机械毕业设计（论文）-CX-1型圆盘造球机设计（全套图纸）.pdf

重庆科技学院 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 题 目 球团矿 cx-1 型圆盘造球机设计 院 （系） 机械与动力工程学院 专业班级 学生姓名 学号 指导教师 职称 评阅教师_ _ 职称_ 2009 年 6 月 15 日 注 意 事 项 1. 设计（论文）的内容包括： 1) 封面（按教务处制定的标准封面格式制作） 2) 题名页 3) 中文摘要（300 字左右） 、关键词 4) 外文摘要、关键词 5) 目次页（附件不统一编入） 6) 论文主体部分：引言（或绪论） 、正文、结论、参考文献 7) 附录（对论文支持必要时） 2. 论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于 1 万字（不包括图纸、程序清单等） ， 文科类论文正文字数不少于 1.2 万字。 3. 附件包括：任务书、文献综述、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。 4. 文字、图表要求： 1) 文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请 他人代写 2) 工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合 国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒 手画 3) 毕业论文须用 a4 单面打印，论文 50 页以上的双面打印 4) 图表应绘制于无格子的页面上 5) 软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档 5. 装订顺序 1) 设计（论文） 2) 附件：按照任务书、文献综述、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订 3) 其它 学生毕业设计（论文）原创性声明学生毕业设计（论文）原创性声明 本人以信誉声明：所呈交的毕业设计（论文）是在导师的指导下 进行的设计（研究）工作及取得的成果，设计（论文）中引用他（她） 人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果 为本人独立完成，不包含他人成果及为获得重庆科技学院或其它教育 机构的学位或证书而使用其材料。与我一同工作的同志对本设计（研 究）所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 毕业设计（论文）作者（签字） ： 年 月 日 重庆科技学院本科生毕业设计（论文） 球团矿 cx-1 型圆盘造球机设计 院（系） 机械与动力工程学院 专业班级 学生姓名 指导教师 2009 年 6 月 15 日 重庆科技学院本科生毕业设计 中文摘要 摘 要 球团矿是一种不可或缺的炼铁高炉炉料。球团矿的生产设备正朝着设备大型 化方向发展，它是目前国内外球团技术发展的一个重要标志，是未来球团工业发 展的总趋势。其中圆盘造球机是一种主要的造球设备。圆盘造球机有结构简单， 自动分级作用，无须筛分，运转可靠，生产能力大的优点。 本文主要首先介绍了球团矿的现状、发展及把细磨铁精矿粉或其他含铁粉料 固结成为具有一定强度和冶金性能的球型含铁原料的生产加工工艺流程及球团设 备的发展趋势。其次认识了圆盘造球机的工作原理、圆盘造球机结构。然后对其 主要构件包括圆盘、传动装置和支承机构等进行了技术方案论证、综合参数计算、 机械传动装置的总体设计及机械传动件设计及校核。最后了解了圆盘造球机使用 维护和常见故障与修理。 关键词：圆盘造球机 设计 使用与维护 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 重庆科技学院本科生毕业设计 中文摘要 重庆科技学院本科生毕业设计 英文摘要 abstract pellets is an indispensable blast furnace raw materials. pellet production equipment is moving in the direction of the development of large- scale equipment, it is an important signs of the technology development at home and abroad, as the general trend of industrial development in the future. disc pelletizer which is one kind of the main equipment of pelletizing. there are many advantages of the disc pelletizer, such as simple structure, the role of automatic classification without screening, reliable operation, and a strong production capacity. first, this article describes the status and development of pellets, production process flow that is using fine grinding powder iron ore or other iron- containing powder consolidation into a certain strength and metallurgical properties of the spherical iron raw materials，and the trend of pelletizing equipment. second, understanding working principle of the disc pelletizer and the structure of the disc pelletizer. then, conducted possibility certification about technical plan, integrated parameters, mechanical transmission overall design, and mechanical transmission design and verification about main components, including disk, gear and supporting institutions, etc. finally, understanding about the use of disc pelletizer common fault with the maintenance and repair. key words: disc pelletizer design operation and maintenance 重庆科技学院本科生毕业设计 目 录 iii 目 录 中文摘要 英文摘要 1 绪 论 . 1 1.1 球团矿的现状与发展 . 1 1.2 球团的加工工艺及设备 . 1 1.3 造球机的工作原理及结构 . 3 1.4 本设计的目的与意义 . 5 2 cx-1 型圆盘造球机的技术方案 . 6 2.1 总体方案论证 . 6 2.2 盘体的技术分析论证 . 7 2.3 传动机构的技术分析论证 . 7 2.4 刮刀盘、刮刀杆和刀头分析论证 . 8 3 cx-1 型圆盘造球机综合参数计算 . 9 3.1 cx-1 型圆盘造球机的料球运动及基本方程 9 3.2 cx-1 型圆盘造球机的盘高计算 12 3.3 cx-1 型圆盘造球机的功率计算 12 3.4 cx-1 型圆盘造球机的圆盘倾角计算 14 4 cx-1 型圆盘造球机机械传动装置的总体设计 . 15 4.1 cx-1 型圆盘造球机的电机选择 15 4.2 cx-1 型圆盘造球机减速机的选择 16 5 cx-1 型圆盘造球机机械传动件设计及校核 . 17 5.1 cx-1 型圆盘造球机的齿轮传动设计及校核 . 17 5.2 cx-1 型圆盘造球机的工作轴的设计及校核 . 21 5.3 cx-1 型圆盘造球机的轴承的选择及校核 . 27 5.4 cx-1 型圆盘造球机的键选择及校核 . 29 5.4 cx-1 型圆盘造球机的盘体连接螺栓校核 . 31 6 cx-1 型圆盘造球机传动机构的密封润滑 . 34 6.1 密封 34 6.2 润滑 34 7 cx-1 型圆盘造球机的使用维护与修理 . 36 7.1 cx-1 型圆盘造球机的使用维护 36 7.2 cx-1 型圆盘造球机的常见故障与修理 38 结 论 39 参考文献 40 致 谢 41 附录 1 图纸 重庆科技学院本科生毕业设计 1 绪论 1 1 绪 论 1.1 球团矿的现状与发展 随着现代高炉炼铁向着高产、低耗、长寿目标发展和钢铁冶炼新流程的迅速 兴起，球团矿在钢铁工业中的使用和作用将会越来越显得迫切和重要，已成为一 种不可或缺的高炉炉料。下图 1.1 是高炉工艺流程示意图，其主要炉料是球团矿。 图 1.1 高炉工艺流程示意图 近些年来，我国的炼铁高炉在优化高炉炉料的基础上，也加大了球团矿的用 量，球团是一种比烧结更为精致的生产工艺，球团矿的某些优点是烧结矿所无法 替代的，一方面，球团矿主要靠矿物固相固结生产球团矿所需的燃料少；另一方 面，由于球团矿产生的 c02 少，对减少污染，改善大气环境十分有利。球团矿在 钢铁工业中的作用显得越来越重要，已经成为一种不可缺少的优质冶金炉料，它 在国际上的使用面会越来越广，使用量也会越来越大。 1.2 球团的加工工艺及设备 1.2.1 球团的加工工艺 球团矿生产的流程是把细磨铁精矿粉或其他含铁粉料添加少量添加剂混合 重庆科技学院本科生毕业设计 1 绪论 2 后，在加水润湿的条件下，通过造球机滚动成球，再经过干燥焙烧，固结成为具 有一定强度和冶金性能的球型含铁原料。一般包括原料准备、配料、混合、造球、 干燥和焙烧、冷却、成品和返矿处理等工序，如图 1.2 所示。 原料准备：造球中要求原料具有一定的粒度和粒度组成、适宜的水分以及 均匀的化学性质。球团原料要求原料粒度细，一般-325 目粒级必须大于 70%，或 者-200 目粒级达 90%以上；含铁原料的比表面积一般要求在 13002100cm 2/g；同 时原料粒度组成还必须保持相对稳定，在所控制的粒度（小于 0.044mm, 小于 0.074mm）中，波动不允许超过1.5%。 图 1.2 球团矿生产工流程示意图 配料的精确性在很大程度上决定于所采用的配料方法。目前主要有两种配 料方法，容积配料法是根据物料堆密度一定的道理，通过给料设备控制其容积数 量达到配合料所要求的添加比例；重量配料法是按原料的重量进行配料。原料混 合的主要目的是将配合料中各组分仔细地混匀，从而得到成分均一的混合料。 生球干燥过程是由表面汽化和内部扩散两个过程组成。这两个过程虽同时 进行，但速度往往不尽一致，机理也不尽相同，而且原料性质和生球的物理结构 不同，干燥过程也有差别。焙烧是通过低于混合物料熔点的温度下进行高温固结， 使生球发生收缩而且致密化，并使生球具有良好的冶金性能（如强度、还原性、 膨胀指数和软化特性等） ，以保证高炉冶炼的工艺要求。 冷却除满足高炉入炉要求外，主要是保护与延长球团矿运输和储存设备的 使用寿命，防止热矿烧坏皮带、改善工人劳动条件，充分回收和利用余热，防止 重庆科技学院本科生毕业设计 1 绪论 3 废水、蒸汽和粉尘对厂区周边环境造成二次污染。 1.2.2 球团设备的发展趋势 国外球团焙烧设备，近年来主要是带式焙烧机和链箅机-回转窑二者竞相发 展，增世纪长较快。设备大型化是目前国内外球团技术发展的一个重要标志，是 未来球团工业发展的总趋势。它在相当程度上反映出一个时期内的球团工艺水平 和机械制造水平，同时也从侧面反映出球团的科学研究水平。 国内球团设备正在快速向世界球团设备发展模式靠近，现在的以竖炉球团矿 为主，将变为以链箅机一回转窑（含带式机）球团矿和竖炉球团矿各占一半的生 产格局。国内为适应钢铁工业和炼铁技术不断发展的需要，必须重视现代球团工 业建设，应坚持技术上的高起点，瞄准世界先进水平，在球团厂建设中，应采用 先进的生产工艺和高效、大型球团设备。我国铁矿原料供应稳定性差，成分复杂 多变，加之焙烧球团的热源目前主要依靠燃煤，高热值的燃气和燃油供应相对困 难。因此，采用链箅机一回转窑这类大型设备，无疑更能满足和达到球团生产要 求。坚持发展单机（窑）的大型化，是我国今后改善球团矿生产总体质量和改进 一系列技术经济指标，包括作业率、投资和提高劳动生产率的最基本、最有效的 措施。与主机大型化的同时，各相关工艺设备也向着大型化方向发展。如由鞍山 冶金设计研究院设计、沈阳重型机械集团有限公司制造的我国第一台 69 m 2 鼓风环 式球团冷却机在首钢矿业公司球团厂已成功应用。这是我国第一台用于大型球团 工艺的环冷机，它的问世，使我国球团环冷机跨入了世界先进行列，对我国链箅 机一回转窑球团生产具有重要影响。 1.3 造球机的工作原理及结构 1.3.1 圆盘造球机工作原理 圆盘造球机（如图 1.3 所示）用于铁矿粉造球，它是各类球团厂的主要配套 设备之一。原理是将焦炭粉、石灰石粉或生石灰、铁精矿粉混合后，输入圆盘造 球机上部的混合料仓内，均匀地向造球机布料，同时由水管供给雾状喷淋水，倾 斜（倾角一般为 40 一 50）布置的圆盘造球机，由机械传动旋转，混合料加喷淋 水在圆盘内滚动成球，通过粒度刮刀将球的粒度控制在 5 一 15 毫米。造好的生球 落入输送皮带上， 经辊轴筛进行筛分， 小于 5 毫米和大于 15 毫米的返回到混合机。 重庆科技学院本科生毕业设计 1 绪论 4 图 1.3 圆盘造球机工作示意图 1.3.2 圆盘造球机结构 目前，圆盘造球机的结构繁多，比较合理并在生产上获得广泛应用的有两种。 伞齿轮传动的圆盘造球机。我国绝大部分球团厂采用这类造球盘。伞齿轮 传动的圆盘造球机主要由圆盘、刮刀、刮刀架、大伞齿轮、小圆锥齿轮、主轴、 调角机构、减速机、电动机、三角皮带和底座等所组成。圆盘由钢板制成，通过 主轴与主轴轴承座和横轴而承重于底座，带滚动轴承的盘体（托盘）套在固定的 主轴上，主轴高出盘体，方便固定可随圆盘变更倾角的刮刀臂，在刮刀臂上固定 上一个刮边的刮刀和若干个刮底的刮刀，以清除粘结在盘边和盘底上的造球物料， 主轴的尾端与调角机构的螺杆连接，通过调角螺杆可使主轴与圆盘在一定的范围 内上、下摆动，以满足调节造球盘倾角的需要。 内齿轮圈传动的圆盘造球机。内齿轮圈传动（如图 1.4 所示）的圆盘造球 机是在伞齿轮传动的圆盘造球机的基础上改进的，改造后的造球机主要结构是如 图 1.4 所示，盘体连同带滚动轴承的内齿圈固定在支承架上，电动机、减速机、 刮刀架也安装在支承架上，支承架安装在圆盘造球机的机座上，并与调整倾角的 螺杆相连，用人工调节螺杆，圆盘连同支承架一起改变角度。这种结构的圆盘造 球机的传动部件由电动机、摩擦片接手、三角皮带轮、减速机、内齿圈和小齿轮 等所组成，内齿圈传动的圆盘造球机转速通常有三级，它是通过改变皮带轮的直 径来实现的。 重庆科技学院本科生毕业设计 1 绪论 5 图 1.4 内齿轮圈传动圆盘造球机 1圆盘；2刮刀；3刮刀架；4小齿轮；5减速机； 6电动机；7 调倾角螺杆；8底座；9内齿圈 1.4 本设计的目的与意义 目的：球团矿生产的流程是把细磨铁精矿粉或其他含铁粉料经过加工固结 成为具有一定强度和冶金性能的球型含铁原料。成球是球团生产的基本环节之一， 因此，造球机是球团厂的重要设备之一。如今，球团矿需求的增加，而且对球团 的质量要求越来越高，造球机的造球速度及生球质量直接关系到球团矿质量与生 产。因此，造球机的设计与质量也成为非常重要的问题之一。为了保证球团矿的 质量与生产及各种厂家的不同需求，我们对造球机（其中的圆盘造球机）进行研 究与设计。 意义：纵观国内外球团矿生产及需求状况，国外的球团原料有代替其他未 加工和烧结原料的趋势。而在我国，球团产业起步稍晚，球团矿所占比例相对较 少。球团生产是现代冶金工业的重点之一，广泛应用造球机械，是保证球团矿质 量，增加球团矿产量的途径之一。加快我国球团的发展，对于优化资源配置，改 善环境，增强综合国力和企业竞争能力，提高经济运行质量与效益，实现可持续 发展战略，推进我国经济增长等方面，都具有非常重要而深远的意义。 重庆科技学院本科生毕业设计 2 cx- 1 型圆盘造球机的技术方案 6 2 cx-1 型圆盘造球机的技术方案 2.1 总体方案论证总体方案论证 本次设计针对某钢铁厂的球团矿生产线上的 cx-1 型圆盘造球机进行改造设 计，主要解决其运行可靠性及维护检修性。 主要已知参数如下： 1）产量：8 t/h 2）转速：10rpm 3）圆盘直径：4000mm 4）容积充满率：15% 其他要求：采用集中干油润滑、保证防尘、核心零件使用寿命达到 8 年以上、 考虑圆盘的动平衡问题并提出解决途径。 首先进行方案论证。通过讨论研究，最终确定采用电机、减速机、直齿轮副、 盘体、无动力刮刀系统、固定盘高式、成球盘的传动方式。然后根据分析的结果， 开始计算轴向力、扭矩以及功率。分析拟定传动装置的运动简图，如图 2.1 所示， 分配各级传动比，进而进行传动零件的结构进行设计和强度校核。然后对圆盘造 球机进行总体结构设计。 567 1 2 34 图 2.1 传动装置的运动简图 1-电机 2-联轴器 3-行星齿轮减速器 4-传动小齿轮 5-角接触球轴承 6-传动大齿轮 7-圆盘 重庆科技学院本科生毕业设计 2 cx- 1 型圆盘造球机的技术方案 7 2.2 盘体的技术分析论证盘体的技术分析论证 高质量的料球与成球机的圆盘转速 n、圆盘倾角 、圆盘边高 h 等的选择和 调整有直接的关系。转速高时，成球时间缩短，孔隙率提高，料球炸裂温度提高， 爆球率低；转速太高将很难成球。已知造球盘转速为 10 r/min。适当增大 ，可 降低爆球率，一般取值在 4050范围内。倾角的调整要与盘径、转速、边高 综合考虑。一般盘边高 h=（0.140.19）d。在不影响成球质量前提下，为降低爆 球率，可适当减少边高。 对于老式的盘边高偏高的盘边改进为盘边高为 400500mm 的固定式的盘边， 从而提高了成球质量和煅烧质量。成球盘使用时间越长，盘底平面和侧平面变形 较大，这将增加成球机的工作负荷，极易烧坏电机、损坏减速机和传动齿轮。采 用型钢可以提高盘体强度，解决脆问题。成球盘扩径主要是提高成球盘的造球能 力和料球质量。如图 2.2 所示 图 2.2 圆盘结构简图 1盘边；2盘底；3衬板；4接头 2.3 传动机构的技术分析论证 传动装置一般为整个成球机正常稳定运行的关键。以往采用伞齿轮副传动， 传动方式路线为电机、皮带、zq 减速机、伞齿轮副成球盘。这种传动方式下的球 盘负荷较重时会导致的间隙配合的孔键相对运动产生黏附磨损和变形，甚至断齿。 常用的减速机有三种型式，圆柱齿轮减速机、行星减速机和摆线针轮减速机。 其中本设计采用行星减速机，行星齿轮减速器传动与普通定轴齿轮传动相比 较，具有质量小、体积小、传动比大、承载能力大以及传动平稳和传动效率高等 优点，但常会出现因球盘起动扭矩大，传动系统刚度不足，有漏油问题。具体的 传动方式路线为电机、联轴器、行星齿轮减速器、直齿轮副、成球盘。 另外，对成球盘减速机输入轴采用平键联接避免了在与轴安装时的间隙配合， 从而导致的在盘内物料无法卸空的环境下花键由于承受不了较大的惯性力而失效 的问题。在强度达到要求的前提下，平键采用过盈配合能保证扭矩的正常传递。 采用花键联接的孔轴联接是间隙配合，传动上存在着诸多缺陷。 重庆科技学院本科生毕业设计 2 cx- 1 型圆盘造球机的技术方案 8 2.4 刮刀盘、刮刀杆和刀头分析论证 固定形式底刮刀装置常采用角钢和耐磨钢板制成断面为三角的整体刮刀。其 优点为结构简单，便于安装检修，无动力。缺点有成球盘旋转阻力大，振动大， 刮刀易磨损。活动形式的底刮刀装置有以下几种： 无动力点触式旋转刮刀装置，其结构简单，刮灰阻力小，成球质量相对较 高，零电耗； 电动往复式底刮刀装置，成球盘旋转阻力极小，但结构复杂，需经常维护； 电机拖动摆线针轮减速机形式的底刮刀装置，它具有较好的“刮全性能” 阻力小，成球质量高，节能效果显著，但结构复杂，故障率高。 现在为了能向节能这要求上发展，更流行采用无动力式刮刀，其相对于有动力刮 刀大大降低了电耗。 固定式边刮刀由于所刮的物料量不同使刀角磨损成弧形，最后造成盘角积料 过多，加快了刀的磨损。这里采用活刮刀，在机械机构中实现边刮刀随滑柱沿盘 边上下移动，当成球盘转动时，盘边即被刮净，从而保证了生产的连续性。 面对无动力刮刀在运转过程中所出现的刮刀杆的刮底作用不均匀，刮刀损坏，成 球质量差的问题，在刮刀盘的机架上安装飞轮从而起到调节刮刀盘转速的作用， 使其能稳定运转。这样解决了成球质量差的问题，减低了电耗和制造使用成本。 刮刀盘从形状上分为五边形刮刀盘和六边形刮刀盘。采用圆柱形刮刀杆的五 爪无动力刮刀时，即采用五边形刮刀盘，存在刀杆不易夹紧，彻底清盘一次的周 期长，清料阻力大，成球盘动力消耗高等缺陷。将其改进为方形刮刀杆和在刀头 焊接耐磨的硬质合金刀头。从而利于刮刀杆的夹紧，缩短了清盘周期，也有利于 清除粘附在成球盘面上的物料，减小了成球盘的运转阻力和提高了刮刀的使用寿 命。另外采用十爪无动力刮刀，即在五边形刮刀盘各边中间多装配一根刮刀杆， 其优越性更加突出。刮刀底焊 yt15-a325 铜焊合金，作为刀头。 重庆科技学院本科生毕业设计 3 cx- 1 型圆盘造球机综合参数计算 9 3 cx-1 型圆盘造球机综合参数计算 3.1 cx-1 型圆盘造球机的料球运动及基本方程 圆盘造球机的造球过程：为了制造出质量良好的球团，对造球机要求不仅 能产生滚动运动，使物料滚动成球，而且能使料球产生一定的压实力，这就要求 圆盘的的安装应倾斜一定的角度，当圆盘转动时，能使物料产生上向及下向的滚 动运动，制出球团。 圆盘造球机的造球过程如图 3.1 所示。圆盘顺时针方向转动，向加料区加入 的混合料，在与圆盘底面产生的摩擦力作用下，被圆盘带着一起顺时针转动，由 于圆盘的倾斜安装，当矿料被带至一定的高度时，即当其本身的重力分量大于摩 擦力分量时，矿料将向下滚落。 3.1 圆盘造球机造球过程示意图 1加料 2排球 实际上，向圆盘所加的物料常是润湿不足的混合矿料，此时还需补加水分， 当水滴加在料上，由于水的凝聚力的作用，使散料很快形成母球，不同大小的母 球随圆盘作上向、下向滚动运动，不断滚粘散料而长大，不断搓压而压实，最后 由排球口排出。 圆盘造球机的自动分级原理 圆盘造球机的工作特点之一，是造球过程中球粒能够自动分级。所谓球粒的 自动分级，即圆盘中物料能按其本身粒径大小有规律地运动，并且都有各自的运 动轨迹。物料如图 3.1 中所示的运动轨迹逐渐长大，且粒度大的，运动轨迹靠近 盘边，且在料面上。相反，粒度小或未成球的物料，其运动轨迹贴近盘底和远离 重庆科技学院本科生毕业设计 3 cx- 1 型圆盘造球机综合参数计算 10 盘边。当球径大小到达要求时，则从盘边自行排出，粒度小的贴近盘底运动，继 续滚动长大。自动分级效果取决于是否能正确地选择圆盘造球机的工艺参数，以 便最大限度地提高造球机的产量和质量。因此，对圆盘造球机中的物料运动规律 进行分析是必要的。 b b 图 3.2 盘内球粒的受力示意图 图 3.2 是一个球粒在圆盘内运动时的受力分析图。从图中可以看出，直接作 用在球粒上的力有离心力（ 1 f ）,重力（g） ，盘边对球粒的作用力（ 2 f ）和摩擦力 （ 3 f ） 。图中， 3 f 则是阻碍球粒依 g 的方向沿盘面向下发生运动。但是，当球粒 运动到某一高度时（如 a 点） ，在球粒处于平衡状态时（即球粒开始向下运动前一 瞬间） ，作用在球粒上的合力必将为零，则 f=0 （3.1） 23 gf= （3.2） 2113 cosfgff+=+ （3.3） 而球粒失去平衡时的一瞬间，盘边对球粒失去作用力，故 2 f =0.所以，上式 （3.3）变成： 113 cosgff=+ （3.4） 或 2 sincoscoscosm gmm gf r =+ （3.5） 式中：r圆盘半径，m ； f 物料与盘面的摩擦系数； 物料离开盘壁的脱离角，； m 圆盘质量，kg； g 重力加速度 2 m s 圆盘倾角，； 重庆科技学院本科生毕业设计 3 cx- 1 型圆盘造球机综合参数计算 11 圆盘周速，m/min（ 30 r n v =） ； n圆盘转速， min r 。 化简式（3.5）后得： 2 (sincos)cos 900 r n f = （3.6） 或 30 (sincos)cosnf r = （3.7） n为圆盘的近似转速，上式可近似计算出圆盘转速。 为了研究各种不同直径球粒在盘中的运动规律，假设有两个直径不同的球径 （ 1 m 和 2 m ）被提升到同一高度 a(如图 3.3 所示),则它的合力分别为 111 (sintancos)rm g= (3.8) 222 (sintancos)rm g= (3.9) 图 3.3 大小不同的两个小球的合力（r1，r2）分析图 如果此时 12 mm（大颗粒的自然堆角小于细颗粒的自然堆角） 2 1 111 2 1 222 fmrm fmrm = (3.10) 则 111 222 (sintancos) (sintancos) rm g rm g = = 1 11 1 22 (sintancos) (sintancos) f f (3.11) 因为 12 tantan 1 2 sintancos 1 sintancos 即 21 rr (3.13) 由上式(3.13)可知：当圆盘直径、转速、倾角一定时，小球的脱离角 将取 决于其本身与盘底的摩擦系数 f 。 f 越大，脱离角 越小，小球上升高度越高 （tanf=） 。 从上面的公式可以得出这样的结论：在脱离角相同的情况下，小球粒贴近盘面 不向下滚落，而大球粒因为 2 r 较大而沿盘面向下滚动。另外，不同直径的球径具 有不同的 角，球径越大， 角越大，而提升高度越低，反之亦然。由于以上原 因，各种不同直径的球粒便随 角由小到大，而球粒从大到小依次沿盘面而滚下。 这样，便使得整个球盘中的球料按不同的直径有规律底分布和往返运动。这时， 在造球盘的平面上（由外向中心）和断面上（由上往下）球粒便按由大到小的顺 序进行分级。直径最大的球团处于最外面和表面，细粒物即处于最里层和盘底。 3.2 cx-1 型圆盘造球机的盘高计算型圆盘造球机的盘高计算 边高与圆盘倾角和圆盘直径有关，它的大小直接影响着造球机的容积填充率。 倾角越小，边高越大，则填充率越大。但填充率过大，部分粉料不能形成滚动运 动，造球机生产率反而下降，所以圆盘边高是有一定限度的。 当圆盘直径和倾角都不变时，边高还与原料的性质有关。如颗粒的粒度粗、粘 度小，盘边应取得高些；反之就可取得低些。 布雷尼（bhrany）曾提出： h=cd (3.14) 式中：h-边高，m； d-圆盘直径，m； c-常数 皮契（pietsch）和邦布莱德（bombled）认为该常数 c 为 0.2。克拉特（k latt） 则认为常数 0.2 只适宜于直径为 4m 以下的圆盘。直径再大时，该常数值应逐渐减 小。 西德鲁奇公司提出的计算圆盘边高的公式： h=0.07d+0.217 (3.15) 此公式对于计算大直径圆盘的边高较合适，对于小直径圆盘，按此公式算出的 边高值偏大。对于此设计直径 4m 的大圆盘选用西德鲁奇公司公式： h=0.07*4+0.217=0.497m (3.16) 参照国内的圆盘造球机各类型号的边高参数，取边高 h=500mm。 3.3 cx-1 型圆盘造球机的功率计算型圆盘造球机的功率计算 圆盘造球机的驱动功率有有效功率 1 n 、空载功率 2 n 及刮料功率 3 n 三部分组成。 重庆科技学院本科生毕业设计 3 cx- 1 型圆盘造球机综合参数计算 13 有效功率 1 n ：有效功率即圆盘举升物料所消耗的功率。圆盘造球机工作时， 基本上是偏载运转的，且成球区物料分布最多。生产过程中常带负荷启动。应按 最不利的情况计算有效功率。 设物料的全部重量集中到一点，且在盘边缘，如上图 3.2 所示。 g 为盘中物料的总重，由力的分析，g 为圆盘在回转线速度方向的分力，圆盘 带动物料转动时所消耗的功率为 2 1=1000 g v n (3.17) 式中： 1 n -有效动率，kw； 2 g -圆盘切线速度方向的阻力，n； 2 g =sinsing ，g= 2 4 d hg ； v-圆盘的切线速度，m/s；v= 60 dn ； d-圆盘的直径,m； n-圆盘的转速，r/min； h-圆盘的边高,m； -填充率，%； -圆盘倾角， （） ； -物料的脱离角， （） g-重力加速度，m/ 2 s ； -物料的堆密度，kg/ 3 m ； 将 2 g 、v代入式(3.17)中得： 1 n =4.0310 -4h 3 d nsin sin (3.18) 当质心在 b 点时，力臂最大，所需驱动力矩最大，取此点作为功率计算的基点。 此时 =90，则sin =1，代入上式(3.18)得 1 n =4.0310 -4h 3 d nsin (3.19) 式中 由公式：q= 2 4 d h t （t 取 0.13h）算出 =1.1t/ 3 m 在倾角为 40时： 1 n =4.0310 -4 0.5 2 4 11000.1510sin40 =13.68kw 在倾角为 50时： 1 n =4.0310 -4 0.5 2 4 11000.1510sin50 =16.29kw 空载功率 2 n ：空载功率是驱动空载圆盘转动时，为克服圆盘主轴轴承上的 摩擦而消耗的功率。 重庆科技学院本科生毕业设计 3 cx- 1 型圆盘造球机综合参数计算 14 盘底质量： 1 m = = 2 0.01 7850 4 d =986.46 kg (3.20) 2 m = 2 =0.01 0.5 7850d=493.23 kg (3.21) 转动惯量： 1 j = 2 1 2 mr =1972.92 ； 2 j = 2 mr =1972.92 所做的功： w= k e = 2 1 1 2 j + 2 2 1 2 j =2066.04 j (3.22) 功率 ： 2 n =p= d dt =2.066kw (3.23) 刮料功率：刮刀刮料时对圆盘造成了阻力，为克服这个阻力所消耗的功率 为刮料功率。刮料阻力的大小与刮刀的形式有关。对于固定式刮刀，由于刀口宽 度较大，消耗的功率是相当大的。经验表明，在相同条件下，装刮刀圆盘的运转 功率是未装刮刀圆盘运转功率的 1.5 倍，而回转式刮刀消耗功率较小。因此，在 考虑因装设刮刀而消耗的功率时，可用一个系数 k 来解决，据经验，k=1.11.5, 采用固定式刮刀时取高限，采用回转式刮刀时取低限。 综上所述，圆盘造球机工作时总的消耗功率为 n=k( 1 n + 2 n )=1.5（16.29+2.066）=27.53kw （3.24） 3.4 cx-1 型圆盘造球机的圆盘倾角计算型圆盘造球机的圆盘倾角计算 圆盘倾角与物料性质和圆盘的转速有关。不同物料其安息角不同，用于不同 物料的圆盘，其倾角必须大于物料的安息角。否则，物料将形成一个相对于盘底 静止的粉料层，与圆盘同步运转，此时，可借助刮刀强迫物料下落而滚球，成球 后安息角自然减小了。否则，无法进行造球。 转速高的圆盘，其倾角可取大值，否则应取小值。倾角过大，则物料对盘底压 力减小，物料的提升高度降低，盘面不能充分利用，使圆盘造球机的产量下降。 倾角的大小由经验确定，一般为 4050。对于某些物料，在某种转速下，倾 角也有大到 60的。我国已系列化的圆盘造球机基本参数如表 3.1 所示。 表 3.1 我国已系列化的圆盘造球机基本参数 型号 直径 d/mm 边高 h/mm 工作转速 /(r/min) 倾角 / 生产能力/(t/h) 冶金 陶粒 建筑 建筑 冶金 qp-35 3500 450 500 650 10.5 40-55 22 9.5-14.5 qp-40 4000 500 600 800 8.6-11 40-55 29 9.5-14.5 qp-45 4500 500 650 800 8.1-10 40-55 36.5 16-24 参照国内的圆盘造球机各类型号的倾角参数，取倾角为 4050。 重庆科技学院本科生毕业设计 4 cx- 1 型圆盘造球机机械传动装置的总体设计 15 4 cx-1 型圆盘造球机机械传动装置的总体设计 4.1 cx-1 型圆盘造球机的电机选择 根据造球机的工作条件可以确定：电动机的工作方式为连续工作方式。 电动机的类型：对于一般的生产机械，在满足生产机械要求的前提下，优 先选用结构简单、工作可靠、价格便宜、维护方便的电动机。从一般要求看，交 流电动机优于直流电动机，交流异步电动机优于交流同步电动机，鼠笼是异步电 动机优于绕线式异步电动机。对于连续运行，负载平稳，对启动、制动没有特殊 要求的生产机械，应优先采用普通鼠笼异步电动机，它广泛应用于各种机床、水 泵和风机等。 电动机的外壳防护与安装型式：电动机常用的防护型式有开启式、防护式、 封闭式和防爆式。本设计采用封闭式，封闭式的点击又分为自冷式、强制通风式 和密闭式。前两种电机能防止来自任何方向的水滴或异物侵入，灰尘和潮气也不 易进入，适宜于潮湿、多尘土、易受风雨侵袭、有腐蚀性蒸汽和气体的各种场合； 密闭式电机常用于浸在液体（水和油）中的生产机械。 安装方式分为立式和卧式。应用卧式较多。需要垂直运转和简化传动装置是采 用立式，但历史电动机的价格较贵。 根据功率查表选择型号 若传动装置的总效率为，则电动机功率为 d n = n = 27.53 0.92 =29.92 kw （4.1） 选择型号为 y225m-6 型，其技术数据如表 4.1 所示。 表 4.1 电动机的技术数据 型号 额定 功率 /kw 满载时 堵转 电流 堵转 转矩 最大转 矩 转动 惯量 2 kg m 净重 /kg 转速 r/min 电流 /a 功率系 数 cos 额定 电流 额定 转矩 额定转 矩 y225m-6 30 980 59.5 0.85 6.5 1.7 2.0 0.547 300 根据电动机的输出的功率、转矩、电动机轴的直径，选择的联轴器的为鼓形 齿式联轴器，型号为 gclz5 型。 齿式联轴器在工作时，两轴产生相对角位移，内外齿的齿面周期性作轴向相 对滑动，必然形成齿面磨损和功率消耗，因此，齿式联轴器需在有良好和密封的 重庆科技学院本科生毕业设计 4 cx- 1 型圆盘造球机机械传动装置的总体设计 16 状态下工作。齿式联轴器径向尺寸小，承载能力大，常用于低速重载工况条件的 轴系传动，由于鼓形齿式联轴器角向补偿大于直齿式联轴器，国内外均广泛采用 鼓形齿式联轴器。鼓形齿式联轴器有传动能力大、角位移大、传动平稳、效率高、 寿命长等优点。giiclz 型接中间轴鼓形齿式联轴器（符合 jb/t8854.3-1999 替代 jb/zq4379-1986） ，齿间距小，允许相对径向位移小，结构紧凑。giiclz 型接中间 轴鼓形齿式联轴器允许正、反方向回转。 4.2 cx-1 型圆盘造球机减速机的选择 行星齿轮减速器（如图 4.1 所示）传动与普通定轴齿轮传动相比较，具有质 量小、体积小、传动比大、承载能力大以及传动平稳和传动效率高等优点，这些 已被我国越来越多的机械工程技术人员所了解和重视。由于在各种类型的行星齿 轮传动中均有效的利用了功率分流性和输入、输出的同轴性以及合理地采用了内 啮合，才使得其具有了上述的许多独特的优点。行星齿轮传动不仅适用于高速、 大功率而且可用于低速、大转矩的机械传动装置上。它可以用作减速、增速和变 速传动，运动的合成和分解，以及其特殊的应用中；这些功用对于现代机械传动 发展有着重要意义。因此，行星齿轮传动在起重运输、工程机械、冶金矿山、石 油化工、建筑机械、轻工纺织、医疗器械、仪器仪表、汽车、船舶、兵器、和航 空航天等工业部门均获得了广泛的应用。 图 4.1 行星齿轮减速器 在本设计中，根据电机功率、转速、相关的尺寸要求及减速器的各参数，选 择的电动机为行星齿轮减速器，型号为 nbd400，公称传动比在 2025.满足要求。 重庆科技学院本科生毕业设计 5 cx-1 型圆盘造球机的机械传动件设计 17 5 cx-1 型圆盘造球机的机械传动件设计 5.1 cx-1 型圆盘造球机的齿轮传动设计 已知输入功率 p=28.52kw、小齿轮转速齿数比 4.4，由电动机驱动，工作寿命 8 年（设每年工作 300 天） ，两班制。 （主要参考机械设计） 选定齿轮类型、解精度等级、材料及齿数 1）按图所示的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。 2）圆盘造球机为一般工作机器，速度不高，故选用 7 级精度（gb10095-88） 。 3）选择小齿轮材料为 40cr（调质） ，硬度为 380 hbs,大齿轮材料为 45 钢（调 质） ，硬度为 240hbs,二者材料硬度差为 40 hbs。 4）选小齿轮齿数 z1=17，大齿轮齿数 z2 =5.4*17=91.8，圆整取 z2 =92 按齿面接触强度设计 由设计计算公式进行试算，即 d1t 2.32 2 1 3 1 e dh ktzu u （5.1） 1）确定公式内的各计算数值 a.试选载荷系数 kt =1.3 b.计算小齿轮传递的转矩： 1 t = 5 1 1 95.5 10 p n = 5 95.5 1028.52 44 =6.186 6 10 n.m （5.2） c.选取齿宽系数d =1 d.查得材料的弹性影响系数 e z =189.8 1 2 a mp e.按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 limh =600mpa 轮的接触疲劳强度极 限 limh =550mpa f.计算应力循环次数 1 n = 1 60 h n jl =60441 (288300)=1.014 8 10 （5.3） 2 n = 1 n u = 8 1.014 10 4.4 =2.305 7 10 （5.4） g.取接触疲劳寿命系数 1hn k=0.96； 2hn k=0.98 h.计算接触疲劳许用应力。 取失效概率为 1%,安全系数 s=1,得 重庆科技学院本科生毕业设计 5 cx-1 型圆盘造球机的机械传动件设计 18 1 h = 1lim1hn k s =0.96600=564 mpa （5.5） 2 h = 2lim2hn k s =0.98550=539 mpa （5.6） 2）计算 a.试算小齿轮分度圆直径 1 d ，代入 h 中较小的值。 d1t 2.32 2 1 3 1 e dh ktzu u （5.7） = 2 6 3 1.3 6.186 105.4189.8 2.32 14.4539 =248.156mm b.计算圆周速度 v： v= 11 60 1000 t d n = 248.156 44 60 1000 =0.572m/s （5.8） c.计算齿宽b。 b= 1dt d =248.156mm （5.9） d.计算齿宽与齿高之比 b h 。 模数 mt= 1 1 t d z = 248.156 18 =13.786 （5.10） 齿高 h=2.25 mt=2.25*13.786=31.019 （5.11） b h = 248.156 31.019 =8.00 e.计算载荷系数。 根据 v=0.572m/s,7 级精度,查得动载系数 v k =0.45； 直齿轮， ha k= fa k=1； 查得使用系数 a k =1.25； 用插值法查得