(毕业论文)锌直线铸锭机机械部分设计

(毕业 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 )锌直线铸锭机机械部分设计 目 录 一 引言 ................................................................. 1 1 选 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 的目的和现实意义 .................................................. 1 1.1 选题的目的 ........................................................ 1 1.2 选题的现实意义 .................................................... 1 2 选题的国内外研究现状 .................................................. 2 3 选题的研究方法,技术路线,、主要观点、创新之处 ........................ 2 3.1 选题的研究方法 .................................................... 2 3.2 选题的主要观点与创新之处 .......................................... 3 二 锌直线铸锭机的用途工作环境及参数................................. 4 1 用途及工作环境: ...................................................... 4 2 主要技术参数: ........................................................ 4 三 锌直线铸锭机整体设计............................................... 5 1 锌直线铸锭机工作原理 .................................................. 5 2 锌直线铸锭机主要部件 .................................................. 5 3 运动学设计 ............................................................ 6 3.1 铸锭机运行速度计算 ................................................ 6 3.2 各零部件重力 ...................................................... 6 3.3 滚轮与轨道的静摩擦力 .............................................. 7 3.4 额定输入功率计算 .................................................. 7 3.5 实际输入功率计算 .................................................. 7 4 电动机的选择 .......................................................... 7 四 锌直线铸锭机链条的设计 ............................................ 8 1 概述 .................................................................. 8 1.1链传动的特点 ...................................................... 8 1.2 链条的种类与应用 .................................................. 8 2 通用输送机用链条 ...................................................... 8 2.1 链式输送机的类型及构造 ............................................ 9 2.2 链式输送机中链条选择计算的一般方法 ................................ 9 2.3 米制长节距输送链 ................................................. 12 3 链传动的布臵、张紧、安装、润滑与维护 ................................. 14 3.1 链传动的布臵 ..................................................... 14 3.2 链传动的张紧 ..................................................... 14 3.3 链传动的安装 ..................................................... 15 3.4 链传动的润滑 ..................................................... 16 3.5 链传动的维护 ..................................................... 17 五 锌直线铸锭机机架的设计 ........................................... 18 1 机架结构概论 ......................................................... 18 1.1 机架设计计算的准则和要求 ......................................... 18 1.2 机架结构的选择 ................................................... 19 2 机架设计的一般规定 ................................................... 19 2.1 载荷 ............................................................. 19 2.2 刚度要求 ......................................................... 20 2.3 强度计算 ......................................................... 21 2.4 杆系机架结构的简化方法 ........................................... 21 3 梁的设计与计算 ....................................................... 23 3.1 梁的设计 ......................................................... 23 3.2 梁的计算 ......................................................... 24 4 桁架的设计与计算 ................................... 错误:未定义书签。24 4.1 桁架的结构 ..................................... 错误:未定义书签。25 4.2 桁架的位移计算 ................................. 错误:未定义书签。25 5 柱的设计与计算 ..................................... 错误:未定义书签。26 5.1 柱的形状 ....................................... 错误:未定义书签。26 5.2 柱和架的连接 ................................... 错误:未定义书签。26 5.3 稳定性计算 ..................................... 错误:未定义书签。26 六 锌直线铸锭机锭模组的的设计..................... 错误:未定义书签。28 1.铸锭模的设计 ....................................... 错误:未定义书签。28 2.锭模轴的设计 ....................................... 错误:未定义书签。28 2.1 轴的用途及分类 ................................. 错误:未定义书签。28 2.2 轴的材料 ....................................... 错误:未定义书签。28 2.3 各轴段直径和长度的确定 ......................... 错误:未定义书签。28 2.4 轴的校核计算 ................................... 错误:未定义书签。28 3.锭模轴盖的设计 ..................................... 错误:未定义书签。29 致 谢 ................................................................. 24 参考文献 ............................................................... 26 附录 .................................................................... 27 锌直线铸锭机机械部分设计 摘要:本铸锭机用于锌液的铸锭～与熔锌感应电炉配套使用。本铸锭机是通过舀锌机构将电炉内锌液舀入锭模中～主要通过自然冷却方式,当速度较快时～可辅以风机强制冷却,来使锌液凝固成锌锭～并在头轮位臵脱模～沿卸锭辊道滑落到码锭台之上～除了码锭及扒皮,将刚刚浇入锭模中的锌液表面的氧化皮清除～俗称“扒皮”,须人工操作外～其余过程全部为自动化操作。铸锭机由尾轮及张装装臵、机架、锭模组、打印装臵、链条、传动装臵、头轮装臵、碰撞架、卸锭辊道、舀锌机构、风机、电控箱十二部分组成。本说明书主要是对铸锭机的链条、锭模组和机架进行分析计算与设计的基本说明。 关键词:铸锭机 链条 锭模组 机架 分析计算与设计 Zinc linear ingot casting machine Abstract:The machine is used for ingot casting of liquid zinc ,and supporting the use of molten zinc induction furnace . This ingot casting machine is through scoop the zinc organization the zinc fluid of the electric stove scoops up into the spindle module ,mainly through modules of natural cooling way (when fast, can be supplemented by fan forced cooling) to make liquid zinc solidified into , zinc ingotsand in the first round, the place stripping down to discharge ingot roller ,along spindle unloading roller slide to the code spindle units above,in addition to code ingots and strips (to be just poured into the ingot mold in the liquid surface of zinc oxide removal, commonly known as "strips") must be artificially operating outside, the rest of the process all for automation. Ingot casting machine is composed by the rear wheel and tensioning device , rack, spindle modules, print devices, chain, transmission device, the first round of the device, the collision planes, unloading roller spindles, scoop the zinc organization, fans, electric control box 12 parts. This instruction booklet is mainly to the ingot casting machine chain link, the spindle module and the rack to the analysis calculates and designs. Keywords:Ingot casting machine Chain Spindle module Rack Calculation and Design 一 引言 1 选题的目的和现实意义 1.1 选题的目的 有色金属是国民经济发展的基础材料～航空、航天、汽车、机械制造、电力、通讯、建筑、家电等绝大部分行业都以有色金属材料为生产基础。随着现代化工、农业和科学技术的突飞猛进～有色金属在人类发展中的地位愈来愈重要。它不仅是世界上重要的战略物资～重要的生产资料～而且也是人类生活中不可缺少的消费资料的重要材料。 锌是仅次于铝、铜的第三个最主要的有色金属。锌主要用于镀锌、电池和压铸锌合金以及传统的黄铜和青铜的生产。在冶炼锌以湿法炼锌的前景下～所形成产品多为阴极片～而阴极片作为最初产品～有形状不规则～厚度不均～易氧化～不便于储存运输等缺点且锌市场交易有具体规格。因此在锌冶炼中还有熔铸环节～将锌阴极片通过融化浇铸最终形成锌锭。锌阴极片的溶解过程由工频感应电炉完成～再由铸锭机完成浇铸。 直线铸锭机主要用于锌锭的铸锭～与感应电炉配套使用～本铸锭机是通过舀锌机构将电炉内锌液舀入锭模中～主要通过自然冷却方式来使锌液固定成锌锭～并在头轮位臵脱模。这一过程～大大减少了人力物力～且大大加快了工作效率～使每天锌锭的产量直线上升。由此看出～铸锭机对锌的冶炼起到了至关重要的作用。 1.2 选题的现实意义 我国锌冶炼厂的精锌铸锭～多年来一直处于人工操作的落后状态～劳动强度极大。如今～企业为了增强市场竞争力和快速响应市场的变化而采用多种新技术的环境下～革新传统的设计手段。 整条生产线组合形式灵活多变～能根据用户的产能、场地大小等现场情况合理配臵直线铸锭机长度～锭块输送形式及堆码装臵的组合形式。 整条生产线为开放式配臵～既便于直线铸锭机的稳定工作～又方便了生产线与熔锌炉等设备的配臵～同时也便于日常德维修操作,一旦设备发生故障～能方便的事实人工堆码～从而有效减少设备停产影响。 随着先进制造技术的发展和市场竞争的加剧～传统的铸锭方式已成为企业中产品快速上市的瓶颈～企业迫切需要提高铸锭的效率。锌直线铸锭机是锌冶炼行业中的重要设备～它大大提高了锌铸锭的效率～减少了工人的劳动强度和工作时间～同时也降低了生产成本。因此～快速实现铸锭机设计已成为企业的迫切要求。铸锭机的设计在铸锭的理 1 论和应用上都得到了迅速发展～大大提高了铸锭的效率～对保证产品质量～提高生产率～减轻劳动强度～缩短产品生产周期等都具有重要意义。 2 选题的国内外研究现状 ,1,国外研究现状 国外锌的消耗量很大～这使得锌冶炼行业得以快速发展。随着锌冶炼的快速发展～锌铸锭也要快速发展来适应其消耗。铸锭机的生产自然而然就要加紧。国外铸锭机的现状以处于稳步发展阶段～以普遍应用到冶炼领域。 ,2,国内研究现状 2008年中国锌行业发展迅速～产品产出持续扩张～国家产业政策鼓励锌产业向高技术产品方向发展～国内企业新增投资项目投资逐渐增多。投资者对锌行业的关注越来越密切～这使得锌行业的发展研究需求增大。随着锌的需求增大～铸锭机就成为企业快速发展必不可少的工具。我国铸锭机还处在发展阶段～相信在未来几年时间里～它将普遍应用到冶炼领域。 3 选题的研究方法,技术路线,、主要观点、创新之处 3.1 选题的研究方法 ,1,文献研究法:通过查阅与本课题相关的文献资料～及时了解本课题的研究进程～全面掌握相关信息～为课题研究提供科学的论证依据、研究导向。 ,2,观察法:为了了解事实真相～从而发现某种现象的本质和规律。通过现场的观察～以便能更好的进行设计与改进。 ,3,行动研究法:对于本课题进行试验研究～将采用行动研究方法～边实验～边总结～边推广。 ,4,个案研究法:抓住典型实例～针对课题实施前后其计算、设计与校 ,5,网上调查法:利用网络的便利性～作相关查阅与调查～及时指导与调整下步行动。 ,6,经验总结法:经验总结法是根据实践所提供的事实～分析概括现象～挖掘现有的经验材料～并使之上升到理论的高度～以便更好地指导新的实践活动的一种研究方法。关键是要能够从透过现象看本质～找出实际经验中的规律,从而更好地更加理性地改进自己的设计。 2 3.2 选题的主要观点与创新之处 ,1,主要观点 铸锭机的设计对锌的铸锭具有奠基性～促进了企业的发展～全面提高了铸锭的效率。大大减少了人力物力～节约了成本。 铸锭机的设计至少要满足下列几个条件:?整体策划,?符合普遍使用的规律,?符合拆装简便的条件,?所有资源在一个统一框架下建设～根据具体需求～要成为一个整体。要满足这些条件～绝对不是简单购买各厂家的资源、或大量搜集资料就可以的～不是量大就有效～需要大量的资源～但不是简单量的积累。 我认为～铸锭机应采取整体规划、统一设计～购买资源要有机整合到系统中～组织 区域内共建共享。 ,2,创新之处 本研究的创新之处在于突破了以往关于人工锌铸锭的认识～发掘并开发利用铸锭机的功能和价值。并将此与当前有色金属的冶炼现实需要结合起来～力图建构一种有效的新模式。 3 二 锌直线铸锭机的用途工作环境及参数 1 用途及工作环境: 1.1用途:本铸锭机用于锌液的铸锭～与熔锌感应电炉配套使用。 1.2工作环境: ?海拔不超过2000m。 ?环境温度-25~40?。 ?使用地区最湿月最大相对湿度的月均值不大于90%。 ?周围无爆炸性气体及严重损坏金属和绝缘的腐蚀性气体。 ?没明显的振动和颠簸。 ?设备应安装在通风较好的室内。 2 主要技术参数: ?生产能力 6t/h ?头尾轮中心距 ?运行速度 ?1000mm/min ?锌锭重量 25kg/件 ?锭模中心距 250mm ?锭模数 118件 ?设备总重 ~9.1t ?传动装臵电机功率 1.5kW ?舀锌机构电机功率 0.55kW ?风机电机功率 1.1kW 总功率 5.35kW 4 三 锌直线铸锭机整体设计 1 锌直线铸锭机工作原理 铸锭机是通过舀锌机构将电炉内锌液舀入锭模中～主要通过自然冷却方式,当速度较快时～可辅以风机强制冷却,来使锌液凝固成锌锭～并在头轮位臵脱模～沿卸锭辊道滑落到码锭台之上～除了码锭及扒皮,将刚刚浇入锭模中的锌液表面的氧化皮清除～俗称“扒皮”,须人工操作外～其余过程全部为自动化操作。 2 锌直线铸锭机主要部件 铸锭机由尾轮及张装装臵、机架、锭模组、传动装臵、头轮装臵、链条、碰撞架、卸锭辊道、舀锌机构、风机、机旁控制箱、打印装臵十二部分组成。 2-1尾轮及张紧装臵:由尾轮、尾轮轴、滑块座等组成。尾轮两个～每个尾轮齿数为8。采用弹簧张紧结构～当链条因温度变化或使用磨损后长度发生变化时～可自动张紧链条～确保铸锭机的平稳运行。 2-2机架:采用槽钢和角钢制成。分为两段～在运输过程中拆开～安装时再连接成整体。 2-3锭模组:由锭模、定模轴、轴盖等组成。锭模数量118件,106块正常锭模～12块底座锭模,。当铸锭机运转时～由链条拖动锭模移动。铸锭机工作时～上链条为紧边～下链条为松边。 2-4传动装臵 2-4-1由减速机架、摆线针轮减速机,配有电磁调速电动机,、大小齿轮组成。电机输出动力通过摆线针轮减速机和齿轮副两次减速后传递到头轮轴上～拖动链条及锭模运行。 2-4-2调速电机的调速范围为125~1250r/min～无级调速。可根据电炉生产工况～调节铸锭机的运行速度。调速电机功率N=2.2kW。 2-4-3摆线针轮减速机的型号为XWED95-2537-2.2～i=2537～减速比i=2537。 2-4-4齿轮副齿数分别为66,大齿轮,和22,小齿轮,～减速比为i=3。 2-5头轮装臵:由头轮、头轮轴、对开式四螺柱斜滑动轴承座等组成。头轮两个～每个头轮齿数为8。由传动装臵电机供给的传动力通过头轮轴传递到头轮上～头轮带动链条及锭模运行。 5 2-6链条:由滚子、卡板、链板、轴套等组成。 2-7 碰撞架:其作用是让锭模在翻模时击打在碰块上～从而使锌锭顺利脱模。 2-8卸锭辊道:由辊筒、机架及卸锭翻板组成。其作用是使脱模后的锌锭沿辊筒滑下并通过卸锭翻板翻落在码锭台上。翻落到码锭台上的锌锭为正面,无商标的面,朝上～以便于码锭操作。 2-9 舀锌机构:由电机、摆线针轮减速机、连杆、石墨勺夹持器、石墨勺等组成。舀锌机构的作用是从电炉炉膛内将锌液舀出～浇入锭模之中。其动作是与铸锭机运行相协调的。 2-9-1 舀锌机构的动作可分为舀锌过程和浇锌过程两个部分～舀锌过程的时间,一个周圈,为8秒。浇锌过程,石墨勺尾部停留在锭模上方,的时间取决于铸锭机运行的速度。铸锭机运行的速度越快～则停留时间越短,铸锭机运行的速度越慢～则停留时间越长。整个动作的频率不宜大于4次/min。舀锌过程和浇锌过程的切换通过行程开关来控制。 2-10风机:风机的作用是吹风至锌锭表面～加速其冷却。风机的型号为T35-11-4～风机电机功率N=1.1kW,转速n=2900r/min～具体参数见风机使用说明。 2-11机旁控制箱:机旁控制箱装有交流接触器、热继电器、调速器、断路器、指示灯、按钮等电器元件～控制传动装臵、舀锌机构和风机的电机运转。 2-12 打印装臵:由拔叉、钢字盒支臂、槽钢支架等组成。其作用是在锌锭上标明记号。 3 运动学设计 3.1 铸锭机运行速度计算 ? 锭模宽度,max, s=中心距×2/锭模数=233mm 故链条节距取P=250mm。 ? 浇铸时间 (max) t=锌锭重量/每秒产量=15s ? 铸锭机运行速度,max, V=s/t=0.016m/s 3.2 各零部件重力 ? 锭模轴 118×6.37×10=7516.6N ? 链 条 7.6×236×10=17936N ? 锭 模 118×36×10=42480N ? 锌 锭 53×25×10=13250N 6 ? 轴 盖 0.75×236×10=1770N 总重力:G=82952.6N 3.3 滚轮与轨道的静摩擦力 由机械设计手册查得钢与铸铁的摩擦因数为0.3～则静摩擦力为: ,, ×G=24885.78N F=, 3.4 额定输入功率计算 P=F*×V=0.40kw w 3.5 实际输入功率计算 P=P×K=0.54kw,负载因素K=1.35, fw 4 电动机的选择 根据需要～选用摆线针轮二级传动减速机～其效率是0.85～头轮所在处的滑,,1 动轴承传动效率为0.97～则输入的功率为 ,,2 P=P/=0.655kw ,df总 v601000，，又 n==0.5r/min ,d式中 v——铸锭机运行速度～单位m/s, d——齿轮分度圆直径～单位mm。 pd==653.25mm 180sinz其中 p——节距～单位mm, Z——齿数～且z=8 根据P=0.655kw和n=0.5r/min～选用型号为XWED95-2537-2.2～i=2537的摆线d 针轮减速机～电机选用P=2.2kw。 7 四 锌直线铸锭机链条的设计 1 概述 1.1链传动的特点 链传动是一种具有中间挠性件的啮合传动～可作传动用、输送用、拽引提升用以及许多结构巧妙的性能特异的专门用途。它兼有齿轮传动和带传动的一些特点。由于它具有结构简单、传动大、效率高、传动比准确、适应性强、紧凑、经济、耐用和维修保养容易等主要特点～使链传动在国民经济各部门获得了广泛的应用。 与摩擦型的带传动相比～链传动无弹性滑动和整体打滑现象～因而能保持准确的平均传动比～传动效率高,又因链条不需要像带张得很紧～所以作用于轴上的径向压力较小,链条采用金属材料制造～在同样的使用条件下～链传动的整体尺寸较小～结构较为紧凑,同时～链传动能在高温和潮湿的环境中工作。 与齿轮传动相比～链传动的制造与安装精度要求较低～成本也低。在远距离传动时～其结构比齿轮传动轻便得多。 链传动的主要缺点是:只能实现平行轴间链轮的同向传动,运转时不能保持恒定的瞬时传动比,磨损后易发生跳齿,工作时有噪声,不宜用在载荷变化很大、高速和急速反转的传动中。 链传动主要用在要求工作可靠～两轴相距较远～低速重载～工作环境恶劣～以及其他不宜采用齿轮传动的场合。 1.2 链条的种类与应用 动力传动、物料输送和拽引提升是链条应用最广泛的三个基本领域。通常就以此把链条划分四大类即传动链、输送链、拽引链和无所不包的特种专用链。但是以用途来划分链条类别时并没有明确的界限～对有些链条～既可作传动用～也可作输送或拽引用。 2 通用输送机用链条 输送链主要用来输送工件、物品和材料～可以直接用于各种机械上～也可以组成链式输送机作为一个单元出现。由于其具有适应范围广——低速和中速、耐热、耐腐蚀、耐冲击,平均传动比一定——易于实现同步输送,重量轻、体积小、可靠、易维护保养等特点～因此～链式输送机获得了广泛的应用～而输送链则用途更广。 8 2.1 链式输送机的类型及构造 由于输送链在链式输送机上的作用主要是拽引和承重～拽引功能主要借助链条实现推、刮、托、提等动作将物料输送到一定距离之外～而承重功能则是指输送对象的重量主要由输送链条本身来承担～但承重的部位可以视需要而有所不同。有的直接放臵在链板上或滚子上,有的放臵在附件上～如延长销轴上、链板附件上或特殊结构链条的平顶面上等。 一般情况下～输送链的工作边均在轨道上运行,即链板在轨道上滑行或链条的滚子在轨道上滚动运行,～而返回的一边则有两种情况～一种是非连续式的～即返回边是悬空的～这是一种常见的情况,另一种是连续式的～即返回边也在轨道上运行。由于本铸锭机的铸锭模要装在链条上～随同链条一起运动～固本铸锭机链条采用连续式的。 2.2 链式输送机中链条选择计算的一般方法 输送链的选择应根据输送物的种类、重量、尺寸以及要求的输送类型、速度、距离、环境等条件来决定～一般按下列顺序来进行。 ,1,确定输送的条件, ,2,初步选择输送机类型和链条品种, ,3,计算作用在链条上的张力, ,4,确定链条的品种、规格及尺寸。 2.2.1 确定输送的条件 ,1,输送物的状态与所采用的容器～以及输送对象的重量和尺寸大小等。 ,2,输送的路线,水平、倾斜或垂直,直线或弯道,、输送的长度以及输送的配臵等。 ,3,输送的条件。应明确输送量、输送速度和输送间隔,有无润滑以及输送物有无容器、工装板等。 ,4,输送的环境。主要是指温度情况～有无药物、水、湿度等腐蚀条件～有无玻璃碎片、金属粉、涂料屑和砂等磨损物的存在等。 2.2.2初步选择输送机的类型和链条的品种 根据上述的输送条件来初选出适合于输送对象的输送机类型～同时可以初选出链条的品种～即米制长节距输送链。再按下列公式初算一下预算张力F～然后对照相应标预 准中该种链条的最小极限拉伸载荷～从而暂取定一种链条的规格和相应的链条尺寸～然后按第2.2.3和2.2.4节进行验算。 F,9.8WfK T预 9 =9.8×6501.66×0.3×1.0 =19114.88N 式中 F——预算张力,N,, 预 W——除链条外输送物料的总重量,?,, T f——摩擦系数, K——速度系数。 表4-1 速度系数 链条速度15以下 15-30 30-50 50-70 70-90 90-110 110-120 ,m/min, 速度系数 K 1.0 1.2 1.4 1.6 2.2 2.8 3.2 2.2.3 计算作用在链条上的张力 由于输送的方式不同～所以计算公式也各不一样～一般可按下列几种输送方式来进行张力计算。 ,1,推式输送机及刮板式输送机,水平输送, F=9.8,Mf+2.1qf,s 21 ,2,顶托式输送机及提式输送机,本铸锭机为顶托式, F=9.8,M+2.1q,fs 1 =9.8,Ms+2.1qs,f1 =9.8,1325+2.1×6970.26,×0.3 =46929.89N F每挂链条承受的张力为=23464.94N 2 以上各式中: F——链条的最大张力,N,, M——被输送物料在单位长度上的重量,?/m,, s——链轮中心距离, q——链条及其附件的单位长度的重量,?/m,, f1——链条与轨道间的摩擦系数, f2——物料与地板及侧板间的摩擦系数。 2.2.4 链条的选定 由第2.2.2节选用的链条是初步的～应按下列进一步验算后才能予以确定。 F?[F] 式中 [F]——链条的许用张力～或称许用拉伸载荷,N,～它等于 10 Q[F]= cn 315000 = N1，(5~7) =63000~45000N 式中 Q——链条的最小极限拉伸载荷,N,, c——载荷修正系数, n——安全系数。 另外～当采用以链条作为直接承载件时～还应验算链板的接触压力、销轴的剪切应力和弯曲应力。 表4-2 安全系数n 链条速度 ,20 ,30 ,40 ,50 ,60 ,70 ,m/min, 安全系数 n 5-7 6-9 7-10 8-13 9-15 10-17 由于F/2=23464.94N,[F]=63000~45000N 故链条符合要求 2.2.5 计算所需功率 ,1,水平输送及倾斜输送时 1.1FvP= (kw)60000 1.1，46929.89，1 = 60000 =0.86kw 通过上面的计算～再根据具体的输送要求～可以从下文的通过输送链 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 中所提供的各式各样的附件来选择能满足工作要求的式样。此外～也可以根据具体的使用条件对附件搞变型设计或专门设计～也可找有关的工矿企业代为设计。 2.2.6 其他注意事项 1,为了保证输送机能处于良好的使用状态～应安装张紧装臵～其最小调整长度=, ,轴间距离x0.02,+剩余长度。 ,2,链条与链轮应有三个以上的齿相啮合。 ,3,多根链条并列使用时～应注意链轮齿的相位一致～并且链轮尽量安装在同一轴上。 ,4,如果输送距离较长～同时又并列使用两根以上链条～并且对链条的节距精度要求又较高时～为了尽可能减少链条间的长度相对误差～应对链条进行选配。同时还应采用成对切齿的链轮～以保证链轮齿的相位一致。 11 2.3 米制长节距输送链 该链广泛应用于冶金、矿山、制糖、制酒、陶瓷、造纸、林业和汽车等行业。该产品的性能特点是同一链条的极限拉伸载荷对应有多种节距系列。滚子有普通滚子,S,、大滚子,D,和带轮缘大滚子,F,～销轴分为实心销轴和空心销轴两种。本铸锭机选用的链条为节距为P=250的带轮缘大滚子,F,型链条。 2.3.1 关于长节距米制输送链标准GB 8350-87的说明 ,1,该标准的链条节距值为米制整数,现行国内外众多的链条标准绝大多数采用英制,。 ,2,该标准的链条节距值为p=40-1000mm。节距的分档范围较多～节距的数值也较大～适用于较长距离的输送机。 ,3,该标准的每一个链号都包括有多种不同节距的链条可供选择,其中:M20、M28、M40、M56、M80、M315、M450、M630、M900均有七种节距～M112、M160、M224均有八种节距～MC28有五种节距～MC56、MC112、MC224均有六种节距,～而他们的承载能力是等同的～所以说～节距的大小并不完全反映链条的强度大小。 ,4,该标准的链条结构并不是完全是滚子链～还包括有套筒链～还有小滚子、大滚子、带边滚子和空心销轴等结构。 ,5,该标准的链长精度要求为0-+0.25%～比传动用滚子链和套筒链的链长精度要求0-+0.15%为低。当并列使用两根链条时～应选配链长偏差相近的。 6,该标准的链轮齿形,齿廓形状及轴向齿廓,的要求比传动用滚子链或套筒链, 的链轮要求为低。 ,7,该标准选用的一般步骤为:a,根据输送机的要求来选定链条的结构型式,是滚子链还是套筒链以及滚子的结构型式等等,,b,根据输送机的动力来计算所需要的强度～从而选择链条的极限拉伸载荷,c)根据输送条件来选定链条的节距值,d,选择必要的链条附件。 ,8,当环境工作条件有特殊要求时～可与制造厂协商后选用特种材质、结构和工艺等。 2.3.2 米制长节距输送链基本参数和尺寸 ?极限拉伸载荷Q=315KN ?滚子外径d1,max,=100mm ?销轴直径d2,max,=30mm ?套筒外径d3,max,=40mm ?链板高度h1,max,=75mm ?内链节内宽b1,max,=76mm 12 ?内链节外宽b2,max,=96mm ?外链节内宽b3,max,=98mm ?F型滚子边缘直径d4,max,=110mm ?F型滚子边缘宽度b4,max,=10mm 图4-1 米制长节距输送链 13 3 链传动的布臵、张紧、安装、润滑与维护 3.1 链传动的布臵 链传动一般应布臵在铅垂平面内～尽可能避免布臵在水平或倾斜平面内。如确有需要按后一种布臵设计～则应考虑加装托板或张紧轮等装臵～并且尽量设计成较紧凑的中心距。 链传动的布臵应考虑下列提出的一些布臵原则。 1,两链轮中心连线最好成水平～或与水平面成60?一下的倾角。紧边在上面较, 好。 ,2,两轮轴线不在同一水平面上～此时松边应布臵在下面～否则松边下垂量增大后～链条易与小链轮钩住。 ,3,两轮轴线在同一水平面上～松边应布臵在下面～否则松边下垂量增大后～松边会与紧边相碰。此外～需经常调整中心距。 ,4,两轮轴线在同一铅垂面内～此时下垂量集中在下端～所以要尽量避免这种垂直或接近垂直的布臵～否则会减少下面链轮的有效啮合齿数～降低传动能力。应采用:a,中心距可测,b,张紧装臵,c,上下两轮错开～使其轴线不在同一铅垂面内,d,尽可能将小链轮布臵在上方等措施。 ,5,为使两轮转向相反～应加装两个导向轮～且其中至少有一个是可以调整张紧的。紧边应布臵在两轮之间。 3.2 链传动的张紧 链传动应给予适当张紧。其张紧程度可利用测量松边垂度f的大小来表示。 合适的松边垂度推荐为 f=,0.01-0.02,a,mm, f?f?fminmax 30.00036a或 ,fcos,minKv f=3fmaxmin 式中 a——传动中心距,mm,, f——最小垂度,mm,, min f——最大垂度,mm,, max α——松边对水平面的倾角, 14 K——速度系数～当v=10m/s时～K=1.0,当v，10m/s时～K=1.0v。 vvv 对于重载、经常起动、制动和反动的链传动以及接近重直的链传动～其松边垂度应适当减少。 链传动的张紧可以采用下列方法: ,1,用调整中心距方法张紧 对于链子链传动～其中心距调整量可取为2p,对于齿形链传动～可取为1.5p～p为链条节距。 ,2,用缩短链长方法张紧 当传动没有张紧装臵而中心距又不可能调整时～可采用缩短链长,即拆去链节,的方法对因磨损而伸长的链条重新张紧。 ,3,用张紧装臵张紧 下列情况应增设张紧装臵。 ?两轴中心距较大,a,50p和脉动载荷下a,25p,, ?两轴中心距过小～松边在上面, ?两轴布臵使倾角α接近90?, ?需要严格控制张紧力, ?多链轮传动或反向传动, ?要求减少冲击振动～避免共振, ?需要增大链轮啮合包角, ?采用调整中心距或缩短链长的方法有困难。 链式输送机一般都有张紧装臵用来调节链条张力以保持良好工作状态～补偿因铰链磨损而引起的链条伸长～以及便于安装维修时将链条松开。 3.3 链传动的安装 链条与链轮在安装前应先进行一下盘啮检验～检查其啮合是否太紧或太松～以及时发现问题～进行更换。 链轮的安装应保证尽可能小的共面误差～这就要求a,各轴保持相互平行,b,各链轮保持在同一平面内～避免歪斜和跳动。一般应使两轮轮宽的中心平面轴向位移误差 0.20.6Δe?a～两链轮旋转平面间的夹角误差Δθ?rad。 100100 链条在链轮上安装时～对于小节距链条可把它的两个连接端都拉到链轮上～利用链轮齿槽来定位是很容易把连接链条轻轻插入的。 当安装大节距或多排链条时～可利用大型紧链器。 输送链的安装还应特别考虑下列各点～这是因为输送链常是两挂、三挂或多挂并列应用的: ,1,尽可能使安装到同一主机上的两挂或多挂输送链的长度相等。建议把链段先在地上展直～然后把各链段组,可按长度精度分 三组或四组,合理地搭配～并把它们 15 一段一段连接起来。 ,2,链条带有附件时,如刮板、横杆等,～各挂链条之间正确对位十分重要。若各挂链条长度不等或链轮对位不好～则工作时会由于各挂链条之间受载不均匀～而使其中一挂链条过度磨损。 ,3,各挂链条之间的正确搭配工作最好在制造厂内进行～即测出各链段长度～将长度按精度分组～将长度精度相同的那几段配成一组～标上相同的标号并捆在一起～然后发运给用户。 ,4,当运输链的附件不对称而又有几挂链条并列工作时～就需要注意左边和右边的正确配臵。 5,在使用几挂链条并列工作的输送装臵中～主动轴,头轴,上各链轮间相互位, 臵的找正是极为重要的。这些链轮在轴上必须同相位装配～轴上键槽应开在同一直线上。而从动轴,尾轴,上的各链轮～只有一个链轮用键与轴联结在一起～其余均活套在轴上。这样安装可以自动适应因各挂链条磨损不等而产生的尾轴上各链轮相对转动的不同步现象。 安装链条时还应注意有些止锁零件的安装方向与链条的运行方向相适应～以避免冲击、跳动～碰落时脱落。 3.4 链传动的润滑 链传动润滑方式如下: ,1,用刷子或油杯人工周期润滑:润滑油周期地加在链条松边的内外链板的间隙处每班,8h,加油一次。 ,2,滴油润滑:采用简单的外壳～用油杯滴油单排链每分钟滴油5-20滴～速度高时取大值。此铸锭机链传动的润滑采用该方法。 ,3,油浴润滑:采用密封的油箱～链条及链轮一部分浸入油中浸油深度为6-12mm～过浅则润滑不可靠～过深则油易发热变质～且搅油损失大。 ,4,飞溅润滑:采用密封的油箱～转动时～甩油盘将油飞溅起来～经箱体上的集油装臵～将油导流到链条上。甩油盘得圆周速度应大于3m/s以上。当链宽大于125mm时～应在链轮两侧都装甩油盘。链条不浸入油中～甩油盘浸油深度为12-25mm。 ,5,油泵压力喷油润滑:采用密封油箱～用油泵强制供油润滑并起到循环冷却作用。喷油嘴应布臵在链条与链轮的啮入处。喷油嘴的数目应比链条排数多一个～正好对准每列链板的间隙处。 链传动用润滑油润滑时～一般可根据工作环境温度和链条节距选用具体牌号润滑油。往链条上给油时应注意～必须把油给在内外链板的间隙中以及滚子两端～以便能使 16 油渗入到各摩擦表面之间。 链传动采用润滑油有困难时～例如在机器中使用滴油或油池有问题时～或周围环境恶劣、温度很高、泥浆尘土很多时～则可采用润滑脂或固体润滑剂。输送链由于链速较低～一般可采用润滑脂润滑。但当节距较小时～可采用粘度适当的润滑油润滑。 3.5 链传动的维护 实际使用中如能遵守几条相当简单的保养与维护原则～就可以节约费用～延长使用寿命～充分发挥链传动的工作能力。 ,1,传动的各个链轮应当保持良好的共面性～链条通道应保持畅通, ,2,链条松边垂度应保持适当, ,3,经常保持良好的润滑～如无必要～就尽可能不采用粘度较大的油或润滑脂～因为它们使用一段时间后易与尘土一起堵塞通往铰链摩擦表面的通路,间隙,, ,4,应定期将链条清洗去污～并经常检查润滑效果, ,5,在保养维修过程中～及时剔除已损坏的链节或换上新链节～对大规模的链条来说可延长使用寿命～在经济上也是和合算的。但如果换修次数过多～则表示整根链条的使用寿命即将到头～不如把整根链条换掉～免得主机停车时间过长～影响生产～在总的经济上不合算。 17 五 锌直线铸锭机机架的设计 1 机架结构概论 1.1 机架设计计算的准则和要求 1.1.1 机架设计的准则 ,1,工况要求 任何机架的设计首先必须保证机器的特定工作要求。例如～保证机架上安装的零部件能顺利运转～机架的外形或内部结构不致有阻碍运动件通过的突起,设臵执行某一工况所必须的平台,保证上下料的要求、人工操作的方便及安全等。 ,2,刚度要求 在必须保证特定外形条件下～对机架的主要要求是刚度。例如机床的零部件～床身的刚度则决定了机床的生产率和加工产品的精度,在齿轮减速器中～箱壳的刚度决定了齿轮的啮合性及运转性能。 ,3,强度要求 对于一般设备的机架～刚度达到要求～同时也能满足强度的要求。但对于重载设备的强度要求必须引起足够的重视。其准则是在机器运转中可能发生最大载荷情况下～机架上任何点的应力都不得大于允许应力。此外～还要满足疲劳强度的要求。 对于某些机器的机架尚需满足振动或抗振的要求。例如振动机械的机架,受冲击的机架,考虑地震影响的高架等。 ,4,稳定性要求 对于细长的或薄壁的受压结构及受弯-压结构存在失稳问题～某些板壳结构也存在失稳问题或局部失稳问题。失稳对结构会产生很大的破坏～设计是必须校核。 ,5,美观 目前对机器的要求不仅要能完成特定的工作～还要使外形美观。 ,6,其他 如散热的要求,防腐蚀及特定环境的要求,对于精密机械、仪表等热变形小的要求等。 1.1.2 机架设计一般要求 在满足机架设计准则的前提下～必须根据机架的不同用途和所处环境～考虑下列各项要求～并有所偏重。 ,1,机架的重量轻～材料选择合适～成本低。 18 ,2,结构合理～便于制造。 ,3,结构应使机架上的零部件安装、调试、修理和更换都方便。 ,4,结构设计合理～工艺性好～还应使机架本身的内应力小～由温度变化引起的变形应力小。 ,5,抗振性能好。 ,6,耐腐蚀～使机架结构在服务期限内尽量少修理。 ,7,有导轨的机架要求导轨面受力合理～耐磨性良好。 1.2 机架结构的选择 1.2.1 一般规则 根据前面的准则和要求～进行机架结构形式的选择仍是一个较复杂的过程。对结构形式、构件截面和结点构造等均需要结合具体的情况进行仔细的分析。对结构 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 进行技术经济比较。由于各种设备有不同的 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 和要求～制造统一的机架结构选择方法比较困难。但是～可以利用结构力学的知识提出下列一般的规则。这些规则是为了节约材料在选择结构形式时应遵守的一般规律。 ,1,结构的内力分布情况要与材料的性能相适应～以便发挥材料的优点。 ,2,结构的作用在于把载荷由施力点传到基础。载荷传递的路程愈短～结构使用的材料愈省。 ,3,结构的连续性可以降低内力～节省材料。 2 机架设计的一般规定 2.1 载荷 2.1.1载荷分类 作用在设备上设备上的载荷一般分为三类:基本载荷、附加载荷和特殊载荷。 ,1,基本载荷 基本载荷指始终和经常作在机架结构上的载荷。包括自重力P及设备运行时产生的G 动载荷P。自重力包括机架的自重力及其上机械设备、电气设备和附加装臵的重力。 d 一般计算中～计算载荷为基本载荷与动力系数K的乘积。动力系数的值见下表。 d Q=,P+P,×KGdd =,30820+82952.6,×1.5 =170659.0N 式中动载荷忽略不计～即P=0。 d 19 表5-1 动力系数K d 较小冲击、 一般冲击、 较大冲击、 强烈冲击、 一般振动 中等振动 单向强力振动 双向振动 1.1~1.25 1.25~1.5 1.5~2 2~3,4, ,2,附加载荷 附加载荷指设备在正常运行时机架受到的非经常作用的载荷。例如作用在机架上的最大工作风载荷、雪载荷～水采机在盐池中工作的波浪力～温度变化引起的热应力及制造工艺所产生的内力等。 ,3,特殊载荷 特殊载荷指设备处于非工作状态时机架可能受到的最大载荷或在工作状态下机架偶然受到的不利载荷。前者如机架受到的非工作状态下的风载荷等,后者如起重机在工作状态下机架受到的碰撞载荷等。本铸锭机可以不考虑此类载荷。 2.1.2 组合载荷 上面三类载荷按可能同时出现的情况进行组合～只考虑基本载荷组合者为组合?,考虑基本载荷与附加载荷组合者为组合?,考虑基本载荷与特殊载荷或三类载荷都组合者为组合?。每一类组合中列出若干种组合方式～计算时应根据具体的机种、工况和计算目的选择对所计算的机架最不利的组合方式。 对于移动的载荷～计算时必须使移动载荷处于对所计算结构或连接最不利的位臵。 该铸锭机采用组合?～只考虑基本载荷。 2.2 刚度要求 对设计机架来说～刚度要求更为重要。绝大多数设备都有各自的刚度要求规范～且各不相同。具体数值参见第3、4、5节。 下表为《钢结构设计规范》,GBJ17-1988,规定的受弯构件挠度的允许值。计算时可不考虑螺钉或铆钉引起的截面削弱。以计算载荷进行校核。本铸锭机机架是有轻轨轨道的工作平台梁～且轻轨的型号为15kg/m～故允许挠度l/400=980/400=2.45mm 20 表5-2 受弯构件的允许挠度 项次 构件类别 允许挠度 1 有轻轨,重量等于或小于24kg/m,轨道的工作平台梁 l/400 2 有重轨,重量等于或大于38kg/m,轨道的工作平台梁 l/600 3 墙架构件,支柱, l/400 4 楼盖和工作平台梁,主梁, l/400 注:l为受弯构件的跨度 又最大挠度 3Pl,y,,(为常数) maxEI =2.38mm,允许挠度2.45mm 式中 P——集中载荷～单位为N, l——梁的长度～单位为mm, E——弹性模量～单位为MPa, 4 I——截面惯性矩～单位为mm。 故刚度满足要求。 2.3 强度计算 一般机架通过挠度校核～则强度是不会有问题的。但为了设计选材方便～先都进行强度计算。 2.3.1 许用应力 ,,,/K pjp =160/1.2 =133.33MPa ,式中——许用应力, p ,,——基本许用应力,,查手册得=160MPa, jpjp K ——折减系数。,取K=1.1~1.2, 2.4 杆系机架结构的简化方法 机架结构计算的内容涉及到三个方面:把实际机架抽象为力学模型,对力学模型进 21 行力学分析和计算,把力学分析和计算结果用于机架的结构设计。 2.4.1 选取力学模型的原则 选定机架结构的力学模型时～一方面要反应结构的工作情况～使计算结果与实际情况足够接近,同时也要略去次要的细节～使计算工作得以简化。 实际机架结构往往比较复杂～各部分之间存在着多种多样的联系。如何对各种联系进行合理的简化～是确定结构力学模型的一个主要问题。为此需要分析联系的性质～并找出决定联系性质的主要因素。决定联系性质的主要因素是结构各部分刚度的比值～即结构各部分的相对刚度。 力学模型的选择～受到多种因素的影响。虽有一般规律可以遵循～但运用时要注意灵活性。影响力学模型的主要因素如下: ?结构的重要性 对重要的结构应采用比较精确的力学模型。 ?设计阶段 在初步设计阶段可使用粗糙的力学模型～在技术设计阶段再使用比较精确的力学模型。 ?计算问题的性质 一般来说～对结构作静力计算时～可使用比较复杂的力学模型,对结构作动力计算和稳定计算时～由于问题比较复杂～要使用比较简单的力学模型。 ?计算工具 使用的计算工具愈先进～采用的力学模型就可以愈精确。计算机的应用使许多复杂的力学模型得以采用。 此外～还应注意到～从实际结构得出合理的力学模型～这只是一个方面。另一方面～在选定力学模型之后～还应采取适当的构造措施～使所设计的结构体现出力学模型的要求。 2.4.2 支座的简化 计算中选用选用的支座简图必须与支座的实际构造和变形特点相符合。支座通常可简化为活动铰支座、固定铰支座、固定端铰支座三种。有时也简化为弹性支座。弹性支座所提供的反力与结构支承座相应的位移成正比。 2.4.3 结点的简化 计算中选用的结点简图要考虑结点的实际构造～通常将结点简化为铰结点和刚结点两种。 对实际结点进行简化时～一般都把用铆接连结钢构件的结点和连接木构件的结点简化为铰结点。至于焊接结点和螺栓连接的结点～就需按连结的具体方式进行简化～一般～把无加劲肋的焊接结点简化为铰结点～把有加劲肋的焊接结点简化为刚结点,把沿构件截面局部位臵用螺栓连结的结点简化为铰结点～此时螺栓主要起定位作用,把沿构件整体截面用螺栓连结的结点简化为刚结点～此时螺栓起刚性固结作用～但计算中为方便起见～也常化简为铰结点～这样～梁的内力加大了。 总之～结点简图是根据结点的受力状态而确定的。影响结点受力状态的因素主要有 22 两个:一个是结点的构造情况,另一个是结构的几何组成情况。凡是由于结点构造上的原因～或者由于几何组成上的原因～在结点处各杆的杆端弯矩较小而可以忽略时～都可以简化成铰结点。 2.4.4 构件的简化 杆件的截面尺寸,宽度、厚度,通常比杆件长度小的多～截面上的应力可根据截面的内力,弯矩、轴力、剪切力,来确定。因此～在计算简图中～杆件用轴线表示～杆件之间的连接区用结点表示～杆件用结点间的距离表示～而载荷的作用点也转移到轴线上。以上是构件简化的一般原则。下面再说明几个具体问题。 ,1,以直杆代替微弯或微折的杆件 ,2,以实体杆件代替格构式杆件 在比较复杂的结构中～常以实体的杆件代替格构式杆件～使计算简化。此使～杆件横截面的面积和惯性矩～应以相应长度上的当量值来代替。 ,3,杆件刚度的简化 结构中某一构件与其他构件相比～如果它的刚度大很多～则可把它的刚度设为无限大,反之～如果它的刚度小很多～则可把它的刚度设为零。采用这种假设～可使计算得到简化。 3 梁的设计与计算 机架结构的主要构件是梁。 3.1 梁的设计 3.1.1 纵梁的结构设计 纵梁形状一般中部断面较大～两端较小～与所受的弯矩达体适应。不用大型压制设备时～也可采用等断面纵梁。对于大断面的梁～可用钢板焊接、铆接或螺钉连接。本铸锭机得纵梁如图所示。该纵梁采用型号为,140×60×8,槽钢～槽钢长度为L=980mm。1由于要考虑其承重～故需要数量N=10。 1 3.1.2端梁的结构设计 当机架有两个纵梁时～需要用横梁或端梁将两个纵梁连在一起～构成一个完整的框架～以限制其变形～降低其应力或为总成提供悬臵点。由于与现有的技术相比～槽钢横梁的优点在于:,,,设计合理～结构简单～机械强度高～使用寿命长。,,,易于加工制造～加工成本较低。故本铸锭机采用槽钢作端梁。其采用型号为,140×60×8,槽钢～槽钢长度为L=12900mm～数量N=2。 22 纵横梁连接,节点,处～一般应力较高～应注意横梁连接方式的选择。当横梁同纵 23 梁翼缘连接时～可以提高纵梁的扭转刚度。 横梁与纵梁连接时多用铆接。螺栓连接装配不便～且较易松动。采用电弧焊接或点焊～可以减少纵横梁的孔数。采用塞焊～则较易实现装配自动化。 3.1.3 梁的局部稳定性 按强度计算～梁的腹板可取得很薄～以节约金属和减轻结构重量。但梁易失稳～常用筋板提高其局部稳定性。组合工字梁的翼缘受压时也可能失稳～因而规定其翼缘的伸出长度。 3.2 梁的计算 算以满足刚度要求为主。梁还须进行强度计算。 梁的计 3.2.1 梁的强度计算 梁的强度计算主要是考虑受弯时的正应力: 此处省略 NNNNNNNNNNNN字。如需要完整说明书和设计图纸等.请联系 扣扣:九七一九二零八零零 另提供全套机械毕业设计下载:该论文已经通过答辩 24 致 谢 时光匆匆如流水～转眼便是大学毕业时节。离校日期已日趋临近～毕业论文,说明书,的完成也随之进入尾声。从开始进入课题到毕业设计的顺利完成～一直都离不开老师、同学、朋友给我的热情帮助。在这里请接受我诚挚的谢意: 首先诚挚的感谢我的指导老师毛美娇。她在忙碌的教学工作中挤出时间来指导我～时时询问我的设计进展情况～并为我指点迷津～帮助我开拓研究思路～精心点拨、热忱鼓励。在她的悉心指导下～我的设计才得以顺利完成。对毛老师的感激之情是无法用言语来表达的。 本设计的顺利完成～也离不开朋友和同学的帮助。在我一度迷茫时～是同学们帮我走出了困境～他们不厌其烦的教我这～教我那,在我遇到问题时～是朋友和我一起讨论～帮我解决难题。谢谢你们:没有你们的帮助是没办法完成我的设计的。 最后我要感谢所有教育过我的老师:你们传授给我的专业知识是我不断成长的源泉～也是完成本设计的基础。衷心祝愿各位老师身体健康、工作顺利、生活幸福美满、一生平安: 25 参考文献 [1]唐谟堂.火法冶金设备[M].长沙:中南大学出版社～2002.10.1-339页. [2]《有色金属工程设计项目经理手册》编委会.有色金属工程设计项目经理手册[M].北京:化学工 业出版社～2002.10.1-861页. [3]吴宗泽～罗圣国.机械设计课程设计手册,第三版,[M].北京:高等教育出版社～2006.5.1-294 页. [4]哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学?,第六版,[M].北京:高等教育出版社～2002.8.1-391 页. [5]罗迎社.材料力学[M].武汉:武汉理工大学出版社～2007.7.1-321页. [6]姜勇～刘为亚.从零开始AUTOCAD2007中文版机械制图基础培训教程[M].北京:人民邮电出版社～ 2007.12.1-323页. [7]康克强.计算机绘图上机实验指导[M].长沙:湖南大学出版社～2006.8.1-100页. [8]周良德～朱泗芳.现代工程图学[M].长沙:湖南科学技术出版社～2000.6.1-566页. [9]濮良贵～纪名刚.机械设计,第八版,[M].北京:高等教育出版社～2006.5.1-424页. [10]张继东.机械设计常用公式速查手册[M].北京:机械工业出版社～2009.8.1-295页. [11]郑志峰.链传动设计与应用手册[M].北京:机械工业出版社～1992.10.1-378页. [12]徐帮学.最新链条设计制造工艺与链传动技术标准实用手册上、中卷[M].吉林:吉林音像出版社～ 2003.10.1-1026页. [13]成大先.机械设计手册.单行本.机械振动.机架设计[M].北京:化学工业出版社～2004.1.17-3 —18-159页. [14]机械设计手册编委会编著.机械设计手册第2卷[M].北京:机械工业出版社～2004.8.6-3—— 15-26页. [15]尹志强.机电一体化系统设计课程设计指导书[M].北京:机械工业出版社～2007.5.1-215页。 [16]吴宗泽.机械零件设计手册[M].北京:机械工业出版社～2003.11.1-875页. [17]严宏志～何攀～刘明.不同动静摩擦及载荷下铸型机链带动态稳定性研究[电子文献及载体类型 标识].长沙:中南大学机电工程学院～2009. [18]刘金华～胡均平.铅铸锭机链带爬行分析与防爬设计和防爬技术研究[电子文献及载体类型标识]. 长沙:湖南有色金属～2007.08.01. [19]徐灏.机械设计手册第二版第二、三卷[M].北京:机械工业出版社～2000.6.1-2898页 [20]蒋秀珍.机械学基础综合训练图册[M].北京:科学出版社～2002.1-123页. 26 附录 第五次国际会议振动工程与华中科技大学～武汉大学公关中国机械技术。2009年8月27-28日～ ? 2009华中科技大学科学技术出版社 关于频变软物质振动和声学耗散调查 沉闻、张小笛 软物质的力学研究所～工程力学系～河海大学 ,*电子邮件:chenwen@hhu.edu.cn, 振动和声波在介质中传播有损经典阻尼模型只适用于两个频率独立和频率平方依赖耗能特殊摘要: 情况。然而～许多实验和实地测量表明～在粘弹性软物质能量消耗～也称为复杂流体～权力服从法律的任意频率的依赖。近几十年来～很多努力是基于发展适当的模型来描述这种“反常“的衰减～例如～频域方法～自适应比例阻尼模型～多松弛模型～时间分数阶导数模型～萨博的时间卷积积分模型～修改萨博的模型～分数拉普拉斯波模型。所有这些模型是自然现象和不一定反映的物理机制的基本规律衰减专断的权力。在本调查研究中～我们将审查上述功法频变衰减模型～比较其优点和缺点～因此目前在这方面的研究和工程应用领域的前景。 关键词:电力法频率依赖损耗～振动～声学～柔软的材质～衰减～阻尼 一、导言 当声波穿过有损介质或阻尼振动发生时～输出能量绝不等于输入能量～因为总有能[1]量的热消耗。许多实验和现场测量表明～振动和声波的能量耗散服从频率依赖经验功法。 ,,(),x,,S(x，,x),S(x)e,,,,, ,1, 0 其中ω为角频率～S的压力～长Δx波传播距离～α,ω,的衰减系数～α和η可以任0意实非负常数～η的值范围从0到2～是一个特点参数的重大利益。水和许多金属有η= 2～即频率平方的依赖。然而～人们普遍注意到～不像理想固体和牛顿流体～粘弹性软 [2-4]物质η参数～往往是介于0和2～它们的能量消耗实数～因此也被称为“反常“衰减。例如～大多数生物材料和沉积物η是介于1和1.7。声学和振动衰减的粘弹性软物质～在许多工程领域发挥了重要作用～例如:机械工程～土木工程～航空工程等。因此, 最近几十年在这个领域的研究已经引起广泛的关注。 27 经典的时域阻尼振动模型可以只描述的两个频率独立和频率依赖平方衰减极端情 [5]况。例如～古典瑞利比例阻尼模型～这是常见的结构振动分析方法～是一个典型的粘性阻尼模型。它的阻尼系数是一个刚性和惯性权重的总和。这意味着～其能源消耗的广 [5]场上频特性和频率取决于独立的加权组合。如果刚度阻尼系数是独立的～瑞利模型退化为频率无关的衰减。另一方面～如果没有惯性来看～罗利模型描述一平方米的频率相关的耗散过程。结果发现～瑞利模型不能准确地表示任意的频率依赖现实世界的多数材 [10]料的阻尼行为。特别是～当从宽带激励源～对瑞利模型的精度一般是不可取的。 另一方面～对声波传播古典耗散粘滞模型也仅限于频率无关～频率平方依赖吸收。 [6]如果有损中应该是粘稠～波方程可以通过简单地增加给予非线性粘滞衰减任期如下中描述 2,S,S1, ,2, ，,,S222,t,tcc00 其中Δ表示拉普拉斯和C表示音速;γ为常数衰减系数。在这种情况下～声波衰减的频0 率无关。如果粘性力成的压力和密度本构关系介绍～我们可以得到经典热粘性波动方程 21,S,, ,3, ，(,,S),,S222,t,tcc00 [2,7]其中～μ是集体热粘性系数。黏性波动方程的热管通过与频率相关的平方衰减粘性液体声波。以同样的方式～等式 ,3,也可以考虑～描绘Voigt模型的频率依赖于粘弹性固体平方声衰减。 最近十年目睹越来越多的关注～发展为幂律频变衰减适当的模式。大部分研究工作 [8～9][10]都集中通过傅立叶变换频域方法。此外～Wojcik等。 提出了一种自适应比例阻尼模型～该模型可以方便地使用在工程领域。多放松模型提出假设材料具有多种弛豫时间[11～12]。此外～分数导数的时候已经使用了很宽的频率范围内成功模式在最少的粘弹性介 [1,13,14][2]质波的传播和容易获得的参数。萨博提出了因果时间回旋积分波动方程来描述有损美杜姆的反常声衰减。然而～由于不当的萨博超奇异的模型组成～它的数值解几乎是 [4]不可行的。陈和圣提出了积极的分数导数的强奇异纠正缺点～然后再进一步提出了修改萨博的波动方程。在萨博的模型和改进的萨博的模型只包括项目反映的衰减时间和能 [7]量消耗之间的相关性。为了考虑空间变量的影响～陈和圣提出了一个因果分数波动方程来描述拉普拉斯时空异常声衰减的过程。 然而～所有这些模型在本质上是现象学～不一定反映物理机制的功法的基本频率相关的衰减。没有模型是完美的软质材料中描述异常衰减～和物理机制在很大程度上仍然不清楚。在本调查研究中～我们会检讨上述各项功法频变衰减模型～并比较其优点和缺点～并在这方面的研究和工程应用领域的前景。 28 二、频域模型 考虑到电力法频率衰减的依赖～可以很方便地建立相应的频域模型。因此～大多数研究工作的方法与频域衰减模型发展的重点。大量的研究～通过分析大量的功法与频率 [8,15]有关的衰减复杂的波数k,ω,的系数开发频变衰减模型 ,,k,(),,,()，,i,(),，i,(,),,,,, ,4, 0c(), ω为角频率～C级,ω,的相速度～虚部α,ω,是真正的衰减系数和部分β,ω,表示分散。对于服从幂律声～0<η<2的频率依赖性衰减～克莱默-克朗尼希色散关系必须 [8 ～考虑～以确保声音的波动模型的因果关系～导致的衰减系数和相速度色散相互依存15,16]。出于这个原因～分散项目β,ω,是由衰减系数α与克莱默-克朗尼希积分关系,ω,。此外～Paley - Wiener定理指出～衰减,ω,的系数α～必须符合下列要求～是正方形 [15～16]为确保因果关系积。 ,,,()d,, ,5, ,2,,,1，, 然而～η>1的频率依赖性衰减违反佩利～维纳的条件～从而克莱默-克朗尼希关系不能 [15～16]就业为这些种中。 [2,15]萨博建立了0<η<2例时域的因果关系～并提出了相对分散β',ω,～其中β,ω,=ω/c+β',ω,和C为音速。这是有关权力下低频衰减依赖所谓的渺小逼近。00 如果η等于0或2～即频率无关或频率平方的依赖～ β ′ (ω) ? 0 ,6, [8～15～16]没有分散发生在这两个极端情况。但是～据了解～声波的耗散功率的舱单0和2之间的频率依赖性衰减必须分散～以免违反因果关系。对于η是一个奇数～ 2, ,7, ,'(,),,,,(ln,，G)0, 其中G是一个常数设臵为零。当η为非整～ ,,1,',(),,,,,/cos[(,，1),/2] ,8, 0 [16]此外～值域等。 推导同为中型的增减服从幂律频变衰减法克莱默-克朗尼希色散关系。有了这项技术～克莱默-克朗尼希关系也可以形成为1例无因果关系的违反η>。 29 [16]此外～水域等。 也延长了克莱默-克朗尼希分散至2<η<3例。然而～大多数时候～ [2～3]发现η指数在0和2 。 [9]此外～金特尔提出了频率分析另一种衰减模型来描述宽带频率功法的吸收～通常发生在软组织中。他没有直接引入复杂的波数的虚部异常衰减的项目～而是采取逆拉普拉斯变换表达出权力的法律频率依赖与时域序列衰减。 [8,9]大多数分析和声波的传播和振动的研究工作进行了频域～我们可以很容易地建立 [7-9]与频域方法的现象学衰减模型。但频域方法只能有效的线性问题～也是计算昂贵。此外～逆傅里叶变换数值计算～是难以实现的非分析功能健全的准确性～也造成信息丢失 [17][17]的物理。此外～频域模型是不恰当的处理瞬态波传播。据悉～实部和虚部复杂的波 [15,16]数～是不是因为相互独立的因果关系。这会导致平衡的因果关系和这种有损波模型精度的麻烦。 三、自适应比例阻尼模型 虽然频域方法是建立有效的衰减模型和准确的方法～这种方法需要一个复杂的过程～是很难对付的瞬态波的传播。此外～时域模型有许多复杂的表达式或包含许多参数 [9]的材料。开发一个简单的功法时间频率依赖衰减～Wojcik等领域模型。 将经典的瑞利阻尼模型小数频率依赖性衰减～因此提出了自适应比例阻尼模型。正如在瑞利模式～这种模式也刚度和质量成正比粘性阻尼模型～同时考虑作为一个不断衰减的刚性和惯性系数的线性组合。自适应比例阻尼模型表明通过选择适当的刚性和惯性参数的线性组合 [9]与频率相关的反射能力衰减规律的实验数据充分适合。 [9]与频域模型和其他时域模式～不同比例阻尼的自适应模型非常容易使用～因为在工程和配套的简单形态的实验数据。然而～这种模式没有得到很好的执行中的振动波的 [4]传播和宽带激励描述。 四、多松弛模型 观察到异常衰减的粘弹性材料的范围广泛的频率超过十年。对于频域的方法～他们没有考虑到粘弹性本构模型中考虑～只是考虑到现象学的频域衰减系数。因此～频域模型无法发出来的宏观力学意义上的异常声音衰减的解释。自适应比例阻尼模型还不能反映幕后的力学原理。 从本质上讲～波传播和振动是受到激励中的动态响应。他们的行为在很大程度上取决于衰减由粘弹性本构模型表征的物理机制。此外～是异常声音和振动衰减的主要原因 [1,11,12]在有些情况下很大～放松的功法和分数频率依赖介质阻尼。因此～多松弛波模型是通过采用经典的粘弹性本构关系的功法来表示频率相关的衰减发展。经典的模型描述 30 相结合～春～串联或并联组成部分粘性材料的粘弹性特性。与实验数据更好地匹配～可达到增加弹簧和阻尼器的元件数量。 虽然多松弛模型已经开发和测试具有一定的成功～某些情况下～同意放宽～主要由材料为主的衰减好～这是不可避免的引入了不少模糊参数～它们大多是从实验测量不可 [4,11,12]用～也使很高的计算成本。此外～尽管与不少经典粘弹性模型参数足以预测宏观力 [3]学行为～该模型可能不是唯一的～并受到理论解释不清～不能超过目前的频率十年有效的衰减模型。从力学的角度来看～经典的粘弹性模型～相应的波兹曼遗传与一个指数函数和内核的积分模型。这种类型的模型不能准确描述粘弹性材料的功法放松～只是表 [1～13～14]现的离散松弛时间谱不同意在实验数据说明的连续光谱。此外～古典粘弹性模型不能很好地描绘了阻尼材料的频率依赖性。 五、分数导数模型 最后的分数导数卷积积分～可以用来描述内存力学过程。近几十年来～看到了一个分数次微积分理论及其应用的快速发展。如今～分数导数被认为是一个功能强大的建模 [1,13,14,18]方法在波的传播损耗的功法中和振动。粘弹性的分数导数模型的构建与分数导数代的经典粘弹性阻尼粘性阻尼器的模型。从古典型号不同～分数导数模型吻合较好～拥 [1～13～14]有广泛的频率范围和容易获得最少的参数的实验数据。同时～分数导数模型等于 [19]波兹曼遗传与Mittag - Leffler函数核积分模型显示了功法放松。和分数导数模型 [13～14][18～20]也体现了连续松弛时间谱。此外～巴格和Torvik证实～该分数导数模型是几乎相同的粘弹性本构模型劳斯的分子理论基础。由于这些优势～衰减地段集中在建立有损波动方程的分数导数粘弹性本构模型。 [21]此外～Mainardi提出通过引入到无阻尼波动方程的时间分数阶导数之间的反常扩散和功率耗散波的传播规律～构建了波动方程的连接～称为波扩散方程。 ,,,S/,t,D,S (9) 当1<α<2～等式,9,分数有损波模式～当0<α<1～这个方程的分数阶反常扩散方程。 [22～23]但是时间这种分数波动方程中不考虑材料的力学性能。巴格利和Torvik提出换上了分数导数一粘性阻尼力的一个分数的振动方程。 ,, ,10, mx，,dx/dt，kx,f(t) 其中m是质量～粘性系数γ表示～k为弹性模量～F的外力～x表示振荡器的位移。 但是～分数导数包括卷积积分的数值求解中生成分数导数方程计算成本和昂贵的大 [19]内存的要求。分数导数和微分方程的数值方法还不成熟。此外～它指出～时间不能保 [4]证分数导数的积极性。 31 六、萨博的波动方程 [2]基于傅立叶变换和所谓的渺小逼近～萨博通过比较得出近似的频域波动方程和热粘频域波动方程和方程的一个电磁波频率依照法律规定行使相关项目的一般性衰减频域波动方程。在考虑因果关系～他提出的时间卷积积分衰减下列项目时域波动方程 21,S2,0 (11) ，L(S),,Sy22,tcc00 其中 ,,,,S/t0, ,t,,,,,，，2(2)cos[(1)/2]S() ,,Ly(S)d,0,,,2，,，,2,0,(t),,,33,,,,S/t2,, 不像多个松弛模型～时域卷积的萨博积分模型刚刚几个材料参数和其衰减项服从幂 [2,4]律频频域的依赖～甚至对宽带脉冲。此外～时域萨博的波动方程消除了频域模型与瞬态波的传播方面的劣势。不过～萨博的波动方程包括超奇异积分不当导致故障的数值计[4]算。 七、改性萨博的波动方程 由于不当的萨博超奇异的波模型组成～它的数值解是不是一个简单的任务。陈和圣[4][19][2]观察分数导数模型之间的相似性和细微差别和萨博模型耗散声波传播。然后在 [4]Caputo分数阶导数的概念为基础～陈和圣提出了积极的分数微分纠正了原萨博模型强奇异的缺点～并提出了修改萨博的波动方程 ,，12,S,S12,0 ,12, ，,,S22,，1,tcc,t00 [4]其中η(0 <η< 2)是最重要的积极的分数阶导数,积极的分数阶导数 定义为 ,t,1S'(),,,,d0,1,,,,0,,,dS(t),,q()(t), ,13, ,,t,1S''()dt,d,1,,,2,,1,0,,,(1)q()(t),,,,, 其中常数Q是给予 32 ,,q(), 2,,(，1)cos[(,，1),/2] 不同的是傅立叶变换的分数导数卡普托,iω,诗～正分数导数具有积极表达|ω| PS [4]的傅立叶域和同意与功法频率依赖性。因此～积极的分数导数可以用来描述的反常声衰减。 通过引入积极的分数导数～修改后的萨博的波动方程简化了超奇异不当萨博的波动 [4]方程积分。然而～衍生工具是一种积极的分数卷积运算符。正如先前提到的分数导数方程～计算修改后萨博的波动方程计算成本也很昂贵。 八、分数拉普拉斯波动方程 在所有上述提到的模型～声衰减的时空过程简化为一个时间过程和时间的假设下衍 [7][2][4]生形容的衰减项是相对小～如萨博的波浪模型～和修改萨博的波模型。时间仅衰减模型只考虑时间和精力消耗之间的相关性。但能源消耗～不仅是时间依赖的过程～它也 [7]对空间而定。这是唯一可行的替代～如果两行相反的声波相互作用可以忽略～热粘性 [24]相对小。过了一段时间的分数导数波模型考虑到时间和空间的能量损耗的依赖～但标准时间分数导数不保证积极性。和多松弛模型有太多的材料参数。 [7]构建时空异常的积极性和更少的参数～陈和圣声衰减模型引入了分数拉普拉斯描绘功率衰减声波频率相关法律～并提出了波动方程的因果分数拉普拉斯 21,S2,,,2,0 (14) ,S,，(,,)S21,,2,t,tcc00 这里的分数是指下列拉普拉斯 ,,,,d,，,f[(2)/2](),/2 ,15, ,,fx,d,()(),，d2,,,(2,)/22,,,,,,,2[(2)/2],x, 因为空间分数导数仍然是一个比较新的数学概念～应用到一些力学～只是在最近几年物理问题～空间的分数导数方程组的数值方法是远未成熟。现在的数值离散只能处理一维问题。 九、结论 本文对分数幂与频率相关性的线性声学和振动衰减模式的初步调查～不涉及横波衰减和非线性波模型的异常。近几十年来～在岩石和土壤线性频率地震波的传播衰减依赖 [25][25]大量吸引关注。 Carcione等。 相结合的常数Q模型波扩散方程～提出一个时间分 [7,26]数阶导数方程的地震波。而布莱克斯托克提出和证实了构建公正与代在相应的线性 33 模型与项目之一的衰减异常衰减非线性波动方程的简单方法。使用这种方法的时域衰减 [2～7]。 模型可以很容易地推广到非线性波模型 声波的能量耗散和振动的研究有悠久的历史。虽然许多方法和模型已经被开发出来～该功法的频率依赖性衰减的物理机制在很大程度上仍不清楚。本文件中的所有模型都有其各自的调查和优势～缺点均属现象学。进一步的工作应集中在异常衰减的介观物理解释。 34 参考文献 1. L. Gaul, Mechanical Systems and Signal Processing, 13(1), 1-30 (1999). 2. T. L. Szabo, J. Acoust. Soc. Amer., 96(1), 491-500 (1994). 3. T. L. Szabo and J. Wu, J. Acoust. Soc. Amer., 107(5), 2437-2446 (2000). 4. W. Chen and S. Holm, J. Acoust. Soc. Amer., 114(5), 2570-2574 (2003). 5. S. Adhikari, “Damping Models for Structural Vibration”, Ph.D. Thesis, Cambridge University, 2000. 6. H. L. Zhang, Theoretical Acoustics, Beijing: Higher Education Press, 2007. 7. W. Chen and S. Holm, J. Acoust. Soc. Amer., 115(4), 1424-1430 (2003). 8. M. Wismer and R. Ludwig, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control, 42(6), 1040-1049 (1995). 9. S. Ginter, Ultrasonics, 37, 693-696 (2000). 10. G. Wojcik et al., 1995 IEEE Ultrasonics Symposium Proceedings, 1995, pp. 1617-1622. 11. A. Nachman et al., J. Acoust. Soc. Am., 88 (3), 1584-1595 (1990). 12. X. Yuan et al., IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control, 46(1), 14-23 (1999). 13. M. Enelund and P. Olsson, International Journal of Solids and Structures, 36, 939-970 (1999). 14. K. Adolfsson et al., Mechanics of Time-Dependent Materials, 9, 15-34 (2005). 15. T. L. Szabo, J. Acoust. Soc. Amer., 97(1), 14-24 (1994). 16. K. R. Waters et al., J. Acoust. Soc. Amer., 108(2), 556-563 (2000). 17. Z. E. A. Fellah et al., Acta Acustica United with Acustica, 88, 34-39 (2002). 18. R. Bagley, AIAA Journal, 27(10), 1412-1417 (1989). 19. I. Podlubny, Fractional differential equations. San Diego and London: Academic Press, 1999. 20. M. Alcoutlabi and J.J. Martinez-Vega, Polymer, 44, 7199–7208 (2003). 21. F. Mainardi, Chaos, Solitons and Fractals, 7(9), 1461-1477 (1996). 22. P. J. Torvik and R. L. Bagley, J. Appl. Mech., 51, 294–298 (1984). 23. S. S. Ray and R. K. Bera, Applied Mathematics and Computation, 168, 398–410 (2005). 24. M. Ochmann and S. Makarov. J. Acoust. Soc. Amer., 94(6), 3392-3399 (1993). 25. J. Carcione et al., Pure appl. geophys., 159, 1719-1736 (2002). 26. D. T. Blackstock, J. Acoust. Soc. Amer, 77(6), 2050-2053 (1985). 35 36 37 38 39 40 41 42