[选读]圆盘剪切机设计仿单

[选读]圆盘剪切机设计仿单 圆盘剪切机设计 1.绪论 1.1选题的背景和目的 剪切机有各种类型，平刃剪、斜刃剪、圆盘剪和飞剪。平刃剪用于剪切方坯，斜刃剪用于剪切板材，而圆盘剪广泛用于纵向剪切厚度小于20~30毫米的钢板及薄带钢。而 飞剪用于剪切运动着的轧件，其剪刃有平刃、斜刃和圆盘式飞剪。 圆盘式剪切机由于刀片是旋转的圆盘，因而可连续纵向剪切运动钢板和带钢。圆盘式剪切机通常设置在精整作业线上用于将运动着的钢板纵向边缘切齐和剪切或者切成窄带钢，根据其用途可分为剪切板边的圆盘剪和剪切带钢的圆盘剪。 剪切板边的圆盘剪，每个圆盘刀片均以悬臂的形式固定在单独传动的轴上，刀片的数目为两对。这种圆盘剪用于厚板精整加工线。板卷的横切机组和连续酸洗机组等作业线。剪切带钢的圆盘剪用于板卷的纵切机组，连续退火和渡锌机组等作业线上。将板卷切成窄带钢，作为焊管坯料和车圈的坯料等。这种圆盘剪的刀片数目是多对的，一般刀片都固定在两根公用的运动轴上，也有少数的圆盘刀片是固定在独立的传动轴上的。 这次选圆盘式剪切机作为设计题目是在对1700横切机组的调研的背景下进行的。1700横切机组使用多年，其中圆盘剪使用过程中存在一些问题。该厂对该剪切机也进行了多次改造。圆盘剪使用过程中传动系统精度底，径向调整机构和刀片侧向调整精度低，迫切要求更新和改造设计。 这次设计的目的就是通过设计对主轴传动系统，刀片侧向调整机构，特别是各个机构中的传动部分进行设计。通过设计过程掌握圆盘剪单体机械设备的设计方法，使所学的理论知识和实际结合起来，提高设计能力，独立分析能力和绘图技术，进行规范化的的训练为今后的工作打下有力的基础。 1.2 圆盘式剪切机国内外的发展现状 圆盘剪切机有下列几个机构组成:刀盘旋转传动系统，刀盘径向调整和刀片的侧向调整，剪切宽度的调整等。剪切宽度的调整实际上就是对机架的距离调整。 早期圆盘式剪切机速度较低，圆盘式剪切机刀片旋转是用电机通过齿轮传动，以及和万向连接轴来实现的。刀盘径向间隙调整用电机通过蜗杆蜗轮传动是偏心套转动来实现的。而刀片侧向间隙是 用手动通过蜗轮传动使刀片轴轴向移动来完成的。 随着生产的发展，圆盘式剪切机剪切速度在逐渐提高，由于受到碎边机的限制，现在大型圆盘剪切机的剪切速度通常为0.4米/秒。目前圆盘式剪切机装在横切机组上，剪切厚度为0.6~2.5毫米，宽度为700~1500毫米。带钢剪切速度达到1~3m/s。刀片传动通过减速机和4个相同尺寸的齿轮同时传动两对刀片。为保证刀片同步，4个齿轮组成相当于连杆机构，使齿轮传动的中心距不变，提高了齿轮传动精度，为调整上刀片径向间隙，上刀片轴承座可沿机架滑道上下移动。滑座移动用针齿摆线减速机，它体积小速比大调整精度高。刀片轴向距离调整也采用针齿摆线减速机驱动丝杆和螺母来实现的，为了提高传动精度，传动系统增加了测速装置，进行主传动速度调整。 圆盘剪后设置碎边剪，将剪切下来的板边剪成碎段送到下面的滑槽中，也可对剪下来的薄板边用卷取机卷起来，然后停车卸卷。为了使切下来的板边的钢板平直，在出圆盘剪时切边应向下弯曲，现在采用上刀片轴相对下刀片轴移动一个不大的距离或者上刀片直径比下刀片直径小一些来实现见图1.1。 图1.1 使钢板保持水平位置的方法 目前，各国都在研究扩大圆盘剪的剪切范围，有的国家已经采用两台连续圆盘剪，剪切厚度为10毫米的钢板，第一台圆盘剪切入板厚的5%~10%，紧接着由第二台圆盘剪将钢板全部切断，见图1.2。 在冷轧横切机组上采用不带驱动装置的圆盘剪，其圆盘剪刀片的传动是由带有一定张力的被剪切的带钢来带动实现拉剪方式。 分条圆盘剪为了提高工作效率，从而采用了两套机架，轮流使用，整体更换使设备的维修性提高，但投资费用大。 1.3 圆盘剪切机研究的内容和方法 1.3.1圆盘剪切机在机组的布置和作用 1、热轧钢板精整机组 热轧钢板精整机组示意图如图1.3所示 图1.2 双重圆盘剪示意图 1. 运输辊道 2. 前斜刃剪 3. 后斜刃剪 4. 圆盘剪 5.碎边机 图1.3 热轧钢板精整机组示意图 热轧钢板冷却后由运输辊道运输到后斜刃剪进行切头，然后送到圆盘剪切边，在 达到一定宽度要求后送到冷床。切下的边由碎边机剪切成小段后运走。为满足钢板的 长度要求，再由辊道运回前斜刃剪，加工成一定的尺寸长度。 圆盘剪的作用是剪切钢板宽度尺寸，即去掉两边并切齐满足宽度要求。 2、1700横切机组 1700横切机组的布置见图1.4所示。 由吊车将钢卷吊来放到链式传送机上进入拆卷机拆卷，由伸直机将板头伸直，由下切剪切头后经17辊矫直机初矫后到圆盘剪进行切边，再送入1700矫直机进行胶直，最后由飞剪组合控制剪切带钢的长度，带钢连续运行切断，由涂油机经给料辊进入磁力辊 1. 拆卷机 2. 伸直机 3. 下切剪 4. 17辊矫直机 5. 圆盘剪 6. 17辊矫直机 7. 飞剪机 8. 涂油机 9. 给料机 10. 垛板台 图1.4 1700横切机组示意图 道(或磁性皮带)送到垛板台上落下垛起，当达到一定高度后由吊车运走。圆盘剪的作用就是将矫直后的带钢连续切边，并使其达到一定宽度要求，再送到飞剪机连续剪切到要求的长度尺寸。 3、1700冷纵剪切机组 1700冷纵剪切机组布置见图1.5所示。 1. 拆卷机 2. 伸直机 3. 下切剪 4. 给料机 5. 圆盘剪切机 6. 卷边机 7. 风动分离盘 8. 分卷卷取机 图1.5 1700冷纵剪切机组示意图 纵剪就是将钢板破成窄条。 钢卷由吊车吊到拆卷机处拆卷，将头伸直经下剪切头由给料机送到圆盘剪切纵切后 切成窄条，给风动分离盘，由分卷取机卷成窄带卷，卸卷后由吊车吊走送入成品库。切下的带钢边，由板卷机卷成卷，卸下后送走。 圆盘剪切机的作用是将冷轧成卷带钢切成窄条，并卷成窄带钢卷。其窄带钢卷的宽度由刀盘轴定位环调整，使刀盘之间位置变化。 1.3.2 圆盘剪切机的类型和特点 圆盘剪切按用途分为剪切板边圆盘剪和剪切带钢纵切圆盘剪。 1、剪切板边的圆盘剪 热轧钢板圆盘剪，剪切厚度小于20毫米，径向调整采用偏心套，同步齿轮与刀片轴用万向连接轴传动。 热轧钢板圆盘剪的另一种类型，剪切厚度在40~50毫米，采用二架圆盘剪同时剪切，第一架切入一定的深度后第二架圆盘剪再将其完全切断。 冷轧带钢圆盘剪，剪切厚度0.5~2.5毫米之间，径向调整移动上刀盘同步齿轮采用四连杆机构。有的冷轧带钢圆盘剪采用测速装置，使剪切精度更准确。 冷轧带钢圆盘剪的另一中类型，刀盘不带驱动，而是利用带钢拉着剪切。 2、剪切带钢纵切圆盘剪 纵切圆盘剪将带钢连续破条剪切，采用多对刀盘，刀盘轴传动有两种:一种是集中驱动，另一种刀盘轴分别驱动。 1.3.3 圆盘剪切机设计内容和方法 1、通过靠工厂调研，了解同类圆盘剪生产中存在的问题，查阅相关资料掌握圆盘剪的发展现状。 2、制定圆盘剪设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，在认真研究，有创新和改进，方案合理，并进行方案评述。 3、进行设计计算，保证机件强度和刚度，计算公式采用要有依据。 4、画出总图，部分部件图和零件图，利用计算机绘图。 5、对设计中控制系统提出要求，选择润滑方法。 6、试车方法和维修技术，保证维修方便。 7、对设备进行经济分析和评价，降低设计成本。 2. 设计方案的选择和方案评述 按给定的设计参数，设计题目是1700横切机组的圆盘式剪切机有两中类型，一种 是一般的切边圆盘剪。有的设有测速电机，另一种靠带钢拉动圆盘剪刀进行剪切称为拉剪。 设计方案选择设有增速机构的圆盘剪，其结构示意图如图2.1所示。 1. 带电机摆线针轮减速器 2. 径向调整减速机 3. 调整丝杆 4. 刀盘 5. 离合器 6. 增速机构 7. 减速机 8. 电机 9.10.11.12 同步齿轮 13. 刀盘侧向间隙调整装置 14. 机座移动机构 (宽度调整机构) 图2.1 圆盘剪结构示意图 该圆盘剪装在横切机组上，用来剪切厚度为0.6~2.5毫米，宽度为700~1500毫米的带钢。剪刃线速度为1~3米/秒。 主传动由电机8通过减速机7同时传动两对刀盘，上刀盘与齿轮9相连，下刀盘与齿轮10相连，齿轮9、11，12之间用连杆相连，以保证各齿轮中心距不变。因此在调整刀盘径向间隙(调整上刀盘位置)各齿轮能很好的啮合，刀盘侧向间隙调整，转动手轮使螺纹套筒旋出使下刀盘做轴向移动调整间隙很小，调整好在锁紧。 刀盘径向调整通过带电机的减速机1，调整减速机2，及调整螺丝带动上刀盘轴的 轴承座沿着架体内滑道上下移动。 在剪切机下部设置机架横移机构，由电机通过行星减速机传动左右两端螺纹方向相反的丝杆，由固定机架的螺母带动机架沿着导轨作相同或者相反移动从而达到调整带钢宽度的目的。 该设计方案做下列改进:其一,径向间隙调整比偏心套调整可靠利用连杆机构比万向接轴精度高。其二，侧向间隙调整增加自锁装置，安全可靠。其三，宽度调整采用行星齿轮减速机比蜗杆减速机效率高占地空间小。最后增加了测速机构，为电机提供信号，为电机达到精确的转速提供的保障，从而使整机更完善。 由以上所述方案是比较好的，并且可行的。 3. 电机容量的计算 3.1 定性选电机 电动机分交流电动机和直流电动机两种，由于直流电动机需要直流电源，结构较复杂 价格较高，维护比较不便等缺点，因此无特殊要求是不宜采用。 冶金行业生产单位一般为三相交流电源，因此，应选用交流电动机，同时交流电动机又分为异步电动机和同步电动机两类，我国新设计的Y系列三相笼型异步电动机属于一般用途的全封闭自扇冷电动机，其具有以下优点: 1、结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便; 2、适用于不易然，不易爆，无腐蚀性气体和无特殊要求的机械上; 3、由于起动性能较好，也适用与某些要求起动转矩较高的机械。 所设计圆盘剪切机已知原始数据: 剪切带钢速度 V=1~3 m/s, 取3 m/s; 剪切带钢强度 ?600 MPa 取600 MPa;, b 剪切带钢厚度 h=0.5~2.5 mm; 剪切带轮宽度 B=700~1500 mm; 剪刃的摆动不超过 0.1 mm， 不平行度0.01 mm;, , 上下剪刀的侧间隙 0.05 mm， 重叠度S=0~0.3 mm。, 由于圆盘剪切机属于一般冶金机械设备，无特殊要求，连续工作时间长，要求起动性能好，起动转矩较高，故选择交流异步电动机Y系列。 3.2 选择电动机的容量 ,1、圆盘刀片尺寸 圆盘刀片尺寸包括圆盘刀片直径D及其厚度。圆盘刀片直径D主 要决定于钢板厚度h，查文献[1，295]，其计算公式为: h，sD, (3.1)1,cos,1 ,,上式中的最大咬入角，一般取为~。值也可以根据剪切速度V来选取，同时1015,,11 ,,当咬入角=~时，我们可以引用一个经验公式，圆盘刀盘直径通常在下列范围内1015,1 选取 D=(40~125)h (3.2) 带入数值计算得: D=1252.5=312.5 mm ， ,圆盘刀片厚度一般取为 (3.3),,(0.06~0.1)D 带入数值计算得: ,,0.1D,0.1，312.5,31.25mm 同时根据表[1.表8-13]一般圆盘刀片直径、厚度与被剪切带材厚度的关系，可取的各数 ,,值:D=270 mm、=20 mm，为了保证剪切力及刀片的强度和使用寿命，我们取=30 mm。 ,2、上下刀盘的侧间隙 我们取预定值0.05 mm。 3、剪切速度V 我们取预定值3 m/s。 4、剪切力与剪切功率 作用在一个刀片上的总的剪切力是由两个分力所组成的，即 P,P，P12 式中 p—纯剪切力; 1 P —钢板被剪掉部分的弯曲力; 2 dP,qdx,,hdx 1x q式中 —作用在接触弧AB水平投影单位长度上的剪切力。 x 由相对切入深度知 x2tan, ,,h 微分后得 h ,dd,x2tan, 所以纯剪切力为 p,,hdx1, 2h ,,d,,2tan, 2h ,a2tan,式中的值可利用平行剪单位功数据。 a 在圆盘剪上冷剪时，值可按下面公式计算 a a,K,K,,,,1b2b ,600，20% =120 ,式中取系数，为金属材料延伸率，查手册取20%。 K,K,112 所以 2hP,a 12tan, 22.5, ,2tan10 3,2.127，10 N 查文献[1，297]总剪切力的计算公式为 ,tanp,p(1，Z) (3.4)1, ,tan103,2.127，10(1，1.4) 20% 3 N ,4.752，10 考虑到刀刃磨钝的影响，增大15%~20%，这里取增大20%。 33N P,4.752，10(1，20%),5.702，10 圆盘剪上的剪切力可根据作用在刀片上的力矩来确定。在上下刀片直径，速度相等而且都驱动时，则与简单轧制情况相似，合力P垂直作用在刀片上，这时转动一对刀盘所需之力矩为 (3.5)M,PDsin,1 3, ,5.702，10，0.27，sin10 ,268.18,Nm 而驱动圆盘剪的总力矩为 M,n(M，M)12 式中 n —刀片对数 d M—一对刀片轴上的摩擦力矩，，其中为刀片轴轴颈的直径，这里M,Pd,22 d,取=170mm，为刀片轴承处的摩擦系数，查手册取0.004。 所以总的力矩为 M,n(M，M)12 3,3 ,2，(268.18，5.702，10，170，10，0.004) , =544.11 Nm 查文献[1，298]圆盘剪电动机功率可按下式确定 2Mv,N , (3.6)11000D, ,,式中 —考虑刀片与钢板间摩擦系数，=1.1~1.2; 11 v —钢板运动速度，m/s; —传动系统效率，=0.93~0.95。 ,, 代入数据后 2Mv, N,11000D, 2，544.11，3,1.2 1000，0.27，0.93 =15.6 KW 3.3 确定转速 根据以上计算所得数据，查找专业手册，选取合适电机。容量相同的同类型的 电动机，有几种不同的转速系列，此种情况下我们综合考虑，分析比较电动机及传动 装置的性能、尺寸、重量和价格等因素，再考虑到机械在实际中的运转，他的可靠性与 电机相连接的减速机，以及以后的发展，适当的增加电机功率，最后选同步转速1500r/min 的电动机。综上，选取电机型号为:Y180L—4，其主要性能见表3.1 表3.1 电机主要性能参数表 型号 额定功率 转速 电流 效率 重量 最大转矩 额定转矩/kW /(r/min) /A (%) /kg Y180L—4 22 1470 42.5 91.5 2.2 190 3.4 电动机的校核 电机的校核主要是针对电机的过载能力校核。 过载能力是指电动机负荷运行时，可以在短时间内出现的电流或转矩的允许倍 数，对不同类型的电动机不完全一样，对异步电动机来说，校核其过载能力时即最大转 ,矩倍数时，要考虑到交流电网电压可能向下波动10%~15%，因此，最大转矩按 ,(0.81~0.72)来考虑，他应该比负载最可能出现的最大转矩大。TN v齿轮转速: = nd, 3= ，60 ,3,270，10， =212.3 r/min 其中: d—齿轮的分度圆直径，单位:mm W负载最大转矩: T,2 544.11, 2 , =272.06 Nm nd,i传动比 n 1470 = 212.3 =6.92 TT,粗略计算电动机的最大转矩 maxi 272.06 = 6.92 , =40.35 Nm 最大扭矩,,,2 由电动机的参数可知 .2 额定扭矩 P0T,9550 (3.7)Nnd 229550， = 1470 , =142.63 Nm n其中—电动机额定转速，单位: r/min d 所以 0.72,T,0.72，2.2，142.63N =226.40 Nm >40.35 Nm = ,,Tmax 故安全。 4. 主要零件强度计算校核 4.1 齿轮的计算与校核 4.1.1齿轮的计算 #451、材料: 钢 表面处理:调质处理 HB 228 ~ 269 2、机械性能:查文献[2，表3.2-42]可知: ,,=980 MPa =835 MPa SB dZ3、齿轮参数:模数m=5 齿数=47 分度圆直径=235 mm 2 ,0,,x,0压力角 =1 =0.25 ,,20ch,,0a h =225 mm =245 mm =10mm B=80 mm ddfa 与之啮合的齿轮齿数 =60 Z1 4、齿轮受力分析 齿轮传动一般均加以润滑，啮合轮齿间的摩擦力通常很小，计算轮齿受力时，可不予考虑。从作用力来说，沿啮合线作用在齿面上的法向载荷垂直于齿面，为了计算方Fn 便，一般将法向载荷在节点P处分解为两个相互垂直的分力，即圆周力与径向力FFnt，如图4-1，由此得: Fr F,2Tdt11 F,Ftan,rt F,Fcos,nt 式中:—小齿轮传递的转矩，单位为N?mm; T1 —小齿轮的节圆直径，对 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 齿轮即为分度圆直径，单位为mm;d1 20 —啮合角，对标准齿轮，=?。 ,, 4.1.2 按接触疲劳强度校核 齿轮在工作齿面发生的失效较多，如齿面磨损、点蚀、胶合等。所以对齿轮进行接 图4-1 齿轮受力分析 触疲劳强度计算是必须的，下面首先按接触疲劳强度校核。 查文献[3，199]其计算公式为: KFu，1t,,,,Z,Z (4.1),,,,HHEHbdu1 其中: —齿面接触应力，单位: MPa ,H ,,—齿面许用接触应力，单位:MPa ,H K —载荷系数 F —齿轮所受切向力，单位:N t b —齿宽，单位:mm d —齿轮分度圆直径，单位:mm 1 u —齿数比 Z —区域系数 H —弹性影响系数，单位: MPa ZE 1、求齿面接触应力 ,H (1)求 K = (4.2)KKKKK,v,A 其中: —使用系数 KA —动载系数 Kv —齿向载荷分配系数 K, —齿面载荷分配系数 K, 表10-2]可查得:=1.5; 根据文献[3，KA [3，图10-8]根据v=3m/s可查得:=1.18; Kv [3，表10-3]可查得:==1.2; KKH,F, [3，表10-4]可查得: 22,3，10bK=1.15+0.18(1+0.6)+0.31 ,,H,dd 2280b,,2,,其中 ===0.1159 ,,,,,dd235,,,, ,3，10，80K=1.15+0.18(1+0.60.1159)0.11590.31，，，H, =1.15 b80,K再根据=8 查[3，图10-13]可得:=1.16; F,h10 KKKKK所以: = H,vH,A 1.5，1.18，1.2，1.15 = =2.44 (2) W F,T,12 544.11, 2 3 =272.06 N,mm ，10 2F1 = Ftd 2，272060= 235 =2315 N F,Ftan,rt , =2315，tan20 =843 N =2463 N F,Fcos,nt Z2(3) u= Z1 60= 47 =1.27 (4)根据齿轮材料查文献[3，表10-6]可得: =188 MPa ZE 2(5) Z= Hsin,,cos, 2 = 00sin20，cos20 =2.5 KFu，1t,,,,Z,Z所以: HHEbdu1 2.44，23151.27，1= ，，2.5，18880，2351.27 =344.52 MPa 2、求许用应力 ,,,H ,Hlim = (4.3)K,,,,HNHSH 其中: —为接触疲劳安全系数，可取=1; SSHH —为寿命系数; KHN —齿轮接触疲劳极限，单位:MPa; ,Hlim (1)求 KHN N齿轮应力循环次数 =60 njLh =60212.312036524 ，，，，， 92.232，10=次 查文献[3，图10-19]可得:=0.93 KHN (2)求 ,Hlim 根据材料查文献[3，图10-21(续)]可得: =860 MPa; ,Hlim ,HlimK所以 ,,,,= HNHSH 860=0.93=799.80 MPa ，1 3、校核 ,,,,显然，=799.80 MPa >344.52 MPa =，故安全。 HH 4.1.3 按弯曲疲劳强度校核 KF,Y,YtF,S,查文献[3，197] = (4.4),,,,,FFbm 其中: —齿轮齿根弯曲应力，单位:MPa ,F —齿轮弯曲疲劳许用应力，单位:MPa ,,,F —齿轮模数 m —齿轮系数 YF, —应力校正系数 YS, 1、求齿轮齿根弯曲应力 ,F KF,Y,YtF,S,= ,Fbm (1)根据=47查文献[3，表10-5] 采用插值法求得: Z1 =2.33 YF, =1.69 YS, K,K,K,K,K(2) AVF,F, ,1.51.181.21.16 ，，， ,2.46 2.46，2315，2.33，1.69所以: = ,F80，5 = 56.06 MPa ,,2、求齿轮弯曲疲劳许用应力, F ,FlimK,,,, = (4.5)FNFSF 式中: —弯曲疲劳强度安全系数，取=1.5 SSFF —寿命系数 KFN —齿轮弯曲疲劳极限，单位:MPa ,Flim (1)求 KFN 9 根据应力循环次数N=查文献[3，图10-18]可得: 2.232，10 =0.83 KFN (2)求 ,Flim 根据文献[3，图10-20(完)d]可得: =700 MPa ,Flim ,Flim= 所以 K,,,,FNFSF 700，=0.83 1.5 =386.4 MPa 3、校核 显然，=386.4 MPa >56.06 MPa =，故安全。 ,,,,FF 4.2 传动轴的强度校核计算 刀盘的力主要集中在刀盘轴上，且刀盘轴所承受的转距最大，因此对刀盘轴进行计 算校核是十分有必要的。 4.2.1轴的材料及其机械性能 #451、材料: 钢 表面处理:调质处理 HB 228 ~ 269 2、机械性能:查文献[2，表3.2-42]可知: ,,=980 MPa =835 MPa SB 由文献[3，表15-1]可查得: ,275 MPa ,,1 =155 MPa ,,1 4.2.2 轴上零件布置及基本参数 1、拟定轴上零件的布置方案 根据轴上齿轮、轴承、轴承盖等零件的装配方向、顺序和相互关系，轴上零件的布置方 案如图4-2(a)所示; 2、轴的基本数据: 3v转速 == ，60 =212.3 r/min。 n,3d,,270，10， 图4-2(a) 轴的主要尺寸及轴上零件布置图 4.2.3 按弯扭合成进行轴的强度校核 、轴的结构及尺寸，如图4-2(b)所示;1 2、对轴进行受力分析与强度校核计算 (1)轴的驱动力矩: 驱动一对刀盘的力矩为 M=544.11 NM =544110 N?mm M544110,一根刀盘轴上的转矩为 T==272055 N?mm 22 (2)求与此轴配合的齿轮上的作用力 2T= Ftd 2，272055= 235 =2315 N F,Ftan,rt , =2315 ，tan20 =843 N (3)计算轴在轴承处所受的支反力 256Fr垂直面内的支反力: = FVA(294，256) 843，256= 550 =392.4 N 294Fr = FVB(294，256) 843，294= 550 =450.6 N 256Ft, 水平面内的支反力: FHA(294，256) 2315，256= 550 =1077.5 N 294Ft,F HB(294，256) 2315，294= 550 =1237.5 N (4)计算弯矩 ,MFl垂直面内: VAV1 mm l,l,2941CA ,3,392.4294 10M，，V ,115.8 N?m ,水平面内: MFlHHA1 ,3,1077.5294 10，， ,316.8 N?m 22M，M,总弯矩: M VH 22, 115.8，316.8 ,337.3 N?m 图4-2 轴的载荷分析图 (5)作弯矩图如图4-2(d)、(f)、(g); 作转矩图如图4-2(h)。 (6)校核轴的强度 根据轴的结构图以及弯矩和转矩图可以看出截面C是轴的危险截面，故选截面C作弯扭合成强度校核计算，查文献[3，365] 按第三强度理论有: 22MT，(,) = (4.6),,,,,ca,1W 式中: — 轴的计算应力，单位:MPa ,ca W —轴所受弯矩，单位: N?mm —轴所受转矩，单位:N?mm T 3W —轴的抗弯截面系数，单位:mm —扭转切应力为静应力时，取0.3 ,,, 22M(T)，,,所以 ,ca30.1d 22337300，(0.3，272055), 30.1，112 ,2.47 MPa 查文献[2，表38.1-1]得: =213 MPa ,,,,1 故,<，即安全。 ,,,ca,1 4.2.4 按疲劳强度进行精确校核 SS,,S,S查文献[3，365] (4.7),ca22S，S,, 其中: S —轴的计算安全系数 ca S —只考虑弯曲和轴向力时的安全系数 , S, —只考虑扭矩时的安全系数 S —轴的设计安全系数 (1)轴的结构和装配图，如图4-2(a): (2)判断危险截面 轴上分布有键槽、轴肩及过渡配合所引起的应力集中均将削弱轴的疲劳强度，同时有存在轴径的变化，但综合考虑个截面出的配合及轴所受的弯矩，发现D、E、F、G、H几个截面比较危险，其中H面受到的集中力最大，而E面受到的合成力矩最大，最后选取E面进行校核，E面右侧轴径比左侧大，所以只需校核E面的左侧。 (3)截面E左侧 抗弯截面系数: 3W,0.1 d 3,0.1 116， 3,156090 mm 抗扭截面系数: 3,d0.2 WT 3,，1160.2 3,312180 mm M弯矩及弯曲应力,为: b l,l12,MM 总l1 =294 mm =60 mm ll21 294,603,M10337.3 ，，294 5,102.68 N?mm ， M,, bW 52.6810， = 156090 =1.72 MPa 扭矩及扭转切应力为: T,T =272055 N?mm T T = ,TWT 272055 = 312180 =0.875 MPa 由前面轴材料的机械特性有: =640 MPa =355 MPa ,,SB =275 MPa =155 MPa ,,,1,1 k,过盈配合处值由文献[3，附表3-8]用插入法可求得: ,, k,=2.52 ,, kk,,并取=0.8，故有: ,,,, kk,,,0.8 ，,,,, ,0.82.52 ， ,2.016 轴经磨削加工，由文献[3，附图3-4]得表面质量系数为: ,,,,0.85 ,, 轴未经表面强化处理，既表面强化系数: ,, 1 q 故得综合系数为: k1,,,1K+ ,,,,, 1, 2.52，,10.85 ,2.70 k1,, K，,1,,,,, 1, 2.016，,10.85 ,2.20 又由文献[3，?3—1及?3—2]可知，碳钢的特性系数: =0.1~0.2 取=0.1 ,,,, =0.05~0.1 取=0.05 ,,,, 又根据文献[3，366],轴在截面L左侧的安全系数为: ,,1 S, (4.8),K,，,,,a,m 275, 2.70，1.72，0.1，0 ,59.2 ,,1S, (4.9),K,，,,,a,m 155, 2.20，0.875，0.1，0 ,80.5 SS,,S, (4.10)ca22S，S,, 59.2，80.5, 2259.2，80.5 ,47.1 安全系数值S由文献[3，336]根据轴材料均匀性及轴的直径为112mm，可查得: S=1.5 即>>S，故该轴在截面L右侧的强度也是足够的。 Sca 4.3 轴承的选取及校核 由于圆盘剪切机刀盘在对钢板进行剪切的时候，很大的径向力，同时要对刀盘间隙进行调整，这样刀盘轴就要受到轴向力了。由此看刀盘轴受力十分复杂，所以对轴承的选取十分有必要的。 4.3.1 根据工作条件选取轴承类型 如果仅按轴承用于承受的外载荷不同来分类时，滚动轴承可以概括的分为向心轴承、推力轴承、向心推力轴承这三大类，具体说来，主要承受径向载荷的轴承叫做向心轴承，其中有几类还可以同时承受不大的轴向载荷;只能承受轴向载荷的轴承叫做推力轴承;能同时承受径向载荷和轴向载荷的轴承叫做向心推力轴承。 首先我们来分析下刀盘轴安装刀盘侧间隙调整机构的一端。这一端由于安装了刀盘侧间隙调整机构，刀盘轴必然受到轴向力，此处的轴承必须能轴向力，而且它直接与调整螺丝直接进行接触，并且轴向调整是双向的，所以最后选去双向推力球轴承，还要考虑到在对钢板进行剪切的时候轴承受到径向力是必然的，所以必须安装一个能承受径向力的轴承，他同时还能允许轴向移动，最后选取圆柱滚子轴承。现在我们在来研究下安装刀盘的轴端的轴承情况，由于刀盘对钢板进行剪切，而刀盘安装在这一端，必然承受很大的径向力，同时要允许小量轴向移动，所以最后选取角接触轴承，因为轴是双向移动，所以角接触轴承成对安装。 .3.2根据轴承结构确定轴承的型号4 根据轴的直径初步确定轴承的型号为: 在轴的直径为120 mm处选 角接触轴承 代号:7024AC 在轴的直径为95 mm处选 圆柱滚子轴承 代号:N219E 双向推力球轴承 代号:52222 4.3.3轴承的寿命校核 首先对角接触轴承做校核计算 根据文献[2，表39.2-22]可得，该轴承的性能参数如表4-1: 1、轴承分析 在轴径120 mm处是一对角接触轴承，并且认为这对轴承是均匀分担载荷的，我们选其中一个轴承(编号为轴承1)来进行校核，如果安全，则实际安装了两个轴承必然是十分安全的。 2、求该轴承受到的径向载荷和轴向载荷 =392.4 N FV1 =1077.5 N FH1 22F，F, FV1H1r1 22, 392.4，1077.5 ,1146.7 N 求该轴处的派生轴向力，查文献[3，表13-7]得其计算公式 F,0.68F dr =0.681146.7 ， =779.8 N 该轴承在刀盘轴不做刀盘侧间隙调整的时候几乎不承受轴向载荷，即可看做外加轴 F向载荷=0 N。但因为它调整时受到调整螺丝或者弹簧的力不确定，所以在取单个计ae E,F,算的时候是“放松”还是“压紧”都不好确定，不过计算结果可忽略计算为779.8 a1dN。 3、求轴承当量动载荷，查文献[3，313] : ，，XF，YFPf= (4.11)r11a1Pr 式中: —轴承所受当量动载荷，单位:N Pr —径向动载荷系数 X —轴向动载荷系数 Y —载荷系数 fP 表4.1 轴承7024AC的性能参数 重量(Kg) (mm) (mm) (mm) dDB(KN) (KN) CCorr 120 180 28 102 105 2.1 F779.8a1==0.68=e故查文献[3，表13-5]得: 1146.7Fr1 XY=1 =0 由于载荷是中等冲击，查文献[3，表13-6]得: =1.2 fP 所以 : =，， XF，YFPfr11a1Pr =1.2 ，，1，1146.7，0，0， =1376.0 N (4)验算轴承的寿命 轴承寿命根据文献[3，313]有: ,6,,C10r,,f,L= (4.12) t,,h60nPr,, L其中: —轴承寿命，单位:h h n—轴转速，单位:r/min f —温度系数 t C —基本额定动载荷，单位:N r 10 —滚动轴承为 ,3 查文献[3，表13-4]查得: ,1.0 ft ,6,,C10r,,f,,所以 Lt,,h60nPr,, 10633,,10102，10,,,1.0， ,,60，212.31376.0,, 5, h 1.37，10 假设每年按300个工作日，每日工作24个小时计算，该对轴承可工作的年数为: 51.37，10,,17.4 年 N300，24 显然非常安全了。 4.3.4 验算轴承的极限转速 滚动轴承的工作转速上升到一定限度后滚动体和保持架的惯性力，以及小的形状偏差，不仅导致运转状态的恶化，而且造成摩擦面见温度升高和润滑剂的性能变化，从而导致滚动体回火或轴承元件的胶合失效，故应对轴承转速进行验算。 根据文献[2，表39.2-22]查得: n,1000 r/min lim n,212.3 又轴承的转速 r/min<