精密铸造型壳干燥线设计本科学位论文.doc

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1前言1.1影响型壳干燥的因素试验和生产实践说明，影响型壳干燥的因素很多，其中以环境温度、风速和环境湿度三种因素作用最大。国外有些熔模铸造车间，制壳采用悬挂链设备，型壳在封闭的干燥通道进行干燥，温度、湿度和风速均能通过较好的设备加以精确控制，干燥通道采用旋转风。目前国内熔模铸造车间很多是将型壳挂在悬挂链上不动，而在型壳干燥车间四壁布置风扇，由于风对型壳作用的方向差别很大，同时，风扇布置不合理会在制壳间形成多处死角，从而影响均匀干燥和干燥周期。[[1]姜不居.熔模精密铸造[M].机械工业出版社]1.2摆线针轮减速机的原理和特点摆线针轮减速机是一种行星式传动原理，采用摆线针齿啮合的新颖传动装置。摆线针轮减速机全部传动装置可分为三部分：输入部分、减速部分、输出部分。在输入轴上装有一个偏心套，在偏心套上装有两个称为圆柱滚子轴承，形成H机构、摆线轮的中心孔即为偏心套上转臂轴承的滚道，并由摆线轮与针齿轮上一组环形排列的针齿相啮合，以组成齿差为一齿的内啮合减速机构，（为了减小摩擦，在速比小的减速机中，针齿上带有针齿套）。当输入轴带着偏心套转动一周时，由于摆线轮上齿廓曲线的特点及其受针齿轮上针齿限制之故，摆线轮的运动成为既有公转又有自转的平面运动，在输入轴正转周时，偏心套亦转动一周，摆线轮于相反方向转过一个齿从而得到减速，再借助W输出机构，将摆线轮的低速自转运动通过销轴，传递给输出轴，从而获得较低的输出转速。摆线针轮减速机的特点是：高速比和高效率单级传动，就能达到1：87的减速比，效率在90％左右还可达到更高，采用多级传动，减速比更大；结构紧凑体积小由于采用了行星传动原理，输入轴与输出轴在同一轴心线上，使其机型获得尽可能小的尺寸；运转平稳噪声低摆线针齿啮合齿数较多，重叠系数大以及具有机件平衡的机理，使振动和嗓声限制在最小程度；使用可靠、寿命长因主要零件采用高碳铬钢材料，经淬火处理（HRC58～62）获得高强度，并且，部分传动接触采用了滚动摩擦，所以经久耐用寿命长；设计合理，维修方便，容易分解安装，最少零件个数以及简单的润滑，使摆线针轮减速机深采用 户的信赖。1.3干燥线的设计方案方案设计：先将熔模铸造型壳制作工艺了解，找出影响加工工艺的因素。影响型壳干燥的因素有温度湿度和风速。通过分析可以将干燥线在封闭空间里控制里面的温度和湿度，再在里面安装风扇。干燥线国内的设备大多是不动的，通过风扇将其干燥，这会造成一定的死角使型壳干燥不好。鉴于此点，将干燥线设计成可以以一定的速度转动就可以弥补这一点，可以使型壳得到很好的干燥，这样加工出来的零件精度更高。干燥线可以设计成这样，在里面加上一个减速机带动链轮和几个从动轮将干燥线带动旋转。对于减速机的选型可以选择摆线针轮减速机，下图是减速机的简图和减速机的基本结构。图1.1 摆线针轮减速器基本结构图1.输出轴  2.机座 3.针齿壳  4.针齿套  5.针齿销  6.摆线轮7.销轴套  8.销轴 9.偏心轮  10.主动轴然后对摆线针轮减速机的计算选择里面的零件，通过查阅资料找到参数进行计算。根据计算结果将减速机的基本尺寸得到，然后设计干燥线里面的零件，对 立面的尺寸加以设计，将里面的结构设计出来，画出里面的结构图。通过设计将总体装配图画出来，对装配图中的错误加以改进，设计出完整的图纸。对立面的零件画出图纸，编辑说明书完成设计。 2摆线针轮减速机的设计2.1电动机的选型根据设计的减速机的用途，选择电动机的额定功率为11Kw和电动机的额定转速为1500r/min。根据该条件选择Y系列三相异步电动机，该电动机是按照国际电工委员会标准设计的，具有国际互换性的特点。通过查找国标该电动机可以选择Y160M-4，额定转矩为2.2，最大转矩为2.3。[[15]吴宗哲，罗圣国.机械设计课程设计手册[M].高等教育出版社]2.2摆线针轮减速机的设计计算摆线针轮减速机中的零件包括摆线轮、针齿、柱销、柱销套、针齿销、针齿套、偏心轮、轴承、输入轴、输出轴、机座、端盖等零件。其中有许多标准件，其他的零件通过计算可以得到尺寸。2.2.1摆线轮、针齿、柱销的计算（1）电动机的额定功率：P=11Kw（2）输入转速：n=1500r/min（3）传动比：i=17（4）摆线轮齿数的确定：Z1=17为了提高生产率和精度尽可能使齿数和传动比选择奇数（5）针轮齿数的确定：Z2=Z1+1=18（6）输出转矩：（7）初选短副系数：（8）初选针径系数： （9）针齿中心圆半径：（10）根据计算选择针齿中心圆半径：（11）摆线轮齿宽：（12）选择摆线轮齿宽：（13）偏心距：取a=4（mm）（14）实际短幅系数：=0.6（15）针齿套半径：取（16）针齿销半径：（17）实际针径系数：（18）齿形修正系数：（19）转臂轴承径向负载：（该数值通过计算机算出）（20）选择圆柱滚子轴承： 查找文献可得，选N2210轴承，d=50,D=90,B=23.(21)转臂轴承内外圈相对转速：（22）针齿销跨距：有结构及前面的计算结果可以得到跨距。（23）传力齿号：M=2,N=4(24)摆线轮齿根圆半径：（25）摆线轮齿顶圆半径：（26）摆线轮齿高：（27）销孔中心圆直径：（28）选择销孔中心圆直径：（29）挡圈宽度：（30）柱销直径：（31）柱销套直径： （32）摆线轮柱销孔直径为使柱销孔与柱销套之间有间隙，应适当增加一个值。上面计算的参数选择都是通过查询文献资料得到的。[[16]杨黎明，黄凯，李恩至，陈仕贤.机械零件设计手册[M].国防工业出版社]2.2.2输出轴的计算图2.1输出轴结构装配图（1）转矩：（2）输出转速：（3）初步确定轴的最小直径：（4）轴的结构设计：其转配图如图所示最小轴径选择轴段34上选择深沟球轴承6214其尺寸为，则可得，；轴段45上选择深沟球轴承6215其尺寸为，所以所以轴段长为 。轴上采用平键连接，查找文献选用平键，选择配合为H7/k6,轴端倒角为，各轴肩圆角圆角半径为r=1.5(mm)。（5）求轴上的载荷：由此可得，，（6）按弯扭合成应力校核：前已选定轴的材料为45钢调质处理，查文献可得，因此，故安全。2.2.3输入轴的计算图2.2输入轴的结构装配图 （1）转矩：（2）公称转矩：（3）初步确定轴的最小直径：（4）选定轴的最小直径：（5）选取圆柱滚子轴承：选择轴承N406其尺寸如下：（6）轴的结构设计：轴段34上选择深沟球轴承6408，查找文献可得，则可得，有以前设计的的结构可知，，选取轴段23、56的键连接通过查找文献可知轴段23上的选用平键连接，其尺寸为，轴段56采用平键连接查找文献可知采用尺寸为，（7）求轴上的载荷：，（8）按弯扭合成应力校核： 轴的材料为45钢查找文献可知故可得故安全。 3摆线针轮减速机零件的实体造型和装配3.1摆线针轮减速机主要零件的实体造型3.1.1摆线轮、针轮的实体造型设计根据第二章的计算结果，可以得到摆线轮的制作尺寸，根据尺寸可以用SolidWorks将摆线轮做出来，其实体造型如下图所示。图3.1摆线轮针轮的结构和摆线轮的结构相似，它的齿比摆线轮多一个，他和摆线轮都装在偏心轮上它们两个具有偏心距，这通过前面计算可以得到。其实体造型图如下图所示。 图3.2针轮3.1.2输入轴、输出轴的实体造型设计输入轴、输出轴的尺寸计算在前面一章已经计算过了，其尺寸可以从里面得到，就可以在三维软件里面进行实体造型了，下面的图是其零件的实体造型图：图3.3输入轴图3.4输出轴 3.1.3针齿销、柱销、轴承等零件的实体造型设计摆线针轮减速机的零件实体造型尺寸有第二章的计算过程可以得到，根据尺寸可以算出其他一些附属零件的尺寸，所以这样就可以对输入轴、输出轴的附属零件进行实体造型，这样就可以将摆线针轮减速机的大部分零件的尺寸就可以得到，这样就可以用三维软件进行实体造型了，下面是一些零件的实体造型图：图3.5深沟球轴承 图3.6圆柱滚子轴承图3.7针齿销针齿套的装配图3.8柱销柱销套的装配图3.9偏心轮 图3.10圆头平键3.1.4摆线针轮减速机外壳的实体造型设计摆线针轮减速机的外壳是立式的根据里面的结构尺寸可以对机壳的尺寸进行设计，机壳包括机座、针齿壳、端盖等零件。零件的实体结构设计根据机壳里面的尺寸进行计算得到的，下面是用三维软件做的实体图。图3.11针齿壳 图3.12机座图3.13端盖 图3.14端盖3.2摆线针轮减速机的装配摆线针轮减速的装配，应先对一些零件进行子装配，如柱销与柱销套、针齿与针齿套等。完成子装配后，进行总装配，依照从内到外的顺序，先装配输入轴，输出轴，再装配偏心轮、摆线轮、针轮，在装配针齿销和针齿壳最后装附件。得到减速机完整装配。装配过程的顺序很重要，装配顺序是否合理，直接影响装配质量的好坏。摆线针轮减速机的装配图可以转成工程图，可以对里面的零件进行标注，亦可以将工程图保存到dwg格式，这样可以用二维软件打开，可以用二维软件进行修改。这样可以减少很多步骤，可以加快工作进度。下面的图是摆线针轮减速机的装配实体图。 图3.15摆线针轮减速机装配图图3.16摆线针轮减速机的爆炸视图 4干燥线的整体实体造型装配和型壳的制作方法4.1干燥线的零件实体造型干燥线零件包括许多铸造件、工字钢、槽钢、轨道等零件。干燥线的总长度大约有一百二十米，干燥线的零件实体造型的尺寸比较大，相对减速机的尺寸较大，干燥线的零部件包括轨道、轨道轮、立柱、支架、链轮、从动轮等结构。设计干燥线的实体结构根据自己在实习过程中对其的了解，相对的尺寸没有那么精确，这方面还需要努力。干燥线是通过电机带动减速机，减速机和电机通过V带连接传动，减速机再带动链轮，通过链条带动从动轮在轨道上行走，这样可以保持一定的速度，可以使型壳得到很好的干燥，这样设计可以避免型壳干燥视角，可以使型壳干燥得到最好，这样铸件的精度可以得到保证。精密铸造型壳干燥线有多种结构，根据车间的形状可以设计成很多形状。现对我设计的零件进行实体造型，下面是一些实体造型图：图4.1链条的装配和轨道的连接部分图4.2轨道轮的连接部分 图4.3链条装配零件1图4.4链条的装配零件2图4.5轨道轮 上面的零件的实体是干燥线中链轮与从动轮带动链条部分的设计，此部分用于带动型壳转动，该部分孔的连接一般采用螺栓连接或螺钉连接。图4.6链轮图4.7轨道图4.8从动轮 图4.9立柱图4.10V带轮4.2干燥线的整体装配干燥线的整体装配，其中一些零件尺寸很大，装配顺序先从大的开始，再装配一些小的部件，小的零件可以先进行一些小装配这样作为了便于以后的装配，可以省去不必要的麻烦。装配中一些零件尺寸太大，而链条的装配尺寸很小，完成完全装配很麻烦而且很繁琐，一些地方的装配只是重复，做成完全装配不大可能，所以在链条的装配中只装配了一部分，轨道的尺寸太大，轨道有一部分是段开的外面通过两个滑轮连接吊在一个圆盘上，圆盘上加上两个像秤砣的重物可以对轨道施加一个力，便于调节链条的松紧。干燥线画成装配图其中一些零件不能 很好的显示，所以对干燥线的装配图不能很好的完成，只能对里面的零件画成零件图，大装配体只做了一个实体，下面是对干燥线实体装配图：图4.11干燥线总装配实体图4.12链条与轨道连接部分图4.13减速器、链轮、从动轮的连接部分 4.3熔模铸造型壳的制作方法熔模铸造是一种比较精密的铸造方法，它铸造出来的铸件可以直接应用在生产中，其精度比其他铸造方法要高。影响熔模铸造的尺寸精度很多，如铸件的结构尺寸大小、模具的选择、生产工艺等因素。生产工艺方面影响的因素有很多，在制模、制壳、浇注方面影响很大。制壳方面影响因素有耐火材料种类和制壳参数等因素。[[1]姜不居.熔模精密铸造[M].机械工业出版社]现在熔模铸造的型壳有两种，一种是实体型壳，另一种是多层型壳。现在大部分采用多层型壳。型壳是由耐火材料、粘结剂和撒砂材料等材料组成。型壳的制作是经过配涂料、涂涂料、撒砂、干燥、硬化、脱蜡和焙烧等工序组成。对于现在制壳方法，大部分厂家采用硅溶胶的制壳方法。而制壳过程是一个复杂的过程，其原理是一个复杂的物理化学变化过程。硅溶胶的变化过程采用干燥硬化从而使硅溶胶凝胶，干燥过程只有水分的蒸发，水分蒸发不会污染环境，更不会影响型壳化学成分，所以这样的制作过程很简单而又能达到很好的效果。上涂料是制壳过程中重要的一环，型壳上的外表都要涂上而且要分布均匀。涂涂料时要上下移动防止型壳上的凹角、沟槽等部位存在小气泡和多于涂料。这样做可以防止型壳形成孔洞、裂痕和分层，可以保证型壳的结构强度。型壳的制作过程还有重要的一环，涂料完成后要进行撒砂。撒砂可以增强型壳，还可以固定涂料，重要的是可以防止涂层干燥时产生穿透性裂纹。撒砂有两种方法，一种是雨淋发也称作淋砂发，另一种是沸腾法。型壳的干燥是制壳工艺中又一重要的一环，干燥过程其实就是水分的蒸发过程。型壳的干燥程度与型壳的强度密切相关。如果型壳的各部分干燥不均匀或干燥的快慢不同，就会导致收缩，从而产生应力使型壳开裂。型壳涂料的层数由铸件的大小决定。一般的小件可以制成四层半型壳，铸件越大，其型壳的壁越厚，型壳的涂料层数也就要相对增加。为使型壳得到好的干燥效果，要严格控制干燥车间的温度、湿度和风速。型壳干燥完成后要进行脱蜡，脱蜡完成后要进行焙烧。焙烧是为了去除型壳里面的挥发物，浇注时防止出现气孔等缺点。 5结论通过本次设计精密铸造型壳干燥线，我从中学习到了许多东西，对于摆线针轮减速机的设计原理我得到了了解，摆线轮与针轮的运动关系可以从中学到，电动机通过输入轴使摆线轮的自转，通过销轴带动摆线轮在平面上做公转，这样带动输出轴运动而减速，摆线针轮减速机的结构简单，效率高，传动比范围比较大，运动平稳，使用寿命长等优点。这次设计我了解到了熔模铸造型壳的制方法，型壳制作有几部比较重要的步骤，像型壳模具的制作、注蜡、型壳的干燥过程、脱蜡、焙烧等过程。本次设计主要对型壳的干燥进行研究，型壳的干燥影响因素有很多，主要是车间的温度、湿度、和风速，现在对这方面的研究有许多人，并且国内有许多研究出了成果。干燥线的设计有许多关于零件的设计和校核，干燥线对减速机的设计与以前的设计有相似之处，减速机中一些零件的设计与所学课程中的设计有相似之处，做这次设计可以从中学到很多东西，从中了解以前没有学到的东西，并对以前知识有学习了一遍，又加深了印象，又对以前知识熟悉了一遍。干燥线的设计成一个流动的线路，可以让型壳得到很好的干燥，型壳的精度可以得到保障，干燥过程简单方便。型壳的制作方法对铸造精度有影响，型壳的种类有两种，现在一般使用多层型壳，现在的厂家多使用硅溶胶制壳工艺，铸件型壳的层数根据铸件的大小来确定，型壳外壳的层数又通过撒砂干燥过程。干燥线的线路轨道是一个分开的，轨道通过一个固定装置对链条的松紧进行调节，这样可以对链条进行调节，还可以对轨道进行调节。干燥线一些零件是通过铸造做的，有些精度不是很高，因为对里面的零件精度要求不高。干燥线里面尺寸有些事自己定的，干燥线是根据车间的大小来定的，在这里我只有一个不精确的尺寸。这次设计的东西是自己以前没有见过的，特别是摆线针轮减速机，所以这次设计可以从中学到很多东西。对于干燥线的设计还有许多地方没有进行精确设计，这些地方有待别人来解决，像从动轮与干燥线连接部分还有待解决。 参考文献[1]姜不居.熔模精密铸造[M].机械工业出版社[2]张彤.摆线针轮减速机故障分析和设计改进[J].中国医药集团重庆医药设计院[3]章宝俊.变幅摆线齿轮减速机—一种新颖高效齿轮传动减速装置[J].如皋市减速机有限公司[4]安锦辉.硅溶胶在精密铸造中的应用[J].石家庄双联化工有限责任公司，河北石家庄050200[5]孙英时，关天民，李宝良.两齿差摆线针轮减速机针齿销弯曲强度和刚度的计算[J].大连交通大学机械工程学院，辽宁大连116028[6]李毓飞，杨先发，吴仁智.新型节能精密铸造粘接剂ZF801型快干硅溶胶[J].特种铸造及有色合金2009年第29卷第1期[7]周玉华.行星摆线针轮减速机轮齿啮合噪声及工艺分析[J].鞍山科技大学学报[8]许晓兰，高明轩，陈学敏.熔模铸造水玻璃型壳质量控制[J].煤炭技术第22卷第10期2003年10月[9]李海树.熔模铸造制造成本降低的几种工艺方法[J].特种铸造及有色合金2008年第28卷第4期[10]郭剑.提高熔模铸件内在品质的方法[J].特种铸造及有色合金2008年第28卷第11期[11]景宗梁，车顺强.熔模铸造表面层制壳工艺的研究[J].郑州大禹化工产品有限公司，江苏无锡[12]丑幸荣.熔模铸造生产线技术改造[J].广东白云学院，广东广州510450[13]李伟，李霞，何胜勇，汤修映.行星摆线针轮减速机虚拟样机模型的建立[J].中国农业大学学报　　2002，7(6):61～63[14]傅蔡安.精密熔模铸造小批量快速制造法的研究[J].先进制造工艺技术1006-3269(2007)03-0052-03[15]吴宗哲，罗圣国.机械设计课程设计手册[M].高等教育出版社[16]杨黎明，黄凯，李恩至，陈仕贤.机械零件设计手册[M].国防工业出版社[17]AnamariaDĂSCĂLESCU.THEDETERMINATIONOFTHECYCLOIDPROFILE’LIMITSOFTHECYCLOIDREDUCER’SATELLITEGEAR[J].Assoc.Prof.Ing.PhD,TheNorthUniversityofBaiaMare,[18]Shin,Joong-Ho1Kwon.Onthelobeprofiledesigninacycloidreducerusinginstantvelocitycenter[J].Mechanism&MachineTheory;May2006,Vol.41Issue5,p596-616,21p