自磨机的机械毕业设计【含CAD图纸、说明书】
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商 丘 工学院2015-JXLW专业代码-编号本科毕业论文（设计） 自磨机的设计 学 院小三号黑体居中（下同）专 业学 号学生姓名指导教师提交日期年 月 日诚信承 诺 书本人郑重承诺和声明:我承诺在毕业论文撰写过程中遵守学校有关规定,恪守学术规范,此毕业论文(设计)中均系本人在指导教师指导下独立完成,没有剽窃、抄袭他人的学术观点、思想和成果,没有篡改研究数据,凡涉及其他作者的观点和材料,均作了注释,如有违规行为发生,我愿承担一切责任,接受学校的处理,并承担相应的法律责任。毕业论文（设计）作者签名：年月日 III摘 要本次设计是对自磨机的设计。在这里主要包括:传动系统的设计、装夹部位系统的设计、筒体系统的设计这次毕业设计对设计工作的基本技能的训练，提高了分析和解决工程技术问题的能力，并为进行一般机械的设计创造了一定条件。本论文研究内容：(1) 自磨机总体结构设计。(2) 自磨机工作性能分析。(3)电动机的选择。(4) 自磨机的传动系统、执行部件及机架设计。(5)对设计零件进行设计计算分析和校核。 (6)绘制整机装配图及重要部件装配图和设计零件的零件图。 关键词：自磨机，电动机，传动装置 ABSTRACT This design is from the mill design. Here include: the design of the transmission system design, system design clamping parts, cylinder systems designed for the graduation design work basic skills training to improve the ability to analyze and solve engineering problems, and for the general mechanical design to create a certain condition.Contents of this paper:(1) from the mill overall structural design.(2) from the mill performance analysis.(3) Select the motor.(4) since the mill drive system, the implementation of components and chassis designs.(5) Calculation of design parts design analysis and verification. (6) to draw the whole assembly drawings and assembly drawings and important parts of the design part of the part drawing.Key Words： from the mill, motor, transmission means 37目 录1 绪 论11.1 自磨机定义11.2 自磨机分类11.3 课题的来源、研究的意义及现状分析31.3.1 课题的来源31.3.2 课题研究的意义31.3.3现状的分析41.4 国内磨矿机加工机械设备现状与发展42 自磨机的整体参数52.1 自磨机的工作原理52.2 自磨机的主要参数计算62.2.1 自磨机的临界转速62.2.2 自磨机的理论适宜转速72.2.3 转速比72.2.4 磨机的实际工作转速72.2.5 磨机的功率82.2.6 磨机的生产能力83 自磨机的回转筒体设计103.1 筒体部分设计103.1.1 筒体的结构设计103.1.2磨门与人孔103.1.3筒体的基本要求和规定113.1.4筒体的计算123.2 磨头部分设计173.2.1 磨头的结构设计173.2.2中空轴的结构设计183.2.3磨头的计算193.3 衬板的选型设计233.3.1 衬板的作用233.3.2 衬板的材料233.3.3 衬板的种类243.3.4 衬板的安装253.4 隔仓板的选型设计253.4.1 隔仓板的作用253.4.2 隔仓板的类型263.4.3 篦孔274 研磨体的确定294.1 研磨体的运动分析294.2 研磨体运动基本方程式294.3 研磨体级配304.3.1 研磨体级配的意义304.3.2 研磨体填充率及其选择304.3.3 研磨体级配的原则314.3.4 本设计研磨体的计算设计32结论34参考文献35致 谢361 绪论1 绪 论1.1 自磨机定义自磨机又称无介质磨矿机，其工作原理与自磨机基本相同，不同的是它的筒体直径更大，不用球或任何其他粉磨介质，而是利用筒体内被粉碎物料本身作为介质，在筒体内连续不断地冲击和相互磨剥以达到粉磨的目的。有时为了提高处理能力，也可加入少量钢球，通常只占自磨机有效容积的2-3%。 自磨机的最大特点是可以将来自采场的原矿或经过粗碎的矿石等直接给入磨机。通常矿物按一定粒级配比给入磨机棒磨。自磨机可将物料一次磨碎到-0.074mm其含量占产品总量的20%50%以上。粉碎比可达40005000、比球、棒磨机高十几倍。自磨机是一种兼有破碎和粉磨两种功能的新型磨矿设备。它利用被磨物料自身为介质，通过相互的冲击和磨削作用实现粉碎，自磨机因此而得名。自磨机还被叫做无介质磨机。1.2 自磨机分类按磨矿工艺方法不同，自磨机可分为干式(气落式)和湿式(泻落式)两种。目前我国广泛使用的是湿式自磨机。自磨机有变速和不同功率定转速两种拖动方式，有的自磨机还配备有微动装置。为便于维修配备有筒体顶起装置；对于大型磨机，为消除启动时的静阻力矩，采用了静压轴承等现代先进技术，以确保自磨机能够安全运转。干式自磨机特点中空轴颈短，筒体短，这样可以使物料容易给入和易于分级，缩短物料在磨矿机中滞留时间，因而生产能力高；端盖和筒体垂直，并装有双凹凸波峰状衬板（或称换向衬板），其作用除保护端盖外，还可以防止物料产生偏析现象，即物料落到一衬板的波峰后，可以被反弹到另一方，使之增加与下落的物料相互碰撞的机会，同时保证不同块度的物料在筒体做均匀分布；筒体上镶有丁字形衬板，成为提升板，其作用是将物料提升到一定高度后靠其自重落下，以加强冲击破碎作用；给料经过进料槽进入自磨机，被破碎后的物料则随风机气流从自磨机中排出，再进入相应的分级设备中进行分级，粗粒物料则又在排出过程中借助于自重返回自磨机中再磨；自磨机的筒体直径很大，通常约为其长度的三倍。湿式自磨机特点端盖与筒体不是垂直连接，端盖衬板呈锥形；排矿端侧增加了排矿格子板，从格子板排出的物料又通过锥形筒筛，筛下物由排矿口排出，筛上物则经螺旋自返装置返回自磨机再磨，形成了自行闭路磨矿，可以进一步控制排矿粒度，减少返矿量；给矿侧采用移动式的给矿小车；大齿轮固定在排矿端的中空轴颈上。湿式自磨机的其他部分构造和干式自磨机大致相同。超细层压自磨机超细层压自磨机是当下最为著名的一种高效节能的自磨机。也是国内首创的一种自磨机。1台超细层压自磨机=破碎筛分系统+1/2 磨矿分级系统超细层压自磨机真正实现了“多碎少磨”，采用超细层压自磨机后，综合效益显著：省略了中细碎筛分厂房和设备，省略了除尘 机组，以一座大于1500吨/日的选矿厂为例，可节省投资200-1000万元以上，节能20-30%，是名副其实的无粉尘式的破碎磨矿节能环保型选矿工艺。自磨机可以处理任何性质的矿石，尤其是在粉碎石棉、铁矿、铜矿、石灰石、金矿、锰矿等物料时效果更好。自磨机的最大特点是粉碎比大，其给矿一般为300-400毫米（特殊情况可大至910毫米），经自磨后可一次磨碎到产品粒度为0.1毫米以下。粉碎比可达3000-4000，比自磨机或棒磨机的粉碎比要大十几倍到几十倍。正是由于这个最大特点，使自磨技术具有以下主要优越性：可减少破碎，粉磨和运输设备，减化工艺流程，占地面积小，基建投资少；节约粉磨介质消耗，降低电耗量，减少操作人员，减少设备运转维护费用；使用范围广，不受矿石种类的限制；矿石自磨，选择性粉碎作用强，过粉碎现象少，因此容易选别，有利于改善选矿指标，提高精矿品位和回收率。按粉碎工艺流程和是否加球，自磨磨矿可以分为三种基本类型：完全自磨，即将采自矿山的原矿不经破碎或基本不经破碎直接给入自磨机，在没有其他粉碎设备的条件下，一次完成选矿工艺所要求的细度；局部自磨，即在自磨机前面或后面还装设其他破碎或磨碎设备，自磨机只是整个粉碎工艺流程中的部分设备；有限自磨或不完全自磨，即自磨过程中加入少量的钢球介质，以提高磨矿效率。按自磨机的结构型式和自磨方法不同，自磨机可以分成干式自磨机（又称气落型）和湿式自磨机（又称瀑布型或泻落型）。1.3 课题的来源、研究的意义及现状分析1.3.1 课题的来源自磨机（Ball Grinding Mill）是一种传统物料研磨装置，至今已有一百多年的发展历史。19 世纪初期出现了用途广泛的自磨机，1870 年在自磨机的基础上发展出排料粒度均匀的棒磨机，1908 年又创制出不用研磨介质的自磨机。20 世纪 3050 年代，美国和德国相继研制出辊碗磨煤机、辊盘磨煤机等立轴式中速磨煤机。自磨机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，对各种矿石和其他可磨性物料进行干式或湿式粉磨。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。近年来我国的房地产业发展迅速，城市化建设进程的加快也带动了相关行业的快速发展，其中一个突出的体现就是水泥制造业。总部位于英国的International Cement Review（国际水泥评论） 刚刚发布其最新的Global Cement Report（全球水泥报告），该报告覆盖了160多个国家。报告指出，全球水泥消费量2008年为28.3亿t，2009年为29.98亿t，2010年更是增至32.94亿t，2012年全球水泥消费量预计将达到38.59亿t。中国目前在全球水泥数据统计中独占鳌头，2010年的消费量为18.51亿t，几乎是2004年水平的两倍，水泥消费的旺盛增长趋势促进了国内对自磨机的需求量的增加。由于自磨机的处理能力和球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，有关自磨机的研究在国内外一直受到广泛的关注和高度重视。近几年来，由于能源费用的增长和矿石品位的下降，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，自磨机的大型化已成为技术发展的方向。1.3.2 课题研究的意义随着现代工业对超细物料需求量的日益增加，对品质要求的不断提高,新的超细粉磨设备及新型粉磨工艺不断出现。行星式自磨机在能耗、钢耗和效率等方面比常规圆筒形自磨机更有优势。90 年代以来, 机械合金化法已成为制备新型复合材料的热门课题。现已发现, MA 通过行星式高能自磨机的高能研磨作用, 可以引起材料原子尺度的结合与化学反应, 可以实现非晶质化, 可以将金属间化合物组元粉体固态下生成金属间化合物, 可以使某些液态下并不互溶的体系实现较宽成分范围的固溶; 另一方面,由于高能自磨机的强烈撞击与研磨作用, 还可以制备出各种单质元素的纳米级粉体材料和金属陶瓷纳米材料等。行星式高能自磨机之所以能成功地实现上述新型材料的制备, 主要取决于行星式高能自磨机的工作能力, 本文通过对行星式高能自磨机的运动学及动力学分析, 使人们能较深入地了解到行星式高能自磨机的工作原理, 这对于MA 的理论研究是有一定参考意义的。1.3.3现状的分析常规自磨机中的球磨罐放置在水平的大盘上作行星运动,磨球和磨料受公转和自转两个水平方向离心力的作用,相互碰撞研磨产品。龚姚腾等研制的微型双筒行星式自磨机,磨筒自转和公转产生的离心力及磨筒与筒壁间的摩擦力使磨球与物料在筒内产生互相冲击、摩擦和上下翻滚等来磨碎物料；张克仁等研制的TCMJ一l型行星式超细自磨机,采用 以搓揉方式为主的平动式超细粉碎方法，实验表明,该机具有效率高、节能效果明显和超细磨矿的良好性能；陈世柱等研制的行星式高能自磨机由于磨球对粉体频繁强烈地撞击、碾压及搓揉等作用,具有较大的惯性力,因而对粉体能产生强烈的撞击,其撞击力随着转速的提高而成倍增加。1.4 国内磨矿机加工机械设备现状与发展目前，国内颗粒物加工设备有几十种，但是与意大利等先进设备相比，还存在很大差距。国内少数大型颗粒物加工企业，近几年从意大利引进数控异型加工设 备，进行复杂的颗粒物加工，进口异型加工设备主要有颗粒物加工中心、卧式数控加工机床、立式数控加工机床、数控台面加工机床等。颗粒物加工有许多工序， 即使是大企业，也是靠手工完成，特别是不规则形状表面的磨抛光，基本上是靠手工完成。国产异型加工设备虽然有许多品种，但真正功能强的数控加工机床还没 有。加工设备的发展空间较大，主要方向就是多维数控，颗粒物的设备磨抛光技术，各种复杂空间曲面的加工设备及刀具，可以借鉴金属数控加工设备的 结构及控制技术，用于加工设备。颗粒物加工设备工艺较成熟，数控金刚石串珠绳锯，数控水刀切割机，三维数控铣床等异型加工设备已经成熟，并 广泛应用于加工。磨边设备（特别是各种圆弧边），近几年不断推向市场，并实现了多头连续磨削、磨 光，设备化水平不断提高。国内自磨机发展趋势从国外自磨机近年来的发展和在国内颗粒物行业中的应用，目前国内自磨机的发展趋势主要体现在三个方面：1、自磨机向高效方面发展，如在锯片数量上增加；2、自磨机向自动化方面发展，如数控技术在颗粒物加工设备的广泛运用；3、自磨机向环境化发展，如金刚石串珠绳锯，高压水射流等环保加工设备的研制与应用。可以预见，随着颗粒物加工技术及装备的进步，颗粒物加工企业将朝着工厂化、管理信息化、优质低耗的方向发展，而高效以及自动化依然是自磨机发展的永恒主题！2 自磨机的整体参数2 自磨机的整体参数 2.1 自磨机的工作原理自磨机的主要工作部分是一个装在大型轴承上水平放置的回转筒体，筒体用隔仓板分为几个仓室，在各仓内装有一定形状和大小的研磨体。研磨体一般为钢球、钢段、钢棒、卵石、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。 图2-1 自磨机整体结构图主轴承，主轴承全采用静压轴承用以支撑回转体，在磨机工作时一直提供高压油，自动进行静压油膜补偿，保持油膜厚度，从而使主轴瓦与中空轴颈不完全接触，降低了启动载荷，减少了摩擦与冲击，延长寿命，提高磨机运转效率。在磨机停运时，高压油将轴颈浮起，使轴瓦不被擦伤，延长轴承使用寿命。 传动部，传动部包括大齿轮、小齿轮轴组、齿轮罩等，采用喷射润滑装置润滑。 慢速驱动装置，慢速驱动装置有电机和行星减速器构成。当磨机安装和维修时，慢速驱动装置可使磨机慢速驱动，其好处在于：当磨机停机 1 小时后，在筒内的矿料、矿浆和磨球会凝结成大板块，如果直接以正常速度启动，大板块会砸在筒体上，致使衬板和筒体严重变形。图2-2 自磨机回转体内部结构图给矿装置，通常采用小车给矿。小车用制动电机驱动，可以在轨道上自行移动、即停即止。 半自磨机除了上述主要结构外，还有一些辅助装置。空气离合器、液压顶起装置、机械手、防护罩等。空气离合器用来实现分段启动，减少电网电压降和机械损伤，在正常运转时还能起到超负荷保护作用；液压顶起装置，该装置在筒体下部，可将筒体顶起来进行维修；机械手，操作人员可以用机械手来对衬板进行更换，降低劳动强度，提高工作效率；防护罩，对开式齿轮起保护作用。 2.2 自磨机的主要参数计算2.2.1 自磨机的临界转速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角=0，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，脱离角=0，将此值代入研磨体运动基本方程式，可得临界转速,由11 （3-1）式中：临界转速，r/min；筒体有效半径，m；磨机筒体有效直径, m。代入公式（3-1） 以上公式是在几个假定的基础上推导出来的，事实上，研磨体与研磨体、研磨与筒体之间是存在相对滑动的，而且物料对研磨体也是有影响的。因此，实际的临界转速比计算的理论转速要高，且与磨机结构、衬板形状、研磨体填充率等因素有关。2.2.2 自磨机的理论适宜转速使研磨体产生最大粉碎功时的筒体转速称作自磨机的理论适宜转速。当靠近筒壁的最外层研磨体的的脱离角=5444时,研磨体具有最大的降落高度,对物料产生粉碎功最大。将=5444代入式cos，可得理论适宜转速,由11 （3-2）代入公式（3-2） 2.2.3 转速比自磨机的理论适宜转速与临界转速之比，简称为转速比,由11 （3-3）上式说明理论适宜转速为临界转速的76%。一般磨机的实际转速为临界转速的7080%。2.2.4 磨机的实际工作转速 磨机理论适宜转速是根据最外层研磨体能够产生最大粉碎功观点推导出来的。这个观点没有考虑到研磨体随筒体内壁上升过程中，部分研磨体有下滑和滚动现象。根据水泥生产中磨机运转的经验及相关统计资料来确定磨机的实际工作转速。下面几个经验公式是对干法磨机的实际工作转速的确定方法,由11当m时 （3-4）当1.8m2.0m时 （3-5）当1.8m （3-6）式中: 磨机的实际工作转速，r/min；磨机的有效内径，m；磨机规格直径，m。代入公式（3-4） r/min2.2.5 磨机的功率影响磨机需用功率的因素很多，如磨机的直径、长度、转速、装载量、填充率、内部装置、粉磨方式以及传动形式等。计算功率的方法也很多，常用的计算磨机需用功率的计算式有以下三种,由5 （3-7） （3-8） （3-9）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（3-7）计算： kW磨机配套电动机功率计算=1.31.1442=632kW式中: 与磨机结构、传动效率有关的系数，见表2-1；电动机储备系数，在1.01.1间选取。表2-1 与磨机结构、传动效率有关的系数磨机形式干法磨中卸磨边缘传动1.31.4中心传动1.251.352.2.6 磨机的生产能力A.磨机小时生产能力的计算影响磨机需用功率的因素很多，主要有以下几个方面：粉磨物料的种类、物理性质和产品细度；生产方法和流程；磨机及主要部件的性能；研磨体的填充率和级配；磨机的操作等。常用磨机生产能力经验计算式为,由5 （3-10）式中: 磨机生产能力，t/h；磨机所需功率，kg/kW；单位功率生产能力，kg/kW；流程系数，开路取1.0；闭路1.151.5。代入公式（3-10） = 24 t/h将一起考虑，干法开路长磨粉磨系统，值为5560。B. 自磨机的年生产能力,由5 =8760 （3-11）式中: 磨机的年生产能力，；磨机台时生产能力，；磨机的年利用率，生料开路磨80%，生料闭路磨78%，水泥开路磨85%,水泥闭路磨82%。所有系统的年利用率不得低于70%。代入公式（3-11） =8760=876080%24=168192 t/y3 自磨机的回转筒体设计3 自磨机的回转筒体设计3.1 筒体部分设计3.1.1 筒体的结构设计 A筒体的结构形式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。B筒体与端盖的联接形式 筒体与磨头端盖的联接形式有以下三种：a.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。b.内接型法兰联接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。c.无法兰联接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。 3.1.2磨门与人孔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。A.磨门磨门分“内提式”和“外盖式”两种结构类型。a.内提式磨门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。b.外盖式磨门外盖式磨门的突出优点是磨门衬板和筒体衬板完全一样。本磨机选用的是外盖式磨门。B人孔a.内提式磨门的人孔内提式磨门的人孔有带补强板和不带补强板之分。b.外盖式磨门的人孔外盖式磨门的人孔，均须设置固定磨门的“人孔框”。人孔框同时也起到补强板的作用，与筒体的联接均采用铆钉铆接。人孔的尺寸、孔口倒棱、孔面粗糙以及四个孔角的圆角半径等，基本要求和内提式磨门的人孔相同。3.1.3筒体的基本要求和规定 A.钢板材质和厚度的选择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。B.筒体的有效内径和有效长度,由5a.筒体的有效内径 （4-1） 式中:筒体的规格直径，m； 筒体的有效直径，m； 衬板平均厚度，m；一般取=0.05m。代入公式（4-1） m b.筒体的有效长度 （4-2） 式中: 筒体的规定长度，m；筒体的有效长度，m；、分别为隔仓板、端盖衬板、扬料装置的厚度,m；取0.32m。代入公式(4-2) mC.筒体钢板的排列原则a.充分利用钢板的规格尺寸和卷板机的最大能力，使筒体的焊缝总长达到最短为原则来排列钢板，厚钢板与薄钢板对接焊的过渡斜率不大于1：10为宜。当筒体纵、环焊缝在排列中发生矛盾时，应以减少纵焊缝为主来处理，这是基于焊接应力场的矢向都平行于筒体素线，避免形成应力叠加来考虑的。筒体段节间的纵向焊缝，应按100mm的整倍数错开，这是基于筒体上的衬板螺栓孔的周向节距是按100mm考虑的，这样可使各段节筒体上的螺栓孔，得到距焊缝最大的距离。b.焊缝距各种孔边的最小距离焊缝不许通过筒体上的任何开孔。焊缝坡口边至孔边的最小距离为筒体厚度的2倍且不小于75mm为宜。当焊缝必须通过人孔加强板下面时，该焊缝必须全长磨平，磨平表面的粗糙度不应低于钢板表面的相应值。3.1.4筒体的计算A作用于筒体的总载荷Q,由11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，另一部分是动态研磨体（包括物料）所产生的力P。a.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)代入公式(4-4)代入公式(4-3)b.动态研磨体所产生的力P磨机内研磨体在抛落状态运转时,研磨体所产生的力,主要有泻落部分面积的重力及部分的离心力和抛落部分面积的冲击力等三部分.一般情况下,动态研磨体由上述三部分力所产生的合力,只比静态研磨体的自重G大2%,即: P=1.02G (4-5)式中： P 动态研磨体产生的力,N.代入公式(4-5) P=1.0251.39.8=5.13N c.粉磨物料的重力粉磨时研磨体和物料是混合在一起的,这部分物料重量约为研磨体重量的14%。即:=1.14G (4-6)式中: 粉磨物料的重力,N.代入公式(4-6) =1.1451.39.8=5.73Nd.磨机运转时,作用于筒体上的总载荷Q Q=+1.14P (4-7)代入公式(4-7) Q=9.63+1.145.13=1.548NB.边缘传动时大齿圈的圆周力,由11 (4-8)式中: 圆周力,N;N磨机需要的功率,kW;n磨机筒体的转速,r/min;大齿圈的节圆半径;m.代入公式(4-8) NC.筒体作用力的分布,由11计算作用在筒体上的弯矩时,筒体上的作用力分布如图4-1所示。a. (4-9) 式中: 单位长度上受力,; 筒体长度,.代入公式(4-9) =9.2b.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: (4-10)二仓单位长度上受的力为: (4-11)式中: 、分别为一、二仓单位长度上受的力,;、分别为一、二仓动态研磨体的作用力,N;、分别为一、二仓的长度,.P=G= （4-12）代入公式（4-12） 根据生产实践，一般干法开流生产磨机：双仓磨时，第一仓仓长为全长的30%40%，第二仓仓长为全长的60%70%。代入公式（4-10） =c.边缘传动大齿轮的重力作为集中载荷。磨头重力和磨尾重力也作为集中载荷，其作用点在磨头（或磨尾）和筒体接触面至支座（主轴承）支反力作用点距离的1/3处。D.筒体弯曲强度,由11a.进料端主轴承处的支反力 （4-13）代入公式（4-13）图3-1 磨机筒体作用力的分布b.出料端主轴承处的支反力 （4-14）代入公式（3-14）d.磨机筒体所受的最大弯矩 （4-15）令代入公式（4-15） e.磨机筒体所受的扭矩 （4-16）将式（4-8）代入（4-16）中得 （4-17） 代入公式（4-17）f.磨机筒体所受当量弯矩M （4-18）代入公式（4-18） 式中: 筒体所受当量弯矩，；筒体所受最大弯矩，；筒体所受扭矩，；折合系数，一般取为0.50.6。g.磨机筒体抗弯断面模数W （4-19）式中: 筒体抗弯断面模数，；磨机筒体的外半径，；磨机筒体的内半径，。代入公式（4-19） h.磨机筒体所受的弯曲应力 （4-20）式中: 筒体所受的弯曲应力，；筒体所受的当量弯矩，；筒体抗弯断面模数，；筒体断面消弱系数，是由人孔和衬板螺栓孔所引起的，一般取C=0.80.9。代入公式（4-20） i.磨机筒体的许用弯曲应力磨机筒体是在变载荷作用下长期连续工作，因此，筒体断面许用应力应按筒体材料的疲劳极限来确定。 （4-21）11 （4-22）11式中: 许用弯曲应力，；筒体材料的疲劳极限，；筒体材料的屈服极限，；筒体材料的抗拉强度极限，；安全系数，。代入公式（4-22） 代入公式（4-21） j.验算磨机筒体的弯曲强度E筒体径向刚度的计算磨机筒体是一个大直径的薄壁圆筒，容易产生径向变形。径向变形如果超过一定数植将会影响磨机正常运转，必须对筒体径向变形加以限制。对于圆柱形的客体，一般用来控制，是经验值。在磨机筒体上，根据目前的经验一般取=150。筒体纵向挠度，一般控制在0.3/1000以内，而这样小的挠度反映到具有球面支承的主轴承上，是不足为虑的。3.2 磨头部分设计3.2.1 磨头的结构设计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。一般大中型磨机中空轴多采用ZG270500，而小型磨机因受力较小，考虑到成本和取材容易，一般采用铸铁或球墨铸铁。本磨机选用的是钢板焊接端盖，中空轴与端盖止口圆用螺栓连接。3.2.2中空轴的结构设计参考文献5，中空轴的结构和相关尺寸如图3-2所示：d0 中空轴轴颈部位的直径，根据磨筒体内研磨体的最大装载量来确定必须满足研磨体不能进入中空轴的要求。一般水泥磨 = 0.300.36，取d0 =（0.40.5）D (筒体规格尺寸)；已知 D = 2400mm ，则mm ,取d0 = 1100 mm 。b0 中空轴轴颈宽，根据支座反力R、主轴瓦的许用压力p和轴瓦包角通过计算确定：mm （4-23）图3-2 中空轴的结构及相关尺寸式中 ，一般多取120，0.2d0是为了保持主轴瓦有必要的稳定性和油膜的形成。取进料中空轴=345mm，出料中空轴mm，初定中空轴内径=925mmd1 = d0+34cm,d1 中空轴的轴肩直径,取d1 = 1130 mm 。r =(0.050.10)d0 ,r 轴根圆角半径,取 r = 100mm 。当=90时，+1.01.5cmLt 由主轴承中心至法兰端面的距离，取 Lt = 408 mm 。，则 法兰外径,取=1700mm。hf 法兰厚度，一般不应小于端盖法兰部位的厚度，hf 70 mm 。db 螺栓孔直径，由螺栓直径决定，应使db0.7hf ,db = 36 mm，则=15561613.6mm;取dt = 1600mm ,df 螺栓分布圆直径. 3.2.3磨头的计算参考文献5，磨头的结构形式和尺寸如图3-3所示支座反力N,筒体转速n=20r/min,传动需用功率,支承中心至法兰端面的距离mm.筒体材料为Q235，当钢板厚度为1640mm时，其，=0.28。端盖材料应与筒体相同。端盖外径D=2400mm,补强板外径=1930mm,端盖法兰直径d=1700mm,端盖钢板厚度h=40mm,补强板厚度=35mm.A端盖的计算a.系数k的计算:,.b. 端盖轴线转角的计算: （4-24）代入公式（4-24） 0.0038,此值为满载运转时的全转角。c.端盖外径D处的应力计算: (4-25)代入公式(4-25) 图3-3磨头的结构形式及相关尺寸d.端盖内径d处的应力计算: (4-26)代入公式(4-26) 此处是法兰止口,应考虑1.5倍的应力集中系数,即252518181111百分含量 % 18422614100根据mm，确定90mm球为最大级钢球，该磨为二仓开路磨，一仓钢球级数取4级，依次递减选90mm、80mm、70mm、60mm四种钢球级配。每一级比例按“各种规格钢球质量百分比等于物料相应各粒度级别质量”的原则确定为：90mm球 钢球重量21.118%=3.79t 钢球个数n=3.79334=1266个80mm球 钢球重量21.142%=8.86t 钢球个数n=8.86474=4199个70mm球 钢球重量21.126%=5.49t 钢球个数n=5.49709=3889个60mm球 钢球重量21.114%=2.96t 钢球个数n=2.961125=3330个按个数平均球径算法=72.68mm，恰符合平均球径=72.1mm。B. 二仓钢球级配根据研磨体级配原则，二仓最大球径与一仓最小球径相等，且球的配比为“两头小中间大”的原则配，球的级数可选为34级，取3级。以60mm求25%，50mm球50%和40mm球25%进行配合：即 60mm球： 30.225%=7.55t50mm球： 30.250%=15.1t40mm球： 30.225%=7.55t得本课题设计的2.410m生料磨级配方案见表（5-3）表4-3 2.410m生料磨级配方案一 仓二 仓钢球(mm)重量(t)钢球(mm)重量(t)903.79607.55808.865015.1705.49407.55602.96结论本课题结合目前国自磨机的研究现状和发展方向，具体阐述了一种自磨机开发过程。本文主要完成的工作如下：1、自磨机结构方案的确定。分析了自磨机的特点，确定了自磨机基本结构，并确定其基本尺寸。2、确定了自磨机技术指标及参数。对该自磨机进行了计算。3、零件的刚度和寿命计算与校核。对各个已设计零件进行刚度和寿命计算，确保满足使用要求，使该自磨机有足够的可靠性。通过本次毕业设计，不仅把大学所学到的理论知识很好的运用到毕业设计中，而且培养了自己认真思考的能力，在处理问题时有了新的认识和方法，并加强了和同学之间进行探讨和解决问题的能力。通过对专业知识的接触和深入学习，以及对相关信息的获取，我深切地认识到，就目前的发展而言，我国的工业还比较落后，与发达国家相比还存在很大的差距。尽管我们不断地在努力，但想在很短的时间内改变这种现状是很难的，尤其是对于我们这样一个国情的大国。所以，我们应该拥有的是一种民族意识，不断的追求创新。 本次毕业设计中，我做的是自磨机整体设计部分，通过本次毕业设计，不仅锻炼了自己查阅资料的能力，而且能够熟练运用国家标准、机械类手册和图册等工具进行设计计算分析。这次毕业设计还让我体会到团体的力量，提高自己的团队意识，遇到问题时和小组成员进行讨论和分析或是请教老师，直到得到满意的结果。展望:希望能将这套设计应用到具体实践当中,通过实践来验证理论的正确性。通过理论知识与具体实践结合起来，才能真正把一门知识应用起来。参考文献1 张建民.机电一体化系统设计M.高等教育出版社，2001（2）：4549.2 冯开平，左宗义.画法几何与机械制图M.华南理工大学出版社，2005（3）：5160.3 顾崇衔.机械制造工艺学M.陕西科学技术出版社，1999（6）：11.4 哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学M.高等教育出版社，2002（4）：7983.5 华东纺织工学院 哈尔滨工业大学 天津大学机床设计图册S上海科学技术出版社1979（5）：1521.6 机械设计手册编写组机械设计手册S机械工业出版社1986（6）：1218.7 邱宣怀机械设计M高等教育出版社2004（2）：4951.8 李华，李焕峰机械制造技术M机械工业出版社出版2003（5）：33379 叶伟昌 ，林岗副机械工程及自动化简明设计手册S机械工业出版社出版2008（2）：5662.10 姚立健.胡学同.周杏鹏.张军 水果机器视觉自动分选机同步控制系统设计期刊论文-农业机械学报 2008(11) 11 濮良贵.机械设计（第七版）M.北京：高等教育出版社，2004：34-46.12 徐灏主.新编机械设计师手册M.北京：机械工业出版社，1995：99-140.13 张立勋，董玉红.机电系统仿真与设计M.哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2006：53-78.14 吴宗泽.机械结构设计M.北京：机械工业出版社，1987：97-112.15 白文庆.数控改造化车床的数控设计J.机械产品与科技，2005，3（2）：92-102.16 张树森.机械制造工程学M.沈
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