200 x200小方坯连铸机结晶器振动装置设计

1、青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书摘要结晶器振动装置是连铸中至关重要的设备，可以说是连铸的心脏。结晶器振动装置的振动方式，驱动方式以及监测等贵铸坯的质量有很大的影响。所以，对结晶器振动装置的研究有相当大的现实意义。本文通过对连铸机的发展及现状的分析，然后对结晶器技术的发展及其振动方式的演变的描述，选择了合理的振动方式，对其原理进行了分析，设计出振动装置，并绘制出了机构简图。进行了分析论证。最后对振动机构的零部件进行了设计，选择与校核。并对其可行性与经济性进行了分析。关键词：连铸机；振动装置；结晶器；四偏心振动机构AbstractThe crystallizer shake-out equi

2、pment is in the continuous casting key equipment, its vibration form, the control mode as well as the online monitor and the adjustment, have the material effect to the continuous casting quality. Therefore, the research continuous casting crystallizer shake-out equipment and the control technology

3、have the vital practical significance. This article through the elaboration which evolves to the continue caster crystallizer technological development and the crystallizer vibration way, proposed the battery solution servo actuates, and has carried on the substantive analysis to its vibration form

4、and the principle of work. Then has drawn up the organization diagram, and has carried on the analysis computation to its parameter of movement and the technological parameter! Finally through the examination, the organization simulation analysis has completed this design!Keywords:目 录摘要1ABSTRACT1目录2

5、第1章 绪论11.1 连铸简介11.2 连铸机简介11.3 结晶器振动装置21.4 结晶器振动装置的研究意义5第2章 总体方案设计72.1 振动方案设计71.2传动方案设计10第3章 设计计算及及校核123.1 设计参数123.2 四偏心机构的设计123.3 电动机的选择153.4 减速器的选择与校核183.5联轴器的选择193.6 偏心轴的设计与校核203.7轴承的校核25第4章 经济性分析294.1 概述294.2经济性30总结32致谢33参考文献34附件136附件252III第1章 绪论1 .1连铸简介连铸就是连续铸造的简称，英文为：Continuous Steel Casting。一直

6、以来，在钢铁生产过程中，一般有两种方法使钢水凝固成型：连续铸钢法和传统的模铸法，连续铸钢技术与传统方法相比较，前者能够大大的提高金属的获得率和高的铸坯质量，节约能耗等显著优势，这种技术出现在二十世纪五十年代的欧美国家，这种工艺通过连铸机把液态钢水直接凝固成成型的钢锭品，而传统的方法则是先铸造再轧制，相比之下，连铸大大缩短了生产时间，提高了工作效率。八十年代的时候，这种技术也得到了各种完善，世界上的产钢国家基本都采用了这种技术，到了九十年代初期，连铸技术的应用在世界范围内达到了百分之九十以上。我国连铸技术的发展是从改革开放之后真正开始的，九十年代初期，我国的连铸比仅仅才30%。我国最早的一家民营

7、专业化连铸技术公司是WAM公司，该公司成立于1992年，一直致力于我国连铸技术的发展与创新。1.2 连铸机简介1.2.1分类连铸机可以分为多种，根据外形结构可分为立式连铸机，立弯式连铸机，弧形连铸机等。根据所浇铸的截面尺寸和外形来区分，可分为大方坯，小方坯连铸机，板坯连铸机，薄板坯连铸机，圆坯连铸机等。 图1连铸机结构示意图1.2.2组成及功能连铸机主要由中间罐，结晶器，振动机构，引锭杆，二次冷却道，拉娇机和切割机组成，如图1所示。各部分的功能如下：1. 中间罐的作用是用来盛放钢水。2. 引锭杆的作用是在连铸机刚开始运作时拉动第一块铸坯，即引锭杆将凝固的钢坯从结晶器的下面拉出来。3. 二次冷却

8、道的作用是将钢坯由表及里的冷却。4. 拉娇机的作用是将铸坯拉直，以便后续工序的顺利进行。5. 切割机的作用是将铸坯切割成不同的形状，需要的形状不同，切割机也是不同的。6. 连铸机的主要功能就是要完成钢水的凝固成型，是连铸的核心部分，而连铸机的核心部分是结晶器。结晶器将在后面详细介绍。1.3 结晶器振动装置1.3.1结晶器结晶器作为连铸机的核心部件，它是把液态钢水冷却出成固态钢坯的部件，一般是由金属外壳组成，其内部不断地通冷却水，就是通过接触同冷却水的金属壳，钢水才能冷却成固态。结晶器的形状也决定了所铸出的钢坯的形状，正方形形状的结晶器拉出的钢坯是长条形的，即方坯。如果结晶器的截面形状是长方形的

9、，铸出的钢坯即为板坯。1.3.2结晶器振动装置的功能及发展与结晶器连在一起的就是结晶器振动装置，振动装置是连铸必不可少的一部分，可以说没有振动装置，就不可能连铸成功。它主要是保证连铸过程中铸坯与结晶器内壁不粘连在一起，并是铸坯的质量优良，好的振动装置，不应只使铸坯承受水平力和弯矩，只产生轴向的压力或者拉力。随着技术的发展，结晶器振动技术也不断的发展和完善。刚开始的连铸机结晶器是静止不动的，在连铸过程中，铸坯很容易就与结晶器内壁发生粘连，出现坯壳拉不动和钢水泄漏的事故。这对于连铸技术的发展有很严重的影响。1993年的某一天，结晶器振动装置被现代连铸的奠基人-德国的西格弗里德·容汉斯开发

10、出来了，并且成功的运用到连铸中，这为连铸技术的广泛发展与应用打下了坚实的基础。1.3.3结晶器振动规律的发展结晶器振动规律先后经历了矩形速度规律，梯形速度规律，和目前应用最广泛的正弦振动规律，以及更为先进的非正弦振动规律，所谓的结晶器振动规律，指的是结晶器振动速度随时间的变化规律，振动规律对连铸的浇注，铸坯的质量以及能耗等都有重要的影响。1.矩形速度规律矩形速度规律是出现的最早的一种振动规律，其速度变化规律曲线如图2所示，其表达式如下：f=3v4s式中：S-振幅 mm f-结晶器振动频率 cpm v-拉坯速度 mm/min也就是结晶器向下时与拉坯同步运动，而向上的速度是向下的三倍。图2 矩形振

11、动规律和梯形振动规律矩形振动规律在早期应用较广泛，对铸坯的脱模起到很好的效果，大大的提高了铸坯的表面质量，也提高了连铸的效率。但该规律存在缺点，首先，运动规律的实现是依靠凸轮的，而凸轮的加工制造是很复杂的。其次，拉坯机构和振动机构之间需要严格的电器锁来保证结晶器与铸坯的速度同步。从曲线上也容易看出上升和下降出的速度变化很大，及速度理论上趋于无穷大，将对连铸设备产生很大的冲击，对铸坯的质量影响很大，而且不利于设备的正常运行。2.梯形速度规律梯形振动规律可以说是矩形振动规律的升级，其主要特点是：结晶器振动装置在向下运动过程中有一段时间的速度是大于铸坯的速度的，即“负滑动运动”，该运动会在坯壳中产生

12、压应力，可以使粘连在结晶器内壁的铸坯强制脱模。其曲线如图2中的曲线2，从曲线中也不难看出，转折点处的速度变化也缓和了很多，有利于减少对设备的冲击，提高设备运行的平稳性，进而提高铸坯的表面质量。正是由于梯形振动规律有以上优点，它的使用时间也比矩形振动规律的时间长，这也是连铸机结晶器振动装置发展的重要一步，直到被后来的正弦振动规律取代。3.正弦速度规律正弦速度规律是比以上两种规律更加合理的振动规律，正弦速度规律的曲线如图3所示。图3 正弦和非正弦振动规律正弦振动规律之所以得到广泛的应用，是因为采用正弦振动规律不需要结晶器和铸坯之间有确定的速度关系，还实现了用偏心轮代替凸轮，能更好的发挥结晶器的脱模

13、作用。结晶器正弦振动规律的表达式如下：v=fh1000sin（2f60t）式中：v-结晶器运动速度 m/min f-振动频率 1/min h-振动冲程（2倍振幅） mm从曲线中容易看出，正弦振动规律具有如下特点：(1) 曲线是按正弦规律变化的，它的速度和加速度变化都比较平稳，所以冲击也就比较小，结晶器的振动也就相应的平稳。(2) 结晶器振动的加速度不是很大，因而可以通过采用高频率的振动来提高结晶器的脱模作用。(3) 采用偏心轮机构比采用凸轮具有更多的优势，如加工制造相对容易，润滑密封更加容易，精度也很高等等。4. 非正弦速度规律非正弦速度规律是近些年才发展起来的一种新的振动规律，非正弦运动规律

14、有利于增加保护渣的消耗量，减少负滑动时间，保证负滑动量，进而提高拉速，减少振痕的深度，达到提高铸坯表面质量，提高生产效率的目的。1.4结晶器振动装置的研究意义从某种意义上讲，一个国家的加工制造水平直接由这个国家的钢铁制造的水平所反映，相同，这个国家的整个工业命脉也是直接和这个国家钢铁的制造水平紧密相关。自1950以来，全球钢铁工业的装备技术和生产规模都取得了飞速的进步，相关的技术理论研究也获得了可喜的成果。用连续铸钢（或连铸连轧）的方法代替了传统的模铸轧制生产方法就是其中最具有代表性的一项技术革命。连续铸钢（或连铸连轧）技术的应用，对于钢铁行业提高生产效率、降低废品率、节约成本、提高铸坯质量、

15、节约能量等起到了很大的促进作用。各个行业的技术发展都依赖于钢铁制造技术的进步，尤其是一些特殊的制造行业，比如， 航天飞行的制造、 游轮的制造、各种作战军品的制造等，对钢材的性能都有着特殊、很高要求，这些军用技术的进步在一定程度上更是将依赖于钢产品的制造技术。我国虽然已经是世界钢铁生产的最大的国家，但是技术上来说却较钢铁制造强国相比有很大的差距，仍然有许多特殊钢材需要通过进口来满足本国的市场需求。因此，提高我国钢铁制造技术是实现科学社会主义的一条重要战略之一。总之，结晶器内钢水的运动场、温度场等跟钢坯的铸造质量及铸造工艺的影响都有着紧密的关系。结晶器在整个连铸机振动装置中关键性及重要性好比在钢铁

16、行中将它比喻成：如果连铸机比作电脑，那么结晶器就可以比喻为电脑的 CPU。钢水在结晶器内如果拥有良好流场，不但可以有效地去除分离、防止液态渣膜卷入钢水中去，还可以使刚刚凝固的铸坯壳形成光滑均匀及防止钢坯表面产生裂痕， 避免由于注流的冲刷而导致的漏钢事故发生。总而言之，研究结晶器内钢水的流动状态及温度场，优化结晶器振动参数及结晶器的工艺参数使之匹配于结晶器内钢水的流动状态，是提升小方坯连铸技术的关所在， 对于铸坯起着重大的理论推导和实际指导意义。第2章 总体方案设计2.1振动方案设计结晶器振动装置的核心是振动机构，振动机构主要满足两点要求：一点是使结晶器按照规定的速度规律振动，另一点是使结晶器沿

17、着规定的轨迹振动。振动机构的名字一般是根据结晶器的振动轨迹来命名的，因为在传统的振动规律中，要满足振动轨迹比满足振动速度规律更难。下面对各种振动机构做详细介绍。2.1.1结晶器振动机构1. 导轨式振动机构导轨式振动机构是最原始的一种振动机构，它是使滚轮沿着跟连铸机的曲率半径一样的弧形轨道运动，结构比较简单，但是导轨不易润滑，又不易保持清洁，磨损比较严重，对精度的影响很大。2. 长臂式振动机构长臂式振动机构也是使用较早的振动机构，它是把结晶器安装在一个跟连铸机圆弧半径相同的长臂上，如图2-1所示。该种振动机构的运动轨迹在理论上是准确的。但是，由于温度的影响，加上臂很长，不同温度有着不同的膨胀量，

18、实际上也存在很大的误差。所以这种机构只用于圆弧半径较小的连铸机上。图2-1 长臂式振动机构示意图1-凸轮或偏心轮；2-弹簧；3-结晶器；4-长摇臂初期这种机构应用于实际生产，随着连铸机圆弧半径的增大，这种机构逐渐被其他机构代替。但在近年的“超低矮型”连铸机中该机构又获得了运用。3. 四连杆式振动机构四连杆式振动机构，是一种短摇臂仿弧振动机构，它的摇臂可以装在连铸机的内弧侧，也可装在外弧侧。前者适用于板坯连铸机上，后者是用于方坯连铸机上，便于拆装二冷区的扇形夹辊。不论是装在连铸机的内弧侧还是外弧侧，四连杆机构ABCD的连杆CD在某一瞬间是绕着瞬时中心O的弧线运动，如图2-2所示。是两岸中AD与B

19、C两摇杆必须相等，且其延长线交于O点。因此，只要合理的选择四连杆中各个干的尺寸参数，使OD或者OC正好与主机的圆弧半径一样，就可以实现结晶器的弧形运动。因为结晶器的振幅与圆弧半径相比很小，所以瞬心位置变化引起的误差也很小。图2-2 四连杆式振动机构四连杆机构的摇杆长度很短，其运动的精度受温度变化，载荷变化等影响较小，因此，被广泛采用。但是，由于杆件做摆动，对轴承的局部磨损比较严重。尤其是在振幅很小。频率很高的情况下更为严重。4. 四偏心轮式振动机构四偏心轮式振动机构由于尤其独特的优点，被采用的比较广泛。如图2-3所示，图中7为结晶器，结晶器外弧中心点为I点，1、3为偏心轴，2为振动台架。在每根

20、偏心轴上都装有两个偏心套，通过内外侧各两根连杆4和5将振动台架铰接在四角上，靠板式弹簧6来定中只要合理的确定偏心轴、偏心套、连杆、板式弹簧的长度和安装尺寸便可以实现结晶器的近似圆弧运动。这种机构的优点是结晶器的运行非常平稳，有利于提高铸坯的质量。缺点是结构复杂。图2-3 四偏心振动机构示意图1，3-偏心轴；2-振动台架；4,5-连杆；6-板式弹簧；7-结晶器5. 复合差动式振动机构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

21、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振动机构上得到了应用。其结构如图2-4所示。图2-4复合差动振动机构示意图1- 振动框架；2、3-齿轮轴；4、5-扇形齿轮；6-拉杆；7、8-弹簧；9-凸轮2.1.2振动机构的选择结晶器振动机构经历了很复杂的发展过程，从最开始的导轨式振动机构到后来的四偏心振动机构，在此过程中结晶器的振动越来越平稳，振动频率也越来越高。有利于改善铸坯的表面质量，提高

22、生产率。此次设计选用了四偏心振动机构，该机构的稳定性非常好，有利于获得更高的铸坯质量。2.2传动方案设计由于机械的发展，传动方式也是多种多样的，常见的传动方式主要有：齿轮传动、链传动、蜗轮蜗杆传动、带传动、液压传动等等。对于连铸机这样的炼钢设备，常用的传动方式主要是齿轮传动、链传动、蜗轮蜗杆传动、液压传动。本设计中采用电机拖动传动装置，从而带动两偏心轴同步转动，通过偏心套和连杆机构使结晶器获得弧线运动。图2-5传动简图1-电机；2-二级圆柱直齿轮减速器；3-结晶器振动装置传动简图如图2-5所示，电机1驱动减速器2，经过减速器减速获得理想的速度，再驱动振动装置，从而使结晶器获得弧线运动。第3章

23、设计计算及校核3.1设计参数小方坯断面尺寸 200mm×200mm振幅 ±5mm振动频率 100次/分拉坯速度 1.6m/min3.2四偏心机构的设计3.2.1弧形半径计算弧形半径是指铸坯外弧的曲率半径，它影响连铸机的总高度和设备质量，还影响铸坯的质量，一般由下面的方法确定。按矫直时铸坯允许的表面伸长率计算弧形半径弧形铸坯在进行矫直时，內弧受拉，外弧受压。如图1所示图3-1 铸坯矫直前后的延伸（a） 矫直前；（b）矫直后假设铸坯的中心线不变，取C-C1段铸坯，其內弧面延伸段为A-A1,外弧面压缩段A2-A3,AA1=A2A3。则內弧表面AB的伸长率为：=A1B-ABAB&#

24、215;100%=AA1AB×100% （3-1）由OBAC1AA1可得：=AA1AB×100%=A1C1OB×100%=0.5DR-D×100% （3-2） 因为R是远大于D的。故可以近似为下式：=0.5DR×100% （3-3）在对铸坯进行矫直时，铸坯內弧的表面伸长率必须小于其允许的伸长率，否则会使內弧表面尤其是角部产生横裂纹，所以有：<即：R0.5D=0.5×2001.8%=5555.56m （3-4） 取R=5600mm其中，根据经验，碳素钢和低合金钢可取=1.5%2.0%.这里取1.8%。3.2.2机构尺寸的确定结晶器

25、的体积没有规定的大小，现可根据设计参数初步将其定为长度800mm，宽度800mm，高度1000mm。振动机构简图如图2所示，初步设H=1200mm；a1=600mm；a2=800mm；h1=600mm；S为振幅的2倍，故有S=10mm。3.2.3外侧机构参数的确定由图中的几何关系可以得到如下计算式：R1=(R+a1)2+h12 (3-5)sin=S2R （3-6） e1=R1sin=R1S2R=6229×102×5600=5.6mm （3-7）A1D12+D1B12=A1A22+A2B12= () 13131313131313131313131313131313131313

26、13131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313=式中：A2B1为外侧连杆的长度 e1为外侧偏心量 A2B1=b1；A1D1=H-h1； D1B=a1-a A1A2=R1(1-cos)； A2B1=b1（H-h1）2+（a1-a）2=R12(1-cos)2+b12 （3-8）B1C2+OC2=A2B12+OA22B1C=R+a O

27、C=HA2B1=b1 OA2=Rcos(R+a)2+H2=b12+R12cos （3-9）由式（3-8）和（3-9）可得：a=12R122cos-1-2H-h1h1R+a1+a1-R=535mm （3-10）b1=（R+a）2+H2-R12cos2=606mm （3-11）通过上面的计算，机构的外侧连杆，偏心量和安装尺寸已经确定好了。图3-2 振动机构简图R-结晶器圆弧半径；S-对应于R出的振动行程；a1-外侧连杆铰接点到外弧切线的距离；a2-内侧连杆铰接点到外弧切线的距离；h1-外侧连杆铰接点到结晶器中心线的距离；h2-内侧连杆铰接点到结晶器中心线的距离；H-结晶器中心线到偏心轴铰接点距离；

28、a-外侧偏心轴铰接点到外弧切线的距离；b-内侧偏心轴铰接点到外弧切线的距离。3.2.4内侧机构参数的确定由图中的几何关系可以得到如下计算式：h1h2=R+a1R-a2 则h2=R-a2R+a1h1=5600-8005600+600×600=465mm (3-12)R2=(R-a2)2+h22=(5600-465)2+4652=5156mm (3-13)e2=R2sin=R2S2R=5156×102×5600=4.6mm (3-14) A3D22+D2B22=A3A42+A4B22式中：A4B2-内侧连杆的长度 e2-内侧偏心量 A4B2=b2； A3D2=H-h2

29、； D2B2=b-a2 A2A4=R2(1-cos) ；A4B2=b2 (H-h2)2+(b-a2)2=R22(1-cos)2+b22 (3-15) B2C2+OC2=A4B22+OA42 B2C=R-b OC=H A4B2=b2 OA4=R2cos(R-b)2+H2=b22+R22cos2 (3-16)由式（3-15）和（3-16）可得：b=122H-h2h2-R222cos-1R-a2+R+a2=545mm (3-17)b2=（R-b）2+H2-R22cos2=680mm (3-18)通过上面的计算，机构的内侧连杆，偏心量和安装尺寸已经确定好了。3.3电动机的选择3.3.1结晶器的体积的计

30、算 上面已经初步将结晶器定为长度800mm，宽度800mm，高度1000mm。这样便可以计算出结晶器的体积为：V=800x800x1000=640000000（mm3） （3-19）3.3.2结晶器的质量计算结晶器的组成是相对较复杂的，质量的估计也是有难度的，在这里将结晶器视为40%体积的水和60%的铜组成。 M铜=铜×V×0.6=8.62×640000000×0.6=3310.08kg （3-20） M水=水×V×0.4=1×64000000×0.4=256kg (3-21) 则结晶器的总质量为： M1=M水+M

31、铜=3566.08kg (3-22) 对振动装置的其他杆件，机架的质量作如下估算： M架=800×800×500×7.8×0.000001=2496kg (3-23) 综上计算，可得结晶器振动部分的总重量： M=M水+M铜+M架=6062.08kg (3-24) 然后计算出总的静载荷： Q=M×g=6062.08×9.81=59469N (3-25) 由实测数据统计，铸坯断面每厘米周长的阻力为100-120N，所以铸坯在结晶器内的阻力也可以用下列经验公式计算：F1=（120-140）L这里取 F1=130L=130×4

32、15;20=10400N (3-26)3.3.3振动机构的驱动功率动负荷的计算如 Pv=M·a 式中：M-被振动负荷的质量 a-振动加速度加速度的求法如下：偏心轮连杆机构的机构运动如图3所示。令x为A点的位移：x=L+r-（Lcos+rcos）运算之后省略r/L的高次项（因为Lr）得x=r1-cos+r4L(1-cos2)将=t代入并取x的一阶导数，得A点的 速度方程： 图3-3 偏心轮连杆机构x=rsint+r2Lsin2t=rsin+r2Lsin2 （3-27）式中：-偏心轮的角速度（rad/s） =f30 对3-27取一阶导数则有： a=r2（cos+rLcos2）当=0

33、76;时， a=a丶=-r21-rL当=0°时， a=a丶丶=r2（1+rL）通过上面的推导，可以的到下面的计算：偏心轮角速度 =f30=×10030=10.47rads (3-28)最大振动速度 Vmax=r·=0.005×10.47=0.052ms （3-29）振动加速度 a丶=-r21-rL=-0.005×10.472×1-2.5545=-0.5456m/s2（3-30）a丶丶=r21+rL=0.005×10.472×1+2.5545=0.5506ms2 （3-31） 静负荷质量 M=6062.08kg动负荷

34、 Fv=M·a=6062.08×0.5506=3338N （3-32） 振动总负荷 Ft=Q+F1+F=59469+10400+3338=73207N （3-33） 驱动电机功率 P=FtVmax1000=73207×0.0521000×0.7=5.44kW （3-34） 3.3.4电机的选择根据机械设计实用手册表9.2-24，YZ起重冶金用三相异步电动机技术数据，选用YZ160M1-6，FC=25%，转速为922r/min，额定功率为6.3kW。电机转矩校核按如下公式进行校核：Ku×Kmin×TeKS×T2S （3-35）

35、 式中：Te-电动机的额定转矩 N·m Ku-最小启动电压与额定电压比值 取0.85 Ks-启动时的加速度关系，这里取1.4 T2s-启动时电机轴静转矩 N·m于是有：Ku×Kmin×Te=0.85×2×9550×6.3922=110.93N·m （3-36）KS×T2S=1.4×9550×4.58922=66.41N·m （3-37）上面二式满足条件：Ku×Kmin×TeKS×T2S所以电动机的转矩复合要求。3.4减速器的选择与校核3.4.1减

36、速器型号的选择根据设计参数可知结晶器振动频率为100次/min，则有减速器低速轴上的转速为100r/min，高速轴可由电机转速确定。故为922r/min。所以传动比为i=922100=9.2通过查阅机械设计手册选用2LY 140-9，减速器的输入功率为P1=38.5kW高速轴轴颈为35mm，低速轴轴颈为69mm。3.4.2 减速器功率校核减速器功率按如下公式进行校核：P3=P2×f1P1 （3-38）式中：P3-计算功率 P2-负载功率4.58 P1-减速器公称输入功率38.5kW f1-工况系数，机械设计手册第五版第四卷16-2-8.选定工况系数为1.5由此可得：P3=4.58&#

37、215;1.5=6.87P1=38.5kW (3-39)所以所选减速器复合要求。3.4.3减速器的强度校核 减速器的轴的材料拟选用45号钢。1. 减速器高速轴的强度校核 电机的额定转矩为：T=9550×6.3922=65.25N·m (3-40)则高速轴联轴器的转矩为：T1=n×8×T=1.35×1.7×65.25=149.7N·m (3-41)式中：T-电机的额定转矩 n-联轴器的安全系数，运行机构n=1.35 8-机构刚性动载系数，8=1.2-2.0.这里取8=1.7低速轴输出的转矩为： T2=12×T1

38、15;i×=12×149.7×9.2×0.9=1239.5N·m (3-42) 所以减速器高速轴上的最大转矩为：T=T1=149.7N·m高速轴上的最小轴颈由减速器查知为d=35mm，所以高速轴的最大扭转应为max=TD316=17.8MPa许用扭转应力为=120MPa 有>max （3-43） 所以校核通过。2.低速轴的强度校核低速轴的最大转矩为：T2=1239.5N·m低速轴的最小轴颈为69mm，则其扭转应力如下：max=TD316=19.2MPa有 >max （3-44）所以低速轴也满足强度校核。综上所诉，

39、减速器通过校核。3.5联轴器的选择联轴器的选择可以根据减速器高速轴和电动机的轴来确定。减速器高速轴的轴径为35mm，电动机轴的轴径是48mm。又有T1=149.7Nm。根据以上参数查阅机械设计手册，选用GICLZ1型鼓形齿式联轴器，公称转矩为630N·m极限转速为4000r/min。3.6偏心轴的设计及校核这里预先选用州的材料为45钢，调质处理。这里只计算偏心距较大的轴，较小的轴除偏心距与之不同，相差甚小，其余尺寸完全一样，校核时视为完全一样。3.6.1偏心轴的最小直径按照机械零件设计手册第42页表20-10中的公式：dA3Pn式中：d-计算剖面处的直径，mm； P-轴传递的功率，K

40、w； n-轴的转速 ，r/min； A-与轴的材料及相关应力有关的实际参数。由上述计算可知P=6.3kW，n=100r/min，A取110，所以有： d11036.3100=43.8mm (3-45)由于键槽的存在，实际尺寸增加3%，最后得到轴的直径为d=45mm。3.6.2偏心轴的设计图3-4 轴的结构简图偏心轴主要承受轴向力，径向力很小，选用基本额定动载荷较大的调心滚子承，两端的轴承选用型号为22310的轴承，轴径为50mm，宽度为40mm。中间轴承选用型号为22317的轴承，轴径为85mm，宽度为60mm，则有DE=IJ=40mmFG=60mm，左端由轴肩定位，右端圆螺母，止动垫圈定位。

41、EF为轴肩长为15mm，轴径为95mm。AB长为15mm，轴径为45mm。CD长度为37mm，轴径为45mm。BC，GH，JK长度都为3mm，轴颈分别为37.5mm，75mm，45mm。HI长度为20mm，轴径为84mm。KL长度为13mm，轴径为50mm。轴的结构如图4所示。3.6.3偏心轴的校核轴的校核部分的公式和表格均摘自机械设计第十五章。此轴所受到的扭矩为TI=12T2=619.75N·mm (3-46)轴承1（左侧）和轴承2（右侧）处受力为：FII=73138×Ft2=73138×61775.272=16339N (3-47)FIV=65138×

42、;Ft2=65138×61775.272=14549N (3-48)该轴所受到的最大弯矩在截面III处，该处的弯矩为：M=FII×65=16399×65=1062040N·mm (3-49)轴的应力分析如图5所示。3.6.4按弯扭合成强度条件校核1.截面III处的强度校核扭转切应力为脉动循环变应力，取=0.6，轴的材料为45钢，调质处理查表取-1=60MPa。轴的弯扭合成强度条件为：ca=（MW）2+4（T2W）2=M2+(T)2W-1式中：ca-轴的计算应力，MPa； M-轴所受的弯矩，N·mm； T-轴所受的扭矩，N·mm； W-

43、轴的抗弯截面系数，mm3，这里计算公式为W=d3320.1d3。所以就有：ca=10620402+(0.6×618750)20.1×853=18MPa<-1=60MPa (3-50) 所以截面III满足强度要求，通过校核。图3-5 轴的载荷分布图2. 截面E处的强度校核截面E处的弯矩为ME=326750N·mm，扭矩为TE=619750N·mmca=M2+T2W=3267502+0.6×61975020.1×502 =39MPa<-1=60MPa （3-51）所以截面E满足强度要求，通过校核。3. 截面G的强度校核截面G处

44、只受弯矩，且弯矩为MG=625542N·mm截面处的弯曲应力为=MGW=6255420.1×753=15MPa<-1=60MPa (3-52)所以截面G满足强度要求，通过校核。3.6.5按疲劳强度条件进行精确校核1.判断危险截面截面ABCID只受扭矩的作用，虽然键槽，轴肩及过渡配合所引起的应力集中均将削弱轴的疲劳强度。但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕确定的，所以截面ABCID均无需校核。从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面FG均为过盈配合，引起的应力集中最严重。从受载的情况来看，截面III处的应力最大，截面F和G的应力集中影响相近，但截面G不受扭矩的作用，同

45、时轴径也及较大，故不必做强度校核，截面III虽然应力最大，但应力集中不大。因为过盈配合及键槽引起的应力集中均在两端，而且这里轴的直径最大。故截面III不必校核。截面JKL更不用校核，因此只需校核截面F的两侧即可。2.截面F左侧抗弯截面系数 W=0.1d3=0.1×953mm3=85737.5mm3抗扭截面系数 WT=0.2d3=0.2×953mm3=1717475mm3截面左侧弯矩 M=1062040×3565=571868N·mm截面F上的扭矩 T=619750N·mm截面上的弯曲应力 b=MW=57186885737.5=6.67MPa截面

46、上的扭转切应力 T=TWT=619750171475=3.61MPa轴的材料为45钢，调质处理。由表15-1查的B=640MPa，-1=275MPa，-1=155MPa。截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按附表3-2查取，因rd=285=0.024 Dd=9585=1.12 。经插值后可查得=2.1，=1.33又由附图3-1可查得轴的材料敏感系数为 q=0.82 q=0.85故有应力集中系数按式（附3-4）为：k=1+q-1=1+0.822.1-1=1.90 k=1+q-1=1+0.851.33-1=1.28由附图3-2得尺寸系数=0.62。由附图3-3得尺寸系数=0.78轴按磨削加工，

47、由附图3-4得表面质量系数为：=0.92轴表面为经强化处理，即q=1.则得综合系数为： K=k+1-1=1.900.62+10.92-1=3.15K=k+1-1=1.280.78+10.92-1=1.73又有碳钢的特性系数为：=0.10.2 取=0.1=0.050.1 取=0.05于是，计算安全系数Sca的值：S=-1Ka+m=2753.15×6.67+0.1×0=13.09 (3-53) S=-1Ka+m=1551.73×3.612+0.05×3.612=48.24 (3-54) Sca=SSS2+S2=13.09×48.2413.092+48.242=12.63S=1.5 (3-55) 所以是安全的，通过校核。3.截面F左侧抗弯截面系数 W=0.1d3=0.1×853mm3=61412.5mm3抗扭截面系数 WT=0.2d3=0.2×853mm3=122825mm3截面右侧