毕业设计（论文）-球磨机边缘单传动系统设计【全套图纸】 .pdf

学号 10110109515 毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）文） 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 39m 球磨机边缘单传动系统设计球磨机边缘单传动系统设计 教 学 系： 机电工程系 指导教师： 专业班级： 机制（数控）1095 班 学生姓名： 二零一三年六月 毕业设计毕业设计(论文论文)任务书任务书 学生姓名 专业班级 机制 1095 班 指导教师 工作单位 机电系 设计(论文)题目 39m 球磨机边缘单传动系统设计 设计（论文）主要内容： 设计一39m 球磨机边缘单传动系统： 粉磨物料：普通硅酸盐水泥； 入磨粒度15mm； 出料细度 4900 孔筛筛余 5-8； 产量：40-50t/h； 传动方式： 边缘单传动； 磨机功率：1000 kw； 磨机转速：17.6 rpm 要求完成的主要任务及其时间安排: 1. 拟定球磨机边缘单传动装置的总体方案； 2. 计算有关参数并对主要零部件进行校核； 3. 绘制球磨机边缘单传动装置的总图及零部件图，图纸工作量折合为 2 张 a0 图幅； 4. 三维造型绘图（用 solidworks） ，作 1 个复杂零件或者一个部件的装配图； 5. 手工绘图(a3 图幅)，作 1 个复杂零件或者一个部件的装配图； 6. 撰写设计说明书； 7翻译一篇外文资料（10000 英文字符） 。 时间安排 1. 2.253.6. 1.5 周 查阅收集有关课题资料，并做好笔记、周记，完成开题报告。 2. 3.73.17. 1.5 周 翻译有关外文资料，考虑总体方案，拿出绘制的总体方案草图。 3. 3.183.24. 1 周 进行设计计算，包括工艺参数、结构尺寸、主要零件的校核。 4. 3.254.17. 3.5 周 绘制总装配图。 5. 4.185.5. 2.5 周 绘制零部件图。 6. 5.65.15. 1.5 周 编写设计计算说明书。 75.165.26. 1.5 周 修改图纸（论文） ，老师评阅，准备答辩等. 必读参考资料： 1.建筑材料机械设计，许林发。武汉：武汉工业大学出版，1989 2.建材通用机械与设备 刘瑞卿 主编 1995 3.建材机械工程手册 朱昆泉 许林发 主编 武汉：武汉工业大学出版，2000. 4.机械设计手册 北京：化学工业出版社 2001 5.管磨机 江旭昌 主编 中国建材工业出版社 1992.12. 指导教师签名： 教研室主任签名： 盖章 毕业设计毕业设计(论文论文)开题报告 开题报告 题目 39m 球磨机边缘单传动系统设计 1目的及意义目的及意义（含国内外的研究现状分析） ： 物料被破碎之后进入球磨机粉磨，球磨机是进行粉磨的关键设备，它是工业生产中广泛使 用的粉磨机械之一，适用于粉磨各种矿石及其它物料，被广泛应用于选矿、冶金、建材及化工 等行业(例如粉磨水泥，新型建筑材料、耐火材料、化肥、黑有色金属选矿、玻璃以及陶瓷等 生产)，对各种矿石和其它可磨性物料进行干式或湿式粉磨。球磨机种类有很多，如搅拌球磨 机，卧式球磨机，陶瓷球磨机，粉磨兼烘干球磨机，间歇球磨机等。根据排矿方式不同，可分 格子型和溢流型两种。 自 1893 年第一台球磨机问世以来，它就一直被广泛的应用于矿业、冶金、建材、化工及 电力部门等若干基础行业的原料粉碎中。在矿山建设时期，球磨机的设备及基建投资约占选矿 厂破磨设备总投资的 50%， 在矿山生产期间, 球磨机的能耗(电耗和材料) 同样占全部破磨作业 的 50%以上。同时, 在矿山生产中, 球磨机作为主要的生产设备，其运转率和效率常常决定了 生产效率和指标，成为生产中的“咽喉”环节。因此，无论是设计阶段对球磨机的选择还是矿 山企业在生产阶段对球磨机的管理都十分重视。同时许多球磨机的设计研究单位和生产厂家也 对球磨机进行了很多研究工作，取得了很大进展，出现了多方面的研究方向。球磨机相关技术 的发展，主要在于筒体内部零件的开发应用方面。较突出的有:衬板、隔仓板、出磨板、挡料 圈和研磨体级配等。最近几年，又在传动、磨机支承等外部系统方面取得的较为突出成果。主 要有:一是随着水泥企业规模越来越大，球磨机规格也越来越大。在最新的球磨机产品系列中， 两仓型水泥磨的规格已达到618m。从驱动电机功率看，已应用到 5000kw 以上。二是磨机 驱动方式除大家熟知的以单独异步电动机或同步电动机通过齿轮减速传动装置驱动之外，出现 了环包式电机直接驱动筒体的方式。三是减速传动装置的发展。原有的边缘传动出现了结构更 加紧凑的紧密传动方式;中心传动则应用了固定式行星齿轮减速器，进而出现了直接与筒体相 联的行星齿轮传动装置，这也使磨机变得更加紧凑。四是新的筒体支承方式获得成功。以滑履 直接支承磨机筒体代替传统的中空轴轴承支承，解决了过去笨重磨头在制造中会遇到的问题。 五是将新的传动方式和新的支承方式相结合， 开发出了全新的磨机系列产品。 当然， 与此同时， 筒体内部的衬板、隔仓板等的改进也从未停止。 传动的工作性能直接影响着所配磨机的性能和成本，有的甚至起决定性作用，传动装置在 整个磨机中占有十分重要的地位，因此，在设计磨机时应根据它的特点，精心选择传动装置。 本次设计主要是通过搜集资料，充分的了解球磨机的组成，结构，工作原理等，并在此基础上 通过对大量参考文献及对球磨机的结构的研究，设计出球磨机的边缘传动系统。边缘传动与中 心传动相比，齿轮精度要求稍低，容易制造费用低，生产效率高，且满足结构简单紧凑，传动 平稳，噪声较小，安装方便等特点。 2.基本内容和技术方案基本内容和技术方案 1.基本内容：基本内容：在满足粉磨物料为普通硅酸盐水泥， 入磨粒度15mm， 出料细度为 4900 孔筛筛余 58，产量为 40-50 t/h，磨机功率为 1000 kw，磨机转速为 17.6 rpm，传动方式 为边缘单传动这些条件下，设计出球磨机的边缘传动装置。 2.技术方案：技术方案：通过已知的边缘传动的磨机转速和功率， 初步确定四种传动系统的型式， 如下：1.同步电动机电磁联轴器大小齿轮；2.交流感应电动机三角皮册轮大 小齿轮；3.同步电动机普通联轴器大小齿轮；4.交流感应电动机减速机大小 齿轮。通过对这四种型式各方面的比较，选择出最合适的传动系统型式。确定好了传统系统型 式，首先就要选择出合适的主电机和辅助电动机的型号和规格。第二就是齿轮的设计，齿轮的 设计包括齿轮的材料选择，齿圈和磨头的连接方式，齿轮模数确定，齿轮各尺寸的确定，齿轮 强度的校核。其次就是传动轴的设计，包括轴的尺寸的确定，轴强度的校核。然后就是其他零 部件的选择，包括主减速机及辅助减速机型号和规格的选择，联轴器，轴承，垫圈，螺栓，螺 母，键，毡圈等常用标准件的选择。最后就是轴承座，传动支架的确定。 图 2-2 传动方案 1-主电动机；2-主减速器；3-辅助减速器；4-辅助电动机； 5-小齿轮；6-大齿轮；7-磨机筒体 3 进度安排进度安排 1. 2.253.6. 1.5 周 查阅收集有关课题资料，并做好笔记、周记，完成开题报告。 2. 3.73.17. 1.5 周 翻译有关外文资料，考虑总体方案，拿出绘制的总体方案草图。 3. 3.183.24. 1 周 进行设计计算，包括工艺参数、结构尺寸、主要零件的校核。 4. 3.254.17. 3.5 周 绘制总装配图。 5. 4.185.5. 2.5 周 绘制零部件图。 6. 5.65.15. 1.5 周 编写设计计算说明书。 75.165.26. 1.5 周 修改图纸（论文） ，老师评阅，准备答辩等. 4.指导老师意见指导老师意见 年 月 日 注：1. 开题报告应根据教师下发的毕业设计（论文）任务书，在教师的指导下由学生独立撰写， 在学院规定时间内完成； 2设计的目的及意义至少 800 字，基本内容和技术方案至少 400 字； 3指导教师意见应从选题的理论或实际价值出发，阐述学生利用的知识、原理、建立的模型正确 与否、学生的论证充分否、学生能否完成课题，达到预期的目标。 郑重声明郑重声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成 果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或 撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 本人签名： 日期： 目录目录 摘 要 . 1 abstract . 2 1 绪论 . 3 2 总体方案设计 . 3 2.1 球磨机的工作原理 . 3 2.2 磨机传动方式的确定 . 4 3 球磨机的传动部分设计 . 4 3.1 磨机电机的选择 . 4 3.1.1 磨机的负载特性 . 4 3.1.2 用于磨机拖动的几种类型的电机 . 5 3.2 主减速器的选型 . 5 3.3 辅助设备的选择 . 6 3.4 联轴器的选型 . 7 3.4.1 主电机与减速机之间的联轴器 . 7 3.4.2 减速机与连接轴之间的联轴器 . 7 3.5 大小齿轮的设计 . 7 3.5.1 边缘传动用大小齿轮的材料 . 7 3.5.2 大齿圈直径的确定 . 8 3.5.3 齿形的确定 . 8 3.5.4 模数的确定 . 9 3.5.5 齿轮强度校核 . 9 3.5.6 大小齿轮速比的确定 11 3.5.7 齿数的确定 12 3.5.8 齿轮各部分几何尺寸的计算 12 3.5.9 齿圈与磨体的联接 13 3.5.10 大齿圈的结构设计 . 13 3.5.11 小齿轮的安装布置 . 15 3.5.12 小齿轮与其轴的联接 . 16 3.6 齿轮罩的设计 17 3.7 轴的设计 18 3.7.1 选择轴的材料 18 3.7.2 输出轴上的功率 3 p,转速 3 n和扭矩t 19 3.7.3 求作用在齿轮上的力 19 3.7.4 轴径的初步估算 19 3.7.5 小齿轮轴的结构设计 20 3.7.6 轴的强度的精确校核 20 3.7.7 连接轴的结构设计 22 3.8 传动轴承的计算与选型 22 3.8.1 轴承的选用原则 22 3.8.2 轴承校核 23 3.9 边缘传动大小齿轮及轴承的润滑 23 3.10 键的设计 . 24 3.11 轴承盖的设计 . 25 结 论 27 参考文献 28 致 谢 30 1 摘摘 要要 球磨机是进行粉磨的关键设备，它是工业生产中广泛使用的粉磨机械之一，自 1893 年第一台球磨 机问世以来，它就一直被广泛的应用于矿业、冶金、建材、化工及电力部门等若干基础行业的原料粉碎 中。因此，无论是设计阶段对球磨机的选择还是矿山企业在生产阶段对球磨机的管理都十分重视。同时 许多球磨机的设计研究单位和生产厂家也对球磨机进行了很多研究工作， 取得了很大进展， 出现了多方 面的研究方向。 最近几年， 又在传动、 磨机支承等外部系统方面取得的较为突出成果。 主要有减速传动装置的发展。 原有的边缘传动出现了结构更加紧凑的紧密传动方式。 因为传动的工作性能直接影响着所配磨机的性能和成本， 有的甚至起决定性作用， 传动装置在整个 磨机中占有十分重要的地位， 所有本次设计选择边缘单传动。 边缘传动是中小型磨机最常用的传动方式。 它的大小齿轮，对材料、制造精度和热处理的要求都不如减速机的齿轮严格，所以制造较易，安装又简 单。而随着我国制造业的发展，大型减速机也可以由我国自主制造，磨机的制造价格也随之降低。虽然 设备重量比中心传动的重， 但造价却比中心传动低。 为了便于设备的安装与维护， 还使用辅助传动设备。 关键词：关键词：球磨机，边缘单传动，设计，校核 2 abstract ball mill is the key equipment for grinding. it is widely used in industrial production of grinding machinery. since 1893, the first ball mill was developed. it has been widely used in mining, metallurgy, building materials, chemical engineering and power sector in certain basic industries such as raw material crushing. either in the design phase for the selection of ball mill or the mine enterprises in the production of ball mill management, ball mill have been attached great importance to. at the same time, many ball mill manufacturers and design research units also made a lot of research work for ball mill which have made a great progress. the research direction came out in many aspects. in recent years, the drive and mill bearing external system has made outstanding achievements. mainly achievement is the development of the reduction gear. original edge drive appeared more compact closely transmission mode. because of transmission performance directly affects the performance and cost of grinding machine. some even play decisive role. transmission device occupies an important position in the entire mill, in the design, we choices edge single transmission. edge transmission is the most commonly used way for small and medium mill. the size of the gear, the material and heat treatment requirements are not as strict gear reducer, so making it easier to install and simple. but with the development of manufacturing in china, large reducer can also be made by our country independent, mill manufacturing price also decreases. although the equipment weight heavier than center drive, but the cost is lower than the center drive. for ease of installation and maintenance, it also to use auxiliary transmission equipment. keywords: mill，edge transmission, design, check 3 1 绪绪 论论 水泥生产为制备生料粉、煤粉和水泥,都需要进行粉磨作业。常用于粉磨的设备有以冲击研磨为主 的球磨机。 磨机在水泥生产中， 仍然是不可以完全替代的主要粉磨设备。 改善和提高产品的质量和数量, 减少动力消耗,降低生产成本,即达到优质、高产、低能耗具有重要意义。 水泥厂中粉磨设备的用电量约占全厂的三分之二,可见磨机传动装置设计是否正确,制造质量如何, 安装、检修和维护的好坏,对磨机的正常运转和电耗都有极大的影响。此设计的技术经济指标高低对于 水泥企业具有十分重要的意义。目前，主要传动方案有边缘传动与中心传动，设计时须对各种传动方式 按具体情况,从加工制造工艺,设备造价,传动效率和电耗的大小,使用和维修等多方面进行综合分析和 对比,最后确定传动方案。我国水泥行业有 13000 多台磨机和管磨机，其中 95%以上采用边缘传动，发 电、 选矿行业的球磨机、 自磨机等几乎都采用边缘传动8。 国外边缘单传动磨机功率以达 4000kw 以上， 边缘双传动总功率达 9000kw， 美国大型磨机基本都采用边缘传动， 德国大功率磨机 80%左右也采用边缘 传动，我国已设计出 2000kw 的单边缘传动磨机，1000kw 的单边缘传动磨机已投入运行。回转窑、烘干 机广泛用于水泥、冶金、化工等行业。边缘传动的大小齿轮装置占机器本体造价的 10-30%，是关系设 备运行状态及大型化的主要因素。 本课题是39m 球磨机边缘打传动系统设计，本人主要进行球磨机主传动部分，回转大齿轮、传 动小齿轮以及齿轮轴等主要零件的设计， 完成联轴器、 电机的合理选型， 调整磨机转速， 优化齿轮设计， 增加磨机运转的平稳性和使用寿命,满足生产工艺和生产纲领要求，各零部件尽可能选用通用件和新型 材料，以提高粉磨效率，最大幅度达到低能耗运转，保证产品质量设备在技术上先进，经济上合理，设 备具有良好的可操作性和可靠性，以满足球磨机的生产需要，提高粉磨效率。 2 总体方案设计总体方案设计 2.1 球磨机的工作原理球磨机的工作原理 物料经过破碎设备破碎后的粒度大多在 20mm 左右， 如要达到生产设备 的细度，还必须经过粉磨设备的磨细。粉磨是许多工业生产中的一个重要 过程，其中使用面广、使用量大的一种粉磨机械是球磨机。它在水泥生产 中用来粉磨生料、煤及水泥。球磨机的主要部件有进出料装置、筒体、传 动装置等。主体是由钢板卷制而成的回转筒体。筒体两端装有带空心轴的 端盖，筒体内壁装有衬板，磨内装有不同规格的研磨体。 图 2- 1 研磨体层运动及受力分析 如图 2- 1,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料面差能强制物料流动，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。 图 2-1 4 2.2 磨机传动方式的确定磨机传动方式的确定 磨机的传动方式有两种:其一为传动轴轴心线与磨机中心线平行,通过该轴上的齿轮带动筒体端盖 上的大齿圈进行传动的边缘传动形式,它用于功率1000kw的磨机,最大的磨机功率已达 8000 10000kw。 它可分为由电动机经减速器减速后驱动磨机和由低速变频同步环形马达直接驱动磨机的两 种形式。 边缘传动与中心传动的比较 a.边缘传动磨机的大齿轮直径比较大,制造困难,占地多,但精度要求较低;中心传动结构紧凑,占地 面积小,但制造精度要求较高,对材质和热处理的要求高; b.后者较前者总质量要小些,加工精度高,因此,后者的造价要高些; c.前者较后者的零件分散,供油点多,检查点多,操作及检查不方便,磨损快,寿命短; 综上,中心传动较为先进,功率小于 2500kw时,两种形式均可采用;若大于 2500kw,尽可能选用中心 传动方式。 从加工制造,机重造价,传动效率和电耗的大小,使用和维修等多方面进行综合分析和对比，结合我 国的国情，本课题采用边缘传动。传动方案如图 2-2 所示： 图 2- 2 传动方案 1- 主电动机；2- 主减速器；3- 辅助减速器；4- 辅助电动机；5- 小齿轮；6- 大齿轮；7- 磨机筒体 3 球磨机的传动部分设计球磨机的传动部分设计 3.1 磨机电机的选择磨机电机的选择 3.1.1 磨机的负载特性磨机的负载特性 a.磨机的工作转速是属于恒定的,故不需调速,其速比大; b.磨机的工作类型属重载,其传动功率从 250kw8000kw或更大,是水泥厂用电最大的设备, 约占全厂生产用电的 2/3; c.磨机在正常工作时负载基本稳定; d.磨机的启动转矩约为正常工作转矩的 1.11.5 倍。 5 3.1.2 用于磨机拖动的几种类型的电机用于磨机拖动的几种类型的电机 用于磨机拖动的电机大致有四类:异步电动机、同步电动机、感应同步电动机及低速变频同步环形 电动机。 a.异步电动机 除小型磨机采用鼠笼型电动机外,都采用绕线型, jr,jrq系列(中型)及yr型(大型)异步电动 机,异步电动机使用在磨机拖动上的优缺点: 优点: a.装备简单,价格便宜; b.有足够的启动转矩,可以直接启动磨机,其启动转矩可以通过接入转子绕组的串联电阻来控制; c.启动电流小,一般可控制在1.5 h i, h i为电动机的额定电流,故对电网中其它设备正常运行影 响较小; d.启动操作方便。 缺点: 功率因素较低且滞后。电网存在着大量的无功功率,损耗很大。异步电动机的功率因素与额定转速 有关,随转速的增加,其cosj提高。 b.同步电动机 优点: a. 系统装备简单,布置紧凑,启动平稳,操作方便可靠; b.功率因素超前且功率因素提高,提高用电系统的经济性。 缺点: a.设备昂贵,比较大,用铜量较大; b.维护检修复杂,电机安装精度要求高。 c.感应同步电动机 启动转矩大,启动电流小;运转时是同步电动机,功率因素超前;恒速运转,制造较为复杂,价格昂贵。 d.低速变频同步环形马达传动系统简单,可通过变频调速系统实现磨机快速调整,但结构和电器设 备复杂昂贵,投资高且安装精度要求高。 综合上述四种电机的优缺点,考虑到满足有足够的启动转矩可以直接启动磨机,求得装备简单,经济 合理,决定选用异步电动机。此外，无调速要求，启动条件沉重，大中功率，故选用绕线型电机综合 以上条件，选出主电机：江西电机厂型号：yr1250-8 额定功率：1250kw 转速：740r/min 额定电压： 10000v 3.2 主减速器的选型主减速器的选型 根据主电机，选择边缘传动磨机减速器，确定为 jdx900(硬齿面） ，速比:7.1。 根据主减速器的规格确定稀油站型号：gyxz-40a。 6 图 3- 2 mby 系列减速器与稀油站连接图 3.3 辅助设备的选择辅助设备的选择 根据参考建材通用机械手册(2)。 磨机在主传动中，再接一段减速传动机构，单独以小功率的电 动机驱动磨机， 使其能以极低的0.10.3r/min或以磨机工作转速的2%的速度回转.这段减速传动装置, 就是磨机的辅助传动装置。 辅助传动的作用：使磨机能准确地停在所需的任何位置上，如装卸研磨体时，便于把磨门对正；安 装衬板和隔仓板时，可方便地把磨体转到需要的位置上；保护磨体减小停磨后的变形。由于筒体上下受 热不均匀，而产生热变形弯曲，需每隔 1530min 将磨体翻转 180是十分有效的，可避免热弯曲的产 生。 辅助电动机的选择： 根据参考文献建材通用机械与设备(2)p198 辅助传动电机功率 n f （kw）可按下式计算： n f =k f ne n nf (31) 式中：ne主 电机功率，kw； n f 辅助电机传动时，磨机的转速，r/min n 主电机传动时，磨机的转速，r/min； k f 系数，按统计一般取 1.62。 n f =1.6125014.37 18.37 0.1321 =（kw） 故选择辅助电机： 型号：yej200l2-6 额定功率：22kw 满载转速：970r/min 额定电压：380v 辅助减速器：zsy250-i 速比:100 输入转速：970r/min 7 3.4 联轴器的选型联轴器的选型 3.4.1 主电机与减速机之间的联轴器主电机与减速机之间的联轴器 工作条件:载荷大、冲击、需正反转、电机与减速器之间速度较高,故选用弹性柱销齿式联轴器。 根据14,由式 3-2,得转矩计算如下: 9550 w p t n = (3-2) 式中: w p驱动功率，kw； n工作转速，/minr。 将上述数据代入公式,可计算得: mn n p t w =16131.75 074 1250 95509550 参考机械设计手册 (3),满足扭矩要求的联轴器型号 410265 410265 12 y y hl。 3.4.2 减速机与连接轴之间的联轴器减速机与连接轴之间的联轴器 工作条件:振动不大,低速轴转动 mn n pw t=114530.37 104.23 1250 95509550 参考机械设计手册 (3),满足扭矩要求的联轴器型号 550y280 550y280 hl14 。 3.5 大小齿轮的设计大小齿轮的设计 3.5.1 边缘传动用大小齿轮的材料边缘传动用大小齿轮的材料 边缘传动磨机上大齿圈的材料，以前多用 40、45 和 50 号钢居多。由于磨机的大型化和材料工业的 发展，现在有向合金钢方向发展的趋势，这是因为磨机大型化以后，对齿轮的精度要求亦越来越高。采 用合金钢虽然初始投资大一些，单寿命却可以大大提高，综合起来是经济的。以前，一般大齿圈都是采 用正火处理，小齿轮采用调质处理。可近来，大齿圈采用调质处理，小齿轮采用淬火处理的愈来愈多， 并且取得了良好的效果。我国近年来也出现了作为磨机大小齿轮材料比较号的钢种，主要有 35simn、 42simn，50simn 钢等。这些硅锰钢的特点是经过正火处理后，铁素体析出，硅和锰元素能强化铁素体， 因而耐磨损能力比较强，表面强度比较高。同时，它们比碳钢还贵不了多少。 大齿圈的材料及其热处理方法确定后， 就可以据此来选择合适的小齿轮材料及其热处理方法。 一般的方 法是控制硬度差，即小齿轮的表面硬度为 hb1=hb2+(4050) 式中 hb1小齿轮的硬度； 8 hb2大齿圈的硬度。 实践证明，控制一定的硬度差可以收到以下效果： a)齿轮的承载能力； b)齿轮的传动效率； c)齿轮耐磨损和抗胶合的能力； d)使大小齿轮的寿命同时得到提高。 因此，根据江旭昌主编的管磨机第 701 页，确定大小齿轮的材料及其热处理。 表 5-1 大小齿轮的材料及其热处理 齿轮 项目 大齿圈的钢种及其相应配对小齿轮钢种 大齿圈 材料 zg35crsimn 热处理 正火 调质 硬度 hb 217255 217269 小齿轮 材料 40cr 热处理 调质 表面淬火 硬度 hb 241286 hrc 4855 3.5.2 大齿圈直径的确定大齿圈直径的确定 大齿圈不宜设计的过大,因为如果大齿圈的直径很大,甚至达到磨机规格直径的两倍,则不仅使大齿 圈的重量成倍增加,造价昂贵,给制造、运输和安装等带来很大困难,而且还会使占地面积增大.所以,在 条件许可的情况下,大齿圈的直径越小越好. 大齿圈的直径可以由下式确定: d=(1.151.8)d (3-3) 式中:d大齿圈的分度圆直径,mm; d磨机筒体的规格直径,mm. 将 d=3000mm 代入得 d=34505400mm 大齿圈直径确定以后,承载能力就与小齿轮的直径有关,小齿轮直径越大,既速比越小,所能传递的 动力就越高. 3.5.3 齿形的确定齿形的确定 磨机的齿轮传动属于开式传动，这就决定了磨机大小齿轮的破坏和失效的主要原因是磨损和胶合。 许多磨机上的大小齿轮都是因为轮齿薄无法再用而报废。在我国磨机上的大小齿轮以前都是采用直齿， 前几年投产的冀东水泥厂在煤磨上采用了斜齿。在国际上，近几年由于磨机的大型化，为了提高齿轮的 性能，斜齿应用越来越广。但由于它制造比较复杂，对安装要求比较高，因此在大型磨机上应用也远远 不及直齿那样广泛。本课题采用标准直齿。 9 3.5.4 模数的确定模数的确定 模数对齿轮的加工、运转、使用寿命、金属消耗和成本等都有影响.在满足强度要求的前提下,采用 较小模数的齿轮具有以下优点: a.当齿轮直径相同时,模数越小,大小齿轮的齿数和越大,则磨损越小,胶合的危险性就越小; b.模数小,噪音小,振动小,动载荷也小; c.模数越小加工精度越易于保证,摩擦损失也越小,则传动效率越高; d.加工容易,成本降低; 大齿圈的重量主要集中在轮缘上,约占 6070%.但轮缘厚度与模数有关,即模数小轮缘薄,于是大齿 圈的重量也就减轻了,可以节省金属. 所以,采用小模数是合理的,但是,采用小模数并不是任意的小,而是在保证强度的条件下,尽量采用 较小的模数。 3.5.5 齿轮强度校核齿轮强度校核 以下校核公式参考江旭昌管磨机 a 按齿面接触疲劳强度设计 32 1 1 21 () he t hd z z zkt u d u e s + = f (3-4) 式中: t d1小齿轮分度圆直径，mm； h z节点区域系数； e z材料系数，单位为mpa； e z重合度系数，一般可取 e z=0.850.92； h s许用接触疲劳应力，单位为 mpa； d f齿宽系数，其 d f= 12/d b =0.50.85； k载荷系数； 1 t小齿轮的转矩； u齿数比。 小齿轮转矩： 1 t=9.55 6 10 n p =9.55 6 101600/104.23 10 =1.47 8 10 (nmm) 选取 u=i=7.1， d f=0.8， e z=188 a mp， h z=2.14， e z=0.90 选取材料接触疲劳极限应力为 1lim 360 h s=， 2lim 340 h s= 选取材料弯曲疲劳极限应力为 1lim 150 f s=， 2lim 125 f s= 应力循环次数：atnn 11 60= =6010o（1030024） =4.3210 8 式中: 1 n齿轮转速，单位为 r/min； a齿轮每转一转轮齿同侧齿面啮合次数； t齿轮传动的总工作时间，单位为 h。 78 12 1078 . 6 4 . 6/1032 . 4 /=unn 接触疲劳寿命系数为 1 1.1 n z=， 2 1.1 n z= 弯曲疲劳寿命系数为1 1 = n y，1 2 = n y 接触疲劳安全系数为0 . 1 min = h s 弯曲疲劳安全系数为4 . 1 min = f s 试验齿轮的应力修正系数为 st y=2.0 试取8 . 1= t k 许用接触应力和许用弯曲应力： 1lim 11 min 360 1.1396 1 h hn h zmpa s s s= 2lim 22 min 340 1.1374 1 h hn h zmpa s s s= 2lim 11 min 1502 1214 1.4 f fn f ympa s s s = 2lim 22 min 1252 1178.57 1.4 f fn f ympa s s s = 11 (34)-代入得： 选取1 . 1= v k，75. 1= a k，02. 1= b k，1= a k 2= va kkkkk ab 保证 mmdd tt 1021035. 1 8 . 1 2 1 3 1 = mmzdm28.3636/10211/1= 由渐开线圆柱齿轮模数系列（gb1357-78）可选模数为 30。 b 校核齿根弯曲疲劳强度 外齿轮的复合齿形系数为 8 . 3 1 = fs y;95 . 3 2 = fs y 重合度系数 e y=0.7 mpampa yy mz kt f zfsf 40079.1 .70.83 2833.80 105.712212 1 32 8 1 3 2 1d 1 = 2 2345 1.2361.50.545 1052.44 a tg r a= 按照表 11-23, 1.2 p f =1.8,取1.5 p f =,则代入公式 3-4,得 11 ()11928.54 p pfxryan=+=, 22 ()8050.86 p pfxryan=+= 轴承应具有的额定动载荷值: 10 3 6 60 21.4 36000 4 11928.5457103.87 10 cn = 由15可查得,额定静负载 0 802007859600 g ck fn=c,则此轴承合格。 3.9 边缘传动大小齿轮边缘传动大小齿轮及及轴轴承承的的润滑润滑 a.大小齿轮的润滑 边缘传动大小齿轮的润滑方式有以下几种： a)油泵喷油润滑 用专门油泵、 油管及喷油嘴将润滑油直接喷入齿轮处， 齿轮罩本身也有油池， 润滑油可以循环使用。 其缺点是油管易漏油，维护比较麻烦。 b)大齿圈带油润滑 该方式是目前应用最多的一种。 大齿轮浸在油池中某一深度， 通过大齿圈的转动把润滑油带到齿轮 的啮合处，达到润滑的目的。为了减少油的搅动和能量损失，轮齿浸入油中的深度不宜过大，一般可等 24 于一个齿高或一个半齿高。 c)油轮带油润滑 金属或非金属制成的油轮装在齿轮罩下部的心轴上， 油轮下部浸在油中， 上部分与大齿轮相啮合随 磨机回转，油即被油轮甩溅到大齿轮上。该方式有损失小，但结构复杂，维护比较麻烦。 本设计采用的是带油润滑，可以减少油的搅动和能量损失，提高效率。 选用 3 号和 4 号开式齿轮油。 b.边缘传动小齿轮滚动轴承的润滑 从润滑效果考虑，滚动轴承的润滑仍以采用润滑油，即稀油润滑较好，但从便利于维护保养和简化 密封出发， 则采用润滑脂较好润滑脂在较长时间内不需添加或更换， 并能有效地与外界的尘屑和水汽相 隔绝。 润滑脂的装入量应适中，不宜过多或太少。过多容易引起轴承发热，太少使润滑效果恶化，轴承容 易磨损过早失效。一般情况下，润滑脂的添加量应保持在轴承空隙的 1/3 到 1/2 为宜。然后，用油杯 定期加油，保证良好润滑。 滚动轴承对润滑脂的要求为： a)减少摩擦和磨损； b)耐腐蚀； c)封闭性能好。 小齿轮传动轴承的负荷为重负荷， 根据管磨机小齿轮传动轴承的特点， 在本次设计中采用锂基脂润 滑。 3.10 键的设计键的设计 a.键的设计 参照机械设计课程设计一书，取键的长度为 360mm，宽度为 80mm，高度为 40mm。 b.键的校核 0. 我选用的是平键联接，参考机械零件设计手册第 285 页，得校核公式为 sfy= dkl t2 sfy (3-14) 式中 t转矩，n.mm； d轴的直径，mm； l键的工作长度，mm； k键与轮毂的接触高度，mm；平键 k=h/2； sfy键联接的许用挤压应力，mpa。由下表可查得 因为键是铸钢件，承受轻微冲击载荷，所以取sfy=100120mpa。 以下计算公式参考徐灏机械设计手册 。 因为 t=9549 n p =86627.4n.m 25 所以 sfy=2t/dkl =mpam100pa 9 . 85 360240280 10 4 . 866272 3 = 所以满足要求。 表 10-1 键联接的许用挤压应力sfy 联接的工作方式 联接中较弱零件 的材料 静载荷 轻微冲击载荷 冲击载荷 sfy 锻钢，铸钢 铸铁 125150 7080 100120 5060 6090 3045 3.11 轴轴承盖承盖的设计的设计 d0=d3+1mm (3-15) 式中 d3端盖联接螺栓直径，尺寸见下表 3-6 表 11-1 螺栓联接式轴承盖 轴承外径 d 螺栓直径 d3 端盖上螺栓数目 4565 8 4 70100 10 4 110140 12 6 150230 16 6 因为选用的轴承型号为 3003160,轴承外径 d=460mm,所以参照海建集团的成型产品,取 d3=20. 以下 校核公式参考徐灏机械设计手册 。 所以 d0=21 mm d0=d+2.5d3 =420+2.520 =470 mm d2=d0+2.5d3 =470+2.520 =520 mm e=1.2d3 =1.22 0 =24mm e1e m 由结构确定 因为轴承盖的宽度为 238mm,轴承的宽度为 106mm,所以取 m 的值为 66mm. 26 d4=d-(1015)mm =405mm b1、d1由密封尺寸确定 本课题取 b1=10mm,d1=300mm。 27 结结 论论 球磨机是传统的物料粉磨设备，具有构造简单和对物料的适应性强,造价低等优点，因而广泛 应用于水泥、矿山、有色、耐火材料等行业。在水泥粉磨过程中企业都希望粉磨过程高效率、低能耗运 行。 而物料的粉磨过程中最为重要的就是球磨机筒体的转速和物料的填充率。 伴随着当机设备的大型化 发展，球磨机边缘传动在日常生产中得到广泛的应用，大多数的中小型球磨机都采用边缘传动。本次设 计选择边缘单传动。边缘传动是中小型磨机最常用的传动方式。它的大小齿轮，对材料、制造精度和热 处理的要求都不如减速机的齿轮严格，所以制造较易，安装又简单。而随着我国制造业的发展，大型减 速机也可以由我国自主制造，磨机的制造价格也随之降低。虽然设备重量比中心传动的重，但造价却比 中心传动低。为了便于设备的安装与维护，还使用辅助传动设备。球磨机传动齿轮副的磨损主要是齿面 的磨损和折断，本次设计主要是针对传动部分的设计。 为了降低设备的维护成本，本次设计把小齿轮和轴分开，这样在齿轮磨损后直接只用更换小齿轮， 轴还可以继续使用，为了保证小齿轮的寿命，材料进行调质处理。对于大齿圈，为了便于安装做成对半 结构， 同时大齿圈两侧安装部分也做成对称结构， 这样一侧磨损时候， 可以通过换面， 继续使用大齿圈， 提高设备的利用率，降低成本。为了便于设备的安装与维护，使用辅助传动设备，便于衬板，隔仓板等 的安装；在设备停产时候，隔一段时间对球磨机筒体进一定角度的转动，减少停产时候球磨机筒体的热 变形，减少不必要的损失。通过对本次设计方案的总体分析，优点较为突出，实现了降低生产成本，提 高设备、空间的利用率，便于设备的安装、维护等特点。 28 参考文献参考文献 1 刘建寿，赵红霞.水泥生产粉碎过程设备.武汉理工大学出版社，2010. 2 许林发. 建筑材料机械设计m. 武汉：武汉工业大学出版社，1990 年 6 月.168201 3 王昆，何小柏，汪信远.机械设计机械设计基础课程设计.高等教育出版社，2010.9 4 王宇航，葛延，赵玉良.磨机传动系统的发展及展望.中国重型机械研究院有限公司，陕西西安 5 江旭昌.管磨机.中国建材工业出版社 1992.12. 6 赵玉，王宇航，庞杭洲.球磨机主传动系统的现状与改进.中国建材装备，工程师园地，2000 年 1 月：26-28 7 周伟康.大型磨机的传动设计及装置介绍j 水泥，1997：16-19 8 濮良贵，纪名刚.机械设计（第八版）.西北工业大学机械原理及机械零件教研室编，高等教育 出版社.2010,11 9 瞿铁.大型矿用磨机新边缘传动装置.有色矿