飞剪机结构设计.doc
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1、哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文) - 摘摘 要要 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与验算,然后对一
2、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 哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文) -I- 各位如果需要此设计的全套内容(包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、完整版论括二维图纸、中英文翻译、完整版论 文、程序、答辩文、程序、答辩 PPTPPT)可加)可加 QQ695939903QQ695939903,如果需要代做也请加,如果需要代做也请加 上述上述 QQ,QQ,代做免费讲解。代做免费讲解。 哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文) -II- Abstract The brief almostly intro
3、duced the degree and effect of steel rolling equipment, the flying shears development and present status of the application. 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
4、 shear : the determination of the institution, optimization and kinematic analysis. The flying shear is crank rocker- type, 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 translationmot
5、ion following the rolling of jackshaft which orders the blades fixed on the knife rest make vertical- rolling or approx vertical- 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 moto
6、r and make a checking using the parameters.We also design the reducer and belt drive,then check the strengthen of axle and bearing. The flying shear fit the design requirements totally,safety and reliable. Keywords: flying shear, architectural design, energy parameters,check 哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文) -III-
7、目目 录录 摘摘 要要.I AbstractII 第第 1 章章绪论绪论.1 1.1 课题背景及研究的目的和意义1 1.2 国内外在该方向的研究现状及分析.1 1.2.1 国外在该方向的研究现状及分析1 1.2.2 国内在该方向的研究现状及其分析2 1.3 本课题的研究内容及其方法.3 1.3.1 研究内容3 1.3.2 研究方法3 第第 2 章章 总体方案设计总体方案设计5 2.1 引言5 2.2 飞剪机整体方案设计.5 2.2.1 飞剪机的功能5 2.2.2 飞剪机的基本要求5 2.2.3 飞剪机的方案选择6 2.3 飞剪机的总体方案布局.6 2.4 本章小结7 第第 3 章章 飞剪机飞剪
8、分析及电机选择飞剪机飞剪分析及电机选择8 3.1 引言8 3.2 飞剪的工作状态.8 3.3 飞剪的结构分析.9 3.3.1 最大剪切力的计算9 3.3.2 飞剪机上下刀架的合力计算9 3.3.3 飞剪机动力所需功率求解11 3.3.4 转动惯量的计算12 3.4 本章小结13 哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文) -IV- 第第 4 章章 减速机的设计减速机的设计14 4.1 引言14 4.2 减速机的构成.14 4.3 减速机的设计.14 4.3.1V 带传动的设计和校核.14 4.3.2 一级圆柱减速器的设计和校核16 4.4 本章小结21 第第 5 章章 飞剪机本体的设计计算飞剪机本体的
9、设计计算22 5.1 引言22 5.2 飞剪机的设计方案分析.22 5.3 传动系统的设计及校核.22 5.3.1 传动齿轮的设计及校核23 5.3.2 传动轴的设计及校核25 5.4 剪切机构的设计.31 5.5 本章小结.32 第第 6 章章 剪切机构的运动分析剪切机构的运动分析33 6.1 引言33 6.2 剪切机构的运动分析.33 6.3 本章小结.36 结结 论论37 参考文献参考文献38 致致 谢谢43 附附 录录44 哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文) -0- 第一章第一章 绪论绪论 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
10、 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、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
11、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
12、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 哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文) -1- 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
13、,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
14、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。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 哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文) -2
15、- 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
16、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。 哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文) -3- 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
17、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。 哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文) -4- 第第 2 2 章章 总体方案设计总体方案设计 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
18、刃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 v 运行速度相等或 2%3%,即。在剪切轧件时,剪刃在轧 v0v v 0 )03 . 1 1 ( 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 vv0 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 vv0 哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文) -5- 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
19、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
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