毕业论文终稿-结晶器四连杆振动机构设计（送全套CAD图纸 资料打包）

买文档就送全套CAD图纸QQ414951605或1304139763图纸预览请见文档里的插图，原稿更清晰，可编辑XXXXX毕业设计论文结晶器四连杆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I目录摘要IIIABSTRACTIV第一章绪论111研究背景及意义112结晶器振动机构简介113结晶振动机构国内外的研究现状1第二章总体设计321设计要求322方案选择3221振动方式选择3222振动机构型式选择323总体参数分析5231负滑脱量计算5232频率与周期5233结晶器的运动速度和加速度6234负滑脱时间的确定7第三章主要零部件的设计与选择931电动机的选择9311电动机类型的选择9312电动机容量的选择9313电动转速的选择1132减速器的选择11321传动比的确定11322减速器选择12323减速器的功率校核12324减速器的强度校核1233偏心轴的设计13331选择轴的材料13332估算轴径13333轴的结构设计13334轴的强度计算与校核1434偏心轴上零件的设计与校核18341联轴器的选择18342轴承的选择及寿命校核19II343键的选用及校核2335四杆振动机构设计23351摇臂的设计23352连杆的设计24353连接销轴的设计25第四章振动机构安装与维护保养2641振动机构的安装2642振动机构的维护保养26总结28参考文献29致谢30III摘要结晶器是连铸机的心脏部件。它的主要作用就是对结晶器中的钢水提供快速而且均匀的冷却环境，促使坯壳的快速均匀生长，以形成质量良好的坯壳，保证连铸过程正常而稳定的进行。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。本文主要针对结晶器四连杆振动机构进行设计，四连杆振动机构主要由电机、减速器、偏心轴、连杆、摇杆、支架、平台等构成。本次文首先，通过对四连杆振动机构结构及原理进行分析，在此分析基础上提出了四连杆振动机构的总体结构方案；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制图软件绘制了四连杆振动机构总装图、部装图及主要零部件图。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，四连杆，振动，设计IVABSTRACTMOLDISACASTERHEARTCOMPONENTSITSMAINROLEISTOMOLDTHEMOLTENSTEELTOPROVIDERAPIDANDUNIFORMCOOLINGOFTHEENVIRONMENT,TOPROMOTETHERAPIDGROWTHOFTHEUNIFORMSHELLTOFORMAGOODQUALITYOFSOLIDIFIEDSHELL,TOENSURETHENORMALANDSTABLECONTINUOUSCASTINGPROCESSAFTERCASTINGTECHNOLOGYINTHEDEVELOPMENTPROCESS,ONLYWITHAMOLDOSCILLATIONDEVICE,CASTINGTOSUCCEEDINTHISPAPER,THEDESIGNFORTHEFOURBARLINKAGEMOLDVIBRATIONMECHANISM,FOURBARLINKAGEMECHANISMISMAINLYCOMPOSEDOFVIBRATINGMOTOR,REDUCER,ECCENTRICSHAFT,CONNECTINGRODS,ROCKER,BRACKETS,PLATFORMSTHISPAPERFIRST,THROUGHTHEFOURLINKSTRUCTUREANDPRINCIPLEOFTHEVIBRATIONMECHANISMISANALYZEDINTHISANALYSISTHEOVERALLSTRUCTUREOFTHEPROGRAMPROPOSEDFOURBARLINKAGEMECHANISMONTHEBASISOFVIBRATIONNEXT,THEMAINTECHNICALPARAMETERSWERECALCULATEDCHOICETHEN,FOREACHTHEMAINCOMPONENTSWEREDESIGNEDANDVERIFICATIONANDFINALLY,THROUGHTHEAUTOCADDRAWINGSOFTWARETODRAWAFOURBARLINKAGEASSEMBLYDIAGRAMVIBRATIONMECHANISM,THEMINISTRYOFEQUIPMENTANDMAJORCOMPONENTSDIAGRAMCHARTTHROUGHTHISDESIGN,THECONSOLIDATIONOFTHEUNIVERSITYISEXPERTISE,SUCHASMECHANICALPRINCIPLES,MECHANICALDESIGN,MECHANICSOFMATERIALS,TOLERANCESANDINTERCHANGEABILITYTHEORY,MECHANICALDRAWING,ETCMASTEREDTHEDESIGNMETHODOFGENERALMACHINERYPRODUCTSANDBEABLETOSKILLFULLYUSEAUTOCADDRAWINGSOFTWAREFORTHEFUTUREWORKOFGREATSIGNIFICANCEINLIFEKEYWORDSMOLD,FOURLINK,VIBRATION,DESIGNVVIVIIVIIIIX结晶器四连杆振动机构设计1第一章绪论11研究背景及意义结晶器是连铸机的心脏部件。它的主要作用就是对结晶器中的钢水提供快速而且均匀的冷却环境，促使坯壳的快速均匀生长，以形成质量良好的坯壳，保证连铸过程正常而稳定的进行。在浇注钢水时，若结晶器静止不动，坯壳容易与结晶器内壁产生粘结，这就增大了拉坯时的阻力，导致出现坯壳“拉不动”或者钢水被拉漏事故发生，很难进行浇注。而当结晶器以一定的规律振动时，这就能使其内壁获得比较良好的润滑条件，从而减少了摩擦阻力又能防止钢水和结晶器内壁的粘结，同时还可以改善铸坯的表面质量。因为当产生粘结时，振动能够强制脱模，消除粘结。因此使结晶器发生振动是浇注成功的先决条件，同时也是连铸技术发展的一个重要里程碑。正是振动结晶器的发明，工业上才得以实现大规模的应用连铸技术。随着连铸技术的不断发展，结晶器振动技术也在不断的发展和完善。12结晶器振动机构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。13结晶振动机构国内外的研究现状最早的连铸采用的是静止的结晶器2，铸坯直接从结晶器向下拉出，因为铸坯极容易与结晶器壁发生粘结，很难进行正常浇铸，这时人们发现应用润滑油可显著提高结晶器四连杆振动机构设计2润滑效果、降低结晶器摩擦力，但是由于钢水液面及拉坯速度的变化阻止了油膜的形成，从而不会产生明显的润滑效果。为了弄清楚摩擦力的形成原因，人们对静止的结晶器连铸过程的摩擦力进行了测量。测试显示碳含量01钢的摩擦系数大约只有含碳量04钢的1/21/3。结晶器振动技术早期只应用于有色金属的浇铸，直到1949年，才有SJUNGHANS最先将其应用于钢的浇铸，其目的是为了有效的减低铸坯与结晶器的摩擦力。SJUNGHANS的这一成果，对推动连铸技术的发展，使其从实验室走向社会工业化起到了极其重要的作用。从结晶器的发展可以看出，由于人们对结晶器振动技术的认识和理解不同，振动技术经历了一个曲折的发展过程，概括起来，大致可以分为三个阶段1）60年代及以前的时期。这是连铸技术从无到有，从实验室走向工业化应用的关键时期。连铸技术的出现，引起了冶金工作者的广泛关注，人们纷纷展开实验室研究，为了克服静止结晶器浇铸时出现的粘结漏钢，首先对粘结性漏钢机理进行了研究。由于这种机理认识的不同，相应地发展了各种结晶器振动技术。其中以基于“撕裂焊合”理论的31型振动方式占主导地位，因机械制造困难及维护方面的原因，后来发展了基于偏心轮实现的正弦运动。正弦振动具有速度、加速度变化平衡，振动过程无冲击，结构简单，易于制造，安装等优点，加上负滑动理论的不断发展和完善，正弦振动开始得到了广泛的关注。2）70年代至80年代初。这是连铸技术工业化应用大发展及提高铸坯质量的时期。因为连铸技术与传统的模铸相比有巨大的优越性，所以连铸技术开发成功后迅速地得到了广泛的应用。与振动密切相关的铸坯表面振痕对铸坯表面质量有很大的影响，人们便开始重视振动方式。振痕除通过凹坑形成应力集中外，有时还能在振痕下观察到正偏析。在振痕底部热阻的增加了局部冷却速率，延缓了坯壳的生长，进而局部微观组织粗化，增加了横向裂纹及表面裂纹的敏感性。对奥氏体不锈钢，溢流“钩”中微观组织的粗化加上偏析作用会使铸坯表面振痕深度超过03MM,热轧前必须进行修磨，否则无法热轧。因此，为了改善铸坯表面质量，必须减少振痕深度。通过研究发现，负滑动时间对振痕深度有较大的影响，对于正弦振动，负滑动时间与振动各参数有密切关系。为了减少负滑动时间，以减少振痕深度，提高铸坯表面质量，采用高频率，小振幅振动方式起到了积极作用。380年代后期到90年代。连铸技术通过半个世纪的发展，已经逐步走向了成熟，常规产品质量矛盾已经不突出。然而由于炼钢技术的不断完善，炼钢节奏不断加快，炉子出钢量增加，与炼钢及后步工序的轧钢能力相比，已有的连铸机生产能力便成为整个生产过程中的限制环节。广大科技工作者开始寻求提高现有的连铸机生产能力的途径。根据报道，日本的NKK早在80年代初就开始了提高拉坯速度的高效连铸技术的研究工作。结晶器四连杆振动机构设计3第二章总体设计21设计要求四连杆振动机构设计，振幅12毫米，振动重量按800毫米长结晶器计算，频率100150之间。22方案选择221振动方式选择结晶器振动方式是指结晶器运动速度的变化规律，有三种（1）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。（2）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，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。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。（3）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或四杆机构来实现的，制造比较容易。由于上述的优点，现代工业化连铸机的结晶器振动机构，多是按照正弦振动方式设计。综上所述，本设计选择正弦振动方式。222振动机构型式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。结晶器四连杆振动机构设计4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，其特点如下（1）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。（2）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。（3）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。（4）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01MM，可以忽略。图21四连杆机构（5）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结晶器四连杆振动机构设计5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002MM。根据设计要求，本设计选择四连杆机构作为振动装置的型式。23总体参数分析231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MAX10V拉拉式中负滑脱量，；结晶器振动时的最大速度，M/MINMAXV拉坯速度，4M/MIN。拉负滑脱能帮助“脱模”，有利于拉裂坯壳的愈合。正玄振动的选3040时效果较好。在这里选取为30。则由公式MAX10V拉拉可得出结晶器的最大振动速为MAXV（1）则MAXV拉4（130）52M/MIN0086M/S232频率与周期结晶器上下振动一次的时间称为振动周期T，单位S。一分钟内振动的次数为频率，单位次/MIN。求解频率的公式为FMAX2VFA式中结晶器振动频率F振幅，3MM结晶器振动的最大速度，52M/MINMAXV结晶器四连杆振动机构设计6故2758次/MIN46次/S352/MIN10F周期T022S1F46圆频率2850WT233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的变化而变化的，由于结晶器是按正弦曲线规律振动的，若结晶器运动时间为TS，则振动结晶器任一瞬间的运动速度可由下式求出MVAXSINWT可知，结晶器的运动速度是按正弦规律变化的当0，T0时，0；TMV，T00275S时，52SIN36M/MIN，方向向下；WT48T4,T0055S时，52M/MIN,振动速度达到最大值；T2MV,T00825S时，36M/MINWT34,T011S时，0；结晶器振动到最低点。准备向上振动；MV，T01375S时，36M/MIN,方向向上；T54，T0165S时，52M/MIN振动速度达到最大；WT32MV，T01925S时，36M/MIN；T74，T022S时，0。2MV结晶器振动装置的加速度可由下式计算结晶器四连杆振动机构设计7MVTDAAXCOSW0086285COST245COSM/2S由此可见结晶器振动的加速度是按余弦规律变化的当0，T0时，245M/S,加速度具有最大值；WTA，T00275S时，173M/S；T48T,T0055S时，0；WT2A,T00825S时，173M/ST34,T011S时，245M/S；A，T01375S时，173M/S,；WT54，T0165S时，0M/S；T32A，T01925S时，173M/S；WT74，T022S时，245M/S。2A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。234负滑脱时间的确定当结晶器下振动的速度大于拉坯速度时就出现负滑脱，在本设计中拉坯速度4M/MIN，设开始出现负滑脱的时间，则有V拉1T1452SINWT则00307S1T4ARCSI5280T结晶器四连杆振动机构设计8负滑脱总时间124FTTT023700486S结晶器的位置、速度曲线和铸流速度曲线（从结晶器的最高位置开始）如下图所示曲线3曲线2曲线1下降上升图中，曲线1表示结晶器位置；曲线2表示结晶器的速度；曲线3表示铸流速度；表示负滑脱时间。由于结晶器为上下运动，而铸流为连续向下运动，这样在各个位FT置时的运动情况就有所不同，现分析如下位置1结晶器速度0，铸流速度拉坯速度4M/MIN，结晶器在最高位置点；位置2结晶器速度加速到4M/MIN，铸流速度拉坯速度4M/MIN，二者等质同向，相对速度为0，开始负滑脱；位置3结晶器向下加速到最大速度52M/MIN，铸流速度拉坯速度4M/MIN，结晶器速度超过拉坯速度，并达到最大值；位置4结晶器速度达到最大后减速到4M/MIN，铸流速度拉坯速度4M/MIN，结晶器速度减到等于位拉速，负滑脱结束。位置5结晶器速度0，铸流速度拉坯速度4M/MIN，结晶器处于最低位置；位置6结晶器速度向上加速到4M/MIN，铸流速度拉坯速度4M/MIN，二者等质反向；位置7结晶器向上加速到最大值52M/MIN，铸流速度拉速4M/MIN，二者相对速度最大。位置8结晶器回到初始位置，结束了一个周期的循环，下一循环开始。从总的情况看正玄振动方式采用高频率、小振幅、较大的负滑脱量的振动较结晶器四连杆振动机构设计9为有利。第三章主要零部件的设计与选择31电动机的选择选择电动机应综合考虑的问题根据机械负载性质和生产工艺对电动机的启动、制动、反转、调速等要求，选择电动机的类型。根据负载转矩，速度变化范围和启动频繁程度等要求，考虑电动机的温升限制、过载能力和启动转矩。选择电动机功率，并确定冷却通风方式。所选择的电动机功率应该留有余量，负荷率一般在0708之间。过大的备用功率会使电动机的效率降低，对于感应电动机，其功率因数将变坏，并使电动机最大的转矩校验强度的生产机械造价提高。根据使用场所的环境条件，如温度、灰尘、雨水、瓦斯以及腐蚀和易燃易爆气体等考虑必要的保护方式，选择电动机的结构型式。根据企业的电网电压标准和对功率因数的要求，确定电动机的电压等级和类型。根据生产机械的最高转速和对电力传动调速系统的过渡过程性能的饿要求，以及机械减速机构的复杂程度，选择电动机的额定转速。除此之外，选择电动机还必须符合节能的要求，考虑运行的可靠性、设备的供货状况、备品备件的通用性、安装检修的难易，以及产品价格、建设费用、运行和维修费用、生产过程中前后期电动机功率变化关系等各种因素。311电动机类型的选择电动机是标准部件。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。312电动机容量的选择根据炼钢机械式（1017）可得机构振动频率102AVVFH结晶器四连杆振动机构设计10式中最大拉坯速度AV负滑动率（根据常规，一般选取为3040，此处取35）结晶器振幅H可得MIN286RF计算振动机构的驱动功率P10TAPV上式中的可由下式求得TTVPQF式中振动总负荷T振动台及承载静负荷结晶器内的阻力F结晶器动负荷VP分别计算如下（1）2120981760MQGKNS式中振动负荷质量M（2）VPA根据公式（34），可以得到振动加速度/2SIN2MADVTFHFFT可得2MAX7S综合以上计算，可得340VPN（3）铸坯在结晶器内的阻力主要包括铸坯与结晶器内壁的粘附力和铸坯运动的摩擦力。结晶器内阻力的大小与结晶器的内腔尺寸、制造安装精度、结晶器的润滑和振动情况有关。具体数值可以按下式（641）计算23010GKFBDRF结晶器四连杆振动机构设计11式中结晶器内的阻力，FN钢水密度，3KGCM坯宽，B3C结晶器开口宽度，DR结晶器液面到下口的距离，KFC铸坯与结晶器壁的摩擦系数，取0035结晶器内的阻力也可以用下式（642）进行简单估算98150FL式中结晶器周边长，M可得9812506150398N综合以上计算，可得7634TP可得驱动电动机的功率1895214060TAVKW313电动转速的选择由于振动装置振动频率100150，及传动装置输出转速MIN/150RNW采用蜗轮蜗杆减速器，推荐传动比为306I所以电动机实际转速的推荐值为MIN/4506RINW符合这一范围的同步转速为750、1000、1500、3000R/MIN。综合考虑传动装置机构紧凑性和经济性，选用同步转速1500R/MIN的电机。综合分析上述影响因素，本设计题目选择Y系列（IP44）三相异步电动机，（JB/T96161999）,型号为Y200L4,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。32减速器的选择321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结晶器四连杆振动机构设计12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7148950147/I这样我们可以查机械设计手册第四卷1644页中表1625ZLY型减速器功率得到传动比为105，采用涡轮蜗杆减速器。322减速器选择由机械设计手册第四卷中可查知，选用ZLY14071，其减速器功率为P126KW，高速轴轴颈为32MM，低速轴轴颈为65MM。323减速器的功率校核123PFP3计算功率P2负载功率1167KWP1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1628，选定工况系数为15KWP23517613根据上述计算可知，减速器的选择可以符合要求。324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MN/M4170395则高速轴联轴器的转矩为NNM4178381式中M电动级额定转矩N联轴器的安全系数，运行机构N135机构刚性动载系数，1220，取18888低速轴上的转矩为MN/I/137904321211所以减速器高速轴上的最大转矩为MM1431NM高速轴上的最小轴径为由减速器查知D55MM所以高速轴的最大扭矩应力为PA/857062431MAX3许用扭转应力120/S结晶器四连杆振动机构设计13所以故通过校核。MAX（2）低速轴的强度校核低速轴的最大转矩为MN137AX低速轴的最小轴径为28MM，但是最大转矩处的轴径约为D281038MM，所以PAPA/M1209042AXA3综上所述，减速器通过校核33偏心轴的设计331选择轴的材料碳钢冶炼容易，生产方便，价格低廉，加工容易，通过热处理可以适当提高其机械性能，因而在生产中得到了广泛的应用。但随着现代工业和科学技术的发展，对工业用钢的要求越来越高，在许多场合，碳素钢往往不能满足高服役条件和各种特殊的物理化学的性能要求。在这种情况下必须采用合金钢或者特殊合金。所谓合金钢就是指为了改善钢的性能专门加入某些合金元素。本题目中的偏心轴要传递较大的扭矩，轴径较大，有较大的截面尺寸，碳钢的淬透性不足的话，就无法满足需要。所以本设计题目选择40CR。查7机械设计可得该材料的力学参数。11135,85,70BMPAPAMPA332估算轴径按扭转强度估算轴的最小直径。先根据7机械设计表124可知40CR的C102；输出轴的功率为齿轮啮合效率；输出轴的转速为31239KW3。286/MINR根据机械设计式（122）得3MIN29107586PDCM由于该轴轴心处有空心处，所以选择最小轴径应该比此最小值大很多。333轴的结构设计该轴上零件有轴承和偏心套。偏心套的周向定位用定位装置的齿啮合来实现，轴向定位通过螺钉来实现。轴承处定位轴肩为了使得轴承的装卸、维修方便，不应该取的太高。此轴在偏心处增加润滑装置。轴的结构工艺性设计时，在轴的左右两端要做倒角；两处装轴承处要磨削加工，留有砂轮的越程槽；该轴的各段轴径和长度确定如下（如图53）结晶器四连杆振动机构设计14图53轴的结构设计从左至右的各段圆周及偏心段的轴径为1560230MM251906140MM。各段轴段长度见图所示。且左端轴承距离A处375，右端轴承382距离A处200。334轴的强度计算与校核（1）先进行轴的受力分析因为结晶器的运动形式为正弦方式，而且在运动过程中，结晶器内的阻力在发生有规律的变化，必须通过分步骤的分析结晶器的运动过程才能得到偏心轴受力最大的时候。将结晶器运动位移和速度曲线，在同一坐标系中做出。由于结晶器是从下向下运动，而铸流连续向下运动，这样在各个位置时的运动情况就有所不同，现分析如下（如图54所示）1）在此过程中，结晶器向下运动，加速度的方向向下。结晶器速度从零开始增加，一直增加到和铸流速度相同之时，即将开始负滑脱。2）在此过程中，结晶器向下运动，加速度方向向下，处于负滑脱的过程中。一直到达到最大速度之前。3）在此过程中，结晶器向下运动，加速度方向向上，仍处于负滑脱的过程中，速度逐渐减小，直到和铸流速度相等。结晶器四连杆振动机构设计15曲线3曲线2曲线1下降上升曲线1结晶器位置曲线2结晶器速度曲线3铸流速度负滑脱时间FT图54振动波形图4）在此过程中，结晶器向下运动，加速度方向向上，速度逐渐由铸流速度减小为零。此时结晶器运动到了最下方。5）在此过程中，结晶器开始向上运动，加速度方向向上，速度逐渐增大，直至增大到最大速度。6）在此过程中，结晶器仍向上运动，加速度方向向下，速度逐渐减小，直至减小到零。此时结晶器回到运动的起始位置。通过分析结晶器的运动过程，可知在（5）过程中，偏心轴将会受到最大力的作用。因为在此过程中，结晶器向上运动，重力和结晶器内的阻力方向都是向下的，同时，阻尼器会施加阻力，当出现向上加速度最大的时刻，偏心轴等传动部件经过连杆传递到振动台的力是最大的。分析此过程，可以得到求解偏心轴强度时的受力及其简图，因为偏心轴的尺寸相对于整个传动机构来说，可以忽略不计，所以，可以认为此时偏心轴所受的力是垂直于地面向上的。以结晶器为研究对象，进行受力分析可得结晶器的自重为31298/120981760QTNKGN结晶器内阻力为F偏心轴经连杆施加给振动台的力为MAXQ经计算可得1893结晶器四连杆振动机构设计16所以，偏心轴所受的力为19837092FN作出轴的受力简图（即力学模型），如图（55A）所示，取集中载荷作用于偏心轴处，且距离偏心轴左端轴承A375MM，距离右端轴承B200MM。（2）计算轴承支反力左端轴承的支反力12079825095RAFBNA右端轴承的支反力1313RB（3）画弯矩图图55B截面A处的弯矩为106ARMFANM计算弯矩图扭矩图弯矩图受力简图图55轴的强度计算（4）画转矩图及其计算（图55C）3329950688PTNMN（5）画计算弯矩图及其计算（图55D）因为该轴单向回转，视转矩为脉动循环，则截面A处的计算弯矩106B结晶器四连杆振动机构设计17为22213106981032VAMTNM（6）按弯扭合成应力校核轴的强度1）截面A处当量弯矩最大，故截面A处为危险截面。已知，查机械设计表122可得。032AVNM170BMPA3310285AMPAWD1B2）截面B处虽只受扭矩，但是其直径最小，所以也是危险截面。233069MTNM335814BPAD170BMPA所以,其强度足够。（7）按疲劳强度校核安全系数本设计题目取C截面处疲劳强度校核安全系数，因为在C截面处，其截面比A处要小，计算弯矩较大，且是偏心段的轴肩与非偏心部分连接出，有应力集中发生。抗弯截面系数333010196850WDM抗扭截面系数27T弯矩1833064281CAMN扭矩96TNM弯曲应力幅34281065CAMPAW弯曲平均应力0M扭剪应力幅3396810427ATA扭剪平均应力4MAMP查机械设计表（122）可得弯曲、剪切疲劳极限，135185A结晶器四连杆振动机构设计18弯曲、扭转的等效系数03,15查机械设计表（128）可得绝对尺寸系数4,6表面质量系数095查机械设计表（125）根据所选材料可得弯曲时配合及圆角处的有效应力集中系数分别为189,205K扭转时配合及圆角处的有效应力集中系数分别为46取大值，即边缘有效应力集中系数为，205受弯矩作用时的安全系数为135120694AMSK受扭矩作用时的安全系数为11851606049AMS安全系数为221360CS15S故可知轴的疲劳强度安全。34偏心轴上零件的设计与校核341联轴器的选择（1）选择根据，选择联轴器型号为HL6。70DM23059TNM（2）校核已知联轴器的工程转矩查表可得，则有计算转矩15AK230954CATNM结晶器四连杆振动机构设计19查表可知HL6型弹性联轴器许用转矩为3150TNM由于，故选择HL6不合适。所以要选择HL7型。CAT查表可知HL6型弹性联轴器许用转矩为6有，故选择HL7型合适CA342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41所示。图41轴承图（1）轴承1的选择及其校核轴承1的轴承段轴径2140DM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7351得12009,3,5,3,5REYYCKN等效模型图（图42）结晶器四连杆振动机构设计20图42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（41）11DRFE0297860549KNDR31有12DF（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。12D（3）计算轴向力10549ADFKN2（4）计算当量动载荷12,P10549786ARFE224093AR11RAPFY（42）结晶器四连杆振动机构设计2170862354918236KN2RAPFY（43）06783452094170K按机械设计表136，取21PF1PF（44）28136478KN（5）验算寿命（45）610RHCLNP10634578024H满足寿命要求。（2）轴承2的选择及其校核轴承2轴承段轴径3190DM根据轴径，选择该轴承型号为23038查机械设计手册第四版第二卷7353得120R05,7,4,6C5EYYKN，其等效模型图（图43）图43轴承2等效模型图（1）计算派生轴向力结晶器四连杆振动机构设计22对于230388轴承，轴承派生轴向力DRFE11DRFER02578KN方向向左；22DRE05678195K方向向右。有12DF2判断轴的“移动”方向因为，轴有向左移动趋势。12D3计算轴向力178ADFKN24）计算当量动载荷12,P17805ARFE226AR11RAPFY7281926KN206RA407按机械设计表136，取321P12PF1F964KN5验算寿命610RHCLNP结晶器四连杆振动机构设计23106341057624H满足寿命要求。343键的选用及校核该轴中，在联轴器处有一键，由该轴段170DM19L查表得该键的平头平键。201BH8L由键的选材可知，取。2PMPAPPA键的接触高度为56K则有230941087PTADL（46）P所选键合适。35四杆振动机构设计351摇臂的设计根据图我们可以很显然的看到，中间部分所受到的弯矩最大，其截面的形状如下图所示结晶器四连杆振动机构设计24,抗弯矩截面系数MNM5421804518203661HBW弯矩应力MPA602184故满足要求。352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，把连杆设计为连杆各杆受力及其变形如图结晶器四连杆振动机构设计25对交叉点以下的杆用压杆稳定性来校核柔度4369501IL式中大柔度系数取1杆的长度为16ML截面的惯性半径为I224695043MDDAI对于A3钢来说6123504029221BAESPEA3钢的弹性模量取206GPAA3钢的比例极限取206GPAPAA3钢的直线公式系数取304BA3钢的直线公式系数取112A3钢的屈服极限为235MPAS因为2所以按强度问题计算B2301541058MPAAP结晶器四连杆振动机构设计26经校核，连杆的设计完成353连接销轴的设计初选择轴线的直径为100MM，材料为45号钢，校核剪应力MPAAP78210435P轴销承受的剪应力，P21335NA轴销的剪切面积校核挤压正应力BSBSSMPA541082P轴销承受的剪应力，P45182N轴销的挤压面面积，为10000MM2BSA轴销设计完成。第四章振动机构安装与维护保养41振动机构的安装（1）制造振动装置的制造装备精度直接影响振动轨迹的精度。各振动臂的枢轴装备们置精度为02MM。定向臂，导向臂与箱体和振动座的装备应注意先后顺序，否则将造成装备困难，甚至无法装配，制造厂应将固定销轴先焊于箱底。（2）安装结晶器四连杆振动机构设计27结晶器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先焊于箱底板上，否则传动装置都装配好再装销轴就无法装入；振动装置箱体的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，应以振动台上两个定位销孔中心线与铸机外弧基准线重合为依据误差05MM。标高测量点以振动台上三个固定螺栓孔的上断面加工面为准，标高误差为05MM。设备检修和装卸，均以定位块作基准。42振动机构的维护保养（1）维护（A）振动装置应按制度进行定期检修维护，更换损坏的零部件，严禁在设备运转时进行检修。（B）振动装置拆卸应先卸下结晶器，吊走防护盖板，拆开电线和润滑管路接头。（C）定期检修维护设备，更换零部件外，还包括检查润滑情况，更换减速器中的润滑油；检查各紧固件的紧固情况。（D）当需要改变振幅时，拧下挡板上的螺栓，用扳手慢慢转动偏心轴瓦与轴发生相对转动，直到转动角度达到规定的角度，然后再拧紧螺栓，取下扳手。（E）改变振幅时，应同时改变调整垫片组的厚度，以保证结晶器振幅相对于结晶器中心线上下一致。（2）保养由于结晶器振动装置的工作环境，温度高，机器转速低且负荷比较大所以其重要的轴承（如振动装置偏心轴支撑轴承，振动臂连接轴承等）均采用干油润滑。而减速器和联轴器采用稀油润滑。在总体的设计中应由专业人员进行干油泵站和供油系统的设计。机械设计人员提供必要的数据如给润滑点的数量和位置，确定各点的给脂量，在确定各点给脂量时一般采用类比法。即参照类似的产品设备后根椐实际生产情况进行必要的修正。而对于无参考设备的新产品设备只能采用计算法。各设备润滑点及润滑方式及给脂量确定后，根据设