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5张CAD高清图纸和文档 YC系列 结晶器 齿轮 差动 振动器 设计 CAD 图纸 文档 YC 系列

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开题报告题 目： 结晶器齿轮差动振动器设计 学 院： 专 业： 班 级： 学 号： 学生姓名： 起讫日期： 指导教师： 职称： 学院院长： 审核日期： 一、概述1结晶器振动器简介在连铸技术的发展过程中，只有采用了结晶器振动装置后，连铸才能成功。结晶器振动的目的是防止拉坯坯壳与结晶器粘结，同时获得良好的铸坯表面，因而结晶器向上运动时，减少新生的坯壳与铜壁产生粘结，以防止坯壳受到较大的应力，使铸坯表面出现裂纹;而当结晶器向下运动时，借助摩擦，在坯壳上施加一定的压力，愈合结晶器上升时拉出的裂痕，这就要求向下的运动速度大于拉坯速度，形成负滑脱。机械振动的振动装置由直流电动机驱动，通过万向联轴器，分两端传动两个蜗轮减速机，其中一端装有可调节轴套，蜗轮减速机后面再通过万向联轴器，连接两个滚动轴承支持的偏心轴，在每个偏心轮处装有带滚动轴承的曲柄，并通过带橡胶轴承的振动连杆支撑振动台，产生振动。在新型连铸生产工艺中，采用带有数字波形发生器的结晶器电液伺服振动控制是保证连铸生产质量的关键技术之一。国外的应用情况表明，采用连铸结晶器非正弦伺服振动，能够有效地减少铸坯与结晶器间的摩擦力，从而防止坯壳与结晶器粘结而被拉裂，减小铸坯振痕，提高铸坯质量川一9l。带有数字波形发生器的结晶器电液伺服振动控制装置和传统的结晶器振动装置相比，可以方便地实现多种波形振动、实现连铸过程监督和实时显示振动波形，并能在线修改非振动方式及振动频率和幅值等参数，实现控制过程的平稳过度。2. 结晶器振动器的发展最初的连铸机结晶器是静止不动的，在拉坯的过程中坯壳很容易与结晶器内壁产生粘结，从而出现坯壳“拉不动”或拉漏钢水的事故发生。因此，静止不动的结晶器限制了连铸生产的工业化发展。直到1933年现代连铸的奠基人一德国的西格弗里德容汉斯开发了结晶器振动装置，并成功地将它应用于有色金属黄铜的连铸。1949年S容汉斯的合伙人美国的艾尔文罗西(Irving Rossi )获得了容汉斯结晶器振动技术专利的使用权，并首次在美国约阿勒德隆钢公司厂的一台方坯连铸试验机上采用了振动结晶器。与此同时，容汉斯振动结晶器又被西德曼内斯(Mannesmann)公司胡金根厂的一台连续铸钢试验连铸机上成功应用结晶器振动技术在这两台连铸机上的成功应用，为结晶器振动技术的广泛应用打下了坚实的基础。二、本课题在国内外的研究现状继续日本将液压伺服振动结晶器应用于连铸之后，法国IRSID2与CLECIM合作进行了相应的研究工作。于1987年公布了其实验结果。研究结果表明，应用非正弦振动可以有效地减少结晶器内的摩擦力，使振痕深度减轻，铸坯表面质量得以明显改善。在前面实验的基础上，IRSID与CLECIM又新设计制造了两台液压振动工业实验装置，分别安装在了索拉克厂的流板坯连铸机的2号机和Unimecal Normandie厂的8流小方坯连铸机的一流上。首先他们在这两个装置上采用了与机械振动系统相同的正弦波形及控制方式，应用于各自的铸机上进行长期的工业试验。结果表明铸坯表面质量和机械振动系统相同，同时也验证了液压振动系统的可靠性。随后在SOLLAC厂进行了非正弦振动实验，其金相分析结果表明，生产的低碳钢的振痕深度至少减少了25%,在UN厂，虽然他们应用液压振动仍进行了正弦振动试验，但是在控制上对正弦振动模型进行了优化控制，结果表明，低碳钢方坯的表面缺陷减少了75%。CLECIM后来又为SOLLAC厂设计制造了一台工业性液压振动装置，采用全数字控制方式，在控制上具有更大的灵活性和适应性。该设备液压源压力为18Mpa，电动机功率为110KW，于1993年3月安装在SOLLAC厂2号板坯连铸机上，目前该连铸机主要生产超低碳钢，C含量为0.025%及小于0.01%。生产结果表明，应用非正弦振动，其振痕深度比用正弦振动至少减少了30%，并且可以减少凝固钩的数量，显著减少皮下缺陷，从而大大提高了最后轧制成品的表面质量。现在，该厂一直采用给正弦振动进行生产，并计划改造另一流板坯振动系统。英国的Stocksbridge工程钢厂的圆方坯连铸机主要生产特殊钢，应用液压振动改造后，生产实践表明，用液压非正弦振动系统不仅可以减少振痕深度，减少卷渣，提高铸坯表面质量，而且该厂的漏钢率也从原来的3%下降到了1%。与此同时，德马克公司在阿维迪薄板坯连铸机上，开发成功了薄板坯液压振动系统。日本住友在其90-120mm1000mm试验连铸机上采用了液压振动技术，起普碳钢的试验拉速为5m/min；中碳钢等钢种的试验拉速为3m/min。奥钢联已经在其薄板坯连铸机上，卢森堡则在其方坯以异形坯连铸机上开始装备液压振动系统，并开始了自带振动系统的结晶器的研制。另外，日本神户、新日铁、英国ECSC等都相继开始液压振动的研究。三、本课题的研究内容1、任务及要求结晶器齿轮差动振动器设计，振幅12毫米，震动重量按800毫米长结晶器计算，频率100150之间。2.主要内容（1）调查研究课题研究现况；（2）分析要求，提出方案设计与选定；（3）齿轮差动设计与校核；（4）动力传动系统设计；四、本课题的实施方案差动齿轮振动机构是我国60年代中期开发并应用于生产的弧线轨迹振动机构。结晶器固定在由弹簧支撑的振动框架上，用凸轮或偏心轮强迫框架下降，利用弹簧的反力使其上升。振动框架的内、外弧侧面，装有齿条，分别与节圆半径相等的小齿轮相啮合。装在小齿轮轴上的扇形齿轮有不同的节圆半径，内弧侧的节园半径比较大，相互啮合的扇形齿轮摆动时，就时与其相连的两个小齿轮曳不一样，因而可使结晶器产生弧线运动，由于它结构复杂，齿轮和导向件磨损较严重等原因而未被得到推广。但差动原理却在后来的四偏心结结机构上得到了应用。其结构如图4-1所示。图4-1差动式振动机构 在结晶器的振动框架1上，固定有导轨和齿条2，在距离为A的两侧装有两根长轴3，轴支撑在轴承12上，轴上装有齿轮4和导轮5，以及不同节圆半径的扇形齿轮6及7.，在振动框架1两端还装着导向块8，在扇形齿轮6上装有连杆9，和与传动机构相连的偏心轮10，振动框架1下面还支撑有弹簧11，目的是平衡一部分负荷并使振动框架1产生一个向上的恢复力，两个轴3就产生反复的转动，齿轮4厕通过齿条啮合关系使振动框架1产生振动，但由于扇形齿轮6和7的节圆半径不同，所以两侧齿轮4的角速度也不同，则振动框架将产生弧线振动。圆弧半径为R，框架1两侧齿条节线间距离为W，两齿轮4的中心距为A，节圆半径为，扇形齿轮6和7的节圆半径为、，则： 正确的选择W、A及、的值，便可以得到要求的R值。五、本课题的实施进度计划本课题的实施计划如下：1.2015年3月110日：调查研究课题研究现况，撰写开题报告；2.2015年3月10日3月15日：分析结晶器齿轮差动振动器，设计总体方案；3.2015年3月16日3月20日：根据总体方案及参数要求，确定齿轮差动方案；4.2015年3月21日3月25日：设计齿轮差结构尺寸并校核；5.2015年:3月26日3月31日：设计计算传动系统结构及尺寸；6.2015年4月1日4月5日：校核各主要零部件的强度；7.2015年4月6日4月20日：绘制结晶器齿轮差动振动器的装配图及零件图；8.2015年4月21日4月31日：书写毕业设计说明书。参考资料：1 骆涵秀, 李世伦, 朱捷等. 机电控制M . 杭州:浙江大学出版社, 1994.2 李运华, 王占林, 陈栋梁, 等. 连铸机结晶器电液伺服振动波形系统的开发研制. 机床与液压,1998 3 李宪奎, 张德明, 曾宪武. 结晶器非正弦振动的研就铁,1998 ,33(11) :26294 方一鸣, 王洪瑞, 赵现朝, 等. STD 工控机在可逆冷轧机厚控系统中的应用. 冶金自动化,1998 ,22(4) :16185 田乃媛 薄板坯连铸连轧M1 北京:冶金工业出版社,19986 杨拉道，谢东钢.常规板坯连铸技术M.冶金工业出版社.20027 李宪奎，张德明.连铸结晶器振动技术M.冶金工业出版社.20008 时彦林，李鹏飞.结晶器振动技术的发展J.天津冶金.2006.2文献综述题 目： 结晶器齿轮差动振动器设计 学 院： 专 业： 班 级： 学 号： 学生姓名： 起讫日期： 指导教师： 职称： 学院院长： 审核日期： 一、结晶器应用领域1.连铸机机型分类，特点及演变目前连铸机已在钢厂广泛采用，形式多种，用途各异。对连铸机的叫法也很不一致。现按一般习惯介绍连铸机的分类方法：(1)接连铸机外形分类有：立式连铸机、立弯式连铸机、弧形连铸机、超低头(椭圆形)连铸机、水平连铸机，轮式连铸机等。(2)按浇注铸坯断面分类有表1 国 内 连 铸 机 统 计机型 台数/台 流数/流 年产能/万t 说明 小方坯 211 783 8983.50 150mm150mm 方、矩坯 218 781 9902 150mm150mm 板坯 91 120 8383 板方兼用者按板坯计 薄板坯 10 10 1262 薄板坯连铸连轧 圆坯 20 52 511.25 以生产圆坯为主者按圆坯 异型坯 1 3 63 合计 551 1749 29204.75 有几家方案未确定者（如广东、福建等）尚未计入 (3) 按拉速分类有：高拉速连铸机和低拉速连铸机。它们的主要区别在于：高拉速时铸坯带液芯矫直，低拉速时铸坯全凝固矫直。(4)按钢水静压头分类：静压力较大的叫高头型连铸机如立式、立弯式连铸机。静压力较小的叫低头连铸机如弧形、椭圆、水平连铸机。2.连续铸钢的工艺流程及设备 图 1-1 炼钢生产工艺流程简图图1-2 连铸工艺图二、结晶器振动器简介在连铸技术的发展过程中，只有采用了结晶器振动装置后，连铸才能成功。结晶器振动的目的是防止拉坯坯壳与结晶器粘结，同时获得良好的铸坯表面，因而结晶器向上运动时，减少新生的坯壳与铜壁产生粘结，以防止坯壳受到较大的应力，使铸坯表面出现裂纹;而当结晶器向下运动时，借助摩擦，在坯壳上施加一定的压力，愈合结晶器上升时拉出的裂痕，这就要求向下的运动速度大于拉坯速度，形成负滑脱。机械振动的振动装置由直流电动机驱动，通过万向联轴器，分两端传动两个蜗轮减速机，其中一端装有可调节轴套，蜗轮减速机后面再通过万向联轴器，连接两个滚动轴承支持的偏心轴，在每个偏心轮处装有带滚动轴承的曲柄，并通过带橡胶轴承的振动连杆支撑振动台，产生振动。在新型连铸生产工艺中，采用带有数字波形发生器的结晶器电液伺服振动控制是保证连铸生产质量的关键技术之一。国外的应用情况表明，采用连铸结晶器非正弦伺服振动，能够有效地减少铸坯与结晶器间的摩擦力，从而防止坯壳与结晶器粘结而被拉裂，减小铸坯振痕，提高铸坯质量川一9l。带有数字波形发生器的结晶器电液伺服振动控制装置和传统的结晶器振动装置相比，可以方便地实现多种波形振动、实现连铸过程监督和实时显示振动波形，并能在线修改非振动方式及振动频率和幅值等参数，实现控制过程的平稳过度。三、结晶器振动器的发展最初的连铸机结晶器是静止不动的，在拉坯的过程中坯壳很容易与结晶器内壁产生粘结，从而出现坯壳“拉不动”或拉漏钢水的事故发生。因此，静止不动的结晶器限制了连铸生产的工业化发展。直到1933年现代连铸的奠基人一德国的西格弗里德容汉斯开发了结晶器振动装置，并成功地将它应用于有色金属黄铜的连铸。1949年S容汉斯的合伙人美国的艾尔文罗西(Irving Rossi )获得了容汉斯结晶器振动技术专利的使用权，并首次在美国约阿勒德隆钢公司厂的一台方坯连铸试验机上采用了振动结晶器。与此同时，容汉斯振动结晶器又被西德曼内斯(Mannesmann)公司胡金根厂的一台连续铸钢试验连铸机上成功应用结晶器振动技术在这两台连铸机上的成功应用，为结晶器振动技术的广泛应用打下了坚实的基础。四、结晶器振动器国内外的研究现状继续日本将液压伺服振动结晶器应用于连铸之后，法国IRSID2与CLECIM合作进行了相应的研究工作。于1987年公布了其实验结果。研究结果表明，应用非正弦振动可以有效地减少结晶器内的摩擦力，使振痕深度减轻，铸坯表面质量得以明显改善。在前面实验的基础上，IRSID与CLECIM又新设计制造了两台液压振动工业实验装置，分别安装在了索拉克厂的流板坯连铸机的2号机和Unimecal Normandie厂的8流小方坯连铸机的一流上。首先他们在这两个装置上采用了与机械振动系统相同的正弦波形及控制方式，应用于各自的铸机上进行长期的工业试验。结果表明铸坯表面质量和机械振动系统相同，同时也验证了液压振动系统的可靠性。随后在SOLLAC厂进行了非正弦振动实验，其金相分析结果表明，生产的低碳钢的振痕深度至少减少了25%,在UN厂，虽然他们应用液压振动仍进行了正弦振动试验，但是在控制上对正弦振动模型进行了优化控制，结果表明，低碳钢方坯的表面缺陷减少了75%。CLECIM后来又为SOLLAC厂设计制造了一台工业性液压振动装置，采用全数字控制方式，在控制上具有更大的灵活性和适应性。该设备液压源压力为18Mpa，电动机功率为110KW，于1993年3月安装在SOLLAC厂2号板坯连铸机上，目前该连铸机主要生产超低碳钢，C含量为0.025%及小于0.01%。生产结果表明，应用非正弦振动，其振痕深度比用正弦振动至少减少了30%，并且可以减少凝固钩的数量，显著减少皮下缺陷，从而大大提高了最后轧制成品的表面质量。现在，该厂一直采用给正弦振动进行生产，并计划改造另一流板坯振动系统。英国的Stocksbridge工程钢厂的圆方坯连铸机主要生产特殊钢，应用液压振动改造后，生产实践表明，用液压非正弦振动系统不仅可以减少振痕深度，减少卷渣，提高铸坯表面质量，而且该厂的漏钢率也从原来的3%下降到了1%。与此同时，德马克公司在阿维迪薄板坯连铸机上，开发成功了薄板坯液压振动系统。日本住友在其90-120mm1000mm试验连铸机上采用了液压振动技术，起普碳钢的试验拉速为5m/min；中碳钢等钢种的试验拉速为3m/min。奥钢联已经在其薄板坯连铸机上，卢森堡则在其方坯以异形坯连铸机上开始装备液压振动系统，并开始了自带振动系统的结晶器的研制。另外，日本神户、新日铁、英国ECSC等都相继开始液压振动的研究。五、振动方式类型结晶器振动方式是指结晶器运动速度的变化规律，有三种：A 同步振动同步式振动是最早的振动形式，其速度变化规律特点是：结晶器在下降时与铸坯作同步运动，然后以三倍的拉速上升。上升和下降都是等速运动。这种振动方式需要采取凸轮机构，加工制造比较麻烦。同时，由于运动过程中产生冲击力，影响结晶器振动的平稳性，对铸坯质量和设备的正常运转都是不利的。B 负滑脱振动负滑脱振动是同步振动的改进形式，其主要特点是：1）结晶器的下降速度稍大于拉坯速度，有一个参数称为负滑差率，用来表示结晶器下降速度和拉速之间的滑差率。如果负滑差率太大，容易在铸坯表面上产生振动痕迹，所以，一般取其值在5到10之间。优点是：当结晶器下降时使坯壳中产生压应力，以促进断裂的坯壳压合，也有利于脱模。2）结晶器在上升和下降的转折点处，速度变化比较缓和，利于提高运动的平稳性。在结晶器上升时，坯壳承受拉应力，下降时承受压应力，因此在确定振动参数时，应使开始下降时的加速度大些，开始上升时的加速度取小些。负滑脱式振动是一种较好的振动形式，但是也是靠凸轮来实现的。C 正弦式振动正弦式振动时，结晶器的运动速度是按正弦规律变化的。其特点是：1）由于正弦振动中没有稳定的速度阶段，所以结晶器和铸坯之间没有同步运动阶段，但有一西欧啊段负滑脱阶段，有利于促使坯壳愈合。2）由于速度是按正弦运动变化，加速度是按余弦规律变化，过渡比较平稳，没有很大的冲击。3）因加速度较小，有可能提高振动频率，利于提高脱模作用，消除粘接现象。4）正弦式振动是通过偏心轮来实现的，制造比较容易。5）因结晶器和铸坯之间没有严格的相对速度关系，所以，当拉坯速度变化范围不太大时，振动机构和拉坯机构之间的联锁的重要性也不大，可以简化电气系统。六、振动机构型式结晶器的振动装置的结构包括两个基本部分：实现结晶器运动轨迹的部分和实现结晶器振动的部分。按照结晶器运动轨迹（弧线）的实现方式分为：导轨式、长臂式、复合差动式、短臂四连杆式和四偏心轮式。小方坯连铸机用短臂四连杆振动机构常安装在内弧侧，大板坯连铸机四连杆机构常装在外弧侧。四偏心轮振动机构在最近新建设的大型板坯连铸机上采用的也很多，多用来实现高频振动。按照结晶器振动的实现方式分为强迫振动、弹簧自由振动、复合式振动和液压振动或伺服振动。本设计题目采用带有气囊减震的强迫振动。A导轨式振动机构导轨式振动机构是通过具有一定半径的弧形导轨和滑轮来使结晶器实现弧线运动的。由于振动行程很小，弧形导轨也可以用两段折线来代替，以便简化加工。导轨可以故地在浇注平台的钢结构上，也可以固定在二次冷却装置的机架上，这样便于对弧。滑轮也可以用滑块代替。它们是固定在结晶器的外壳或框架上的。结构比较简单，早期使用较多。B 长臂式振动机构长臂式振动机构是通过一根长臂来实现弧线运动，长臂的工作长度等于圆弧半径，一端为支点，即连铸机的圆弧中心，它是铰接在建筑结构上的。另一端上装着结晶器，可以绕支点做弧线摆动。长臂是通过振动机构实现上下振动的。长臂式振动装置能准确地实现弧线运动，结构也比较简单，这种振动机构对拆装二次冷却装置及拉坯矫直机不太方便，现已淘汰。C 复合差动式振动机构复合差动式机构是我国自行开发的一种振动机构。结晶器固定在由弹簧支撑的振动框架上，用凸轮和偏心轮强迫框架下降，利用弹簧的反力使其上升。该振动机构运动轨迹精确，机构简单，运动件及轴承较少，方便维修及快速更换。而且由于有弹簧支撑，不但使拉破坯壳的危险大大下降，还能使有关运动件及齿轮和齿条等啮合件永不脱离啮合。D 短臂四连杆振动机构四连杆机构中的连杆CD在某一瞬时的运动是绕瞬时中心O作弧线运动的，圆弧半径为OD。因此，只要恰当地选择四连杆中各杆的尺寸参数，使OD正好等于连铸机的圆弧半径R，使结晶器处在CD杆的位置，便可以实现结晶器的弧线运动。由于结晶器的振幅与圆弧半径相比很小，因此瞬心位置变化造成的运动误差在理论上很小，不大于0.1mm，可以忽略。图2.1 四连杆机构E 四偏心轮振动机构四偏心轮振动机构是西德曼内斯曼公司于70年代开发，80年代加以改进的一种振动机构。结晶器的弧线运动是利用两对偏心距不同的偏心轮及连杆机构而产生的。结晶器运动的弧线定中是利用两条板式弹簧使结晶器只作弧形摆动，而不能产生前后左右的位移。适当选择弹簧的长度，可以使运动轨迹误差不大于0.02mm。参考资料：1 骆涵秀, 李世伦, 朱捷等. 机电控制M . 杭州:浙江大学出版社, 1994.2 李运华, 王占林, 陈栋梁, 等. 连铸机结晶器电液伺服振动波形系统的开发研制. 机床与液压,1998 3 李宪奎, 张德明, 曾宪武. 结晶器非正弦振动的研就铁,1998 ,33(11) :26294 方一鸣, 王洪瑞, 赵现朝, 等. STD 工控机在可逆冷轧机厚控系统中的应用. 冶金自动化,1998 ,22(4) :16185 田乃媛 薄板坯连铸连轧M1 北京:冶金工业出版社,19986 杨拉道，谢东钢.常规板坯连铸技术M.冶金工业出版社.20027 李宪奎，张德明.连铸结晶器振动技术M.冶金工业出版社.20008 时彦林，李鹏飞.结晶器振动技术的发展J.天津冶金.2006.26XXXXX毕 业 设 计 (论 文) 结晶器齿轮差动振动机构设计系 名： 专业班级： 学生姓名： 学 号： 指导教师姓名： 指导教师职称： 年 月目 录摘 要IIAbstractIII第一章 绪论11.1结晶器振动器简介11.2结晶器振动器的发展11.3国内外的研究现状1第二章 总体设计32.1设计要求32.2方案选择32.2.1振动机构方案选择32.2.2振动形式选择42.2.3传动机构方案选择52.3总体参数分析62.3.1结晶器的位移函数62.3.2结晶器的速度函数73.2.3铸流速度7第三章 传动部件的设计与选择83.1电动机的选择83.1.1结晶器质量的估算83.1.2驱动功率选择83.1.3 电动机的选择93.1.4电动机校核9（1）电动机转矩的校核9（2）电动机发热的校核103.2减速器的选择103.2.1传动比的确定103.2.2减速器选择103.2.3减速器的功率校核103.2.4减速器的强度校核113.3振动源偏心轴的设计113.3.1轴的类型选择113.3.2轴的材料123.3.3初算轴的直径123.3.4轴的结构设计123.3.5轴上零件的布置和装配方案143.3.6轴上受力分析及校核143.4轴上零件的设计与校核193.4.1联轴器的选择193.4.2轴承的选择及其校核203.4.3键的选用及校核22第四章 振动部件的设计与选择234.1齿轮齿条设计234.1.1齿轮齿条的材料选择234.1.2齿轮齿条的设计与校核234.2扇形齿轮设计274.3连杆的设计274.4连杆销的设计284.5弹簧的设计及其校核29总 结32参考文献33致 谢34摘 要结晶器差动齿轮振动机构是我国60年代中期开发并应用于生产的弧线轨迹振动机构。其结晶器固定在由弹簧支撑的振动框架上，用凸轮或偏心轮强迫框架下降，利用弹簧的反力使其上升。其主要由电机、减速器、偏心轴、连杆、差动扇形齿轮、齿轮齿条、弹簧、框架等构成。本文主要针对结晶器差动齿轮振动机构进行设计。首先，通过对差动齿轮振动机构结构及原理进行分析，在此分析基础上提出了总体结构方案；接着，对主要技术参数进行了计算选择；然后，对各主要零部件进行了设计与校核；最后，通过AutoCAD制图软件绘制了搓丝机总装图、传动装置装配图及主要零部件图。通过本次设计，巩固了大学所学专业知识，如：机械原理、机械设计、材料力学、公差与互换性理论、机械制图等；掌握了普通机械产品的设计方法并能够熟练使用AutoCAD制图软件，对今后的工作于生活具有极大意义。关键词: 结晶器，差动齿轮，振动机构，偏心轴AbstractMold is a differential gear vibration mechanism of the mid-1960s developed and used in the production of curved track vibration mechanism. Which is fixed to the mold frame by a spring support of the vibration, forced by the cam or eccentric frame drop, the spring reaction force to make it rise. Which mainly consists of motor, reducer, eccentric shaft, connecting rod, differential gear segment, rack and pinion, springs, frame and so on.In this paper, the design for the differential gear mold vibrating mechanism. First, by making the structure and principles of the differential gear vibration mechanism analysis presented in this analysis, based on the overall structure of the program; Next, the main technical parameters were calculated choice; then, for the main components were designed and Verification ; Finally, AutoCAD drawing software to draw the thread rolling machine assembly diagram, the main gear assembly drawings and parts diagram.Through this design, the consolidation of the university is expertise, such as: mechanical principles, mechanical design, mechanics of materials, tolerances and interchangeability theory, mechanical drawing, etc; mastered the design method of general machinery products and be able to skillfully use AutoCAD drawing software for the future work of great significance in life.Keywords: Mold, The differential gear, The vibration mechanism, The eccentric shaft35结晶器齿轮差动振动机构设计第一章 绪论1.1结晶器振动器简介在连铸技术的发展过程中，只有采用了结晶器振动装置后，连铸才能成功。结晶器振动的目的是防止拉坯坯壳与结晶器粘结，同时获得良好的铸坯表面，因而结晶器向上运动时，减少新生的坯壳与铜壁产生粘结，以防止坯壳受到较大的应力，使铸坯表面出现裂纹;而当结晶器向下运动时，借助摩擦，在坯壳上施加一定的压力，愈合结晶器上升时拉出的裂痕，这就要求向下的运动速度大于拉坯速度，形成负滑脱。机械振动的振动装置由直流电动机驱动，通过万向联轴器，分两端传动两个蜗轮减速机，其中一端装有可调节轴套，蜗轮减速机后面再通过万向联轴器，连接两个滚动轴承支持的偏心轴，在每个偏心轮处装有带滚动轴承的曲柄，并通过带橡胶轴承的振动连杆支撑振动台，产生振动。在新型连铸生产工艺中，采用带有数字波形发生器的结晶器电液伺服振动控制是保证连铸生产质量的关键技术之一。国外的应用情况表明，采用连铸结晶器非正弦伺服振动，能够有效地减少铸坯与结晶器间的摩擦力，从而防止坯壳与结晶器粘结而被拉裂，减小铸坯振痕，提高铸坯质量川一9l。带有数字波形发生器的结晶器电液伺服振动控制装置和传统的结晶器振动装置相比，可以方便地实现多种波形振动、实现连铸过程监督和实时显示振动波形，并能在线修改非振动方式及振动频率和幅值等参数，实现控制过程的平稳过度。1.2结晶器振动器的发展最初的连铸机结晶器是静止不动的，在拉坯的过程中坯壳很容易与结晶器内壁产生粘结，从而出现坯壳“拉不动”或拉漏钢水的事故发生。因此，静止不动的结晶器限制了连铸生产的工业化发展。直到1933年现代连铸的奠基人一德国的西格弗里德容汉斯开发了结晶器振动装置，并成功地将它应用于有色金属黄铜的连铸。1949年S容汉斯的合伙人美国的艾尔文罗西(Irving Rossi )获得了容汉斯结晶器振动技术专利的使用权，并首次在美国约阿勒德隆钢公司厂的一台方坯连铸试验机上采用了振动结晶器。与此同时，容汉斯振动结晶器又被西德曼内斯(Mannesmann)公司胡金根厂的一台连续铸钢试验连铸机上成功应用结晶器振动技术在这两台连铸机上的成功应用，为结晶器振动技术的广泛应用打下了坚实的基础。1.3国内外的研究现状继续日本将液压伺服振动结晶器应用于连铸之后，法国IRSID2与CLECIM合作进行了相应的研究工作。于1987年公布了其实验结果。研究结果表明，应用非正弦振动可以有效地减少结晶器内的摩擦力，使振痕深度减轻，铸坯表面质量得以明显改善。在前面实验的基础上，IRSID与CLECIM又新设计制造了两台液压振动工业实验装置，分别安装在了索拉克厂的2流板坯连铸机的2号机和Unimecal Normandie厂的8流小方坯连铸机的一流上。首先他们在这两个装置上采用了与机械振动系统相同的正弦波形及控制方式，应用于各自的铸机上进行长期的工业试验。结果表明铸坯表面质量和机械振动系统相同，同时也验证了液压振动系统的可靠性。随后在SOLLAC厂进行了非正弦振动实验，其金相分析结果表明，生产的低碳钢的振痕深度至少减少了25%,在UN厂，虽然他们应用液压振动仍进行了正弦振动试验，但是在控制上对正弦振动模型进行了优化控制，结果表明，低碳钢方坯的表面缺陷减少了75%。CLECIM后来又为SOLLAC厂设计制造了一台工业性液压振动装置，采用全数字控制方式，在控制上具有更大的灵活性和适应性。该设备液压源压力为18Mpa，电动机功率为110KW，于1993年3月安装在SOLLAC厂2号板坯连铸机上，目前该连铸机主要生产超低碳钢，C含量为0.025%及小于0.01%。生产结果表明，应用非正弦振动，其振痕深度比用正弦振动至少减少了30%，并且可以减少凝固钩的数量，显著减少皮下缺陷，从而大大提高了最后轧制成品的表面质量。现在，该厂一直采用给正弦振动进行生产，并计划改造另一流板坯振动系统。英国的Stocksbridge工程钢厂的圆方坯连铸机主要生产特殊钢，应用液压振动改造后，生产实践表明，用液压非正弦振动系统不仅可以减少振痕深度，减少卷渣，提高铸坯表面质量，而且该厂的漏钢率也从原来的3%下降到了1%。与此同时，德马克公司在阿维迪薄板坯连铸机上，开发成功了薄板坯液压振动系统。日本住友在其90-120mm1000mm试验连铸机上采用了液压振动技术，起普碳钢的试验拉速为5m/min；中碳钢等钢种的试验拉速为3m/min。奥钢联已经在其薄板坯连铸机上，卢森堡则在其方坯以异形坯连铸机上开始装备液压振动系统，并开始了自带振动系统的结晶器的研制。另外，日本神户、新日铁、英国ECSC等都相继开始液压振动的研究。第二章 总体设计2.1设计要求结晶器齿轮差动振动器设计，振幅12毫米，振动重量按800毫米长结晶器计算，频率100150之间。2.2方案选择2.2.1振动机构方案选择结晶器的振动装置的结构包括两个基本部分：实现结晶器运动轨迹的部分和实现结晶器振动的部分。按照结晶器运动轨迹（弧线）的实现方式分为：导轨式、长臂式、复合差动式、短臂四连杆式和四偏心轮式等。差动齿轮振动机构是我国60年代中期开发并应用于生产的弧线轨迹振动机构。结晶器固定在由弹簧支撑的振动框架上，用凸轮或偏心轮强迫框架下降，利用弹簧的反力使其上升。振动框架的内、外弧侧面，装有齿条，分别与节圆半径相等的小齿轮相啮合。装在小齿轮轴上的扇形齿轮有不同的节圆半径，内弧侧的节园半径比较大，相互啮合的扇形齿轮摆动时，就时与其相连的两个小齿轮曳不一样，因而可使结晶器产生弧线运动，由于它结构复杂，齿轮和导向件磨损较严重等原因而未被得到推广。但差动原理却在后来的四偏心结结机构上得到了应用。其结构如图4-1所示。图4-1差动式振动机构在结晶器的振动框架1上，固定有导轨和齿条2，在距离为A的两侧装有两根长轴3，轴支撑在轴承12上，轴上装有齿轮4和导轮5，以及不同节圆半径的扇形齿轮6及7.，在振动框架1两端还装着导向块8，在扇形齿轮6上装有连杆9，和与传动机构相连的偏心轮10，振动框架1下面还支撑有弹簧11，目的是平衡一部分负荷并使振动框架1产生一个向上的恢复力，两个轴3就产生反复的转动，齿轮4厕通过齿条啮合关系使振动框架1产生振动，但由于扇形齿轮6和7的节圆半径不同，所以两侧齿轮4的角速度也不同，则振动框架将产生弧线振动。圆弧半径为R，框架1两侧齿条节线间距离为W，两齿轮4的中心距为A，节圆半径为，扇形齿轮6和7的节圆半径为、，则：正确的选择W、A及、的值，便可以得到要求的R值。2.2.2振动形式选择结晶器振动有同步、负滑脱和正弦三种。其振动特性曲线见团2.2所示。图2.2 振动特性曲线1同步振动；2负滑脱振动；3正弦振动（1）同步振动最早采用的一种振动方式，按其同步振动的曲线形状振动。若设V为拉坯速度，Vm为结晶器的振动速度，V1为结晶器的上升速度，V2为结晶器的下降速度，则同步振动时应满足：上升时V1=V3；下降时V2=V。这种振动方式的优点是能够满足连铸工艺要求，实现同步运动；缺点是机械连锁或用电器控制来实现严格的同步要求，装置都比较复杂，速度变化时机构冲击力也较大。（2）负滑脱振动同步振动的一种改进型，也称“负滑脱”。即V2=V(1+e)，式中e是负滑脱率。采用凸轮机构时取e=10%左右，V1=(2.8-3.2)V；采用偏心乱是去e=20%-40%。采用负滑脱振动，结晶器下降时对坯壳有压合作用，有利于拉裂坯壳的愈合，并可适当提高拉速。（3）正弦式振动其振动速度按正弦规律变化。这种方式的速度变化平稳、无冲击；能有效实现负滑脱，可适当提高拉速，易于改变振动频率和振幅，实现高频率小振幅的要求，以改善铸坯表面质量；用偏心轮/齿轮差动实现振动，结构简单，易于制造且安装、维修方便。基于上述优点，在本设计中，采用的就是齿轮差动式正弦振动。2.2.3传动机构方案选择（1）齿轮传动齿轮传动是利用两齿轮的轮齿相互啮合传递动力和运动的机械传动。按齿轮轴线的相对位置分平行轴圆柱齿轮传动、相交轴圆锥齿轮传动和交错轴螺旋齿轮传动。具有结构紧凑、效率高、寿命长等特点。齿轮传动是指用主、从动轮轮齿直接、传递运动和动力的装置。在所有的机械传动中，齿轮传动应用最广，可用来传递任意两轴之间的运动和动力。齿轮传动的特点是：齿轮传动平稳，传动比精确，工作可靠、效率高、寿命长，使用的功率、速度和尺寸范围大。例如传递功率可以从很小至几十万千瓦；速度最高可达300m/s；齿轮直径可以从几毫米至二十多米。但是制造齿轮需要有专门的设备，啮合传动会产生噪声。（2）链传动链传动是通过链条将具有特殊齿形的主动链轮的运动和动力传递到具有特殊齿形的从动链轮的一种传动方式。链传动有许多优点，与带传动相比，无弹性滑动和打滑现象，平均传动比准确，工作可靠，效率高；传递功率大，过载能力强，相同工况下的传动尺寸小；所需张紧力小，作用于轴上的压力小；能在高温、潮湿、多尘、有污染等恶劣环境中工作。链传动的缺点主要有：仅能用于两平行轴间的传动；成本高，易磨损，易伸长，传动平稳性差，运转时会产生附加动载荷、振动、冲击和噪声，不宜用在急速反向的传动中。因此，链传动多用在不宜采用带传动与齿轮传动，而两轴平行，且距离较远，功率较大，平均传动比准确的场合。（3）带传动带传动(皮带传动)特点(优点和缺点):结构简单,适用于两轴中心距较大的传动场合;传动平稳无噪声,能缓冲、吸振;过载时带将会在带轮上打滑,可防止薄弱零部件损坏,起到安全保护作用;不能保证精确的传动比.带轮材料一般是铸铁等。（4）蜗杆传动方式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（图2-8）。两轴线交线的夹角可为任意值，常见的为90。这种传动有这样的优点：传动比大，零件数目少，结构紧凑；具有反向自锁的作用。蜗杆传动机构也具有缺点，由于蜗杆跟涡轮之间通过摩擦传递运动，所以这使得两者之间产生很多的热量，这些热量若不能即使散发出去，那就会使润滑条件恶化，产生胶合现象。同时这种传动效率低。综上所述，选择齿轮传动机构作为本次振动机构的传动装置。图2-9传动机构方案2.3总体参数分析2.3.1结晶器的位移函数振动台的振源机构相当于曲柄滑块机构，G点的运动简图如图3.4所示。图3.4 结晶器振动台的振源机构简图故G点的位移为： 根据公式（3-2），并考虑位移方向相反，则C点的位置函数为：为了计算和讨论方便，将其取正，则结晶器的位置函数和C点的位置函数相同，可以写成 （3-3）式中：结晶器的位移； H结晶器的二倍振幅即结晶器的总行程； 振源旋转角度 =； 振源振动频率，和结晶器振动频率相同；2.3.2结晶器的速度函数对结晶器的位移函数式（3-3）求t的一次导数，便得出结晶器的速度函数，即 （3-4）式中：结晶器速度；结晶器速度曲线为余弦，速度的最大值=2在结晶器的一个行程范围内，速度会出现两次最值，即上行最大值和下行最大值。3.2.3铸流速度在连续铸钢时，铸流为连续向下运动，其路程可以表示为：，铸流速度等于拉速。式中：结晶器的路程； 铸流速度； 拉速；第三章 传动部件的设计与选择3.1电动机的选择3.1.1结晶器质量的估算（1）体积结晶器虽然是冶金行业的重要零件，但是至今仍没有统一的标准，这就注定结晶器的大小没有一个固定值。本次设计按照800mm长度计算。这样我们就可以得出结晶器的大体体积为：其中 a结晶器的长度 b结晶器高度 c结晶器宽度（2）质量结晶器组成复杂，在里面有很多铜管，铜管内还有冷却水，这就给我们的质量估算带来很大的麻烦，我们为了估算暂时将结晶器看做是40%体积的水跟60%体积的铜组成。则结晶器的总重量为：在振动装置中还有些机架、杆件，所以还要估算这些杆件的质量：综上可以得出结晶器振动部分的总重量为：3.1.2驱动功率选择则可求出总的静载荷根据设计要求以及实际试验设计，取 。有机构分析可知，偏心轮的偏心距为：则偏心轮的轮角速度为：最大的振动速度：振动加速度：静载荷质量：动负荷为：摩擦阻力：该公式取自冶金工业出版社炼钢设备P158（7-12）公式。振动总负荷为：则换算到偏心轴上的震动负荷为：有上述的计算可以求出电动机驱动功率为：3.1.3 电动机的选择根据驱动功率，查机械零件设计手册第三版，因为室内工作连续运转，所以选择Y系列（IP44）三相异步电动机。本设计题目选择Y系列（IP44）三相异步电动机，（JB/T 9616-1999）,型号为Y200L-4,额定功率30千瓦，转速1470转/分，重量253千克。安装及外形是机座带底脚、端盖无凸缘。3.1.4电动机校核（1）电动机转矩的校核式中： 电动机的额定转矩Nm 启动时电动机轴静转矩Nm 最小启动电压与额定电压比值，取0.85启动时的加速度关系，一般取1.2-1.5，这里取1.4所以满足，即电动机的转矩符合要求。（2）电动机发热的校核C惯量增加量电动机以外，移动质量和转动质量质量折算到电动机轴上的飞轮距电动机工作方式为S3即6次/h故Z=6 取K=1.7 查起重机课程设计得到P=13Kw所以PPs=11.67（Ps为额定功率）3.2减速器的选择3.2.1传动比的确定由设计参数可知，结晶器振动频率为100150次/min，则有减速器低速轴上的转速为100150次/min，高速轴是根据电机的转速确定，为1470r/min。所以传送比为：这样我们可以查机械设计手册第四卷16-44页中表16-2-5ZLY型减速器功率得到传动比为9.8，采用用二级减速器就可满足要求。3.2.2减速器选择由机械设计手册第四卷中可查知，选用ZLY-140-7.1-，其减速器功率为P1=26Kw，高速轴轴颈为32mm，低速轴轴颈为65mm。3.2.3减速器的功率校核 P3计算功率P2负载功率11.67kwP1减速器公称输入功率23kwF1工况系数，由机械设计手册第五版第四卷16-2-8，选定工况系数为1.5根据上述计算可知，减速器的选择可以符合要求。3.2.4减速器的强度校核减速器的轴的材料拟选用45号钢。（1）高速轴的强度校核电动机的额定转矩为则高速轴联轴器的转矩为式中：M电动级额定转矩 n联轴器的安全系数，运行机构n=1.35 机构刚性动载系数，=1.2-2.0，取=1.8低速轴上的转矩为：所以减速器高速轴上的最大转矩为M=M1=431NM高速轴上的最小轴径为：由减速器查知d=55mm所以高速轴的最大扭矩应力为许用扭转应力=所以故通过校核。（2）低速轴的强度校核低速轴的最大转矩为低速轴的最小轴径为28mm，但是最大转矩处的轴径约为d=28+10=38mm，所以综上所述，减速器通过校核3.3振动源偏心轴的设计3.3.1轴的类型选择在该振动结构中，由于要实现振动，选择转轴的类型为偏心轴（如图3.1所示）。图3.1 偏心轴3.3.2轴的材料根据设计要求，选择该偏心轴的材料为45#钢。3.3.3初算轴的直径联轴器和滚动轴承的型号是根据轴端直径确定的，而且轴的结构设计是在初步计算轴径的基础上进行的，故要先计算轴径。轴的直径可按扭矩强度法进行估算，即 (3.1)式中：P为轴传递的功率，kW；n为轴的转速，r/min，n=200r/min；C为有轴的材料和受载情况确定的系数。若材料为45钢，通常取C=106117，C值应考虑轴上弯矩对轴强度的影响，当只受转矩或弯矩相对较小时，C取小值；当弯矩相对较大时，C取大值。初算轴径还要考虑键槽对轴强度的影响。当该轴段截面上有一个键槽时，d增大5%；有两个键槽时，d增大10%。然后将轴径圆整为标准值。在这里，C取110，对段有 圆整取 3.3.4轴的结构设计由于该轴要承受较大的轴向力，而且定位要求可靠，故采用轴肩轴向定位与固定方法（如图3.2所示）。图3.2 轴肩为了保证零件紧靠定位面，应使rc1或rR，轴向高度h应大于R或c1通常可取h=（0.070.1）d，轴环宽度b=1.4h。 与滚动轴承配合处的h与r值应根据滚动轴承的类型与尺寸确定。为了满足机器传递运动和转矩的要求，并防止轴上零件与轴发生相对转动，轴上零件还必须有可靠的周向定位和固定。常用键、花键、紧定螺钉、销及过盈配合等方法实现。轴上安装零件的各段长度，根据相应零件轮毂宽度和其他结构需要来确定。不安装零件的各轴段长度可根据轴上零件相对位置来确定。当用套筒或挡油盘等零件来固定轴上零件时，轴端面与套筒端面或轮毂端面之间应留有23mm的间隙，即轴段长度小于轮毂宽度23mm，以防止加工误差使零件在轴向固定不牢靠。当轴的外伸段上安装联轴器、带轮、链轮时，为了使其在轴向固定牢固，也需要同样处理。轴上的平键的长度应短于该轴段长度510mm，键长要圆整为标准值。键端距离零件装入侧轴端距离一般为25mm，以便安装轴上零件时其键槽容易对准键。根据偏心轴（如图3.4所示）示意图得出各尺寸。图3.4 偏心轴装联轴器段 装上支架连杆处的轴承段轴径 装下支架处轴承段轴径 空白段轴径 3.3.5轴上零件的布置和装配方案轴上零件的装配方案，就是确定出轴上主要零件的装配方向、顺序和相互关系。拟定轴上零件的装配方案是进行轴上的结构设计的前提，他决定轴的基本形式，在拟定装配方案时，应考虑轴上零件装拆方便，轴上零件的尺寸、数量及重量等。此轴应设成偏心轴，两偏心处装上滚子轴承，两偏心段内侧为下支撑部分，也应装上滚动轴承，各轴段之间采用套筒和轴肩定位；两轴端处与减速器连接，所以要采用弹性联轴器联接和采用键槽定位，见图33所示。图3.3偏心轴3.3.6轴上受力分析及校核（1）振动装置的受力分析振动装置示意图如图3.4示。作用在振动装置上的力有：振动装置的总静负荷Q、坯壳与结晶器铜板之间的摩接力F、振动动负荷FV。除此以外还有导向弹簧阻力，此力相对较小，为简化计算可不计在内。对单一偏心轴：振动总负荷由振动装置静负荷、结晶器摩擦力及偏心轮机构的动负荷三部分组成，即式中 Q振动装置的总静负荷，Q= N； F结晶器摩擦阻力，N； FV振动动负荷，N。 FV=ma 式中 m被振动负荷的质量，m=Q/10= ，； a振动加速度， 偏心轮振动机构的运动如图3.6所示。其振动装置的振动加速度a值计算如下：令OA=x为A点的位移，图3.6 运动图当时，位移的计算可采用下列近似公式： 通常作运动分析是，A的位移S多从A的外极限位置算起。此时由于sa=r+L-x则有对时间求导一次及二次，可得A的速度及加速度公式为（）： 式中偏心轮的角速度，rad/s。 偏心轴受力情况见图3.7所示。所需扭矩T （3.4）驱动功率N （3.5） 式中 n转速， 平均负荷力矩，图3.7 偏心轴受力图 传动总效率，取结晶器摩擦力F 式中 一钢水比重， =7，0 gcm3； H一结晶器内盛钢水深度，H=900mm； B铸坯宽度，B=1600mm；D铸坯厚度，D=250mm； 钢水与铜板间摩擦系数，取=0.5 取 取最大值 轴的力分析见图3.8所示。图3.8 轴受力图 其中 则有 轴上力分析图（如图3.9所示）：图3.9 轴上力分析图由力平衡关系： 由力矩平衡关系： 将；代入上式计算得 弯矩分析： 扭矩分析： 弯扭受力分析（3.10）：图3.10 弯扭受力图 弯矩图（图3.11）：图3.11 弯矩图扭矩图（图3.12）：图3.12 扭矩图弯扭合成： 偏心轴承受脉动循环变应力 则 危险截面A处，查参考文献知45#钢质，轴的抗弯截面系数 所以 所以该轴是安全的，轴径选取合适。3.4轴上零件的设计与校核3.4.1联轴器的选择（1）选择根据，选择联轴器型号为HL6。（2）校核已知联轴器的工程转矩：查表可得，则有计算转矩： 查表可知HL6型弹性联轴器许用转矩为： 由于，故选择HL6不合适。所以要选择HL7型。查表可知HL6型弹性联轴器许用转矩为： 有，故选择HL7型合适（3）轴承的选择及寿命校核偏心轴轴上有四个轴承，外侧和内侧两个轴承对称。如图4.1所示。图4.1 轴承图3.4.2轴承的选择及其校核轴承1的轴承段轴径 对于四偏心式振动机构，由于承载能力比较大，在重载和振动载荷下工作要求高，且对轴向位移和调心性能的要求以及根据轴的极限转速低等特点，确定该轴的轴承选用圆柱孔调心滚子轴承。根据轴径，选择该轴承型号为：22228查机械设计手册第四版第二卷7-351得等效模型图（图4.2）：图4.2 轴承1等效模型图（1）计算派生轴向力对于22228轴承，轴承派生轴向力： （4.1） 有 （2） 判断轴的“移动”方向因为，轴有向右移动趋势。则左端轴承压紧，右端轴承放松。（3）计算轴向力 （4）计算当量动载荷： （4.2） （4.3） 按机械设计表13-6，取 （4.4） （5）验算寿命 （4.5） 满足寿命要求。3.4.3键的选用及校核该轴中，在联轴器处有一键，由该轴段 查表得该键: 的平头平键。由键的选材可知：，取。键的接触高度为：则有 （4.6） 所选键合适。第四章 振动部件的设计与选择4.1齿轮齿条设计4.1.1齿轮齿条的材料选择齿条材料的种类很多，在选择过程中应考虑的因素也很多，钢材的韧性好，耐冲击，还可通过热处理或化学热处理改善其力学性能及提高齿面硬度，故适用于来制造齿轮。由于该齿轮承受载荷比较大，应采用硬齿面（硬度350HBS），故选取合金钢，以满足强度要求，进行设计计算。4.1.2齿轮齿条的设计与校核（1）起升系统的功率设V为最低起钻速度（米/秒），F为以V起升时游动系统起重量（理论起重量，公斤）。起升功率 F= 取0.8（米/秒）由于整个起升系统由四个齿轮所带动，所以每部分的平均功率为所以转矩 T=式中n为转速（单位r/min）（2）各系数的选定计算齿轮强度用的载荷系数K，包括使用系数、动载系数、齿间载荷分配系数及齿向载荷分配系数，即 K=1）使用系数是考虑齿轮啮合时外部因素引起的附加载荷影响的系数。该齿轮传动的载荷状态为轻微冲击，工作机器为重型升降机，原动机为液压装置，所以使用系数取1.35。2）动载系数齿轮传动不可避免地会有制造及装配误差，轮齿受载后还要产生弹性变形，对于直齿轮传动，轮齿在啮合过程中，不论是有双对齿啮合过渡到单对齿啮合，或是有单对吃啮合过渡到双对齿啮合的期间，由于啮合齿对的刚度变化，也要引起动载荷。为了计及动载荷的影响，引入了动载系数，如图2-1所示。图2-1动载系数由于速度v很小，根据上图查得，取1.0。3）齿间载荷分配系数一对相互啮合的斜齿（或直齿）圆柱齿轮，有两对（或多对）齿同时工作时，则载荷应分配在这两对（或多对）齿上。对于直齿轮及修形齿轮，取。4）齿轮载荷分布系数当轴承相对于齿轮做不对称配置时，受灾前，轴无弯曲变形，齿轮啮合正常，两个节圆柱恰好相切;受载后，轴产生弯曲变形，轴上的齿轮也就随之偏斜，这就使作用在齿面上的载荷沿接触线分布不均匀。计算齿轮强度时，为了计及齿面上载荷沿接触线分布不均匀的现象，通常以系数来表征齿面上载荷分布不均匀的程度对齿轮强度的影响。根据机械设计表10-4取=1.37。综上所述，最终确定齿轮系数K=1.35111.37=1.8（3）齿轮传动的设计参数、许用应力的选择1）压力角的选择我国对一般用途的齿轮传动规定的标准压力角为=20。2）齿数z的选择为使齿轮免于根切，对于=20的标准直齿轮，应取z17，这里取z=20。 173）齿宽系数的选择由于齿轮做悬臂布置，取=0.64.预计工作寿命10年，每年250个工作日，每个工作日10个小时=1025010=25000h5）齿轮的许用应力 按下式计算式中：S疲劳强度安全系数。对于接触疲劳强度计算时，取S=1；进行齿根弯曲疲劳强度计算时，取S=1.251.5。 考虑应力循环次数影响的系数，称为寿命系数。应力循环次数N的计算方法是：设n为齿轮的转速（单位为r/min）；j为齿轮每转一圈时，同一齿面啮合次数；为齿轮工作寿命（单位为h），则齿轮工作应力循环次数N按下式计算： N=60njn暂取10，则N=601025000=1.5。查机械设计表10-18可得=1.3。齿轮疲劳极限。弯曲疲劳极限用代入；接触疲劳极限用代入，查机械设计图10-21得=980。1500=1.3 S=1 1950 850 S=1.4 607.1 （双向工作乘以0.7）424.97当齿数z=20 17 时，齿形系数=2.8 2.97 应力校正系数=1.55 1.52基本参数选择完毕（4）齿轮的设计计算齿轮的设计计算公式： Km开式齿轮磨损系数，Km=1.25（机械设计手册（3卷）14-134）转矩 N.mm所以 v=0.8 n=899.2/m 将上式及各参数代入计算公式得：解得：取m=10N.m齿面接触疲劳强度计算公式：式中的单位为Mpa，d的单位为mm，其余各符号的意义和单位同前。由于本传动为齿轮齿条传动，传动比近似无穷大，所以=1 为弹性影响系数，单位，其数值查机械设计表，取=189.8计算，试求齿轮分度圆直径：=196.75mm通过模数计算得：m=10，z=20，所以分度圆直径d=1020=200mm所以取两者偏大值d=200mm计算齿宽 b=0.6200=120mm齿高 h=2.25m=2.2510=22.5mm最终确定齿轮数据：模数m=10 齿数z=20分度圆直径d=200mm 齿高h=22.5mm齿宽b=120mm 转速n=10r/min4.2扇形齿轮设计扇形齿轮的设计与4.1.2中齿轮的设计类似，此处不再复述，扇形齿轮结构尺寸如下图示：4.3连杆的设计考虑连杆较长，而且只受拉力及压力，为了保证承受拉压力时的稳定，把连杆设计为：对交叉点以下的杆用压杆稳定性来校核：柔度式中： 大柔度系数取1 杆的长度为1.6m 截面的惯性半径为： 对于A3钢来说：EA3钢的弹性模量取206GPaA3钢的比例极限取206GPaaA3钢的直线公式系数取304bA3钢的直线公式系数取1.12A3钢的屈服极限为235MPa因为所以按强度问题计算经校核，连杆的设计完成4.4连杆销的设计初选择轴线的直径为100mm，材料为45号钢，校核剪应力：P轴销承受的剪应力，P=21335NA轴销的剪切面积校核挤压正应力：P轴销承受的剪应力，P=45182N轴销的挤压面面积，为10000mm2轴销设计完成。4.5弹簧的设计及其校核弹簧是利用弹性金属片的变形而产生弹簧特性的一种弹簧。在该机构中，如无弹簧，其自由度为3，而原动件有2个，故无确定的运动。为了使其具有确定的运动，需要给