机械毕业设计（论文）-双摇杆式结晶器振动装置的设计（全套图纸） .pdf

辽宁科技大学本科生毕业设计 第 i 页 双摇杆式结晶器振动装置的设计双摇杆式结晶器振动装置的设计 摘要摘要 结晶器振动装置是连铸机的重要设备之一， 起主要作用是使内壁获得良好的润滑条 件，减少摩擦力，防止钢水与内壁的粘结，同时还可以改善铸坯的表面质量。而且发生 粘结是，振动能强制脱模，消除粘结。振动机构是使结晶器产生所需的振动，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， 使结晶器有一定的振动规律。 本文详细地介绍了结晶器振动方式，并加以比较后，振动变化规律选择正弦振动方 式。结晶器振动装置的结构，根据方案讨论提出采用双摇杆式结晶器振动装置。结果表 明该振动方式能有效地防止因坯壳的粘结而造成的拉漏等事故， 振动机构能准确实现圆 弧轨迹，不产生过大的加速度，从而避免了冲击和摆动。此机构的振动参数有利于改善 铸坯表面质量，形成表面光滑的铸坯，而且设备的制造，安装和维护方便，并且便于处 理事故，使传动系统有足够的安全储备。 关键词：连铸；结晶器；振动装置；正弦 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 ii 页 double rocking lever type crystallizer shake- out equipment design abstract crystal vibrator is one of important equipment of continuous casting machine, play a major role is to get a good wall lubrication, reduce friction, prevent adhesion of molten steel in the inner wall, while also improving the billets surface quality. and when bonding occurs, the vibration can be forced stripping, erased. vibration body is needed to mold the vibration generated, so any vibration institution must meet two basic conditions: first, to mold accurately track down some vibration. second, make sure the laws of the mold according to the vibration. this article introduced in detail the crystallizer vibration way, after and compares, vibration change rule choice sinusoidal vibration way. the crystallizer shake- out equipments structure, according to the plan discussion proposed that uses the double rocking lever type crystallizer shake- out equipment design. the result indicated that this vibration way can prevent to pull effectively leaks and so on accidents which creates because of the semifinished product shells caking, the vibrator unit can realize the circular arc path accurately, does not have the oversized acceleration, thus has avoided the impact and swinging. this organizations vibration parameter is advantageous in the improvement casts the semifinished product surface quality, forms the surface smoothly to cast the semifinished product, moreover equipments manufacture, the installment and the maintenance are convenient, and 辽宁科技大学本科生毕业设计 第iii页 is advantageous for the deal with accident, enables the transmission system to have the enough safety margin. key words: continuous casting; crystallizer; shake- out equipment; sine 目 录 摘要 i abstract. ii 1 绪论 1 1.1 选题背景及目的 . 1 1.2 国内外研究状况 . 1 1.2.1 50 年代工业应用时期 2 1.2.2 60 年代稳步发展时期 2 1.2.3 70 年代以后的迅猛发展时期 3 1.2.4 80 年代连铸完全成熟时期 4 1.3 设计的内容 . 5 2 总体方案设计选择 7 2.1 结晶器振动装置的技术要求 7 2.2 结晶器振动装置的类型和特点 . 8 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 iv 页 2.2.1 振动方式 . 8 2.2.2 振动机构 . 10 3 技术参数计算 . 13 3.1 短臂四连杆机构原理 13 3.2 弹簧的设计 . 16 3.3 振幅的计算 . 17 4 主传动装置设计 20 4.1 电机的选择 . 20 4.2 轴的设计 . 21 4.3 联轴器的设计 27 4.4 减速器的设计 30 5 零部件的校核 . 31 5.1 弹簧校核 . 31 5.2 销轴的校核 . 33 5.3 电机的校核 . 35 5.4 轴的校核 . 36 6 能源消耗与环保分析 . 40 结束语 41 致谢 . 42 参考文献 . 43 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 v 页 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 1 页 1 绪论 1.1 选题背景及目的 钢铁工业是我国的支柱产业之一， 是国民经济健康发展的基础工业， 钢铁产品运用 于国民经济的各行各业， 一个国家整体经济发展规模和速度与刚铁工业的的发展密不可 分1。近些年来，随着我国钢铁工业结构的不断调整、产量的不断提高。使得连续铸造 技术得到广泛的应用。 连续铸造需要用到许多传统铸造没有的设备。结晶器是连铸设备中最关键的部件， 有人把结晶器称为是连铸机的心脏2。 钢水在结晶器内冷却凝固成所需的断面形状和一 定厚度的坯壳。当铸坯在被拉出结晶器时，由于纯在机械和热应力的作用，坯壳容易被 拉漏、 容易因为产生变形和裂纹而造成破坏。 所以结晶器的性能对于连铸机的生产能力 和铸坯质量的好坏都起着至关重要的作用。 结晶器振动的目的是使防止初生坯壳与结晶 器之间分离，防止粘结而被拉裂。结晶器的振动实际上起到强制脱模作用。由于振动的 存在， 使结晶器内壁获得了良好的润滑条件， 既减少结晶器与铸坯间的摩擦力又能防止 钢水与结晶器内壁发生粘结。一旦发生粘结时，振动就能强制脱模，消除粘结。如果在 结晶器内部坯壳被拉断， 振动还可使坏壳得到愈合。 除此之外还可以改善铸坯的表面质 量。 实际运用中对结晶器振动的要求是： 振动方式能有效地防止因坯壳与结晶器的粘结 而造成拉漏事故;振动能够有利于改善铸坯表面质量， 形成表面光滑平整的铸坯;振动机 械的运动轨迹为真确的圆弧， 振动过程中不产生过大的加速度以避免产生的冲击和摆动; 设备的制造、安装和维护相对方便，便于处理事故，传动系统要有足够的安全储备。结 晶器振动装置包括结晶振动方式结晶器振动装置的结构。 1.2 国内外研究状况 连续浇注液体金属在 100 多年以前就已经被提出，但是由于当时技术条件的限制， g.e.塞勒斯（g.e.sellers）(1840)、赖尼（j.lainy）(1843)等人提出的设想在当时只能用 于熔点比较低的有色金属，比如铅。1887 年德国人 r.m.戴伦（r.m.daelen）最早提出 了关于类似现代连铸设备的观点。 在他们的铸造设备中已经包括有水冷的、 上下口敞开 的结晶器、二次冷却段、引锭杆、夹辊和铸坯切割装置等。 我国的连铸开发相对于西方国家来说比较晚，1958 年第一台我国自主研发的立式 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 2 页 连铸机在重钢三厂建成投产，6 年后在重钢三厂又建设了弧型板坯连铸机，以后相继在 天津、上海、北京等地建设了一批连铸机。到 1980 年为止全国一共拥有 25 台连铸机， 生产能力为年产 345 万 t。 但是 1980 年实际仅生产铸坯不到 230 万 t， 连铸比仅为 6.3%。 从以上这些数据来看，我国的连铸发展比较缓慢，许多连铸机不但达不到生产能力，而 且品种相对单一3 。 十九世纪 h.贝塞麦(h.bessemer)提出了连续浇注液态金属的设想后。很多科学家对 此项技术进行过研究。但是由于科学水平的限制，并未能够将此运用于工业生产。直到 1933 年，现代连铸的奠基人s.客汉斯(s.junghans)提出并发展了结晶器振动装置， 奠定了连铸技术在工业上运用的基础。 从 20 世纪 30 年代开始， 连铸技术已能够用于有 色金属的生产。第二次世界大战以后，苏、美、英、奥等国相继开始进行连铸钢的研究。 1950 年容汉斯和曼内斯曼(mannesmann)公司合作，建成了世界上第一台能浇注 5t 钢水 的连铸机。 从第一台连铸机问世已经有 60 多年的历史了。在这过程中，世界范围内连铸技术 的发展，大体上可分为“50 年代开始工业应用，60 年代稳步发展，70 年代迅猛发展， 80 年代完全成熟” 。 1.2.1 50 年代工业应用时期年代工业应用时期 从 50 年代起，连铸技术开始运用于钢铁工业。这段时间连铸装备的水平普遍都很 低，发展速度相对慢，铸机机型很单一多为立式单流，铸坯断面面积比较小而且主要为 方坯。在此期间连铸规模也较小，盛钢桶容量一般为 10- 20t。到 50 年代末，世界各地 建成的连铸机总数还不到 30 台。连铸坯产量仅有 110t，连铸比约仅 0.34%。1952 年容 汉斯和曼内斯曼公司组建了连铸共同体；同时奥地利成立了以百录公司（bohlera.g.） 为中心的连铸利益共同体；1954 年，i.罗西（i.rossi）在瑞士建立了康卡斯特（coneast） 连铸公司。上述这些专门从事连续铸造技术研发公司、集团的形成，推动了后来连铸技 术的发展、应用。 1.2.2 60 年代稳步发展时期年代稳步发展时期 60 年代后，连铸进入了稳步发展时期。从机型上来说，60 年代初出现了立弯式连 铸机。在 1963- 1964 年期间，曼内斯曼公司相继建成了方坯、板坯弧形连铸机。这些机 型不但应用操作简单而且能够生产工业上急需的厚板、 热轧和冷轧带钢， 因此很快就发 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 3 页 展成为连铸技术的主要机型。这对连铸的发展、应用，起了很大的作用。从铸坯质量上 来讲，在这个时期研制的保护渣浇注、浸入式水口和钢流保护等新技术，对连铸的发展 有着不可磨灭的意义。 除此之外由于氧气转炉应用钢铁生产， 原有的模铸工艺已不能满 足炼钢的需要，这对连铸的发展也起到了推动作用。从 1965 年开始，连铸技术的发展 速度远高于之前。至 60 年代为止，全世界连铸机的数量已达到 200 余台，年生产铸坯 能力达 4000 万吨以上。除此之外，在此期间还出现了许多新形式的铸机，如旋转式圆 坯铸机、 空心圆坯铸机和工字型断面铸机等。 在英国的谢尔顿厂 （shelton iron and steel） 率先实现了全连铸。 1.2.3 70 年代以后的迅猛发展时期年代以后的迅猛发展时期 70 年代以后，连铸进入迅猛发展时期。全世界的连铸机总数不断增加，年产量快 速增长。各主要产钢国家近十余年来粗钢产量、连铸坯产量和连铸比的变化情况如图 1- 1 所示。 图 1.1 世界各主要产钢国家近十余年来粗钢产量、连铸坯产量、和连铸比 从 1970 年到 1990 年的十年间，连铸比由 4.4%上升到 64%，连铸坯年产量由 2600 万吨升到 5.12 亿吨。连铸机数量由 70 年代初的 300 余台增加到 1400 余台。从表中我 们可以看出从 70 年代初至今，世界粗钢年产量基本不变略有微小的波动，但是连铸坯 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 4 页 产量得却持续增长， 连铸比不断提高， 在这期间节省了很多时间能源带来了巨大的经济 效益。应当指出的是在几个产钢大国中，日本连铸发展速度最快。生产能力或技术水平 都已经处于世界领先地位。在 1970 年日本的连铸比还不到 10%，但是到 1985 年日本 的连铸比已突破 90%。而工业发达的美国在 70 年代连铸发展任比较慢，连铸比在 20% 以下， 这是因为美国拥有较大的初轧开坯能力且不重视连铸技术的发展运用， 建设连铸 机较少。到 80 年代，美国人开始重视连铸发展，到 1990 年连铸比已达 67.10%。前苏 联是研究、运用连铸较早的国家之一，而连铸比一直在 10%左右，这数据远远低于世 界平均水平。这是因为它的炼钢设备以平炉为主，不适应连铸生产的特点，此外它的连 铸机立式较多，生产能力低，也影响连铸的发展。 1.2.4 80 年代连铸完全成熟时期年代连铸完全成熟时期 80 年代以后，连铸进入完全成熟的全盛时期。从世界范围来看连铸比以每年 4%的 速度稳定增长。表 1.1 为 1981 年到 1990 年世界各国连铸比的增长情况。全世界连铸比 由 1981 年的 33.8%上升到 1990 年的 64.1%，这个数据具有非常重要的意义。它意味着 人类实现了由重要依靠传统铸造转变为依靠连铸技术的飞跃， 连铸在浇钢领域开始占据 主导地位。从表 1.1 可以看出，以日本为代表的一些发达工业国家，已接近或基本上实 现了全铸化。 以阿根廷、 韩国为代表的以市场经济为主的国家， 也都具有很高的连铸比。 这一重大技术成就，不但改变了传统的钢铁的生产过程，而且对炼钢轧钢的生产体系， 都将产生重大的影响4。 表 1.1 1981- 1990 年世界连铸比（不包括中国大陆） 单位：% 国家 年份 198 1 198 2 198 3 198 4 198 5 198 6 198 7 198 8 198 9 199 0 比利时 30.6 33.0 38.4 49.5 60.0 72.4 85.8 88.0 90.0 91.7 丹麦 95.8 96.8 97.4 99.5 100. 0 100. 0 100. 0 100. 0 100. 0 100. 0 法国 51.4 58.5 63.8 66.9 80.6 90.1 93.1 94.0 93.7 94.3 前联邦德国 53.5 51.9 71.8 78.9 79.5 84.5 88.0 88.5 89.8 91.3 爱尔兰 100. 0 100. 0 100. 0 100. 0 100. 0 100. 0 100. 0 100. 0 100. 0 100. 0 意大利 50.8 58.5 68.2 73.3 78.6 84.1 89.9 92.9 94.1 94.8 卢森堡 7.0 19.4 24.1 26.2 28.3 34.6 37.5 34.2 33.5 34.1 荷兰 21.2 31.0 36.0 38.7 39.1 42.7 65.0 35.6 87.1 93.4 葡萄牙 38.2 46.5 42.5 39.7 42.8 44.2 46.0 46.9 51.4 54.6 西班牙 39.5 41.9 45.9 49.4 57.0 61.2 66.7 74.4 86.0 89.0 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 5 页 英国 31.8 39.0 46.6 52.0 54.8 60.5 64.9 70.5 80.2 83.6 欧共体平均 44.6 51.6 58.8 63.7 69.5 75.9 81.3 84.1 87.8 89.6 奥地利 62.4 77.3 87.6 89.6 93.4 94.6 95.7 95.5 95.7 95.9 芬兰 91.9 93.4 93.5 94.2 93.5 94.4 94.0 93.9 94.0 97.8 挪威 16.0 29.6 36.5 51.4 55.6 56.7 53.9 53.4 50.3 92.2 瑞典 66.8 76.0 79.7 79.6 80.6 81.8 83.6 83.0 82.3 85.8 土耳其 48.4 55.7 63.6 72.0 65.7 77.8 79.2 84.6 82.3 82.2 南斯拉夫 43.2 47.4 51.6 51.8 53.5 53.4 54.7 61.9 64.7 70.2 欧共体以外西欧国家 平均 59.0 67.1 72.3 75.4 75.0 78.1 79.2 82.2 82.5 85.4 西欧国家平均 46.2 53.6 60.7 65.3 70.3 76.2 81.0 83.8 87.0 89.0 加拿大 32.2 32.8 37.4 38.4 43.6 45.8 49.0 69.3 76.1 76.7 美国 20.3 29.0 32.1 39.6 44.4 55.2 59.8 61.3 64.8 67.1 日本 70.7 78.7 86.3 89.1 91.1 92.7 93.3 93.1 92.5 93.9 澳大利亚 13.0 17.5 24.6 27.0 27.1 27.0 44.5 71.5 80.0 81.5 南非 55.2 51.2 60.0 61.5 64.7 63.9 63.9 69.6 73.4 73.7 西方工业化国家平均 44.4 54.9 60.0 64.5 68.7 73.9 77.2 80.0 82.9 84.6 阿根廷 49.2 51.8 48.6 47.4 62.5 64.9 65.3 68.2 74.0 78.2 巴西 36.4 41.1 44.3 41.3 43.7 46.1 45.5 49.0 53.9 58.5 智利 1.4 0.8 1.3 1.6 1.9 2.7 1.7 1.7 1.6 1.9 墨西哥 31.9 37.9 55.2 54.0 51.0 47.3 54.2 55.9 58.1 50.0 委内瑞拉 62.2 70.0 70.8 72.0 73.5 71.3 77.0 78.7 83.5 85.0 韩国 44.3 51.1 55.6 60.6 63.3 71.1 83.5 88.3 94.1 96.1 中国台湾省 58.5 80.9 84.7 82.8 83.6 88.3 80.6 93.6 93.1 96.1 卡塔尔 98.7 98.6 98.7 98.7 98.7 98.6 98.4 98.7 98.5 98.6 市场经济国家地区平 均 44.1 54.3 59.5 63.3 67.1 71.9 75.3 78.2 81.2 84.2 保加利亚 0.0 0.0 7.0 10.0 9.3 13.6 12.4 15.5 15.5 15.4 捷克和斯洛伐克 1.5 2.5 5.1 7.3 7.7 8.2 8.5 8.7 9.2 11.5 前东德 15.8 17.2 18.1 25.5 33.7 36.5 37.5 39.6 41.0 41.1 匈牙利 35.4 33.5 39.3 46.6 46.6 52.1 55.9 63.2 55.6 55.0 波兰 3.8 4.3 4.0 10.1 10.3 10.6 11.0 11.1 7.7 7.0 罗马尼亚 20.7 22.4 26.0 30.2 29.9 31.9 32.4 31.5 34.2 35.5 前苏联 12.2 12.6 12.4 12.7 13.6 15.0 16.1 16.5 17.3 17.6 东欧国家平均 11.7 12.3 12.6 14.3 15.2 16.6 17.7 18.2 18.5 18.7 世界平均 33.3 39.6 43.0 46.9 49.7 52.4 55.2 58.5 61.2 64.1 1.3 设计的内容 结晶器振动装置按照其运动轨迹可以分为长臂式、复合差动式、导轨式和双摇杆 式。按照其振动方式可以分为正弦振动、同步式和负滑脱式。 本次设计通过技术参数的要求，结合具体实际，进行方案讨论，以确定机构方式， 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 6 页 振动方式等内容。进一步进行电机的选择，对各零部件进行校核计算。具体步骤如下。 （1）绪论； （2）设计方案的确定及论证； （3）术参数的设计计算； （4）电机性型号的选择； （5）主要零部件的设计及校核； （6）绘图（总装配图一张、部件装配图二张、零件图四张，折成 a0 共六张以上） ； （7）编制、打印设计说明书； 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 7 页 2 总体方案设计选择 结晶器振动的是为了使铸坯在凝固过程中与铜板分离开， 防止两者粘结而发生粘挂 拉裂或拉漏事故而造成破坏，以保证拉坯顺利进行。 钢液在结晶器中的凝固过程如图 2.1 所示。 图 2.1a 表示坯壳在结晶器中的正常生长 情况，如果不发生意外情况，铸坯就能够被连续而不间断地从结晶器中拉出。假如由于 某种意外， 比如润滑不良时， 坯壳的上半部分就会粘结在结晶器壁面上， 而且在某处 （如 x 处）粘着力大于坯壳的拉强度，那么坯壳在拉坯力的作用下被拉断，被拉断的上半部 分（如 a 处）又会紧紧的粘在结晶器壁上，而下段（如 b 段）继续向下运动，这时候 钢水将会充填进 ab 之间，如图 2.1b 所示，就会形成一段新的坯壳，ab 两段就联接起 来。新形成的坯壳强度很低，钢坯再次被拉断。这样会造成钢坯连续地被拉断，连续地 在断层上充填钢水，直至 b 段被拉出结晶器，便发生了如图 2.1c 所示的漏钢事故。为 了避免上述缺点，结晶器振动技术就发展起来了。 图 2.1 坯壳被拉断的过程 2.1 结晶器振动装置的技术要求 1) 保证铸坯不与结晶器发生粘结现象，使铸坯形成良好的表面质量 2) 振动机构应该有一个确定的运动轨迹，应不发生偏摆和晃动。 3) 结晶器内的坯壳应与结晶器壁保持接触，不应产生过大的间隙。 4) 为了避免产生冲击振动，振动速度变化缓慢，加速度不应过大。 5) 发生故障时，必须有防止设备和电动机过载保护的安全措施。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 8 页 2.2 结晶器振动装置的类型和特点 2.2.1 振动方式 结晶器振动按速度-时间特征可分为 3 种，如图 2.2 所示。 1-同步振动；2-负滑振动；3-正弦振动；4-非正弦振动 图 2.2 结晶器振动方式（波形） （1）同步式： 如图 2.2 中曲线 1 所示，采用同步振动方式时，结晶器与铸坯保持同步下降，在此 过程中拉裂的坯壳在下降阶段得到愈合， 愈合时间约占振动周期的四分之三。 同时同步 振动降低了拉坯的阻力，降低了漏钢的风险，铸坯的表面质量得到提高，因此，同步振 动在连铸技术开发初期得到了广泛的应用。 同步振动主要特点是： 结晶器在下降时与铸坯作同步运动， 然后以三倍的拉坯速度 上升，即： vv3 1= 错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。 (2.2.1) 错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。 (2.2.2) 式中，错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。 分别为结晶器的上升和下降速度； v 拉坯速度。 上升速度与下降速度之比 n 为 ： 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 9 页 3 2 1 = v v n错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。 (2.2.3) 由于上升和下降都是等速运动，所以 3 1 2 1 2 1 = v v t t (2.2.4) 121 4tttt=+= 错误！ 未找到引用源。错误！ 未找到引用源。 (2.2.5) 式中， 错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。 分别为结晶器上升和下降的时间; t 振动周期。 一般通过采用凸轮机构来实现同步振动，其设备的加工、制造相对复杂。结晶器振 动机构、拉坯机构之间必须进行严格的电气连锁来实现严格的同步；此外，结晶器在振 动方向不同的速度转折处速度变化很快， 此时机构会中产生了很大的冲击力， 因而结晶 器振动的平稳性受到影响，这些对于铸坯的表面质量和设备的正常使用都非常不利。 在当今工业生产中同步振动已不使用。 （2）负滑脱式： 如图 2.2 中曲线 2 所示。负滑脱振动是在同步振动的基础上发展而来的，这种振动 方式的下降速度大于拉坯速度， 所以铸坯在向下振动时就会与结晶器壁产生滑动， 因此 称为负滑脱5。 结晶器的下降速度略大于拉坯速度，即： )1 ( 2 +=vv错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。 (2. 2.6) 式中， 负滑差率，表示结晶器下降速度与拉坯速度之间的滑差率 %100* 2 v vv =错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。 (2.2.7) 负滑差 太大，容易在铸坯表面上产生振动痕迹。目前一般取： %105= 上升速度错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。和下降速度错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。之比错误！未错误！未 找到引用源。找到引用源。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 10 页 优点是：结晶器下降时，坯壳中会产生压应力，有利于进断裂的坯壳压合，同时也 有利于脱模。 1） 结晶器在振动速度的转折点处， 速度变化比较缓慢， 有利于提高运动的平稳性。 结晶器在上升时，坯壳承受拉应力，下降时承受压应力，所以在确定振动参数的时 候时，应使开始下降时的加速度错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。稍微大些，开始上升时的加速度 错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。稍微取小些。比值32 1 2 = a a k错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。 负滑脱振动，在下降时铸坯会受到一种压力，坯壳表面细小的横裂将被焊合。但是 负滑振动形式也是由凸轮机构来实现运作， 与同步振动相仿它在机械和电气使用效果上 的弱点仍然存在，所以，负滑振动在当今工业生产中很少使用。 （3）正弦振动： 正弦式振动是指结晶器的运动速度-时间是按正弦规律变化，见图 2.2 中曲线 3，它 有如下几个特点： 1) 由于在正弦式运动中速度一直都是变化的，所以结晶器与铸坯之间不存在同步 运动阶段，但会存在一小段负滑动阶段，着有利于坯壳的愈合; 2) 由于速度（ ts dd /）随时间是按正弦波形变化的，加速度（tsdd 22 /错误！未找错误！未找 到引用源。到引用源。）随时间是按余弦规律变化，减速度没有突变，所以过渡比较平稳，没有较 大冲击； 3) 因为加速度较小，所以可提高振动频率，这利于提高脱模作用，消除粘结现象； 4) 通过偏心轮来实现正弦式振动，所以制造比较容易； 5) 结晶器和铸坯之间速度没有必然关系，所以当拉坯的速度变化不太大时，振动 机构和拉坯机构之间的重要性也不大，这样可以简化电气系统。 正弦振动在目前连铸生产中应用最广泛。 （4）非正弦振动： 如图 2.2 中曲线 4 所示，采用非正弦振动方式，结晶器振动过程中，下降运动时间 比上升运动短， 所以正滑动时间较长， 结晶器振动的速度与拉坯的速度之间速度差较小， 使得钢水与结晶器铜板的摩擦有了较大的减轻； 同时， 采用非正弦振动能够使液态保护 渣膜向出口方向扩展， 有利于保护渣向结晶器与凝固坯壳之间的缝隙渗透， 润滑效果得 到改善，铸坯质量得到提高。所以，非正弦振动更适应于高拉速连铸过程。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 11 页 2.2.2 振动机构 装置的结构包括：实现结晶器运动轨迹（直线或弧线）的部分、实现结晶器振动的 部分。 按照结晶器运动轨迹（弧线）的可分为导轨式、长臂式、复合差动式、四偏心式、 双摇杆式和四偏心式。 小方坯连铸机采用的是双摇杆式振动机构，常装在内弧侧，大板坯连铸机采用双摇 杆式振动机构则装在外弧侧。 1） 导轨式振动机构 导轨式振动机构的结晶器是通过弧形导轨和滑轮来使实现弧线运动的。 因为振动行 程很小，所以弧形导轨也可以用两段折线来代替，以简化加工。导轨能够直接固定在浇 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。滑轮能够使 用滑块来代替。通常把它们固定在结晶器的外壳上。这种机构结构比较简单，早期使用 较多。 2） 长臂式振动机构 长臂式振动机构是通过采用一根长臂来实现弧线运动的， 长臂的工作长度和圆弧半 径 r 相等，一端连铸机的圆弧中心，为一支点，它是铰接在建筑结构上的。一端上装 有结晶器，它可以绕支点自由作弧线摆动。长臂是通过振动机构来实现上下振动的。长 臂式振动装置能准确地实现预定的弧线运动， 结构也相对简单， 但是这种振动机构不利 于拆装二次冷却装置及拉坯矫直机，所以现已淘汰。 3） 复合差动式振动机构 复合差动式振动机构是我由国于 1964 年自主开发的一种弧形运动机构。 在由弹簧支承的框架上固定一结晶器，采用凸轮机构、偏心轮强迫框架下降，靠弹 簧的反弹使其上升。在振动框架的内、外弧侧面，都装有齿条，它们分别与节圆半径相 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， 外弧侧的节圆半径 较小。 当相互啮合的扇形齿轮及摆动时， 就会使与其相连的两个小齿轮轴及产生不同的 线速度错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。反映在振动框架两侧的齿条上，就会产生不同的上下运 动的线速度，所以可使结晶器产生弧线运动。复合差动式机构有如下优点： a) 其精度能长时间保持不变。运动轨迹准确。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 12 页 b）机构相对简单，运动件及轴承数目少，易于维修。可以和结晶器、头段二冷夹 辊预装在一起，便于在检修及处理漏钢时快速更换。 c）结晶器上下运动产生的推力只作用于振动框架的外围，因而结晶器内阻力点的 偏移不会使结晶器作不规则的运动。 d) 由于弹簧的支承作用，不仅降低了拉破坯壳的危险，还能使齿轮与齿条等啮合 件永不脱离接触， 即便在接触处磨损的情况下也能保持保持良好的接触， 避免产生冲击。 4) 双摇杆式振动机构 图 2.5 双摇杆式振动机构的基本原理图 在某一瞬时,双摇杆机构中连杆 cd 的绕瞬时中心 o 点的做弧线运动， 其圆弧半径为 od。因此，只要恰当地选取双摇杆中各杆的尺寸，就能使错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。d 正好 等于连铸机的圆弧半径 r，使结晶器处在 cd 杆位置时，这样就能实现结晶器的弧线运 动。 由于圆弧半径相比结晶器振幅大很多， 所以瞬心位置变化造成的运动误差在理论上 很，可以忽略。 5) 四偏心式振动机构 西德曼内斯曼公司于 70 年代开发了四偏心轮机构、80 年代对这种机构不断的加以 改进。 利用偏心距不同的偏心轮及连杆机构来实现结晶器的弧线运动。 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。 通过适当选择合适的弹簧长度， 能够使的运动轨迹误差不大于 0.02mm。 振动台架是钢结构件。结晶器及其冷却水管快速接头，振动机构及驱动系统及第一 段二冷夹辊都装在这个振动台架上，可以整体吊运，更换时间不超过 1h。 优点是偏心轮连杆产生的推力会作用于振动台的四角， 因而结晶器不会因为结晶器 内阻力作用点的偏移而产生不平稳的运动。 为了保证四个偏心轮的安装调整的方便和相位精度， 可以在在传动系统中采用万向 接轴、轴离合器、相位联轴器 6。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 13 页 3 技术参数计算 设计参数，振动负荷 56kn、振幅 3mm、振动频率 30240 次/min。 3.1 双摇杆机构原理 连杆机构的共同特点是运动从原动件， 经过一个不与机架直接相连的中间构件 （连 杆）的传递，传动到从动件，所以称之为连杆机构。 连杆机构具有以下一些特点： 连杆机构中的运动副一般为低副（所以又称为低副机构） 。一般为面接触，单位压 力较小，承载能力较大，润滑条件好，摩损较小，便于加工制造。 在连机构中，在原动件的运动规律一定的条件下，要想改变从动件运动规律，可以 通过改变各构件的相对长度来实现。 在连杆机构中，连杆上的各点的轨迹是形状不同的曲线（连杆曲线） ，随着各构件 相对长度的改变其形状发生改变， 所以连杆曲线的形式多种多样， 可以可用来满足一些 特定的需要。 连杆机构还有一个很大的优点就是可以很方便地到改变运动的传递方向、扩大运动 行程、实现增力和远距离传动等目的。 在四杆机构中中，能作整周回转的杆件且和机架相连的称为曲柄，只能在一定 范围内摆动的杆件且和机架相连的称为摇杆。 四杆机构可以分为如下几类： 1) 曲柄摇杆机构：四杆机构中一个连架杆为曲柄，另一个连杆为摇杆，则称为曲 柄摇杆机构。 2) 双曲柄机构：四杆机构中两个连架杆都为曲柄时，称其为双曲柄机构。 3) 双摇杆机构：四杆机构的两个连架杆都为摇杆时，称其为双摇杆机构。 双摇杆机构又称为短臂四连杆机构。 若两摇杆长度相等且均为最短杆， 则构成等腰 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 14 页 梯形机构。 本次设计原理方案图如图 3.1 所示 设计尺寸 oa=1500mm ab=850mm bc=543.01mm da=667.28mm dc=850mm 。 14= 图 3.1 四连杆机构 首先判断四杆机构是否有曲柄，判断条件是其运动副中否有周转副存在，条件： 1) 最长杆的长度+最短的杆长度错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。其 余两杆长度之和。 2) 组成该周转副的两杆中有一杆为最短杆。 上述条件称为杆长条件和周转副必有最短杆和邻杆组成的条件。 上述条件说明，当四杆机构满足杆长条件时，有最短杆参加与构成的转动副必定 是周转副，而其余的转动副则是摆转副。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 15 页 图 3.2 四连杆机构 图 3.2 中，此机构中，ad 为机架，ab、cd 两杆直接与机架相连称为连架杆，bc 连接两连架杆称为连杆。图中 bc 为最短杆，ab、cd 为最长杆。判断连架杆中是否存 在周转副： 1) bc+abad+dc。 2) 最短杆为 bc。所以，该机构中的 d、a 处为摆转副，b、c 处周转副。 因为连架杆和机架之间不存在周转副，只存在摆转副，所以机构中不存在曲柄，只 存在摇杆，所以该机构为双摇杆机构。 摆动形式如图 3.3 所式 图 3.3 各点运动轨迹 1) 其中 oab 杆为一体杆，通过焊接连接成。oa 杆部分，以 a 为圆心，oa 为半 径摆动。ab 部分，以 a 为圆心，ab 为半径摆动。dc 杆部分，以 d 为圆心，dc 为半 径摆动。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 16 页 2) o 点振动时，将会带动 ab 杆的摆动。其中 ab 杆为主动，通过 bc 杆进行传 递运动，从而带动 dc 杆的摆动。以达到运动目的。如图 3.4 a、b 所示，在 o 点处在上 下限位置时，b、c 点的位置。 a 下极限 b 上极限 图 3.4 运动极限位置 3.2 弹簧的设计 选择用压缩弹簧来平衡振动负荷，以减轻电机的负担， 如结构图 3.5 所示，技术条件： 1) 件 1、2 为装配时所用工具，先用 1 将弹簧 3 压缩到 350mm。 2) 弹簧被压缩到 350mm 以后，再用 2 将该装置两端锁紧固定，并将件 1 拆下。 3) 该装置装配在设备上的指定的位置后，调整垫片高度，使得将件 2 拆下后弹簧 高度为 377mm。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 17 页 图 3.5 弹簧剖面 图 3.6 受力分析 设计弹簧技术参数如图 3.6 所示： 1) 弹簧总圈数：n18.5 2) 弹簧有效圈数：n6 3) 弹簧旋向：右旋 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 18 页 4) 弹簧展开长度：l6445 5) 热处理后硬度：hrc4853 6) p114170n、pn 15009n、pj 27635n 7) 弹簧材质：4cr13 3.3 振幅的计算 由偏心轴的运动来带动 o 点的运动，双摇杆机构的运动方式再绕 o 点（图 3.7）的 运动来实现。 也就是说， 主动件 oa 来控制振动幅度的大小， 决定 oa 摆动幅度大小的， 也就是偏心轴的偏心距。 图 3.7 机构原理 采用作图的方法来计算振幅，偏心距取 4.55mm。作图步骤（图 3.8）所示： 1) 以 a 点为圆心， 以 ao 为半径作圆 1。 把 ao 向上偏移 4.55mm， 交 ao 圆为 o。 2) 连接 a o两点，以 a 点为圆心，ab 长为半径作圆 2，以oao的大小， 顺时针旋转至 ab，交圆于 b点。 3) 再以 b点为圆心，以 bc 段的长度为半径作圆 3。 4) 以 d 为圆心，以 dc 段长度为半径作圆 4，交圆 3 于 c点。 5) 图上 c 点和 c点之间的垂直距离称为上限振幅。 因为本次四连机构的摇杆长度相等，为等腰梯形，且 bc 杆长度是固定。所以 b 点 和 c 点的振幅是相同。 用同样的方法可以求出下限振幅（图 3.9）7。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 19 页 图 3.8 运动分析 图 3.9 运动分析 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 20 页 4 主传动装置设计 4.1 电机的选择 根据工作负荷的大小、性质、根据工作电机的特性、工作环境等情况，来选择电机 的种类、功率、转速，确定电动机的型号。 4.1.1 选择电动机的种类 根据所用电源种类（直流或交流） 、电机的工作条件（环境、温度、空间位置等） 及电动机的负荷性质、大小、起动特性和过载情况来选择。 因为一般生产单位均采用三相异步电源， 所以无特殊要求时一般都采用三相交流电 动机。其中三相异步电动机应用最为广泛，通常采用 y 系列电动机。在经常起动、制 动、正反转的情况下，要求电动机的转动惯量比较小和过载能力比较大。因此，一般都 选用冶金、起重三相异步电动机。 （1）选择电动机的功率的大小 电动机功率选择合适以否，对电动机的工作、经济性都有重大的影响。如果功率过 小的话就不能保证工作机的正常工作， 也可能使电动机因为超载而引起过早的损坏； 如 果功率选得过大的话，将会增加电动机的价格，电动机能力将得不到充分的发挥，电动 机将经常不在满载的情况下运转，效率因数会很低，造成严重泿费。 （2）选择电动机的转速的大小 在选择电动机时， 除了选择合适的电动机系列及功率外， 还需要需确定转速的大小。 因为当电动机功率相同时，也可以有不同的转速。比如相同功率的三相异步电动机，有 3000r/min、1500r/min、1000r/min 及 750r/min 四种不同的转速。通常来说，战速较高的 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 21 页 电动机磁极对数比较少，结构相对简单，外廓尺寸比较小，价格比较低廉。如果电动机 的转速相对工作机的转速高很多是，必然会使传动比增大，导致传动装置比较复杂，外 廓尺寸增大较大， 导致制造成本提高， 降低经济效益。 而如果选用的转速过低电动机时， 那么优缺点刚好和之前相反。所以，在确定电动机转速得时候，应该进行分析比较，权 衡利弊优缺，选择最佳的方案。 结晶器振动装置的振动频率为min/24030r错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。 ，实际的减速比 为875. 48/39=i错 误 ！ 未 找 到 引 用 源 。错 误 ！ 未 找 到 引 用 源 。 所 以 需 要 选 用 的 电 机 转 速 min/1170875 . 4 240 1 rinn=错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。 。 所以选取的电动机的参数为： 1) 电机型号： 错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。ytsp180m4/1mb3 2) 电机参数：错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。18.5kw、1500r/min、ac380v、50hz 3) 电机的特性： 独立风机、230w、ac380v 错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。 旋转编码 器 trdgk30rz（德国错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。 ） 4.2 轴的设计 （1）轴的用途及分类 轴类零件是组装机器的主要零部件之一。例如齿轮、蜗轮等回转运动的传动零件， 都必须通过轴上才能够进行运动及动力的传递。 所以轴的主要功用是回转零件用来传递 运动、动力的载体。 通常按照轴所承受载荷的类型的不同，将轴分为转轴、心轴和传动轴三类。 1) 转轴：工作中既承受弯矩又承受扭矩的轴（图 4.1 中的轴） 。 2) 心轴：只受弯矩而不承受扭矩的轴。心轴又可以分为转动心轴（图 4.2a） 、固定 心轴（图 4.2b）两种。 3) 传动轴：通常只承受扭矩而不承受弯矩的轴称为（图 4.3） 。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 22 页 图 4.1 支承齿轮的转轴 图 4.3 传动轴 a 转动心轴 b 固定心轴 图 4.2 支承滑轮的心轴 轴一般都是实心轴。只有在那些由于机器的特殊结构的要求而需在轴中装设其他 零件的时候或者在减小轴的质量的时候将具有特别重大作用的场合时，才将轴制成空 心的（图 4.4） 。一般空