【溫馨提示】====【1】設計包含CAD圖紙 和 DOC文檔，均可以在線預覽，所見即所得，，dwg后綴的文件為CAD圖，超高清，可編輯，無任何水印，，充值下載得到【資源目錄】里展示的所有文件======【2】若題目上備注三維，則表示文件里包含三維源文件，由于三維組成零件數量較多，為保證預覽的簡潔性，店家將三維文件夾進行了打包。三維預覽圖，均為店主電腦打開軟件進行截圖的，保證能夠打開，下載后解壓即可。======【3】特價促銷，，拼團購買，，均有不同程度的打折優(yōu)惠，，詳情可咨詢QQ：1304139763 或者 414951605======
摘要
本飛剪機為曲柄搖桿式飛剪，其特點是將刀架作成杠桿形狀，將其一端固定在曲柄軸的端部，另一端固定在擺桿上，使得曲柄軸轉動時，刀架能夠作平移運動，則令固定在刀架上的刀片能夠作垂直或近似的垂直于軋件的運動，從而使得剪切斷面能夠比較平整。
本次設計主要考慮到近現代工業(yè)的發(fā)展，帶鋼的軋制速度逐漸提高，產品的尺寸精度要求日趨嚴格，對材料的剪切斷面的平整度的要求越來越高等因素，在本次設計中對剪切力、剪切力矩、電動機的工作功率進行了計算，并根據此選取了符合工作要求的電動機。還對飛剪機內的齒輪的模數以及尺寸進行了計算，對曲軸進行了尺寸的確定以及進行了強度的校核。通過選材以及計算，使得設計的各零件的確定符合國家標準，使該次設計的飛剪機完全符合這次的設計要求，工作安全可靠。
關鍵詞：曲柄搖桿式、剪切力、曲軸、校核
Abstract
The flying shear is crank rocker- type, which is characterized by forming the knife rest into lever type, and fixing one end on jackshaft while the another on oscillating bar.So the knife rest can make translationmotion following the rolling of jackshaft which orders the blades fixed on the knife rest make vertical- rolling or approx vertical- rolling to get a smooth cut section.
Allow for the development of modern industry, the improment of plate band rolling,the rising requirment of dimensional accuracy and the planeness of shearingarea，the shearing force and the shearing moment is calculated accurately as well as the operating power of electromotor,on the basis of which, appropriate electromotor was selected.Besides t ttthe modulus and size of gear in flying shear is calculated ,the size of the bent axle is confirmed and the strength is checked. All parts live up to national standard by means of selecting material and calculation,so The flying shear fit the design requirements totally,safety and reliable.
Keywords: crank rocker, shear force, crankshaft, respectively
目錄
摘要 I
Abstract II
目錄 III
第一章 緒論 1
1.1 冷軋帶鋼生產概況和發(fā)展方向 1
1.1.1冷軋帶鋼生產在國民經濟中的地位 1
1.1.2飛剪機的基本介紹及發(fā)展情況 1
1.2飛剪機的工藝要求 3
1.3剪切長度的調整方式 4
1.3.1起動工作制飛剪的調長方式 5
1.3.2連續(xù)工作制飛剪的調長方式 8
1.4飛剪的類型、特點及工作原理 10
1.4.1飛剪的類型 10
1.4.2.各類飛剪的特點及工作原理 10
第二章 設計方案的比較 16
2.1飛剪機的基本要求 16
2.2各種飛剪機設計方案的比較 16
2.3 方案的確定 25
第3章 剪切力和電動機功率計算 26
3.1剪切力的計算 26
3.2飛剪的電動機功率計算及選取 28
3.3飛剪內的齒輪設計 29
3.4剪切軸的設計及校核 34
3.5輸入軸的設計及校核 42
參考文獻 51
致謝 52
附件1 53
附件2 60
IV
大學畢業(yè)設計（論文）說明書
第一章 緒論
1.1 冷軋帶鋼生產概況和發(fā)展方向
1.1.1冷軋帶鋼生產在國民經濟中的地位
冷軋帶鋼生產在國民經濟中占有十分重要的地位。隨著汽車的制造、食品罐頭、容器包裝、精密儀器、房屋建設、機械制造和船舶工業(yè)的迅速發(fā)展以及家用電器和各種日常生活的需求量成倍增長，對冷軋帶鋼的需求量也迅速增加。
當前，大力發(fā)展冷軋帶鋼的生產，逐漸提高冷軋帶鋼在軋鋼產品中的比重，迅速提高冷軋帶鋼的質量，不斷增加冷軋帶鋼的產品，滿足各個工業(yè)部門的，特別是與人民生活密切相關的，輕紡織工業(yè)和日用電器，生活用具等。以及外貿出口對冷軋帶鋼急劇增加的需要，是重型機械制造和鋼鐵生產部門面臨的一項重要而又十分緊迫的任務。
1.1.2飛剪機的基本介紹及發(fā)展情況
飛剪是在軋件運動過程中將軋件切斷的一種剪斷機。它通常裝設在連續(xù)式軋機的作業(yè)線上，亦可裝設在獨立的橫切機組、連續(xù)鍍鋅和電鍍錫等作業(yè)線上。隨著中小型軋機產量的增加，剪切品種，規(guī)格和定尺長度范圍的擴大，飛剪的形式和結構得到了相應的發(fā)展，在中小型軋鋼車間的應用的也更廣泛。在生產中使用的飛剪，其類型是很多的。飛剪按用途可分為切頭飛剪和定尺飛剪兩大類。切頭飛剪又有曲柄式和滾筒式兩種；定尺飛剪又有滾筒式、滑座式、擺式和曲柄式等幾種。應用較廣泛的飛剪形式有圓盤式飛剪、滾筒式飛剪、雙臂桿飛剪、曲柄回轉式飛剪和擺式飛剪等。
隨著現代連續(xù)式帶鋼軋機軋制速度的提高（熱軋速度達到30米/秒以上；冷軋速度超過40米/秒），飛剪的剪切速度也在提高。剪切帶鋼的品種、規(guī)格和定尺范圍也在不斷擴大；為了滿足不同的要求，出現了各種型式的飛剪。國內幾臺比較先進的飛剪的結構特點和主要性能見表
滾筒式飛剪應用比較廣泛，剪刃作簡單的圓周運動，可以剪切運行速度較高的帶鋼。但由于剪切斷口質量不好，用作定尺飛剪時，剪切帶剛厚度一般不大于12毫米。
為了剪切厚度較大的帶材，保證剪切斷口的平整，往往采用剪刃作平面平移運動的曲柄式飛剪。但這種飛剪結構復雜，運動機構質量較大，對剪切速度有一定的限制。
帶鋼連軋車間近來多采用擺式飛剪，剪刃作平面平移運動，剪切斷口質量好。擺式飛剪可分為滑塊式和曲柄式兩種。
滑塊擺式飛剪通過改變曲柄轉速及刀架擺副調整尺寸，由于定尺調節(jié)方便，曾廣泛地用于定尺剪切?；瑝K擺式飛剪有上擺式和下擺式（即刀架擺動連桿處于剪切主軸上方或下方）兩種結構型式。下擺式飛剪的慣性力很大，大型飛剪不宜采用下擺式。
不論上擺式或下擺式飛剪，都有較大的慣性力，而慣性力的大小與速度平方成正比，從而限制了剪切速度的提高。迄今其剪切速度仍未超過1.8米/秒。當增設慣性力平衡裝置后，改善了飛剪的動力特性，提高了工作平穩(wěn)性，剪切速度可以接近4米/秒。
近年來擺式飛剪在結構上有了重大改進。上刀架與主動曲軸相鉸接，并增設平衡配重，即得到曲柄擺式飛剪，剪切速度可達5米/秒。
1.2飛剪機的工藝要求
飛剪的工藝要求：
1） 能把運動著的軋件竊取形狀不規(guī)則的頭、尾和剪成規(guī)定的長度，并且長度尺寸公差與剪切斷面質量符合國家有關規(guī)定。
2） 根據產品品種規(guī)格的不同和用戶的要求，在同一飛剪上能剪切多種定尺長度。
3） 能滿足軋機和機組生產率的要求。
4） 剪切定尺長度時，剪刃在軋件運動方向的瞬時分速度應與軋件運動速度相等或大2~3％，即=（1~1.03）；切頭時，應略大于軋件速度，即=1.1；切尾時，應略小于軋件速度，即=0.90，以促使被切掉部分離開軋件本體。
當在剪切定尺寸長度的軋件時，刀刃的瞬時速度如果小于軋件的運動速度，則刀刃將阻礙軋件的運動，就會使軋件產生彎曲，甚至軋件頂在刀刃上而產生軋件纏刀事故。反之，如果在剪切時刀刃瞬間速度比軋件運動速度大很多，則在軋件中產生較大的拉應力。這樣，一方面會影響軋件的剪切質量，另一方面會增加飛剪的沖擊負荷，或者使軋件在送料輥道上打滑而損傷軋件的表面。
根據飛剪的基本工藝要求與工作特點，飛剪通常是由剪切機構、調節(jié)剪切長度機構、剪刃間隙調整機構與傳動裝置組成。設計飛剪時，設備機構和電機型式，應力求減少轉動慣量，以便于快速起動飛剪和把剪刃準確制動到規(guī)定的位置。
由于電子技術的發(fā)展，現在帶鋼連軋車間的剪切機組設置了電子計算機或微型計算機自動控制系統。可以簡化飛剪的機械結構、提高剪切機組的產量、改善剪切質量。
現代化板帶車間的生產率很高，生產工藝對帶鋼飛剪的要求也不斷提高，主要有以下幾點：
1） 飛剪應能在一定溫度條件下剪切規(guī)定的各種材質、各種寬度和厚度的帶材，其生產率必須與生產作業(yè)線的生產率相適應；
2） 剪切時，剪刃在帶鋼運動方向的速度水平分量必須與帶鋼運行速度保持一定關系，保證剪切時帶鋼不被阻擋亦不被拉斷（冷剪時不超過材料的彈性極限）。因此，在切頭和定尺剪切時應等于或略大于，而在切尾時要求略小于；
3） 剪切時，飛剪上下剪刃宜作平面平移運動，上下剪刃垂直或近似垂直與帶材表面，并保持適當的側隙和重合度；
4） 飛剪應能按規(guī)定剪得定尺長度的板材，或定長的切頭；
5） 定尺飛剪剪得帶鋼的斷口應當平直且垂直于帶材的軸線，長度公差應符合要求；切頭飛剪剪切后帶鋼的頭部或尾部的形狀應有利于下一工序餓咬入；
6） 從飛剪的結構上應減少往復運動構件，降低運動構件的質量和加速度，從而減少慣性力和動載荷。
為了實現上述各項工藝要求，飛剪本體設置有剪切機構、空切機構、勻速機構、刀片側隙調節(jié)結構、主副齒側隙消除機構、傳動機構；輔助裝置有夾送、矯正及切頭收集裝置。為了在連續(xù)軋制不停機的情況下能夠進行分卷還設有快速導向裝置。
飛剪的具體結構形式，取決與飛剪的工作制度、剪切尺寸范圍、剪切精度以及調節(jié)定尺長度的方法等，也與配置的電氣、電子控制系統有關。
為了滿足剪切多種定尺的要求，必須設置空切機構。它有機械的、液壓的等形式。
為了保證剪切瞬時剪切速度的水平分量與帶鋼運行速度的同步，應設置勻速機構，或稱同步機構。常見的勻速機構有雙曲柄勻速機構、徑向勻速機構、非圓齒輪勻速機構、曲柄長度可調勻速機構以及電動勻速裝置等。
夾送矯正機構設置在軋機與飛剪之間與飛剪組成一體，可以保證帶鋼順利地進入飛剪、測定帶鋼運行速度，在冷軋機組中還兼有維持張力恒定的作用。該機構對帶鋼進行的粗矯正，僅能保證帶鋼順利地進入上下剪刃間。
1.3剪切長度的調整方式
根據工藝要求，飛剪要將軋件剪切成規(guī)定長度；對于定尺飛剪，還要能剪切多種定尺長度。因此，要求飛剪的剪切長度能夠調整。
將軋件送往飛剪2進行剪切（見圖10—51），通常是用專門的送料輥1，或利用軋機最后一架的軋輥進行的。如果軋件運動速度為常數，而飛剪每隔t秒剪切一次軋件，則被剪下的軋件長度L為
即被剪下的軋件長度等于在相鄰的兩次剪切間隔時間t內軋件所走過的距離。當為常數時，剪切長度L與相鄰的兩次剪切間隔時間t成函數關系。上述公式就是飛剪調長的基本公式。由公式可知，只要改變相鄰兩次剪切間隔時間t便可得到不同的剪切長度。對于不同的工作制度的飛剪，改變時間t的方法亦不相同。
1.3.1起動工作制飛剪的調長方式
起動工作制飛剪用于剪切軋件的頭、尾和剪切長度較長而速度較小的軋件。飛剪的起動和制動是自動進行的，當軋件頭部作用于裝設在飛剪后的光電管或機械開關（見下圖a）
時，飛剪便自動起動。這時軋件的定尺長度按下式確定：
式中 ——光電管與飛剪之間的距離；
——飛剪由起動到剪切的時間。
在調節(jié)定尺長度的時候，通常是不采用移動光電管位置的方法，即改變值，而采用特殊的時間繼電器來改變時間。為了使軋件被剪下部分的末端不妨礙光電管或機械開關在下次剪切時再次發(fā)生作用，必須使軋件切下的部分與剩余部分之間保證有一定的間隙，一般用增加剪后輥道的速度來保證次間隙逐漸增大而達到的。
當軋件定尺長度較短時，可能出現小于+，此時，光電管或機械開關就需要放在飛剪的前面，則
當兩次剪切的間隔時間能保證完成飛剪的起動和制動時，才能實現在上述工作制下進行切頭和切定尺。而速度高和轉動慣量大的飛剪通常在一轉內來不及完成上述工作制的要求，即在剪切位置時，刀片速度能加速到軋件速度而在剪切后停止到原始位置上。在這種情況下，就需要能保證較長的起動和制動持續(xù)時間的運動線路圖來代替普通飛剪的運動線路圖。
圖10—53a表示飛剪開動后，刀片由原始位置1開始起動，達到穩(wěn)定轉速以后，刀片在位置2進行剪切，剪切完了進行制動，刀片停在位置3，然后反向起動，刀片進入位置4，轉入爬行速度，在制動器的配合下，刀片準確地制動于位置1，以準備下一次剪切。為減少高溫軋件對剪切軸承的熱輻射，β角（刀片原始位置1）一般在左右；開始剪切角Φ在同一臺飛剪中，是隨軋件厚度而改變的，最大可得到；位置3在刀片不碰軋件的條件下，按制動條件選擇。
軋件速度較低和轉動慣量較小的飛剪，可采用圖10—53b所示的簡單工作制線路運動。刀片在位置1起動，到位置2開始剪切，剪切完了進行制動，刀片在位置3轉入爬行速度，使刀片準確的停于位置1，從而完成一個剪切周期。簡單起動工作制中的原始位置1很重要，它既要滿足起動條件，又要滿足制動要求。
1.3.2連續(xù)工作制飛剪的調長方式
在軋件運動速度較高的情況下，用于剪切定尺長度的飛剪一般都采用連續(xù)工作制。
若以K表示每剪切一次刀片的轉數，則此時剪切軋件定尺長度可表示為
式中 n——刀片每分鐘轉數（或飛剪轉速）；
K——在相鄰兩次剪切時間內刀片的轉數，即所謂空切系數。
由上述公式可知，連續(xù)工作制飛剪剪切定尺長度L取決與刀片的轉速n，相鄰兩次剪切時間內刀片的轉數K（通常是常數）。換言之，此時的剪切長度可采用兩種方法來調節(jié)，即改變刀片的轉速n與改變每剪切一次刀片的轉數。
當刀片的圓周速度與軋件運動速度相等，且空切系數K=1時，此時飛剪剪下的軋件長度稱為基本長度，對應的刀片轉速稱為基本轉速，則公式可改寫為
式中 ——送料輥直徑；
——送料輥轉速。
改變刀片轉速n來調節(jié)剪切長度改變刀片轉速n的方法有兩種：
其一是直接改變刀片的轉速，使刀片轉速在n=（1~2）范圍內變化，則相應的定尺長度的可能調節(jié)范圍為：
或
上述公式的范圍可用上圖的OA與OC線表示。通常采用直流電動機或通過裝設飛剪傳動裝置中的變速箱來達到改變刀片轉速n的目的。
其二是采用勻速機構（亦稱同步機構）。
1.4飛剪的類型、特點及工作原理
1.4.1飛剪的類型
板帶車間的飛剪按用途可分為切頭飛剪和定尺飛剪兩大類。
切頭飛剪：
高速熱連軋帶鋼粗扎和精軋機組之間大多設置一臺切頭飛剪，剪切精軋帶坯頭部和尾部的低溫及不規(guī)則部分，有利于帶鋼精軋咬入，減少帶坯對軋輥的沖擊，防止軋制過程中的卡剛事故
切頭飛剪按結構分為曲柄式切頭飛剪、滾筒式切頭飛剪及擺式切頭飛剪。
應用最廣的是滾筒式切頭飛剪，其滾筒上有兩對剪刃，能夠按工藝要求分別將帶坯頭尾剪切成對稱弧形。其次，曲柄式切頭飛剪的使用也較多。
定尺飛剪
定尺飛剪又有滾筒式、滑座式、擺式和曲柄式等幾種
1.4.2.各類飛剪的特點及工作原理
1）切頭飛剪的形式及特點
2）定尺飛剪
滾筒式飛剪 滾筒式定尺飛剪的兩個滾筒旋轉方向相反，具有良好的平衡特性，因而可以在剪切速度很高的剪切線上工作。迄今剪切帶鋼的滾筒式定尺飛剪的最高剪切速度已達305米/秒。
剪切帶鋼時，剪刃的位置不能始終保持平行；即開始剪切時剪刃相對于帶鋼的位置是傾斜的，僅僅在剪切終結是才能垂直與帶鋼。這樣，剪切過程不是純剪切，還附加有擠壓作用，從而導致了水平力，使剪刃的磨損加快。剪切時剪刃的不平行性還影響剪切成品的端面質量，所以這種飛剪不適合剪切厚度較大的帶材，大多用于剪切薄帶材。
滑座式飛剪 滑座式飛剪又稱模式飛剪，是滑座往復移動的下切式飛剪。
滑座式費勁愛你通過滑座的橫向移動使上下剪刃與被切鋼帶保持同步，只用搖床使下剪刃上升和下降也可以實現間斷式剪切。但它經常是作為飛剪進行連續(xù)式剪切的。其機械結構較為簡單，電氣控制系統比較復雜，適合剪切厚規(guī)格的熱軋帶鋼卷。
滑座式飛剪的滑座（上、下忍車）與帶鋼保持同步，下剪刃隨滑座平移、同時上移完成對鋼的剪切。上下剪刃每剪一次，滑座將經過前進、返回、加速及停車等階段。在每循環(huán)內，帶鋼與剪刃和滑座之間必須保證嚴格的相互協調的運動關系。
剪切過程
若剪刃從最大開口度啟動工作后再恢復到最大開口度位置為一個剪切循環(huán)，則飛剪在這一周內的剪切過程為：
1） 滑座在上下剪刃剪切終了后處于最大開口度狀態(tài)下自P點開始減速停車；
2） 滑座反向（指與帶鋼運行方向相反）加速運行；
3） 滑座反向等速運行；
4） 滑座減速停車；
5） 滑座正向加速運行；
6） 滑座正向運行速度達到與帶鋼運行速度同步后，等速運行。同時，搖床上升運行剪切后下降復位；
7） 上下剪刃恢復最大開口狀態(tài)，滑座減速停車。
每一剪切循環(huán)完成一次剪切，顯然，定尺長度L取決與剪切循環(huán)的周期T（兩次剪切的間隔時間）即：
式中 ——帶鋼運行速度，米/秒
——剪切循環(huán)周期。
滑塊式擺式飛剪 滑塊式擺式定尺飛剪是一種定尺飛剪，用于剪切厚度在6.4毫米以下的熱連軋帶鋼。它的上刀刃坐近似橢圓形的往復擺動；下刃口作封閉曲線形往復擺動，同時在上刀架的滑槽內上下滑動，實現與帶鋼的同步剪切。飛剪的剪機本體與送料矯正兩部分自檢采用機械傳動聯系，結構較為復雜。
滑塊式擺式飛剪自五十年代問世以來，不斷改進，日趨完善?，F代滑塊式擺式飛剪，從結構上分為上擺式和下擺式兩種。上擺式的上刀架的擺動連桿處于主軸的上方；下擺式的上刀架擺動連桿處于主軸的下方。兩者的主要區(qū)別在于勻速機構不同。
不論是上擺式還是下擺式，上、下刀架均作往復擺動，所產生的慣性力按正弦函數變化，大小與剪切速度的平方成正比，從而使得這類飛剪的動力學特性變壞。不僅有較大的振動和沖擊，影響零部件的壽命和發(fā)生較大的噪音，而且限制了剪切速度的提高；降低了 精度。剪切速度一般在1.8米/秒左右，近來由于增加了慣性力平衡裝置，剪切速度可以提高到4米/秒，并使連桿的受力降低90%、主軸的扭矩降低75%。
增設慣性力平衡裝置，本來是為了提高剪切速度，但是近來國內外即使在剪切速度不高的情況下也逐漸增設慣性力平衡裝置，以期提高飛剪工作的平穩(wěn)性、改善其動力學特性和剪切精度。
曲柄擺式飛剪 慣性力大的固有特性，限制了擺式飛剪剪切速度的提高。為了克服這一缺點改進了擺式飛剪，這種改進后的飛剪成為曲柄擺式飛剪或施羅曼飛剪。
這種飛剪具有生產率高、定尺范圍廣、剪切精度高、使用操作方便等優(yōu)點。是一種結構緊湊的新型帶鋼定尺飛剪。
曲柄擺式飛剪機構合理，電氣控制系統較為完善，具有以下特點：
1） 在剪切過程中，上下剪刃保持平行；當帶鋼厚度變化時，剪刃側向間隙也能方便地調節(jié)。最小剪刃側向間隙值為0.01毫米，最小剪切厚度為0.1毫米。
2） 動平衡性能好。剪切厚度為0.15~0.55毫米的帶鋼時，剪切速度為120米/分。剪切速度可達300米/秒；剪切最大厚度為3毫米、寬度為1530毫米帶鋼時，剪切速度為120米/分。剪切定尺長度的調節(jié)是無級的；定尺范圍較寬，為0.5~16米。定尺精度較好，其公差為長度的0.025~0.03%。飛剪的回轉零部件皆作等角速度運轉，幾乎沒有慣性能量波動；勻速機構把最高剪切速度安排在曲柄長度最短時；上刀架的重心在曲柄和上刀架的絞銷點上，曲柄回轉時重心作等速圓周運動。對于有角速度變化的桿件，采用最大慣性能量的相位彼此錯開等方法，降低慣性能量波動，使得飛剪具有良好的動平衡。
3） 采用數字控制的剪切長度誤差自動校正系統和順序控制的定尺長度自動調整系統等，具有較高的自動化水平，操作方便、簡單。
這種曲柄擺式飛剪，目前已引進的有D型和K型。
D型飛剪本體和夾送矯正裝置共用一臺直流可調速電動機驅動。K型飛剪可以將帶鋼剪成500~16000毫米內的任意定尺長度。
曲柄擺式飛剪的工作原理 圖16—50表示飛剪的工作原理，夾送矯正裝置由直流電動機10驅動，將帶鋼1按照給定的速度經導板臺傳送帶6傳給剪切機構12。
帶鋼運行速度即為夾送矯正裝置送進帶鋼的速度，剪切速度則取決與曲柄轉速。為了使剪切速度與帶鋼運行速度同步就必須對曲柄轉速與夾送輥轉速進行聯鎖控制。曲柄轉速由飛剪主電機軸上的脈沖發(fā)生器22測定，夾送輥轉速由測量輥3上的脈沖5測定。當夾送矯正裝置送進帶鋼的速度與剪切速度出現微量不同步、剪切長度的實際值與給定值之間出現偏差時，剪切長度誤差自動校正系統的數字控制裝置；立即啟動電液步進馬達8，進行功率放大，通過差動齒輪組9的調節(jié)改變夾送矯正裝置送進帶鋼的速度。直到剪切定尺長度誤差被消除，使送進速度與剪切速度同步為止，從而實現長度誤差的自動校正。由于設置了電液馬達和差動齒輪組這種電氣—機械—液壓閉環(huán)轉速伺服調節(jié)系統，在加，減速過程中在每次調整剪切長度給定值后，都能迅速的獲得準確的剪切長度。
曲柄擺式飛剪字啊機組速度給定值（即夾送矯正裝置送進帶鋼速度給定值）不變的情況下，基本定尺長度的調節(jié)是通過改變曲柄轉速和曲柄長度的方式來實現的。
飛剪的基本定尺長度為500~1000毫米。相應的曲柄長度變化范圍為102~175毫米。
為了擴大剪切長度范圍，曲柄擺式飛剪的下刀架（搖臂）上設有機械偏心裝置和液壓偏心裝置組成的空切機構。通過機械偏心和空切變速箱可以獲得的定尺長度為基本定尺長度的2倍和4倍；機械偏心和液壓偏心同時參與剪切，可以獲得的定尺長度為基本定尺的8倍和16倍。在剪切長度給定后，可以在停機而且剪刃處于剪切位置是，手動或自動地進行定尺的調整。調整操作有三個方面，即調整曲柄長度；切換空切變速箱；投入或斷開液壓偏心裝置。整個調整過程由電子計算機進行控制，當旋轉凸輪開關（圖16—50中件號17和15）分別給出上剪刃處于剪切位置和機械偏心在上死點位置的信號后，電子計算機根據給定的剪切長度給出各種動作指令和調節(jié)參數，使曲柄擺式飛剪的機械系統、液壓控制系統和電氣控制系統協調地動作，自動調整曲柄長度。
第二章 設計方案的比較
2.1飛剪機的基本要求
飛剪機的特點是能橫向剪切運動著的軋件，對它有三個基本要求：1）剪刃在剪切軋件時要隨著運動的軋件一起運動，即剪刃應該同時完成剪切與移動兩個動作，且剪刃在軋件運動方向的瞬時分速度應與軋件運行速度相等或2%~3%，即。在剪切軋件時，剪刃在軋件運動方向的瞬時速度如果小于軋件的運動速度，則剪刃將阻礙軋件的運動，會使軋件彎曲，甚至產生軋件纏刀事故。反之，如在剪切時剪刃在軋件運動方向的瞬時速度比軋件運動速度大很多，則在軋件中將產生較大的拉應力，這會影響軋件的剪切質量和增加飛剪機的沖擊負荷；2）根據產品品種規(guī)格的不同和用戶的要求，在同一臺飛剪機上應能剪切多種規(guī)格的定尺長度，并使長度公差與剪切斷面質量符合國家有關規(guī)定；3）能滿足軋機或機組生產率的要求。
2.2各種飛剪機設計方案的比較
目前應用較廣泛的飛剪機有，滾筒式飛剪機、曲柄回轉杠桿式飛剪機、曲柄偏心式飛剪機、擺式飛剪機和曲柄搖桿式飛剪機等。近十幾年來，采用計算機可編程序控制等新技術的飛剪機得到了一定地發(fā)展。
1）滾筒式飛剪機 滾筒式飛剪機是一種應用很廣的飛剪機。它裝設在連軋機組或橫切機組上，用來剪切厚度小于12mm的鋼板或小型型鋼。這種飛剪機作為切頭飛剪機時，其剪切厚度可達45mm。滾筒式飛剪機的刀片作簡單的圓周運動，顧可剪切運動速度可達15m/s以上的軋件。
圖9-1是滾筒式飛剪機機構示意圖。刀片1裝在滾筒2上（圖9-1）。滾筒2旋轉時，刀片1作圓周運動。用于切頭切尾的滾筒式飛剪機，在滾筒上往往裝有兩把刀片，分別用來切頭和切尾。飛剪采用啟動工作制。用于切定尺的滾筒式飛剪。一般采用連續(xù)工作制。
滾筒式飛剪機的刀片作圓周運動，上下刀片切入軋件時，在垂直方向不平行，剪后軋件頭部不平整，故以剪切直徑小于的圓鋼或相應的方坯，以及薄板帶為宜。
2）曲柄回轉杠桿式飛剪機 用飛剪機剪切厚度較大的板帶或鋼坯時，為了保證剪后軋件剪切斷面的平整，往往采用刀片作平移運動的飛剪機。曲柄回轉杠桿式（也稱曲柄連桿式）飛剪機就是此類飛剪的一種。
圖9-3是曲柄連桿式飛剪機結構圖。刀架1作成杠桿形狀，其一端固定在曲柄軸2端部，另一端與擺桿3相連。當曲柄軸2（即曲軸）轉動時，刀架1作平移運動，固定在刀架上的刀片能垂直或近似地垂直軋件。
由于這類飛剪機在剪切軋件時刀片垂直于軋件，剪切斷面較為平整。在剪切板帶時，可以采用斜刀刃，以便減少剪切力。這種飛剪機的缺點是結構復雜，剪切機構動力特性不好，軋件的運動速度不能太快。用于小型型鋼廠的曲柄連桿式飛剪機，軋件速度小于5m/s，剪切的軋件厚度為30~70mm。
應該指出，在現代化的連續(xù)式小型型鋼廠中，由于產品的范圍為，軋件速度變化范圍也達2~3m/s。因此，單獨使用上述的回轉式或曲柄連桿式飛剪機都不能滿足生產要求，而同時設置兩臺飛剪機的投資也較大。為此，出現了一種曲柄-回轉聯合式飛剪機如下圖，。當剪切斷面較大而速度較低時，飛剪機為曲柄連桿式。當剪切斷面較小而速度較高時，將連桿5從刀架上卸下后，與擺桿4一起固定在飛剪機箱體3上，此時，就是一臺回轉式飛剪機。這種飛架機轉換形式迅速方便，能適應軋件速度范圍和剪切范圍有較大變化的場合。
3） 曲柄偏心式飛剪機 這類飛剪機的刀片作平移運動，其結構簡圖如圖9-5所昂比曲
柄軸9（BCD）鉸接在偏心軸12的鏜孔中，并有一定的偏心距e。雙臂曲柄軸還通過連桿6（AB）與導架10相鉸接。當導架旋轉時，雙臂曲柄軸以相同的角速度隨之一起旋轉。刀片15固定在刀架8上，刀架的另一端與擺桿7鉸接，擺桿則鉸接在機架上。通過雙臂曲柄軸、刀架和擺桿可使刀片在剪切區(qū)作近似于平移的運動，以獲得平整的剪切斷面。
通過改變偏心軸與雙臂曲軸（也可以說是導架）的角速度比值，可改變刀片軌跡半徑調整軋件的定尺長度。這類飛剪機裝設在連續(xù)鋼坯軋機后面，用來剪切方鋼坯。
4）擺式飛剪機圖 9-6是IHI（日本石川島播磨重工業(yè)公司）擺式飛剪機結構簡圖，用來剪切厚度小于6.4mm的板帶。刀片在剪切區(qū)作近似于平移的運動，剪切質量較好。上刀架1在“點2”與主曲柄軸8相鉸接。下刀架2通過套式連桿4、外偏心套6、內偏心套5與主曲柄軸8相連。下刀架2 可在上刀架1的滑槽中滑動。上下刀架與主曲柄軸連接處的偏心距為，偏心位置相差。當主曲柄軸8轉動時，上下刀架作相對運動，完成剪切動作。
在主曲柄軸8上，還有一個偏心。此偏心通過連桿12與搖桿10的軸頭11相連，而搖桿9則通過連桿3在“點1”與上刀架相連。因此，當主曲柄軸8轉動時，通過連桿12、搖桿10、9和連桿3使上下刀架作往復擺動。由于上刀架能上下運動外還可以進行擺動，故能剪切運動中的軋件。
5）曲柄搖桿式飛剪機 這種飛剪機也成為施羅曼飛剪機，用來剪切冷軋板帶。由于飛剪機工作時總能量波動較小，故可在大于5m/s的速度下工作。圖9-7為曲柄搖桿式飛剪機結構簡圖。上刀架1（連桿）通過偏心軸6與下刀架2（搖桿）相鉸接。下刀架2在曲柄3與上刀架1的帶動下，以偏心軸4（機械偏心）偏心套5（液壓偏心）為中心作往復擺動。當改變偏心軸4與偏心套5的偏心位置時，可得到不同的空切次數。
2.3 方案的確定
本設計采用：由于剪切棒材直徑較大，速度較快，采用連續(xù)工作制，選取曲柄連桿飛剪機。
具體機構如下：
第3章 剪切力和電動機功率計算
3.1剪切力的計算
根據飛剪刀片形狀不同，其剪切力可按平行刀片剪斷機或斜刀片剪斷機的計算公式來計算。但是當飛剪直接裝在軋機后工作而又沒有勻速機構時，在剪切時，刀片水平速度可能超過板柸送進速度，則在板柸中將產生拉應力，此拉應力亦作用在飛剪的刀片上。這個拉應力不允許超過軋件在剪切溫度下的彈性極限。根據胡克定律，軋件中的拉應力應為
σ=E≤
剪切時的刀片咬入角：
cosα=
式中 R——刀片回轉半徑，R=235mm
h——棒材的直徑，h=98mm
∴ cosα=0.3
α=
刀片的圓周速度：
式中E——彈性模量，軋件在終軋溫度為950℃時，
E≈4500∽5500公斤/。
圖： 飛剪的剪切過程
綜上計算，由于100%<1%，故可不考慮拉應力對刀片的附加負載。
根據圖 所示飛剪的刀片的形狀，可按平行刀片剪斷機的最大剪切力公式計算剪切力：
P=
式中 K1——考慮到刀刃變鈍和刀刃間隙增大后，剪切力增大的系數，按剪切機的能力選取：
小型剪斷機（P） K1=1.3
中型剪斷機 K1=1.2
大型剪斷機 （P） K1=1.1
K2——被切軋件強度換算成抗剪切強度之換算系數，一般取K2=0.6；
——被切軋件在相應剪切溫度下的抗拉強度，對熱剪機可按下表選取（公斤/）；
F——被切軋件的剪切斷面面積（）
不同溫度時的軋件抗拉強度（公斤/）
鋼種
剪切溫度
1000℃
950℃
900℃
850℃
800℃
750℃
700℃
20℃
合金鋼
8.5
10
12
13.5
16
20
23
70
高碳鋼
8
9
11
12
15
17
22
60
低碳鋼
7
8
9
10
10.5
12
15
40
由表可知：=10
故 P=
=1.2×0.6×10
由已知條件d=98mm
P=54.28噸
3.2飛剪的電動機功率計算及選取
按啟動工作制工作的飛剪剪切功率幾乎完全由飛剪運動質量的加速條件來決定。因為每次 剪切要求的加速時間非常短，在這種條件下剪切力對電動機功率實際上沒有影響。
連續(xù)工作的飛剪的剪切功率 N1，是相鄰兩次剪切時間t秒內的平均剪切功率計算的：
N1=（千瓦）
式中 A——剪切功，計算時按照平均剪切力來考慮：
A=
其中 P為最大剪切力，P=54280公斤；
h為板柸斷面高度，h=98mm；
k為考慮其他因素的影響系數，k=2；
A==5319.44（公斤?米）
t——相鄰兩次剪切的時間，t=1秒；
——考慮飛剪機構的摩擦損失系數，結構簡單的飛剪，取=5；對于具有復雜減速機的飛機按和飛剪電動機帶動送料輥時特別是具有勻速機構時，可取=15∽20。
代入上面的公式得剪切功率：
N1==260.76（KW）
飛剪電動機的功率
=N1
N=260.76（KW）
由于已經按照最大值考慮，故上式中忽略不計傳動效率。
根據上面的計算，選擇飛剪的主電動機ZFQZ-315-42,280KW，700轉/分。
交流電機的優(yōu)點：價格低廉、結構簡單、維修容易、速率變動小。它的轉速與頻率成正比，頻率越高轉速越快，無接觸零件不用保養(yǎng)使用期限長。
其缺點是：轉速受電源頻率固定，使用一般交流頻率無法使電機高速運轉，最高僅達3600r/min，高速電動機必須要用變頻器來產生需要的工作頻率，速度控制須改變頻率或者加裝其它回收器，比較麻煩。
直流電動機的優(yōu)點：
（1） 優(yōu)良的調速性能。調速平滑、方便。調速范圍廣，轉速比可達1:200。
（2） 過載能力大。軋鋼用直流電動機短時過轉矩可達到額定轉矩的2.5倍以上，特殊要求的可以達到10倍，并能在低速下連續(xù)輸出較大轉矩。
（3） 能承受頻繁的沖擊負載。
（4） 可實現頻繁的無級快速啟動、制動和反轉。
（5） 能夠滿足生產過程自動系統的特殊運行要求。
缺點是：直流電動機較交流電動機結構復雜、制造成本高，維護工作量大。
3.3飛剪內的齒輪設計：
1. 選定齒輪類型、精度等級、材料、齒數。
1） 根據工作條件需要選擇斜齒圓柱齒輪。
2） 飛剪機對精度要求較高選用7級精度等級（GB 10095-88）
3） 材料選擇。選擇小齒輪的材料20Cr硬度300HBS，大齒輪材料為40Cr，硬度為270HBS，二者材料硬度相差30HBS。
4） 初選小齒輪齒數=20，大齒輪齒數=i=58
5） 選擇螺旋角，初選角度16度。
2. 按照齒面接觸強度設計
按式≥
（1） 確定公式中的各計算數值
1） 試選=1.6。
2） 選取區(qū)域系數=2.433。
3） 查表得=0.76，=0.83，則+=1.57。
4） 計算齒輪的轉矩
=i
T=
——大齒輪的轉矩，——小齒輪的轉矩。
==13800000mm,
5） 選擇齒寬系數=0.75。
6） 材料的彈性影響系數=189.8 。
7） 查得小齒輪的接觸疲勞強度極限=570MPa；大齒輪的接觸疲勞極限=530MPa。
8） 計算應力循環(huán)次數。=60nj=3.888
=1.34
9） 選擇接觸疲勞壽命系數=0.92，=0.95。
10)計算接觸疲勞許用應力。
取失效概率為1%，安全系數S=1，得：
==0.92570=524.4MPa
==0.95530=503.4MPa
==513.95MPa
（2）計算
1） 試算小齒輪的分度圓直徑 ，由計算公式
≥=337.8mm
2） 計算圓周速度
=3.18
3）計算齒寬b及模數
b==253.35mm
=15.46mm
h=2.25=34.79mm
=7.28
4） 計算縱向重合度。
=0.318=1.37
5）計算載荷使用系數K。
已知使用系數=1.5，根據速度=3.18 ，六級精度，可以查得動載系數=1.09；
由接觸疲勞強度計算用的齒向載荷分布系數表可查得=1.37,；
由彎曲強度計算的齒向載荷分布系數表查得=1.29；
由齒間載荷分配系數表可得 ==1.1。
=2.4999。
6）按實際的載荷系數校正所算得的分度圓直徑，由
。
7）計算模數
=17.953mm
3.按齒根彎曲強度設計
由式
（1） 確定計算參數
1） 計算載荷參數。
=2.32
2） 根據縱向重合度=1.37，可以查得螺旋角影響系數=0.91
3） 確定當量齒數。
=23.64
=68.676
4） 查取齒形系數。
由齒形系數及應力校正系數表可查得：
=2.70，=2.26
5） 查取應力校正系數。
=1.572 ，=1.74
6） 查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限=510MPa，大齒輪的彎曲疲勞強度極限=460MPa；
7） 查得彎曲疲勞壽命系數=0.88，=0.89；
8） 計算彎曲疲勞許用應力。
取彎曲疲勞安全系數S=1.4則：
=320.57MPa
=292.43MPa
9） 計算大、小齒輪的并加以比較。
=0.01324
=0.01345
小齒輪的數值較大
（2） 設計計算
=10.499
對于計算結果，由齒面接觸強度計算的法面模數大于由齒根彎曲強度計算的法面模數，取=18mm，已經可以滿足彎曲強度。但是為了同時滿足接觸疲勞強度，需按接觸疲勞強度算得的分度圓直徑來計算應有的齒數。于是由
取=21，=61。
4.幾何尺寸計算
（1） 計算中心距
=767.74mm
取為994.8mm
（2） 改變后的中心距修正螺旋角
=
因改變不多故參數、、等不必修正。
（3） 計算大小齒輪的分度圓直徑
=394.1mm
=1145mm
（4） 計算齒輪的寬度
==295.575mm
圓整后取=275mm，=295mm。
3.4剪切軸的設計及校核
1. 輸出軸——曲軸上的功率、轉速和轉矩T
=260.7689.91KW
=60r/min
T=14310675 Nmm,
2.求作用在齒輪上的力
因已知大齒輪的分度圓直徑=1145mm
= 24996.81N
=9464.74N
=7205.979N
3.初步確定軸的最小直徑
選取軸的材料為40CrNiMo，取=105，于是得
=195mm，
軸的最小軸頸處是安裝軸承選擇=200mm。
4.軸的結構設計
（1）擬定軸上的裝配方案
軸上裝有大齒輪，兩端裝有軸承，在一段安裝飛剪，在另一端安裝測速裝置。
（2）根據軸向定位的要求確定軸上各段直徑和長度。
1）初步選擇滾動軸承。因為軸承同時承受有徑向力合軸向力的作用選擇
調心滾子軸承。參照工作要求選擇22244C型的軸承其尺寸為
，根據整體的要求取該段軸的長度為
=265mm
2）取安裝齒輪處的軸段直徑為280mm，齒輪的右端與右軸承之間采用軸套定位。已知齒輪輪轂的長度為340mm，取齒輪處的軸段長度為338mm，齒輪的左端采用軸肩定位，軸肩的高度>0.07d，故取=15mm，則齒輪左端軸頸的直徑為310mm，取其長度為147mm。
3）下一段裝軸承，由于該軸受到軸向力和徑向力，參照工作類型初步選擇軸承類型為調心滾子軸承其型號為2316CC，其尺寸為
軸承右端選用鎖緊螺母固定，螺母固定段的長度為36mm，軸承段的長度為176mm
4）軸承端蓋段的軸直徑為380mm，其長度為97mm
5）曲軸的連接段長度為140mm，根據飛剪的要求曲柄的長度為235mm，即軸的中心線距離為235mm。
6）刀架與曲軸連接段的軸段直徑為250mm，長度為40mm
7）刀架段的軸直徑為200mm，長度為212mm。
8）軸最右端連接測速裝置的軸段直徑為80mm，長度為95mm。
（3）軸上零件的周向定位
齒輪與軸的配合處采用平鍵連接。查表可得平鍵截面，鍵槽采用鍵槽銑刀加工，長度為320mm，同時為了保證輪轂與軸的配合有良好的對中性此處配合選用。
（4）軸上各處軸段的倒角及圓角見零件圖。
（5）求軸上的載荷
計算軸上的受力，及做出彎扭圖，看出危險截面，計算出它的彎矩列于下表中。
載荷
水平面H
水平面V
支反力F
=
=
彎矩M
=
總彎矩
扭矩T
T=14310675Nmm,
圖中V面中的軸向力未標出。
上圖中的F1，F2為剪切力在水平方向和豎直方向上的分力。剪切力
F=54280千克，即F=531944N，則
=507435.5N
=159250N
式中的為剪刃的剪切角。
1） H面：
，
由上式可解得
=-837387.7N
=304954.69N
=
2） V面：
由上式可解得
=
=
（6）校核軸的強度
已知軸上的彎矩和扭矩之后，可針對某些危險截面（即彎矩和扭矩較大而軸頸有可能不足的截面）做彎扭合成強度校核計算。按第三強度理論，計算應力
通常由彎矩產生的彎曲應力是對稱循環(huán)應力， 而由扭矩所產生的扭轉應力則通常不是對稱循環(huán)應力。為了考慮兩者循環(huán)應力的不同，引入折合系數
則計算應力為
式中的彎曲應力為對稱循環(huán)應力。當扭轉切應力為靜應力時，??；當扭轉切應力為脈動循環(huán)變應力時取；若是扭轉切應力亦為對稱循環(huán)變應力時則取。
對于直徑為d的圓軸，彎曲應力為，扭轉切應力為，將式中的和代入上式，則軸的彎扭合成強度為
式中：——軸的計算應力，MPa；
M——軸所受的彎矩，N?mm；
T——軸所受的扭矩，N?mm；
W——軸的抗彎截面系數，
——對稱循環(huán)變應力時軸的許用彎曲應力。
進行校核時，通常只校核承受最大彎矩和扭矩的截面的強度，根據上述公式及表中的數據，以及軸為單向旋轉，即扭轉切應力為脈動循環(huán)變應力，取
=0.6， 得
=101MPa<
故軸安全。
（7）精確校核軸的疲勞強度
1）判斷危險截面
從應力集中對軸的影響和軸肩，鍵槽和過渡配合對軸強度的削弱綜合考慮可以得到該軸只需要校核左軸承右端軸肩的截面兩側。
2）截面右側
抗彎截面系數 W= =2979100
抗扭截面系數 ==5958200
截面右側的彎矩M為
M=416865886.6N?mm
截面右側的扭矩T為
T=14310675Nmm,
截面上的彎曲應力
=139.93 MPa
=2.4MPa
查表可知=980MPa， =463MPa，=283MPa
截面上由于軸肩而形成的理論應力集中系數及可根據軸肩圓角處的理論集中應力系數表查取，
因=0.02， =1.04。經過插值可查得
=1.95， =1.20；
查表可得軸的材料敏性系數為
=0.92 ，=0.91
故有效集中系數按式為
=1.87
=1.18
查表可得其尺寸系數=0.55，扭轉尺寸系數=0.75。
軸按磨削加工，則可查得其表面質量系數為
軸的表面未經過強化處理，即=1，則可得到綜合系數為
=3.62
=1.66
又由合金鋼的特性系數為
，=0.1
于是計算安全系數值按 下列公式可得
=2.88
=14.88
=2.75>1.5
故可知其安全。
3）截面左側
截面系數W可按下列公式計算。
抗彎截面系數 W= =5487200
抗扭截面系數 ==10974400
截面右側的彎矩M為
M=416865886.6N?mm
截面右側的扭矩T為
T=14310675Nmm,
截面上的彎曲應力
=75.97MPa
=1.3 MPa
軸與軸承處的配合處可查表并插值可得，并取=0.8，于是得
=4.84，=3.87,
軸按磨削加工，則可查得其表面質量系數為
故得綜合系數為
=4.93
=3.96
又由合金鋼的特性系數為
，=0.1
于是計算安全系數值按 下列公式可得
=2.38
=7.50
=2.27>1.5
故截面左側的強度也是足夠的。
3.5輸入軸的設計及校核
1.求軸上的功率、轉速及轉矩
P=260.76KW
=i=174r/min
T=14311827.59Nmm
2.求作用在齒輪上的力
因已知大齒輪的分度圓直徑為
=1145mm
= 24998.825N
=94655N
=7168.29N
3.初步確定軸的最小軸頸
選取軸的材料為40CrNiMo，取=97，于是得
=165mm，
初步確定軸最小軸頸為=170mm。
4.軸的結構設計
（1）擬定軸上零件的裝配方案
該軸上裝有一個小齒輪，在小齒輪兩側裝有兩個滑動軸承。軸的右端還有聯軸器與減速器聯接。本設計中主要設計飛剪機的主題部分，減速器部分不做具體設計。
（2）根據軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度
綜合考慮取軸承處的直徑為220mm，因為軸承同時承受有徑向力合軸向力的作用選擇調心滾子軸承。參照工作要求選擇22344CC型的軸承其尺寸為
，根據整體的要求取該段軸的長度為
=598mm，并且在該段軸上裝有小齒輪，齒輪右側采用軸環(huán)定位。軸環(huán)處軸的直徑為280mm，考慮到對右端軸承的左面的定位要求，應該有軸肩定位，取該軸肩處軸的直徑為255mm，在軸肩和軸環(huán)間有一個錐面過渡。
（3）軸上零件的周向定位
齒輪與軸的周向定位采用平鍵連接。查手冊截面為，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長度為280mm，同時為了有較好的對中性采用配合。
（4）軸上零件的倒角和圓角
軸左端倒角為，右端軸肩處圓角為。
5.求軸上的載荷
確定軸上支點的位置，
左軸承支點和齒輪支點間的距離為380mm，
右軸承支點和齒輪支點間的距離為408mm，
分析軸上的受力，計算軸承上的受力，計算出軸上受力的彎矩和扭矩，做出軸上的受力圖，彎矩圖和扭矩圖。
從軸的結構圖及彎矩和扭矩圖中可以看出截面的最危險截面，計算出該截面的彎矩，列于下表中
載荷
水平面H
水平面V
支反力F
=12943N
=12055N
=
=
彎矩M
=
=11721848 Nmm
=260336