立式辊磨机的选型和结构(共54页)

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It is mainly used for cement, coal and electric power industries. The issue is to meet the development needs of the modern cement industry，Cement production line to meet the needs of the grinding capacity of grinding on the re-development of MPS, Nissan to make 3,000 tons of cement technology fit. The design of the main vertical roller mill according to the actual production to determine the design of the model, and further ground against the major structural design and structural analysis.This design is not only ensure the formation of bed material within the mill, so that the effective drying and grinding of materials, but also to ensure effectively the materials after grinding and classification of finished or semi-qualified transportation. To make it content the requirements of cement production. Based on the main structure component finish grinding mill was designed and grinding of the main stress position and intensity.KEY WORDS: Vertical mill, MPSmill, Grinding, Intensity专心-专注-专业目录前言随着水泥生产技术的不断发展和水泥工业的日益大型化，立式辊磨机越来越广泛地用于水泥厂生产线。新建现代化水泥生产线中，煤、生料的粉磨采用立式辊磨机者占90%以上，水泥熟料和矿渣粉磨采用立式辊磨机已成为工厂工艺过程重要装备。本次设计是为了适应现代水泥工业的发展需求，满足水泥生产线所需要的粉磨能力而对MPS磨的开发研究，使之与日产3000吨的水泥工艺相适应。此次的设计原则主要是关于稳定和提高MPS磨的生产效率方面。本次设计的主要内容是设计MPS3150磨的磨盘、磨辊部分。磨盘及磨辊是立式磨最重要的部件之一,合理的磨盘形状配以相适应的磨辊,对提高粉磨效率、减少研磨体消耗有着极为重要的作用.通过具体的分析,选择了一种具有三个辊的辊式磨,磨盘为碗式、磨辊为鼓辊、磨辊轴与水平面呈15夹角，采用液压方式提供碾磨压力，由此来提高其研磨能力，并在此基础上做新的改进，这次设计的创新点在于使用的辊子数为三个，这样其结构比较合理，稳定性比较好，效率也提高了不少，在工艺系统布置上也做了科学的改进。本课题在设计过程中，参考了大量的文献、科研成果及设计成果，在此对文献作者表示深深的谢意。由于设计者水平有限，难免有不当之处，恳请指导老师批评指正。 第1章 立式辊磨机总体方案论证1.1立式粉磨机简述1.1.1立磨工作系统工艺流程图1-1典型原料粉磨系统工艺流程图立式辊磨机新型干法水泥生产线的原料粉磨流程:原料通过下料溜子落到磨盘中心后，随磨盘的旋转，由于离心力的作用使物料进入磨盘与磨辊之间进行研磨。经磨盘高速旋转粉碎和碾磨后的物料，被甩到磨盘周边的粗渣下料口(即风环处)，被磨盘外可调风环处高速上升的热气流带入磨机上部的选粉机中进行分选。粗颗粒沿选粉机内壁返回磨盘与新进入的物料一起粉磨，其余的料粉随气流经选粉机分选，其中合格细料由出风口出磨。被旋风除尘器收集即为生料成品;较粗的料粉落到磨盘上重新粉磨。另一方面，没有被热风带起的铁渣、粒度较大的物料排出磨外后，经外循环系统(除铁器和鼓形分离器)除铁后，经下料溜槽进入排渣皮带，再经循环斗提，进人缓冲仓随物料再次进入磨内进行二次粉磨。在多次循环中，通过颗粒与气体之间的传热使原料的水分蒸发。因此，立磨立式粉磨机集物料粉磨、输送、选粉、烘干为一身。1.1.2立式磨机的结构及工作原理图1-2立式粉磨机的结构图立式磨机主要由主电动机、主减速机、磨盘、磨辊、加压装置、壳体、选粉机等部分组成。如图1-2所示。主电动机为立式磨机的粉磨提供动力。主减速机既要起到减速和传递功率、带动磨盘转动的作用，又要承受磨盘的重量及研磨压力。磨盘固定在减速机的出轴上，磨盘上有环形槽，即为粉磨物料的碾压槽。磨盘由盘座、衬板、挡料环等组成。磨辊是对物料进行碾压粉磨的主要部件。由辊套、辊心、轴、轴承及辊子支架组成。该磨机内安装有四个工作磨辊，安装在同一平面上。国内外现代立磨所采用的磨盘、磨辊搭配形状有以下几种:平盘磨盘配圆锥磨辊、沟槽形磨盘配轮胎斜辊、蝶形平盘磨盘配圆柱磨辊、沟槽形磨盘配等。磨盘、磨辊不同形状的配置各有其优缺点。从国内用户使用情况看，认为碗式盘、鼓辊的物料流动阻力小，磨损均匀，磨损后可调整辊压以弥补对产量的影响等优点。所以本次开发采用碗式磨盘配鼓式磨辊。加压方式:加压装置是提供碾压力的重要部件，它由高压油站、液压缸、蓄能器等组成，能向磨辊施加足够的压力使物料粉碎。一般小型立磨采用弹簧加压，现代化大中型立磨均采用液力加压。液力加压是通过油缸、蓄能器、液压装置实现的。调整液压系统的压力大小可对辊磨压力进行调整。蓄能器可以缓冲运行的冲击波动，并吸收过载压力。液压缸通过摇臂将压力传递给磨辊。在启动时，由液压换阀换向使磨辊抬起，脱离磨盘，该间隙可由安装在摇臂上的安全缓冲装置进行调节。从而实现空载启动。当操作过程出现断料时，也可自动抬辊。选粉机是保证产品粒度的重要部件。它由可调速的传动装置、转子、导风叶片、安装在壳体上的风叶片、粗粉落料漏斗、出风口等组成。选粉机选粉机是保证产品细度的重要部件，它由选粉机传动系统、转子、回转风叶片、粗粉落料锥斗、出风口以及安装在选粉机壳体圆周上的固定风叶片等组成，该选粉机集合了风叶转子笼式选粉机和静态导风叶片的特点，等于是二级分选。固定风叶在外进行粗选;然后再进入内部回转风叶细选。转子为圆柱形笼子，四周均布了风叶，使气流上下均匀地进入选粉区，这种选粉机分离清晰，选粉效率高，但是阻力增加，导风叶及导风叶的磨损也较大。1.2立式粉磨机的工作原理与特点 1.2.1 立式粉磨机的工作原理立磨是根据料床粉磨原理，通过相对运动的磨辊、磨盘碾磨装置来粉磨物料的机械。所谓料床粉磨是将被粉磨的物料颗粒聚合在一起，形成颗粒床(多层颗粒)，各个颗粒均被邻近颗粒所限。外力施加于颗粒层，直接接触颗粒的数量很少，应力的传递主要是靠颗粒本身，颗粒相互作用产生裂纹、断裂、劈裂而被碎磨。单颗粒粉碎的主要功耗是粉碎能，而料床粉碎除了粉碎能，主要还是料床压缩和流动的能量。物料经过多道锁风阀门、下料溜子进入磨内堆积在磨盘中间，由于磨盘套装在立式减速器上，在主电机的驱动下，磨盘旋转并通过物料带动磨辊转动，物料受离心力的作用下向磨盘边缘移动，并被啮入磨辊底部而被粉碎，磨辊由液压系统进行增、减压以满足粉磨的需要，由于磨盘的转速较高，物料不仅在辊下被压碎，而且被推向外缘，越过挡料圈落入风环，由于风环处通入了大量的热风(风温约250左右)，这些热风形成高速气流，并把下落的物料带起，大颗粒被折回落到磨盘，小颗粒被气流带入选粉机内，选粉机的壳内安装有多排风叶片，转子在电机的带动下进行旋转，从而对物料进行分选，粗粉从锥斗落到磨盘内进行再粉磨，合格的成品随气流带出机外被收集作为产品，特别难磨的料块及意外进入磨盘的金属件将穿过风环孔下落，并通过刮板和出渣口排出磨盘之外，并经过分选后由提升装置提升回到喂料口进行重新喂料。物料在与热气流的接触过程中被烘干，达到所要求的产品水份。1.2.2立式粉磨机的特点随着立磨技术的逐步发展与完善，取代球磨机的趋势有增无减，立磨与球磨机相比，具有以下特点:粉磨效率高。立磨采用料床粉磨的原理粉磨物料，能耗低，粉磨系统的电耗比球磨机低20%-35%，而且随原料水分的增加，节能效果更显著。烘干能力大。一方面可以利用窑尾废气作为烘干兼粉磨热源的要求，另一方面可以通过风机鼓入大量的热风。立磨采用气体输送物料，在粉磨水分较大的物料时可控制进风温度，使产品达到要求的最终水分。在立磨内可烘干水分达12-20%的物料，可以不建原料烘干系统。入磨物料粒度大，可达磨辊直径的4-5%左右，一般为40-100毫米，所以，大中型立磨可以省掉二级破碎。产品的化学成分稳定、颗粒级配均齐。物料在立磨内停留的时间仅2-3分钟，而球磨机则需要15-20分钟。所以产品的化学成分可以很快测定、校正，产品化学成分波动很小，有利于均化。此外，立磨内的合格产品能及时分离出来，避免了过粉磨现象，产品细度可通过调节选粉机转子转速得到改变，使产品粒度均齐。工艺流程简单、建筑面积小、占用空间小。立磨内有选粉机，出磨含尘气体可直接进入袋式收尘器或电收尘器收集产品，故工艺简单，布局紧凑，建筑面积约为球磨机的70%。建筑空间约为球磨机系统的50-60%。噪音低、扬尘少、操作环境清洁。立磨在工作中磨辊和磨盘不直接接触，没有球磨机中钢球相互碰撞、钢球撞击衬板的金属撞击声，因此噪音小，比球磨机低20-25分贝。另外，立磨采用整体密封，系统在负压下操作，扬尘少，环境清洁。磨损小、利用率高。由于立磨运行中没有金属直接接触，磨损小，单位产品磨耗一般为5-10克/吨。粉磨水泥原料，辊套和衬板寿命在8000小时以上，运转率可达95%。漏风少，立式磨机的整体密封性好，其漏风比球磨少，有利于利用低温废气。1.3设计方案的提出及分析立磨是立式辊磨机的简称。第一台立磨是上个世纪二十年代在德国研制出来的。第一台用于水泥工业的立磨于1935年在西德出现，立磨在欧洲的水泥厂使用多年以后，才在美国和加拿大得到采用，欧洲和美、加之所以乐于发展和应用立磨，是由于当时欧洲各国的燃料和和电力费用比较高。美国也是因为后来能耗费用上升，才促使其对立磨增加兴趣。美国第一台立磨是在1973年末投入运转。后来，日本、埃及、黑西哥、新西兰、阿根廷、刚果等国也采用了立磨。现在主要的立磨有德国的LM（莱歇）磨、MPS磨，丹麦的ATOX磨，日本的CK磨，国内的有合肥的HRM磨等。本课题此次选用MPS磨进行设计和优化。MPS磨是鼓辊碗式磨,即磨盘是碗式的，磨辊是鼓辊轮胎形的。MPS型磨机特点如下：磨机设有保护装置，当压力超过或低于调定范围极限值时，会自动报警并自行停磨，确保磨机安全运行。磨机液压系统具备自动控制和手动控制两种功能，可提高操作上的灵活性、可靠性。各磨辊有独立的液压加压装置，每个液压缸都配置了足够的蓄能器，保证磨机运转中辊压波动最小，使磨机运转平稳。液压站供油系统及其压力控制均为自动的，使磨机运转平稳。分离器采用直流电动机驱动，改变其转速即可满足不同条件下对产品细度的要求，细度调节灵活方便。风环设计成可以调节的，改变风环截面积可以调节风环风速，以适应不同物料细度的要求。设有液压翻辊装置，检修时磨辊能翻转至磨外，节约检修时间，减轻劳动强度。磨辊辊套与轮毂之间以及辊轴与摇臂之间分别采用锥面结构和胀套结构连接，拆装方便。所以此次设计采用MPS磨。第2章MPS3150立式磨机的主要参数2.1 MPS3150磨机主要参数2.1.1MPS3150技术规格1)立磨规格: 3150mm；2)磨盘直径: 3150mm；3)磨辊直径: 2300mm；4)磨辊宽度: 751mm；5)磨辊数量: 3个；6)磨盘转速: 25r/min；7)最大入磨物料尺寸： 100mm;8)产量: 150t/h；9)加压液压缸: 活塞直径450mm，活塞杆直径190mm；10)工作压力： 12MP；2.1.2钳角的确定为计算简便，假设被粉碎物料块是球形的，物料本身的重力与破碎力相比可略去不计，由于在磨盘上风力对料层的影响较小，也可略去不计。 从物料块与磨辊及磨盘的接触点引切线，两条切线的夹角称钳角，如图2-1所示。要把直径为d的物料块拖到磨辊下面，同时把它压碎，若钳角太大，就不能达到目的。 物料与磨辊的接触点产生正压力P，P与垂线成角。在E-E方向上的力平衡是保证钳住物料的基本条件，即 （2-1） 式中 钢在物料上的摩擦系数，f0.24； 引A、B两点切线所夹的角，即钳角； 图2-1磨辊机的钳角磨辊作用在物料上的力； 磨盘作用在物料上的反作用力。 解方程，得平盘式辊磨机钳角为2式中=摩擦角, =tan。 实际采用的钳角应小于。对于粗料，最大允许钳角为；粉磨水泥生料时，钳角在 8-10 之间。本次设计取钳角为15。2.1.3磨辊直径与磨辊宽度的确定磨辊直径的确定由图 2-1 的几何关系可知 （2-2）式中 R磨辊半径，m； r物料半径，m； h磨盘与磨辊之间的间隙，设h=kR，其中系数k=0-0.06。化简式（2.2）得：=0.0576-0.061式中 d物料粒径，mm；D磨辊直径，mm。 上式说明了物料粒径与磨辊直径的关系，磨辊直径大，入料粒径也可相应增大，若比值等于或超过上式中的值，则辊磨机的平稳性就差，振动和噪音也会相应增加，一般取 d0.05D。应本次设计入磨的最大物料尺寸d=100mm，所以磨辊直径的设计尺寸D=2300mm。磨辊宽度的确定在磨辊对物料施加的碾压力以及磨辊直径一定的情况下，磨辊越宽，单位面积上的压力越小。不利于粉磨物料。磨辊越窄，对物料的压强越大，碾压过的物料细粉比例越大，但碾压的物料总量少，而且磨损较大。所以选择合适的磨辊宽度对提高粉磨效率、保证设备的使用寿命是非常重要的。根据统计资料MPS立式磨的各种参数之比如表2-1所示：表2-1 MPS立式磨各参数之比磨别MPS磨辊数i34辊径：盘径0.730.5辊宽B：盘径D0.2380.187辊宽B：辊径0.3270.375从前面的设计知磨辊直径=2300mm，参考表2-1再考虑其他因素取辊宽B=751mm。2.1.4磨机的规格辊式磨的粉磨能力由物料的易磨性、辊压和磨机规格决定。若物料相同，辊压不变且磨机通风量足以带出产品时，磨机的生产能力与磨盘直径的2.5次方成正比。按规格计 t/h （2-3）式中 辊磨的粉磨能力，t/h； 常数，与辊磨型式、选用压力。备研磨物料性能有关表2-2磨盘规格参数辊磨型式LMMPSK参考值9.66.6D取值外径中径 D磨盘直径，m。本次设计的是MPS磨，所以有200=6.6，解得磨盘直径D=3.15，将磨盘直径圆整后，选取磨机规格为3150mm。2.1.5磨机的转速磨盘的转速过低，磨机产量低，转速也不能太大，否则物料会因过大的离心力的作用而不经磨辊研磨便直接甩出磨盘，使磨机产量降低，电耗升高，合理的转速应使处于磨盘内边缘的物料能靠惯性离心力滑入磨槽内，使物料在磨盘内获得合理的接触面积承受磨辊的研磨。如下图2-2所示，物料在转动的磨盘中受到两种力的作用，一为惯性离心力Fc，使物料抛向磨盘的边缘;另一为物料对磨盘的摩擦力Fd，此力阻止物料向外排出。物料在盘内B处，在两力处于平衡时，才不会发生径向移动，以便更好的送入磨辊下面辊压。可得: （2-4）式中: 物料质量，kg； n磨盘理论转速，r/min; 磨盘半径，mm； 重力加速度，g=9.8m/； 物料摩擦系数，=0.20.8。于是有: 对于处于磨盘边缘A点的物料颗粒式中: 磨盘边缘A点的速度(m/s)，； 磨盘半径，mm； 图 2-2 物料受力平衡图物料在A点的加速度，； S物料在磨盘走过的路程，m； 物料在两力作用下走过料床，于是处于A点的物料颗粒的加速度为： 式中 磨盘半径，m；其他同上。通过以上各式得： （2-5）从上式可求得磨盘的理论转速为: 磨盘的实际转速则为： （2-6）式中 D磨盘外径，m； q速度修正系数。速度修正系数与磨盘半径有一定关系，见图2-3由图2-3查得，当R=3.15m时，q=0.73则 =32r/min故磨机的转速n=32r/min图2-3速度修正系数曲线图2.1.6磨盘上料层最佳厚度设计保持适当料层厚度是辊式磨稳定运行的必要条件。料层太薄，就会降低粉磨效率甚至因磨机强振而停；料层太厚，也会降低研磨效率，并易造成“饱磨”。料层厚度与辊径关系式，可以参考下式： （2-7） （2-8）式中 h料层厚度，mm； D磨辊直径，mm；立磨磨盘上无聊的碾入角，即在碾入角范围内物料均能被碾入而不外滑。考虑到物料楔塞，会使实际碾入角增大，也为了可靠，一般取=173； 磨辊与磨盘表面最小间距，这是为了保证在极限状态下，磨辊不会接触磨盘，从而减小磨损和功耗。由上面计算知磨辊直径D=2300mm，代入公式2.8可得h=90mm。应该指出，实际的碾入角随实际料层变化而改变，料层越厚，物料的挤压，阻滞作用，使摩擦增加，实际碾入角增加，有利于粉磨。但过厚会使物料与磨辊相对滑动量增加，磨辊起伏振动增加；反之，若物料层减薄，碾入角减少，立磨有效碾压区减小，碾压效率降低；过薄时磨辊的上下振动加剧，甚至损坏机件。为保证稳定的粉磨条件，应有稳定的最佳料层厚度。2.1.7磨辊的辊压立磨是借助于对料床施加高压而粉碎的。随着压力的增加，成品但压力达到某一临界值后，粒度不再变化。该临界值取决于物料的性质和物料粒度的大小。熟料高，石灰石临界值高，粒度大临界值低。立磨是多级粉碎，循环粉磨，逐步达到要求的出料粒度。因此其力并未达到临界值，一般为10-35MPa。根据水泥厂实际操作情况，压压力备用系数一般取0.1-0.25。本次设计的立磨辊压定为P=12MPa。故粉磨压力，磨辊总压力式中：立磨辊粉磨物料的适宜压力，MPa； 物料强度极限； 实际承压面对有效承压面的修正系数，即压力备用系数。2.1.8磨机的功率磨机功率主要消耗在克服磨辊与物料间的滑动和滚动以及机械传动摩擦上。磨盘转动时克服加载物料磨阻功。是碾压粉碎有用功主体，与碾磨数，磨盘转速，研磨压力，磨盘公称直径，磨辊宽度有关，可用单个磨辊克服加载物料磨阻功和磨辊数的积表示；即 （2-9）由于料层不均，磨辊上下起伏振动的惯性冲击附加摩擦功。与料层均匀性，料层厚度有关，与磨辊数关系不大，而且辊越多越平稳，振动越小，这部分功耗可用系数表示； (2-10)实践中，=0.1-0.3立磨传动损耗能量 (2-11)式中根据传动系统确定，一般取=0.06-0.1立磨电机储备功 （2-12）式中为储备系数，取0.05-0.2，值随磨机大小，负荷情况变动。一般磨小，值较大；破碎粒度均齐，较小。单个磨辊碾磨时，克服物料磨阻功，可按下式计算 （2-13）式中 转速，r/min； 碾磨压力，N当量摩擦半径，m；一般，而，磨盘公称直径，m；B磨辊轴向宽度，m；平均阻力系数，此系数与物料层，物料粒度有关，一般物料层增加，碾入角也增加，；钢与物料最大静摩擦系数，=0.25-0.30，将各规格立磨相应的，B，值代入上式可计算相应的值= 431.87KW立磨主机功率P的计算 （2-14）确定 m=3，=0.1，=0.06，=0.05，= 431.87KW代入上式可计算得主机功率 P=1486KW故可选用1600KW电动机.2.1.9 磨机的产量平盘辊磨机的产量与物料层厚度、磨辊压入物料的速度和磨辊的母线长度成正比，与物料的循环次数成反比。一般按下面的经验公式计算其平均产量: （2-15）式中 辊磨机的产量，t/h； 水泥生料的容积密度，； 磨辊母线长度中点处的线速度，4.38m/s；磨辊母线的长度，0.703m；物料层的厚度，0.09m；磨辊个数，3个；物料在磨盘内的循环次数，一般取25；计算得=174t/h,符合设计要求。2.2MPS3150立式辊磨机身立柱2.2.1立磨机身立柱受力分析1.加压液压缸的拉力 （2-16）式中 液压缸工作压力=12Mpa；液压缸有杆腔面积(活塞直径450mm，活塞干直径190mm；=0.1306则 =157N2.机身立柱受力分析受力情况如图2-4所示 图2-4机身立柱受力分析液压缸的在Z方向对机身立柱的拉力；液压缸的在x方向对机身立柱的拉力；机身立柱在轴承座处x方向上的所受载荷；机身立柱在轴承座处y方向上的所受载荷；机身立柱在轴承座处z向上的所受载荷；分配到两轴承座处的力；单个地脚螺栓预紧拉力。图2-5立柱受力载荷分布图和弯矩图结合图2-4和2-5得：NLz =sin=142.3N；NLx =cos=66.4N；Nz=55.6N；Nz=49N；Nzy =6.1N；Nzz =35.8N；Nm =25N。(共8个地脚螺栓)第3章 轴承的选择3.1轴承的计算及选择根据轴承中摩擦性质的不同，可把轴承分为滑动摩擦轴承和滚动摩擦轴承两大类，简称滑动轴承和滚动轴承。滚动轴承依靠主要元件间的滚动接触来支承转动零件的，由于摩擦系数小，起动阻力小，而且已经标准化，选用、润滑、维护都和方便，因此在一般的机器中应用比较广泛。根据具体的工作情况，本机构中应用的就是滚动轴承。选用滚动轴承，应根据实际工作条件，首选确定轴承的类型，然后计算被选轴承相关的数据，选择轴承的材料，审核所选轴承的性能，选择轴承的润滑方法，确定轴承与相关部件的配合等。在选择滚动轴承时，应该考虑以下几个因素：载荷的方向、大小和性质：向心轴承主要承受径向载荷，推力轴承主要承受轴向载荷。当滚动轴承同时承受径向和轴向载荷时，可选用角接触球轴承、圆锥滚子轴承；当轴向载荷较小时可选用深沟球轴承。角接触球轴承和圆锥滚子轴承需要成对安装使用。一般滚子轴承比球轴承承载能力大，且承受冲击载荷能力强。转速：一般轴承的工作转速应低于极限转速。深沟球轴承、角接触球轴承和圆柱滚子轴承的极限转速较高，适用于高速运转场合。推力轴承的极限转速较低。支承限位要求：固定支承限制两个方向的轴向位移，可选用能承受双向轴向载荷的轴承；单向限位支承可选用能承受单方向轴向载荷的轴承；游动轴承轴向不限位，可选用内、外圈不可分离的向心轴承。调心性能: 当两个轴承座孔同轴度不能保证或轴的挠度较大时，应选用性能好的调心球轴承或调心滚子轴承。刚度要求： 一般滚子轴承的刚度大，球轴承的刚度小。角接触球轴承、圆锥滚子轴承采用预紧方法可以提高支承的刚度。其它要求： 径向空间受限制的场合可选用滚针轴承或滚针和保持架组件；对轴承的振动、噪音有要求的场合，可选用低噪音轴承；此外，还应考虑经济性和市场供应情况等。 根据设计要求，滚动轴承连续工作，一天三班倒，要工作24个小时，连续工作在3个月以上，因此要求滚动轴承的寿命比较长，在2500个小时以上。在受力分析中可以知道，且此处轴承的所受的径向力比较大，有一定的冲击作用；在轴向方面，所受的力不大，只是有一定的窜动。因此，在选择轴承时，主要考虑的是保障轴承工作寿命下的向心轴承和接触角较小的向心推力轴承。3.1.1轴承选择我们知道，在通用的标准轴承中，向心轴承和接触角较小的轴承有：深沟球轴承、圆柱滚子轴承、调心滚子轴承、圆锥滚子轴承等。此次磨辊轴承选用前端选用圆柱滚子轴承,后端选双列圆锥式滚子轴承。3.1.2轴承寿命的计算在一般工作条件下工作的滚动轴承，只要类型选择合适，润滑充分，安装、维护良好，大多数轴承均因工作表面疲劳剥落而失效。滚动轴承疲劳寿命也就是基本额定寿命，是指一套或一组滚动轴承在同一条件下运转的、近似相同的滚动轴承，与90的可靠度、常用材料和加工质量以及常规的运转条件相关的寿命，其计算公式为：= （3-1）式中可靠度为90的基本额定寿命（10r）；C滚动轴承的基本额定动载荷（N）； P滚动轴承承受的当量动载荷（N）；寿命系数，球轴承取3，滚子轴承取10/3。若转换为工作小时来表示： L10（C/P）/60n （32）式中 L可靠度为90的基本额定寿命（h）； N轴承的转速（r/m）3.2轴承的当量动载荷滚动轴承的基本额定动载荷是在一定的运动条件下确定的，如载荷条件为：向心轴承仅承受纯径向载荷F，推力轴承仅承受纯轴向载荷F。实际上轴承在许多应用场合，常常同时承受径向载荷F和轴向载荷F。因此，在进行轴承寿命计算时，必须把实际载荷转换为确定基本额定动载荷的载荷条件相一致的当量动载荷，用字母p表示。这个当量动载荷，对于以承受径向载荷为主的轴承，称为径向当量动载荷，常有P表示；对于以承受径向载荷为主的轴承，称为轴向当量动载荷，常用P表示。当量动载荷p的一般计算公式为： P=X F+Y F （33）式中 X径向动载荷系数；Y轴向动载荷系数。不同的轴承类型，这两个载荷系数是不一样的，详细情况请查轴承手册。对于只能承受纯径向载荷F的轴承： P= F （34）对于只能承受纯轴向载荷F的轴承： P= F （35）按（33）、（35）计算得到的动量动载荷仅为一理论值。实际上，在许多支承中还会出现一些附加载荷，如冲击力、不平衡作用力、惯性力以及轴绕曲或轴承座变形产生的附加力等等，这些因素很难从理论上精确计算。为了计及这些影响，可以对当量动载荷乘以一个根据经验而定的载荷系数f,其值见表3-1：所以实际计算时，轴承的当量动载荷为： P = f（X F+Y F） （36） P= fF （37） P= fF （38） 载荷性质f 举例无冲击或轻微冲击1.01.2电机、汽轮机、通风机等中等冲击或中等惯性力1.21.8车俩、动力机械、机床等较大冲击及强大冲击1.83.0破碎机，轧钢机、振动筛等表（3-1）3.3轴承的选择滚动轴承的材料选择包括滚动轴承零件用材和保持架及其它辅助材料。目前轴承套圈和滚动体常用的钢材基本上可以分为八大类别，保持架可分为钢铁材料、非铁金属材料和聚合物材料。根据轴承的工作特性和实际情况，选择最合适的材料。一般情况下，轴承用钢应具有以下的性能：高的接触疲劳强度；高的耐磨性；高的弹性极限和屈服强度；高而均匀的硬度；一定的冲击韧性；好的尺寸稳定性良好的缓鋜性；良好的工艺性能。在悬辊磨中，由于支承部分时悬浮式，因此又一定的冲击能力；在磨辊辗压物料时，较大的径向力通过滚压轮作用在轴承上，在加上轴承的工作转速较高，因此要求轴承有较高的耐磨性。根据这些实际情况，我们生产轴承套圈和滚动体时，采用渗碳轴承钢M50NiL,这是美国开发出来的高温渗碳轴承钢，其断裂韧性特别好，高温性能、高速性能、冲击韧度、耐磨性、耐疲劳性能十分优越，这些性能和适合悬辊磨的工作条件。3.4轴承的润滑和密封3.4.1轴承的润滑滚动轴承在运转过程中，内部各零件间均存在着不同形式的、不同程度的相对运动，从而导致摩擦发热和磨损，甚至烧伤。因此，必须为滚动轴承做可靠性地润滑设计。润滑的作用有：减小摩擦、降低磨损、防止生锈、散热、缓和冲击、密封与防尘等。影响润滑方式选择的主要因素有：轴承的工作温度：每种润滑剂都有适用的温度范围，轴承工作温度必须在所用润滑剂的适宜范围内。工作温度过高会使润滑剂的粘度降低，润滑效果变差。轴承工作载荷：轴承工作载荷大，润滑区内润滑膜上的压力就大，润滑剂被挤出，厚度变薄，甚至破裂，所以轴承上载荷必须在所选润滑剂的承载能力范围内。轴承工作转速：轴承转速越高，套圈、滚动体和保持架在运动中的摩擦发热量就越大。根据使用的润滑剂的不同，滚动轴承的润滑方式有油润滑、脂润滑和固体润滑三类。选用哪一类润滑方式，这与轴承的转速有关，一般用滚动轴承的dn值（d为滚动轴承内径，单位为mm；n为轴承转速，单位为r/min）表示轴承的速度大小。因此，参照机械设计书中滚动轴承这一章，根据dn值的大小，我们选用脂润滑。润滑脂的润滑膜强度高，能承受较大的载荷，不易流失，容易密封，一次加脂可以维持相当长的时间。润滑脂的主要性能指标为锥入度和滴点，根据dn值和载荷的大小选择具有合适锥入度和滴点的润滑脂。在dn值较大，载荷较小时，应选择锥入度较大的润滑脂；反之，应选用锥入度较下的润滑脂。本机构中，dn值较小，载荷较大，因此选用锥入度较大的润滑脂。常用的是极压锂基脂，这类润滑脂具有良好的高、低温性、缓蚀性机械安定性、氧化安定性、极压抗磨性、耐磨性等。3.4.2轴承的密封为了防止润滑剂的泻出和尘埃、颗粒以及其它杂物、水分的侵入，滚动轴承必须具有适当的密封装置，以保持良好的润滑条件和正常的工作环境。通常在选择轴承密封形式时，应考虑以下几个因素：轴承的外部工作环境；轴承的转速和工作温度；轴的支承结构特点；润滑剂的种类和性能。密封装置可分为接触式密封和非接触式密封。本机构一般属于矿山粉碎机械，转速不是很高，采用的是脂润滑，结合这些因素和实际情况，我们选择非接触式润滑。非接触式密封装置的密封间隙处，除了存在润滑剂的内摩擦外，不会出现其它形式的摩擦，不会磨损，使用时间长也不会有明显的温升，因此应用也较广。其主要有隙缝密封、甩油密封和曲路密封，我们采用沟槽密封，其结构简单，沟槽内填充润滑脂后使尘埃难以入侵。3.4.3轴承的公差等级滚动轴承的公差主要是指轴承零件加工后的尺寸和形位公差，以及轴承成品的旋转运动精度。根据滚动轴承公差等级的选择原则：在中等载荷、中等转速以及旋转精度要求不高的一般传动装置中，可选用P0级轴承。在转速较高和旋转精度要求较高的旋转机构中，可选用P6、P5级轴承。在高速和高精度的旋转机构中，可选用P4、P2级轴承。立式辊磨机属于转速较高和精度要求较高的旋转机构，因此我们选用的公差等级为P6。 第4章 MPS3150主要零部件的选材4.1易损件的选材4.1.1辊轴的选材和校核我们知道，磨辊轴有一径向力从上到下，从大到小地作用在磨辊上，相应地作用在辊轴上，因此我们在对辊轴选材时，一定要保证辊轴的刚度，由于支撑部分是悬浮式，因此有一定的冲击力，所以对辊轴选材时，尽量使材料具有一定的耐冲击性。基于这些实际情况，参考机械设计第七版中轴这一章节，我们选用经过调质处理的40CrNi钢，这种钢一般用于载荷较大，具有一定冲击力,很重要的轴，查的其弯曲疲劳极限430MPa；剪切疲劳应力260MPa,比普通及45号钢要大的多。在磨盘上，随着物料的逐渐辗碎，径向力从上向下逐渐减小，我们把这一个逐渐减小的均布力考虑为一集中力，作用在滚压轮上部1/3点初，则用：M=Fd (4-1)=31830.1=318.3(N/m)又因作用截面使一直径d=20mm=2cm的圆形，所以： W=/32 (4-2) =(3.142)/32 =0.785cm因此： = M/ W (4-3) =318.3/0.785 =405(MPa) 经过校验可知：所选材料合格。40CrNi钢的密度就在7.85g/cm左右。4.1.2磨辊和磨盘材料的选择在悬辊磨中，主要的受力和磨损部件就是磨辊和磨盘，因此对磨辊的材料和结构设计要求很高。对于磨辊，因其是磨损件，对其材料的耐磨性要求很高，再加上支撑部分是悬浮式，因此要求其材料又一定的耐冲击能力，所以普通的钢已不能满足需要。现在在各种工业的耐磨材料中，金属材料是应用最广的一类。它主要包括合金铸钢、铸铁、有色金属和硬质合金。第二代耐磨材料镍硬铸铁优点是硬度高，耐磨性好。美国、日本等国在1930年前后开始使用镍硬铸铁，目前已发展到镍硬4#，铬含量由2%提高到9%，镍含量由4%提高到6%，金相组织中的碳化物由Fe3C型变为M7C3型，使韧性等力学性能显著提高，铸态厚截面也可获得马氏体组织，硬度在HRC62以上，并具有一定的韧性，其特点是几吨重的大型磨辊，可以不经热处理，铸态使用，用于立式磨的磨盘和磨辊。镍硬铸铁的成分性能见表5-1因此，对于磨辊零部件的材料，我们定为镍硬铸铁IV。表5国际镍公司镍硬铸铁牌号、成分和性能牌号化学成 分（%）机械性能CSiMnNiCrMoHRCw(Mpa)b(Mpa)k30Ni-Hard1#3.0-3.60.3-0.50.3-0.73.3-4.81.5-2.60.4砂53/61金54/64500-600560-850230-350350-42028/4135/55Ni-Hard2#100 J/cm2），使用中安全可靠是其主要特点，尤其在强冲击条件下的磨损工况中效果更为显著。这种材料在磨机中广泛的应用为衬板材料，目前也经久不衰。该材料中含碳0.9%1.3%，含锰1114，铸造成型经固溶化热处理，形成单一奥氏体金相组织，具有较高的抗拉伸强度、塑性和韧性，但硬度较低。加工硬化后，表面硬度可以在HB200左右提高到HB500HB600左右，也就是HRC50左右（和滚压轮材料ZG70CrMnMoBRe的HRC53相匹配），从而具有较高的硬度和耐磨性，而芯部保持较高的韧性，因此高锰钢适用于冲击磨损的条件下。该材料的另一特点是无磁性，可根据这一特点判断材料成分或热处理是否合格。现在许多粉碎机械，比如球磨机、雷蒙机都选用的是高锰钢衬板。所以，对于磨盘衬板的材料，我们选择经过热处理和硬化处理的高锰钢。但是随着高锰钢应用的推广，对其研究的深入，其不足之处也显露出来。高锰钢的加工硬化机理有位错堆积与形变诱导变两种理论。近年来的研究更多的支持了位错堆积论。认为，高锰钢在摩擦作用下高度强化是由于形成大量的位错、孪晶变形、锒嵌缺陷及块状组织细化等。在位错密度达到极限值时，滑移实际上不可能，这是孪晶成为主要的变形形式。但是在低冲击载荷或低应力下，由于不可能达到那样高的加工硬化度，这时高锰钢的耐磨性不如其它耐