振动搅拌磨机设计说明书

振动搅拌磨机设计1 前言1.1 国内外研究现状1.1.1 振动磨振动磨机是普通磨机的改良形式，内部无动件，是一种用机械共振原理使筒体中研磨介质作强烈运动以粉碎物料的磨矿设备。其中研磨介质可分为球状，棒状和短圆柱状。研究表明，提高振幅可在较短时间内达到极限粒径，提高粉碎速度。因此，提高振幅，改善振型是该类粉碎机在应用中的主要问题。德国lurge 公司取消了弹簧，用偏心轮来激振，开发了离心振动磨。1.1.2 搅拌磨自 60 年代开始使用，早期称为砂磨机，经过多次改进，逐步发展成一种新型高效超细粉碎机。搅拌磨机利用搅拌装置使研磨介质运动而产生冲击、剪切、研磨作用，从而粉碎物料。最初的搅拌磨是立式敞开型容器，容器内部装有一个缓慢运转的搅拌器。以后逐渐发展，搅拌磨又逐渐出现了卧式封闭型。1.1.3 振动搅拌磨综合了振动磨跟搅拌磨的优点，实现了较好的研磨效果，同时还能降低能耗。目前市场上出现较少，主要在试验阶段，其理论上的有时是明显的，实践上算是一种尝试。1.2 选题的目的及意义随着近年来国民经济的腾飞，建材业，军事，化工，微电子，生物医药等领域有了长足的发展，而超细磨在诸多行业中作为一门精细的技术，前景十分诱人，在制造业中，对各种细粉，超细粉的需求量日益增加，在目前国内甚至国际市场都十分抢手，具有很高的经济效益，价格堪比黄金，因此，对微粉碎和微破碎设备的工艺技术竞争也异常激烈。而振动搅拌磨机作为一种高效率，低能耗的粉磨设备，恰能顺应目前超细分市场的需求，为我国经济建设服务。振动搅拌磨机设计2 搅拌振动磨的工作原理由于振动搅拌磨是振动磨和搅拌磨二者的有机结合，因此他的工作原理也是振动磨和搅拌磨工作原理的相互补充。2.1 物料的粉碎原理机械法制备超细粉的理论基础，是基于给定的应力条件下，研究颗粒的断裂，颗粒的破碎状态，颗粒的碰撞以及新增卖家表面积等问题。2.2.1 颗粒断裂物理学颗粒断裂物理学是材料力学的一个分支，主要研究材料变形的力学性能，脆性断裂与强度以及材料的热学，光学，电导和磁学等性能。研究材料的这些性能，无疑是破碎材料的基础。研究表明，颗粒的微观断裂形式有三种：（1） 颗粒内部滑移引起的剪切断裂；（2） 内部晶格分离开的断裂；（3） 颗粒与颗粒之间由滑移直到分离。2.2.1 颗粒的破碎与能耗学说粉碎的目的就是将大颗粒粉碎为一定粒度分布要求的细小晶粒，因此颗粒在粉碎后晶粒分布规律是粉碎过程中首先要解决的问题。常用的粉碎能耗同给料和产品粒度之间关系有三种假说。（1）P.R,Rittinger 的“表面积假说”该假说认为粉碎能耗和粉碎后物料的新生表面积成正比。 =1其中 1比例常数A 粉碎能耗（ ） /粉碎后物料表面比的增加（2）Kick 等提出的“体积假说” ，认为消耗能量与颗粒的体积成正比。=log其中 k-常数-颗粒群的调和平均粒度振动搅拌磨机设计-粉碎产品的调和品均粒度（3）F.C.Bond 提出了介于二者之间的“粉碎能耗裂缝假说” 。=101( 10 10)其中 -功指数（ ）1 /， -分别为粉碎产品和给料相当于细粒累积含量为 80%的粒度00（um）2.2 振动搅拌磨机的工作原理此磨机由两套传动系统组成，分别产生振动和搅拌两种运动。其中振动部分由电机带动激振器高速回转，产生高频交变激振力，使筒体在吹制于其轴线的平面作近似圆的椭圆运动。许多实验研究表明，对于某些物料，特别是要磨碎至很细粒度时，振动的研磨效果非常好。搅拌部分由搅拌轴带动叶片，同安装在衬板上的叶片相对运动产生。利用研磨介质之间的挤压力和剪切力使物料粉碎。这两种运动都能在物料与物料之间，物料与研磨介质之间，物料与筒体之间产生低幅高频的冲击，挤压，剪切作用，因此耗能较低而效率极高。2.3 振动搅拌磨机的振动强度实验研究表明,当振动强度小于一个 g 时，磨机的振动不产生破碎效果，当磨机振动强度大于 6g 时，莫及才能有效地工作。当物料粒度较小时，高频低幅振动大大增加了冲击频率，有利于细磨；而物料粒度较大时可以通过增加激振力来加大振幅，这样可以加大冲击力。设计过程中，可以通过调节振动轴转速调节频率来控制振动强度，一般控制在（6-10）g 的范围内以满足研磨的工艺要求。2.4 磨机搅拌运动的速度搅拌器运动的角速度 除了与搅拌盘的转动情况有关，还与搅拌腔中介质的填充率有关，其运动的围观形式极其复杂，因此此参数需要在试验中利用样机摸索最优转速，在实际生产中确定最优参数。在本设计中，搅拌运动和振动运动在同一磨腔内同时存在，这样对其微观颗粒进行运动分析是十分困难的，因此我们根据一定的参数范围进行初期设计，在实验中优化参数，一边设计的进一步完善。振动搅拌磨机设计3 搅拌振动磨的设计计算3.1 工艺参数的选择3.1.1 生产方式本设计名称为振动搅拌磨，由于用于研磨水泥熟料，因此采用干法生产。磨机筒体水平安装且物料粒度很小，所以选择风力（气流）输送，采用该输送方法能够通过调整物料在磨机内部的停留时间，从而调整粉末成品的粒度。出磨的物料需要经过其他选粉系统选粉，不满足要求的物料重新入磨。3.1.2 工作制度入料粒度要求在 3mm 以下，出料（产品）比表面积要求 25004500cm2/g，物料已经较细，所以采用间歇生产，等所有筒内物料达到要求是不经济的，故宜采用循环的连续生产方式，再通过机外选粉二次研磨达到生产要求。3.1.3 粉碎比出料（产品）比表面积：25004500cm2/g，可换算为平均粒度：=6000/() (1)其中-出料粒度（nm）-水泥熟料密度（ 1.2 ）3-出料比表面积（2500-4500 cm2/g=0.25-0.45cm2/g）得到出料粒度 D 的取值范围3.1.4 球料比球料比分为体积比和重量比两种形式，实验表明，当物料刚好填满钢球之间的间隙时，球料比为最佳值。而此时的体积比为 1.415:1，重量比为 11.11:1。3.1.5 球径比3.1.6 填充系数（1）填充系数与产品细度有关，产品细度较高时偏低，细度较低时偏高。（2）填充系数不宜小于 65%，否则磨机的研磨能力将大大降低。（3）一般振动磨的填充系数在 65%-85%之间，产品比表面积为 3000 时选择 85%；2振动搅拌磨机设计产品比表面积为 5000-6000 时选择 85%。根据以上数据得出结论：本设计中振动搅拌2磨机的填充系数应也位于 65%-85%之间。鉴于前人的设计经验和生产实践，我选择 80%作为磨机的填充系数。3.2 磨机的结构设计3.2.1 整体布局设计要求有效容积 500L 的搅拌振动磨机，选用单筒形式，水平布置，两套传动装置在竖直方向上分两层布置，搅拌运动的传动机构与筒体在同一水平线上；振动机构处于筒体的正下方，与激振器处于同一水平面上。由于对搅拌运动的速度要求不是特别严格，考虑到带传动可以将电机与传动装置置于磨机的一侧，从而减小了轴向尺寸，为生产安装节约了空间。3.2.2 托板的结构设计托板的作用是传递激振力，并且连接筒体和激振轴。由于筒体外壁是圆柱面，故选择焊接工艺连接托板与筒体，能同时顾及托板的强度和稳定性。托板采用了双层钢板的结构，中间用一小段工字钢连接，这样的结构能使筒体受力均匀，对激振力的传递较为有利，工字钢结构起到了加强筋的作用，增加了稳定性。3.2.2 轴承座的结构设计（1）振动轴轴承座与托板下端通过螺栓连接，主要作用是传递激振力，由于该轴承座受冲击较大，发热较多，需要在轴承外侧进行冷却，本设计采用了黄油润滑，水冷却，其中在轴承座外壁焊接两块半圆柱面的薄壁钢板，与轴承座形成一封闭空间，在其中通冷却水。（2）带轮轴轴承座该轴承座仅承受皮带拉力和带轮重量，受力较为简单，选用国标。（3）搅拌轴轴承座该轴承只承受搅拌轴的重量，直接选用国标。3.2.4 轴承的选型（1）激振器轴承激振器中的轴承主要承受交变的激振力，冲击较大，轴向力较小。但如果制造和安装不理想，使两轴承之间存在着一定的不同心，轴承将受到径向载荷的影响。考虑到这一点，本设计选用了两个调心滚子轴承，利用激振轴轴肩分隔开来。（2）带轮轴轴承承受单向静载荷，选用（3）激振器轴承该轴主要传递扭矩，对轴承也仅有径向载荷，故也可选用3.2.5 筒体的结构（1）筒体振动搅拌磨机设计筒体选用热轧厚钢板卷制成两个半圆筒体，轴向和径向端面均焊接有法、兰盘，以供与另一筒体及端盖连接。采用剖分的两个半圆柱筒体，有利于筒体内部衬板，叶片，和搅拌轴的安装与维修。由于磨机筒体受到磨料和介质的频繁冲击，发热较大，必须冷却，本设计采用了与激振轴轴承座类似的结构，即焊接半圆薄壁筒体通入冷却水。两个半圆柱筒体之间采用销定位，螺栓连接，同时筒体与端盖之间也采用螺栓连接。（2）端盖筒体端盖为一焊接件，焊后加工而成。（3）衬板衬板的作用是保护筒体免受物料和研磨介质的磨损，此外本设计的一部分衬板上焊有带叶片的形状，既起到了保护，又起到了搅拌物料的作用。衬板的材料采用了 ，113使衬板有良好的铸造性能及机械性能，使其有较高的韧性，能够承受冲击载荷。3.2.6 轴，联轴器以及电机间的连接方式（1）两激振轴及其联接两激振器的主轴上安装了四个轴承和四个偏心块，属于多支撑多载荷的情况，如果设计为一根通轴，其安装调心要求将极为严格，否则就会导致轴承的工作环境非常恶劣，发热量大，轴承寿命显著降低。因此本设计将激振轴设计成两个分轴，其间用万向联轴器联接，这种联轴器可以允许有较大的不同心度及转角误差。（2）激振轴与电机的联接激振轴与电机的连接采用轮胎联轴器，这种联轴器属于挠性联轴器，能够把振动冲击减小到最小程度，使电机免受振动影响。（3）搅拌轴，带轮轴及其联接与激振轴与电机联接相似，搅拌轴与带轮轴也采用轮胎联轴器，以隔离振动。3.2.7 支撑弹簧的种类选择目前，各种振动机械中应用最普遍的弹簧有：金属弹簧，空气弹簧及橡胶弹簧。而在本设计中选用了金属压缩弹簧，这种弹簧弹性模量较大，内阻较小，制造容易，同时也有只能承受单向载荷，其他方向的刚度基本为零；对突然冲击和高频振动吸收效果较差；噪音较大等方面的缺点。3.2.8 磨机冷却，润滑与密封主要采用脂润滑，水冷却。前文已经提到，在筒体和轴承座外焊接出封闭圆筒一共通冷却水进行冷却，在搅拌轴中也焊出相同的结构进行冷却（参看轴设计部分） 。轴承的润滑采用脂润滑，使用旋油杯定期更换油脂，润滑脂采用二硫化钼复合钙基润滑脂，这种润滑脂适用于线速度在 15m/s，温度 140C 以下的高速滚动轴承上，加油孔设在轴承端盖上，工作时用螺栓锁紧。轴承的密封采用半粗羊毛毡封油圈，设在轴承端盖与轴套之间。搅拌轴轴承的内端密振动搅拌磨机设计封要求较高，因为该处和细度很小的物料接触，一旦物料渗入轴承将大大恶化其工作环境，所以采用了三个毛毡，内测两个主要防止粉料渗入轴承，外侧毛毡则防止润滑脂向物料中泄露，污染物料。筒体端盖与筒体之间以及两个半圆筒之间的密封用橡胶垫来完成，工作时将螺栓拧紧使橡胶垫在缝隙中涨紧，使物料不泄出的同时，外部粉尘也难以进入筒内。3.2.9 机架结构主要作用是支撑整个磨机系统，因此必须考虑其安全性，要求其强度和稳定性足够，同时还要考虑运输和安装等各方面的要求。本设计主要利用槽钢来焊接而成。3.2.10 两激振器的相对位置两激振器产生的激振力由弹簧传至托板，最后传送到筒体，筒体上支撑托板位置应该按筒体等弯矩支撑原理来布置。所谓等弯矩，实际上是要使弯矩图中峰值尽量相等，因此将两支撑点对称分布，可保证 1=3， 现 在可令 1=3， 则 ：122=12（ 2） 1214解得： 1=0.207， 2=1.207（不合 题 意舍去）故：=0.207因为由后续的计算得知筒体长度 l=2230mm，求得：=461.83，取 465则两支撑间距 L=l-2x=2230-2*465=1300mm振动搅拌磨机设计4 振动搅拌磨的参数计算4.1 结构参数与动力参数4.1.1 长径比参考有关振动磨的有关资料，生产水泥的磨机一般为长径比大于 1.5 的长磨机。由给出的条件产量为 1-2t/h，有效容积为 500L 的，本设计选用 3.5 的长径比。内径 =0.567m=567mm=3 4=3 40.53.143.5筒体选用 10mm 热轧钢板（GB/T 708-1988 ）考虑到衬板及搅拌轴将占去一部分空间，实际内径取 d，壁厚 10mm，衬板厚15mm，筒体长 L=2230mm搅拌轴外径选取 170mm,（L）=(20.22)4 此处需要反复检验，因此我选用了编程语言来进行计算。#includevoid main()double v=0,d=567;while(v#includevoid main()float a,r,sum,p,e,m,h,pi,b;float s6,y6;振动搅拌磨机设计pi=3.1415926535897939;sum=0,r=0,p=0;int i;printf(请输入外径);scanf(%f,a=acos(100/r);printf(a=%fn,a);s0=3923,y0=-21.22;s1=-3848,y1=0;s2=9000,y2=45;s3=20*sqrt(r*r-10000),y3=95;s4=r*r*(2*a-sin(2*a)/2,y4=2*r*sin(a)*r*sin(a)*r*sin(a)/(s4*3);s5=-4*(r-35),y5=(r+35)/2;for(i=0;i4.29105（ ）因此求得的激振力稍大于估算值，满足要求，当工作载荷变化时，可以通过调节偏心块之间的夹角 至适当值，现计算参数是默认 ，激振力最大的情况，偏振块材料 A3 =0刚。4.2.3 轴的设计与轴承规格的确定（1）搅拌轴由于物料和研磨介质的运动轨迹是近似圆的椭圆，因而它们对搅拌轴冲击很小，可以忽略不计。扭矩：T=9550=9550 55100=2626.3T0=10=262.3弯矩： =（估 计轴 重 120）实际上轴自重引起的弯矩很小，设计计算时可以忽略不计，因此按扭矩强度计算：03 （ 14） 选取 45 刚为轴的材料，则 ，取空心轴内外径之比0=110=0.6（ 一般在 0.50.6间 ） ，空心 轴 是 为 了通冷却水。1103 45200（ 10.64） =70根据电机参数取为 75mm。轴承选用单列向心球轴承，轴承代号 320，参数表格为：尺寸（mm） 安装尺寸（mm） 极限转速轴承型d D B R 1 3 额定动载荷额定静载荷脂润油润质量（kg）振动搅拌磨机设计号 滑 滑320 100 215 47 4 120 196 2.5 13600 13300 2800 3600 7.2（2）带轮轴与搅拌轴受载相似，主要承载扭矩 T 以及较小的弯矩。根据类似的方法和设计原则，取材料为 45 钢，可求得最小直径为 85mm。轴承也选用轴承选用单列向心球轴承，轴承代号 320。（3）振动轴本设计中，振动轴有两个分轴，将这两个轴按照相同最小直径设计。由于轴二将扭矩传递给轴一，在载荷不变的情况下。若轴二满足要求，轴一必定满足要求。分析轴二的受载和确定其结构尺寸，按扭转强度度设计，按弯矩合成强度校核。=9550=9550 45980=438.5=4.291054 =弯矩合成： =2+()2-考虑扭矩和弯矩作用性质差异的系数， 。 =0.59则：1=12+(1)22=22+(1)23=32+(1)2按扭转强度：03轴材料取 20 ，渗碳，淬火，表面硬度 HRC56-62， ， 。 0=100=140因此：100345980=35.8按弯扭合成校核应力：=323根据偏心块结构尺寸及轴受载情况可确定振动轴二的结构尺寸。振动搅拌磨机设计根据相同的步骤可设计出振动轴一的结构尺寸，其最小轴径与振动轴二相等，这样可以选择相同的轴承，同时更方便了轴的加工和联轴器的选择，也可使偏心块尺寸一致，便于简化加工生产。激振轴轴承的选择：轴承承受纯径向载荷，即激振力的大小： ，中等惯性冲击，预期寿命=4.29105为 7200h，为了调心，选择调心滚子轴承。计算过程如下：轴承当量载荷：=4.291054 =1.08105轴承当量动载荷： =其中 -载荷系数，中等惯性冲击取 =1.5=1.081051.5=1.62105具推算预期计算寿命 7200h，得：=60106 =1.6210510/3609807200106 =9.941054.2.4 联轴器规格的确定（1）搅拌轴和带轮轴之间采用橡胶轮胎联轴器。已求得带轮轴传递至搅拌轴扭矩为 ，传动轴轴径为 85mm，当扭矩为=2626.32626.3N 时，扭矩最大，故只需满足公称扭径大于 即可。考虑到联轴器使用状况一般，可取载荷系数 。=1.5 =2626.31.5=3939.5选取 的 UL14 轮胎式联轴器（GB/T5844-2002）,其主要参数为：=4000轴孔长度 L公称转矩瞬时最大转矩许用转速 轴孔直径d（H7） ， 1型Y型D B D1 总质量转动惯量型号 1 mm Kg 275 107 14280,85,90,95 132 172UL14 4000 10000 1600100,110 167 212480 130 254 145 2.2616（2）振动轴二与电极之间的轮胎式联轴器（GB/T5844-2002）振动搅拌磨机设计（3）激振轴一与激振轴二之间的铰链联轴器。4.2.5 带轮选取 V 带型号：搅拌振动磨属粉碎机械， ，每天运转时间超过 16 小时，工况系数 为 1.5，则功率为：=1.555=82.5查手册选取 E 型带。确定带轮计算直径：初选 1=500。 =2.5， 则 2=500。带速：=226010004.2.6 弹簧规格选择计算本设计中，弹簧既有支撑作用，又有