3070 離心鑄造機(jī)總體設(shè)計(jì)

3070 離心鑄造機(jī)總體設(shè)計(jì),離心鑄造機(jī),總體,整體,設(shè)計(jì) 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)離心鑄造機(jī)總體設(shè)計(jì)系部名稱(chēng)： 機(jī)電工程系 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 機(jī)械 08-12 班 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 職 稱(chēng)： 講師 二○一二年六月The Graduation Design for Bachelor's DegreeCentrifugal casting machine overall designCandidate：Specialty：Mechanical Design and Manufacture & AutomationClass：Supervisor：2012-06·黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）I摘 要鑄造是一種液態(tài)金屬成型的方法。鑄件已廣泛應(yīng)用于各工業(yè)部門(mén)和日常生活中，其中通過(guò)離心鑄造而成的鑄件占相當(dāng)大的比重，離心鑄造是將金屬液澆入旋轉(zhuǎn)的鑄型中，在離心力作用下填充鑄型而凝固成形的一種鑄造方法，離心鑄造是在離心機(jī)上進(jìn)行的。離心鑄造分為立式和臥式兩種，臥式滾輪式離心鑄造機(jī)包括：鑄型，澆注系統(tǒng)，傳動(dòng)系統(tǒng)，以及電器控制系統(tǒng)幾個(gè)部分。其工作過(guò)程包括：涂料，澆注，冷卻，拔模，本設(shè)計(jì)利用現(xiàn)有的一些新元件對(duì)鑄造機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并采用 PLC 進(jìn)行控制，使之操作方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，性能提升。本設(shè)計(jì)為滾筒式離心鑄造機(jī)，加工直徑 ，m50厚度在 到 之間的銅合金管型材料。m01關(guān)鍵詞：鑄造；澆注系統(tǒng)；離心鑄造機(jī)；電器控制系統(tǒng)；滾筒式黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）IIABSTRACTCasting is a way to take shape of mentel liquide. In all kinds of industrial departments and every day life， casts are used widely. Especially the cast which made by centrifugal technology.centrifugal casting is a way that you should pour the mentel liquide into a revolving model， then by the power of centrifugal force fill up model till that solidify. It performances on centrifugal casting machine. There are two ways，one is vertical and the other is horizontal.The horizontal contains the model，pour system，transimission system，and electronic control system.Its process is：pain，cool and take the model out.This design takes use of exsited elements and controlled by PLC which operates more easily，simply but natural capacity is better.Keywords：casting；pour system；centrifugal casting machine；electronic control system；Drum type 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目 錄摘要………………………………………………………………………………………ⅠAbstract ………………………………………………………………………………Ⅱ第 1 章 緒論……………………………………………………………………………11.1 概述……………………………………………………………………………11.2 離心鑄造機(jī)的發(fā)展過(guò)程……………………………………………………21.3 離心鑄造機(jī)的分類(lèi)…………………………………………………………21.4 離心鑄造特點(diǎn)…………………………………………………………………31.5 離心鑄造基本原理……………………………………………………………41.6 離心鑄造的發(fā)展前景…………………………………………………………41.7 本章小結(jié)………………………………………………………………………4第 2 章 滾輪式離心鑄造機(jī)的原理分析…………………………………52.1 離心力………………………………………………………………………52.2 離心力場(chǎng)……………………………………………………………………52.3 有效重度………………………………………………………………………52.4 自由表面………………………………………………………………………52.5 離心壓力………………………………………………………………………72.6 液體金屬中異相質(zhì)點(diǎn)的徑向運(yùn)動(dòng)…………………………………………92.7 離心鑄造的縮補(bǔ)…………………………………………………………102.8 離心鑄件在液體金屬相對(duì)影響下的凝固特點(diǎn)…………………………102.9 本章小結(jié)………………………………………………………………14第 3 章 金屬鑄型的設(shè)計(jì)……………………………………………………153.1 臥式滾筒離心鑄造機(jī)……………………………………………………153.2 鑄件類(lèi)型選擇………………………………………………………………153.3 鑄型型體設(shè)計(jì)………………………………………………………………153.4 鑄型端蓋和端蓋緊固裝置設(shè)計(jì)……………………………………………163.5 滾筒式離心鑄型的滾道和定位……………………………………………173.6 澆筑系統(tǒng)設(shè)計(jì)………………………………………………………………17黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3.7 本章小結(jié)……………………………………………………………………18第 4 章 電動(dòng)機(jī)選擇…………………………………………………………………194.1 鑄型轉(zhuǎn)速………………………………………………………………194.2 離心鑄型壁厚………………………………………………………………194.3 離心壓力……………………………………………………………………204.4 電動(dòng)機(jī)功率選擇…………………………………………………………204.5 本章小結(jié)…………………………………………………………………21第 5 章 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)………………………………………………………225.1 V 帶的設(shè)計(jì)……………………………………………………………… 225.2 帶輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………235.3 本章小結(jié)……………………………………………………………………24第 6 章 齒輪與帶輪的設(shè)計(jì)…………………………………………………………256.1 齒輪的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………256.2 齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)……………………………………………………256.3 第五、六齒輪設(shè)計(jì)………………………………………………………………266.4 校核齒輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度……………………………………………………266.5 將幾何尺寸匯于表………………………………………………………………276.6 拖輪的設(shè)計(jì)………………………………………………………………………276.7 本章小結(jié)…………………………………………………………………………28第 7 章 軸的設(shè)計(jì)及軸承與鍵的選擇…………………………………………297.1 估算軸的基本直徑………………………………………………………………297.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)……………………………………………………………………297.3 軸承的選擇………………………………………………………………………297.4 鍵的選擇…………………………………………………………………………297.5 軸的受力分析……………………………………………………………………307.5 本章小結(jié)…………………………………………………………………………32結(jié)論………………………………………………………………………………………33參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………………………34致謝………………………………………………………………………………………35黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1第一章 緒 論1.1 概論鑄造是一種液態(tài)金屬成型的方法。在各種鑄造方法中，用的最普遍的是砂型鑄造，這是因?yàn)樯靶丸T造不僅鑄件批量的大小，不受限制，而且鑄件的形狀，尺寸，重量及合金種類(lèi)幾乎都不受限制。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和生產(chǎn)水平的不斷提高以及人類(lèi)社會(huì)生的需要，對(duì)鑄造生產(chǎn)提出了一系列新的，更高的要求，歸納起來(lái)，主要有如下三個(gè)方面：1、要求大量生產(chǎn)同類(lèi)型，高質(zhì)量而且穩(wěn)定性的鑄件，進(jìn)一步提高鑄件的表面光潔程度，尺寸精度以及內(nèi)在質(zhì)量和機(jī)械性能；2、進(jìn)一步簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝過(guò)程，縮短生產(chǎn)周期，便于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝過(guò)程機(jī)構(gòu)化，自動(dòng)化，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善勞動(dòng)條件；3、減少生產(chǎn)原材料的消耗，降低生產(chǎn)成本。為了實(shí)現(xiàn)上述要求，近幾十年來(lái)，鑄造工作者在繼承，發(fā)展古代鑄造技術(shù)和應(yīng)用近代科學(xué)技術(shù)成就的基礎(chǔ)上，發(fā)明了許多新的鑄造方法，為了有別于砂型鑄造，人們把這些新的鑄造方法統(tǒng)稱(chēng)為特種鑄造。最常見(jiàn)的有如下幾種：1、熔模鑄造；2、金屬型鑄造；3、壓力鑄造；4、離心鑄造；5、陶瓷型鑄造；6、低壓鑄造；7、液體金屬?zèng)_壓；8、真空吸鑄；9、連續(xù)鑄造，等等特種鑄造就是在造型材料，造型方法，金屬液的充型形式和金屬在型中的凝固條件等方面與普通砂型鑄造有顯著差別的鑄造方法。離心鑄造是將液體金屬澆入旋轉(zhuǎn)的鑄型中，使之在離心力作用下，完成填充和凝固成型的一種鑄造方法。為實(shí)現(xiàn)這種工藝過(guò)程，必須采用專(zhuān)門(mén)的設(shè)備——離心鑄黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2造機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)離心機(jī)） ，提供使鑄型旋轉(zhuǎn)的條件。1.2 離心鑄造機(jī)的發(fā)展過(guò)程離心鑄造發(fā)展至今已有幾十年的歷史，第一個(gè)專(zhuān)利是 1809 年由英國(guó)人 Erchardt提出的，直到上世紀(jì)初才逐步推廣于工業(yè)生產(chǎn)。我國(guó) 30 年代開(kāi)始采用于生產(chǎn)鑄鐵管。現(xiàn)在離心鑄造已經(jīng)是一種應(yīng)用廣泛的鑄造方法，常用于生產(chǎn)鑄管，銅套，缸套，雙金屬鋼背銅套等。對(duì)于像雙金屬軋錕，加熱爐滾道，造紙及干燥滾筒及異型鑄件（如葉輪）等，采用離心鑄造也十分有效。目前已有高度機(jī)械化，自動(dòng)化的離心鑄造機(jī)，有年產(chǎn)量達(dá)數(shù)十萬(wàn)噸的機(jī)械化離心鑄管廠。在離心鑄造中，鑄造合金的種類(lèi)幾乎不受限制。對(duì)于中空鑄件，其內(nèi)徑最小為8mm，最大為 3000mm，鑄件長(zhǎng)度最大為 8000mm，重量最小為幾克（金屬牙） ，最大可達(dá)幾十噸。1.3 離心鑄造機(jī)的分類(lèi)與應(yīng)用近年來(lái)，離心鑄造機(jī)發(fā)展很快，類(lèi)型日益增多，因而分類(lèi)方法也很多。根據(jù)鑄型旋轉(zhuǎn)軸在空間位置的不同，常用的離心機(jī)分為：1、立式離心鑄造機(jī)2、臥式離心鑄造機(jī)立式離心鑄造的鑄型是繞垂直軸旋轉(zhuǎn)的，如圖 1.1 立式離心鑄造示意圖所示，在這種機(jī)器上的鑄造過(guò)程稱(chēng)為立式離心鑄造。它主要用于生產(chǎn)高度小于直徑的圓環(huán)類(lèi)鑄件。由于在這種機(jī)器上安裝及穩(wěn)固鑄型比較方便，因此，不僅可以采用金屬型，也可采用砂型，熔模型殼等非金屬型。臥式離心鑄造機(jī)的鑄型是繞水平軸旋轉(zhuǎn)的，如圖 1.2 臥式離心鑄造示意圖所示，在這種機(jī)器上的鑄造過(guò)程成為臥式離心鑄造。它主要用來(lái)生產(chǎn)長(zhǎng)度大于直徑的套筒類(lèi)或管類(lèi)鑄件。黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3圖 1.1 立式離心鑄造示意圖1-澆包 2-鑄型 3-液體金屬 4-皮帶輪和皮帶 5-旋轉(zhuǎn)軸 6-鑄件 7-電動(dòng)機(jī)圖 1.2 臥式離心鑄造示意圖1-澆包 2-澆注槽 3-鑄型 4-液體金屬 5-端差 6-鑄件其中，臥式離心鑄造又可以分為：1、懸臂臥式離心鑄造；2、在滾筒式離心鑄造機(jī)上的臥式離心鑄造；3、水冷金屬離心鑄管。立式離心鑄造可分為：1、圓環(huán)形鑄件的立式離心鑄造；2、成形鑄件的立式離心鑄造。1.4 離心鑄造的特點(diǎn)由于離心鑄造時(shí)，液體金屬是在旋轉(zhuǎn)情況下充填鑄型并進(jìn)行凝固的，因而離心鑄造便具有下述的一些特點(diǎn)：1、液體金屬能在鑄型中形成中空的圓柱形自由表面，這樣便可不用型芯就能鑄出中空的鑄件，大大簡(jiǎn)化了套筒，管類(lèi)鑄件的生產(chǎn)過(guò)程；黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）42、由于旋轉(zhuǎn)時(shí)液體金屬所產(chǎn)生的離心力作用，離心鑄造工藝可提高金屬充鎮(zhèn)鑄型的能力，因此一些流動(dòng)性較差的合金和薄壁鑄件都可用離心鑄造法生產(chǎn)；3、由于離心力的作用，改善了補(bǔ)縮條件，氣體和非金屬夾雜也易于自液體金屬中排出，因此離心鑄件的組織較致密，縮孔（縮松）、氣孔、夾雜等缺陷較少；4、消除或大大節(jié)省澆注系統(tǒng)和冒口方面的金屬消耗；5、鑄件易產(chǎn)生偏析，鑄件內(nèi)表面較粗糙。內(nèi)表面尺寸不易控制。1.5 離心鑄造基本原理根據(jù)力學(xué)中的慣性原理，處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的金屬液質(zhì)點(diǎn)相應(yīng)地產(chǎn)生了離心力，所以金屬液在離心力作用下凝固成形式離心鑄造的一大特點(diǎn)。1.6 離心鑄造的發(fā)展前景鑄型的大小可由零點(diǎn)幾公斤至十多噸，其最小的壁厚優(yōu)于同類(lèi)的常壓鑄造，鑄件材料決定鑄件的表面粗糙度和鑄件尺寸，金屬收縮率可達(dá)到 85～95%，投產(chǎn)的合適最小批量為 100～10000 件，生產(chǎn)率可達(dá)高中機(jī)械化程度。由 于 離 心 鑄 造 的 上 述 優(yōu) 點(diǎn) ， 應(yīng) 用 越 來(lái) 越 廣 泛 ， 在 生 產(chǎn) 一 些 管 、 套 類(lèi) 鑄 件 如鑄 鐵 管 、 銅 套 、 缸 套 、 雙 金 屬 鋼 脊 銅 套 時(shí) ， 離 心 鑄 造 幾 乎 是 最 主 要 的 方 法 。 此外 在 耐 熱 鋼 管 道 、 特 殊 無(wú) 縫 鋼 管 、 毛 坯 、 造 紙 機(jī) 干 燥 滾 筒 等 方 面 ， 離 心 鑄 造 將發(fā) 揮 更 大 的 作 用 。1.7 本設(shè)計(jì)內(nèi)容隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和生產(chǎn)水平的不斷提高，離心鑄造技術(shù)應(yīng)用的越來(lái)越廣泛，優(yōu)點(diǎn)多，前景可觀，滿(mǎn)足人類(lèi)的需要。本設(shè)計(jì)為滾筒式離心鑄造機(jī)，加工直徑，厚度在 到 之間的銅合金管型材料。m500m1黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）5第二章 滾輪式離心鑄造機(jī)的原理分析2.1 離心力作用在旋轉(zhuǎn)體上的離心力與旋轉(zhuǎn)半徑成正比，與角速度的平方成正比：（2.1）rmF2??如旋轉(zhuǎn)速度以 r/min 為單位，則（2.2）30/n?（2.3）2.1r?式中：n—為金屬液質(zhì)點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)速度（r/min）r—液體金屬任意點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)半徑（cm）g—重力加速度m—金屬液質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量（kg）2.2 離心力場(chǎng)在旋轉(zhuǎn)液體所占空間中，每一質(zhì)點(diǎn)都受到離心力 的作用，因此，可把這一空rm2?間稱(chēng)為離心力場(chǎng)。其中 為離心力加速度，方向遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)中心。?2.3 有效重度離心力場(chǎng)中單位體積液體金屬的質(zhì)量就是它的密度 ，這部分液體金屬)/(3kg?產(chǎn)生的離心力成為有效重度。gr/'2?????)m/N(3式中： —金屬的重度?)m/N(3該式表明旋轉(zhuǎn)金屬液的有效重度比在重力場(chǎng)中的重度大 倍。gr/2?2.4 自由表面圖 1.2 所示為臥式離心鑄造時(shí)，在自由表面上任取一個(gè)質(zhì)點(diǎn) M，其質(zhì)量為 m，黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）6若不考慮重力場(chǎng)的影響，則作用在該質(zhì)點(diǎn)的離心力為在 X 軸方向上的分力為：（2.4）xmrX202cos????在 Y 軸方向上的分力為：（2.5）yrY202sin在旋轉(zhuǎn)軸方向上的分力為：（2.6）?Z有水力學(xué)的歐拉公式可知，當(dāng)液體質(zhì)點(diǎn)受力的作用，在等壓面上作微小位移時(shí)，應(yīng)滿(mǎn)足下述條件：（2.7）0??zyxdYX式中，X，Y，Z 分別為質(zhì)點(diǎn) M 在 x，y，z 軸方向上所受的力， 分別為質(zhì)點(diǎn)zyxd,M 在 x，y，z 軸方向上微小位移的投影。將（2.4） 、 （2.5） 、 （2.6）代入式（2.7） ，得：（2.8）02??yxdm?將式（2.8）移項(xiàng)積分后，得如下方程式：（2.9）202r此為圖 2-1 的方程式，其半徑為液體的內(nèi)半徑，圓的中心與液體金屬的旋轉(zhuǎn)軸線相重合。因此可以推論，臥式離心鑄造時(shí)，如果不考慮重力場(chǎng)的影響，則液體金屬的自由表面位移旋轉(zhuǎn)軸為軸線的圓柱面。Rr0OO`ω圖 2.1 臥式離心鑄造時(shí)液體金屬自由表面的形狀實(shí)際上由于存在著重力場(chǎng)的影響，所以在臥式離心鑄造時(shí)液體金屬邊面（圓柱面）的中心將向下移動(dòng) e 距離。因?yàn)橐后w金屬作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，金屬質(zhì)點(diǎn)從最高處（A 端面上的一點(diǎn)）向最低處（B 端面上任一點(diǎn)）移動(dòng)時(shí)，在重力場(chǎng)的影響下，其速度將增加，黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）7而當(dāng)液體金屬質(zhì)點(diǎn)自 A 端面向 B 端面移動(dòng)時(shí)，其速度將增大，所以液體金屬在 A 端面處的圓周線速度 最小，而在 B 段面上，圓周線速度 最大，即 。aVbVbaV?根據(jù)水力學(xué)的連續(xù)流原理，可把水平旋轉(zhuǎn)液體金屬的運(yùn)動(dòng)視為在有自由表面和鑄型所組成的封閉圓環(huán)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。所以應(yīng)得：（2.10）baFV?式中 、 為 A、B 兩斷面的面積。aFb有前可知 ，所以 。在臥式離心鑄造時(shí)，因鑄件長(zhǎng)度在各處都為一baV?baF?定值，所以液體金屬在作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)就自動(dòng)地調(diào)整 A、B 兩端面處的厚度，A 端面處的厚度增加，B 端面處的厚度減薄，從而出現(xiàn)液體金屬圓柱形自由表面向下偏移的現(xiàn)象，其軸線下移 e 值。這種自由表面向下偏移的情況是不會(huì)在凝固后的鑄件內(nèi)表面上遺留下來(lái)的，因?yàn)樵阼T件凝固的過(guò)程中，由于它是從外壁向自由表面結(jié)晶的，并且壁型在同一圓周上的冷卻作用基本都是一樣的，靠近內(nèi)表面一側(cè)的液體金屬環(huán)的厚度將以同樣的冷卻速度減薄。如將式（2.10）改寫(xiě)為：（2.11）baVF?則在凝固過(guò)程中，由于 A 端面上的殘留層與 B 端面上的殘留層間的厚度差別會(huì)逐漸減小，顯然式 2.11 中的 值也相應(yīng)的減少。為了滿(mǎn)足式 2-11 的要求，baV/A、B 兩端面處的殘留液層的端面面積值 、 就相應(yīng)的相互接近，亦即 B 端面處aFb的殘留液體層的厚度自動(dòng)調(diào)整至與 A 端面處的殘留液體層的厚度相等，自由表面的偏移現(xiàn)象隨著鑄件凝固的增長(zhǎng)而逐漸消失。此外，隨著鑄件凝固過(guò)程的進(jìn)行，液體金屬的溫度不斷降低，粘度增大，故金屬液體由 A 端面向 B 端面的運(yùn)動(dòng)會(huì)隨著金屬粘度的增加而遇到越來(lái)越大的阻力。同樣，有 B 端面向 A 端面的減速運(yùn)動(dòng)也越來(lái)越難以進(jìn)行。這樣，就使 與 的差值不斷減aVb小。因此在臥式離心鑄造時(shí)，液體金屬自由表面的偏移現(xiàn)象將隨著鑄件凝固的過(guò)程而逐漸消失，最后，鑄件的內(nèi)表面將不會(huì)出現(xiàn)偏心。至于在實(shí)際生產(chǎn)中所遇到的鑄件內(nèi)表面偏心現(xiàn)象，主要是由于鑄型的軸線與離心鑄造機(jī)不重合而引起的。2.5 離心壓力黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）8離心鑄造時(shí)，液體金屬內(nèi)部的重力場(chǎng)與鑄件壁上的重力場(chǎng)一樣，也會(huì)受到液體金屬的壓力作用，這種壓力稱(chēng)為離心壓力。離心壓力的大小及分布情況由其本身的特點(diǎn)決定，現(xiàn)介紹如下：圖 2.2 所示為截取臥式離心鑄型中液體金屬的橫斷面，其外徑為 ，內(nèi)徑為 ，R0r旋轉(zhuǎn)速度為 ，現(xiàn)在旋轉(zhuǎn)的液體金屬中取一微小單元，其旋轉(zhuǎn)半徑為 ，厚度為 ， ? rd外邊邊長(zhǎng)為 ，內(nèi)邊邊長(zhǎng)為 ，故微小單元的平均寬度為 ，如該rd2/dr? a)2/(?單元在軸向上的長(zhǎng)度為 ，則該單元的質(zhì)量 ，質(zhì)量中心處于旋z darzrm)2/(???轉(zhuǎn)半徑為 的圓弧上，因此，這一微小單元所受的離心力為)2/(r?，這一離心力作用在為小單元旋轉(zhuǎn)半徑 處的液體金屬面處，該面dazr)/( r的面積為 ，所以，有微小單元所受離心力引起的離心壓力為：rRdrr圖 2.2 臥式離心鑄型中液體金屬的橫斷面 （2.12）drrdazpd )2()(22??????式 2.12 中 ，故可把 忽略不計(jì)，則式 2-12 變?yōu)椋簉?/（2.13）rdp對(duì)于 2.13 中，取 至 處的定積分，得：0r（2.14）???rr002??對(duì)式 2.14 中 、 各為自由表面和 r 處的離心壓力。所以，0?r黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）9（2.15）)(2)(2200rgrpr ??????式中： —液體金屬的重度r—重力加速度g由式 2.15 可知，臥式離心鑄造時(shí)，液體金屬中的等壓面是以旋轉(zhuǎn)軸為軸線的圓柱面，旋轉(zhuǎn)半徑不同時(shí)，離心壓力值也不同，從自由表面 處起至外徑 處，壓力變0rr化成拋物線規(guī)律分布，在 處為最大，即：R（2.16）)(220rgpr???—就是旋轉(zhuǎn)中液體金屬對(duì)旋轉(zhuǎn)型壁作用的離心力rp2.6 液體金屬中異相質(zhì)點(diǎn)的徑向運(yùn)動(dòng)液體金屬中的異相質(zhì)點(diǎn)主要有：澆注時(shí)隨液體金屬進(jìn)入鑄型的夾雜物或氣體，液體金屬中不能互溶的合金組元即凝固過(guò)程中分析出的晶粒和氣體等。這些異相質(zhì)點(diǎn)與液體金屬的重度各不一樣。在重力場(chǎng)中，它們的上浮或下沉的速度 可根據(jù)斯托克斯v公式確定，即：（2.17）rdv212)(8?????式中： —顆粒的沉浮速度，正值為沉，負(fù)值為??；v—異相質(zhì)點(diǎn)顆粒的直徑；d—金屬液的密度；1?——異相質(zhì)點(diǎn)顆粒的密度；2—金屬液的動(dòng)力粘度。?若 ， 值為正，為異相質(zhì)點(diǎn)的下沉速度；如 ， 值為負(fù)，為異相21??v 21??v質(zhì)點(diǎn)的上浮速度。離心鑄造時(shí)，旋轉(zhuǎn)液體金屬中異相質(zhì)點(diǎn)的下沉與上浮同重力場(chǎng)的規(guī)律相似，但這時(shí)是沿徑向自由表面內(nèi)浮或向型壁處外沉。內(nèi)浮外沉的速度可參照斯托公式來(lái)確定。由于重力場(chǎng)與離心力場(chǎng)的性質(zhì)相似，此時(shí)，只要將離心加速度代替重力加速度，則得：黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）10（2.18）???18/)(212rdv??將式 2.18 代入 2.17 得：（2.19）gr//2??由式 2-19 可見(jiàn)，離心鑄造時(shí)，液體金屬中異相質(zhì)點(diǎn)的沉浮速度比重力鑄造時(shí)大好多倍，所以重度比液體金屬小的氣體或某些夾雜物就較容易浮至自由表面。這就是離心鑄造中氣孔，夾雜等缺陷可顯著減少的原因。當(dāng)然，在鑄件的內(nèi)表面上會(huì)有較多的異相加雜物存在。在大多數(shù)情況下，凝固時(shí)析出的晶粒，其重度比液體金屬大。因此，離心鑄造時(shí)，析出的晶粒有更大的趨勢(shì)向外表面或晶粒前沿移動(dòng)。同樣，液體金屬中溫度較低的部分也較易向外表面集中。此外，離心鑄造的散熱過(guò)程又是通過(guò)鑄型型壁進(jìn)行的。所有這些都為離心鑄件由外表面向內(nèi)表面的順序凝固創(chuàng)造了更有利的條件。這樣，促使結(jié)晶的成長(zhǎng)速度增大，縮小結(jié)晶前沿的固、液相共存區(qū)，減小鑄件中形成縮孔、縮松的傾向，所以離心鑄件的組織比一般鑄件致密。過(guò)共晶鑄鐵及鋁硅合金，最初析出的是石墨和初生硅，它們的重度比液體金屬小，在離心鑄造時(shí)容易內(nèi)浮，從而破壞了由外相內(nèi)的順序凝固，是鑄件內(nèi)表面過(guò)早的出現(xiàn)凝固層，造成雙向凝固現(xiàn)象。這樣，處于內(nèi)外凝固層之間的金屬液體繼續(xù)冷卻，液體金屬將趨于緊靠型壁，從而使內(nèi)表層下出現(xiàn)縮孔及偏孔。若凝固時(shí)收縮比較大，將使內(nèi)表層處于懸浮狀態(tài)，在旋轉(zhuǎn)鑄型中，它將與層間的液體金屬發(fā)生頻繁碰撞而碎成小塊，當(dāng)凝固后鑄件的內(nèi)表層就出現(xiàn)坑洼不平。2.7 離心鑄造的縮補(bǔ)一般來(lái)說(shuō)，鑄件中的縮松主要是由于凝固時(shí)在枝晶間形成的空穴不能得到補(bǔ)縮所造成的。空穴能否及時(shí)得到補(bǔ)縮，與液體金屬流經(jīng)補(bǔ)縮通道時(shí)克服阻力的能力有關(guān)。當(dāng)凝固收縮時(shí)，液體金屬已接近凝固相線溫度，其粘度較大，枝晶間的補(bǔ)縮通道又窄又曲折。需克服的阻力較大，離心鑄造時(shí)液體金屬質(zhì)點(diǎn)是按重力系數(shù)的倍數(shù)加重的，其運(yùn)動(dòng)方向又指向由外壁向內(nèi)表面進(jìn)行移動(dòng)的凝固層，這就創(chuàng)造了較好的補(bǔ)縮條件，使液體金屬能通過(guò)枝晶間的細(xì)小縫隙，對(duì)空穴處進(jìn)行補(bǔ)縮。同時(shí)，液體金屬在補(bǔ)縮通道沿徑向向外進(jìn)行補(bǔ)縮時(shí)，隨著旋轉(zhuǎn)半徑增大，質(zhì)點(diǎn)所受的離心力越大，克服阻力的能力也就越大，在補(bǔ)縮縫隙中的移動(dòng)速度也就越來(lái)越快，為隨后進(jìn)入縫隙的液體金屬創(chuàng)造了更好地流動(dòng)補(bǔ)縮條件，故離心鑄造的組織較為致密。黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）112.8 離心鑄件在液體金屬相對(duì)影響下的凝固特點(diǎn)在離心鑄件的斷面上會(huì)出現(xiàn)兩種獨(dú)特的宏觀組織，即傾斜的柱狀晶和層狀偏析。一般情況下，柱狀晶的生長(zhǎng)應(yīng)按與散熱方向相反的規(guī)律進(jìn)行，這樣，離心鑄件和斷面上的柱狀晶應(yīng)在徑向上由鑄件的外壁向內(nèi)表面生長(zhǎng)。然而，在一些離心鑄件的橫斷面上卻可見(jiàn)到傾斜柱狀晶，其傾斜方向與逐漸成形時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向一致，在鑄件外層晶體傾斜度較大，越往內(nèi)層傾斜度越小。此外，離心鑄件橫斷面上的層狀偏析組織是按同心圓的形式分層分布的，且各層中的化學(xué)成分和微觀組織也有差別。對(duì)鑄件的工作性能有較大的影響，這兩種現(xiàn)象都與離心鑄造時(shí)液體金屬相對(duì)運(yùn)動(dòng)有關(guān)。1、離心鑄造橫斷面上液體金屬的相對(duì)運(yùn)動(dòng)及其鑄件結(jié)晶的影響離心鑄造時(shí)，在鑄型斷面上可能出現(xiàn)下述三種情況的液體金屬相對(duì)運(yùn)動(dòng)；（1）由于鑄型轉(zhuǎn)速太低引起的相對(duì)運(yùn)動(dòng)臥式離心鑄造時(shí)，如果鑄型的轉(zhuǎn)速太低，則進(jìn)入鑄型的液體金屬就不能被鑄型卷起在其內(nèi)表面上形成厚度均勻地圓環(huán)形液層，隨鑄型作圓周運(yùn)動(dòng)，而只是被鑄型卷高一些，由型壁流下來(lái)，或被鑄型卷到較高的部位，有脫離鑄型散落下來(lái)，使鑄型下放聚著大量的液體金屬，隨著鑄型的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，液體金屬不斷卷起又散落下來(lái)，引起劇烈的流動(dòng)，破壞了離心鑄造的形成過(guò)程。因此，應(yīng)避免這種現(xiàn)象。（2）由于重力場(chǎng)引起的液體金屬脈動(dòng)現(xiàn)象上面已提到，由于重力場(chǎng)的影響，繞水平軸旋轉(zhuǎn)的液體金屬，當(dāng)它由上往下運(yùn)動(dòng)時(shí)，其切向運(yùn)動(dòng)速度會(huì)增大，而當(dāng)它從下往上運(yùn)動(dòng)時(shí)，其切向運(yùn)動(dòng)速度會(huì)減小?？墒?，鑄件本身卻作等速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。因此，鑄件與液體金屬便發(fā)生了相對(duì)運(yùn)動(dòng)。如前所述，這種相對(duì)鑄型時(shí)而超前，時(shí)而滯后的液體金屬脈動(dòng)現(xiàn)象隨著液體金屬溫度降低和結(jié)晶層的成長(zhǎng)會(huì)很快的減弱，如果在考慮到這種時(shí)而加速時(shí)而減速在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中的變化是周期性的，而液體金屬的平均轉(zhuǎn)速仍和鑄型一樣，那么相對(duì)于鑄型或鑄件層的液體金屬周期性變化運(yùn)動(dòng)的影響可以相互抵消。(3)由于慣性作用引起的相對(duì)運(yùn)動(dòng)離心鑄造時(shí)通常是先啟動(dòng)鑄型，然后進(jìn)行澆注，最初進(jìn)入鑄型中的液體金屬雖然能在極短的時(shí)間內(nèi)被鑄型帶動(dòng)作圓周運(yùn)動(dòng)，但由于慣性作用，它們不能立刻獲得與鑄型一樣的旋轉(zhuǎn)角速度，而是以較小的角速度隨同鑄型旋轉(zhuǎn)。因此，不僅液體金屬與鑄型之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而且液體金屬?gòu)膬?nèi)向外的層與層之間也有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。只是經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，全部液體才有可能被帶動(dòng)與鑄型作同一速度的圓周運(yùn)動(dòng)，此時(shí)相對(duì)運(yùn)動(dòng)才會(huì)消失，這一現(xiàn)象已被實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）12如上所述，在靠近型壁處，液體金屬的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較小，而靠近自由表面處相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較大。根據(jù)液體金屬的粘度，相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的大小和液體金屬層厚度的不同，液體金屬層內(nèi)可能出現(xiàn)現(xiàn)紊流或?qū)恿?，其變化過(guò)程如圖 2-3 所示，當(dāng)液體金屬剛進(jìn)入鑄型后，及時(shí)在靠近鑄型壁的液體金屬層中很可能立刻形成一層薄的層流層，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，隨著相對(duì)運(yùn)動(dòng)的減小，靠近型壁的流層增厚，紊流層減薄。必須指出，在層流層和紊流層之間可能不是如圖所示那樣有明顯的界面，而是兩者之間有一逐漸變化的過(guò)度層，制止紊流層消失，全部變成層流層。隨著時(shí)間的推移，層流層內(nèi)部相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度逐漸減小，最后液體金屬與金屬鑄型處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)。圖 2.3 液體金屬層出現(xiàn)紊流的變化過(guò)程顯然，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的變化過(guò)程中，液體金屬也同時(shí)由外層向內(nèi)層結(jié)晶。這樣，在不同的時(shí)刻，不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，鑄件內(nèi)部的結(jié)晶組織相應(yīng)也將有所不同。紊流將影響液體金屬中異相質(zhì)點(diǎn)的正常浮動(dòng)，使溫度不同或季節(jié)不同的組分隨液體金屬做紊亂運(yùn)動(dòng)，從而，縮小前沿液體金屬層的溫度梯度，重度較大的晶粒被分散在寬大的固液相共存區(qū)中成為新的晶核。當(dāng)結(jié)晶前沿是出在層流的液體金屬時(shí)，首先，由于離心力場(chǎng)作用引起異相質(zhì)點(diǎn)沿徑向移動(dòng)可能進(jìn)行，因此，在結(jié)晶前沿液體金屬的溫度梯度增大，且凝聚著較多的細(xì)結(jié)晶粒或冷金屬集團(tuán)，這就有利于柱狀晶的成長(zhǎng)。其次，由于管型的作用，液體金屬隨著鑄型以同一角速度旋轉(zhuǎn)的結(jié)晶前沿在圓周方向存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng)。這樣，結(jié)晶前沿與液體金屬中析出的那些處于不穩(wěn)定狀態(tài)的細(xì)晶?；蜻^(guò)冷金屬集團(tuán)有較多的接觸機(jī)會(huì)，為了降低系統(tǒng)的自由能，它們?nèi)菀壮练e在生長(zhǎng)著的晶體上使結(jié)晶在迎著液流方向的一面具有較快的生長(zhǎng)速度。而在背著液流方向的一面，由于晶體與液流金屬中的細(xì)晶?；蜻^(guò)冷金屬集團(tuán)接觸機(jī)會(huì)較少，故晶體的生長(zhǎng)速度較慢。由于上述原因，最后結(jié)晶形成了與鑄型旋轉(zhuǎn)方向一致的傾斜柱狀晶。2、離心鑄型縱斷面上液體金屬的相對(duì)運(yùn)動(dòng)及其對(duì)鑄件結(jié)晶的影響。在生產(chǎn)較長(zhǎng)的管狀離心鑄件時(shí)，進(jìn)入鑄件的液體金屬除了沿圓周方向覆蓋鑄型內(nèi)黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）13表面外，還會(huì)沿內(nèi)表作軸向運(yùn)動(dòng)，來(lái)完成充填成型過(guò)程。此時(shí)會(huì)出現(xiàn)如圖所示的層狀流動(dòng)現(xiàn)象。澆注時(shí)，當(dāng)?shù)谝还梢后w金屬流入鑄型后，在其本身初速度的影響和離心壓力下，向鑄型的前后兩端流動(dòng)。隨后，由于鑄型的冷卻作用，液體金屬的粘度增大，流動(dòng)速度逐漸降低。如圖 2.4 所示，當(dāng)?shù)谝还梢后w金屬越流越慢時(shí)，隨后澆入鑄型的液體金屬沿地一股液流的內(nèi)表面作軸向運(yùn)動(dòng)。由于內(nèi)表面溫度較高，所以第二股液流溫度降低較慢，能保持較高的流動(dòng)速度，最后超越第一股金屬流的前端，繼續(xù)向前流動(dòng)一段距離，第三股金屬液體繼續(xù)澆入金屬鑄型，液體金屬將重復(fù)上述過(guò)程，這就是離心鑄造長(zhǎng)管鑄件時(shí)，鑄件中液體金屬的軸向流動(dòng)特點(diǎn)。型 型圖 2.4 澆入液體金屬時(shí)的形狀必須指出，液體金屬在作軸向流動(dòng)的同時(shí)，由于前鑄件橫斷面上液體金屬因慣性原因所引起的轉(zhuǎn)速滯后現(xiàn)象，所以實(shí)際上液體金屬是按螺旋狀的路線，從鑄型的一端向另一端流動(dòng)的(如圖 2.5 所示)。離心鑄件外表上的螺旋狀金屬留痕便是這種狀態(tài)的證明。圖 2.5 金屬液的流動(dòng)路線如果鑄型中液體在作層狀流動(dòng)時(shí)溫度降低較快，使得后一股金屬在覆蓋前一段的內(nèi)表面時(shí)，兩者不能很好的融合在一起。這樣，各液層均按各自條件進(jìn)行凝固，因而各層的金相組織，單元的分布也會(huì)有所不同。最后在離心鑄件斷面上便形成了層狀偏析的結(jié)晶組織。這種層狀偏析組織，在金屬鑄型離心鑄造鑄鐵件、鑄鋼和各類(lèi)銅合金時(shí)常有發(fā)生。黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）14降低鑄件的冷卻作用，提高澆注溫度，是減少或消除離心鑄造中層狀偏析的有效工藝措施。2.9 本章小結(jié)離心鑄造時(shí)，析出的晶粒有更大的趨勢(shì)向外表面或晶粒前沿移動(dòng)。同樣，液體金屬中溫度較低的部分也較易向外表面集中。此外，離心鑄造的散熱過(guò)程又是通過(guò)鑄型型壁進(jìn)行的。黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）15第三章 金屬鑄型設(shè)計(jì)3.1 臥式滾筒離心鑄造機(jī)特點(diǎn)：在澆注小車(chē)上裝有防護(hù)罩，當(dāng)澆注時(shí)，澆注槽伸至型筒內(nèi)時(shí)，防護(hù)罩擋住型筒的端面，防止金屬液從鑄型內(nèi)飛出傷人，兩支撐輪與鑄型中心連線的夾角為 90到 120 度。表 3.1 可鑄造鑄件的尺寸鑄件直徑（mm） 鑄件最小內(nèi)徑（mm） 鑄件長(zhǎng)度（mm）500 400 10003.2 鑄件類(lèi)型選擇：金屬型：常用金屬型生產(chǎn)管狀，筒狀，環(huán)狀的離心鑄件，與砂型離心鑄造相比，它有如下優(yōu)點(diǎn)：1、工藝過(guò)程簡(jiǎn)單2、生產(chǎn)率高3、鑄件外表面尺寸精度高4、鑄件無(wú)夾砂，脹型等缺陷5、工作環(huán)境改善其缺點(diǎn)：1、鑄鐵件上易產(chǎn)生白口。2、鑄件外表面上易產(chǎn)生氣孔3、鑄型成本高如下圖所示是滾筒式離心金屬型示意圖：滾 道 銷(xiāo) 子端 蓋型 體圖 3.1 滾筒式離心金屬型3.3 鑄型型體設(shè)計(jì)黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）16金屬型型體的失效主要由熱應(yīng)力和熱應(yīng)力疲勞所引起，故決定型體壁厚時(shí)應(yīng)在滿(mǎn)足必要的強(qiáng)度和剛度的前提下，盡可能取較小的數(shù)值，在鑄型不用水冷卻的情況下，單層金屬型的壁厚應(yīng)保證具有足夠的吸熱能力，以免工作時(shí)溫度升得太高，單層金屬型和內(nèi)型的型體壁厚一般為鑄件壁厚的 0.8--5 倍，反之倍數(shù)應(yīng)較小，最小壁厚不能小于 15mm，鑄件長(zhǎng)時(shí)，型壁應(yīng)較厚。 3.4 鑄型端蓋和端蓋緊固裝置設(shè)計(jì)1、端蓋：常用鑄鐵或碳鋼制造。選擇平端蓋，結(jié)構(gòu)圖：圖 3.2 鑄型端蓋示意圖特點(diǎn)：常用于小直徑鑄件的生產(chǎn)，加工容易，鋼質(zhì)的易變形。注意：端蓋的內(nèi)孔最好有向型腔擴(kuò)大的斜度，以免當(dāng)端蓋內(nèi)孔上粘有凝固的金屬時(shí)，使之取下端蓋發(fā)生困難。如下圖所示：圖 3.3 鑄型端蓋斜度2、鑄型端蓋的固定：離心端蓋鑄型的固定必須滿(mǎn)足當(dāng)鑄型轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)能牢固于鑄型，以防掉下傷人或金屬液經(jīng)端蓋與鑄型接縫流出型外，當(dāng)鑄型不轉(zhuǎn)時(shí)，端蓋拆卸必須方便。圖 3.4 端蓋的固定裝置結(jié)構(gòu)緊固工具用銷(xiāo)子，原因：1、銷(xiāo)子大端必須指向鑄型軸線，銷(xiāo)孔可為圓柱孔。2、使用方便，工作可靠，3、加工較易，黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）174、銷(xiāo)子較易損壞丟失。5、澆注時(shí)從端蓋內(nèi)孔溢出的金屬液易把銷(xiāo)子粘住，使 端蓋銷(xiāo)子不易取下。表 3.2 銷(xiāo)孔的技術(shù)數(shù)據(jù)鑄型內(nèi)徑（mm）〈=200 201—400 401—600 601—1000銷(xiāo)孔直徑(mm) 15—20 20—25 25—30 >30孔數(shù)（個(gè)） 3 3—4 4 6注意：為防止?jié)沧r(shí)從端蓋溢出的金屬液粘住固定元件，可在端蓋上做一擋圈。3.5 滾筒式離心鑄型的滾道和定位滾筒式離心鑄型的滾道面應(yīng)有較細(xì)的粗糙度（RA1.6—0.4 微米）和較好的同軸度，防止在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)出現(xiàn)大的震動(dòng)，為防止鑄型在機(jī)器軸上的移動(dòng)，鑄型得滾道形狀及其與離心鑄造機(jī)支承輪間的配合方式可選擇設(shè)計(jì)為：圖 3.5 鑄型與支撐輪的配合方式注意：擋圈不能做在輪緣的內(nèi)側(cè)，因?yàn)榻饘傩凸ぷ鲿r(shí)受熱發(fā)生軸向膨脹，會(huì)使擋圈與支承輪卡住，機(jī)器出現(xiàn)故障。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1、加工較復(fù)雜，需要粗的毛坯制造；2、依靠滾道凸緣防止鑄型軸向轉(zhuǎn)動(dòng)。3.6 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)離心鑄造時(shí)的澆注系統(tǒng)主要指接受金屬的澆杯和與之相連的澆注槽，有時(shí)還包括鑄型內(nèi)的澆道，澆注系統(tǒng)應(yīng)滿(mǎn)足下述要求：1、澆注長(zhǎng)度長(zhǎng)，直徑大的鑄件時(shí)，澆注系統(tǒng)應(yīng)使金屬液較快的均勻的鋪在鑄型的內(nèi)表面上。2、澆注易氧化金屬液，或采用離心砂型時(shí)，澆注槽應(yīng)使金屬液能平穩(wěn)的填充鑄型，盡可能減少金屬液的飛濺，減弱對(duì)砂型的沖刷。黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）183、澆注成型鑄件時(shí)，鑄型內(nèi)的澆道應(yīng)能使金屬液順利流入型腔。4 澆注終了后，澆杯和澆注槽內(nèi)應(yīng)不留金屬和熔渣，若有應(yīng)易于清除。澆注定量：離心鑄件內(nèi)徑常由澆注金屬液的數(shù)量決定，故在離心澆注時(shí)必須控制澆入型內(nèi)的金屬液數(shù)量以保證內(nèi)徑的大小。離心澆注定量法： 采用重量定量法：即用一定內(nèi)形的澆包取一定重量的金屬液，一次性的澆入鑄型之中，應(yīng)用情況：定量不太準(zhǔn)確，但操作方便，大量生產(chǎn)，連續(xù)澆注時(shí)應(yīng)用較廣泛。以上澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)均參照鑄造手冊(cè)第六卷 684，685 頁(yè)，以及表（7.23） 。結(jié)構(gòu)示意圖如下所示：圖 3.6 澆注系統(tǒng)采用管式澆注杯，見(jiàn)特種鑄造手冊(cè)表（7.22）澆注溫度：1100 度脫型溫度：500 度鑄型預(yù)熱溫度：200 度。鑄型工作溫度：150 度。3.7 本章小結(jié)離心機(jī)使用的時(shí)候要注意安全，為了保證金屬液不飛濺出來(lái)，要保證鑄型的穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)，使鑄型在水平方向和豎直方向都得到很好的固定黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）19第四章 電動(dòng)機(jī)的選擇4.1 鑄型轉(zhuǎn)速鑄型轉(zhuǎn)速是離心鑄造時(shí)的重要工藝因素，不同的鑄件，不同的鑄造工藝，逐漸成形式的鑄型轉(zhuǎn)速不一樣，過(guò)低的鑄型轉(zhuǎn)速會(huì)使立式離心鑄造時(shí)的金屬液沖型不良，臥式離心鑄造使出現(xiàn)金屬液雨淋現(xiàn)象，也會(huì)使鑄件出現(xiàn)疏松，夾渣，鑄件內(nèi)表面凹凸不平等缺陷，鑄型轉(zhuǎn)速太高，鑄件易出現(xiàn)裂紋，偏析等缺陷，砂型離心鑄造外表面會(huì)形成脹箱等缺陷，太高的鑄型轉(zhuǎn)速也會(huì)使機(jī)器出現(xiàn)大的振動(dòng)，磨損加劇，功率消耗過(guò)大，所以鑄型轉(zhuǎn)速的選擇原則應(yīng)是在保證鑄件質(zhì)量的前提下，選取最小的數(shù)值。利用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算鑄型得轉(zhuǎn)速，利用特種鑄造手冊(cè) 682 頁(yè)的康斯坦丁諾夫公式：n= （4.1）????520式中： —鑄型轉(zhuǎn)速（r/min） n—鑄件內(nèi)半徑( )?m—修正系數(shù)?—鑄件合金重度(N/ ) ?3設(shè)鑄件為銅合金，密度：8.2g/ 3c計(jì)算重度為：(N/ )g8.2109.860????3m表 4.1 康斯坦丁諾夫公式修正系數(shù)離心鑄造類(lèi)型銅合金臥式離心鑄造銅合金立式 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，實(shí)際轉(zhuǎn)速要大n/.3806.4.98r/min???于計(jì)算轉(zhuǎn)速，所以取 35r/mi黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）204.2 離心鑄型壁厚此離心鑄造機(jī)的鑄件最大外徑為 500 毫米，長(zhǎng)度為 1000 毫米，查表（7.10） ，離心鑄造手冊(cè)。壁厚選為 20 毫米。4.3 離心壓力（鑄型內(nèi)金屬推開(kāi)端蓋的離心壓力）一般，銷(xiāo)子和壓板都能使端蓋可靠的緊固，型內(nèi)金屬液難以推開(kāi)端蓋，為安全起見(jiàn)，故設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)作適當(dāng)?shù)淖饔昧z查，鑄型內(nèi)金屬液推開(kāi)端蓋的離心壓力計(jì)算公式（6.2）（4.2）??22rg4np???R??式中：p —金屬液推開(kāi)端蓋的壓力。R —金屬液的重度（ ）3m?n —鑄型旋轉(zhuǎn)速度（r/min ）g —重力加速度，g=9.8m/ 2sR —鑄型內(nèi)半徑—鑄件內(nèi)半徑0r所以： ??N3.49280.-25.8.946301.3p?????????4.4 電動(dòng)機(jī)功率選擇帶動(dòng)鑄型旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)以在啟動(dòng)鑄型，克服鑄型慣性達(dá)一定轉(zhuǎn)速時(shí)所需的功率為最大，所以離心鑄造機(jī)上電動(dòng)機(jī)應(yīng)按啟動(dòng)時(shí)所需功率進(jìn)行選擇：（4.3）2N()360iGDnkwt???式中： ----機(jī)器上各傳動(dòng)件啟動(dòng)時(shí)所需功率總和，2()360iGDnt—某一傳動(dòng)件質(zhì)量（kg）i—某一轉(zhuǎn)動(dòng)件的最大旋轉(zhuǎn)直徑（m）i黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）21—某一轉(zhuǎn)動(dòng)件在啟動(dòng)后的最大轉(zhuǎn)速nk—安全系數(shù)。 1.1—1.3—傳動(dòng)效率安全系數(shù)，一般取 0.7—0.8?t—啟動(dòng)時(shí)間，一般取 4—8 秒計(jì)算如下： ??kg7.50812.5.12.7???????VG鑄 型KWN4.8083609.5.2選擇電動(dòng)機(jī)為 Y160M-4，1460r/min，功率為 11kw.同步 1500r/min4.5 本章小結(jié)正確的選擇電動(dòng)機(jī)對(duì)離心鑄造很重要，功率過(guò)大造成浪費(fèi)，功率過(guò)小，達(dá)不到要求，電動(dòng)機(jī)輸出的功率，通過(guò)帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)都會(huì)有小部分的損耗，所以電動(dòng)機(jī)的功率選擇時(shí)，略大于所需的功率就好。黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）22第五章 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)5.1 V 帶的設(shè)計(jì)1、傳動(dòng)比的分配已知電動(dòng)機(jī)型號(hào)為：Y160M-4，1460r/min，功率為 11kw.同步 1500r/min總傳動(dòng)比28.43501?wmni，取 2?帶I..i帶總齒 I2、確定計(jì)算功率 cap由《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表 8.6 查得，工作情況系數(shù) 1.2Ak?所以： kw2.13kca???AP3、選擇窄 v 帶帶型根據(jù) cap， 1n查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》圖 8.12 選用 B 型 V 帶4、確定帶輪基準(zhǔn)直徑由《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表 8.4 取主動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑 1d=125mm.則從動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑2d= 1250dim??，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表 8.7，取 250dm?驗(yàn)算帶的速度： 12510/9./606dnvsm????<25m/s 帶的速度合適.5、確定窄 v 帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度和傳動(dòng)中心距根據(jù) 120120.7()()dda????初步確定中心距 0a=400mm.帶所需的基準(zhǔn)長(zhǎng)度： 2/ 10120()()4dddLa????黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）23=2(501)240(12)398.54???????mm查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表 8.2 選帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 dLm計(jì)算實(shí)際中心距： /0140398.5()40.7522dLa??????mm6、驗(yàn)算主動(dòng)輪上上的包角 1?21 18057.8057.16.204.da??????????????，主動(dòng)輪上的包角合適7、計(jì)算窄 v 帶的根數(shù) z0()calpzk????，由 150/minnr?， 1d=125mm.i=2，查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表8.6、8.7 得： =2.19kw， p?=0.46kw，查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表 8.8 得： k?=0.96，查表 8.3 得 lk=0.90，所以：012576()(.946).9calzp?????，取 68、計(jì)算預(yù)緊力 F20.5(1)caqVvzK????查表 8.2 得：q=0.17kg/m，所以， 203..()0.798=6.49846FN??9、計(jì)算作用在軸上的壓軸力 Q10 15.72sin2.sin30.12pz??????Q5.2 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由于主動(dòng)輪 Z=7，所以采用實(shí)心式，從動(dòng)輪：基準(zhǔn)直徑 250dm?<300mm，可采用腹板式。由《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表 8.5 推出，厚度：黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）24??21235198BfZe??????mm，取 140mm。5.3 本章小結(jié)帶傳動(dòng)不但傳遞動(dòng)力，還可以起到減速的作用，選擇合適的傳動(dòng)比，能夠協(xié)調(diào)零件的尺寸，對(duì)設(shè)計(jì)的整體結(jié)構(gòu)有影響。黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）25第六章 齒輪與帶輪的設(shè)計(jì)6.1 齒輪的設(shè)計(jì)1、齒輪材料的選擇查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表 5.4 選用 6 級(jí)直齒，日工作 15 小時(shí)，300 天，兩班制。小齒輪為 40Cr，并經(jīng)調(diào)質(zhì)及表面淬火，齒面硬度 55HRc，圖 5.28（e）接觸疲勞強(qiáng)度極限 MPaH120lim??，圖 5.27（d）彎曲疲勞強(qiáng)度極限 MPaFE720??；大齒輪選 45 鋼，齒面硬度 55HRc 圖 5.28（e）接觸疲勞強(qiáng)度極限 H1lim，圖 5.27（d）彎曲疲勞強(qiáng)度極限 FE7；2、齒數(shù)的確定初選 ，大齒輪數(shù) ，取 86140Z?21.4085.6Zi???6.2 齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 3 2HEd11 )][σZ(uφKT??(6.1)1、根據(jù)工作條件，選取載荷系數(shù) K=1.32、小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 95045.92pNmn???A3、選取齒寬系數(shù) d?=14、標(biāo)準(zhǔn)直齒輪， ，查表 5.7 彈性系數(shù) =189.8（鍛鋼-鍛鋼）2.HZ?EZ5、計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)91N60njLh701830.1?????9992.3..45u2?6、由查表得 ，1=.HNKHN27、計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度的許應(yīng)力，取失效率為 1%，安全系數(shù) S=1，得：黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）26??H?1= SKHN1lim=209.?=1080MPa (6.2)2= s2li=5.=1092.5MPa9、計(jì)算小齒輪分度圓直徑 d1 3 231.45.9102.4189.5().70d m??????6.3 齒輪分度圓及厚度的計(jì)算由于鑄型內(nèi)徑 500mm，壁厚 20mm，所以外徑最小為 540mm，所以，取 ， ，2d540m6.7z8?最 小 m=1740=28dZ??，取2Z?261208dB???， 取12(5~)?Bm6.4 校核齒輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度1、由《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表 5.6 得 齒形系數(shù)和應(yīng)力修正系數(shù)為： ，F(xiàn)a1Y2.8?； ， 。SaY.5?Fa2.Sa2Y17?2、由應(yīng)力循環(huán)次數(shù)查得彎曲疲勞壽命系數(shù) ，F(xiàn)N1=0.8KFN20.93、計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4，得：??1F?= SFE1NK= 4.7280?=452.57MPa (6.3)2F=FE2= .9=450.00MPa4、計(jì)算圓周力(6.4)3145.91082tTNd???5、計(jì)算齒輪齒根彎曲應(yīng)力。由式（6.5）得黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）27（6.5）11.3582.1.09452.776tFaSKYdm?????2()4z?6.5 將幾何尺寸匯于表表 6.1 齒輪尺寸表序號(hào) 名稱(chēng) 符號(hào) 計(jì)算公式及參數(shù)選擇1 端面模數(shù) tm72 分度圓直徑 12,d280mm；600mm3 齒頂高 *7ah??7mm4 齒根高f=（ c?）m=（1+0.25）78.75mm5 全齒高 h15.75mm6 頂隙 c1.75mm7 齒頂圓直徑 12,ad294mm；614mm8 齒根圓直徑 f 262.5mm；582.5mm9 中心距 441mm10 厚度 1B2286mm；280mm6.6 拖輪輪的設(shè)計(jì)1、拖輪直徑的確定取拖輪直徑與齒輪分度圓直徑相等， =2803d2、兩拖輪夾角兩拖輪與鑄型夾角：取 =15??3、兩拖輪中心距 ??152+rsin=24sin=738.m2LR????縱向高度差 H=441 =235.3mmcos57.?黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）284、帶輪厚度取 B=100mm6.7 本章小結(jié)拖輪在設(shè)計(jì)中對(duì)鑄型起到支撐的作用，而齒輪，不但對(duì)鑄型起支撐作用，還傳遞動(dòng)力給鑄型，在設(shè)計(jì)中，選擇用兩個(gè)軸在兩側(cè)支撐鑄型，就是為了保重鑄型徑向的定位，再加上提高齒輪精度，減小鑄型運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的跳動(dòng)，保證了鑄造過(guò)程中的安全性。黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）29第七章 軸的設(shè)計(jì)及軸承與鍵的選擇7.1 估算軸的基本直徑材料 40Cr 調(diào)質(zhì)，估計(jì)直徑 d<100mm，由《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表 11.1 查得，查表 11-3，C 在 97~112， ，取 C=110，由式（7.1）得MPab35??（7.1）331027.Pdmn???d 為最小直徑，應(yīng)為裝鏈輪處的受扭轉(zhuǎn)的軸段的直徑。因該處有一鍵槽，應(yīng)將直徑增大 3%， 取標(biāo)準(zhǔn)直徑 d=30mm27.18.??7.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)表 7.1 初定各軸段直徑和長(zhǎng)度位置 軸直徑 軸段長(zhǎng)度鏈輪處 30 135油封處 40 100軸承處 50 31軸肩處 55 20齒輪處 60 280軸環(huán)處 70 300拖輪處 60 95軸肩處 55 45軸承處 50 317.3 軸承的選擇由于軸承主要承受徑向力，所以選用深溝球軸承，型號(hào) 64107.4 鍵的選擇電機(jī)處選 A 型鍵 bh=1280L?鏈輪處選 A 型鍵齒輪處選 A 型鍵 5黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）30拖輪處選 A 型鍵 bhL=185?7.5 軸的受力分析1、扭矩 145.9TNm?A2、求軸上作用力齒輪切向力： （7.2）312.1057.76tFNd??齒輪徑向力： （7.3）tan84.r??帶輪壓軸力： 310.QN沿嚙合面方向的壓軸力： 'sin57. 286.0QFN???3、確定軸的跨距圖 7.1 軸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1235987.=lml?4、校核強(qiáng)度(1)水平面計(jì)算：' r183F75.=93.19QAHN????'(.8)2739.057QrB ?314.60CHLAMFlm???28RBN黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）31' 33526.10QBHMFlNm???(2)垂直面計(jì)算： 1t287.4AVl?t=39.BAVFN??31480CVLMlm??2.RB3=56VtFlN??（3）合成彎矩（7.4）23+=0.91CLHLCVMm??485VR（7.5）23=.BBHN?（4）截面 C 的校核（7.6）223ce()610.CLMTm??????由《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表 11.4 得，40Cr 材料的 ，b=80?時(shí) ??-1=75aMPcece3=28Pa750.16M???所以軸的強(qiáng)度足夠。4、軸受力分析圖黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）32r1ttr圖 7.2 軸的受力分析圖7.6 本章小結(jié)軸是組成機(jī)器的重要零件之一。軸的主要功用是支撐機(jī)器中的旋轉(zhuǎn)零件，保證旋轉(zhuǎn)零件有確定的工作位置，并傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，本章通過(guò)對(duì)軸的設(shè)計(jì)和校核，保證軸在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中平穩(wěn)，強(qiáng)度足夠。黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）33總 結(jié)近三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于結(jié)束了，通過(guò)這段日子的設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)，使自己的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和獨(dú)立思考問(wèn)題的能力有了很大的提高，而且對(duì)于電腦軟件的使用更加熟練，也使我對(duì)離心鑄造有了進(jìn)一步的了解。在設(shè)計(jì)過(guò)程中在圖書(shū)館閱讀了大量的書(shū)籍，鍛煉了自己的分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。并受到老師的熱心講解和幫助，