机械毕业设计（论文）-R5.25m小方坯弧形连铸机结晶器振动装置的设计【全套图纸】 .pdf

内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 1 第一章第一章 绪论绪论 1.1 结晶器的发展及意义结晶器的发展及意义 连续铸钢自问世以来，它便得到迅速的发展。近几年来，虽然世界钢铁工业 不景气，许多国家产量下降，但铸坯的产量仍然不断增加，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发展，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。而结晶器振动 的实现，不仅可以提高浇铸速度，而且使钢液的连铸生产成为可能，因此结晶器 振动技术的出现是连续铸钢发展的一座里程碑。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 1.2 设计的内容和规格设计的内容和规格 分析结晶器振动装置的工作原理，确定传动方案、选择、计算传动参数，了 解润滑、安装调整方法。 设计参数：小方坯尺寸：150150； 振动台承载静负荷：1900 公斤 拉速：0.66m/min 振幅：6mm 1.3 结晶器振动装置的用途结晶器振动装置的用途 防止铸坯在凝固过程中与结晶器铜壁发生粘结而出现坯壳拉裂或漏钢事 故。在结晶器上下振动时，对坯壳有一个强制脱模的作用，并使得拉漏的坯壳在 结晶器内部得以焊合。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 2 减小拉坯阻力及改善铸坯表面质量。在结晶器振动过程中，通过保护渣在 结晶器铜壁的渗透可以改善其润滑条件，防止高温凝壳与结晶器铜壁的粘结，同 时减少了拉坯时的摩擦阻力及改善了铸坯的表面质量。 1.4 对结晶器的技术要求对结晶器的技术要求 1） 保证铸坯不与结晶器壁粘结，使铸坯形成良好的表面 2） 振动机构应尽可能有一个接近理论轨迹的运动，应不发生偏摆、 晃动 3） 铸坯在结晶器内形成的坯壳应与结晶器壁有良好的接触，不要产 生过大的气隙。 4） 振动速度的转变应缓和，不应产生过大的加速度，以免造成冲击 振动。 5） 在设备发生事故时，要有防止设备和电动机过载的安全措施。 1.5 基本特点基本特点 结晶器的振动是由振动装置来实现的，振动机构是振动装置的核心。结晶器 对振动机构的要求组要有两点：一个是使结晶器按一定的速度规律振动，另一个 是使结晶器准确地沿着一定的轨迹振动。因为在传统的振动规律如梯形规律、正 弦规律的条件下，满足后一个要求要比满足前一个要求困难，所以振动机构一般 都是以实现结晶器振动轨迹的方法来称呼的。 第二章第二章 连铸机结晶器振动技术的发展及相关组成连铸机结晶器振动技术的发展及相关组成 2.1 连铸设备的发展概述连铸设备的发展概述 早在一百多年以前，人们就提出了连续浇注的问题，也曾经做了各种尝试， 收到了一定的效果。但是，由于当时的科学技术水平不高，限制了连续铸钢的发 展， 直到本世纪五十年代才作为一种新技术在钢铁生产中应用。 据统计， 到 1955 年，全世界共建成连铸机 22 台，总生产能力每年约为 38 万吨。到 1975 年底， 国外已拥有各种类型连铸机的总数达 651 台，总生产能力每年约为 1.76 亿吨。 仅在这 20 年的时间里， 国外连铸机台数增加近 29 倍， 生产能力则增加 460 多倍。 目前， 连续铸钢所能浇铸的钢种已近 130 种， 连铸的钢号已达 500 余种之多， 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 3 包括普碳钢、低合金钢、不锈钢、高速钢、轴承钢、电磁钢以及超级合金钢等。 其中 63%为碳素钢， 37%为合金钢和不锈钢。 连铸所能浇铸的断面： 方坯从 50*50 毫米到 450*450 毫米； 板 （矩） 坯从 50*108 毫米到 305*2200 （400*560， 240*2650） 毫米；圆坯从50 毫米到450 毫米；工字形坯达 350*760 毫米；中空圆坯是 450*100 毫米。就拉坯速度来说，近几年有明显的提高，浇铸板坯和大方坯的 拉坯速度已经达到 1.52 米/分，而浇铸小方坯的拉坯速度已提高到 2.55 米/分。 多炉连续浇铸的水平也在不断提高，1980 年四流方坯连浇最高达 775 炉，坯重 为 12.04 万吨。 目前连续铸钢车间主要有两种布置形式，它们主要是根据连铸设备出坯方 向的中心线与厂房柱列线之间的关系来布置的，分为横向布置（即设备的中心线 与厂房的柱列线相垂直）和纵向布置（即设备中心线与厂房柱列线相平行） 。前 者较适合于生产规模较大同时又配置多台连铸设备的炼钢车间， 后者则多用于旧 厂改建或配置连铸设备台数较少的情况下采用。 在连续铸钢的发展过程中，连续铸钢设备（以下简称连铸机）先后出现了立 式、立弯、弧形、椭圆形及其他型式。世界各国采用的是立式连铸机，组成它的 是一整套设备全都配置在一条铅垂线上。 由于他的设备高度过大以及由此带来的 一系列问题，近年来这种连铸机只有苏联等少数几个国家还在兴建外，其他国家 很少采用。为克服立式连铸机连铸机存在的问题，出现了一种过度的立弯式连铸 机。他是在立式的基础上，当连铸坯出拉坯机后将铸坯顶弯，接着在水平位置上 将铸坯矫正、切断、出坯。这种改进在拉坯速度不断提高的条件下，其优越性并 不明显。在为进一步探索降低设备的高度中，出现弧形连铸机。他是目前应用最 广、发展最快的一种型式。其特点是组成连铸机的各单位设备均布置在 1/4 圆弧 （或椭圆弧）及其水平延伸线上，故称为弧形（或椭圆形）连铸机。它基本上保 持了立式（或立弯式）连铸机的长处，并且大大地降低了设备的总高度。但是弧 形连铸机的工艺条件不如立式（或立弯式） ，且它的各单体设备配置在弧线上必 然带来各种困难。由于今年来在弧形连铸机上采用直结晶器，使其工艺条件又有 所改善。以上几种型式连铸机的比较，据统计各种型式连铸机占连铸机总台数的 比例为：立式 29.4%、立弯式 20%、弧形及椭圆形 49.9%、其他 0.7%。 我国是发展连续铸钢技术较早的国家之一。 早在五十年代初就开始了连续铸 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 4 钢的实验研究工作。从 1957 年到 1959 年相继建设了三台历史连铸机。在 1960 年又试验成功了弧形连铸机， 并于 1964 年正式建成投产了一台板坯弧形连铸机， 浇铸断面为 110180*6001500 毫米， 还配备了 1500 吨飞剪， 是当时世界上最早 出现的四台板坯弧形连铸机之一。接着又于 1966 年投产了一台大型板坯弧形连 铸机，其浇铸面为 300*2100 毫米，它是当时世界上最大的一台。我国早已拥有 立式、立弯式、弧形、椭圆形等多种型式的连铸机，并对水平式，轮带式连铸机 进行了实验研究。所能浇铸的最大端面和最小端面均已达到世界先进水平。浇铸 的端面形状和品种在逐步扩大，连铸坯的质量也在不断改善。连铸设备的设计和 制造水平正日益提高。在生产自动化方面也取得了可惜的成果。 2.2 连铸机结晶器振动简介连铸机结晶器振动简介 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， 从而导致拉不动或拉漏事故，因此静止不动的结晶器限制了连铸生产的工业 化。直到 1933 年现代连铸的奠基人德国的西格弗里德容汉斯（siegflied junghans）开发了结晶器震动装置，并成功的应用于有色金属黄铜的连铸。 容汉斯的合作者美国的艾尔文罗西（irving rossi）获得了容汉斯振动结 晶器专利的使用权，并在美国约阿勒德隆钢公司（allegheng ludlum steel corporation）watervliet 厂的一台方坯连铸实验机上采用了振动结晶器。于此 同时，容汉斯振动结晶器又被用于西德曼内斯曼（mannesmann）公司胡金根 （huckingen）厂的一台连续铸钢实验连铸机。 容汉斯振动的结晶器在这两台连铸机上的成功应用，使其在钢连铸中迅速 得到应用。从此，结晶器振动便成了连铸机的标准操作。 2.3 结晶器振动规律的演变结晶器振动规律的演变 结晶器振动规律即结晶器振动速度随时间的变化规律是结晶器振动技术中 最基本的内容， 因为从连铸发展的历史上看每当结晶器采用了一种新的较过去更 为合理的振动规律时，都对连铸坯的浇铸、表面质量及拉坯速度的提高产生了重 大的影响。 1）矩形速度规律 矩形速度规律是最早出现的一种振动方式， 其速度变化规律如图 1- 1 中的曲 线 1 所示。它的主要特点是：结晶器在下降时与铸坯同步运动，然后以 3 倍的拉 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 5 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，早期得到应用。但此 种振动方式所存在的主要问题是：实现运动规律的凸轮加工制造比较麻烦；为了 保证严格的同步运动，振动机构和拉坯机构之间要实行严格的电气连锁；在上升 和下降的转折点处速度变化很大，加速度在理论上等于无穷大。虽然由于凸轮曲 线的上升和下降之间有过渡曲线相连使加速度达不到无穷大，但仍然是很大的。 这对铸坯的质量和振动系统的正常运转都是不利的， 因而也不便于采用高频率振 动。 图 1.1 结晶器振动方式 2）梯形速度规律 梯形速度规律是矩形速度规律的改进， 其速度变化规律如图 1- 1 中的曲线 2 所示。 它的主要特点是：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，即所谓的“负滑动运动” 。从而杂爱坯壳中产生压应力，可以使结 晶器里断裂的坯壳压合，使粘结的坯壳强迫脱模；结晶器在上升和下降的转折点 处，速度弯化比较缓和，有利于提高运动的平稳性。 实践证明，梯形速度规律是一种较好的振动规律，因此沿用了多年。后来才 被正弦振动规律所取代。 3）正弦速度规律 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 6 图 1.2 结晶器振动装置 正弦速度规律如图中的曲线 1 所示（正弦波与余弦波相同） 。选择这种速度规律 的基本出发点是：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 它的脱模作用；用偏心轮代替凸轮。 这种速度规律的主要特点如下： （1）结晶器与铸坯之间没有同步运动的阶段，但仍然有一小段负滑动，有 利于拉裂坯壳的“愈合”和脱模。 （2）由于速度是按正统曲线变化，所以加速度是按余弦曲线变化的。使结 晶器振动平稳。 （3）由于加速度较小，可以采用较高频率振动，有利于消除坯壳的粘结， 提高脱模作用。 （4）正弦振动是用偏心机构来实现的，比采用凸轮机构优越；加工制造容 易，润滑密封方便，运动精度高，易于采用高频振动。 正弦振动规律是目前国内外应用最广泛的一种振动规律。它在方坯、板坯及 薄板坯连铸机上都有广泛应用。 4）非正弦速度规律 非正弦速度规律如图 1- 2 中的曲线 2 所示。 它是近年来出现的一种新型振动 方式。其主要特点是：负滑动时间短，有利于减轻铸坯表面振痕深度；正滑动时 间较长可啬保护渣的消耗量，有利于结晶器的润滑；结晶器向上的运动速度与铸 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 7 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。 良好的铸坯表面质量，从一定意思上讲，除了结晶器振动，结晶器的润滑作用也 是不可忽略的。大体上作用是相同的。 当然， 他们的作用效果也不是完全相同的， 如润滑还可以改善结晶器的传热， 而振动还可以使结晶器里拉裂的坯壳愈合； 合理的振动规律和振动参数有利于润 滑作用的充分发挥。 最初的结晶器润滑是采用油润滑， 后来由于结晶器保护浇注的需要出现了浸 入式水口及保护渣润滑。现在浇铸板坯和大方坯等断面尺寸较大的铸坯时，都采 用保护渣润滑，但断面较小的小方坯仍然采用油润滑。 由于此次设计是针对小方坯结晶器振动装置，因此保护渣润滑就不介绍了， 主要论述下油润滑。 小方坯结晶器一般都采用油润滑。浇注小断面，特别是连浇时，由于操作上 的原因不能使用浸入式水口和保护渣。 一般机械设备所用的润滑油的作用是将摩擦表面隔离开来， 减少摩擦部位的 接触，从而起到降低摩擦、磨损的作用，即润滑作用。而结晶器铜管润滑除了应 具有润滑的性质外，还必须具备一些满足连铸生产要求的特殊性质，如果油品选 用不当，一旦起不到润滑作用，就会出现坯壳拉裂或拉漏事故。如果油中含有毒 性物质，燃烧后产生产烟雾与气味，还会影响操作工作的健康。 目前关于油润滑机理的研究还很不充分，因此有关的文献和报道很少。比较 一致的说法是： 当润滑油沿结晶器四周向下流入时， 油的分解发生到达钢液之前， 或同红热的坯壳接触时。 一部分油在高温下分解成碳和氢以气态蒸发在钢液面附 近形成一个防止钢水氧化的气氛，碳沉积在结晶器壁上。在结晶器向下运动时， 油或碳将被带入结晶器与凝固壳之间起润滑作用。 不过油润滑的具体过程取决于润滑油的性质；结晶器内腔表面温度，即结晶 器的热面温度；结晶器在弯月面附近的锥度及弯月面坯壳的凝固和脱模过程。 如果所使用的润滑油的沸点较低，低于结晶器的热面温度，可以认为润滑油 的沸点较高，高于结晶器的热面温度，则润滑油就能较多地流入坯壳与结晶器间 的气隙。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 8 根据结晶器油润滑时坯壳凝固及铸坯表面振痕形成的机理可知， 只有在结晶 器每个振动周期的负滑动时间里， 结晶壁上的油膜或沉积碳才有可能被带入结晶 器与凝壳之间。如果结晶器在弯月面位置上形成了负锥度，则在负滑动期间结晶 器与坯壳间的气隙立即被封住，气隙内的油汽化并“裂解”出氢气，由于氢气的 导热系数是空气的 7 倍因此大大地改善了传热过程。 但此时油膜和沉积碳也很难 被带入气隙， 只有负滑动结束时弯月面以上结晶器壁上的沉积碳起润滑弯月面坯 壳的作用。 2.4 结晶器振动装置的结构和组成结晶器振动装置的结构和组成 机械振动的振动装置由直流电动机驱动，通过连轴器，传动给变速器，变速 器输出轴连接在连轴器上，经过机械传动，将动力传动给蜗轮轴上，蜗轮轴连接 在偏心轮上，在偏心轮上安装一个连杆，再由连杆带动振动台，产生振动。 结品器振动装置的结构和组成： 振动台， 振动臂， 无级变速器。 安全联轴器， 交流电动机箱架。 2.4.1 结晶器振动装置的结构结晶器振动装置的结构 (1)振动机构 交流电动机经安全联轴器传动无级变速器， 再通过弹性联轴器传动偏心轴、 连杆、振动台。振动频率可以按不同的浇注断面通过无级变速器进行手动调整； 而振幅是由偏心轴的偏心距决定的，不能调整。 安全联轴器是为了应付浇钢中的偶然事故而用的，如结晶器挂钢、漏钢等。 这些事故均会使振动阻力突然增大，有了安全联轴器，则可以产生滑动卸载，保 护设备和电动机不受损坏，安全联轴器的结构，引进的设备与移植的设备不同， 前者是利用弹簧压紧弧形块对制动轮的内圆面产生磨擦力矩： 后者是利用弹簧盘 状磨擦片产生磨擦力矩，但二者都采用弹簧做加压元件，调整弹簧的不同压力可 得到不同的摩擦力矩。 (2)保证运动轨迹机构 内弧短臂四连杆机构上面两个臂是连在一起的， 下面两个臂是单独运动的因 为固定连接点与摆动都装配有球面滑动轴承 ，四个杆都单独运动就达不到规则 振动的目的，必须有一对臂连结起来才能达到定向运动的目的。球面滑动轴承具 有轴承间隙小，运动轨迹准确特点。这种轴承是用淬火轴承钢制造、耐磨损寿命 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 9 长，短臂四连杆弧形轨迹与理论轨迹最大误差为0.02mm。 (3) 箱型机构结构 因为振动机构为立体四连杆机构， 所以将机体设计成箱型结构。 除振动台外， 所有机构都装在箱内，结构刚性好，对保证准确的运动轨迹创造了良好的条件。 并且便于整体装卸，有利离线检修，地脚的锚固采用板楔，打掉四个板楔即可吊 出；但拆装箱体内的零部件困难很大。 （4） 振动台 振动台为了支承结晶器，为了便于在事故状态下快速拆卸，在与振动座的连接 上采用了楔连接。振动台的重量是靠振动台下端的两个半圆槽压在两个销轴上， 侧向力由两块平面承受， 中部有一个保证对中的配合槽口， 上端通过两个成 30 角的板楔将振动台与振动座楔紧。因为各流振动装置的箱体安装时留的间隙很 小，无法在安装位置退楔，所以在板楔上专门设计了退楔孔，并配备了专用的退 楔工具。 为保证结晶器对弧准确和受热膨胀不产生位移， 振动台上开有两个定位销孔 和三个锚固螺栓孔。 (5)振动装置的干油润滑系统 振动装置的干油泵站设在地坪上。 它采用单线干油泵经片式给油器把油分配 到各流的振动装置上，或采用多点干油泵直接接到各流的振动装置上。每台振动 装置共 12 个润滑点，可采用一组 12 点的片式给油器或用两组 6 点片式给油器。 当把油分配到此二组给油器时，仍需加一个 6 点给油器，将此 6 点片式给油器每 三个支管相并联，做为一个三通管使用。因片式给油器的最少给油点组合为 6 点，若仅用一普通“三通”则会产生给油不平衡的问题。 振动装置的润滑用干油泵，在每次开始振动时油泵开始工作。当达到预定 的时间即停止工作。 2.4.2 结晶器振动装置的组成结晶器振动装置的组成 1）电动机 电动机作为机械传动部件中的一个重要元件，也是动力的唯一来源。在选择 电动机应注意以下几点： 1、所选电动机应满足生产机械的要求，如加速度，速度，起动，过载能力 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 10 以及调速特性等。 2、按技术经济合理原则先则电动机的电压、电流种类、电动机类型及结构 型式（包括冷却方式） ，以保证生产机械可靠工作。 3、选用电动机应有适当的备用容量，负茶率一般取 0.8- 0.9，但同步电动机 可不受此值限制。过大的备用容量会使电机效率降低，对于感应电动机，其功率 因数将变坏，并使按电动机最大力矩校验强度的机械本身造价提高。 4、选用电动机的类型，除满足工艺要求外，尚应满足电网的要求，如起动 时维持电网电压水准，保持功率因数在合理范围等。 5、电动机的结构形式应满足环境条件的要求。 6、选用电动机要根据设备供货情况、基建投资、运行费用、操作维护条件 及生产过程前后期电动机容量变化关系来考虑。 2）变速器 变速器是能固定或分档改变输出轴和输入轴传动比的齿轮传动装置。 又 称变速箱。变速器由传动机构和变速机构组成，可制成单独变速机构或与 传动机构合装在同一壳体内。传动机构大多用普通齿轮传动，也有的用行 星齿轮传动。普通齿轮传动变速机构一般用滑移齿轮和离合器等。滑移齿 轮有多联滑移齿轮和变位滑移齿轮之分。用三联滑移齿轮变速，轴向尺寸 大；用变位滑移齿轮变速 ，结构紧凑 ，但传动比变化小。离合器有啮合 式和摩擦式之分。用啮合式离合器时，变速应在停车或转速差很小时进行， 用摩擦式离合器可在运转中任意转速差时进行变速，但承载能力小，且不 能保证两轴严格同步。为克服这一缺点，在啮合式离合器上装以摩擦片， 变速时先靠摩擦片把从动轮带到同步转速后再进行接合。行星齿轮传动变 速器可用制动器控制变速。变速器广泛用于机床、车辆和其他需要变速的 机器上 。 机床主轴常装在变速器内，所以又也叫主轴箱，其结构紧凑， 便于集中操作。在机床上用以改变进给量的变速器称为进给箱。 变速器的分类： 1、按传动比的变化方式划分，变速器可分为有级式、无级式和综合式三种。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 11 (a)有级式变速器：有几个可选择的固定传动比，采用齿轮传动。又可 分为：齿轮轴线固定的普通齿轮变速器和部分齿轮(行星齿轮)轴线旋转的行 星齿轮变速器两种。 (b)无级式变速器:传动比可在一定范围内连续变化,常见的有液力式,机 械式和电力式等。 (c)综合式变速器：由有级式变速器和无级式变速器共同组成的，其传 动比可以在最大值与最小值之间几个分段的范围内作无级变化。 2、按操纵方式划分，变速器可以分为强制操纵式，自动操纵式和半自动操 纵式三种。 (a)强制操纵式变速器：靠驾驶员直接操纵变速杆换档。 (b)自动操纵式变速器：传动比的选择和换档是自动进行的。驾驶员只 需操纵加速踏板，变速器就可以根据发动机的负荷信号和车速信号来控制 执行元件，实现档位的变换。 (c)半自动操纵式变速器：可分为两类，一类是部分档位自动换档，部 分档位手动(强制) 换档；另一类是预先用按钮选定档位，在采下离合器踏 板或松开加速踏板时，由执行机构自行换档。 3）偏心轮 装在轴上的轮形零件，轴孔偏向一边，轴旋转时，轮的外缘推动另一机件， 产生往复运动。多用来带动机械的开关、活门等。 偏心轮机构的由凸轮演化而成的。凸轮是指一个具有曲线轮廓或凹槽的构 件，一般为主动件，作等速回转运动或往复直线运动。与凸轮轮廓接触，并传递 动力和实现预定的运动规律的构件，一般做往复直线运动或摆动，称为从动件。 凸轮机构在应用中的基本特点在于能使从动件获得较复杂的运动规律。 因为从动 件的运动规律取决于凸轮轮廓曲线，所以在应用时，只要根据从动件的运动规律 来设计凸轮的轮廓曲线就可以了。但是凸轮的缺点就是其不善于传递动力。 4）振动臂 振动臂主要是用来支撑振动台，并带动振动台，在连杆的作用下进行往复运 动。 从而使得铸坯可以进行良好的脱模， 减小振痕。 主要的传动力距的结构之一。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 12 2.5 结晶器振动装置的问题与改进结晶器振动装置的问题与改进 结晶器振动装置的问题与改进情况如下： 1) 引进设备中结晶器振动装置的整体吊装很方便，但给装配和拆卸带来很 大困难，因为箱体较高，箱壁上升的操作窗口较小，工人劳动强度大，调整校准 也很困难。针对上述问题，在移植设计中将箱体改为框架式，即将中间罐车轨道 支承处，导向臂的交接处，做成刚性框架，其它部分则用较薄钢板封闭起来，以 隔离蒸汽和灰尘，即改善了装卸条件，又减轻了重量。 2)原设计频率可调，振幅不右调。 当振动速度提高时，动磨擦系数减小，随之动负荷也提高了，这时冲击负荷 加大，是不利的，显然应以减小振幅的办法来降低振动速度，采用可调振幅的机 构是有益的。 2.6 机械传动的基本原理机械传动的基本原理 机械振动的振动装置由直流电动机驱动，通过连轴器，传动给蜗轮蜗杆件速 器，蜗杆轴连接在连轴器上，经过机械传动，将动力传动给蜗轮轴上，蜗轮轴连 接在偏心轮上，在偏心轮上安装一个连杆，再由连轩带动振动台，产生振动。 目前有些振动形式都是由电液伺服系统驱动来实现的，它具有参数控制方 便，调节灵活的优点，但其系统复杂，投资昂贵，操作和维护都需要较高的技术 水平。 考虑到国内冶金工厂的工作环境和液压元件的质量等方面，跟国外发达国 家相比都有一定的差距。当然与液压驱动的正弦振动系统相比，机械传动的正弦 振动具有投资省、操作维护方便、可靠性高等优点。因此在此设计里还是采取的 机械传动方式。 2.7 结晶器振动装置的制造、安装与维护结晶器振动装置的制造、安装与维护 （1）制造 振动装置的制造装配精度直接影响振动轨迹的精确度。各振动譬的枢轴装 配位置精度为0.2mm 定向臂、导向臂与箱体和振动座的装配应注意先后顺序，否则将造成装配 困难，甚至无法装配。制造厂应将锚固销轴先焊于箱底。 （2）安装 结晶振动装置因采用了箱体结构，有利于整体安装，但锚固用板楔的销轴应 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 13 先焊在箱底板上，否则传动装置都装配好再装销轴则就无法装入；振动装置箱体 向最终定位应在结晶器与基准弧对准后才能确定，即焊牢前后定位板。 振动装置的最后定位，应以振动台上两位销孔中心线与铸机外弧基准线重 合为依据，误差0.5mm；标高测量点以振动台上三个固定螺栓孔的上端面加工 面为准，标高误差0.5mm。设备的检修和装卸，均以定位块做基准。 (3) 维护 无级变速器采用 50 号工业极压齿轮油进行油浴润滑；其他轴承均由干油集 中润滑站供油，并采用工业锂基脂 2 号为润滑剂。 结晶器振动装置应定期检查安全联轴器调节弹簧的螺栓，即应在大于 5 公 斤/米的扭矩下打滑，以保证设备的安全可靠。磨擦片磨损后应及时更换；对于 轴承的磨损情况和装配精度要定期检查，以确保振动轨迹准确。当拉坯阻力增大 或漏钢事故增多时，应校验振动运动的精确度，即纵向偏摆不大于 0.12mm，横 向偏摆不大于 0.12mm，垂直振幅误差不大于 0.05mm。 对于无级变速器，要注意调节它的稳定性，防止发生输出转速自动滑移。 要定期测试振动频率，一旦发现振动频率有变化，要及时调整。要注意集中润滑 系统的可靠性，和给油量，及时调节给油周期，防止无油或供油过剩。 第三章第三章 结晶器振动系统的运动设计结晶器振动系统的运动设计 3.1 结晶器振动参数的计算结晶器振动参数的计算 3.1.1 冶金参数的计算冶金参数的计算 1）浇铸数度 浇铸速度通常用拉坯数度 c v （m/min）表示，简称拉速。或用铸机浇铸速率 q （t/min流） ，即每流的铸造能力表示，简称注速，是只连续铸造过程中单位时 间一流浇注的刚水量。 两者的关系可用下式表示： 拉速： c v = 1 rwd v q n/min （31） 注速： c qrwdv= （32） 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 14 式中r钢的密度， 3 / t n w铸坯宽度，n； d铸坯厚度 已知小方坯一般指断面尺寸为 7070150150mm 的方坯，国内生产的主 要是 120120150150mm 的小方坯。小于 9090mm 小方坯拉速快，浇铸难度 高，拉漏率高，以很少生产。这里选取断面尺寸为 150150 的小方坯进行计算。 又因为题目给定拉速为：0.66m/min， 若 c v =2，则 c qrwdv=7.85150 3 10150 3 102=0.35325t/min流 2）铸机冶金长度 冶金长度是指浇铸某一断面铸坯时要达到安全凝固所需长度（所需的行 程） 。 因铸坯厚度不同铸机冶金长度也不同， 在最大厚度和相应的最大拉速条件下 获得的最大冶金长度，就作为设计铸机时的基本依据。铸机的冶金长度一般就指 从结晶器钢液面起到铸机辊列的最后一对辊中心线的实际距离， 它标志着铸机液 相穴深度的最大极限位置。 a 冶金长度的计算公式 根据凝固定律： sk t=，mm （33） 式中 s凝固层的厚度，mm k凝固系数， 1/2 / minmm t凝固时间，min; 完全凝固厚度 s 为 2 e c dl sk tk v = （34） 整理后得冶金长度： 2 2 4 c d lv k =，m 上式表明，冶金长度和铸坯厚度的平方成正比，和拉坯速度成正比。 b 终合凝固系数 k 值 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 15 铸机的终合凝固系数（即平均的凝固系数） 。 1/2 1 1 1 1 n i i i c l ks nv + = = + ， 1/2 / minmm 式中 k包括结晶器在内的全区域的平均凝固系数； i s i 导轨处的坯壳厚度，用一维传热方法算出； i l 结晶器液面至 i 导轨处板坯厚度中心上的距离； n棍子对数，n+1 是考虑结晶器内的凝固距离。 对于小方坯来说，结晶器的凝固系数 k=1320 1/2 / minmm;全区域的凝 固系数 k=2529 1/2 / minmm。 由文献 2 表 328，图 322 可得 k=30 将以上数据代入上式，可得 l=160.143m。 3）结晶器出口坯壳厚度 结晶器出口处由于坯壳过薄容易造成漏钢，这也是决定最大拉速的重要因 素。 最小坯壳厚度 m m l k v = 最小 最大 （35） 式中最小结晶器出口处最小坯壳厚度，毫米 m k结晶器凝固系数 取 m k=20 毫米 1/2 分； m l 结晶器有效长度，米，对 700 毫米长的结晶器可取 m l =0.65 米； v最大最大拉速，米/分。 查文献 3 表 5- 7，可知对 150150 断面， 最小=0.85坯壳厚度=0.085150=12.75 m m k vl = 最大 最小 1.599 米/分 3.1.2 正弦振动的基本参数正弦振动的基本参数 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 16 1）负滑动量计算 在结晶器下振动速度大于拉坯速度，称为“负滑脱” 。负滑脱量被定义为 max 00 100 vv v = 拉 拉 （36） 式中 负滑动量 max v最大拉速 v拉拉坯速度 负滑脱能帮助（脱模） ，有利于拉裂坯壳的愈合。正弦振动选取为 30 40时的效果最好，在这里取为 30，则由公式 max 00 100 vv v = 拉 拉 可得 max v为 max 1vv=+ 拉 （） 则 max v=2（1+30）=2.6 2）频率与周期 结晶器上下振动一次时间称为振动周期 t，单位时间 s。 一分钟振动次数为频率 f，单位 次/min。 求解频率公式为 max 2 v f a = 式中 f结晶器振动频率 a振幅 6mm max v最大速度 故 2.6/ min 2 m f a =103.5 次/min=1.73 次/秒 周期 t= 11 1.73f =0.578s 圆频率 w= 22 0.578t =10.87 3）结晶器的运动速度和加速度 结晶器振动装置的速度的大小方向是随时间变化而变化的。 由于结晶器是按 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 17 正弦曲线规律振动的，若结晶器运动时间为 t（s） ，则振动结晶器在一瞬间运动 速度 m v 可由下式求出 maxsinm vvwt= 可知，结晶器的运动速度是按正弦规律变化的 当 wt=0，t=0 时， m v =0 当 wt= 4 ，t= 8 t =0.07225 时， m v = max sin 4 v =1.8m/min。方向向下。 当 wt= 2 ，t= 4 t =0.1445 时， m v = max sin 2 v =2.6m/min。振速为最大 当 wt= 3 4 ，t= 3 8 t =0.21675 时， m v = max 3 sin 4 v =1.8m/min。 当 wt= ，t= 2 t =0.289 时， m v = max sinv=0m/min。最低点，准备向上。 当 wt= 5 4 ，t= 5 8 t =0.36125 时， m v = max 5 sin 4 v =- 1.8m/min。方向向 上。 当 wt= 3 2 ，t= 3 4 t =0.4335 时， m v = max 3 sin 2 v =- 2.6m/min。振速最大。 当 wt= 7 4 ，t= 7 8 t =0.50575 时， m v = max 7 sin 4 v =- 1.8m/min 当 wt= 2，t= t =0.578 时， m v = max sin2v=0m/min 振动速度由下列计算 max cos1.8cos m v t d avwwtwt d = （37） 由此可见结晶器振动加速度是按余弦规律变化的 当 wt= 4 ，t= 8 t =0.07225 时，a=1.8 最大 当 wt= 2 ，t= 4 t =0.1445 时，a=1.72 当 wt= 3 4 ，t= 3 8 t =0.21675 时，a=- 1.72 当 wt= ，t= 2 t =0.289 时，a=- 1.8 当 wt= 5 4 ，t= 5 8 t =0.36125 时，a=- 1.72 当 wt= 3 2 ，t= 3 4 t =0.4335 时，a=0 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 18 当 wt= 7 4 ，t= 7 8 t =0.50575 时，a=1.27 当 wt= 2，t= t =0.578 时，a=1.8 由此结晶器振动装置完成了一个周期的振动， 振动装置进入下一个周期的振 动 4）负滑脱时间 f t 的确定 当结晶器向下振动速度大于拉坯就出现副滑脱时间，在本设计中拉坯速度 v拉=2m/min 则 1 2 arcsin 2.6 0.0807 1802 t ts = 负滑脱总时间 1 0.578 220.08070.0638 44 f t tts = 从总情况看， 正弦振动方式采用高频小振幅， 较大的负滑脱量振动较为有利。 3.2 机械传动设计机械传动设计 3.2.1 确定传动功率确定传动功率 1）振动总负荷（ t p ） tv pqfp=+ （38） 式中 t p 振动总负荷，公斤； q振动台上承载总静负荷，公斤； f结晶器摩擦阻力，公斤； v p 动负荷，公斤； 其中 v p =mb 式中 v p 动负荷，公斤； m被振动负荷的质量， 2 /公斤 秒米 b振动加速度， 2 米/秒 又因为 v p =mb= qb g 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 19 其中，q=1900 公斤 则 v 1900 p1.8 9.8 =348.98 公斤 则 t p v qfp=+=1900+700+348.98=2948.98 公斤 2）传动功率 n 计算， tp 102 pv n = （39） 式中 n传动功率，千瓦； 总传动效率，=0.70.8 其中 t p =2948.98 公斤 6/ p v = 米 分 得 n= 2948.98 6 0.75 60 102 =3.85 千瓦 3.2.2 确定电动机类型确定电动机类型 根据振动机构的工作条件，现选择 z4 系列的电动机，z4 系列电动机广泛用 于各种机械的传动源，具有体积小，性能优良，重量轻，输出功率大，可靠性高 等特点。 根据传动效率及转速的判断，现选择 z4- 112/4- 2 电动机。技术参数如下表： 型号 额定功率 额定转数 效率 重量 y160m1- 8 4kw 720 84 114 3.2.3 变速器的选择变速器的选择： 齿链式无级变速器分为：基本型（p）型，第一孳生型（输入端加减速装置） 第二孳生型 （输出端加减速装置） 和第三孳生型 （输入端和输出端都加减速装置） 。 按安装方式可分为卧式和立式。按手轮方式可分为右手轮（用右手操作，顺时针 旋转，变速器为生速）和左手轮（用左手操作，顺时针旋转，变速器为生速） 。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 20 图 3.1 p 型变速器简图 齿链式无级变速器（p 型）的组要传动特性是：传动比 i=0.42.5，变速范 围 rn=36，传动功率 p=120kw，传动效率=0.850.95.这种变速器调速准确， 工作可靠，效率高，结构紧凑，调速方便。广泛应用与轻工、纺织化工、重型机 械和机床等行业。 根据上诉特点，选用 p 型链式无级变速器型号 pf3 型基本参数为 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 21 第四章第四章 轴的校核轴的校核 4.1 偏心轴偏心轴的的校核校核 偏心轴承受着沿着杆件的轴向力。 杆件有可能丧失其直线形状的平衡而过渡 为曲线平衡，称为丧失稳定。杆件失稳后，压力的微小增加将引起弯曲变形的显 著增大，杆件已丧失了承载能力。这是因失稳造成的失效，可以导致整个机器或 结构的损坏。但细长压杆失稳时，压力并不一定很高，有时甚至低于比例极限。 因此对连杆进行强度校核是非常有必要的。 已知电动机的额定功率 4kw，额定转速为 720r/min,所以根据公式 额定转距 9550 d d m p t n =9550 720 4 =53nm 由于偏心距为 6mm，所以可知作用在连杆上的力为 d t f e = 连杆 = 3 106 53 =8495n 由于电动机所产生的力都是用来抵消结晶器振动装置的静载荷的， 所以对于 连杆来说所受到的最大压力就是 f 和结晶器静载荷。 知道所受的最大压力就可以进行强度校核了： 轴的受力图如下： 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 22 图 4.1 受力分析 1）作用在轴上的力 静载荷连杆最大 fff+=8495+19000=27495 0=+ ba fff最大 0=+abfobf a最大 得：nfa36080= = b f8585n 偏心轴结构简图如下： 图 4.2 偏心轴结构简图 2）弯矩计算如下: 截面 a 的弯矩： oafm aa =- 5339.84nm 截面 b 的弯矩： obfm bb =4069nm 弯矩图如下 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 23 图 4.3 弯矩图 按疲劳强度校核安全系数 由弯矩图可知 a 点弯矩最大,截面 a 直径突然变化,故是危险截面,需要校核。 3）截面 a 校核： 抗弯截面系数 w=0.1 3 d =0.1 3 90 =72900 3 mm ()() 72900 509706 . 05339 2 2 2 3 2 1 = + = w tm ca =1.4mpa 以选定轴的材料为 45 钢， 调质处理查表得 1 =60mpa。 因此 ca s =1.5 故安全 4.2 轴承轴承的选择及的选择及其其计算计算 由于滚动轴承多为已标准化的外购件，因而，在机械设计中，设计滚动轴承部件 时，只需： 1、正确选择出能满足约束条件的滚动轴承，包括：合理选择轴承和校核所 选出的轴承是否能满足强度、转速、经济等方面的约束； 2、进行滚动轴承部件的组合设计 滚动轴承的选择包括：合理选择轴承的类型、尺寸系列、内径以及诸如公差 等级、特殊结构等 一、类型选择 选用滚动轴承时，首先是选择滚动轴承的类型。选择轴承的类型，应考虑轴 承的工作条件、各类轴承的特点、价格等因素。和一般的零件设计一样，轴承类 型选择的方案也不是唯一的，可以有多种选择方案，选择时，应首先提出多种可 行方案，经深入分析比较后，再决定选用一种较优的轴承类型。一般，选择滚动 轴承时应考虑的问题主要有： 1、轴承所受载荷的大小、方向和性质。这是选择轴承类型的主要依据。 (1)载荷的大小与性质 通常，由于球轴承主要元件间的接触是点接触，适合于中小载荷及载荷波动 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 25 较小的场合工作； 滚子轴承主要元件间的接触是线接触， 宜用于承受较大的载荷； (2)载荷方向 若轴承承受纯轴向载荷，一般选用推力轴承；若所承受的纯轴向载荷较小， 可选用推力球轴承；若所承受的纯轴向载荷较大，可选用推力滚子轴承；若轴承 承受纯径向载荷， 一般选用深沟球轴承、圆柱滚子轴承或滚针轴承；当轴承在 承受径向载荷的同时，还承受不大的轴向载荷时，可选用深沟球轴承或接触角不 大的角接触球轴承或圆锥滚子轴承，当轴向载荷较大时，可选用接触角较大的角 接触球轴承或圆锥滚子轴承，或者选用向心轴承和推力轴承组合在一起的结构， 分别承担径向载荷和轴向载荷。 2、轴承的转速 通常，转速较高，载荷较小或要求旋转精度较高时，宜选用球轴承；转速较 低，载荷较大或有冲击载荷时，宜选用滚子轴承。 推力轴承的极限转速很低。工作转速较高时，若轴向载荷不很大，可采用角 接触球轴承承受轴向载荷。 3、轴承的调心性能 当轴的中心线与轴承座中心线不重合而有角度误差时， 或因轴受力弯曲或倾 斜时，会造成轴承的内、外圈轴线发生偏斜。这时，应采用有一定调心性能的调 心球轴承或调心滚子轴承。 对于支点跨距大、轴的弯曲变形大或多支点轴，也可考虑选用调心轴承。 圆柱滚子轴承，滚针轴承以及圆锥滚子轴承对角度偏差敏感，宜用于轴承与 座孔能保证同心、轴的刚度较高的地方。 值得注意的是，各类轴承内圈轴线相对外圈轴线的倾斜角度是有限制的，超 过限制角度，会使轴承寿命降低。 4、轴承的安装和拆卸 当轴承座没有剖分面而必须沿轴向安装和拆卸轴承部件时， 应优先选用内外 圈可分离的轴承(如圆柱滚子轴承，滚针轴承、圆锥滚子轴承等)。当轴承在长轴 上安装时，为了便于装拆，可以选用其内圈孔为 1:12 的圆锥孔的轴承。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 26 5、经济性要求 一般，深沟球轴承价格最低，滚子轴承比球轴承价格高。轴承精度愈高，则 价格愈高。选择轴承时，必须详细了解各类轴承的价格，在满足使用要求的前提 下，尽可能的降低成本。 二、尺寸系列、内径等的选择 尺寸系列包括直径系列和宽（高）度系列。选择轴承的尺寸系列时，主要考 虑轴承承受载荷的大小，此外，也要考虑结构的要求。就直径系列而言，载荷很 小时，一般可以选择超轻或特轻系列；载荷很大时，可考虑选择重系列；一般情 况下，可先选用轻系列或中系列，待校核后再根据具体情况进行调整。对于宽度 系，一般情况下可选用正常系列，若结构上有特殊要求时，可根据具体情况选用 其它系列。 轴承内径的大小与轴颈直径有关，一般可根据轴颈直径初步确定。 公差等级，若无特殊要求，一般选用 0 级，若有特殊要求，可根据具体情况 选用不同的公差等级。 由于设计问题的复杂性，轴承的选择不应指望一次成功，必须在选择、校核 乃至结构设计的全过程中，反复分析、比较和修改，才能选择出符合设计要求的 较好的轴承方案。 （1）轴承的选择 本设计中有 3 处使用到了轴承，两处是在传动轴上，已知此处轴径 d=90mm 所以选内径为 90mm 的轴承，查成大先主编的文献10 表 7279 中选择调心辊子轴承，选择型号为 33003218 的轴承为。另一处是在偏心 轴上；已知此处轴径为 d=75mm，所以选内径为 75mm 的轴承，查成大先主 编的文献10 表 7279 中选择调心辊子轴承，选择型号为 3615 的轴承为 。调心辊子轴承能自动调心，组要承受径向载荷，同时也能承受双向轴向 载荷。锥孔可安装在定轴套或推卸套上，便于在光轴上或阶梯轴上任何位置 安装，也可调整轴承的径向游隙。 因杆 eab 慢速摆动，所以两轴承应按静负荷校核。计算公式如下： 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 27 （51） 式中 ； ； 。 当量静负荷 nfp ro 19000= 则 nco38000190002= 33003218 调心滚子轴承 故能够使用。同理可得轴所用轴承能够使用。 4.3 联轴器选择联轴器选择 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，联轴器还能具有补偿两轴相对位移、缓冲和减振以及安全 防护等作用。 按照联轴器的性能可分为刚性联轴器和挠性联轴器。 刚性联轴器或固定式联 轴器，这种联轴器虽然不具有补偿性能，但有结构简单、制造容易、不须维护、 成本低等特点而仍有其应用的范围。 挠性联轴器又可分为有弹性元件挠性联轴器 （也称可移式刚性联轴器）和带弹性元件联轴器，前一类只具有补偿两轴相对位 移的能力，后一类由于含有能产生较大弹性变形的元件，除有补偿性能外还具有 缓冲和减振的作用，但在传递转矩的能力上，因受弹性元件刚度的限制，一般不 及无弹性元件联轴器。带弹性元件联轴器中按弹性元