WXQM-4-2L卧式行星球磨机设计说明书.docx

WXQM-4-2L卧式行星球磨机设计摘要：现代科技在现在的社会正在不断地发展着，每所高校、研究所或者是各行各业都在不断地开发并且应用新的材质。但是不管是想要让它的性能提升，还是研究它的组成部分，都需要将它研磨的更加细小、更加均匀。卧式行星球磨机在这个领域发挥了重要的作用。在这个毕业设计中，先计算了行星式球磨机主要的参数，球磨罐的内径和内高、进出料的粒度、公转与自转的转速比、球磨罐的转速和电动机的选型等。整体设计的主要传动方式是齿轮传动，选用的是圆柱斜齿轮传动，由于是行星式球磨机，行星齿轮传动与常规的齿轮传动不同，在行星齿轮传动中有一个固定不动的惰轮，与之啮合的四个行星齿轮均绕着它旋转。轴的设计与校核也是整个设计的一大重要部分，主要的轴有两根，一根是固定在箱体上的中心轴，主要承载弯矩力；另一跟是转轴，传递齿轮传动传递过来的力。文章中最大的创新点就是连续化进出料，一般的卧式行星球磨机都是非连续化的，我在进出口处进行了改动，加了进出料的装置，使得物料能在风压的作用下连续不断的进入到球磨罐内，被粉磨后的粉末也能在风压的作用下连续吹出球磨罐，实现了连续化。关键词：行星式；齿轮；连续化；球磨机盐城工学院本科生毕业设计说明书 2016Design of WXQM-4-2L horizontal planetary millAbstract: Modern science and technology is constantly developing in todays society,colleges and universities,research or all walks of life develop and apply of new materials in the continuous.However, whether it is to make it a performance improvement or to study its components, it is necessary to grind it more small, more uniform.Horizontal planetary mill has played an important role in this field.In the graduation design, I first calculate the main parameters of planetary ball mill,such as milling tank diameter and high, feeding size, revolution and rotation speed ratio, the speed of ball milling tank and motor selection.The overall design of the main drive is gear drive, the selection is cylindrical helical gear drive, planetary gear drive with conventional gear transmission is different due to the planetary ball mill.There is a fixed immobile idler in the planetary gear transmission, engaged with the four planetary gear wheel all around the rotating it.A big part of the entire design is the shaft design and checking.There are two main shaf,one is the center shaft fixed on the box body and it is the main bearing bending moment;the other is rotating shaft and it is the transmission of gear transmission over the force.The greatest innovation is the continuous feeding and discharging,the general horizontal planetary ball mill is non continuous.I make a change in the import and exporta and increase a feeding and discharging device,to make the material under the action of wind pressure continuous continuously into the ball milling tank and grinding powder under the action of wind pressure continuous blow out ball milling tank,thus it realizes the continuous.Key words: planet type；gear；continuous；ball mill目 录1 绪论11.1 课题的来源、研究的意义及现状分析11.1.1 课题的来源11.1.2 课题研究的意义11.1.3 现状的分析11.2 课题研究的内容和要求21.2.1 行星球磨机的工作原理21.2.2 球磨机的分类31.2.3 用途和使用范围32 卧式行星球磨机的总体设计42.1 总体工作参数确定42.2 电动机的选择42.2.1电动机类型的选择42.2.2确定电动机的功率42.3 联轴器的选择53 齿轮传动设计73.1 电动机与齿轮传动设计计算73.2 齿轮与公转齿轮传动设计计算113.3 行星齿轮传动设计计算154 轴的设计214.1 轴的材料选择214.2 轴的最小直径的估算214.3 转轴的结构设计214.4 中心轴的结构设计224.5 空心轴的结构设计225 轴的校核235.1 中心轴的校核235.2 转轴的校核246 外箱体的设计266.1 进料口的设计266.2 出料口的设计266.3 外壳设计267 结语27参考文献28致 谢29附 录301 绪论1.1 课题的来源、研究的意义及现状分析1.1.1 课题的来源在如今这个信息快速发展的社会里，人们生活发展的物质基础一直都是矿产资源，矿产资源的破碎和粉磨工艺是它在加工过程中的一个重要环节。现代的工业生产中，球磨机是主要的破碎粉磨设备，而且它应用广泛，在物料的破碎和粉磨过程中发挥了极其重要的作用1。球磨机已经发展100多年了，如今仍然在破碎粉磨领域中起主要作用，在今后相当长一段时间内，破碎物料和粉磨物料还是要靠球磨机来完成，并且它还会在许多工业部门广泛地应用。1.1.2 课题研究的意义现代科技正在不断地发展着，每所高校、研究所或者是各种职业都在不断地开发并且应用新的材质。但是不管是提升材料的性能，还是研究它的组成部分，都需要将它研磨的更加细小、更加均匀。常规的方法是用普通的球磨机研磨，在球磨罐的旋转下，球磨罐里面的研磨体和物料产生撞击作用，可以将材料粉碎并且研磨。一般球磨机的球磨罐里面装有研磨体即磨球，打开电动机后动力就带动球磨罐旋转，球磨罐里面的研磨体和物料做竖直圆周运动，两者通过相互撞击方式达到研磨材料的目的。但是做竖直圆周运动必须要满足一定的条件，不然就无法细致地研磨材料。另外，达到一定的时候球磨罐和研磨体会朝着同一个方向旋转，这样球磨罐里面互相碰撞的机会就会变少，研磨效果和效率就会变低，所以想通过一般的球磨机获得细致的材质是很困难的。卧式行星球磨机的球磨罐是卧式放置的，如图1-1，旋转的时候物料没有最底下一说法，所以它的每个面都可以用来研磨，不会出现物料沉底的问题，明显就增大了研磨的几率2。因此，国家内外的专家对研究卧式行星球磨机十分关注。图1-1 行星球磨机示意图1.1.3 现状的分析国外很早就开始研究行星式球磨机，而且已经在生活中应用过了。最有代表性的就是德国RETSCH公司和FRITSCH公司的行星式球磨机。RETSCH公司的新型行星式球磨机可以快速地研磨颗粒样品并且研磨出来的品质非常好,甚至能达到纳米级别。FRITSCH公司将他们的产品应用到了许多的领域，他们的行星式球磨机有许多的优点，比如操作简单、可靠性高、清洗方便等，其代表产品是Pulverisett系列行星式球磨机3。国内对卧式行星球磨机的研究是从江苏省“八五”攻关计划开始的，在那期间提出了许多概念，包括最佳运动参数、粉磨功耗、磨筒内物料运动分布、冲击力与超细粉磨极限粒径和磨筒自保护等概念4。许多文章分析了行星磨的最佳工作参数和节能机理，得出了一定的结论，并且给出了行星磨的临界转速、最佳装球率、最佳转速以及最佳料球比等非常有价值的研究成果。2009年，国家“973”计划项目“水泥低能耗制备与高效应用的基础研究”中将“水泥粉磨动力学及过程控制”立为第三子课题，它的核心内容是对行星磨的动力学和节能机理的研究5。1.2 课题研究的内容和要求在此次毕业设计开始之前，本人已经查阅了许多有关球磨机的文献与资料，了解了卧式行星球磨机的工作原理和主要参数，也了解了卧式行星球磨机与普通球磨机之间的相似处和不同处。这次毕业设计的任务主要是：a）完成WXQM-4-2L卧式行星球磨机总体设计；b）完成WXQM-4-2L卧式行星球磨机的动力和传动系统、球磨罐和机架部件等部件系统设计与计算；c）完成WXQM-4-2L卧式行星球磨机全部零件设计。与此同时要完成10000字以上的设计说明书以及折合A0图纸三张以上的图纸，3000字以上的开题报告和译文。1.2.1 行星球磨机的工作原理行星式球磨机与一般球磨机不同的地方在于它的研磨体和物料是在一个二维旋转空间作高能运作，四个球磨罐放置在一个转盘上，球磨罐和转盘一起旋转，此时属于它的公转运动，与此同时球磨罐还在绕着自己的中心轴旋转，这就是它的自转，于是研磨体和物料在这么高的旋转速度中相互混合。到了一定时刻，研磨体和物料会因为强大离心力和快速自转的原因，在球磨罐里面从一侧飞越到另一侧，如图1-2，它们俩互相碰撞，物料被磨的十分细小。物料和研磨体在自转和公转这两个离心力的作用下，两者的合力不断地发生着变化，尤其是方向方面，研磨体和物料在里面做杂乱无序的运动，只要提高转速就能增加碰撞的几率，这就起到了高效研磨的效果。 （a）研磨体和筒壁碰撞的实际运动 （b）研磨体和筒壁碰撞的近似相对运动图1-2 研磨体和磨筒壁的碰撞过程示意图1.2.2 球磨机的分类a）按照冲击的类型可以分成：轻型球磨机、重型球磨机；b）按照长度可以分成：短筒球磨机、长筒球磨机；c）按照磨介的形状可以分成：球磨机、棒磨机、棒球磨机、砾石磨机；d）按照卸料的方法可以分成：尾斜式磨机、中卸式磨机、尾斜式磨机；e）按照传动的方法可以分成：中心传动磨机、边缘传动磨机；f）根据排矿的方式可以分成：格子型球磨机、溢流型球磨机。1.2.3 用途和使用范围行星式球磨机是现在社会里面新产品的研制、小样的制备和小批量生产高科技的材料必要的设备。卧式行星球磨机是许多科研单位、实验室、高校研究样品的很合适的设备，由于球磨机有四个球磨罐，所以一个实验就可以获得四种不同的样品。行星式球磨机在地质、医药、环保、冶金、电子、化工、轻功等部门里应用的很广泛，适用于电子陶瓷、催化剂、荧光粉、纳米材料、MLCC、热敏电阻（PTC、NTC）、ZnO压敏电阻、Ni-Zn铁氧体、Mn-Zn铁氧体等产品的生产领域。392 卧式行星球磨机的总体设计在设计过程中，首先要做的就是对球磨机进行总体分析和设计，特别是对行星轮系的设计，确定工作参数、传动方案、电动机的选择以及其他一些辅助机构的设计。2.1 总体工作参数确定参考了市面上相同类型的球磨机，得出了以下技术参数：a）传动方式：齿轮传动；b）工作方式：四个球磨罐一起旋转，每个球磨罐的体积为0.5L，总容积为2L；c）进料粒度：土壤料10mm，其他料3mm； 出料粒度：最小可以达到0.1m；d）转速比（公转：自转）：1:2；e）球磨机的额定转速：公转50-400转/分，自转100-800转/分；f）电动机的额定功率：0.75kW； 最大的装样量：球磨罐容积的2/3；g）球磨罐的规格：直径内径80mm，内宽100mm。2.2 电动机的选择2.2.1电动机类型的选择参考市面上相同类型的球磨机，前人得出的经验是球磨罐总体积在2L-6L的都可以选择0.75kW的电动机，因此根据卧式行星球磨机的工作要求和工作性能，参考机械设计课程设计的表16-3确定选择Y801-2三相异步电动机，额定功率为0.75kW，满载转速nm=2825r/min7。2.2.2确定电动机的功率电动机选择多大的功率会对它的工作性能以及它的经济性产生影响。所以一般为了能让电动机正常的工作，额定功率Ped要大于等于工作功率Pd，也就是说Ped Pd，这样子的话电动机就不会发热了，也不会因为发热而导致问题的产生8。球磨机的上半部分可以作为一个整体，所以需要计算四个球磨罐转动所需要的功率。上半部分的总质量大概是20kg。电动机到工作机之间的效率w （2-1）式中1、2、3、4、5分别为弹性联轴器、齿轮传动、齿轮传动、齿轮传动的轴承、研磨体在球磨罐体内部消耗的功率。取1=0.99、2=0.97、3=0.97、4=0.99、5=0.96。 （2-2）由公式式中：m上面磨罐等的总质量，kg； i 惯性半径，m； J 物体对回转轴线的转动惯量，kgm2。 （2-3） （2-4）式中：角加速度，rad/s2； 角速度，rad/s；t 电动机从启动到稳速的时间，s。 （2-5） n球磨罐的转速，每分钟的转速r/s。 （2-6） （2-7） （2-8） （2-9） （2-10）因此可以选择功率为0.75kW的电动机。2.3 联轴器的选择联轴器的转矩计算 (2-11)式中：Tc计算的转矩，Nm； T 理论转矩，Nm； Tn公称转矩，Nm； Pw驱动功率，kW； n 工作转速，r/min； K 工况系数。查机械与电气设计手册工况系数表，得球磨机的工况系数大小为K=2.09。 （2-12）由于Tca一定要小于Tn，从文献9里选择用LT1型弹性套柱销联轴器，Tn=6.3Nm。标记为：LT1联轴器GB/T4323-2002。3 齿轮传动设计3.1 电动机与齿轮传动设计计算3.1.1 齿轮相关参数的选择（1） 齿轮传动：根据整体的设计个人觉得选择圆柱斜齿轮比较好。与直齿轮相比：斜齿轮平稳，强度比较高，负载重。但是直齿轮很容易有冲击、振动和噪音的问题。（2） 精度等级：这是一般的工作机械，速度不高，可以用8级精度。（3） 齿轮材料：钢材的性能好，强度高，价格便宜，是理想的齿轮材料，因此决定大小齿轮的材料为45钢。由于在齿轮传动中，一般小齿轮要比比大齿轮硬3050HBS，因此小齿轮的热处理方法为调质，硬度约是235HBS；大齿轮为正火，硬度约是190HBS。硬度差为45HBS，满足要求10。（4） 齿数选择：小齿轮，大齿轮。设齿轮传动比i=1.6，则，取。齿数比u=60/37=1.62。（5） 齿宽系数：查机械设计表8-5得出。（6） 初选螺旋角：=13。3.1.2 按齿面接触疲劳强度设计 （3-1）1）确定公式内的各项参数值 （1） 查机械设计图8-19，选取ZH=2.433。（2） 齿轮材料都是45钢，查机械设计的表8-3得。（3） 本设计中齿轮的齿数大概属于中等，因此Z取0.8。（4） 螺旋角系数。（5） 小齿轮传递的扭矩 （3-2）式中：P小齿轮传递的功率，kW； n小齿轮的转速，。 （3-3）（6） 暂定载荷系数Kt=1.7。（7） 小齿轮是锻钢调质，查机械设计图8.6（c）得；大齿轮是正火处理的铸钢，查图8.6（b）得。（8） 计算应力循环次数 （3-4）式中：j=1；Lh是齿轮工作的寿命，单位是小时。在本设计中，Lh=2班制8小时300天10年。 （3-5） （3-6）（9） 根据应力循环次数查机械设计的图8.8，查得系数为KHN1=0.86，KHN2=0.88。（10） 计算许用接触疲劳应力。安全系数为S=1，失效率是1%。则 （3-7） （3-8） （3-9）2）设计计算（1）试计算齿轮的分度圆直径d1t。 （3-10）取d1t=75mm。 （2）计算圆周速度v。 （3-11）（3）计算载荷系数。由机械设计表8.2得：KA=1；根据v=11.09m/s、8级精度，查机械设计图8.11得：KV=1.28；由机械设计书上内容知道K=1.3；由图8.13得K=1.3。 （3-12）（4）校正分度圆直径。通过实际的载荷系数来修正分度圆直径，得 （3-13）（5）计算齿轮的模数mn。 （3-14）根据机械原理表5-1，模数定为mn=2.5mm11。3.1.3 计算齿轮传动的几何尺寸（1）中心距a。 （3-15）算出来的中心距不是整数，所以把它圆整成125mm。（2）校正螺旋角。 （3-16）（3）计算大小齿轮的分度圆直径。 （3-17） （3-18）（4）计算齿轮的宽度。 （3-19）圆整后b=40mm，大齿轮的宽度是b2=40mm，小齿轮的宽度是b1=b+5=40+5=45mm11。3.1.4 校核齿根弯曲疲劳强度 （3-20）1）确定公式里面的的每一项参数的值（1）从机械设计图8.7（c），通过齿面硬度得：小齿轮Flim1=230MPa；从图8.7（b）得：大齿轮为Flim2=180MPa。（2）查机械设计图8.9，根据应力循环次数N1=8.136109N,N2=5.02109N，查得系数KFN1=0.82，KFN2=0.84。（3）计算许用弯曲疲劳应力。取弯曲疲劳安全系数S=1.4。则 （3-21） （3-22）（4）计算当量齿数 （3-23） （3-24）（5）查齿数系数和应力校正系数。查机械设计表8.4得：YFa1=2.395，YFa2=2.257，YSa1=1.671，YSa2=1.741。（6）计算两齿轮的，并且比较： （3-25） （3-26）所以，大齿轮数值大，应该校核它的弯曲疲劳强度。（7）选Y=0.88。（8）由机械设计可以知道Y=0.630.87，齿数多的时候取小一点的值。在这个设计里面齿轮的齿数属于中等，取Y=0.8。2）校核计算 （3-27）所以，齿根的弯曲疲劳强度符合要求。表3-1 齿轮传动的尺寸名称计算公式结果/mm法面模数mn2.5法面压力角n20螺旋角14.07续表3-1名称计算公式结果/mm齿数z1z23760传动比i21.6分度圆直径d1d295.36154.64齿顶圆直径100.36159.64齿根圆直径89.11148.39中心距125齿宽b1=b+5b2=b45403.2 齿轮与公转齿轮传动设计计算3.2.1 齿轮相关参数的选择（1）齿轮传动的类型：选择圆柱斜齿轮。（2）精度等级：这是一般的工作机械，速度不高，可以用8级精度。（3）齿轮材料：钢材的性能好，强度高，价格便宜，是理想的齿轮材料，因此决定大小齿轮的材料为45钢。由于在齿轮传动中，一般小齿轮要比比大齿轮硬3050HBS，因此小齿轮的热处理方法为调质，硬度约是235HBS；大齿轮为正火，硬度约是190HBS。硬度差为45HBS，满足要求。（4）齿数选择：小齿轮，大齿轮。设齿轮传动比i=4.5，则，取。齿数比u=140/31=4.52。（5）齿宽系数：查机械设计表8-5得出。（6）初选螺旋角：=13。3.2.2 按齿面接触疲劳强度设计 （3-28）1）确定公式内的各项参数值（1）查机械设计图8-19，选取ZH=2.433。（2）齿轮材料都是45钢，查机械设计的表8-3得。（3）本设计中齿轮的齿数大概属于中等，因此Z取0.8。（4）螺旋角系数。（5）小齿轮传递的扭矩 （3-29）式中：P小齿轮传递的功率，kW； n小齿轮的转速，。 （3-30）（6）暂定载荷系数Kt=1.7。（7）小齿轮是锻钢调质，由文献10的图8.6（c）得；大齿轮是正火处理的铸钢，查图8.6（b）得。（8）计算应力循环次数 （3-31）式中：j=1；Lh为齿轮工作的寿命，单位为小时。在本设计中，Lh=2班制8小时300天10年。 （3-32） （3-33）（9）根据应力循环次数查机械设计图8.8，查得KHN1=0.88，KHN2=0.9。（10）计算许用接触疲劳应力。安全系数S=1，失效率1%。则 （3-34） （3-35） （3-36）2）设计计算（1）试计算齿轮的分度圆直径d1t。 （3-37）取d1t=55mm。（2）计算圆周速度v。 （3-38）（3）计算载荷系数。由机械设计书上的表8.2得：KA=1；根据v=5.082m/s、8级精度，查机械设计书上的图8.11得：KV=1.2；由机械设计书上的内容知道K=1.3；由图8.13得K=1.3。 （3-39）（4）校正分度圆直径。通过实际的载荷系数来修正分度圆直径，得 （3-40）（5）计算齿轮的模数mn。 （3-41）根据机械原理表5-1，模数定为mn=2mm。3.2.3 计算齿轮传动的几何尺寸（1）中心距a。 （3-42）算出来的中心距不是整数，所以把它圆整成178mm。（2）校正螺旋角。 （3-43）（3） 计算大小齿轮的分度圆直径。 （3-44） （3-45）（4）计算齿轮的宽度。 （3-46）圆整后b=50mm，大齿轮的宽度是b2=50mm，小齿轮宽度b1=b+5=50+5=55mm。3.2.4 校核齿根弯曲疲劳强度 （3-47）1） 确定公式里面内的每一项参数的值（1）根据机械设计图8.7（c），通过齿面硬度得：小齿轮Flim1=230MPa；从图8.7（b）查得：大齿轮为Flim2=180MPa。（2）查机械设计图8.9，根据应力循环次数N1=5.085109N,N2=1.125109N，查得KFN1=0.82，KFN2=0.84。（3）计算许用弯曲疲劳应力。取弯曲疲劳安全系数S=1.4。可得 （3-48） （3-49）（4）计算当量齿数 （3-50） （3-51）（5）查取齿数系数和应力校正系数。由机械设计表8.4查得：YFa1=2.451，YFa2=2.137，YSa1=1.650，YSa2=1.836。（6）计算两齿轮的，并且比较： （3-52） （3-53）所以，大齿轮数值大，应该校核它的弯曲疲劳强度。（7）选Y=0.88。（8）由机械设计可以知道Y=0.630.87，齿数多的时候取小一点的值。在本设计里面齿轮的齿数属于中等，取Y=0.8。2）校核计算 （3-54）所以，齿根弯曲疲劳强度符合要求。表3-2 齿轮传动的尺寸名称计算公式结果/mm法面模数mn2法面压力角n20螺旋角16.12齿数z1z231140传动比i24.5分度圆直径d1d264.54291.46齿顶圆直径68.54295.46齿根圆直径59.54286.46中心距178齿宽b1=b+5b2=b55503.3 行星齿轮传动设计计算3.3.1 齿轮相关参数的选择（1）齿轮传动的类型：选择圆柱斜齿轮。（2）精度等级：这是一般的工作机械，速度不高，可以用8级精度。（3）齿轮材料：钢材的性能好，强度高，价格便宜，是理想的齿轮材料，因此决定大小齿轮的材料为45钢。由于在齿轮传动中，一般小齿轮要比大齿轮硬3050HBS，因此小齿轮的热处理方法为调质，硬度约是235HBS；大齿轮为正火，硬度约是190HBS。硬度差为45HBS，满足要求。（4）齿数选择：小齿轮，大齿轮。因为公转与自转的转速比为2，所以齿轮传动比i=2，则。由于齿数之间要求互为质数，取。齿数比u=51/25=2.04。（5）齿宽系数：查机械设计的表8-5得出。（6）初选螺旋角：=13。3.3.2 按齿面接触疲劳强度设计 （3-55）1）确定公式里面的每一项参数值（1）查机械设计图8-19，选取ZH=2.433（2）齿轮材料都是45钢，由文献10表8-3知道。（3）本设计中齿数中等，因此重合度系数Z取0.8。（4）螺旋角系数。（5）小齿轮传递的扭矩 （3-56）式中：P小齿轮传递的功率，kW； n小齿轮的转速，。 （3-57）（6）暂定载荷系数Kt=1.7。（7）小齿轮是锻钢调质，由文献10图8.6（c）得；大齿轮是正火处理的铸钢，查图8.6（b）得。（8）计算应力循环的次数 （3-58）式中：j=1；Lh为齿轮工作的寿命，单位为小时。在本设计中，Lh=2班制8小时300天10年。 （3-59） （3-60）（9）根据应力循环次数查机械设计的图8.8，查得KHN1=0.88，KHN2=0.9。（10）计算许用接触疲劳应力。安全系数S=1，失效率1%。则 （3-61） （3-62） （3-63）2）设计计算（1）试计算齿轮的分度圆直径d1t。 （3-64）取d1t=40mm。（2）计算圆周速度v。 （3-65）（3）计算载荷系数。由机械设计书上的表8.2得：KA=1；由v=1.64m/s和精度等级，查机械设计书上的图8.11查得：KV=1.11；由机械设计书上的内容知道K=1.3；由图8.13得K=1.3。 （3-66）（4）校正分度圆直径。通过实际的载荷系数来修正分度圆直径，得 （3-67）（5）计算齿轮的模数mn。 （3-68）根据机械原理表5-1，模数定为mn=2mm。3.3.3 计算齿轮传动的几何尺寸（1）中心距a。 （3-69）算出来的中心距一般都要把它圆整成尾号是0或5的数，所以a=80mm。（2）校正螺旋角。 （3-70）（3）计算大小齿轮的分度圆直径。 （3-71） （3-72）（4）计算齿轮的宽度。 （3-73）圆整后b=45mm，大齿轮的宽度b2=45mm，小齿轮的宽度b1=b+5mm=45+5=50mm。3.3.4 校核齿根弯曲疲劳强度 （3-74）1）确定公式里面的每一项参数值（1）从机械设计图8.7（c），通过齿面硬度得：小齿轮Flim1=230MPa；从图8.7（b）查得：大齿轮为Flim2=180MPa。（2）由机械设计图8.9，根据应力循环次数N1=2.26109N,N2=1.11109N，查得KFN1=0.88，KFN2=0.9。（3）计算许用弯曲疲劳应力。取弯曲疲劳安全系数S=1.4。可得（3-75） （3-76）（4）计算当量齿数 （3-77） （3-78）（5）查取齿数系数和应力校正系数。由机械设计表8.4得：YFa1=2.528，YFa2=2.282，YSa1=1.621，YSa2=1.728。（6）计算两齿轮的，并且比较： （3-79） （3-80）所以，大齿轮数值大，应该校核它的弯曲疲劳强度。（7）选Y=0.88。（8）由机械设计可以知道Y=0.630.87，齿数多的时候取小一点的值。在这个设计里面齿轮的齿数属于中等，取Y=0.8。2）校核计算 （3-81）所以，齿根弯曲疲劳强度符合要求。表3-3 齿轮传动的尺寸名称计算公式结果/mm法面模数mn2法面压力角n20螺旋角18.19齿数z1z22551传动比i22分度圆直径d1d252.63107.37齿顶圆直径56.63111.37续表3-3名称计算公式结果/mm齿根圆直径47.63102.37中心距80齿宽b1=b+5b2=b50454 轴的设计4.1 轴的材料选择依据轴的结构和它工作的情况，可以选择用45钢并且调质。4.2 轴的最小直径的估算按照公式来进行直径的最小估算。当该段轴上有两个键槽的时候，d要增大到10%15%。查表得：C=120。4.2.1 转轴 （4-1）转轴的最小直径与两端机架相连接，为了让轴与齿轮连接的更紧，考虑到键槽对轴的强度的影响，根据计算确定该轴的最小直径为d1=20mm。4.2.2 中心轴 （4-2）中心轴的最小直径是连接两端机架的直径。为了让轴与齿轮连接的更紧，考虑到键槽对轴的强度的影响，根据计算确定该轴的最小直径为d2=20mm。4.2.3 空心轴 （4-3）因为风与物料要在空心轴处进入，且空心轴处有轴承，因此这段轴径应该增大，所以决定进料空心轴的直径是30mm，出料空心轴直径是20mm。4.3 转轴的结构设计4.3.1 各轴段直径的确定d11：轴的末端用滚动轴承与机架相连，轴的直径为d11=20mm。查机械设计课程设计里的表13-2选轴承为6004，尺寸为dDB=20mm42mm12mm。d12：齿轮和轴通过键连接，但是键槽会削弱轴的强度，因此直径要稍微大一点，取d12=25mm。查文献9表11-26得键的尺寸：bhL=8mm7mm28mm（t=4mm，r=0.2mm）。d13：过段轴的直径，取d13=25mm。d14：齿轮和轴通过键连接，但是键槽会削弱轴的强度，因此直径要稍微大一点，取d14=25mm。键的大小与d12相同：bhL=8mm7mm28mm（t=4mm，r=0.2mm）。d15：轴的末端用滚动轴承与机架相连，与d11相同。所以，d15=20mm，轴承为6004，尺寸为dDB=20mm42mm12mm。4.3.2 各轴段长度的确定l11：由整体尺寸以及齿轮宽度等来决定，l11=341.5mm。l12：齿轮与轴相连处，由齿轮的宽度决定，l12=53mm。l13：过渡轴的长度，l13=43mm。l14：齿轮与轴相连处，由齿轮的宽度决定，l14=38mm。l15：由整体尺寸来决定，l15=50mm。4.4 中心轴的结构设计4.4.1 各轴段直径的确定d21：键与销处轴的直径，取d21=20mm。选键的尺寸为：bhL=6mm6mm36mm（t=3.5mm，r=0.2mm）；销连接的尺寸为6mm35mm。d22：过度轴的直径，d22=25mm。d23：键槽段的直径，考虑到键槽会削弱轴的强度，因此直径要稍微大一点，取d23=30mm。由文献9表11-26得键的尺寸：bhL=8mm7mm36mm（t=4mm，r=0.2mm）。大盘与这段轴相连，通过轴承的方法实现，选择的轴承是自润滑轴承，这样的轴承终生不需要加油。d24：过渡轴承的直径，取d24=30mm。d25：键与销处轴的直径，取d25=20mm。这里也选择了自润滑轴承把轴和齿轮连接起来；选键的尺寸为：bhL=6mm6mm36mm（t=3.5mm，r=0.2mm）；销连接的尺寸为6mm35mm。4.4.2 各轴段长度的确定l21：由上箱体和中间箱体的结构、空心轴的长度等来决定，l21=156.5mm。l22：过渡轴，由装配的要求确定，l22=13.5mm。l23：由惰轮的宽度决定，l23=43mm。l24：由球磨罐的宽度来决定的，l24=123mm。l25：由上箱体和中间箱体的结构、空心轴的长度等来决定，l25=194mm。4.5 空心轴的结构设计4.5.1 各轴段直径的确定d31：进料口轴径，由上面已知d31=30mm。d32：出料口轴径，由上面已知d32=20mm。4.5.2 各轴段长度的确定l31：根据公转齿轮宽度、装配的要求来决定，l31=75mm。l32：根据行星齿轮宽度、大盘宽度、装配的要求来决定，l32=123.5mm。5 轴的校核5.1 中心轴的校核5.1.1 按照弯扭合成的强度的条件来计算从结构图可以确定简支梁支撑的距离是L1=144mm，L2=223mm， L3=169mm，由此来求出齿轮宽度的中点在的那一界面的MH，MV，Me，Mca的值。5.1.2 作出轴的受力为了让计算更加方便，轴可以解析成两个方向来计算，垂直和水平方向。将力集中在齿轮宽度的中点，而对于支反力，其位置随轴承的不同而不同，一般看情况定。5.1.3 计算轴受到的外力圆周力 （5-1）径向力 （5-2）5.1.4 求出它的支反力 （5-3） （5-4） （5-5）垂直方向上的支反力 （5-6） （5-7） （5-8）5.1.5 计算出轴的弯矩值水平方向上的弯矩 （5-9）垂直方向上的弯矩 （5-10）合成弯矩 （5-11） （5-12）5.1.6 转矩通过脉动循环的计算变化来计算，取=0.6得： （5-13） （5-14）在做最后的校核的时候，只要校核最危险的截面，这个截面通常受到最大的弯矩和扭矩。 （5-15）所以轴的强度是符合要求的。5.2 转轴的校核5.2.1 按照弯扭合成的强度的条件来计算从结构图可以确定简支梁支撑的距离是L1=367mm，L2=102mm， L3=68mm，由此来求出齿轮宽度的中点在的那一界面的MH，MV，Me，Mca的值。5.2.2 作出轴的受力为了让计算更加方便，轴可以解析成两个方向来计算，垂直和水平方向。将力集中在齿轮宽度的中点，而对于支反力，其位置随轴承的不同而不同，一般看情况定。5.2.3 计算轴受到的外力圆周力 （5-16）径向力 （5-17）5.2.4 求出它的支反力 （5-18） （5-19） （5-20）垂直方向上的支反力 （5-21） （5-22） （5-23）5.2.5 计算出轴的弯矩值水平方向上的弯矩 （5-24）垂直方向上的弯矩 （5-25）合成弯矩 （5-26） （5-27）5.2.6 转矩通过脉动循环的计算变化来计算，取=0.6得： （5-28） （5-29）在做最后的校核的时候，只要校核最危险的截面，这个截面通常受到最大的弯矩和扭矩。 （5-30）所以轴的强度是符合要求的。6 外箱体的设计本设计是连续式的行星式球磨机，因此需要设计连续的进出料口。经过大概的设计，决定采用气体流动原理，物料在风力的作用下被均匀不断的吹进球磨罐里面，被粉磨后又在风压的作用下均匀不断的被吹出罐内，进出料被堵塞的问题一下子就被解决了。球磨罐要被设计成可以拆卸的，发生故障时方便取下维修；此外还在球磨罐内设计了集尘罩，将未被粉磨的物料和已粉磨的物料分选开来12。6.1 进料口的设计进料器固定在中心轴上，用销与轴固定。进料器下方有一个进料管道，管道的末端分两个口，一个是进物料口，还有一个是进风口，物料经风压作用通过管道进入分配转盘。进料器通过毛毡与分配转盘相连，分配转盘通过毛毡与空心轴相连，随着公转齿轮转动而转动。物料通过管道进入到分配转盘中，随着转盘一起旋转，在风的作用和物料自身旋转的作用下会逐渐进入四个空心轴中，然后就进入到球磨磨里面。6.2 出料口的设计出料器的设计与进料器基本相似。用销连接固定在轴上，与分配转盘相连，分配转盘的另一侧与空心轴相连。出料器的下方有一个出料管道，用螺栓与机架相连，管道直接通到机架外边，这样就不需要每次都打开箱盖来收集粉磨了。物料在球磨罐内被研磨后，通过空心轴进入到转盘中，然后掉落到下方的出料器，在风的作用下被吹入出料管道。球磨罐内有一个集尘罩，各个面上都有许多的网槽，细粉尘一般都会集中到这里，就可以分选出物料与粉磨。6.3 外壳设计机座、箱体的厚度由它的强度、尺寸、刚度和材料等决定。一般是根据它们受力的情况，然后在满足稳定性、强度刚度的条件下，尽力选择小一点的厚度，这样能减小整体的质量。本设计中，由于该球磨机是小型式球磨机，因此选用灰铸铁，箱体的壁厚是20mm；机座承受的重量较大，支撑着整个球磨机，因此它的壁厚需要比箱体的壁厚大一点，机座的壁厚为2