XSD3016轮式洗砂机结构设计和实现机械设计和自动化专业论文设计

1、本科论文目 录摘 要IAbstractII引 言11 设计目标31.1 研究目的与意义31.2 国内外现状及发展趋势31.3 主要研究内容42 设计要求52.1 内容要求52.1.1 产品设计要求52.1.2 整体结构设计要求52.2 成果要求53 设计方案63.1 设计产品的用途及其特点63.2 总体结构组成及其工作原理63.2.1 工作原理63.2.2 传动设计63.2.3 结构组成设计73.3 主要技术参数的确定83.3.1 电动机选型83.3.2 带传动装置结构设计93.3.3 减速器选型153.3.4 齿轮传动装置结构设计153.3.5 主轴结构设计224 三维模型254.1 主要零

2、部件三维模型254.1.1 带轮三维模型254.1.2 齿轮三维模型274.1.3 主轴三维模型294.1.4 叶轮三维模型294.2 数字化装配及仿真305 实物模型制作315.1 实物模型制作方案315.2 存在的问题和解决办法315.3 最终实物模型32结 论33参考文献34附录136附录237附录338致 谢41本科论文本科论文摘 要洗砂机是用于矿山、建筑、砂石等行业的机器。它大体上可分为螺旋式洗砂机和轮式洗砂机两种类型，而轮式洗砂机又是近些年新兴的产品设备。本文是对轮式洗砂机中的一种型号XSD3016型轮式洗砂机进行结构设计，介绍了XSD3016轮式洗砂机的研究目的和研究意义、现阶段

3、国内外的现状以及未来的发展趋势，明确了XSD3016轮式洗砂机主要的研究内容和设计要求，阐述了XSD3016轮式洗砂机的工作原理、传动设计、结构组成设计、主要零部件的三维造型、整体装配及数字化仿真和实物模型制作过程等。传动设计包括带传动和齿轮传动，利用带传动和齿轮传动来实现洗砂机逐级减速运动；结构组成设计主要包括电动机选型、带传动装置结构设计、减速器选型、齿轮传动装置结构设计、主轴结构设计等，通过相关理论设计计算和查阅机械设计手册来确定XSD3016轮式洗砂机零部件的相关参数；利用SOLIDWORKS软件，根据设计要求及零部件相关参数对零部件进行三维造型设计及零部件的装配。关键词：洗砂机； 带

4、传动； 齿轮传动； 结构设计； 三维模型AbstractSand washing machine is used in mining, construction, sand and other industries. Generally speaking, it can be divided into two types: screw type sand washing machine and wheel type sand washing machine, and wheel type sand washing machine is a new product equipment in re

5、cent years.This paper designs the structure of XSD3016 wheel type sand washing machine, introduces the research purpose and significance of XSD3016 wheel type sand washing machine, the present situation at home and abroad and the future development trend, clarifies the main research contents and des

6、ign requirements of XSD3016 wheel type sand washing machine, and expounds the working principle, transmission design and structure of XSD3016 wheel type sand washing machine Structure design, three-dimensional modeling of main parts, overall assembly, digital simulation and physical model making pro

7、cess, etc.The transmission design includes belt drive and gear drive, and the belt drive and gear drive are used to realize the step-by-step deceleration movement of the sand washing machine. The structure design mainly includes the motor selection, belt drive structure design, reducer selection, ge

8、ar drive structure design, spindle structure design, etc. the XSD3016 wheel washing is determined through the relevant theoretical design calculation and consulting the mechanical design manual Relevant parameters of sand machine parts; 3D modeling design and assembly of parts and components based o

9、n design requirements and relevant parameters of parts and components by SolidWorks software.Keywords: Sand washing machine; belt drive; gear drive; structure design; 3D model引 言随着科学技术在当今社会的发展、环保在人们思想意识中的提高，机械工业的创新发展是必然结果。人们对砂石材料的需求量和质量要求不断提高，这就要求对砂石质量级配有所提升，因此，洗砂机产品设备的创新也在不断地提高0。洗砂机是将砂石表面的杂质洗掉来提高砂石

10、材料质量的洗选设备。洗砂机应用范围较广，主要应用于矿山、建筑、冶金和交通等领域。目前，洗砂机共有两种类型，分为螺旋式洗砂机和轮式洗砂机。然而，轮式洗砂机是近些年新兴的洗砂设备。轮式洗砂机设备结构较为简单，拥有较为新颖的密封结构，避免因为轴承浸水或受砂石和污染物的影响而损坏，具有较为可靠的传动装置，使其具有高效的工作效率，洗砂过程中，细砂和石粉流失较少。除此之外，轮式洗砂机还具有很多的优点，如：洗净度较高、功率消耗较小、设备故障率较低、处理量大、使用寿命较长、节约资源等0。轮式洗砂机的传动装置主要由普通V带传动和开式齿轮传动两种类型构成。普通V带传动的特点是允许的传动比较大，传动能力在相同初拉力

11、的条件下相比于其他带传动装置会有所提高，整个装置结构较为紧凑；齿轮传动的特点是传动比准确，工作寿命较长，传动的效率较高，整个装置结构简单紧凑0。轮式洗砂机的结构组成主要由叶轮、洗砂池、电动机、减速器和传动装置等构成，整体结构较为简单紧凑。轮式洗砂机的工作原理是电动机启动，通过带传动、减速器和齿轮传动减速后，将运动传递给主轴，主轴的转动来带动叶轮的工作0。砂石材料随给料槽进入洗槽，在叶轮的驱动下滚动，并且相互打磨；同时，加水形成强冲击力水流，及时清除比重较低的杂质和异物，并从溢出口排出洗槽，完成清洗作业0。轮式洗砂机是一种常见的工作十分繁忙的机械，若要使其能保证正常工作，轮式洗砂机金属结构必须坚

12、固耐劳，应保证轮式洗砂机具有良好的工作性能，因此，其本身应具有足够的刚性、强度和稳定性，同时金属结构应力求轻巧0。本文针对XSD3016轮式洗砂机，严格按照相关结构设计标准进行设计，整体结构尽量简单、可靠，传动系统尽量稳定。在保证洗砂机工作能力的前提下，XSD3016轮式洗砂机金属结构的制造工艺要求尽量简单，安装容易，维修便利，同时其金属结构外形应尽量美观、大方。以洗砂机实际应用效果为目的出发，设计符合要求的XSD3016轮式洗砂机，保证良好的工业性能，保证设备高效、节能、可靠的优异性能。1 设计目标1.1 研究目的与意义“环保”是人类所面临的重要问题，随着人类思想意识的不断增强，以及社会建设

13、的不断发展，对砂石材料的需求和要求不断提高，这就要求对砂石质量级配有所提高。而洗砂机正是配合制砂机使用并对砂石材料进行洗选的重要设备，它不仅可以清洗砂石材料表面的泥土杂质还能破坏包覆砂石材料的水汽层，起到有效的清洁作用，来提高砂石材料的质量。同时，轮式洗砂机也是近些年来洗砂领域新兴的洗砂设备0。XSD系列轮式洗砂机，结构简单，具有新颖的密封结构和可靠的传动装置。叶轮传动轴承装置与水和受水物料隔离，避免轴承因浸水、砂和污染物导致损坏，大大降低了故障率。清洗砂石过程中，细砂和石粉流失少，所洗建筑砂级配和细度模数达到标准要求。同时，它还具有洗净度高、处理量大、功率消耗小、使用寿命长等优点。相比于螺旋

14、洗砂机在外观结构上具有结构简单，安装方便，占地面积小等特点；在应用上具有应用领域多，单双可选的特点；在经济性上价格较便宜。1.2 国内外现状及发展趋势在我国，轮式洗砂机的发展速度比较快，从昔日引入国外技术到现在自主研发。轮式洗砂机设备技术与矿山建造、基础设施建造、房地产建造等息息相关。同时，轮式洗砂机也在不断地进行创新，在现有的基础上，继续向节约环保型的设备发展，在节省水资源、洗净度高、无污染等方面继续研发。除此之外，洗砂机正在向一机多用的方向发展。在国外，洗砂机的技术实力还比较雄厚。从产品结构上看，国外洗砂机型号众多，种类丰富；从技术上看，国外大型和特大型洗砂机技术较为前沿。虽然轮式洗砂机应

15、用广泛，技术成熟，但作为机械设备行业的一个分支，洗砂行业也受到原材料、钢材市场、河砂、海砂和人工砂的生产和社会需求的影响。下游产业的发展前景直接制约着洗砂机的未来需求，随着人们生活水平的不断提高，矿山建造、基础设施建设、房地产建造等对砂石材料的质量要求也在提高，这就决定轮式洗砂机的发展空间还有很大的提升，新产品的更新换代是未来发展的必然趋势。1.3 主要研究内容（1）XSD3016轮式洗砂机的传动设计对XSD3016轮式洗砂机的动力传动系统进行设计优化，以达到传动链简短，传动平稳，能量损耗小的作用。（2）XSD3016轮式洗砂机的结构设计对XSD3016轮式洗砂机的各个结构进行合理的布置，使其

16、达到结构布局紧凑，操作合理方便，各部分工作互不干涉，节约制造成本的目的。（3）XSD3016轮式洗砂机的协调性设计对XSD3016轮式洗砂机的设计要有效控制叶轮工作时的转动速度，提高砂石材料的洗净度。同时，对设计出来的装置进行优化和修改，使其工作效果尽可能达到理论效果。2 设计要求2.1 内容要求2.1.1 产品设计要求根据设备的具体实际情况对XSD3016轮式洗砂机做以下要求：（1） 入选粒度：10mm。（2） 处理量：70-120t/h。（3） 耗水量：10-60t/h。（4） 叶轮转速：1.6r/min。（5） 尽量避免设备在工作过程中产生较大的额外动载荷而引起不必要的震动。2.1.2

17、整体结构设计要求根据设备的具体使用情况，对整体结构做以下要求：（1）整体机构紧凑合理，方便维修。（2）对于易受损件进行分离式设计，可以在维修过程中方便更换。（3）因为高强度的工作环境，产品要有足够牢固的结构强度。（4）保证结构的情况下，要尽量保证机器的外观协调，机器的设计尽量保证工业美感。2.2 成果要求（1）毕业设计说明书，1份。（2）XSD3016轮式洗砂机零件三维造型及装配，电子文件，1套。（3）所有非标零件图（标准CAD图）电子文件，1套。（4）相对复杂的非标零件图纸，打印图纸3张，A3图幅。（5）装配图（标准CAD图）电子文件，1张。（6）装配图图纸，打印图纸1张，A1图幅。（7）X

18、SD3016轮式洗砂机仿真动画，1个。（8）XSD3016轮式洗砂机实物或原理展示模型，1件。3 设计方案3.1 设计产品的用途及其特点XSD3016轮式洗砂机主要用于：（1） 细粒度砂石物料的洗选作业。（2） 建筑、交通、冶金、水利水电等行业中各种砂石物料的清洗、筛选、除杂和脱水作业。（3） 制砂工艺中的砂子清洁，洗净砂子中的泥土、粉尘。（4） 选矿行业中的提砂作业。XSD3016轮式洗砂机主要特点：（1） 结构简单，运行稳定。（2） 轴承与水、物料分开，密封性能好。（3） 细砂和石粉流失极少，处理量大，洗净度高，可满足高等级别用料。（4） 除筛网外几乎无易损件，使用寿命长，故障率低，维修便

19、利。（5） 功率消耗小、节约水资源。3.2 总体结构组成及其工作原理3.2.1 工作原理XSD3016轮式洗砂机的工作原理是电动机启动，通过带传动、减速器和齿轮传动减速后，将运动传递给主轴，主轴进而带动叶轮缓慢转动。砂石材料随给料槽进入洗槽，在叶轮的驱动下滚动，并且相互打磨，去除砂石表面的杂质，并且破坏砂石表面的水汽层，以便于脱水；同时，加水形成强冲击力水流，及时清除比重较低的杂质和异物，并从溢出口排出洗槽，完成清洗作业。清洗干净的砂石由叶片带走，最后砂石从转动的叶轮倒入出料槽，完成砂石的清洗作用0。3.2.2 传动设计XSD3016轮式洗砂机的传动装置主要由带传动、二级减速器和齿轮传动构成。

20、其传动设计是带传动将运动传递给二级减速器，之后二级减速器通过齿轮传动将运动传递给主轴，主轴进而带动叶轮的转动，实现整体的运动，如图 3.1所示0。XSD3016轮式洗砂机传动过程：（1） 电动机转动时，电动机输出端将运动传递给带轮的主动轮。（2） 带轮的主动轮通过带传动系统将运动传递给带轮从动轮。（3） 带轮从动轮通过减速器将运动传递给齿轮的主动轮。（4） 齿轮主动轮通过齿轮传动将运动传递给齿轮从动轮。（5） 齿轮从动轮将运动传递给主轴。（6） 主轴将运动传递给叶轮进而实现洗砂机的运动。图3.1 XSD3016轮式洗砂机传动简图3.2.3 结构组成设计XSD3016轮式洗砂机的结构主要由电动机

21、及传动装置、主轴、叶轮、洗砂池、支架等构成。（1） 电动机及传动装置：电动机是XSD3016轮式洗砂机的动力来源。传动装置采用带传动、减速器、齿轮传动来实现0。带传动：采用普通V带传动；带轮采用是HT200材料。带轮采用铸造的加工方式，在加工过程中要求铸件光滑平直、无影响质量的缺陷。带轮通过键连接的方式分别与电动机输入轴和减速器的输入轴相连，同时要进行轴向的固定。减速器：减速器是XSD3016轮式洗砂机传动装置不可或缺的设备，它在减速的同时可以提高输出扭矩并降低负载的惯量。本次设计中减速器采用的是二级减速器，型号为ZQ650-50-I-Z。齿轮传动：小齿轮采用是42CrMo材料，大齿轮采用是4

22、2CrMo材料。齿轮采用锻造的加工方式，锻造的材料需符合相关标准，同时加工齿轮时需进行正火和淬火处理。齿轮通过键连接的方式分别与减速器的输出端和主轴相连，同时要对齿轮进行轴向的固定。（2） 主轴：主轴是XSD3016轮式洗砂机的最主要部分，将电动机由传动装置传递的动力来带动叶轮的缓慢转动。主轴采用的是45号钢材料。（3） 叶轮：XSD3016轮式洗砂机叶轮是用于洗砂作业，其直径是3000mm，宽度是1600mm，是洗砂机的重要部件之一，也是较为脆弱的部件。它由支撑架、轮板、连接筒体、筛网、压板等结构组成。支撑架、轮板和压板采用的是Q235A材料，连接筒体采用的是45号钢，筛网采用的是优质耐磨钢

23、。（4） 洗砂池：洗砂池采用的是Q235A材料，由钢板和槽钢焊接而成，焊接质量应符合相关焊接技术标准。（5） 支架：支架是用于安装XSD3016轮式洗砂机的电动机和减速器的装置，起到支承的作用。它采用是Q235A材料，由钢板和槽钢焊接而成，焊接质量应符合相关焊接技术标准，焊接时去除焊接应力，尽量避免焊接变形0。3.3 主要技术参数的确定3.3.1 电动机选型XSD3016轮式洗砂机是一种无调速要求，长期运转工作且负载平稳的机械，在机器启动、工作和制动时无特殊的要求。工作条件：（1） 两班制，工作平稳，室外工作。（2） 电动机每天工做12小时左右，每年工作300天。（3） 三相交流（220V/3

24、80V）电源。（4） 大批量生产。满足XSD3016轮式洗砂机的运转传动效率，降低机器工作时的噪音，增加机器工作时的平稳性，保障机器操作人员的安全。综合考虑，将XSD3016轮式洗砂机的电动机型号选定为Y200L-8。Y系列电动机拥有中心高，功率等级、安装尺寸均符合IEC国际电工委员会标准，高效节能，振动较小，噪声较低，性能可靠，安装便利，维修方便等特点，符合设计的要求0。Y200L-8型号电动机参数：（1） 额定功率：15kW（2） 额定电压：380V（3） 额定电流：34.1A（4） 额定频率：50Hz（5） 额定转数：730r/min（6） 级数：8级（7） 效率：88%（8） 绝缘等级

25、：IP443.3.2 带传动装置结构设计已知电动机的功率是15kW，转数是730r/min，电动机每天工作12h，根据已知的电动机参数，对XSD3016轮式洗砂机的带传动装置进行结构设计0。（1）确定设计功率在考虑载荷性质和每天运转的时间等因素。设计功率应该比传递的额定功率略大0，即： （3-1）式中，计算功率，kW；P传递的额定功率，kW；工作情况系数。表3.1 工况系数载荷性质工作机原动机交流电动机（普通鼠笼式、同步电动机）、直流电动机（并激）、内燃机交流电动机（大转矩、大滑差率）、直流电动机（复激、串激）、单缸发动机的内燃机一天运转时间/h1616载荷平稳液体搅拌机、通风机、鼓风机（7.

26、5kW）、离心式水泵、压缩机和轻负载输送机1.0（1.4）1.1（1.6）1.2（1.8）1.1（1.6）1.2（1.8）1.3（2.0）（续表）载荷性质工作机原动机交流电动机（普通鼠笼式、同步电动机）、直流电动机（并激）、的内燃机交流电动机（大转矩、大滑差率）、直流电动机（复激、串激）、单缸发动机的内燃机一天运转时间/h1616载荷变动小带式输送机、通风机、发电机等1.1（1.5）1.2（1.7）1.3（1.9）1.2（1.7）1.3（1.9）1.4（2.1）载荷变动较大制砖机、起重机、磨粉机等1.2（1.7）1.3（1.9）1.4（2.1）1.4（1.9）1.5（2.1）1.6（2.3）载

27、荷变动很大破碎机（旋转式、颚式等）、磨碎机1.3（1.8）1.4（2.0）1.5（2.2）1.5（2.0）1.6（2.2）1.8（2.4）XSD3016轮式洗砂机每天工作12小时，载荷变动较大，根据表3.1，故取设计功率： （2）初选带的型号根据设计功率=19.5kW和小带轮转速=730r/min，由图3.2初选带的型号，将带的型号确定为C型。图3.2 普通V带选型图注：该型号是否符合要求，需考虑传动的空间位置并经过带的根数计算后确定。（3）确定带轮的基准直径 选择小带轮的基准直径因为小带轮基准直径小，则传动所在的空间小，重量轻。又因为小带轮基准直径太小，则弯曲应力太大。综合考虑，小带轮基准直

28、径的选择应满足，并且应该取标准值。注：普通V带带轮最小基准直径应参考表3.2。表3.2 普通V带带轮最小基准直径型号YZABCDE205075125200355500故小带轮的直径=200mm。 验算带速v根据带速的计算公式： （3-2）带速若过高，则离心力大，减小普通V带和带轮间的压力，易发生打滑现象；带速若太低，则传递的圆周力就会变大，导致带的根数会增加，所以对于带速v应在5m/s-25m/s之间。根据计算，该带传动带速在5m/s-25m/s之间，故满足设计要求。 计算大带轮基准直径取带传动的传动比i=3。根据大带轮基准直径的计算公式： （3-3）根据设计要求，大带轮基准直径应取标准值，参

29、考表3.3带轮标准直径。故取。表3.3 带轮标准直径YZABZABCDE63-200-71-212-75-224-80-236-85-250-90-265-95-280-100-315-106-355-112-375-118-400-125-425-132-450-140-475-150-500-160-530-170-560-180-630-（4）确定中心距a和带的基准长度 初定中心距根据中心距确定原则的公式： （3-4）即：，取。根据带的基准长度计算公式： （3-5） 根据和普通V带基准长度系列表，取接近的基准长度，故=3550mm。 确定中心距因为V带传动中心距一般设计成可调的，所以中心

30、距a的计算公式可近似为： （3-6）又因为考虑安装、调整、补偿预紧力，中心距需要有一定的调整范围，其大小为： （3-7）故取带传动的中心距（5）验算带轮包角带轮包角的计算公式 （3-8）注：至少。若过小，可考虑重新选中心距a,也可修改传动比。（6）确定带的根数zV带传动带的根数确定公式： （3-9）式中：使用条件下，单根V带所能传递的功率；V带传动允许的最大根数，见表3.4。表3.4 V带最多使用根数型号YZABCDE1256889带的型号是C型，故。V带所能传递的功率的计算公式为： （3-10）当包角时，包角修正系数为： （3-11）由传动比引起的附加功率值为： （3-12）式中：Si和1/

31、i中的大值。当实际带长不等于特定的带长时，引起的附加功率值为： （3-13）小带轮角速度的计算公式为： （3-14）注：C型带，带的特定长度=3750mm。 根据3-10，3-11，3-12，3-13，3-14公式可得：根据V带传动带的根数确定原则，取z=5。即带的根数为5根C型带。3.3.3 减速器选型减速器是传动装置中实现电动机与工作机之间的减速设备。减速器不仅可以实现减速，还可以提高输出扭矩和降低负载惯量。ZQ型减速器是渐开线圆柱齿轮减速器，广泛适用于建筑、矿山、冶金和化工等行业。这一类型减速器具有承载能力高，体积较小、重量较轻，效率高，噪声低，振动较小等特点。XSD3016轮式洗砂机选

32、择的型号是ZQ650-50-I-Z。公称传动比50，实际传动比48.57。3.3.4 齿轮传动装置结构设计XSD3016轮式洗砂机齿轮传动装置部分是开式齿轮传动，故在齿轮传动结构设计时，根据齿根弯曲强度进行设计，按照齿面接触疲劳强度进行校核0。已知电动机的功率是15kW，转数是730r/min，电动机每天工作12h；带传动传动比是3，传动效率是0.95；减速器公称传动比是50，实际传动比是48.57，传动效率是0.87；叶轮转数是1.6r/min。根据已知条件对齿轮传动装置进行设计。减速器输出功率：；减速器输出转数：；齿轮传动传动比：。（1）选择材料小齿轮选择材料42CrMo，调质处理HB24

33、0-280，探伤检查，感应淬火HRC54-60；大齿轮选择材料42CrMo，正火处理HB200-230，探伤检查，感应淬火HRC54-60；齿轮精度选择8级精度0。查图3.3，按硬度55HRC查找，取，弯曲疲劳强度计算的最小安全系数。根据弯曲疲劳许用应力计算公式： （3-15）图3.3 齿根弯曲疲劳极限图（2）按照齿根弯曲疲劳强度进行设计 取小齿轮齿数是17，即；根据齿轮传动比计算公式： （3-16）大齿轮齿数：，圆整，取齿轮实际传动比：根据传动比验算公式： （3-17），故符合传动比要求。 小齿轮转矩根据转矩计算公式： （3-18）小齿轮转矩 确定齿形系数和应力修正系数齿形修正系数与齿廓的形

34、状有关，与模数m无关；应力修正系数是用它来考虑齿根过渡圆角处的应力集中。根据图3.4和3.5，取，；，。图3.4 齿形系数选择图图3.5 应力修正系数选择图 计算，并比较大小，计算时应取较大值取 计算选取模数根据模数计算公式： （3-19）初步计算模数时，可选一个综合系数，可取，待参数确定后，最后求得。若两者相差较大，模数按照模数的修正公式（3-20）进行修正。模数修正公式： （3-20）取，由式3-19计算模数：根据表3.5，取m=20。表3.5 圆柱齿轮的标准模数第一系列1、1.25、2、2.5、3、4、5、6、8、10、12、16、20、25、32、40、50第二系列1.75、2.25、

35、2.75、（3.25）、3.5、（3.75）、4.5、5.5、（6.5）、7、9、（11）、14、18、22、28、（30）、36、45 齿轮参数的初步确定0齿数：，齿轮分度圆直径：，中心距：齿轮齿顶圆直径：齿轮基圆直径：齿宽：圆周速度：齿顶压力角： 计算载荷取使用系数，动载系数，齿向载荷分布系数，齿间载荷分配系数。根据计算载荷公式： （3-21） 计算齿根弯曲强度的重合度系数根据齿根弯曲强度的重合度系数计算公式： （3-22），与两者相差较小，故不用进行模数修正。齿轮传动的模数。（3）验算齿根弯曲疲劳强度根据齿根弯曲应力计算公式： （3-23），安全。，安全。（4）校核齿面接触疲劳强度 计算

36、许用接触应力根据应力循环次数计算公式： （3-24）式中：n齿轮转速r/min；j齿轮每转一周同一齿面啮合的次数；齿轮的工作寿命h。查图3.6接触强度计算的寿命系数图取，图3.6接触强度计算的寿命系数根据接触强度计算的尺寸系数公式： （3-25）根据工作硬化系数计算公式： （3-26）取接触强度计算的最小安全系数，润滑油膜影响系数根据图3.7齿面接触疲劳极限图，按硬度55HRC取：根据许用接触应力计算公式： （3-27）因，故取。图3.7齿面接触疲劳极限图（5）验算齿面接触疲劳强度根据节点区域系数计算公式： （3-28）根据接触强度的重合度系数计算公式： （3-29）取弹性系数，根据齿面接触疲

37、劳强度计算公式： （3-30）,安全。3.3.5 主轴结构设计主轴传动功率：；主轴转速：。XSD3016轮式洗砂机主轴的材料选择的是45号钢。轴承选择的是22243型轴承0。（1）确定各段轴的直径根据轴的直径计算公式： （3-31）取，取输入端轴的直径为210mm，轴承所在直径为215mm，键槽所在直径225mm，叶轮所在直径235mm。（2）确定各段轴的长度输入端轴的长度220mm，轴承所在轴段长度分别是80mm和85mm，键槽所在轴段长度为135mm，叶轮所在轴段长度1670mm，轴的长度2325mm。（3）主轴的强度校核0 动轮扭矩计算 轴上作用的扭矩 从动轮受力计算根据周向力计算公式：

38、 （3-32）根据径向力计算公式： （3-33） H、V平面支座反力H平面支座反力：V平面支座反力: 计算H、V平面内的弯矩及合成弯矩H平面内的弯矩：V平面内的弯矩：计算合成弯矩： 计算当量弯矩 计算危险截面处的轴颈，满足设计要求。4 三维模型4.1 主要零部件三维模型4.1.1 带轮三维模型带轮是XSD3016轮式洗砂机三维建模中的重要零部件，是带传动结构装置的核心。带传动共有两个带轮，位于电动机输出轴上的带轮是小带轮，位于减速器输入轴上的带轮是大带轮。根据3.3.2带传动装置结构设计的相关计算参数和图4.1带轮结构图对大小带轮进行三维建模0。图4.1 带轮结构图（1）小带轮小带轮选用实心轮

39、；基准直径；带的根数；带的型号是C型；孔径，；槽间距；带轮槽角；带轮槽顶边圆角；带轮槽底边圆角；带轮宽。在建模过程中，首先创建圆柱体，圆柱体尺寸为；其次用【拉伸切除】命令，创建孔径，孔径分别是、；之后用【旋转切除】命令，创建带槽，先根据相关参数绘制草图，之后在进行旋转切除操作；最后用【倒角】、【圆角】命令，根据带轮结构图的倒角和圆角要求，进行边倒圆和边倒角操作。小带轮三维模型如图4.2所示。图4.2 小带轮三维模型（2）大带轮大带轮选用辐板轮；基准直径；带的根数；带的型号是C型；孔径，斜度；，；槽间距；带轮槽角；带轮槽顶边圆角；带轮槽底边圆角；带轮宽，；。在建模过程中，首先创建圆柱体，圆柱体尺

40、寸为；其次用【拉伸切除】命令，创建孔径，孔径是、斜度是1：10；接下来用【旋转切除】命令，创建带槽，先根据相关参数绘制草图，之后在进行旋转切除操作；之后根据椭圆辐板轮的形状和辐板理论计算的相关参数，用【拉伸切除】、【旋转接触】的命令创建大带轮的辐板，最后用【倒角】、【圆角】命令，根据带轮结构图的倒角和圆角要求，进行边倒圆和边倒角操作。大带轮三维模型如图4.3所示。图4.3 大带轮三维模型4.1.2 齿轮三维模型齿轮是XSD3016轮式洗砂机三维建模中的重要零部件，是齿轮传动结构装置的核心。齿轮传动为开式齿轮传动，共有两个齿轮，位于减速器输出轴上的齿轮是小齿轮，位于主轴上的齿轮为大齿轮，用大小齿

41、轮的啮合传动来实现减速运动。根据3.3.4齿轮传动装置结构设计的相关计算参数对大小齿轮进行三维建模。（1）小齿轮小齿轮是渐开线直齿圆柱齿轮；孔径；齿数；齿宽；压力角；键槽宽；键槽顶部距离齿轮中心位置距离。在建模过程中，首先，插入Toolbox插件，齿轮选择正齿轮，并输入齿轮相关参数；其次，用【拉伸切除】命令进行键槽，小齿轮最终三维模型如图4.4所示0。图4.4 小齿轮三维模型（2）大齿轮大齿轮是渐开线直齿圆柱齿轮；孔径；齿数；齿宽；压力角；键槽宽；键槽顶部距离齿轮中心位置距离。在建模过程中，首先，插入Toolbox插件，齿轮选择正齿轮，并输入齿轮相关参数；其次，用【拉伸切除】命令进行键槽；之后

42、用【拉伸切除】命令创建辐板；最后用【倒圆】命令进行边倒圆操作，大齿轮最终三维模型如图4.5所示。图4.5 大齿轮三维模型4.1.3 主轴三维模型主轴是XSD3016轮式洗砂机三维建模中的核心零部件，用于运动的传递，带动叶轮的转动。根据3.3.5主轴结构设计相关计算参数对主轴进行三维建模。主轴上所有键槽深度；轴上所有键槽尺寸；轴断键槽长度；轴头处两个键槽长度。在建模过程中，首先用【拉伸凸台】命令，创建轴的整体外观；其次用【拉伸切除】、【镜像】命令，创建轴上键槽；最后用【倒角】、【圆角】命令，根据要求进行边倒角和边倒圆操作，主轴的三维模型如图4.6所示。 图4.6 主轴三维模型4.1.4 叶轮三维

43、模型叶轮是XSD3016轮式洗砂机三维建模中的核心零部件，是XSD3016轮式洗砂机工作的重要部件，叶轮是焊接件，由轮板，支架，筛网，管子等焊接安装而成，因此在绘制三维模型时，先将零部件建模完成后进行装配。叶轮尺寸为；孔径。根据XSD3016轮式洗砂机相关参数对叶轮进行三维建模。对于叶轮而言，需要创建管子、轮板、内连接圆和固定盘等零部件。在建模过程中常用操作命令有【拉伸】、【拉伸切除】、【旋转切除】、【孔】、【阵列】和【倒圆】等。零部件建模完成后，根据叶轮的设计要求进行叶轮整体装配，最终叶轮装配图如图4.7所示。图4.7 叶轮三维装配模型4.2 数字化装配及仿真本次设计XSD3016轮式洗砂机

44、60个零部件，其中有24个非标准零部件、34个标准零部件和一些外采购件。其装配效果图如图4.8所示0。图4.8 XSD3016轮式洗砂机装配整体效果图5 实物模型制作5.1 实物模型制作方案实物制作的方案：XSD3016轮式洗砂机实物模型，在传动方面，需要具有带传动和齿轮传动；在结构方面，需要拥有洗砂池、叶轮、轴、齿轮、减速器装置、皮带轮、皮带、电动机、支架等。5.2 存在的问题和解决办法在实物制作过程中所遇到的问题：第一：由于对ABS模型专用胶水了解较少，导致使用过程中出现粘合效果不佳的状况。图5.1 ABS胶水的板材粘贴效果第二：小型DIY电动机转数过快，形状为圆柱体，固定不便。图5.2

45、电动机第三：在进行减速器模型的制作过程中，由于齿轮模型的厚度较小、手工制作存在误差，不能实现较为理想的减速传动效果。图5.3 减速器模型制作效果解决问题的措施：第一：由于对ABS模型专用胶水了解较少后改为热熔胶，通过热熔胶枪和热熔胶对模型进行固定；第二：由于电动机和减速器没有达到理想效果，通过查阅相关资料，选择减速电机。5.3 最终实物模型实物制作的过程中，首先制作洗砂池，所应用到的材料为椴木板；其次制作叶轮，所选用的材料为ABS板材、纱布、支架等，最后制作带传动、齿轮传动等传动装置。最终实物模型如图5.4所示。图5.4 轮式洗砂机实物模型结 论本次设计XSD3016轮式洗砂机，其主要研究问题

46、是对该设备的传动系统和结构组成进行设计，在设计过程中明确了该设备的工作原理、使用领域、产品特点和设备性能，同时，利用SOLIDWORKS软件对该设备的零部件进行三维建模和整体装配。XSD3016轮式洗砂机的传动过程依次由电动机运转、带传动、减速器工作、齿轮传动和工作机运动等五个部分构成，带传动为普通V带传动，齿轮传动为开式齿轮传动。其结构组成由电动机、带轮、减速器、齿轮、叶轮、主轴、洗砂池等七个主要部分组成，通过相关的理论设计计算，选择出合理的电动机型号和减速器型号，计算出带轮、齿轮及主轴的尺寸参数。电动机型号Y200L-8；减速器型号ZQ650-50-I-Z；小带轮选用实心轮，基准直径，带的

47、根数，带的型号是C型；大带轮选用辐板轮，基准直径，带的根数，带的型号是C型；小齿轮是渐开线直齿圆柱齿轮，模数，齿数17；大齿轮是辐板轮，模数，齿数53；主轴长度；叶轮尺寸。通过对XSD3016轮式洗砂机的结构设计和理论计算，运用建模和绘图软件合理绘制产品的三维模型和二维图纸，最后的实际效果与设计思路一致，完成了XSD3016轮式洗砂机结构的设计。参考文献1 黄光烨, 曲宝章, 翟封祥, 梁延德. 机械工程实践与创新M. 北京: 清华大学出版社, 2014.82 翟直上. 自动涡洗式洗砂机的研究D. 华中科技大学, 20163 龚彦波. 浅谈机械产品的动力与传动设计J. 建材与装饰, 2017(27)：94-954 濮良贵等. 机械设计