卧式离心铸造机的设计【全套CAD图纸+毕业论文答辩资料】

需要购买对应 纸  咨询 14951605 买对应的 纸  14951605 或 1304139763 摘  要  离心铸造主要 用于大批生产铁管、铜套、发动机缸套、双金属钢背铜套、造纸机滚筒， 在生产铸件的各种方法中离心铸造方法将仅次于砂型的铸造方法，具有举足轻重的地位。  本次设计首先，调查了 离心铸 机 的研究及发展现况 并对工作原理进行分析 ；接着，在此分析基础上提出了总体结构方案 及各功能构件方案 ；然后，对各主要零件 及金属型 进行设计；最后，绘制了本 卧式 离心铸造 机 的装配图和主要零件图。  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 软件，对今后的工作与生活具有极大意义。  关键词： 卧式；离心；铸造；设计  需要购买对应 纸  咨询 14951605 买对应的 纸  14951605 或 1304139763 is in of of be to of of of on of of of of of we of of be to  of 要购买对应 纸  咨询 14951605 买对应的 纸  14951605 或 1304139763 目  录  摘  要  . I . 一章  绪论  . 1 题背景及意义  . 1 心铸造概述  . 1 心铸造的定义、原理及特点  . 1 心铸造机的分类与应用  . 1 心铸造机的国内外发展现状  . 3 第二章  总体方案设计与工艺参数选择  . 4 计要求  . 4 案设计  . 4 体方案  . 4 缸结构方案  . 4 速装置设计  . 5 艺参数选择  . 5 炼炉的选择  . 5 心机转速的确定  . 5 注温度  . 6 注速度  . 6 型转动时间  . 6 理分析  . 6 第三章  动力与传动机构设计  . 9 动机的选择  . 9 轴器的选择  . 9 定联轴器的计算转矩  . 9 定联轴器的型号及尺寸  . 10 承的选择  . 10 动 齿轮的设计  . 11 精度等级、材料和齿数  . 11 齿面接触疲劳强度设计  . 11 齿根弯曲强度设计  . 13 何尺寸计算  . 14 的设计  . 15 需要购买对应 纸  咨询 14951605 买对应的 纸  14951605 或 1304139763 的尺寸确定  . 15 的校核  . 16 的选取和校核  . 18 的选取  . 18 的校核  . 19 第四章  金属型设计  . 20 心铸造常用铸型  . 20 属型的结构设计  . 20 属型参数的计算  . 21 套设计  . 21 盖的设计  . 21 板的设计  . 21 属型转速的计算  . 21 总  结  . 24 参考文献  . 25 致  谢  . 26 需要购买对应 纸  咨询 14951605 买对应的 纸  14951605 或 1304139763 第一章  绪论  题背景及意义  离心铸造是一种既传统、又现代的铸造方法。我国铸件的年产量在 1500 万吨左右，而其中约有 220 万吨是用离心铸 造方法生产的，占 15。其中球墨铸铁管 125万吨，灰铸铁管 50 万吨，内燃机缸套 35 万吨，各种轧辊 5 万吨 。随着人民生活水平的提高，国家在城镇化建设、西气东输等项目上我大力投资，以及汽车作为支柱产业的兴起，预计到 2020 年，用离心铸造生产的铸件，每年可达到 500 万吨以上。不言而喻，在生产铸件的各种方法中离心铸造方法将仅次于砂型的铸造方法，具有举足轻重的地位。  离心铸造主要用于大批生产铁管、铜套、发动机缸套、双金属钢背铜套、造纸机滚筒。生产效益显著的有双金属铸铁轧辊，加热炉底耐热钢辊道、无缝钢管毛坯，刹车鼓、活塞 环毛坯、铜合金涡轮毛坯等。通过本次课题设计出性能更优良的离心铸造机满足工业 发展 需求。  心铸造概述  心铸造的定义 、 原理 及特点  离心铸造是将金属液浇入旋转的铸型里，在离心力的作用下充型并凝固成铸件的一种铸造方法。离心铸造用的机器称为离心铸造机。  根据力学中的惯性，处于旋转状态下的金属液质点相应的产生了离心力，所以金属液在离心力的作用下凝固成形是离心铸造的一大特点。  由于离心铸造时 ， 液体金属是在旋转情况下充填铸型并进行凝固 的， 因而离心铸造便具有下述的一些特点 ：  （ 1）液体金属能在铸型中形成中 空的圆柱形自由表面，这样便可不用型芯就能铸出中空的铸件，大大简化了套筒，管类铸件的生产过程；  （ 2）由于旋转时液体金属所产生的离心力作用，离心铸造工艺可提高金属充镇铸型的能力，因此一些流动性较差的合金和薄壁铸件都可用离心铸造法生产；  （ 3）由于离心力的作用，改善了补缩条件，气体和非金属夹杂也易于自液体金属中排出，因此离心铸件的组织较致密，缩孔（缩松）、气孔、夹杂等缺陷较少；  （ 4）消除或大大节省浇注系统和冒口方面的金属消耗；  （ 5）铸件易产生偏析，铸件内表面较粗糙。内表面尺寸不易控制。  心铸造机 的分类与应用  近年来，离心铸造机发展很快，类型日益增多，因而分类方法也很多。  需要购买对应 纸  咨询 14951605 买对应的 纸  14951605 或 1304139763 根据铸型旋转轴在空间位置的不同，常用的离心机分为：  （ 1） 立式离心铸造机  立式离心铸造的铸型是绕垂直轴旋转的，如图 1示，在这种机器上的铸造过程称为立式离心铸造。它主要用于生产高度小于直径的圆环类铸件。由于在这种机器上安装及稳固铸型比较方便，因此，不仅可以采用金属型，也可采用砂型，熔模型壳等非金属型。  图 1式离心铸造示意图  1234537（ 2） 卧式离心铸造机  卧式离心铸造机的铸型是绕水平轴旋转的，如图 1示，在这种机器上的铸造过程成为卧式离心铸造。它主要用来生产长度大于直径的套筒类或管类铸件。  图 1式离心铸造示意图  123453其中，卧式离心铸造又可以分为： 1，悬臂卧式离心铸造； 2，在滚筒式离心铸造机上的卧式离心铸造； 3，水冷金属离心铸管。  立式离心铸造可分为： 1，圆环形铸件的立式离心铸造； 2，成形铸件的立式离心需要购买对应 纸  咨询 14951605 买对应的 纸  14951605 或 1304139763 铸造。  心铸造机的国内外发展现状  离心铸造发展至今已有几十年的历史，第一个专利是 1809 年 由英国人 到上世纪初才逐步推广于工业生产。我国 30 年代开始采用于生产铸铁管。现在离心铸造已经是一种应用广泛的铸造方法，常用于生产铸管，铜套，缸套，双金属钢背铜套等。对于像双金属轧锟，加热炉滚道，造纸及干燥滚筒及异型铸件（如叶轮）等，采用离心铸造也十分有效。目前已有高度机械化，自动化的离心铸造机，有年产量达数十万吨的机械化离心铸管厂。  在离心铸造中，铸造合金的种类几乎不受限制。对于中空铸件，其内径最小为8最大为 3000件长度最大为 8000量最小为几克（金属牙），最大可达几十吨。  1809 年，英国人埃尔恰尔特申请了有关卧式离心铸造和立式离心铸造的第一个专利。  1849 年，英国人安德鲁逊克制作出第一台离心铸管机，而后生产了长达 径为 75离心铸铁管。  1857 年德国人汉内贝士麦提出用立式离心铸造生产轮圈。  1862 年英国人惠尔利和鲍韦尔制作出了铸造轮圈的立式离心铸造机。  1910 年德国人奥托勃里代发明用移动浇注槽生产金属型离心铸管的方法。  1914 年巴西人代拉夫得和阿伦斯研究水冷型离心铸管法成功。 1917 年美国人莫尔创造了砂型离心铸管法， 1920 年开 始用于大量生产。  1950 年在瑞典开始用涂料金属型离心铸造法生产主要用于下水道的小口径铁管。  50 年代美国离心铸管公司建立了树脂砂型离心铸管法。  30 年代以后离心铸造法逐步推广应用于生产汽缸套、炮身、鼓轮等铸件。  在 20 世纪 40 年代出现了用离心铸造法生产双金属复合冶金轧辊的工艺。  需要购买对应 纸  咨询 14951605 买对应的 纸  14951605 或 1304139763 第二章  总体方案 设计 与工艺 参数选择  计要求  离心铸造是将液体金属浇入旋转的铸 型中，使液体金属在离心力作用下充填铸型和凝固成型的一种铸造方法，卧式离心铸造机是离心铸造的主要设备之一，本次设计要求设计 卧式离心 铸造机 ，并且满足如下功能，其结构简图如图 2 1）离心机内缸要求能够改变大小；（ 2）离心机轴承装置要求有三种变速。  图 2式 离心铸造机 结构简图  案设计  体方案  总体结构方案按照设计要求，结构方案简图如图 2该 卧式离心铸造机 包含 电动机、联轴器、 传动轴、 变速装置、 金属型安装架、金属型、浇注槽等。  缸结构方案  根据设计要求 （ 1）离心机内缸要求能够改变大小，采用六个活动卡盘固定 金属型 ，活动卡盘与 金属型安装架 通过螺栓连接，结构如下图 2示，通过移动 活动卡盘 调节 离心 机内缸 直径大小。  图 2缸 结构简图  需要购买对应 纸  咨询 14951605 买对应的 纸  14951605 或 1304139763 速装置 设计  根据设计要求 （ 2）离心机轴承装置要求有三种变速，如果采用三种不同的变速轴承，就需要三种不同转速的电机与之匹配，并且在速度切换时需要更换电机和变速轴承；本次设计为了实现快速变速中间的变速轴承采用三级变速箱的结构，如下图2示 . 图 2速装置结构简图  艺 参数选择  炼炉的选择  熔炼炉的选择如表 2 表 2炼设备一览 6 序号  名称  功率（  最大容量（ T）  形式  1 2 3 电弧炉  中频炉  焦 炭坩埚炉  100 250 式  立式  立式  根据 金属型 的尺寸选择 1 号电弧炉。利用电弧热效应熔炼金属和其他物料的电炉叫电弧炉，电弧炉用于熔炼普通钢、优质碳素钢及各种合金钢、不锈钢。  心机转速的确定  离心机转速直接影响铸件质量，转速过低使铸件内圆产生金属堆积，合金液中的氧化夹杂物不易离出，铸件产生类渣 ； 转速过高铸件容易产生偏析 。 通常我们用 如下经验方法来确定 ， 见表 2示。  需要购买对应 纸  咨询 14951605 买对应的 纸  14951605 或 1304139763 表 2心机转速表  形式  直径（  转速（ r/ 卧式  50 100 100 200 200 400 400 600 800 1300 950 1100 750 950 600 750 立式  600 800 800 1100 600 700 500 600 本次设计的离心机有三种转速， 选取转速 范围为 5001000r/ 注温度  浇注温度是保证合格铸件的主要参数之一。本次设计为管状零件，金属液充型时遇到阻力较小，又有离心压力或离心力加强金属液的充型性，故离心铸造是的浇注温度可比重力浇注低 5 10 。浇注温度过高铸件外圆容易产生气孔，浇口部位将产生缩孔。浇注 温度过低铸件外圆产生冷隔、皱皮，铸件内部产生夹层、壁厚不均、内圆堆积金属等缺陷。 45 钢的熔化温度 1460 1467 ，出钢温度 1560 1580 ，浇注温度 1500 1550 。  注速度  离心机因采用金属型 金属型 ，冷却速度较快，采用快速浇注能获得优质铸件。由零件参数得质量为  202 据表 2取包孔直径 30 表 2液浇注重量速度平均值  包孔直径  浇注重量速度  备注  30 35 40 45 50 10 20 27 42 55 包孔直径 :浇注重量速度 :kg/s 型转动时间  当金属液注入金属模后，要有足够的时间使液态金属转变为固态金属，整个转变过程是在离心机旋转过程中进行的，不可以停机。若是过早停机，铸件将会产生凸瘤和不圆现象。最简单的办法是观察铸件颜色，呈暗红色时停机、取件。一般转动时间取 10s。  理分析  需要购买对应 纸  咨询 14951605 买对应的 纸  14951605 或 1304139763 （ 1） 离心力  作用在旋转体上的离心力与旋转半径成正比，与角速度的平方成正比：               （ 2 如旋转速度以 r/单位，则  30/n           （ 2 201.0            （ 2 n 为金属液质点的旋转速度（ r/ r 液体金属任意点的旋转半径（  g 重力加速度  m 金属液质点的质量（  （ 2） 离心力场  在旋转液体所占空间中，每一质点都受到离心力 的作用，因此，可把这一空间称为离心力场。其中 为离心力加速度，方向远离旋转中心。  （ 3） 有效重度  离心力场中单位体积液体金属的质量就是它的密度 )/( 3，这部分液体金属产生的离心力成为有效重度 ' 22   )m/N( 3 。  式中： 金属的重度 )m/N( 3  该式表 明旋转金属液的有效重度比在重力场中的重度大 倍。  （ 4） 离心压力  离心铸造时，液体金属内部的重力场与铸件壁上的重力场一样，也会受到液体金属的压力作用，这种压力称为离心压力。离心压力的大小及分布情况由其本身的特点决定，现介绍如下：  图 2示为截取卧式离心铸型中液体金属的横断面，其外径为 R ，内径为 0r ,旋转速度为 ，现在旋转的液体金属中 取一微小单元，其旋转半径为 r ,厚度为  外边边长为 内边边长为 2/,故微小单元的平均宽度为 2/( ，如该单元在轴向上的长度为 则该单元的质量 2/( ，质量中心处于旋转半径为 )2/(  的圆弧上，因此，这一微小单元所受的离心力为 )2/( ，这一离心力作用在为小单元旋转半径 r 处的液体金属面处，该面的面积为 所需要购买对应 纸  咨询 14951605 买对应的 纸  14951605 或 1304139763 以，有微小单元所受离心力引起的离心压力为：  Rd -4 d a d zd a d r d ()2( 222    （ 2 式  2 ，故可把 2/略不计，则式 2为：                    （ 2 对于 2，取 0r 至 r 处的定积分，得：   rr 2              （ 2 对式 2 0 、 r 各为自由表面和 r 处的离心压力。所以，  )(2)(2 20222022         （ 2 式中     r 液体金属的重度  g 重力加速度  由式 2知，卧式离心铸造时，液体金属中的等压面是以旋转轴为轴线的圆柱面，旋转半径不同时，离心压力值也不同，从自由表面 0r 处起至外径 r 处，压力变化成抛物线规律分布，在 R 处为最大，即：  )(2 2022 r                   （ 2  就是旋转中液体金属对旋转型壁作用的离心力  需要购买对应 纸  咨询 14951605 买对应的 纸  14951605 或 1304139763 第三章  动力与传动机构设计  动机的选择  带动铸型旋转的电动机以在启动铸型，克服铸型惯性达一定转速时所需的功率为最大，所以离心铸造机上电动机应按启动时所需功率进行选择：  N= 22 ()366000 n k 式中：  22()366000    m）  n k   般取 0.8 秒 ,一般取 4 8 秒 . 计算如下 : 铸型 227 . 2 * 1 0 0 0 * * ( 0 . 2 7 8 0 . 2 5 8 ) * 2 . 2 1 5 3 5 . 6    225 3 5 . 6 * 0 . 5 5 6 * 5 2 7 . 8 1 . 1* 2 1 . 63 6 6 0 0 0 * 8 0 . 8 选择电动机为 180M,1500r/率为 22轴器的选择  联轴器 10是用来联接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。在高速重载的动力传动中，有些联轴器还有缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用。联轴器由两半部分组成，分别与主动轴和从动轴联接。一般动力机大都借助于联轴器与工作机相联接。  对于已标准化和系列化的联轴器，选择合适类型后，可按转矩、轴直径和转速等确定联轴器的型号和结构尺寸。  定联轴器的计算转矩  运转过程中，可能出现动载荷及过载荷等现象，所以，应取轴上的最大的最大转速作为计算转矩。如最大转矩不能精确求得时，可按 下 式 计算 。  需要购买对应 纸  咨询 14951605 买对应的 纸  14951605 或 1304139763  550式中  型机械故选 = 确定联轴器的型号及尺寸  根据计算转矩、轴直径和转速等，由下面的条件，从有关手册中选取联轴器的型号和结构尺寸。  T n式中  T r/ r/ 多数情况下，每一型号联轴器适用的轴的直径均由  一个范围。标准中已给出轴直径的最大与最小值，或者给出适用转矩范围。  名义转矩  T=9550算转矩  用固定式凸缘式联轴器，4428 62251 许用扭矩  用转速  9500 r/缘式联轴器特点特点：构造简单，成 本低，可传递较大 转矩 。不允许两轴有相对位移，无缓冲。凸缘联轴器的材料可用灰铸铁或碳钢，重载时或圆周速度大于 30米 /秒时应用铸钢或锻钢。 在本次设计中联轴器材料选取碳钢  承的选择  滚动轴承是将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减少 摩擦损失的一种精密的机械元件。滚动轴承一般由内圈、外圈、滚动体和保持架四部分组成，内圈的作用是与轴相配合并与轴一起旋转；外圈作用是与轴承座相配合，起支撑作用；滚动体是借助于保持架均匀的将滚动体分布在内圈和外圈之间，其形状大小和数量直接影响着滚动轴承的使用性能和寿命；保持架能使滚动体均匀分布，防止滚动体脱落，引导滚动体旋转起润滑作用。  滚动轴承的作用，支承转动的轴及轴上零件，并保持轴的正常工作位置和旋转精度。滚动轴承使用维护方便，工作可靠，起动性能好，在中等速度下承载能力较高。需要购买对应 纸  咨询 14951605 买对应的 纸  14951605 或 1304139763 与 滑动轴承 比较，滚动轴承的径向尺寸较大，减振能力较差，高速时寿命低，声响较大。  圆柱滚子 轴承 13是滚动轴承中最为普通的一种类型。基本型的 圆柱滚子 轴承由一个外圈，一个内圈、一组钢球和一组保持架构成。  圆柱滚子 轴承类型有单列和双列两种，单列 圆柱滚子 轴承类型代号为 6，双列 圆柱滚子 轴承代号为 4。其结构简单，使用方便，是生产最普遍，应用最广泛的一类轴承。  圆柱滚子 轴承的工作原理， 圆柱滚子 轴承主要承受径向载荷，也可同时承受径向载荷和轴向载荷。当其仅承 受径向载荷时，接触角为零。当 圆柱滚子 轴承具有较大的径向游隙时，具有角接触轴承的性能，可承受较大的轴向载荷  ， 圆柱滚子 轴承的摩擦系数很小，极限转速也很高。  本次设计选择单列 圆柱滚子 轴承，代号是 61807，规格为 74235 。  动 齿轮的设计  本卧式离心机采用三级变速 ，前述选定变速范围为 5001000r/机转速为1500r/ 因此选定三级变速的传动比为： 3;21 传动比越大转速 越低，转矩越大，第三级齿轮传动比最大，本次计算以第三级齿轮为例进行计算。  精度等级、材料和齿数  采用 7 级精度由表 择小齿轮材料为 40质），硬度为 280齿轮材料为 45 钢（调质），硬度为 240 选小齿轮齿数 201 Z  大齿轮齿数 60203132  602Z  齿面接触疲劳强度设计  由设计计算公式进行试算，即  3 211 )(  1）  确定公式各计算数值  （ 1）试选载荷系数 6.1（ 2）计算小齿轮传递的转矩  需要购买对应 纸  咨询 14951605 买对应的 纸  14951605 或 1304139763 61 50 0 5 02（ 3）小齿轮相对两支承非对称分布，选取齿宽系数 d  （ 4）由表 得材料的弹性影响系数 2/  （ 5）由图 齿面硬度查得  小齿轮的接触疲劳强度极限 001  大齿轮的接触疲劳强度极限 502  （ 6）由式 算应力循环次数  911 83 0 08(15 0 06060 792 N  （ 7）由图 得接触疲劳强度寿命系数     （ 8）计算接触疲劳强度许用应力  取失效概率为 1，安全系数为 S=1，由式 10   M P  i   M P  i  （ 9）计算  试算小齿轮分度圆直径 代入 H 中的较小值  t 39  231  计算圆周速度 v t / 0 0 0 0 1  计算齿宽 b  需要购买对应 纸  咨询 14951605 买对应的 纸  14951605 或 1304139763 计算齿宽与齿高之比 b/h 模数   hb  根据 ， 7 级精度，查得动载荷系数 K  假设 100/ ，由表查得   K  由于载荷中等振动， 由表 得使用系数 K  由表查得 查得 故载荷系数 1 9 （ 10）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式可得  3311  （ 11）计算模数  11  齿根弯曲强度设计  弯曲强度的设计公式为  3 2112 （ 1）确定公式内的计算数值  由图 得  小齿轮的弯曲疲劳强度极限 001  大齿轮的弯曲疲劳强度极限 802  由图 得弯曲疲劳寿命系数  需要购买对应 纸  咨询 14951605 买对应的 纸  14951605 或 1304139763 Z   计算弯曲疲劳 许用应力  取失效概率为 1，安全系数为 S=式得   M P     M P    计算载荷系数   （ 2）查取齿形系数  由表 得 （ 3）查取应力校正系数  由表 得  （ 4）计算大小齿轮的 并比较  0 1 4 6 8  0 1 2 5 3  222111  大齿轮的数据大  （ 5）设计计算   3  对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数 m 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，可取有弯曲强度算得的模数 圆整取 标准值 m  按接触强度算得的分度圆直径   算出小齿轮齿数 1 取 201 Z  大齿轮齿数 60203122 取 602 Z  何尺寸计算  需要购买对应 纸  咨询 14951605 买对应的 纸  14951605 或 1304139763 （ 1）计算分度圆直径  05601 005202211  （ 2）计算中心距    002/)300100(2/)( 21  （ 3）计算齿宽宽度 d 601 0 取 5;60 12  序号  名称  符号  计算公式及参数选择  1 齿数  Z 20， 60 2 模数  m 5 分度圆直径  2100,100  4 齿顶高  5 齿根高  6 全齿高  h  7 顶隙  c  8 齿顶圆直径  21 10,110  9 齿根圆直径  43 ff 10 中心距  a  的设计