(完整版)圆盘剪切机结构设计毕业设计

圆盘剪切机结构设计

摘要

圆盘剪切机主要应用于金属冶炼加工行业，用来剪切纵向厚度20~30mm的钢板及薄带钢。但是圆盘剪在使用过程中存在传动系统精度低、径向调整和刀盘侧向调整精度低等问题，为了解决这些问题，借鉴以往的设计和工作经验，我设计了这台圆盘剪切机。此圆盘剪能够和拆卷机、伸直机、辊矫直机、飞剪机一起来完成伸直、切边等一系列的工作，设计思路如下：

（1）通过对国内外圆盘剪的调研分析，总结出国内外圆盘剪相关技术的优缺点，确定圆盘剪各机构的布置方式和相关技术参数。同时完成轴向调节结构、径向调节机构和带宽调整机构的设计；

（2）计算圆盘剪的剪切力和电机的传动功率。完成刀盘、传动轴、齿轮的设计和电机、轴承等零件的选型工作；

（3）运用Solidworks三维设计软件对圆盘剪的主要零部件进行了三维建模及总体组装、虚拟装配。

本说明书从剪切原理、带钢的剪切变形过程，分析和计算了圆盘剪的剪切力和传动功率，同时完成了各零件的设计、选型及校核工作。

关键词：圆盘剪切机；侧向间隙调整；径向调整；带宽调整；Soildworks

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、完整版论文、程序、答辩PPT）可加加上述QQ,代做免费讲解。

The structure design of the d isc shearing machine

Abstract

The disc shearing machine is mainly used in metallurgical industry, which is used to shear longitudinal 20 ~ 30 mm thickness of steel plate and thin strip.The disc shearing machine I designed is designed to solve some problems,such as driving system consists of low precision, radial adjustment mechanism and the disk lateral low accuracy. The disc shearing machine with the decoiler, the unbender, the roller straightening machine, the flying shear can complete a series of work, such as unbending, trimming.the ideas are follows：

(1) through the analysis of the research of disc shear machine at home and abroad, summarizes the advantages and disadvantages of the disc shear related technology at home and abroad, to determine the disc cutting

institutions arrangement and related technical parameters. At the same time completed the axial adjusting structure, adjusting mechanism for the radial and bandwidth adjusting mechanism design;

(2) calculate the disc shear shear force and the transmission power of the machine. To complete the design of the cutter head, shaft, gear and motor, bearing and other parts selection work;

(3) using the Solidworks 3d design software for the disc cut the main components of 3 d modeling and assembly and virtual assembly as a whole.

The instructions from the principle, the process of shearing deformation analyze the shearing force and the power. At the same time, I design a various of components and complete selection and checking work.

Key Words: the d isc shearing machine, the lateral clearance adjusting, the radial adjusting mechanism；the bandwidth adjustment；Solidworks

目录

摘要.................................................................................ⅠAbstract (Ⅱ)

1．绪论 (1)

1．1课题背景及研究的目的和意义 (1)

1．2圆盘剪切机的发展状况 (1)

1．2．1圆盘剪切机的发展 (1)

1．2．2圆盘剪切机的分类 (2)

1．2．3圆盘剪切机的研究 (3)

1．3本文主要研究内容 (4)

2．设计方案的选择和评述 (5)

2．1引言 (5)

2．2设计方案的选择 (5)

2．3设计方案的评述 (6)

2．4方案设计 (6)

2．4．1传动机构的设计 (6)

2．4．2驱动方式的设计 (6)

2．4．3执行机构的设计 (6)

2．5本章小结 (6)

3．主要零部件的设计和选型 (8)

3．1引言 (8)

3．2刀盘的设计 (8)

3．3电机的选型 (9)

3．4齿轮的设计 (14)

3．5轴的设计 (18)

3．6键的选择 (20)

3．7轴承的选型 (21)

3．8联轴器的选型 (22)

3．9本章小结 (22)

4．主要零部件的校核 (24)

4．1引言 (24)

4．2齿轮的校核 (24)

4．2．1齿面接触疲劳强度的校核 (24)

4．2．2齿根弯曲疲劳强度的校核 (25)

4．3轴的校核 (26)

4．3．1按弯扭合成强度校核 (26)

4．3．2轴的安全系数校核计算 (28)

4．4电机的校核 (31)

4．5键的校核 (32)

4．6轴承的校核 (33)

4．6．1轴承寿命的计算 (33)

4．6．2轴承静强度的校核 (34)

4．6．3轴承极限转速的确定 (34)

4．7本章小结 (35)

结论 (36)

致谢 (37)

参考文献 (38)

1．绪论

1．1课题背景及研究的目的和意义

圆盘式剪切机广泛用于纵向剪切厚度20~30mm的钢板及薄带钢。由于刀片是旋转的圆盘，因而可连续纵向剪切运动着的钢板或带钢。圆盘式剪切机通常设置在精整作业线上用于将运动着的钢板纵向边缘切齐和剪切或者切成窄带钢，根据其用途可分为剪切板边的圆盘剪和剪切带钢的圆盘剪。

剪切板边的圆盘剪，每个圆盘刀片均以悬臂的形式固定在单独传动的轴上，刀片的数目为两对。剪切带钢的圆盘剪的刀片数目是多对的，且刀片一般都固定在两根公用的运动轴上，也有少数的圆盘刀片是固定在独立的传动轴上的。

此圆盘剪切机是以1700横切机组为背景下进行设计的。1700横切机组使用多年，其中圆盘剪使用过程中存在一些问题。这次设计的目的就是解决其圆盘剪在使用过程中传动系统精度低，径向调整机构和刀片侧向调整精度低等问题。

通过本次毕业设计，达到综合应用所学知识，分析和解决实际工程问题，使我在机械、驱动、控制等方面得到切实的锻炼。

1．2圆盘剪切机的发展概况

早期圆盘剪切机速度较低，圆盘剪切机的刀片旋转通过电机、齿轮传以及万向连接轴来实现的。刀盘径向间隙调整则是通过蜗轮蜗杆传动来实现的。而刀片侧向间隙是通过手动蜗轮传动使刀片轴轴向移动来完成的。

随着生产的发展，圆盘式剪切机剪切速度在逐渐提高。目前圆盘剪切机装在横切机组上，剪切厚度为0.5~2.5mm，剪切宽度为700~1500mm，剪切速度达到1~3m/s。

1．2．1圆盘剪切机的发展

圆盘剪切机主要由下列机构组成：刀盘径向调整机构、刀盘侧向调整机构、剪切宽度调整机构和刀盘旋转传动系统等。剪切宽度的调整实际上就是对机架的距离调整。刀片传动通过减速机和4个相同尺寸的齿轮同时传动两对刀片。为保证刀片同步，4个齿轮组成相当于连杆机构，使齿轮传动的中心距不变，提高了齿轮传动精度；为调整上刀片径向间隙，上刀片轴承座可沿机架滑道上下移动；滑座移动用针齿摆线减速机，它体积小、速比大、调整精度高；刀片轴向距离调整也采用针齿摆线减速机驱动丝杆和螺母来实现的，为了提高传动精度，传动系统增加了测速装置，进行主传动速度调整。

目前各国都在研究扩大圆盘剪剪切厚度范围。有的国家采用两台串联圆盘剪剪切厚度为40mm的钢板，第一台圆盘剪切入板厚的5%~10%，紧接着第二台圆盘剪将钢板全部切断。

1．2．2圆盘剪切机的分类

圆盘剪切机按用途分为剪切带钢的圆盘剪和剪切板边的圆盘剪。

1.剪切带钢的圆盘剪

此类圆盘剪将带钢连续剪切，采用多对刀盘。刀盘轴传动有两种：一种是集中驱动，另一种刀盘轴分别驱动。

2.剪切板边的圆盘剪

剪切板边的圆盘剪又可分为热轧钢板圆盘剪和冷轧带钢圆盘剪。

热轧钢板圆盘剪，剪切厚度小于20mm，径向调整采用偏心套，齿轮与刀盘轴通过万向连接轴连接传动。

图1.1 热轧钢板精整机组示意图

1.运输辊道

2. 前斜刃剪

3. 后斜刃剪

4. 圆盘剪

5.碎边机

热轧钢板冷却后由运输辊道运输到后斜刃剪进行切头，然后送到圆盘剪切边，切下的边由碎边机剪切成小段后运走。圆盘剪的作用是去掉钢板两边并切齐使其满足宽度要求。

冷轧带钢圆盘剪，剪切厚度为0.5~2.5mm，径向调整通过上刀盘齿轮和四连杆机构完成。有的冷轧带钢圆盘剪采用测速装置，使剪切精度更准确。

1. 拆卷机

2. 伸直机

3. 下切剪

4. 给料机

5. 圆盘剪切机

6. 卷边机

7. 风动分离盘

8. 分卷卷取机

图1.2 冷纵剪切机组示意图

钢卷由吊车吊到拆卷机处拆卷，将头伸直经下切剪切头由给料机送到圆盘剪纵切后，给风动分离盘，由分卷取机卷成窄带卷，卸卷后由吊车吊走送入成品库。圆盘剪切机的作用是将带钢切成窄条，并卷成窄带钢卷。

圆盘剪按刀盘传动方式有动力剪和拉力剪之分，拉力剪是指刀盘不直接驱动，由剪后拉力辊或卷曲机拖动带钢，在拉过圆盘剪时进行剪切。两

种剪切方式各有特点，故在圆盘剪的传动系统中装有离合器，可以根据需要采用动力剪切或拉力剪切方式。

1．2．3圆盘剪切机的研究

用于切边的圆盘剪，它的机构组成一般情况是：左右机架、上下刀轴、底座、机架移动机构、刀盘调整机构和传动装置等。窄带钢圆盘剪的结构必须保证带钢两侧边缘整齐，严格控制带钢宽度，在圆盘剪上对带钢两边进行切边，切下的边缘在碎边机上进行破粹。窄带钢圆盘剪结构和传动系统如图1.3所示。

图1.3窄带钢圆盘剪结构和传动系统示意图

1.测速发电机

2.电机

3.减速机

4.刀轴升降调整机构

5.偏心套

6.刀轴

7.侧向调整机构

8.离合机构电机

9.离合机构减速机10.离合丝杠11.碎边机电机12. 碎边机减速机

13.飞轮14.固定碎边机15.旋转碎边刀

1．2．3．1圆盘剪系统的组成及工艺

1.圆盘剪的前面有一对立辊，用来控制带钢中心线，严格对正剪刀中心线；

2.圆盘剪的后面是碎边机，碎边机由固定在机座上的固定刀刃和安装有两个刀刃的旋转刀组成；

3.旋转刀轴由电机经减速机传动，并在轴两端安装两个飞轮，带钢边

通过固定刀和旋转刀之间的间隙时被碎成碎段流入下面的料斗中。

1．2．3．2圆盘剪的组成

圆盘剪由传动部分、刀轴部分、调整部分、离合部分以及辅助部分等

组成。

1.传动部分是通过电机2经减速机3及万向连接轴传动到右侧两根主

轴；

2.刀轴部分6是由各固定了两片圆盘刀的上下刀轴组成；

3.离合部分是在圆盘剪的下方，通过电机8、减速机9和丝杠10调整圆盘剪左右两侧机座的横向位置，使左侧机座的游动轴和右侧机座的传动轴与上下刀轴连接，从而可以传动刀轴6.当离合机构使左右两侧机座分离时，即可使刀轴脱离机座的传动轴，以便于进行换刀操作；

4.调整部分包括压下抬起的调整机构和刀片轴向位置的调整机构。在

上下传动轴和游动轴的外面，各有一个偏心轮为14mm的偏心套，转动压

下手轮，通过传动机构的传动，两端的偏心套同时转动，从而使两侧上下

轴之间的距离发生变化。

5.压下机构用以调整上下刀刃之间的重合量，并在换刀时用以抬起上

刀。在左右两侧机座的前方各有一个手轮，在两侧上部偏心套上各固定一

个涡轮，涡轮通过螺母与偏心套上的螺纹连接。转动手轮可以调节偏心套

的轴向位置，从而调节上刀轴的轴向位置，使左右两侧上下刀之间的间隙

保持均匀一致，并调节剪切中心线使之与机组中心线相应一直。

6.辅助部分包括引导带钢平直地从剪刃间出来的上下托板，以及固定上下托板的横梁等部件，还有将切边导入碎边机的左右导槽，以及固定和调整导槽的部件。

1．2．3．3圆盘剪的工艺特点

1.圆盘剪的下刀盘是传动的，用于穿带操作时剪切；

2.在正常运行时，传动脱开，圆盘剪进行拉剪工作方式，这就可以省去剪切前活套坑及其控制装置，而且减少剪刃磨损及改善剪边质量；

3.剪切宽度调节是通过交流电机和传动丝杠来改变机架的开口度。上剪刃重合量和侧向间隙量是由电机单独调节的。下剪刃丝杠可以手动调节，以在补偿剪刃磨削后保证剪切平面标高恒定；

4.剪切质量的调节参数是刀盘重合量和刀片侧向间隙量，刀盘重合量和刀片侧向间隙量是根据剪切厚度和材质进行调整的。合理的调节量可使剪切负荷减小，剪切作业顺利并获得切口整齐的剪断面；

5.剪切调节量过小会增加剪切负荷，加快刀刃的磨损，另外间隙过小带钢还会出现毛刺、毛边缺陷；

6.调节量过大会使剪边“竖立”或剪切断面撕裂，使剪边质量不佳。1．3本文主要研究内容

本课题的研究内容主要是针对圆盘剪在使用过程中传动系统精度低，径向调整机构和刀片侧向调整精度低等问题进行展开，通过重新设计圆盘剪的机械结构争取解决这些问题，主要研究内容有：圆盘剪的设计方案选择和评述、电机的选型和校核、各零件的设计选型和校核等。

2．设计方案的选择和评述

2．1引言

冷轧带钢圆盘剪，剪切厚度为0.5~2.5mm，剪切宽度为700~1500mm。有的冷轧带钢圆盘剪采用测速装置，使剪切精度更准确。因此我设计的是带有测速装置的圆盘剪。

2．2设计方案的选择

1.带电机摆线针轮减速器

2.径向调整减速机

3.调整丝杆

4.刀盘

5.离合器

6.增速机构

7.减速机8.电机9.10.11.12.同步齿轮

13.刀盘侧向间隙调整装置14.机座移动机构（宽度调整机构）

图2.1圆盘剪结构示意图

2．3设计方案的评述

主传动由电机8通过减速机7同时传动两对刀盘，上刀盘与齿轮9相连，下刀盘与齿轮10相连，齿轮9、11、12之间用连杆相连，以保证各齿轮中心距不变。因此在调整刀盘径向间隙（调整上刀盘位置）时各齿轮能很好的啮合。

刀盘侧向间隙调整，转动手轮使螺纹套筒旋出以便下刀盘做轴向移动，并增加自锁装置；刀盘径向调整通过带电机的减速机1，调整减速机2，

及调整螺丝带动上刀盘轴的轴承座沿着架体内滑道上下移动；剪切带宽的调整是通过在剪切机下部设置机架横移机构，经行星减速机将运动传递到两端螺纹方向相反的丝杆，由固定机架的螺母带动机架沿着导轨移动从而达到调整带钢宽度的目的。

2．4方案设计

2．4．1传动机构的设计

在圆盘剪切边过程中，带钢是由上、下两刀盘以相同的速度共同运动切下板边的，由于上、下刀片要求同步，因此选择齿轮传动。与其它传动方式相比，齿轮传动的优点是：

1.与带传动相比：齿轮传动效率高，寿命长，工作可靠。

2.与链传动相比：齿轮传动的传动比恒定，稳定性好，噪声小且结构紧凑。

2．4．2驱动方式的设计

圆盘剪的传动方式是齿轮传动，齿轮主要是做回转运动。因此驱动装置应能把其它形式的能转化为机械能。根据以往的设计和工作经验，优先选用电机，其它驱动方式均不合适。圆盘剪的剪切速度不高，只有1~3m/s，故还需增加一个减速装置和一个测速装置。

2．4．3执行机构的设计

1700横切机组的执行机构分别为：卷筒组件、矫直组件、切边组件、碎边组件等，圆盘剪主要是负责切边的。所以执行机构的设计便是切边组件的设计。

此圆盘剪所采用的执行机构与1700横切机组中圆盘剪的执行机构相同，但切边组件主要零件的设计和选型见下文。

2．5本章小结

此台圆盘剪切机是在1700横切机组的背景下设计的，所采用设计方案如图2.1所示，并确定解决圆盘剪问题所采用的方法和结构，同时完成了圆盘剪传动机构、驱动方式和执行机构的设计。刀盘侧向间隙调整，通过转动手轮使螺纹套筒旋出带动下刀盘做轴向移动完成；刀盘径向调整通过带电机的减速机1，调整减速机2及调整螺丝带动上刀盘轴的轴承座沿着架体内滑道上下移动完成；剪切带宽的调整是通过在剪切机下部设置机架横移机构，使机架沿着导轨移动从而达到调整带钢宽度的目的。圆盘剪的传动方式采用齿轮传动，驱动方式采用电机驱动。

3．主要零部件的设计和选型

3．1引言

在前面的章节中，已经完成了圆盘剪设计方案、传动机构、驱动方式、执行机构的选择，在本章中主要完成的工作是各零部件的设计和选型。3．2刀盘的设计

圆盘刀片尺寸包括圆盘刀片直径D及其厚度。查文献[1，178]，其计算公式为：

（3-1）上式中的是最大咬入角，一般取为~；s是刀盘的重合度；h是被剪切带钢的厚度。查文献[1，185]表8-13，可知被剪切带材厚度h、刀盘直径D 和刀片厚度之间的关系：

表3-1被剪切带材厚度h与圆盘刀径D和刀片厚度间的关系被剪切带材厚度h/mm 圆盘刀片直径D/mm刀片厚度/mm

0.18~0.6 150~170 15

0.6~2.5 250~270 20

2.5~6 440~460 40

6~10 680~700 60

10~25 700~1000 80

圆盘剪设计参数如下：

剪切带钢速度V=1~3m/s

剪切带钢强度≤600MPa

剪切带钢厚度h=0.5~2.5mm

剪切带轮宽度B=800~1500mm

由于剪切带钢厚度h=0.5~2.5mm，根据图3.1被剪切带材厚度h与圆盘刀径D和刀片厚度间的关系，可知刀盘直径D=270mm、刀片厚度

=20mm。

当咬入角=，我们可以引用一个经验公式，圆盘刀片厚度一般取为：

(3-2)

带入数值计算得：

δmm

?

=

.0=

06

）

（D

~

（

=）

2.

16

~

27

1.0

270

.0

1.0

06

~

为了保证刀片的强度和使用寿命，我们取刀径D=270mm、刀盘厚度=30 mm。

图3.1刀盘的三维图

3．3电机的选型

作用在一个刀片上的总的剪切力是由两个分力所组成的，即：

(3-3)

式中：

—纯剪切力；

—钢板被剪掉部分的弯曲力；

假定实际剪切面积只局限于弧AB及弧CD之间，因为在BD线之外剪切的相对切入深度大于，即剪切过程已经彻底完成了。其次，将弧AB和CD视为弦。

作用于宽度的微小面积上的剪切力为：

(3-4)

式中:

—作用在接触弧AB水平投影单位长度上的剪切力

图3.2在圆盘剪上剪切金属时压力

由相对切入深度知：

(3-5) 微分后得：

(3-6) 式中:

—弦AB与CD之间夹角的一半。

所以纯剪切力为:

(3-7) 在圆盘剪上冷剪时，值可按下面公式计算：

(3-8) 式中：

，为金属材料的延展率，可查取手册。

查阅文献[2，表3-1]可知：

表3-2相对延伸率和相对切入率关系