畢業(yè)設(shè)計液壓剪切機液壓系統(tǒng)設(shè)計

1、摘要針對傳統(tǒng)剪切機存在的噪音大、占地面積大、靈活性差等問題，本設(shè)計采用了液壓驅(qū)動方式，解決了上述方面的缺陷。其設(shè)計內(nèi)容剪切機的總體設(shè)計計算，主要零部件的設(shè)計計算和液壓系統(tǒng)的設(shè)計，其中液壓系統(tǒng)的設(shè)計還包括液壓元件的設(shè)計。本文利用液壓傳動控制技術(shù)對剪切機進行改進設(shè)計，具有噪聲小、剪切平穩(wěn)等優(yōu)點，是一種新形式的液壓剪切機，能夠更好地服務(wù)于剪切行業(yè)的發(fā)展，更好地適應(yīng)國內(nèi)外市場的需求，因此具有良好的市場前景。關(guān)鍵詞：剪切機，液壓系統(tǒng)，液壓元件abstractaim at the existing traditonal shearing machine that has high noise, large

2、 areas and poor flexibility etc problems, the design uses a hydraulic-driven approach to address these deficiencies. it mainly includes three partial contents: the overall design calculation of the shear machine, the design calculation of the main components and hydraulic system design. the hydrauli

3、c system design has mainly included the design of the hydraulic components. this paper makes some reconstuction design for shearing machine with hydraulic transmission and control technology, and the improved shearing machine has advantages of low noise, smooth cutting and is a new typle hydraulic s

4、hears, which can serve the shearing industry and meet the needs of domestic and foreign markets better. therefore the hydraulic shearing machine has a good market prospect.key words: shearing machine, hydraulic system, hydraulic components目錄摘要iabstractii目 錄iii第一章引言11.1課題的背景和意義11.2剪切機的發(fā)展及現(xiàn)狀21.2.1剪切機的

5、分類21.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀4第二章總體設(shè)計計算62.1現(xiàn)有剪切機結(jié)構(gòu)原理及存在問題62.2設(shè)計要求92.3液壓剪切機的總體設(shè)計102.4 液壓剪切機的主要參數(shù)計算102.4.1剪切力的計算102.4.2剪刃長度的確定122.4.3剪切次數(shù)的確定13第三章 零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計計算143.1 擺臂的設(shè)計計算及強度校核143.2主軸系統(tǒng)設(shè)計163.2.1主軸設(shè)計計算163.2.2 軸承的選擇173.3機架的設(shè)計183.4靠板系統(tǒng)設(shè)計193.5油缸系統(tǒng)設(shè)計203.6 進料及剪切系統(tǒng)設(shè)計223.7液壓系統(tǒng)設(shè)計233.7.1液壓系統(tǒng)設(shè)計要求及工況分析243.7.2液壓缸參數(shù)的初步確定253.7.3擬定液壓系

6、統(tǒng)原理圖263.7.4選擇液壓元件28結(jié) 論32參考文獻33致 謝34第一章 引言1.1課題的背景和意義剪切機是隨著工業(yè)自動化進程的深入而得到越來越廣泛的應(yīng)用。近二十年來，國內(nèi)的軋鋼生產(chǎn)得到了長足的發(fā)展，由于市場對產(chǎn)品不斷提出新的要求，生產(chǎn)廠對各種剪切機的要求也在不斷的變化。在鋼板彈簧的生產(chǎn)工藝中，鋼板剪切下料是關(guān)鍵工序之一，因此，下料機是其重要的板簧設(shè)備。過去的下料設(shè)備一般采用圓棒剪切機、機械鱷魚剪床等，都是采用皮帶輪、齒輪傳動，噪音大，占地面積大，節(jié)拍固定，靈活性差。因此，需要開發(fā)一種新形式的液壓剪床，以適應(yīng)國內(nèi)外市場的需求。精密加工是現(xiàn)代機械加工發(fā)展的方向之一，它對毛坯的體積（重量）誤差

7、，斷面形狀及其他幾何參數(shù)提出越來越高的要求，而現(xiàn)在的下料方法普遍存在能耗高、效率低、材料消耗大和下料質(zhì)量差等問題。板料高速剪切機是一種新型的剪切下料設(shè)備，它采用液壓系統(tǒng)驅(qū)動，實現(xiàn)高速剪切；板料高速剪切機的液壓系統(tǒng)，是保證板料高速剪切機實現(xiàn)動作循環(huán)和決定其性能優(yōu)劣的核心環(huán)節(jié)。板料高速剪切機要求液壓系統(tǒng)工作可靠、響應(yīng)靈敏度高，具有廣闊的市場前景。因此，針對舊式剪切機的上述缺點，展開對液壓系統(tǒng)剪切機的研究是符合市場需要的1.2剪切機的發(fā)展及現(xiàn)狀1.2.1剪切機的分類剪切機的種類很多。對剪切機的分類，從不同的角度出發(fā)，有不同的分法。按剪切方式可分為橫剪和縱剪；按被剪切鋼板的溫度分為熱剪和冷剪；按剪切機

8、的驅(qū)動方式分為機械剪、液壓剪和氣動剪;按機架的形式分為開式剪和閉式剪；按剪切鋼板的品種又分為鋼坯剪切機、鋼板剪切機、型鋼剪切機和切管機等。通常，按剪切機的剪刃形狀與配置等特點可分為平行刃剪切機(見圖1.1)、斜刃剪切機(見圖1.2)和圓盤剪切機(見圖1.3)。下面按剪切機的剪刃形狀的分類對三種結(jié)構(gòu)分別進行介紹:圖1-1 平行刃剪切機 圖1-2 斜刃剪切機 圖1-3 圓盤剪切機（1）平行刃剪切機平行刃剪切機的兩個剪刃是彼此平行的，它通常用來在熱態(tài)下橫向剪切方形及矩形斷面的鋼坯。也可用來冷剪型材，將刀片做成成型剪刃來剪切非矩形斷面的鋼板。平行刃剪切機按剪切機構(gòu)的運動特點，分為上切式和下切式兩種型式

9、。上切式剪切機的下剪刃是固定的，由上剪刃的上下運動進行剪切。其剪切機構(gòu)通常采用曲柄連桿機構(gòu)。下切式剪切機的兩個剪刃都運動，剪切過程是通過下剪刃上升來實現(xiàn)剪切的，其剪切機構(gòu)通常有偏心軸式和浮動式。平行刃剪切機，在工作時能承受的最大剪切力是它的主要參數(shù)，故人們習(xí)慣上以最大剪切力來命名。（2）斜刃剪切機斜刃剪切機的一個剪刃相對另一個剪刃成某一角度放置。斜刃剪切機按剪切機構(gòu)的運動特點也可分為上切式、下切式和復(fù)合式等。上切式斜刃剪:這種剪切機的下剪刃平直而固定，上剪刃是傾斜的并上下運動實現(xiàn)剪切。上切式斜刃剪通常是作為單獨設(shè)備，用來剪切寬的板材，當(dāng)板材厚度大于20mm時，可用在連續(xù)作業(yè)線上橫切板材，但要有

10、擺動輥道，另外，當(dāng)板材厚度大于25mm不能用圓盤剪切邊時，在連續(xù)作業(yè)線上的兩邊設(shè)置上切式斜刃剪進行切邊。下切式斜刃剪:這種剪切機的上剪刃是固定的，由下剪刃上下運動進行剪切。由于它是下剪刃向上運動進行剪切，故不需要設(shè)置擺動輥道，一般多用于連續(xù)作業(yè)線上橫切帶材。這種剪刃機的剪刃通常上剪刃是傾斜的，下剪刃是水平的。但近來采用上剪刃是水平的，下剪刃是傾斜的愈來愈多，生產(chǎn)經(jīng)驗證明，這種型式能夠保證鋼板的剪切面相對帶材中心線及表面垂直度。其缺點是由于壓板要放在下面而造成結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。復(fù)合式斜刃剪:在連續(xù)式作業(yè)線上的尾部，為了將原來焊接起來的長帶材分成一定重量的卷材，設(shè)有復(fù)合式斜刃剪切機。這種剪中間有固定的雙

11、刃刀架，上下有活動刀架，也稱上下雙層斜刃剪切機。當(dāng)帶材通過固定雙刃刀架上部，帶材由一臺卷取機卷取。當(dāng)需要分卷時，上活動刀架下降切斷帶材，后面的帶材通過固定雙刃刀架下部，由另一臺卷取機卷取。（3）圓盤式剪切機這種剪切機的上下剪刃是圓盤狀的。剪切時，圓盤刀以相等于鋼板的運動速度做圓周運動，形成了一對無端點的剪刃。圓盤剪通常設(shè)置在板材或帶材的剪切線上，用來縱向剪切運動的板材或帶材。值得注意的還有塑性力學(xué)durkcer公設(shè)的提出者ducrker等力學(xué)家的工作。1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀技術(shù)工藝是衡量一個企業(yè)是否具有先進性，是否具備市場競爭力，是否能不斷領(lǐng)先于競爭者的重要指標(biāo)依據(jù)。隨著國內(nèi)液壓剪切機市場的迅

12、猛發(fā)展，與之相關(guān)的核心生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用與研發(fā)必將成為業(yè)內(nèi)企業(yè)關(guān)注的焦點。了解國內(nèi)外液壓剪切機生產(chǎn)核心技術(shù)的研發(fā)動向、工藝設(shè)備、技術(shù)應(yīng)用及趨勢，對于企業(yè)提升產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格，提高市場競爭力十分關(guān)鍵。丁時鋒等人1針對板料剪切生產(chǎn)線采用人工控制，定長過程耗時過多，鋼板長度尺寸不一致，同時剪切過程總是簡單的重復(fù)勞動，工人勞動強度大等問題，改為繼電器接觸器控制，但控制柜接線復(fù)雜，使用維護不便。為了解決剪切過程中的板料定長問題，減少加工工時，提高生產(chǎn)效率，同時為了提高生產(chǎn)的自動化程度，并保證生產(chǎn)的穩(wěn)定，對原系統(tǒng)進行了改造，設(shè)計了一種基于plc的板料液壓剪切機系統(tǒng)。該系統(tǒng)工作性能穩(wěn)定，完全解決了剪切過程中板料的定長

13、問題，提高了生產(chǎn)線的自動化程度，并切實提高了生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。在棒料剪切機液壓系統(tǒng)的研究方面，杜詩文等人2應(yīng)用液壓大系統(tǒng)建模方法建立了數(shù)學(xué)模型，構(gòu)建了仿真模型，對棒料高速剪切機液壓系統(tǒng)動態(tài)特性進行了建模與仿真研究。實踐表明：采用液氣聯(lián)合驅(qū)動、徑向夾緊的棒料高速剪切機，生產(chǎn)效率高，棒料剪切斷面質(zhì)量得到顯著提高。仿真結(jié)果表明：液壓系統(tǒng)具有良好的動態(tài)特性，液壓大系統(tǒng)建模方法與理論可廣泛應(yīng)用于液壓系統(tǒng)動態(tài)特性分析為了解決精軋生產(chǎn)線取料問題，梁春光等人3通過對剪切及剪應(yīng)力的分析，同時根據(jù)液壓剪的工作原理，進行了 hc520-3新型液壓剪主要幾何尺寸及其結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計。實驗結(jié)果證明：該液壓剪能快速剪切 2

14、0mm以下的鉻不銹鋼以及合金鋼等，不但保證了軋材的表面質(zhì)量，還保護了設(shè)備，且經(jīng)濟效益顯著。液壓剪切機構(gòu)的設(shè)計有兩種方案，一種是主剪切驅(qū)動缸安置在機架的一側(cè)，而且是只有一個主液壓缸。當(dāng)液壓缸產(chǎn)生向外的推力后，利用杠桿關(guān)系將推力進行放大，并轉(zhuǎn)換成向下的推力，然后推動上刀架向下運動進行剪切，美國的pco中板廠就是采用的這種剪切機構(gòu)。另一種是采用兩個主剪切驅(qū)動缸直接安裝在機架的頂部，推動上刀架兩端向下運動進行剪切。第二種剪切機構(gòu)是一種新型式，也是第一次采用。兩種方案都是可行的，但比較而言，采用第一種機構(gòu)，其液壓系統(tǒng)設(shè)計相對于第二種機構(gòu)要小得多，而且單一的主缸產(chǎn)生推力比起第二種方案需兩缸同步產(chǎn)生的推力來

15、講，控制要簡單得多，需用的液壓油量也相對較少，僅液壓系統(tǒng)就能省下不少的投資；另外，由于主缸放置在機架的側(cè)面，避免了向上熱氣流的直接烘烤，對主驅(qū)動缸的保護有一定的好處4。第二章 總體設(shè)計計算2.1現(xiàn)有剪切機結(jié)構(gòu)原理及存在問題通過生產(chǎn)實踐和科學(xué)實驗證實:剪切過程是由壓入變形和剪切滑移兩個階段組成，剪切過程的實質(zhì)是金屬塑性變形的過程。如圖1.1所示，當(dāng)上剪刃下移與鋼板接觸后，剪刃便開始壓入鋼板，由于p力在開始階段比較小，在鋼板剪切斷面上產(chǎn)生的剪切力小于鋼板本身的抗剪能力，因此鋼板只能發(fā)生局部塑性變形，故這一階段稱為壓入變形階段。隨著上剪刃下移量增加，鋼板壓入變形增大，力p也不斷增加。當(dāng)剪刃壓入到一定

16、深度，即力p增加到一定值時，鋼板的局部壓入變形阻力與剪切斷面的剪切力達到相等，剪切過程處于由壓入變形階斷過渡。到剪切滑移階段的臨界狀態(tài)。當(dāng)剪切力大于鋼板本身的抗剪能力時，鋼板沿著剪切面產(chǎn)生相對滑移，開始了真正的剪切，這一階段被稱為剪切滑移階段。在剪切滑移階段，由于剪切斷面不斷變小，剪切應(yīng)力也不斷變小，直至鋼板的整個斷面被剪斷為止，完成一個剪切過程。下面分析一下剪切過程中作用力的變化。為了便于分析，應(yīng)該忽略剪刃與鋼板之間的摩擦力、剪刃的間隙、鋼板的重量以及其它因素。由圖2-1看出，當(dāng)剪刃壓入鋼板后，上下剪刃對鋼板的壓力p形成一力偶pa, 此力矩使鋼板轉(zhuǎn)動，但在鋼板轉(zhuǎn)動過程中，將遇到剪刃側(cè)面的阻擋

17、，即剪刃側(cè)面給鋼板以側(cè)推力t，則上下剪刃的側(cè)推力又構(gòu)成另一力偶tc，力圖阻止鋼板轉(zhuǎn)動。隨著刀片的逐漸壓入，鋼板轉(zhuǎn)動角度不斷增大，當(dāng)轉(zhuǎn)過一個角度y后便停止轉(zhuǎn)動，此時兩個力矩平衡，即圖2-1剪切原理圖pa=tc （1-1）假設(shè)在壓入變形階段，沿面積x和0.5z(這里取鋼板寬度為1)上的單位壓力均勻分布且相等，則 （1-2） （1-3）式中：z剪刃壓入鋼板的深度。由圖2-1中的幾何關(guān)系，得 （1-4） （1-5）將式(1-3)、(1-4)、(1-5)代入式(1-1)中可得，剪切時，鋼板的轉(zhuǎn)角與剪刃壓入深度z的關(guān)系 （1-6）由式(1-6)知，剪刃的壓入深度z越大，鋼板轉(zhuǎn)角了也越大，這會導(dǎo)致鋼板剪切質(zhì)

18、量下降。并且鋼板被剪斷后，翹起的鋼板端部會對設(shè)備產(chǎn)生沖擊。由式(1-3)知，當(dāng)鋼板轉(zhuǎn)角了增大時，側(cè)推力t隨之增大。這樣，不僅使剪刃臺與機架的滑道磨損加劇，而且當(dāng)上下剪刃臺的剛性較差時，還會改變剪刃的間隙，以致造成剪切困難。因此了角的增大對設(shè)備是很不利的。為了克服鋼板在剪切過程中轉(zhuǎn)動帶來的缺點，一般剪切機都設(shè)置了專門的壓板裝置，其作用是給鋼板一個壓力q，把鋼板緊緊壓在下剪刃臺上，從而達到克服鋼板轉(zhuǎn)動的目的。在剪刃的壓入變形階段，鋼板作用在剪刃的力為 （1-7）由式（1-6）可得 ，則 （1-8）設(shè)，則式（1-8）可改寫為 （1-9）式中: p單位面積上的壓力(n/mm2);b鋼板的寬度(mm);

19、h鋼板的厚度(mm);相對切入深度(%)。由上式可知，若認(rèn)為剪刃壓入階段的單位壓力p為常數(shù)，則總壓力p隨z值增加，即按一個拋物線增大，直到鋼板開始沿整個剪切斷面產(chǎn)生滑移時，p力達到最大值pmxa。在剪切滑移階段，剪切力p按下式計算: （1-10）式中被剪切鋼板單位面積上的剪切抗力(n/mm2)。從上述分析可得出，剪切過程中作用力及其變化規(guī)律:剪切力隨著z的增加而變化，當(dāng)剪切力p為最大值后，鋼板開始產(chǎn)生滑移。剪切力p的值是同單位剪切抗力丁有關(guān)。單位剪切抗力丁并非常數(shù)，其數(shù)值大小和鋼板材質(zhì)、剪切溫度、剪切速度、剪刃形狀、剪刃間隙及相對切入深度等因素有關(guān)。單位剪切抗力t的確定有實驗曲線法和理論計算法

20、兩種。以下對影響單位剪切抗力公的因素進行定性的描述:金屬性質(zhì):金屬材料的強度極限越高，則單位剪切抗力越大;塑性越低，對應(yīng)于。剪斷時的相對切入深度越小，即金屬斷的越早。因此單位剪切抗力與金屬的強度和塑性有關(guān)。剪切溫度:鋼板剪切時的溫度越高，單位剪切抗力越小，對應(yīng)于剪斷時相對切入深度則越大。變形速度:熱剪時，理論上變形速度與剪切速度成正比關(guān)系，單位剪切抗力隨變形速度增加而增加;冷剪時，剪切速度對單位剪切抗力的影響很小，一般可不加以考慮。剪刃側(cè)向間隙:剪刃側(cè)向間隙的大小，可以使剪切時的受力狀況發(fā)生變化。當(dāng)側(cè)向間隙由零逐漸增大時，鋼板的受力狀況分別為壓縮剪切彎曲狀態(tài)，側(cè)向間隙過小或過大都會使單位剪切抗

21、力增加。因此，合理選擇和保持剪刃側(cè)向間隙的大小，對于正確使用剪切機是十分重要得。刀鈍半徑:刀鈍半徑的大小，直接影響單位剪切抗力的大小。刀鈍半徑越大，刀就越不“快”，剪切抗力就越大。但在壓入階段剪切力的計算中，不考慮刀鈍半徑的影響是允許得。剪切斷面的寬高比b/h：當(dāng)b/h小于1時，與b/h幾乎無關(guān)；當(dāng)b/h大于1時，值隨b/h的增大而迅速增大。除上述因素影響外，壓板、剪刃與鋼板的摩擦系數(shù)及剪刃的幾何形狀等因素，對單位剪切抗力也都有一定的影響，但這些因素相對來說影響很小，可以忽略不計。現(xiàn)有剪切機一般存在占地面積廣、噪音大、節(jié)拍固定、靈活性差等問題，尚需解決。2.2設(shè)計要求1結(jié)構(gòu)設(shè)計：在現(xiàn)有設(shè)備剪切

22、原理的基礎(chǔ)上，將電機、機械傳動轉(zhuǎn)化為液壓傳動，同時對相關(guān)的結(jié)構(gòu)、油缸大小進行設(shè)計計算。2設(shè)計液壓系統(tǒng)：根據(jù)所需剪切力、生產(chǎn)節(jié)拍優(yōu)化液壓系統(tǒng)，選擇液壓元件和電機等。3設(shè)計液壓閥塊。4. 要求生產(chǎn)節(jié)拍最快每分鐘30次。2.3液壓剪切機的總體設(shè)計液壓剪切機的設(shè)計主要包括機架、擺臂、進料及剪切系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)、靠板系統(tǒng)和油缸系統(tǒng)等六部分的設(shè)計。上述六部分結(jié)構(gòu)是液壓驅(qū)動式剪切機的主要組成部分，其結(jié)構(gòu)性能是影響剪切機能否達到設(shè)計要求的重要因素。每部分設(shè)計主要牽涉機構(gòu)關(guān)鍵部分受負(fù)載的分析狀況，必須考慮到機構(gòu)設(shè)計所要達到的要求這項重要因素。下面是剪切機的總體設(shè)計外形如圖2-2所示。1-機架;2-進料及剪切系統(tǒng);

23、3-擺臂;4-主軸系統(tǒng);5-靠板系統(tǒng);6-油缸系統(tǒng)圖2-2 剪切機外形圖2.4 液壓剪切機的主要參數(shù)計算2.4.1剪切力的計算斜刃剪板機的剪切力由三個部分組成:p=p1+p2+p3 (2-4)p1純剪切力;p2鋼板被剪掉部分的彎曲力，即被剪掉部分在剪切時對上刀片沿著鋼板折邊線作用產(chǎn)生的彎曲力;p3鋼板在剪切區(qū)域內(nèi)的彎曲力，在此區(qū)域內(nèi)由于上刀片的壓力使金屬形成局布變形彎曲。經(jīng)理論分析、計算后，純剪切力用下式表達，斜刃剪總剪切力p由下是確定：p=p1（1 + z + ） =0.6b1 + z + 式中的第二項為分力p2,第三項為分力p3。式中系數(shù)z-系數(shù)，實驗研究表明，此系數(shù)與鋼板被剪掉部分的寬度

24、d、鋼板材料的延伸率以及刀片傾角等因素有關(guān)，即z=f()=f(),其變化規(guī)律如下圖所示，系數(shù)的最大值為0.95；y-刀片相對側(cè)隙，即為刀片側(cè)隙與鋼板厚度h的比值，y=/h,當(dāng)h5毫米時取0.07h；h=10-25毫米時，取=0.5毫米。x-壓板相對距離，即為壓板中心離下刀片側(cè)邊緣c，與鋼板厚度h的比值，即：x=c/h。考慮到壓板的作用，初步計算可取x=10。 圖2-3系數(shù)z與函數(shù)的關(guān)系 圖2-4壓板與刀片間的位置關(guān)系彈簧鋼的材料性能參數(shù)如下:表2-1鋼號60si2mn屈服強度/mpa1200抗拉強度/mpa1300延伸率5%斷面收縮率25%狀態(tài)熱軋hb（不大于）321選取剪切傾斜角=5.度，則

25、=dtan/h, 其中d=100, h=25, 代入數(shù)據(jù)得=7。根據(jù)z-曲線可以取z=0.9，初步選定計算剪切力所需的參數(shù)：=5.度，z=0.9，=5%，b=1200mpa，h=25mm，y=/h=0.02，x=c/h=10代入剪切力計算公式得p=1.2106n2.4.2剪刃長度的確定剪刃尺寸包括剪刃長度、高度和寬度。這些尺寸主要根據(jù)所剪軋件的最大截面尺寸來選定。剪刃長度可按下述經(jīng)驗公式確定。對剪切小方坯的剪切機，考慮經(jīng)常同時剪切幾根軋件，取剪刃長度l為被軋件寬度的34倍，即l=(34)bmax （mm）式中bmax 被軋件最大寬度，mm。對于剪切大、中型方坯的剪切機，剪刃長度ll=(22.5

26、) bmax （mm）對剪切板坯的剪切機，取剪刃長度l= bmax +(100300) (mm)剪刃高度和寬度，可按下式確定h=（0.651.5）hmax （mm）b= h（2.53） （mm）式中 h剪刃斷面高度，mm； hmax被軋件最大高度，mm；由以上可知，本課題中設(shè)計的剪切機主要用于板坯，故剪刃長度l=bmax+（100-300）mm，而b=100mm，取l=300mm剪刃高度h=1.2hmax=1.225=30mm剪刃寬度b= h /2.5=1.2mm2.4.3剪切次數(shù)的確定根據(jù)生產(chǎn)要求，剪切機所要求達到的剪切次數(shù)確定為最快每分鐘30次。第三章 零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計計算3.1 擺臂的設(shè)計

27、計算及強度校核擺臂，作為剪切機的執(zhí)行結(jié)構(gòu)，一端與液壓缸的活塞桿通過螺栓連接，另一端裝有剪切刀。在擺臂的運動過程中主要受到液壓缸中活塞桿的推力作用和被剪鋼板的剪切反作用力，以及主軸對擺臂的支撐力。運動過程，實際上是以主軸的中心為矩的原點，液壓缸的推力形成動力矩而剪切力的反作用力形成阻力距，是動力矩克服阻力矩的關(guān)系。擺臂梁的設(shè)計遵守等強度梁的原則5。設(shè)計時為了節(jié)約材料，減輕自重，可改變截面尺寸，使抗彎截面系數(shù)隨彎矩而變化。在彎矩較大處采用較大截面，而在彎矩較小處采用較小截面。這種截面沿軸線變化的梁，稱為變截面梁。如變截面梁各橫截面面上的最大正應(yīng)力都相等，且都等于許用應(yīng)力，就是等強度梁。設(shè)梁在任一截

28、面上的彎矩為m(x),而截面的抗彎截面系數(shù)為w（x）。根據(jù)上述等強度梁的要求，應(yīng)有max= m(x) w（x）=或者寫成 w（x）= m(x) ，這是等強度梁的w（x）沿梁軸線變化的規(guī)律。下面是對擺臂受力情況的分析：剪切力p=1.2106n，阻力臂d1=330mm。設(shè)推力為f，動力臂d2=1560.6mm。由力矩平衡公式得 pd1=fd2，代入數(shù)據(jù)得 f=260kn。實際中，液壓缸提供的推力應(yīng)大于此值，安全因數(shù)n=1.2,，所以液壓提供的實際推力f=1.2f=312kn。然后得出主軸對擺臂的支撐力f1=p+ f=(1200+312)kn=1512kn由上述計算說明，根據(jù)等強度梁的原則，在設(shè)計擺

29、臂時應(yīng)在受彎矩較大處采用較大橫截面面積，而在受彎矩較小處采用較小橫截面積。因擺臂的中間截面處受到的彎矩作用最大，在此只分析一下中間截面尺寸的確定。經(jīng)查表，可以得到擺臂材料zg鑄鋼的許用應(yīng)力=175mpa，然后確定中間截面的抗彎截面矩系數(shù)w=m/，由公式w=bh2/6，確定該截面的寬度和高度。在相等橫截面面積的情況下，將橫截面做成高而薄的形狀會比做成矮而厚的形狀承受的抗彎強度更高，同時這樣設(shè)計的擺臂自然會滿足強度要求?？紤]到截面形狀的合理性和經(jīng)濟型，故擺臂的設(shè)計圖形如圖3-1所示： 圖3-1擺臂簡單示意圖擺臂的校核：擺臂的受力圖如圖3-2所示：圖3-2 擺臂受力圖擺臂的彎矩圖如圖3-3所示：32

30、2000knm圖3-3 擺臂的彎矩圖 由材料力學(xué)公式得 其中w為中間截面的抗彎截面系數(shù)，由公式w=bh2/6得擺臂所用材料為zg30mn，經(jīng)查表可以得到強度極限=300mpa，安全因數(shù)n=2.5，故。因此，擺臂的設(shè)計符合強度要求。3.2主軸系統(tǒng)設(shè)計3.2.1主軸設(shè)計計算軸的設(shè)計包括軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計和軸的計算。軸的計算包括軸的強度計算、軸的剛度計算。軸的設(shè)計原則是，在滿足結(jié)構(gòu)要求和強度、剛度要求的條件下，設(shè)計出尺寸小、重量輕、安全可靠，工藝上經(jīng)濟合理，又便于維護檢修的軸。在一般情況下，軸的工作能力決定于它的強度和剛度。在設(shè)計軸時，除應(yīng)按工作能力準(zhǔn)則進行設(shè)計計算或校核計算外，在結(jié)構(gòu)設(shè)計上還必須滿足其他

31、一系列的要求，例如：1）多數(shù)軸上零件不允許在軸上做軸向移動，需要用軸向固定的方法使它們在軸上有確定的位置；2）為傳遞轉(zhuǎn)矩，軸上零件還應(yīng)做周向篤定；3）對軸與其他零件間有相對滑動的表面應(yīng)有耐磨性的要求；4）軸的加工、熱處理、裝配、檢驗、維修等都應(yīng)有良好的工藝性。主軸的結(jié)構(gòu)圖如圖3-4所示：圖3-4 主軸結(jié)構(gòu)圖軸的受力圖如圖3-5所示：圖3-5 軸的受力圖主軸的彎矩圖如圖3-6所示： 326970knm圖3-6 主軸彎矩圖主軸的轉(zhuǎn)矩圖如圖3-7所示： 486907nm圖3-7 主軸轉(zhuǎn)矩圖主軸的校核：由主軸的彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖可知，在主軸的中截面處所收到的合彎矩值最大，故只需要校核此截面處的強度。中間截

32、面的合彎矩為：m= nm=5.86105 nm 主軸所用材料為45號鋼，經(jīng)查表可以查得其強度極限= 340mpa， 故 所以,主軸的強度符合要求。 3.2.2 軸承的選擇軸套在一些轉(zhuǎn)速較低，徑向載荷較高且間隙要求較高的地方（如凸輪軸）用來替代滾動軸承（其實軸套也算是一種滑動軸承），材料要求硬度低且耐磨，軸套內(nèi)孔經(jīng)研磨刮削，能達到較高配合精度，內(nèi)壁上一定要有潤滑油的油槽，軸套的潤滑非常重要，干磨的話，軸和軸套很快就會報廢，在本課題中推薦安裝時刮削軸套內(nèi)孔壁，這樣可以留下許多小凹坑，增強潤滑。3.3機架的設(shè)計機架的分類：按制造方法，機架可分為鑄造機架、焊接機架和螺栓聯(lián)接或鉚接機架。按機架材料可分為

33、金屬機架、非金屬機架。非金屬機架又可分為混凝土機架、花崗巖機架、塑料機架或其它材料的機架。鑄造機架常用材料為鑄鐵、鑄鋼和鑄鋁。小型設(shè)備的機架則有用銅制或塑料制造，其制造工藝設(shè)計可參考機械設(shè)計手冊。機架設(shè)計準(zhǔn)則：機架的設(shè)計主要保證剛度、強度及穩(wěn)定性。機架設(shè)計的一般要求：在滿足強度和剛度的前提下，機架的重量應(yīng)要求輕、成本低；抗振性好；噪聲?。粶囟葓龇植己侠恚瑹嶙冃螌鹊挠绊懶。唤Y(jié)構(gòu)設(shè)計合理，工藝性良好，便于鑄造、焊接和機械加工；結(jié)構(gòu)便于安裝、調(diào)整及修理。剪切機機架在整個機構(gòu)中支撐擺臂、主軸等整個工作平臺的重量，并將其傳遞到基地上，它的設(shè)計重點是滿足強度要求即可，保證在剪切機剪切過程中不會被壓潰即

34、可，不會發(fā)生過大變形，其具體參數(shù)見圖3-8。圖3-8 機架結(jié)構(gòu)圖剪切機機架材料的選用，主要是根據(jù)機架的使用要求。多數(shù)機架形狀較復(fù)雜，故一般采用鑄造。本課題中的剪切機結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，但對機架的強度和剛度要求較高，屬于受力較大的機架，所以機架的材料選取鑄造碳鋼。設(shè)計時，在機架受力較大的地方應(yīng)該注意通過加大鋼板厚度等方法增強機架的強度要求。鑄鋼件一般都要經(jīng)過熱處理。熱處理的目的是為了消除鑄造內(nèi)應(yīng)力和改善力學(xué)性能。鑄鋼機架的熱處理方法一般有正火加回火，退火、高 溫擴散退火和焊補后回火等。3.4靠板系統(tǒng)設(shè)計剪切機的靠板系統(tǒng)，是為了防止剪切機的上、下剪刃在剪切時因為軸向力的緣故而發(fā)生相對錯動，造成不能正確的

35、剪切工件。靠板系統(tǒng)的設(shè)計重點是在適當(dāng)?shù)奈恢蒙咸砑訆A緊裝置，靠板系統(tǒng)上設(shè)有夾緊裝置，能夠解決剪切時擺臂的軸向偏移等問題，從而上、下剪刃之間有適當(dāng)?shù)募羧袀?cè)隙，可以更好地剪切鋼件。根據(jù)剪切機的具體工作情況，靠板系統(tǒng)的裝配位置見裝配圖，其設(shè)計的某些參數(shù)見圖3-9：1-支板；2-靠板；3-六角螺母m20;4-調(diào)節(jié)軸；5-內(nèi)六角螺栓；6-內(nèi)六角螺栓m1240;7-內(nèi)六角螺栓m1220；8-襯板；9-陪襯板圖3-9 靠板系統(tǒng)3.5油缸系統(tǒng)設(shè)計液壓缸是液壓傳動的執(zhí)行元件，它和主機工作機構(gòu)有直接的聯(lián)系，對于不同的機種和機構(gòu)，液壓缸具有不同的用途和工作要求。液壓缸的主要尺寸包括液壓缸的內(nèi)徑d、缸的長度l、活塞桿直

36、徑d。主要根據(jù)液壓缸的負(fù)載、活塞運動速度和行程等因素來確定上述參數(shù)。圖3-10：單活塞桿液壓缸示意圖液壓缸工作壓力的確定液壓缸要承受的負(fù)載包括有效工作負(fù)載、摩擦阻力和慣性力等。液壓缸的工作壓力按負(fù)載確定。對于不同用途的液壓設(shè)備，由于工作條件不同，采用的壓力范圍也不同。設(shè)計時，液壓缸的工作壓力可按負(fù)載大小及液壓設(shè)備類型參考表3-1、表3-2來確定。表3-1 液壓缸的公稱壓力（單位：mpa,gb7938-87）0.631.01.62.54.06.310.016.025.031.540.0表3-2 各類液壓設(shè)備常用的工作壓力(單位：mpa)設(shè)備類型 一般機床 一般冶金設(shè)備農(nóng)業(yè)機械、小型工程機械液壓機

37、、重型機械、軋機壓下、起重運輸機械工作壓力(mpa)16.36.31610162032由以上可選定液壓缸的工作壓力p為20mpa。缸筒內(nèi)徑d。液壓缸的缸筒內(nèi)徑d是根據(jù)負(fù)載的大小來選定工作壓力或往返運動速度比，求得液壓缸的有效工作面積，從而得到缸筒內(nèi)徑d，再從gb234880標(biāo)準(zhǔn)中選取最近的標(biāo)準(zhǔn)值作為所設(shè)計的缸筒內(nèi)徑。無活塞桿側(cè)的缸筒內(nèi)徑d為： d=10-3 m=10-3 m=140.97 mm根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)gb/t2348-19936,選取液壓缸的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑d為140mm活塞桿外徑d。活塞桿外徑d通常先從滿足速度或速度比的要求來選擇，然后再校核其結(jié)構(gòu)強度和穩(wěn)定性?；钊麠U是傳遞力的重要零件，它承受拉

38、力、壓力、彎曲力和振動沖擊等多種作用力，必須有足夠的強度和剛度。取速比=2，則d=d=1400.7=98 mm根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)gb/t2348-1993，活塞桿的直徑應(yīng)選擇d=100 mm缸筒長度l的確定。缸筒長度l由最大工作行程加上各種結(jié)構(gòu)需要來確定，即：l=i+b+a+m+c式中 i為活塞的最大工作行程；b為活塞寬度，一般為（0.6-1）d；a為活塞桿導(dǎo)向長度；m為活塞桿密封長度，由密封方式確定；c為其他長度?；钊麠U的最大行程i為剪切過程擺臂轉(zhuǎn)過的角度與擺臂長度的乘積，即：i=1560.6 mm=327 mm，活塞寬度b=140m。一般導(dǎo)向套滑動面的長度a，在d80mm時取a=(0.6-1.0

39、)d,在d80mm時取a=(0.6-1.0)d；活塞的寬度b則取b= (0.6-1.0)d。故選取a=d=100 mm經(jīng)查表，根據(jù)具體情況最后確定剛筒長度l=740 mm缸筒壁厚的確定。缸筒壁厚為=0+c1+c2 ，根據(jù)剪切機的實際工作情況，確定缸筒壁厚=25mm缸筒壁厚的校核。一般按薄壁缸筒計算公式計算：0=13 mm其中p=540/5=108， 所以缸筒的壁厚符合強度要求?；钊麠U的強度校核活塞桿在穩(wěn)定情況下，如果只受推力或拉力，可以近似的用直桿承受拉壓載荷的簡單強度計算公式進行： 式中： f 活塞桿的推力 n d 活塞桿直徑 m 材料的許用應(yīng)力 mpa 活塞桿用45號鋼 代入數(shù)據(jù)：=39.

40、74mpa=136 mpa因此，活塞桿的強度滿足要求。3.6 進料及剪切系統(tǒng)設(shè)計剪切機的進料及剪切系統(tǒng)，主要是指被剪件的輸送以及剪切時工件的夾緊和刀具的安裝機構(gòu)。其主要設(shè)計結(jié)構(gòu)如下圖所示：1-三角支板；2-進料曲座板；3-螺栓m2080;4-頂板；5-滑柱螺栓；6-螺母m20；7-剪刃；8-沉頭螺釘m1650；9-內(nèi)六角螺栓m2080；10-固刀調(diào)整板；11-螺栓m1225；12-壓板；13-靠板；14-下靠板圖3-11 進料機架密切系統(tǒng) 剪切機在剪切鋼板時，由于剪切力在水平方向上存在一個分力，會對鋼板產(chǎn)生一個向左的推力，這樣會造成鋼板移動而不能更好地剪切。因此需要依靠螺栓3的作用將鋼板加緊。

41、此外，該機構(gòu)可以通過調(diào)節(jié)頂板4的位置用來剪切不同寬度的鋼板。3.7液壓系統(tǒng)設(shè)計液壓系統(tǒng)的基本組成 1）能源裝置液壓泵。它將動力部分（電動機或其它遠(yuǎn)動機）所輸出的機械能轉(zhuǎn)換成液壓能，給系統(tǒng)提供壓力油液。2）執(zhí)行裝置液壓機（液壓缸、液壓馬達）。通過它將液壓能轉(zhuǎn)換成機械能，推動負(fù)載做功。3）控制裝置液壓閥。通過它們的控制和調(diào)節(jié)，使液流的壓力、流速和方向得以改變，從而改變執(zhí)行元件的力（或力矩）、速度和方向，根據(jù)控制功能的不同，液壓閥可分為村力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。壓力控制閥又分為益流閥(安全閥)、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等；流量控制閥包括節(jié)流閥、調(diào)整閥、分流集流閥等；方向控制閥包括單向閥、

42、液控單向閥、梭閥、換向閥等。根據(jù)控制方式不同，液壓閥可分為開關(guān)式控制閥、定值控制閥和比例控制閥。4）輔助裝置油箱、管路、蓄能器、濾油器、管接頭、壓力表開關(guān)等.通過這些元件把系統(tǒng)聯(lián)接起來，以實現(xiàn)各種工作循環(huán)。5）工作介質(zhì)液壓油。絕大多數(shù)液壓油采用礦物油，系統(tǒng)用它來傳遞能量或信息。采用液壓系統(tǒng)有以下特點：在同等的體積下，液壓裝置能比其他裝置產(chǎn)生更多的動力，在同等的功率下，液壓裝置的體積小，重量輕，功率密度大，結(jié)構(gòu)緊湊，液壓馬達的體積和重量只有同等功率電機的12%。液壓裝置工作比較平穩(wěn)，由于重量輕，慣性小，反應(yīng)快，液壓裝置易于實現(xiàn)快速啟動，制動和頻繁的換向。液壓裝置可在大范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速，（調(diào)速范

43、圍可達到2000），還可以在運行的過程中實現(xiàn)調(diào)速。液壓傳動易于實現(xiàn)自動化，他對液體壓力，流量和流動方向易于進行調(diào)解或控制。液壓裝置易于實現(xiàn)過載保護。液壓元件以實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，系列化，通用化，壓也系統(tǒng)的設(shè)計制造和使用都比較方便。3.7.1液壓系統(tǒng)設(shè)計要求及工況分析（1）設(shè)計要求本機主要用于剪切鋼板，用來生產(chǎn)汽車鋼板彈簧的。剪切機在剪切鋼板時液壓缸通過做弧形擺動提供推力。主機運動對液壓系統(tǒng)運動的要求：剪切機在剪切鋼板時要求液壓裝置能夠?qū)崿F(xiàn)無級調(diào)速，而且能夠保證剪切運動的平穩(wěn)性，并且效率要高，能夠?qū)崿F(xiàn)一定的自動化。(2)工況分析本剪切機是一種剪切性能好，專門用來剪切小型方坯，生產(chǎn)汽車鋼板彈簧的機構(gòu)，工

44、件裝配時可通過夾緊機構(gòu)來剪切不同寬度的鋼板。該機構(gòu)主要有兩部分組成：機械系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)。機械機構(gòu)主要起傳遞和支撐作用，液壓系統(tǒng)主要提供動力，它們兩者共同作用實現(xiàn)剪切機的功能。工作負(fù)載的情況推程過程：f1=312kn回程過程：f2=a2p106=(d2 d2)p106=150.72kn3.7.2液壓缸參數(shù)的初步確定1液壓缸的內(nèi)徑和活塞桿直徑在油缸系統(tǒng)設(shè)計中，根據(jù)計算出來的液壓缸所需提供的推力已經(jīng)計算出液壓缸的內(nèi)徑d=140mm，活塞桿的直徑d=100mm。由此求得液壓缸面積的實際有效面積為：2液壓缸的流量液壓缸的流量余缸徑和活塞的運動有關(guān)系，當(dāng)液壓缸的供油量q不變時，除去在行程開始和結(jié)束時有一加

45、速和減速階段外，活塞在行程的中間大多數(shù)時間保持恒定速度，液壓缸的流量可以計算如下： 式中： a 活塞有效工作面積 活塞的容積效率 采用彈形密封圈時=1，采用活塞環(huán)時 =0.98 為液壓缸的最大運動速度 m/s代入數(shù)據(jù)，得 qmax=150l/min qmin=75.4 l/min3活塞的運動速速單位時間內(nèi)壓力油液推動活塞移動的距離，為活塞的運動速度。運動速度可示為 v=q/a m/min當(dāng)活塞桿伸出時 v=0.327m/s當(dāng)活塞桿縮回時 v =0.1635 m/s4速比液壓缸活塞往復(fù)運動時的速度之比 2計算速比主要是為了確定活塞桿的直徑和要否設(shè)置緩沖裝置。速比不宜過大或過小，以免產(chǎn)生過大的背壓

46、或造成活塞桿太細(xì)，穩(wěn)定性不好。5 活塞的理論推力和拉力 活塞桿伸出時的理論推力為 f1=a1p106=312kn 活塞桿縮回時的理論拉力為 =156kn3.7.3擬定液壓系統(tǒng)原理圖1系統(tǒng)工作壓力由設(shè)備類型、載荷大小、結(jié)構(gòu)要求和技術(shù)水平確定。工作壓力高，省材料，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，是現(xiàn)在液壓發(fā)展的方向，但要注意治漏、噪音控制和可靠性問題的妥善處理。由于本設(shè)備的剪切力大，而驅(qū)動上刀架的液壓缸布置在機架上，要求設(shè)備的結(jié)構(gòu)小，安裝和檢修要方便。應(yīng)以選擇高壓為主，但壓力太高，其治漏、檢修等問題又比較難處理。根據(jù)工廠的生產(chǎn)經(jīng)驗，在進行分析和考慮各種相關(guān)因素之后將系統(tǒng)壓力確定為20mpa。圖3-12 剪切機液

47、壓系統(tǒng)原理圖1變量液壓泵；2先導(dǎo)式溢流閥；3二位二通電磁換向閥；4、7壓力表及其開關(guān)； 5單向閥；6減壓閥；8二位四通電磁換向閥；9液控順序閥；10單向節(jié)流閥；11剪刀液壓缸；12蓄能器2液壓油路原理圖啟動升壓 電磁鐵3ya通電換向閥3（右移），其他都不動。 進油路：變量泵1單向閥5蓄能器。剪刀下降 電磁鐵1ya，2ya，3ya都得電。 進油路：變量泵1單向閥5換向閥8右位液壓缸11上腔。 回油路 ：液壓缸11下腔單向節(jié)流閥10液控順序閥9換向閥8右位油箱。剪刀上升 電磁鐵1ya，3ya得電。 進油路：變量泵1換向閥8左位液控順序閥9單向節(jié)流閥液壓缸11下腔。 回油路：液壓缸11上腔換向閥8左

48、位油箱。系統(tǒng)卸荷 電磁鐵全部失電。 由于液控單向閥9的作用，液壓缸11停在原位不動。 卸荷油路：變量泵1單向閥5先導(dǎo)式溢流閥2油箱。3.7.4選擇液壓元件1確定液壓泵規(guī)格和驅(qū)動電動機功率由前面工況分析，由最大壓制力和液壓主機類型，初定上液壓泵的工作壓力取為20mpa，考慮到進出油路上閥和管道的壓力損失為（含回油路上的壓力損失折算到進油腔），則液壓泵的最高工作壓力為上述計算所得的是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過渡階段出現(xiàn)的動態(tài)壓力往往超過靜態(tài)壓力，另外考慮到一定壓力貯備量，并確保泵的壽命，其正常工作壓力為泵的額定壓力的80%左右因此選泵的額定壓力應(yīng)滿足：液壓泵的最大流量應(yīng)為：式中液壓泵

49、的最大流量同時動作的各執(zhí)行所需流量之和的最大值，如果這時的溢流閥正進行工作，尚須加溢流閥的最小溢流量。系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取，現(xiàn)取。由于液壓系統(tǒng)的工作壓力高，負(fù)載壓力大，功率大。大流量。所以選軸向柱塞變量泵。柱塞變量泵適用于負(fù)載大、功率大的機械設(shè)備（如龍門刨床、拉床、液壓機），柱塞式變量泵有以下的特點：1） 工作壓力高。因為柱塞與缸孔加工容易，尺寸精度及表面質(zhì)量可以達到很高的要求，油液泄漏小，容積效率高，能達到的工作壓力，一般是（），最高可以達到。2） 流量范圍較大。因為只要適當(dāng)加大柱塞直徑或增加柱塞數(shù)目，流量變增大。3） 改變柱塞的行程就能改變流量，容易制成各種變量型。4） 柱塞油泵主要零件均

50、受壓，使材料強度得到充分利用，壽命長，單位功率重量小。但柱塞式變量泵的結(jié)構(gòu)復(fù)雜。材料及加工精度要求高，加工量大，價格昂貴。根據(jù)以上算得的和在查閱相關(guān)手冊機械設(shè)計手冊成大先p17-174得：現(xiàn)選用xby-f75，排量75ml/r，額定壓力28mpa，額定轉(zhuǎn)速1500r/min，驅(qū)動功率58kw，容積效率，重量70kg，容積效率達93%。由前面得知，本液壓系統(tǒng)最大功率出現(xiàn)在工作缸壓制階段，這時液壓泵的供油壓力值為28mpa，流量為已選定泵的流量值。液壓泵的總效率。柱塞泵為，取0.82。 選用1000r/min的電動機，則驅(qū)動電機功率為：故選用電機yh28um-4，其額定功率為90kw。2控制閥的選用液壓系統(tǒng)應(yīng)盡可能多的由標(biāo)準(zhǔn)液壓控制元件組成，液壓控制元件的主要選擇依據(jù)是閥所在的油路的最大工作壓力和通過該閥的最大實際流量，