学位论文-—球磨机设计说明书参考版其数据仅供参考正文.doc

北科大 目录一、设计任务书11.设计目的2.设计内容（包括：题目、简图、使用要求、已知条件、设计任务）二、传动装置的总体设计及初步计算1.球磨机的基本参数2.总体方案确定3.选择电动机4.确定传动装置总传动比，分配各级传动比5.传动装置的运动和动力参数三、传动件的设计计算及修改传动装置的运动和动力参数1.带传动的设计计算2.第一次修改各轴的运动和动力参数3.开式齿轮传动的设计计算4.验算工作转速5.第二次修订各轴的运动和动力参数 四、球磨机罐体及轴系设计1.罐体结构设计2.小齿轮轴系的设计计算3.支撑辊及其轴系（或改进工作罐体轴系）的设计计算五、设计联接螺栓六、设计开启门七、设计总结八、参考资料一、设计任务书设计目的（参考手册P1）1） 总结和综合运用已经学过的有关知识，分析和解决工程实际问题。2） 学习机械设计的一般方法，了解和掌握常用机械零件、机械传动装置和简单机械的设计过程。3） 进行基本技能的训练，例如计算、绘制方案草图、运用设计资料、查阅机械设计手册、标准、规范以及运用经验数据进行经验估算等。4） 运用绘图软件（Autodesk Inventor）进行计算机辅助设计绘图。设计内容（参考手册PP18-19）1） 设计题目：设计供实验室使用的球磨机（如图1所示）。(参考手册P18-图7-1) 1.电机 2.带传动 3.齿轮传动 4.滚轮 5.球磨机筒体 6.轴承 a.电机、小带轮轴 b.大带轮轴 c.大齿轮、筒体轴心2） 使用要求：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）。3） 已知条件：周边及粉碎效率90%；制造方式：单件生产。4） 应完成的设计工作：a. 球磨机总体方案设计： 方案比较并确定最佳方案； 球磨机基本参数的计算； 选择电动机； 确定各传动件的传动比；传动装置的运动和动力参数计算。b. 传动件的设计及计算： 带传动的设计计算第一次修改各轴的运动和动力参数 开式齿轮的传动设计计算；第二次修改各轴的运动和动力参数c. 球磨罐体设计及轴系设计： 罐体结构设计小齿轮轴系的设计计算支撑辊及其轴系（或改进工作罐体轴系）的设计计算。d. 设计联接螺栓。e. 计算机或手工绘制工作图： 球磨机总体图（附手册P39-图723）； 罐体部件图（A2，表达出：罐体结构；大齿圈连接结构；开启门结构）； 小齿轮轴系部件草图（3#复印纸，还包括轴系3D、2D受力图；弯矩图；扭矩图） 主要零件的零件工作图（A3小带轮；A3小齿轮；A4/A3小齿轮轴）。f. 编写设计说明书（按目录要求内容：大小标题、内容过程及出处、结论、讨论；一定有辅助说明图；表格。注意，公式、图、表排好顺序）。二、传动方案的总体设计及初步计算球磨机的基本参数（参考手册P19）计算内容结果1）研磨介质的合理载量G0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）。 2）计算罐体体积V式中：V：罐体容积（m3）：研磨介质（钢球）的比重，取4800kg/m3：研磨介质的填充系数，对于干式球磨机取0.3。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）。4）计算电机有利工作转速N2总体方案确定（参考手册PP19-20, 参考教材PP425-426/PP428-431）从球磨机的基本参数计算可知，球磨机转速为54.15r/min,电动机的转速一般有1500r/min、1000r/min、750r/min三种，由此可算出本设计的传动比i=18.098,在15到30的范围之内，初步拟订以下四种方案进行选择（都是2级传动）：表1 各种传动方案论证简图优、缺点简图优、缺点电动机通过蜗轮蜗杆传动带动开式齿轮。该传动方案结构紧凑，占地面积小，但传动效率低，价格昂贵。电动机通过V带传动装置带动一对开式齿轮。皮带具有减震、平稳、制造简单、价格便宜等优点，但缺点是带传动效率低，占地面积大。简图优、缺点简图优、缺点电动机通过圆柱减速器带动一对开式齿轮。优点是结构紧凑、传动可靠，缺点是机械构造较复杂、制造费用高。电动机通过圆锥齿轮减速器带动一对开式齿轮。它和图c的情况相似。结论：根据球磨机的工作要求并考虑经济条件，选用方案b比较合适，既可以降低制造维修费用，又可以得到预期的效果。选择电动机（参考手册P5/P20, 参考教材PP427-428）计算内容结果球磨机所需功率：式中：V：球磨机的有效容积，V=0.0992m3;D:球磨机的内径，D=0.472m；G：球磨机的装载量，G=G1+G0=142.857+20=162.857kg=0.163t；K：电动机的储备系数，K取1.1；：粉碎效率，已知=90%。总=带×齿轮×轴承=0.95×0.96×0.99=0.90288（见手册P44） 由手册PP151-152： 电动机选用：Y100L-6-B3参考手册P5、教材PP427-428，选择电动机=0.222*0.0992*0.472*54.15*(0.163/0.0992)0.8*(1.1/0.9)表2 主要性能型号电机功率(kw)同步转速(r/min)最大转矩（Nm）90L1.133100011.04表3 外型尺寸（mm）中心距H外廓尺寸L×(AC/2+AD)×HD安装尺寸A×B轴伸尺寸D×E平键尺寸F×G900-0.5335×(175/2+155) ×190140×12524j6×508×20图2 电动机外型尺寸确定总传动比，分配各级传动比（参考教材PP428-431）图3 大齿圈与罐体连接结构又有 采用第二种传动方案，即带传动和一对开式齿轮传动。考虑到：罐体尺寸较大，大齿轮须做成齿圈和罐体连接，为留出足够的装配、连接空间，i齿轮可取大一些；齿轮传动的传动比较带传动大，则取 i齿轮=6那么就有：计算传动装置的运动和动力参数 （1）各轴转速（2）各轴功率（3） 各轴转矩表4 各轴的动力参数 电机 2.890.96I轴1.07350.2531.360.97II轴轴号传动比i效率h功率(kW)转速(r/min)扭矩T(N.m)1.1194011.281.0354.15180.3410.99三、传动装置的运动和动力参数及传动件的设计计算带传动设计计算（参见手册PP8-9）、参考教材第11章）计算项目计算与根据计算结果（一）定V带型号和带轮直径1.工况系数2.计算功率3.带型4.小带轮直径5.大带轮直径(二)计算带长1初定带长2带的基准长度（三）中心距和包角1中心距2小带轮包角（四）V带根数1基本额定功率2功率增量3包角系数4带修正系数5V带根数（五）轴上载荷1带速2V带单位长度质量3初拉力4作用在轴上的力（六）带轮结构设计1.小带轮结构及其尺寸2.大带轮结构及其尺寸由教材P262-表11-3 由Pc、n1由教材P267-图11-5选取由图11-5及表11-10，选取 d1故根据教材P268式11-16及场地条件，初定a0=600mm a调节 564.43+54-27表11-4表11-5表11-2表11-7表11-1根据P271表11-9，手册P9-图2-1根据P271表11-9，手册P9-图2-1B=(z-1)×e+2×f =(2-1)×15+2×10=35mme=15±0.3 f=10+2-11=34° 2=38° bp=11.0mmhamin=2.75mm hfmin=8.7mmmin=6mm da1=d1+2ha=105.5mmda2=d2+2ha=320.5mmKa=1.1Pc=1.246kwA型取d1=100mm取d2=315mm选Ld=1800mma=564.43mm1=158.2°120°P1=0.97kwP1=0.11kwK=0.9446KL=1.01取z=2根=5.13m/s 5m/sm=0.10kg/mF0=103.22NFQ=405.82N（注意，大、小带轮轮毂结构尺寸附上带轮毂的小图）第一次修改各轴的运动和动力参数表5 第一次修改各轴的参数 电机 2.84(2.81)0.96I轴1.07330.99(334.52)30.75(30.43)6.11(6.18)0.97II轴轴号传动比i效率h功率(kW)转速(r/min)扭矩T(N.m)1.1194011.281.0354.15180.43(180.59)0.99开式齿轮的设计计算（参见手册PP9-10，参考教材第12章） 计算与说明主要结果（1）选择齿轮材料（机械设计制图（第三版）PP304-305） 小齿轮：建议选45#，调质HB217286,取齿面平均硬度250，应比大齿轮高 大齿轮：做成一个齿圈（见手册 P21-图），直径不能太小，建议选铸钢ZG310570，取齿面平均硬度HB185 (选45#，正火HB162217,取齿面平均硬度190)。 （2）确定许用应力（ 机械设计制图（第三版）PP304-305 ） 极限应力（表12-11） ： =0.7HBS+2750.7x250+275=450 =0.6HBS+220=0.6x185+220=331 （=0.7HBS+2750.7x190+275=408） 由（表12-11） ，安全系数取SF=1.5 F1=450/1.5=300(MPa), F2=331/1.5=220.67(MPa)（=408/1.5=272(MPa) ）（3）确定齿数 罐体内径：D=472mm ; 罐壁厚度：=10mm ; 外径D2=D+2×=492; 连接螺栓：M10 d2:估计630mm（见下图及书图1253、手册参考图） 由手册图：d2=600650 如取 630mm， i齿i总/i带17.359/2.84（2.81）=6.11(6.18)， 对于开式齿轮：Z1=1720，若取 Z1=23 则 Z2=Z1·i齿 23×6.11143（考虑到两齿数互为质数） m=630/143=4.4,取m=5 所以i齿143/23=6.217（4）强度计算确定模数m（开式齿轮应计算模数m，再增大m以考虑磨损的影响） KA=1（表128）、KV=1.2、d0.8（表129），K1.03（图1226）, YFS1=4.36、YFS2=3.98（表1210；手册P364）， m=1.621.62x0.1=1.8， m取5(工程中m不能太小，给加工制造带来不便且开式也应取大些,也可类比参考图（5）确定几何尺寸 d1=5x23=115,d2=5x143=715, da1= ,da2= df1= ,df2= （此为关心所在） 为了解决在安装时的误差： b1=b2+（510）90, b2=d1·d=100×0.8=80 罐体长 L=1.2D=570mmF1=300MPaF2=221MPam=1.65取m=5第二次修改各轴的运动和动力参数表6 第二次修改各轴的参数 电机 2.840.96I轴1.07330.9930.756.150.97II轴轴号传动比i效率h功率(kW)转速(r/min)扭矩T(N.m)1.1194011.281.0353.82181.600.99核算实际转速与传动比i带=315/100=3.15 ; i齿轮=240/41=5.85;i总=i带×i齿轮=18.44 i=(i总-i总)/i总=1.88% < 5%n2实=n电/i总=980/18.44=53.145r/min n2=|n2实-n2|/n2=|53.145-53.15|/53.15=0.0094% < 5%四、球磨机罐体及轴系设计罐体结构设计 制造方法： 铸造 钢板卷曲后焊接或钢管（是单件生产，用此） 参见手册P21图73 结构：罐体内径：D=472mm ; 罐壁厚度：=10mm ; 外径D2=D+2×=492;箍的外径：D3=D+2×(+)=532mm ; 箍宽度：b=30mm;罐体总长：L2=L+10+10+20=566+40=606mm ; 4l=606mm,l=151.5mm,2l=303mm。支撑辊的设计计算由,得：由,得：所以： 辊轮轴的设计计算取d高=20mm；d头=25mm;d10=16.53mm轴承寿命：n辊=n×R1/R2=282.92r/min轴承选用6205，C=10.8kN,P=fP×Fr=1.2×1169.59=1394NLn=27394.8h13.7年或球磨机罐体轴系改进设计：小齿轮轴系的设计计算 90302025253810555587.587.565.51 轴受力分析如上图2 确定轴上作用力转速n=311.11r/min;功率P1=1.075kw;转距：T1=33.01 Nm;齿轮圆周力 齿轮径向力 Fr=Ft×=644×tan20°=234.4N带轮径向力 FQ=405.82N3.估算最小轴径选45号钢，调质处理，b=600MPa因有键槽，增大4%，d1=1.04×17.69=18.4mm4.轴的结构设计轴承类型选择：6207深沟球轴承，轴径的确定：d1=35mm, d2=42mm, d3=60mm, d4=42mm, d5=35mm, d6=25mm,确定轴承型号：d=35mm, D=72mm, B=17mm, rsmin=1.1min, damin=42mm, Damax=65mm, C=19.8kN, C0=13.5kN轴段长度的确定：L1=17mm;L2=13mm;L3=5mm;L4=85mm;L5=66.5mm;L6=38mm计算支反力：xA=xB=Ft/2=322.05N-Fr×70+YB×140-FQ×200=0, YB=696.9N YA=Fr+FQ-YB=-56.68N轴的强度校核：危险截面在B处，Md=26.29N·md10=16.85mm,考虑键槽，dmin1.04×16.85=17.52mm,可知此轴安全5选择轴承计算寿命选6205，查表：C=10800N、fp=1.2、P=fp·RB=(919.2)算寿命：Lh=85142小时43年6选择键并验算键的强度 只算带轮处的键强度（最细）键的确定安装带轮处，由L=40mm,L6=38mm,d6=25mm,选平键。B=8mm,h=7mm,L=30mm,t=,t1=安装齿轮处，由d4=42mm,L4=85mm,选平键。B=12mm,h=8mm,L=7,t=,t1=键的校核齿轮键： =8.58MPa =50MPa=2.76MPa =125MPa带轮键： =25.15MPa =50MPa=2.76MPa =125MPa五、联接螺栓的校核用普通螺栓，一共6个，3对，M10分布于d0=550mm的圆周上F××10-3=T1, FQ0= =173.33= ,Ss=5,45号钢的=360MPa=360/5=72MPa,d1=0.85d=8.5mm,= =3.97MPa72MPa螺栓安全六、设计开启门七、设计总结这次的实习，虽然只有短短的十几天，但是我的收获可是很不少，留下了深刻的印象。我学会了如何在实际生活生产中应用自己以前学过的知识，思考更加全面了，知道了事物之间的联系在实际之中的作用。而且，我还学会了如何现学现用各种崭新的工程软件，例如Autodesk Inventer。它在机械设计的过程之中有很强的实用功能，利用平面去制作立体图，再将立体的实物投影出来，就又成了平面工程图。这样具有很强的视觉感染力，能给我们一个十分直观，非常接近现实事物的认识。但是，我还在不断学习、运用此软件的时候学会了一些对于其他事情也很有帮助的心得，例如说，它能够自动检查到各个零部件运动过程之中，相互之间有没有抵触。这样就可以在成品出来之前尽量避免不合格的可能。对于机械设计来说，其中最重要的要算是设计标准了，俗话说的好，无规矩不成方圆。没有标准的话一切都会变混乱，特别是不利于以后对于机械零部件的维护和修理，每一个零部件都各有各自标准的话，制作生产上的不利是难以想象的。所以我们以后不论设计一个什么样的机械，都要尽量按照公共标准来处理。我们不能仅仅把机械零件看作是没有生命的物体，而要象对待一个有灵性的活生生的生命一样来对待。用老师的一句话就是不仅仅要把它当作一件设计作品，而要把它当作一件艺术品一样，要做到尽可能的完美。在这里我还要感谢老师和同学对我的帮助，使我能够及时完成这次实习设计。参考资料球磨机设计指导书 尹常治 杨 皓 编 北京科技大学机械设计制图 马香峰 徐凤禄 编 高等教育出版社简明机械零件设计手册 朱龙根 编 机械工业出版社附图（总装配零部件阵列图）21