【文章內(nèi)容簡介】 經(jīng)理論分析、計算后，純剪切力用下式表達，斜刃剪總剪切力P由下是確定：P=P1（1 + Z + ） ={1 + Z + } 式中的第二項為分力P2,第三項為分力P3。式中系數(shù)Z系數(shù)，實驗研究表明，此系數(shù)與鋼板被剪掉部分的寬度d、鋼板材料的延伸率δ以及刀片傾角α等因素有關(guān)，即Z=f()=f(λ),其變化規(guī)律如下圖所示，；Y刀片相對側(cè)隙，即為刀片側(cè)隙Δ與鋼板厚度h的比值，Y=Δ/H,；h=1025毫米時，取Δ=。X壓板相對距離，即為壓板中心離下刀片側(cè)邊緣c，與鋼板厚度h的比值，即：X=c/h?？紤]到壓板的作用，初步計算可取X=10。 圖23系數(shù)z與函數(shù)λ的關(guān)系 圖24壓板與刀片間的位置關(guān)系彈簧鋼的材料性能參數(shù)如下:表21鋼號60Si2Mn屈服強度/Mpa1200抗拉強度/Mpa1300延伸率5%斷面收縮率25%狀態(tài)熱軋HB（不大于）321選取剪切傾斜角α=，則λ=dtanα/δh, 其中d=100, h=25, 代入數(shù)據(jù)得λ=7。根據(jù)zλ曲線可以取z=，初步選定計算剪切力所需的參數(shù)：α=，z=，δ=5%，σb=1200Mpa，h=25mm，Y=Δ/h=，X=c/h=10代入剪切力計算公式得P=106N剪刃尺寸包括剪刃長度、高度和寬度。這些尺寸主要根據(jù)所剪軋件的最大截面尺寸來選定。剪刃長度可按下述經(jīng)驗公式確定。對剪切小方坯的剪切機，考慮經(jīng)常同時剪切幾根軋件，取剪刃長度L為被軋件寬度的3~4倍，即L=(3~4)Bmax （mm）式中Bmax —被軋件最大寬度，mm。對于剪切大、中型方坯的剪切機，剪刃長度LL=(2~) Bmax （mm）對剪切板坯的剪切機，取剪刃長度L= Bmax +(100~300) (mm)剪刃高度和寬度，可按下式確定hˊ=（~）hmax （mm）b= hˊ∕（~3） （mm）式中 hˊ—剪刃斷面高度，mm； hmax—被軋件最大高度，mm；由以上可知，本課題中設(shè)計的剪切機主要用于板坯，故剪刃長度L=Bmax+（100300）mm，而B=100mm，取L=300mm剪刃高度hˊ=hmax=25=30mm剪刃寬度b= hˊ /=根據(jù)生產(chǎn)要求，剪切機所要求達到的剪切次數(shù)確定為最快每分鐘30次。第三章 零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計計算第三章 零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計計算 擺臂的設(shè)計計算及強度校核擺臂，作為剪切機的執(zhí)行結(jié)構(gòu)，一端與液壓缸的活塞桿通過螺栓連接，另一端裝有剪切刀。在擺臂的運動過程中主要受到液壓缸中活塞桿的推力作用和被剪鋼板的剪切反作用力，以及主軸對擺臂的支撐力。運動過程，實際上是以主軸的中心為矩的原點，液壓缸的推力形成動力矩而剪切力的反作用力形成阻力距，是動力矩克服阻力矩的關(guān)系。擺臂梁的設(shè)計遵守等強度梁的原則[5]。設(shè)計時為了節(jié)約材料，減輕自重，可改變截面尺寸，使抗彎截面系數(shù)隨彎矩而變化。在彎矩較大處采用較大截面，而在彎矩較小處采用較小截面。這種截面沿軸線變化的梁，稱為變截面梁。如變截面梁各橫截面面上的最大正應(yīng)力都相等，且都等于許用應(yīng)力，就是等強度梁。設(shè)梁在任一截面上的彎矩為M(x),而截面的抗彎截面系數(shù)為W（x）。根據(jù)上述等強度梁的要求，應(yīng)有σmax= M(x) ∕W（x）=[σ]或者寫成 W（x）= M(x) ∕[σ]，這是等強度梁的W（x）沿梁軸線變化的規(guī)律。下面是對擺臂受力情況的分析：剪切力P=106N，阻力臂d1=330mm。設(shè)推力為F，動力臂d2=。由力矩平衡公式得 Pd1=Fd2，代入數(shù)據(jù)得 F=260KN。實際中，液壓缸提供的推力應(yīng)大于此值，安全因數(shù)n=,，所以液壓提供的實際推力F′=F=312KN。然后得出主軸對擺臂的支撐力F1=p+ F′=(1200+312)KN=1512KN由上述計算說明，根據(jù)等強度梁的原則，在設(shè)計擺臂時應(yīng)在受彎矩較大處采用較大橫截面面積，而在受彎矩較小處采用較小橫截面積。因擺臂的中間截面處受到的彎矩作用最大，在此只分析一下中間截面尺寸的確定。經(jīng)查表，可以得到擺臂材料ZG鑄鋼的許用應(yīng)力[σ]=175Mpa，然后確定中間截面的抗彎截面矩系數(shù)w=M/[σ]，由公式W=bh2/6，確定該截面的寬度和高度。在相等橫截面面積的情況下，將橫截面做成高而薄的形狀會比做成矮而厚的形狀承受的抗彎強度更高，同時這樣設(shè)計的擺臂自然會滿足強度要求?？紤]到截面形狀的合理性和經(jīng)濟型，故擺臂的設(shè)計圖形如圖31所示： 圖31擺臂簡單示意圖擺臂的校核：擺臂的受力圖如圖32所示：圖32 擺臂受力圖擺臂的彎矩圖如圖33所示：322000KNm圖33 擺臂的彎矩圖 由材料力學(xué)公式得 其中W為中間截面的抗彎截面系數(shù)，由公式W=bh2/6得擺臂所用材料為ZG30Mn，經(jīng)查表可以得到強度極限=300Mpa，安全因數(shù)n=，故。因此，擺臂的設(shè)計符合強度要求。軸的設(shè)計包括軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計和軸的計算。軸的計算包括軸的強度計算、軸的剛度計算。軸的設(shè)計原則是，在滿足結(jié)構(gòu)要求和強度、剛度要求的條件下，設(shè)計出尺寸小、重量輕、安全可靠，工藝上經(jīng)濟合理，又便于維護檢修的軸。在一般情況下，軸的工作能力決定于它的強度和剛度。在設(shè)計軸時，除應(yīng)按工作能力準(zhǔn)則進行設(shè)計計算或校核計算外，在結(jié)構(gòu)設(shè)計上還必須滿足其他一系列的要求，例如：1）多數(shù)軸上零件不允許在軸上做軸向移動，需要用軸向固定的方法使它們在軸上有確定的位置；2）為傳遞轉(zhuǎn)矩，軸上零件還應(yīng)做周向篤定；3）對軸與其他零件間有相對滑動的表面應(yīng)有耐磨性的要求；4）軸的加工、熱處理、裝配、檢驗、維修等都應(yīng)有良好的工藝性。主軸的結(jié)構(gòu)圖如圖34所示：圖34 主軸結(jié)構(gòu)圖軸的受力圖如圖35所示：圖35 軸的受力圖主軸的彎矩圖如圖36所示： 326970KNm圖36 主軸彎矩圖主軸的轉(zhuǎn)矩圖如圖37所示： 486907Nm圖37 主軸轉(zhuǎn)矩圖主軸的校核：由主軸的彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖可知，在主軸的中截面處所收到的合彎矩值最大，故只需要校核此截面處的強度。中間截面的合彎矩為：M= Nm=105 Nm 主軸所用材料為45號鋼，經(jīng)查表可以查得其強度極限= 340Mpa， 故 所以,主軸的強度符合要求。 軸承的選擇軸套在一些轉(zhuǎn)速較低，徑向載荷較高且間隙要求較高的地方（如凸輪軸）用來替代滾動軸承（其實軸套也算是一種滑動軸承），材料要求硬度低且耐磨，軸套內(nèi)孔經(jīng)研磨刮削，能達到較高配合精度，內(nèi)壁上一定要有潤滑油的油槽，軸套的潤滑非常重要，干磨的話，軸和軸套很快就會報廢，在本課題中推薦安裝時刮削軸套內(nèi)孔壁，這樣可以留下許多小凹坑，增強潤滑。機架的分類：按制造方法，機架可分為鑄造機架、焊接機架和螺栓聯(lián)接或鉚接機架。按機架材料可分為金屬機架、非金屬機架。非金屬機架又可分為混凝土機架、花崗巖機架、塑料機架或其它材料的機架。鑄造機架常用材料為鑄鐵、鑄鋼和鑄鋁。小型設(shè)備的機架則有用銅制或塑料制造，其制造工藝設(shè)計可參考《機械設(shè)計手冊》。機架設(shè)計準(zhǔn)則：機架的設(shè)計主要保證剛度、強度及穩(wěn)定性。機架設(shè)計的一般要求：①在滿足強度和剛度的前提下，機架的重量應(yīng)要求輕、成本低；②抗振性好；③噪聲??；④溫度場分布合理，熱變形對精度的影響??；⑤結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，工藝性良好，便于鑄造、焊接和機械加工；⑥結(jié)構(gòu)便于安裝、調(diào)整及修理。剪切機機架在整個機構(gòu)中支撐擺臂、主軸等整個工作平臺的重量，并將其傳遞到基地上，它的設(shè)計重點是滿足強度要求即可，保證在剪切機剪切過程中不會被壓潰即可，不會發(fā)生過大變形，其具體參數(shù)見圖38。圖38 機架結(jié)構(gòu)圖剪切機機架材料的選用，主要是根據(jù)機架的使用要求。多數(shù)機架形狀較復(fù)雜，故一般采用鑄造。本課題中的剪切機結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，但對機架的強度和剛度要求較高，屬于受力較大的機架，所以機架的材料選取鑄造碳鋼。設(shè)計時，在機架受力較大的地方應(yīng)該注意通過加大鋼板厚度等方法增強機架的強度要求。鑄鋼件一般都要經(jīng)過熱處理。熱處理的目的是為了消除鑄造內(nèi)應(yīng)力和改善力學(xué)性能。鑄鋼機架的熱處理方法一般有正火加回火，退火、