石英砂溢流型球磨机设计说明书.doc

目录1引言12总体方案设计12.1总体思路的选择12.2磨矿机的主要类型12.3溢流型球磨机的主要组成32.4溢流型球磨机的工作原理53溢流型球磨机主要参数的分析计算53.1溢流型球磨机筒体的一般尺寸53.2溢流型球磨机转速的计算53.3溢流型球磨机内球的脱离点轨迹计算73.4球的落点轨迹的计算83.5球的循环次数的计算93.6球磨机中介质充填率的计算93.7溢流型球磨机中装球量的计算113.8溢流型球磨机功率的计算113.9溢流型球磨机生产率的计算123.10球磨机工作时筒体的受力分析133.11筒体的强度计算144传动系统设计计算154.1主电动机的选择及传动比的分配154.2传动零部件的选择与设计计算164.3齿轮轴的设计计算194.4滚动轴承的选择和寿命验算204.5键联接的选择和验算224.6两大齿圈处的螺栓的联接的选择22结论23致 谢23参考文献24石英砂溢流型球磨机的设计机械设计制造及其自动化08级3班 郑明分指导老师 李慧摘要：本文设计的是石英砂溢流型球磨机。该机主要由筒体部分、给矿部分、排矿部分、轴承部分和传动部分组成。主要完成了石英砂溢流型球磨机的总体方案设计、传动方案设计、研磨体参数分析和筒体强度设计校核，并着重对传动装置的齿轮轴、联轴器、减速器、大齿圈以及工作机的结构部分进行了设计及选择，最终完成了零件图、装配图的绘制。关键词：球磨机，溢流型，研磨1引言球磨机是目前选矿厂采用最普通的磨矿机，其按照排矿方式不同而分为格子型球磨机和溢流型球磨机。溢流型球磨机的工作原理是其随着筒体的旋转和磨介的运动，由给矿部分进入筒体的矿石等物料经由研磨体破碎后逐渐向右方扩散，最后矿浆页面高过中空轴颈母线，从右方的中空轴颈溢流而出，因而得名，它也是一种广泛应用的球磨机，本次设计的溢流型球磨机是专门为石英砂选矿生产线生产设计的。溢流型球磨机主要由筒体、端盖、主轴承、中空轴颈、传动齿轮和给矿器等部分组成。该种磨机由于制造时，将排扩端盖中空轴颈内的出料管末端做成喇叭型，而且通常还在中空轴的根部装一环形的档圈，这样可以防止由端盖螺栓孔漏出的矿浆流到轴承内。溢流型球磨机通过两端的中空轴支承在主轴承上，两个中空轴对颈中，有一个可以在主轴承上轴向伸缩，另一个是固定的。该设备又在出料管中铸有螺旋线，螺旋的方向是与磨机转向相反，从而起到阻止钢球和矿石块随矿浆排出机外的作用。2总体方案设计2.1总体思路的选择根据产品粒度的要求，属于细磨，所以我首先选定的磨机为溢流型球磨机，传动方式为大小齿轮周边传动，筒体支承方式为静动压轴承支承，排矿方式为溢流排矿。溢流型球磨机与格子型球磨机的构造基本相同，其区别仅在于筒体内无排矿格子。2.2磨矿机的主要类型圆筒式磨机有四种分类方法：(1)按筒体内装入破碎介质的种类不同可分为：球磨机：以金属球作为破碎粉磨介质；主要有格子型和溢流型两种，在开路或闭路磨矿流程中对物料进行干磨或湿磨。对于溢流型球磨机来说，内径与其筒的长度一般：L=(1.3-2)D；特点是重载荷、转速低、启动转矩大。棒磨机：以金属棒作为破碎粉磨介质；棒与棒间具有“筛分分级”作用，故棒磨机具有较强的“选择性磨碎”特性。砾磨机：以砾石作为破碎粉磨介质；被磨物料严禁铁质金属混入，有用矿物很软，多用于化工、陶瓷等工业。自磨机：用被磨矿石自身作为破碎粉磨介质。也称无介质磨机，为了防止自磨机工作时发生物料偏析现象，因而筒体的内径较大，筒体长度较小，两者的比值不是常数，是随着筒体内径的变化而变化。又分为干式自磨机（一般用D/L=2-4）和湿式自磨机（一般用D/L3）两种。(2)按筒体形状不同可分为：短筒型磨机：筒体长度L不大于筒体直径D，即LD（如图la），a种磨机在选矿厂中被广泛采用。长筒型磨机：筒体长度L=(1.53)D（如图lb、c）；圆锥型磨机：筒体长度L=(0.251)D(如图ld)，由于该机充填率低，磨机利用率不充分，磨矿效率较低，所以目前只有在少数选矿厂或其他工业应用。管磨机：筒体长度L=(2.56)D (如图le)，对于开路磨矿系统，取L=(3.5.6)D，对于闭路磨矿系统，取L=(2.53.5)D.因筒体长，故物料在筒体内受磨碎的时间较长，可获得很细的粒度。筒体内分为二、三或四个不同长度的仓室时称为多仓管磨机，广泛地用于水泥工业中。(3)按排矿方式的特点可分为：溢流排料磨机：排料是通过中空轴径自由溢出（如图1 a，b，d）；格子排料磨机：在排料端盖上设有格子，产品通过格子强制而排出(如图le)；周边排料磨机；产品通过筒体周边的排料口排出(如图lc)：目前很少采用。(4)按粉磨作业特点可分为：湿式磨机：给矿的同时加入水，粉磨成一定浓度的矿浆而排出，在闭路系统中与水力分级设备组成闭路；干式磨机：排矿有的用风抽出，筒体与风力分级装置组成闭路：有的用自流排出（如水泥磨）。上述各种分类中，主要是第一分类，其它分类可用来区分各方面的不同特点。球磨机可以处理任何性质的矿石，其给矿粒度视选矿厂最后一段破碎机排矿粒度可能达到的又是比较经济的粒度而定，一般小于15mm，给矿越小产量越高。它的产品粒度一般在1.5-0.074mm之间，多用于细磨，有的也用于粗磨。棒磨机多用于粗磨，主要用来获得粒度为3mm以下的粒状产品，它的给矿粒度一般为20-25mm左右。砾磨机磨矿不用金属粉磨介质，可以节省大量的金属，因此应用越来越广。大型自磨机可直接处理600mm以下的物料，一次磨到有用矿物单位分离的细度，因此它可同时完成中、细碎和粗磨作业。旋转筒式磨机的规格以筒体内径D（不算衬板）筒体长度L表示，如智能型MQY5067溢流球磨机，是指筒体内径5030mm，筒体长度为6700mm 。图1 旋转圆筒式磨机类型2.3溢流型球磨机的主要组成1）筒体部筒体部的主要部件，由筒体、法兰盘、衬板、螺钉和人孔盖等构成。筒体部是磨机是由钢板焊接而成的。为了便于更换衬板和检查筒体内的情况，筒体上留有两个对称配置的人孔，人孔用盖子密封，盖子则用螺钉固定在筒体上。筒体上两端盖焊有法兰盘，法兰盘的止口和端盖靠合，用销钉定位，然后用螺栓均匀地拧紧。衬板用螺栓把合在筒体上，为了防止矿浆磨坏筒壳，衬板在筒体内错开排列。衬板和筒体之间垫有耐热耐碱橡胶板，有缓冲钢球对筒体的冲击和有助于衬板与筒体内壁紧密贴合的作用。为了防止料经沿螺钉孔流出，在螺帽下面垫有密封圈和锥面垫圈。磨机内衬板除保护磨机主件不被磨损外，它还有提升介质的作用。2）给矿部给矿部的作用是将被磨物料和分级返砂迅速给入磨机中。给矿部是由带中空轴颈的端盖、联合给料器、扇形衬板和轴颈内套等组成。端盖内表面上敷有扇形锰钢衬板，各衬板之间留有一定间隙颈(约15mm)，以便于安装和拆卸，衬板用螺钉直接固定在端盖上。中空轴颈内镶有一个内表面带有螺旋叶片（也有不带螺旋叶片的内套，主要根据中空轴颈粗细而定）的铸造内套，它们中间垫着衬垫，内套保护中空轴颈不受磨损，螺旋叶片随筒体旋转而把物料送入筒体内，为了防止内套和筒体相对转动，用螺钉把它固定在中空轴颈的端部，给矿器则用螺钉固定在内套的端面上。3）排矿部排矿部的作用是将已磨好的料浆能及时排出去，避免过磨，提高产量。排矿部由带有中空轴颈的端盖、格子衬板、中心衬板、楔铁和轴颈内套等零件组成。在端盖的内壁上铸有放射形的筋条，相当于隔板。每两根筋条之间有格子衬板，并用楔铁挤压住。楔铁则用螺钉穿过壁上的筋条固紧在端盖上。在中心部分是利用中心衬板的止口托住所有的格子衬板。在中空轴颈内镶有内套。内套在排矿格子的一端制成喇叭形叶片，以引导由隔板掬起的矿浆顺着叶片流出。4）轴承部轴承部由轴承座、轴承盖、表面浇铸巴氏合金的下轴瓦和销钉等组成。轴承座和下轴瓦是球面接触。下轴瓦做成凸形的球面，而轴承座为凹形球面，便于自动调心，以避免中空轴颈和轴瓦形成局部接触。为防止轴瓦转位过大而从轴承座中滑出，在轴承座和轴瓦的球面中央放在一个圆柱销钉，销钉的下部牢固地固定于轴承座上，上半部则与轴瓦的钉孔保持一定间隙。轴承盖用螺钉固定在轴瓦上。轴承部采用静动压轴承，是一种既有静压浮生作用又有动压润滑的轴承。在磨机启动前及停磨时，向轴承内供入高压油，浮起回转部，此时静压起作用；磨机正常运转时10分钟后，停止供高压油，启动压作用，称为静动压轴承。磨机启动前供入高压油，将磨机回转部浮起，约0.10-0.25mm，降低了启动负荷，减少了对磨机传动部的冲击，也可避免擦伤轴瓦，提高了磨机的运转率。磨机停止运转时，供入高压油，将轴颈浮起，轴颈在轴瓦中逐渐停转，延长了轴承的使用寿命。轴承的作用是支承磨机回转部，左、右两个主轴承结构形式相同，轴承衬与中空轴的包角呈120，摩擦面上铸有轴承合金，轴承衬与轴承座之间呈鼓形面接触，当磨机回转时可以自动调心，每个主轴承上装有二个铂热电阻，当轴承温度大于规定的温度时，能自动停磨。5）传动部传动部由小齿轮装置、齿轮罩、大齿轮等部分组成。传动轴承在两个双列调心滚柱轴承上，齿轮是直齿圆柱齿轮。为了防尘，用防尘罩将齿轮副密封。由于采用低速同步电动机驱动，使传动系统简化，即由电动机通过联轴器直接带动小齿轮，小齿轮与大齿轮啮合而使筒体旋转。球磨机大小齿轮润滑采用自动喷射润滑系统。为了维修方便，传动部中可以加入慢速装置。磨机检修及更换衬板时使用，当停机超过4小时以上时，筒体内的物料有可能结块，在启动主电机前应用慢速装置盘车，达到松动物料的目的。启动慢速装置时，主电机不能结合，主电机工作时，慢速装置不得接合，两者是连锁关系。启动慢速装置前，必须先开启高压油泵使中空轴顶起，防止擦伤轴瓦。图2 溢流型球磨机主视图2.4溢流型球磨机的工作原理图3为磨机的结构示意图。它有一个圆形筒体1，筒体两端有端盖2，端盖的轴颈支承在轴承3上，电动机通过装在筒体上的齿轮4使磨机回转。在筒体内装有介质（球或棒）和被磨物料。其总装入量为整个筒体有效容积的25-45%。当筒体回转时，在摩擦力和离心力的作用下，介质被筒体衬板带动提升。当提升到某一高度后，由于介质本身受重力的作用，产生自由泻落或抛落，从而对筒体内的物料进行冲击、研磨和碾碎。当物料达到要求后，便从筒体另一端中空轴颈口排出。各种磨矿机可用于湿磨，也可用于干磨。在湿磨时，物料随着水流流出，并且湿磨有很多优点，例如生产率高，通常比干磨高30%，产品过粉碎现象少，因此在我国几乎各选矿厂都用湿磨。干磨时，物料是靠抽风或自然排料方式排出多是对于某些忌水矿物，或因气候条件不宜用水的场合或干旱缺水地区，采用干磨作业较为合适。图3 球磨机结构示意简图1-进料；2-轴承；3-端盖；4-筒体；5-大齿轮；6-出料3溢流型球磨机主要参数的分析计算3.1溢流型球磨机筒体的一般尺寸根据产量设计筒体的有效直径：D=2.1m，则L=(1.53)D，取L=3.6m。3.2溢流型球磨机转速的计算3.2.1球磨机内粉磨介质的运动状态在磨矿机中，破碎介质的运动状态与筒体的转速和破碎介质与筒体衬板的摩擦系数有关。粉磨介质的运动，是与靠磨机衬板与粉磨介质之间的摩擦力和磨机旋转时产生的离心力的作用，使他们紧贴着筒体内壁旋转和提升。在旋转和提升的过程中，往往又因为各种条件的影响而产生不同的运动状态。按磨机的不同转速而有不同的运动状态，破碎介质在筒体中的运动状态基本上有三种：泻落式运动状态、抛落式运动状态和离心式运动状态。(1)泻落式运动状态(图4a)：磨矿机在低速运转时，全部介质顺筒体旋转方向转一定的角度，自然形成的各层介质基本上按同心圆分布，并沿同心圆轨迹升高，当介质超过自然休止角后，则象雪崩似地泻落下来，这样不断地循环。在泻落工作状态下，物料主要因破碎介质互相滑动时产生压碎和研磨作用而粉碎。(2)抛落式运动状态（图4b）：当破碎介质在高速旋转的筒体中运动时，任何一层介质的运动轨迹都可以分为两段：上升时，介质从落回点到脱离点是绕圆形轨迹运动的，但从脱离点到落回点，则是按抛物线轨迹下落，以后又沿圆形轨迹运动，反复循环。抛落式工作时，物料主要靠介质群落下时产生的冲击力而粉碎，同时也靠部分研磨作用。球磨机就是采用这种工作状态。(3)离心式运动状态（图4c）：磨矿机的转速越高，介质也就随着筒壁上升的越高。超过一定速度时，介质就在离心力的作用下而不脱离筒壁。在实际操作中，如遇到这种情况时，即不发生磨矿作用。图4 破碎介质的运动状态a-泻落式运动状态 b-抛落式运动状态 c-离心式运动状态当球磨机开始工作时，由于离心力和摩擦力的作用，球与筒体一起转动。任何一层球的运动轨迹为以筒体中心为中心，以R为半径（球所在回转层的半径）的圆周。当球与筒体一起转动而被提升到一定高度以后，因球的离心力小于球的向心分力，此时，球就以初速度（筒体的圆周速度）离开筒壁作抛物线运动，下落后，重又回到圆的轨迹上。在运转过程中，球在球磨机内即按圆与抛物线的轨迹周而复始地运动着。本次设计的球磨机的破碎介质的运动状态为抛落式运动状态。抛落式运动工作时，粉磨介质要靠介质群落下时产生的冲击力而破碎，同时也靠部分研磨作用。3.2.2溢流型球磨机的临界转速当球磨机筒体的转速达到某一数值，使外层球的断离角a=0，介质的离心力等于介质本身的重力，在理论上粉磨介质将紧贴在筒壁上，随筒体一起回转而不会将落下来，在此情况下，球磨机的转速叫做临界转速。 （1）由于此临界数值是在假定条件的基础上推导出来的，因此，理论上求得的临界转速并非实际的临界转速。球磨机的临界转速主要取决于粉磨介质的装入量和衬板表面的形状，实质上是取决于介质与介质的，介质与衬板之间的相对滑动量的大小。所以，球磨机理论临界转速只是标定磨机工作转速的一个相对标准。3.2.3溢流型球磨机的实际工作转速为了使球磨机正常进行粉磨工作，球磨机的工作转速必须小于临界转速。球磨机一般是按“抛落”状态工作。实现这种工作状态的工作转速有很多，但其中一定有最有利的工作转速。球磨机的最有利的工作转速应该保证球沿抛物线下落时的高度最大，从而使球在垂直方向获得最大的动能来粉碎矿石。由此，可确定球磨机的最有利的工作转速。理论工作转速是从粉磨介质能够产生最大粉碎功的观点推导出来的。这个观点没有考虑到粉磨介质在随筒壁上升的过程中，部分介质的滑动和滚动的现象。这会影响介质的提升高度，即真正最大的粉磨功。但在实际生产中，考虑转速不能单纯从得到最大粉磨功的观点出发，因为物料的粉磨既有冲击破碎，还有研磨作用。所以要从达到最佳经济指标的观点出发，即要求磨机的生产能力最高，单位产量功率消耗最小，粉磨介质和衬板的磨碎消耗量最小。在确定磨机实际工作转速时，应考虑磨机的直径、生产方式、衬板形状、介质种类和装添量、粉磨物料的性质、入磨粒度和粉磨粒度等因素的影响。对于大直径球磨机，实际工作转速较为低些，约低于(0.76-0.88) no；对于湿式磨机，由于水的润滑作用，从而降低了介质之间、介质与衬板之间的摩擦系数，产生较大的相对滑动。因此，在相同条件下，湿式磨机应比干式磨机的转速略高。带有凸棱的衬板表面，能减少介质的相对滑动量，增加其相对提升高度，其实际工作转速应比用平滑衬板低些等等。在理论上，球磨机最有利的工作转速为：n= (76%88%)n0综合上述因素，取n= 0.76n0，则：n= 0.76n0=0.7629.2=20 r/min （2）3.3溢流型球磨机内球的脱离点轨迹计算任取一垂直截面，如图5所示。当筒体回转时，筒体内的钢球在离心力的作用下随着筒体作圆周运动，其运动方程式为： X2+ Y2= R2 （3）式中R-筒体内半径，米。当球随着筒体沿圆形轨迹运行到A点时，作用在球上的离心力C等于球重G的径向分力，而且其切向分力丁被后面的一排球的推力作用所抵消。如球越过A点则球就以切线方向的速度v离开筒壁沿抛物线轨迹下落。故可以得到球的脱离点轨迹： （4）式中n筒体的转数，转分；已算得筒体转数n= 20r/min，则： （5）公式（5）表示筒体内各层球由圆运动转入抛物线运动是，脱离点的轨迹以o1(0，1.125)为圆心，半径为1.125m的圆的直角坐标方程式。由此可知，各球层脱离点的位置随筒体转数的不同而变化。当筒体转数不变，已知球层半径，脱离角为一定值。公式（5）为球的脱离点的轨迹方程式。3.4球的落点轨迹的计算球从A点离开筒壁，以初速度v与水平成一角度抛出而沿抛物线轨迹运动，最后落到筒壁上的B点（图5）。B点称为落点B称为落角。取A点为XAY坐标的原点，则对该坐标可写出球沿抛物线运动的轨迹方程式为： （6）图5 球的落点轨迹对XAY坐标，球沿圆周运动的轨迹方程式为： （7）落点B的位置就是两运动轨迹的交点。将公式(6)和公式(7)联立解之，可得B点的坐标为： 式中R-筒体半径，R=1.05m；-断离角，取当处于最有利的工作条件，；则： 落角 由此，从图4中可以明显看出：从球的断离点到它的落点的圆弧长度，以及与它相适应的圆心角等于4。球的断离角越大，其落角也越大。此角决定了落点B的位置。3.5球的循环次数的计算 球在球磨机中运动一周的时间并不等于筒体旋转一周的时间。球在圆的轨迹上运动的时间是： （8）球在抛物线轨迹上运动的时间是： （9）球运动一周的全部时间是： （10）当球磨机旋转一周时，球的循环次数是：次/转 （11）式中t-筒体回转一周的时间，。 由此可见，球的循环次数取决于断离角。球磨机筒体转速不变时，球的循环次数是随球所在回转层的位置而异。同一层球的循环次数，随转速的改变而变化，转速愈高，a角愈小，因此，在筒体转一周的时间内，循环的次数也愈小。达到临界转速时a=0，因此，在筒体转一周的时间内，求也回转一次。 以上是利用数学公式分析的方法来讨论钢球在筒体内的运动情况，因而导出一些用试验方法进行观察时所不易得到的结论和参数关系。实验证明，理论和实际是相似的。其实际运动情况与理论间存在的差异主要是钢球在筒体内的运动并不像我们在推导数学公式时所假定的那样，事实上，各层钢球之间并非互相静止，而是有滑动现象存在。3.6球磨机中介质充填率的计算球磨机运转过程中介质装入量及其运动形态是直接影响筒体受力的主要因素，介质的运动形态又主要受介质装入量和介质的形状、尺寸、配比和磨机转速、衬板形式、磨机中物料量及其流变特性等因素制约。通常把介质的装入量用介质充填率表示，介质充填率是指磨机静止时介质所占筒体有效容积百分数，介质充填率的多少是磨机能否很好发挥效率的主要因素之一。 我们在研究球在球磨机内的运动规律时，先要介绍一下介质充填率问题，充填率的选择，首先从破碎比及处理能力方面进行综合考虑，一般情况下，小型磨机采用的充填率较高，而大中型磨机的充填率较低，但关键是要达到最佳的旋转介质流量与矿浆的比率，一定是最佳的动力学条件钢球有一个相对大的抛落程度，使得充填料松散和膨胀，使大球和大块物料落到筒体底部，充分利用钢球的动势能，使粗物料迅速被破碎。对于这种破碎比较大，处理能力要求较高，且转速比、钢球尺寸的级配一定的条件下，小的充填率难以满足要求，更须一个相对适中的充填率，另外，从能耗及金属磨耗两个方面考虑，在运转过程中，磨机筒体内钢球的分布及本分为外层抛落区、内层泻落区及中间惰性区又叫“死区”。外层抛落区的钢球具有较大的冲击能，主要起到破碎物料的作用。 内层泄落区的钢球与钢球之间的间距小，主要起到粉磨物料的作用；中间惰性的钢球呈“悬浮”状态，对于物料没有作用，因此没起到破碎或粉磨物料的作用。过高的充填率会使无磨矿作用的惰性区增大，并会带来能耗过大和磨损严重的问题；过低的充填率，虽具有较大的平均磨球提升力，致使外层抛落区增大，而起到粉磨作用的泄落区减小，粉磨效果差，排料粒度粗，以格子型球磨机为例，经过设计计算确定充填率。因此关于球磨机的介质充填率计算方法如下： 图5为磨机静止时筒体剖面图，图中阴影部分为介质所占面积。设筒体有效截面积为F，阴影部分所占面积为S磨机有效内长为L，磨球充填率为： （12）图5中R为磨机有效内半径，弦AB对的圆心角为2a，h为介质表面层（弦AB)与筒体中心线的垂直距离。夹角为的OAB扇形面积。等于： （13）图6 球磨机静止时破碎介质充填率式中：按弧度计。 (弧度) （14）设弦AB长等于a，则此得到 （15）又介质所占面积： （16）又圆面积，将F值及(16)式代入(12)式得： （17）在实际生产中测得装球高度a=2012mm，衬板厚120mm，（钢球松散密度为4.5t/m3)即可利用式计算溢流型球磨机介质充填率为39.855%，取=40%。从现场生产验证知=40%是发挥磨机最大效能的介质充填率。3.7溢流型球磨机中装球量的计算 磨机内装球量的多少及各种介质直径的配比，对磨矿效率有着非常重要的影响。装球量过少，会使磨矿效率降低；装球量过多，内层球运动时则会产生干涉作用，破坏了球的正常抛落运动，使球在下落时冲击能量减少，磨矿效率因此降低。装球量的多少不仅与筒体的有效容积有关，而且也与磨机的转速有直接关系。一般情况下，在筒体转速一定的前提下，装球量达到某一值时，能获得最大生产率。磨机的装球量可按下式计算： （18）式中 D-磨机筒体的有效直径，m； L-磨机筒体的有效长度，m； -粉磨介质的充填率； Y-粉磨介质的堆密度，此处，锻造钢球取4.5 t/m3。3.8溢流型球磨机功率的计算 磨矿机的功率主要消耗于破碎介质在圆轨迹上运动时，从落回点提升到脱离点，并使其具有一定的运动速度，即获得抛出的动能，而沿抛物线轨迹下落。这种功率称为有用功率。此外，尚有一小部分功率消耗于克服空心轴颈与轴承之间的摩擦和传动装置的阻力。输入电机的电能主要消耗在三个方面： (1)电动机本身的损失，约占总电能的5%10%，与电动机本身效率有关。(2)机械摩擦损失，即克服传动部件间的摩擦所消耗的功率。它与磨机轴颈和轴承的构造、传动方式及润滑方式等有关，并与磨机转数成正比，这部分约占总电能的10%15%。 (3)有用功率，即使粉磨介质和物料生产线规定的运动进行磨料作用所消耗的功率，其大小与介质装入量和磨机转数等有关，约占总电能的75%80%。 目前，确定磨矿机所需功率的方法有：按每吨产量的单位能耗计算；按经验公式计算；按理论公式计算；按类比计算；我选择用理论公式计算。 球磨机处于抛落工作状态时，物料在磨矿机中的磨碎作用主要依靠落下来的冲击功能。所以，磨矿机所消耗的有用功率N，应该等于抛落下来的球载在单位时间内 所作的功，即： 千瓦 （19） 按公式算出的磨矿机有用功率是偏高的，因为球载落下时产生的冲击动能只有一部分动能消耗在击碎物料上，还有一部分能量传给磨矿机筒体的回转运动。 利用球的冲击作用使物料磨碎，仅仅依靠径向分速度所产生的垂直冲击力。切线分速度不会产生冲击作用，它只能使球沿圆形轨迹移动，即切线分速度产生的动能转化成协助筒体旋转的主动力矩。所以，按公式计算的有用功率应该减去由切线分速度产生的这部分能量。因此，球磨机的有用功率应该等于： （20）式中填充率=0.40； 筒体转速率，筒体最有利的转速率=(76%88%)，取 =76%； 系数k值是随着不同的值和值而变化的，查得当=0.40，=0.85时，k=0.600。则：千瓦 磨矿机由于克服机械摩擦而消耗的功率，可以用机械传动效率来考虑。对于中心传动的磨矿机， =0.920.94；对于周边传动的磨矿机，=0.860.9；中间有减速器时，应选低值，直接传动则选高值。 因为球磨机是周边直接传动，故选择= 0.9。则工作功率为：KW3.9溢流型球磨机生产率的计算 在生产中影响球磨机生产能力的因素很多，变化也很大，因此，目前还很难用理论公式来计算它的生产能力。现在一般都根据“模拟方法”来计算球磨机的生产能力，即根据实际生产的球磨机在接近最优越的工作条件下工作时的资料，再结合球磨机的型式和尺寸、矿石的可磨性、给矿及产品粒度等因素加以校正。 所以设计的球磨机的生产能力的计算公式为： Q=Vq吨/小时 （21）式中V-设计的球磨机的有效容积，米3， q-按新形成级别（-0.074毫米）计算的单位生产能力，吨米3小时； q值由试验确定，或采用矿石性质类似、设备及工作条件相同的生产指标。当无试验与生产指标时，则按下列公式计算： （22）式中q0-生产厂球磨机按新形成（-0.074毫米）级别计算的实际单位生产能力，吨米3小时，查得q0=1.2； K1矿石磨矿难易度系数，系数可用实验方法确定。球磨机研磨设计处理的矿石与研磨供比较用的矿石时，按新形成级别计算的生产率之比，就是系数K1。可查得系数Kl=1.O； K2球磨机型式校正系数，可查得系数K2=0.9； K3球磨机直径校正系数，可查得系数K3=0.86； K4球磨机给矿粒度和产品粒度系数，可查得系数K4=1.5；则： q=1.2 xl.00.90.861.5=1.39 t/(m3h) Q=12.461.39=17.32 t/h满足任务书要求。3.10球磨机工作时筒体的受力分析球磨机在抛落工作状态下工作时，筒体内的载荷作用在筒体上的力由主轴承承受。因此，为了计算主轴承和筒体的强度，首先必须确定作用在筒体上的力。 作用在球磨机筒体上的力有：筒体（包括衬板和齿轮）的重量Gd，它是通过筒体中心垂直向下作用；与筒体一起作圆周运动的破碎介质和物料的重量及离心力；作抛物线运动的破碎介质和物料落下后对筒体的冲击力；此外还有齿轮传动的圆周力，一般计算时可以不考虑。 下面就根据球磨机在抛落状态下工作时分析筒体的受力情况。 作圆周运动的破碎介质和物料的重量可以根据载荷分布确定。在筒体长度上取单元介质层的重量d G1为： （23）所以： （24）式中负号表示重力方向向下。球磨机回转时，G1产生的离心力的水平分力为： （25）作抛物线运动的载荷，在单位时间内抛出的载荷质量为：若载荷作抛物线运动的时间（将及代入公式得），则载荷重量为： （26）作抛物线运动的载荷，下落时对筒壁的冲击力可以根据动量定理确定。冲击力的水平分力为：式中Vx载荷在落点的水平速度，；Vdx筒体在载荷落点的水平速度.将dm2、Vx、Vdx代入上式，则得： 冲击力的垂直分力： 根据以上分析的结果可以看出： Px+Cx=0 Py +Cy =G2由此，则知球磨机在抛落状态下工作时，载荷作用在筒体上的力等于破碎介质和物料的重量和，即：G m= G1+G2 = G+0.14G =1.14G式中G为筒体内破碎介质的重量，G= 16吨，则：吨载荷Gm的作用线偏离筒体中心线的垂距l等于：m式中N球磨机的有用功率，千瓦；筒体角速度；作用在筒体上的总载荷为： Gz=Gd +Gm=9+18.24=27.24t Gz力的方向可近似地认为通过中心且垂直向下，并沿筒体全长均匀分布。3.11筒体的强度计算球磨机的筒体在外力作用下产生弯曲力矩、转力矩和切力，其中由扭转力矩和切力产生的应力和变形很小，根据实践经验，只需计算最大弯曲应力和校核径向刚度。最大弯曲应力为： 式中Mmax最大弯曲力矩； W筒体弯曲断面模数；其最大弯曲力为： 式中 L -两轴承支点间的距离Lk=5300mm。 lj-支点到端盖的距离； lj=750 mm。则： tmm 筒体上设有人孔，弯曲断面模数为： mm3 （27）计算筒壁的弯曲应力时，考虑到它的反复循环变化的特性，许用应力应按疲劳极限-1选取。由于人孔及螺栓孔等处有应力集中，取安全系数为3.54.0。许用应力按下式计算： 公斤/厘米2 （28）筒体是大直径的薄壁圆筒，容易产生径向变形，故筒体的径向刚度按下式校核： 故： 所以筒体的径向刚度合格。4传动系统设计计算4.1主电动机的选择及传动比的分配4.1.1电动机的选择(l)选择电动机的类型：按工作要求和条件，在室内常温下长期连续工作，环境有灰尘，要求电动机转速不高，故选用同步电动机，封闭结构。 (2)选择电动机容量：电动机的工作功率在前面已经算出，Nd=167kw。 (3)确定电动机转速：球磨机筒体的临界转速n0 =29.2转分，筒体最有利的工作转速，n=20转分，根据传动比合理范围，采用一对圆柱齿轮传动时=(320)，故电动机转速的可选范围为： r/min （29） 所以根据功率和转速选用电机厂生产的型号为JR137-8的矿山磨机用交流三相异步电动机。额定功率P0= 210kw，同步转速n0=250r/min。4.1.2传动比的分配 由选定的电动机的同步转速和筒体的转速，可得到传动装置的总传动比： （30）由于采用的是电动机通过联轴器联接减速器，减速器通过联轴器带动小齿轮，小齿轮与焊接在筒体的大齿轮啮合传动带动筒体转动工作，所以传动比分配为：减速器i1=3.15；大小齿轮传动比为i2=4。4.2传动零部件的选择与设计计算4.2.1减速器的选择 ZDY、ZLY、ZSY型外啮合渐开线斜齿轮圆柱齿轮减速器，可适用于冶金、矿山、起重运输、水泥、建筑、化工、纺织、轻工等行业。减速器高速轴转速不大于1500r/min；减速器齿轮传动圆周速度不大于20m/s；减速器工作环境温度为-4045，低于0时，启动前润滑油应先预热。根据传动比分配i1=4选择一级减速器，因此选择ZDY 355 3.15-JB/T 8853-1999，参数为：低速级中心距355mm，公称传动比为3.15，第二种装配形式的单级减速器。4.2.2筒体齿圈与小齿轮的设计计算4.2.2.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数(l)按所设计的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。(2)同步电动机传动，要求传动准确，速度低，故选用8级精度(GB10095-88)。(3)材料选择。小齿轮材料选用38SiMnMo，整体调质处理，表面淬火，齿面硬度HRC 5055。大齿轮选用ZG310-570，正火处理，齿面硬度156217。(4)选小齿轮齿数Z1=20，大齿轮齿数Z2=u2Z1=420=80。4.2.2.2按齿面接触强度设计即： (1)确定公式内的各计算数值1)试选载荷系数Kt=1.3。2)计算小齿轮传递的转矩Nmm3) 由表选取齿宽系数。4) 由表查得材料的弹性影响系数ZE=188.9 MPa1/2。5) 由图按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限liml =600 MPa；大齿轮的接触疲劳强度极限 lim2=550 MPa。6) 计算应力循环次数 7) 由图取接触疲劳寿命系数KHNI=0.90；KHN2=0.95。8) 计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1%，安全系数S=1，由公式得MPaMPa (2)计算1)计算小齿轮分度圆直径dlt，代入中较小的值。 （31）2)计算圆周速度v m/s （32）3)计算齿宽bmm （33）4)计算齿宽与齿高之比模数 mm （34）齿高 mm （35） （36）5)计算载荷系数K。根据v=2m/s，8级精度，查得动载系数Kv =1.12；直齿轮，；由表查得使用系数KA=1；由表用插值法查得8级精度、小齿轮相对支承对称布置时，=1.4。由=10.67，=1.4查得=1.35；故载荷系数 （37）6)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，得：mm （38）7)计算模数m。 （39）4.2.2.3按齿根弯曲强度设计弯曲强度的设计公式为： （40）(l)确定公式内的各计算数值1）查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲强度极限； 2)取弯曲疲劳寿命系数，； 3)计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数S=1.4得： MPa MPa4)计算载荷系数K。 （41）5)查取齿形系数。 由表查得 ；。6)查取应力校正系数。 由表查得 ；。7)计算大、小齿轮的并加以比较。 大齿轮的数值大。(2)设计计算 mm 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算的模数22，按接触强度算得的分度圆直径d1=594.9mm，算出小齿轮齿数。 大齿轮齿数 （42）这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。4.2.2.4几何尺寸的计算1)计算大、小齿轮分度圆直径 2)计算中心距 mm所以中心距为1485mm。3)计算齿轮宽度 取B2=594mm，B1=599。4.3齿轮轴的设计计算(1)初步确定轴的直径 选取轴的材料为38 SiMnMo，调制处理。取A0=112，于是得： 由于有键槽的影响d= 1.3149.45=194.25mm，取d=195mm。(2)齿轮的受力分析 N N N水平面支反力：由，得： 由，得： 垂直面支反力：由，得： 由，得： 因此水平面弯矩MH为：垂直面弯矩MV为： 合成的总弯矩M为按弯矩合成应力校核轴的强度进行校核时，通常是校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面B的强度）。取a=0.6，轴的计算应力为： 所以，故安全。4.4滚动轴承的选择和寿命验算(1) 滚动轴承的选择轴承为双列径向球面滚子轴承，型号为3640号。查得C0=1460KN，e=0.38，Y=1.8，C=1590KN，额定工作寿命L10h=100000h。(2) 寿命验算设轴承所受的直反力合力为R1，R2。由轴的校核可知：图7 齿轮轴载荷分布图水平方向支反力为： 垂直方向支反力为： N N支反力合力为： 在中等冲击情况下取，。 取P=P1=107150.7N 由于，故选用的型号为3640轴承安全可靠，是适用的。4.5键联接的选择和验算与轴端接主电机的键相比较，轴端接慢速装置的键较危险，所以只对其校核。根据标准GB109679得：键45280材料为45钢，载荷为中等冲击，静联接。已知：MPa，d=45mm，k=25mm，l=240mm，T1=22690800Nmm 因为MPa，所以安全。4.6两大齿圈处的螺栓的联接的选择(1)螺栓组结构设计采用螺栓数z=8，对称布置。(2)螺栓受力分析在工作载荷P的作用下，螺栓组联接承受以F各力和翻转力矩： 轴向力 N 横向力 N 翻转力矩 N在轴向力的作用下，各螺栓所受的工作拉力为： N在翻转力矩的作用下 N根据上面的分析可得，螺栓受到的总的轴向工作拉力为： N在横向力R的作用下，底板联接接合面可能产生滑移，根据底板接合面不滑移条件，并考虑轴向力的影响，则各螺栓所需要的预紧力为： 查得联接接合面间的摩擦系数f= 0.15，查得=0.2，则，取可靠性系数=2，则各螺栓所需要的预紧力为： N螺栓所受的总拉力Q可按下式求得： N(3)确定螺栓直径选择螺栓等级为4.6级，所以=240MPa，查得S=2.5，螺栓材料的许用应力为：MPa所以螺栓的直径由下式可得： mm按GB700-88，选用M48的螺栓。结术语该论文在研究了球磨机的问题上，分析了溢流型球磨机的工作原理的基础上，设计了筒体总体尺寸，电动机和减速器型号的选取，解决了设计题目提出的处理量每小时16t/h的任务。该设计所选各项参数均能够满足设计要求，达到了设计的目的，在设计得同时有锻炼了自己的动手能力和理论应用于实践的能力，使得对溢流型球磨机方面的设计有了较深的涉足，为以后的学习和工作打下了坚实的基础。因为是第一次把所学的专业知识运用到实际机械设计中，所以在设计刚开始时，有点担心。准备阶段很重要，在图书馆借了有关设计方面的书，上网查阅了大量资料，看了大致的内容后知道了溢流型球磨机的工作原理和各部件的作用。于是进入了设计准备阶段，在这期间我经常到图书馆查数据和相关资料。由于本人的知识有限，在溢流型球磨机的设计还有很多不完善的地方，性能的稳定性还很欠缺。我从论文的设计中学习到了很多宝贵的知识，相信在不久的将来这种方案和思路会真正的运用到实际中。致 谢论文得以完成，首先要感谢李慧老师，因为论文是在李老师的悉心指导下完成的。李老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。李老师指引我的论文的写作的方向和架构，并对本论文初稿进行逐字批阅，指正出其中误谬之处，使我有了思考的方向，她的循