【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 上切式剪切機(jī)的結(jié)構(gòu)，設(shè)備重量輕，并且使剪切平穩(wěn)，需要對(duì)曲軸活連桿剪切機(jī)的總體進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，其中包括主要零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算和傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其中傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還包括傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)。 圖 21 方坯軋件 方案的分析和確定 根據(jù)設(shè)計(jì)要求初步擬定三種方案，如圖 （ 22）、（ 23）和（ 24）所示。 參數(shù) 參數(shù)規(guī)格 鋼坯強(qiáng)度 b 530MPa? ? 剪切鋼坯規(guī)格 方鋼 115 115mm mm? 剪切溫度 800℃ 鋼坯材料 45 號(hào)鋼 哈爾濱 商 業(yè)大學(xué) 碩士畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 9 圖 22 方案一 V帶齒輪單曲軸 圖 23 方案二減速器齒輪單曲軸 圖 24 方 案三 V帶齒輪雙曲軸 此設(shè)計(jì)剪切鋼材為 115 115 2mm 的方坯，剪切力相對(duì)較小，為 。哈爾濱 商 業(yè)大學(xué) 碩士畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 10 從實(shí)際工作和經(jīng)濟(jì)情況等多方面考慮，單曲軸剪切機(jī)即能滿(mǎn)足條件要求。方案三所用的雙臂曲軸增加了加工的難度，方案二所使用的閉式齒輪減速器雖然有利于對(duì)齒輪的保護(hù)和潤(rùn)滑，但是造成減速箱體積太大，占地面積太大，所以不合適。因此，從各方面因素考慮選擇方案一，單曲柄連桿上切式剪切機(jī)構(gòu)。 剪切原理分析 如圖 25 所示為活動(dòng)連桿上切式?jīng)_剪機(jī)示意圖，該剪切機(jī)與老式剪切機(jī)不同的主要特點(diǎn) 在于連桿下端不與上刀架固定鉸接，只在剪切時(shí)連桿才擺正位置推動(dòng)上刀架下降。其傳動(dòng)系統(tǒng)采用兩級(jí)減速，第一級(jí)為皮帶傳動(dòng)，大皮帶輪起到飛輪的作用，第二級(jí)為開(kāi)式齒輪傳動(dòng)，大齒輪和曲軸用鍵連接。曲軸裝在兩個(gè)滑動(dòng)軸承中，上刀架裝在機(jī)架導(dǎo)軌上?？勺錾舷麓怪币苿?dòng)，上刀架中部留有凹槽，下邊固定上刀片。曲軸的偏心上裝有連桿，連桿的下端空懸在上刀架的凹槽內(nèi)部，不剪切時(shí)，曲軸連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，連桿處在傾斜位置，連桿頭只在凹槽中上下擺動(dòng)，上刀架并不移動(dòng)。 這樣 設(shè)計(jì)的連桿剪切機(jī)的兩個(gè)最大特點(diǎn)： 操作速度快，實(shí)際的剪切次數(shù)高。提高操作速度和實(shí)際剪 切次數(shù)的關(guān)鍵是改革離合機(jī)構(gòu)。用氣缸操作偏心連桿來(lái)代替一般的牙嵌離合器或者摩擦離合器。連桿與上刀臺(tái)沒(méi)有鉸鏈聯(lián)接，它與刀臺(tái)的接合與脫開(kāi)是利用快速動(dòng)作氣缸來(lái)操作的。 增大了刀片之間的最大開(kāi)口度。剪切機(jī)開(kāi)口度大小取決于偏心軸的大小，此剪切機(jī)是在不增大偏心軸的情況下，增大了刀片之間最大開(kāi)口度。為哈爾濱 商 業(yè)大學(xué) 碩士畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 11 達(dá)到此目的，在剪切機(jī)上裝有一套上刀臺(tái)快速升降與平衡機(jī)構(gòu)，如圖 26 所示。 圖 25 活動(dòng)連桿上切式剪機(jī)示意圖 圖 26 表示該剪切機(jī)的剪切過(guò)程與上刀臺(tái)的形狀。 不剪切時(shí)，上刀臺(tái) 5 由氣缸 1 提升到最高位置，氣缸 3 將活動(dòng)連桿拉到上刀臺(tái)的凹槽內(nèi)使連桿與上刀臺(tái)脫開(kāi)（圖 26a），此時(shí)偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)使活動(dòng)連桿在刀臺(tái)凹槽內(nèi)擺動(dòng)，而上刀臺(tái)仍舊停留在最高位置不動(dòng) 。 剪切時(shí)，氣缸 1 使上刀臺(tái) 5 快速下降并壓住鋼坯，與此同時(shí)氣缸 3 將連桿 2 推入刀臺(tái)的凸臺(tái)上，使活動(dòng)連桿與刀臺(tái)接觸，在偏心軸帶動(dòng)下進(jìn)行剪切（圖 26b、 c）。剪切完畢后，上刀臺(tái)在氣缸 1 的作用下又升高到了最高的哈爾濱 商 業(yè)大學(xué) 碩士畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 12 位置處，等待下一次剪切。 圖 26 剪切機(jī)工作過(guò)程示意圖 ａ 不剪切時(shí)； ｂ 上刀臺(tái)下降準(zhǔn)備剪切； ｃ 活動(dòng)連桿推入進(jìn)行剪切 １ ,３ 氣缸 。２ 連桿 。４ 軋件 。５ 上刀臺(tái) 。６ ,９ 緩沖彈簧 。７ 平衡吊架 。８ 鏈輪 從圖 26 可見(jiàn)，上刀臺(tái)（刀臺(tái)滑塊） 5 掛在平衡吊架 7 上，而平衡吊架 7的兩端通過(guò)鏈條和鏈輪 8 各掛一個(gè)重錘，以平衡上刀臺(tái)的重量，上刀臺(tái)的快速升降是由位于中間的氣缸 1 操作的，平衡吊架與鏈輪及氣缸支架之間裝有緩沖彈簧 9，平衡吊架與剪切機(jī)機(jī)架之間有緩沖彈簧 6。 哈爾濱 商 業(yè)大學(xué) 碩士畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 13 第 3 章 剪切機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算及力的分析 引言 本章根據(jù)第一章章確定的總體方案，我把這次畢設(shè)的機(jī)構(gòu)分為五部分，分別為：驅(qū)動(dòng)裝置，傳動(dòng)裝置，剪切機(jī)構(gòu)，平衡等輔助機(jī)構(gòu)，機(jī)架的設(shè)計(jì)分析。 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù) 該剪 切機(jī)的主要參數(shù)包括兩大類(lèi)：一為結(jié)構(gòu)參數(shù)，即刀片行程、刀片尺寸（長(zhǎng)度、高度與厚度）和理論空行程次數(shù)；二為力能參數(shù)，即剪切力、剪切功、剪切力矩及電動(dòng)機(jī)功率。 刀片行程 剪切機(jī)的刀片行程是其最主要的結(jié)構(gòu)參數(shù)，也是剪切機(jī)的特征參數(shù)，刀片行程除確保軋件被切斷外，還要考慮到軋制線(xiàn)上最大的軋件能在上下刀片之間順利通過(guò)，但又不宜取得太大，否則將會(huì)引起剪切機(jī)曲軸偏心距的增大。 參考圖 31 得計(jì)算公式： 12H h f q q S? ? ? ? ? （ 31） 式中 H—— 刀片行程（指刀片的最大行程）， mm； h—— 被剪軋件的斷面最大高度， mm； f—— 軋件上表面與軋板之間的距離，此值的選取要保證軋件有一定 哈爾濱 商 業(yè)大學(xué) 碩士畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 14 翹頭時(shí)，仍能通過(guò)剪切機(jī)，一般取 f=50~75mm； S—— 上下刀的重疊量， S=5~25mm； 1q —— 為避免上刀受軋件沖撞，而使壓板低于上刀的距離，一般1q =5~50mm； 2q —— 為了使軋件順利通過(guò)剪切機(jī)，下刀 不被軋件磨損，使下刀低于輥道表面的距離，一般取 2q =5~20mm； 按公式（ 31）計(jì)算得： H=220mm。 圖 31 平行刀片剪切機(jī)刀片行程圖 1上刀； 2 下刀； 3軋件； 4壓板 此時(shí)，刀片的最大開(kāi)口度 1s H S??，對(duì)于采用曲柄連桿（或偏心連桿）機(jī)構(gòu)的剪切機(jī)，曲柄軸半徑（或偏心軸的偏心） R，等于刀片行程的一半。 刀片尺寸 刀片尺寸包括刀片長(zhǎng)度 L、刀片橫斷面高度 h39。及寬度 39。b 。這些尺寸根據(jù)被切鋼坯最大斷面尺寸選擇。 哈爾濱 商 業(yè)大學(xué) 碩士畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 15 （ 1） 刀片長(zhǎng)度 考慮到是小型剪切機(jī)，可能同時(shí)剪切并排的幾個(gè)小斷面方形鋼坯，取 max(3 ~ 4) bL ? （ 32） 式中 L—— 刀刃長(zhǎng)度， mm； maxb—— 被切鋼坯橫斷面的最大寬度， mm。 計(jì)算選取 L=460mm。 （ 2） 刀片斷面高度和寬度 經(jīng)驗(yàn)公式如下： 39。 (0 .65 ~ ) hh ? (33) h39。b39。 ( ~ 3)? (34) 式中 h39。 —— 刀片斷面高度， mm； b39。 —— 刀片斷面寬度， mm； h—— 被切鋼坯斷面高度， mm。 利用經(jīng)驗(yàn)公式（ 33）、（ 34）計(jì)算得：刀片斷面高 度 115mm，刀片斷面寬度 38mm。 圖 32 剪切機(jī)刀片 哈爾濱 商 業(yè)大學(xué) 碩士畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 16 理論空行程次數(shù)（剪切次數(shù)） 剪切機(jī)每分鐘理論空行程次數(shù)代表了剪切機(jī)的生產(chǎn)率。理論空行程次數(shù)的提高受到電動(dòng)機(jī)功率和剪切機(jī)結(jié)構(gòu)型式的限制。確定剪切次數(shù)可根據(jù)軋鋼機(jī)生產(chǎn)率和有關(guān)參考數(shù)據(jù)選定。 參照文獻(xiàn) ??1 表 82 熱鋼坯剪切機(jī)基本參數(shù)（ JB209377）選擇該設(shè)計(jì)剪切機(jī)基本參數(shù)如表 31 表 31 熱軋剪切機(jī)基本參數(shù) 最大剪切力 MN 刀片行程 mm 刀刃長(zhǎng)度 mm 扁坯最大寬度 mm 斷面尺寸 mm 空行程次數(shù) 次 /min 220 460 50 150 20~30 表中的理論空行程次數(shù)為剪切機(jī)連續(xù)空行程次數(shù)。最大剪切力為 及其以下的熱鋼坯剪切機(jī)大多采用交流電機(jī)形式。剪切機(jī)在剪切軋件時(shí)的實(shí)際剪切次數(shù)總是遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論空行程次數(shù)。因?yàn)樵谲埣膬纱渭羟兄g，需要完成軋件運(yùn)輸，定尺等輔助工序，所以選擇剪切次數(shù) 20 次 /分。 軋件剪切過(guò)程分析 金屬的剪切過(guò)程可以分為以下兩個(gè)階段： 刀片壓入金屬階段。當(dāng)?shù)镀c軋件接觸后，在刀片壓力的 作用下，是金屬產(chǎn)生塑性變形，此時(shí)軋件的一部分被壓縮，金屬杯刀片壓入一定深度。 金屬滑移階段。當(dāng)?shù)镀瑝喝脒_(dá)到一定深度時(shí)，金屬被切斷面開(kāi)始產(chǎn)生滑移，直到被切斷面完全斷開(kāi)為止，即剪切階段。 在此，為了使側(cè)推力減小，減少刀架滑板的磨損和傾斜角度，故選擇有壓板剪切。 最大剪切力產(chǎn)生于刀片塑性壓入階段終了、金屬塑性滑移階段開(kāi)始之哈爾濱 商 業(yè)大學(xué) 碩士畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 17 時(shí)。因此，一般可將剪切過(guò)程分為兩個(gè)階段來(lái)建立剪切過(guò)程的受力模型。壓入階段作用在被剪切金屬上的力，如圖 33 所示。 當(dāng)?shù)镀瑝喝虢饘贂r(shí)，上下刀片對(duì)被剪金屬的作用力 P 組成力矩 Pa，此力矩使被剪金屬沿圖 示方向轉(zhuǎn)動(dòng)。而上下刀片側(cè)面對(duì)軋件的作用力 T 組成的力矩 Tc，將阻止軋件的轉(zhuǎn)動(dòng)。隨著刀片的逐漸壓入，被剪金屬轉(zhuǎn)動(dòng)的角度不斷增大，直到轉(zhuǎn)過(guò)角度 ? 后，兩力矩平衡，便停止轉(zhuǎn)動(dòng)。即： Pa=Tc 被剪金屬停止轉(zhuǎn)動(dòng)后，刀片壓入達(dá)到一定深度時(shí)，力 P 克服了剪切面上金屬的剪切阻力，此時(shí)，剪切過(guò)程由壓入階段過(guò)渡到滑移階段，金屬沿剪切面開(kāi)始滑移，直到剪斷為止。 無(wú)壓板剪切時(shí) : 10 20? ? ?? ? (0 .18 )TP?? 有壓板剪切時(shí) : 5 10? ? ?? ? ( )TP?? 增加壓板后不僅提高了剪切質(zhì)量，使剪切斷面平直，而且大大減小了側(cè)向推力 T ，從而減小了滑板的磨損，減輕了設(shè)備的維修工作量，提高了設(shè)備的作業(yè)率。 增加壓板后，取 =8? ? ，代入式（ 36）和（ 37）中計(jì)算得，刀片切入深度 Z 為 ，刀片滑移階段剪切力 P 為 。 刀片切入深度為 ： 22 tanZh?? （ 35） 滑移階段剪切力 P 為 哈爾濱 商 業(yè)大學(xué) 碩士畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 18 ( z)coshPb? ??? （ 36） 式中 ? —— 軋件被切斷面上的單位剪切阻力。 圖 33 剪切機(jī)剪切時(shí)作用在軋件上的力 剪切力 P 按照曲線(xiàn) A、 C 變化，切入達(dá)到一定深度時(shí)，軋件斷裂。剪切力隨著 z 的增加而變化，當(dāng)剪切力 P 為最大值時(shí)，軋件開(kāi)始產(chǎn)生滑移。 假設(shè)刀片與金屬在 xb 及 的接觸面上單位壓力是均勻分布而且相等。得公式： zb? （ 37） 又有 T=Ptany， y?? tan 2zy h? 可得： 哈爾濱 商 業(yè)大學(xué) 碩士畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 19 n zP pb ph zh pbhy ?? ? ? 式中 ? —— 表示單位切入深度， %； P—— 單位壓力， 2/N mm ； b—— 軋件的寬度， mm ； h—— 軋件的厚度， mm 。 圖 34 剪切力與相對(duì)切入深度的關(guān)系 ??1 根據(jù)上述公式可求得剪切力 P 與相對(duì)深度 ? 之間的關(guān)系。 相對(duì)切入深度 ? 為 10%、 20%、 30%、 40%、 50%、 60%、 70%、 73%時(shí)，單位壓力 P 為 2 32 33 350、 34 33 31 27 252（ 2/N mm ）。 由上式可知， P 力隨著 z 的增加將沿拋物線(xiàn)增加。一直增加到金屬開(kāi)始沿整個(gè)斷面產(chǎn)生滑移的數(shù)值為止。剪切力與相對(duì)深度的關(guān)系如下： 現(xiàn)在以 F 表示被剪切軋件的面積，本設(shè)計(jì)考慮剪切兩根的情況的時(shí)候，則有： 222 1 1 5 2 6 4 5 0F m m? ? ? ?？紤]刀刃變鈍和刀刃間隙增大后剪切力會(huì)哈爾濱 商 業(yè)大學(xué) 碩士畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 20 增大，引入系數(shù) K=，利用公式 P=KτF， 將 ??? 和 ??? 得的關(guān)系代入可以得到剪切力 P 與曲軸偏轉(zhuǎn)角 ? 之間的關(guān)系： 當(dāng)剪切力 P 為 0、 2 32 33 350、 34 33 31 252（ 2/N mm ）時(shí)，所對(duì)應(yīng)的曲軸偏轉(zhuǎn)角 ? 分別為 87o 、 93o 、 、 104o 、 108o 、 、 、 、 130o 。 單位剪切阻力曲線(xiàn)與剪切力和剪切功 剪切機(jī)的力能參數(shù)包括剪切力和剪切功率。剪切力是剪切機(jī)的主要參數(shù)，驅(qū)動(dòng)剪切機(jī)的電機(jī)功率及剪切機(jī)主要零件尺寸的確定，完全使用或充分發(fā)揮剪切機(jī)的能力都與剪切力有關(guān)。 在進(jìn)行力 能參數(shù)計(jì)算時(shí)，首先要確定單位剪切阻力。它主要取決于剪切金屬材料本身的性能、剪切時(shí)的溫度、相對(duì)切入深度、剪切速度、被剪切金屬斷面形狀及刀片形狀、刀片之間側(cè)間隙，以及被剪切金屬斷面尺寸的大小等因素。 剪切曲線(xiàn)與剪切力 在設(shè)計(jì)剪切機(jī)時(shí)，首先要根據(jù)所剪軋件最大斷面尺寸來(lái)確定剪切機(jī)公稱(chēng)能力，即確定最大剪切力。最大剪切力的公式如下： m a x21m a x FkkP bt?? （ 38） 式中 maxF—— 被剪軋件最大的原始 斷面面積， 2mm ； bt?—— 被剪軋件材料在相應(yīng)剪切溫度下的強(qiáng)度