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中 国 矿 业 大 学 本科生毕业设 计 姓 名： 学 号 ： 学 院： 机电工程学院 专 业： 机械工程及自动化 设计题目： 抛砂造型机设计 专 题： 指导教师： 职 称： 二 O 一一 年 六 月 徐州 中国矿业大学毕业设计任务书 学院 专业年级 学生姓名 任务下达日期 ： 2010 年 3 月 22 日 毕业设计日期 ： 2010 年 4 月 1 日 至 2010 年 6 月 16 日 毕业设计题目：抛砂造型机设计 毕业设计专题题目： 毕业设计主要内容和要求： 在本论文中，将以机械设计理论和机电一体化技术为主要的理论基础，同时运用相关的机械制造工艺学，铸造工程学，和工程制图的相关知识，设计出一台抛砂造型机。 本文设计的抛砂造型机主要参数如下： 生产率： 312 /砂头出砂口距地面高度： 1 2 0 0 2 0 0 0 臂回转半径： 2750小臂回转半径： 1750抛砂头工作直径： 550 抛砂头电机功率： 油泵电动机功率： 机器总重： 院长签字： 指导教师签字： 中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书 指导教师评语 （基础理论及基本技能的掌握； 独立解决实际问题的能力； 研究内容的 理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点； 工作态度 及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题； 是否同意答辩等）： 成 绩： 指导教师签字： 年 月 日 中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书 评阅教师评语 （ 选题的意义； 基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题 的能力 ；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题； 是否同意答辩等 ）： 成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日 中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书 评阅教师评语 （ 选题的意义； 基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题 的能力 ；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题； 是否同意答辩等 ）： 成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日 中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩 答 辩 情 况 提 出 问 题 回 答 问 题 正 确 基本 正确 有一般性错误 有原则性错误 没有 回答 答辩委员会评语及建议成绩： 答辩委员会主任签字： 年 月 日 学院领导小组综合评定成绩： 学院领导小组负责人： 年 月 日 摘 要 铸造业是一个传统产业，在国民经济及国计民生中有着十分重要的作用。我国目前是世界上最大的铸件生产国家，但是铸造生产技术总体看来还处于较低水平 ,不能满足国民经济快速增长的要求。 铸造机械化与自动化是铸造生产现代化的一个十分重要的标志，我国的铸造机械化与自动化还处于一个相对较低水平，铸造车间生产的自动化程度不高，还没有普遍的运用机械化造型，特别是铸造机械的自动化。本论文设计的是一种固定式人工控制抛砂造型机，主要用以紧实砂型和砂芯。抛砂机把型砂送入高速旋转的叶片上，将一团团的型砂高速抛入砂箱，使砂层在高速砂团的冲击 作用下得到紧实，解决了填砂与型砂紧实的机械化问题，从而大大提高了机械化造型的生产效率，也提高了铸造机械化的整体水平。抛砂机在铸钢，铸铁，有色金属铸造中均有采用，特别有利于于中大型铸件的造型。 抛砂机由抛砂头，小臂和大臂，小臂皮带输送机，大臂皮带输送机和底座组成。抛砂头用于高速抛出型砂，达到紧实型砂的目的。抛砂头和小臂皮带输送机固定在小臂上，小臂通过小臂回转油缸之转轴挂在大臂前端的平行臂上，能做280 回转运动。大臂是支承抛头、小臂、大臂皮带输送机的构件，并附有移动 抛头的作用。大臂由平行臂，一对空心拉杆 ,一对大臂梁和立柱组成一平行四杆机构，可在垂直面内平行上下移动，调节抛头距离地面的高度。大臂输送带安装在平行臂上。大臂回转油缸安装在底座上，油缸的转轴可通过固定于其上的立柱带动大臂在水平面内转动，从而调节抛砂范围。 关键字： 抛砂机； 抛砂头； 四杆机构； 回转油缸； 皮带输送机 is a a in s At is s as a is at a of of is a of of of in is at a of in is is in of is a of is in of is to be of of of of of of is in it is of is up of of is to of of in is on in of of it 80. is of it of of a of a of a It up in of is in of is in of to in on it of 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 目 录 1 绪论 . 1 题背景和研究意义 . 1 内外抛砂造型的发展状况 . 1 砂机的分类 . 2 砂机的优缺点 . 2 2 结构方案的确定 . 3 体结构方案的确定 . 3 定生产率 . 3 砂机组成概述 . 3 砂头形式方案确定 . 3 臂结构的确定 . 5 臂梁 . 5 臂输送带 . 5 臂结构的确定 . 6 臂四杆机构 . 6 降油缸 . 7 臂输送带 . 7 小臂转速的确定 . 7 3 抛砂头设计 . 9 砂头参数的选择 . 9 产率 Q . 9 团抛出的绝对速度 V . 9 片的后倾角 . 9 团抛出时的圆周速度 u . 10 片的半径 r 与转速 n . 10 片数 i . 10 片宽度 b . 11 片形状 . 11 砂速度1V. 11 砂头功率的计算 . 11 团获得动能所消耗的功率1P. 11 片旋转时克服空气阻力所消耗的功率2P. 11 服砂团与弧板间摩擦所消耗的功率3P. 11 头功率0P. 11 头电机计算功率 . 11 砂头皮带传动设计 . 12 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 砂头带传动设计 . 12 臂运输机皮带传动 设计 . 13 砂头轴的设计 . 14 承的选择计算 . 16 4 皮带输送机设计 . 17 臂皮带输送机设计 . 17 臂皮带输送机设计 . 19 5 小臂设计 . 20 臂梁设计及校核 . 20 臂梁的结构设计 . 21 臂梁受力分析 . 21 臂回转油缸的设计 . 23 动缸设计 . 23 动缸结构参数计算 . 24 动轴的设计计算 . 27 它零件校核 . 30 承的校核 . 31 6 大臂的设计 . 32 述 . 32 行臂设计计算 . 33 降油缸的设计计算 . 34 塞直径计算 . 34 塞缸的结构设计计算 . 35 臂立柱的结构设计 . 38 7 底座设计 . 39 臂回转油缸的设计计算 . 39 转油缸运动参数设 计 . 39 动缸结构参数的计算 . 40 臂回转轴的设计 . 43 的结构设计 . 43 上轴承的设计计算 . 45 8 抛砂机的布置与使用维护 . 46 砂机的布置 . 46 供砂系统的配合 . 46 作中应注意的问题 . 47 箱 . 48 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 结 论 . 49 参考文献 . 50 英文原文 . 51 中文译文 . 61 致 谢 . 70 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 1 页 1 绪论 题背景和研究意义 铸造业是一个传统产业，已经有 5000 多年的历史，但是至今它仍然是一个充满活力的基础产业，在国民经济及国计民生中有着十分重要的作用。几乎所有的工业部门和人们的日常生活都离不开铸件。 我国目前是世界上最大的铸件生产国家，我国已有了一批现代化地铸造企业，但我国的铸造业的技术水平相对于发达国家还是较落后的，铸件生产技术总体看来还处于较低水平，不能满足国民经济增长的要求，一些高档铸件还需要进口。铸造机械化与自动化水平较低是制约我国铸造业发展的一个主要因素。 我国铸造业的机械化与自动化水平比较落后， 对于铸造生产，国外广 泛采用流水线大量生产；高压造型、射压造型、静压造型和气冲造型；造芯全部用壳芯和冷、热芯盒工艺。国内除汽车等行业中少数厂家采用半自动、自动化流水线大量生产外，多数厂家仍采用较落后的铸造工艺装备。 铸造机械化与自动化是铸造生产现代化的一个十分重要的标志，它是保证铸件质量，提高劳动生产率，降低铸件成本，改善劳动条件的根本性措施。机械化能大幅度地提高劳动生产率。如新的垂直分型无箱射压造型机每小时可以造 300 型以上，比手工快十几倍。一台冲天炉，如果用人工配料和加料，需要二三十人，机械化后，只需四五个人，如果实现了自动化 ，劳动生产率还可以进一步提高。 我国型砂造型方面的铸造机械发展还不高，很多设备都还要引进外国的。型砂的紧实有压实造型，震压造型，高压造型，抛砂造型和射压造型。其中抛砂造型主要用于中大型铸件的造型。 抛砂造型是把型砂送入高速旋转的叶片上，将一团团的型砂高速抛入砂箱，使砂层在高速砂团的冲击作用下得到紧实，解决了填砂与型砂紧实的机械化问题，加快了生产的机械化，特别有利于于中大型铸件的造型。随着中大型铸件需求量的增加，要求抛砂机组成流水线生产。由起模机，刮砂机输送装置等组成的抛砂机造型线在八十年代已成为国外抛砂造型 发展的主要方向，使得抛砂机生产效率成倍的提高。 抛砂机在铸钢，铸铁，有色金属铸造中均有采用，主要用以紧实砂型和砂芯，也可用以紧实大型铁水包内衬；既适用于一般的砂箱造型，也适用于地坑造型。组芯造型时用以紧实背砂，也可紧实大型钢锭模一类深而窄的砂型。抛砂机还可以与刮板结合刮制砂芯。 抛砂机主要用来紧实粘土砂：可以抛面砂、背砂和单一砂。从生产效率观点来说，抛单一砂最为合理。对抛水玻璃砂、水玻璃自硬砂、水泥自硬砂等目前还缺乏生产实践经验，只用试验性的尝试。在生产中用自硬砂（包括树脂砂）做面砂时，抛砂机常用来抛粘土背砂。 抛砂机抛出的砂型表面硬度及紧实度都能满足工艺要求，可以不再需要用风动工具补充捣实。 抛砂机由于其自身的优越性，规格品种已发展到百种以上。 内外抛砂造型的发展状况 抛砂机自 1914 年问世迄今已有近一百年的历史。 1914 年美国 B&P 公司制造了第一台轴向抛砂机。 1920 年德国阿克斯曼公司首次制造了第一台切向抛砂机，随后俄罗斯和日本也分别生产制造了抛砂机。建国以来，随着铸造车间生产条件逐步改善，操作技术的提高， 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 2 页 抛砂机得到了较为广泛地应用。液压控制抛砂机的出现，为解决手动人拉抛砂机的繁重劳动打下了基础。七十年代，抛砂机向着自动化、程序控制和随动控制方面发展。随着中大型铸件需求量的增加，要求抛砂机组成流水线生产。由起模机，刮砂机输送装置等组成的抛砂机造型线在八十年代已成为国外抛砂造型发展的主要方向，使得抛砂机生产效率成倍的提高。 砂 机的分类 按抛头进砂方式可分为轴向、切向与径向三种。切向与径向比轴向的功率消耗少，叶片、弧板磨损均匀。 按抛头结构可分为一般（叶片宽度为 63 150 毫米）、宽头与多盘的（叶片宽度与砂箱宽度相同，达 800 毫米）。宽头与多盘抛砂机在砂箱上只作直线往复移动，每移动一次就抛一层砂。 按抛砂方向可分为一般的（抛砂方向垂直向下）、横向的（抛砂方向水平）和摇头的（抛砂方向可在铅垂线左右前后摆动 15 20 ）。横向抛砂机与刮板结合可抛制大型圆柱形抛砂芯，如印染机、造纸机上烘筒的砂芯。摇头抛砂机用以抛制深而陡峭的砂型和型壁上带有凹入部分的砂型。 按抛砂头中叶片数目可分为单叶片、双叶片和三叶片三种。 大量使用的是双转臂式抛砂机。 抛砂机的操纵有手动、手柄操纵、遥控、随动和程序控制。手柄操作位置可设在抛头上、大臂上或固定操作台上。前两种方式的操作者经常在震动下工作，容易疲劳甚至招致疾病，所以对于移动式抛砂机，最好采用遥控技术进行操作，对于固定式抛砂机可采用固定操作台。 抛砂机的生产率最小为每小时 3 立方米，最大已达每 小时 70 立方米。就双转臂抛砂机的臂长来说，大臂最短为 1000 毫米，最长达 6800 毫米；小臂最短为 800 毫米，最长达5500 毫米；总臂长最短为 1800 毫米，最长为 12000 毫米。这样大的差距说明适用范围的广阔。目前的抛砂机品种适应的最小砂箱可达 320 450 毫米（悬挂式抛砂机）或 600 600毫米（双转臂式抛砂机）；最大砂箱可达 4300 8000（双转臂式抛砂机）。抛砂深度可达 56米，但对砂型的紧实度与表面硬度的影响尚不大。 砂机的优缺点 抛砂机的优点是 ： 1. 可用于模板造型，也可用于无模板造型； 2. 对砂箱大小适应性强，特别适合于中、大铸件的单件生产； 3. 从手工造型转为抛砂机造型时，车间原有的砂箱、模具等仍可继续适用。这一点，从经济与投产速度来说都极为重要，是采用任何其他造型机械所办不到的； 4. 紧实度高，一般可达 g 上。这样的紧实度，可以承受各种高度砂型的液态金属的静压力； 5. 沿砂型高度上的紧实度均匀，不需补充桩实； 6. 震动小，对基础要求低，对建筑物无影响； 7. 噪音比较小。 抛砂机的缺点有： 1. 操作困难，需要熟练的操作者才能 保证获得紧实度高而均匀的砂型； 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 3 页 2. 弧板、叶片调整与更换频繁，耗费人力和时间、消耗材料多，降低了抛砂机的实际生产能力； 3. 散落砂多，视砂型大小、操作熟练与否而异，一般在 15% 20% 左右，增加砂处理工部的工作量和回收散落砂的装置。 4. 作业区粉尘浓度高，个别作业区粉尘浓度高达每立方米 克。 抛砂机作为紧实砂型的设备具有一些列的优点，但它也仅仅解决了填砂与型砂紧实的机械化问题；其它，如刮去砂箱上面多余的型砂、翻箱、起模等造型工序仍然是手工操作，配合行车进行，劳动强度大，效率低，起模质量差。于是从五十年代末开始出现按模具流动程序进行布置的抛砂机造型线，配以刮砂机、起模机及运输设备，使整个抛砂造型实现机械化和半自动化。 抛砂机造型线与其它形式的造型线相比，优点是： 1. 比震实台造型线噪音小； 2. 比高压造型线的投资少，砂箱造价低； 3. 对于原来就采用加工砂箱、模板造型的车间只需增加少量专用垫板就可以使造型线投产，而不必做大量的工艺装备； 4. 对各种大小的砂型适用性强。 2 结构方案的确定 体结构方案的确定 定生产率 抛砂机主要用于铸件型砂的紧实，铸件的类型决定了抛砂速度和型砂的紧实程度，速度过大或过小都会影响型砂的紧实程度，不利于铸件的生产。本文主要针对中小型铸件抛砂，按照中小型铸件的铸造工艺选择抛砂的生产率和抛砂速度分别为 312 /Q m h ，V m s 。 砂机组成概述 抛砂过程中要求抛砂头能沿直线匀速抛砂，才能使铸件各个部位抛砂量 均匀，各个部位型砂的紧实度大致一样。所以要求抛砂头能够移动。将抛砂头置于能做回转运动的小臂梁上，小臂梁能绕自身的轴线回转，且大臂梁也置于能绕某一轴线做回转运动的大臂上，大小臂的回转运动合成为抛砂头的匀速直线运动。对于不同的砂箱高度，要求抛砂头能做上下移动。故在大臂处采用平行四杆机构，利用升降油缸，实现抛砂头始终处于水平位置的上下移动。抛砂机的型砂由皮带输送机供砂。 综上，抛砂机由抛砂头，小臂和大臂，小臂皮带输送机，大臂皮带输送机和底座组成。 砂头形式方案确定 抛砂机的主要部件是装有高速旋转叶片的抛头 。抛头形式常见的有两种：轴向进砂抛头和切向进砂抛头。图 2轴向进砂抛头示意图。 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 4 页 图 2轴向进砂 型砂由小臂带式输送机以平行于叶片的旋转轴线方向送入抛头。也即型砂送入方向与叶片的中线轨迹所形成的平面相垂直。轴向抛砂头安装叶片的转子由电动机通过长轴直接传动，因此叶片转速即为所选电动机之转速。 图 2切向进砂抛头示意图。 图 2 切向进砂 型砂自抛头 1 顶部沿叶片 3 端部回转圆的近似切线方向进入抛头。型砂带式输送机的中心线的轨迹平面内。切向抛砂头安装叶片的转子由电动机通过三角皮带传动。 两种抛头结构形式优缺点的对比 （ 1）叶片及弧板寿命：轴向抛头内的型砂是由叶片侧面进入。型砂在送入速度的作用下，沿叶片宽度方向滑移，且偏在叶片的一侧，因而导致叶片、弧板磨损大且不均匀，减短了它们的使用时间。切向抛头内的型砂是由叶片端部进入的。型砂沿叶片径向滑移，在其宽度方向无滑移且分布均匀。因而叶片、弧板的磨损小且均匀，使用寿命较长。试验资料表明，切向抛头与轴向抛头相比，其叶片磨损少四倍，弧板磨损少两倍半。 （ 2）两者电能消耗：砂团与弧板的摩擦是抛头功率消耗的主要部分，约占抛头总功率的 50%左右。轴向抛头的 砂团沿弧板滑移 90 中心角，切向抛头的砂团沿弧板仅滑移30 45 中心角，所以切向抛头电能消耗比轴向抛头少。 （ 3）生产率：在叶片外径相同的条件下，切向抛头的生产率比轴向抛头的大。其原因是：轴向抛头内型砂总是偏在叶片的一边，叶片宽度未被全部利用。而切向抛头则能充 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 5 页 分利用叶片宽度，所以生产率高。同时由于切向抛头的叶片、弧板磨损小而均匀，调整和更换的次数减少，抛砂机的利用 率也相应提高。 （ 4）抛出型砂的质量：由于切向抛头的叶片、弧板磨损均匀且磨损量小，延缓了叶片、弧板间隙的增大，使抛出型砂质量稳定。 （ 5）切向抛砂头转子采用三角皮带传动，转速易于变更、设备维修方便。由于皮带传动存在弹性滑动，故三角皮带用久了容易打滑，使抛头叶片转速不稳定，需在皮带传动上采用张紧装置，结构较复杂。而轴向抛砂头转子由电动机通过长轴直接传动，因此叶片转速即为所选电动机之转速，转速稳定，但不易变速，且长轴传动震动较大，对制造和安装要求较高。 （ 6）进砂口容易堵塞，是切向抛头存在的严重问题。这是由于型 砂从切线方向送入，当叶片切割砂流时，在叶片的撞击及惯性离心力的作用下，有部分型砂飞出（称为“离心飞砂”）。研究指出 :飞离的型砂可达 飞出的型砂碰撞在导向罩上造成积砂，阻碍砂流继续进入，形成堵塞。 综合考虑两者抛头结构的优缺点，选择切向进砂作为抛头的形式。抛砂头转子的转动采用三角皮带传动。 臂结构的确定 臂梁 为了实现抛砂头的运动，将抛砂头固定在能做回转运动的小臂梁上，小臂梁的回转运动用回转油缸来实现。回转油缸缸固定在大臂前端的平行臂上。小臂梁为一薄臂箱体结构，其上安装有抛砂头电 机和小臂皮带输送机，小臂梁末端固定在回转油缸轴上。小臂回转油缸为一摆动油缸，当通入高压油时，能驱动小臂随转轴转动 280 。 臂输送带 抛砂头的型砂由小臂输送带供应，小臂输送带为一轻型带式输送机，为了防止在抛砂机转动时，型砂撒漏，在输送带上安装有罩壳。输送机安装在小臂梁上，随着小臂一起转动，确保抛砂头型砂的供应。小臂输送带的倾斜角度影响抛砂头进砂口的堵塞。倾斜角度太小，进砂口容易堵塞，不利于抛砂，但倾斜角度太大，抛出的砂的紧实度不高，达不到要求。故合理的倾斜角度对铸件的生产极为重要。实际生产经验表明，当小臂皮带输送机的倾斜角度为 15 20 时，进砂口不易堵塞，且抛出的型砂的紧实度较好。由于小臂皮带输送机需要的功率较低，如果用电动滚筒驱动，则会浪费滚筒 的功率。为了结构的简单，皮带输送机由三角皮带传动，即抛砂头带轮把抛砂头电机功率的一部分传递给皮带输送机，抛砂头带轮设计成两个带轮结构，一个用于与抛砂头电机的皮带轮传动，另一个用于与小臂皮带输送机的皮带轮传动。带轮结构如图 2示。 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 6 页 图 2 带轮 臂结构的确定 臂四杆机构 大臂是支承抛头、小臂和大臂输送带的重要构件，并负有移动抛头的作用，为了调节抛头距离地面的高度，大臂设计为可在垂直面内转动。如图 2示，大臂由平行臂，立柱，一对空心拉杆和一对大臂梁组成一平行四杆机构。 1 大臂梁， 2 平行臂， 3 空心拉杆， 4 大臂立柱， 5 升降油缸 图 2 大臂四杆机构 当升降油缸伸缩时，拉杆，大臂梁各绕自己的支点转动，由于他们组成了一个平行四边形机构，所以，平行臂只能平行于大臂立柱作上升下降运动，从而调节抛头距离地面的高度。原理如图 2,2示 图 2 进油，平行臂上升 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 7 页 图 2 回油，平行臂下降 降油缸 为了降低功率损耗和简化结构与液压系统，升降油缸采用柱塞式油缸，油缸的回油靠抛砂机自身的重力即可。缸体铰接在大臂立柱支承面上，而柱塞顶端则铰 接于平行臂上。当压力油进入油缸时，柱塞伸出，使平行臂上升，从而带动抛砂头的上升，为了系统的安全，在柱塞油缸的进油路上安装单向节流阀，防止液压油因负载太大，而回油，导致机构向下运动，同时调节节流阀可以调节进出油量，控制抛砂头的上升速度。抛砂头下降时，可通过调节液压系统的单向节流阀控制其下降速度。 臂输送带 大臂输送带设计为一皮带输送机，为了防止型砂的撒漏，在输送机上设计有罩壳。大臂输送带通过支架和回转支架支撑在平行臂和立柱上，它可随大臂平行四连杆机构一起转动和升降，从而保证在任何工作位置上都能将砂 供到小臂输送带上。支架铰接与平行臂前端，回转支架固定在大臂立柱上。由于输送带输送的型砂少，且输送距离短，故输送带的功率较低，同时考虑到铸造车间的环境较恶劣，所以大臂输送带选用密封性较好的油冷式电动滚筒传动。大臂输送带的型砂由外来的输送机供应。 故通过上面的方案的确定可以初步确定固定式抛砂机的结构如图 2示： 图 2 抛砂机结构图 小臂转速的确定 根据实验 ,抛头在砂箱上面必须作匀速直线运动 ,才能获得良好的抛砂效果。 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 8 页 当抛头沿某一方向作匀速直线运动时，大小臂的转速时刻都在变化，即大小臂作非匀转速运动，要求操作者不停地调整油缸进出油量的大小来加以控制。当大小臂之间成 45 时，最能满足抛头作匀速直线运动的要求。本文抛砂机主要用于中小型铸铁件的抛砂，故按照工艺确定抛头移动速度为 v m s 。此时抛头双臂的最大转速均可以求出。大臂的最大角速度为1 m a x 0 . 1 5 /r a d s ，最大角加速度为 221 m a x 6 . 7 1 0 /r a d s ，小臂的最大角速度速为2 m a x 0 . 2 8 /r a d s ，最大角加速度为 22 m a x 0 . 1 6 /r a d s 。图 2抛砂机坐标参数图，抛砂机的作业范围如图 2示。 图 2 抛头的坐标参数图 O 大臂转轴 , 1l 大臂长 O 小臂转轴， 2l 小臂长 图 2 大、小臂长度与最大、最小工作半径关系图 这时作业范围的最大半径为： 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 9 页 2 2 2 21 1 2 1 21 . 4 1 2 . 7 5 1 . 7 5 1 . 4 1 2 . 7 5 1 . 7 5 4 . 1 7R l l l l m 最小半径为： 2 2 2 21 1 2 1 21 . 4 1 2 . 7 5 1 . 7 5 1 . 4 1 2 . 7 5 1 . 7 5 1 . 9 6R l l l l m 式中1l 大臂回转半径，1 l 小臂回转半径，2 1R 最大作业半径，单位米 2R 最小作业半径，单位米 如图所示 在此作业范围内 ,最大砂箱尺寸如图 2示。 2212 2 R 式中 B 砂箱宽度，单位米 L 砂箱长度，单位米 图 2 抛头作业范围及最大砂箱关系图 3 抛砂头设计 砂头参数的选择 产率 Q 本文设计的切向抛砂机主要是针对于中小型铸铁件，故按标准选取生产率 312 /Q m h 。 团抛出的绝对速度 V 砂团抛出的绝对速度大小，直接影响砂型的紧实度与表面硬度。根据抛砂机的用途，主要用来抛制铸铁件，确定型砂应承受的最大金属液静压力，再根据相应的图表查出砂型应有的紧实 度与表面硬度，得出所需的绝对速度 V m s 。 片的后倾角 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 10 页 叶片的后倾角在平底叶片时指叶片方向的延长线与通过叶片末端的半径间的夹角。如图 3示 图 3 叶片后倾角与砂团底角关系图 一般推荐此角为 20 30 。取 20 。 团抛出时的圆 周速度 u 根据前面选择的 V 和 ，由公式 3 4 . 5 3 6 . 7 /c o s c o s 2 0Vu m s (3片的半径 r 与转速 n 由公式 6 0 3 02 (3和 3 0 3 0 9 . 5 5c o s c o u Vn r r r (3可知 r 和 n 任意选定一个，另一个便可算出。通常是先选定叶片半径 r 。在确定 r 的大小时，应考虑抛头结构的紧凑，进砂头布置合理以及抛头设计的通用性等因素。常用的叶片半径为 240 400参照 砂头选取叶片半径 275r 。 故叶片的转速 n 为 3 4 . 59 . 5 5 9 . 5 5 1 2 7 4 . 9 8 / m i nc o s 2 7 5 c o s 2 0 (3圆整取为 1 2 7 5 / m 。 片数 i 一般认为多叶片的抛头有利于转子的平衡，但进一步分析，多叶片有时甚至给转子平衡带来更不利的因素。因为，如果叶片允许的重量误差是 的话，则双叶片可能产生的最大误差为 2 。根据试验，双叶片的切向抛砂头进砂口堵塞严重不能保证正常生产。故综合上述因素，参照固定式抛砂机，选择单叶片，即 1i 。 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 11 页 片宽度 b 叶片宽度过去一般是按经验选取的，但如果砂团成底与高相等的等腰三角 形的假设接近实际，那么叶片后倾角 应当为定值，叶片半径在一定条件下选定后也为定值。所以为了获得最小的砂团偏离角 ， 33222 24 . 4 4 1 0 4 . 4 4 1 0 1 2 0 . 1 5 2 1 5 21 c o s 1 2 7 5 1 0 . 2 7 5 1 c o s 2 0Qb m m mn i r (3将叶片 宽度取整得 160b 。 片形状 叶片地面形状，有弧形底面，阶梯形底面、平底面等。弧形底面制造复杂， 理论分析与实验结果指出其效果并不显著，故实际很少采用。目前采用多的还是带一定后倾角的平底叶片，因为它制造容易，抛砂效果也好。 所以选取抛砂叶片的形状为带一定后倾角的平底叶片。 砂速度1V 1 0 . 0 2 0 . 0 2 5V n r (3系数 选择与型砂紧实度有关，要求紧实度高的取低值，反之取高值。取系数为 0 . 0 2 2 0 . 0 2 2 1 2 7 5 2 7 5 1 0 0 0 7 . 7 /V n r m s (3砂头功率的计算 抛砂头功率消耗于以下几个方面：砂团获得的动能，叶片旋转时克服空气阻力，克服砂团与弧板间的摩擦损失，小皮带消耗的功率。 团获得动能所消耗的功率1111 2 1 8 0 0 3 4 . 5 3 . 5 72 3 6 0 0 1 0 2 2 3 6 0 0 1 0 2 9 . 8Q C VP k (3式中1C 紧实砂容重，取 31 1 8 0 0 /C k g m片旋转时克服空气阻力所消耗的功率2P 3 3 2 2 2 3 3 3 2 2202 332 2 0 . 1 6 1 . 2 2 1 2 7 5 0 . 2 7 5 0 . 2 7 5 0 . 1 6 5 0 . 3 96 0 1 0 2 6 0 1 0 2 9 . 8b C n r r rP k (3式中2C 空气比重，取 32 1 /C k g m0r 叶片内径（叶片内缘至旋转中心距离），取0 克服砂团与弧板间摩擦所消耗的功率3 2 2 6 2 2 23 8 . 1 3 1 0 c o s 8 . 1 3 1 0 1 2 1 2 7 5 0 . 2 7 5 c o s 2 0 1 0 . 6P Q n r k w (3头功率0 2 3 3 . 5 7 0 . 3 9 1 0 . 6 1 4 . 5 6P P P P k w (3头电机计算功率 抛头电机同时驱动抛砂头和小臂皮带输送机，按照经验估算小臂皮带输送机消耗的功率 P 为 2 电机功率 P 为 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 12 页 0121 4 . 5 6 2 1 7 . 60 . 9 8 0 . 9 6k w (3式中1 轴承效率 1 2 皮带传动效率 2 故选则电机为 180 4，功率为 ，转速为1n=1470 / 砂头皮带传动设计 带传动是一种应用极为广泛的一种挠性传动，它由主动轮、从动轮和张紧在两轮上的传动带组成。当驱动力矩使主动轮转动时，考带与带轮间的摩擦力（或啮合）作用，拖动从动轮转动，传递运动和动力。带传动的优点是：运行平稳无噪音；可缓和冲击、吸收振动；在过载时带与带轮之间会出现打滑，可防止损坏其他零件；使用于中心距较大的传动；结构简单，成本较低，装拆方便；其主要缺点是 ： 有弹性滑动和打滑，使效率较低，不能保持准确的传动比；需要张紧装置；带的寿命较短；轴及轴承受力较大。原动机为 Y 型异步电动机，功率 ，电机转速1 1 4 7 0 / m 抛头转速 1 4 7 0 / m 砂头带传动设计 1）确定 V 带型号 工作情况系数 查设计手册得 计算功率 1 . 1 1 8 . 5 2 0 . 3 5 P k w V 带型号 根据 2）确定带轮基准直径 1D、2 查设计手册得1 =265大带轮直径2D 2 1 1 1 4 7 0 1 2 7 5 2 6 5 3 0 5 . 5D n n D m m 按标准圆整，2 300D m m 3）验算带速 v 11 6 0 0 0 0 2 6 5 1 4 7 0 6 0 0 0 0 2 0 . 4 /v D n m s 要求带速在 5 25 /速符合要求 4）确定 V 带长度a 根据抛砂机小臂回转半径初取0 2500a m m，出算带的基准长度 L 221 2 2 1002 6 5 3 0 0 3 0 0 2 6 52 2 2 5 0 0 5 8 8 72 4 2 4 2 5 0 0D D D DL a m 按标准圆整， 5600dL m m 实际中心距0 5 6 0 0 5 8 8 72 5 0 0 2 3 5 622a m m 5）验算小带轮包角 1 211 3 0 0 2 6 51 8 0 5 7 . 3 1 8 0 5 7 . 3 1 7 9 . 1 1 2 02356DD a 满足要求 6）确定 V 带根数 z 单根 V 带试验条件下许用功率0P 查设计手册得0 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 13 页 传递功率增量0P 查设计手册得 3 0 0 / 2 6 5 1 . 1 3i 0 0 P 包角系数 K 查设计手册得 长度系数 查设计手册得 0 0 2 0 . 3 5 1 . 8 59 . 0 6 0 . 8 2 0 . 9 9 1 . 1 2c P K K 圆整取， 3z7）计算初拉力0q 查设计手册得 q kg m 220 500 2 . 5 5 0 0 2 0 . 3 5 2 . 51 1 0 . 3 2 0 . 4 3 8 0 . 83 2 0 . 4 0 . 9 9q v Nz v K 8）计算压轴力1Q 1 0 12 s i n 2 2 3 3 8 0 . 8 s i n 1 7 9 . 1 2 2 2 8 5Q z F N 臂运输机皮带传动设计 小臂皮带运输机由抛头带轮带动，故用皮带传递动力，传递功率 2P ，小带轮转速 等 于 抛头 转 速 即 1 2 7 5 / m ， 根 据 皮带 运 输 机的 速 度 求出 大 带 轮的 转速2 9 8 1 / m 中心距根据小臂皮带输送机的传动滚筒位置来定，大致为 500 1）确定 V 带型号 工作情况系数 查设计手册得 计算功率 1 . 2 2 2 . 4 P k w V 带型号 根据 2）确定带轮基准直径 3D、4 查设计手册得3 180D m m 大带轮直径4D 4 2 3 1 2 7 5 9 8 1 1 8 0 2 3 3 . 9D n n D m m 按标准圆整，2 236D m m 3）验算带速 v 3 6 0 0 0 0 1 8 0 1 2 7 5 6 0 0 0 0 1 2 /v D n m s 要求带速在 5 25 /速符合要求 4）确定 V 带长度a 根据抛砂机小臂回转半径初取0 500a 出算带的基准长度 L 223 4 4 3001 8 0 2 3 6 2 3 6 1 8 02 2 5 0 0 1 6 5 32 4 2 4 5 0 0D D D DL a m 按标准圆整， 1800dL m m 实际中心距0 1 8 0 0 1 6 5 35 0 0 5 7 322a m m 考虑进砂位置，故实际中心距取小一点，即 523a 5）验算小带轮包角 1 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 14 页 431 2 3 6 1 8 01 8 0 5 7 . 3 1 8 0 5 7 . 3 1 7 3 . 8 1 2 0523DD a 满足要求 6）确定 V 带根数 z 单根 V 带试验条件下许用功率0P 查设计手册得0 传递功率增量0P 查设计手册得 2 3 6 / 1 8 0 1 0 包角系数 K 查设计手册得 长度系数 查设计手册得 0 0 2 . 4 0 . 7 63 . 1 7 0 . 3 0 . 9 8 0 . 9 2c P K K 圆整取， 1z7）计算初拉力0q 查设计手册得 0 /q kg m 220 500 2 . 5 5 0 0 2 . 4 2 . 51 1 0 . 1 7 1 2 1 7 9 . 5 81 1 2 0 . 9 8q v Nz v K 8）计算压轴力1Q 2 0 12 s i n 2 2 1 1 7 9 . 5 8 s i n 1 7 3 . 8 2 3 5 9Q z F N 砂头轴的设计 图 3 抛 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 1 页 目 录 1 绪论 . 错误 !未定义书签。 题背景和研究意义 . 错误 !未定义书签。 内外抛砂造型的发展状况 .
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