球磨机传动装置设计2012-ygh精简版.ppt

设计供实验室使用的球磨机 杨光辉北京科技大学机械工程学院 010 62332357yanggh9246 2012年08月13日 2 课程设计日程安排 1 2天 设计计算 事先准备好计算器 手册 教材等技术资料 3 5天 绘制总装配图A1 1 3 6天 绘制小齿轮轴系部件草图 受力分析 A3 1 2 7天 绘制小齿轮轴零件图A3 1 1 8天 写设计说明书 9 10天 答辩 3 北科大实验室使用的球磨机 4 北科大实验室使用的球磨机 5 球磨机ballgrindingmill 球磨机是物料被破碎之后 再进行粉碎的关键设备 球磨机是工业生产中广泛使用的高细磨机械之一 球磨机广泛应用于水泥 硅酸盐制品 新型建筑材料 耐火材料 化肥 黑与有色金属选矿以及玻璃陶瓷等生产行业 对各种矿石和其它可磨性物料进行干式或湿式粉磨 球磨机适用于粉磨各种矿石及其它物料 被广泛用于选矿 建材及化工等行业 6 应用场合 7 球磨机工作基本原理 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内壁的衬板面上 与筒体一起回转 并被带到一定的高度 在这样的高度在重力的作用下 以一定的速度 像抛射体一样落下 将筒体内的物料击碎 另外 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作用使物料磨细 8 一 设计任务书已知条件 使用要求 设计内容 包括 设计题目 简图 设计任务 见课本目录 机械设计制图 下册P344 345 周边及粉碎效率90 制造方式为单件生产 球磨机研磨物料20kg 每天工作8小时 要求工作平稳 允许有轻微冲击 9 10 11 带传动 交流电机 齿轮传动 12 二 传动装置的总体设计及初步计算 1 球磨机的基本参数 见课本P345 1 研磨介质的合理载量G0G1 0 14G0式中 G1 研磨物料 kg 已知条件可知G1 20kg G0 研磨介质 钢球 的合理装载量 kg 得到G0 G1 0 14 13 2 计算罐体体积VG0 V 式中 V 罐体容积 m 3 研磨介质 钢球 的比重 取4800kg m 3 研磨介质的填充系数 对于干式球磨机 取0 3 得到V G0 14 3 计算罐体内径D式中 D 球磨机内径 m L 球磨罐长度 L取1 2D m 得到 15 4 计算球磨机有利工作转速nw得到nw 球磨机筒体的回转速度对于粉磨物料的作用影响很大 当转速达到一定值时 最外层研磨体与筒体一起回转 而不离开筒壁 这时的转速叫做磨机的临界转速 为了使磨机进行正常的粉磨工作 球磨机的转速必须小于临界转速 这一转速也叫工作转速 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物料 工作转速可通过转速公式计算求得 16 磨机转速对粉磨工作的影响 当筒体转速过低时 图a 筒体不能将研磨体带到一定的高度 冲击物料的作用很小 反之 若筒体的转速过大 图c 转速超过 临界转速 时 研磨体在其惯性离心力的作用下贴附在筒体上 与筒体一起作圆周运动 也根本起不到对物料的冲击作用 只要当筒体的转速适宜时 以 临界转速 的60 70 研磨体抛出后 才能获得最大的降落高度 对物料产生较大的冲击效果 如图b所示 17 2 总体方案确定 见 手册 P19 从球磨机的基本参数计算可知 nw rpm 电动机的同步转速一般有3000rpm 1500rpm 1000rpm 750rpm几种 从结构尺寸 价格等考虑选nd 1000rpm 则总传动比i nd nw 可采用2级传动 所以初步拟定四种传动方案见 手册 P20 参见教材P346 从工作条件 传动性能 传动比 空间结构尺寸 重量 效率 功率及成本等方面讨论 确定一种最佳方案 18 传动方案 19 3 选择电动机 见 手册 P5 教材 P346 球磨机所需功率 式中 V 球磨机的有效容积 V D 球磨机的内径 D G 球磨机的装载量 G G1 G0 K 电动机的储备系数 K取1 1 粉碎效率 已知 90 20 电动机实际功率 Pd Pw a a 带 齿轮 轴承 见 手册 P44 所以 Pd Pw a由 手册 P151 152 同步转速 交流电机的同步转速是指旋转磁场的转速 若电机转子转速低于同步转速 则该电机叫异步电动机 电动机选用 21 22 表1电动机主要性能 表2电动机外形尺寸 mm 电动机的外形尺寸 手册 P152 23 4 确定传动装置总传动比 分配各级传动比 由所选电动机的转速和工作机转速 可得总传动比 i nd nw式中nd 电动机的满载转速 r min nw 工作机的转速 nw r min 见 手册 P6 7 24 4 确定传动装置总传动比 分配各级传动比 多级传动中 总传动比为各级传动比的乘积 式中 i1 i2 i3 in为各级传动机构传动比 考虑到安装和罐体的尺寸 大齿轮需做成齿圈和罐体相连 因此i齿可取大一些 i齿 5开式圆柱齿轮传动比推荐范围为 8 见 手册 P44 对于一般齿轮传动 当传动比i 8可采用单级传动 当i 8时 宜采用多级传动 以免传动装置的外廓尺寸过大 直齿圆柱齿轮的传动比一般取i 3 最大可达5 斜齿圆柱齿轮的传动比可大些 取i 5 最大可达8 在已知总传动比要求时 如何合理选择和分配各级传动比 见教材第二十一章简易机械设计P429 431 25 设计计算传动件时 需要知道各轴的功率 转速 转矩 因此应将工作机上的功率 转速 转矩推算到各轴上 如果一传动装置从电动机到工作机有两根轴 依次为I II轴 则 26 5 传动装置的运动和动力参数 1 各轴转速式中nd 电动机的满载转速 r min nI nII分别为I II轴的转速 r min I轴为高速轴 II轴为低速轴 27 2 各轴功率式中 Pd电动机的输出功率 kW PI PII依次I II 轴输入功率 kW 效率 见 手册 P44 28 3 各轴转矩式中 Td电动机的输出转矩 N m 29 各轴的动力参数 30 三 带传动设计 1 带传动设计要点设计带传动时应注意检查带轮尺寸与传动装置外廓尺寸的相互关系 例如小带轮外圆半径是否大于电动机的中心高 大带轮外圆半径是否过大造成带轮与机器底座相干涉等 要注意带轮孔径尺寸与电动机轴或减速输入器轴尺寸是否相适应 带轮直径确定后 应验算带传动的实际传动比 并以此修正各轴的运动 动力参数 带轮的结构形式主要由带轮的直径决定 见 手册 P8 9 教材第11章 31 带传动设计时所需确定的内容主要为 通常选用V带传动 确定计算功率Pc 选择V带型号 选取大带轮和小带轮的基准直径d1和d2 验算带速v 确定中心距a和带长Ld 验算包角 1 计算带的根数z 计算在轴上的作用力FQ 本次设计不需计算FQ 32 带传动的设计计算 计算功率Pc KA P 注 P取计算所得 由已知条件和使用要求 载荷平稳 一班制 教材P262 表11 3 KA 1 1则Pc KA P 确定V带型号 根据Pc n1由教材P267 图11 5选取 注意 选Z会出问题 根数太多 在Z A共同区域 可选A型 确定带轮直径 注意按标准系列推荐使用范围选取 由图11 5及表11 10 取d1 112 则d2 i带 d1 取d2 315 i带实 315 112 2 81 验算带速 5 25m s 33 V带型号的确定 根据小带轮的转速n1和计算功率PC来确定V带的型号 图中还给出了小带轮的基准直径d1的推荐使用范围 34 确定带轮中心距a和带长Ld 初取a0 500 0 7 d1 d2 a0 2 d1 d2 及场地条件 计算Ld0 2a0 3 14 d1 d2 2 d2 d1 2 4a0 查出Ld 算出a a0 Ld L0 2 带的调整范围 由a 0 030Ld 验算包角 1 1 120 计算带的根数z Pc P1 P1 K KL 0 015Ld 带的根数 35 计算作用在轴上的力FQ 2F0Zsin 1 2 FQ的求解很关键 为轴系的受力分析作准备 确定带轮结构尺寸 见 手册 P9 图2 1 教材P271 张紧装置 见 手册 图7 25 滑块张紧装置易于拆卸 36 V带轮的结构 37 38 张紧装置 见 手册 图7 25 滑块张紧装置易于拆卸 39 调整中心距 40 开式齿轮传动的设计计算 开式齿轮传动设计准则 按弯曲疲劳强度进行设计 再将计算确定的模数增大的办法 来考虑磨损对轮齿强度削弱的影响 1 选材料开式齿轮传动 要求齿面有较高的耐磨性 由表12 11选择齿轮材料如下 小齿轮材料要优于大齿轮 小齿轮 45调质HB217 286HBS 250大齿轮 铸铁310 570正火HB163 207HBS 185 41 按表12 12查取最小安全系数 代入数值 许用弯曲应力 2 确定许用应力 42 3 确定齿数取小齿轮的齿数为z1 20 对于开式齿轮传动 由于轮齿主要为磨损失效 为使轮齿不致过小 故小齿轮不宜选用过多的齿数 一般可取z1 17 20 则大齿轮的齿数为 取整z2 127 相互啮合齿轮对磨损均匀 传动平稳 一般z1和z2互为质数 则开式齿轮的实际传动比为 43 4 按轮齿弯曲强度设计模数 式中 载荷系数 取 KA 表12 8 KV K 图12 26 代入数值 K 44 应力影响系数由于两个齿轮的齿数和材料不同 为使两齿轮的弯曲强度都能满足 需将YFS1 F1 和YFS2 F2 中的较大值代入式中 由表12 10 z1 20 YFS1 4 36z2 127 YFS2 3 98 计算小齿轮的转矩T1 传递的功率P kW小齿轮的转速n1 rpm 45 确定齿宽系数 由表12 9 取 d 46 计算模数 考虑磨损对轮齿强度削弱的影响 模数增大10 15 则 m 1 7 1 15 1 955 mm 取标准模数 m 2 0mm 表12 1 考虑到齿轮的结构和安装方便 大齿轮的分度圆直径需取至630 650mm 取d2 630mmm d2 z2 630 127 4 96取标准模数 m 5 0mm 47 5 确定齿轮的主要参数及几何尺寸 小齿轮的分度圆直径 大齿轮的分度圆直径 大齿轮齿宽 小齿轮齿宽 两齿轮中心距 48 传动比发生改变传动装置的运动和动力参数 1 各轴转速式中nd 电动机的满载转速 r min nI nII分别为I II轴的转速 r min I轴为高速轴 II轴为低速轴 49 2 各轴功率式中 Pd电动机的输出功率 kW PI PII依次I II 轴输入功率 kW 效率 见 手册 P44 50 3 各轴转矩式中 Td电动机的输出转矩 N m 51 四 球磨机罐体及轴系设计 第三讲 52 球磨机罐体 53 1 罐体的结构设计铸造 罐体尺寸较大 一般可用ZG35铸造 焊接 钢板卷曲后焊接 罐体壁厚10 15mm 两端焊接 单件生产 54 罐体结构设计 55 罐体结构设计 56 罐体结构设计 57 罐体部件图 58 59 2 支撑辊及其辊系设计 滚轮和滚轮轴 60 滚轮轴部件 61 混凝土搅拌机 62 63 64 G0 研磨介质重量 G1 研磨物料重量 Gg 罐体重量 Gch 齿圈重量 Gk 箍重量 TII 旋转罐体的扭矩 1 支撑辊的支撑角度直接影响到力矩平衡 在竖直方向 2 摩擦力矩 由公式1 2 得到 其中 F为支撑总重量 F G0 G1 Gg Gch Gk f摩擦系数 f 0 15 给定 65 滚轮轴的设计计算 结构设计 强度设计 1 固定心轴计算强度 设计轴径 选择轴承 计算时可大致估计定出支撑点的距离 N l 2 轴承的强度校核 寿命计算 可按一天工作8小时 一年按250计算 轴承的转速应为滚轮轴的转速 66 3 轴固定在滚轮支架上 固定形式可采用各种方式 如图结构是在轴上开槽 插入一固定板 该固定板用螺钉固定在支架上 67 68 3 小齿轮轴的设计计算轴上安装齿轮和带轮 由分析可知 该轴是转轴 既受弯矩