目录
摘要 (4)
Abstract (5)
0文献综述 (6)
0.1 飞剪机的现状 (6)
0.2曲柄连杆式飞剪机的结构特点 (6)
0.3飞剪机的发展趋势 (7)
1 引言 (9)
2 曲柄连杆式飞剪机总体设计 (10)
2.1 传动初始条件 (10)
2.2 选择传动方案 (10)
3 剪切机构的设计和相关计算 (11)
3.1 剪切机构各尺寸的确定 (11)
3.1.1 设计剪切机构运动简图 (11)
3.1.2 曲柄的尺寸设计 (12)
3.1.3 计算刀架尺寸 (13)
3.2连杆刀架的力分析 (14)
3.2.1 力的分析 (14)
3.2.2 连杆力矩图 (16)
3.2.3 结构设计 (16)
4电动机的选择及各轴转矩 (17)
4.1 电动机的选择 (17)
4.1.1 传动总效率 (17)
4.1.2 传动总功率 (17)
4.1.3选取电动机 (18)
4.1.4 总传动比 (18)
4.2 各轴功率和转矩 (19)
4.2.2 各轴功率 (19)
4.2.3 各轴转矩 (19)
5 传动装置设计 (20)
5.1 一级斜齿轮设计 (20)
5.1.1 齿轮材料与齿数选择 (20)
5.1.2 按齿面接触疲劳强度设计 (20)
5.1.3 按齿根弯曲疲劳强度设计 (22)
5.1.4 几何尺寸 (24)
5.2 二级直齿轮设计 (25)
5.2.1 选择齿轮材料和齿轮齿数 (25)
5.2.2 按齿面接触强度设计 (25)
5.2.3 按齿根弯曲强度设计 (27)
5.2.4 齿轮几何尺寸 (29)
5.3 尺寸几何表 (29)
6 轴及轴上各零件的校核 (30)
6.1 高速轴及轴上各零件的校核 (30)
6.1.1 高速轴的校核 (30)
6.1.2 轴承寿命的计算 (34)
6.2 中速轴及轴上各零件的校核 (36)
6.2.1 中速轴的校核 (36)
6.2.2 轴承的寿命计算 (40)
6.2.3 键的校核 (42)
6.3 一号低速轴及轴上各零件的校核 (42)
6.3.1 轴的校核 (42)
6.3.2 轴承的寿命计算 (47)
6.3.3 键的校核 (49)
6.4 二号低速轴及轴上各零件的校核 (49)
6.4.1 轴的校核 (49)
6.4.3 键的校核 (55)
7 箱体结构和箱体上各构件的设计 (55)
7.1 下箱体和下箱体上的各构件 (55)
7.2 中箱体和中箱体上各构件设计 (56)
7.3 箱盖和箱盖上各构件的设计 (57)
7.4 箱壁厚和各螺钉的直径 (57)
7.5 润滑密封设计 (58)
8 小结 (58)
参考文献 (58)
致谢 (60)
曲柄连杆式飞剪机设计
陈帝延
西南大学工程技术学院，重庆400715
摘要：飞剪机是在轧件运动中对轧件进行剪切的一种设备，是整条工作线中的重要机械设备,这直接关系到轧制线的生产效率和产品切口质量。随着连续式轧机的发展,特别是在钢材的产量和品种不断增加的现代，要求轧钢向高速连续化发展的今天，飞剪机得到了广泛的应用。
此次设计着重设计曲柄连杆式飞剪机的减速传动部分，并设计了曲柄连杆式飞剪机各杆件的尺寸。传动装置传递了电动机的转速和转矩，传动装置是飞剪机执行剪切任务的基本，精密的传动才能使上下剪切机构达到剪切同步。本文主要设计的是去柄连杆式飞剪机的传动装置，并对传动装置各传动件进行强度校核。而在剪切执行机构中，合理的杆件长度是为了使四杆机构传动平稳。
关键词：轧钢曲柄连杆飞剪机减速器
Design of Crank Flying shear
Chen Diyan
College of Engineering and Technology, Southwest University, Chongqing 400715, China
Abstract：The flying shear machine is a kind of equipment for shear on the strip in rolling motion，and the shearing machine is an important equipment in the whole work process. The work directly of flying shear machine related to the quality of rolling line production efficiency and product quality of incisions. Flying shear is widely used with the development
of continuous rolling mill, especially the increase in steel output and varieties of modern, the
rolling speed is faster and more efficient now.
The design focuses on the design of crank flying shear part reducer, and in this design, that
is the bar size of the crank connecting rod type flying shear machine.
The retarder transfers the motor speed and torque. The reducer is flying shear machine shears
the basic task execution. And driving to precision shear mechanism to achieve
synchronization under shear.
This paper is designed to two gear reducer. And in this paper, that is checking the strength
of the reducer of the transmission parts. While in shear actuator, the length of the bar is
reasonable in order to make the four bar mechanism smooth transmission.
Key words: steel rolling, crank connecting link, flying shear, reducer
0文献综述
0.1 飞剪机的现状
最早的飞剪机出现在十九世纪末，是一台使用蒸汽驱动，并利用惯性力进行剪切的飞剪机。但是这种飞剪机不仅重量过大，而且结构复杂，所以出现的时间很短。后来就被在美国出现的由电动机带动曲柄和偏心轴进行飞剪的飞剪机所取代，但是复杂的惯性力依旧是飞剪机的一个难题，后来真正消除复杂惯性力的是摩尔根式飞
剪机。之后各国科研学者在摩尔根式飞剪机的基础上对飞剪机进行优化和创新，逐渐演变成现代的飞剪机。
大约上世纪80年代，随着改革开放，飞剪机的技术被引入中国，伴随着20多年的发展，中国自主研制的飞剪机在国际上也得到一定的地位。
0.2 曲柄连杆式飞剪机的结构特点
从十九世纪末到现在经过100多年的发展，飞剪机衍生出了不同的种类。而现在应用较多的有圆盘式飞剪机、滚筒式飞剪机、曲柄连杠杆式飞剪机、曲柄偏心式飞剪机、摆动式飞剪机和曲柄偏心摇杆式飞剪机等。而不同的飞剪机拥有不同的特点。
曲柄连杆式飞剪机是通过电动机提供动力，通过减速器减速并传递动力，通过曲柄连杆把曲柄的回转运动转化为连杆端点的竖直位移。曲柄连杆式飞剪机在轧件过程中要求刀架近似垂直于轧件表面，以满足剪切精度和要求；而且刀刃水平移动速度应该近似等于轧件水平移动的速度，以免刀刃和轧件产生干涉，破坏刃口。曲柄连杆式飞剪机由两个剪切机构组成：上剪切机构和下剪切机构，上、下剪切机构为对称分布，分别连在两个反向同速转动的轴端，两个剪切机构在剪切过程中，运动应该保持一致，为了保证将轧件完全剪切，上下剪切机构的刀刃需要有2～4mm 的重合度。
飞剪机的一个技术特性被称为切入角，即刀刃接触轧件表面产生法向剪切力时，曲柄和竖直线的夹角，这个角度取值应该合理，如果曲柄过短轧件直径过大，切入角就会很大，曲柄上受到的力矩也会变大，长此以往，曲柄容易出现弯曲变形甚至断裂。如果切入角很小，曲柄的强度和寿命虽得到保证，但是剪切效率也随之下降，所以咬入角不能过大也不能过小，一般取值在30°～40°范围内。
曲柄连杆式飞剪机的剪切执行部分结构简单，尺寸调制和日常维护保养也较为方便，控制环节较少，精度也较高。但是飞剪机对传动装置的要求很苛刻，剪切机构工作环境较差，灰尘很多，冲击较强，这些对传动机构都是致命的，因此曲柄连杆式飞剪机的传动装置在设计强度刚度上都需要进行加强。这也是曲柄连杆式飞剪机的减速器有别于一般减速器的一大特点。
0.3 飞剪机的发展趋势
如今的曲柄连杆式飞剪机仍然有着很多的缺陷，剪切力大，使得电动机选择范围窄，剪切过程中，较强的冲击使得传动减速箱内的轴和轴承的使用寿命都很低，为了满足强度刚度以及寿命的要求，往往在设计减速器的时候都采用高强度材料和重型轴承，而执行剪切时所需的高转矩，齿轮都是使用的大尺寸高模数以满足各方面的强度要求。这些材料的使用也无疑增加了减速器整体的重量和成本。
飞剪机结构简单，设计也不复杂，所以对材料的选择才是设计曲柄连杆式飞剪机的核心，高强度材料才能满足大转矩，才能承受住较强的冲击。但是现在的材料在满足强度的要求前提下，尺寸依然很大，而且高强度材料的高成本也不利于飞剪机的发展。于是开发新型的低成本高强度材料成为了优化飞剪机机构的当务之急。新型的材料也成为了飞剪机的研究方向。
随着科技的不断发展，未来会有越来越多的新型材料被发现，选择使用这些新型材料锻造飞剪机，不仅可以降低飞剪机减速器的整体重量和整体尺寸，而且高强度材料也能使减速器轴和轴承的寿命得到大幅度提升，从另一个方面降低使用成本。
随着计算机技术的发展，利用计算机对飞剪机构的运动建模，进行有限元分析成为可能。利用计算机技术对飞剪机进行虚拟设计，不仅可以避免人工设计中可能出现的错误，还能随时根据新型材料的变化，改变飞剪机减速器的尺寸，能够更快地对曲柄连杆式飞剪机的剪切机构和传动减速箱进行优化，简单方便。而且在这个追求高效追求全自动的社会中，人力操作开启暂停飞剪机变得落后。利用计算机对飞剪机下达指令，让飞剪机自动开启和暂停，也成为了飞剪机的一个研究方向。
飞剪机的最终发展目标应该是小而轻，能达到全自动执行剪切任务。新型的材料，高效的计算机技术，利用现代技术的优势，两个最终目标就会在不久的将来变成现实。
1 引言
曲柄剑连杆式飞剪机传递动力大，能够平稳剪切钢材，采用二级齿轮减速，减速平稳可靠，剪切机构直接连接在减速低速轴上，结构紧凑，剪切机构结构简单，剪切机构传动效率高，轧件整齐，并且能够在轧件运动过程中对轧件进行剪切。
但是剪切过程冲击较强，需要使用高强度材料锻造轴，增加成本；所需电动机功率大，可选择电动机较少；剪切力大，较强的冲击，使得靠近剪切机构一侧的轴承寿命偏低；减速器重量大，体积大。
因此传动构架是在曲柄连杆式飞剪机构中一个最重要的部分，传动机构不仅要把电动机的传递转速进行减速，也需要将电动机传递的转矩进行放大，然后最终传
递给剪切机构剪切轧件，因此精密的传动构件设计成为了设计曲柄连杆式飞剪机的关键。如何利用现有的材料设计出能够承受住飞剪机的冲击和剪切力的传动构件，成为本论文的切入点。
图1 曲柄连杆式飞剪机机构件图Crank flying shear mechanism parts diagram
图5 连杆受力分析图
Fig.5 Analysis of connecting rod bearing
由力矩平衡公式可得=?=2
5
推拉L L F F 8889.97N ；
图6 连杆力矩图
Fig.6 The connecting rod moment diagram
图7 摇杆结构图Fig.7 Rocker structure diagram