抛砂造型机设计毕业设计最终.docx

目 录1 绪论11.1课题背景和研究意义11.2国内外抛砂造型的发展状况11.3抛砂机的分类21.4抛砂机的优缺点22 结构方案的确定32.1整体结构方案的确定32.1.1确定生产率32.1.2抛砂机组成概述32.2抛砂头形式方案确定32.3小臂结构的确定52.3.1小臂梁52.3.2小臂输送带52.4大臂结构的确定62.4.1大臂四杆机构62.4.2升降油缸72.4.3大臂输送带72.5大小臂转速的确定73 抛砂头设计93.1抛砂头参数的选择93.1.1生产率93.1.2砂团抛出的绝对速度93.1.3叶片的后倾角103.1.4砂团抛出时的圆周速度103.1.5叶片的半径与转速103.1.6叶片数103.1.7叶片宽度103.1.8叶片形状113.1.9进砂速度113.2抛砂头功率的计算113.2.1砂团获得动能所消耗的功率113.2.2叶片旋转时克服空气阻力所消耗的功率113.2.3克服砂团与弧板间摩擦所消耗的功率113.2.4抛头功率113.2.5抛头电机计算功率113.3抛砂头皮带传动设计123.3.1抛砂头带传动设计123.3.2小臂运输机皮带传动设计133.3.3抛砂头轴的设计143.3.4轴承的选择计算164 皮带输送机设计174.1小臂皮带输送机设计174.2大臂皮带输送机设计195 小臂设计205.1小臂梁设计及校核205.1.1小臂梁的结构设计205.1.2小臂梁受力分析215.2小臂回转油缸的设计235.2.1摆动缸设计235.2.2摆动缸结构参数计算245.2.3摆动轴的设计计算275.2.4其它零件校核305.2.5轴承的校核316 大臂的设计326.1概述326.2平行臂设计计算336.3升降油缸的设计计算346.3.1柱塞直径计算346.3.2柱塞缸的结构设计计算356.4大臂立柱的结构设计387 底座设计397.1大臂回转油缸的设计计算397.1.1回转油缸运动参数设计397.1.2摆动缸结构参数的计算407.2大臂回转轴的设计437.2.1轴的结构设计437.2.2轴上轴承的设计计算458 抛砂机的布置与使用维护468.1抛砂机的布置468.2与供砂系统的配合468.3操作中应注意的问题468.4砂箱48结 论48参考文献50英文原文51中文译文61致 谢701 绪论1.1课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。1.2国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，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。1.3抛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）。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320450毫米（悬挂式抛砂机）或600600毫米（双转臂式抛砂机）；最大砂箱可达43008000（双转臂式抛砂机）。抛砂深度可达米，但对砂型的紧实度与表面硬度的影响尚不大。1.4抛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，一般可达以上。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；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6.3毫克。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2.1整体结构方案的确定2.1.1确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，。2.1.2抛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。2.2抛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2-1是轴向进砂抛头示意图。图2-1 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2-2是切向进砂抛头示意图。图2-2 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中心角，切向抛头的砂团沿弧板仅滑移中心角，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63.5%。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。2.3小臂结构的确定2.3.1小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。2.3.2小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2-3所示。图2-3 带轮2.4大臂结构的确定2.4.1大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2-4所示，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2-4 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2-5，,2-6所示图2-5 进油，平行臂上升图2-6 回油，平行臂下降2.4.2升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。2.4.3大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2-7所示：图2-7 抛砂机结构图2.5大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。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。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，最大角加速度为，小臂的最大角速度速为，最大角加速度为。图2-8为抛砂机坐标参数图，抛砂机的作业范围如图2-9所示。图2-8 抛头的坐标参数图大臂转轴, 大臂长小臂转轴，小臂长图2-9 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：最小半径为：式中大臂回转半径，小臂回转半径，最大作业半径，单位米最小作业半径，单位米如图所示在此作业范围内,最大砂箱尺寸如图2-9所示。式中砂箱宽度，单位米砂箱长度，单位米图2-10 抛头作业范围及最大砂箱关系图3 抛砂头设计3.1抛砂头参数的选择3.1.1生产率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。3.1.2砂团抛出的绝对速度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。3.1.3叶片的后倾角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3-1所示图3-1 叶片后倾角与砂团底角关系图一般推荐此角为。取。3.1.4砂团抛出时的圆周速度根据前面选择的和，由公式 (3-1)3.1.5叶片的半径与转速由公式 (3-2)和 (3-3)可知和任意选定一个，另一个便可算出。通常是先选定叶片半径。在确定的大小时，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。参照Z6312D抛砂头选取叶片半径。故叶片的转速为 (3-4)圆整取为。3.1.6叶片数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。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 。3.1.7叶片宽度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， (3-5)将叶片宽度取整得。3.1.8叶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。3.1.9进砂速度 (3-6)系数0.020.025的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0.022 (3-7)3.2抛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。3.2.1砂团获得动能所消耗的功率 (3-8)式中紧实砂容重，取3.2.2叶片旋转时克服空气阻力所消耗的功率 (3-9)式中空气比重，取叶片内径（叶片内缘至旋转中心距离），取3.2.3克服砂团与弧板间摩擦所消耗的功率 (3-10)3.2.4抛头功率 (3-11)3.2.5抛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为。电机功率为 (3-12)式中轴承效率 皮带传动效率 故选则电机为，功率为，转速为=。3.3抛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。原动机为型异步电动机，功率，电机转速，抛头转速3.3.1抛砂头带传动设计1）确定V带型号工作情况系数 查设计手册得计算功率 V带型号 根据和值查设计手册，取2）确定带轮基准直径 、小带轮直径 查设计手册得大带轮直径 按标准圆整，3）验算带速要求带速在范围内，带速符合要求4）确定V带长度和中心距根据抛砂机小臂回转半径初取，出算带的基准长度按标准圆整，实际中心距5）验算小带轮包角 满足要求6）确定V带根数单根V带试验条件下许用功率 查设计手册得传递功率增量 查设计手册得包角系数 查设计手册得长度系数 查设计手册得圆整取，7）计算初拉力每米带质量 查设计手册得8）计算压轴力3.3.2小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，小带轮转速等于抛头转速即，根据皮带运输机的速度求出大带轮的转速，中心距根据小臂皮带输送机的传动滚筒位置来定，大致为500mm。1）确定V带型号工作情况系数 查设计手册得计算功率 V带型号 根据和值查设计手册，取2）确定带轮基准直径 、小带轮直径 查设计手册得大带轮直径 按标准圆整，3）验算带速要求带速在范围内，带速符合要求4）确定V带长度和中心距根据抛砂机小臂回转半径初取，出算带的基准长度按标准圆整，实际中心距考虑进砂位置，故实际中心距取小一点，即5）验算小带轮包角 满足要求6）确定V带根数单根V带试验条件下许用功率 查设计手册得传递功率增量 查设计手册得包角系数 查设计手册得长度系数 查设计手册得圆整取，7）计算初拉力每米带质量 查设计手册得8）计算压轴力3.3.3抛砂头轴的设计图3-2 抛砂头轴示意图1）计算作用在轴上的力转矩两个带轮作用在轴上的压轴力圆周力2）初步估算轴的直径选取45号钢作为轴的材料，调质处理根据公式计算轴的最小直径并加大以考虑键槽的影响查设计手册 取则考虑轴上要开螺纹孔，故要按标准加大轴的最小轴径，取3）轴的结构设计（1）确定轴的结构方案左轴承为两个圆锥滚子轴承背对背安装，从左端装入，靠弹性挡圈和轴套定位，压盖靠轴肩定位。（2）确定各轴段直径和长度段 根据圆整,取,根据轴径和轴传递的扭矩选择键,根据键的长度确定段的长度,即。段 为了使压盖定位，轴肩高度，轴倒角取，根据叶片的宽度和带轮的宽度确定的大小。同时要考虑轴上背对背安装的圆锥滚子轴承的宽度，和为定位轴承安装的轴套的宽度，和其它支承板的宽度，则（3）确定轴承作用力位置如下所示，把背对背安装的圆锥滚子轴承的中点看做是两个轴承的作用力位置，把段安装键的中点看作是压盖对轴作用力位置，把段安装键的位置看作是带轮套对轴作用力位置。所以段键作用力点到轴承作用力点的距离，轴承作用力点到段键作用力点的距离。水平面内受力如图3-34）绘制轴的弯矩图和扭矩图（1）求轴承和压盖处的支反力 仅受到水平方向上的力，图3-4为为轴水平面内的受力示意图。，（2）求轴承处的弯矩弯矩扭矩弯矩图、扭矩图如图3-5所示5）按弯扭合成强度校核轴的强度当量弯矩,取折合系数,则轴承中点处当量弯矩为,当量弯矩图如下。轴的材料为45号钢，调质处理，查设计手册得，材料的许用应力为。轴的计算应力为 图3-3 抛砂头轴受力图图3-4 抛砂头轴水平面受力图图3-5 抛砂头轴弯扭矩和当量弯矩图3.3.4轴承的选择计算抛砂头轴承是一对背对背安装的圆锥滚子轴承，轴的另一端由压盖来承受径向力，压盖通过与转子的连接，把力传递给安装在心轴上的深沟球轴承。圆锥滚子轴承主要承受的是轴作用的径向力，无轴向力。圆锥滚子轴承要产生派生轴向力，不利于轴的受力，所以轴的两端必须用轴压盖压紧。1）圆锥滚子轴承设计计算查设计手册，选择32210圆锥滚子轴承，主要性能参数为：额定动载荷，额定静载荷，（1）计算轴承支反力圆锥滚子轴承所承受的径向力（2）计算轴承派生轴向力（3）计算轴承所受的轴向载荷由于没有轴没有轴向载荷，故轴承仅受到派生轴向力的作用（4）计算轴承所受的当量动载荷轴承工作中有轻微冲击，查设计手册选取载荷系数因 查设计手册得 ，故因 查设计手册得 ，故（5）计算轴承寿命取温度系数，故满足使用寿命2）深沟球轴承设计计算查设计手册，选择6215深沟球轴承，主要性能参数为：额定动载荷，额定静载荷，（1）计算当量动载荷轴承所受的径向载荷为由于轴承只受到径向力的作用，故，轴承工作时有轻度冲击，查设计手册得载荷系数当量动载荷（2）计算轴承寿命轴承寿命故深沟球轴承6215合适4 皮带输送机设计4.1小臂皮带输送机设计小臂皮带输送机用于抛砂头的供砂，供砂速度和倾斜角度对型砂的紧实和进砂头是否堵塞有很大的影响，由前述以确定供砂速度和倾斜角度分别为，。由于小臂输送机的带速快，输送砂量少，倾斜角度大，带的宽度较窄，且有转动，故仿轻型带式输送机设计。1）原始设计数据输送机输送的物料为粘土砂，其密度为。输送量由抛砂头的抛砂量决定，故。输送机的带宽根据抛砂头叶片的宽度来设计，抛砂头叶片的宽带为，故为了让砂能全部被叶片接受，取输送带宽为。2）堆料面积计算输送散状物料时，输送带宽度与带面堆料成二次方的关系，即式中输送带的断面系数，3）带宽的验算对于散状物料，输送带宽度为式中倾角系数，装载系数，故满足4）输送能力计算散状物料的输送能力为所以满足输送要求5）功率计算传动滚筒轴功率计算为空载功率为水平负载功率为垂直负载功率为附加功率，所以式中托辊阻力系数，取除物料外，输送机单位长度内所有运动部件质量之和传动滚筒至尾部滚筒的水平中心距，6）实际所需功率计算式中备用系数，取带轮传动效率，取所以与之前假设功率接近7）最大张力计算式中输送带与滚筒的摩擦系数，输送带在滚筒上的包角，8）输送带层数计算式中安全系数，取带芯径向扯断强度，4.2大臂皮带输送机设计大臂皮带输送机用于小臂皮带输送机的供砂，其自身的供砂由车间输送机供应,大臂的前端用连杆铰接于平行臂上,后端则支承在大臂立柱上。大臂输送机随着大臂的上下移动而移动,保证在任何位置都能把砂供应到小臂皮带输送机上.大臂输送与小臂输送大致一样,故仿轻型带式输送机设计。1）原始设计数据输送机输送的物料为粘土砂，其密度为。输送量等于小臂输送机的输送量，即。输送机的带宽选择输送机的最小带宽 。带速选择.2）堆料面积计算输送散状物料时，输送带宽度与带面堆料成二次方的关系，即式中输送带的断面系数，3）带宽的验算对于散状物料，输送带宽度为式中倾角系数，装载系数，故满足4）输送能力计算散状物料的输送能力为所以满足输送要求5）功率计算（1）传动滚筒轴功率计算为空载功率为水平负载功率为垂直负载功率为附加功率，所以式中托辊阻力系数，取除物料外，输送机单位长度内所有运动部件质量之和传动滚筒至尾部滚筒的水平中心距，6）电动滚筒功率计算式中备用系数，取滚筒传动效率，取选用型油浸式电动滚筒,功率为,转速为7）最大张力计算式中输送带与滚筒的摩擦系数，输送带在滚筒上的包角，8）输送带层数计算式中安全系数，取带芯径向扯断强度，5 小臂设计5.1小臂梁设计及校核5.1.1小臂梁的结构设计抛砂机小臂梁由一薄壁箱形焊接件组成，材料选用。如图5-1所示为小臂梁的截面图和外形图。图5-1 小臂梁截面与外形图5.1.2小臂梁受力分析1）计算作用在小臂梁上的力作用在小臂梁上的力有抛砂头重力和重力产生的力矩，座椅和人的重力及产生的弯矩，小臂皮带输送机的重力，电机的重力及其产生的力矩和小臂梁自身的重力。抛砂头的质量，座椅和人的质量为，小臂皮带输送机的质量，电机的质量，小臂梁的质量，故各构件的重力为：抛头重力为：，力矩为：座椅和人的重力为：，力矩为：小臂皮带输送机的重力为：电机的重力为：，力矩为：小臂梁的重力为：小臂梁的受力图如图5-2所示2）计算小臂梁的弯矩小臂支点处的力、到小臂梁支点B的距离分别为，小臂输送机的两个力 作用点到梁支点的距离分别为，电机作用力到支点的距离为，把小臂自身的重力看作一个作用在小臂上的均布载荷，其值为小臂支点处的最大弯矩为弯矩图如图5-2图5-2 小臂梁受力图和弯矩图小臂支点处的力矩3）校核小臂的强度选取为小臂的材料，查设计手册得材料的许用应力小臂支点处的应力为：式中小臂横截面的抗弯截面系数，由，故小臂满足强度4）校核小臂梁的刚度材料的弹性模量为，小臂横截面对中性层的惯性矩，（1），在小臂梁A处产生的挠度和转角为，（2），在小臂梁A处产生的挠度和转角为，（3）在小臂梁A处产生的挠度和转角为，距B点距离为的在A点产生的挠度和转角为距B点距离为的在A点产生的挠度和转角为故挠度为，转角为（4）小臂自重在A处产生的挠度为，故由叠加法可求得小臂梁A处得挠度和转角小臂梁的许用挠度为，许用转角为故由，所以小臂梁满足刚度条件。5.2小臂回转油缸的设计小臂梁固定在小臂回转油缸的轴上，随小臂回转油缸轴的转动而转动。小臂回转油缸固定在平行臂的前端。小臂回转油缸为一摆动油缸，当通入压力油时，轴摆动，通油方向相反时，轴作相反方向的转动。小臂回转油缸与升降油缸，大臂回转油缸由叶片泵供油，参照相同类型的抛砂机，初定液压系统的压力为，回油背压为。5.2.1摆动缸设计1）计算负载力矩负载所需要的负载力矩为为负载扭矩，由于小臂做摆动，转速很低，小臂无摆动方向上的阻力，故。为小臂及其上部件相对于小臂回转轴线的转动惯量（忽略轴的惯量），。计算转动惯量为。为小臂摆动加速度，应取最大值故负载力矩为考虑到启动时所需力矩较大，故计算力矩2）选取结构参数参照标准的摆动缸的设计，取缸体内径为，叶片宽度为，所以轴径为：式中为摆动缸的机械效率,取按标准取3）校核摆动缸输出转矩轴的转动惯量为实际所需要的转矩摆动缸实际输出的转矩由，故满足转矩要求4）计算所需输入流量小臂的最大转速为最大流量为：5.2.2摆动缸结构参数计算1）缸筒壁厚的计算（1）计算壁厚缸体材料选用35号无缝钢管，力学参数为：屈服极限，强度极限，安全系数为，弹性模量，所以材料的许用应力。参照标准液压缸的壁厚，初选壁厚摆动缸的试验压力由，故摆动缸缸筒属于中等壁厚，实际壁厚为式中强度系数，对无缝钢管，计入壁厚公差及腐蚀的附加厚度，圆整到标准取缸筒外径为，按标准圆整后取，最终壁厚为。（2）缸筒壁厚的验算对最终采用的壁厚应进行验算a.额定压力应低于一定极限值，以保证工作安全故满足要求b.额定工作压力应与完全塑性变形压力有一定的比例范围，以避免塑性变形的发生即:式中缸筒发生完全塑性变形的压力c.验算缸筒径向变形应处在允许范围内即式中缸筒材料泊桑系数小于缸筒密封圈得允许范围内，故满足。d.验算缸筒的爆破压力故满足2）缸上盖厚度计算上盖选用，材料的强度极限，安全系数，故许用应力上盖所承受的最大轴向力为上盖法兰厚度式中法兰螺纹孔到上盖边缘的距离法兰半径法兰螺纹孔直径所以取上盖的厚度3）缸下盖厚度计算下盖选用，材料的强度极限，安全系数，故许用应力下盖所承受的最大轴向力为下盖法兰厚度式中法兰螺纹孔到下盖边缘的距离法兰半径法兰螺纹孔半径考虑到下盖处的结构，所以取下盖的厚度4）缸盖螺栓校核（1）上盖与缸体连接处螺栓校核螺栓选用45号钢，力学性能为，选8.8级，许用应力为。螺纹处的拉应力为式中螺栓小径，螺栓数，故满足强度要求（2）下盖与缸体连接处螺栓校核同样螺栓选用45号钢，力学性能为，选8.8级，许用应力为。螺纹处的拉应力式中螺栓小径，螺栓数，故满足强度要求5.2.3摆动轴的设计计算图5-3 小臂回转油缸轴示意图1）计算作用在轴上的力和力矩转矩轴向力为小臂支点处的力，即力矩为小臂支