《机械设计制图》球磨机设计

课程设计——球磨机设计引导说明万静北京科技大学机械工程学院(010)623323571球磨机

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。2实际生产中使用的球磨机3实验室使用的球磨机4应用场合5球磨机工作基本原理

当球磨机回转时，研磨介质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，研磨介质还产生滑动和滚动，因而研磨介质、衬板与物料之间发生研磨作用使物料磨细。6课程设计日程安排（时间很紧、体力很累）(8月13日开始）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)；0.5天：绘制小齿轮轴系部件装配图草图，受力、弯矩、扭矩图等装订在说明书中；7要求：1、草图与弯矩扭矩图务必对应，画在一张纸上（粘贴加长纸）。2、各段轴的直径、长度表述，参见书中例题格式。8课程设计日程安排（时间很紧、体力很累）0.5天：绘制小齿轮轴的零件图A3(1:1)；1.5天：写设计说明书；1天：改错；（8月21-22日）1天：答辩.9一、设计任务书1.

设计目的（《教材下》P332）2.设计内容（包括：设计题目、简图、使用要求、已知条件、设计任务（《教材下》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）。使用折旧期5年10二、、球球磨磨机机的的总总体体设设计计1.球球磨磨机机的的基基本本参参数数（见见《《教材材下下》P345-346））1）研磨介介质的合理理载量G0式中：G1：研磨物料料（kg）），已知条条件可知G1=20kg；G0：研磨介质质（钢球））的合理装装载量（kg）。112）计算罐罐体体积V式中：V：罐体容容积（m3）γ：研磨介介质（钢球球）的比重重，γ取4800kg/m3φ：研磨介介质的填充充系数，对对于干式球球磨机φ取0.3。123）计算罐罐体内径D式中：D：球磨机机内径（m）；L：球磨罐罐长度，L取1.2D（m）134）计算球球磨机有利利工作转速速n214球磨机转速速对粉磨工工作的影响响当筒体转速速过低时（图a）），筒体不不能将研磨磨体带到一一定的高度度，冲击物物料的作用用很小。反反之，若筒筒体的转速速过大（图c），，研磨体在在其惯性离离心力的作作用下贴附附在筒体上上，与筒体体一起作圆圆周运动，，也根本起起不到对物物料的冲击击作用。只只要当筒体体的转速适宜时，研磨体体抛出后，，才能获得得最大的降落落高度，对物料产产生较大的的冲击效果，如图b所所示。152.方案案比较（见见《教材下下册》P302，改改为列表方式）从球磨机的的基本参数数计算可知知，球磨机机转速为……,电动机的转转速一般有有3000rpm、1500rpm、1000rpm、750rpm几种，从结构尺寸寸、价格等等考虑选1000rpm,16传动比与传传动级数单级（i：：1－8；；直齿轮：：1－5））三级或多级级或周转轮轮系（i↑↑）蜗轮蜗杆减减速器（i：10－－80）双级（i：：8－30）在多级传动动（如：带带传动、链链传动、圆圆柱齿轮传传动、圆锥锥齿轮传动动、蜗轮蜗蜗杆传动等等）中，总总传动比为为各级传动动比的乘积积：17总传动比i=可采用2级级传动。所以初步拟拟定四种传传动方案见见《教材下下册》P30218四种传动方方案（参见《教教材下册》》P302，从工作条条件、传动动性能、传传动比、空空间结构尺尺寸、重量、效效率、功率率及成本等等方面讨论论，确定一一种最佳方方案）19确定一种方方案（b））203.选择电电动机（见《实用用手册》P286-287，，《教材下册册》P301、335-336）考虑到工作作载荷、工工作特性、、环境条件件和成本等等方面的原原因，选用用Y系列电动机机转速为1000rpm。球磨机所需需功率：式中：V：球磨机机的有效容容积，V=D:球磨机机的内径，，D=G：球磨机机的装载量量，G=G1+G0=K：电动机机的储备系系数，K取取1.1；；η：粉碎效效率，已知知η=90%。213.选择电电动机电动机实际际功率：Pd=Pw/ηa；ηa=η带×η齿轮×η轴承=0.96×0.95×0.99=0.90288（见《实用用手册》P136））所以,Pd=Pw/ηa=选电机参见见《实用手手册》P286-288：电动机选用用：Y100L-6223.选择电电动机由《实用手手册》P286-288：电动机选用用：Y100L-6电动机的外外形尺寸：：图《教材材下》P33623中心高H外廓尺寸安装尺寸轴伸尺寸平键尺寸100380x（105+180）x245160x14028x608x243.选择电电动机（见见《实用手手册》P286-288）型号功率同步（满载）转速最大转矩电机重量Y100L-6-B31.51000（940）2.033表1-1电电动动机主要性性能表1-2电电动机机外形尺寸寸(mm)244.针对确确定的传动动方案，求求总传动比比，分配各各级传动比比

（见《《教材下》》P336-337）由所选电动动机的转速速和工作机机转速，可可得总传动动比：（1-2））式中nm：电动机的的满载转速速，r/min：nw：工作机的的转速(即即图中II轴nII=），r/min。多级传动中中，总传动动比为各级级传动比的的乘积：式中i1、i2、i3、……in。为各级传传动机构传传动比,选选i齿=6。在已知总传传动比要求求时，如何何合理选择择和分配各各级传动比比，见《教材下》》P303-304。。25三、传动件件设计设计计算传传动件时，，需要知道道各轴的功功率、转速速、转矩，，因此应将将工作机上的的功率、转转速、转矩矩推算到各各轴上。如果一传动动装置从电电动机到工工作机有三三根轴，依依次为电机机轴、I、、II轴，，则：261．计算各各轴转速、、转矩、功功率（见《《教材下》》P337-338）（1-4））（1-5））（1-6））式中nm：电动机的的满载转速速，r/minn电机轴、nI、nII分别为电机机轴、I、、II轴的的转速r/min；电机机轴为高速速轴、II轴为低低速轴i01、i12、i2依次为电动动机与I轴，I与II轴轴，II与III轴间间的传动比比。271）各轴转转速：n电=，，nⅠ=，，nⅡ=；；2）各轴功功率：PⅠ=P实×η带=，，PⅡ=PⅠ×ηⅠ·Ⅱ=；；3）电动机机输出扭矩矩：T电机轴=9550P实/n电机轴=；；4）各轴转转距：TⅠ=T电机轴×i带×η带=，，TⅡ=TI×i齿轮×ηⅠ·Ⅱ=；；各轴的动力力参数:轴号传动比i效率η功率（kw）转速（r/min）扭矩Ｔ（N•m）电机I轴II轴282.带传传动设计（（《教材材下》P339）设计带传动动时应注意意检查带轮轮尺寸与传传动装置外外廓尺寸的的相互关系系，例如小小带轮外圆圆半径是否否大于电动动机的中心心高，大带带轮外圆半半径是否过过大造成带带轮与机器器底座相干干涉等。要要注意带轮轮孔径尺寸寸与电动机机轴或减速速输入器轴轴尺寸是否否相适应。。带轮直径确确定后，应应验算带传传动的实际际传动比，，并以此修修正各轴的的运动、动动力参数。。带轮的结结构形式主主要由带轮轮的直径决决定，《教教材下》第第11章。。29带传动设计计时所需确确定的内容容主要为（（通常选用用V带传动动）：确定计算功功率Pc；；选择V带型号号；选取大带轮和和小带轮的基基准直径d1和d2；验算带速v；；确定中心距a和带长Ld；验算包角α1；计算带的根数数z；计算在轴上的的作用力FQ。（后面设计计计算需用FQ）30①计算功率Pc=KA·P（注：P取计算所得得）由已知条件和和使用要求，，载荷平稳、、一班制：《《教材下》》P67-表11-3，，KA=1.1则Pc=KA·P=②确定V带型型号（根据Pc、n1由《教材下》》P73图11-7选取，注意意：选Z会出问题：根根数太多，在Z、A共同区域,可可选A型）③确定带轮直直径（注意按按标准系列推荐使用范围围选取）由图11-7及表11-10，取d1=112，则d2=i带·d1=？,取d2=315；i带实=315/112=2.81④验算带速（5～25m/s）31根据小带轮的的转速n1和计算功率PC来确定V带的的型号。图中中还给出了小小带轮的基准准直径d1的推荐使用用范围。

小带轮转速n1(r/min)

计算功率Pc(kW)

Z区

A区Z与A相邻区32⑤确定带轮中中心距a和带带长Ld（初取a0=？：0.7（d1+d2）≤a0≤2（d1+d2）及场地条件件→计算Ld0=2a0+3.14×（（d1+d2）/2+（d2-d1）2/（4a0）查出Ld=？算出a＝a0+(Ld-L0)/2=？450左左右？带的调整范围围：由a+0.030Ld⑥验算包角αα1（α1>120º））⑦计算带的根根数z=Pc/((P1+ΔP1)KαKL)=？-0.015Ld33⑧计算作用在在轴上的力FQ=2F0Zsin(α1/2)FQ的求解很关键键，为轴系的的受力分析作作准备。⑨确定带轮结结构尺寸（见见《教材下》》P339图25-5、P76-78）⑩张紧装置（（见《习题》》P100））3435张紧装置（见见《习题》P102：滑滑块张紧装置置易于拆卸））36调整中心距37调整中心距383、开式齿轮轮传动的设计计计算开式齿轮传动动设计准则：：按弯曲疲劳强度度进行设计，再再将计算确定定的模数增增大10%-15%的办办法，，来考考虑磨磨损对对轮齿齿强度度削弱弱的影影响。。1)选选材材料开式齿齿轮传传动，，要求求齿面面有较较高的的耐磨磨性，，由《《教材材下》》表12-11选择择齿轮轮材料料如下下（小齿轮轮材料料要优优于大大齿轮轮）：小齿轮轮：45调质HB217~286HBS=250大齿轮轮：ZG310-570正火HB163-207HBS=18539按《教教材下下》表表12-12查查取最最小安安全系系数：：代入数数值：：许用弯弯曲应应力：：2)确确定许许用应应力403)确确定齿齿数取小齿齿轮的的齿数数为z1=20（对对于开开式齿齿轮传传动，，由于于轮齿齿主要要为磨磨损失失效，，为使使轮齿齿不致致过小小，故故小齿齿轮不不宜选选用过过多的的齿数数，一一般可可取z1=17~20），则则大齿轮的的齿数为：：取整z2=127（相互互啮合齿齿轮对磨磨损均匀匀，传动动平稳，，一般z1和z2互为质数数）则开式齿齿轮的实实际传动动比为：：考虑转速速误差分分析414）按轮齿齿弯曲强强度设计计模数式中：载载荷系数数取：KA=（（表12-8））KV=K=（（图12-26）代入数值值：K=42应力影响响系数由于两个个齿轮的的齿数和和材料不不同，为为使两齿齿轮的弯弯曲强度度都能满满足，需需将YFS1/[F1]和YFS2/[F2]中的较大值代入式式中。由表12-10，z1=20,YFS1=4.36z2=127,YFS2=3.98计算小齿齿轮的转转矩T1传递的功功率P=？kW小齿轮的的转速n1=？rpm43确定齿宽宽系数由表12-9：：取d=？44计算模数数考虑磨损损对轮齿齿强度削削弱的影影响，模模数增大大10%~15%，，则：m=1.7(1+15%)=1.955（mm）取标准模模数：m=2.0mm？（表12-1））考虑到齿齿轮的结结构和安安装方便便，大齿齿轮的分分度圆直直径需取取至610~650mm。建议取标标准模数数：m=5mm45四、轴系系设计46（一）支支撑辊轴轴系1）罐体体的结构构设计铸造：罐体尺寸寸较大，，一般可可用ZG35铸铸造；焊接：钢板卷曲曲后焊接接。罐体体壁厚10~15mm，，两端端焊接接。（（单件生生产）？加大大47罐体结结构设设计48罐体结结构设设计49罐体部部件图图502）支支撑辊辊支撑撑的重重量F为支支撑总总重量量；F=G0+G1+Gg+Gch+Gk注意：：Gg=壁壁厚+两端端板G0：：研研磨介介质重重量；；G1：：研研磨物物料重重量;Gg：：罐罐体重重量;Gch：齿齿圈重量；；Gk：箍箍重量。重量计算时时应画出相相关的有尺尺寸的简化化示意图！！51TII：旋转罐体的的转矩。(1）支撑撑辊的支撑撑角度直接接影响到力力矩平衡，，在竖直方方向：(2）摩擦擦力矩由公式1））、2）得得到：3）求θ、、N524)辊轮轮轴的受力力分析、弯弯矩图53固定心轴计算强度→→设计轴径径→选择轴轴承（计算时可可大致估计计定出支撑撑点的距离离）Nl5）轴承的的强度校核核（寿命计计算）（可按一天天工作8小小时，一年年按250计算）轴承的转速速应为辊轮轮轴的转速速：54（二）大大带轮轴轴系轴上安装齿轮和带轮。由分析可可知，该轴轴是转轴，既受弯矩矩又受扭矩矩。在设计计该轴时，，可在绘制制草图的同同时进行计计算。轴系设计应应考虑轴上上的零件安装和固定，可参考教教材中的有有关章节；；轴承座的的结构要考考虑拆装方方便。551）初估轴轴径2）结构设设计（考虑虑轴承的组组合设计，，画草图））3）强度校校核(参见见《教材下下》P231-234及作作业练习））d：轴的估估算直径，，即轴上最细处处的直径mm56要求必须画画在一张A3纸上（九个图））加一个当量量弯矩图！！57要求：1、草图与与弯矩扭矩矩图务必对对应，画在在一张纸上（（粘贴加长长纸）。2、各段轴轴的直径、、长度表述述，参见书书中例题格格式。584）键强度度校核(《《教材下》》P26-28/P45)有两处有键键(装齿轮轮、带轮处处）5）滚动轴轴承的校核核五、螺栓强强度计算（（开式齿轮轮与滚筒之之间联接））圆周上均匀匀分布8个个螺栓，取取M10方式：1））普通螺栓栓联接2）铰制孔螺栓栓联接（首选,如两两块板厚不不一样，要要考虑螺栓栓安装的方方向,使