石英砂清洗装置设计毕业设计.doc

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1、石英砂清洗装置摘要本论文设计了一种可以翻转的石英砂清洗装置。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

2、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，不能满足高纯度材料的要求。2 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

3、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 （2-1）取滚筒内径R内

4、=20cm。使石英砂充满滚筒容积的2/3，近似取滚筒长度L滚=36cm。2.2 滚筒体积与质量考虑到清洗溶剂，选用不锈钢0Cr18Ni16Mo54为滚筒材料。由相关资料查得该材料的密度，屈服极限，载荷系数，安全系数。4许用应力 （2-2） 滚筒纵向截面的应力 （2-3）工作应力 （2-4）由得 取侧面厚度，并取底面厚度为8mm。于是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ZG15Cr124。由相关资料查得，该材料的密度，屈服极限，载荷系数，安全系数。4许用应力滚筒纵向截面的应力工作应力由得取侧面厚度，并取下底面厚度为10mm，上底

5、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 （2-5）5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。 （2-6）52.5 速度、角速度、角加速度2.6 阻力这里把溶剂视为水，进行估算。水的运动粘性系数为。雷诺数为 （2-7） 由于，因此 （2-8）2.7 转矩由刚体绕定轴转动微分方程，得 （2-9）5第三章 电动机的选择条件：滚筒直径，轴2转矩，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， （3-1）电动机所需工作功率 （3-2）由电

6、动机至滚筒总效率为 （3-3）取，则选取电动机型号为Y132M-46。第四章 运动和动力参数的确定取圆锥齿轮传动比，则带传动比。4.1 各轴转速4.2 各轴输入功率 （4-1） （4-2）4.3 各轴输入转矩 （4-3） （4-4）第五章 带传动的设计条件：电动机功率，转速，传动比，每天工作8小时。5.1 确定计算功率由相关资料查得工作情况系数7，故 （5-1）5.2 选择V带的带型根据，由相关资料选用A型 7。5.3 确定带轮的基准直径并验算带速5.3.1 初选小带轮的基准直径由相关资料，取小带轮的基准直径 7。5.3.2 验算带速 （5-2）因为，故带速合适。5.3.3 计算大带轮的直径

7、（5-3）根据相关资料，取 7。5.4 确定V带的中心距和基准长度5.4.1 初定中心距 （5-4）取。5.4.2 计算带所需的基准长度 （5-5）由相关资料选带的基准长度 7。5.3.3 计算实际中心距 （5-6）中心距的变化范围为。5.5 验算小带轮上的包角 （5-7）5.6 计算带的根数5.6.1 计算单根V带的额定功率Pr根据和，由相关资料查得V带的基本额定功率 7。根据，由相关资料查得P0=0.13kW7。由相关资料查得，7，于是 （5-8）5.6.2 计算V带的根数 （5-9）取4根。5.7 计算单根V带的初拉力的最小值由相关资料查得C型带的单位长度质量7，所以 （5-10）应使带

8、的实际初拉力。5.8 计算压轴力压轴力的最小值为 （5-11）第六章 齿轮传动的设计条件：输入功率，齿轮转速，齿数比，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40Cr（调质），硬度为280HBS7。2）选两齿轮茶齿数。6.2 按齿面疲劳强度计算 （6-1）6.2.1 确定公式内的各计算数值1）试选载荷系数。2）齿轮1传动的转矩。3）由相关资料选取7。4）由相关资料查得7。5）由相关资料查得齿轮的接触疲劳极限 7。6）计算应力循环次数 （6-2）7）由相关资料取接触疲劳寿命系数

9、 7。8）计算接触疲劳许用应力 取失效率为，安全系数。 （6-3）6.2.2 计算1）试验算齿轮1分度圆直径2）计算圆周速度 （6-4）3）计算载荷系数根据相关资料查得动载荷系数 7，使用系数 7，齿间载荷分配系数 7，轴承系数 7，齿向载荷分布系， 7，则 （6-5）4）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径 （6-6）5）计算模数 （6-7）6.3 按齿根弯曲疲劳强度计算 （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7。2）由相关资料取弯曲疲劳寿命系数7。3）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数。 （6-9）4）计算载荷系数K （6-10）5）由相

10、关资料查得，齿形系数 7，应力校正系数 7。6.3.2 设计计算 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6.4 几何尺寸计算 分度圆直径 （6-11）中心距 （6-12）齿宽 （6-13）第七章 轴的设计7.1 轴1条件：轴功率上的，转速，转矩T1=54Nm，齿轮1的分度圆直径。图7-1 轴1的示意图7.1.1 求作用在齿轮上的力滚筒和石英砂的重力为676。圆周力 （7-1）径向力 （7-2）轴向力 （7-3）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 7，于是得 （7-4）7.1.3 轴的结构设计1）取带轮

11、所在的轴段为-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。因此，-。取-。3）取轴承端盖的厚度为20，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36，已知带轮轮毂宽度为60则-。4）取-。5）取右轴承右端面距箱体内壁的距离为8，取齿轮左端面距箱体内壁的距离为16，已知齿轮轮毂宽度为50，则-。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，长度为50；同样，选用齿轮与轴连接的平键尺寸，长度为40。7.1.5 求轴上的载荷 T1FNH1FNH1FNV1Ft1Ft1Fr1图7-2 轴1的载荷

12、分析图1）支反力2）弯矩3）总弯矩7.1.6 按弯扭合成应力校核轴的强度取 （7-1）由相关资料查得 7，因此，故安全。7.2 轴2条件：轴功率上的，转速，转矩，齿轮2的分度圆直径，材料同轴1。图7-3 轴2的示意图7.2.1 求作用在齿轮上的力7.2.2 轴的结构设计由轴1，取-，这里取轴承到箱体内壁的距离为16，则-；同样选用圆锥滚子轴承30209，则-，-；由相关资料查得轴承的定位尺寸为52，故取-。考虑到箱体、密封装置以及滚筒尺寸取-。7.2.3 求轴上的载荷Fa2FNH1Fr2Ft2图7-4 轴2的载荷分析图1）支反力2）弯矩3）总弯矩7.2.4 按弯扭合成应力校核轴的强度取由相关资

13、料查得 7，因此，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。因此须施加一个在数值上大于或等于的转矩，即。8.2 电动机的选择条件：翻转转速，。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，电动机所需工作功率由电动机至滚筒总效率为取，则，选取电动机型号为Y90S-66。8.3 运动和动力参数总传动比，取齿轮传动比，则蜗轮蜗杆传动比。8.3.1 各轴转速8.3.2 各轴输入功率8.3.3 各轴输入转矩8.4 蜗轮蜗杆传动条

14、件：输入功率，输入转矩，蜗杆转速，齿数比，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/T100851988的推荐，采用渐开线蜗杆（）。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。7 涡轮用铸锡磷青铜金属模铸造。7 考虑到成本，仅涡轮齿圈用青铜制造，轮芯用灰铸铁制造。78.4.3 按齿面接触疲劳强度设计传动中心距 （8-1）（1）确定载荷系数由相关资料查得，7 则 （8-2）（2）确定弹性影响系数。由相关资料查得 7。（3）确定接触系数先假设蜗杆分度圆直径和传动中心距的比值，由相关资料查得7。（4）确定许用接

15、触应力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 7。应力循环次数寿命系数 （8-3）则 （8-4）（5）计算中心距取中心距，因，由相关资料取模数，蜗杆分度圆直径。这时，由相关资料查得，因为，因此以上计算结果可用。8.4.4 蜗杆与涡轮的主要参数与尺寸（1）蜗杆轴向齿距；直径系数；齿顶圆直径；齿根圆直径;分度圆导程角；蜗杆轴向齿厚；蜗杆宽度。（2）涡轮涡轮齿数；变位系数7；验算传动比，这时传动比误差为。涡轮分度圆直径；喉圆直径；齿根圆直径，咽喉母圆半径；涡轮宽度。8.4.5 校核齿根弯曲疲劳强度 （8-5）当量齿数 （8-6）根据， 7，由相关资料查得 7。螺旋角系数 （

16、8-7）许用弯曲应力 （8-9）由相关资查得涡轮的基本许用弯曲应力 7。寿命系数弯曲强度满足要求。8.5 齿轮传动条件：输入功率，齿轮转速，齿数比，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40（调质），硬度为280HBS7。2）取，则。8.5.2 按齿面疲劳强度计算 （8-10）（1） 确定公式内的各计算数值1）试选载荷系数。2）齿轮1传动的转矩。3）由相关资料选取7。4）由相关资料查得7。5）由相关资料查得齿轮的接触疲劳极限，7。6）计算应力循环次数7）由相关资料取接触疲劳寿命系数，7。8）计算接

17、触疲劳许用应力取失效率为安全系数。 （8-11）（2） 计算1）试验算齿轮1分度圆直径2）计算圆周速度3）计算齿宽4）计算齿宽与齿高之比模数 （8-12）齿高 （8-13）5）计算载荷系数根据相关资料查得动载荷系数7，使用系数7，齿间载荷分配系数7，齿向载荷分布系数7，7，则 （8-14）4）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径 （8-15）5）计算模数8.5.3 按齿根弯曲疲劳强度计算 （8-16）（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，7。2）由相关资料取弯曲疲劳寿命系数，。73）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数。 （8-17）4）计算载荷系数K （8

18、-18）5）由相关资料查得，齿形系数7；应力校正系数，7。6）计算大小齿轮的（2）设计计算这里取齿轮模数为3。8.5.4 几何尺寸计算 （8-19）取， 。8.6 轴的设计条件：轴3功率上的，转速，转矩，蜗杆的分度圆直径；轴2上的功率，转矩，转速，涡轮的喉圆直径。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 （8-20） （8-21） （8-22）8.6.2 求作用在齿轮上的力 （8-23）8.6.2 轴1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A0=1127，于是得联轴器的转矩 （8-23）由相关资料查得, 7，则：根据

19、相关资料，选取LT1型弹性套柱销联轴器，其公称转矩为6。半联轴器的孔径6，故取。（2）轴的结构设计1）为了满足半联轴器的轴向定位要求，取；半联轴器与轴配合的毂孔长度，取。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。因此， ， ；。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。4）取。（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12mm 7。（4）求轴上载荷FNH1Ft1Ft1Fr1图8-1 轴1的载荷分析图1）支反力2）弯矩3）总弯矩（5

20、）按弯扭合成应力校核轴的强度取 由相关资料查得7，因此，故安全。8.6.3 轴2图8-2 轴2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，于是得取。（2） 轴的结构设计1）为了满足齿轮的轴向定位要求，取；齿轮与轴配合的毂孔长度，取。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。因此， 。3）取。4）取， ；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16，已知齿轮轮毂宽度为，则；涡轮与轴配合的毂孔长度为16，则。（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，长

21、度为32；选用齿轮与轴连接的平键尺寸，长度为63。7（4）求轴上的载荷Ft3Fr2Fr3FNH1FNV1图8-2 轴2的载荷分析图1）支反力2）弯矩3）总弯矩（5） 按弯扭合成应力校核轴的强度取6 由相关资料查得 7，因此,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: 20101

22、0534672.2, 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（）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 石英砂清洗装置装配图图-1 主视图图-2 左视图图-3 俯视图