1、毕 业 设 计设计题目：32 棒材飞剪机设计（一）32 棒材飞剪机的设计（一）摘 要飞剪机的夹送装置是剪切前的输送装置，由电动机、减速装置、传动装置和夹送机构组成。其主要功能是按照剪切的速度进行输送原料。功能的实现靠上下两夹送辊摩擦着棒材进行。夹送机的设计大体分为三部分: 一是电动机及传动系统; 二是夹送整体; 三是夹送机构。本设计是以结构、制造和装配精度为设计的重点。由于棒材的夹送机构用以完成飞剪过程前的输送给予，这种机构简单，尺寸精度不高，操作容易，维修方便。依据飞剪机的剪切过程前棒料传送的水平速度、轨迹的要求，确定设计变量，对飞剪机夹送机构进行设计，使夹送机的机械参数满足了剪切过程速度的
2、要求，同时提高了飞剪机剪切性能和轧件的剪切质量。其设计过程为：首先根据工厂的实际要求，即剪切棒材直径的大小，来选择电动机的功率。然后根据设计过程和机械加工过程的合理性，及其经济方面综合来考虑，选择 45 号钢再经过淬火和中温回火等热处理来设计它的具体零件。具体零件的设计主要为：轴、齿轮和夹送辊。其中轴和齿轮为最主要设计对象。根据电机的功率和扭矩，由轴的设计公式确定轴的最小截面尺寸。然后在各个台阶处尺寸增大。最后较合轴的危险截面。由于没有横向力齿轮选用直齿轮，最后较合齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度。此过程中选择轴承。关键词： 飞剪机 夹送机 设备选择 传动系统 设计Design of 32
3、bar flying shear (one)AbstractThe pinch device of Flying shear is a delivery device including motor, deceleration devices, transmission and pinch institutions before cutting. Its main function is to shear in accordance with the speed transmission. Implementation of features from top to bottom on two
4、 Pinch Roll friction in a bar. Pinch the design can be divided into three parts: First, motor and transmission system and the other is the pinch; third, pinch institutions. This design is structure, precision manufacturing and assembly for the design of the focus.As the bar Pinch agencies to complet
5、e the process before flying shear to the delivery of such institutions bodies simple, size, accuracy is not high, easy to use, easy maintenance. Based on the shear flying shear process before the bar of the level of transmission speed, trajectory requirements, the design variables, flying shear pinc
6、h institutions designed to pinch-mechanical parameters of the shearing process to meet the requirements of speed, At the same time improve the flying shear shear performance and quality of rolling pieces of the shear. The design process:According to the first plant with the actual demand that the sh
7、ear bar diameter the size of the electrical power to choose. Based on the design process and the machining process is reasonable, comprehensive and economic aspects to consider, select another 45 steel-quenching and tempering, and so in the heat treatment to the specific design of its parts.The spec
8、ific design of the main components: shaft, gear and pinch rollers. One of the main shaft and gear design object. According to the electrical power and torque from the shaft axis design formula to determine the minimum section size. Then the stage in various sizes increase. Finally a dangerous sectio
9、n of the shaft. In the absence of horizontal gear selection of gear, the last of a tooth root bending fatigue and tooth contact fatigue. Bearing this in the course of choice.key word: flying shear Pinch Equipment Selection Transmission System Design目 录1 引言 .12 资料摘要 .22.1 我国钢铁行业要加快结构调整步伐 .22.2 国外小型飞剪
10、机的发展情况 .32.3 国内小型飞剪机发展情况 .42.4 新型飞剪机结构探讨 .53 设计计算 .73.1 电动机的选择 .73.1.1 电动机选择应综合考虑的问题 .73.1.2 电动机类型和结构的选择 .73.1.3 电动机功率的选择 .83.1.4 电动机型号的确定 .83.2 计算传动装置的运动和动力参数 .83.2.1 计算总传动比 .83.2.2 合理分配各级传动比 .93.3 传动箱体内直齿轮设计 .93.3.1 选择材料、热处理、精度等级及齿数 .113.3.2 按齿轮齿面接触疲劳强度设计计算 .113.3.3 校核齿面接触疲劳强度 .123.3.4 校核根弯曲疲劳强度 .
11、133.3.5 几何尺寸计算 .143.4 轴的设计 .163.4.1 轴的结构设计 .173.4.2 求作用在轴上的力 .183.5 轴承的校核 .213.6 连轴器的选择 .233.7 键的校核 .244 结论 .265 谢辞 .276 参考文献 .287 外文资料 .29唐 山 学 院 毕 业 设 计11 引言本次设计是根据要求对棒材厂直径 32 厘米棒材进行飞剪机的夹送装置设计，通过改变大小直齿轮的传动比来进行减速。对齿轮、传动轴、进行设计和校核，并对轴承、键等进行计算和校核。本次设计的对象是夹送机。夹送机是飞剪前的夹送装置，由两对齿轮将电动机的功率与转速传出，执行件夹送辊来完成动作，
12、夹送辊由上下两组组成。飞剪机是冶金工业的重要设备之一。所谓飞剪机，是指横向剪切运动扎件，并满足用户定尺要求的设备。因而飞剪机必须具备三个必要的条件：（1）剪切运动扎件时刀刃的水平分速度与扎件同步；（2）飞剪机应能满足不同用户的定尺要求；（3）剪切速度必须与生产线上其他设备匹配，以提高生产效率。本次设计的内容概括为： 第一章，资料摘要；第二章，设计计算；第三章，校核计算；第四章，设计总结，并附参考资料。由于设计水平有限，时间紧凑，难免存在错误，希望各位老师给予指导，并对在设计过程中指导老师给予我们的帮助表示感谢。唐 山 学 院 毕 业 设 计22 资料摘要2.1 我国钢铁行业要加快结构调整步伐当
13、前，用科学发展观指导钢铁行业、搞好结构调整具有特别重要的意义，特别是对促进钢铁工业可持续稳定增长、正确评价钢铁行业近年来的发展、解决钢铁工业出现的投资过度和低水平重复建设问题，有着积极的现实意义。 一、当前钢铁行业发展现状 当今世界钢铁工业的发展趋势，可用方面来概括：装备大型化、产品专业化、质量洁净化、生产连续化、经营集团化。 世界钢铁市场的竞争是围绕高附加值、高性能产品展开的。一是板材，如汽车板、家电板（镀锌、彩涂）、锅炉板、桥梁板、不锈钢板和管线板等。二是线棒材，如汽车用的齿轮钢、轴承钢、弹簧钢、阀门钢等合金钢棒材；高清洁度的线材，包括钢帘线用线材、斜拉桥、悬索桥用高强镀锌钢丝、高强螺栓等
14、。三是型材，主要是型钢和高速铁路用钢轨。 当前，钢铁行业的现状是板带产能不足、一部分落后产能急需淘汰、缺少自己的核心技术。这些已成为制约钢铁行业技术进步和产品升级的主要障碍。 就我国而言，中国钢铁工业发展已取得很大进步，但与世界发达国家相比还有不小的差距，比如企业的组织结构不合理，缺乏具有国际竞争力的企业集团；产品结构不合理，实物质量不高，缺乏具有自主知识产权的技术和有竞争力的产品，及总体技术装备水平低于发达国家和不容乐观的资源情况。二、用科学发展观，促进钢铁工业健康快速发展，是保证我国国民经济高速发晨的客观要求目前，我国钢材市场资源紧、价位高、进口量大，其根源在于钢铁行业的产能增加和结构调整
15、滞后。我国的汽车、家电、造船、机电、建筑等主要用钢行业对钢材的品种质量和性能要求已经与世界接轨。而我国钢铁行业的结构调整还没有完成，大多数企业产品与下游行业产品需求存在很大错位。 根据我国对建筑、汽车、造船、家电等个主要用钢行业调查显示，需求量最大的是小型材、中厚板、冷热轧薄板、镀锌板、硅钢板、线材等品种，且高性能、高附加值的钢材需求比重增大。如汽车行业所需的高质量的轿车板，轻工行业所需的家电镀锌板，硅钢片、彩涂板和镀锡板，建筑行业所需的型钢，方矩形管、高强钢丝、耐火耐候钢，集装箱行业所需的热轧耐海水腐蚀薄板及镀锌、镀锡和彩涂用的薄规格冷轧板，机械行业、汽车行业所需的高质量、高精度的合金钢棒材
16、等。因此，保持钢铁行业较快的技术改造和技术进步的速度十分重要。 唐 山 学 院 毕 业 设 计3三、钢铁行业在世纪的历史任务 根据我国在世纪的总体发展战略，钢铁行业在新世纪要完成的历史任务是： 保证国家在年实现工业化和年到达中等发达国家的战略目标，提供所需的钢铁材料，促进国民经济各部门可持续协调发展；实现钢铁行业的自我完善，完成钢铁工业的结构调整，完成从钢铁大国向钢铁强国的历史转变。要实现这一历史任务，我国钢铁工业大约需要经历个阶段。第阶段：从目前到年前后，钢铁行业处于快速发展时期；第二阶段：从年到年或年左右，钢铁需求将要进入饱和期，此时钢铁产量将达到峰值；第三阶段，在年以后，随着我国工业化和
17、小城镇化的实现，钢材的消费强度和总量将会有所降低，但仍然会保持在较高水平上。2.2 国外小型飞剪机的发展情况目前，国外多采用两种比较先进的飞剪机型，一是采用离合器制动器，我们称作“连续起停”制飞剪，另一种是电机直接起停制飞剪，两种飞剪各有其优点亦有其不足之处。随着科学技术的不断发展，电控元器件水平的提高。起停制飞剪将逐步代表着飞剪机的发展趋势。“连续起停”制飞剪机，整机分为传动装置和剪切装置两大部分。传动装置部分是由直流电机带动，配置有飞轮连续高速运转；而剪切装置一般清况下是静止不转的。两部分之间由一对快速响应得离合器制动器相连接和控制。当需要剪切时，则制动器打开，离合器合上，传动装置通过离合
18、器带动剪切装置运动并剪切；剪切完后离合器脱开制动器合上，将剪切装置制动停止到某一确定的待切位置上。传动装置仍连续运转。这种机型传动部分的转动惯量很大，剪切部分的转动惯量很小。因此，可以通过离合器制动器控制实现在小惯量下起动、制动，而在大惯量下进行剪切。可以充分利用动力矩，提高速度，降低能耗。起停制飞剪机，采用低惯量大扭矩直流电机，整机直接起动、剪切、制动，完成剪机的三个基本动作过程。飞剪的传动部分和剪切部分做成一体，整个传动系统的转动惯量都很低，以便于实现整个传动系统频繁的起动制动，这种飞剪一般处于静止状态，剪切时，电机直接拖动传动装置和剪切装置迅速起动剪切，而后立即制动，而且有些要求电机壳反
19、向爬行转动，将箭头准确地复位于某一待切位置。因此，这种飞剪结构简单，维护保养方便，控制环节少，剪切精度较高。“连续起停”制飞剪机与起停制飞剪相比较，前者适合高速频繁起动，后者结构简单，剪切精度高，并且在电控技术及元件过关的情况下，速度亦可达唐 山 学 院 毕 业 设 计4到或超过前者，因而更有发展前途。2.3 国内小型飞剪机发展情况从建国初期 50 年代至 70 年代，国内小型飞剪大都受东欧、苏联等社会主义国家影响，飞剪机大致可分为连续制和起停制两大类，例如：鞍钢一初轧 100100方连续制飞剪机，首钢 300 小型 5050 方起停制飞剪；2525 连续制飞剪机，济钢小型厂捷克产 11 吨连
20、续制飞剪机等等。连续制飞剪机，大多采用空切机构和匀速机构，实现定尺剪切工作时电机拖动传动系统连续运转，剪切机构做连续地空切动作，因此这种飞剪设置了空切机构、倍切机构等装置。不可避免地带来设备庞大、结构复杂等问题，而且定尺长度是确定的，不可 fe 任意调整，限制了定尺规格的变化范围。由于剪切机构复杂庞大，转动惯量也大，影响了剪切速度的提高。许多钢厂在后来的设备改造中都将简化改成摆槽式的飞剪。如首钢 2525 连续制飞剪既是如此，但这样改动后，剪切误差很大，常常定尺误差达 1-2 m，这是非常难不利的。近年来，飞剪机在世界各国得到了较快发展，对促进汽车工业的发展起到了重要作用。欧洲生产的开卷线中大
21、多采用回转式飞剪机，这种开卷的运动速度较高，但是它的结构相对复杂一些，加工装配的精度也比较高。飞剪机是现代轧钢生产中的重要设备，它的剪切精度是使用的关键，而影响精度的因素中，除机械精度外，在冬至方面也需诸多环节来保障。要使飞剪准确的进行剪切，测定带钢的速度、剪切点的位置是飞剪控制系统的重要的计算依据。由于机构中存在运动副间隙、机构尺寸误差和弹性变形，从而使得机构的真实运动总是偏离其期望值。尤其是当机构尺寸存在误差时，机构动力学运动轨迹会发生较大的变形，在飞剪机中这种影响显得尤为重要。在优化的研究上，国内研究集中在系统和机械参数的优化设计，以预期轨迹的误差最小、速度均匀的误差最小、连杆位置的误差
22、最小为目标函数，使得位移误差在剪切角度范围内的误差不大于 2mm，比原来结构参数大为改善。对于摆动式飞剪机的机构优化，选取在剪切区域内使剪刃各位置的水平速度与带钢运动速度之差累计最小作为一个分目标函数，提高带钢的剪切质量、表面光度，使剪刃与带钢成垂直角度、剪切的带钢断面平整。起停制飞剪其原理同前面第一节中所述是一样的，但是当时的设备结构和电气元器件、控制水平远远不及今日，故这种飞剪的速度是很低的。随着汽车工业的发展，对板材的需求越来越大。目前，板材的毛坯形式已从单张板逐渐过渡到卷料，带钢定尺剪切生产线（即横剪线）的应用越来越普遍，对其运行线速度和剪切速度要求也越来越高。传统的停剪机已不能满足现
23、代冲压的唐 山 学 院 毕 业 设 计5生产要求，取而代之的应是飞剪机。飞剪机用于钢材生产领域已有数十年历史，是冶金行业的重要设备，可以使生产更加高速化、连续化，因此，其性能的优劣直接影响生产的质量、成材率和定尺率。飞剪机的功能是能够横向剪切运行中的带钢，将其安装在钢坯连轧机、钢板连轧机、型钢和连续扎直线上，用于剪切带钢的头、尾或将带钢切成规定的尺寸。在开卷线领域，对飞剪机有高生产率、满负荷、高可靠性、卷料多样性，特殊剪切方法等的要求。传统的飞剪机存在强度、刚度要求较高，结构复杂，价格昂贵，不易改变产品规格等缺点，轧钢机飞剪机不能直接用于开卷线。为此，设计开发了用于带钢定尺剪切的飞剪机。2.4
24、 新型飞剪机结构探讨飞剪机是可以在带材运动过程中横向进行定尺，剪切的剪板机，其最大特点是不停剪。传统结构的飞剪机在冶金行业的连续式轧机的作业线上和连续作业的精整线上有着广泛的应用。近年来，随着冶金行业产品结构的调整，卷料的、产量增长很快，开卷校平定尺剪切线(以下简称开卷线)在国内众多的制造业中应用日益广泛。以前，这些开卷线都是带材在完成定尺送进后处于停止状态下进行剪切，即所谓的“停剪” ，从而限制了开卷线生产率的提高， 而且在定尺送进辊加速启动和减速停止过程中带材表面 -q-能产生压痕， x-J-于一些对表面质量要求较高的带材，如不锈钢、铝、镀锌板等是不允许的。而冶金行业中使用的传统结构的飞剪
25、机因为结构复杂、价格昂贵，不适合在上述开卷线中使用。直到上世纪末，新型飞剪机的出现较好地解决了这些问题。新型飞剪机在国外得到了迅速发展，国内一些开卷线生产企业也在开发研制。本文就对新型飞剪机的发展状况和结构特点进行初步探讨。新型飞剪机的工作原理带钢以恒速送进，同时剪切剪刃的水平速度与带钢的喂料速度一致，以达到定尺剪切的目的。因此，飞剪的剪切状态可以称作为一种动态剪切。飞剪的运动规律可概括为：加速启动同步剪切减速制动等待。其特点是启动、制动、等待的间隙运动。飞剪机的剪刃在剪切带钢时，要随着带钢一起运动，剪刃应同时完成剪切与移动两个动作，且剪刃在在带钢运行方向的瞬时分速度应与带钢 yunx 速度相
26、等。如果剪刃在带钢运动方向上的分速度小于带钢移动速度，将会造成剪刃阻碍带钢运动，使带钢产生弯曲变形，严重时还可能出现緾刀事故，从而影响生产；反之，如果剪刃在带钢运动方向上的分速度大于带钢的速度，则将会出现拉钢现象，使带钢产生较大的拉应力，这样一方面会影响剪切质量，另一方面还会增加飞剪的唐 山 学 院 毕 业 设 计6冲击负荷，或使带钢在加送辊中打滑，从而造成剪切定尺长度上的误差，并可能损失带钢的表明。传统结构飞剪机之所以必须具有空切机构和匀速机构，原因就是直流电机虽然能够调速，却不能在飞剪机主轴旋转一圈的过程中实现精确的变速。上世纪 70 年代以来，电力电子、电机、变频控制、计算机控制以及其他相关技术得到了飞跃发展，特别是交流伺服驱动技术取得了突破性的进展。随着第三代稀土材料钕、铁、硼的出现，20 世纪 90 年代推出了大功率永磁交流伺服电机，它和数字化的重载机械驱动技术相结合，突破了传统飞剪机的结构形式，形成了新型飞剪机。新型飞剪机是高新技术与传统机械技术的结合，把大功率伺服电机作为飞剪机的主传动，不但大幅度提高了飞剪机的智能化水平、可靠性和使用水平，而且大大简化了机械空切机构和匀速机构。另外，传统结构的飞剪机为了实现与带材运动速度的匹配，往往把板料校平机和飞剪机用一个电机驱动， 并通过一个复杂的变速箱对飞剪机进行变速。而新型飞剪机由伺服电机独立驱动，省去了变速箱。
