jì)算：
（3.1）
式中 K—對(duì)于小型剪切機(jī)，取K=1.3
—被剪金屬在相應(yīng)溫度下最大單位剪切抗力；N/mm2，
F—被剪金屬原始橫斷面面積mm2
=
=1.51MN
3.1.2 剪切功的計(jì)算
當(dāng)不考慮刀片磨鈍等因素時(shí)，可按下式計(jì)算
（3.2）
式中 F—被剪金屬原始橫斷面面積mm2
h—被剪金屬原始橫斷面高度mm
a—稱為單位剪切功，查表得a=47
則
A=Fha
=115×115×115×47
=71.48kN·m
3.1.3 剪切過(guò)程分析
經(jīng)過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)證實(shí)：剪切過(guò)程由壓入變形和剪切滑移兩個(gè)階段組成，剪切過(guò)程的實(shí)質(zhì)是金屬塑性變形的過(guò)程。如圖3-1所示，當(dāng)上剪刃下移與軋件接觸后，剪刃便開(kāi)始?jí)喝胲埣捎赑在開(kāi)始階段較小，在軋件斷面上產(chǎn)生的剪切力小予軋件本身的抗剪能力，因此軋件只產(chǎn)生局部塑性變形，故這一階段稱為壓入變形階段。隨著上剪刃下移量增加，軋件壓入變形增大，力P也不斷增加。當(dāng)剪刃壓入到一定深度，軋件的局部壓入變形阻力與剪切斷面的剪切力達(dá)到相等，剪切過(guò)程處于由壓入變形階段到剪切滑移階段的臨界狀態(tài)。當(dāng)大于軋件本身的抗剪能力時(shí)，軋件沿著剪切面產(chǎn)生相對(duì)滑移，開(kāi)始了真正的剪切，這一階段稱為剪切滑移階段。在剪切滑移階段，由于剪切斷面不斷變小，剪切力也不斷變小直至軋件的整個(gè)截面被剪斷為止，完成一個(gè)剪切過(guò)程。當(dāng)剪刃壓入軋件后，上下剪刃對(duì)軋件的壓力P形成一力偶Pa，此力偶使軋件轉(zhuǎn)動(dòng)，但在軋件轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，將遇到剪刃側(cè)面給軋件以側(cè)推力T，則上下剪刃的側(cè)推力又構(gòu)成另一力偶Tc，隨著刀片的逐漸壓入，軋件轉(zhuǎn)動(dòng)角度不斷增大當(dāng)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度γ，兩力矩平衡，便停止轉(zhuǎn)動(dòng)。即
Pa=Tc （3.3）
假設(shè)在壓入變形階段，沿面積x和0.5z上的單位壓力均勻且相等，則
（3.4）
（3.5）
式中 z—剪刃壓入軋件的深度。
圖3.1 平行刃剪切機(jī)剪切過(guò)程受力分析
在此，為了使側(cè)推力減小，減小刀架滑板的磨損和傾斜角度，故選擇有壓板剪切
γ=5°～10° T≈（0.1～0.18）P 取γ=8°
刀片切入深度為：
z=2htan2γ
=2×115×tan28°
=3.67mm
3.2 剪切機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)
3.2.1 刀片行程
刀片行程是剪切機(jī)最主要的結(jié)構(gòu)參數(shù)，它決定了剪切機(jī)的高度。在剪切能力允許的范圍內(nèi)，它也決定了剪切的軋件最大斷面高度。刀片行程根據(jù)軋件最大斷面高度、剪切終了時(shí)刀片的重疊量以及下刀片與輥道表面的距離等參數(shù)，計(jì)算公式如下：
（3.6）
式中：H—刀片行程；
h—被軋軋件最大斷面高度；
f—軋件上表面與壓板間距離；
q?—壓板下表面與上刀的距離；
q?—下刀低于輥道表面的距離；
S —上下刀片重疊量。
已知
h=115mm
取
f=50mm
q?=15mm
q?=10mm
S=10mm
則根據(jù)式（3.6）
H=115+50+15+10+10=200mm
3.2.2 刀片尺寸
刀片尺寸包括刀刃長(zhǎng)度l，刀片橫斷面高度h′及寬度b′。這些尺寸可以根據(jù)被切鋼坯最大斷面尺寸來(lái)選取。
1.刀片尺寸中最重要的是刀片長(zhǎng)度l。由于該剪切機(jī)主要用于剪切方形鋼坯，屬于小型剪切機(jī)。
其計(jì)算公式為：
l=(3～4)bmax （3.7）
式中：—被剪軋件（鋼坯）橫截面最大寬度。
已知：
=115mm
則有：
l=(3～4)=345～460mm
取
l=450mm
2.刀片高度的確定及刀片斷面寬度：
h′=(0.65～1.5)h （3.8）
b′=?h′/(2.5～3) （3.9）
已知h=115mm
則
h′=(0.65～1.5)h
=（0.65～1.5）×115
=74.75～172.5mm
取
h′=150mm
則
b′=150/（2.5～3）=50～60mm
取
b′=50mm
3.2.3 剪切次數(shù)
根據(jù)已知，剪切次數(shù)為12-15次/分
3.3 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的計(jì)算
3.3.1 曲軸偏心距的確定
對(duì)曲柄連桿機(jī)構(gòu)，曲軸偏心距R是刀片行程H的一半。
R=H/2
=200/2
=100mm
圖3.2 刀片位移與曲軸轉(zhuǎn)角關(guān)系圖
3.3.2 刀片位移與曲軸轉(zhuǎn)角的關(guān)系
根據(jù)上圖刀片位移與曲軸轉(zhuǎn)角關(guān)系圖,曲軸偏心距R,AB表示連桿長(zhǎng)度，當(dāng)A點(diǎn)轉(zhuǎn)到上極限位置點(diǎn)時(shí)，上刀架處于處；當(dāng)A點(diǎn)轉(zhuǎn)到下極限位置點(diǎn)時(shí)，上刀架移到。因此，點(diǎn)間的距離對(duì)于曲軸連桿式剪切機(jī)就是上刀片行程H；
取上刀架最高位置點(diǎn)為計(jì)算原點(diǎn)，此時(shí)曲軸轉(zhuǎn)角=0，據(jù)圖中的幾何關(guān)系，刀片的行程H與曲軸轉(zhuǎn)角的關(guān)系為：
（3.10）
經(jīng)一系列關(guān)系轉(zhuǎn)換，可得式 ：
（3.11）
式中，K—為刀片行程與偏心距的比值；
H—上刀片行程，由上刀片下死點(diǎn)計(jì)算；
α—曲柄轉(zhuǎn)角，由曲柄上死點(diǎn)位置起計(jì)算；
λ—連桿系數(shù)，λ=R/L,取λ=1/9，L=R/λ=100/1/9=900 。
3.3.3 剪切力與曲軸轉(zhuǎn)角的關(guān)系
當(dāng) ε =0.3時(shí),有最大剪切力
H=h+s-εh
=115+10-0.3x115
=90.5mm
K=H/R
=90.5/100
=0.905
根據(jù)式（3.11）
得α=109.6°
α與β 的關(guān)系：
（3.12）
根據(jù)式（3.12）
=7.0°
當(dāng)剪切開(kāi)始時(shí)的曲軸轉(zhuǎn)角 此時(shí)上刀片剛與鋼坯接觸，ε=0，剪切力P=0。根據(jù)式 (3.6)
H=h+s-εh
=115+10
= 125mm
K=H/R
=125/100
=1.25
則根據(jù)式（3.11）
得α=87.2°
根據(jù)式（3.12）
當(dāng)剪切剪斷時(shí)的曲軸轉(zhuǎn)角，此時(shí)ε=0.72；根據(jù)式（3.6）得
H=h+s-εh
=115+10-0.72x115
= 42.5mm
K=H/R
=42.5/100
=0.425
根據(jù)式（3.11）
得α=127.6°
3.4 靜力矩的計(jì)算
本設(shè)計(jì)中，由于只用到平均靜力矩Mm，故需要計(jì)算平均靜力矩。
由剪切功確定平均靜力矩；
=A180°/(απ) （3.13）
式中： A —剪切功，此處用最大剪切功即可滿足，A=0.07148MN?m；
α—完成一次剪切偏心軸的實(shí)際工作角度，當(dāng)剪切115x115mm鋼坯時(shí)，α=127.6°。
根據(jù)式（3-17） =A180°/(απ)
=0.07148x180°/［（127.6°-87.2）π］
=0.101kN?m
3.5 電機(jī)的選擇和校核
預(yù)選電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為750r/min，則總傳動(dòng)比i=750/15=50
式中—曲柄軸上平均靜力矩，kN?m；
—預(yù)選電機(jī)額定轉(zhuǎn)速，r/min;
—電動(dòng)機(jī)過(guò)載系數(shù)，取=1.5;
i—總傳動(dòng)比。
所以，選擇電機(jī)為Y315L2—8，表3.1為其詳細(xì)性能參數(shù)
表3.1 電機(jī)參數(shù)
電機(jī)銘牌
額定轉(zhuǎn)速
效率
功率
質(zhì)量
Y315L2—8
740r/min
93.3%
110KW
1230kg
3.6 傳動(dòng)比的計(jì)算
傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比可根據(jù)電機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速和工作機(jī)軸的轉(zhuǎn)速求出
（3.14）
圖3.3 傳動(dòng)裝置簡(jiǎn)圖
3.6.1 總傳動(dòng)比
總傳動(dòng)比可由電機(jī)滿載轉(zhuǎn)速n電和曲軸轉(zhuǎn)速n確定
=740/15
=49.33
3.6.2 分配傳動(dòng)比
總傳動(dòng)比為每一級(jí)傳動(dòng)比的乘積
為帶傳動(dòng)傳動(dòng)比為一級(jí)減速機(jī)傳動(dòng)比為開(kāi)式齒輪傳動(dòng)比，根據(jù)文獻(xiàn)[7]表17-9取=3，=4，=4.11 即i=3x4x4.11=49.32
3.7 傳動(dòng)裝置動(dòng)力參數(shù)
3.7.1 各軸轉(zhuǎn)速
根據(jù)已求得的傳動(dòng)比求得各軸轉(zhuǎn)速：
=740r/min
=n1/i1=740/3=246.67r/min
=n2/i2=61.66r/min
=n3/i3=15r/min
3.7.2 各軸功率
由文獻(xiàn)[7]表17-9取得傳動(dòng)效率：
由傳動(dòng)效率求得各軸傳遞的功率為：
=105.76kW
=105.76x0.95=100.47kW
=100.47x0.97x0.97=94.53kW
=87.11kW
3.7.3 各軸輸入轉(zhuǎn)矩
根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式
T=9.55P/n (3.15)
求得
=9.55105.761000/740=1364.88N·m
=9.55100.471000/246.67=3889.77N·m
=9.5594.531000/61.66=14640.96N·m
=9.5587.111000/15=55460.03N·m
運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)結(jié)果如表3.2：
表3.2 運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)
軸號(hào)
功率P/kW
轉(zhuǎn)矩T/（N·m）
轉(zhuǎn)速n/（r/min）
1
105.76
1364.88
740
2
100.47
3889.77
246.67
3
94.53
14640.96
61.66
4
87.11
55460.03
15
3.8 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.8.1 皮帶輪的計(jì)算
1.確定計(jì)算功率
計(jì)算功率是由傳遞的功率P和帶的工作情況系數(shù)決定的：
(3.16)
取=1.3
則根據(jù)式(3.16)
=110x1.3=143kW
2.選擇V帶的帶型
根據(jù)計(jì)算功率=143kW和轉(zhuǎn)速=740r/min，從文獻(xiàn)[13]圖8-11選取普通V帶帶型為D。
3.初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑為=375mm，則帶速
（3.17）
=πx375x740/60000
=14.52m/s
則大帶輪的直徑為=400x3=1125mm，根據(jù)文獻(xiàn)[13]表8-8圓整取=1120mm
4.確定中心距a，并選擇V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度
(1）一般初選的中心距為
（3.18）
則
1046.5mm2990mm
初選=1200mm
(2）計(jì)算相應(yīng)的帶長(zhǎng)
由文獻(xiàn)[13]表8-2選取=5000mm
(3） 計(jì)算中心距及其變動(dòng)范圍
=a-0.015 =1193.61mm
=a+0.03 =1418.61mm
(4)驗(yàn)算小帶輪上的包角
=180°-57.3°（1120-375）/1268.61
=146.35°≥90°
(5)確定帶的根數(shù)z
圓整取z=9
式中 —單根V帶額定功率，由文獻(xiàn)[14]表8-4a查得=16.27kW；
—單根V帶額定功率的增量，由文獻(xiàn)[14]表8-4b查得=2.19kW；
—包角修正系數(shù)，查文獻(xiàn)[14]表8-5取 =0.91；
—帶長(zhǎng)修正系數(shù)，查文獻(xiàn)[14]表8-2取=0.96。
5.帶輪的設(shè)計(jì)
常用的帶輪材料為HT150或HT200，大小帶輪均采用輪輻式。
3.8.2 減速器的選用
1.選用減速器的公稱輸入功率
(3.20)
式中 —機(jī)械強(qiáng)度計(jì)算功率；
—負(fù)載功率；
—工況系數(shù)，由文獻(xiàn)[5]表16-2-8查得=2；
—安全系數(shù)，查文獻(xiàn)[5]表16-2-9得 =1.4；
—減速器公稱輸入功率，kW。
則根據(jù)式（3.20）
=100.47x2x1.4
=281.316kW
按i=4，及=246.67r/min；查表16-2-4：ZDY 400 =750r/min =844kW 當(dāng)n1=246.67r/min時(shí)，折算功率為
=844x246.67/750=297.84kW
則 =281.316kW＜=297.84kW，可以選用ZDY 400減速器
2.校核熱平衡許用功率
（3.21）
式中 —計(jì)算熱功率，kW；
—環(huán)境溫度系數(shù)，查文獻(xiàn)[5]表16-2-10得 =1.65或1.3
—載荷率系數(shù)，查文獻(xiàn)[5]表16-2-10得 =1
—公稱功率利用系數(shù)，查文獻(xiàn)[5]表16-2-10得 =1.55
、—分別為無(wú)冷卻裝置和有冷卻裝置減速機(jī)熱功率查文獻(xiàn)[5]表16-2-7得=415kW =1000kW
則根據(jù)式（3.21）
=100.47x1.3x1x1.55 或=100.47x1.65x1.55
=202.44kW 或=256.95kW
可知=256.95≤=415kW，因此可以選定ZDY 400型減速器，采用油池潤(rùn)滑，不需冷卻。
3.8.3 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算
選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)由文獻(xiàn)［13］表10-1選擇小齒輪為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS;大齒輪為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，8級(jí)精度。
1.選取小齒輪齒數(shù)為=36，則大齒輪齒數(shù)
=36x4.11=147.96 圓整為149
2.開(kāi)式齒輪按齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算
(1)計(jì)算公式為
(3.22)
式中 K—載荷系數(shù)，初選1.3；
—齒型系數(shù)，由文獻(xiàn)［13］表10-5查得=2.46 =2.1480；
—應(yīng)力校正系數(shù)，由文獻(xiàn)［13］表10-5查得=1.654 =1.8292；
—齒寬系數(shù)，表文獻(xiàn)［13］10-7查得=0.5；
(2） 由文獻(xiàn)［13］取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4求得
=314.29MP
=249.71MP
(3) 計(jì)算出大小齒輪的 并加以比較。
=2.461.654/314.29=0.01295
=2.14081.8292/249.71=0.01568
大齒輪的數(shù)值大
(4) 已知傳遞的轉(zhuǎn)矩為=14640.96x103N·mm，設(shè)計(jì)計(jì)算
=9.13mm 取標(biāo)準(zhǔn)值=12mm
則
mm
(5)計(jì)算齒寬
=0.5x432=216mm
(6)計(jì)算齒寬與齒高之比b/h
齒高
=2.25x12=27mm
b/h=8.004
(7)計(jì)算圓周速度v
(8)計(jì)算載荷系數(shù)
(3.23)
式中 —使用系數(shù)，由文獻(xiàn)［13］表10-2查得為1.75；
—?jiǎng)虞d系數(shù)，由文獻(xiàn)［13］圖10-8查得為1.1；
—直齒輪， =1；
—由表10-4插值求得 =1.26；
=2.4235
(9)按實(shí)際載荷數(shù)算得分度圓直徑
(10)計(jì)算模數(shù)
=204.961/20=14.48mm 取m=14mm
(5)幾何尺寸計(jì)算
分度圓直徑
=1436=504mm
=14914=2086mm
中心距 a==1295mm
齒寬 b==0.5508=254mm
取=254mm，=260mm
3.9 曲軸與連桿的設(shè)計(jì)
3.9.1 曲軸
曲軸式剪切機(jī)上傳遞運(yùn)動(dòng)的主要零件，工作時(shí)既受彎矩又受扭矩作用，而且所受的力不斷變化，工作情況比較復(fù)雜。所以無(wú)論在設(shè)計(jì)、制造和使用方面都應(yīng)給予特別注意。
曲軸分類：剪切機(jī)的曲軸形狀可分為偏心軸、單曲軸、雙曲軸。偏心軸在上切式鋼坯剪切機(jī)上用的很廣泛，單曲軸用于結(jié)構(gòu)剪切機(jī)，而雙曲軸通常用于斜刀片剪切機(jī)上。中小型的曲軸材料通常用45鋼或40Cr鋼，也可用35SiMn鋼代替。在這里選擇40Cr，其=500Mpa。
為了保證其強(qiáng)度和韌性，曲軸的鍛造比取2.5～3，。在曲軸粗車(chē)之后，應(yīng)進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，加熱到800～820℃后油冷至550~680℃回火，使金屬組織均勻和細(xì)化。再熱處理后，要從曲軸兩端取樣，進(jìn)行材料機(jī)械性能試驗(yàn)。為了延長(zhǎng)使用壽命，在軸頸部位，特別是圓角處，要求用滾子碾壓強(qiáng)化。曲軸與其他零件有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的部位需要精車(chē)，表面粗糙度為0.8。軸的曲柄部位承受很大的作用力和沖志載荷，加工不允許有刀痕、裂紋和摺疊等缺陷。軸上有孔，軸表面開(kāi)有曲形油溝，便于潤(rùn)滑。
1.曲軸的主要尺寸：
圖3.4 曲軸計(jì)算簡(jiǎn)圖
曲軸軸頸直徑的結(jié)構(gòu)參數(shù)，可根據(jù)剪切機(jī)最大剪切力Pmax按軋鋼機(jī)械理論與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（下冊(cè)）表11-4所列的經(jīng)驗(yàn)公式初步確定，然后進(jìn)行驗(yàn)算校核。
據(jù)表11-4經(jīng)驗(yàn)公式，=1510kN
，此處取=400mm
（0.55～0.77）=240mm
=（0.65～0.0.68）=200mm
根據(jù)設(shè)計(jì)的開(kāi)式齒輪，①段軸長(zhǎng)=260mm，直徑=230mm；②段安裝滑動(dòng)軸承，長(zhǎng)度=240mm③段為過(guò)渡軸取=260mm，=360mm；④段安裝滑動(dòng)軸承，長(zhǎng)度取=200mm；⑤段為偏心部分，偏心距R=100mm，長(zhǎng)度取=230mm。
2.曲軸滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)與計(jì)算
選擇對(duì)開(kāi)式徑向滑動(dòng)軸承，已知=1.51MN,軸頸直徑=240mm,=400mm，轉(zhuǎn)速n=15r/min
（1）寬經(jīng)比B/d：低速重載的軸承，為提高軸承整體剛性，小徑軸承寬經(jīng)比取為1，大徑軸承寬經(jīng)比取為2，則=240mm，=200mm。
（2）計(jì)算軸頸圓周速度
=240πx15/60000=0.1884m/s
=400πx15/60000=0.314m/s
（3）軸承工作壓力
=1510000/(0.24x0.24)=26.22MPa
=1510000/(0.4x0.4)=9.44MPa
（4）計(jì)算軸承的pv(MPa.m/s)值
26.22x0.1884=4.94Mpa.m/s
9.44x0.314=2.96Mpa.m/s
（5）選擇軸瓦材料
查文獻(xiàn)[4]表8-2-5，在保證p≤[p]，v≤[v],pv≤[pv]條件下，選定軸承材料ZCuPd30(30鉛青銅)
（6）選定潤(rùn)滑方式
0.419＜2
0.54＜2
根據(jù)文獻(xiàn)[4]表17-3-11，決定采用脂潤(rùn)滑
（7）滑動(dòng)軸承脂潤(rùn)滑的選擇
根據(jù) =26.22MPa，=9.44MPa，=0.1884m/s，=0.314m/s
由表17-3-13選擇1號(hào)鈣-鈉基脂
3.9.2 連桿
連桿式將曲柄軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)樯系杜_(tái)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的一個(gè)主要零件，連桿比試決定連桿長(zhǎng)度的主要參數(shù)，當(dāng)?shù)镀谐滔嗤B桿比不同時(shí)，曲柄連桿機(jī)構(gòu)受力情況就不同，連桿比（）小的剪切機(jī),設(shè)備高度低、剛性好，但曲柄軸扭矩大，刀臺(tái)的側(cè)向推力大，影響軋件的剪切質(zhì)量。
由于是小型剪切(1.6MN),選λ=L/r=9，此時(shí)L=900mm，r=100mm
連桿式剪切機(jī)中承受全部工作負(fù)荷的重要部件，通常用ZG35制成。=400Mpa
據(jù)式
=P/(cosβ-μsinβ) (3.24)
此時(shí)，β=7°
=P/(cosβ-μsinβ)
=1510/（cos7°-0.1sin7°）
=1536KN
連桿橫截面積
=1536x1000/400000000
=3840mm2
=70mm
取連桿直徑為100mm
3.10 鍵的選擇計(jì)算
3.10.1 小開(kāi)式齒輪軸上的鍵的設(shè)計(jì)
1.根據(jù)小開(kāi)式齒輪軸直徑d=160mm，由機(jī)械設(shè)計(jì)表6-1中選擇平鍵截面尺寸為b=40mm，高度h=22mm，由輪轂寬度并參考鍵的長(zhǎng)度系列選取鍵的長(zhǎng)度L=250mm ,采用普通圓頭平鍵。
2.小開(kāi)式齒輪鍵連接強(qiáng)度校核
由表6-2查得［σp］=90MPa，鍵的工作長(zhǎng)度l=L-b=210mm，接觸高度k=0.5h=11mm
=79.2MPa＜=90MPa
可見(jiàn)連接的強(qiáng)度合適，標(biāo)記為：鍵40x250GB/T 1096-2003
3.10.2 大開(kāi)式齒輪軸上的鍵的設(shè)計(jì)
1.根據(jù)大開(kāi)式齒輪軸直徑d=230mm，由文獻(xiàn)[13]表6-1中選擇平鍵截面尺寸為b=56mm，高度h=32mm，由輪轂寬度并參考鍵的長(zhǎng)度系列選取鍵的長(zhǎng)度L=320mm ，采用圓頭普通平鍵。
2.大開(kāi)式齒輪鍵連接強(qiáng)度校核
由表6-2查得［σp］=90MPa，鍵的工作長(zhǎng)度l=L-b=mm，接觸高度k=0.5h=16mm
=114.17MPa＞=90MPa
可見(jiàn)連接的強(qiáng)度不夠，因此改為雙鍵，相隔120度布置。此時(shí)l=1.5x320=396mm，可得
=76.11MPa＜=90MPa
3.11 激振器的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.11.1 確定活塞的直徑和機(jī)殼厚度
1.根據(jù)激振頻率f=400Hz，激振振幅A=0.1mm，預(yù)選流量q=200L/min，油壓為10MPa