球磨机传动装置设计

v1-2天 ： 设 计 计 算 （ 事 先 准 备 好 计 算 器 、 手 册 ， 教 材 等 技术 资 料 ） ；v3-5天 ： 绘 制 总 装 配 图 A1(1:3)；v6-7天 ： 绘 制 轴 零 件 图 A3(1:1)；v8-9天 ： 绘 制 开 启 门 立 体 图 (交 开 门 和 关 门 状 态 的 两 张 图 ，放 在 一 张 A4纸 上 。 要 求 表 达 开 关 门 时 的 相 关 结 构 ， 如 把 手 、门 枢 等 ， 关 门 时 门 如 何 关 严 ； 开 门 时 如 何 取 料 ， 可 配 有 一定 的 文 字 说 明 。 此 立 体 图 应 与 装 配 图 中 的 开 启 门 对 应 )；v10天 ： 写 设 计 说 明 书 ；v11-12天 ： 答 辩 . 生 产 线 上 的 球 磨 机 现 场 使 用 的 球 磨 机 实 际 生 产 中 使 用 的 球 磨 机 实 际 生 产 中 使 用 的 球 磨 机 实 际 生 产 中 使 用 的 球 磨 机 实 际 生 产 中 使 用 的 球 磨 机 球 磨 机 三 维 实 体 模 型 小 型 球 磨 机： 北 科 大 实 验 室 使 用 的 球 磨 机 北 科 大 实 验 室 使 用 的 球 磨 机 球 磨 机ball grinding mill 球 磨 机 是 物 料 被 破 碎 之 后 ， 再 进 行 粉 碎 的 关 键设 备 。 球 磨 机 是 工 业 生 产 中 广 泛 使 用 的 高 细 磨 机 械 之一 。 球 磨 机 广 泛 应 用 于 水 泥 ， 硅 酸 盐 制 品 ， 新 型 建 筑材 料 、 耐 火 材 料 、 化 肥 、 黑 与 有 色 金 属 选 矿 以 及 玻 璃陶 瓷 等 生 产 行 业 ， 对 各 种 矿 石 和 其 它 可 磨 性 物 料 进 行干 式 或 湿 式 粉 磨 。 球 磨 机 适 用 于 粉 磨 各 种 矿 石 及 其 它物 料 ， 被 广 泛 用 于 选 矿 ， 建 材 及 化 工 等 行 业 。 球 磨 机 工 作 基 本 原 理 当 球 磨 机 回 转 时 ， 研 磨 体 由于 惯 性 离 心 力 的 作 用 贴 附 在 磨 机筒 内 壁 的 衬 板 面 上 ， 与 筒 体 一 起回 转 ， 并 被 带 到 一 定 的 高 度 。 在这 样 的 高 度 在 重 力 的 作 用 下 ， 以一 定 的 速 度 ， 像 抛 射 体 一 样 落 下 ，将 筒 体 内 的 物 料 击 碎 。 另 外 ， 在球 磨 机 回 转 过 程 中 ， 研 磨 体 还 产生 滑 动 和 滚 动 ， 因 而 研 磨 体 、 衬板 与 物 料 之 间 发 生 研 磨 作 用 使 物料 磨 细 。 如 图 所 示 的 工 业 球 磨 机 是 由 电 动 机 （ 原 动 机 ） 驱 动 齿轮 减 速 器 和 开 式 齿 轮 传 动 （ 传 动 系 统 ） 带 动 内 装 研 磨 钢 球的 滚 筒 （ 工 作 机 构 ） 及 带 有 操 作 装 置 、 控 制 装 置 的 进 料 部分 、 给 料 部 分 和 出 料 部 分 组 成 。 设 计 的 最 终 结 果 ：v工 程 图 （ 2张 ） +立 体 图 （ 1张 ） + 设 计 说 明 书 v 已 知 条 件 、 使 用 要 求 、 设 计 内 容（ 包 括 ： 设 计 题 目 、 简 图 、 设 计 任务 （ 见 说 明 书 目 录 ） ） （ 手 册 P18-23）已 知 条 件 ： 周 边 及 粉 碎 效 率 90%； 制 造 方 式 为 单 件 生 产 ； 球 磨 机 研 磨 物 料 20kg；使 用 要 求 ： 每 天 工 作 8小 时 ； 要 求 工 作 平 稳 ， （ 允 许 有 轻 微 冲 击 ） 。 带传动 交 流 电 机齿轮传动 3.设 计 任 务（ 1） 确 定 总 体 方 案（ 2） 选 择 标 准 件（ 3） 带 传 动 设 计 计 算（ 4） 轴 系 设 计（ 5） 绘 制 总 图 (A1)（ 6） 小 齿 轮 轴 零 件 图 (A3)（ 7） 编 写 设 计 说 明 书 1.球 磨 机 的 基 本 参 数 （ 见 手 册 P19）1） 研 磨 介 质 的 合 理 载 量 G0 G1=0.14G0式 中 ： G1： 研 磨 物 料 （ kg） ， 已 知 条 件 可 知 G1=20kg； G0： 研 磨 介 质 （ 钢 球 ） 的 合 理 装 载 量 （ kg） 。 得 到 G0=G1/0.14= 2） 计 算 罐 体 体 积 V G0=V式 中 ： V： 罐 体 容 积 （ m3） ： 研 磨 介 质 （ 钢 球 ） 的 比 重 ， 取 4800kg/m3 ： 研 磨 介 质 的 填 充 系 数 ， 对 于 干 式 球 磨 机 取 0.3。 得 到 V=G0/()= 3） 计 算 罐 体 内 径 D式 中 ： D： 球 磨 机 内 径 （ m） ； L： 球 磨 罐 长 度 ， L取 1.2D（ m） 。 得 到 LDV 24 3 214 .VD 4） 计 算 球 磨 机 有 利 工 作 转 速 n2 得 到 n2= 球 磨 机 筒 体 的 回 转 速 度 对 于 粉 磨 物 料 的 作 用 影 响 很 大 。当 转 速 达 到 一 定 值 时 ， 最 外 层 研 磨 体 与 筒 体 一 起 回 转 ， 而不 离 开 筒 壁 ， 这 时 的 转 速 叫 做 磨 机 的 临 界 转 速 。 为 了 使磨 机 进 行 正 常 的 粉 磨 工 作 ， 球 磨 机 的 转 速 必 须 小 于 临 界 转速 ， 这 一 转 速 也 叫 工 作 转 速 。 最 有 利 的 工 作 转 速 应 该 保 证球 沿 抛 物 线 下 落 时 的 高 度 最 大 ， 从 而 使 球 在 垂 直 方 向 获 得最 大 的 动 能 来 粉 碎 物 料 。 工 作 转 速 可 通 过 转 速 公 式 计 算求 得 。 min)/(D37.2/2 rn 磨 机 转 速 对 粉 磨 工 作 的 影 响 当 筒 体 转 速 过 低 时 （ 图 a） ， 筒 体 不 能 将 研 磨 体 带 到一 定 的 高 度 ， 冲 击 物 料 的 作 用 很 小 。 反 之 ， 若 筒 体 的 转速 过 大 （ 图 c） ， 转 速 超 过 “ 临 界 转 速 ” 时 ， 研 磨 体 在其 惯 性 离 心 力 的 作 用 下 贴 附 在 筒 体 上 ， 与 筒 体 一 起 作 圆周 运 动 ， 也 根 本 起 不 到 对 物 料 的 冲 击 作 用 。 只 要 当 筒 体的 转 速 适 宜 时 （ 以 “ 临 界 转 速 ” 的 60% 70%） ， 研 磨 体抛 出 后 ， 才 能 获 得 最 大 的 降 落 高 度 ， 对 物 料 产 生 较 大 的冲 击 效 果 ， 如 图 b所 示 。(a) (b) (c) v有 利 工 作 转 速 研 究 热 点 2.总 体 方 案 确 定 （ 见 手 册 P19）v从 球 磨 机 的 基 本 参 数 计 算 可 知 ， nw=n2= ？ rpm,v电 动 机 的 转 速 一 般 有 3000rpm、 1500rpm、 1000rpm、750rpm几 种 ， 从 结 构 尺 寸 、 价 格 等 考 虑 选 nd,v则 总 传 动 比 i=nd/nw， 可 采 用 2级 传 动 。v所 以 初 步 拟 定 四 种 传 动 方 案 （ 参 见 教 材 ， 从 工 作 条 件 、 传动 性 能 、 传 动 比 、 空 间 结 构 尺 寸 、 重 量 、 效 率 、 功 率 及 成本 等 方 面 讨 论 ， 确 定 一 种 最 佳 方 案 ） 传 动 方 案 评 价 分 析 四 种 传 动 方 案 以 传 动 平 稳 、 效 率 高 等指 标 为 评 价 目 标 ， 采 用 5级 分 制 进 行 技 术 评价 （ 隐 含 经 济 因 素 ， 如 制 造 简 单 、 寿 命 长等 ） ， 给 出 了 各 方 案 的 评 分 及 评 价 结 果 。表 中 加 权 系 数 之 和 为 1， 加 权 分 为 加 权 系 数乘 以 评 分 ， 加 权 分 之 和 除 以 评 价 目 标 的 理想 分 值 （ 5分 ） 得 到 技 术 价 值 。 评 价 表方 案 一 方 案 二 方 案 三 方 案 四 评 价 目标 加 权 系数 评 分 加 权分 评 分 加 权分 评 分 加 权分 评 分 加 权分 效 率 高 0.1 4 0.4 5 0.5 4 0.4 5 0.5 传 动 平稳 0.15 5 0.75 4 0.6 3 0.45 4 0.6 连 续 工 作 0.20 5 1.0 5 1.0 4 0.8 5 1.0 制 造 简单 0.15 4 0.6 4 0.6 1 0.15 2 0.3 过 载 保 护 0.1 5 0.5 1 0.1 1 0.1 1 0.1 维 护 方便 0.1 3 0.3 3 0.3 3 0.3 3 0.3 寿 命 长 0.2 2 0.6 4 0.8 4 0.8 4 0.8 技 术 价值 0.83 0.78 0.60 0.72 根 据 技 术 评 价 分 析 结 果 ， 选 择 方 案 ？ 3.选 择 电 动 机 （ 见 手 册 P5、 教 材 P427-428）v球 磨 机 所 需 功 率 ：式 中 ： V： 球 磨 机 的 有 效 容 积 ， V= D:球 磨 机 的 内 径 ， D= G： 球 磨 机 的 装 载 量 ， G=G1+G0= K： 电 动 机 的 储 备 系 数 ， K取 1.1； ： 粉 碎 效 率 ， 已 知 =90%。 (kW) )(2220 8.02 KVGnDV.Pw v电 动 机 实 际 功 率 ： Pd=Pw/ a；v a= 带 齿 轮 轴 承 （ 见 手 册 P44）v所 以 ,Pd=Pw/ a电 动 机 选 用 ： 表 1 电 动 机 主 要 性 能 表 2 电 动 机 外 形 尺 寸 (mm) 电 动 机 的 外 形 尺 寸型 号 功 率/kw 同 步 （ 满 载 ） 转 速/r/min 最 大 转 矩/Nm 电 机 重 量/kg1000（ ）中 心 高（ H） 外 廓 尺 寸 （ L (AC/2） AD） 安 装 尺 寸 （ A B） 轴 伸 尺 寸 （ C E） 平 键 尺 寸 （ F G） 4.确 定 传 动 装 置 总 传 动 比 ， 分 配 各 级 传 动 比v由 所 选 电 动 机 的 转 速 和 工 作 机 转 速 ， 可 得 总 传 动 比 ： i= nd/nw v式 中 nd： 电 动 机 的 满 载 转 速 ， r/min； nw： 工 作 机 的 转 速 （ nw =？ ） ， r/min。 4.确 定 传 动 装 置 总 传 动 比 ， 分 配 各 级 传 动 比v多 级 传 动 中 ， 总 传 动 比 为 各 级 传 动 比 的 乘 积 ：v式 中 i1、 i2、 i3、 in为 各 级 传 动 机 构 传 动 比 。 考 虑 到 安 装 和 罐 体 的 尺 寸 ， 大 齿 轮 需 做 成 齿 圈 和 罐 体 相 连 ， 因此 i齿 可 取 大 一 些 ， i齿 =5 开 式 圆 柱 齿 轮 传 动 比 推 荐 范 围 为 8（ 见 手 册 P44） 对 于 一 般 齿 轮 传 动 , 当 传 动 比 i 8可 采 用 单 级 传 动 ； 当 i 8时 , 宜 采 用 多 级 传动 , 以 免 传 动 装 置 的 外 廓 尺 寸 过 大 。 直 齿 圆 柱 齿 轮 的 传 动 比 一 般 取 i 3, 最 大 可 达 5； 斜 齿 圆 柱 齿 轮 的 传 动 比 可 大 些 , 取 i 5, 最 大 可 达 8。 在 已 知 总 传 动 比 要 求 时 ， 如 何 合 理 选 择 和 分 配 各 级 传 动 比 ， 见 教 材 第 二 十 一 章 简 易 机械 设 计 。 齿带 iiiiii n .21 v设 计 计 算 传 动 件 时 ， 需 要 知 道 各 轴 的 功 率 、 转速 、 转 矩 ， 因 此 应 将 工 作 机 上 的 功 率 、 转 速 、转 矩 推 算 到 各 轴 上 。v如 果 一 传 动 装 置 从 电 动 机 到 工 作 机 有 两 根 轴 ，依 次 为 I、 II轴 ， 则 ： 5.传 动 装 置 的 运 动 和 动 力 参 数v1） 各 轴 转 速 式 中 nd： 电 动 机 的 满 载 转 速 ， r/min； nI、 nII分 别 为 I、 II轴 的 转 速 ， r/min； I 轴 为 高 速 轴 、 II轴 为 低 速轴 。 带inn d 齿 轮inn / v2） 各 轴 功 率 式 中 : Pd电 动 机 的 输 出 功 率 ， kW； PI、 PII 依 次 I、 II、轴 输 入 功 率 ， kW。 带 dPP 轴 承齿 轮 PP 3） 各 轴 转 矩 式 中 :Td 电 动 机 的 输 出 转 矩 ， Nm； ddd nPT 9550 带带 iTT d 轴 承齿 轮齿 轮 iTT 轴 号 传 动 比 i 效 率 功 率(kW) 转 速(r/min) 扭 矩 T(N.m)电 机I轴II轴 各 轴 的 动 力 参 数 1. 带 传 动 设 计 要 点 设 计 带 传 动 时 应 注 意 检 查 带 轮 尺 寸 与 传 动 装 置 外 廓 尺 寸的 相 互 关 系 ， 例 如 小 带 轮 外 圆 半 径 是 否 大 于 电 动 机 的 中 心 高， 大 带 轮 外 圆 半 径 是 否 过 大 造 成 带 轮 与 机 器 底 座 相 干 涉 等 。要 注 意 带 轮 孔 径 尺 寸 与 电 动 机 轴 或 减 速 输 入 器 轴 尺 寸 是 否 相适 应 。 带 轮 直 径 确 定 后 ， 应 验 算 带 传 动 的 实 际 传 动 比 ， 并 以 此修 正 各 轴 的 运 动 、 动 力 参 数 。 带 轮 的 结 构 形 式 主 要 由 带 轮 的直 径 决 定 ， 见 教 材 。 v带 传 动 设 计 时 所 需 确 定 的 内 容 主 要 为 （ 通 常选 用 V带 传 动 ） ： 确 定 计 算 功 率 Pc； 选 择 V带 型 号 ； 选 取 大 带 轮 和 小 带 轮 的 基 准 直 径 d1和 d2； 验 算 带 速 v； 确 定 中 心 距 a和 带 长 Ld； 验 算 包 角 1； 计 算 带 的 根 数 z； 计 算 在 轴 上 的 作 用 力 F Q。 （ 本 次 设 计 不 需 计 算FQ ） v 计 算 功 率 Pc=KAP（ 注 ： P取 计 算 所 得 ） 由 已 知 条 件 和 使 用 要 求 ， 载 荷 平 稳 、 一 班 制 ： 教 材 P262-表 11-3，KA =1.1 则 Pc=KAP=v 确 定 V带 型 号 （ 根 据 Pc、 n1由 教 材 P267-图 11-5选 取 ， 注 意 ： 选 Z会 出 问 题 ： 根 数 太 多 ， 在 Z、 A共 同 区 域 ,可 选 A型 ）v 确 定 带 轮 直 径 （ 注 意 按 标 准 系 列 推 荐 使 用 范 围 选 取 ） 由 图 11-5及 表 11-10， 取 d1=112， 则 d2= i带 d1=？ ,取 d2=315； i 带 实 =315/112=2.81v 验 算 带 速 )m/s(?100060 1 dndv （ 5 25m/s） Pc( ) v 确 定 带 轮 中 心 距 a和 带 长 Ld（ 初 取 a0=500： 0.7（ d1+d2） a0 2（ d1+d2） 及 场 地 条 件 v计 算 Ld0=2a0+3.14 （ d1+d2） /2+（ d2-d1） 2/（ 4a0） v查 出 Ld=？v算 出 a a0+(Ld-L0)/2=？v带 的 调 整 范 围 ： 由 a+0.030Ldv 验 算 包 角 1（ 1120）v 计 算 带 的 根 数vz=Pc/(P 1+ P1)K KL)=？-0.015Ld v 计 算 作 用 在 轴 上 的 力 FQ=2F0Zsin(1/2) FQ的 求 解 很 关 键 ， 为 轴 系 的 受 力 分 析 作 准 备 。v 确 定 带 轮 结 构 尺 寸 （ 见 教 材 ）v 张 紧 装 置 （ 滑 块 张 紧 装 置 易 于 拆 卸 ） 20 )5.2(500 mvK KvZPF c 张 紧 装 置 （ 见 手 册 -图 7-25： 滑 块 张 紧 装 置 易 于 拆 卸 ） 开 式 齿 轮 传 动 设 计 准 则 ： 按 弯 曲 疲 劳 强 度 进 行 设 计 ， 再 将 计 算 确 定 的 模 数 增 大的 办 法 ， 来 考 虑 磨 损 对 轮 齿 强 度 削 弱 的 影 响 。 1、 选 材 料 开 式 齿 轮 传 动 ， 要 求 齿 面 有 较 高 的 耐 磨 性 ， 由 表 12-11选 择 齿 轮 材 料 如 下 （ 小 齿 轮 材 料 要 优 于 大 齿 轮 ） ： 小 齿 轮 ： 45 调 质 HB217286 HBS=250 大 齿 轮 ： 铸 铁 310-570 正 火 HB163-207 HBS=185 38087.01lim HBSF 32075.02lim HBSF 5.1lim FSlimlim FFF S 1lim1lim1 FFF S 2lim2lim2 FFF S 2、 确 定 许 用 应 力 3、 确 定 齿 数取 小 齿 轮 的 齿 数 为 =20（ 对 于 开 式 齿 轮 传 动 ， 由 于轮 齿 主 要 为 磨 损 失 效 ， 为 使 轮 齿 不 致 过 小 ， 故 小 齿 轮 不 宜选 用 过 多 的 齿 数 ， 一 般 可 取 =1720） ， 则 大 齿 轮 的 齿数 为 ： 取 整 =127（ 相 互 啮 合 齿 轮 对 磨 损 均 匀 ， 传 动 平 稳 ，一 般 和 互 为 质 数 ） 则 开 式 齿 轮 的 实 际 传 动 比 为 ： 8.12529.62012 izz 35.62012712 zzi齿 轮 实 4、 按 轮 齿 弯 曲 强 度 设 计 模 数式 中 ： 载 荷 系 数 )(23 211 mmYzKTm FFSd KKKK VA m)(N9550 1 11 n PT ？ (mm)23 211 FFSd YzKTm 5、 确 定 齿 轮 的 主 要 参 数 及 几 何 尺 寸 11 mzd 22 mzd 12 db d 5 1 bb 2 21 dda Again(传 动 比 发 生 改 变 )传 动 装 置 的 运 动 和 动 力 参 数v1） 各 轴 转 速 式 中 nd： 电 动 机 的 满 载 转 速 ， r/min； nI、 nII分 别 为 I、II轴 的 转 速 ， r/min； I 轴 为 高 速 轴 、 II轴 为 低 速 轴 。带inn d 齿 轮inn / v2） 各 轴 功 率 式 中 : Pd电 动 机 的 输 出 功 率 ， kW； PI、 PII 依 次 I、 II、轴 输 入 功 率 ， kW。 带 dPP 轴 承齿 轮 PP 3） 各 轴 转 矩 式 中 :Td 电 动 机 的 输 出 转 矩 ， Nm； ddd nPT 9550 带带 iTT d 轴 承齿 轮齿 轮 iTT 轴 号 传 动 比 i 效 率 功 率(kW) 转 速(r/min) 扭 矩 T(N.m)电 机I轴II轴 各 轴 的 动 力 参 数 1. 罐 体 的 结 构 设 计 铸 造 ： 罐 体 尺 寸 较 大 ， 一 般 可 用 ZG35铸 造 ； 焊 接 ： 钢 板 卷 曲 后 焊 接 。 罐 体 壁 厚 1015mm， 两 端 焊 接 。（ 单 件 生 产 ） 罐 体 结 构 设 计 罐 体 结 构 设 计 罐 体 结 构 设 计 罐体部件图 2.支 撑 辊 及 其 辊 系 设 计 （ 滚 轮 和 滚 轮 轴 ） 滚 轮 轴 部 件 混 凝 土 搅 拌 机 4N Fcos cos4 FN TNfR14 TFfR1cosG0： 研 磨 介 质 重 量 ；G1： 研 磨 物 料 重 量 ; Gg： 罐 体 重 量 ;Gch： 齿 圈 重 量 ；Gk： 箍 重 量 。TII： 旋 转 罐 体 的 扭 矩 。 1） 支 撑 辊 的 支 撑 角 度 直 接 影 响 到 力 矩 平 衡 ， 在 竖 直 方 向 ：2） 摩 擦 力 矩由 公 式 1） 、 2） 得 到 ：其 中 ： F为 支 撑 总 重 量 ； F=G 0+G1+Gg+Gch+Gk ； 滚 轮 轴 的 设 计 计 算 （ 结 构 设 计 +强 度 设 计 ） 3 1 1.0 bMd 1） 固 定 心 轴 计 算 强 度 设 计 轴 径 选 择 轴 承 （ 计 算 时 可 大 致 估 计 定 出 支 撑 点 的 距 离 ） N l2） 轴 承 的 强 度 校 核 （ 寿 命 计 算 ） （ 可 按 一 天 工 作 8小 时 ， 一 年 按 250计 算 ）122 RRnng PCnLh 60106轴 承 的 转 速 应 为 滚 轮 轴 的 转 速 ： 3） 轴 固 定 在 滚 轮 支 架 上 ， 固 定 形 式 可 采 用 各 种 方 式 。 如图 结 构 是 在 轴 上 开 槽 ， 插 入 一 固 定 板 ， 该 固 定 板 用 螺 钉 固定 在 支 架 上 。 3 .小 齿 轮 轴 的 设 计 计 算 v轴 上 安 装 齿 轮 和 带 轮 。 由分 析 可 知 ， 该 轴 是 转 轴 ，既 受 弯 矩 又 受 扭 矩 。 在 设计 该 轴 时 ， 可 在 绘 制 草 图的 同 时 进 行 计 算 。v轴 系 设 计 应 考 虑 轴 上 的 零件 安 装 和 固 定 ， 可 参 考 教材 中 的 有 关 章 节 ； 轴 承 座的 结 构 要 考 虑 拆 装 方 便 。 4 设 计 开 启 门 开 启 门 可 设 计 成 各 种 结 构 形 式 ， 设 计 应 考 虑 装 料 、 取 料 方便 ， 开 启 灵 活 可 靠 。 总 体 方 案 配 置 图 五 、 参 考 资 料六 、 设 计 总 结 及 体 会 v要 求 ： A1总 装 配 图 1张 ； （ 35分 ） A3零 件 图 1张 ； （ 10分 ） 开 启 门 立 体 图 ； （ 10分 ） 说 明 书 1份 。 （ 15分 ） 答 辩 （ 20分 ） 创 新 （ 10分 ）