球磨机的学习和设计 毕业设计论文.doc

第一章绪论1.1课题研究的目标和意义球磨机是发电，选矿，化工和建材的中工业领域中最广泛采用的粉磨机械。它能粉磨各种硬度的物料。而且能在各种恶劣的环境下工作。根据许多厂家的反映：节能和耐磨型的球磨机在生产中需求巨大。球磨机是发电，选矿，化工和建材的中工业领域中最广泛采用的粉磨机械。它能粉磨各种硬度的物料。而且能在各种恶劣的环境下工作。根据许多厂家的反映：节能和耐磨型的球磨机在生产中需求巨大。通过对球磨机的学习和设计，解决实际生产中遇到的问题。培养个人积极，认真的工作态度，以及运用所学机械设计原理，力学原理，以及计算机辅助设计进行设计并解决实际情况。并根据实际情况在一些具体的结构上进行改进和部分更新，以及采用新的材料。选用合理的工作参数，以提高磨机的工作效率和降低使用成本。1.2设计内容安排通过总体的构思和安排，将球磨机的设计分为回转部分和传动部分进行设计，并对重要的部件进行了强度计算和受力分析。将所有设计安排如下：（1） 绪论。主要介绍设计的目的，意义以及球磨机的工作原理等。（2） 球磨机的总体参数设计。包括转速、介质的装填量、钢球大小配比，以及磨机的功率和电动机的选择等。（3） 球磨机的回转部分的设计。介绍了球磨机回转部分的设计，主要介绍了进料和出料装置，以及重要的回转部分的设计计算。（4） 传动部分的设计。由于工作情况的关系，对传动部分的设计，主要以强度的计算为主要任务。个别的摩擦严重的部件进行了润滑和冷却设计。以保证正常的工作。1.3球磨机的应用，原理和类型1.3.1球磨机的应用球磨机，棒磨机，管磨机是发电，选矿，化工和建材等重工业领域中最广泛采用的粉磨机械。它能粉磨各种硬度的物料，在发电厂中用来磨制煤粉；在选矿厂中用来粉磨各种矿石；在水泥生产中，经过破碎的原料，熟料，煤和其他混合材料都需要在磨机中进行粉磨，入磨粒径在20毫米左右，而出料径可达0.080毫米孔筛筛余515%1.3.2球磨机的原理球磨机筒体主体是一个水平装在两个大型轴承上的低速回转筒体，筒体内装有许多研磨体，研磨体的形状和材料有各种不同的形式，一般为钢球，也有用钢柱（钢段），钢棒，鹅卵石，砾石，瓷器等。为了防止筒体被磨损坏，在筒体内壁装有衬板。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体的衬板上，与筒体一起回转，并被带到一定的高度。在这样的高度下，接重力作用自由下落，下落时象抛射体一样，将筒体内的物料击碎，研磨体上升，下落时的循环运动是周而复始的。除此之外，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而使物料磨细。物料在受到冲击击碎和研磨磨碎的同时，由于在进料端不断的强制进料，而物料又随筒体一起回转运动，再借进料端和出料端之间物料本身的料面高度差，因而磨机筒体虽然是水平放置，但物料却由进料端缓慢的流向出料端，完成粉磨作业。在球磨机筒体中研磨体装填的越少，筒体转速愈大（在极限范围之内），则研磨体滚动和滑动也愈小；当研磨体装填的数量很多时，分布在靠近球磨机筒体横断面中心部分的研磨体，不足以形成抛射运动，而产生较多的滑动和滚动，致使物料受到研磨作用而磨细。所以，在细磨粒径较大和较细的物料时，研磨的平均尺寸要大些，装填的数量要小些，这样就能保证研磨体抛射后具有足够的降落高度，冲击击碎物料的作用将会加大，对于小粒径物料的细磨是有益的。有此可见，研磨体的装填量，尺寸大小的配合都直接影响着球磨机操作的好坏。球磨机筒体回转速度对于粉磨物料的作用影响很大，当筒体具有不同的转速时，研磨体的运动就出现图1所示的三种基本情况：图1筒体转速对研磨体运动的影响1转速过低（图11a）所示。当筒体转速过低时，研磨体被提升的高度不够，研磨体呈现倾泻状态，只有滚动和滑动，而没有足够的冲击力去击碎物料,磨机的生产能力降低。图11筒体转速对研磨体运动的影响(a)低转速；（b）适宜转速；（c）高转速2. 转速过高(图11c)所示。当筒体转速过高时，由于惯性离心力的作用，研磨体贴附在筒体内壁上，与筒体共同回转而不下落，也就不能发挥冲击击碎物料的作用，磨机的工作效率很低。3. 转速适宜（图11b）所示，当筒体转速适宜时，由于惯性离心力作用的影响，研磨体贴附在筒体内壁上，与筒体一起回转做圆弧上升运动，并被带到适宜的高度，然后象抛射体一样下降，研磨体呈瀑布状态，以最大的冲击力将物料击碎;同时在筒体回转过程中，研磨体的滑动和滚动，也给与物料以研磨磨碎作用。很显然，在图11a和图11c的情况是得不到理想的粉磨的，只有在图1b中的情况才能得到良好的粉磨效果。因此，在设计磨机时，正确的选择转速，对于球磨机操作时有重大意义的。1.3.3球磨机的类型球磨机的具体类型很多，其共同点是:都是一个水平放置的回转筒体。差别在于筒体内装的研磨体，筒体的形状，操作的方法，卸料的方法，筒体支撑的方法，传动装置的形式生产的方法等不同而成为各种形式的球磨机。分类如下：1. 按筒体形状来区分。由于粉磨流程和物料被粉磨程度的不同，便出现了各种不同长径比（筒体长度l和直径d之比l/d）的磨机。可分为短筒磨机，长筒磨机，中长筒磨机和圆锥磨机。2. 按所装研磨体来区分。筒体内装钢球或钢段的称为球磨机，筒体内装钢棒的称为帮磨机，可作为粗磨用，这种磨机的产品粒度比较均匀钢棒的长度为筒体直径的1.52倍。筒体内装砾石、鹅卵石、瓷球的称砾石磨。3. 按操作方式来区分。间歇操作式球磨机，连续操作式球磨机。其中连续操作式球磨机可分为开流式和圈流式。4. 按卸料方法来区分。周边卸料式磨机，边缘卸料式磨机，中间卸料式磨机和格子式磨机。5. 按球磨机筒体支撑的方法来区分。两端主轴承支撑和托轮支承。6. 按生产方式来区分。干法和湿法球磨机。7. 按传动方式来区分。边缘传动磨机，中心传动磨机，托轮传动磨机和无齿直接传动磨机。1.4. 球磨机的优缺点1.4.1.优点能适应各种性质物料的粉磨，如硬的，软的，脆的，韧性的等等。由于可制成各种大小类型的磨机，因而可以适应各种生产能力的要求，小至试验室每小时产量几百克；大至每小时产量一，二百吨，可适应各种规模工厂的需要。尤其是连续生产，生产能力很高，能够符合工业上大规模的生产的需要。球磨机的粉碎比大，例如入磨粒径为30毫米，出磨粒径为30微米，则粉碎比克达1000。一般入磨粒径为260毫米，产品粒径在0.10.3毫米以下，粉磨比在300以上。何其它粉磨机械比较，球磨机能够迅速而准确地调整与控制物料的细度，产品粒度均匀，混合作用也很好。可适应各种操作条件。1.4.2.缺点 球磨机的容积利用率一般在50%以下，所以工作效率低，并且单位产量的动力消耗大。老式磨机的能量利用率只有12%，近代新式磨机的能量利用率也只有57%，因此，磨机95%左右的电能被浪费掉，主要司转变成能够热能和嗓音而消失，所以工人的劳动操作条件较差。研磨体，衬板，隔仓板凳零件磨损严重。由于磨机转速低，就需要配备昂贵的减速器。1.5.粉磨作业流程物料的粉磨作业的工艺流程主要有两种类型：开流式生产和圈流式生产。1. 开流式粉磨作业。物料通过磨机仅一次，所有的磨碎物料由磨机出来就是成品。这种流程的优点是：布置简单，所有设备较少，操作管理比较方便，基建费用也较少。缺点就是：容易产生过粉碎现象。使磨机的生产能力下降和电能的消耗增加。这种粉磨作业所得的成品的均齐性也较差。2. 圈流式粉磨流程。圈流式粉磨流程又称为闭路循环式，它的特点是：加入磨机内的物料不需要全部粉磨到合格即可出磨作为半成品，半成品经过分级设备分离成粗粉和细粉两部分，粗粉重新送回到磨机中继续进行粉磨。圈流式粉磨流程的优点：由于在圈流式粉磨流程中，被粉磨物料连续的通过磨机卸出半成品，这就加速了粉磨过程。时还减少了过分粉碎现象，因而提高了磨机的生产能力，降低了电能的消耗。圈流式粉磨流程缺点：这种流程布置复杂，所用设备多，要求较高的操作技术，引起操作管理复杂些，运转率稍低些，基建费用要多些。第二章 球磨机总体参数设计2.1.1球磨机转速的确定磨机的规格为：干式格子球磨机磨机的转速对磨碎机的生产率有很大的影响。转速过高时，研磨介质可能呈“离心”状态，(见图a) 转速过低时，研磨介质可能呈“滚落”状态，(见图b)，在这两种状态下，对物料的粉磨效果均较差，粉磨效率低。最适宜转速是使研磨介质呈“抛落”状态，（见图c）对物料有较理想的冲击和磨剥作用，能够得到较好的粉磨效果。图21磨机的工作状态（a）泻落状态（b）抛落状态（c）离心状态2.1.1临界转速n0=34.6r/min (21)式中 n0临界转速 r/min d筒体内径 m2.1.2工作转速使磨碎机筒体内最外层研磨介质，在最高处跌落，亦即冲击能量最大时的转速n1。n1= （22）表21破碎机转速选用表磨机类型i工作转速球磨机76-88(0.760.88) n0棒磨机65-70(0.650.70) n0管磨机68-76(0.680.76) n0取n1=0.84 n0=0.8434.6=29 r/min2.1.2研磨介质装载量装球量的多少对磨矿效率有一定的影响。装球少，磨矿效率底；装球量过多，在运转时，内层球又易产生干涉，破坏了球的正常循环，磨矿的效率也要降低。所以装球量须按实践要求进行选择。实践证明，合理的装球量可按下述关系确定。湿式格子型 ：=4045溢流型球磨机 棒磨机：=3540干式格子型球磨机和管磨机：=2535综上，取=33已知磨机的充填系数后，可按g球=vrt/m3 （23）求出磨机的装球总重量。其中v=d20l4v筒的有效容积 m3d0筒的有效内径 mr研磨介质单位容积重 t/m3选用锻制刚球 则r=4.8t/m3研磨介质充填率。 则g0=54.833=8t粉磨体的总重量：g=g球+0.14g球 （24）（注：磨机中所加物料的重量，一般为装球量的0.14倍）即g=8+0.148=9.12t2.2.3钢球大小及配比d 球=28 （25）其中：d为物块的大小 d25mm则：d 球=28=82mm2.2.4磨机的功率磨机所需要的功率与磨机的转速成比例的增长。因为转速大，球升的高，落差大，所需的功率亦大。但当转速超过一定的限度时，尤其达到临界转速时，球的落差反而减小，所以其所需功率亦小了下来。所以，在正常的情况下磨机所需要的功率为最大时，也就是磨机生产率达到最高的时刻。磨机的电动机功率，可按经验公式：n=cg （26）进行计算。式中 n电动机的功率（kw）； g装入的介质和物料量（t） d磨机的有效内径（m） c系数，可查表表22c值介质情况充填系数0.20.30.4大钢球119.98.5小钢球10.69.58.2求得：n=8.29.12=89.8kw2.2.5电动机的选择表23效率概率值种类效率个数单级圆柱齿轮减速器0.970.981联轴器0.990.9952滑动轴衬0.972对齿轮传动（开式）0.940.961则总的传动效率为：=0.970.9920.9720.95=0.86 （27）故选用jr126-8型电动机电动机参数为:额定功率 110kw 额定电压380v 转速 730r/min第三章球磨机的回转部分的设计3.1球磨机进料进料装置（1）进料装置这一部分的尺寸，取决于结构形式，应保证入料畅通。采用溜槽式。具体尺寸为：=3545d=(0.30.4) （31）其中为中空轴的轴径（2）螺旋料筒根据磨机的旋转方向，设计螺旋料筒的旋转方向。如果方向反了，料就不能进入到磨机筒体中，而成品料也不能泄出。材料为铸钢。（3）衬板图3-1进料器作用：衬板主要是用来保护筒体，使筒体避免研磨体和物料的直接冲击和研磨;其次是可以用不同形式的衬板来调整各仓内研磨体的运动状态。物料的粉磨过程是:d第一仓物料粒径较大，要求研磨体以冲击作用为主，研磨体呈抛落状态。而细磨仓重物料较小，欲粉磨到要求的产品细度，要求研磨体以研磨状态为主，研磨体应呈倾泻状态。图22由球磨机工作原理的分析知道，研磨体的运动状态取决于磨机筒体的转速。这样，粉磨过程要求各仓内研磨体呈不同步运动状态，这与磨机筒体具有同一转速相矛盾。解决这个矛盾就是利用不同形状表面的衬板使与研磨体具有不同的摩擦系数，来改变研磨体的运动状态，以适应物料粉磨过程的要求，从而提高粉磨效率。图32 衬板排列图材料：球磨机的衬板大多数是用金属材料制造的，也有少量是用非金属材料制造的。在粉粹仓，衬图3衬板铺设图板引具有良好的冲击性能，一般采用高锰钢制造。在细磨仓，衬板应具有良好的耐磨性能，一般采用耐磨白口铁冷硬铸铁，中锰稀土球墨铸铁等。形状：平衬板，适用于细磨仓。 压条衬板，缺点为提升能力不均匀，不适宜用于转速较高的磨机 突菱衬板，磨损严重，当突菱磨损后需要更换时，平衬板部分也随之报废。 波形衬板，适用于棒磨机。 阶梯衬板，只适用于磨机的粉粹仓。 半球形衬板，应用半球形衬板可以完全避免在衬板上产生环向磨损沟槽，能大大降低研磨体及衬板的金属消耗。 波纹衬板，这是一种适合细磨仓铺设的无螺栓衬板，其波峰和节距都很小。 分级衬板，主要特点是沿轴向方向具有斜度。规则和排列：衬板的重量在600牛以下为宜，以便于搬运和装卸以及进出磨机时方便。3.2球磨机的回转3.2.1筒体设计表3.1 筒体结构尺寸符号bhab短筒磨机0.01d(22.5) (44.5)d300500管磨机0.01d +(35)(22.5)(44.5)d300500图3筒体结构图图23筒体结构由以上公式可得：=15mm b=(28.83.6)mm ab=300500mm d=20mm其中，d为把河螺栓直径；ab为矩形或椭圆型人字孔。筒体承受的外载荷有弯矩，切力和扭矩。其中切力，扭转产生的应力和变形很小，不必进行计算和校核。只需要计算最大弯曲应力和校核径向刚度。 弯曲应力b的计算 根据载荷情况计算。对于筒体的断面系数，可根据下式：w0=0.25d2 （32）有螺孔处的断面系数：w1=0.25 d2c1 （33）式中 c1削弱系数，c1=0.9 有人字孔的断面系数（见图）为：w2 =0.25d2(-d/2-1/2sina)+1/2d(b-b) （34）筒体的安全系数n=3.54.0,这时许用应力为=-1/3.5-1 /4.0kgf/cm2 。按照应力是循环变化，所计算 的疲劳强度为：-1=1/3b 图34筒体人字孔处断面符号 筒体材料：长筒为20则b=410mpa 筒体刚度校核筒体是大直径的薄壁筒，易产生径向变形，根据经验可选：d/150则有：1500/15=100150.所以合格。3.2.2筒体法兰螺栓的选定球磨机筒体法兰的螺栓直径d经验公式：d=(2.51.3)mm （35）式中 d螺栓直径 mm n球磨机住电动机功率kw“2.51.3”为系数，球磨规格越大，即主电动机功率越大，越选小值：反之，选大值。则d=（2.51.3）=20mm3.2.3隔仓板的设计图34 隔仓板隔仓板的作用：图35 隔仓板（1） 分隔研磨体。在粉磨过程中，物料的尺寸向磨尾方向递减，要求研磨体开始时以宜冲击作用为主，向磨尾方向逐渐过渡到以研磨为主。而研磨尺寸越小，数目就越多，研磨体的表面积就越大，研磨作用也就越强。因此，要求研磨体的尺寸也向磨尾方向递减。隔仓板也可粗略的将研磨体加以分隔开。（2） 防止大颗粒物料窜向出料端。隔仓板的筛板对物料由筛分作用，可防止过大的颗粒进入冲击较强的区域。（3） 控制磨内物料流速。隔仓板的篦孔决定了磨内物料的填充程度，同时就控制了物料在磨内经受粉磨得时间，相应地统一了产量和质量的矛盾。隔仓板的篦孔排列形式及断面形状：隔仓板的篦孔，一般一仓为815毫米，二仓为610毫米，三仓为58毫米。篦孔德面积一般为隔仓板面积的315%。隔仓板一般由612块扇形板组成，篦孔在扇形板上的排列有同心圆形，多边形，放射形，斜线形和八字形五种形式。如图（35）所示图35 隔仓板篦孔排列形式图隔仓板的种类：（1）单层隔仓板。他是由扇形篦板组成。（2）双层隔仓板。过渡仓式双层隔仓板。它只用于湿法原料磨。提升式双层隔仓板。3.2.4中空轴的设计中空轴的材料为zg230-450。 表32中空轴材料牌号抗拉强度b（mpa）屈服强度s（mpa）伸长率%硬度应用举例正火回火hbs表面淬火hrczg230-45045023022131铸造平坦的零件，如机座，机盖，箱体等焊接性良好。表33中空轴尺寸bbc（0.350.40）d（0.450.60）（0.060.07）2mm注：d筒体直径，筒体的壁厚。由此可得：=550mm b=35mmb=280mm c=30mm图36中空轴结构中空轴要承受弯曲和剪切力。1.中空轴所受的弯矩m2m2=r1l4 牛厘米 （36）式中r1中空轴主轴承的支反力，牛； l4中空轴主轴承中心线到危险断面处的长度，厘米。图36 中空轴得m2=r1l4=4800018=864000牛厘米2.中空轴环状断面模数w2w2=0.1d31（1-4）厘米3 （37）式中d1中空轴的外径，厘米；d2中空轴的内径，厘米；中空轴内径与外径之比，即：=d1/ d2带入数据得w2=50625厘米33.中空轴所收的弯曲应力22=k牛/厘米2 （38）式中 m中空轴的所受的当量弯矩，；牛厘米 w2 中空轴环状断面模数，厘米3； k应力集中系数，可查表34表34应力集中系数r/d10.30.20.10.05k1.52.02.253.0带入数据得：2=51.2牛/厘米24.验算中空轴的弯曲强度22=k2牛/厘米2 （39）式中2中空轴的许用弯曲应力，牛/厘米2； -1中空轴的疲劳极限（牛/厘米2），由式求得；中空轴材料的抗拉强度（牛/厘米2）；可由表32查得； k2中空轴的安全系数。带入数据得：2=0.4450/6mpa=30 mpa230 mpa，可用。中空轴的安全系数k2一般取58，这里主要考虑中空轴是个重要零件，它的磨坏将引起事故个停产；要求长期连续工作而不进行更换；同时还有一定的磨损；在中空轴和端盖的过渡处还容易造成铸造缺陷和浇铸不均匀的影响。关于轴的切应力，一般不需要计算，因为计算结果远较其许用值低。3.2.5中空轴和筒体法兰的联结螺栓中空轴用螺栓固定到筒体的法兰上，螺栓是筒体和中空轴的联结的重要部件。螺栓承受着巨大的载荷，也就是说螺栓承受着剪切里和拉伸力两种作用。图37 中空轴和筒体法兰的联结螺栓 根据筒体的工作情况可得螺栓受的拉伸里不是最主要的力，所以我们只校核剪切力。1. 剪切计算。螺栓的剪切是在球磨机的回转部分重量和动态研磨体所产生的里p1以及电动机传动中空轴是的圆周力p2的作用下所产生。（1）剪切力p1。p1=（r2-g3）+（pc-g6）牛 （310）式中，r2主轴承的支座力；牛g3中空轴的重量；牛pc边缘传动时大齿轮的圆周力；牛g6边缘传动球磨机时，大齿轮的重量，牛。带入数据得：p1=46000牛（2）剪切力p2。剪切力p2由圆周力公式开确定：p2=9550牛 （311）式中 n球磨机需要的功率，千瓦；n球磨机筒体的转速，转/分；r0螺栓中心所在圆周半径（米），即螺栓分布圆半径。带入数据得： p2=6752牛（3）螺栓所受到的剪切合力pp= p1+ p2牛 （312） 带入数据得：p2=52752牛承受剪切的螺栓，一般对铰孔螺栓而言，由于铰制孔及其螺栓均要求较高的制造精度，在制造是比较费工，所以在设计时应保证安全使用条件下，尽量减少铰孔螺栓的数量。这些铰孔螺栓的剪切应力为：=牛/厘米2 （313）式中 m1铰孔螺栓数； d螺栓剪切面直径（厘米），亦即螺栓的直径；许用剪切应力（牛/厘米2），一般在动载荷时：牛/厘米2 （314）式中 s螺栓的屈服极限，牛/厘米2带入数据得： =446牛/厘米2=（0.150.24）22500=33755400牛/厘米2由于得，螺栓强度足够。这部分计算中未考虑：螺栓受拉应力对其影响，受载荷不均匀的影响，由于螺栓拧紧以后在连接面上产生的摩擦力矩。这些影响，可粗略地认为相互抵消，而不加考虑。3.3球磨机的卸料球磨机的卸料装置的具体外观形状如图（38）所示。出料装置的具体设计依据球磨机的中空轴轴径而定，要求能满足球磨机的卸料需要。球磨机卸料装置上端为开口的，其目的为：添加一些辅助物料，以达到加工要求球磨机卸料装置的下端与传送带连接，将物料送到物料库。图38出料装置图28 出料部第四章传动部分的设计 4.1传动装置球磨机传动的特点：球磨机是一种形大体重，与冲击，低速，重栽，恒转速的机械，目前磨机传动的最大功率已达10000千瓦。对于直径为1.8至4.6米的磨机，他的工作转速为25至15转/分左右。电动机转速750转/分，整个系统的转速比相当于30至50。对于这种大功率，大速比的传动，在技术上必须给予充分的重视。由于以上特点，磨机传动形式是多样的，主要根据磨机的规格大小，加工制造水平，传动效率，使用维护等方面综合考虑来选择。球磨机的传动形式：图41 边缘传动示意图（1）边缘传动。采用高速电动机边缘传动。如（图41）高速电动机驱动主减速器，再由小齿轮带动安装在磨机的大齿轮。（2）中心转动。中心传动就是由电动通过减速器来传动磨机，同时减速器的出轴与磨机的中心同在一条线上。（3）辅助传动。辅助电动机带动辅助减速机，4.1.1.齿轮结构设计球磨机大小齿轮材料的破坏主要是由于齿面的磨损及弯曲折断。因此，要求制造齿轮的材料具有足够的强度，较高的耐磨性和良好的加工性。球磨机大齿轮的材料一般采用zg35，zg45铸钢为宜。它具有良好的切削性，能承受中等冲击载荷，加工前经过正火处理，硬度可达hb=173200。小齿轮采用35simn,45mnb,40cr材料均能满足使用要求。加工前经过调制处理，其硬度可达hb=220250。齿轮结构参数设计齿轮参数的初步确定:选用直齿圆柱齿轮.材料为40gr.模数为32(因为是低速工作,而且工作环境为开式重载工作.磨损严重.故采用较大的模数来延长寿命)齿形角： =200 （41）赤顶高系数： ha*=1 （42）顶隙系数 c*=0.25有上表可得! =64mm =64mm =40mm初步选定 d=1900mm则有: b大=200mm b小=210mm有d=mz得z大=1900/32=59.375取z大=59由于初步选定i=7.09则有z小=8.32取z小=8a=m(z大+z小)/2=32(59+8)/2=1072mm （43）z大+z小=2a/m=1072/32=67 （44）因为i= z大/z小,所以z大+z小= z小(1+i)z小= z大+z小/1+i=67/1+7.09=8.28 （45）取z小=8 z大=67-8=59z大/z小=59/8=7.37 误差为4,可用.则：d小=10722-1900=244mm （46）齿顶高：ha= ha*m=32mm （47）齿根高hf=（ha*+ c*）m=40mm （48）齿全高h h=ha+hf=（2ha*+c*）m=72mm （49）齿顶圆直径dada1=d1+2ha= （z大+2ha*）m=1952mm da2=320mm （410）齿根圆直径df d大=d1-2hf=1808mm （411）d小=176mm （412）齿距 p=m=32=100.48（413）基圆直径db db1=d大cos=1785.46mm （414） db2=d小cos=229.285mm （415）齿厚s： s=m/2=16=50.24mm （416）顶隙c： c=c*m=8mm （417）小齿轮的轴径计算：材料选用40cr。dminc=（107108）=85.678.4mm （418）故选用d=120mm 齿轮的强度校核（1）确定许用应力查机械设计上图6.14 得hlim1=hlim1=1500mpa查机械设计上图6.15 得flim1=flim2=460 mpa查机械设计上表6.5 得shmin=1.1 sfmin=1.5 i=7.375选定球磨机每天工作24小时，要求使用寿命为5年（每年按300个工作日计算）则有n1=60730/3.551524300=4.44108 （419）n2= n1/i=6.02107 （420）查机械设计上图6.16，得zn1=zn2=1，查机械设计上图6.17, 得yn1=yn2=1hp1=hp2=hlim1zn/shmin=15001/1.1=1363.6 mpa （421）fp1=fp2=flim1ystyn/ sfmin=46021/1.5=613.3 mpa （422）验算齿面接触疲劳强度条件计算工作转矩：t1=9.55106=9.55106=4710125nmm （423）（其中，0.922是电动机到齿轮的传动效率）确定载荷系数kk=kakvkk （424）式中 k载荷系数；ka使用系数；kv动载系数；k齿间载荷系数分配系数；k齿向载荷分布系数。使用系数ka用以考虑原动机和工作机的运转特性等因素引起的动载荷而引起、入的系数。由于原动机为轻微冲击，工作机的工作特性为中等冲击，故ka=1.60。动载系数kv动载荷系数kv是用来考虑齿轮副在啮合过程中，因基节误差、齿形误差和轮齿变形等啮合误差而引起的内部附加载荷对齿轮受载的影响。直齿圆柱齿轮传动，可取kv=1.051.4；斜齿圆柱齿轮传动，因传动平稳，可取kv=1.021.2。齿轮精度低、速度高时，kv取大值；反之取小值。本设计中取kv=1.1。齿间载荷系数分配系数k由于齿轮的断面重合度一般都大于1，所以工作时单对齿轮啮合和双对齿轮啮合交替进行。当有双对齿工作时，由于制造误差和齿轮变形等原因，载荷在各啮合齿对之间的分配三不均匀的。齿间载荷分配系数就是考虑同时啮合的各对齿轮间载荷分配系数不均匀系数。它受齿轮啮合刚度、基圆齿距误差、跑合量等多方面因素的影响。简化设计方法的齿间载荷分配系数：直齿圆柱齿轮传动取k=11.2；斜齿圆柱齿轮传动k11.4。当齿轮制造精度低、齿面硬度高时，取大值；反之取小值。取k=1.2。齿向载荷分布系数k在齿轮传动工作时，由于轴的弯曲和扭曲变形、轴承的弹性位移以及传动装置的制造和安装误差误差等原因，都将导致齿轮副相互倾斜以及齿轮扭曲。齿向载荷分布系数k的引入就是考虑到齿轮沿接触线方向载荷分布不均匀的现象。当两轮之一为软齿面时，取k=11.2；当两轮均为硬齿面时，取k=1.11.35；当宽径比b/d1较小、齿轮在两支撑中间对称布置、轴的刚度性大时，取小值；反之取大值。取k=1.15。则，k=ka kv kk=1.51.11.21.15=2.277 （425）查机械设计上图6.12得 zh=2.37查机械设计上图6.3得ze=189.8因齿数不是很多。取z=0.8h= zhzez （426）带入数据得：h=515mpahp所以，齿面接触疲劳强度满足要求。验算齿根弯曲疲劳强度条件查机械设计表6.4得，yfa1=3.34 ysa1=1.5yfa2=2.28 ysa2=1.73取y=0.7则：f1= fa1 ysa1y （427）带入数据得：f1=48.17mpafp1f2=f1 yfa2 ysa2/ yfa1 ysa1 （428）带入数据得：f2=39.7 mpafp2所以，两齿轮的齿根弯曲疲劳强度满足。4.1.2减速器的选择和校核由于730/29=25.17 而i=25.17/7.375=3.45故选zd35型减速器。参数为：中心距a=350mm中心高h0=400-0.5mm传动比3.55校核：查机械设计手册. zd35的高速轴许用功率（千瓦）=126kw而电机的功率为110kw。所以减速器适合。图41减速器示意图4.1.3联轴器的选择和校核由上边的计算可知：电动机d=90mm 减速器高速轴d=70mm 减速器低速轴d=100mm 小齿轮的轴径d=120mm电动机和减速器之间的联轴器的选择：t=9550=9550=1439nm （429）所以tca=kat=2.31431=3309 nm （ka工作情况系数）查表41得：表41工作情况系数ka分类工作情况及举例电动机汽轮机四缸和四缸以上的内燃机双缸内燃机单缸内燃机转矩变化很小1.31.51.82.2续表41分类工作情况及举例电动机汽轮机四缸和四缸以上的内燃机双缸内燃机单缸内燃机转矩变化小1.51.72.02.4转矩变化中等1.71.92.22.6转矩变化和冲击变化中等1.92.12.82.8转矩变化和冲击载荷大2.32.52.83.2转矩变化大并有强烈的冲击载荷3.13.33.64.0 图42弹性柱销联轴器选用hl7弹性柱销联轴器gb5014-85许用公称转矩：6300nm许用转矩：nmax=1700r/min (联轴器材料为铁) nmax=2240r/min （联轴器材料为钢）轴孔直径：dmin=70r/min dmax=110r/min弹性柱销联轴器：由于销和柱销孔为间隙配合，且柱销富有弹性，因而获得补偿两轴相对位移和缓冲的性能。为了改善柱销与柱销孔德接触条件和补偿性能，柱销的一端制成鼓形。主要用mc尼龙6制成。减速器和小齿轮轴之间的联轴器：t=9550=9550=4905nm （430）所以tca=kat=2.34905=11281 nm所以选择jm13型弹性柱销联轴器。许用公称转矩：10000nm 最大瞬时转矩：18000 nm轴孔直径 dmin=100r/min dmax=140r/min4.1.4轴承的选择小齿轮轴承的选择选用圆柱滚子轴承n2322型。其中d=240mm d=110mm b=80mm极限转速为 2000r/min 脂润滑 2800r/min 油润滑选择脂润滑：极限转速为 2000r/min预计寿命为3000h.轴承的校核：cr=352kn cor=428kn由表42查得fp=2.5（1） 对齿轮受力分析得：轴向载荷为： （431）式中切于分度圆的圆周力；n图43圆拄滚子轴承= （432）式中主动齿轮传递的功率，nmm； 主动齿轮的分度圆，mm。带入数据得：=92400n则轴承的径向载荷为46200n由机械设计表8.5查得:x=1 y=0得p=（xr+ya） （433）带入数据得：p=2.5(146200)=115500n轴承寿命lh计算：lh=（） （434）带入数据得：lh=3330h3000h所以轴承合格。表42负载系数fp载荷性质fp举例无冲击或轻微冲击1.01.2电机，汽轮机，通风机，水泵等。中等冲击或中等惯性力1.21.8车辆，动力机械，起重机，造纸机，冶金机械，选矿机，机床等。强大冲击1.83.0破碎机，轧钢机，钻探机，震动筛等。4.1.5键的选择和校核电动机与联轴器： 2514100mm减速器高速轴与联轴器：2816100mm减速器低速轴与联轴器： 2816110mm 轴承： 281670mm小齿轮轴：3218200mm键的材料为45钢。图44普通圆头平键（型）平键联接可能失效的形式有：在静联接的情况下，较弱零件的工作面可能被压溃；在动联接的情况下，出现过度磨损；键被剪断。实际上，平键联接最易发生三失效形式通常是压溃和磨损，一般不会发生键被剪断的现象。因此，平键联接的强度计算一般只需进行挤压或磨损性计算。假设载荷为均匀分布，可得键联接的强度计算式为：p （435）式中 t转矩，nmm； d轴径，mm； h键的高度，mm； l键的工作长度，mm；对a型键l=l-b：对b型键l=l；对c型键l=l-0.5b，其中l为键的长度，b为键的宽度；许用挤压应力，mpa，见表p许用压强，mpa，见表表43键联接的许用挤压和许用压强p连接的工作方式较弱零件的材料静载荷轻度冲击载荷冲击载荷静连接时许用挤压应力钢125151001206090铸铁708050603045动连接是许用压强p钢504030则校核小齿轮轴键得：=51 mpa （436）则可用。同理可校核其他键。校核结果为键的强度足够。4.2支撑轴承的设计球磨机的主轴承（中空轴轴承）承担整个磨机回转部分的重量。它一般球磨机的主轴承（中空轴轴承）承担整个磨机回转部分的重量。它一般是由轴瓦，轴承盖，轴承底座及润滑系统组成。轴瓦底面呈球面形，装在轴承底座的凹球面形。轴承一般多用铅基轴承合金制成。轴瓦的润滑有油泵供油式和油圈带油式等几种形式。油泵供油式一般是由过滤，冷却等装置组成闭路供油系统，润滑效果较好。主轴承分固定式和活动式两种形式。活动式只适用于磨机进料端。图45球磨机的主轴承 轴瓦与轴瓦支座之间用定位板来进行定位和限制其活动。4.2.1轴瓦的设计由于重载支撑轴承，轴瓦采用了铸铅基轴承合金zchpbsb16-6-2.其特点为：用于不剧变的重载，高速的轴承，如车床，发电机，压缩机，轧钢机等的轴承，温度低于120。轴瓦上边的轴承衬得材料为巴式合金，以达到减少摩擦和增加轴瓦的摩擦强度。轴瓦的度数占圆的1/3。且轴瓦中间还开了又“一”字型油槽。采用油泵供油式润滑。轴瓦的油槽与高压油泵相连接，使油能形成一层油膜，起润滑作用。轴承上方还用低压油进行浇油润滑。由于是油润滑，就需要加密封装置。所以，采用毛毡来进行密封。由于轴承是重载，滑动摩擦，而且有温度的限制。所以对轴承的冷却就很重要。采取的措施为：如图（45）所示进行温度监控。 在轴瓦中安装蛇形冷却水管，通过冷却水的循环，对轴承进行冷却。轴瓦的校核：表44常用轴承材料的性能及用途材料牌号p(mpa)v(m/s)pv(mpam/s)应用举例耐 磨铸 铁（ht）0.05920.20.21.8铬镍合金灰口铁，用于与经热处理的轴相配合的轴承。（qt）0.51251.02.512球墨铸铁，用于与经热处理的轴相配合的轴承。续表材料牌号p(mpa)v(m/s)pv(mpam/s)应用举例铸造青铜zcusn10p1151015(20)磷锡青铜，用于重载，中速，高温及冲击条件下工作的轴承。zqsn6-6-38310(12)锡锌铅青铜，用于中载，中速工作的轴承起重机轴承和机床的一般主轴承。zcual10fe330812(60)铝青铜，用于受冲击载荷处，轴承的温度可达300。轴颈需淬火。zcupb3025（平稳）1230(90)铝青铜，浇铸在钢轴瓦上作轴衬，可受很大的冲击载荷，也适用于精密机床的主轴承。15（冲击）8（60）铸锌铝合金zznal10-520916用于750kw以下的减速器，各种轧钢机辊轴承,工作温度低于80续表材料牌号p(mpa)v