毕业设计（论文）-R12M弧形方坯连铸机结晶器振动装置设计.doc

内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（毕业论文）题 目：r12m弧形方坯连铸机结晶器振动装置设计学生姓名： 学 号：200440402224专 业：机械设计制造及其自动化班 级：机2005-3班指导教师： 60r12m弧形方坯连铸机结晶器振动装置设计摘 要本次设计针对连铸机的结晶器振动装置进行了研究。内容结构包括9个章节。绪论部分较为详细的介绍了连铸连轧技术和薄板坯的发展，并介绍了连铸车间的主要设备和结晶器的振动规律及振动装置的机构类型；第二部分确定了设计方案的总体布置形式和传动机构的传动方式，并对驱动机构和振动机构进行了结构设计；第三部分对结晶器振动机构进行了运动学分析和动力学计算并得出结果；设计部分对结晶器振动装置的机构传动原理及其结构进行了设计，并对主要受载荷轴及其轴承进行了强度校核，在附件的设计方面，主要对减速器进行了设计计算，其他附件都选为标准件；最后还对机构的维护作了介绍。关键词：连续铸钢,连铸连轧,结晶器,结晶器振动装置design of r12 m continuous casting mould vibration equipment abstractthe design for the continuous casting machine mold vibration device is studied. content and structure, including nine chapters. introduction part of a more detailed account of the continuous casting and rolling technology and the development of thin slab and casting workshop, introduced the main equipment and mold vibration and vibration of the body types of devices; the second part of the design program to determine the overall layout form and the drive transmission and drive mechanism and vibration of the structural design of institutions; the third part of the mold body vibration analysis of the kinematics and dynamics are calculated and the results; the design of parts of the mold vibration devices transmission principle and structure design, and is mainly affected by the load bearing axis and a strength check, in the design of the annex, the main reducer has been designed on the basis, and the other is selected as the standard annex; finally, maintenance of the institutions were introducedkey words：continuous casting, base continuous casting & tandem rolling， mould, mould vibration equipment摘 要iabstracti第一章 绪论11.1 综合评述11.2 连续铸钢的发展概况11.2.1 国外连铸技术的发展11.2.2 我国连铸技术的发展51.3 连铸技术的主要优点51.4 连铸机机型及其主要特点71.4.1 机型演变及其分类71.4.2 机型对铸坯质量的影响71.4.3 弧形连铸机工作原理8第二章 结晶器振动技术的现状及发展趋势102.1 结晶器振动的目的和振动方式102.1.1结晶器振动的目的102.1.2 结晶器振动的方式112.2 结晶器的振动机构122.3 结晶器振动的主要参数13第三章 方案的分析、论证及确定143.1 己知参数143.2 方案的总体布置143.3 结晶器振动装置各部件设计方案确定153.3.1 驱动装置设计153.3.2 振动机构设计15第四章 运动学参数分析174.1 振动平均速度、最大速度与拉坯速度计算174.2 负滑脱量计算184.3 结晶器振动的速度与加速度18第五章 结晶器振动装置力能参数计算215.1 结晶器振动装置驱动功率计算215.1.1 振动总负荷215.1.2 动负荷计算215.1.3 结晶器摩擦阻力确定215.1.4 传动功率计算225.2 电动机的选择225.2.1 选择电动机机型225.2.2 确定电机型号22第六章 减速器的设计计算246.1 选择减速器类型246.2 选择材料246.3计算传动装置运动和动力参数256.3.1 计算轴的转速256.3.2 计算轴的输入功率256.3.3 计算轴的转矩266.4 按齿面接触疲劳强度进行设计266.5 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸计算286.5.1 蜗杆286.5.2 蜗轮286.6 校核齿根弯曲疲劳强度286.7 精度等级公差和表面粗糙度的确定296.8 减速器轴的设计296.8.1 计算蜗杆基本尺寸设计296.8.2 蜗轮基本尺寸306.8.3 蜗杆轴的设计316.8.4 蜗杆轴的结构设计326.8.5 轴的校核346.8.6 初选轴承366.8.7 轮轴的设计和计算366.8.8 按弯扭合成应力校核轴的强度386.8.9 滚动轴承的选择及其计算396.9 键联接的选择与验算416.9.1 选择键联接的类型和尺寸416.10 联轴器的选择426.11 密封和润滑42第七章 锥齿轮箱的设计计算437.1 相关参数的计算437.2 零件的设计437.2.1 选择齿轮材料及齿轮精度等级437.2.2 按齿轮接触强度计算齿轮分度圆直径447.2.3 设计计算齿轮主要尺寸与参数447.2.4 按接触强度验算传递功率能力457.2.5 按抗弯强度验算传递功率的能力47第八章 偏心轴的设计计算498.1 偏心距的计算498.2 偏心轴的结构设计508.3 偏心轴的受力分析及校核518.4 轴承的选择和校核53第九章 设备管理与维护559.1 装置的操作和注意事项559.1.1 拆走和装入整套结晶器振动器(快速更换单元)559.1.2 调整偏心轴对正振动台559.1.3 拆走和装入扇形一段并检查结晶器足辊和扇形段辊子间的过渡569.1.4 结晶器的拆走和装入569.2 检查和维修57结束语58参考文献59第一章 绪论1.1 综合评述 连续铸钢与普通模铸不同,它不是把高温钢水浇铸在一个个钢锭模内，而是将高温钢水连续不断地浇铸到一个或一组实行强制水冷带有“活底”的铜模内。待钢水凝固到具有一定厚度的坯壳后（这时钢水也和“活底”凝结在一起），则从铜模的另一端拉出“活底”，这样铸钢坯就会连续从铜模下口被拉出来。这种使高温钢水直接浇铸成钢坯的新工艺，就是连续铸钢。它完全改变了在钢铁生产中一直占统治地位的“模铸开坯”工艺，大大地简化了从钢水到钢坯的生产工艺流程。1.2 连续铸钢的发展概况1.2.1 国外连铸技术的发展连续铸钢自问世以来，它便得到迅速地发展。近几年来，虽然世界钢铁工业不景气，许多国家产量下降，但连铸坯的产量仍在不断地增加，连铸工艺不断完善，技术不断成熟。除此之外近年来随着炼钢和轧钢技术的进展，钢铁工业结构的变化和对产品规格、质量的新的要求，也都促进了连铸技术的发展。它主要表现在以下几个方面：1 钢厂的出现以及高生产率的连续热带轧机对连铸技术发展的影响60年代中期，相继出现了许多年产超过500万吨的大型炼钢厂，这些钢厂采用了生产率极高的大型氧气顶吹转炉，有的容量达到350吨以上，日产量可达20000吨左右。为此，引起了炼钢与铸锭工序之间的矛盾，如果加大钢锭重量，必然增加对初轧机投资，包括大型板坯和大型方坯连铸机。现在许多大型钢铁厂，以板材作为主要产品，大部分采用生产效率很高的连续热带和冷带轧机轧制。这种轧机要求较大的钢卷单重（4060吨），采用常规的铸锭开坯工艺是难以满足的，为此，发展了连铸新技术和新工艺。由于连铸的优越性，许多巳建的大型初轧机纷纷停产而被连铸所取代，例如新日铁大分厂和八幡厂的初轧机巳停厂，群津、福山等厂的初轧机也即将停产。现在，日本五大钢公司的连铸比都超过了90%，新日铁大分厂和八幡厂的连铸比坎为100%，实现了全连铸。2 小型钢厂（mini钢厂）对连铸技术发展的影响小型钢厂以生产小型材如钢筋、盘条及小型型钢为主，在应付市场变化与大型钢厂的竞争过程中不但未被挤垮，而且有了不同程度的发展。在六十年代小方坯连铸机的发展，促进了小型钢厂的发展。以电炉小方坯连铸机专用轧机的生产工艺来满足较窄产品规格的小钢厂在与大企业的竞争中又促进了小方坯连铸机的发展。小型钢厂的特点是装备、生产工艺和生产体系均很先进，其中大多数厂家采用了连铸机，连铸坯直接进入成口轧机，用以生产钢筋、盘条、小型型钢、扁钢等多种产品。以美国为例，1975年这类钢厂总计有66家，有43家采用了全连铸。小方坯连铸机之所以成为小钢厂的支柱，是因为小钢厂在采用了连铸工艺后，具有投资省、建设快、金属收得率高、能源消耗低、竞争力强等特点。3 连铸技术发展的特征(1)连铸机数量，连铸坯产量连铸比增长情况据统计，1964年全世界公有80余台连铸机，生产能力约700万吨；1970年达到325台，生产能力为6800万吨；而1982年世界连铸坯的总产量为2.82亿吨，连铸比为39.2%。1985年连铸比达到56%。1982年世界各国连铸坯的产量和连铸比见表1-1 1982年各国(地区)连铸坯产量和连铸比 表1-1序 号国家或地区连铸坯产量，万吨连铸比，%1联邦德国222161.92比利时32933.33法国107658.54卢森堡6819.45荷兰13531.06英国53439.07奥地利32977.38芬兰22593.49挪威1216.610葡萄牙2346.811丹麦5496.812意大利140558.513西班牙55242.014瑞典29676.015土耳其4516.116南斯拉夫18247.517美国196129.018加拿大38932.819阿根廷15151.820巴西53341.021墨西哥21029.722澳大利亚11117.523日本783778.724南朝鲜60251.325南非50561.626中国2757.927中国台湾省33680.9全世界拥有的连铸机台数及流数分类情况见表1-2。全世界连铸机台数及生产能力情况见表1-3世界部分地区连铸机的台数和流数(统计到1984年1月) 表1-2 铸机供应公司瑞士康卡斯特concast意大利达涅里danieli西德德马克demag日本三菱mitsubishi意大利康梯纽continua铸机种类机流机流机流机流机流小方坯23879890325662335417438109大方坯91333134343175154312板坯88125127212411-总计41712561043701815327022339111世界连铸机台数和生产能力增长情况达式 表1-3 年 份连铸机台数 台生产能力 万吨/年世界钢产量 万吨/年连铸坯产量 万吨/年连 铸 比 %197032568005979030005.019756511760064630850013.11980102030090717701950027.21981712902140030.019821131 2254139.2(2)连铸钢种不断扩大尽管连铸的工艺化是以不锈钢为开端的，但初期的连铸机还是以生产普碳钢为主。随着连铸技术的发展工艺的改进、设备的完善、浇注钢种也迅速扩大。目前用连铸生产的钢种几乎涉及到所有的钢类，可以为各种轧材借助坯，例如日本住友金属公司先后建成的包括板坯、大方坯和小方坯的6台连铸机，成功地生产了板、管、线、棒材领域中从碳素钢至特殊合金钢的几乎全部钢种。1.2.2 我国连铸技术的发展我国是研究和应用连铸技术较早的国家之一，早在20世纪50年代就已开始探索性的工作。19571959年之间先后建立成三台立式连铸机。1964年在重钢三厂建成一台断面为180mm平方毫米的板坯弧形连铸机，这是世界上工业应用最早的弧形连铸机之一。随后处于停滞状态。到1978年全国用于生产的连铸机只有21台，连铸坯年产量112.70完吨，连铸比为3.5%。改革开放以来，为了学习国外先进的技术和经验，加速我国连铸技术的发展，从20世纪70年代末一些企业引进了一批连铸技术和设备。例如1978年和1979年，武钢炼钢厂从联邦德国引进单流弧行的板坯连铸机3台，在消化国外技术的基础上，围绕设备、操作、品种开发、管理等方面进行了大量的开发与完善工作，于1985年实现了全连铸生产，产量突破了设计能力。首钢在1987年和1988年相继从瑞士康卡斯特公司引进了2台八流小方坯连铸机，宝钢、武钢、太钢和鞍钢等大型钢铁企业也从国外引进了先进的板坯连铸机，这些连铸技术和设备的引进都促进了我国连铸的发展。最近几年，也是我国连铸技术快速发展的时期。利用一高质量铸坯为基础、高拉速为核心，实现高连浇率、高作业率的高效连铸技术，对现有连铸机的技术改造取得了很大的进展，采用国产技术的第一台高效板坯连铸机已在攀钢投产。到2003年底，我国高效或较高效连铸机累计已达75%以上，目前新建的连铸机一般也均为高效、较高效的连铸机，而且我国在高效连铸技术小方坯薄板技术已挤身世界前列。目前，我过我国钢铁工业正处于兴旺时期，连铸技术的设计、制造、工艺和管理都积累了丰富的经验，新世纪必然是我国连铸高速发展的时代。1.3 连铸技术的主要优点连续铸钢技术之所以发展这样迅速，是由于连铸工艺具有一系列的优点，而这些优点是传统的模铸法无法比拟的。（1） 提高金属收得率连铸与模铸开坯工艺相比，从钢水到钢坯的收得率可提高8%15%。连铸是钢水连续成型的工艺。金属的损耗包括首尾切头、中间罐残留钢水。而模铸开坯的金属损耗包括每支钢锭的切头、中注管、汤道损失以及钢包注余损失。连铸金属收得率的进一步提高在于提高多炉连浇率。（2） 节约能源近年来，世界性的能源危机有增无减，各国对节能措施都十分重视。由于连铸工艺可以省掉一些加热（均热）工序，因而吨钢能耗大大降低。据日本资料介绍，连铸法的能砂公为模铸开坯法的20.8% 13.5%。（3） 提高铸坯质量连铸坯的质量，在许多方面优于钢锭，例如成分偏析小、纯洁度高、组织致密。用连铸坯轧成的钢材在许多方面也优于钢锭轧成的轧材。例如，用连铸坯轧的镀层薄板在宽度方向的性能和用连铸坯轧成的中厚板抗腐蚀的性能都比较好。据印度比哈尔合金钢厂对轧材检查结果表明，连铸坯的宏观纯洁度和微观纯洁度都比用钢锭轧材好，夹杂物分布在整个长度方向是均匀的，产品的机械性能经常高于用钢锭轧制的。由于凝固组织好，成分均匀，钢的淬透性好，波动小，合金钢连铸巳完全能满足汽车工业所要求的质量水平。（4） 有利于实现钢液成型工艺的机械化和自动化采用脱模开坯工艺要通过下述复杂的工序。浇注冷凝脱模清理底板和模子整模准备浇注钢锭送至加热炉开坯 脱整模等工序的操作环境恶劣，劳动强度大，是炼钢生产中最落后的环节。连铸是把许多工序简化到一个机械设备上进行，这就为采用自动控制和计算机控制创造良好的条件，大大改善了劳动条件，节约了人力。1.4 连铸机机型及其主要特点1.4.1 机型演变及其分类连铸机的机型经历了立式、立弯式和弧形的演变过程。发展到目前确定了以弧形连铸机为主流。水平连铸机的试制工作近年来受到一定的重视，并有了较大的发展。五十年代，连铸工业化的初期阶段，连铸机几乎都是立式的。随着浇注断面的增大和拉速的提高，铸机的高度增加。为了减少设备费用，降低厂房高度出现在立弯式连铸机，它即保持了立式连铸机在垂直方向上进行浇注的特点，又在水平位置上切割和出坯。在立弯式的基础上，演变出带液相弯曲的直弧形连铸机。1963年，瑞士冯莫斯研制了弧形连铸机。因为设备高度降低，在原有铸锭厂房内建设比较方便，所以得到了迅速的发展，现巳成为主导机型。在此基础上近年来又发展了多半径多点矫直的弧形连铸机。水平连铸技术在20年代，先在有色金属领域中达到了工业生产水平。近年来钢的水平连铸，在一些技术关键上又有突破。发展水平连铸旨在降低厂房高度和设备费用，避免钢水的二次氧化和铸坯的弯曲和矫直。1.4.2 机型对铸坯质量的影响衡量铸坯质量的主要指标是表面裂纹、内部裂纹、中心偏析和夹杂物。各种机型对铸坯质量的影响见表1-4。 各种机型对铸坯质量的影响 表1-4铸坯缺陷 连铸机机型立式立弯式直弧形弧形内部裂纹较重较重轻最轻中心偏析较重较重较轻较轻表面裂纹轻较重较轻较轻夹杂（皮下35毫米）较多较多较少较少夹杂（皮下3040毫米）最少较少较少最多立式及立弯式连铸机铸坯内裂纹及偏析较重的主要原因是由于液心铁静压力较大，铸坯有较大的鼓肚；皮下35毫米的平杂较多是由于浇注速度较低引起的；皮下3040毫米夹杂较少是由于夹杂物在液穴内的上浮分离条件较好。一般来说，机型对铸坯质量的影响有两方面的因素：1）钢水静压力造成铸坯鼓肚而引起内裂和偏析；2）夹杂物在液相穴上浮分离条件的影响，使铸坯存大大颗粒夹杂物。而这两个因素对铸坯质量的影响是矛盾的，铸机的高度越高，钢液的静压力越大。铸机的高度越小，因鼓肚引起的质量问题减少。但大型夹杂物残存的数量增多。因而在选择连铸机机型时，要综合考虑这两方面的因素，并结合实际情况合理地选择。1.4.3 弧形连铸机工作原理弧形结晶器工作原理图见图1-1图1-1弧形连铸机工作原理图如上图1.1所示，由炼钢炉炼出的合格钢水经炉外精练处理后，用钢包运送到浇铸位置注入中间包，通过中间包注入强制水冷的铜摸结晶器内。结晶器是无底的，在注入钢水之前，必须先装上一个“活底”，它同时也起到引出铸锭的作用。这个“活底”就称为引锭链。注入结晶器的钢水在迅速冷却凝固成形同时，其前部与伸入结晶器底部的引锭链头部凝结在一起。引锭链的尾部则夹持在拉坯机的拉辊中，当结晶器内钢水升到要求的高度后，开动拉坯机，以一定的速度把引锭杆（牵着铸坯）从结晶器中拉出。为防止铸坯壳被拉断漏钢和减少结晶器中的拉坯阻力，在浇铸过程中既要对结晶器内壁润滑又要它做上下往复振动。铸坯被拉出结晶器后，为使起更快地散热，需要进行喷水冷却，称之为二次冷却，通过二次冷却支导装置的铸坯逐渐凝固。这样，铸坯不断地被拉出，钢水连续地从上面注入结晶器，便形成连续铸坯的过程。当铸坯通过拉坯机、矫直机（立式和水平式连铸不需矫直）后，脱去引锭链。完全凝固的直铸坯有切割设备切成定尺，经运输辊道进入后步工序。连续铸钢生产所用的设备，实际上包括在连铸作业线上的一整套机械设备。第二章 结晶器振动技术的现状及发展趋势2.1 结晶器振动的目的和振动方式2.1.1结晶器振动的目的结晶器振动的目的，是为了防止铸坯在凝固过程中与铜板粘结而发生粘挂拉裂或拉漏事故，以保证拉坯顺利进行。钢水在结晶器中的凝固过程如图2-1所示。图2-1a表示在结晶器中坯壳的正常生长状态，如不发生意外，铸坯就会被连续地拉出结晶器外。假如由于某种原因，例如润滑不良，坯壳的上段粘结在结晶器壁上，而且在某处(如x处)坯壳的抗拉强度又小于该处的粘着力，则在拉坯力的作用下该处坯壳将被拉断，被拉断的上部(如a处)又粘在结晶器壁上不动，而下段(如b段)继续向下运动，钢水将充填ab之间，如图2-1b，形成一段新的坯壳把ab两段联接起来，由于新的坯壳强度更低又会被拉断，这就会连续地被拉断，连续地在断层上充填钢水，直到b段被拉出结晶器，便发生了如图2-1c所示的漏钢事故。 图2-1坯壳被拉断的过程为了克服上述缺点，发展了结晶器振动技术。当结晶器下振时或者结晶器下振速度等于拉坯速度(称同步式)，或者结晶器下振的速度大于拉坯速度(负滑脱式)，在这段时间里，新生成的坯壳能有足够的强度把被拉断的坯壳联接起来，使被拉断的坯壳得以焊合，拉漏现象就会有所减少。另外由于结晶器上下振动。周期地改变液面与结晶器壁的相对位置，有利于保护渣在结晶器壁的渗透，可改善润滑状况，减少拉坯时的摩擦阻力和粘结的可能，使拉坯顺利进行。2.1.2 结晶器振动的方式结晶器振动按速度特征可分为3种，如图22所示。在图中v为拉坯速度，vm为结晶器运动速度。 (1)同步式所谓同步式振动，即结晶器下振速度与拉坯速度相同，上振时速度为下振速度的3倍，如图2-2中曲线1。 这种振动方式在上升和下降的速度折点上，加速度大，产生较大的冲击力，在生产中已经被淘汰。 (2)负滑脱式如图2-2中曲线2，在结晶器下振时其速度大于拉坯速度，在这种情形下出现负滑脱，故称负滑脱式。其主要特点是：结晶器先以比拉速稍高的速度下降一段时间，即负滑动或负滑脱。此时坯壳处于受压状态，这即有利于强制脱模又有利于断裂坯壳的压合，然后再以较高的速度上升。结晶器在下降或上升过程中都有一段稳定运动的时间，这对坯壳的生成是有得的。负滑脱式振动的频率应随拉速的变化而变化，拉速大时振动频率也要高，反之亦然。 (3)正弦振动如图2-3中曲线3，其特点是振动速度按正弦规律变化。图2-2结晶器振动速度曲线 1-同步式；2-负滑脱式；3-正弦振动正弦式振动得到广泛的应用，因为它有如下的优点： (1)在运动过程中没有稳定运动阶段，因而有利于脱模，但也有一段负滑脱阶段，使被拉裂的坯壳起到焊合作用。 (2)结晶器运动的加速度必然按余弦规律变化，所以过渡点比较平稳，没有很大冲击。 (3)正弦振动可以用曲柄连杆机构来实现，结构比较简单，易于加工和维修。 因此，正弦式振动，可以提高振动频率，减少振痕深度，改善铸坯表面质量。近年来正弦振动成了国内外各种断面连铸机上普遍采用的一种振动规律。而负滑脱式则越来越少了。2.2 结晶器的振动机构振动机构是使结晶器产生所需要的振动。因此任何振动机构都必须满足两个基本条件：第一，使结晶器准确地沿着一定的轨迹振动。第二，使结晶器按着一定的规律振动。使结晶器实现弧形运动轨迹的方式有：导轨式、长臂式、差动式、双摇杆式以及四偏心式等等。使结晶器实现振动规律的方式有：偏心轮式、凸轮式以及液压缸式等。有机的使结晶器实现弧形运动轨迹的方式和实现预定振动规律的方式相互组合，将产生多种型式时振动机构和装置。现就振动机构的类型简单介绍如下：（1）差动式振动机构这种机构时利用齿轮或凸轮机构的差动原理来实现结晶器的弧线运动的。（2）双摇杆式振动机构这种振动机构也称双断臂式或四连杆式振动机构。它是通过选择适当尺寸的两个摇杆，使其在某一瞬时的运动是绕曲率半径中心的圆弧线运动。圆弧线的半径应当是结晶器振动的曲率半径r。既然有瞬时性，因此双摇杆所实现的圆弧振动也是一个近似的圆弧轨迹。（3）四偏心式振动机构这种振动机构是近几年才出现的一种新型振动机构，具有结构简单，运动轨迹准去的优点。其设计原理与我国的差动齿轮相似。这种振动机构是靠偏心轮连杆的推力，作用于振动台的四角，使结晶器的运动非常平稳、不会由于结晶器内阻力作用点的偏移而使结晶器运动不稳。其缺点是运动零件较多，结构比较复杂。2.3 结晶器振动的主要参数 结晶器振动的基本设计参数见表2-1。 结晶器振动装置的基本设计参数 表2-1序 号项 目代 号单 位1振动速度 米/分 2 振动频率 f 次/分 3 振幅 a 毫米 4 主轴偏心距 a 毫米 5 振动台的静负荷 q 牛 6 结晶器摩擦阻力 f 牛 第三章 方案的分析、论证及确定3.1 己知参数参数：1.铸坯断尺寸：280380（毫米毫米） 2.振幅:2.5毫米 3.结晶器外弧半径:12米 4.振动频率:30-300rpm(次/分) 5快速更换装置重量装置名称快速更换装置（隔开）结晶器扇形1段结晶器冷却水方坯3.65m长度提升梁总重重量（t）10230480235332503.2 方案的总体布置 结晶器振动台的总体布置图见图3-1:1-电机; 2-双输出减速器; 3-锥齿轮箱; 4-外弧侧两连杆; 5-内弧侧两连杆; 6-偏心轴; 7-板簧; 8-振动台及结晶器 图3-1结晶器四偏心振动装置结构示意图由电动机1带动减速机2,通过万向轴带动两侧锥齿轮箱3,每个锥齿轮箱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点为外弧偏心距，d点为内弧偏心距）具有同向偏心点，由于每根偏心轴的两个偏心距不同（外弧侧偏心距大于内弧侧偏心距），使振动台作仿弧振动。结晶器弧线运动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）是利用板式弹簧7，一头连接在快速更换台的框架上，另一头连接在振动台恰当位置上来实现的。板式弹簧使振动台只能作弧形摆动，而不能产生前后左右的位移。3.3 结晶器振动装置各部件设计方案确定3.3.1 驱动装置设计电动机与双向输出减速器通过联轴器连接,减速器的双向输出端分别与振动机构通过联轴器连接,两边振动装置采用对称布置型式。驱动装置布置图见图3-2：33.3.2 振动机构设计结晶器振动机构运动简图见图3-3 图3-3 四偏心振动机构 1-外侧偏心；2-外侧连杆；3-内侧偏心；4-内侧连杆；5-板式弹簧；6-台架；7-结晶器 图3-3振动机构运动简图如图3-3所示，在结晶器下部左右两侧，各有两根偏心轴，偏心轴上各装有两个偏心套，但两个偏心轴和偏心套的偏心距不同。两偏心轴以相同转速旋转，通过偏心套及连杆使结晶器产生弧线摆动。 第四章 运动学参数分析4.1 振动平均速度、最大速度与拉坯速度计算采用正弦波振动的机构，由偏心轴、连杆和由空间四连杆引导的振动台组成，机构运动分析见图4-1。 图4-1 机构运动简图振动台上某点a的位移方程如下，a点的位移为x,则 x=l+a-(lcos+rcos)运算并省略高次项，一般lr,得 x=a(1-cos)+(1-cos2)取一阶导数，得a点的速度方程： v=a (sin+)式中，-偏心轴转动的角速度，弧度/秒。频率为每分钟振动的周期数，则偏心轴转动的角速度关系如下： 式中,f-频率,次/分.由巳知设计参数,振动频率为30-300rpm,取200rpm则 =20.9 rad/s按速度方程可求出:最大振动速度: v=aw=2.5=52.25m/s平均振动速度: v=33.3m/s代入频率并改变速度的单位为米/分,得下式: v= =3.14 m/min v=2 m/min当振动平均速度与拉坯速度有以下关系时: v=1.2v式中 v平均振动速度,m/min v拉坯速度,m/min代入得:v=1.7 m/min4.2 负滑脱量计算在结晶器下振速度大于拉坯速度时,称为“负滑脱”。负滑脱量的定义为： =100%式中， 负滑脱量， %; v最大振动速度， m/min; v拉坯速度，m/min;负滑脱能帮助“脱模”，有得于拉裂坯壳愈合。由公式可得出：=85%4.3 结晶器振动的速度与加速度结晶器振动装置的速度的大小和方向是随时间的变化而变化的，由于结晶器按正弦曲线规律振动的，若结晶器运动时间为t(s)，则振动结晶器任一瞬时的运动速度v可由下式求得：v=vsin可知，结晶器的运动速度是按正弦规律变化的，当，=0,t=0时,v=0;当，时，t=0.0375s时，v=2.22m/min，方向向下；，t=0.075s时，v=3.14m/min，振动速度达到最大；，t=0.1125s时，v=2.22m/min,方向向下;，t=0.15时，结晶器振动到最低点，准备向上振动；，t=0.1875s时，v=-2.22m/min，方向向上；，t=0.225s时，v=-3.14m/min，振动速度达到最大；，t=0.2625s时，v=-2.22m/min,方向向上；，t=0.3s时，开始下一个周期。结晶器振动装置的加速度可由以下公式计算：a=vcos=1.1 cos m/s由此可见结晶器振动的加速度是按余弦规律变化的,当，t=0.0375s时，a=0.78m/s;，t=0.075s时a=0;，t=0.1125s时a=-0.78m/s;，t=0.15时，a=-1.1m/s;，t=0.1875s时，a= -0.78m/s;，t=0.225s时，a=0;，t=0.2625s时，a=0.78m/s;，t=0.3s时，a= 1.1m/s，开始下一个周期。第五章 结晶器振动装置力能参数计算5.1 结晶器振动装置驱动功率计算5.1.1 振动总负荷p=q+f+p式中 p振动总负荷,n; q振动台上承受总静负荷,148000n; f结晶器摩擦阻力,n; p动负荷,n;5.1.2 动负荷计算p=ma式中 p动负荷,n; m被振动负荷质量,14800kg; a振动加速度;为使电动机在正常负荷下启动,上式中a以最大加速度1.1m/s计算。则 p=ma=16280n;5.1.3 结晶器摩擦阻力确定结晶器实测摩擦阻力值见表5-1。 结晶器实测摩擦阻力 表5-1钢厂铸坯断面，毫米拉坯阻力变化，n每米边长阻力，n资料来源邯郸钢铁总厂120120245-420510-888北京钢铁学院150150630-7501050-1250北京钢铁学院重庆钢铁公司1702501040-13001240-1550北京钢铁学院1808752000-3000945-1420北京钢铁学院一般结晶器的长度为500-1200mm。取长度为1200mm，是偏于安全的。由于所设计的结晶器铸坯断面尺寸为280380，与表5-1中重庆钢铁公司的170250的较接近，每米边长阻力为1420。由此，结晶器摩擦阻力为： f=14201.2=1704n5.1.4 传动功率计算p=式中 p传动功率; v平均速度; 传动总效率，取0.7-0.8,现取0.7; p振动总负荷;由前面的计算知道：p= q+f+p=148000+1704+16280n=164.0knp=7.81kw设减速器及联轴器的总效率为0.75，则：所需电动机功率为： =10.4kw，即电动机的额定功率不低于10.4kw。5.2 电动机的选择5.2.1 选择电动机机型由于电机工作在高温多尘和潮湿的环境中，现选用y系列全封闭式自动扇冷笼型三相异步电动机，电压为380v，频率50hz。5.2.2 确定电机型号由于电机功率至少为11.2kw,查机械设计手册，现选择y160l-4型电动机，技术参数如表5-2。电动机技术参数 表5-2型号额定功率,kw额定电流,a转速,r/min效率,%功率因素,同步转速,r/min重量,kgy160l-41530.3146088.50.851500142第六章 减速器的设计计算6.1 选择减速器类型蜗杆传动是在空间交错的两轴间传递运动和动力的一种传动机构，两轴线交错的夹角可为任意值，常用的为 这种传动由于具有下述特点，故应用颇为广泛。1）当使用单头蜗杆（相当于单线螺纹）时，蜗杆每旋转一周，蜗轮只转国一个齿距，因而能实现大的传动比。在动力传动中，一般传动比；在分度机构或手动机构的传动中，传动比可达300；若只传递运动，传动比可达1000。由于传动比大，零件数目又少，因而结构很紧凑。2）在蜗杆传动中，由于蜗杆齿是连续不断的螺旋齿，它和蜗轮齿是逐渐进入啮合及逐渐退出啮合的，同时啮合的齿对又较多，故冲击载荷小，传动平稳，噪声低。3） 当蜗杆的螺旋线升角小于啮合面的当量摩擦角时，蜗杆传动便具有自锁性。4）蜗杆传动与螺旋齿轮传动相似，在啮合处有相对滑动。当滑动速度很大，工作条件不够良好时，会产生较严重的摩擦与磨损，从而引起过分发热，使润滑情况恶化。因此摩擦损失较大，效率低；当传动具有自锁性时，效率仅为0.4左右。同时由于摩擦与磨损严重，常需耗用有色金属制造蜗轮（或轮圈），以便与钢制蜗杆配对组成减摩性良好的滑动摩擦副。蜗杆传动通常用于减速装置，但也有个别机器用作增速装置。基于上述优点，本次设计采用单级蜗轮蜗杆减速器。考虑到传动的传递功率不大，速度也不太高，故根据gb/t 1008988的推荐，采用阿基米德蜗杆（za），精度为7c。6.2 选择材料根据库存材料的情况，并考虑到蜗杆传动传递的功率不大，速度是中等，因希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面要求表面渗碳淬火，硬度为5662hrc。蜗杆用20crmnti,蜗轮轮缘选用zcusn10pb1金属模铸造。6.3 计算传动装置运动和动力参数6.3.1 计算轴的转速为蜗杆的转速，因为和电动机用联轴器连在一起，其转速等于电动机的转速。为蜗轮的转速，由于和偏心轮连在一起，其转速等于偏心轮的转速。 6.3.2 计算轴的输入功率为电动机的功率 =15kw为蜗杆轴的功率 =15=14.85为蜗轮轴的功率 为偏心轴的功率6.3.3 计算轴的转矩为电动机轴上的转矩 为蜗杆轴上的转矩 为偏心轴上的转矩 6.4 按齿面接触疲劳强度进行设计 根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强度。传动中心距为： 1）确定作用在蜗轮上的转矩按z1=4,估取效率则 2）确定载荷系数k因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均匀系数由表115选取使用系数，由于转速不高，冲击不大，可取动载荷系数则： 3）确定弹性影响系数，因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和蜗杆相配，故。4）确定接触系数先假设蜗杆分度圆直径和传动中心距a比值从机械设计图11-18中可得。5）确定许用接触应力根据蜗杆材料为铸锡磷青铜zcusn10p1，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度45hrc,可从机械设计手册表11-7中查得蜗轮的基本许用应力=268mpa。因为载荷变化不大，双向运转使用期限8年，工作环境清洁，每天工作16小时，每年工作300天应力循环次数寿命系数所以， 。6）计算中心距 取中心距a=160mm,因i=7故从表11-2取模数m=8蜗杆分度圆直径d1=64mm,这时d1/a=0.5,从机械设计图11-18中可查得接触系数因为因此以上计算可用。6.5 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸计算6.5.1 蜗杆轴向齿距pa=,直径系数q= 10;齿顶圆直径 80mm，齿根圆直径；分度圆导程角蜗杆法向齿厚。6.5.2 蜗轮蜗轮齿数z2=28,变位系数;验算传动比,是允许的。蜗轮的分度圆直径：蜗轮喉圆直径： 蜗轮齿根圆直径： 外圆直径： 蜗轮宽度b: ,选取为906.6 校核齿根弯曲疲劳强度当量齿数 根据x2=0.75,从机械设计图11-19中可查得齿形系数。螺旋系数 许用弯曲应力 从机械设计手册表11-8中查得由铸锡磷青铜zcusn10p1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力寿命系数 ，所以弯曲强度是满足6.7 精度等级公差和表面粗糙度的确定考虑到所设计的蜗杆传动是动力传动，属于通用机械减速器，从gb/t10089-1988圆柱蜗杆、蜗杆精度等级中选7级精度、侧隙种类为f,标住为8f( gb/t10089-1988)。然后由有关手册查得要求的公差项目及表面粗糙度，此处从略。6.8 减速器轴的设计6.8.1 计算蜗杆基本尺寸设计根据电动机的功率p=15kw，满载转速为1460r/min，电动机轴径，轴伸长e=80mm，轴上键槽为10x5。1、 初步估计蜗杆轴外伸段的直径d=（0.810）=30.438mm2、 计算转矩tc=kt=k9550=1.059550=103.2由tc、d根据机械零件设计课程设计表14-13可查得选用