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1、摘 要 本次设计的是板坯连铸机结晶器震动装置，主要对连铸机震动机构，连杆机构，减速机构，偏心轴等进行设计，并对连铸机的一些设备：电动机，减速器，联轴器，结晶器及振动装置、等进行了选择计算并列出了主要技术性能参数。对轴的一些受力情况，及其强度的校核，文中形象的画出了其受力分析图，并且对各个部分进行了详细的分析。本次设计的振动装置主要是靠偏心轮的偏心位移而产生的震动，所以对偏心大小得计算显得尤其重要。同时由于减速器种类的不一，还有传动比的不同，根据实际的情况，本设计选择二级齿轮减速器。根据板坯的截面大小，振幅，频率，得以计算出电动机的功率大小。 另外对板坯连铸连轧技术工艺特点和正弦振动在板坯连铸机
2、上的应用进行专题论述。同时本文还简洁的讲述了连铸机在全世界及其在中国的发展现状，讲述了连铸机在未来的发展潜力。我国在世界上的冶金水平，及其连铸机发展的重要性。关键词： 连铸机 板坯 正弦振动 偏心轴 电动机AbstractThe design of the slab caster mold vibration device, the main body of the continuous casting machine vibration, linkage, deceleration institutions, such as eccentric shaft design, and conti
3、nuous casting machine of some equipment: motor, speed reducer, coupling, mold and vibration devices, such as the choice of calculated and listed in the main technical performance parameters. The vibration device designed mainly by eccentric displacement of the eccentric vibration generated, so the s
4、ize of the bias is particularly important in a calculation. At the same time as a result of different types of speed reducer, as well as the different transmission ratio, in accordance with the actual situation, the two gear reducer design options. According to the section of slab size, amplitude, f
5、requency, to calculate the size of the motor power .In addition to the slab continuous casting and rolling technology characteristics and sinusoidal oscillation in the slab continuous casting machine to the topic discussed. At the same time, this paper describes simple continuous casting machine in
6、the world and its status in China, about the continuous casting machine in the future development potential. China metallurgy in the world level, and the importance of the development of continuous casting machine .Key words： Continuous casting machine ，Slab， Sinusoidal vibration ， Eccentric shaft ，
7、 Motor目 录摘 要IAbstractII1绪论11.1什么是连铸11.2钢铁冶炼过程11.3国内连铸的重要性21.4中国钢铁工业的发展概况21.5中国连铸发展的主要成就31.6世界连铸技术的发展及我国存在的差距51.7连铸机振动系统应注意的部分问题52传动设计方案的选择72.1结晶器的振动方式72.2结晶器振动机构的类型及选择82.3 传动方式及选择93设计计算143.1设计参数143.2电动机的选择143.3 减速器的选择173.4 联轴器的选择183.5 偏心轴的设计183.6 长摇臂的设计253.7 连接臂的设计263.8 轴销的选择284 经济性分析304.1概述304.2经济性
8、30总 结33致 谢34参考文献35附录A 英文资料36附录B 中文翻译52 1绪论1.1什么是连铸连铸即为连续铸钢（英文，Continuous Steel Casting）的简称。在钢铁厂生产各类钢铁产品过程中，使用钢水凝固成型有两种方法：传统的模铸法和连续铸钢法。而在二十世纪五十年代在欧美国家出现的连铸技术是一项把钢水直接浇注成形的先进技术。与传统方法相比，连铸技术具有大幅提高金属收得率和铸坯质量，节约能源等显著优势。连续铸钢的具体流程为：钢水不断地通过水冷结晶器，凝成硬壳后从结晶器下方出口连续拉出，经喷水冷却，全部凝固后切成坯料的铸造工艺过程。从上世纪八十年代，连铸技术作为主导技术逐步完
9、善，并在世界各地主要产钢国得到大幅应用，到了上世纪九十年代初，世界各主要产钢国已经实现了90以上的连铸比。中国则在改革开放后才真正开始了对国外连铸技术的消化和移植；到九十年代初中国的连铸比仅为30。WAM公司作为中国最早的一家民营专业化连铸技术公司，从1992年成立起就致力于中国连铸技术的发展和创新，为推动国内连铸钢铁业的迅速发展，提高国内连铸比贡献自己的一份力量。铸铁水平连铸课题为国家“七五”攻关项目，铸铁经过水平连铸方法生产的型材，无砂型铸造经常出现的夹渣、缩松等缺陷，其表面平整，铸坯尺寸精度高(土L 0mm)无需表面粗加工，即可用于加工各种零件。特别是铸铁型材组织致密，灰铸铁型材石墨细小
10、强度高，球铁型材石墨球细小园整，机械性能兼有高强度与高韧性结合的优点。目前国际上铸铁型材已广泛运用到制造液压阀体，高耐压零件，齿轮、轴、柱塞、印刷机辊轴及纺织机零部件。在汽车、内燃机、液压、机床、纺织、印刷、制冷等行业有广泛用途。1.2钢铁冶炼过程采矿（获得铁矿石）-选矿（将铁矿石破碎、磁选成铁精粉）-烧结（将铁精粉烧结成具有一定强度、粒度的烧结矿）-冶炼（将烧结矿运送至高炉，热风、焦碳使烧结矿还原成铁水，并脱硫）-炼钢（在转炉内高压氧气将铁水脱磷、去除夹杂，变成钢水）-精练（进一步脱磷、去除夹杂，提高纯净度）-连铸（热状态下将钢水铸成具有一定形状的连铸坯）-轧钢（将连铸坯轧制成用户要求的各种
11、型号的钢材，如板材、线材、管材等）。1.3国内连铸的重要性新世纪以来，中国继续保持快速发展连铸的态势，2007年连铸坯产量达到47430万t，钢铁工业连铸比已达98.86%。随着板、带、管材在钢材消费结构中的比例大幅上升，数量众多的板坯、方坯、圆坯、异形坯及薄板坯连铸机在新世纪投入生产。这一过程不仅促进了炼钢生产设备的大型化，而且还促进了炼铁生产设备的大型化；同时由于连铸品种质量的稳定提高，高温、无缺陷铸坯技术的发展，使炼钢与轧钢工序通过连铸坯热送热装变得更为紧凑。在中国，连铸的发展促进了钢铁生产流程的进一步优化。可以说新世纪以来，连铸技术不断推动着中国钢铁工业的快速发展。1.4中国钢铁工业的
12、发展概况新世纪以来，随着中国经济的快速增长，中国钢铁工业继续保持高速增长势头。2000年，中国粗钢产量1.285亿t，2007年增长到4.892亿t，年均增长率为18.2%。中国钢铁工业的高速发展主要得益于国内市场的强劲需求。从图1不难看出，2005年以前，粗钢表观消费量一直高于粗钢产量，直到2006年，粗钢产量才略超过表观消费量，成为钢材净出口国。但是，由于资源与环境的制约，中国不应成为钢铁出口大国，中国钢铁工业主要是为了满足国内发展的需要。这一阶段中国钢铁工业发展呈现以下几个特点：1.4.1板、带、管材的迅速增加 随着板、带、管材消费的迅速增长，推动板、带、管轧机以及板坯、方坯、圆坯连铸机
13、等相关生产设备数量持续增加。1.4.2钢铁生产技术进步促进钢材品种质量的稳步提高 由于炼铁、炼钢、轧钢工序及相关领域采取一系列技术进步措施，使高技术含量、高附加值产品得以大幅度增加，产品质量稳步提高。1.4.3节能环保逐年改善通过大力推进节能技术和能源管理的改进，钢铁企业能耗逐年降低；吨钢耗新水明显下降，至2006年，重点钢厂的吨钢平均新水消耗已下降到6.56m3/t,且工业水重复利用率上升到94.8%。1.4.4钢铁生产设备逐步大型化板坯、方坯、圆坯、异形坯、薄板坯等多种机型连铸机的发展也促使炼钢和炼铁生产设备的大型化。到2006年底，2000 m3以上的高炉产能为1.0585亿t，100t
14、以上的转炉和电炉产能总和为1.4857亿t。尽管新世纪以来中国钢铁工业取得举世瞩目的成就，但仍面临着资源、能源和环境的巨大压力。如何合理利用资源，进一步降低能耗及改善环境仍是一项十分迫切的任务。1.5中国连铸发展的主要成就1990年中国连铸坯产量只有1480万t，钢铁工业连铸比为25.07%。至2000年，连铸坯产量达到10522.4万t，连铸比达到84.81%。在此期间，小方坯连铸发展尤为迅速。1988年中国拥有小方坯的流数为206流，而至2000年则增加到624流，增幅达202.9%，远高于板坯连铸机流数的增幅，这主要取决于我国以长材为主的钢材消费结构。 如果说上世纪90年代，中国连铸发展
15、以小方坯连铸的强劲发展带动全国连铸产量、连铸比及全连铸钢厂的迅速发展为重要特征，那么新世纪以来，中国连铸发展又呈现出更新的特点和丰富的内涵。首先是连铸产量和连铸比继续保持快速增长的态势；其次随着板、带、管钢材消费的增长，板坯、方坯、圆坯、异形坯等多种连铸机数量急剧增加。这期间尤其是薄板坯连铸-连轧，无论生产规模还是相关技术经济指标，均达到了世界水平；在推进高效化连铸技术的同时，品种、质量得到很大改善和提高。继续遵循“开放引进与自主研发并重”的原则，自主设计、自主制造的国产连铸机的比例越来越大。连铸坯产量、连铸比的快速增长新世纪以来，中国连铸继续保持快速增长的态势。20002007年，中国粗钢产
16、量增加幅度为280.7%，而连铸坯产量的增幅为350.8%，连铸比在这期间继续保持了高速增长的趋势。至2007年，中国钢铁工业连铸比已达到98.86%。可以说连铸的快速增长仍然是推动钢铁工业发展的技术动力。新世纪中国连铸发展的另一个重要特征是，连铸机型改变了上世纪以发展小方坯机型为主的趋势，而向多样化发展，尤其是板坯、方坯、圆坯、异型坯、薄板坯等机型的数量增加远远超过小方坯连铸机的增幅。 按连铸机流数统计，板坯铸机由2000年的78流增加到2007年237流，增幅达到203.8%；方坯铸机由378流增加到1323流，增幅达250%；圆坯铸机由40流增加到173流，增幅达325.5%；异形坯铸机
17、由3流增加到15流，增幅达400%；而小方坯流数的增幅为64.6%。这充分说明了，中国钢材消费结构发生了巨大变化，即板、带、管材的消费大幅增加，改变了上世纪以长材为主流的钢材消费结构。图6示出了2006年中国钢材产品结构，另外，1998年尚未有一台薄板坯连铸机正式投产，但至2007年已有13条薄板坯连铸连轧生产线投产，其中薄板坯连铸机的流数为28流，发展速度很快。连铸坯的吨数与总铸坯(锭)的吨数之比叫做连铸比，它是衡量一个国家或一个钢铁企业生产发展水平的重要标志之一，也是连铸设备、工艺、管理以及和连铸有关的各生产环节发展水平的综合体现。1970年至1980年，世界平均连铸比从4.4发展到28.
18、4，中国的连铸比从2.1发展到6.2；至1990年，世界和中国的连铸比分别发展到62.8和22.4；到2001年，又分别发展到87.6和92.0。2003年，中国连铸比达到95.3左右，估计世界平均连铸比2003年接近90。从统计数字可以看出，中国的连铸技术在近10多年内得到了迅速发展。1.6世界连铸技术的发展及我国存在的差距世界上有许多连铸技术实力较强的公司，如西马克德马格、奥钢联、日本JSP公司、达涅利(包括戴维)公司等。以板坯连铸机为例，西马克德马格公司从1962年至2001年新设计和改造板坯连铸机共约370台；奥钢联从1959年至2000年新建和改造板坯连铸机共约181台；日本JSP公
19、司截止2001年新建并改造板坯连铸机共约150台；达涅利的戴维公司也设计了10多台连铸机。2001年末，世界上共有各类投产的板坯连铸机约550台800流(有一些是重复改造的，按估计值未计入)。 截止到2002年底，中国共有551台(1749流)连铸机，其中板、方坯连铸机分别为101台(130流)、429台(1564流)，圆坯、异形坯连铸机分别为20台(52流)、1台(3流)。这些统计中，绝大部分连铸机是立足于中国国内设计制造的。 我国加入WTO后，人才、知识、科技与经济的全球化趋势越来越清晰地展现出来。由于历史及其他各方面原因，国外先进技术和管理方式显然具有竞争优势。近几年，我国经济发展较快，
20、冶金企业投放的技改资金比较大，新上项目很多，连续铸钢项目也较多，但连铸机设备和技术大部分还是靠引进。我国薄板坯连铸连轧已经引进了将近10条生产线；从2000年开始，我国先后全部引进或引进核心部位设备与技术的常规板坯连铸机共有24台27流，还有继续引进的趋势；中薄板坯连铸机、异型坯连铸机全部引进；大方坯连铸机也有引进的倾向。其原因主要是我国连铸技术与国外先进水平还存在一定差距。1.7连铸机振动系统应注意的部分问题图为某连铸机原振动系统，从整体上看传动环节太多，从局部上看则结构环节过多。动力由电机传至外弧左偏心轮轴要经过减速机、联轴器、传动轴等7个环节，仅联轴器就用了4套。而运动传至内弧偏心则还要
21、多一个环节。从局部看，为了实现振动机构振幅可调，在机构中增加了偏心套。从偏心轴至振动台需经过偏心轴、偏心套、轴承、连杆以及关节轴承等环节。由此可见，该振动装置的振动系统环节太多。振动系统环节过多造成振动不稳定的原因可归结如下。(1)环节过多使系统刚度降低，从而导致系统固有频率降低。(2)环节过多导致振动台四点振幅及相位误差增大。(3)增加了系统存在间隙的机会。所以我们在设计连铸机振动系统时应尽量避免以上问题的发生。2传动设计方案的选择我是做板坯连铸机结晶器振动机构设计的，而结晶器是连续铸钢机的心脏。钢水在结晶器中初步凝结成铸坯的外形，生成一定厚度的坯壳，并被连续的从结晶器下口抽拉出去。为使钢水
22、良好的结晶，并且使铸坯连续的拉出，必须使结晶器有正确的振动方式和振动机构，总而言之结晶器振动的目的是防止初凝坯壳与结晶器壁发生粘结而被拉破。因而，结晶器振动技术也有了更好的发展。2.1结晶器的振动方式结晶振动技术最初采用同步振动的方式，使铸坯与结晶器在拉坯时有一段同步下行时间，是断裂的坯壳得以焊合，拉漏现象有所减少。在此基础上又发展了负滑脱振动方式，即结晶器向下运动的速度稍大于拉坯速度。这样就在结晶器下降的过程中不但不会拉破坯壳，反而使坯壳承受一定得垂直压力，使之在滑动中起到脱模作用，所以叫做负滑脱振动方式。在同步震动及负滑脱振动发展的初期，都使用了凸轮机构。以后有发展利用了曲柄连杆机构的正弦
23、振动方式，它既有产生负滑脱的作用有使驱动机构因而简化。 下降 1 2 3 图 2-1 振动特性曲线 1正弦振动 2负滑脱振动 3同步振动2.1.1同步振动为了实现严格的同步运动结晶振动器机构和拉坯机构之间必须实行严格的连锁。此外在上升和下降的转折点处由于速度变化的加速度很大，机构中会产生相当大的冲击力，所以这种方式早已淘汰。2.1.2负脱滑振动负脱滑振动下降速度稍大于拉坯速度,即V2=V(1+) (2-1)式中 为负滑脱率，其值一般为10%-40%。采用凸轮机构时，取=10%左右，采用曲柄连杆机构时，取=20%-40%。虽然负脱滑振动上升速度和下降速度的转折点处没有同步振动急速但这种振动方式也
24、需要凸轮机构才能实现。2.1.3正弦式振动正弦式振动的速度是按照正弦规律变化的，这是近年来普遍采用的振动方式，它有如下优点：2.1.3.1在运动过程中虽然没有稳定的速度阶段，但仍有一段负滑脱阶段，因而具有脱模作用。2.1.3.2由于其速度是按照正弦波变化的，其加速度必然按照余弦规律变化，所以过度点比较平缓，没有很大冲击。2.1.3.3 由于加速度小，可以提高振动频率，减少铸坯上振痕的深度。2.1.3.4正弦振动可以用曲柄连杆机构来实现，比凸轮机构易于加工易于维护。2.1.3.5既然结晶器与铸坯之间没有严格的速度关系，就没有必要采用速度连锁系统，因而简化了驱动装置。 综上三种振动方式而言，正弦振
25、动方式更适合于结晶器振动装置的振动规律，所以我选择正弦振动方式。2.2结晶器振动机构的类型及选择结晶器的振动机构是根据结晶的振动方式而设计的，有如下几种：2.2.1导轨式振动机构 最原始的一种结构形式，它是使装在结晶器上滚轮沿着与铸机曲率半径相同的弧形轨道运动。其缺点是导轨及滚轮不易保持清洁，容易磨损，不易保持运动精度。2.2.2长臂式振动机构 早期使用于弧形连铸机的一种振动机构。它是把结晶器装在一个与铸机半径相同长摇臂上，摇臂的固定端式铸机圆弧的中心，另一端用凸轮或曲柄连杆机构使之摆动，以实现结晶的圆弧运动。这种振动机构的运动轨迹在理论上是准确的。但因摇臂很长，受温度变化影响，有不同的膨胀量
26、，所以也有一定的误差，其最大的缺点是它悬在二冷区的上空，会妨碍二冷区及拉矫设备的维修。2.2.3四连杆式振动机构 一种短臂仿弧振动机构，它的上下两个摇臂及其两端的连接件构成一个四连杆运动机构。这个四连杆机构可以装设在弧形连铸机的内弧一侧适合小方坯连铸机；也可装在外弧一侧适合板坯连铸机，因为其二冷扇形段需要经常拆装维护，所以把四连杆振动装置装设在外弧一侧，四连杆机构的机架必须有足够的刚度，杆件的连接及支撑轴承必须有很小的间隙，才能保证运动的精确度。因为个杆件转动角度很小，所以不以充分润滑。2.2.4四偏心轮振动机构 结晶器的弧线运动是利用两对偏心距不等的偏心轮及连杆机构产生的，结晶器弧线运动的定
27、中式利用两条板式弹簧来实现，板式弹簧使振动台只做弧形摆动，而不能产生前后左右的位移。这种振动机构的优点是它的偏心轮连杆的推力作用于振动台的四角，使结晶器的运动比较平稳，不会由于结晶器的内阻力作用点的偏移而使结晶器作不稳定的运动。虽然运动零件比较多，结构比较复杂但其运动轨迹的精确度适合板坯连铸机。所以结晶器振动机构的类型我选择偏心轮顶杆振动机构。2.3 传动方式及选择2.3.1 齿轮传动图2-7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、
28、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。齿轮传动的类型很多。2.3.1.2根据两轴的相对位置和轮齿的方向，可分为以下类型：圆柱齿轮传动；锥齿轮传动；交错轴斜齿轮传动。2.3.1.1根据齿轮的工作条件，可分为：开式齿轮传动式齿轮传动，齿轮暴露在外，不能保证良好的润滑。 半开式齿轮传动，
29、齿轮浸入油池，有护罩，但不封闭。闭式齿轮传动，齿轮、轴和轴承等都装在封闭箱体内，润滑条件良好，灰沙不易进入，安装精确。齿轮传动有良好的工作条件，是应用最广泛的齿轮传动。2.3.2 链传动图2-6 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
30、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。2.3.3带传动图2-5 带传动机构示意图2.3.4 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。图2
31、-8 蜗杆传动带传动(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。图2-9 结晶器振动装置的传动机构 综上所述，我个人选择齿轮传动机构。3设计计算3.1设计参数板坯断面尺寸 200x1000mm振幅 5.5mm 振动频率 90次/min拉坯速度 1.5m/min3.2电动机的选择3.2.1结晶器质量的估算3.2.1.1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。一般结晶器长度
32、在600-1200mm，暂时将长度定位1610mm，高度为1000mm，宽度为810mm。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3.2.1.2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：则可求出总的静载荷对振动机构进行受力分析，做出下图：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
33、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： 3.2.2振动机构驱动功率选择有上述的计算可以求出电动机驱动功率为：3.2.3 电动机的选择根据驱动功率，查机械零件设计手册第三版 下选择冶金行业用电机 YZR-180L其工作方式为S3,FC=25%，转速为700r/min，额定功率为13kw。3.2.4 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
34、以满足，即电动机的转矩符合要求。3.2.5 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）3.3 减速器的选择3.3.1 传动比的确定由设计参数可知，结晶器振动频率为90次/min，则有减速器低速轴上的转速为90次/min，高速轴是根据电机的转速确定，为700r/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8， 用二级减速器就可满足要求。3.3.2 减速器选择由
35、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。3.3.3 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。3.3.4 减速器的强度校核减速器的轴的材料拟选用45号钢。3.3.4.1减速器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
36、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。3.3.4.2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3.4 联轴器的选择3.4.1 低速轴联轴器的选择可由减速器低速轴来选择，查机械工业出版社机械设计手册得知d=65mm，且转矩为1377NM，由于结晶器振动装置的工作环境相当恶劣，查阅相关资料可知应该选用GICLZ3鼓性齿式联轴器3.4.2 高速轴联轴器选择可由减速器高速轴和电动
37、机的轴来确定。减速器高速轴的轴径为：32mm，而电动机轴的轴径是55mm，查阅起重机课程设计可选用GICLZ2鼓形齿式联轴器。3.5 偏心轴的设计我们先设定偏心轴的材料为常见的45号钢。3.5.1 偏心轴的最小直径按照机械零件设计手册P42表20-10中的公式：式中： d计算剖面处轴的直径 P轴传递的功率，kw 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。我们可知P=13kw，n=100r/min，A=118-107取A=110所以 由于有键槽的存在，实际尺寸增加3%,最后得到轴的直径为d=55mm3.5.2 轴的结构设计因为轴承承受很大的径向力，而轴向力很小，因此我们选择的
38、轴承均为调心滚子轴承。联轴器与减速器相连的一部分的轴径为d1=65mm，而偏心轴的外伸轴径依据联轴器GICLZ2，可取d2=55mm，联轴器孔深112mm，可试取AB=112mm。联轴器与轴承1之间由套筒定位连接，轴承1右端轴肩定位。选择标准的轴承座GB2558-79，左右轴承座选Z2612Y异径轴承座，轴径为60mm和65mm的阶梯轴，其宽度为125mm，可取BD=HL=130mm。中间轴承座选Z2518D等径轴承座，其轴径为95mm，宽度为160，可取EF=170，其左端由轴套和轴肩定位，右端由轴承、圆螺母、止动垫圈定位，DE为轴肩，约长15mm，轴径为105mm。FG=3mm，直径为85
39、mm，GH长度约为20mm，直径为94mm。轴承2左端由轴肩和轴套定位，右端又圆螺母和止动垫圈定位，CD=GH=42mm，直径为65mm。JK段长度是3mm，轴径段为55mm，KL长度约是13mm，直径为60mm。由图知E、H、G处均为弯曲强度危险截面，F、G、H处均为疲劳强度危险截面。3.5.3 偏心轴的校核此轴所受的扭矩为：轴承1、2处受力均为：此轴所受的最大弯矩处是在中间界面的E处截面，其所受到的弯矩为：轴应力分析图为：1） E截面弯曲强度校核因为此处为脉动循环，校正系数，材料45号钢的需用应力为故E截面弯曲强度校核通过。2） G截面处的弯曲强度校核 所以E截面通过校核。3） H处的疲劳
40、强度校核弯矩 M=1387nm扭矩 T=827.67nm抗弯截面模数：抗扭截面模数：，故H处的疲劳强度通过校核。4） F处的疲劳强度校核弯矩 扭矩 抗弯截面模数 抗扭截面模数：，故F处的疲劳强度通过校核。3.5.4 轴承的选择和校核轴承的基本额定动负荷计算公式：式中： C轴承基本额定负载荷计算值，N P当量动载荷，N 寿命系数，按设计手册表7-2-4选取速度系数，按设计手册中表7-2-5选取 温度负载系数，按照7-2-7选取 力矩负载系数，力矩较大选2，较小选5 冲击负载系数，按照7-2-6选取 轴承尺寸及性能表中所列的径向基本额定动载荷，N1） 偏心轴端部轴承的校核轴承型号为GB288-87
41、的调心滚子轴承（见机械设计手册）其相关参数为： ，故偏心轴端部的轴承通过校核2） 偏心轴中部轴承的校核其相关参数为： ，故该段轴承也通过校核3） 长振动臂上轴承的选择和校核长振动臂的受力分析图如下：P1=45182N，P2=69510，P=P1+P2=114692N长振动臂中间轴承的选择计算其相关参数为： ，查机械设计手册得知，可选择GB288-87调心滚子轴承d=240mm，D=400mm，B=128mm，Cr=1180kn4） 长摇臂左端轴承的选择计算 ， 根据手册选择调心滚子轴承5）长摇臂右端轴承的选择计算 ，根据手册选择调心滚子轴承3.6 长摇臂的设计根据图我们可以很显然的看到，中间部
42、分所受到的弯矩最大，其截面的形状如下图所示：,抗弯矩截面系数弯矩应力故满足要求。3.7 连接臂的设计考虑连接臂较长，而且只受拉力及压力，为了保证承受拉压力时的稳定，把连接臂设计为：连接臂各杆受力及其变形如图：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，连接臂的设计完成3.8 轴销的选择初选择轴线的直径为100mm，材料为45号钢，校核剪应
43、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 经济性分析4.1概述 连铸即为连续铸钢（英文，Continuous Steel Casting）的简称。在钢铁厂生产各类钢铁产品过程中，使用钢水凝固成型有两种方法：传统的模铸法和连续铸钢法。而在二十世纪五十年代在欧美国家出现的连铸技术是一项把钢水直接浇注成形的先进技术。与传统方法相比，连铸技术具有大幅提高金属收得率和铸坯质量，节约能源等显著优势。连续铸钢的具体流程为：钢水不断地通过水冷结晶器，凝成硬壳后从结晶器下方出口连续拉出，经喷水
44、冷却，全部凝固后切成坯料的铸造工艺过程。（如图中所示）从上世纪八十年代，连铸技术作为主导技术逐步完善，并在世界各地主要产钢国得到大幅应用，到了上世纪九十年代初，世界各主要产钢国已经实现了90以上的连铸比。中国则在改革开放后才真正开始了对国外连铸技术的消化和移植；到九十年代初中国的连铸比仅为30。WAM公司作为中国最早的一家民营专业化连铸技术公司，从1992年成立起就致力于中国连铸技术的发展和创新，为推动国内连铸钢铁业的迅速发展，提高国内连铸比贡献自己的一份力量。在钢铁厂生产各类钢铁产品过程中，使用钢水凝固成型有两种方法：传统的模铸法和连续铸钢法。而在二十世纪五十年代在欧美国家出现的连铸技术是一项把钢水直接浇注成形的先进技术。与传统方法相比，连铸技术具有大幅提高金属收得率和铸坯质量，节约能源等显著优势。连续铸钢的具体流程为：钢水不断地通过水冷结晶器，凝成硬壳后从结晶器下方出口连续拉出，经喷水冷却，全部凝固后切成坯料的铸造工艺过程。4.2经济性从上世纪八十年代，连铸技术作为主导技术逐步完善，并在世界各地主要产钢国得到大幅应用，到了上世纪九十年代初，世界各主要产钢国已经实现了90以上的连铸比。中国则在改革开放后才真正开始了对国外连铸技术的消化和移植；到九十年代初中国的连铸比仅为30。铸铁
