石英砂清洗装置(1)

石英

摘要

本论文设计了一种可以翻转90?的石英砂清洗装置。在水平位置时，可完成石英砂的清洗工艺；在竖直位置时，可完成石英砂的烘干工艺。本设计具有结构简单、可操作性强、生产效率高等优点，能大大降低企业的生产成本。

关键词：石英砂；清洗；清洗装置；电机

第一章 绪论

1.1课题的来源与背景 1.1.1 课题的来源

安徽凤阳拥有丰富的石英矿产资源，是全国著名的石英砂生产基地。该地石英矿石中矿物成分简单，含有少量赤铁矿、绢云母、长石及粘土矿物，总计<2%。

凤阳县现有180多家企业生产石英砂，年产量是国内总产量的20%以上。表1-1是部分企业的生产情况。

表1-1 部分石英岩矿山生产能力[1]

近年来，由于凤阳县开采加工企业众多，规模小而分散，技术含量低，产生

大量尾砂、砂泥和粉尘，占用土地，堵塞河道，毁坏农田。造成严重的环境污染。于是如何高效、少污染的生产出高品位的石英砂就成了一个问题。

由此产生了本课题：石英砂清洗装置的研制。 1.1.2 课题的背景

多年来，对于高硬度石英砂的提纯没有一个好的装置，大都采用作坊式间歇式落后工艺，不但劳动强度大，效率低，更重要的是产品质量不能稳定控制，不

[2] 能满足高纯度材料的要求。现有技术中，对石英砂的清洗提纯通常是在开放系

统下把砂放在容器中，用酸性洗液进行浸泡，是一种静态过程，其不足在于，被溶解于溶液中的杂质成分不能有效分离，去杂速度慢，残留在砂中的杂质多，该工艺不能生产出高纯度的石英砂。[3] 基于此，本文设计了一种制造成本低，维护方便，可操作性强，清洗效果好的石英砂清洗装置。 1.2 课题研究的意义

石英砂清洗装置是石英砂加工工艺流程中十分重要的机械设备之一，且我国石英矿产资源丰富，因此，研制出一款高效率清洗石英砂的装置是十分必要的。

此项研究如果实现应用，且能保证正常工作，可以大大节省人力机力，节约维修时间，减少对生产的延误，提高生产效率，也能大大提高安全系数。

第二章 参数的选定

条件：滚筒最大转速为1000r/min，并在3s后达到最大转速。石英砂质量为50kg，石英砂堆积密度为1.6g/cm3。（忽略轴承的摩擦和溶剂的转动惯量） 2.1 滚筒容积

V石?m石?石

（2-1）

50?103??31.25?103cm3

1.6取滚筒内径R内=20cm。使石英砂充满滚筒容积的2/3，近似取滚筒长度L=36cm。

3 V内?3.14?202?36?45216滚

2.2 滚筒体积与质量

考虑到清洗溶剂，选用不锈钢0Cr18Ni16Mo5[4]为滚筒材料。由相关资料查得该材料的密度??7.9gcm3，屈服极限?s?177MPa，载荷系数KW?1.4，安

全系数S?1.5。[4]

许用应力

?p??sS （2-2）

?177?118MPa 1.5滚筒纵向截面的应力

??

m石g2L滚?滚 （2-3）

?工作应力

50?9.8681?Pa

2?0.36?滚?滚

?c?KW? （2-4）

?1.4?由?c??p得

681?滚Pa?953?滚Pa

953?滚?118?106

?滚?0.8?10-2mm

取侧面厚度?滚?3mm，并取底面厚度为8mm。 于是

V滚?3.14??20?0.3???36?0.8?-45216mm?2401.833

2??m滚?7.9?2401.83g?19kg

2.3 箱体质量

考虑到滚筒尺寸，取箱体内直径为472mm，长为492mm。考虑到箱体的工

作环境，选取铸钢ZG15Cr12[4]。由相关资料查得，该材料的密度??7.8gcm3，屈服极限?s?450MPa，载荷系数KW?1.4，安全系数S?1.2。[4]

许用应力

?p?滚筒纵向截面的应力

?sS?450?375MPa 1.2??工作应力

?m石?m滚?g2L箱?箱?69?9.8687?Pa

2?0.492?箱?箱??KW??1.4?由?c??p得

687?箱Pa?962?箱Pa

962?箱?375?106

?滚?0.3?10-2mm

取侧面厚度?滚?8mm，并取下底面厚度为10mm，上底面厚度为8mm。则箱体质量为73kg。 2.4 转动惯量

滚筒可视为一个薄壁圆筒

2 （2-5）[5] JZ滚?m滚?R滚

?19?0.22?0.76kg?m2

石英砂的转动惯量可先计算充满滚筒容积的石英砂转动惯量，然后取其

J‘Z石??2。 312m石R石 （2-6）[5] 21?50?0.22?1kg?m2 2

JZ石?2‘2JZ石?kg?m2 332.5 速度、角速度、角加速度

n?1000rmin

???n30?3.14?1000104.67rads 30v?R内??20?104.7?2093.33cms

??2.6 阻力

?104.7t335rads2

这里把溶剂视为水，进行估算。水的运动粘性系数为??1.14?10?6m2s。 雷诺数为

Re?vD内? （2-7）

2093.33?10?2?40.6?10?26?7.6?10 ? ?61.14?10由于Re??1，因此

22f?0.2?R内v （2-8）

?0.2?3.14?0.2032?20.93332?11N

2.7 转矩

由刚体绕定轴转动微分方程，得

JZ???MZ?F? （2-9）[5]

?JZ滚?JZ石???M2?0.203f

M2??0.76)?0.67??35?0.203?11?50N?m

T2?M2?50N?m

第三章 电动机的选择

条件：滚筒直径D?406mm，轴2转矩T2?50N?m，电源为三相交流，电压380V。

3.1 选用电动机类型

选用三相笼型异步电动机，封闭式结构，电压380V，Y型。 3.2 选择电动机的容量

工作机所需工作功率，

PW?T2n9550 ?50?10009550kW?5.2kW

电动机所需工作功率

PPWd?? a由电动机至滚筒总效率为

???2a1??2??3 取?1?0.96，?2?0.98，?3?0.97，则

?a?0.96?0.982?0.97?0.89

P5.2d?0.89?5.9kW 选取电动机型号为Y132M-4[6]。

第四章 运动和动力参数的确定

取圆锥齿轮传动比i2?1，则带传动比i1?inma?n?14401000?1.44。4.1 各轴转速

n1?n2?1000rmin

3-1） 3-2）

3-3）

（ （ （

4.2 各轴输入功率

P1?Pd??1 （4-1）

?5.9?0.96kW?5.7kW

P2?P1??2??3 （4-2）

?5.7?0.98?0.97kW?5.4kW

4.3 各轴输入转矩

P5.9Td?9550d?9550?N?m?39N?m （4-3）

nm1440T1?Td?i1??1 （4-4）

?39?1.44?0.96N?m?54N?m

T2?T1?i2??2??3

?39?1?0.98?0.97N?m?51.3N?m

第五章 带传动的设计

条件：电动机功率P?7.5kW，转速nm?1440rmin，传动比i1?1.44，每天工作8小时。 5.1 确定计算功率Pca

由相关资料查得工作情况系数KA?1.1[7]，故

Pca?KAP （5-1）

?1.1?7.5kW?8.3kW

5.2 选择V带的带型

根据Pca，nm，由相关资料选用A型 [7]。

5.3 确定带轮的基准直径dd并验算带速v 5.3.1 初选小带轮的基准直径dd1

资料，取小带轮的基准直径dd1?100mm [7]。

5.3.2 验算带速v

v??dd1nm60?1000 ???100?144060?1000ms?7.5ms

因为5ms?v?30ms，故带速合适。 5.3.3 计算大带轮的直径

dd2?idd1 ?1.44?100mm?144mm

根据相关资料，取dd2?150mm [7]。 5.4 确定V带的中心距a和基准长度Ld 5.4.1 初定中心距a0

0.7?dd1?dd2???a0??2?dd1?dd2? 0.7?100?150???a0??2?100?150?

175mm??a0??500mm

取a0?450mm。

5.4.2 计算带所需的基准长度

2Ld0?2a0??2?dd1?dd2???dd2?dd1?4a 0???2?450????150?100?2??2?100?150??4?450?mm??1294mm

5-2）5-3）5-4）5-5） （

（

（ （

由相关资料选带的基准长度Ld?1400mm [7]。 5.3.3 计算实际中心距a

a?a0?Ld?Ld0 （5-6） 21400?1294????450??mm?556mm

2??中心距的变化范围为535~598mm。 5.5 验算小带轮上的包角?1

?1?180???dd2?dd1?57.3? （5-7） a57.3??180?-?150-100???176??90?

6535.6 计算带的根数z

5.6.1 计算单根V带的额定功率

根据dd1?100mm和dd2?150mm，由相关资料查得V带的基本额定功率

P0?2.505kW [7]。

根据nm?1440rmin，i?1.44，由相关资料查得由相关资料查得K??0.99，KL?0.96，[7]，于是

[7]

。

Pr??P0??P0??K??KL （5-8） ??2.505?0.13??0.99?0.96kW?2.5kW

5.6.2 计算V带的根数z

z?Pca （5-9） Pr8.3?3.32 2.5?取4根。

5.7 计算单根V带的初拉力的最小值?F0?min

由相关资料查得C型带的单位长度质量q?0.1kgm[7]，所以

?F0?min?500?2.5?K??PcaK?zv?qv2 （5-10）

?2.5?0.99??8.3?0.1?7.52?N?217N ???500??0.99?4?7.5??应使带的实际初拉力F0??F0?min。 5.8 计算压轴力FP

压轴力的最小值为

?FP?min?2z?F0?minsin?1 （5-11）

2?2?4?217?sin176??1735N 2第六章 齿轮传动的设计

条件：输入功率P1?5.7kW，齿轮转速n1?n2?1000rmin，齿数比u?1，由电动机驱动，工作寿命15年（设每年工作300天）带式输送机工作平稳，转向不变。

6.1 选定齿轮精度等级、材料及齿数

1）由相关资料选用7级精度，选择两齿轮材料为40280HBS[7]。

2）选两齿轮茶齿数Z1?Z2?24。 6.2 按齿面疲劳强度计算

（调质），硬度为

?ZE?KT1?d1?2.923????????1?0.5??2 （6-1） ?H?RR6.2.1 确定公式内的各计算数值

1）试选载荷系数Kt?1.3。

2

2）齿轮1传动的转矩T1?54N?m。 3）由相关资料选取?R?1[7]

。 312[7]

4）由相关资料查得ZE?189.8MPa。

5）由相关资料查得齿轮的接触疲劳极限?Hlim1??Hlim2?600MPa [7]。 6）计算应力循环次数

N1?N2?60n1jLh （6-2）

?60?1000?1??8?300?15??2.16?109

7）由相关资料取接触疲劳寿命系数KHN1?KHN2?0.92 [7]。 8）计算接触疲劳许用应力 取失效率为1%，安全系数S?1。

??H?1???H?2?KHN1?Hlim1 （6-3）

S?0.92?600MPa?532MPa

6.2.2 计算

1）试验算齿轮1分度圆直径d1t

1.3?54000?189.8?d1t?2.92???98.7mm ?23?532?1?1???1?0.5??3?3?2）计算圆周速度v

v??2?d1tn160?1000 （6-4）

ms

??98.7?100060?10003）计算载荷系数

根据相关资料查得动载荷系数Kv?1.13 [7]，使用系数KA?1 [7]，齿间载荷分配系数KH??KF??1 [7]，轴承系数K?be?1.25 [7]，齿向载荷分布系KH??KF??1.5，

K?be?1.875 [7]，则

K?KAKvKH?KH? （6-5）

?2.119

4）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径

d1?d1t?3K （6-6） Kt2.119?116mm 1.3?180.4335）计算模数

m??d1 （6-7） Z1116?4.83mm 246.3 按齿根弯曲疲劳强度计算

m?34KT1YFaYSa21?R?1-0.5?R?Z2u?12??F? （6-8）

6.3.1 确定公式内的各计算数值

1）由相关资料查得，齿轮弯曲疲劳强度极限?FE1??FE2?500MPa[7]。 2）由相关资料取弯曲疲劳寿命系数KFN1?KFN2?0.9[7]。 3）计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S?1.4。

??F?1???F?2?KFN1?FE1 （6-9）

S?0.9?500MPa?321.43MPa 1.44）计算载荷系数K

K?KAKvKF?KF? （6-10）

?2.119

5）由相关资料查得，齿形系数YFa1?YFa2?2.56 [7]，应力校正系数

YSa1?YSa2?1.58 [7]。

6.3.2 设计计算

m?34?2.119?540002.56?1.58??3.13mm

1?1?321.4322?1?0.5???24?1?13?3?由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，取后者，并圆整为4mm，因此

Z1?Z2?d1116??29 m46.4 几何尺寸计算

分度圆直径

d1?d2?Z1m （6-11）

?116mm

中心距

a?d1?d2 （6-12） 2?116mm

齿宽

b1?b2?d1?Ru2?1 （6-13） 212?116???28mm

32第七章 轴的设计

7.1 轴1

条件：轴功率上的P，转矩1?5.7kW，转速n1?1000rmin，齿轮1的分度圆直径d1?216mm。

，

Ⅰ

Ⅱ

图7-1 轴1的示意图

Ⅲ Ⅳ

7.1.1 求作用在齿轮上的力 滚筒和石英砂的重力为676N。 圆周力

Ft1??2T1 （7-1） d12?54000N?931N 116径向力

Fr1?Ft1tan?cos??676 （7-2） 2676????931?tan20??cos45?N?N?578N ?2??轴向力

Fa1?Ft1tan?sin? （7-3）

?3056?tan20??sin45?N?240N

7.1.2 初步确定轴的最小直径

选取轴的材料为45钢，调质处理，由相关资料取A0?112 [7]，于是得

dmin?A03P1 （7-4） n15.7?20mm 1000?112?37.1.3 轴的结构设计

1）取带轮所在的轴段为dⅠ-Ⅱ

?37mm

?45mm。取LⅡ-Ⅲ?101.5mm。

2）因轴承同时受轴向力和径向力，根据相关资料选用圆锥滚子轴承30209，尺寸为d?D?T?45?85?20.75mm。因此，dⅡ-Ⅲ

3）取轴承端盖的厚度为20mm，为便于装拆轴承盖及对轴承润滑，取轴承端盖外端面距齿轮右端面的距离为36mm，已知带轮轮毂宽度为60mm则LⅠ-Ⅱ

?60?56?116mm。

4）取dⅢ-Ⅳ

?40mm。

5）取右轴承右端面距箱体内壁的距离为8mm，取齿轮左端面距箱体内壁的距离为16mm，已知齿轮轮毂宽度为50mm，则LⅢ-Ⅳ?8?16?50?74mm。 7.1.4 轴上零件的周向定位

带轮和齿轮均采用平键链接。由相关资料，选用带轮与轴连接的平键尺寸

b?h?10mm?8mm，长度为50mm；同样，选用齿轮与轴连接的平键尺寸

b?h?12mm?8mm，长度为40mm。

7.1.5 求轴上的载荷

图7-2 轴1的载荷分析图

1）支反力

FNH1?490N

FNH2?1421N FNV1?161N FNV2?739N

2）弯矩

MH??47947N?mm

MV1??15645N?mm

MV2??13920N?mm

3）总弯矩

M1?50435N?mm M2?49927N?mm

7.1.6 按弯扭合成应力校核轴的强度

取??0.6

M12???T1? （7-1） ?ca?W22??8.6MPa 50435??0.6?54000?6928.92由相关资料查得???1??60MPa [7]，因此?ca????1?，故安全。 7.2 轴2

条件：轴功率上的P2?5.4kW，转速n2?1000rmin，转矩T2?51.3N?m，齿轮2的分度圆直径d2?116mm，材料同轴1。

Ⅰ Ⅱ

Ⅲ

图7-3 轴2的示意图

Ⅳ

Ⅴ

7.2.1 求作用在齿轮上的力

Ft2?Ft1?931N Fr2?Fa1?240N Fa2?Fr1?240N

7.2.2 轴的结构设计

由轴1，取dⅠ-Ⅱ

?40mm，这里取轴承到箱体内壁的距离为16mm，则LⅠ-Ⅱ

Ⅱ-Ⅲ

?82mm；同样选用圆锥滚子轴承30209，则d?dⅣ-Ⅴ

?45mm，LⅡ-Ⅲ?LⅤ-Ⅵ

Ⅲ-Ⅳ

?20.75mm；由相关资料查得轴承的定位尺寸为52mm，故取d?52mm。考

虑到箱体、密封装置以及滚筒尺寸取LⅢ-Ⅳ?532mm。

7.2.3 求轴上的载荷

图7-4 轴2的载荷分析图

1）支反力

FNH1?1062N FNH2?131N FNV1??586N FNV2?330N

2）弯矩

MH?70383.6N?mm

MV1?13920N?mm MV2??4224N?mm

3）总弯矩

M1?70510N?mm M2?71747N?mm

7.2.4 按弯扭合成应力校核轴的强度

取??0.6

22M12???T2??71747??0.6?51300??11MPa ?ca?6928.9W2由相关资料查得???1??60MPa [7]，因此?ca????1?，故安全。

第八章 翻转机构的设计

8.1 箱体受力分析

现将箱体翻转至竖直状态，在初始时，箱体、滚筒和石英砂三者的重力之和所产生的力矩最大为578N?m。因此须施加一个在数值上大于或等于578N?m的转矩，即T3?578N?m。 8.2 电动机的选择

条件：翻转转速n?2rmin，T3?578N?m。 8.2.1 选用电动机类型

选用三相笼型异步电动机，封闭式结构，电压380V，Y型。 8.2.2 选择电动机的容量

工作机所需工作功率，

PW?T3n578?2?kW?0.12kW 95509550电动机所需工作功率

Pd?PW?a

由电动机至滚筒总效率为

4?a??1??2??3??4

取?1?0.98，?2?0.98，?3?0.70，?4?0.97则，

?a?0.98?0.984?0.70?0.97?0.61

Pd?0.12?0.2kW 0.61选取电动机型号为Y90S-6[6]。 8.3 运动和动力参数

总传动比ia?i1?ia?45.5。 i2nm910??455，取齿轮传动比i2?10，则蜗轮蜗杆传动比n28.3.1 各轴转速

n1?nm?910rmin

n2?n1910??20rmin i145.58.3.2 各轴输入功率

PkW 1?Pd??1?0.2?0.98kW?0.196P2?PkW 1??2??3?0.196?0.98?0.70kW?0.13P3?P2??2??4?0.13?0.98?0.97kW?0.12kW

8.3.3 各轴输入转矩

P0.2Td?9550d?9550?N?m?2.1N?m

nm910T1?Td??1?2.1?0.98N?m?2.06N?m

T2?T1?i1??2??3?2.06?45.5?0.98?0.70N?m?64.3N?m T3?T2?i2??2??4?39.6?10?0.98?0.97N?m?611N?m

8.4 蜗轮蜗杆传动

条件：输入功率PkW，输入转矩T1?2.06N?m，蜗杆转速1?0.196n1?910rmin，齿数比i1?45.5，由电动机驱动，工作寿命15年（设每年工作300天）。

8.4.1 选择蜗杆传动类型

根据GB/T10085—1988的推荐，采用渐开线蜗杆（ZI）。 8.4.2 选择材料

考虑到蜗杆传动功率不大，故蜗杆用45钢，螺旋齿面要求淬火，硬度为

45~55HRC。[7] 涡轮用铸锡磷青铜ZCuSn10P1金属模铸造。[7] 考虑到成本，仅

涡轮齿圈用青铜制造，轮芯用灰铸铁HT100制造。[7] 8.4.3 按齿面接触疲劳强度设计

传动中心距

2?ZEZ??a?3KT1??????? （8-1）

?H?（1）确定载荷系数K

由相关资料查得K??1，KA?1，KV?1.05[7] 则

K?K?KAKV （8-2）

?1?1?1.05?1.05

（2）确定弹性影响系数ZE。 由相关资料查得ZE?160MPa（3）确定接触系数Z?

先假设蜗杆分度圆直径d1和传动中心距a的比值

d1?0.35，由相关资料查得a12 [7]

。

Z??2.9[7]。

（4）确定许用接触应力??H?

根据涡轮材料和蜗杆螺旋齿面硬度，由相关资料查得涡轮的基本许用应力

??H?'?268MPa [7]。

应力循环次数

N?60n1jLh?60?910?300?8?15?4.3?107 45.5寿命系数

KHN则

710?3?0.8333 （8-3）

4.3?107??H??KHN???H?' （8-4）

?0.8333?268?223MPa

（5）计算中心距

a?31.05?2060?160?2.9?17mm 223取中心距a?40mm，因i1?45.5，由相关资料取模数m?1.25，蜗杆分度圆直径d1?20mm。这时以上计算结果可用。

8.4.4 蜗杆与涡轮的主要参数与尺寸

（1）蜗杆

轴向齿距Pa?4mm；直径系数q?16；齿顶圆直径da1?22.5mm；齿根圆直

d1''?0.5，由相关资料查得Z??2.6，因为Z??Z?，因此a

径df1?14.3mm;分度圆导程角??3?34'35''；蜗杆轴向齿厚sa?2mm；蜗杆宽度

b1?30mm。

（2）涡轮

涡轮齿数Z2?49；变位系数x2??0.5[7]； 验算传动比i1?49?45.5Z249?0.077?7.7%。 ??49，这时传动比误差为

45.5Z11涡轮分度圆直径d2?61.25mm；喉圆直径da2?63.75mm；齿根圆直径

df2?58.25mm，咽喉母圆半径rg2?8.125mm；涡轮宽度B?16mm。 8.4.5 校核齿根弯曲疲劳强度

?F?当量齿数

Zv2?1.53KT1YFa2Y????F? （8-5） d1d2mZ2 （8-6） cos3??49?49.29 3?cos3?34'35''?根据x2??0.5，Zv2?49.29 [7]，由相关资料查得YFa2?2.76 [7]。 螺旋角系数

Y??1??140?3?34'35''?1??0.9744

140? （8-7）

许用弯曲应力

??F????F?'?KFN （8-9）

由相关资查得涡轮的基本许用弯曲应力??F??56MPa [7]。

'寿命系数

KFN661010?9?9?0.658 7N4.3?10??F??56?0.658?36.848MPa

1.53?1.05?2060?2.76?0.9744?5.8MPa

20?61.25?1.25弯曲强度满足要求。

?F?8.5 齿轮传动

条件：输入功率P2?0.13kW，齿轮转速n2?20rmin，齿数比u?10，由电动机驱动，工作寿命15年（设每年工作300天）。 8.5.1 选定齿轮精度等级、材料及齿数

1）由相关资料选用7级精度，选择两齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS[7]。

2）取Z1?24，则Z2?240。 8.5.2 按齿面疲劳强度计算

KT2u?1?ZE??? （8-10） d1?2.323???du???H??（1） 确定公式内的各计算数值 1）试选载荷系数Kt?1.3。

2）齿轮1传动的转矩T2?64.3N?m。 3）由相关资料选取?d?1[7]。 4）由相关资料查得ZE?189.8MPa12[7]

2。

5）由相关资料查得齿轮的接触疲劳极限?Hlim1?600MPa，

?Hlim2?550MPa[7]。

6）计算应力循环次数

N1?60n2jLh?60?20?1??8?300?15??4.3?107

4.3?107N2??4.3?106

107）由相关资料取接触疲劳寿命系数KHN1?0.97，KHN2?1.16[7]。 8）计算接触疲劳许用应力

取失效率为1%安全系数S?1。

??H?1?KHN1?Hlim1 （8-11）

S?0.97?600MPa?582MPa S??H?2?KHN2?Hlim2（2） 计算

1）试验算齿轮1分度圆直径d1t

?1.16?550MPa?638MPa

1.3?6430011?189.8?d1t?2.323?????49.6mm

110?582?22）计算圆周速度v

v??d1tn260?1000???49.6?2060?1000ms?0.052ms

3）计算齿宽

b??dd1t?1?49.6mm?49.6mm

4）计算齿宽与齿高之比 模数

mt??d1t （8-12） Z149.6mm?2.1mm 24齿高

h?2.25mt （8-13）

?2.25?2.1mm?4.725mm

b49.6??10.497 h4.7255）计算载荷系数

根据相关资料查得动载荷系数Kv?1.09[7]，使用系数KA?1[7]，齿间载荷分配系数KH??KF??1[7]，齿向载荷分布系数KH??1.1532[7]，KF??1.092[7]，则

K?KAKvKH?KH? （8-14）

?1.211

4）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径

d1?d1t?3

K （8-15） Kt

?49.635）计算模数

m?1.32?50mm 1.3d150??2.1mm Z1248.5.3 按齿根弯曲疲劳强度计算

m?3（1）确定公式内的各计算数值

1）由相关资料查得，齿轮弯曲疲劳强度极限?FE1?500MPa，

2KT2?YFaYSa??? （8-16） 2???dZ1???F???FE2?380MPa[7]。

2）由相关资料取弯曲疲劳寿命系数KFN1?0.98，KFN2?1.34。[7] 3）计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S?1.4。

[?F]1??KFN1?FE1S （8-17）

0.98?500MPa?350MPa 1.4[?F]2?KFN2?FE2S?380?1.34?363.7MPa 1.44）计算载荷系数K

K?KAKVKF?KF? （8-18）

?1.19

5）由相关资料查得，齿形系数YFa1?2.56,YFa2?2.06[7]；应力校正系数

YSa1?1.58，YSa2?1.97[7]。

6）计算大小齿轮的

YFaYSa[?F]

YFa1YSa1[?F]1?2.56?1.58?0.012

350

YFa2YSa2[?F]2（2）设计计算

?2.06?1.97?0.011

363.7m?s2?1.19?64300?0.012?1.47mm

242这里取齿轮模数为3mm。 8.5.4 几何尺寸计算

d1?z1m?72mm

d2?z2m?720mm

a?d1?d2?396mm 2b1??dd1 （8-19）

?24mm

取B1?72mm， B2?76mm。 8.6 轴的设计

条件：轴3功率上的P转速n转矩T1?2.06N?m，r/min，kW，Ⅰ?910Ⅰ?0.196蜗杆的分度圆直径d1?20mm；轴2上的功率pⅡ?0.13kW，转矩T2?64.3N?mm，转速nⅡ?20r/min，涡轮的喉圆直径d2?61.25mm。小齿轮的分度圆直径为72mm。

8.6.1 求作用在蜗轮蜗杆上的力

Ft1?Fa2??2T1 （8-20） d12?2060N?206N 20Fa1?Fa2??2T2Fa1 （8-21） d22?64300?2099.6N

61.25

Fr1?Fr2?Ft2tan?nFr1 （8-22） cos?tan20??2099.6??765.7N ?cos3.588.6.2 求作用在齿轮上的力

Ft3?2T1?1786N 72Fr3?Fttan? （8-23）

?57?tan20??650N

8.6.2 轴1

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅳ

Ⅴ

Ⅵ

图8-1 轴1的示意图

（1）初步确定轴的最小直径

选取轴的材料为45钢，调质处理，由相关资料取

[7]

，于是得

dmin?A0s联轴器的转矩

P0.916Ⅰ?112?s?6mm nⅠ910Tca?KAT1 （8-23）

由相关资料查得, KA?1.3[7]，则：

Tca?1.3?2060N?mm?2678N?mm

根据相关资料，选取LT1型弹性套柱销联轴器，其公称转矩为6300N?mm[6]。半联轴器的孔径dⅠ?12mm[6]，故取dⅠ?Ⅱ?12mm。 （2）轴的结构设计

1）为了满足半联轴器的轴向定位要求，取dⅡ?Ⅲ?16mm；半联轴器与轴配合的毂孔长度L1?20mm，取LⅠ?Ⅱ?18mm。

2）因轴承同时受轴向力和径向力，根据相关资料选用圆锥滚子轴承30203，

尺寸为d?D?T?17?40?13.25。因此， ddⅢ?Ⅳ?dⅤ?Ⅵ?17mm， LⅢ?Ⅳ?LⅤ?Ⅳ?

13.25mm；dⅣ?Ⅴ?23mm。

3）取轴承端盖的厚度为20mm，为便于装拆轴承盖及对轴承润滑，取轴承端盖外端面距半联轴器右端面的距离为36mm，则LⅡ?Ⅲ?56mm。

4）取LⅣ?Ⅴ?100mm。 （3）轴上零件的周向定位

半联轴器采用平键链接。由相关资料，选用带轮与轴连接的平键尺寸 [7]，长度为12mmb?h?4mm?4mm [7]。 （4）求轴上载荷

图8-1 轴1的载荷分析图

1）支反力

FNH1?103N FNH2?103N FNV1?580N FNV2?186N

2）弯矩

MH?5945N?mm

Mv1?30943N?mm

MV2?9947N?mm

3）总弯矩

M1?31427N?mm M2?11364N?mm

（5）按弯扭合成应力校核轴的强度

取??0.6

?ca?M12?(?T1)2W

231427?(0.6?2060)2??39MPa

800由相关资料查得[??1]?60MPa[7]，因此?ca?[??1]，故安全。 8.6.3 轴2

Ⅰ Ⅱ

Ⅲ

Ⅴ

Ⅳ

图8-2 轴2的示意图

Ⅵ

Ⅶ

（1） 初步确定轴的最小直径

选取轴的材料为45钢，调质处理，由相关资料取A0?112[7]，于是得

dmin?A0sP0.13Ⅱ?112?s?20.9mm nⅡ20

取dⅠ?Ⅱ?30mm。 （2） 轴的结构设计

1）为了满足齿轮的轴向定位要求，取dⅡ?Ⅲ?38mm；齿轮与轴配合的毂孔长度L1?72mm，取LⅠ?Ⅱ?70mm。

2）因轴承同时受轴向力和径向力，根据相关资料选用圆锥滚子轴承30208，尺寸为d?D?T?40?80?19.75。因此， ddⅢ?Ⅳ?dⅥ?Ⅶ?40mm。

3）取LⅡ?Ⅲ?102mm。

4）取dⅣ?Ⅴ?48mm， dⅤ?Ⅵ?42mm；取轴承端面距箱体内壁的距离为8mm，涡轮端面距箱体内壁的距离为16mm，已知齿轮轮毂宽度为50mm，则；涡轮与轴配合的毂孔长度为16mm，则LⅤ?Ⅵ?40mm。 （3）轴上零件的周向定位

涡轮和齿轮均采用平键链接。由相关资料，选用涡轮与轴连接的平键尺寸

b?h?12mm?8mm，长度为32mm；选用齿轮与轴连接的平键尺寸b?h?8mm?7mm，长度为63mm。[7]

（4）求轴上的载荷

图8-2 轴2的载荷分析图

1）支反力

FNH1??2647N FNH2?6533N

FNV1??1684N FNV2?1568N

2）弯矩

MH1??92248N?mm MH2??276651N?mm

MV1??58912N?mm MV2??64321N?mm MV3??100685N?mm

3）总弯矩

M1?108973N?mm M2?112458N?mm

M3?294403N?mm

（5） 按弯扭合成应力校核轴的强度

取??0.6

?ca?2MS?(?T2)2W

2294403?(0.6?64300)2??46MPa

6400由相关资料查得[??1]?60MPa [7]，因此?ca?[??1],故安全。

第九章 总结

石英砂清洗装置的设计借鉴了一些洗衣机和链式翻转机设备的结构，针对石英砂清洗设备的需求和特点进行自主创新，成功设计了结构简单、可操作性强、生产效率高的清洗设备。

参考文献

[1] 张明 , 褚强 .凤阳石英资源特征及开发现状 [J] . 中国非金属矿工业导刊 , 2009 , (5) : 24 – 27 .

[2] 胡修权. 石英砂提纯清洗装置与工艺[P]. 中国专利: 201010534672.2, 2010-11-08.

[3] 陈士斌, 陈培荣, 仇冰, 徐同根, 宁井班. 一种石英砂清洗装置[P]. 中国专利: 200420121258.9, 2004-12-31.

[4] 成大先. 机械设计手册[M]. 5版. 北京: 化学工业出版社, 2007.

[5] 哈尔滨工业大学理论力学教研室. 理论力学（Ⅰ）[M]. 7版. 北京: 高等教育出版社, 2009.

[6] 吴宗泽, 高志, 罗圣国, 李威. 机械设计课程设计手册[M]. 4版. 北京: 高等教育出版社, 2012.

[7] 濮良贵, 纪名刚. 机械设计[M]. 8版. 北京: 高等教育出版社, 2006. [8] 刘鸿文. 材料力学[M]. 5版. 北京: 高等教育出版社, 2011.

附录Ⅰ 石英砂清洗装置装配图

图Ⅰ-1 主视图

图Ⅰ-2 左视图

图Ⅰ-3 俯视图

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/jwa7.html