飞剪机

内蒙古科技大学 本科生毕业设计说明书（毕业论文）
题 目：高线 1145 飞剪机设计 学生姓名：赵 文 军 学 号：0608123223 专 业：机械设计制造及其自动化 班 级：机 2006-2 班 指导教师：刘云峰 教授

内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 高线 1145 飞剪机设计 摘要
飞剪机是用来剪切横向运动的轧件。他可以装设在连续式轧机的轧制作用线上。随着连续式轧 机的发展，飞剪机的到越来越广泛的应用。飞剪机的类型很多，我设计的飞剪机采用曲柄连杆形式。 传动方式利用单电机传动，机身自带一级减速器。通过曲柄轴、刀架和摆杆可使刀片在剪切区作近 似平移的运动，以获得平整的剪切断面。
设计的主要任务是：确定适合的设计方案；选择符合给定设计参数的电动机和主要的零部件，包 括轴、齿轮、刀架等。最后对机器的安装、润滑与维护做了简单的介绍。目的是设计出符合设计要 求的飞剪机。 关键词：飞剪机；电动机；减速器；润滑。
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1145 high-wire flying shear design
Abstract Flying Shear is used to cut horizontal movement rolling 。 He can be installed in continuous rolling mill line of action。With the development of continuous rolling mill, shearing machine to fly more and more widely used。Many types of flying shear, I design the form by connecting rod。Transmission use of a single motor drive， Body comes with a reducer. Through the crank shaft, blade knife, and the pendulum could shift in the shear zone as similar to the movement to get the flat cut section. Design of the main tasks are to determine a suitable design Chosen for a given design parameters of the motor and the main components, including shafts, gears, knife, etc. Finally, the machine's installation, lubrication and maintenance made a brief introduction. Purpose is to design a line with the design requirements of flying shear.
Key words: Flying sheer; Electric motor; Reducer; Lubricating.
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目录
摘 要 .......................................................................................................................... 错误！未定义书签。 Abstract......................................................................................................................... 错误！未定义书签。 第一章 绪论 .................................................................................................................................................. 5
1.1 线材的生产方式及特点................................................................................................................... 5 1.1.1 横列式线材轧机.................................................................................................................... 5 1.1.2 半连续式线材轧制................................................................................................................ 5 1.1.3 连续式线材轧制.................................................................................................................... 6
1.2 线材轧机发展概况........................................................................................................................... 7 1.3 线材生产车间的工艺流程和主要生产设备................................................................................... 7
1.3.1 我国高速线材的基本情况.................................................................................................... 7 1.3.2 高速线材生产的工艺流程................................................................................................... 8 1.3.3 高速线材车间的主要设备................................................................................................... 9 1.4 线材生产中对飞剪机的基本要求、类型及发展状况................................................................. 10 1.4.1 对飞剪机的基本要求.......................................................................................................... 10 1.4.2 飞剪机的类型...................................................................................................................... 10 1.4.3 飞剪机的发展状况...............................................................................................................11 1.5 课题设计的内容............................................................................................................................. 12 第二章 设计计算和力能分析................................................................................................................. 12 2.1 结构设计 ....................................................................................................................................... 12 2.1.1 驱动方式的选择.................................................................................................................. 12 2.1.2 飞剪机结构的设计............................................................................................................. 13 2.2 剪切力、剪切力矩的计算............................................................................................................. 13 2.2.1 剪切力的计算...................................................................................................................... 13 2.2.2 剪切力矩的计算................................................................................................................. 16 2.2.3 剪切功的计算..................................................................................................................... 17 2.3 电机的功率计算及类型选择......................................................................................................... 17 2.3.1 电动机功率的计算.............................................................................................................. 17 2.3.2 电机功率及型号的选择..................................................................................................... 18 2.4 主要零部件的设计计算及强度刚度的校荷................................................................................. 19 2.4.1 主要零部件的转速及扭矩的计算...................................................................................... 19 2.4.2 剪轮的设计计算及校核...................................................................................................... 20 2.4.3 刀架的设计及校荷.............................................................................................................. 24 2.4.4 轴的设计计算及校荷......................................................................................................... 25
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内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 2.4.5 轴承和键的校荷.................................................................................................................. 32 2.4.6 联轴器的选择与校荷.......................................................................................................... 34 2.4.7 对电动机的校荷.................................................................................................................. 34 2.4.8 机架的强度校荷.................................................................................................................. 36
第三章 飞剪机的润滑、维修、安装及使用情况..................................................................................... 38 3.1 飞剪机的润滑................................................................................................................................. 38 3.1.1 齿轮的润滑.......................................................................................................................... 38 3.1.2 轴承的润滑.......................................................................................................................... 38 3.2 飞剪机的维修................................................................................................................................. 38 3.3 飞剪机的安装................................................................................................................................. 39
结束语 .......................................................................................................................................................... 39 参考文献 ...................................................................................................................................................... 40
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第一章 绪论 1.1 线材的生产方式及特点
线材按其断面形状属型钢，实际上已成独立钢类。直径 4～5mm 的热轧圆钢和 10mm 以下的螺纹钢，通称线材。线材大多用卷材机卷成盘卷供应，故又称为盘条或盘圆。线材应 用范围及用量很大，是钢材主要产品之一。由于线材的尺寸精度和机械性能要求高，而且轧 制速度十分快，所以其生产工艺和设备相当复杂。下面介绍几种线材的生产方式及特点。
1.1.1 横列式线材轧机
横列式线材轧机是最古老、最落后的一种线材轧机，起初是单列式。后来经过改造成多 系列。每一系列有一个电机作动力源进行传动。同时各机架转速相同，各机架用人工或盘送 钢进行活套轧制。
由于线材细而长，老式横列式线材轧机速度低，且活套不能控制，所以越接近成品轧机 体积越大，长度越长，因而造成热量散失快。温度严重降低，一直超过允许温度下线而造成 废品。另外，由于温度过高而又不能提高生产率，致使这种生产方式必须被改进。
横列式线材轧机产生过长的活套，越接近精轧成品越长，这是造成降温的主要原因。为 了减少这种因素造成的降温。只能减少活套，减少活套的方法就是实现多极化。即减少每列 轧机支架数，增加一次轧机辊直径及此列轧机的轧制速度。
综上所述，横列式轧机的根本特点是：温度过大和头尾温差严重。所以，尽量减少温降 和头尾温差是横列式线材轧机改进和发展的中心环节，其发展就是连续轧机。
（附：横列式轧制的轧钢机工作机座布置形式图 1-1）
图 1-1
1.1.2 半连续式线材轧制
随着科技的发展,捧线材轧钢工艺已逐步发展至半连轧、,代替以往的横列式和复二重式 轧机的传统工艺,使轧钢水平又提高了一个层次。它即有连续关系，又有活套效果，但活套 不长，因此温度降低不大。半连续式轧机比横列式轧机改进的地方在于粗轧机是连续式的。 因此效率大大提高，缩短了轧制周期，减少了温降。但由于中轧机和精轧机仍然是横列式的， 所以，横列轧机存在的缺点此轧机都有。例如：温降大，轧制速度不高，尺寸精度低，生产
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内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 能力低，劳动强度大，占地面积大，功耗大等。 （附：半连续式轧机机座的布置形式图 1-2）
图 1-2
1.1.3 连续式线材轧制
连续式线材轧制是同时几架或机组在全部轧机上轧制，金属秒流量相等，实现了连续轧 制。
这种轧制方式与横列式有两点不同：一是，避免了不能调节的活套。实现了连续轧制关 系，从根本上解决了长活套轧制时大量散热问题。二是，设备十分紧凑，保证了轧机在轧制 过程中各道次的轧制温度近似相等，且减少了设备占地空间。
轧制过程，轧制温度基本不变并保持秒流量相等。这就是连续式线材轧机的工艺特点。 轧制工艺的三个基本要素——温度、速度、时间，这三个要素在连续轧制上得到了较大的统 一，使产品进度和生产效率得到了大大的提高。
随着连续式轧机的不断发展，轧制速度也越来越快，七十年代后投产的轧机出口速度为 65—80mm/s,有的达到了 120mm/s 是以前的轧制速度的几倍到几十倍，大大提高了生产效率。 （附：连续式轧机工作机座布置形式图 1—3）
图 1-3
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1.2 线材轧机发展概况
据不完全统计，现在各类线材轧机已超过 260 套。轧机种类有摩根、德马赫、阿希洛、 丹尼利、波米尼-法列尔和台尔曼系类等。在这些系类中摩根型 45°高速无扭线材轧机居首 位。约占总数的 70.83﹪;其次是德马赫型轧机。摩根型 45°高速无扭线材轧已经设计制造 183 台，199 条轧制线。其中美国摩根制造公司 46 台，占 25.14﹪;西德施劳曼西马赫股份 公司 70 台，占 38.25﹪;英国戴维劳威公司 34 台，占 18.98﹪;日本住友金属工业公司 33 台，占 18.03。现在摩根公司已经将高速线材轧机设备的设计制造专利权转让给西马赫股份 公司、戴维劳威公司和住友金属制造公司。这三个公司和摩根公司一样都有设计、制造出售 高速线材轧机的专利。
线材轧制线的核心设备是 45°无扭轧制的摩根型精轧机组和斯太尔摩散卷控制冷却 线。新型高速无扭精轧机组的出现，在线材精轧机组设计和制造方面，引起了重大的变革， 是线材轧机发展史上的一次重大突破。它集中了线材轧制和设计的新成就，高速线材轧制， 是指轧制速度超过 50 米∕秒和年生产能力 30 万吨以上的线材轧制厂。
据统计，在欧洲共同体范围内，至 1979 年底由西德制造的设备共有 60 套线材轧机和 70 多套可以生产小型型材的型材轧机。在运行的全部轧机中，历年建设的比例：1960 年占 17﹪,1960-1970 占 46﹪，1970 以后占 37﹪。现在高速线材轧机设计和制造及其发展速度进 入到一个全新的时代。
六十年代，摩根型精轧机组的轧制速度从 35 米／秒提高到 50 米／秒，继第一代问世， 到七十年代末到八十年代初，又出现了四代新型轧机。
当代高速线材轧机的发展正朝着单线、连续、高速、无扭、微张力、组合结构、机械化 和自动控制的方向发展。市场对线材的产量、盘中、精度和性能方面不断提出新的要求，促 使线材轧机新技术的不断的应用。
1.3 线材生产车间的工艺流程和主要生产设备
1.3.1 我国高速线材的基本情况
高速线材指高速轧机生产的线材。主要品种有碳素钢、焊条钢，低合金钢、
弹簧钢等，用于建筑、预应力钢丝、钢丝绳、焊条等。不同材料的线材性能也不
一样。目前，我国已成为世界上拥有高速线材生产线最多、产量最大的国家，2003
年全国线材总产量 4007 万 t，其中高速线材 2704.75 万 t，占 67.5％；2004 年
线材总产量 4940.98 万 t，其中高速线材预计将占 75％左右。高速线材轧机，一 般是指最大轧制速度高于 40 米／秒的轧机。20 世纪 60 年代中期出现了 45°和
Y 型高速无扭轧机，最高轧速可达 50~70m／s。线材盘重达 1500~2000kg，四线 轧制时的年产量可达 60~80 万吨。
高速线材轧制产品的特点：重度大、精度高、质量好。我们所关注的高速轧
机的特点是:高速、单线、无扭、微张力、组合结构、碳化钨辊和自动线。当前
轧机分为：三辊式 45°、15°、75°，平立辊交替式，二辊式四种；按轧制辊
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大小划分，可以分大辊径和小辊径两种。按扎机的支撑情况可以分，双支点和悬 臂式。
1.3.2 高速线材生产的工艺流程
下面以包钢高速线材厂为例介绍生产车间的工艺流程及其车间的主要设备 包钢线材厂的工艺流程见图 1-4。主要特点：轧制速度特别是精轧速度特别 高，最大轧制速度达到 120m／s,且是单线轧制。其结构的最大特点是大重量悬 臂轴, 在悬臂轴的端部有一直径约为 1m 的吐丝盘, 有较大的悬壁重量。其运行 的最大特点是高速运转及不同时刻有同的速度。吐丝盘最大直径处的线速度达 132m／s。这样大的悬臂重量及这样高的转速均要求吐丝机有很高的运行稳定性。
扎坯冷装
上料
称重
飞剪
中扎机
事故剪
越精轧机
冷水
飞剪
集卷
斯太尔摩冷却
吐丝机
线卷运输机
PF 线
切头尾
打标签
线卷称重
压卖打卷
卸卷
入库
发库
图 1-4
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加热 粗轧机 无扭轧机 控制水冷 表面尺寸检测
取样

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1.3.3 高速线材车间的主要设备
世界先进水平的高速线材轧机由美国摩根公司技术总负责,引进了摩根成套关键设备, 包括 预精轧机组、精轧机组、夹送辊和吐丝机等, 以及专利和工艺技术; 加热炉引进了美国戴维 公司软件技术和部分硬件技术; 整个工程的电气控制系统是从瑞典ABB 公司引进。这套轧机 年设计能力为38万t, 设计最高速度为132m／s, 保证速度为105m／s, 主要生产直径为 515～ 20mm 光面盘条和直径6～ 16mm 螺纹盘线。（以包钢线材厂为例） （1）加热炉
引进的美国戴维公司线材加热炉为上下供热的步进梁式加热炉, 采取三段供热方式。加 热炉采用双层框架、双轮斜轨式步进结构, 分别设有提升定心机构(如图1-5)。提升框架与 水平运动框架分别由液压缸驱动, 采用了机械式运行过程中刮渣以及自动排放干渣的水封 槽清渣机构。升降液压缸和平移液压缸的运行由缸内配置的位移传感器进行位置检测, 加热 炉内装料辊道和出料辊道分别由9 根和11 根单独的辊子组成, 在装料辊道轴上设有制动器, 以防止弯曲的钢坯在正确定位以后发生移动, 装料辊道中的中间辊子装置上设置了一个编 码器, 用于钢坯在炉内定位。加热炉自动化程度高, 装有微机操作系统和计算机监控系统。
图1-5
（2）平-立交替的粗中轧机组 高速线材粗中轧机共有14 架轧机采用平立交替型式, 由电机通过齿轮箱, 万向接轴单
独传动, 实现无扭轧制。且立式轧机在国内独树一帜, 采用下传动型式, 布局合理美观, 粗、中轧机均为闭式机架, 设计紧凑, 带有蜗轮蜗杆传动的桥式压下装置、液压横移机构、 轧辊液压平衡装置、液压柱塞夹紧装置和轧辊轴向调整装置。轴向调整装置是通过手动调节 上轧辊顶部轴承座上所附的调整螺杆机构来进行。下轧辊由轧机工作端轴承座上的夹板来保 持在固定的轴向位置, 该装置使孔型和轧槽的调整对中便捷、准确。齿轮箱为联合齿轮箱, 减速和扭矩分配于一体。此外立式轧机的升降由电动螺旋机构带动, 还设有保护传动装置的 防水罩。轧机可以实行级连速度控制, 同时也可以进行单机调整, 级连调速是采取逆调的方 式。 （3）飞剪机
飞剪机是是我这次设计的课题。其主要的任务剪刃在剪切轧件时要随轧件一起运动。即 剪刃应该同时完成剪切和移动的两个运动。根据产品品种的不同和客户的要求在同一飞剪机 上应该剪切出多种规格的定尺长度。 （4）吐丝机
吐丝机(如图1-6) 主要作用是将高速的直线运动的成品线材转变成预定直径的连续线 圈。由于有高速旋转的部件, 摩根公司委托最著名的IRD 公司对吐丝锥进行严格的动平衡实 验,而且随机配有振动监测装置, 吐丝机振动位移超过0.1mm 就报警。入口导管包有水冷套,
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内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 减少热量在主轴入口侧轴承处积累。而且由水雾装置对吐线锥进行冷却, 吐丝机有一定的倾 斜度。吐丝管的夹子则采用了摩根公司最新设计,只有定位夹是夹紧的, 其余的夹子都有很 大的间障, 主要目的是使吐丝管受热变形均匀, 吐线机配有底倾板和侧倾板, 可以根据吐 丝情况进行调整。吐丝机可对头部进行定位, 也可以尾部加速
图1-6
1.4 线材生产中对飞剪机的基本要求、类型及发展状况
1.4.1 对飞剪机的基本要求
飞剪机用来横行剪切的轧件。它可以装在连续式轧机的轧制作业线上，亦可装在横切机 组，连续镀锌机组等连续作业精整机组上。随着连续轧机的发展，飞剪机得到越来越广泛地 应用。
飞剪机的特点是能横向剪切运动的轧件，对它有三个基本要求：（1）剪刃在剪切轧 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和移动两个运动，且剪刃在轧件 运动方向的瞬时分速度 V 应与轧件运动速度 VO 相等或大 2～3﹪，在剪切轧件时，剪刃在轧 件的运动方向的瞬时速度 V 如果小于轧件的运动速度 V0,则剪刃将阻碍轧件的运动。会使轧 件弯曲，甚至还会产生轧件缠刀事故。反之，如果剪切时剪刃在轧件的运动方向瞬时速度 V 比轧件的速度 V0 大的多。这在轧件中将产生很大的拉应力，这会影响轧件的剪切质量和增 加飞剪机的冲击负荷；（2）根据产品规格的不同和用户的要求，在同一飞剪机上应能剪切 出多种规格的定尺长度，并使长度的尺寸公差与剪切断面的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。
1.4.2 飞剪机的类型
根据飞剪机的用途，飞剪机可以分切头飞剪机和定尺飞剪机两大类。如果按飞剪机剪切 机构的形式来分，目前应用比较广的飞剪机有，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。
1.滚筒式飞剪机 滚筒式飞剪机是一种应用比较广泛的飞剪机。她装设在连轧机组或横向机组上，用来剪
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切厚度小于 12mm 的钢板或型钢这种飞剪机作为切头飞剪机是，其剪切厚度可达 45mm.滚筒 式飞剪机的刀片做简单的圆周运动固可以剪切速度高达 15 米／秒以上的轧件。
2.曲柄回转杠杆式飞剪机（也称曲柄连杆式） 用飞剪机剪切厚度较大的板带或钢坯。为了保证剪后轧件的剪切断面的平整，往往采用 刀片做平移运动的飞剪机。曲柄回转杠杆飞剪机就是此类飞剪机的一种。 由于这类飞剪机在剪切轧件时刀片垂直于轧件，剪切断面较为平整。在剪切板带时，可 以采用斜刀刃，以便减少剪切力。这种飞剪得缺点是结构复杂，剪切机构的动力特征不好， 轧件的运动速度不能太快。用于小型型钢厂的曲柄连杆式飞剪机，轧件速度小于 5m／s，剪 切轧件的厚度 30～70 。 3.曲柄偏心式飞剪机 这类飞剪机的刀片作平移运动。双臂曲柄轴铰接在偏心轴的镗孔中，并有一定的偏心距 e。双臂曲柄轴还通过连杆与导架相铰接。当导架旋转时，双臂曲柄轴以相同的角速度随之 一起旋转。刀片固定在刀架上，刀架的另一端与摆杆铰接，摆杆则铰接在机架上。通过双臂 曲柄轴、刀架和摆杆可使刀片在剪切曲作近似于平移的运动，已获得平整的剪切断面。 通过改变偏心轴与双臂曲柄轴（也可以说是导架）的角速度的比值，可改变刀片轨迹半 径，以调整轧件的定尺长度。这类飞剪机装设在连续钢坯轧机后面，用来剪切方钢坯。 4.摆式飞剪机 摆式飞剪机是用来剪切厚度小于 6.4mm 的板带。刀片在剪切区作近似于平移的运动，剪 切质量较好。上刀架在与主曲轴相铰接。下刀架通过套式连杆、外偏心套、内偏心套与主曲 柄轴相连。下刀架可在上刀架的滑槽中滑动。上下刀架与主曲柄轴连接处的偏心距为 e1,偏 心位置相差 180°。当主曲柄轴转动时，上下刀架作相对运动，完成剪切动作。 在主曲柄轴上，还有一个偏心 e2。此偏心通过连杆与摇杆的轴头相连，而摇杆则通过连 杆与上刀架相连。因此，当主曲柄轴转动时，通过连杆、摇杆和连杆使上下刀架作往复摆动。 由于上下刀架除能上下运动外还可进行摆动，故能剪切运动中的轧件。 5.曲柄摇杆式飞剪机（施罗曼飞剪机） 这种飞剪机也称为施罗曼飞剪机，用来剪切冷轧板带。由于飞剪机工作时总能量波动较 小，故可在大于 5m／s 的速度下工作曲柄摇杆式飞剪机的上刀架通过偏心枢轴与下刀架相铰 接。下刀架在曲轴与上刀架的带动下，以偏心轴（机械偏心）偏心套（液压偏心）为中心作 往复摆动。当改变偏心轴与偏心套的偏心位置时，可得到不同的空切次数。
1.4.3 飞剪机的发展状况
机用于剪切横向运动着的轧件，其开始于十九世纪末期，经过百年的发展，在生产过程 中使用的飞剪类型教多。目前，较广泛应用的飞剪形状为:圆盘式飞剪、滚筒式飞剪、曲柄 连杆式飞剪。
曲柄偏心式飞剪、摆式飞剪、曲柄连杆式飞剪等，以目前飞剪的使用情况和线材生产的 发展要求可以看出，飞剪存在以下两个方面的发展趋势： (1) 剪机的剪切断面质量要求提高，这要求剪切机刀刃在剪切区域内沿水平方向的速度应与
轧件最大速度保持一致。为达到这个目的，在飞剪机中往往设置了匀速机构，另外有些 剪切机还装有间隙调节机构，这些设备的改进导致了剪切机结构越来越复杂。所以可以 看出，飞剪的最大一个发展趋势就是机构复杂，但剪切质量相应的提高，剪切机的性能 也越来越好，功能越来越多。 (2) 剪的另一个发展趋势是自动化程度越来越高。随着机电一体化进程的发展和提高，随着 轧制速度越来越快，自动化趋势已经成为必然的发展方向。首先，轧制流水线生产越来
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内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 越先进，轧制速度也越来越快，仅仅靠人工操作已不能适应轧制工艺的发展，为了使手 工操作不阻碍轧制工艺的改进，必然要求轧制工艺中自动化程度越来越高，这才能适应 现代工业发展的要求。而控制工业发展和机电一体化进程的提高为实现自动化的发展提 供了必要的条件。 以上是浅析线材生产中飞剪机的类型、作用及特点极其发展状况。通过此次设计使我对
飞剪机以及整个线材生产有了更深入的了解，使我对曲柄连杆飞剪的工作原理及应用幼了更 详细的了解，以今后的工作打下了坚实的基础。
1.5 课题设计的内容
内容为：高线 1145 飞剪机设计，其轧件材质是 Q235A；剪切断面面积为 4395 ㎜；剪切 温度 1150℃；剪切速度 0.94—1.36m／s；最大剪切力为 530Kn；飞剪曲柄中心距为 1145 ㎜。
我在此次设计中做了以下工作(1)选定电动机及传动方案，通过力能参数计算出所需电 机的功率，选择合适的电动机和合理的传动方案。（2）在电动机及传动方案确定后，对传 动机构的各个零部件进行设计计算。（3）对剪切速度进行设计计算。（4）对主要受力零部 件进行强度校和寿命计算。（5）对设备润滑方式、安装使用、维修等问题做详细介绍。
第二章 设计计算和力能分析 2.1 结构设计
2.1.1 驱动方式的选择
曲柄连杆式飞剪机总体上有两种驱动方式：一是单电机驱动主轴，而另一对剪切轴由齿 轮啮合来传递力矩进行驱动；另一个方式是，由两台电机分别驱动两根主轴。下面将两种方 式的特点进行比较，以便选出更加合适的设计方式，来满足此次的设计要求。
1.单电机传动方式： 由于其由一个电动机做动力源，其中输入轴是由电机直接进行驱动，而另一对剪切轴式 通过安装在输入轴与剪切轴之间的齿轮啮合来进行传动的。这样可以明显的看出输入轴上的 齿轮所受的载荷将远大于从动轴上的载荷，输入轴上的载荷也远大于从动轴上的；这样输入 轴及其上的齿轮势必有更大的损坏的可能性，所以输入轴及传动齿轮的强度要求高些，尺寸
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更大些，所以其主要特点是：输入轴上的零部件易损坏而发生事故；单电机工作，其承受了 较大的载荷，只能采用气动工作制，而不能采用连续工作制。但是这种方案的优点也很明显： 第一，上下两轴的转速近乎相同，也就是说上下剪刃的同步性高；第二，结构简单。成本低 且功率也低；第三，通过齿轮传动可以设计一套简易的剪切间隙调整机构。
2.双电机传动方式： 它克服了单电机传动的两个缺点，首先它的两套传动系统平行传动，分别驱动各自的主 轴，每套系统上的零部件受力情况基本相同，不存在个别零部件因受载过大而首先破坏的问 题。安全性较高；其次它分别有两个电机传动，因而每个电机所受的载荷相对于上一个人方 案减少了不少，所以其更适合连续工作制，但此方案的缺点是：一则，其设备结构复杂，且 其成本较高，功效较大；二则，其维护与维修教第一方案复杂，其设备体积大；三则，其同 步性较好，需特别设备对其转速进行同步。
此次设计只是用飞剪机进行切头剪尾，所以不要求连续工作。由于启动工作制已能满 足要求，且剪切力较小，所以由此可以看出，第一个由单电机驱动的方式更适合些；二者， 这种飞剪机同步性好，满足剪切要求且成本低，结构简单。综合以上因素，最后选定单电机 一级减速传动方式。
2.1.2 飞剪机结构的设计
（1）剪切结构 曲柄连杆飞剪机在剪切轧件时刀片垂直与轧件，剪切断面较为平整。不工作是，刀片停在
水平位置上，当有轧件通过时，刀片在竖直位置刀片以大约相同的速度，完成对轧件的剪切 此后刀架旋转使刀片又停到原来位置。 当需要对轧件进行碎断时，刀架不停旋转完成碎断 任务。 （2）机架的设计 由于工作机座采用单独驱动，采用一级减速器平动传动。设计成齿轮箱式机架。此箱可分为 上、中、下三箱。上箱中箱内安装剪切轴，轴上安装有大齿轮，通过轴承和轴承座固定在箱 体上。中箱和下箱内，分别装装有剪切轴，轴上分别装有和上箱齿数、大小相同的齿轮。通 过轴承固定在机座上。在下箱底部装有与地基固定的底板。三个箱体内分别装有吊钩，方便 拆装。上箱上部设有注油孔及压力油输入孔，下箱底部设有油底壳及泄油孔，以便沉积杂质 便于从泄油孔排除。
2.2 剪切力、剪切力矩的计算
2.2.1 剪切力的计算
根据轧件材质为 Q235A，剪切断面 4395mm2.剪切力是飞剪机的主要参数，对于合理设计 飞剪机；有非常重要的作用。
(1)首先根据所剪切的断面尺寸来确定飞剪机的公称能力。最大剪切力 Pmax 当所剪材料无单 位剪切力试验数据时，可按下式计算最大剪切力。
由?1?P266可得 ，
Pma? x0.6?k?bF t max
2-1
? bt ————————被剪轧件材料在相应剪切温度下的剪切强度，MPa
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Fmax ————————被剪轧件的最大剪切断面，mm2;
根 据 所 剪 切 的 材 料 由 ? 1 ? 2 6 6 表 8 ? 4 查 得
?bt ?90M 0 P K=1.1
Pmax =0.6×1.1×900×106×0.4395 =261KN
飞剪机在剪切过程中，除了克服剪切过程的剪切力外，在水平方向还有拉力。又由于剪 刀的线速度高于轧件的运行速度，因而剪刃上受一侧向附加拉力。
根据胡克定律，〔1〕P330 页由有轧件中的拉应力为
? ? ?l E
l
2-2
式中 E——弹性模数，对轧件在终轧温度为 800℃，近似的等于 45000~55000MPa; l——剪切终了，在轧件与最后一架轧机的轧件长度 △l——剪切终了时，在轧件长度 l 段内由拉应力产生的伸长量。
根据资料可得，L 初步取 3 米 伸长量△l 可由剪切过程中刀片与轧件的水平位移量的差值来确定
△ l=△l1－△l0
式中
△l1—— 剪切时间内刀片在水平方向的移动量； △l0————剪切时间内轧件的移动量 轧件的移动量
△ l0=v0t
当刀片轨迹半径为 R 的整圆时，剪切时间为
t
? ?1 ??2
360
? ??
2?R ?
V ??
2-3 (2) 下面计φ 1、φ 2
由〔1〕P331 页公式
t
?
?1 ??2
360
? ??
2? R ?
V ??
2-4
角φ 1 相当于剪切轧件厚度为 h 时的开始剪切角度，由下式确定
cos?1?A 2? Rh?1?h2? R S
2-5
式中，S————刀片的重叠量。 h————剪切厚度 R————旋转半径
在此处取 h=75mm, R=573mm , 实测得 S=7mm 把上数.各值代入
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cos?1?A 2? Rh?1?h2?RS
=0.93
φ 1=0.38 角φ 2 为剪切终了的角度，考虑到剪切终了是的相对切入深度ε 0,，得
cos?2
?1??1??0?h?S
2R
2-6 φ 2=0.20
﹙3﹚Δ L 的计算 Δ L=Δ L1－Δ L0
式中：Δ L1———— 剪切时间内刀片在水平方向移动量 Δ l0———————— 剪切时间内轧件的移动量
?l0 ?V0t
t ??1 ??2 ??2?R??
360 ? V ?
代入得
?L0?V0??31??62?0?2V ?R
式中，v0————轧件的运动速度 V————剪切速度
根据设计所给 v0=0.85m／s, V=0.94m／s 代入公式得
? L = 0 .8 5 ? ?0 .3 8 -0 .2 0 ??2 ? 3 .1 4 ? 5 7 3
3 6 0
0 .9 4
=16.3mm Δ L1=R(sinφ 1-sinφ 2)
=573(0.37-0.2) =97.41mm
Δ L=97.41-16.3 =81.11mm
(1) 运动轧件产生的拉力由[1]330 页
T ? ?L .E.F L
15
2-7 2-8
2-9

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E 在式中近似的取 50000MPa 代入各值得
T ? 8 1 .1 1 ? 1 0 ? 2? 5 0 0 0 0 ? 1 0 6? 4 3 9 5 ? 1 0 ? 6 3
=5.94KN T 与 Pmax 的合力是刀架所受的剪切力 （5）总的剪切力计算
2-10
P?P m2 a? xT2?26 2?1 5.924
=261.06KN
P
Pmax
T
图 2-1
2.2.2 剪切力矩的计算
(1)计算咬入角 当 P 最大时，ε =0.8 代入咬入角公式：
cos? ? R ? h ? z
2-11
R? S
2
式中，Z————切入深度
Z=ε h=0.8×75=60mm 代入上式
co?s?57?375?60
57?33.5
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=0.97
??arcc0.9o7s
α =14.07° 咬入角α 为剪切过程最大剪切角，此时的剪切力矩最大。 （1 最大剪切力矩的计算
对轧制过程的受力分析，剪切力矩可以安下式计算
? ? M 剪 ?P m a x? sin
? T?D c o s 2
? 2 6 1 .0 6 ? 1 1 4 5 s i n 1 4 .0 7 ? 5 .9 4 ? 1 1 4 5 ? c o s 1 4 .0 7
2
2
=39.63KNm
2.2.3 剪切功的计算
根据剪切功可以近似的方便的计算出剪切机的功率。由﹝1﹞P267 页当不考虑刀片磨 钝等因素时，可按下式计算
A??F ?d? zF??h d??Fha
2-12
式中，a————单位剪切功 F————被剪切件的原始断面
单位剪切功可按﹝1﹞P268 页公式
? ??m?0
通过查表 8-8﹝1﹞P268,得 a=30 Nmm.mm-3
代入公式得剪切功 A=F.h.a=4395×75×30=9.9kNm
2-13
2.3 电机的功率计算及类型选择
2.3.1 电动机功率的计算
由于开始时我们选择的是启动工作式。所以在传动中没有专门的飞轮。不带飞轮剪切机 预选电机时，可以根据静力矩的大小直接选取。
由﹝2﹞查的电机的计算功率公式
N算
?
Mjm ? n
9550??
2-14
式中
Mjm————偏心轴上的最大静力矩 n————剪切轴的转速 λ ————电机过载率，一般取λ =1.3——1.7，考虑到具体情况λ =1.7 η ————从电机到飞剪机传动效率η =0.94
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(1)计算总的静力矩 由﹝1﹞P268 页得：
Mjm?MP?Mf ?Mkon
2-15
式中
Mp—————————剪切力矩；由前面计算 Mp=39.63KNm Mf——————摩擦力矩：
Mkon ——————————空载力矩，查得 Mkon=3~5﹪
Mf
?P??? d
2
2-16
μ 为剪切轴处的摩擦系数，查〔3〕表μ =0.11；d 为剪切轴处的直径，根据资料知 d=260mm
代入公式
M f ?26 .01 ? 60.1? 10.13
=3.73KNm
M jm ? 1 .0 3 ? 3 9 .6 3 ? 3 .7 3
=44.39 KNm
(2) 电机功率的计算
1）剪轴的转速
n ? 60v?1000
2-17
?D
式中 v ———— 剪切速度，由设计给定 v=1.36m／s
D ———— 曲柄中心距，由设计给定 D=1145mm
=22.70r／min 2)电机功率
N算
?
Mjm?n?1000
9550????
?44.39?22.7?1000 955?01.7?0.94
=66.03KW
2.3.2 电机功率及型号的选择
考虑到高线生产的实际情况和所选择的传动方案。选 YZP 系类冶金及起重变频调速三项 异步电动机；与变频装置组成的系统能够实现的无级调速；由于此类电机效率高、调速范围 广、精度高、气制动运行稳定，切过载能力大等特点。特别适合用于需要变频调速、短时或 断续周期运行、频繁启动或制动的场合。符合飞剪机的工作情况。能够满足于安全生产。
在这一系列中选择。YZP250M-8 通过〔4〕P1421 查得，其额定功率 76KW,额定转矩 473N·M，额定转速 735r/min.
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2.4 主要零部件的设计计算及强度刚度的校荷
2.4.1 主要零部件的转速及扭矩的计算
（1）传动比的确定 由于电机的转速为 735r/min，而飞剪机的剪轴所需的转速 22.70r／min，传动比 i
i ? 735 ? 32.4 22.7
(2)输入轴的转速及转矩 由大小齿轮的传动比，以及主电机剪轴的总传动比可以看出，剪切机内部的一级减速机
构的传动比 i1.不可能太大。因为传动比太大将使机身尺寸过大，按实际使用的设备取 i1=2.9, 及飞剪机内部的一级减速机构的传动比。而电机与飞剪机之间可用两级渐开线直齿圆柱齿轮 减速器。其传动比 i2
i2
?i i1
? 32.4 ?11.17 2.9
1) 输入轴的转速
n输?171.3175?65.80r/min
2) 输入轴的转矩
M输
?
M静 i2 ??
式中 i2—————————电机与飞剪机之间的传动比 η ——————电机到高速轴的效率，η =0.96 代入公式得
? 39.63 11.17?0.96
讨论：此处为何不用公式：
2-18
M输
?
M? r i2 ??
2-19
Mer 为电机的额定转矩，因为电机有一定的过载率，剪子在剪切过程中所受的力矩有可能大 于平均的启动力矩。此时电机转矩也不是 Mer，因此对轴、此轮进行计算所受的最大转矩。作 为设计参数才能保证设计的合理性和安全性。 3) 剪切轴的转速
N 剪?3 7 2 3 .5 4?22.69r ／ m in
N剪?37.234? 52.269r/m in
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