摘 要

第一章 引言 3

1.1 设计基本内容 3

1.2 国内研究现状 3

1.3 国外研究现状 3

1.4 国内外剪切机分类 4

第二章 剪切机设计计算 6

2.1 主要设计思路 6

2.1.1 确定剪切方式 6

2.1.2 确定驱动方式 6

2.1.3 传动方式的布置形式 6

2.1.4 机架形式 6

2.2 剪切机构方案 7

2.2.1 剪切机构设计 7

2.2.2 剪切机工作原理 7

2.3 剪切机的结构参数计算 7

2.3.1 刀片行程计算 7

2.3.2 刀片长度计算 8

2.3.3 刀片横断面尺寸计算 8

2.3.4 剪切次数确定 8

2.4 剪切机的力能参数计算 9

2.4.1 剪切机的最大剪切力计算 9

2.4.2 剪切机的最大剪切功计算 10

第三章 电动机的选型计算 11

3.1 曲轴静力矩计算 11

3.2 电机功率预选 14

第四章 齿轮传动设计 15

4.1 设计传动比为1：9 15

4.1.1 齿轮类型 15

4.1.2 齿轮材料选择 15

4.1.4 齿数初选 15

4.2 按齿面接触疲劳强度设计 15

4.2.1 试算小齿轮分度圆直径 15

4.2.2 调整小齿轮分度圆直径 16

4.2.3 齿根弯曲疲劳强度校核 17

4.3 主要设计结论 18

第五章 变速箱输入轴的设计计算 19

5.1 输入轴的结构设计 19

5.2 输入轴的强度计算 20

第六章 变速箱中间轴的设计计算 23

6.1 中间轴的结构设计 23

6.2 输入轴的强度计算 24

第七章 变速箱输出轴的设计计算 28

7.1 输出轴的结构设计 28

7.2 输出轴的强度计算 29

第八章 主要零部件的设计计算 30

8.1 曲轴的结构设计 30

8.2 曲轴的最大静力矩计算 31

8.3 曲轴的强度计算 34

第九章 轴承的选择与校核 36

9.1 输入轴轴承的的校核 36

9.2 中间轴轴承的的校核 36

9.3 输出轴轴承的的校核 36

9.4 主轴轴承的的校核 37

10 结论 38

参考文献 39

摘 要

剪切机是用来剪切定尺、切头、切尾、切边、切试样及切除轧件的局部缺陷等的一种金属辅助设备。

本次的设计目的是通过了解机械剪的构造，查阅相关文献资料，对比目前国内外剪切机类型的优缺点，设计一种符合要求的性价比较高的剪切机。需要选择它的传动方案，设计其相关的零部件并进行校核，以及设计好非标准件机构和机架上零件的安放问题。本次设计的是单层下切式机械剪，依据剪切原理和剪切结构，确定剪切机的剪切方式和驱动方式，然后计算剪切机的结构参数和力能参数，通过模拟机构选出合适的电动机，再根据工作方式和工作要求对减速器进行设计，以及减速器轴的强度校核和相关零部件的设计校核，完成符合要求的下切式机械剪。

本次设计所选择的传动系统比较简单，机构设计合理，尽可能的采用通用零件和标准件进行设计，设计出了剪切质量好，扭曲变形小，工作安全可靠的机械剪。

关键词: 下切式剪切机；减速器；扭曲变形；曲柄轴；

Abstact

Shearing machine is a kind of metal auxiliary equipment used for cutting fixed length, cutting head, cutting tail, cutting edge, cutting sample and cutting local defects of rolled pieces.

The purpose of this design is to design a shearing machine with high cost performance that meets the requirements by understanding the structure of mechanical shears, consulting relevant literature and comparing the advantages and disadvantages of current shearing machine types at home and abroad. It is necessary to select its transmission scheme, design and check its relevant parts, and design the non-standard parts mechanism and the placement of parts on the frame. This design is a parallel blade undercutting shearing machine. According to its shearing structure and working principle, firstly determine the shearing mode and driving mode of the shearing machine, then calculate the structural parameters of the shearing machine and its force and energy parameters, select the appropriate motor through the simulation mechanism, and then design the reducer according to the working mode and working requirements, as well as the strength check of the reducer shaft and the design check of relevant parts to complete the undercutting mechanical shear meeting the requirements.

The transmission system selected in this design is relatively simple and the mechanism design is reasonable. Universal parts and standard parts are used as much as possible to design. A mechanical shear with good shearing quality, small distortion and safe and reliable work is designed.

Key words: undercut shear; reducer; distortion; crankshaft;

第一章 引言

1.1 设计基本内容

剪切机是重要的钢材加工设备。传统的剪切设备大都是采用皮带轮齿轮传动，噪音大，占地多，无法调速，灵活性较差。

本次设计的目的就是通过查阅资料，收集信息，然后计算出剪切机的主要参数，选取合适的电机，减速器，和轴等零件。设计出针对剪切4mm厚45钢材的剪切机。

与其他的机械驱动的剪切机相比，单层下切式剪切机具有非常明显的特点，它的机械驱动系统稳定可靠，响灵敏度高等，所以不管是为了市场的需要还是为了设计的方便，对单层下切式剪切机的研究是很有必要的

1.2 国内研究现状

在民国时期，国内的剪切机工业极其落后，在整个中国能生产剪切机的寥寥无几，而且都还是生产的那些落后的手动和小型的剪切机。在新中国成立后，我们国家的经济开始飞速增长，国家对传统制造也大力扶持，在完成制造业的改造后，国内有许多中小型的钢厂合并成了几个公私合营的专门生产研究剪切机的工厂。但这时的剪切机由于我们国家落后的理念和技术，生产出来的也只是一些小型的机械传动剪切机。在新中国成立后的三十年期间里，因为国家大力发展工业，我们国家的剪切机工业也快速发展起来了。在五十年代，我们开始专注于测绘，通过先模仿国外的比较先进的剪切机，然后从六十年代开始，我们慢慢的向自发研究设计制造的新阶段转型。从最初的的剪板机，棒料剪断机，到冲型剪切机,联合冲剪机，双盘剪切机，我们的设计制造水平在不断的提高，每年也在尝试研发新的工艺，新的结构。

1.3 国外研究现状

在国外，1842年英国工程师史密斯创造了蒸汽锤，这也掀起了一场蒸汽革命。到了十九世纪，随着电的发现，电力走进了工业，在研制出电动机后，新型的很多剪切机代替了旧时代的设备，随着工业革命的发展，各种各样的剪切机也随之喷涌而出。

上世纪九十年代，许多日本学者在各种材料的剪切加工问题上做出了非常多重大的成果。

在对金属板的加工方面的研究，虽然国外的设计工程师对剪切过程作出大量研究并取得了一定的结果，但在实验方面收效甚微，反而在有限元技术上得到了较为不错的成绩。剪切机在西德的发展速度相对较快，西德公司在TAS系列中研发制作了 8 个新类型，同时在CN系列中又开发了6 个新类型，让剪切机类型更加多元化。普尔曼公司(Pullmax)生产了一系列通用型号为 P1~P9，U10等剪切机，还研制并生产了包含数字控制系统的 193 型剪切机。除此之外，还有许多国外公司也大批量的生产了通用剪切机，让剪切机的类型更加的多元化，能满足市场上对剪切机的需求。

1.4 国内外剪切机分类

现在国内外的轧钢车间所使用的剪切机有很多种，如图1.1 所示。根据剪切机的工作原理，剪刃形状与配置等特点把剪切机分为分为平行刃剪切机图1.1（a）、斜刃剪切机图1.1（b）和圆盘剪切机图1.1（c）、飞剪机四种类型。

论文着重对前三种剪切机的剪刃形状的分类进行介绍。

图1.1 剪切机类型

(1)平行刃剪切机

平行刃剪切机的有上切式和下切式两种不同的剪切方式。上切式剪切机的工作原理是下刀片固定不动，主要靠上刀片的循环运动来实现剪切过程。上切式剪切机有两个优点：结构简单，重量轻；但缺点是在剪切大断面轧件时剪切质量不好，容易将钢坯压弯。当剪切机剪切厚度过大的的钢坯时(大于30mm)，就必须在剪切机后面装设一段摆动辊道，增大上刀片的剪刃行程，防止剪切不断钢坯。上切式剪切机有两种结构：曲轴连杆式剪切机和曲轴活杆式剪切机。

下切式剪切机与上切式剪切机工作原理不同，下切式的上下两刀片都是运动的，主要由下刀片来完成的对轧件的剪切，上刀片只是对下刀片的剪切起到辅助作用。下切式剪切机在剪切钢坯时将钢坯抬离辊道面，所以剪后不需要笨重的升降机构；另外在剪切轧件时，剪切后的钢坯不会弯曲。再则采用下切式剪切机能够缩短剪切间隙时间。下切式典型的结构有三种：六连杆式,杠杆式和浮动偏心轴式剪切机。由于六连杆式剪切机的操作比较方便，而且使用可靠，因而在实际加工生产中有较多的应用。

(2)斜刃剪切机

斜刀片剪切机的斜通常体现在上刀片上，下刀片还是水平布置的，上刀片相对于下刀片成一定角度布置。因为上刀片使倾斜，那么在剪切钢材时，剪切力并不是全部作用在整个剪切断面上，而是剪切力的一个分力,这样剪切力得到了降低，避免了剪切应力过大。斜刃剪切机主要用来对钢板、带钢,薄板坯及焊管板坯等进行冷剪和热剪,有时也用来剪切成束的小型钢材。

根据斜刃剪的用途,它有上刀片运动(上切式)和下刀片运动(下切式)两种型式。

上切式斜刀剪一般用于剪切单张钢板。下切式斜刀剪通常装设在连绩作业线上,用于剪切钢板卷的头部和尾部以及剪有缺陷的部分,有时也用在低速的机组中将钢板切成定型。

上切式斜刀剪的下工作台是固定的,便于操作；下切式斜刀剪的整个传动机构布置在剪切线下面,使它尽可能的紧凑。

上切式斜刀剪通常是不停歇地工作,由长期运转的电动机通过带飞飞轮装置的离合器来传动。连续作业线上的下切式斜刀剪的作业强度较低,故通常果用起动工作制驱动。近些年来,液压斜刀剪由于结构简单,设备重量轻等优点,也得到了较为广泛的应用。

(3)圆盘式剪切机

圆盘剪的上刀盘和下刀盘均为圆盘形,旋转的刀盘将前进的轧件纵向切开。圆盘剪有两种类型:剪切钢板边部的和将钢板切成条带的。切边用的圆盘剪具有两对,刀盘通常套在悬臂轴上;切条带用的圆盘剪,根据切条的多少,作成多对圆盘,它们固定在两根公共轴上。

第二章 剪切机设计计算

2.1 主要设计思路

2.1.1 确定剪切方式

在经过上述剪切机的对比分析后，本次设计选用的是平行刃下切式剪切方式，因为这种剪切方式相比于其他的而言，优点比较明显。它不需要设置摆动辊道，刀片结构比较简单，而且剪切钢坯时材料也不会弯曲，机架不承受剪切力，这样既能够减少材料的损失，也能延长机架的使用期限，符合材料利用的经济性和技术的可行性，而且还可以缩短剪切时的间隙，加快剪切效率。综上优点，平行刃下切式剪切机是个好的选择。

2.1.2 确定驱动方式

本次设计需剪切的钢材厚度为4mm，基于此条件下本次设计的剪切机为小型平行刃下切式剪切机，所以应选择交流电机无飞轮驱动方式

2.1.3 传动方式的布置形式

本次设计的平行刃剪切机是由三相异步电机驱动的,电机和减速装置的布置在轧机的侧面。

2.1.4 机架形式

剪切机的机架类型有闭式和开式两种。闭式机架一般都是制造成门形的,它位于剪刃的两侧,具有刚性好、剪切断面大等优点,但是当为闭式机架时，操作机器时不容易观察到剪切状况,这样维护设备起来比较费力气，而且安全问题不能保证。一般大型钢坯剪切机大多用闭式机架,斜刃剪有时候也用闭式机架。

开式机架位于剪刃的一侧,与闭式机架相比,其刚性较差,剪切断面小,但便于检修维护和事故处理。在强度足够的条件下,采用开式机架很受现场欢迎。一些单独使用的剪板机多采用开式机架。