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1、 理工學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 學(xué)生姓名： 劉江澤 學(xué) 號(hào)： 08L0608122 專(zhuān) 業(yè)： 材料成型及控制工程 題 目： 小型滾筒式臥式離心鑄造機(jī)的設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師： 賈麗敏（講師） 評(píng)閱教師： 2012年 6 月 河北科技大學(xué)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表 姓 名 劉江澤 學(xué) 號(hào) 08L0608122 成 績(jī) 專(zhuān) 業(yè) 材料成型及控制

2、工程 題 目 小型臥式滾筒式離心鑄造機(jī)的設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī) 指導(dǎo)教師： 年 月 日 評(píng)閱教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī) 評(píng)閱教師： 年 月 日 答辯小組評(píng)語(yǔ)及成績(jī) 答辯小組組長(zhǎng)： 年 月 日 答辯委員會(huì)意見(jiàn)

3、答辯委員會(huì)主任： 年 月 日 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 中 文 摘 要 本文對(duì)滾筒形狀離心鑄件進(jìn)行鑄造工藝設(shè)計(jì)。首先完成離心鑄造工藝設(shè)計(jì)，對(duì)于生產(chǎn)條件的確定以及離心機(jī)的選擇并對(duì)離心鑄造的澆注溫度、速度、時(shí)間和鑄型轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間進(jìn)行確定。根據(jù)零件設(shè)計(jì)出襯套、擋板和后蓋，畫(huà)出其零件圖，并組裝成整體模具圖。利用重力系數(shù)公式計(jì)算鑄型轉(zhuǎn)速，再根據(jù)公式計(jì)算轉(zhuǎn)矩，選擇聯(lián)軸器和離合器。然后根據(jù)轉(zhuǎn)速計(jì)算出最小軸徑，進(jìn)而設(shè)計(jì)出整體的軸，并對(duì)軸進(jìn)行了校核。利用CAD繪制出小型滾筒式臥式離心鑄造機(jī)的整體圖形以及零件圖。 關(guān)鍵詞：臥式，離心鑄造，滾筒，CAD

4、 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 外 文 摘 要 Title Design of horizontal centerfugal casting machine with small drum shaped 窗體頂端 Abstract The drum shape centrifugal casting foundry process design. First to complete the design of centrifugal casting process to determine

5、the rotation time of the production conditions to determine the centrifuge selection and centrifugal casting，pouring temperature，speed，time，and cast. Bushings，bezel and back cover，according to the part design to draw the parts diagram，and assembled into the overall die map. Gravity coefficient was c

6、alculated as the casting speed，according to the formula to calculate torque，select the couplings and clutches. According to speed to calculate the minimum shaft diameter，and then design the whole axis and the axis was calibrated. Use of CAD drawing overall graphics and parts diagram of a small drum

7、horizontal centrifugal casting machine. Key Words Horizontal Centrifugal casting Roller CAD 窗體底端 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第I頁(yè)共II頁(yè) 目 錄 1 緒論 1 1.1 鑄造簡(jiǎn)介 1 1.2 離心鑄造簡(jiǎn)介 1 1.3 45鋼簡(jiǎn)介 3 1.4 離心鑄管機(jī)的設(shè)計(jì)原則 4 1.5 本課題研究的對(duì)象 4 2 離心鑄造工藝 5 2.1 生產(chǎn)條件的確定 5 2.2 金屬模涂料 6 2.3 澆注溫度

8、8 2.4 澆注速度 8 2.5 澆注系統(tǒng) 8 2.6 鑄型轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間 9 3 離心鑄管缺陷分析及預(yù)防 10 3.1 合金鋼管缺陷分析 10 3.2 缺陷預(yù)防措施 10 4 模具設(shè)計(jì) 12 4.1 模具的結(jié)構(gòu) 12 4.2 模具參數(shù)的計(jì)算 12 4.3 鑄型轉(zhuǎn)速的計(jì)算 14 5 零件的選擇 17 5.1 聯(lián)軸器的選擇 17 5.2 離合器的選擇 19 5.3 軸承的選擇 20 6 軸的設(shè)計(jì) 22 6.1 軸長(zhǎng)的確定 22 6.2 軸的校核 23 6.3 鍵與銷(xiāo)的選取和校核 25 結(jié)論 27 致謝 28 參考文獻(xiàn) 29

9、 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第28頁(yè)共29頁(yè) 1 緒論 1.1 鑄造簡(jiǎn)介 1.1.1 鑄造的定義 鑄造[1]是熔煉金屬，制造鑄型，并將熔融金屬澆入鑄型，凝固后獲得具有一定形狀、尺寸和性能金屬零件毛坯的成型方法。 鑄造是將金屬熔煉成符合一定要求的液體并澆進(jìn)鑄型里，經(jīng)冷卻凝固、清整處理后得到有預(yù)定形狀、尺寸和性能的鑄件的工藝過(guò)程。鑄造毛坯因近乎成形，而達(dá)到免機(jī)械加工或少量加工的目的降低了成本并在一定程度上減少了制作時(shí)間。鑄造是現(xiàn)代裝置制造工業(yè)的基礎(chǔ)工藝之一。 1.1.2 鑄造的發(fā)展 中國(guó)早期的鑄件大多是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、宗教、生活等方面的工具，藝術(shù)色彩濃厚

10、。那時(shí)的鑄造工藝是與制陶工藝并行發(fā)展的，受陶器的影響很大。中國(guó)約在公元前1700～前1000年之間已進(jìn)入青銅鑄件的全盛期，工藝上已達(dá)到相當(dāng)高的水平。 中國(guó)在公元前513年，鑄出了世界上最早的鑄鐵件。歐洲在公元八世紀(jì)前后也開(kāi)始生產(chǎn)鑄鐵件。鑄鐵件的出現(xiàn)，擴(kuò)大了鑄件的應(yīng)用范圍。 18世紀(jì)的工業(yè)革命以后，蒸汽機(jī)、紡織機(jī)和鐵路等工業(yè)興起，鑄件進(jìn)入為大工業(yè)服務(wù)的新時(shí)期，鑄造技術(shù)開(kāi)始有了大的發(fā)展。 進(jìn)入20世紀(jì)，鑄造的發(fā)展速度很快，其重要因素之一是產(chǎn)品技術(shù)的進(jìn)步 ，要求鑄件各種機(jī)械物理性能更好，同時(shí)仍具有良好的機(jī)械加工性能；另一個(gè)原因是機(jī)械工業(yè)本身和其他工業(yè)如化工、儀表等的發(fā)展，給鑄造業(yè)創(chuàng)造了有利的物

11、質(zhì)條件。 1.1.3 鑄造的分類(lèi) 鑄造種類(lèi)很多，按造型方法習(xí)慣上分為： （1） 普通砂型鑄造，包括濕砂型、干砂型和化學(xué)硬化砂型3類(lèi)。 （2） 特種鑄造，按造型材料又可分為以天然礦產(chǎn)砂石為主要造型材料的特種鑄造（如熔模鑄造、泥型鑄造、鑄造車(chē)間殼型鑄造、負(fù)壓鑄造、實(shí)型鑄造、陶瓷型鑄造等）和以金屬為主要鑄型材料的特種鑄造（如金屬型鑄造、壓力鑄造、連續(xù)鑄造、低壓鑄造、離心鑄造等）兩類(lèi)。 1.2 離心鑄造簡(jiǎn)介 1.2.1 離心鑄造的發(fā)展概況 1809年，英國(guó)人埃爾恰爾特申請(qǐng)了有關(guān)臥式離心鑄造和立式離心鑄造的第一個(gè)專(zhuān)利。 1849年，英國(guó)人安德魯·遜克制作出第一臺(tái)離心鑄管機(jī)，而后

12、生產(chǎn)了長(zhǎng)達(dá)3.6m、直徑為75mm的離心鑄鐵管。 1857年德國(guó)人漢內(nèi)·貝士麥提出用立式離心鑄造生產(chǎn)輪圈。 1862年英國(guó)人惠爾利和鮑韋爾制作出了鑄造輪圈的立式離心鑄造機(jī)。 1910年德國(guó)人奧托·勃里代發(fā)明用移動(dòng)澆注槽生產(chǎn)金屬型離心鑄管的方法。 1914年巴西人代拉夫得和阿倫斯研究水冷型離心鑄管法成功。1917年美國(guó)人莫爾創(chuàng)造了砂型離心鑄管法，1920年開(kāi)始用于大量生產(chǎn)。 1950年在瑞典開(kāi)始用涂料金屬型離心鑄造法生產(chǎn)主要用于下水道的小口徑鐵管。 50年代美國(guó)離心鑄管公司建立了樹(shù)脂砂型離心鑄管法。 30年代以后離心鑄造法逐步推廣應(yīng)用于生產(chǎn)汽缸套、炮身、鼓輪等鑄件。 在20世紀(jì)4

13、0年代出現(xiàn)了用離心鑄造法生產(chǎn)雙金屬?gòu)?fù)合冶金軋輥的工藝。 1.2.2 離心鑄造的定義及原理[3] 離心鑄造是將金屬液澆入旋轉(zhuǎn)的鑄型里，在離心力的作用下充型并凝固成鑄件的一種鑄造方法。離心鑄造用的機(jī)器稱(chēng)為離心鑄造機(jī)。 根據(jù)力學(xué)中的慣性，處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的金屬液質(zhì)點(diǎn)相應(yīng)的產(chǎn)生了離心力，所以金屬液在離心力的作用下凝固成形是離心鑄造的一大特點(diǎn)。 1.2.3 離心鑄造的分類(lèi) 按照鑄型的旋轉(zhuǎn)軸方向不同，常見(jiàn)的離心鑄造機(jī)分為臥式、立式2種。 （1） 臥式離心鑄造，鑄型的旋轉(zhuǎn)軸線處于水平狀態(tài)或與水平線夾角很小(小于4°)時(shí)離心鑄造成為臥式離心鑄造。如圖1-1為一種臥式離心鑄造。臥式離心鑄造機(jī)主要用

14、于澆注各種管狀鑄件，如灰鑄鐵球墨鑄鐵的水管和煤氣管等等，管徑最小75毫米，最大可達(dá)3000毫米。此外可以澆注造紙機(jī)用大口徑銅輥筒，各種碳鋼、合金鋼管以及要求內(nèi)外層有不同成分的雙層材質(zhì)鋼軋輥。 （2） 立式離心鑄造，鑄型的旋轉(zhuǎn)軸線處于垂直狀態(tài)時(shí)的離心鑄造。如圖1-2為一種立式離心鑄造。立式離心鑄造機(jī)則主要用以生產(chǎn)各種環(huán)形鑄件和較小的非圓形鑄件。 圖1-1臥式離心鑄造 圖1-2 立式離心鑄造 1.2.4 離心鑄造的特點(diǎn) 離心鑄造的特點(diǎn)是金屬液在離心力的作用下充型和凝固，金屬補(bǔ)縮效果好，鑄件外層組

15、織致密，非金屬夾雜物少，機(jī)械性能好。離心鑄造不用造型、制芯，節(jié)省了相關(guān)材料及設(shè)備投入。鑄造空心鑄件不需澆冒口，金屬利用率可大大提高。因此對(duì)某些特定形狀的鑄件來(lái)說(shuō)，離心鑄造是一種節(jié)省材料、節(jié)省能耗、高效益的工藝，但須特別注意采取有效的安全措施。 離心鑄造可以獲得無(wú)縮孔、氣孔、夾渣的鑄件，而且組織細(xì)密、機(jī)械性能好。當(dāng)鑄造圓形中空零件時(shí)，可以省去型芯。此外，離心鑄造不需要澆注系統(tǒng)，減少了金屬的消耗。但離心鑄造鑄出的筒形零件內(nèi)孔自由表面粗糙、尺寸誤差大、質(zhì)量差，有較多氣孔、夾渣，因此需增加加工余量，而且不適宜澆注容易產(chǎn)生比重偏析的合金及鋁鎂等合金。 1.2.5 離心鑄造的應(yīng)用 離心鑄造主要用于

16、大批生產(chǎn)鐵管、銅套、發(fā)動(dòng)機(jī)缸套、雙金屬鋼背銅套、造紙機(jī)滾筒。生產(chǎn)效益顯著的有雙金屬鑄鐵軋輥，加熱爐底耐熱鋼輥道、無(wú)縫鋼管毛坯，剎車(chē)鼓、活塞環(huán)毛坯、銅合金渦輪毛坯等。 1.3 45鋼簡(jiǎn)介 45號(hào)鋼[4]，是GB中的叫法，國(guó)內(nèi)常叫45號(hào)鋼，也有叫做“油鋼”。45號(hào)鋼為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)用鋼，硬度不高易切削加工，模具中常用來(lái)做模板、梢子、導(dǎo)柱等，但須熱處理。 1.3.1 化學(xué)成分 C含量是0.42%~0.50%，Si含量為0.17%~0.37%，Mn含量0.50%~0.80%，Cr含量≤0.25%，Ni含量≤0.30%，Cu含量≤0.25%。密度是7.85g/cm3。 1.3.2 處理方法

17、 （1） 熱處理 推薦熱處理溫度：正火850℃，淬火840℃，回火600℃。（1）45號(hào)鋼淬火后沒(méi)有回火之前，硬度大于HRC55（最高可達(dá)HRC62）為合格。 實(shí)際應(yīng)用的最高硬度為HRC55（高頻淬火HRC58）。（2）45號(hào)鋼不要采用滲碳淬火的熱處理工藝。 調(diào)質(zhì)處理后零件具有良好的綜合機(jī)械性能，廣泛應(yīng)用于各種重要的結(jié)構(gòu)零件，特別是那些在交變負(fù)荷下工作的連桿、螺栓、齒輪及軸類(lèi)等。但表面硬度較低，不耐磨?？捎谜{(diào)質(zhì)+表面淬火來(lái)提高零件表面硬度。 （2） 滲碳處理 一般用于表面耐磨、芯部耐沖擊的重載零件，其耐磨性比調(diào)質(zhì)+表面淬火高。其表面含碳量0.8%~1.2%，芯部一般在0.1%~0.2

18、5%（特殊情況下采用0.35%）。經(jīng)熱處理后，表面可以獲得很高的硬度（HRC58~62），芯部硬度低，耐沖擊。 如果用45號(hào)鋼滲碳，淬火后芯部會(huì)出現(xiàn)硬脆的馬氏體，失去滲碳處理的優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)在采用滲碳工藝的材料，含碳量都不高，到0.30%芯部強(qiáng)度已經(jīng)可以達(dá)到很高，應(yīng)用上不多見(jiàn)。0.35%從來(lái)沒(méi)見(jiàn)過(guò)實(shí)例，只在教科書(shū)里有介紹?？梢圆捎谜{(diào)質(zhì)+高頻表面淬火的工藝，耐磨性較滲碳略差。 1.3.3 45鋼應(yīng)用 45鋼是軸類(lèi)零件的常用材料，它價(jià)格便宜經(jīng)過(guò)正火后，可得到較好的切削性能，而且能獲得較高的強(qiáng)度和韌性等綜合機(jī)械性能。45鋼廣泛用于機(jī)械制造，如管、模板、連桿、螺栓、齒輪及軸類(lèi)等。 1.4 離心

19、鑄管機(jī)的設(shè)計(jì)原則 設(shè)計(jì)離心鑄管機(jī)時(shí)需要確定幾項(xiàng)參數(shù)：澆注時(shí)管模的轉(zhuǎn)速，澆注速度，澆注時(shí)間等，并遵循以下四個(gè)原則[5]。 （1） 離心鑄管模的轉(zhuǎn)速應(yīng)保證液態(tài)金屬進(jìn)入管模后立刻成圓筒形，并能得到良好的鑄管內(nèi)部組織，根據(jù)不同規(guī)格的鑄管確定不同的轉(zhuǎn)速。 （2） 離心機(jī)的下行速度應(yīng)均勻，保證鑄管壁厚均勻，不同規(guī)格的鑄管下行速度不同。 （3） 澆注不同規(guī)格的鑄管時(shí)，配用不同容量的扇形包。一套扇形包的傾動(dòng)機(jī)構(gòu)在一種傾倒速度的條件下，可以傾倒出不同重量的鐵水量。 （4） 管模的冷卻水量采用閉環(huán)控制，根據(jù)水的出口和入口溫度控制冷卻水量。 1.5 本課題研究的對(duì)象 根據(jù)零件圖（如圖1-3所示）設(shè)計(jì)

20、小型滾筒式臥式離心鑄造機(jī)，零件材料為45號(hào)鋼，零件壁厚10mm。 D=150mm h=250mm 圖1-3 管類(lèi)零件 2 離心鑄造工藝 2.1 生產(chǎn)條件的確定 離心鑄造的設(shè)備包括熔煉設(shè)備、傳動(dòng)設(shè)備和模具。 2.1.1 熔煉爐的選擇 熔煉爐的選擇如表2-1。 表2-1 熔煉設(shè)備一覽[6] 序號(hào) 名稱(chēng) 功率（KW） 最大容量（T） 形式 1 2 3 電弧爐 中頻爐 焦炭坩堝爐 100 250 2.2 0.5 0.25 0.3 臥式 立式 立式 根據(jù)模具的尺寸選擇1

21、號(hào)電弧爐。利用電弧熱效應(yīng)熔煉金屬和其他物料的電爐叫電弧爐，電弧爐用于熔煉普通鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼及各種合金鋼、不銹鋼。 2.1.2 爐前準(zhǔn)備 凡是要加入到爐中去的各種原材料都要必須除銹、去油、徹底烘干。投爐前應(yīng)盡可能的把爐料預(yù)熱到400℃左右。各種輔料包括覆蓋劑、清渣劑、除氣劑都必須在投爐前烘烤，對(duì)一些氯化物，還必須高溫脫水處理后方能使用，嚴(yán)禁冷料使用。凡是與金屬液直接接觸的各類(lèi)工具，包括澆包、澆口槽、鐘罩、攪攔棒、耙子等都必須刷好涂料徹底烘干后待用。石墨坩堝應(yīng)預(yù)熱到200-300℃時(shí)再放入爐膛，防止坩堝爆炸和掉層。 檢查鋼液質(zhì)量好壞、能否離心鑄造，檢查的方法是在耐火磚上鑿一個(gè)直徑50×50

22、mm的凹坑，把熔煉好的金屬液注入，待凝固后看其表面。表面凹陷為合格，若是表面平整或者凸起，證明銅液中含有氣體或者氣體含量嚴(yán)重，此時(shí)必須進(jìn)行第二次排氣和精煉處理，之后再檢查一次，要是第二次檢查還不合格，這爐鋼液就不能進(jìn)行離心鑄造。 2.1.3 離心機(jī)的選擇 如表2-2所示，根據(jù)零件尺寸選擇1號(hào)臥式三級(jí)離心機(jī)。 表2-2 離心機(jī)選擇表 序號(hào) 最大規(guī)格（mm） 功率（KW） 最大車(chē)速（轉(zhuǎn)/分） 形式 1 2 3 4 300400 600800 700200 1100600 4 10 20 40 1150 900 800 700 臥式三級(jí) 臥式二級(jí)

23、 立式二級(jí) 立式二級(jí) 2.1.4 離心機(jī)轉(zhuǎn)速的確定 離心機(jī)轉(zhuǎn)速直接影響鑄件質(zhì)量，轉(zhuǎn)速過(guò)低使鑄件內(nèi)圓產(chǎn)生金屬堆積，合金液中的氧化夾雜物不易離出，鑄件產(chǎn)生類(lèi)渣；轉(zhuǎn)速過(guò)高鑄件容易產(chǎn)生偏析，尤其是鑄件壁厚較大，結(jié)晶溫度范圍較寬的合金和合金中成分比重相差較大的元素。如錫、鉛等。通常我們用 如下經(jīng)驗(yàn)方法來(lái)確定。鑄件的直徑小，需要的離心力大，速度靠上限取，反之取較小的轉(zhuǎn)速。此處鑄件的直徑是指內(nèi)孔而不是外圓，見(jiàn)表2-3所示。 表2-3離心機(jī)轉(zhuǎn)速表 形式 直徑（mm） 轉(zhuǎn)速（r/min） 臥式 50～100 100～200 200～400 400～600 800～1300 950

24、～1100 750～950 600～750 立式 600～800 800～1100 600～700 500～600 零件內(nèi)徑是130mm，選取轉(zhuǎn)速950~1100r/min。 2.2 金屬模涂料 2.2.1 噴刷涂料的目的 保護(hù)金屬型，提高冒口補(bǔ)縮能力，利于金屬液流動(dòng)改善充型條件，一定的排氣作用，使鑄件表面光滑利于脫型，涂料層可減少或避免鑄鐵件產(chǎn)生百口。 2.2.2 對(duì)涂料的要求 有足夠的耐熱性，必要的化學(xué)穩(wěn)定性，有一定的導(dǎo)熱性，能牢固的附著在金屬性表面而且自身有一定的強(qiáng)度。 2.2.3 涂料各成分的性能 涂料[7]是由耐火粉、粘結(jié)劑、稀釋劑、特殊附加劑等

25、多種成分組成的混合液體。 （1） 耐火粉對(duì)廢鐵合金常用的有白堊粉、滑石粉、二氧化鈦、氧化鎂、石墨粉等；對(duì)銅合金鑄件常用的有石墨粉、石棉粉、耐火粘土、滑石粉等；對(duì)黑色金屬鑄件常用的有硅石粉、鎂砂粉、鉻鐵礦粉、耐火磚粉、耐火粘土、石墨粉等。 （2） 粘結(jié)劑對(duì)非鐵合金主要用玻璃水；對(duì)鑄鋼件一般用粘土、水泥、糖漿、油類(lèi)等等。 （3） 稀釋劑除銅合金外一般都用水稀釋。 （4） 特殊附加劑為提高非鐵合金鑄件所用涂料塑性，在其成分中加入2%~3%的亞硫酸鋇。鑄造鎂合金時(shí)，為防止金屬氧化一般加硼酸。 2.2.4 涂料配比 涂料的成分由很多種，鑄件材料不同，選擇的涂料也不一樣。表2-4列舉了鑄鋼件

26、的涂料多種配比。 表2-4 鑄鋼件金屬型鑄造用涂料配比（wt%） 編號(hào) 成分 配比 備注 1 石灰粉 耐火粘土 肥皂液 糖漿 水 87 8 1~2 1~3 其余 用水調(diào)至密度為1.4~1.5g/cm3，在預(yù)熱金屬型之前用毛筆刷涂 2 機(jī)油 100 金屬型預(yù)熱后用棉布擦涂（小鋼件） 3 硅石粉 白泥 糖漿 重油 100 4 2 0.2~0.3 大型鑄鋼件用（配比中后三項(xiàng)是另加的，濕碾＞12h，含水量28%~33%） 4 瀝青 汽油 一份（體積） 三份（體積） 5 脫水焦油 100 2.2.5 涂料配制工藝

27、 （1）原材料準(zhǔn)備，涂料中的各種耐火粉在配制前都應(yīng)進(jìn)行干燥，然后進(jìn)行過(guò)篩。 （2）涂料配制，鑄鐵件、鑄鋼件用涂料的配置方法，先將耐火粉混勻，然后兌入液體材料。 2.2.6 涂料噴涂工藝 噴刷涂料前應(yīng)仔細(xì)清理金屬型工作面及通氣孔，去除舊的涂料層、及粘附的金屬毛刺等。新投入運(yùn)用的金屬型，可用稀硫酸洗滌或輕度吹砂處理來(lái)改善型面對(duì)涂料的粘附力。 清理好的金屬型一般都需要進(jìn)行預(yù)熱，鑄鋼件預(yù)熱溫度在100℃~250℃。 噴刷涂料時(shí)應(yīng)注意金屬型不同部位要求的涂料層厚度。如非鐵合金，澆冒口部分：0.5mm~1mm，鑄件厚大部分：0.05mm~0.2mm，鑄件薄壁部分：0.2mm~0.5mm。 2

28、.3 澆注溫度 澆注溫度是保證合格鑄件的主要參數(shù)之一。本次設(shè)計(jì)為管狀零件，金屬液充型時(shí)遇到阻力較小，又有離心壓力或離心力加強(qiáng)金屬液的充型性，故離心鑄造是的澆注溫度可比重力澆注低5℃~10℃。澆注溫度過(guò)高鑄件外圓容易產(chǎn)生氣孔，澆口部位將產(chǎn)生縮孔。澆注溫度過(guò)低鑄件外圓產(chǎn)生冷隔、皺皮，鑄件內(nèi)部產(chǎn)生夾層、壁厚不均、內(nèi)圓堆積金屬等缺陷。45鋼的熔化溫度1460℃~1467℃，出鋼溫度1560℃~1580℃，澆注溫度1500℃~1550℃。 2.4 澆注速度 離心機(jī)因采用金屬型模具，冷卻速度較快，采用快速澆注能獲得優(yōu)質(zhì)鑄件。由零件 參數(shù)得質(zhì)量為kg。根據(jù)表2-5，選取包孔直徑30mm，澆注時(shí)間

29、0.5s。 表2-5鋼液澆注重量速度平均值 包孔直徑 澆注重量速度 備注 30 35 40 45 50 10 20 27 42 55 包孔直徑:mm，澆注重量速度:kg/s 2.5 澆注系統(tǒng) 離心鑄造澆注系統(tǒng)應(yīng)滿足下列要求：（1）澆注長(zhǎng)度長(zhǎng)、直徑大的鑄件時(shí)，澆注系統(tǒng)應(yīng)使金屬液能較快的均勻的鋪在鑄型內(nèi)表上。（2）盡可能減少金屬液飛濺。（3）鑄型內(nèi)的澆道應(yīng)能使金屬液順利流入型腔。（4）澆注終了，澆杯和澆注槽內(nèi)應(yīng)不留金屬和熔渣，如果有熔渣也應(yīng)該易于清理。 離心鑄造的澆口沒(méi)有手工鑄造的要求嚴(yán)格，但澆口位置不當(dāng)也會(huì)使鑄件產(chǎn)生缺陷，突出的缺陷有，縱向壁厚不均，澆口近的

30、地方過(guò)厚，遠(yuǎn)離澆口的地方很薄，鑄件兩頭產(chǎn)生氧化夾雜物，特別是臥式離心機(jī)。因此對(duì)直徑小而長(zhǎng)的鑄件，盡量將澆口伸進(jìn)金屬模1/3~1/2處較為理想；直徑大而短的鑄件，澆口伸進(jìn)金屬模的深度約1/3~1/2處即可。澆口的深度確定之后，還必須調(diào)整澆口方向，澆口方向不能朝上順著離心機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，也不能直頂著離心機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。合適的澆口方向始終與離心機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向形成一個(gè)15°左右的夾角，最大不得超過(guò)30°，能有效地保證鑄件質(zhì)量。本次設(shè)計(jì)選擇伸進(jìn)金屬模1/3處。選擇管式澆注杯。 2.6 鑄型轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間 當(dāng)金屬液注入金屬模后，要有足夠的時(shí)間使液態(tài)金屬轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)金屬，整個(gè)轉(zhuǎn)變過(guò)程是在離心機(jī)旋轉(zhuǎn)過(guò)程中進(jìn)行的，不可

31、以停機(jī)。若是過(guò)早停機(jī)，鑄件將會(huì)產(chǎn)生凸瘤和不圓現(xiàn)象。最簡(jiǎn)單的辦法是觀察鑄件顏色，呈暗紅色時(shí)停機(jī)、取件。一般轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間取10s。 3 離心鑄管缺陷分析及預(yù)防 3.1 合金鋼管缺陷分析 離心鑄造合金鋼管常出現(xiàn)的缺陷[8]有：充型不完整，表面氣孔，鋼管表層夾砂，裂紋，試壓滲漏，夾渣與渣痕，表面局部針刺。 （1） 充型不完整。在離心鑄造鋼管中充型不完整常有兩種情況：一種是外型缺澆，管子未達(dá)到足夠的長(zhǎng)度； 另一種是管子壁厚不均，在管子澆注的彼端壁較薄。此缺陷常發(fā)生于壁厚在8mm以下的薄壁鋼管中，特別是長(zhǎng)徑比大的管子（L/D＞15，L管長(zhǎng)；D管徑）。 （2） 表面氣孔。在鋼管表面局部存在氣孔，直

32、徑為0.2mm~2 mm，深0.5mm~2mm，氣孔分布的密度約為2~12個(gè)/ cm3 。呈現(xiàn)出很均勻的一片片的氣孔。 （3） 鋼管表層夾砂。在鋼管表面局部出現(xiàn)粗糙麻面并稍有凸起，粗糙麻面有清晰的周邊輪廓。嚴(yán)重時(shí)成為環(huán)帶狀?yuàn)A砂。當(dāng)去掉粗糙的鋼表層后可見(jiàn)存在其中的薄涂料層即夾砂。夾砂部位經(jīng)過(guò)1mm~2mm的加工即可去除。但它嚴(yán)重影響鑄皮質(zhì)量，如是非加工的鋼管就很可能報(bào)廢。這種缺陷多出現(xiàn)于掛涂料的鋼管。 （4） 裂紋。鋼管裂紋有縱裂和橫裂?？v裂紋主要是由于合金在凝固時(shí)轉(zhuǎn)速過(guò)高，往往伴隨離心機(jī)振動(dòng)較大時(shí)出現(xiàn)，生產(chǎn)中縱裂紋出現(xiàn)不多。 實(shí)際中橫裂紋較多見(jiàn)，裂紋多靠管子一端，裂紋有時(shí)穿透管壁，嚴(yán)重者

33、管子一出型就斷開(kāi)了。 （5） 試壓滲漏。鋼管在試壓時(shí)，在表面出現(xiàn)大面積滲漏，呈現(xiàn)一片片泅水現(xiàn)象，造成報(bào)廢。 （6） 夾渣與渣痕。 夾渣，有時(shí)管子表面并未見(jiàn)有夾渣，經(jīng)試壓發(fā)現(xiàn)局部小面積滲漏，經(jīng)剖破檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在漏水處管壁中存在夾渣，某廠生產(chǎn)鎂罐筒曾出現(xiàn)過(guò)此現(xiàn)象。 渣痕，有時(shí)在鋼管的內(nèi)表面存在小凹陷，大小、深淺不等。在薄壁鋼管中凹陷處使壁厚減薄較多。由于鋼管內(nèi)表面存留較大塊浮渣，待其脫落后便顯出凹陷，所以是渣痕。渣物的密度比鋼液小時(shí)在離心力作用下浮到內(nèi)表面，但由于渣物本身的重力使其沉入鋼液一定深度，從而形成渣痕。 （7） 表面局部針刺。在靠近鋼管的一端有時(shí)會(huì)出現(xiàn)針刺。針刺的直徑為0.5mm~

34、1 mm，高為2mm~3mm，每平方厘米內(nèi)1根左右。這種現(xiàn)象常發(fā)生在涂料層較厚的情況下。 3.2 缺陷預(yù)防措施 （1） 充型不完整。在離心澆注時(shí)影響充型的因素主要有：澆注溫度、鑄型轉(zhuǎn)速、澆注速度和鑄型溫度等。在鑄型溫度和澆注速度一定的情況下，提高澆注溫度，可增加鋼液的流動(dòng)性；增加鑄型轉(zhuǎn)速，可提高離心壓力使鋼液較好地布滿鑄型。 （2） 表面氣孔。這種氣孔是由于涂料產(chǎn)生的侵入性氣孔。鋼液澆注后，涂料層在高溫作用下發(fā)生氣化，當(dāng)氣體形成較大壓力時(shí)就會(huì)進(jìn)人鋼管表層，這時(shí)合金已處于或接近半凝固狀態(tài)，很快凝固成型，氣體不能穿過(guò)合金層逸出，就存留于鋼管表層形成氣孔。由于鋼液溫度高，涂料激發(fā)出的氣體較多

35、，涂料層容氣量有限，而且鑄型無(wú)排氣孔，所以離心鋼管易產(chǎn)生氣孔。 克服氣孔缺陷的基本途徑是減少涂料的發(fā)氣量。有效的辦法是將耐火骨料經(jīng)高溫焙燒使其脫掉結(jié)晶水，試驗(yàn)表明當(dāng)涂料發(fā)氣量小于5cmm3/ g時(shí)，在正常離心鑄造工藝條件下鋼管不會(huì)出現(xiàn)氣孔。粘結(jié)劑和懸浮劑應(yīng)盡量少加，鑄型上完涂料后要充分干燥，使粘結(jié)劑達(dá)到一定程度的脫水，以減少發(fā)氣量。 （3） 鑄管表層夾砂。夾砂主要是由于涂料層組成不均，存在分層現(xiàn)象，當(dāng)有裂紋或澆注時(shí)發(fā)生裂紋，鋼液鉆入將表層涂料夾在中間所致。分層現(xiàn)象的形成主要是由于掛涂料時(shí)，涂料在型內(nèi)混合時(shí)間不夠，未達(dá)到均勻而粘稠的程度，便加速涂掛，致使密度較小的粘結(jié)劑多浮向內(nèi)表層，而形成中

36、間低強(qiáng)度層的分層現(xiàn)象。為減少分層現(xiàn)象，要注意涂料在型內(nèi)的混合，嚴(yán)格控制加速涂掛時(shí)間。此外，涂料在入型前應(yīng)充分?jǐn)嚢?特別是耐火骨料密度差較大) ；涂料時(shí)要嚴(yán)格控制型溫； 鑄型較長(zhǎng)時(shí)涂料導(dǎo)入要均勻。在鑄型干燥時(shí)應(yīng)緩慢加熱以防止涂料層裂紋。 （4） 裂紋。這是一種熱裂紋。當(dāng)鋼管兩端出現(xiàn)飛刺或喇叭頭時(shí)，合金凝固后收縮受到阻礙，而且高合金鋼收縮率又較大，故造成裂紋。從工藝上看主要在于涂料厚度的均勻性，涂料在鑄型縱向要分布均勻。掛涂料時(shí)端蓋處不得有涂料漿漏出，避免產(chǎn)生飛刺。掛涂料時(shí)用木端蓋(掛完更換)可防漏料，最好掛完涂料后再將端蓋與鑄型接觸處進(jìn)行密封。噴涂料時(shí)涂料厚度要均勻，端部不得有皮縫。 （5）

37、 試壓滲漏。這種滲漏主要是由于管壁存在縮松所致。產(chǎn)生縮松的原因在于離心澆注時(shí)管壁未形成從外向內(nèi)順序凝固。這種缺陷多出于掛涂料法生產(chǎn)的薄壁鋼管上。 如: 生產(chǎn)直徑為100mm，壁厚5~6mm的耐熱鋼輻射管。鑄型掛3mm厚的耐火涂料，鑄出鋼管表面質(zhì)量良好，經(jīng)試壓出現(xiàn)大面積滲漏，檢驗(yàn)鋼管壁截面發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重縮松。原因是涂料太厚，冷卻強(qiáng)度不夠，鋼液層未實(shí)現(xiàn)順序凝固，而是體凝固所致。將涂料改為1.5mm厚，滲漏克服。從這點(diǎn)看噴涂料比掛涂料好。 （6） 夾渣與渣痕。存在夾渣主要是由于澆注溫度低，除渣不凈，或澆注轉(zhuǎn)速不夠，致使渣物未能及時(shí)浮動(dòng)到內(nèi)表面。渣物密度愈大沉入鋼液愈深，體積愈大其渣痕也愈大。所以除凈渣

38、物和采用封閉式澆注系統(tǒng)很必要。 （7） 表面局部針刺。據(jù)工藝分析，是由于鑄型預(yù)熱溫度不均勻所致。例如，靠近干燥爐里端鑄型溫度偏高，掛涂料時(shí)該處涂料硬化快，其內(nèi)部迅速產(chǎn)生蒸氣不能順利排出，而形成集中氣流奪路外逸，造成涂料層穿孔，在此過(guò)程中涂料層不斷硬化使孔洞保留下來(lái)，澆注后鋼管表面就形成針刺。針刺需打磨清理增加勞務(wù)。使鑄型預(yù)熱溫度均勻，涂料時(shí)型溫不得過(guò)高，可消除表面針刺。 4 模具設(shè)計(jì) 4.1 模具的結(jié)構(gòu) 模具必須以零件的大小作為標(biāo)準(zhǔn)，零件圖為圖1-3。 鑄件外徑小于200mm，模具組裝圖[9]如圖4-1所示。 1.后蓋 2.擋板 3.襯套 4.銷(xiāo)子

39、 圖4-1 模具組裝圖[14][15] 4.2 模具參數(shù)的計(jì)算 4.2.1 襯套設(shè)計(jì) 襯套的作用就是為了方便零件脫模，在襯套表面，涂由一層隔熱物資，作用是使零件不與襯套粘結(jié)在一起，并且防止襯套受熱變形。零件材料是45鋼，模具工作溫度800~1000℃，模具材料為特種合金K3、K5、K17或者K19。 由于零件在從液體凝固成液體過(guò)程中，會(huì)發(fā)生收縮。故在設(shè)計(jì)襯套的過(guò)程要充分考慮到零件的收縮率，如表4-1。 表4-1 收縮率選擇表 鑄件外徑（mm） 收縮量（mm） 備注 ≤100 ≤150 ≤200 ＞200 3 4 5 ≥5 或?qū)嶒?yàn)后確定 D為襯套外

40、徑150+20+4=174mm 零件外徑150mm，收縮量取4mm d為外徑+收縮量=150+4=154mm d1=d+10mm=164mm d、=鑄件內(nèi)徑-收縮率 鑄件外徑R=150mm；壁厚10mm；內(nèi)徑R、=150-20=130mm；d、=130-4=126mm 殼體厚度=襯套厚度0.8=8mm 4.2.2 后蓋的設(shè)計(jì) 后蓋直徑d1、=d1=164mm 厚度n=20mm。如圖4-2所示。 圖4-2后蓋 4.2.3 擋板的設(shè)計(jì) 擋板的作用就是防止襯套在高速轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中由于離心力的作用脫離模具。如圖4-3所示。 圖4-3擋板 擋板外徑D、=d1=164mm

41、 擋板內(nèi)徑d、=126mm b=20mm 4.3 鑄型轉(zhuǎn)速的計(jì)算 實(shí)際生產(chǎn)中，常用一些經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算鑄型的轉(zhuǎn)速，并根據(jù)實(shí)踐情況進(jìn)行適當(dāng)修正，一般鑄型轉(zhuǎn)速在<15%的偏差時(shí)，不會(huì)對(duì)澆注過(guò)程和鑄件質(zhì)量產(chǎn)生顯著的影響。 （1） 康斯坦丁諾夫公式計(jì)算鑄型轉(zhuǎn)速（我國(guó)廣泛采用）如式4-1。 (r/min) （4-1） 式中n——鑄型轉(zhuǎn)速（r/min）； g ——鑄件合金重度（N/m3）； r0 ——鑄件內(nèi)半徑（m）； b——康斯坦丁諾夫公式修正系數(shù)，b =0.8~1.5，具體取值可以

42、參考表4-2選取。 表4-2康斯坦丁諾夫公式修正系數(shù)值 離心鑄造類(lèi)型 銅合金臥式離心 銅合金立式離心 鑄鐵 鑄鋼 鋁合金 1.2~1.4 1.0~1.5 1.2~1.5 1.0~1.3 0.9~1.1 此式只試用于鑄件外半徑對(duì)鑄件內(nèi)半徑的比值時(shí)的離心鑄造。 （2） 凱門(mén)公式計(jì)算鑄型轉(zhuǎn)速（西方國(guó)家廣泛采用）如式4-2。 （r/min） （4-2） 式中c——系數(shù)，具體參考值見(jiàn)表4-3； r0 ——鑄件內(nèi)半徑（mm）。 表4-3各種

43、鑄件離心鑄造時(shí)c值 鑄件合金 合金密度（g/cm3） 產(chǎn)品名稱(chēng) 離心鑄造方式 c 鑄鐵 7.2 鋼管、漲圈 臥式 9000~12500 缸套 臥式 10750~13650 鑄鋼 7.85 臥式 10000~11000 黃銅 8.20 圓環(huán) 臥式 13500 鉛青銅 8.8 90~200軸承 臥式 9500 9.5~10.5 臥式 8500~9500 巴氏合金 7.3~7.5 軸瓦 臥式 7000~9000 鋁合金 2.65~3.10 臥式 13000~17500 青銅 8.4 立式 17000

44、 此式也只適用于鑄件外半徑對(duì)鑄件內(nèi)半徑的比值時(shí)的離心鑄造。 （3）重力系數(shù)公式（西方國(guó)家廣泛采用）如式4-3。 （r/min） （4-3） 式中G——重力系數(shù)，具體數(shù)值參考表4-4； r0——鑄件內(nèi)半徑（m）。 表4-4不同合金離心鑄造時(shí)的G值[7] 合金 G 銅合金 鑄鐵 鑄鋼 鋁合金 40~110 45~110 40~75 90~155 （4）砂型離心鑄造公式，如式4-4。 為降低鑄件外表面粗糙度，防止砂型被合金液壓壞，有時(shí)需要控制金屬液作用在砂型表面上的

45、離心壓力值，故提出了根據(jù)砂型可能承受的最大離心壓力值計(jì)算鑄型轉(zhuǎn)速的的公式 （r/min） （4-4） 式中P——砂型能承受的最大離心壓力（MPa），對(duì)于砂型，P≤0.003~0.004MPa；對(duì)于砂芯組合的離心砂型，P≤0.004~0.006MPa；對(duì)于陶瓷型，P≤0.006~0.008MPa； g ——液態(tài)金屬重度（N/m3）； R、r0 ——鑄件的外半徑和內(nèi)半徑（mm）。 在本次設(shè)計(jì)中R=150mm，=130mm，，由上述4個(gè)公式得知，選取第3個(gè)，重力系數(shù)公式。零件為鑄鋼件由表4.4得G值取6

46、5，內(nèi)半徑r0=65mm=0.065m，。 5 零件的選擇 5.1 聯(lián)軸器的選擇 聯(lián)軸器[10]是用來(lái)聯(lián)接不同機(jī)構(gòu)中的兩根軸（主動(dòng)軸和從動(dòng)軸）使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機(jī)械零件。在高速重載的動(dòng)力傳動(dòng)中，有些聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高軸系動(dòng)態(tài)性能的作用。聯(lián)軸器由兩半部分組成，分別與主動(dòng)軸和從動(dòng)軸聯(lián)接。一般動(dòng)力機(jī)大都借助于聯(lián)軸器與工作機(jī)相聯(lián)接。 對(duì)于已標(biāo)準(zhǔn)化和系列化的聯(lián)軸器，選擇合適類(lèi)型后，可按轉(zhuǎn)矩、軸直徑和轉(zhuǎn)速等確定聯(lián)軸器的型號(hào)和結(jié)構(gòu)尺寸。 5.1.1 確定聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，可能出現(xiàn)動(dòng)載荷及過(guò)載荷等現(xiàn)象，所以，應(yīng)取軸上的最大的最大轉(zhuǎn)速作為計(jì)算轉(zhuǎn)矩。如最大轉(zhuǎn)矩不能精確求

47、得時(shí)，可按式5-1計(jì)算。 Tca=KaT （5-1） 式中 T-聯(lián)軸器所需傳遞的名義轉(zhuǎn)矩，N.m Tca-聯(lián)軸器所需傳遞的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，N.m Ka-工作情況系數(shù)，小型機(jī)械故選=1.3 5.1.2 確定聯(lián)軸器的型號(hào)及尺寸 根據(jù)計(jì)算轉(zhuǎn)矩、軸直徑和轉(zhuǎn)速等，由下面的條件，從有關(guān)手冊(cè)中選取聯(lián)軸器的型號(hào)和結(jié)構(gòu)尺寸。 Tca≤[T] n≤nmax 式中 [T]-所選聯(lián)軸器型號(hào)的許用轉(zhuǎn)矩，N.m； n-為聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)速，r/min； nmax-所選聯(lián)軸器允許的最高轉(zhuǎn)速，r/min。

48、 多數(shù)情況下，每一型號(hào)聯(lián)軸器適用的軸的直徑均由 一個(gè)范圍。標(biāo)準(zhǔn)中已給出軸直徑的最大與最小值，或者給出適用轉(zhuǎn)矩范圍。 名義轉(zhuǎn)矩 T=9550=40.64N.m 計(jì)算轉(zhuǎn)矩 Tca=KAT=1.3×40.64=54.46N.m 選用固定式凸緣式聯(lián)軸器， 如圖5-1，5-2所示。 許用扭矩 112N.m 許用轉(zhuǎn)速 9500 r/min 凸緣式聯(lián)軸器特點(diǎn)特點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單，成本低，可傳遞較大轉(zhuǎn)矩。不允許兩軸有相對(duì)位移，無(wú)緩沖。凸緣聯(lián)軸器的材料可用灰鑄鐵或碳鋼，重載時(shí)或圓周速度大于30米/秒時(shí)應(yīng)用鑄鋼或鍛鋼。在本次設(shè)計(jì)中聯(lián)軸器材料選取碳鋼Q235。 圖5-1聯(lián)軸器正視圖[14][15]

49、 圖5-2聯(lián)軸器左視圖 5.2 離合器的選擇 離合器[11]在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)中可將傳動(dòng)系統(tǒng)隨時(shí)分離或結(jié)合。對(duì)離合器的要求有：接合平穩(wěn)，分離迅速而徹底，調(diào)節(jié)和處理方便，外廓尺寸大小，質(zhì)量小，耐磨性好和有足夠的散熱能力，操作方便省力。 按操作的方式，離合器可分為外力操縱式離合器和自動(dòng)離合器。外力操縱式離合器和自動(dòng)離合器。外力操縱式離合器有機(jī)械操縱式、電磁操縱式、液壓操縱式和氣動(dòng)操縱式等；自動(dòng)離合器能夠自動(dòng)進(jìn)行接合或分離，不需忍來(lái)操縱。例如，離心離合器，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值時(shí)，兩軸能自動(dòng)接合或分離；安全離合器，當(dāng)轉(zhuǎn)矩超過(guò)允許值時(shí)，兩軸即自動(dòng)分離；定向離合器，只允許單項(xiàng)傳動(dòng)，反轉(zhuǎn)時(shí)即自動(dòng)分離等等。 大

50、多數(shù)離合器已標(biāo)準(zhǔn)化或規(guī)格化，設(shè)計(jì)時(shí)，只需參考有關(guān)手冊(cè)對(duì)其進(jìn)行類(lèi)比設(shè)計(jì)或選擇即可。 選擇離合器時(shí)，首先根據(jù)機(jī)器的工作特點(diǎn)和使用條件，結(jié)合各種離合器的性能特點(diǎn)，確定離合器的類(lèi)型；類(lèi)型確定后 ，可根據(jù)被聯(lián)接的 兩軸的直徑、計(jì)算轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，從有關(guān)手冊(cè)中查出適當(dāng)?shù)男吞?hào)；必要時(shí)，可對(duì)其薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行承載能力校核。 牙嵌離合器的常用材料為低碳合金鋼（如20Cr、20MnB），經(jīng)滲碳淬火處理后使牙面硬度達(dá)到HRC56-62。有時(shí)也采用中低合金鋼（40Cr、45Mn），經(jīng)表面淬火等處理后硬度達(dá)到HRC48-52。本次設(shè)計(jì)離合器的材料選用20Cr。 本裝置采用的是螺紋連接，因此絕對(duì)不允許模具反轉(zhuǎn)，所以選擇定向

51、離合器。 軸的轉(zhuǎn)速是n=950r/min 離合器的名義轉(zhuǎn)速計(jì)算公式，T=9550Pη/n 式中 p-電動(dòng)機(jī)功率，kW； n-計(jì)算轉(zhuǎn)速，r/min； η-由電動(dòng)機(jī)至離合器的軸的傳動(dòng)效率，取0.97； 綜上所述得， 名義轉(zhuǎn)矩T=40.640.97=39.42 N.m， 計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tca=39.421.3=51.25N.m。 根據(jù)計(jì)算轉(zhuǎn)矩、軸徑和轉(zhuǎn)速，從設(shè)計(jì)手冊(cè)中選取離合器的具體型號(hào)，其參數(shù)為：額定轉(zhuǎn)矩175N.m；軸徑28mm；牙數(shù)3；牙寬度10mm；牙高度10mm；牙在中徑處高度4mm；半離合器長(zhǎng)度38mm、50mm；操作環(huán)槽寬度20mm；操作環(huán)外徑44mm；離合器外徑55mm

52、。如圖5-3，5-4所示。 圖5-3離合器正視圖[14][15] 圖5-4離合器左視圖 5.3 軸承的選擇 滾動(dòng)軸承是將運(yùn)轉(zhuǎn)的軸與軸座之間的滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，從而減少摩擦損失的一種精密的機(jī)械元件。滾動(dòng)軸承一般由內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體和保持架四部分組成，內(nèi)圈的作用是與軸相配合并與軸一起旋轉(zhuǎn)；外圈作用是與軸承座相配合，起支撐作用；滾動(dòng)體是借助于保持架均勻的將滾動(dòng)體分布在內(nèi)圈和外圈之間，其形狀大小和數(shù)量直接影響著滾動(dòng)軸承的使用性能和壽命；保持架能使?jié)L動(dòng)體均勻分布，防止?jié)L動(dòng)體脫落，引導(dǎo)滾動(dòng)體旋轉(zhuǎn)起潤(rùn)滑作用。 滾動(dòng)軸承的作用，支承轉(zhuǎn)動(dòng)的軸及軸上零件，并保持軸的正常工作位置和旋轉(zhuǎn)精度。

53、滾動(dòng)軸承使用維護(hù)方便，工作可靠，起動(dòng)性能好，在中等速度下承載能力較高。與滑動(dòng)軸承比較，滾動(dòng)軸承的徑向尺寸較大，減振能力較差，高速時(shí)壽命低，聲響較大。 深溝球軸承[13]是滾動(dòng)軸承中最為普通的一種類(lèi)型?；拘偷纳顪锨蜉S承由一個(gè)外圈，一個(gè)內(nèi)圈、一組鋼球和一組保持架構(gòu)成。 深溝球軸承類(lèi)型有單列和雙列兩種，單列深溝球軸承類(lèi)型代號(hào)為6，雙列深溝球軸承代號(hào)為4。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，是生產(chǎn)最普遍，應(yīng)用最廣泛的一類(lèi)軸承。 深溝球軸承的工作原理，深溝球軸承主要承受徑向載荷，也可同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷。當(dāng)其僅承受徑向載荷時(shí)，接觸角為零。當(dāng)深溝球軸承具有較大的徑向游隙時(shí)，具有角接觸軸承的性能，可承受較大的

54、軸向載荷 ，深溝球軸承的摩擦系數(shù)很小，極限轉(zhuǎn)速也很高。 本次設(shè)計(jì)選擇單列深溝球軸承，代號(hào)是61807，規(guī)格為。 6 軸的設(shè)計(jì) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是要確定軸的合理外形，包括各段軸長(zhǎng)、直徑及其他細(xì)節(jié)尺寸在內(nèi)的全部結(jié)構(gòu)尺寸，軸的結(jié)構(gòu)受多方面因素的影響，沒(méi)有一個(gè)確定形式，而是隨著工作條件與要求的不同而不同。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮三點(diǎn)。 1） 滿足使用要求。軸上零件在軸上有可靠的軸向固定和周向固定。軸向固定，應(yīng)用廣泛的有軸肩、軸環(huán)、套筒、軸端擋圈及圓螺母。周向固定，軸上零件周向固定的常用方法有：鍵、花鍵聯(lián)接、緊定螺釘聯(lián)接、銷(xiāo)聯(lián)接、過(guò)盈聯(lián)接等。 2） 軸的結(jié)構(gòu)工藝性。進(jìn)行軸的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡可能使軸的形狀簡(jiǎn)單，并

55、且具有良好的可加工性和裝配工藝性能。 3） 提高軸的疲勞強(qiáng)度。軸一般在變應(yīng)力下工作，多數(shù)因疲勞而失效。因此應(yīng)設(shè)法提高軸的疲勞強(qiáng)度。常采取的措施有：改進(jìn)軸的結(jié)構(gòu)外形，改善軸的表面狀態(tài)。 6.1 軸長(zhǎng)的確定 軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。鋼軸的毛坯多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件，由的則直接用圓鋼。 由于碳鋼比合金鋼價(jià)廉，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低，同時(shí)也可以用熱處理的方法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，故采用碳鋼制造軸尤為廣泛，其中最常見(jiàn)的是 45鋼。本次選擇軸的材料也是45鋼。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括定出軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。 擬定軸上零件的裝配方案是進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前提，它決定這軸的基本形式。所謂裝配

56、方案，就是預(yù)定出軸上主要零件的裝配方向、順序和祥和關(guān)系。本此離心機(jī)設(shè)計(jì)的裝配方案是：半聯(lián)軸器、軸承、半離合器依次從軸的右端向左安裝。 零件在軸上的定位和裝配方案確定后，軸的形狀便大體確定。各軸段說(shuō)需的直徑在軸上的載荷大小有關(guān)。 先確定軸的最小直徑[10]，如式6-1。 （6-1） mm，此軸段有鍵槽增大3%，=18.62mm 式中P是離心機(jī)功率，為4KW； n是鑄型轉(zhuǎn)速，為950r/min； C是計(jì)算常數(shù)，見(jiàn)表6-1，取112。 表6-1軸常用材料的C值

57、軸的材料 Q235、20 35 45 40Cr、35SiMn C 160 148 135 125 118 112 107 102 98 輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑。為了使所選的軸直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，選擇輸出軸的直徑為25mm，半聯(lián)軸器與從動(dòng)軸直徑28mm，此處設(shè)置一軸肩用來(lái)固定半聯(lián)軸器和便于軸承拆卸此段軸承，軸肩不能過(guò)高，取2.5mm，此段軸長(zhǎng)15mm。軸承處直徑35mm，根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對(duì)軸承添加潤(rùn)滑脂的要求，取端蓋的外端面與半離合器左端面間的距離為30mm，軸承蓋的寬度為20mm，所以此段軸長(zhǎng)為50mm，離合器處直徑為28mm，軸

58、尺寸如圖6-1所示。 圖6-1軸尺寸圖[14][15] 6.2 軸的校核 對(duì)于一般用途的軸，按當(dāng)量彎矩計(jì)算軸的強(qiáng)度或直徑已足夠精確。但由于上述計(jì)算中沒(méi)有考慮應(yīng)力集中、軸徑尺寸和表面品質(zhì)等因素對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度的影響，因此對(duì)于重要的軸，還需要進(jìn)行軸危險(xiǎn)截面處的疲勞安全系數(shù)的精確計(jì)算，評(píng)定軸的安全裕度。本次設(shè)計(jì)軸的材料為45鋼。即建立軸的危險(xiǎn)截面的安全系數(shù)的約束條件。 安全系數(shù)的約束條件[12]，如式6-2。 （6-2） 對(duì)一般轉(zhuǎn)軸，彎曲應(yīng)力按對(duì)稱(chēng)循環(huán)變化，故當(dāng)軸不轉(zhuǎn)動(dòng)或載

59、荷隨軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，考慮到載荷波動(dòng)的實(shí)際情況，彎曲應(yīng)力可作為脈動(dòng)循環(huán)變化考慮，即。但多數(shù)情況下，轉(zhuǎn)矩變化的規(guī)律往往難于確定。一般而言，對(duì)單方向轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)軸，常規(guī)之為按脈動(dòng)循環(huán)變化，即；若軸經(jīng)常正反轉(zhuǎn)，則應(yīng)按對(duì)稱(chēng)循環(huán)處理，即。 對(duì)于應(yīng)力循環(huán)嚴(yán)重不對(duì)稱(chēng)或短時(shí)過(guò)載嚴(yán)重的軸，在尖峰載荷作用下，可能產(chǎn)生塑性變形，為了防止在疲勞破壞前發(fā)生大的塑性變形，還應(yīng)按尖峰載荷校核的靜強(qiáng)度安全系數(shù)，其強(qiáng)度條件，如式6-3。 （6-3） 式中-靜強(qiáng)度計(jì)算安全系數(shù)； 、-只考慮彎矩和扭矩時(shí)的靜強(qiáng)度安全系數(shù)； 靜強(qiáng)

60、度許用安全系數(shù)； 、材料抗彎、抗扭屈服極限； 、尖峰載荷所產(chǎn)生的彎曲、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。如式6-4。 MPa （6-4） MPa （1），分別為材料在彎曲和扭轉(zhuǎn)時(shí)的對(duì)稱(chēng)循環(huán)疲勞極限，查手冊(cè)分別取275，140。 （2）許用安全系數(shù)，一般取1.5~2.5； （3）有效應(yīng)力集中系數(shù)，查手冊(cè)取，； （4）絕對(duì)尺寸系數(shù)，按d=25，查手冊(cè)取，； （5）表面質(zhì)量系數(shù)，按車(chē)光，查手冊(cè)取。 安全系數(shù)如式6-5得 （6-5） 故該軸的強(qiáng)度符合要求。 6.3

61、銷(xiāo)與鍵的選取和校核 6.3.1 銷(xiāo)的選取 銷(xiāo)[10]主要用于聯(lián)接和定位。常用的銷(xiāo)有圓柱銷(xiāo)、圓錐銷(xiāo)和開(kāi)口銷(xiāo)。圓柱銷(xiāo)、圓錐銷(xiāo)可起定位和聯(lián)接作用。開(kāi)口銷(xiāo)常與帶孔螺栓和六角開(kāi)槽螺母配對(duì)使用，把銷(xiāo)插入螺栓的孔與螺母的槽中，以防螺母松脫。 本次設(shè)計(jì)選擇圓錐銷(xiāo) A。a取0.63，如表6-2所示。 表6-2 圓錐銷(xiāo) d 5 6 8 10 a L范圍 0.63 18~60 0.8 22~90 1 22~120 1.2 26~160 6.3.2 鍵的選取 鍵[10]聯(lián)接就是用鍵把軸和軸上的零件聯(lián)接起來(lái)的一種結(jié)構(gòu)形式。由于這種聯(lián)接具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、裝拆方便等優(yōu)點(diǎn)，

62、因此獲得了廣泛的應(yīng)用。 鍵是標(biāo)準(zhǔn)件，分為平鍵、半圓鍵、斜鍵等設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)各類(lèi)鍵的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特點(diǎn)進(jìn)行選擇。 由于在離心機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，所用的鍵都是靜聯(lián)接，要傳遞的轉(zhuǎn)矩也不是很大，故選擇普通平鍵。 在該裝置中有四處鍵聯(lián)接分別是：電動(dòng)機(jī)與聯(lián)軸器聯(lián)接，聯(lián)軸器與軸的聯(lián)接，軸與離合器的聯(lián)接，離合器與模具的聯(lián)接。查手冊(cè)選取鍵。 1）電動(dòng)機(jī)與聯(lián)軸器的聯(lián)接，此處軸直徑25mm，所以bh選擇87，L取32。 2）聯(lián)軸器與軸的聯(lián)接，此處軸直徑28mm，所以bh選擇87，L取20。 3）軸與離合器的聯(lián)接，此處軸直徑28mm，所以取bh選擇87，L取18。 4）離合器與模具的聯(lián)接，此處軸直徑28mm，所以

63、取bh選擇87，L取28。 6.3.3 鍵的校核 平鍵聯(lián)接可能的失效形式有： 1）在靜聯(lián)接的情況下，較弱零件的工作面可能被壓潰； 2）在動(dòng)聯(lián)接的情況下，出現(xiàn)過(guò)度磨損； 3）鍵被剪斷。 實(shí)際上，平鍵聯(lián)接最易發(fā)生的失效形式通常是壓潰和磨損，一般不會(huì)發(fā)生鍵被剪斷的現(xiàn)象。因此，平鍵聯(lián)接的強(qiáng)度一般只需進(jìn)行擠壓強(qiáng)度或耐磨性計(jì)算，但對(duì)重要的場(chǎng)合，也要驗(yàn)算鍵的強(qiáng)度。 軸與聯(lián)軸器的材料為45鋼，查手冊(cè)得σp=110Mpa 根據(jù)鍵的校核公式[11]，如式6-6得： （6-6） 故滿足擠壓要求。附離心機(jī)整體圖如圖6-2所示

64、。 圖6-2 離心機(jī)整體圖 結(jié) 論 本課題主要介紹小型滾筒式臥式離心鑄造機(jī)的設(shè)計(jì)，通過(guò)此次設(shè)計(jì)我掌握了更多的離心鑄造的相關(guān)知識(shí)，基本掌握了整個(gè)工藝流程，這對(duì)我以后的工作有著重要而深遠(yuǎn)的意義，通過(guò)此次設(shè)計(jì)所得到結(jié)論如下： （1） 首先在接到零件后對(duì)零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)性分析；其次，在設(shè)計(jì)鑄造工藝之前要了解零件的生產(chǎn)批量，生產(chǎn)要求，對(duì)于有疑惑的要及時(shí)與廠家溝通，并將問(wèn)題解決；然后，對(duì)鑄件進(jìn)行工藝分析并進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定離心鑄造工藝方案，設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)、模具等工藝設(shè)計(jì)。 （2） 對(duì)于滾筒離心機(jī)來(lái)說(shuō)，根據(jù)零件設(shè)計(jì)出襯套、擋板和后蓋，畫(huà)出其零件圖，并組裝成整體模具圖。利用

65、重力系數(shù)公式計(jì)算鑄型轉(zhuǎn)速，再根據(jù)公式計(jì)算轉(zhuǎn)矩，選擇聯(lián)軸器和離合器。掌握了通用機(jī)械零件的工作原理、特點(diǎn)、維護(hù)和設(shè)計(jì)計(jì)算的基本知識(shí)，并初步具有設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)裝置和簡(jiǎn)單機(jī)械的能力 （3） 了解到離心鑄造的特點(diǎn)是金屬液在離心力的作用下充型和凝固，金屬補(bǔ)縮效果好，鑄件外層組織致密，非金屬夾雜物少，機(jī)械性能好。離心鑄造不用造型、制芯，節(jié)省了相關(guān)材料及設(shè)備投入。 致 謝 大學(xué)的四年學(xué)習(xí)以畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成畫(huà)上一個(gè)句號(hào)，在這里我首先要感謝我的指導(dǎo)老師賈麗敏，她治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識(shí)淵博，視野廣闊，為我營(yíng)造了一種良好的學(xué)術(shù)氛圍。置身其間，耳濡目染，使我不僅接受了全新的思想觀念，樹(shù)立了明確的學(xué)術(shù)目標(biāo)

66、，領(lǐng)會(huì)了基本的思考方式，掌握了通用的研究方法。其嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實(shí)無(wú)華、平易近人的人格魅力，與無(wú)微不至、感人至深的人文關(guān)懷，令人如沐春風(fēng)，倍感溫馨。正是由于她在百忙之中多次審閱全文，對(duì)細(xì)節(jié)進(jìn)行修改，并為本文的撰寫(xiě)提供了許多中肯而且寶貴的意見(jiàn)，本文才得以成型。 在我們寫(xiě)畢業(yè)論文的初期，她就嚴(yán)格要求我們的每一個(gè)步驟。在我們寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告和外文翻譯時(shí)，賈老師一遍一遍不辭辛苦地幫我們修改開(kāi)題報(bào)告和外文翻譯，嚴(yán)格要求每一位同學(xué)，讓每位同學(xué)都不能掉隊(duì)。在準(zhǔn)備畢業(yè)論文時(shí)，賈老師還給每位同學(xué)修改畢業(yè)論文提綱，給我們指明了前進(jìn)的方向。在寫(xiě)畢業(yè)論文時(shí)老師還一章一章不厭其煩地審閱每一章所寫(xiě)的內(nèi)容，并第一時(shí)間答復(fù)給我們。賈老師，您為我們付出了太多，在此我要對(duì)您說(shuō)一聲：“老師，您辛苦了！”。 此外，我也要感謝劉瑞玲老師，李立新老師，譚建波老師，史玉芳老師以及李增民老師等各位老師對(duì)我的辛勤教育，在您們的幫助下學(xué)到了許多鑄造方面相關(guān)的知識(shí)，我順利地完成了四年的大學(xué)學(xué)業(yè)。同時(shí)我還要感謝我的同組同學(xué)，在他的幫助下我才能夠順利的完成此次畢業(yè)設(shè)計(jì)。 最后再一次感謝所有在畢業(yè)設(shè)計(jì)中曾經(jīng)幫助過(guò)我的良師益友，以