轴瓦离心浇注工作台设计

轴瓦离心浇注工作台设计
摘要
轴瓦广泛应用于内燃机、液压马达等高速重载的机构中。

由于其工作条件恶劣，是机构中的易损坏件，经常需要更换。

生产轴瓦的方法主要是离心铸造，离心铸造属于特种铸造的一种，其所用的离心浇注机的复杂度是铸造机械中最高的。

轴瓦的质量直接影响着它的使用性能，而使用性能又取决于轴瓦的金相组织、硬度、机械强度等。

在轴瓦的整个生产过程中，影响轴瓦内在质量的工序，一是熔炼工序，二是浇注工序，在熔炼铁水质量一定的情况下，浇注过程控制的好坏又会直接影响轴瓦的使用性能，一般浇注过程是由人工控制的，因此浇注过程稳定与否受人为因素影响很大，主要表现为模温控制不好。

针对这个问题在整个浇注线上应用了PLC光电控制系统，从浇注开始至停机整个过程实现了自动控制，浇注工艺得到了保证，使产品质量稳定，轴瓦外皮料硬度也大大减少。

关键词轴瓦；离心铸造；铸造机械；浇注
The Design of Bearing Centrifugal Casting Table
Abstract
Bearing is widely used in high-speed and heavy bodies such as hydrautic motor and internal-combustion engines. It is easily damaged because of its poor working condition, so we need to replace it frequently.
Centrifugal casting is the main method of producting bearing. Centrifugal casting belongs to a special casting. The manufacturing requirment of centrifugai casting machine is the highest among castings.
The quality of bearing affects its performance directly and performance depends on the microstructure, Bush hardness, mechanical strength. There are two factors that will affect the interal quality of bearing in the entire production process. One is smelting process, the other is casting process. Generally speaking, casting process is manual control, so whether the process is stable largely is affected by human factors .The control of the casting process will affect the performance of the bearing when quality of hot metal smelting is certain.
Its applied optoectronic PLC control system in the entire casting in order to deal with this problem. So the casting process is automatic control in the entire process，and not only can it guarantee the pouring casting stable the quality of production, but also it can reduce the jachet material hardware of bearing easily.
Keywords Bearing；Centrifugal Casting；Centrifugal Casting Machine；Casting
目录
摘要 (I)
Abstract (II)
第1章绪论 (1)
1.1 概述 (1)
1.1.1 课题的前景 (1)
1.1.2 发展现状 (1)
1.2 设计的主要工作内容 (3)
1.2.1 浇注问题的分析 (3)
第2章铸造工艺与设计方案论证 (5)
2.1 设计的总体方案 (5)
2.1.1 传动方案的拟定 (5)
2.1.2 整体布局的拟定 (5)
2.2 铸造工艺的设计 (5)
2.2.1 铸型转速的确定 (5)
2.2.2 离心力 (6)
2.2.3 离心铸造工艺分析 (7)
2.2.4 铸型实际转速的确定 (7)
2.3 本章小结 (9)
第3章普通V带传动的设计计算 (10)
3.1 概述 (10)
3.1.1 原始数据及设计内容 (10)
3.1.2 确定设计功率 (10)
3.2 计算传动各参数 (10)
3.2.1 计算设计功率 (10)
3.2.2 选择V带型号 (10)
3.2.3 确定带轮直径 (11)
3.2.4 验算带速 (11)
3.2.5 验算传动误差 (11)
3.2.6 确定中心距及带的基准长度 (11)
3.2.7 验算小带轮包角 (12)
3.2.8 确定V带的根数 (12)
3.2.9 确定带的初拉力 (13)
3.2.10 计算作用在带轮轴上的压力 (13)
3.3 带轮的设计 (13)
3.3.1 带轮材料的选取 (13)
3.3.2 结构尺寸计算 (13)
3.3.3 带轮设计的主要要求 (14)
3.4 本章小结 (14)
第4章轴的设计 (15)
4.1 基础参数计算 (15)
4.1.1 求轴传递的转矩 (15)
4.1.2 求作用在带轮上的力 (15)
4.2 轴的尺寸计算 (15)
4.2.1 各轴段直径和长度的确定 (15)
4.3 轴的设计 (16)
4.3.1 选择轴的材料，确定许用应力 (16)
4.3.2 轴的设计计算 (16)
4.4 轴的校核 (17)
4.4.1 轴的强度校核 (17)
4.4.2 轴的安全校核 (17)
4.5 本章小结 (19)
第5章轴承的选择和校核 (20)
5.1 概述 (20)
5.1.1 轴承的选择依据及其参数分析 (20)
5.1.2 轴承的安装和拆卸 (21)
5.1.3 经济性要求 (21)
5.2 轴承的应用特点 (21)
5.2.1 滚动轴承校核的重点 (21)
5.3 轴承的设计 (22)
5.3.1 选择轴承类型 (22)
5.3.2 轴承设计计算 (22)
5.3.3 静强度校核 (23)
5.4 本章小结 (23)
第6章键的选择与校核 (24)
6.1 键连接的类型、特点及应用 (24)
6.2 键的计算和选择 (25)
6.2.1 平键类型和尺寸选择 (25)
6.2.2 校核挤压强度 (25)
6.3 本章小结 (26)
第7章液压系统的计算和选择液压元件 (27)
7.1 液压系统的设计 (27)
7.2 液压系统的计算 (28)
7.2.1 夹紧液压缸主要尺寸的确定 (28)
7.2.2 液压缸的壁厚和外径的计算 (28)
7.2.3 液压缸工作行程的确定 (30)
7.2.4 缸盖厚度的确定 (30)
7.2.5 最小导向长度的确定 (30)
7.2.6 泵的选择 (31)
7.3 液压元件的选择 (31)
7.4 本章小结 (32)
第8章工作台电气系统设计 (33)
8.1 概述 (33)
8.2 PC 机应用效果分析 (33)
8.3 本章小结 (34)
结论 (35)
致谢 (36)
参考文献 (37)
附录A (38)
附录B ................................................................................ 错误！未定义书签。

第1章绪论
1.1概述
1.1.1课题的前景
在柴油机中，尤其是高载、高速柴油机中，广泛使用铜铅轴瓦。

由于其工作条件恶劣，是机构中的易损坏件，经常需要更换。

生产轴瓦的方法主要是离心铸造，离心铸造属于特种铸造的一种，其所用的离心浇注机的复杂度是铸造机械中最高的。

轴瓦的质量直接影响着它的使用性能，而使用性能又取决于轴瓦的金相组织、硬度、机械强度等。

在轴瓦的整个生产过程中，影响轴瓦内在质量的工序，一是熔炼工序，二是浇注工序，在熔炼铁水质量一定的情况下，浇注过程控制的好坏又会直接影响轴瓦的使用性能，一般浇注过程是由人工控制的，因此浇注过程稳定与否受人为因素影响很大，主要表现为模温控制不好。

对于薄壁铜铅轴瓦,目前通常采用铜铅双金属板材压制成形加工。

然而对于厚壁铜铅轴瓦，冲压成形就不那么容易了，特别对带翻边的厚壁铜铅止推轴瓦，用冲压成形根本无法实现,只能用离心浇注的方法加工。

即使是薄壁轴瓦，在数量少、时间紧、没有成形模具的情况下，通常也会选用离心浇注的方法。

为满足柴油机轴瓦成批大量生产的需要，提高轴瓦的生产率，经生产实践证明，轴瓦离心浇注机运转可靠，轴瓦合金浇注质量稳定。

每班可浇注柴油机轴瓦400副，提高效率三倍。

由于轴瓦夹具是可调的，应用范围较广，可浇注外径功Ф70～165 毫米，宽度25～70 毫米各种机型的轴瓦。

1.1.2发展现状
目前轴瓦离心浇注多用半自动离心浇注机，其采用气动夹紧，电气自动控制。

利用时间继电器浇注合金后，轴瓦传动时间与冷却水喷水时间获得正确的配合，保证轴瓦合金浇注质量的稳定。

半自动轴瓦离心浇注机由可移动的主轴系统、轴瓦夹具、气缸-拨叉机构、电气及冷却水供给系统组成。

工作原理如图1-1所示浇注轴瓦合金时，首先操纵气阀，使气缸向右移动，通过拨叉带动主轴向左移动，当轴瓦进入夹具体后，操作气阀使气缸向左移动，主轴在弹簧力作用下向右移动，并依靠弹簧力夹紧轴瓦。

按下启动按钮，电动机通过皮带办带动主轴
旋转（转速1000转/分）。

主轴带动轴瓦放置后，立即将轴瓦合金通过浇口倒入旋转着的轴瓦内，轴瓦合金在离心力作用下和轴瓦钢套紧密结合。

通过时间继电器的精确控制，当轴瓦旋转一定时间后，控制冷却水的电磁阀自动打开，冷却水均匀地喷洒在旋转着的轴瓦上使轴瓦合金得到均匀冷却。

当轴瓦合金获得良好组织后，在时间继电器控制下，冷却水电磁阀自动关闭，并控制电动机使其停止运转。

然后操作气阀使气缸抽右移动，主轴各左移动，被浇注好合金的轴瓦松开而自行落入盛水器内。

如止不断重复动作，实现了成批大量轴瓦合金的离心浇注工作。

过去用静态浇注轴瓦钨金的办法，有一系列的缺点，其中主要的是在浇注过程中产生许多气泡和蜂窝，浇注后需要压实或在车床上滚压，此外，静态浇注浪费的钨金多，即预留的冷加工余量大，浇口和浇注耗料多等。

1 -气缸
2 -拨叉多3-轴承4 -弹簧5-中间套 6 -轴承座
7-主轴8 -皮带轮9 -轴承座l 0-夹具体11-轴瓦12 -喷水口
13 -轴承座14 -定圈15 -轴瓦合金16 -电动机
图1-1半自动轴瓦合金离心浇注机系统原理图
离心浇注法和静态浇注法相比是极好的方法。

被浇注的轴瓦在浇注前的一些准备工作和静态浇注时的要求一样，即将旧钨金从瓦胎内熔化掉，清除瓦胎上的油垢，酸洗，挂锡衬等等。

离心浇注工具是利用特制的压板，将要浇注的轴瓦固定在旋床上。

其中一个压板上有中心孔，在此孔内插人浇注钨金的漏斗导流管，在旋床卡盘转动下，由此漏斗向轴瓦内浇注熔化了的钨金。

由于离心力的作用，浇注进轴瓦内的钨金液体，立即均匀地散布在全轴瓦的内表面上，形成严密而毫无气泡的一层均匀厚度的钨金。

所有轴瓦的洼窝和沟槽内部都充满钨金。

由于在轴瓦内部全表面上钨金属的厚度一致，所以浇注后的钨金冷加工余量可以达到最小。

当然这个最小数值与浇人漏斗的钨金量有关，如果我们所计算的需用钨金量是完全正确的，那么加工余量仅留有2～3毫米厚就可以了。

为了消除注入部分的钨金沿厚度方向分布的不均匀，也就是说为了使较重的钨金分子在离心力的作用下，不致于分布在靠近瓦胎的内表面上，而产生注人的钨金组织不均匀，因此，必须确定轴瓦的最大转速，在这种转速下，使离心力不致影响浇注钨金的质量。

1.2设计的主要工作内容
1.2.1浇注问题的分析
在离心浇注中通常会出现的问题
（1）轴瓦内表面组织疏松，有气孔、气泡;
（2）铜铅合金与钢壳粘结不牢，局部地方产生与钢背分离;
（3）有裂纹、合金元素的偏析现象;
（4）夹渣、硼砂没有析出。

铜铅合金的浇注质量主要与浇注温度、转速、冷却速度有关。

正确控制这些因素对防止离心浇注时产生缺陷至关重要。

1）浇注温度的控制
（1）钢壳的预热在复合材料中，由于合金元素与钢板在性能上的差异,材料状态的不同，要使其牢固地凝结在一起，是比较困难的。

离心浇注也一样，在不能改变浇注状态的情况下，只有通过调节温度，减小两者的温差，才能使其凝结更加牢固。

为了达到这样的效果，必须使钢壳的温度尽可能升高，使铜铅合金的温度尽量地降低。

但是，钢壳终究是固体,我们还要保证钢壳刚性的稳定性，即：变形量要小，表面不出现过烧、氧化等，所以又必须控制其温度,温度过高，钢壳易变形失圆太大，同时容易氧化，影响粘结质量；反之温度太低，又容易使铜铅合金凝固太快,易产生夹层等缺陷。

控制方法: ①将钢壳预热温度控制在680～750℃之间; ②钢壳浸挂硼砂。

其作用一是使钢壳充分预热，并保护钢壳不氧化，以利于与合金粘合;二是硼砂在钢壳与合金之间起媒介作用，它促进铜与钢壳互相扩散，使钢壳与合金粘合牢固。

硼砂熔化温度控制在980～1000℃之间，硼砂温度过高时钢壳自硼砂内取出后表面附着的一层硼砂很快从钢壳壁流落，或生成硼化物影响粘合;温度过低时易产生夹渣、脱壳或硼砂析不出。

钢壳浸入硼砂的时间一般为1～3min ，浸入时间长短视钢壳的壁厚而异（如：壁厚为10mm 的钢壳约需2min），壁厚与时间成正比，但以钢壳的温度接近硼砂的温度为原则。

控制方法是，钢壳的颜色由暗红向白开始转变即可。

如果颜色偏暗，说明温度不够；偏白则温度太高了，必须降低炉温。

（2）铜铅合金的浇注温度
当电解铜熔化温度达1150℃左右时加入预热的铅，浇注前放入配制的
锡，用炭精棒或石墨棒充分搅拌，温度为1020～1050℃时准备浇注。

铜铅合金温度太高，易产生气泡、气孔等缺陷。

温度过低容易产生裂纹、偏析或夹渣等。

掌握铜铅合金温度的方法有:
①用肉眼观察，合金应呈橙黄色，无氧化膜覆盖;
②看炉火，当熔炉上口呈现青光时，说明温度已达到;
③用石墨棒搅拌，根据搅拌的轻重掌握温度的高低;
④浇注过程中，根据浇嘴上残留合金的多少,判断温度的高低。

正常情况下，浇嘴上应有薄薄的一层合金，厚度为1～2 mm。

2）浇注转速的选择
离心浇注中转速的高低也是决定浇注质量的一个重要参数。

一方面，为了提高铜铅合金的致密度，要增大其离心力，即提高转速；另一方面,铜铅合金是一种复合成分，由于各种合金元素密度的差异，导致转速越高，合金内合金元素分层明显，即所谓的铅元素偏析现象。

当然转速不能太慢，否则达不到离心效果，导致组织疏松。

一般采用卧式离心浇注机，浇注机转速参考表1-1。

表1-1 离心浇注机转速参考表
轴承直径（ø/
mm）离心机转速（r/ min）
轴承直径
（ø/ mm）
离心机转速（r/
min）
75～100 900～1000 200～225 760～780
100～125 850～920 225～250 710～750
125～150 800～850 250～270 680～700
150～175 780～820 270～285 630～670
175～200 760～800 285～320 600～650
3）冷却的控制
（1）浇入合金2～3 s 开始给水冷却，冷却终止后应保持轴瓦余温为100 ℃左右，以减少由于激冷而产生内应力。

（2）冷却速度，一般为60～100 ℃/ s ，必须保证冷却方向自钢背开始，合金自由表面最后凝固。

如果冷却速度过快以及冷却不均，将导致钢壳与铜铅合金冷却时收缩率不一致，易产生裂纹缺陷；反之冷却太慢，易使铜铅合金产生铅偏析或疏松等。

（3）水温：水温在15～25 ℃，水温过低易产生裂纹，水温过高易产生晶粒粗大、铅偏析严重等现象。

（4）水压和水量：以低水压、大水量为宜。

（5）喷水口：它是决定铸件质量的重要环节，应保持铸件的均匀冷却，保证合金从中部开始向两端顺序凝固，喷水口要宽到能覆盖轴瓦的宽度。

第2章铸造工艺与设计方案论证
2.1设计的总体方案
离心铸造铸件是依靠铸型旋转产生离心力，使浇入铸型内金属克服自身的重力充满于铸型，最终在离心压力作用下凝固而成的铸件。

2.1.1传动方案的拟定
在达到转速的要求的前提下，尽量减小离心机的传动链。

常用的机械传动主要有带传动、齿轮传动、链传动、蜗轮蜗杆传动。

在离心机中浇注部分主要在台面，而电动机放在机箱中，传动距离比较远，所以只分析带传动和链传动。

链传动虽然存在着效率高、结构紧凑、传动力矩大、加工成本低、环境适应性好等优点，但它易磨损、传动不平稳且噪声大。

对于现代化工厂来说，是不可取的。

相比之下带传动虽然结构不够紧凑，传动功率不大，但其优点可以与链传动差不多。

综上所述，离心机的传动方案用带传动作为主传动。

2.1.2整体布局的拟定
离心浇注机的结构简图如下图2-1所示。

动力由电动机7出来，通过皮带和带轮传给轴8，轴带动浇注机头1旋转，浇注头内夹紧着瓦胎。

当浇包3倾倒时，铁水通过浇口2进入高速旋转着的瓦胎内，铁水在离心力的作用下均匀地分布于瓦胎，并与瓦胎进行紧密的结合。

整个过程由PLC控制，当浇包刚开始倾倒时，光电管4便将接收到铁水发出的强烈红外线，然后把信号送入PC机6内进行处理，过一定时间间隔后开始控制浇包停止并缩回，再过一定时间间隔喷水冷却，最后停机出模。

2.2铸造工艺的设计
2.2.1铸型转速的确定
为克服重力，铸型必须要有一定的转速：转速太低，离心力不足，就会使立式离心铸造时铸型充型不良，水平离心铸造时会产生雨淋现象，铸件易出现疏松、夹渣、内表面凹凸不平等缺陷；但过高的转速，除能产生很大的凝固压力外，会带来许多负面效应，如增加能耗、提高了对铸型和离心机设计制造的要求、使铸件产生纵向裂纹、金属液更易偏析、使用砂型时更易产生粘砂、胀砂等缺陷。

因此在确定离心铸造铸型的转速时，其原则是在保证铸件质量前提下，选取最低的铸型转速。

图2-1 PLC 光电控制简图
2.2.2 离心力
金属液在铸型内所受的离心力与旋转半径成正比，与旋转角速度的平方成正比。

其离心力公式如下
2
2220.011mRn R/900mn πR m ωF ≈== (2-1) 式中 F —离心力（N ）；
m —金属液质量（kg ）;
ω—铸型旋转角速度（rad/s ）; R —旋转半径（cm ）; n —旋转速度（r/min ）。

旋转半径不同，离心力也不同。

因金属液有一定的厚度，厚度内各层所受离心力会不同，要完全带起金属，布满铸型，就必须内层的离心力也大于内层液体的重力。

按照重力的表示方法，离心力可用离心加速度来表示
c ma F = (2-2)
式中 F —离心力（N ）； m —金属液质量（kg ）；
c a —离心加速度，2
c 0.011Rn a = 。

2.2.3 离心铸造工艺分析
浇铸方案分析：
离心铸造分为立式离心铸造和水平离心铸造两种。

如果空心铸件采用离心铸造，旋转轴与水平面有一夹角时，凝固后的铸件内表面必然会形成一抛物面形状，而这种小倾角在水平离心铸造时，对金属液流动比较有利。

立式离心铸造时，这个倾角就成为了︒90，更容易在环形铸件上产生抛物面内腔。

如图2-2所示
α
d
D L
ω
图2-2 转速与倾角
根据铸型转速与倾角，其上下开口的尺寸关系可用下式计算
2
221000n 0.176L s i n a
D s i n 8D ⎪⎭⎫
⎝⎛-=-=ωa Lg d （2-3）
式中 d —小径尺寸（cm ）；
D —大径尺寸（cm ）； L —铸件长度（cm ）；
g —重力加速度（9812cm/s ）； ω—旋转角速度（r/min ）。

当︒=0a 时，0D d =即水平离心铸造时，所得铸件（环、管、筒）具有相同的内径。

当︒=90a ，d 和D 的差值达到最大。

此时内腔开关完全取决于转速：转速越高，抛物线开口越小；反之就越大。

一般来说，发环形铸伯长度是其内径的两倍以上时，就应考虑使用水平离心铸造。

2.2.4 铸型实际转速的确定
在实际生产中可采用各种经验公式和图表来确定铸型的转速。

由于产生条件不同，各经验数据都有较大的局限性。

故在实际生产时可参考选用，并根据生产出的铸件实际情况进行调整。

根据铸件内表面有效重度计算铸型转速
有专家认为，不管液体金属种类如何，只要铸件内表面有效重度达以3N/m 1064.3⨯，就能保证得到组织细密的离心铸造件。

铸型转速用下式计算
R
n γ55200
β= （2-4）
式中 n —铸型转速（r/min ）； R —铸件内表面半径（m ）； β—调整系数（3N/m ）；
γ—合金重度（可按下表选取）。

表2-1 调正系数β
种类
β 铜合金水平离心铸造套类件 1.2～1.4 铜合金立式离心铸造环类件 1.0～1.6 铸铁套类件 1.2～1.5 铸钢套筒类件 1.0～1.3 铝合金套类件
0.9～1.1
此公式适用于水平离心铸造，且铸件R 外/R 内比值应不大于1.5。

2） 根据重力系数计算铸型转速 其计算公式为
R
G
n 99.2= （2-5）
式中 n —铸型转速（r/min ）;
R —铸件内半径 （m ）;
G —重力系数，可按下表2-2选取。

理论上20G 就能使筒、管开铸件成型，但实际选用值都远高于此数，如铸铁管为40～60G ，高合金的粘性金属液可选100G 以上。

表2-2 重力系数G 的选用 铸件名称
G 铸件名称 G
中空冷硬轧辊 75～150 轴承钢圈 50～65 内燃机气缸套 80～110 铸铁、砂型
金属型 65～75 大型缸套 50～80
30～60 钢背铜套 50～60 双层离心铸管 10～80 钢管
50～65 铝硅合金套
80～120
根据综合系数计算铸型转速（L . Cammen 公式） 其计算公式为
R
C
n =
（2-6） 式中 n —铸型转速（r/min ）; R —铸件内表面半径（m ）;
C —综合系数，由铸件合金种类、浇注速度、铸型种类等因素。

确定，可参照下表2-3选用。

表2-3 各种金属的参数
铸件合金 合金密度/g.cm3 铸件名称 离心铸造方式
综合系数C 铸铁 7.2 管子 水平 9000～12500 气缸套 水平 10750～13650 铸钢 7.85 — 水平 1000～11000 黄铜 8.2 圆环 水平 13500 铅青铜 8.8 ø 90～ø120m
轴承 水平 9500 9.5～10.5 水平 8500～9500 巴氏合金 2.65～3.10
轴瓦 水平 7000～9000 铝合金
8.4
—
水平
1700
此计算公式适用于铸件R 外/R 内比值应不大于1.15时的情况。

综上所述，根据本设计要求，选用公式2-5进行计算。

结合表2-3得
r/min 6501045165
8500708500n -=-=
在本设计中选择转速为1000r/min 。

2.3 本章小结
本章通过对离心铸造工艺的分析，确定浇注机的性能参数，对浇注机的设计拟定了初步方案，并综合论证了方案的可能性。

第3章 普通V 带传动的设计计算
3.1 概述
3.1.1 原始数据及设计内容
由电动机带动带轮，再经皮带传动给大带轮，大带轮直接驱动转轴带动夹具和瓦模以1000r/min 的速度旋转。

传递功率为1.1千瓦。

3.1.2 确定设计功率
P K P A d = （3-1）
3.2 计算传动各参数
3.2.1 计算设计功率
得工作情况系数 1.1K A =，则 1.21kw 1.1kw 1.1P K P A d =⨯==
3.2.2 选择V 带型号
根据 1.21kw P d =，1460r/min n 1=，由下图3-1选择A 型V 带
图3-1 带形的选用图
3.2.3 确定带轮直径
取175.2120mm 1000
1460
Dd ,n n Dd i Dd 120mm,Dd 221121=⨯====查机械手册取180d 2d =
3.2.4 验算带速
100060πDd v 1
⨯=
（3-2）
代入式得9.17m/s m/s 1000
601460
π120100060πDd v 1=⨯⨯=⨯=
在5～25m/s 范围内，带速合适
3.2.5 验算传动误差
传动比 1.5120180
Dd Dd 12===
i 原传动 1.4610001460
n n '21==
=i 则传动误差 2.7%1.46
1.5
1.46i'i i'+=-=-=ε 在允许误差±5%范围内
3.2.6 确定中心距及带的基准长度
初定中心距0α中心距过大，传动尺寸增大，且带易颤动，影响正常工作；反之则使包角1α减小，导致承载能力降低，且带长减小，在同样带速下，单位时间内带的绕转次数v/Ld 增多，影响工作寿命。

通常可按下面经验公式初选中心距0α
()[]21021Dd Dd 2αDd Dd 7.0+≤≤+
（1）初定中心距5000=α
（2）初算带长Ld 由式()()4a
Dd Dd Dd Dd 2π
2αL 2
12210d -+
++≈，得 ()()4a
Dd Dd Dd Dd 2π2αL 2
12210d -+
++≈ （3-3） =()()mm 500
41201801801202π50022
⨯-+
++⨯
=1000+3.14×300÷2+3600÷2000mm
=1473.03mm
（3）确定带的基准长度d L 由表10选取mm 1400L d =
（4）确定实际中心距α由式 2
L L αα0
d d ++≈ 得
2
L L αα0
d d ++≈
mm 214731400500⎪⎭
⎫ ⎝⎛
-+=
=463.5mm
（5）安装时所需最小中心距
d 0.015L αm i n -=α
=()mm 1400015.05.463⨯-=442.5
（6）张紧或伸长所需最大中心距
d m a x L 03.0+=αα ()mm 140003.05.463⨯+=
=505.5mm.
3.2.7 验算小带轮包角
由式αDd Dd 3.571801
21-⨯
︒-︒=α得 ︒
≥︒=-⨯︒-︒=-⨯
︒-︒1205.1725
.463120
1803.57180αDd Dd 3.57180 1
2
3.2.8 确定V 带的根数
（1）单根V 带基本额定功率kw 8.11=P
（2）考虑传动比的影响，额定功率的增量△P1查手册得0.1kw ΔP 1= （3）包角系数αK 查手册用线性插入法得99.0K α=
（4）长度系数L K 查手册得96.0K L =
（5）V 带的根数z 由式()L
α11d
K K ΔP P P +≥z 得
()L
α11d
K K ΔP P P +≥
z
()96.099.01.08.121
.1⨯⨯+=
=0.67根
取1根
3.2.9 确定带的初拉力
由表查得q=0.1kg/m ，得
2αd 0qv 1K 2.5vz
P 500
F +⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛-= （3-4） ()N 17.91.0199.05.2197.021.15002⨯+⎪⎭
⎫
⎝⎛-⨯⨯= =10063+8.4=109.03 （N ）
3.2.10 计算作用在带轮轴上的压力
由下式2
αsin
2zF F 1
0Z ≈得 2
αsin
2zF F 1
0Z ≈ （3-5） 2
5
.172sin 03.10912⨯⨯⨯=
=1217.6 N 3.3 带轮的设计
3.3.1 带轮材料的选取
当带速s m v /30≤时，用铸铁HT200；当带速s m v /45~25≥时宜用球
墨铸铁或铸钢，也可用钢板冲压—焊接；小功率传动可用铸铝或塑料。

本设计中V 小于30m/s ，选用铸铁HT200。

3.3.2 结构尺寸计算
根据D ≤300mm 时，可采用腹板式结构。

其他结构尺寸由机械手册得 1）小带轮的参数:
d=19mm ()mm d d 382~8.11== e=15mm f=12.5mm 7.8=f h mm h a 75.2=
mm b p 11= mm 6min =δ
B=（z-1）e+2f =（1-1）⨯19+2⨯10=20mm （z 为轮槽数） 轮槽角︒±︒=138α
α
f
e
δ
b d
d d
d a
B
H f
h a
图3-2 带轮的尺寸
2）大带轮的参数：
d=50mm ()mm d d 702~5.11== e=15mm f=12.5mm 7.8=f h 75.2=a h
mm b p 11= mm 6min =δ
B=（z-1）e+2f=（1-1）⨯19+2⨯10 =20mm （z 为轮槽数） 轮槽角︒±︒=138α
3.3.3 带轮设计的主要要求
设计V 带轮的一般要求为：质量小；结构工艺好（易于制造）无过大的铸造内应力；质量分布均匀，转速高时要进动平衡处理；与带接触的工作面要精细加工（表面粗糙度一般为m μ2.3R a ）,以减少带的磨损；各槽的尺寸和角度都应保持一定的精度，以使载荷分布较为均匀等。

3.4 本章小结
本章主要通过计算，确定了V 带传动的各个参数以及计算出带传动中各个零件的尺寸和给出制造要求。

最后对带传动进行了校核。

第4章 轴的设计
4.1 基础参数计算
4.1.1 求轴传递的转矩
()m N 105051000
1.11055.91055.966
⋅=⨯=⨯=n P T 4.1.2 求作用在带轮上的力
N d T F t 14015010505
22≈⨯==
N F F F o t r 6.4571006.217140100=++=++=
圆周力Ft 、径向力Fr 的方向如图4-1所示
4.2 轴的尺寸计算
4.2.1 各轴段直径和长度的确定
初步估算轴的最小直径，首先按扭转强度来初步估算轴的直径 设作用在轴上的最大转矩为T 则其强度条件为
[]T T 6
T T ηW n P
1055.9W T η≤⨯≈= （4-1） 式中 T η为扭转切应力，单位2N/mm ；
WT 为轴的抗扭剖面模量，单位为3mm ； n 为转速；
P 为轴的转速。

[T τ]为许用应力见下表4-1
表4-1 轴常用材料的[T τ]
轴的材料
Q235、20 45 40Cr 、35SiMn 、2Cr13 []()12-⋅mm N T τ
12～20
30～40
40～52
其中 ()
16
143απ-=
D W T D
d α=
取7.0=α
代入上式得轴直径设计公式
[]()
3
4
T 6
α1ηπ161055.9-⨯⨯≥n P D （4-2）
()
34
67.013016
10001
.11055.9-⨯⨯⨯
⨯≥πD
mm D 18.35≥
由于轴上有螺纹所以D 增大10%—15%，457.4015.118.35=⨯mm 取D=47mm 。

由d/D=0.7得d = 0.7D =32.9，取30mm 。

则轴的外径最小为47mm 最大内径是30mm 。

4.3 轴的设计
4.3.1 选择轴的材料，确定许用应力
选择轴的材料为45钢，调质处理。

由机械设计手册查轴的常用材料及其主要力学性能得
21-2s 2N/mm 268 , N/mm 353 , N/mm 637===σσσb ，
21N/mm 155=-τ，[]21N/mm 216=+b σ, []980=b σ，[]21N/mm 59=-b σ
4.3.2 轴的设计计算
由下面轴的结构简图，可确定出轴承云点跨距mm 50L L 32==。

由此可画轴的受力简图，如下图4-1所示
水平支反力
70N 2
140
2F R R t OH BH ====
垂直支反力
N 8.228100
506.457L L L F R 322r DV =⨯=+⨯=
()22.8N N 228.8
457.6R F R D V r BV =-=-= 画弯矩图、转矩图
（1）水平面弯矩图H M 截面C 处
mm 3500N 5070L R M 2BH CH ⋅=⨯=⨯=
（2）垂直面弯矩图V M
截面C 左边
mm 11440N 50228.8L R M 2BV CV 1⋅=⨯=⨯= 截面C 右边
mm N 11440508.22832⋅=⨯=⨯=L R M D V CV
（3）合成弯矩图
截面C 左边 2
CV 2CH C 1
1M M M += 2
211440
3500+= mm 11963.42N ⋅=
截面C 右边 2
CV 2CH C 2
2M M M += =2
2114403500+
= 11963.42N·mm
（4）转矩图
转矩 T=10505N·mm
4.4 轴的校核
4.4.1 轴的强度校核
按弯扭合成应力校核轴的强度
从图可见截面C 处弯矩最大，校核该截面的强度。

截面C 的当量弯矩
22
C
e αT M M += （4-3） 2
210515
6.042.11963⨯+= = 13522.3N·mm
式中 [][]6
.0985901≈==-b b σσα
由式 mm 5.03N 500.113522.3
d 0.1M W M ζ3
3εεε⋅=⨯=⨯=
= 校核结果：[]mm 59N ζζb 1ε⋅=<-，截面C 强度足够
4.4.2 轴的安全校核
按疲劳强度精确校核轴的安全系数
根据轴的结构和弯矩图及转矩图可见，剖面C —C 处受的当量弯矩最大，且有键槽引起的应力集中，截面C —C 为危险剖面，故校核剖面C —C 和疲劳强度即可。