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畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
題目：飛剪機(jī)剪切機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
目 錄
內(nèi)容摘要： 1
關(guān)鍵詞： 1
Abstract： 1
1.飛剪機(jī)概述 2
1.1飛剪機(jī)簡(jiǎn)介 2
1.2剪切機(jī)構(gòu)的工藝作用與分類(lèi) 2
1.3剪切機(jī)構(gòu)應(yīng)滿(mǎn)足的設(shè)計(jì)要求 3
2.剪切機(jī)構(gòu)功能要求 3
2.1剪切機(jī)構(gòu)功能 4
2.2剪切機(jī)構(gòu)正常工作要求 4
2.3剪切機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 4
2.4剪切機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 7
3.剪切機(jī)構(gòu)力學(xué)分析計(jì)算 9
3.1剪切機(jī)構(gòu)受力分析 10
3.2剪切機(jī)構(gòu)力的計(jì)算 11
3.3主軸剪切力矩和電機(jī)功率計(jì)算 14
4.剪刃垂直重疊量調(diào)整 16
結(jié)論 17
參考文獻(xiàn) 18
致謝 19
內(nèi)容摘要：本設(shè)計(jì)介紹了棒材飛剪機(jī)的功能要求及其剪切機(jī)構(gòu)的性能參數(shù)。著重設(shè)計(jì)了飛剪機(jī)的剪切機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)根據(jù)加工原材要求主要設(shè)計(jì)飛剪機(jī)本體的剪切機(jī)構(gòu)。
棒材飛剪機(jī)是現(xiàn)代軋鋼生產(chǎn)線上的咽喉設(shè)備，它負(fù)責(zé)鋼材的切頭、切尾及定尺剪切。所以對(duì)飛剪機(jī)的設(shè)計(jì)研究具有十分重大的意義。本次設(shè)計(jì)由我們小組五個(gè)人共同完成一臺(tái)飛剪機(jī)的設(shè)計(jì)。飛剪機(jī)的種類(lèi)眾多，根據(jù)加工要求選擇合適的飛剪機(jī)類(lèi)型十分重要，我們經(jīng)過(guò)收集、學(xué)習(xí)有關(guān)飛剪機(jī)的資料進(jìn)行分工合作，每人選擇一個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。我在本次設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)飛剪機(jī)的剪切機(jī)構(gòu)，其主要功能是對(duì)軋件進(jìn)行切頭、去尾、事故碎斷或?qū)④埣羟谐啥ǔ唛L(zhǎng)度，功能的實(shí)現(xiàn)靠剪切機(jī)構(gòu)為四連桿機(jī)構(gòu)中曲柄搖桿式進(jìn)行。
關(guān)鍵詞：棒材、飛剪機(jī)、剪切機(jī)構(gòu)、設(shè)計(jì)
Abstract：This design is introduced the function of the flying shear machine bar requirements and shearing mechanism performance parameters. Emphasize design the shearing mechanism of the flying shear machine. Design according to the major requirements raw material processing design the flying shear machine body shearing mechanism.
The bar flying shear machine is modern rolling line on the throat of the equipment, it is responsible for the steel cut head, cutting the end and scale shear. Therefore, the design of the flying shear is of great significance. The design consists of five people in our group together to complete the design of a flying shear. Many types of flying shear, according to the processing requirements to choose the right type of flying shear is very important, after collection, to learn about flying shear information division of labor, and each person to choose a body design. In this design of flying shear machine I design the shearing mechanism，the main function of rolled piece is in the head, to tail, accident broken off or will be rolled piece of cutting into scale length, the realization of the function of shearing mechanism on for four bar linkage of the crank rocker type.
Key words: bar, flying shearing machine, shearing mechanism, design.
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1.飛剪機(jī)概述
本章主要目的是明確所設(shè)計(jì)的飛剪機(jī)應(yīng)該達(dá)到的目標(biāo)，如何優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)、減輕重量并提高設(shè)備剪切精度【5】。
1.1飛剪機(jī)簡(jiǎn)介
飛剪機(jī)是在軋件運(yùn)動(dòng)中對(duì)軋件實(shí)施剪切工藝的一種設(shè)備，是連續(xù)式軋鋼生產(chǎn)線上不可缺少的、非常關(guān)鍵的設(shè)備之一。特別是，隨著現(xiàn)代化鋼材生產(chǎn)的產(chǎn)量和品種不斷增加，要求軋鋼生產(chǎn)向高速、連續(xù)化生產(chǎn)方式發(fā)展的今天，飛剪機(jī)的需求量不斷增加，自然而然地對(duì)飛剪機(jī)的設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量提出了更高的要求。由于是在運(yùn)動(dòng)中對(duì)軋件實(shí)施剪切，因此，對(duì)飛剪機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性、反應(yīng)靈敏性、動(dòng)作準(zhǔn)確性，以及工作穩(wěn)定可靠性等各方面，都必須具有很高的要求【1】。
1.2剪切機(jī)構(gòu)的工藝作用與分類(lèi)
飛剪機(jī)的剪切工藝主要包括：對(duì)連軋生產(chǎn)線上的軋件實(shí)施切頭、切尾，切定（倍）尺，以及事故處理和軋件的樣品剪切等【2】。
飛剪機(jī)的分類(lèi)方法有很多種，主要有：按照軋制線上生產(chǎn)鋼材的品種不同分為，鋼坯飛剪機(jī)、板帶飛剪機(jī)、型鋼飛剪機(jī)和高速線材飛剪機(jī)等；按其機(jī)體結(jié)構(gòu)和剪切形式不同分為，曲柄連桿式飛剪機(jī)、擺式飛剪機(jī)、滾筒式飛剪機(jī)、圓盤(pán)式飛剪機(jī)；按工作方式又可分為連續(xù)式飛剪機(jī)、起停式飛剪機(jī)和連續(xù)—起停復(fù)合式飛剪機(jī)【9】。
80年代初期，隨著我國(guó)對(duì)外開(kāi)放政策的實(shí)施，引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行消化吸收是當(dāng)時(shí)國(guó)家制定的切實(shí)可行的既定國(guó)策，北京冶金設(shè)備研究院研制開(kāi)發(fā)的，利用快速氣動(dòng)離合器制動(dòng)器實(shí)現(xiàn)飛剪機(jī)連續(xù)— 起停復(fù)合工作制的飛剪機(jī)技術(shù)（用于小型材飛剪機(jī)的剪切速度最高達(dá)18m/s），顯示出它獨(dú)特的優(yōu)越性和先進(jìn)性。近十幾年來(lái)在國(guó)內(nèi)和東南亞市場(chǎng)上占有一定優(yōu)勢(shì)【6】。飛剪機(jī)是軋線上機(jī)電一體化控制操縱比較復(fù)雜的設(shè)備，它工況條件惡劣，載荷變化劇烈，在生產(chǎn)和維護(hù)上都需要具備較高的技術(shù)水平。采用快速氣動(dòng)離合器制動(dòng)器控制飛剪機(jī)的剪切，簡(jiǎn)化了電器控制系統(tǒng)，降低了整機(jī)操縱控制的難度，從而實(shí)現(xiàn)了整機(jī)在小慣量下起動(dòng)、制動(dòng)，在大慣量下剪切，能量分配合理，控制運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定的較為理想的飛剪機(jī)設(shè)計(jì)方案。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，特別是近年來(lái)數(shù)字控制技術(shù)，低慣量電機(jī)制造技術(shù)的發(fā)展，飛剪機(jī)逐步朝著結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作維護(hù)方便，利用電動(dòng)機(jī)直接實(shí)現(xiàn)起停工作制的方向發(fā)展。
1.3剪切機(jī)構(gòu)應(yīng)滿(mǎn)足的設(shè)計(jì)要求
1.3.1速度要求
飛剪機(jī)的剪切速度應(yīng)與軋件同步，最理想的狀態(tài)是在剪切時(shí)，飛剪機(jī)的剪刃在軋件運(yùn)動(dòng)方向上的速度應(yīng)等于或略大于軋件運(yùn)動(dòng)速度（俗稱(chēng)拋鋼）。但此時(shí)必須要考慮飛剪機(jī)剪切時(shí)的動(dòng)態(tài)速降【4】。
1.3.2剪切質(zhì)量要求
為保證軋件剪切斷面（平直）質(zhì)量，要求飛剪機(jī)的一對(duì)剪切刀片在剪切過(guò)程中作平移（平行移動(dòng)）運(yùn)動(dòng)，剪刃間的刀片側(cè)隙應(yīng)盡可能保持不變，同時(shí)，兩刀片始終與軋制中心線相垂直。
1.3.3剪刃要求
剪刃的運(yùn)動(dòng)軌跡應(yīng)是一條封閉曲線，在剪切段應(yīng)盡量平直，在剪切過(guò)程中要求剪切速度均勻，并且不能出現(xiàn)相碰卡死現(xiàn)象。剪切完后，剪刃仍恢復(fù)到固定的初始位置，不影響軋件自由通過(guò)。
1.3.4剪刃側(cè)隙要求
應(yīng)能根據(jù)不同的軋件厚度，甚至軋件形狀，合理方便地調(diào)整剪刃側(cè)隙及重合量，以保證剪切工藝的正常實(shí)施【3】。
1.3.5精度要求
盡量減少參與剪切運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)零部件的數(shù)量和重量，以降低剪切機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的慣量值（即飛輪矩），減少速度變化量，提高飛剪機(jī)剪切機(jī)構(gòu)的靈敏性穩(wěn)定性和定位精度，從而提高飛剪機(jī)的剪切定尺精度。
1.3.6輔助設(shè)備要求
合理配置適合于飛剪機(jī)的同步機(jī)構(gòu)及前后設(shè)備，如夾送測(cè)速輥，或末架軋機(jī)，撥鋼管（槽）等。此項(xiàng)因飛剪機(jī)結(jié)構(gòu)選型及工作方式不同而不同，以保證飛剪機(jī)剪切速度與軋件速度始終保持線性系從而保證剪切定尺精度和剪切質(zhì)量。
經(jīng)過(guò)本章的分析，選定起停式飛剪機(jī)。飛剪機(jī)設(shè)計(jì)除了要考慮其功能要求、可靠性要求外，更應(yīng)該注意經(jīng)濟(jì)性要求，做到使產(chǎn)品物美價(jià)廉。
2.剪切機(jī)構(gòu)功能要求
本章主要目的就是從飛剪機(jī)剪切機(jī)構(gòu)的功能要求為方向，為本次設(shè)計(jì)篩選出最優(yōu)的方案。方案的正確與否直接影響到飛剪機(jī)的剪切功能以及其所要達(dá)到的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，因此，在對(duì)各種產(chǎn)品的使用情況的實(shí)際對(duì)比分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行必要的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析才能設(shè)計(jì)出更加合理的方案。
2.1剪切機(jī)構(gòu)功能
為滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝要求，飛剪機(jī)具有下列三種運(yùn)動(dòng)方式；
(1)啟停剪切
該飛剪機(jī)前置一光電信號(hào)接收器，當(dāng)軋件經(jīng)過(guò)光電接收器時(shí)即發(fā)出剪切信號(hào)，飛剪機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)剪切。
(2)連續(xù)剪切
當(dāng)出現(xiàn)堵鋼事故時(shí)，該飛剪機(jī)可以連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，每轉(zhuǎn)一圈可以剪切一次，將軋件碎斷成一段一段的短料，有收集裝置收集。
(3)沖動(dòng)爬行
為了保證剪切的精度，在調(diào)整和對(duì)準(zhǔn)剪刃時(shí)，控制系統(tǒng)可以使剪刃部分微動(dòng)并以很慢的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到所要求的角度或位置。
2.2剪切機(jī)構(gòu)正常工作要求
為保證棒材生產(chǎn)線的正常軋件，飛剪機(jī)正常工作必須滿(mǎn)足一下條件；
(1)飛剪機(jī)的作業(yè)率必須和軋機(jī)的作業(yè)率相協(xié)調(diào)，保證軋機(jī)作業(yè)率的充分發(fā)揮。
(2)剪切時(shí)，刀刃在軋件運(yùn)動(dòng)方向上的分速度應(yīng)與軋件運(yùn)動(dòng)速度保持一定關(guān)系，使軋件與剪切過(guò)程中有一定的張力，以保證剪切后軋件頭部和尾部的質(zhì)量，避免發(fā)生堆鋼事故。
（3）能夠完成剪切工藝要求軋件的材質(zhì)、溫度、速度以及斷面范圍。
(4)保證所剪切的斷面符合要求，以方便與后面軋機(jī)的咬入符合成品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
（5）按軋制工藝的要求，剪切軋件的頭尾尺寸應(yīng)保證在規(guī)定的偏差范圍之內(nèi)，避免增加金屬損失【8】。
2.3剪切機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)
根據(jù)本次飛剪機(jī)的功能要求，最終確定本次設(shè)計(jì)采用啟停式。
2.3.1飛剪機(jī)剪切機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)上下刃的運(yùn)動(dòng)軌跡必須是閉合曲線，并且返回時(shí)不阻礙軋件繼續(xù)運(yùn)動(dòng)的要求，采用四連桿機(jī)構(gòu)中的曲柄搖桿結(jié)構(gòu)最為合適，如下圖2.3.1所示，曲柄長(zhǎng)度是一個(gè)重要參數(shù)，除了要考慮曲柄存在的條件外，還要注意一下幾個(gè)方面的內(nèi)容；
（1）曲柄在剪切區(qū)內(nèi)其剪刃應(yīng)基本垂直切入的軋件，且切入速度應(yīng)逐漸減少。
（2）在剪切區(qū)內(nèi)，剪刃水平速度Vx的變化應(yīng)與軋件速度Vo相匹配。
（3）保證上下刃有足夠的開(kāi)口度和角加速度。
若開(kāi)口度太小有可能出現(xiàn)在不剪切時(shí)軋件沖擊剪刃，角加速度太小，可能會(huì)出現(xiàn)軋件在進(jìn)入剪切點(diǎn)時(shí)尚未達(dá)到勻速。曲柄的長(zhǎng)短十分重要，其大小會(huì)影響到電機(jī)功率、轉(zhuǎn)速及剪刃的咬入角。曲柄太短且軋件直徑太大，其咬入角就會(huì)很大，這樣就增大剪切力矩，一般以43°為宜；增長(zhǎng)曲柄的長(zhǎng)度R又會(huì)加大上下曲柄回轉(zhuǎn)中心點(diǎn)的距離，從而使飛剪機(jī)本體的體積呈立方的關(guān)系增大。所以，曲柄的長(zhǎng)短應(yīng)合理的設(shè)計(jì)。
（4）在結(jié)構(gòu)允許且能保證適當(dāng)重疊量的情況下盡量減短剪刃的長(zhǎng)度b，這樣可在不加大設(shè)備體積的情況下，加大曲柄的長(zhǎng)度；
確定R、b的長(zhǎng)度后，應(yīng)按以下幾點(diǎn)要求考慮四連桿機(jī)構(gòu)中其余桿件的長(zhǎng)度。第一點(diǎn)，所設(shè)計(jì)的各桿長(zhǎng)度應(yīng)符合曲柄搖桿四桿機(jī)構(gòu)的桿長(zhǎng)條件。第二點(diǎn)，確保從剪切開(kāi)始到剪切結(jié)束的過(guò)程中剪刃的間隙應(yīng)該逐漸減小并有一定的重疊量，剪刃間隙一般為0.1～0.3mm，剪刃重疊量一般為2～5mm。第三點(diǎn)，在剪切過(guò)程中，剪刃始終垂直軋件表面。
圖2.3.1 剪切機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖
則有；
cos=（L-b-h/2）/R=1-h/2R Rh/2（1-cos）
式中；h-軋件的直徑，mm；
L-剪臂的長(zhǎng)度，mm；
B-剪刃的長(zhǎng)度，mm；
R-曲柄回轉(zhuǎn)半徑，mm；
-咬入角，（°）。
2.3.2飛剪機(jī)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)以上分析，飛剪機(jī)采用下圖2.3.2所示的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)；
1電機(jī) 2聯(lián)軸器 3制動(dòng)器 4內(nèi)齒輪 5齒輪（一） 6齒輪（二）
7飛輪 8曲柄 9連桿 10搖桿 11刀架 12剪刃 13軋件
圖2.3.2 飛剪機(jī)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)
電機(jī)輸入功率、轉(zhuǎn)速、經(jīng)聯(lián)軸器傳遞到齒輪（一），在經(jīng)過(guò)Z1、Z2、Z3、Z4、Z5三級(jí)齒輪傳動(dòng)到8、9、10構(gòu)成的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，刀架11固定在連桿9上，當(dāng)上下剪刃相遇時(shí)就完成一次剪切。飛輪7通過(guò)鉸制孔螺栓以及銷(xiāo)子和齒輪（二）固定在一起。正常剪切時(shí)內(nèi)齒套4和齒輪（二）結(jié)合，飛輪不起作用。當(dāng)剪切大斷面軋件需要飛輪加入時(shí)，用撥叉撥動(dòng)內(nèi)齒套4和齒輪（一）、齒輪（二）同時(shí)結(jié)合，這樣就可以帶動(dòng)飛輪來(lái)完成剪切任務(wù)。其中序號(hào)4到序號(hào)12等零部件構(gòu)成了飛剪機(jī)本體部件。
2.4剪切機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析
飛剪機(jī)的傳動(dòng)方案和剪切機(jī)構(gòu)確定以后，首先要選擇計(jì)算以下主要運(yùn)動(dòng)參數(shù)，這些參數(shù)包括飛濺的基本轉(zhuǎn)速n、剪刃的線速度v、剪刃的回轉(zhuǎn)半徑R、剪刃的重疊量s，確定剪切初始角、剪刃的側(cè)向間隙以及其調(diào)整范圍。本次設(shè)計(jì)的主要參數(shù)如下；
（1）產(chǎn)品規(guī)格圓鋼；50mm
（2）剪切溫度；800℃
（3）軋件速度；2m/s
為了保證軋件的正常軋制和成品頭尾超差值盡可能小，每根軋件必須進(jìn)行切頭、切尾。碎斷功能僅在后部工藝發(fā)生故障時(shí)投入使用。在切頭、去尾及事故碎斷時(shí)，各功能對(duì)剪刃轉(zhuǎn)速要求也不同。
2.4.1曲柄回轉(zhuǎn)半徑計(jì)算
由上式可得；
R50/2（1-cos43°）=93.059mm
綜合考慮取R=100mm
2.4.2切頭時(shí)剪刃轉(zhuǎn)速計(jì)算
下圖2.4.2為飛剪剪切時(shí)的幾何關(guān)系圖；
在飛剪剪刃頭部的過(guò)程中，為避免軋件出現(xiàn)堵鋼或軋件被拉變形等事故，在設(shè)置飛剪的轉(zhuǎn)速時(shí)，要盡可能做到飛剪剪刃的水平分速度Vx與軋件速度Vo一致，但在實(shí)際使用過(guò)程當(dāng)中Vx=Vo是很困難的，因此在設(shè)置飛剪切頭轉(zhuǎn)速時(shí)，才用了飛剪水平速度Vx與軋件速度超前Vo的3%～6%。即
Vx=KVo/cos
式中；K-剪刃的超前系數(shù)。作為選擇電機(jī)功率的計(jì)算值，K=1.03～1.06
剪刃主軸的轉(zhuǎn)速為；
n=60000Vx/2πRcos
合并公式得到切頭時(shí)剪刃主軸的轉(zhuǎn)速公式；
n=60000KVo/2πRcos
式中；
Vo-軋件的速度，m/s
n-切頭時(shí)剪刃的基本轉(zhuǎn)速，r/min
R-曲柄的回轉(zhuǎn)半徑，mm
-剪刃剪切的初始角，（°）
圖2.4.2剪切幾何關(guān)系
2.4.3切尾時(shí)剪刃轉(zhuǎn)速計(jì)算
切尾時(shí)與切頭式的情況相反，飛剪切尾時(shí)的剪刃速度高于軋件速度Vo時(shí)，會(huì)造成軋件的尾部彎曲，速度過(guò)低，軋件拉著剪刃轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行切尾，尾部會(huì)被拉細(xì)，影響成品尾部尺寸精度，增加了成品尾部的剪切量。為了保證正常切尾，剪刃水平分速度Vx滯后軋件Vo的0%～2%。即；
Vx=KVo/cos
式中；
K-剪刃的超前系數(shù)，K=0.98～1
剪刃主軸的轉(zhuǎn)速；將K代入公式計(jì)算。
2.4.4剪切初始角計(jì)算
如上圖2.3.1所示的剪切幾何關(guān)系可得出
（1）剪切初始角的計(jì)算
cos=（L-b-h/2）/R=1-h/2R
式中；
h-軋件的直徑，mm
b-剪臂的長(zhǎng)度，mm
L-曲柄中心到軋件中心線的距離，mm
L=R+b+h/2
根據(jù)數(shù)據(jù)得；
Cos=1-50/200=0.75
=41.41°
（2）剪切終徑角°的計(jì)算
Cos°=/R
=1-（1-o）h/2R
式中；
°-剪切的終徑角，（°）
o-軋件剪斷時(shí)的相對(duì)剪切深度
根據(jù)熱剪切時(shí)各種金屬的剪切性能，彈簧鋼的相對(duì)剪切深度最大，因此，此次計(jì)算以彈簧鋼的性能參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，查表知彈簧鋼在850°時(shí)的相對(duì)剪切深度o=0.85，則剪切的終徑角計(jì)算如下；
Cos°=1-（1-0.85）*50/200
=0.9625
°=15.75°
2.4.5飛剪機(jī)主軸轉(zhuǎn)速計(jì)算
在實(shí)際的計(jì)算過(guò)程中，主軸轉(zhuǎn)速應(yīng)以飛剪切頭時(shí)的公式2.7進(jìn)行計(jì)算，K值取1.06，因此飛剪主軸的轉(zhuǎn)速計(jì)算如下；
n=（60000*1.06*2）/（2*3.1415*100*cos41.41）
=270r/min
本章根據(jù)所給的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)及要求的剪切工藝參數(shù)，對(duì)剪切機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析計(jì)算，得出切頭時(shí)飛剪機(jī)的主軸轉(zhuǎn)速并驗(yàn)證起停式飛剪機(jī)選擇的正確性【7】。
3.剪切機(jī)構(gòu)力學(xué)分析計(jì)算
剪切機(jī)構(gòu)是飛剪機(jī)的執(zhí)行部件，通過(guò)對(duì)其在剪切過(guò)程中的受力分析，可以計(jì)算出飛剪機(jī)主軸上所需的平均剪切力矩。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，電機(jī)在剪刃主軸上的驅(qū)動(dòng)力矩為平均剪切力矩的0.8～0.9倍，因此，結(jié)合上一章計(jì)算的主軸轉(zhuǎn)速，就可以得出所需電機(jī)的功率。
3.1剪切機(jī)構(gòu)受力分析
1 搖桿 2 連桿 3 曲柄 4 剪刃
圖3.1 剪切力分析
如上圖3.1所示，以剪切過(guò)程中軋件剛被咬入時(shí)作靜力分析，此過(guò)程中忽略由搖桿、曲柄和連桿產(chǎn)生的慣性力。連桿2和剪刃4作剛性連接，曲柄3和連桿2鉸接，剪切軋件的過(guò)程中剪刃受到垂直軋件的剪切力P以及水平方向的力T。對(duì)于連桿2在節(jié)點(diǎn)C處受到曲柄的驅(qū)動(dòng)力，水平方向?yàn)門(mén)1，垂直方向?yàn)镻1，在節(jié)點(diǎn)B處受到搖桿1的作用力F，F(xiàn)在水平方向上的分力為T(mén)2，在垂直方向上的作用力P2.當(dāng)四連桿機(jī)構(gòu)ABCD各桿的長(zhǎng)度確定后，由于為咬入角，為連桿與刀架的夾角都已知，那么，此時(shí)搖桿1與連桿2之間的夾角，利用三角函數(shù)關(guān)系就可以計(jì)算出。因此，對(duì)于連桿進(jìn)行力和力矩的平衡分析可以得到；
P=P1+P2
T1=T+T2
Fsin(2)Lbc=T*Lce
P2=Fcos（180°-1-2）
T2=Fsin（180°-1-2）
由以上公式聯(lián)立方程組可得到；
T1=T[1+ sin（180°-1-2）*Lce/(sin2*Lbc)]
P1=P[1-cos（180°-1-2）*Lce/(sin2*Lbc)]
式中；
P1-連桿在節(jié)點(diǎn)C處受到的水平作用力，N
T1-連桿在節(jié)點(diǎn)C處受到的垂直作用力，N
T-剪切過(guò)程中剪刃受到的水平作用力，N
P-剪切過(guò)程中剪刃受到的垂直作用力，N
1-連桿與刀架的夾角，（°）
2-剪切時(shí)搖桿與連桿之間的夾角，（°）
Lce-剪刃長(zhǎng)度，mm
Lbc-連桿長(zhǎng)度，mm
對(duì)于曲柄3在節(jié)點(diǎn)C處受力的大小與連桿在此點(diǎn)受力大小相等，方向相反，由公式可知，當(dāng)Lce的長(zhǎng)度比Lbc的長(zhǎng)度小的多時(shí)，可以認(rèn)為曲柄在C點(diǎn)的受力大小就等于剪刃受力的大小。對(duì)于搖桿1只受沿桿線方向上的壓力F以及支座的支反力【7】。
3.2剪切機(jī)構(gòu)力的計(jì)算
通過(guò)對(duì)剪切機(jī)構(gòu)的受力分析，根據(jù)用戶(hù)提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行垂直剪切力以及水平作用力的計(jì)算。
3.2.1垂直剪切力計(jì)算
剪切力可用下式計(jì)算
P=F
式中；
F-被剪軋件原始斷面面積，mm2
-單位剪切抗力，mpa
式中單位剪切抗力，在軋件剪切過(guò)程中是變化的，即剪切力是變化的，其中最大剪切力Pmax，即所選剪切機(jī)的公稱(chēng)能力，最大剪切力可按下式計(jì)算；
Pmax=KmaxFmax
式中；
Fmax -被剪軋件最大原始斷面面積，mm2
max-被剪軋件材料在相應(yīng)剪切溫度下最大的單位剪切抗力，mpa
K-考慮到剪刃磨鈍、剪刃間隙增大而使剪切力提高的系數(shù)，其值按剪切機(jī)能力選取。小型剪切機(jī)，取K=1.3；中型剪切機(jī)，取K=1.2；大型剪切機(jī)，取K=1.1；
若所剪切件的材料五單位剪切抗力的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可按下式計(jì)算最大剪切力。
P=btFmax
式中；
bt-所剪切件的材料在相應(yīng)剪切溫度下的強(qiáng)度極限，mpa。系數(shù)0.6是考慮單位剪切抗力與強(qiáng)度極限比例系數(shù)。
根據(jù)以上公式，對(duì)軋件的垂直剪切力計(jì)算如下（根據(jù)參考經(jīng)驗(yàn)此次計(jì)算取公式前的系數(shù)為0.78，對(duì)應(yīng)850℃時(shí)對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度極限為135mpa）
F=1968 mm2
P=0.78*135*1968
=207230N
3.2.2水平作用力的計(jì)算
（1）側(cè)壓力T
側(cè)壓力是剪切過(guò)程中剪刃側(cè)面對(duì)軋件的推力。側(cè)壓力T與剪切時(shí)上下剪刃的同步性以及剪刃的側(cè)向間隙都有關(guān)系。由于起停式飛剪機(jī)上下剪刃同步性好，剪刃的側(cè)向間隙也很小，因此，根據(jù)《軋鋼機(jī)械設(shè)計(jì)》中給出的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，也考慮到實(shí)際生產(chǎn)中的問(wèn)題，側(cè)壓力T按17%的垂直剪切力計(jì)算，即；
T=17%P
式中；
T-剪刃在剪切深度時(shí)的側(cè)壓力，N
因此，
T=17%*207230
=35229N
（2）拉伸力S
在飛剪機(jī)進(jìn)行切頭時(shí)，飛剪機(jī)剪刃的水平分速度超前軋件的速度，剪切過(guò)程中軋件存在著拉伸變形，因此存在著水平拉力S。
S=p F
式中；
p-軋件剪切過(guò)程中產(chǎn)生的拉應(yīng)力，Mpa
F-軋件的截面積，mm2
p=*E/L
式中；
L-剪切軋件的長(zhǎng)度，m
t-剪切過(guò)程的時(shí)間，s
E-剪切溫度下軋件的彈性模量，Mpa
根據(jù)數(shù)據(jù)知軋件的速度為；
Vo=2m/s
對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速；
n=270r/m
剪刃剪切的時(shí)間計(jì)算公式為；
T=（-°）*60/（360n）
= （41.41°-15.75°）*60/360n
=0.016s
查手冊(cè)知；850℃溫度下軋件的彈性模量E=40000Mpa，代入公式得；
p=*40000/2.5
=112Mpa
代入公式知，對(duì)于剪切軋件的水平拉力為； S=112*1968
=220416N
3.2.3水平動(dòng)載荷計(jì)算
動(dòng)載荷是飛剪在水平方向上使軋件加速而產(chǎn)生的力，其計(jì)算公式如下；
Q=m*(Vt-Vo)/t
式中；
m-被加速軋件的重量，（Kg）
m =π*Ly*（0.5*）2
=3.1415*0.0098*0.5*50*0.5*50
=19.24Kg
Vt-剪切終了時(shí)對(duì)應(yīng)軋件水平的分速度，m/s
Vt=2πRncos°/60
= 2*3.1415*0.1*270*0.9625/60
=2.72
代入數(shù)據(jù)到公式得；
Q=19.24*（2.72-2）/0.016
=865.8 N
3.2.4水平方向總作用力計(jì)算
T=S+Q+T
式中；
S-水平方向拉伸力，N
Q-水平方向動(dòng)載荷作用力，N
T-側(cè)壓力，N
本次設(shè)計(jì)飛剪機(jī)的剪刃側(cè)隙為0.1～0.3mm，重疊量為3±2mm，因此，計(jì)算過(guò)程中可以不計(jì)側(cè)壓力。
T=220416+865.8
=221281.8N
3.3主軸剪切力矩和電機(jī)功率計(jì)算
剪刃主軸上的垂直剪切力和水平作用力求出后，還要計(jì)算平均剪切力矩。
3.3.1飛剪主軸上剪切力矩計(jì)算
M=PRsincp+R Tcoscp
式中；
P-垂直方向上的剪切力，N
T-水平方向上的作用力，N
cp-平均剪切角。（°）
cp=（+°）/2
=（41.41°+15.75°）/2
=28.58°
則飛剪主軸上的剪切力矩為；
M= PRsincp+R Tcoscp
=28186.72N.m
3.3.2電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算
根據(jù)以上得出的結(jié)果，計(jì)算電機(jī)的功率；
N=KM*n/9550
式中；
N-電機(jī)功率，KW
-電機(jī)的過(guò)載倍數(shù)，=3
-傳動(dòng)效率，=0.95
K-力矩分配系數(shù)，K=0.8
代入數(shù)據(jù)到公式得；
N=KM*n/9550
=284KW
本章著重介紹了飛剪機(jī)剪切機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)參數(shù)的分析計(jì)算過(guò)程，整個(gè)過(guò)程需要反復(fù)的計(jì)算和校核。最終所選擇的電機(jī)在能保證剪切的同時(shí)而不至于做的過(guò)大，造成浪費(fèi)。
4.剪刃垂直重疊量調(diào)整
在改變軋制規(guī)格、剪刃磨損嚴(yán)重或損壞需要更換剪刃、剪刃少量磨損時(shí)，就需要能調(diào)節(jié)剪刃的位置，而這些微小的調(diào)整將直接影響剪切的效率和質(zhì)量。
1 連桿 2 剪臂 3 墊片 4 剪刃 5 剪刃螺釘
圖4.1 剪刃的安裝調(diào)整
如上圖4.1所示，安裝或更換剪刃時(shí)，首先要確認(rèn)將要安裝的上下剪刃尺寸是否一致，將上下剪臂2安裝的側(cè)面轉(zhuǎn)到垂直位置，測(cè)量出上下剪臂2之間的空間尺寸，再根據(jù)將要安裝的上下剪刃的具體尺寸，確定出墊片3的厚度，使上下剪刃剪切面在垂直方向上重疊量為2mm。由于剪刃在設(shè)計(jì)時(shí)內(nèi)孔有5mm的偏心量，所以可以實(shí)現(xiàn)此過(guò)程。安裝時(shí)先將墊片3放進(jìn)剪臂溝槽內(nèi)，將剪刃和墊片完全接觸，再用螺栓5和螺母6、墊圈7將剪刃3固定在上下剪臂2上，若上下刃的重疊量達(dá)不到要求，重新調(diào)整墊片3的厚度。
本章主要從影響飛剪機(jī)剪切機(jī)構(gòu)的細(xì)節(jié)處，對(duì)提高剪切精度和效率的方面進(jìn)行研究、設(shè)計(jì)。從而使所設(shè)計(jì)的飛剪機(jī)剪切機(jī)構(gòu)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。
結(jié)論
本設(shè)計(jì)是在所學(xué)理論知識(shí)為指導(dǎo)的基礎(chǔ)上，對(duì)啟停式飛剪機(jī)的剪切機(jī)構(gòu)進(jìn)行的分析設(shè)計(jì)計(jì)算。本次設(shè)計(jì)所學(xué)到的知識(shí)及經(jīng)驗(yàn)歸納如下；
（1）飛剪機(jī)的剪切機(jī)構(gòu)采用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，保證了剪刃的運(yùn)動(dòng)軌跡形成的是閉合曲線，并且返回時(shí)不阻礙軋件繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。
（2）通過(guò)本次設(shè)計(jì)得出，切頭時(shí)飛剪機(jī)的剪刃水平分速度應(yīng)為軋件速度的1.06倍，切尾時(shí)剪刃的水平分速度應(yīng)為軋件速度的0.98倍。飛剪機(jī)主軸轉(zhuǎn)速是設(shè)計(jì)計(jì)算的重要依據(jù)，也是保證剪刃能否正常進(jìn)行的關(guān)鍵。
（3）通過(guò)這次設(shè)計(jì)，讓我深刻認(rèn)識(shí)到電氣控制在現(xiàn)在機(jī)械應(yīng)用的重要性。對(duì)于自己以后學(xué)習(xí)的方向及重點(diǎn)是一個(gè)指示。
（4）經(jīng)過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我重新認(rèn)識(shí)到制圖軟件在機(jī)械設(shè)計(jì)中的重要作用，再一次的深入學(xué)習(xí)讓我在畢業(yè)的最后的時(shí)光里有了能力的經(jīng)一部提升。
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致謝
20