《机械设计制图》球磨机设计.ppt

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1、课程设计课程设计球磨机设计引导说明球磨机设计引导说明万静万静北京科技大学机械工程学院北京科技大学机械工程学院(010)62332357(010)623323572021/9/231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。2021/9/232实际生产中使用的球磨机2021/9/233实验室使用的球磨机2021/9/234应

2、用场合2021/9/235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。2021/9/236课程设计日程安排课程设计日程安排（时间很紧、体力很累）（时间很紧、体力很累）(8(8月月1313日日开开始始）1-21-2天天：设设计计计计算算（事事先先准准备好计算器、手册，教材等技术资料）；备好计算器、手册，教材等技术资料）；3.53.5

3、天：绘制总装配图天：绘制总装配图A1(1:3)A1(1:3)；0.50.5天天：绘绘制制小小齿齿轮轮轴轴系系部部件件装装配配图图草草图图，受力、弯矩、扭矩图等装订在说明书中受力、弯矩、扭矩图等装订在说明书中；2021/9/237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。2021/9/238课程设计日程安排课程设计日程安排（时间很紧、体力很累）（时间很紧、体力很累）（时间很紧、体力很累）（时间很紧、体力很累）l0.50.5天天：绘制小齿轮轴的零件图绘制小齿轮轴的零件图A3(1:1)A3(1:1)；1.51.5天天：写写设计说明书

4、；设计说明书；1 1天天：改错改错；（8 8月月21-2221-22日）日）1 1天天：答辩答辩.2021/9/239一、设计任务书一、设计任务书1.1.设设 计计 目目 的的（教 材 下 P332）2.2.设设计计内内容容（包括：设设计计题题目目、简简图图、使使用用要要求求、已已知知条条件件、设设计任务计任务（教材下P344-345）周边及粉碎效率周边及粉碎效率90%90%；制造方式为单件生产；制造方式为单件生产；球磨机研磨物料球磨机研磨物料20kg20kg；每天工作每天工作8 8小时；小时；要求工作平稳（允许有轻微冲击）。要求工作平稳（允许有轻微冲击）。使用折旧期使用折旧期5 5年年202

5、1/9/2310二、球磨机的总体设计二、球磨机的总体设计1.1.球磨机的基本参数球磨机的基本参数（见教材下P345-346）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）。2021/9/23112）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。2021/9/23123）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）2021/9/23134）计算球磨机有利工作转速 n22021/9/2314球磨机转速对

6、粉磨工作的影响 当当筒筒体体转转速速过过低低时时（图图a a），筒筒体体不不能能将将研研磨磨体体带带到到一一定定的的高高度度，冲冲击击物物料料的的作作用用很很小小。反反之之，若若筒筒体体的的转转速速过过大大（图图c c），研研磨磨体体在在其其惯惯性性离离心心力力的的作作用用下下贴贴附附在在筒筒体体上上，与与筒筒体体一一起起作作圆圆周周运运动动，也也根根本本起起不不到到对对物物料料的的冲冲击击作作用用。只只要要当当筒筒体体的的转转速速适适宜宜时时，研研磨磨体体抛抛出出后后，才才能能获获得得最最大大的的降降落落高高度度，对对物物料料产产生生较较大大的的冲冲击击效效果果，如图如图b b所示。所示。2

7、021/9/23152.方案比较（见教材下册方案比较（见教材下册P302，改为，改为列表列表方式）方式）从球磨机的基本参数计算可知，球磨机转速为,电 动 机 的 转 速 一 般 有 3000rpm、1500rpm、1000rpm、750rpm几种，从结构尺寸、价格等考虑选1000rpm,2021/9/2316传动比与传动级数传动比与传动级数单级（单级（i i：1 18 8；直齿轮：；直齿轮：1 15 5）三级或多级或周转轮系（三级或多级或周转轮系（ii）蜗轮蜗杆减速器（蜗轮蜗杆减速器（i i：10108080）双级（双级（i i：8 83030）在多级传动（如：带传动、链传动、圆柱齿轮传动、圆

8、锥齿轮传动、蜗轮蜗杆传动等）中，总传动比为各级传动比的乘积：2021/9/2317总传动比i=可采用2级传动。所以初步拟定四种传动方案见教材下册P3022021/9/2318四种传动方案四种传动方案（参见教材下册P302，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）2021/9/2319确定一种方案（确定一种方案（b）2021/9/23203.选择电动机选择电动机（见实用手册（见实用手册P286-287，教材下册教材下册P301、335-336）考虑到工作载荷、工作特性、环境条件和成本等方面的原因，选用Y系列电动机转速为1000rpm。球磨机

9、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%。2021/9/2321 3.选择电动机选择电动机电动机实际功率：Pd=Pw/a；a=带齿轮轴承 =0.960.950.99=0.90288（见实用手册P136）所以,Pd=Pw/a=选电机参见实用手册P286-288：电动机选用：Y100L-62021/9/2322 3.选择电动机选择电动机由实用手册P286-288：电动机选用：Y100L-6电动机的外形尺寸：图教材下P3362021/9/2323中心高H外 廓 尺 寸 安装尺寸 轴伸

10、尺寸 平键尺寸 100380 x（105+180）x 245160 x14028x608x243.选择电动机（见实用手选择电动机（见实用手册册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 电动机主要性能 表1-2 电动机外形尺寸(mm)2021/9/23244.针对确定的传动方案，求总传动比，分配各级传动比针对确定的传动方案，求总传动比，分配各级传动比（见教材下（见教材下P336-337）由所选电动机的转速和工作机转速，可得总传动比：（1-2）式中 nm：电动机的满载转速，r/min：nw：工作机的转速(即图中II

11、轴 nII=），r/min。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,选 i齿=6。在已知总传动比要求时，如何合理选择和分配各级传动比，见教教材材下下P303-304。2021/9/2325三、传动件设计三、传动件设计设计计算传动件时，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三根轴，依次为电机轴、I、II轴，则：2021/9/23261计算各轴转速、转矩、功率（见教材下P337-338）（1-4）（1-5）（1-6）式中 nm：电动机的满载转速，r/minn电机轴、nI、n

12、II 分别为电机轴、I、II轴的转速 r/min；电机轴为高速轴、II 轴为低速轴i01、i12、i2 依次为电动机与 I 轴，I与II 轴，II 与III 轴间的传动比。2021/9/23271 1）各轴转速：）各轴转速：n电=，n=，n=；2 2）各轴功率：）各轴功率：P=P实带=，P=P=；3 3）电动机输出扭矩：）电动机输出扭矩：T电机轴=9550P实/n电机轴=；4 4）各轴转距：）各轴转距：T=T电机轴i带带=，T=TIi齿轮=；各轴的动力参数各轴的动力参数:轴号传动比i效率功率（kw）转速（r/min）扭矩（Nm）电机I轴II轴2021/9/23282.2.带传动设计（带传动设计

13、（教材下教材下P339P339）设计带传动时应注意检查带轮尺寸与传动装置外廓尺寸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，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。应。带轮直径确定后，应验算带传动的实际传动比，并以此带轮直径确定后，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

14、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，教材下第直径决定，教材下第1111章。章。2021/9/2329带带传传动动设设计计时时所所需需确确定定的的内内容容主主要要为为（通通常常选用选用V V带传动）：带传动）：确定计算功率确定计算功率PcPc；选择选择V V带型号；带型号；选取大带轮和小带轮的基准直径选取大带轮和小带轮的基准直径d d1 1和和d d2 2；验算带速验算带速v v；确定中心距确定中心距a a和带长和带长L Ld d；验算包角验算包角1 1；计算带的根数计算带的根数z z；计计算算在在轴轴上上的的作作用用力力F FQ Q。（后后面面设设计计计计算算需需用用

15、F FQ Q ）2021/9/2330计算功率计算功率Pc=KPc=KA APP（注：（注：P P取计算所得）取计算所得）由由已已知知条条件件和和使使用用要要求求，载载荷荷平平稳稳、一一班班制制：教教材材下下 P67-P67-表表11-311-3，K KA A=1.1 =1.1 则则 PcPc=K=KA AP=P=确确定定V V带带型型号号（根根据据PcPc、n n1 1由由教教材材下下 P73P73图图11-11-7 7选选取取，注注意意：选选Z Z会出问题：根数太多，会出问题：根数太多，在在Z Z、A A共同区域共同区域,可选可选A A型型）确定带轮直径（注意按标准系列确定带轮直径（注意按

16、标准系列推荐使用范围推荐使用范围选取）选取）由图由图11-11-7 7及表及表11-1011-10，取，取d d1 1=112=112，则则d d2 2=i=i带带dd1 1=？,取取d d2 2=315=315；i i带带实实=315/112=2.81315/112=2.81验算带速验算带速（525m/s）2021/9/2331 根据小带轮的转速根据小带轮的转速根据小带轮的转速根据小带轮的转速n n1 1 1 1和计算功率和计算功率和计算功率和计算功率P P P PC C C C来确定来确定来确定来确定V V V V带的型号。带的型号。带的型号。带的型号。图中还给出了小带轮的基准直径图中还给

17、出了小带轮的基准直径图中还给出了小带轮的基准直径图中还给出了小带轮的基准直径d d d d1 1 1 1的推荐使用范围。的推荐使用范围。的推荐使用范围。的推荐使用范围。小带轮转速小带轮转速小带轮转速小带轮转速n n1 1(r/min)(r/min)计算功率计算功率计算功率计算功率Pc(kWkW)Z区区 A区区Z与与A相邻区相邻区2021/9/2332确定带轮中心距确定带轮中心距a a和带长和带长L Ld d（初取（初取a a0 0=？：0.70.7（d d1 1+d+d2 2）aa0 022（d d1 1+d+d2 2）及场地条件）及场地条件计算计算L Ld0d0=2a=2a0 0+3.143

18、.14（d d1 1+d+d2 2）/2+/2+（d d2 2-d-d1 1）2 2/（4a4a0 0）查出查出L Ld d=？算出算出a aa a0 0+(L+(Ld d-L-L0 0)/2)/2=？450450左右？左右？带的调整范围：由带的调整范围：由a a+0.030Ld+0.030Ld验算包角验算包角1 1（1 1120120）计算带的根数计算带的根数z=Pc/(Pz=Pc/(P1 1+P+P1 1)K)KK KL L)=)=？-0.015Ld-0.015Ld2021/9/2333计算作用在轴上的力计算作用在轴上的力 F FQ Q=2F=2F0 0Zsin(Zsin(1 1/2/2)

19、F FQ Q的求解很关键，为轴系的受力分析作准备。的求解很关键，为轴系的受力分析作准备。确确定定带带轮轮结结构构尺尺寸寸（见见教教材材下下 P339P339图图25-525-5、P76-78P76-78）张紧装置（见习题张紧装置（见习题P100P100）2021/9/23342021/9/2335张紧装置（见习题张紧装置（见习题P102：滑块张紧装置易于拆卸）：滑块张紧装置易于拆卸）2021/9/2336调整中心距调整中心距2021/9/2337调整中心距调整中心距2021/9/23383、开式齿轮传动的设计计算 开式齿轮传动设计准则：开式齿轮传动设计准则：按按弯弯曲曲疲疲劳劳强强度度进进行行

20、设设计计，再再将将计计算算确确定定的的模模数数增增大大10%-15%10%-15%的办法，来考虑磨损对轮齿强度削弱的影响。的办法，来考虑磨损对轮齿强度削弱的影响。1)1)选材料选材料 开式齿轮传动，要求齿面有较高的耐磨性，由教材开式齿轮传动，要求齿面有较高的耐磨性，由教材下表下表12-1112-11选择齿轮材料如下（选择齿轮材料如下（小齿轮材料要优于大齿小齿轮材料要优于大齿轮轮）：）：小齿轮：小齿轮：4545 调质调质 HB217 HB217286 HBS=250286 HBS=250 大齿轮：大齿轮：ZG310ZG310-570570 正火正火 HB163-207 HBS=185 HB163

21、-207 HBS=185 2021/9/2339按教材下表按教材下表按教材下表按教材下表12-1212-1212-1212-12查取最小安全系数：查取最小安全系数：查取最小安全系数：查取最小安全系数：代入数值：代入数值：代入数值：代入数值：许用弯曲应力：许用弯曲应力：许用弯曲应力：许用弯曲应力：2 2)确定许用应力确定许用应力2021/9/23403 3)确定齿数确定齿数 取小齿轮的齿数为取小齿轮的齿数为z z z z1 1 1 1=20=20（对于开式齿轮传动，由（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

22、齿数，一般可取轮不宜选用过多的齿数，一般可取z z z z1 1 1 1=17=172020），则大），则大齿轮的齿数为：齿轮的齿数为：取整取整 z z z z2 2 2 2=127=127（相互啮合齿轮对磨损均匀，传动平（相互啮合齿轮对磨损均匀，传动平稳，一般稳，一般z z z z1 1 1 1和和z z z z2 2 2 2互为质数）互为质数）则开式齿轮的实际传动比为：则开式齿轮的实际传动比为：考虑转速误差分析考虑转速误差分析2021/9/23414）按轮齿弯曲强度设计模数式中：载荷系数式中：载荷系数取：取：取：取：K K K KA A A A=（表（表（表（表12-812-812-812

23、-8）K K K KV V V V=K K K K =（图（图（图（图12-2612-2612-2612-26）代入数值：代入数值：代入数值：代入数值：K K K K=2021/9/2342应力影响系数应力影响系数应力影响系数应力影响系数 由于两个齿轮的齿数和材料不同，为使两齿轮的弯曲由于两个齿轮的齿数和材料不同，为使两齿轮的弯曲由于两个齿轮的齿数和材料不同，为使两齿轮的弯曲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，需将强度都能满足，需将强度都能满足，需将强度都能满足，需将Y Y Y YFS1FS1FS1FS1/F1F1F1F1 和和和和Y Y Y YFS2FS2FS2FS2

24、/F2F2F2F2 中的中的中的中的较大较大较大较大值代入值代入值代入值代入式中。式中。式中。式中。由表由表由表由表12-1012-1012-1012-10，z z z z1 1 1 1=20,=20,=20,=20,Y Y Y YFS1 FS1 FS1 FS1=4.36=4.36=4.36=4.36 z z z z2 2 2 2=127,=127,=127,=127,Y Y Y YFS2 FS2 FS2 FS2=3.98=3.98=3.98=3.98 计算小齿轮的转矩计算小齿轮的转矩计算小齿轮的转矩计算小齿轮的转矩T T1 1 传递的功率传递的功率传递的功率传递的功率P=P=P=P=？kWk

25、WkWkW 小齿轮的转速小齿轮的转速小齿轮的转速小齿轮的转速n n n n1 1 1 1=？rpmrpmrpmrpm2021/9/2343 确定齿宽系数确定齿宽系数确定齿宽系数确定齿宽系数 由表由表由表由表12-912-912-912-9：取：取：取：取 d d d d=？2021/9/2344计算模数 考虑磨损对轮齿强度削弱的影响，模数增大考虑磨损对轮齿强度削弱的影响，模数增大考虑磨损对轮齿强度削弱的影响，模数增大考虑磨损对轮齿强度削弱的影响，模数增大10%10%10%10%15%15%15%15%，则：，则：，则：，则：m m m m=1.7=1.7=1.7=1.7 (1+15%)=1.9

26、55(1+15%)=1.955(1+15%)=1.955(1+15%)=1.955（mmmmmmmm）取标准模数：取标准模数：取标准模数：取标准模数：m m m m=2.0mm=2.0mm=2.0mm=2.0mm？（表（表（表（表12-112-112-112-1）考虑到齿轮的结构和安装方便，大齿轮的分度圆直径需取考虑到齿轮的结构和安装方便，大齿轮的分度圆直径需取考虑到齿轮的结构和安装方便，大齿轮的分度圆直径需取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至至至610610610610 650mm650mm650mm650mm。建议取标准模数：建议取标准模数：建议取标准模数：建议取标准模

27、数：m m=5mm=5mm2021/9/2345四、轴系设计 2021/9/2346（一）支撑辊轴系（一）支撑辊轴系1 1）罐体的结构设计）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1015mm，两端焊接。（单件生产）？加大？加大2021/9/2347罐体结构设计2021/9/2348罐体结构设计2021/9/2349罐罐体体部部件件图图2021/9/23502）支撑辊支撑的重量F为支撑总重量；F=G0+G1+Gg+Gch+Gk 注意：Gg=壁厚+两端板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。重量计算

28、时应画出相关的有尺寸的简化示意图！重量计算时应画出相关的有尺寸的简化示意图！2021/9/2351TII：旋转罐体的转矩。(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：3）求）求、N2021/9/23524)辊轮轴的受力分析、弯矩图2021/9/2353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）Nl5）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）轴承的转速应为辊轮轴的转速：2021/9/2354（二（二 ）大带轮轴系大带轮轴系 轴上安装齿轮和带轮。由分析可知，该轴是转轴，既受弯矩又受扭矩。在设计该轴

29、时，可在绘制草图的同时进行计算。轴系设计应考虑轴上的零件安装和固定，可参考教材中的有关章节；轴承座的结构要考虑拆装方便。2021/9/23551）初估轴径）初估轴径2）结构设计（考虑轴承的组合设计，画草图）结构设计（考虑轴承的组合设计，画草图）3）强度校核）强度校核(参见教材下参见教材下 P231-234及作业练习）及作业练习）d：轴的估算直径，即：轴的估算直径，即轴上最细处的直径轴上最细处的直径 mm2021/9/2356要要求求必必须须画画在在一一张张A3纸纸上上（九九个个图）图）加一个当量弯矩图！加一个当量弯矩图！2021/9/2357要求：1、草图与弯矩扭矩图务必对应，画在一张纸上（粘

30、贴加长纸）。2、各段轴的直径、长度表述，参见书中例题格式。2021/9/23584）键强度校核(教材下 P26-28/P45)有两处有键(装齿轮、带轮处）5）滚动轴承的校核五、螺栓强度计算（开式齿轮与滚筒之间联接）圆周上均匀分布8个螺栓，取M10方式：1）普通螺栓联接 2）铰制孔螺栓联接（首选,如两块板厚不一样，要考虑螺栓安装的方向,使最小接触长度d取两者中大的，参见(教材下 P45)l-l-键的有效工作长度键的有效工作长度,A型型 l=L-b 2021/9/2359六、开启门的创新设计(选做教材下 P350-352）开启门可设计成各种结构形式，设计应考虑装料、取料方便，开启灵活可靠。思路思路

31、1 1：2021/9/2360思路思路2 2：2021/9/2361七、参考资料七、参考资料八、设计感言八、设计感言（展示真实情感、文采，老（展示真实情感、文采，老师一定拜读，限师一定拜读，限800800字以内）字以内）2021/9/2362总总体体方方案案配配置置图图教材下教材下P352,注意：注意：支撑辊半径千万别错！支撑辊半径千万别错！2021/9/2363习题习题P1002021/9/2364要求提交的作业（装订好说明书+草稿、叠好图纸、装袋）：1、A1总装配图1张；（40分）2、A3零件图(小齿轮轴）1张；（15分）3、说明书1份+草稿。（25分）答辩（带教材、手册，20分）创新（开启门，5分）共共两两张张图图2021/9/2365 愿大家在愿大家在辛苦中寻找快辛苦中寻找快乐和成功！乐和成功！2021/9/2366