机械毕业设计（论文）大方坯结晶器振动机构设计【全套图纸】.doc

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1、内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（毕业论文）题 目：大方坯结晶器振动机构设计学生姓名：学 号：0604103532专 业：机械设计制造及其自动化班 级：机2006-5班指导教师： 结晶器振动机构设计摘 要 随着连铸技术的迅猛发展，人们对结晶器的人研究日益深入，形成了一整套结晶器控制技术和专家系统。结晶器被成为连铸机的“机头”，其重要性被喻为连铸机的“心脏”。 它的性能对于提高连铸生产率,维持连铸过程正常生产,以及保证铸坯质量都起着至关重要的作用。一个良好的结晶器振动装置是至关重要的，它保证浇铸过程中铸坯不与结晶器粘接，并获得良好的铸坯表面质量，良好的振动装置不应使铸坯承受水平力和弯矩，只产生

2、轴向的拉力或压力。结晶器振动装置上下运动的目的之一是防止初生坯壳与结晶器粘接，但更主要的目的是使拉裂的坯壳愈合，防止漏钢。而本设计论述的是四偏心连杆振动形式的运动形式、振幅、偏心距的设计及校核。因此结晶器的设计（尤其是其振动机构的设计）、制造、操作工艺和热工作状态对这一动态过程的控制有十分重要的影响，它对连铸机的产量、连铸坯的质量和生产的安全性有决定的作用。关键词：连铸 结晶器 振动装置 四偏心振动机构全套图纸三维，加153893706Mould oscillation mechanism designAbstractWith the rapid development of continuo

3、us casting technology，people who study for mould further formed a set of mold control technology andExpert System. Mould is a continuous casting machine of the nose,its importance is the birthplace of the caster heart.It is to improve the performance of continuous casting process, maintaining produc

4、tivity, and ensure the normal production of billet quality plays a vital role. A good system is crucial, it guarantees casting process with mould casting, and obtain good adhesive of slab surface quality. Crystal Vibrator up and down movement of one of the aims is to prevent the initial solidificati

5、on shell and mold bonding, but the more important purpose is to heal the crack of the billet shell to prevent the breakout. Discussion of this design is the four-movement form of eccentric rod form of vibration, amplitude, eccentricity of design and checking. Therefore, the design of the mold (espec

6、ially the vibration of the organization design), manufacturing, operating processes and working status of the dynamic thermal control of the process have an important impact, its output of continuous casting machine, billet quality and production safety have a decisive role.Key words: Casting Mould

7、Vibrating device Four eccentric vibration目 录结晶器振动机构设计I摘 要IMould oscillation mechanism designIIAbstractII第一章 绪论41.1 铸钢生产及分类41.2 从振动形式看结晶器技术的发展5第二章 结晶器振动装置概述72.1 结晶器振动装置的作用及振动方式72.2 结晶器振动机构形式8第三章 结晶器正弦振动基本参数的确定103.1 正弦振动规律及振动参数103.2 正弦振动工艺参数的确定123.3 正弦振动的振幅和频率与保护渣之间的关系18第四章 结晶器振动系统分析204.1 结晶器的振动作用及其过程

8、204.2 结晶器四偏心振动机构原理214.3 相关参数22第五章 结晶器参数计算235.1 传动功率计算及传动比的分配235.1.1 传动功率计算235.2 电动机的选择255.3 联轴器的选用265.3.1 联轴器类型的选择265.3.2 联轴器的选用计算27第六章 结晶器四偏心振动机构偏心轴的设计286.1 偏心轴的设计计算286.1.1 求输入轴上的功率 转速 和转矩286.1.2 求作用在轴上的力286.1.3 确定轴的最小直径296.2 轴的结构设计306.3 轴上零件的周向定位316.4 求轴上的载荷326.5 按弯扭合成应力校核该轴的强度336.6 精确校核轴的疲劳强度34第七

9、章 板簧的设计387.1 板簧的材料选择387.2 板簧的结构设计387.3 连杆的网格划分397.4 边界约束和结果分析40第八章 结晶器连杆的分析428.1 连杆的有限元分析428.2 对连杆进行有限元网格划分43第九章 结晶器润滑及按装使用中注意的问题469.1 结晶器振动机构的润化469.2 更换弹簧板的步骤469.3 振动台水平度测量方法479.4 安装使用中注意的问题47附录:49附录1：板簧Ansys分析部分节点受力情况49附录2：装配体部分装配步骤与零件清单(节选)50附录3：部分装配体图片52参考文献:53致谢54第一章 绪论1.1 铸钢生产及分类 钢的生产过程主要分为炼钢和

10、铸钢两大环节。炼钢的任务是将有关原料通过炼钢炉，炼成质量合格的钢液，铸钢的任务是将成份合格的钢液铸成适合于轧制和锻压加工所需要的一定形状的钢块（连铸坯或钢锭）。铸坯作业是衔接炼钢和轧钢之间的一项特殊作业，其特殊性表现为它是把钢液变为固体的凝固过程。当钢液凝固后，在以后的轧钢过程中，就不能对质量有本质上的改进了。因此铸钢作业对产品质量和成本有重大影响，必须特别重视。 铸钢生产可以分为钢锭模浇铸（以下简称模铸）和连续铸钢（以下简称连铸）两大类。模铸是将钢液注入铸铁制作的钢锭模内，冷却凝固成钢锭的工艺过程。连铸的出现从更本上改变了一个世纪以来占统治地位的钢锭初轧工艺，由于它所具有的一系列的优越性。使

11、得它自20世纪年代大规模应用于工业生产以来得到了迅猛的发展。目前世界主要产钢大国如日本、欧美等的连铸坯产量已超过铸钢总产量的90%以上，连铸也成为主要的铸钢生产方法。连续铸钢是一项把钢水直接浇铸成形的节能新工艺，它具有节省工序、缩短流程，提高金属收得率，降低能量消耗，生产过程机械化和自动化程度高，钢种扩大，产品质量高等许多传统模铸技术不可比拟的优点。就世界范围而言，连比已经提高到一个较高的水平，新的连铸装备的投入步伐将有所减缓，随之而来的是各类旧有连铸机的更新换代。不管是新建的还是被改造的连铸机都会朝着高效化发展，提高无缺陷坯的比率，扩大连铸钢品种，推进纯净钢的同时防止二次氧化，提高连铸机的装

12、机水平，提高作业率，合理提高拉速，做好炉机匹配等以高效化生产的中心的工艺、设备、操作技术将是连铸技术发展的必然。1.2 从振动形式看结晶器技术的发展结晶器是连铸机的心脏部件。最初的连铸机结晶器是静止的，在拉坯过程中坯壳极易与结晶器壁发生粘结，从而出现“拉不动”或拉漏事故。因此，静止、不振动的结晶器限制了连铸生产的工业化。直到德国人SiegfliedJunghans开发了结晶器振动装置，并成功地应用于黄铜和钢的方坯连铸机上，连铸生产才得到很大的发展。从结晶器技术的发展来看，结晶器振动经历了矩形速度方式、梯形速度方式到目前应用最多的正弦振动方式以及近几年更先进的非正弦振动方式。矩形速度规律的主要特

13、点是结晶器在下降时与铸坯做同步运动，然后以3倍的拉坯速度上升。生产实践表明，这种振动方式对铸坯的脱模是有效的，因而早期得到应用。主要问题：实现运动规律的凸轮加工制造比较麻烦，要保证振动机构和拉坯机构之间须实行严格的电气连锁等，因而也不便于采用高频率振动。梯形速度规律的主要特点是：结晶器在向下运动的过程中有较长一段时间，其速度稍大于拉坯速度，即所谓“负滑动运动”。从而在坯壳中产生压应力，使粘结的坯壳强迫脱模等，实践表明，这种梯形速度是一种较好振动规律，因此沿用了多年，后来才被正弦振动规律取代。正弦速度规律：选择这种正弦速度规律的基本出发点：打破结晶器和铸坯之间要有一定的速度关系的框框，着重发挥它

14、的脱模作用，并用偏心轮取代凸轮。正弦速度规律的主要特点是：(1).结晶器和铸坯之间没有同步运动阶段，但仍然有一小段负滑动，有利于脱模；(2).是正弦曲线，所以加速度是余弦曲线，结晶器振动平稳；(3).加速度较小，可以采用较高频率振动，提高脱模作用；(4).正弦振动用偏心机构来实现，比用凸轮优越，且易采用高频率振动。非正弦速度规律的主要特点是：负滑动时间短，有利于减轻铸坯表面痕深度；正滑动时间较长，可增加保护渣的消耗量，有利于结晶器的润滑；结晶器向上的运动速度与铸坯运动速度差较小，可减小结晶器施加给铸坯向上作用的摩擦力，即可减小坯壳中的拉应力，减少拉裂。非正弦速度规律实现有液压和机械两种方式。国

15、外采用液压伺服系统，允许在浇注期间对振动波形、频率、振幅进行调整，但系统复杂，投资昂贵。国内，李宪奎教授开发了机械驱实现非正弦速度规律机构，并获得专利。相对于国外，其结构简单，便于加工，成本低，特别适用于原有连铸机改造，有广阔的推广前景。总之，结晶器振动技术是连铸的一个基本特征，基于不同的理论，结晶器振动技术也经历了复杂的过程，早期主要有凸轮实现非正弦振动，由于波形单一，在线不能调节，未能实现振动波形的优化；由于采用偏心机构使机械动作更加简便，故结晶器正弦振动得到了发展，并不断的对其振动参数进行优化，实现高频振动一改善铸坯表面质量；目前开发的液压振动，波形选择范围宽并且调节容易，振动机构具有很

16、高的稳定性，对于改善结晶器内的润滑效果，降低摩擦阻力以及初始凝壳的顺利形成创造了最合适的条件，可以实现连铸振动过程的最优化1。对于改善铸坯表面质量，提高拉坯速度，液压振动技术将以其突出的优越性在连铸生产中得到广泛的应用。当然，无论哪种方式，结晶器的振动对于润滑的影响，尚需进一步深入研究，以得到令人满意的使用模型。第二章 结晶器振动装置概述2.1 结晶器振动装置的作用及振动方式 是使结晶器振动的目的是防止初次凝定时，坯壳与结晶器壁发生粘接而被拉破。下图2-1表示在不振动的结晶器内坯壳被拉破的过程。为了解决这一问题，在结晶器装置中采用了振动。在结晶器上下振动时，按振动曲线周期性地改变钢液面与结晶器

17、壁的相对位置，不仅便于脱坯，而且通过保护渣在结晶器壁的渗透，可改善其润滑状况。减少拉坯时阻力和粘接的可能性，从而有利于提高铸坯表面质量。此外，采用低振幅，高频率的振动。能减少振痕深度，可有效地防止横向裂纹产生。因此，结晶器振动是连铸机的一个关键装置。 结晶器的振动方式分为三种：同步振动、负滑动振动、正弦式振动2。正弦振动的特点,是它的运动速度按正弦规律变化的。这是近来普遍采用的振动方式它有如下特点：（1）在运动过程中没有稳定的速度阶段，但仍有一段负滑脱阶段，因而，具有脱模的作用。（2）由于速度按正弦波变化的，其加速度必然按余弦波变化，所以过点比较缓慢，没有很大的冲击。（3）由于加速度较小，可以

18、提高振动频率，减少铸坯上的振痕深度。（4）正弦式振动可以用曲柄摇杆式机构来实现，它比凸轮机构易于加工，易于维修。（5）既然结晶器和铸坯之间没有严格的速度关系，就没有必要使用速度联锁系统，从而简化了驱动装置。图2-1坯壳被拉断的过程为了更好的解决这一问题，在结晶器装置中。采用使结晶器振动的形式。从而使结晶器上下振动。在振动过程中，振动曲线周期性的改变钢液面与结晶器壁相对位置。2.2 结晶器振动机构形式 振动机构有短臂四连杆式、四偏心轮式、连杆式、悬挂振动台四偏心轮振动式、摆杆振动式和四杠杆振动式等多种方式。不同振动装置性能比较见表。图1为各种结晶器振动装置的结构示意图。应用最为广泛的是短臂四连杆

19、振动装置，其结构简单，仿弧精度高，主要由电机、减速器、偏心轴、四连杆振动臂及振动台等组成。四偏心轮式结晶器振动装置是一种较新的振动机构，其传动系统由电机驱动，通过万向联轴器一蜗轮减速机一万向联轴器一偏心轴一偏心轮实现振动运动，其主要优点为振动力由4点传入结晶器，传力均匀，在高频振动时运转平稳，但结构比较复杂，主要用于板坯连铸机上。表1各种结晶器振动装置性较型式运动精度振动频率运动方式适用机型四轮偏心式良好中高频率回转弧形、立弯形连杆式良好中频率摆动立弯形短臂四连杆式良好中高频率摆动弧形、立弯形悬挂振动台四偏心轮良好中高频率回转弧形、立弯形摆杆振动式近似直线中高频率摆动立弯形四杠杆振动式一般中频

20、率摆动弧形、立弯形 图2-2各种结晶器振动机构示意图a四偏心轮式；b连杆式；c短臂四连杆式；d悬挂振动台四偏心轮式；e摆杆振动式；f四杠杆振动式第三章 结晶器正弦振动基本参数的确定3.1 正弦振动规律及振动参数1959年正弦波振动首先在俄罗斯Novo Lipetsk 厂的两台板坯连铸机上被采用，随后正弦振动很快在全世界范围内得到广泛应用。 正弦振动规律是指结晶器振动的速度规律为正弦曲线，如图所示：图3-1正弦振动速度曲线结晶器从最高位置开始向下运动所经历的时间；结晶器向下运动的速度开始大于拉坯速度所持续的时间；结晶器振动最大速度；拉坯速度；结晶器振动的正弦速度曲线的数学 表达式为3： （3-1

21、）式中结晶器运动的速度， m/min;h振动冲程（两倍于振幅），mm;(1) 正弦振动的基本参数由式（3-1）可见结晶器振动的速度完全取决于振幅（h/2）和频率f，所以振幅和频率是决定结晶器正弦振动的运动参数或称基本参数。(2)正弦振动的工艺参数参看图，当结晶器向下运动的速度大于拉坯速度时，结晶器里的坯壳受到压缩，这种情况称之为负滑动。目前描述的负滑动参数较多，对于同一振幅、频率和拉坯速度的情况下，这些参数给出了不同的数值。 但他们独立的参数只有两个：滑动频率NS和负滑动时间t因为负滑动参数直接关系到铸坯脱模和铸坯质量，所以参数NS和间t被称为工艺参数。(3)负滑动率NS正弦振动的负滑动率用下

22、式表示3： （3-2）式中 Ns： 负滑动率，%； Vc： 拉坯速度，m/min; : 结晶器振动振动的平均速度 ，m/min。结晶器的平均振动速度可按面积平均法求得,参看图。 （3-3）式中 ： 结晶器最大振动速度，m/min. 将（3-3）代入（3-2），得 (3-4)由图 可知，当= 时结晶器中的坯壳处于受拉和压的临界状态此时的负滑动率NS=36.34%。此值为负滑动率的极限值。当时，即NS36.34%时，结晶器对坯壳不产生负滑动；NS36.34%时产生负滑动。(3) 负滑动时间 参看图，结晶器从最高位置向下运动，当经历时间时，结晶器向下运动的速度开始大于拉坯速度，这种状态持续的时间为负

23、滑动时间。 当时，由式 （3-1）得： （3-5）设 （3-6）3.2 正弦振动工艺参数的确定随着连铸技术的发展，连铸工作者对结晶器的振动的认识也在不断的深入和发展：过去认为振动所起的有益作用是通过负滑动运动对拉裂坯壳的“愈合”基于这种认识，最优的结晶器形式被理解为：（1） 结晶器向下运动的时间要比向上运动的时间长一些；（2） 结晶器向下运动的速度应比拉坯速度高30%（负滑动率）；（3） 结晶器的负滑动时间，即愈合时间至少为0.3s。（4） 在上述思想的指导下使得三比一，时间比率的德梯形速度曲线得到广泛应用。（5） 在正弦曲线被采用的初期，愈合的概念再一次被接受，认为最有参数为：(1)负滑动N

24、s为35%左右；(2)负滑动时间比NSR（负滑动时间于半周期T/2之比）在55%80%之间。近年来由于连铸设备、炼钢及浇铸技术水平的提高，使铸坯从结晶器里顺利脱模也不再是连铸的主要矛盾了。而随着连铸坯的热装、热送和直接轧制技术的发展，对连铸坯表面质量的要求越来越严格，振动优化越来越着重于减小振痕深度方面。最近的研究成果表明，振痕深度实际上是由负滑动时间长短控制的，减小负滑动时间可以显著减小振痕深度。但负滑动时间也不能太短，以防止坯壳与结晶器发生粘结。 目前国外相关文献报道，大多数的负滑动时间取值范围在0.10.25s，认为对于不同钢种最佳负滑动时间在0.1s左右。 至于负滑动率NS，国内外相关

25、文献报道在NS值为+20%-240%范围内变化进行浇铸，结果对铸坯脱模及表面质量没有任何不利影响。可见对于负滑动率NS的取值范围很宽的，工艺参数确定主要是确定负滑动时间。 合理或最佳的工艺参数是通过基本参数的正确选择来实现的。也就是说正弦振动的基本参数振幅和频率的确定应以获得最佳工艺参数为前提，以便确保铸坯的顺利脱模及获得质量良好的铸坯。(1)负滑动时间曲线 对式（3-5）取不同的Z值可画出负滑动时间随振动频率变化的曲线，简称为负滑动时间曲线。该曲线近似于抛物线。给出一组Z值可以画出一族负滑动时间曲线，如图所示的实物曲线。(2)负滑动率等值曲线 由得出 （3-7）将（3-7）中的代入（2-5）

26、中的反余弦函数得： （3-8） 由式（3-8）看出，在NS值给定的情况下负滑动时间与频率成反比双曲线。给定一组NS值可以画出一族反比双曲线，或称为负滑动率等值曲线族，如图3-1中的虚线。其中NS=2.4%的曲线通过负滑动时间曲线族的最高点，即当NS=2.4%时负滑动时间取得最大值。图3-1负滑动时间曲线 证明3： 令式（3-7）中的，由式（3-6）得： ，则式（3-7）得 令，有 令，则 （3-9）式中 方程（3-9）没有解析解，可用数值法上机求得： 即当时，有最大值： 由，得负滑动时间比等值曲线有些国外文献提出了负滑动时间比的概念，负滑动时间比： （3-10）由上式可以看出，当NSR给定时

27、是反比双曲线。将（3-7）代入（3-10）得 （3-11）由上式可以看出NSR和NS并非两个独立的参数。将NS=2.4%代入上式，得NSR=55%。即当NSR=55%时，负滑动时间取得最大值。可见NS=2.4%及NSR=55%均表示同一条反比曲线。 由图（3-3）所示的负滑动时间曲线是近年来国内外广为流行的图线，通过分析可以得出以下主要特点。（）NS=2.4%和NSR=55% 的等值反比双曲线相交于负滑动时间曲线的峰值，将负滑动时间曲线族分成两个区域。（）对于任何Z值都有相应的 的点，此时的频率用表示，称为临界频率。当 时不出现负滑脱。可以由（1-5）求出，（）当或，时负滑动时间曲线随频率的增

28、加而上升，特别是当Z值较大时。如时曲线急剧上升。（）当或时负滑动时间曲线随频率的增加而下降，特别是当值较小时，如曲线下降得非常缓慢。基本参数的确定 正弦振动的基本参数为振幅和频率。（1）振幅的确定一台连铸机所浇铸的钢种、断面是变化的。不同的钢种、断面所对应的拉坯速度是不同的。因此，大多数连铸机结晶器振动装置的振幅是可调的。确定最大振幅时，要考虑在最大拉坯速度时也不使Z值过小，在避免临界频率 过大的前提下，尽量采用小振幅。 确定最小振幅时要考虑到在最小拉坯速度时也不使Z值过大，以获得较短的负滑动时间。中间各级振幅根据拉坯速度以同样的原则确定。（2）频率的确定确定振动频率时，应以保证负滑动时间取得

29、最小值，或佳值为前提。参看图（1-2），从时间轴上某一点做水平线，该线与负滑动时间曲线有两个交点。一个交点处于的区域，且对应于较低频率;另一个交点处于的区域，对应于较高频率。当Z值较大时，如时，由于负滑动时间曲线几乎是垂直上升，因此，频率微小的变化也会引起的很大变化。或使变为最大，或者变为零。这在实际操作中很难控制因此，低频率不能被采用。当Z值较小时，如，由于负滑动曲线上升缓慢，因此所对应的较低频率可以采用，但必须使在该频率下的负滑动率这便于在实际中进行控制及获得必要的负滑动运动以保证脱模，又避免采用较高的频率，使结晶器的振动装置处于良好的运动状态及受力状态3.3 正弦振动的振幅和频率与保护渣

30、之间的关系对于采用浸入式水口保护渣的连铸机，保护渣对结晶器和铸坯之间的润化效果主要体现于保护渣的消耗量，影响保护渣消耗量的浇铸条件有 振幅、频率、保护渣粘度、拉坯速度、浇铸温度及钢种等。由于浇铸温度是由钢种决定，故可以不予考虑。其他诸因数对保护渣消耗量的影响反映在下面的回归方程式中。式中 保护渣消耗量，；保护渣在1300 时的粘度， 振幅，mm频率，拉坯速度，由以上两式可以看出，随着浇铸温度、振幅及保护渣粘度的增加，保护渣的消耗量减少；振幅和频率分别以-0.3和-1次幂变化，所以 对Q 的影响大于A对Q的影响。由此可见，采用高频率小振幅使保护渣的消耗量下降，不过这可以适当降低保护渣粘度来提高保

31、护渣的消耗量。 粘度过低的熔渣使渣膜增厚，且不均匀，导致板宽面纵裂纹的发生；粘度过高，熔渣流动性变坏，甚至难以流入坯壳和结晶器之间的缝隙，或在结晶器液面上裹卷成为烧结颗粒。因此，要求保护渣应具有合适的粘度值。确定的具体合适粘度还要考虑铸坯断面、拉坯速度。有人提出对于连铸板坯控制在，方坯控制在5，可是渣膜均匀，传热稳定，润滑良好，可显著减少裂纹和穿钢。在此基础上，采用较低振幅及负滑动时间曲线区域所对应的较低频率，可以得到较高的保护渣消耗量。最后确定的振幅为2.5mm，频率为280第四章 结晶器振动系统分析4-1结晶器振动过程示意图4.1 结晶器的振动作用及其过程 由于结晶器的振动，使其内壁获得良

32、好的润滑条件，减少了摩擦力又能钢水与内壁的粘接，同时还可以改善铸坯表面的质量。当发生粘接时，振动能强制脱模，消除粘接。如在结晶器内坯壳被拉断，因振动又可在结晶器与铸坯的同步运动中使其得到愈合。 在连铸生产时，结晶器一直在振动，其速度的大小方向都是变化的，振动的过程如图（4-1）所示。如在A点发生粘接，若结晶器以速度向下振动，且大于拉坯速度则振动起强制脱模作用，可消除A处粘接。如图a、b中所示。若这时结晶器速度以向上振动，则坯壳可能在A处被拉裂（如图中c所示）且钢液同时填充到断裂处（如图中d所示），并开始形成新的坯壳。这时结晶器向下振动，若可将断裂部分压合，如图中e所示。若时，即结晶器与铸坯同步

33、下降，在这期间新的坯壳将得到加强，把断裂的部分联结起来。如图中f所示。当结晶器再次向上振动时，如新的坯壳有足够的强度，就能将粘接的部分拉离结晶器内壁，从而实现脱模。因此有必要研究高频率振动条件下的动力学参数，为结晶器振动机构采用高频率振动条件下提供力学依据。4.2 结晶器四偏心振动机构原理 在此所研究的连铸机为弧形连铸机，仿弧半径为11.2米。研究的结晶器振动机构为四偏心正弦振动方式，振动机构如图（4-2）所示。有由电动机1带减速器2，通过万向轴带动两侧锥齿轮箱3，每个锥齿轮各自带动具有不同偏心距的偏心轴6。每根偏心轴的两个不同偏心距（C点位外弧偏心距，D点为内弧偏心距）具有同向偏心点，由于每

34、根偏心轴的偏心距不同（外弧侧偏心距大于内弧侧偏心距），使振动台作仿弧振动。结晶器的弧线运行是借助两对偏心距不等的偏心轴6及连杆4、5进行的。结晶器弧线运行的定中（导向）是由板式弹簧7，一头连在快速更换台的框架上，另一头连接在振动台恰当的位置上来实现的。板式弹簧只能是振动台作弧线运动，而不能有前后左右的位移。1电动机 2.减速器 3.锥齿轮箱 4. 外弧侧连杆 5.内弧侧连杆 6.偏心轴7.板弹簧 8振动台结晶器图4-2结晶器四偏心振动装置结构装置示意图4.3 相关参数大方坯结晶器振动机构：驱动形式交流电机驱动，转速可调。结构形式：偏心四连杆机构 主要参数： 结晶器振动频率： 振幅： 2.5mm

35、 连铸机公称半径： m 结晶器重量： 快速更换装置重量： 扇形1段重量： 结晶器冷却水： 第五章 结晶器参数计算5.1 传动功率计算及传动比的分配5.1.1 传动功率计算图5-1振动机构分析图振动台上某点A的位移方程如下：A点的位移： 运算并省略高次项，一般得： 得A点的速度方程： 其中： 偏心轴转动角速度，单位频率实际上为每分钟转动的周数，则偏心轴的转动角速度关系如下：（其中）按速度方程可求出：最大振动速度：平均振动速度：振动总负荷： 其中： 总负荷 ，单位 牛顿结晶器摩擦阻力，单位 牛顿动负荷，单位 牛顿 计算公式： 为质量，振动加速度求： 中的二阶导数得加速度 I当： II当 则： =

36、选取结晶器的振动频率为 则计算得：平均振动速度： 计算得5.2 电动机的选择 电动机类型和结构形式应根据电源种类（交流、直流）、工作条件（环境温度、工作的机械特性等）、工作制度（连续或间隙）及对运动平稳性、载荷大小、过载能力等方面的要求来选择。工业上一般采用三相交流异步电动机。要求电机运行平稳可靠、电机启动快、连续运转、结构简单且维护方便的电动机。确定电机的功率和型号：保证电动机的额的功率大于电动机所需的功率工作机所需的输入功率（）： 或式中： 驱动力矩 单位 角速度 单位 驱动力 单位 运动速度 单位计算得： 电动机所需要的功率：为传动装置及工作机的总效率式中：分别为传动装置中每对传动副或运

37、动副的如：联轴器、齿轮传动、轴承的效率。经计算得：查机械设计手册选取电动机，其相关参数如下表所示表51电动机主要参数型号功率转速电流效率db质量额定转矩转动惯量YR160L-411kw146022.5A89.5%90155kg3.00.294表52电动机外型及安装尺寸基座号ABCDEGHKAB160L254254108421104518015330ACADHDL3352553858655.3 联轴器的选用5.3.1 联轴器类型的选择联轴器是联接两轴或轴和回转件。在传递运动和动力过程中一同回转而不脱开的一种装置。此外，联轴器还可能具有补偿两轴相对位移、缓冲和减振以及安全防护等功能。考虑到承载能力

38、、转速、两轴相对位移和缓冲吸振以及装拆维修方便等因数，选用弹性联轴器。5.3.2 联轴器的选用计算选用标准联轴器或已有推荐的系列尺寸的联轴器时。一般都是以联轴器所需传递的计算转矩小于联轴器的许用转矩或标准联轴器的公称为原则。由于传动轴系载荷变化的性质不同，以及联轴器本身的结构特点和性能的不同。联轴器的实际传递转矩不等于理论上需传递的转矩，通常：式中： 理论转矩（），在有制动器的传动系统，当制动器的理论转矩大于动力机械的理论转矩时，应按前者计算联轴器。 驱动功率 kw 驱动转速 工作情况系数 参考联轴器、离合器、与制动器 机械设计手册编委会动力机系数 启动系数 温度系数 （取氨基甲酸乙酯弹性体）

39、参考机械设计手册 第二卷 6140 选用弹性套柱销联轴器。基本型联轴器。表53联轴器的基本尺寸和主要参数型号公称转矩（）许用转速轴孔直径轴孔长度7103000 Y型 L45 48 50112 84 112 70第六章 结晶器四偏心振动机构偏心轴的设计图6-1四偏心振动机构原理图图中为基准弧半径，为结构要求的已知长度，、为偏心振动机构的偏心距。另两个与此成投影。当时，又，式中为振幅；而：已知： 经过计算得： 即为两轴的偏心距。6.1 偏心轴的设计计算6.1.1 求输入轴上的功率 转速 和转矩 前面已经计算过。数据如下 6.1.2 求作用在轴上的力已知偏心轴上只承受径向力和圆周力。 其合力的方向是

40、支撑杆的轴线方向，前面进行功率计算时已算过合力：所以此时轴承受的合力为：又因为这些力是由四个支撑点支撑，所以每个支撑点所受的力为：6.1.3 确定轴的最小直径（1）选取轴的材料 选择轴的材料为号钢，并进行调质处理。查手册得： 、（2）初步估算轴端直径 查手册取、计算轴端的最小直径：输入轴的最小直径显然是安装联轴器处的直径，故也需要同时选定联轴器的型号。联轴器的另一端联接的是减速器的转轴。为了安全考虑，在此初步选用最小直径为。6.3联轴器的选择联轴器的计算转矩 查手册得：由于转矩变化中等，故取 则： 按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，查标准选用 膜片联轴器，其公称转矩为 ，联轴器的轴孔转直

41、径 回转直径、（Y型）、。6.2 轴的结构设计 拟定轴上零件的装配方案 其装配方案如下图所示：1联轴器 2连杆 3 轴承支座 4轴承图6-2轴上零件装配方案 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度（1）为了满足半联轴器的定位要求，1-2轴段右端需制出一轴肩，故取2-3段的直径，半联轴器与轴配合的毂孔长度，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故1-2段的长度应比 略短一些，现取。（2）初步选择滚动轴承。 考虑到轴承既承受有径向力同时还承受轴向力，选用调心滚子轴承。参照工作要求，由轴承产品的目录中初步选取0基本游隙组、标准精度等级的调心滚子轴承23120其基本尺寸，故：。加上轴承

42、端盖长度离半联轴器距离，取.(3)轴3-4段只安装有轴承端盖，取。（4）4-5段轴安装轴承端盖和轴承。取此处直径为130。选择轴承：选用调心滚子轴承 ，基本游隙组为0，其基本尺寸为：，故取（5）在轴的5-6段是为了定位调心滚子轴承而设计的轴肩。安装有轴承端盖，此处的直径为150mm。这段轴肩的长度为51mm。（6）轴67为一段过渡轴取它的长度为1170mm。轴7-8段为51mm。后面的轴与前面的是对称的。其数据见轴的结构与装配图中。至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。如图6-31联轴器 2连杆 3 轴承支座 4轴承图6-3轴的结构与装配6.3 轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键联接。按查手册得：平键截面为，键槽用键槽铣刀加工，半联轴器与轴的配合为，长为60mm。滚动轴承与轴的周向定位是靠过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为：，各轴肩处的圆角半径。6.4 求轴上的载荷图6-4振动结构分析图首先根据轴的结构图做出轴的计算图。在确定轴承的支撑点位置时，应从手册中查取值。查得。因此，作为简支梁轴的支持跨距为：。计算轴处的力当偏心轴转到最高点C时，轴受到的弯矩最大，所以弯矩应该在这个位置进行计算。应用计算机进行弯矩计算：计算水平面的支反力：计算得：