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星式
球磨机
设计
10
图纸
优秀
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星式球磨机设计
30页 17000字数+说明书+开题报告+任务书+文献综述+10张CAD图纸
A1筒体.dwg
A2出料轴.dwg
A2进料轴.dwg
任务书.doc
出料筒.dwg
封面.doc
文献综述.doc
星式球磨机设计开题报告.doc
星式球磨机设计说明书.doc
磨头.dwg
行星轮.dwg
装配图.dwg
诚信承诺书.doc
轮端盖.dwg
轮表层.dwg
零件图--主传动轴.dwg
目 录
摘 要1
1 引言1
1.1 星式球磨机的作用1
1.1.1 问题的提出1
1.1.2 研究意义1
1.2 国内外研究现状2
1.3 不同类型的球磨机在粉碎技术的应用3
2 星式球磨机的整体设计5
2.1 球磨机的结构5
2.2球磨机的传动方式及传动比6
2.3 星式球磨机的功率和电机的选取7
2.3.1 球磨机的功率7
2.3.2 电机的选取8
2.4 减速器和偶合器的选择8
2.5 其他零件的选择10
2.5.1 轴径和联轴器的选择10
2.5.2 轴承的选取10
3 星式球磨机滚子的设计11
3.1滚子的厚度11
3.2 滚子的间距12
3.3 刚滚架13
4 筒体装置的设计15
4.1 筒体的设计与计算15
4.1.1 筒体的结构15
4.1.2 筒体的计算17
4.2 磨头的结构18
5 轴的设计与校核19
5.1 轴的结构设计19
5.2 轴的强度校核20
5.3 刚滚架与轴的连接21
5.4刚滚架与滚子的连接22
6结语24
参考文献25
致 谢26
摘 要
随着社会科技的发展，为了提高粉磨效率，满足生产工艺要求，在球磨机规格限定的条件下构思了星式球磨机摩擦传动机构。首先，根据星式球磨机的规格选择了该球磨机的主要技术参数，并且选择了摩擦轮传动的类型和摩擦轮的材料,以及摩擦轮传动机构的方案论证与选择。其次，通过计算对摩擦传动机构中重要数据经行演算并且确定：这里面包括各个传动比和轴径的确定，其中包含初定传动比、电动机的选择、偶合器的选择、减速器的选择、按转矩估算轴径、轴承和轴承座的选择、联轴器的选择等；滚子的个数及分组；滚子的结构设计；轴的结构设计；筒体轴向限位装置的设计等。而且还设计了一种开流形式能实现圈流工艺的粉磨工艺系统，采取了使用新型高效筛分隔仓板和出料装置，并且调整了各个仓长等方法解决上述问题。同时采用了筒体焊接的新工艺，降低了磨机的生产成本。
关键词：球磨机；电动机；耦合器；减速器
- 内容简介：
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中国地质大学长城学院毕业设计任务书学生姓名刘萌萌学号05208326班 级08级机械设计制造及其自动化3班指导教师傅志强职称讲师单 位中国地质大学毕业设计（论文）题目星式球磨机设计毕业设计主要内容和要求：本次设计所研究的新型球磨机是星式传动式的球磨机。它与现有齿轮传动式的球磨机的主要结构区别在于：多了一些制造费用低廉的滚子及短轴，少了一般球磨机所惯有的大齿轮和大主轴承，主轴承座等等。摩擦传动方式的球磨机的关键问题是齿轮传动的转矩传递方式由摩擦轮传动的转矩传递方式替代，筒体的重量从由本来的主轴承和主轴承座承受转化为由滚子来承受，筒体的轴向限位和径向限位从由轴承座限制转化为由滚子和单独的轴向限位装置来限制。主要参考资料：1Zheng Shuilin Hao Baohong Mao Jufan .STUDY ON MACHANOCHEMICAL EFFECT OF POWDERV QUARTZ IN DRY AND WET GRINDINGJ. Journal of Wuhan University of Technology. Journal of Wuhan University of Technology. Vol. 11 No. 2：162ZHOU Guofuand H. Bakker.Novel spin glasses by mechanical millingJ. SCIENCE IN CHINA (Series E)，August 1996， Vol. 39 No. 4：3543683常松枝 李德谦 赵红霞等 .调窑时歪托轮的挡数推导及分析J.洛阳工业高等专科学校学报. 1998年9月.第8卷第3期：12144程鸿机 俞美.回转窑托轮的调整及改进方法J. SICHUAN CEMENT，1995，N0.5：9105兰海.回转窑托轮支座的改进设计J.机械， 2002，第29卷第3期：81826赵先琼 刘义伦 周贤.回转窑托轮力学行为的有限元分析J. 湖南大学学报(自然科学版)，2002年12月，第29卷第6期：52567肖友刚 孟琳 赵先琼等.回转窑托轮有限元数值模拟及分析J. 水泥CEMENT，2004， No. 1：34378刘庆潭 主编. 材料力学M.北京:机械工业出版社,2003，249濮良贵 纪名刚 主编. 机械设计M，第七版.北京：高等教育出版社，2002，1010任德树 编著.粉碎筛分原理与设备M.北京：冶金工业出版社，1984，34毕业设计应完成的主要工作：1.毕业设计任务书2.毕业设计开题报告3.毕业设计文献综述4. 毕业设计的翻译文章及外文原文5.毕业论文6.相关图纸毕业设计进度安排：序号毕业设计各阶段内容时间安排备注1查阅资料并撰写毕业设计开题报告2011.12.10-2011.12.202指导教师审核开题报告,学生根据指导老师意见做进一步修改2011.12.21-2011.12.223系里组织开开题报告会2011.12.21-2011.12.224由指导老师指导查阅资料，并翻译外文资料2012.12.23-2011.12.315撰写文献综述，经指导老师审阅后着手毕业论文的写作2012.01.01-2012.01.206开始编写毕业设计工作计划，进入毕业设计的撰写2012.01.21-2012.03.067整改论文2012.04.29-2012.04.308毕业设计答辩2012.05.05-2012.05.19课题信息：课题性质： 设计 论文 课题来源： 教学 科研 生产 其它发出任务书日期： 2011.12.6 指导教师签名： 年 月 日教研室意见：教研室主任签名：年 月 日 学生签名： 中国地质大学长城学院 本 科 毕 业 设 计题目 星式球磨机的设计 系 别 工程技术系 专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 刘萌萌 学 号 05208326 指导教师 傅志强 职 称 讲 师 2012 年 4 月 26 日中国地质大学长城学院本科毕业设计（论文）文献综述系 别： 工程技术系 专 业：机械设计制造及其自动化姓 名： 刘萌萌 学 号： 05208326 2012年3月1日1 引言如今的球磨机大致可分为立式和卧式两种。立式搅拌球磨机，由于采用新式设计，与滚筒式球磨机相比，具有自己独特的优点。它是通过电机驱动立式减速度，通过联轴节带动内转子研磨装置旋转，使介质球、磨料、水混合液悬浮研磨。设备运行过程中，桶体固定不动，仅仅搅拌器发挥强有力的作用，故可在不停机的情况下进行抽样检验和添加磨料。球磨机底部的过滤系统能够检验磨粒是否符合规格，以便于大颗粒的再次研磨，以达到研磨和分散的需要。2 球磨机的搅拌设备搅拌可以使用两种或多种不同的物质在彼此之中互相分散，从而达到均匀混合；也可以加速传热和传质过程。搅拌操作的例子颇为常见，例如在化验室里制备某种盐类的水溶液时，为了加速溶解，常常用玻璃棒将烧杯中的液体进行搅拌。又如为了制备某种悬浮液，就要用玻璃棒不断的搅动容器中的液体，使固体颗粒不致沉下，而保持它在液体中的悬浮状态。在工业生产中，搅拌操作是从化学工业开始的，围绕食品、纤维、造纸、石油、水处理等，作为工业过程的一部分而被广泛应用。在工业生产中，大多数的搅拌操作均系机械搅拌，搅拌设备主要由搅拌装置、轴封、和搅拌罐三大部分组成。其中，搅拌设备分为：传动装置、搅拌器、搅拌轴；搅拌罐又分为：罐体和附件两种。搅拌设备在工业生产中的应用范围很广，尤其是化学工业中，很多的化学生产都或多或少的应用着搅拌操作。化学工艺过程的种种化学变化，是以参加反应物质的充分混合为前提的，对于加热，冷却和液体萃取以及气体吸收等物理变化过程，也往往要采用搅拌操作才能得到好的效果。搅拌设备在许多场合是作为反应釜来应用的12。搅拌设备的应用范围之所以这样广泛，还因搅拌设备操作条件（如浓度、温度、停留时间等）的可控范围较广，又能适应多样化的生产。使物料均匀混合。使气体在液相中很好的分散。使固体粒子在液相中均匀的悬浮。使不相溶的另一液相均匀悬浮或充分乳化。强化相间的传质。强化传热。对于均匀相反应，混合的快慢，均匀程度和传热情况的好坏，都会影响效果。至于非均匀相系统，则还影响到相界面的大小和相间的传质速度，情况就更复杂，所以搅拌情况的改变，常很敏感的影响到产品的质量和数量。如果搅拌情况不好，就会造成传热系数下降或局部过热，使物料分散不均匀，影响到产品的质量，也容易导致物料粘壁，使反应不能很好的进行下去。 搅拌设备使用历史悠久，应用范围广，但对搅拌操作的科学研究还很不够。搅拌操作看起来似乎简单，但实际上，它所涉及的因素却极为复杂。对于搅拌器形式的选择，从工艺的观点以及力学观点来说，迄今都是研究得不够的。过去有很多文献论述了搅拌设备的动力消耗，并给出了不少情况下的计算公式，但是由于介质操作条件的不同，物理化学性能的差异，容器形状及内部设施的不同以及各种搅拌器性质上的区别，正确确定搅拌功率并适当的选择驱动电机是十分困难的。在没有模拟试验的情况下,设计新的搅拌设备时，常采用现有的设备数据的方法，宁大勿小，结果造成了不少浪费。国内有些单位对一些生产中的搅拌设备进行了功率测试，从测试的结果可以看到，由于功率消耗难以计算准确，电动机选用过大，造成了负荷率很低的的不合理的现象。对于搅拌设备的研究，除功率问题外，有关搅拌的流体力学研究具有重要意义。这方面已做了许多工作，但尚需扩大和深入。在液体中进行搅拌时，搅拌器的功能不仅引起液体的整个运动，而且要在液体中产生湍动，湍动的程度与搅拌器使液体旋转而产生的旋涡现象有密切关系。这些旋涡因经常的互相撞击和破裂，使液体受到剧烈的搅拌。由此可见在搅拌操作中，对于流体力学理论的研究是极其重要的。关于搅拌器，除非遇有特殊的任务，需要特殊设计之外，现有的各种搅拌器，尤其是常用的框式、平桨式、推进式和涡轮式等已足够应用。而且这些搅拌器已有相应的标准，所以对已有搅拌器性能的深刻了解，应予以更多地注意，以便使他们在使用中能够充分的发挥作用。涡轮式搅拌器现正被广泛使用，因为这种搅拌器在工业上适应性是很大的，它几乎能有效的完成所有的搅拌任务，并能处理那些特别是化学工业中经常遇到的各种粘度的物料。搅拌设备可以从各种不同的角度进行分类，如按工艺用途分、按搅拌器结构型式分或按搅拌装置的安装型式分等等。从按搅拌装置的安装型式分，可以分为（1）立式容器中心搅拌（2）偏心式搅拌（3）倾斜式搅拌（4）底搅拌（5）卧式容器搅拌（6）旁入式搅拌六种，其中旁入式搅拌又可以分为角度固定的旁入式搅拌和角度可变的旁入式搅拌两种。设计中选用立式容器中心搅拌。这种搅拌装置安装在立式设备筒体的中心线上，驱动方式采用皮带传动和齿轮传动，用普通电机直接连接或与减速机直接连接。3 主要技术介绍在选择电动机的时候，搅拌器上常用的减速装置是装在设备上的齿轮减速机、涡轮减速机、三角皮带以及摆线针齿行星减速机等。其中最常的是固定和可移动的齿轮减速搅拌器，这是由于他们加工费用低、结构简单、装配检修方便。有时由于设备条件的限制或其他情况必须采用卧式减速机时，也可利用一对伞齿轮来改变方向，但须注意由于只有一个轴承所以必须设置底轴承。这种结构因为伞齿轮不是浸在油箱内，故不能应用在有防火，防爆要求的场合。减速机价格较贵，制造困难，因此，如果速比不大，可采用三角皮带减速，但不要在有爆炸危险场合使用。我们所设计的设备是为实验所用，因此选用三角皮带减速。当搅拌器由静止启动时，桨叶要克服自身的惯性，还要克服桨叶所推动的液体的惯性以及液体的摩擦力。这时桨叶与液体的相对速度很大，桨叶受液体阻力的作用面积最大，因而所需的功率值必然较大，这就是所谓的搅拌器的启动功率。搅拌过程进行时需要动力，笼统地称这动力时就可叫做搅拌功率。但仔细进行分析时，就会发现所谓搅拌功率实际上包含了两个不同的而又有两系的概念，这就是搅拌器功率和搅拌作业功率。具有一定结构形状的设备中装有一定物性的液体，其中用一定形式的搅拌器以一定转速进行搅拌时，将对液体做功并使之发生流动，这时为使搅拌器连续运转所需要的功率就是搅拌器功率。显然搅拌器功率是搅拌器的几何参数、搅拌槽的几何参数、物料的物性参数和搅拌器的运转参数等的函数。这里所指的搅拌器功率不包括机械传动和轴封部分所消耗的动力。被搅拌的介质在流动状态下都要进行一定的物理过程或化学反应过程，即都有一定的目的，其中有的混合，有的分，有的传热，有的溶解等等。不同的搅拌过程不同的物性、物料量在完成其过程时所需要的动力不同，这是由工艺过程的特性所决定的。这个动力的大小是被搅拌的介质的物理、化学性能以及各种搅拌过程所要求的最终结果的函数。我们把搅拌器使搅拌槽中的液体以最佳方式完成搅拌过程所需要的功率叫做搅拌作业功率。在处理搅拌过程的功率的问题时，最好是能够知道为了达到搅拌过程所要求的结果而必须用于被搅拌介质的功率即搅拌作业功率，同时运用搅拌器的功率的概念，来提供一套能向被搅拌介质中输入足够功率的搅拌装置。最理想的状况当然是脚板其功率正好就等于搅拌作业功率，这就可使搅拌过程以最佳方式完成。搅拌器功率小于搅拌作业功率时，可能使过程无法完成，也可能拖长操作时间而得不到最佳方式。而搅拌器的功率过分大于搅拌作业功率时，只能浪费动力而于过程无益。遗憾的是目前无论搅拌器的功率也好，搅拌作业功率也好，都还没有很准确的求法，当然也很难评价最佳方式是否达到的问题。生产实践中搅拌器功率不足的问题易于察觉，而搅拌器功率过大造成浪费的问题则容易被忽视。带传动是由固连于主动轮上的带轮，固连于从动轮上的带轮和紧套在两轮上的传动带组成的。当原动机驱动主动轮转动时，由于带和带轮间的摩擦，便拖动从动轮一起转动，并传递一定动力。带传动具有结构简单、传动平稳、造价低廉以及缓冲吸振等特点，因此被广泛应用。在带传动中，常用的有平带传动、V带传动、多楔带传动和同步带传动等。平带传动结构最简单，带轮也容易制造，在传动中心距较大的情况下应用较多。常用的平带有帆布芯平带、编织平带、锦纶片复合平带等数种，其中以帆布芯平带应用最广。在一般机械传动中，应用最广的是V带传动。V带截面成等腰梯形，带轮上也做出相应的轮槽。传动时，V带只和轮槽的两个面接触，即以两侧面为工作面。根据槽面摩擦原理，在同样的张紧力下，V带传动较平带传动能产生更大的摩擦力。这是V带传动性能上的最主要的优点。再加上V带传动允许的传动比较大，结构较紧凑，以及V带多以标准化并大量生产等优点，因而V带传动的应用逼平带传动广泛的多。多楔带兼有平带和V带的优点：柔性好，摩擦力大，能传递的功率较大，并解决了多根V带长短不一而使带受力不均的问题。多楔带主要用于传递功率较大而结构要求紧凑的场合。综合上面各种带的优缺点，在设计中选择的带传动为V带传动。4 发展趋势球磨机作为传统的粉磨设备，已经有了100多年的历史。它作为将固体物料细化制粉的重要设备，广泛应用于冶金、化工、水泥、陶瓷、建筑、电力、医药以及国防工业等部门。尤其是冶金工业中的选矿部门，磨矿作业更是具有十分重要的地位。由于球磨机处理能力和粉磨后的粒度对后续作业的效率和整体生产流程的技术经济指标影响显著，所以，有关球磨机的研究在国内外一直受到广泛关注和高度重视。近几年来，由于能源费用增长，矿石品位的下降，降低建设投资和生产费用是世界各国矿山工业面临的一个严峻问题，采用高效大型设备是现代选矿厂建设的主要倾向，球磨机的大型化已成为技术发展的方向。强度再高的矿石进到大型磨机里，经过研磨、粉碎都将成为粉末状。只有这样，低品位的矿石以及矿石再利用才能够实现。20世纪八十年代国际上曾有预测，认为球磨机合理的最大规格是直径5米，原因是磨球工作时存在低效率的蠕动区，但实际上球磨机向大型化发展的步伐一直都未停止。随着球磨机的大型化，轴承作为球磨机的关键部件，其工作的稳定性将直接影响球磨机生产能否正常运行。从传统的小型球磨机发展到目前筒体直径能达到7米以上的大型球磨机，其主轴承的使用主要有普通滑动轴承、滚动轴承、动压轴承、静-动压轴承、静压轴承。目前静压轴承以其可靠性高、使用寿命长、能耗小、承载能力大等特点，在大型球磨机中应用比较广泛。球磨机无论是静止还是转动，都是靠外界的高压油作用下在轴瓦和中空轴之间形成一层较厚的油膜实现全液体润滑。静压轴承的润滑状态和油膜压力与中空轴转速的关系很小，球磨机起动与工作时，轴瓦与中空轴间始终处于纯液体摩擦润滑状态，不易擦伤轴瓦。而且静压轴承的承载能力主要与油压有关，提高油压可以提高油膜的承载能力。由于液体静压轴承在纯液体润滑状态下工作，其摩擦副表面不直接接触，因而磨损极小，寿命长，理论上可以称为无限寿命。参考文献1 陈 勇, 张 健 水泥磨系统增产调试 亚泰集团哈尔滨水泥有限公司制成车间, 黑龙江 哈尔滨 2 王继杰 球磨机的研究进展及实用技术综述 咸阳陶瓷设计研究院 咸阳 3 刘景洲 水泥机械设备安装、修理及典型实例分析 2002年4 王仲春 水泥工业粉磨工艺技术中国建材工业出版社 2006年1月第一版5 褚瑞卿 建材通用机械与设备M.武汉：武汉工业大学出版社，1995.11. 6 汪澜 水泥工程师手册 中国建材工业出版社1997年12月7 朱昆泉 建材机械工程手册M武汉：武汉理工大学出版社，2000.8 许林发 建筑材料机械设计M. 第一版. 武汉：武汉工业大学出版社，1997.9 吴宗泽 机械结构设计M. 第一版. 北京：机械工业出版社，1988.10江旭昌 管磨机M北京：中国建材工业出版社，1992.127中国地质大学长城学院毕业设计开题报告学生姓名刘萌萌学号05208326专业班级08机制03班指导教师傅志强职称讲师单 位中国地质大学课题性质设计R 论文课题来源科研 教学 生产R 其它毕业设计题目星式球磨机的设计一、研究的目的、意义目的：现如今建筑材料的生产，从原料、燃料以及半成品都需要进行有目的的破碎和粉磨，其目的是使原料、燃料和半成品的表面积增加,用来提高物理作用的效果及化学反应的速度，从而达到促进均匀混合，提高材料的流动性，便于贮存和运输，提高产量等。例如一些材料比如水泥熟料和石膏一起磨碎成最终产品，其磨碎的粒度越细，表面积越大。为了改善和提高产品的质量和数量，减少动力的消耗，降低生产的成本，即达到优质、高产、低能耗具有重要意义。球磨机不但在建材工业中广泛应用，而且在冶金、选矿、化工、电力等工业中也广泛采用。它的优点是：对于研磨的物料适应性强；粉碎比例大；适应强；结构简单、坚固、操作可靠，维护管理方便，能长期连续运转。缺点是：工作效率低；体形笨重；磨机转速低；研磨体和衬板的消耗量大；操作时噪声大。在这些问题当中需要进一步的解决，首先是减少过粉碎问题：粉碎工序要求把全部或绝大部分产品粉碎至一定粒度以下，但其中小于某一粒度的产品应力求减少；其次是“超细粉碎”的问题，有人做过试验，在小型球磨机内将原料长时间研磨，开始时磨碎细度随研磨时间的增加而变细，但经过一定时间后即达到所谓“磨矿限”，尽管研磨时间继续增加，粒度不再变细或变化很慢，甚至由于粉末表面积增加而出现聚集现象，表现为粒度变粗，这种情况严重的影响了磨碎质量。大型选矿厂用的粉碎机不但尺寸和重量很大，而且消耗功率很多，粉碎工具的磨损费用很高。意义：在工业上各种的工业设备都有各自的作用，例如星式球磨机的作用在于粉碎，而粉碎则是把大粒度物料利用破碎机或磨碎机来破碎至较细粒度的过程。材料破碎的目的如下：使材料中的有用成分解离。由于某种材料中的有用成分同杂质紧密地结合在一起，只有将其充分粉碎，才能使有用成分释放出来，即所谓“解离”。使物料的表面积增加。材料的表面积是单位重量或体积的物料的表面，物料的粒度越小，表面积将越大。增加物料的表面积的目的有：使物料同周围介质的接触面积增大，反应的速度增加；在水泥工业中需要提高水泥的标号；为原料的下一步加工作准备便于使用，贮存和运输。在制备混凝土时，不仅石料需要破碎至一定的粒度，而且当天然砂不足时，可用粉碎方法制备人造砂；用于材料科学与环境保护。在其他一些工业部门中，粉碎设备或粉碎车间的工作量占总工作量的比重虽不大，但往往对它有较高的技术要求，否则会影响最终产品的质量和总的经济效益。二现状：球磨机作为传统的粉磨设备，已经有了100多年的历史。它作为将固体物料细化制粉的重要设备，广泛应用于冶金、化工、水泥、陶瓷、建筑、电力、医药以及国防工业等部门。尤其是冶金工业中的选矿部门，磨矿作业更是具有十分重要的地位。由于球磨机处理能力和粉磨后的粒度对后续作业的效率和整体生产流程的技术经济指标影响显著，所以，有关球磨机的研究在国内外一直受到广泛关注和高度重视。近几年来，由于能源费用增长，矿石品位的下降，降低建设投资和生产费用是世界各国矿山工业面临的一个严峻问题，采用高效大型设备是现代选矿厂建设的主要倾向，球磨机的大型化已成为技术发展的方向。强度再高的矿石进到大型磨机里，经过研磨、粉碎都将成为粉末状。20世纪八十年代国际上曾有预测，认为球磨机合理的最大规格是直径5米，原因是磨球工作时存在低效率的蠕动区，但实际上球磨机向大型化发展的步伐一直都未停止。在选矿、水泥、建筑材料、煤炭、化工等许多工业部门中都需要磨碎作业。球磨机、棒磨机和管磨机是这些工业部门最重要的设备之一。这类磨碎机的主要机件都是一个缓慢旋转的筒体，里面装有大量磨矿介质（简称磨介），由于其转速较慢，可称为慢速磨碎机。这类磨碎机的重量大、造价高、功耗多、操作费用昂贵，对于企业的投资、产品的质量以及操作运转的经济合理性，有很大的影响。在选矿工业中，除某些砂矿不需要经过磨碎外，一般金属矿石是细粒嵌布的，需要经过磨碎使矿石中各个成分彼此分离，才能顺利地进行选别。选别指标（指精矿品位和金属回收率）在很大程度上取决于磨碎作业的操作。如磨碎产品细度不够，各成分之间未能达到单体分离，选用指标就不能提高；但是，如果磨碎的粒度过细，往往又恶化选别过程。现代化的磨碎机则具有生产效率高、运转可靠、维修操作方便等特点。长期以来，虽然人们对于这类磨碎机的磨碎理论、同磨碎机配套的设备、以及磨碎流程等都做过深入的研究，但由于物料性质、设备结构、操作条件及对物料磨碎的要求各不相同，除了进行理论分析外，仍需要结合生产实践的经验，才能圆满的解决这类磨碎机的工作参数、衬板形状、磨介配比以及磨碎的工艺流程等问题。3、 设计内容本次设计所研究的新型球磨机是星式传动式的球磨机。它与现有齿轮传动式的球磨机的主要结构区别在于：多了一些制造费用低廉的滚子及短轴，少了一般球磨机所惯有的大齿轮和大主轴承，主轴承座等等。摩擦传动方式的球磨机的关键问题是齿轮传动的转矩传递方式由摩擦轮传动的转矩传递方式替代，筒体的重量从由本来的主轴承和主轴承座承受转化为由滚子来承受，筒体的轴向限位和径向限位从由轴承座限制转化为由滚子和单独的轴向限位装置来限制。四、进度安排1. 查阅资料，完成开题报告； 2011.12.102011.12.20 2. 结合课题进行外文资料阅读，完成英文翻译； 2011.12.212011.12.31 3. 学习、了解相关的知识，完成文献综述； 2012.1.12012.1.20 4设计并绘制被加工零件的工序图； 2012.1.212012.2.1 5. 设计并绘制被加工零件的加工示意图； 2012.2.22012.3.20 6设计并绘制总装配图； 2012.3.212012.4.20 7整理资料，编写设计说明书；准备答辩。 2012.4.212012.5.55、 研究方案摩擦传动的方案和摩擦轮的材料等；其次，要确定筒体和滚子的受力情况，同时摩擦传动的重要数据传动比和主传动轴的轴径等等也要确定，另外还有一些与此相关的联接和固定甚至起动的部件需要选择；再者，确定滚子的个数和分组，滚子的结构设计，轴的结构设计，筒体轴向限位装置的设计等；最后，摩擦传动机构中的几个重要零部件的校核，主传动轴的强度和刚度的校核，各个联接键的强度校核，轴承的寿命计算等。6、 参考文献1Zheng Shuilin Hao Baohong Mao Jufan .STUDY ON MACHANOCHEMICAL EFFECT OF POWDERV QUARTZ IN DRY AND WET GRINDINGJ. Journal of Wuhan University of Technology. Journal of Wuhan University of Technology. Vol. 11 No. 2：162ZHOU Guofuand H. Bakker.Novel spin glasses by mechanical millingJ. SCIENCE IN CHINA (Series E)，August 1996， Vol. 39 No. 4：3543683常松枝 李德谦 赵红霞等 .调窑时歪托轮的挡数推导及分析J.洛阳工业高等专科学校学报. 1998年9月.第8卷第3期：12144程鸿机 俞美.回转窑托轮的调整及改进方法J. SICHUAN CEMENT，1995，N0.5：9105兰海.回转窑托轮支座的改进设计J.机械， 2002，第29卷第3期：81826赵先琼 刘义伦 周贤.回转窑托轮力学行为的有限元分析J. 湖南大学学报(自然科学版)，2002年12月，第29卷第6期：52567肖友刚 孟琳 赵先琼等.回转窑托轮有限元数值模拟及分析J. 水泥CEMENT，2004， No. 1：34378刘庆潭 主编. 材料力学M.北京:机械工业出版社,2003，249濮良贵 纪名刚 主编. 机械设计M，第七版.北京：高等教育出版社，2002，1010任德树 编著.粉碎筛分原理与设备M.北京：冶金工业出版社，1984，3411龚桂义 主编.机械设计课程设计图册M，第三版.北京：高等教育出版社，2002，5512周恩浦等编.矿山机械（选矿部分）M.北京：冶金工业出版社，1982，3813周良德 朱泗芳 等编著.现代工程图学M.长沙：湖南科技出版社，200014东北大学机械零件设计手册编写组 编。机械零件设计手册（下）M，第三版.北京：冶金工业出版社，199415 东北大学机械零件设计手册编写组 编。机械零件设计手册（上）M，第三版.北京：冶金工业出版社，199416成大先 主编.机械设计手册 第三卷M，第三版.北京：化学工业出版社，1994指导教师意见：指导教师签名：年 月 日教研室意见：审查结果： 同 意 不 同 意教研室主任签名：年 月 日星式球磨机的设计摘 要随着社会科技的发展，为了提高粉磨效率，满足生产工艺要求，在球磨机规格限定的条件下构思了星式球磨机摩擦传动机构。首先，根据星式球磨机的规格选择了该球磨机的主要技术参数，并且选择了摩擦轮传动的类型和摩擦轮的材料,以及摩擦轮传动机构的方案论证与选择。其次，通过计算对摩擦传动机构中重要数据经行演算并且确定：这里面包括各个传动比和轴径的确定，其中包含初定传动比、电动机的选择、偶合器的选择、减速器的选择、按转矩估算轴径、轴承和轴承座的选择、联轴器的选择等；滚子的个数及分组；滚子的结构设计；轴的结构设计；筒体轴向限位装置的设计等。而且还设计了一种开流形式能实现圈流工艺的粉磨工艺系统，采取了使用新型高效筛分隔仓板和出料装置，并且调整了各个仓长等方法解决上述问题。同时采用了筒体焊接的新工艺，降低了磨机的生产成本。关键词：球磨机；电动机；耦合器；减速器AbstractWith the development of science and technology, in order to improve the grinding efficiency, meet the requirements of the production process, in the ball mill specifications conditions of idea star ball friction driving mechanism. Firstly, according to the specifications of the choice of the planet ball mill ball mill and the main technical parameters, and selection of the friction wheel drive type and the friction wheel material, as well as the friction wheel transmission mechanism scheme reasoning and choice. Secondly, through the calculation of the friction drive mechanism of important data in the calculus and determine: which includes the transmission ratio and the shaft diameter determination, which contains the original transmission ratio, the choice of motor, coupling, reducer selection according to the torque estimation, shaft, bearing and bearing seat choice, the choice of coupling as the number and grouping; roller structure design; structural design; the cylinder axial spacing device design. But also to design an open stream forms can realize the circle flow process of grinding process system, taken using a new type of high efficiency sieving bin isolation board and a discharging device, and adjusting each chamber length to solve the problems. At the same time using the new welding process, reduce the production cost of grinding mill.Key words：ball mill；motor；coupler；reducer目 录摘 要11 引言11.1 星式球磨机的作用11.1.1 问题的提出11.1.2 研究意义11.2 国内外研究现状21.3 不同类型的球磨机在粉碎技术的应用32 星式球磨机的整体设计52.1 球磨机的结构52.2球磨机的传动方式及传动比62.3 星式球磨机的功率和电机的选取72.3.1 球磨机的功率72.3.2 电机的选取82.4 减速器和偶合器的选择82.5 其他零件的选择102.5.1 轴径和联轴器的选择102.5.2 轴承的选取103 星式球磨机滚子的设计113.1滚子的厚度113.2 滚子的间距123.3 刚滚架134 筒体装置的设计154.1 筒体的设计与计算154.1.1 筒体的结构154.1.2 筒体的计算174.2 磨头的结构185 轴的设计与校核195.1 轴的结构设计195.2 轴的强度校核205.3 刚滚架与轴的连接215.4刚滚架与滚子的连接226结语24参考文献25致 谢26中国地质大学长城学院2012届毕业论文1 引言1.1 星式球磨机的作用1.1.1 问题的提出现如今建筑材料的生产，从原料、燃料以及半成品都需要进行有目的的破碎和粉磨，其目的是使原料、燃料和半成品的表面积增加,用来提高物理作用的效果及化学反应的速度，从而达到促进均匀混合，提高材料的流动性，便于贮存和运输，提高产量等。例如一些材料比如水泥熟料和石膏一起磨碎成最终产品，其磨碎的粒度越细，表面积越大。为了改善和提高产品的质量和数量，减少动力的消耗，降低生产的成本，即达到优质、高产、低能耗具有重要意义。球磨机不但在建材工业中广泛应用，而且在冶金、选矿、化工、电力等工业中也广泛采用。它的优点是：对于研磨的物料适应性强；粉碎比例大；适应强；结构简单、坚固、操作可靠，维护管理方便，能长期连续运转。缺点是：工作效率低；体形笨重；磨机转速低；研磨体和衬板的消耗量大；操作时噪声大。在这些问题当中需要进一步的解决，首先是减少过粉碎问题：粉碎工序要求把全部或绝大部分产品粉碎至一定粒度以下，但其中小于某一粒度的产品应力求减少；其次是“超细粉碎”的问题，有人做过试验，在小型球磨机内将原料长时间研磨，开始时磨碎细度随研磨时间的增加而变细，但经过一定时间后即达到所谓“磨矿限”，尽管研磨时间继续增加，粒度不再变细或变化很慢，甚至由于粉末表面积增加而出现聚集现象，表现为粒度变粗，这种情况严重的影响了磨碎质量。大型选矿厂用的粉碎机不但尺寸和重量很大，而且消耗功率很多，粉碎工具的磨损费用很高。粉碎一般包含两个阶段：破碎阶段和磨碎阶段。因为本课题是研究星式球磨机，所以以下主要介绍球磨机方面的内容。首先是根据星式球磨机的规格选择了该球磨机的主要技术参数，并且选择了摩擦轮传动的类型和摩擦轮的材料,以及摩擦轮传动机构的方案论证与选择。其次，通过计算对摩擦传动机构中重要数据经行演算并且确定：这里面包括各个传动比和轴径的确定，其中包含初定传动比、电动机的选择、偶合器的选择、减速器的选择、按转矩估算轴径、轴承和轴承座的选择、联轴器的选择等；滚子的个数及分组；滚子的结构设计；轴的结构设计；筒体轴向限位装置的设计等。1.1.2 研究意义在工业上各种的工业设备都有各自的作用，例如星式球磨机的作用在于粉碎，而粉碎则是把大粒度物料利用破碎机或磨碎机来破碎至较细粒度的过程。材料破碎的目的如下：使材料中的有用成分解离。由于某种材料中的有用成分同杂质紧密地结合在一起，只有将其充分粉碎，才能使有用成分释放出来，即所谓“解离”。使物料的表面积增加。材料的表面积是单位重量或体积的物料的表面，物料的粒度越小，表面积将越大。增加物料的表面积的目的有：使物料同周围介质的接触面积增大，反应的速度增加；在水泥工业中需要提高水泥的标号；为原料的下一步加工作准备便于使用，贮存和运输。在制备混凝土时，不仅石料需要破碎至一定的粒度，而且当天然砂不足时，可用粉碎方法制备人造砂；用于材料科学与环境保护。在其他一些工业部门中，粉碎设备或粉碎车间的工作量占总工作量的比重虽不大，但往往对它有较高的技术要求，否则会影响最终产品的质量和总的经济效益。1.2 国内外研究现状球磨机作为传统的粉磨设备，已经有了100多年的历史。它作为将固体物料细化制粉的重要设备，广泛应用于冶金、化工、水泥、陶瓷、建筑、电力、医药以及国防工业等部门。尤其是冶金工业中的选矿部门，磨矿作业更是具有十分重要的地位。由于球磨机处理能力和粉磨后的粒度对后续作业的效率和整体生产流程的技术经济指标影响显著，所以，有关球磨机的研究在国内外一直受到广泛关注和高度重视。近几年来，由于能源费用增长，矿石品位的下降，降低建设投资和生产费用是世界各国矿山工业面临的一个严峻问题，采用高效大型设备是现代选矿厂建设的主要倾向，球磨机的大型化已成为技术发展的方向。强度再高的矿石进到大型磨机里，经过研磨、粉碎都将成为粉末状。20世纪八十年代国际上曾有预测，认为球磨机合理的最大规格是直径5米，原因是磨球工作时存在低效率的蠕动区，但实际上球磨机向大型化发展的步伐一直都未停止。在选矿、水泥、建筑材料、煤炭、化工等许多工业部门中都需要磨碎作业。球磨机、棒磨机和管磨机是这些工业部门最重要的设备之一。这类磨碎机的主要机件都是一个缓慢旋转的筒体，里面装有大量磨矿介质（简称磨介），由于其转速较慢，可称为慢速磨碎机。这类磨碎机的重量大、造价高、功耗多、操作费用昂贵，对于企业的投资、产品的质量以及操作运转的经济合理性，有很大的影响。在选矿工业中，除某些砂矿不需要经过磨碎外，一般金属矿石是细粒嵌布的，需要经过磨碎使矿石中各个成分彼此分离，才能顺利地进行选别。选别指标（指精矿品位和金属回收率）在很大程度上取决于磨碎作业的操作。如磨碎产品细度不够，各成分之间未能达到单体分离，选用指标就不能提高；但是，如果磨碎的粒度过细，往往又恶化选别过程。现代化的磨碎机则具有生产效率高、运转可靠、维修操作方便等特点。长期以来，虽然人们对于这类磨碎机的磨碎理论、同磨碎机配套的设备、以及磨碎流程等都做过深入的研究，但由于物料性质、设备结构、操作条件及对物料磨碎的要求各不相同，除了进行理论分析外，仍需要结合生产实践的经验，才能圆满的解决这类磨碎机的工作参数、衬板形状、磨介配比以及磨碎的工艺流程等问题。1.3 不同类型的球磨机在粉碎技术的应用超细粉碎和分级工艺的完成必须借助于机械设备来实现。在先进的工业化国家，微米级超细粉碎分级设备已渡过了其发明时期，而进入成熟、配套、完善的阶段。超细粉碎分级设备的性能大大改善，设备研究在朝着亚微米级超细粉碎和微米级精密分级的方向发展。粉碎技术的发展主要表现在产品微细化、微粉功能化、设备自动化、节能新工艺和新设备及低污染高硬度材料的应用等方面。国内研究开发超细粉碎分级的单位逐年增多，从仿制设备开始，逐渐过渡到开展工艺基础研究，开发适合国情的设备，以满足国内市场日益增长的需求。（1）搅拌球磨机：搅拌球磨机是超细粉碎机中最有发展前途而且能量利用率最高的设备。搅拌装置使球介质和物料在整个筒体内不规则地翻滚，产生相互撞击和研磨的双重作用，致使产品磨得很细并达到均匀分散的效果。同常规球磨机相比，搅拌式磨机采用高转速和高介质充填率及小介质尺寸，这使搅拌式磨机内获得了极高的功率密度，使细物料研磨时间大大缩短，小介质提高了微细物料的研磨效率，适用于不同产品粒度和物料性质的各种搅拌式磨机。特别是立式搅拌式膳机，以其构造简单、操作容易、维护方便等优点成为目前工业上应用最广泛细磨设备之一。高功率密度（高转速）搅拌磨机适用于最大粒度小于微米以下产品，在颜料、陶瓷、造纸填涂料、化工产品中已获得了成功。目前高功率密度搅拌磨在工业上的大规模应用则更好的解决了量小和磨损成本高两大难题。 （2）冲击式粉碎机：近年来，随着高硬度高韧性金属材料的出现，以高速打击为原理的冲击式粉碎机的性能有了较大的提高和应用也得到了普及。高速冲击式粉碎机按转子的布置方式和锤头的个数和形式分为多种，其特点是粉碎比量大、运转稳定，适合于硬度物料的粉碎。冲击式粉碎机借助于转子上锤头对物料的以50100m/s 的高速打击而将其粉碎，处于定子和转子间隙处的物料被剪切和反弹到粉碎室内与后续高速飞来的颗粒相撞，使粉碎过程反复进行。定子衬圈和转子端部锤刃之间形成强有力的高速湍流场，其中产生的强大压力变化可使物料受到交变应力而破碎和分散。粉碎成品颗粒细度和形态由转子上锤头的运转状态和定转子间间隙来决定，低速冲击可得细长的颗粒，而高速冲击则易得物料结晶状态相同的颗粒。我们在硅灰石针状粉的超细粉碎工艺中选用冲击粉碎机可以取得了较好的效果。 (3)气流式粉碎机：气流超微粉碎利用高压气体通过喷嘴产生的高速气流所具有的巨大动能，使物料颗粒发生互相冲击碰撞，达到粉碎目的。这类粉碎机已经得到了广泛的普及，国内外生产厂家较多，有多种机型：圆盘式、O形环式、冲击靶式、对撞式、流化床对撞式等。由于这种粉碎原理中能量经过多次转换、微颗粒撞击能量小、内部晶格缺陷减少等原因，决定了气流粉碎机的能量消耗很大。最好是用于高附加值物料的超细粉碎和干燥团聚物的解散。因选型不当，用于建材和非金属矿加工的企业多处于停顿状态。（4）球磨超细加工系统：球磨机的问世已近200年，多年的研究与改进，使其成为粉磨行业主流。经球磨机粉碎的产品，其粒度多为双峰分布，细粉含量高、粗粒级分布较宽。闭路粉磨是一有效手段，但传统的选粉机无法控制小于20m的颗粒。工业界形成了一种误区，认为球磨机不能用于超细粉碎，人们曾一度对它失去信心而试图寻找其他粉磨设备，诸如振动磨、搅拌磨、气流磨等。这些设备的加工细度虽有所提高，但是其处理量、运转率和能耗指标远不能适应工业化大规模生产的需求。大型超细分级机的出现，使管磨机生产超细粉提供了可能途径。大型超细分级机与球磨机（特别是高细管磨机）的配合，将系统的控制粒径降低到10m以下，其特点是为了强化介质对物料的微细研磨作用能力和作用时间，而将磨机的结构、简体长度、介质配比等方面作了一系列的改进。近年来，国内外大批量物料的超细化处理多采用这种系统。2 星式球磨机的整体设计2.1 球磨机的结构球磨机有三种结构类型，即星式球磨机，格子型球磨机，风力排料干法球磨机。以下主要讲星式球磨机。星式球磨机的筒体由钢板焊接而成，两端有铸钢制成的端盖，端盖上的中空轴颈支承于主轴承上。筒体和端盖内部敷设衬板。大齿圈固定于筒体上，电动机通过小齿轮和大齿将筒体带动。而大小齿轮犹如行星一样转动，即所谓的行星。物料经给料器通过中空轴颈从左方给入筒体。筒体内装有一定重量的钢球作为磨介。物料受到钢球的作用而磨碎，然后经端盖和中空轴颈排出机外。由于破碎产品经中空轴排出。故这种球磨机称为星式球磨机，是一种广泛应用的球磨机。两个中空轴颈中，有一个可以在主轴承上轴向伸缩，另一个是固定的。星式球磨机的齿轮传动产生一些轴向力，设计时使一个中空轴颈带有两个凸肩，凸肩之间的距离正好等于轴瓦的长度，从而防止发生轴向活动。另一个中空轴颈不带凸肩，起长度大于轴瓦长度，当筒体因受热而伸长或由于载荷使筒体挠曲时，可以在一定范围内自由伸缩。一般选择靠近传动齿圈的轴颈为固定的中空轴颈。球磨机的主轴承最常用的是滑动轴承，其直径很大，但长度很短。与一般滑动轴承不同之处在于仅仅下半部有轴瓦。整个轴承除轴瓦用巴氏合金浇铸外，其余都用铸铁制成。由于球磨机的跨度和载荷很大，将发生一定程度的挠曲，而且制造和装配的误差也难以保证准确的同心度，因此，轴承制成只调位型，球面瓦座和球面瓦之间以球心为旋转中心能够略为相对移动，使作用于轴瓦上的载荷分布均匀。球面轴瓦和球面瓦之间还设有定位销，以限制球面瓦移动的范围。在安装时，可以用螺钉调整球面瓦座的位置。也有用斜楔调整装置的。主轴承是球磨机的一个关键部件，对于其润滑问题必须充分重视，一般都采用稀油集中循环润滑，小型机也有采用有环润滑、油杯滴润滑或毛线润滑等方式的。筒体衬板不仅防止筒体遭受磨损，而且直接影响刚球的运动和磨碎效率，所以得慎重选择。衬板的材质有高锰钢、高铬铸铁、镍硬铸铁和橡胶等。衬板同筒体之间铺有胶合板、石棉碘或橡皮等衬垫，以减缓钢球对筒体的冲击。通常衬板用螺钉固定在筒体上，螺帽下面有橡皮和金属垫圈，以防矿浆漏出。衬板的形状多种多样，有的较为平滑，有的则突出部较高，对钢球的推举作用较大。在较平滑的衬板中，钢球与衬板之间的相对滑动较大，因而产生较多的研磨作用，但在相同转速下钢球被提升的高度和抛射所作的功较小，它适用于细磨。突出部较高的衬板使钢球能提升至较高的位置，抛射作用较强，而且对钢球和物料产生较剧烈的搅动。即使同一形状，突出部伸出的高度以及相邻突出部之间的距离等参数也很重要。它们必须同钢球尺寸、物料性质及操作方法等相适应。拆装方便、噪音小，我国水泥、陶瓷、磷肥、化工、冶金等工业部门研制推广橡胶衬板，取得了较好的效果，其中型橡胶衬板适用与细磨，永登水泥厂在管磨机第一仓（大球仓）使用方形橡胶衬板。2.2球磨机的传动方式及传动比球磨机的工作部分是一个装在两个轴承上的水平放置的回转筒体，筒体用隔仓板分为几个仓室，在各仓内装有一定的形状和大小不一样的研磨体。研磨体一般为钢球、钢段、钢棒、砾石和瓷球等。为了防止筒体被磨损，在筒体内壁装有衬板。当磨机回转时，研磨体在离心力和与筒体内壁的衬板面产生的摩擦力的作用下，贴附在筒体内壁的衬板面上，随筒体一起回转，并被带到一定高度，在重力作用下自由下落，下落时研磨体像抛射体一样，冲击底部的物料把物料击碎。研磨体上升、下落的循环运动是周而复始的。此外，在磨机回转的过程中，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。由于进料端不断喂入新物料，使进料与出料端物料之间存在着能强制物料流动，并且研磨体下落时冲击物料产生轴向推力迫使物料流动，另磨内气流运动也帮助物料流动。因此，磨机筒体虽然是水平放置，但物料却可以由进料端缓慢流向出料端，完成粉磨作业。当磨机筒体的转速达到摸某一数值时，研磨体产生的离心力等于它本身的重力，因而使研磨体升至脱离，即研磨体将紧贴附在筒体上，随筒体一起回转而不会降落下来，这个转速就称为临界转速。当研磨体处于极限位置时，将此值代入研磨体运动基本方程式：滚子与滚筒的传动比为=4.5 mm （2-1） （2-2） （2-3） （2-4）大型球磨机一般用低速同步电动机直接带动球磨机的小齿轮、小齿轮再带动大齿圈使球磨机转动，起优点是传动效率高、占地面积小、维修方便和改善电网的功率因数，但同步电动机售价较高。另一种传动方式是采用异步电动机通过减速器来带动小齿轮、大齿圈和球磨机。这种方式用于大、中型球磨机上，其电动机的售价低于同步电动机，但多了一套大型减速器。异步电动机通过皮带传动小齿轮、大齿圈和球磨机的传动方式，只适用于小型球磨机，其传动效率低、占地大、维修复杂。最简单的摩擦轮传动是由两个互相压紧的圆柱摩擦轮组成。其中一个摩擦轮的轴心可以移动，加压装置使两轮接触面间产生法向压力，主动轮回转时，由法向压力产生的摩擦力带动从动轮回转。设f为轮面间的摩擦系数，则在接触面可产生摩擦力fq，其值应大于或等于带动从动轮工作所需的圆周力F。摩擦轮传动工作时，在两摩擦轮接触面间将产生弹性滑动，严重时会出现打滑。滑动导致传动效率降低，造成严重磨损，因此应控制滑动率在允许的范围内。并且摩擦轮传动结构简单，传动平稳，噪声小，过载打滑防止零件损坏；但传动效率低，磨损快，传动比不严格恒定，不宜传递大功率和大转矩。常用的摩擦轮传动有圆柱摩擦轮传动、槽型摩擦轮传动、端面摩擦轮传动和圆锥摩擦轮传动等。各种摩擦轮传动的特点及设计注意事项如下：圆柱摩擦轮传动：结构简单，制造容易；压紧力大，宜用于小功率传动；为减小压紧力，可将轮面之一用非金属材料作覆面；大功率传动，摩擦轮常采用淬火钢，并采用自动压紧卸载环；为降低二轴的平行度要求，可将轮面之一制成鼓形，轴系刚性差亦应如此；用于回转筒驱动装置、仪表调节装置等。在选矿、水泥、建筑材料、煤炭、化工等许多工业部门中都需要磨碎作业。球磨机、棒磨机和管磨机是这些工业部门最重要的设备之一。这类磨碎机的重量大、造价高、功耗多、操作费用昂贵，对于企业的投资、产品的质量以及操作运转的经济合理性，有很大的影响。目前国内的球磨机的传动方式大多采用齿轮传动，还有少部分采用中心传动。对于大尺寸的球磨机来说，采用齿轮传动必须要解决制造大齿轮的问题，制造大齿轮费用昂贵而且生产周期较长，而中心传动对球磨机两个支撑轴承的同轴度要求较高，要求的制造技术较高。为解决费用昂贵和制造技术较高的问题，本课题研究用摩擦轮传动来代替球磨机齿轮传动或中心传动的方法。在球磨机这个课题上，摩擦轮传动的优点是制造技术要求不高，制造费用低。2.3 星式球磨机的功率和电机的选取2.3.1 球磨机的功率星式球磨机影响其功率的因素有很多的种类，例如球磨机的直径、长度、转速、内部装置、粉磨方式以及传动形式等。计算功率在参考实际的工作情况下公式如下。 （2-5） 式中: 磨机需用功率，kW；磨机有效容积，m；磨机有效内径，m；磨机的适宜转速，r/min；研磨体装载量， t；磨机填充率（以小数表示）。选用公式（2-5）计算： kw球磨机的配套电动机功率计算=1.31.0677.53=880.789kW式中: 与磨机结构、传动效率有关的系数。电动机储备系数，在1.01.1间选取。2.3.2 电机的选取电动机选择因综合考虑的问题：根据机械的负载性质和生产工艺对电动机的起动、制动、反转、调速等要求，选择电动机类型。根据负载的转矩、速度变化范围和起动频繁程度要求，考虑电动机的温升限制、过载能力和起动转矩，选择电动机容量，并确定冷却通风方式，所选电动机容量应留有余量。过大的备用容量会使电动机的效率降低，对于感应电动机，其功率因数将变坏，并使按电动机最大转矩校验强度的机械造价提高。还得根据使用场所的环境条件，如温度、湿度、灰尘、雨水、腐蚀和易燃易爆气体等考虑必要的保护方式，选择电动机的结构形式。根据生产机械的最高转速和对电力传动调速系统的过渡过程性能的要求，以及机械减速机构的复杂程度，选择电动机的额定转速。此外，选择电动机还必须符合节能的要求，考虑运行可靠性、设备的供货情况、备品备件的通用性、安装检修的难易，以及产品价格、建设费用及考虑生产过程中前后期电动机容量变化等各因数。系列三相异步电动机的特点及用途是：该系列电动机为封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，效率高、节能，堵转转矩高、噪声低、振动小，运行可靠。能防止灰尘、铁屑或其他杂物侵入电机内部；具有与系列相同的用途外，还能适用用灰尘多、水土飞溅的场所，如球磨机、碾米机、磨粉机、脱谷机及其他农业机械、矿山机械等。又因为在其计算除了球磨机的功率，所以把球磨机的功率定为：启动功率为：（1.21.5）127.56159.45kw。取132kw型号：Y315L26转速：990r/min（IP44型)。2.4 减速器和偶合器的选择减速器是动力机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来降低转速和增加转矩，以满足工作需要；在某些场合也用来增速，称为增速器。常用的减速器主要有单级圆柱齿轮减速器和两级圆柱齿轮减速器。单级圆柱齿轮减速器的推荐传动比范围为1i810，特点是：齿轮可以作成直齿、斜齿和人字齿。直齿用于速度（8m/s）或负荷较轻的传动；斜齿或人字齿用于速度较高或负荷较重的传动。箱体一般用铸铁组成，有时采用焊接结构或铸钢件。轴承一般采用滚动轴承，只在重型或特高速时，才采用滑动轴承，其他型式与此类同。两级圆柱齿轮减速器中有三种形式：展开式、同轴式、分流式。其推荐传动比范围为8i60。展开式的特点：结构简单，但齿轮相对与轴承的位置不对称，因此，轴应设计得具有较大的刚度。高速级齿轮布置在远离转矩的输入端，这样，轴在转矩作用下产生的扭转变形能减弱轴在弯曲变形所引起的载荷变沿齿宽分布不均匀的现象。建议用在载荷比较平稳的场合，高速级可以作成斜齿，低速级可做成直齿。而分流式主要用于变载荷场合，且应用较少。同轴式的特点：减速器的长度较短，两对齿轮浸入油中深度大致相等。但减速器的轴向尺寸及重量较大；高速级齿轮的承受能力难于充分利用；中间轴承润滑困难；中间轴较长；刚性差，载荷沿齿宽分布不均匀；仅能有一个输入或输出端，限制了传动布置的灵活性。减速器的传动比为。因减速器的传动比大于9，所以选择两级圆柱齿轮减速器。两级展开式圆柱齿轮减速器的结构简单，并且可以用在载荷比较平稳的场合。所以选择两级展开式圆柱齿轮减速器。减速器的标准传动比与9.17最接近的只有9，因此，选择标准减速器，型号为ZLY224传动比：9液压偶合器也称为液力偶合器。它是利用液体的动能来传递转矩的动力式液压传动。液压偶合器的优点是：液压联轴器能使其空载进行启动，为了能减小起动时的振动，所以采用的方式方法是隔离扭转振动，防止动力过载而对机器造成不必要的损坏，当多台原动机驱动一台机械设备时，允许各原动机的转速稍有差别，而使各原动机负载分配比较均匀，可进行无级调速和并且传动的效率比较高。液压偶合器按其特性可分为三种基本类型：普通型、限矩型和调速型；按结构特点可以分为单腔式、双腔式；按工作轮叶片的位置可分为直片式和斜片式。通常采用按特性分类法。标准型液压偶合器的特性是对过载系数不加控制，其值高达620，甚至更大。这种偶合器的工作起来的容积大，效率高，结构也比其它类型液压偶合器简单。它的主要缺点是太大，因而制动力矩大，故防止过载的性能很差，或不能起到过载保护的作用。一般不用于有过载保护要求或调速要求的场合。目前已很少使用，为限矩型所代替。限矩型液压偶合器：该偶合器的特点是随着速比的减小，转矩趋于稳定，因而它能够有效地防止原动机或负载的过载，其过载系数越小，过载保护性能越好。这种偶合器的过载系数4。调速型液压偶合器：这种联轴器在工作过程中，通过连续改变流道中的冲油度时，就可以实现对从动轴的无级调速。采用这种方法调节转速，结构简单，调速范围比较大，值可以降低到0.4。因为液力偶合器的充油量不能太少，过少的充油量将使液力偶合器的特性变得不稳定，载荷稍有波动会很大，因此值不能降的太低。若在设计上作必要的改进，如改进流道的型式、加设适当直径的挡板等，可使液力偶合器的值降到0.2。调速型液力偶合器比限矩型液力偶合器结构复杂。由于液力偶合器的效率，而且效率与输出轴的转速成比例关系，转速降低，效率下降。因此，这类偶合器用于负载转矩随转速下降而减小的机械比较合适。可用液力偶合器配套的各种机械设备概况：矿山机械：钻采机械、各种破碎机、球磨机、离心分析机、矿用泥浆泵、筛选机、巷道掘进机、巷道风机。这类机械一般用限矩型液力偶合器。使用的目的是起动平稳，过载保护；满载起动；缓冲隔振；减小起动电流和电网的电压降；降低装机容量、节能。因此，根据电动机的功率和转速及矿山机械的类型，我选择用限矩型偶合器。偶合器类型为TVA650，主要参数：输入转速1000r/min，传递功率90170kw。 2.5 其他零件的选择2.5.1 轴径和联轴器的选择 （2-6）式中d计算剖面处轴的直径；P轴传递的功率，；n轴的转速，r/min；A与轴的材料及相应的许用扭剪应力有关的设计系数。 d=130mm选择联轴器的类型为：凸缘联轴器（GB5843-86）凸缘联轴器的特点：结构简单，制造成本较低，装拆和维护均较简便，能保证两轴有较高的对中性，传扭矩较大，应用较广，但不能消除冲击和由于两轴的不对中而引起的不良后果。主要用于载荷较平稳的场合。可得：靠减速器最近的联轴器的型号为YLD17 。由于在不确定的轴线上，滚子分布未知，所以其他的几个联轴器还不能选择。为方便计算，初取轴线上的联轴器都与此相同，待滚子分组确定后再进行局部的调整。又因为凸缘联轴器的都为，联轴器在轴线上的轴向长度为。2.5.2 轴承的选取因为上段算出，在此摩擦传动中，轴承要受径向和轴向的力。角接触球轴承可以同时承受径向负荷和单向的轴向负荷，也可承受纯轴向的负荷。并且将一对轴承外圈同名端面相对安装在轴上时，可限制轴在两个方向的轴向位移。所以我选择用角接触球轴承。轴承型号：36224主要参数：。由滚动轴承选择配套的滚动轴承座：滚动轴承座型号：SN226主要参数：3 星式球磨机滚子的设计3.1滚子的厚度已知，；设滚子的厚度为；（其中为方便计算，螺栓的和螺母的按取值）滚子间间距为；轴的轴向长度为；按单位接触长度的许用压力q计算，为在的轴向长度上滚子的最少个数；在的轴向长度上的实际布置滚子的个数为； （3-1） （3-2）滚子可作用的最大轴向长度： （3-3） 为了滚子能够承受筒体的压力，则。 当时，根据，选取固定垫板与滚子的螺栓和螺母，螺栓：六角头螺栓 GB5783 ；螺母：六角薄螺母 GB6172 ；已知可知： 个滚子组的轴向长度：滚子的厚度为；垫板厚度为；滚子的个数为；滚子组数为。3.2 滚子的间距滚子的个数和分组由各个参数决定，如联轴器的轴向长度，滚子的间距，轴承座的轴向长度。联轴器的轴向长度：；滚动轴承座的轴向长度：；滚子间距的作用是为方便更换滚子，即在不装拆其他滚子的情况下，能够保证单独更换滚子的间隙。 决定滚子间距的因数有垫板厚度，滚子的厚度，固定垫板与滚子的螺栓和螺母。初设垫板厚度为； 滚子的厚度为，轴上的滚子布置如下：图3-1 滚子布置图设X为滚子间相邻最近的两个滚子的间距。要使非金属滚子外层顺利的更换、装卸，则必须满足以下条件： （3-4）式中：滚子间距；滚子的厚度；垫板的厚度；螺母中的；螺栓中的；螺栓中的。即至少螺栓的全长。 （3-5）3.3 刚滚架滚子作为此摩擦轮传动中的主动轮，其结构设计显的尤为重要。滚子的结构不仅要能保证滚子在受到筒体的重压下能够正常工作，而且还要拆装、更换方便。因此，这里的滚子是作为一个单元体来定义的，其本身由几个部分组成。滚子由滚子表层和钢滚架两部分组成，这两部分则由垫板、螺栓和螺母联接为一个整体滚子。钢滚架是滚子的重要组成部分，它是滚子中不经常更换的部分。它不仅要能承受筒体的重量而不易损坏，同时还要能传递扭矩给滚子表层。因此，钢滚架的结构示意图如下： 图3-2 钢滚架结构示意图滚子表层的材料为夹布胶木，与筒体的摩擦系数为0.200.25，摩擦轮材料为夹布胶木钢。滚子表层的主要失效形式为摩擦磨损。滚子表层要保证更换方便，结构简单，能够准确的传递扭矩。因此，滚子表层的结构示意图如下：图3-3 滚子表层结构示意图如图33所示，滚子表层近似为一个半圆，因此要组成一个圆形的滚子外层需要有两个滚子表层。滚子表层设计为这个形状的目的是装卸方便，与钢滚架的径向联接准确，两个滚子表层之间的配合紧凑。半圆形的滚子表层比较好装卸，不必拆装其他的滚子就可以单独更换某个滚子。滚子表层的3个凹槽用来保证与钢滚架的配合。而其中滚子表层设计成阶梯形是为了使它们两个滚子之间的连接更紧凑。 图3-4 滚子结构示意图4 筒体装置的设计4.1 筒体的设计与计算4.1.1 筒体的结构本次的设计我采用的是行星轮传动为传动方式的球磨机，因而在筒体的限位装置上也与齿轮传动的球磨机不同。齿轮传动的主要限位装置是筒体两边的两个轴承座，而在通过摩擦传动在结构上与齿轮传动的重要区别就是少了筒体两边的这两个轴承，以两排的滚子来代替轴承来承受筒体的总重。但是，滚子没有保证能使筒体一定不向轴向窜动的能力，因此我选择在筒体的两边设计一个限位装置。一般筒体都设计成整体式结构，因为整体式结构的制造综合偏差相对较小。且加工费用相对也低一些。大规格的筒体则往往会受运输条件和制造加工能力的限制，而不得不将筒体设计成“分段式” 结构。筒体段节之间一般采用带定位止口的法兰联接结构。筒体分段的另一种办法是现场焊接：筒体在制造厂按运输条件分段，然后准确地加工出带止口的特殊焊缝坡口，连同专用的全套施焊设备运到现场，由制造厂的焊接技师在现场进行焊接和消除焊接应力。这种方法只有在该地区有几台磨机的筒体需要在现场焊接才比较合算，否则是不经济的。而且筒体与端盖的联接形式有以下三种：外接型法兰联接，在磨机规格大型化之前，筒体采用外接型法兰与端盖相联接的结构被广泛应用，其特点是与磨头组装比较方便，但筒体外形直径大，切削加工面和材料消耗也比较大。内接型法兰联接是大中型磨体广泛采用的结构。其特点是原材料的利用率相当高，结构设计比较合理。无法兰联接实际上是将筒体和磨头端盖直接焊为一体的结构形式，焊接接头都是对接焊结构。从端盖结构的发展趋势来看，这种无法兰对接焊联接的 形式，将通用于各种规格和各种类型的磨体，因为它具有结构合理、制造简便和使用可靠等特点。本磨机选用的是内接法兰联接。磨门是为封闭人孔设置的，要求装卸方便、固定牢固。人孔的主要作用是：检修和更换磨体内的各种易损件，装卸研磨体以及对磨内物料的采样。磨门分“内提式”和“外盖式”两种结构类型。内提式磨门有两种结构形式：一种是把磨门和磨门衬板铸造成一整体这种结构只适用于韧性高的耐磨材料，因为造型大而复杂，脆性材料容易断裂。另一种结构是把磨门和磨门衬板分开制造。磨门衬板用螺栓固定在型钢或铸钢制造的磨门上，然后用弓形架再把磨门固定在筒体上。筒体属于不更换的零件，要保证工作中安全可靠，并能长期连续使用。所以要求制造筒体的材料的金属材料的强度要高，塑性要好，且应具有一定的抗冲击性能。筒体是由钢板卷制而成，要求可焊性要好。因此，一般用于制造筒体的材料是普通结构钢板Q235，它的强度、塑性、可焊性都能满足这些要求，且易购到。钢板厚度采用40mm。图4-1限位装置又因为筒体在轴向力主要是由筒体内的钢球的不定向运动产生的。这个由钢球产生的轴向力大约在5到6吨之间。按估算的方法求限位滚子的厚度：又因为限位滚子与筒体两边突出来的部分是线接触的，所以可以采用许用单位长度接触压力进行计算。限位滚子的材料为钢。由于为摩擦轮传动，因而筒体的轴向力或多或少的被摩擦轮间的摩擦阻力抵消一些，所以计算的时候还应把筒体受的轴向摩擦阻力也算进去。该滚子的厚度 （4-1）所以，当滚子厚度为70mm时，限位滚子能够承受筒体的轴向挤压。对限位轴进行刚度校核：在集中载荷的作用下，离限位轴与地面连接处最远的点的挠度得：； （4-2）取就可以满足限位轴的刚度要求了。4.1.2 筒体的计算磨机运转时，作用于筒体的总载荷Q包括两部分，一部分是磨机回转部分的重力，另一部分是研磨体（包括物料）所产生的力P。磨机回转部分的重力 （4-3）式中:磨机回转部分的重力，N；磨机筒体的重力，N；磨机磨头的重力，N；磨机磨尾的重力，N；磨机衬板的重力，N；磨机隔仓板的重力，N；磨机大齿圈的重力，N. (4-4) 筒体作用力的分布，计算作用在筒体上的弯矩时,筒体上的作用力分布 (4-5)式中: 单位长度上受力, 筒体长度,。9.7动态研磨体所产生的作用力1.14P,也是沿筒体长度均匀分布.由于各仓平均球径和研磨体装载量不同,产生的作用力大小也不一样,所以应该分仓计算。一仓单位长度上受的力为: (4-6) 4.2 磨头的结构磨头是筒体端盖和中空轴的统称。它承受着整个磨体及研磨体的运转动载荷，在交变应力的作用下连续运行，是磨机本体最薄弱的环节，也是最难控制制造质量的机件，使用中要求长期安全可靠，所以在设计中应该考虑是不更换的零件磨头的结构形式有两种：一种是端盖与中空轴铸成一整体式，这种形式结构简单，安装较方便，适用于中小型磨机。对于较大直径的磨机，易产生铸造缺陷，因磨头端盖占有较大的平展面积且又较薄，即使采用较多的浇冒口浇铸，其冷却收缩也是不均匀的，从而使中空轴与端盖的过渡曲面产生较大的应力和组织疏松，这种缺陷有时在切削加工到一定程度才会发现，造成不应有的返工浪费，有时这种缺陷处于隐蔽状态，不能及时发现，由于该部位在磨机运转时，承受着交变应力，并且有较大的应力集中，在运转一段时间后便产生断裂，这时造成的损失就更大；另一种磨头是将端盖和中空轴分成两部分再组合在一起，把端盖和中空轴分别铸造，加工后用螺栓组装到一起，这种结构，避免了上述的铸造缺陷。这样虽可解决一些问题，但在原材料消耗和加工工作量上都比较多，并增加了安装工作量；端盖采用钢板焊接结构，其优点是机件制造工艺程序简单，切削加工程序和切削加工面较少，原材料消耗少，端盖质量可得到保证，不存在铸件的铸造缺陷。端盖与筒体焊接在一起，连接牢靠省工，避免了要求较高的螺栓或铆钉连接。此种中空轴是铸件与端盖止口圆定位用螺栓连接成磨头整体。焊接端盖，其钢板厚度一般为筒体钢板厚度的1.52.5倍，且焊接端盖的焊缝不宜与筒体焊缝重合，也要避免与筒体上衬板螺栓孔重合。从“等强度”观点出发，端盖也应设置中部增强板，其厚度在满足强度和结构需要的原则下，尽量使端盖钢板厚度减小。端盖与中心轴对心配合止口，一般设在端盖增强板上，即用中心轴法兰外圆对心定位，此种多用于大型磨机。筒体两端的法兰止口圆与磨头要同心，端盖与筒体结合面要精加工，两端法兰止口要彼此平行，并与筒体纵向中心线垂直。磨头和法兰螺栓孔要精确重合，并有不少于15%的绞孔螺栓起定位作用。螺栓要用一种牌号的钢制造，螺栓要均匀拧紧，若达不到上述要求，则在磨机运转中可能发生螺栓断裂，引起停车事故。5 轴的设计与校核5.1 轴的结构设计轴是组成机器的主要零件之一。轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力。按照承受载荷的不同，轴可分为转轴、心轴和传动轴三类。工作中既承受弯矩又承受扭矩的轴称为转轴。直轴根据外形的的不同，可分为光轴和阶梯轴两轴两种。在设计的这个摩擦传动机构中，轴不仅承受着弯矩又承受扭矩，所以轴的类型选择转轴。又因为，滚子在轴上的布置方式为五个滚子均匀的分布在轴上，所以不适合选择用阶梯轴。为了轴的加工制造方便，选择轴的外形为光轴。光轴形状简单，加工容易，应力集中源少，但零件不易装配及定位。因此，我选择用套筒对轴上的滚子进行轴向定位。 因此，该主传动轴的示意图如下：图5-1 轴结构示意图轴的长度为1920mm,键槽的长度为140mm,键槽的宽度为32mm,键槽深度为9mm。5.2 轴的强度校核受力情况如图所示： 图5-2 滚子受力图该摩擦轮传动的摩擦系数为0.225，因此可求滚子的受力。 （5-1）为防止轴在启动的时候损坏，应该以电动机的输出额定功率作为最大负载功率来进行校核。；轴的扭转强度条件为： ； （5-2）式中：扭转切应力，单位为Mpa； 轴所受的扭矩，单位n/mm；轴的抗扭截面系数，单位为；轴的转速，单位为；轴传递的功率，单位为w；计算截面初轴的直径，单位为；许用扭转切应力。选取抗扭截面系数计算公式： （5-3）由公式（5-2）可知：； （5-4）又因为轴的材料为。 （5-5）所以，该轴满足扭转强度条件。5.3 刚滚架与轴的连接键是一种标准零件，通常用来实现轴和轮毂之间的周向固定以传递扭矩，有的还能实现轴零件的轴向固定或轴向滑动的导向。键联接的主要类型有：平键连接、半圆键联接、楔键联接和切向键联接。在钢滚架与轴的联接我选用平键联接，平键联接具有结构简单、装拆方便、对中性较好等优点，因而得到广泛应用。这种键联接不能承受轴向力，因而对轴的零件不能起到轴向固定的作用。根据用途的不同，平键分为普通平键、薄型平键、导向平键和滑键四种。其中普通平键和薄型平键用于静联接，导向平键和滑键用于动联接。我选用的是普通平键中的圆头平键。平键的联接强度计算：对于采用常见的材料组合和按标准选取尺寸的普通平键联接（静联接），起主要失效形式是工作面被压溃。除非有严重过载，一般不会出现键的剪断。因此，通常只按工作表面上的挤压应力来进行强度校核计算。假定载荷在键的工作面上均匀分布，普通平键联接的强度条件为： （5-6）又因为：，所选的圆头平键的主要参数为：；由公式（5-6）可知：因此，钢滚架与轴的键联接符合强度条件。5.4刚滚架与滚子的连接钢滚架与滚子表层的联接方式为滚子装配的总图，从图中可知钢滚架和滚子表层的联接用的是矩形花键的形式。并且，因为钢滚架和滚子表层一般没有相对位移，所以是静联接。与平键联接比较，花键联接在强度、工艺和使用方面有下述一些优点：因为在轴上与毂孔上直接而匀称地制出较多的齿与槽，故联接受力较为均匀；因槽较浅，齿根处应力集中较小，轴与毂的强度削弱较少；齿数较多，总接触面积较大，因而可承受较大的载荷；轴上零件与轴的对中性好；导向性较好；可用磨削的方法提高加工精度及联接质量。花键联接强度计
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