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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流飞剪机结构设计.精品文档.摘 要本文简要介绍了轧钢设备的地位、作用和飞剪机的应用发展现状，对各种类型的飞剪机的结构和用途进行了介绍和对比。重点研究了双曲柄对称式飞剪机设计的三个关键点：机构的确定、结构设计及运动学分析。本飞剪机设计成双曲柄对称式飞剪机，其设计特点是将刀架作成杠杆形状，将其一端固定在偏心轮的一端，另一端固定在摆杆上，使得偏心轮转动时，刀架能够作平移运动，则令固定在刀架上的刀片能够作垂直或近似的垂直于轧件的运动，从而使得剪切断面能够比较平整。本文根据剪切过程的运动要求对飞剪机的力能参数进行计算，利用得到的力能参数进行了电动机的选择
2、与验算，然后对一级减速器和带传动进行设计，轴和轴承的强度校核符合设计标准，工作安全可靠。关键词：飞剪机；结构设计；力能参数；校核 各位如果需要此设计的全套内容（包括二维图纸、中英文翻译、完整版论文、程序、答辩PPT）可加QQ695939903，如果需要代做也请加上述QQ,代做免费讲解。 Abstract The brief almostly introduced the degree and effect of steel rolling equipment, the flying shears development and present status of the application
3、. We also make a introduction and contrast about the use and structure of various plate mill flying shears.Focused on considering the three points of the three symmetrial flying shear : the determination of the institution, optimization and kinematic analysis. The flying shear is crank rocker- type,
4、 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 ver
5、tical- rolling to get a smooth cut section. In this paper we calculate the energy parameters according to the movement requirement of the shearing process. Then we choose a motor and make a checking using the parameters.We also design the reducer and belt drive,then check the strengthen of axle and
6、bearing. The flying shear fit the design requirements totally,safety and reliable.Keywords: flying shear, architectural design, energy parameters,check 目 录摘 要IABSTRACTII第1章绪论11.1 课题背景及研究的目的和意义11.2国内外在该方向的研究现状及分析11.2.1国外在该方向的研究现状及分析11.2.2国内在该方向的研究现状及其分析21.3本课题的研究内容及其方法31.3.1研究内容31.3.2研究方法3第2章 总体方案设计5
7、2.1 引言52.2飞剪机整体方案设计52.2.1飞剪机的功能52.2.2飞剪机的基本要求52.2.3飞剪机的方案选择62.3飞剪机的总体方案布局62.4 本章小结7第3章 飞剪机飞剪分析及电机选择83.1 引言83.2飞剪的工作状态83.3飞剪的结构分析93.3.1最大剪切力的计算93.3.2飞剪机上下刀架的合力计算93.3.3飞剪机动力所需功率求解113.3.4转动惯量的计算123.4 本章小结13第4章 减速机的设计144.1 引言144.2减速机的构成144.3减速机的设计144.3.1V带传动的设计和校核144.3.2一级圆柱减速器的设计和校核164.4 本章小结21第5章 飞剪机本
8、体的设计计算225.1 引言225.2飞剪机的设计方案分析225.3传动系统的设计及校核225.3.1传动齿轮的设计及校核235.3.2传动轴的设计及校核255.4剪切机构的设计315.5本章小结32第6章 剪切机构的运动分析336.1 引言336.2剪切机构的运动分析336.3本章小结36结 论37参考文献38致 谢43附 录44第一章 绪论1.1 课题背景及研究的目的和意义通过此毕业设计，使学生深刻理解专业机械设备的设计方法，使学生能够充分利用所学过的知识，理论联系实际，独立开展设计工作，从而掌握从事机械设计及自动化相关工作的实际能力。 飞剪机是轧钢生产线上的关键设备，具有适合剪切大断面、
9、剪切断面平直的特点，广泛应用于中小型轧钢车间，承担轧件的切头、切尾分段和事故碎段等任务1。自上世纪七十年代我国引进现代化的板带轧机生产线以来，板带材的飞剪机一直是属于引进的重要设备之一。为实现定尺长度的调节，传统机构飞剪机必须具有空切机构和匀速机构，结构复杂，价格昂贵，改用大功率伺服电机作为飞剪机的主传动，可以提高飞剪机智能化水平、可靠性和使用水平，而且简化机械结构，提高生产效率。本课题研究的是剪切带钢的飞剪机，通过三维建模和运动仿真可以研究它的具体运动况。通过本次毕业设计，可以详细地了解曲柄连杆式飞剪机的工作原理和工作过程，能够综合应用所学知识，培养自己分析和解决实际工程问题的能力，达到锻炼
10、创造能力的目的，同时在设计的过程中会用到制图、运动仿真、运动分析的软件，可以更加熟练地掌握这些软件的应用，为今后工作打好基础。 1.2国内外在该方向的研究现状及分析1.2.1国外在该方向的研究现状及分析人们用飞剪来横向剪切运动着的轧件开始于十九世纪末期，是一台蒸汽带动的爱德瓦尔兹飞剪。这种飞剪机构庞大，重量很重，蒸汽发生系统复杂，惯性力也很大。后来在美国出现了电动式带曲柄和偏心轴的飞剪，以电动驱动代替了蒸汽驱动。但其较大的惯性力还是限制飞剪运行的主要因素2。后来，美国又设计了摩尔根式电动飞剪，简化了机械结构部分。随后，其它国家，如德国，日本，意大利等，都对飞剪结构进行了创新和改进，先后研制开发
11、出了各种有特色的飞剪。使飞剪的性能和结构日益完善。1.2.2国内在该方向的研究现状及其分析50年代，我国从原苏联引进了鞍钢1700热连轧机和1700可逆式冷轧机及相应的生产技术，该装备技术水平属当时世界先进水平。60年代我国自主设计制造了2800、4200大型板轧机和1700热连轧机，其机械、电气传动等装备均国产，这些自主制造设备比当时国际水平是落后一些，主要表现在无厚度自动控制系统（AGC）。70年代武钢1700热、冷连轧机引进，使我国轧钢技术达到了当时世界上的先进水平，国内也开展了AGC的工业实验和推广应用。80年代从德国引进了2050、2030热、冷连轧机，该轧机具有世界先进水平的板形控
12、制装备和技术，还有武钢引进的1200HC冷轧机，使我国的轧钢装备达到世界一流水平。经过多年的引进和消化吸收，我国的机械和控制装备虽有很大的发展，但我们必须认识到与国外仍然存在差距。目前，我国自行设计制造和从国外直接引进的飞剪机剪切机构大多为铰链四杆机构，用来剪切厚度较大的钢板或钢坯的飞剪机多数采用曲柄摇杆或双曲柄式两种机构。（1）施罗曼飞剪3图1-1a所示为施罗曼飞剪机，是双曲柄摇杆式飞剪机。这台飞剪机所用的是径向匀速机构。在改变定尺长度后，通过径向匀速机构改变主轴曲柄的长度，从而使剪切钢板时刀刃的水平速度与运行带钢速度一致。（2）翁格尔飞剪上述匀速系统与传动系统，使飞剪机结构的复杂性可见一斑
13、。引进后的几年间，飞剪机的上下刀座都不断出现过开焊，出现上刀梁断裂等事故。所谓的翁格尔飞剪机，如图1-1b所示。随着电机技术快速发展，特别是交流变频技术、大型伺服电机制造及控制技术的发展，对生产工艺要求复杂的飞剪机技术进步起到了革命性推动作用。该飞剪机构由上下刀座和两个四杆机构组成，完全取消了以往飞剪机的匀速机构及倍尺机构；利用先进电气控制技术，从而满足了生产工艺对飞剪机的要求。翁格尔飞剪电机及电气控制技术的发展足以用简单机构满足复杂生产工艺对飞剪机的要求。（3）桥式飞剪从机构简图1-1c可以看到，桥式飞剪是一个五杆机构，箱型的上下刀座(梁)是偏心距相等的曲轴所驱动；其运动确定性、上下刀座同步
14、性则由一个简单桁架相联结4。因而，桥式飞剪的机构得到进一步简化，传动链更加简洁。翁格尔飞剪机在生产实践中，曾经出现上刀梁的断裂事故；而桥式飞剪机的上下刀座(梁)的箱型结构不仅增强了上下刀梁的强度和刚度，同时还降低刀梁对材料的要求，使其动力学性能更加优越。图1-1 飞剪机机构简图1.3本课题的研究内容及其方法1.3.1研究内容根据设计的要求，本次设计的主要研究内容为设计一台满足使用参数要求的曲柄连杆式飞剪机。1.3.2研究方法（1）文献研究法。根据研究目的，通过调查文献来获得资料，从而全面地、正确地了解掌握所要研究问题。作用有能了解有关问题的历史和现状，帮助确定研究课题。能形成关于研究对象的一般
15、印象，有助于观察和访问。能得到现实资料的比较资料。有助于了解事物的全貌。（2）类比法。通过类比相似产品的大小尺寸以及零件选型来对飞剪机各模块进行部分大小尺寸以及零件选型。第2章 总体方案设计2.1 引言 本次曲柄连杆式飞剪机的设计要求区别于传统结构的飞剪机，整体结构大大简化，采用伺服电机传动，使得飞剪机的智能化有所提高，可靠性和生产效率也大大提高。2.2飞剪机整体方案设计2.2.1飞剪机的功能曲柄连杆式飞剪机能够实现定尺剪切，没有空切和匀速机构，采用伺服电机作为主传动，使用PLC实时控制飞剪机的转速。2.2.2飞剪机的基本要求飞剪机的特点是能横向剪切运动着的轧件，对它有三个基本要求：（1）剪刃
16、在剪切轧件时要随着运动的轧件一起运动，即剪刃应该同时完成剪切与移动两个动作，且剪刃在轧件运动方向的瞬时分速度应与轧件运行速度相等或2%3%，即。在剪切轧件时，剪刃在轧件运动方向的瞬时速度如果小于轧件的运动速度，则剪刃将阻碍轧件的运动，会使轧件弯曲，甚至产生轧件缠刀事故5。反之，如在剪切时剪刃在轧件运动方向的瞬时速度比轧件运动速度大很多，则在轧件中将产生较大的拉应力，这会影响轧件的剪切质量和增加飞剪机的冲击负荷；（2）根据产品品种规格的不同和用户的要求，在同一台飞剪机上应能剪切多种规格的定尺长度，并使长度公差与剪切断面质量符合国家有关规定；（3）能满足轧机或机组生产率的要求。2.2.3飞剪机的方
17、案选择目前应用较广泛的飞剪机有，滚筒式飞剪机、曲柄回转杠杆式飞剪机、曲柄偏心式飞剪机、摆式飞剪机和曲柄摇杆式飞剪机等6。近十几年来，采用计算机可编程序控制等新技术的飞剪机得到了一定地发展。本设计采用的是曲柄连杆式飞剪机，即曲柄回转杠杆式飞剪机。剪切机构为两组基本对称的四杆机构，连杆做成刀架，刀具直接装在刀架上，曲柄用偏心轮代替，便于加工，强度较高。飞剪机箱体内的传动机构为齿轮传动，传动比为1:1，从下轴输入动力，通过齿轮传动使得上下剪刃同步运动。主传动采用伺服电机，能够方便调速，使飞剪机结构大为简化。减速机部分采用一级圆柱齿轮减速器和V带传动，由于要频繁起停，所以加入带传动可以有效减轻振动和冲
18、击。2.3飞剪机的总体方案布局飞剪机的设计主要为飞剪机本体的设计和减速机的设计，其三维示意图7如图2-1和图2-2：图2-1 飞剪机本体装配图 图2-2 减速器装配图2.4 本章小结 本章主要对飞剪机进行了功能分析和总体设计方案布局，依据设计要求，选择合适的设计方案以完成要达到的任务目标。第3章 飞剪机飞剪分析及电机选择3.1 引言本章将对飞剪机剪切机构的力能参数进行计算，并据此来选择合适的伺服电机。3.2飞剪的工作状态飞剪机中飞剪的循环状态如图3-1所示，图3-1 飞剪工作状态示意图当启动飞剪时，应首先启用“飞剪同步”测定器，使路程测量与剪刃位置同步，飞剪停留在初始位置上，即图3-1的1位置
19、。在自动操作时，启用位置调节装置，剪刃一般位于开始位置1。接收到剪切信号后电机带动飞剪加速到4后与带钢的运动速度基本一致，进行剪切，剪切完成后减速至2，后反转至1，在光电测出钢板尾部已通过检测点后，根据带坯速度，剪刃会反转，离开等候位置2点，退回到开始剪切位置1点上，当发出切尾信号后，电机启动，剪切机构完成一个循环过程8。3.3飞剪的结构分析3.3.1最大剪切力的计算3.3.2飞剪机上下刀架的合力计算图3-2 重合度示意图3.3.3飞剪机动力所需功率求解3.3.4转动惯量的计算 转动惯量即刚体绕轴转动惯性的度量。其数值为式中表示刚体的某个质点的质量， 表示该质点到转轴的垂直距离,，求和号（或积
20、分号）遍及整个刚体。转动惯量只决定于刚体的形状、质量分布和转轴的位置，而同刚体绕轴的转动状态（如角速度的大小）无关。规则形状的均质刚体，其转动惯量可直接计算求得。不规则刚体或非均质刚体的转动惯量，一般用实验法测定。转动惯量应用于刚体各种运动的动力学计算中。转动惯量和质量一样，是回转物体保持其匀速圆周运动或静止的特性，用字母表示。对于圆柱体：当回转轴是圆柱体轴线时，其中m是圆柱体的质量，r是圆柱体的半径11 。图3-6 伺服电机安装尺寸3.4 本章小结本章介绍了飞剪机中飞剪的工作循环，计算了剪切时刀架所受的最大剪切力并借此得出了所需的转动惯量和驱动功率，选择合适的伺服电机。通过驱动转矩对电机进行
21、校核，满足工作要求。第4章 减速机的设计4.1 引言本章主要进行减速机的设计，伺服电机通过减速机减速、减压之后输入到飞剪机本体，带动飞剪运动，减速机13的设计也是调速的重要组成部分。本章将通过减速机的构成、设计和校核三个部分介绍减速机。4.2减速机的构成曲柄连杆式飞剪机的运动是间歇的，需要伺服电机频繁起停，因此对于减速机的冲击较大，故本次设计中减速机的组成分为两部分：V带传动和圆柱齿轮减速器。圆柱齿轮减速器承担大部分减速比，V带传动在进行减速的同时还能够吸收振动并缓和冲击，有过载保护的作用，可以有效降低电机频繁启动对圆柱齿轮减速器的冲击。4.3减速机的设计4.3.1V带传动的设计和校核4.3.
22、2一级圆柱减速器的设计和校核图4-3 输入轴部件设计草图（4）键的选择连接大带轮和小齿轮的键均采用A型普通平键，分别为键A6645 GB/T 10962003及键A8745 GB/T 10962003。经过校核，所选各零件的强度均达到要求。输出轴部件的设计和校核（1）选择轴的材料由于设计的是单级减速器的输入轴，属于一般轴的设计问题，选用45钢，调质处理。（2）估算轴的基本直径对于转轴，按扭曲强度初算轴径，查资料取，则考虑有键槽，将直径增大5%，。图4-4 输出轴部件设计草图4.4 本章小结本章主要对减速机部分进行了设计，分为普通V带传动和一级圆柱齿轮减速器。一级减速器采用的是对称结构，在完成输
23、入轴设计之后会更容易进行输出轴的设计，根据对称的原则合理设计套筒及轴的长度，设计完成之后各零件的校核满足要求，设计的有效性得到了保障。第5章 飞剪机本体的设计计算5.1 引言作为曲柄连杆式飞剪机的主体结构，本体的设计显得尤为重要。本章将进行飞剪机本体的的详细设计，包括箱体、传动系统、剪切机构的尺寸设计及其校核。5.2飞剪机的设计方案分析飞剪机本体的外部为剪切机构，即偏心轮、刀架和摇杆，内部为传动机构。剪切机构是有两组基本对称的偏心轮、刀架和摇杆构成，非对称部分主要在于刀架的设计。传动机构是由一对传动比为1的啮合齿轮构成（图5-1）。图5-1 飞剪机透视图当伺服电机启动时，经过减速机减速之后带动
24、下传动轴转动，通过齿轮啮合带动上传动轴转动从而使得上飞剪和下飞剪同时运动，完成剪切。5.3传动系统的设计及校核5.3.1传动齿轮的设计及校核此处的传动齿轮不承担减速的功能，它的作用在于传递运动，使得上下飞剪能同时运动，进行剪切。因此传动齿轮为两个完全相同的齿轮，采用直齿圆柱齿轮方便安装，经济有效。（1）确定齿轮传动类型、材料、热处理方式及精度等级两个齿轮均选用45钢，采用软齿面，调质处理，齿面平均硬度为236HBW，选用8级精度。（2）计算主要传动尺寸按齿面接触疲劳强度进行设计。由式确定式中各参数为：下齿轮传递的扭矩查取资料，初取载荷系数，齿宽系数，取，弹性系数，节点区域系数齿数比=2.5，参
25、考已有的飞剪机的大小，初选，则由式可知重合度系数许用接触应力由算得，查资料知，寿命系数，安全系数计算小齿轮分度圆直径由上式可知齿轮分度圆直径大于54.69mm，为了防止飞剪机过小，参考已有的飞剪机的大小，初步确定传动齿轮的分度圆直径为400mm，此时飞剪机的整体大小较为合适。模数齿轮宽度（4）校核齿根弯曲疲劳强度其中，查资料得，重合度系数，弯曲疲劳极限应力，寿命系数，则满足齿根弯曲疲劳强度齿轮其他尺寸的设计齿轮的分度圆直径大于200mm小于500mm，所以采用腹板式齿轮，根据图5-1可以算出其他尺寸，齿轮三维模型如图5-2所示。图5-2 腹板式齿轮结构图5-3 传动齿轮三维图5.3.2传动轴的
26、设计及校核5.3.2.1下传动轴的设计及其校核5.4剪切机构的设计5.5本章小结本章主要介绍了飞剪机本体的详细设计过程，是整个飞剪机设计的主要部分，通过类比和查阅资料完成了减速机、传动系统和剪切机构的设计，满足校核要求。第6章 剪切机构的运动分析6.1 引言在飞剪机中，剪切机构承担着剪切带钢的重要任务，它的运动过程和运动特点很重要，本章将研究剪切机构的运动状态，对其运动参数进行计算。6.2剪切机构的运动分析剪切机构16可以简化为下图6-1所示。图6-1 剪切机构简图AB、BC、CD、AD、AE的长度分别为、其中=100mm，=300mm，=200mm，=390mm，=203.5mm，E为剪刃点
27、，AB为曲柄，CD为摇杆，BE=103.5mm且为最短杆，满足曲柄存在的条件，又最短杆为，故该四杆机构为曲柄摇杆机构17。建立矢量方程图6-1和图6-2为Matlab仿真曲线图6-1 B点运动参数的图像6.3本章小结本章对剪切机构进行了运动分析，得到了剪刃点的位移、速度和加速度方程，可依据方程对剪切机构进行定性分析，得到剪切机构的运动状态，方便惊醒下一步的改进。结 论参考文献1 邹家祥. 轧钢机械M. 北京：冶金工业出版社，2000.2 房树锋. 曲柄式飞剪设计及其剪切过程的有限元分析D. 上海：上海交通大学，2007.3 虞益中. 对称式曲柄飞剪机的设计研究D. 无锡：江南大学，2009.4
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