干式格子型球磨机的传动部件与筒体的设计 35 毕业设计

1、摘 要 矿用磨机由于其可靠性高、适应性强、处理能力大等特点，是相关 行业中应用最广泛的磨矿设备，有着不可替代的作用。 本论文主要是针对矿用磨机在生产使用过程中出现的筒体开裂、强 度不足等问题，对球磨机的筒体、传动部件及其主要部件进行设计计算。 结合现有的理论，经验公式进行重新设计。对回转部的主要零部件：筒 体进行了较为详细的计算。并根据它在不同载荷下的应力和变形，运用 简支梁结构进行了筒体强度的分析与计算。然后对传动装置进行了设计 与计算，包括电机的选择以及减速器传动方式的选择。并对本次采用的 减速器箱体及其附件进行了介绍。 总之，本设计为对矿用磨机的更深入的研究提供了一定的基础，同 时也为开

2、展该方面的工作提供了有效的分析途径和方法。为我以后的工 作和学习打下了坚实的基础。 关键词关键词： 球磨机 传动部 筒体 减速器 abstractabstract mine mill because of its high reliability, adaptability, processing capacity, related industries, the most widely used in grinding equipment, has an irreplaceable role this thesis in the production process for the mine

3、 mill cylinder cracking, lack of strength issues such as ball mill cylinder, transmission components, and its main components, the design calculations. combination of existing theoretical, empirical formula to be redesigned. turning part of the main components: cylinder in a more detailed calculatio

4、n. and in accordance with the stresses and deformations under different loads, the use of a simply supported beam structure analysis and calculation of the cylinder strength.gear design and calculation, including the choice of motor selection and reducer drive way. and the reducer used the box and i

5、ts annex were introduced. in short, the design for a more in-depth study of the mine mill a certain foundation, but also to carry out the work of the aspects of effective ways and means. laid a solid foundation for my future work and learning. keykey words:words: ball mill ransmission part barrel bo

6、dy annex the reducer 目目 录录 前言.1 1 绪 论.2 1.1 论文题目的选择.2 1.2 矿用磨机的发展及现状 .3 2 干式格子型球磨机介绍.5 3 筒体设计与参数计算.8 3.1 筒体直径和长度的设计 .8 3.1.1 长径比的选择 .8 3.1.2 用磨矿机的生产率来反算筒体直径和长度 .8 3.1.3 各参数的选择和计算 .12 3.2 筒体厚度设计 .13 3.2.1 装球量计算 .13 3.2.2 介质直径、质量配比计算 .14 3.2.3 厚度的确定 .15 3.2.4 筒体厚度的验算校核 .16 3.3 球磨机筒体设计关键数据归纳 .23 4 球磨机传

7、动设计.25 4.1 减速器的总体设计 .25 4.1.1 拟定传动方案 .25 4.1.2 电机选型 .25 4.1.3 传动装置的总传动比及其分配 .27 4.1.4 计算传动装置的运动和动力参数 .27 4.2 齿轮设计 .29 4.2.1 减速器内斜齿轮设计 .29 4.2.2 低速级齿轮传动的设计计算.36 4.3 轴的设计.41 4.3.1 减速器高速轴 1 的设计.41 4.3.2 减速器轴 2 的设计.47 4.3.3 安装与滚筒大齿轮相齿合的轴 3 的设计.53 5 减速器箱体的尺寸选择.59 6 减速器附件的设置.60 7 总结.61 致谢.62 参考文献.63 前前 言言

8、 本设计是针对现存球磨机存在的问题以及使用过程中出现的问题， 例如筒体焊缝开裂，挠度过大，强度不足，齿轮的非正常磨损、折断， 轴的疲劳破坏等，对球磨机进行重新设计，并通过本设计找出一整套的 计算方法，达到能够应用于实际生产的目的。本次设计给定的数据是： 有效容积 2.2 立方米；产量 1.4-4.5 吨/小时;给矿粒度小于等于 25mm；排矿粒度 0.074-0.4mm;矿石硬度：中等硬度。 第一章主要介绍了论文题目的选择及其意义，并对矿用磨机的现状 及发展方向做了简要的说明。 第二章主要对所选的干式格子型球磨机的各个组成部分进行了简要 的介绍。 第三章也是本设计的主要的一部分，主要对所选磨机

9、的尺寸进行选 择计算，对筒体的厚度进行设计校核，对筒体内衬板进行型式的选择， 主要参数的计算以及结构的设计，最后对其所运用的材料进行了选择。 第四章是本设计的另一重要部分，首先对传动方案进行了选择，电 机的选型，传动比的分配，传动装置的运动和动力参数计算，其次，设 计计算了四个齿轮并对他们进行了校核，之后又对三根轴进行了力的分 析计算、结构设计及其校核，最后对所选用的轴承及其键进行了校核。 第五、六两章主要就是根据所设计的轴的尺寸及其齿轮的大小选择 箱体的大小及其附件装置。 由于设计水平的有限，本设计难免存在缺点和错漏，欢迎老师指正。 1 1 绪绪 论论 1.11.1 论文题目的选择论文题目的

10、选择 矿用磨机广泛用于冶金、有色、建材、陶瓷、化工、化肥、电力、 环保、国防、食品等国民经济部门。由于其可靠性高、适应性强、处理 能力大等特点，是相关行业中应用最广泛的磨矿设备，有着不可替代的 作用。 目前矿用磨机主要存在问题是如何确定磨机筒体的工作转速以及矿 用磨机的功率计算，磨介的填充率，筒体厚度确定问题等，这几个因素 即相互独立又相互影响。基于此毕业设计选择此题目，找出一套设计计 算方法，用最少的消耗来达到生产的需要。 现在正在服役的矿用磨机，特别是 90 年代前生产的矿用磨机，许 多强度不足，导致筒体焊缝开裂，挠度过大，影响使用；齿轮强度不足 导致轮齿非正常折断等。还有的因结构设计不合

11、理，导致进出料衬套和 端盖非正常磨损，把合螺栓非正常损坏等。这些问题的产生和动力传动 以及减速器齿轮和筒体齿轮的结构设计、材料选择、强度计算有很大的 关系，同时与轴的设计计算以及附件的设计计算有关。因此在本次设计 中选择对整个传动部分进行设计，希望通过我的设计来改善球磨机的工 作状态，延长其使用寿命。 在实际生产中，矿用磨机用于破碎之后选别之前，以符合工艺要求 的细粒，由于矿用磨机的产量与设计产量有较大的差距造成资源和投资 的浪费；如果产量太低则整个系统的能力跟不上，使矿用磨机的能力受 到限制，能力发挥不出来，造成投资的无效扩大，从而造成浪费。而由 于矿用磨机的结构不合理和强度不足造成的损失也

12、十分惊人，例如：小 齿轮非正常断齿、筒体和端盖开裂、衬板过快磨损、螺栓折断、大齿轮 张口、进出料口漏料等，这些问题轻则造成设备停车检修，降低劳动效 率，消耗大量的人力财力和物力，重则造成严重的设备事故，使设备报 废造成严重的经济损失，甚至人员伤亡。因此有关各单位都迫切地希望 解决以上问题，以取得更好的经济效益和社会效益。基于此我选择球磨 机的传动部件和筒体设计来作为毕业设计的题目，以求在设计的过程中 对原有的设计进行改进，也为以后的工作和学习打下坚固的基础。 1.21.2 矿用磨机的发展矿用磨机的发展及现状及现状 从第一台矿用磨机出现到现在已经有一百多年了，一百多年来，为 了提高磨矿的效率，适

13、应各种情况，人们对矿用磨机进行了多方面的研 究，取得了许多进步。特别是第二次世界大战以后国外在矿用磨机方面 有了较大的发展。液压技术、电子技术、计算机技术以及新材料、新工 艺、新方法的发展为矿用磨机的发展提供了强有力的支持。 在矿用磨机制造方面，1904 年世界上第一台以卵石作为介质的矿 用磨机应用于南非 rand 金矿，1961 年，有人用 760200mm 的锥形 矿用磨机对重晶石进行了自磨实验，取得了良好的效果。1959 年，加 拿大 d.weston 设计了干式自磨机获得了成功。此后，矿用磨机得到了 快速的发展，并出现了现代意义上的矿用磨机，其中由于球磨机由于具 有可靠性高、适应性强、

14、处理能力大等特点，是现在各行各业中应用最 广泛的磨机设备，有着不可替代的作用。 矿用磨机经过多年的沉寂（19001960） ，最近几年，随着机械加 工技术、电气控制技术、液压技术的发展，以及许多新工艺、新材料的 应用，矿用磨机也取得了巨大的进步。例如，滚动轴承的应用，这是因 为矿用磨机中空轴直径较大（2.7 米矿用磨机中空轴直径在 1 米以上） ，矿用磨机的负荷和冲击也很大，所以直到最近几年出现了大直径、高 负荷、耐冲击的滚动轴承以后，才开始应用于矿用磨机。 从国内外情况看矿用磨机的发展有以下几大趋势： 1.矿用磨机逐渐向大型化方向发展。 一些工业发达国家如美国、日本、德国、加拿大、前苏联等在

15、上世 纪六十年代末期已经开始进入矿用磨机大型化时代，这些在美国、澳大 利亚、加拿大、前苏联等的矿山设备中得到充分的体现。如 1968 年加 拿大塔斯马尼亚萨瓦兹河选厂的自磨机直径已达 9754 毫米，功率达 5000 千瓦，在追求规模效益和大型设备有点的驱动下，目前挪威 hydralift scanmec 公司为 sydyarange 公司生产的 6.59.65m 球磨 机，功率达 8100kw，美卓矿机能够提供的最大规格球磨机为直径 7.9311.4m，功率 15500kw，自磨机或半自磨机为直径 12.86.7m，功率 25000kw，棒磨机直径达 4.7m。矿用磨机还有继 续大型化的趋势

16、。 2.矿用磨机逐渐向自动化、成套化方向发展。 许多大型矿用磨机配备有机械手以协助工人安装和更换衬板；配备 手动泵以协助人安装和检修轴瓦；配备慢速驱动装置以方便安装和检修； 配备声光报警装置和触摸屏以实时监控矿用磨机的工作状况。这与以前 的矿用磨机相比在自动化和配套方面有了质的飞跃。 另外，随着互联网技术的普及，国外公司在售前售后服务的概念已 发生了质的变化，不仅对产品的质量做出承诺，而且对设备的选型利用 他们强大的实验设备为用户提供选型和实验.矿用磨机设计软件的开发 已是矿用磨机设计和最佳化得到了量的跨越，软件计算磨矿负荷运动， 可在计算机屏幕上动画显示，它所预示的矿用磨机功率，考虑了所有设

17、 计参数，如磨矿粒度分布、衬板材料、衬板的几何形状和数量等因素的 影响。 2 2 干式格子型球磨机介绍干式格子型球磨机介绍 干式格子型球磨饥主要由给料器、中空轴颈、主轴承、前后端盖、 扇形衬板、筒体、筒体衬板、进人孔、格子板、中心衬板、提升斗、大 齿圈、小齿轮、减速机、联轴节、电动机等构成。如图 2-1 所示 图 21 格子型选矿设备- 球磨机 1给料器；2进料管；3主轴承；4扇形衬板； 5端盖；6筒体；7筒体衬板；8人孔；9楔形压条； 10中心衬板；11排料格子板；12大齿圈；13端盖； 14锥形体；15楔铁；16弹性联轴器；17电动机；18传动轴 1出料端盖；2传动接管；3格子板；4举板；

18、 5出料螺旋叶片；6圆筒筛；7出料罩； i、ii、iii第一、二、三仓室 给矿器是给磨矿机输送原料的。按它们的形状不同分为鼓式、蜗式 和联合式等给矿器。 中空轴颈支承在主轴承上，其作用一是供磨矿进料和出科，二是使 矿机的筒体能作回转运动而发生磨矿作用。它的内壁衬有料管来保护中 空轴颈。 主轴承基本上由下轴承座中的轴承底盘、球面瓦座、带有自动调位 的球面瓦(内浇有轴承衬)和轴承盖等组成。主轴承的各机件除轴承衬是 巴式合金外，其它的都是用铸铁制成。有的不是上述的滑动轴承而是滚 子轴承。主轴承除了使磨矿机能作回转运动外，同时要承受磨矿机回转 部分的全重量(磨矿机转动部件重量+介质重量+物料和水的重量

19、)。 由于磨矿机两端轴承的距离都比较大，磨矿机制造本身也有误差， 所以很难保证两中空轴颈和筒体体的同心，在受到较大负荷的情况下， 难免要产生下挠变形。为避免上述情况，在轴承结构上采用调整能力较 好的自动调位轴面瓦，使作用在承压面上的载荷均匀分布。为了防止球 面瓦在磨矿机运转时产生大的移动在球面瓦座与球面瓦之间装有定位 圆柱销。 干式球磨机与湿式球磨机主轴承的区别是，后者用水冷却，而前者 要用油润滑即可。 端盖分为前端盖（排料端)和后端盖(进料端)、它们的作用是联接 中空轴颈与筒体，固定格子板和筒体(前端盖)。端盖与筒体配合时接触 精度要求很高，只能涂铅油不许加垫子。同时要和筒体保持同心。 筒体

20、，是磨矿机的主体，它用钢板卷制焊接而成。它的作用是装载 磨碎介质和物料，在回转过程中使介质运动而粉碎物料。在筒体适当的 地方开有 l2 个进入孔，以便初装球和倒球及物料，同时供人进出安 装和检修衬板和格子板等用。在筒体两端还焊有固定端盖用的法兰盘。 衬板，分为扇形衬板(在前后端盖上)和筒体衬板。扇形衬板用高锰 钢铸成，格子型球磨机进料端盖上才装有扇形衬板，目的是保护端盖。 筒体衬板，它用螺栓固定在筒体上，其作用一是保护筒体；二是 在磨矿机旋转过程中提升磨碎介质和被磨物料以及同介质一道粉碎物料。 筒体衬板用锰钢、铬钢、耐磨铸铁或橡胶等材料制成，目前高锰钢运用 较广。橡胶衬板我国目前还处于试用阶段

21、，它具有轻便、耐磨和减轻噪 声污染等优点。但往往硬度不够，影响磨矿效率。所以配方和加工工艺 还有待于研究改进。 格子板，使用在格子型球磨机上，它安装在排料端磨碎的物料通过 格子板上的孔进入提升斗排出磨矿机外。格子板还起到筛子作用，能阻 止大块物料和磨碎介质。 3 3 筒体设计与参数计算筒体设计与参数计算 3.13.1 筒体直径和长度的设计筒体直径和长度的设计 3.1.13.1.1 长径比的选择长径比的选择 please contact q 3053703061 give you more perfect drawings 磨矿机的生产能力和功能消耗，近似地与磨矿机的筒体内径 d 的 2.5 次

22、方和筒体长度 l 成正比.实践结果表明，各种磨矿机的筒体内径 d 与 筒体长度上有如下关系。 格子型球磨机：l(0.72)d，当磨碎比大、物料的可磨性差、产 品粒度要求小时，取大值，反之，取小值； 溢流型球磨机：(132)d； 棒磨机：(152)d； 管磨机；(256)d;对于开路磨矿系统，取(251.5) 。 对于自磨机，筒体的内径较大，筒体长度较小，两者的比值不是常 数，它随筒体内径的变化而变化。对于干式自磨机，推荐采用 ；对于湿式自磨机。 对于本设计中的格子型球磨机，选择2 3.1.23.1.2 用磨矿机的生产率来反算筒体直径和长度用磨矿机的生产率来反算筒体直径和长度 由于设计任务中已知

23、的是球磨机的生产率，所以用磨矿机的生产率 来反算筒体直径和长度。 由于磨矿机生产能力的影响因素很多，而且变化大，因此，目前还 很难用理论公式来计算它的生产能力。一股都是根据“模拟方法”来计 算磨矿机的生产能力。根据实际生产的磨 l 在接近最优越的工作条件下 工作时的资料，再结合磨矿机的型式和尺寸、矿石的可磨性、结矿及产 品粒度等因素加以校正磨矿机生产：能力的计算一般按新形成级别的方 法进行。此方法般采用一 0.074mm(一 200 网目)作计算级别。 设计的磨矿机生产能力可按下列公式计算： 1 vq q 式中 v设计的磨矿机有效容积，m； 产品中小于 0.074mm 级别含量，； 2 给矿中

24、小于 0.074mm 级别含量，； 1 q按新形成级别(0.074mm)计算的单位生产能力，t(m*h)。 q 值由试验确定，或采用矿石性质类似、设备及工作条件相同 的生产指标 数据与生产指标时可按下列公式计算： 01234 qq k k k k 式中 磨矿机按新形成(一 0.074mm)级别计算的实际单位生 0 q 产能力，t(m*h)。 矿石可磨性系数，可用实验方法确定。磨矿机研磨设计规 1 k 定处理 的矿石与研磨供比较用的矿石(即现场目前处理的矿石)时，按新形 成级别计算的生产率之比，就是系数，也可按表 3-5 选取； j k 1 k 磨矿机型式校正系数(表 3-1)； 2 k 磨矿机

25、直径校正系数，。其中，和为 3 k 0.5 11 3 22 () db k db 1 d 2 d 设 计的和目前工作的磨矿机的直径,单位 m, 和为设计的和目前工 1 b 2 b 作的磨矿机衬板厚度，m； 给矿和产品粒度系数，。其中， 、是设计与 4 k 1 4 2 m k m 1 m 2 m 生 产的给矿和产品粒度按新形成(一 0. 074mm)级别计算的相对生产 能力。 、值见表 3-2 1 m 2 m 表 3-1 磨矿机型式校正系数 2 k 表 3-2 给矿粒度及产品粒度的相对生产能力 m 值 表 3-3 产品粒度中-0.074mm 级别含量 1 表 3-4 给矿粒度中-0.074mm

26、级别含量【2】 2 表 3-5 矿石硬度、可遂性系数和可磨性系数【2】 表 3-6 破碎产物粒度与-0.074mm 粒级含量的关系【3】 表 3-7 磨矿机直径校正系数 3.1.33.1.3 各参数的选择和计算各参数的选择和计算 设计任务书中要求设计产量 1.44.5 吨/小时，根据产量公式，按 最大处理量 4.5 吨/小时来反算球磨机直径 设计要求：产量 4.5 吨/时 给矿粒度 小于等于 25mm 排矿粒度 0.0740.4mm 矿石硬度 中等硬度 根据设计要求，选作参照标淮的现厂磨机为 2.1m x 3.0 m 球磨机， 待磨矿石与参照磨机磨矿石的可磨性相同，给矿粒度 200mm，其中-

27、 0.074mm 粒级占 6，磨矿产品中0.074 毫米级占 62，每小时处理 原矿 15t。计算和选择待算磨机的规格和数量。,参数计算如下： 1、 (t/mh) 0 0 0 ()15 (0.620.06) 0.94 8.95 q q v 2、 由表 4-5 选=1.00 1 k 1 k 3、 由表 4-1=1.0 2 k 2 k 4、 以 2100mm3000mm 干式格子型球磨机为参照，查表 3- 3 k 7 得=0.81 3 k 5、 由表 3-2 应用插值法得：=1.117、=0.987，于是 4 k 1 m 2 m = 1 4 2 m k m 1.117 1.13 0.987 6、

28、由表 3-3 查得 =6% 1 1 7、 由表 3-4 查得 =40% 2 2 8、v 球磨机的容积 23 44 d ld v 把以上各参量带入 1 vq q 3 01234 21 d q k k k k 4 q 3 3 3.14 0.94 1.00 1.00 0.81 1.13 4 1.98 40%6% d d =4.5 解得 d=1.31m 由于球磨机的生产率的计算只是近似计算，为了保证生产能力，和 根据以往的设计经验，选择 d=1.5m 3.23.2 筒体厚度设计筒体厚度设计 3.2.13.2.1 装球量计算装球量计算 装球量的多少对球磨机的效率有一定的影响，装球少，磨机效率低， 装球多

29、，内层球运动产生干涉，破坏了球的正常运行，磨矿效率因之也 要降低。 根据参考文献所给的装球量计算公式： 3 4 gd l 球 式中 球的松散重度（吨/米） ，对于轧制钢球，取=4.8 吨/米 d、l球磨机的筒体的内径和长度（米）d=1.5，l=1.5 装载系数，角螺旋球磨机=0.33 将以上各量代入公式得 333.14 4.8 0.333.012.6 44 1.5 l gd 球 吨 3.2.23.2.2 介质直径、质量配比计算介质直径、质量配比计算 介质直径与给料粒度相关，要具体算出各球的直径，必须选一种满 足设计要求的具体矿石，设计要求：给矿粒度小于等于 25mm 排矿粒度 0.0740.4

30、mm 矿石硬度 中等硬度 表 3-8 给矿与返砂粒级组成 粒 级/mm 2 520 2 016 1 610 1 05 5 1 1 0.5 小 于 0.4 合 计 备 注 新 给矿产 率/% 1 2.84 1 0.54 1 7.74 1 8.70 1 5.96 5 .63 1 9.13 1 00% 返 砂产率 /% 2 0.43 1 9 2 8.67 3 1.90 01 00% 全 给矿产 率/% 4 .28 3 .51 1 9.53 1 8.9 2 4.4 2 3.14 6 .38 1 00% 返 砂比 200% 刚球直径计算，根据参考文献 25.4dd 钢球质量分配计算，根据参考文献计算，公

31、式如下： 100% 100 i 某粒级在全给矿粒级含量中的百分数 扣除不计的细粒级在全给矿粒级含量中的百分数 按全给矿粒级组成中大于 0.4mm 的给矿组成对给料分组并计算相应 的刚球直径和质量分配，计算结果列入表 3-9 表 3-9 分组 1234 粒级范围25151555110.4 平均粒度 201030.7 分组 114804522 比例 8.340.12624.6 按比例计算各种球的质量 mg i 球 计算列表如下 表 3-10 球的质量分配 分组 1234 分组/mm 114804522 质量/吨 0.522.531.641.55 3.2.33.2.3 厚度的确定厚度的确定 筒体是球

32、磨机的关键部件，筒体厚度对整台球磨机的使用寿命有很 大影响，所以对筒体的设计也提出了更高要求。 筒体厚度计算公式为： (510 100 d 至） 式中 d筒体直径。 根据此式可得筒体厚度 =2030mm(510 100 d 至） 3.5 可确定最小筒体厚度 3.0 2 1.5 l 长径比= d min 1500 9.375 160160 d mm 由于筒体受力复杂，球磨机运行有一定的冲击，考虑安全性，选筒 体厚度 30mm. 3.2.43.2.4 筒体厚度的验算校核筒体厚度的验算校核 取筒体材料为 q235 钢。密度为 7.810kg/m （一）作用在筒体上的总载荷 q 为了筒化计算，主要考虑

33、以下几种载荷： 筒体重量 装球量 衬板重量 物料 1 g 2 g 3 g 4 g 重量 p动态研磨体所产生的力 球磨机运行时，作用于筒体的总载荷 q 包括两部分：一部分是球磨 机的回转部分重量，另一部分是动态研磨体所产生的力 p。球磨机回 m g 转部分的重量为： m g 1234 ggggg m 其中 22 1 () 4 gdd l 2 233.14 3.0 7.8 4 1.5 0.03 1.510 1.67t 由 3.3 知 2 6.3ggt 球 由 3.2 知 3 2.78gt 物料重量：物料重量约为的 14%， 2 g 42 14%0.882ggt 动态研磨体所产生的力 p 为研磨体总

34、重的 1.02 倍，即 2 1.02pg 包括物料在内的动态研磨体所产生的力为 1.14p 2 1.14 1.02g 2 1.163g 球磨机运行时的总载荷为 22 (1.14 )2(1.14 )cos(180) o mmp qgpgp 其中为与 1.14p 两力的夹角，通常=741 p m g p 000 cos(180)cos(1807 41)1 p 所以筒体总载荷为： 22 (1.14 )2(1.14 )( 1) mm qgpgp 1.14 m gp 图 3-3 筒体受力 图中 q 力与铅垂 y 轴的夹角为 ，一般在 8 以下， p 根据上式计算总载荷 q 1.14 m qgp 1234

35、2 1.163 g gggg =1.67+6.3+2.78+0.882+1.1636.3 =18.9589 t （二）边缘传动时大齿轮的圆周力 1、筒体临界转速 /minr 42.4 l n d 42.442.4 34.6 1.5 l d n 根据参考资料，角螺旋球磨机的适宜转速按以下公式计算： 33.9 n d 将 d=1.5m 代入 33.933.9 27.7 /min 1.5 nr d 2、磨机需用功率计算 装有角螺旋衬板磨机的需用功率可按下面的经验公式计算 7.15nd 其中：n一吨钢球所需的功率 千瓦 d磨机的有效内径 米 将 d=1.5m 代入得 7.157.151.58.757n

36、dkw 球磨机需要功率： 1 8.757 6.355.17nkw ng 球 3、边缘传动时大齿轮的圆周力 1 9550 c b n p nr 式中：球磨机所需功率，kw; 1 n n球磨机筒体转数，r/min; 大齿轮节圆半径，m; b r v大齿轮圆周速度，m/s; 由于还没进行齿轮设计，假设大齿轮节圆半径 0.9m，则 27.7 3.14 0.9 1.30/ 3030 b n r vm s 所以 1 9550 c b n p nr 55.17 9550 27.7 0.9 21.13kn （三） 、筒体强度校核 1、计算作用在筒体的弯矩时，作用力分布如 3-4 图所示。 图 3-4 球磨机筒

37、体作用力的分布 筒体重量、钢球、衬板重量和物料重量可看作是沿着筒体长度 l 而 均匀分布的，其单位载荷为： 1234 1 gggg q l 4 411.632 10 3.88/ 3.0 10 n m 物料和动态研磨体所产生的力 1.14p，也是沿着筒体长度 l 而均匀 分布的，单位长度上的分布力为： 4 4 2 1.141.14 1.02 6.3 10 2.44/ 3.0 10 p n m l q 2、轴承支反力与弯矩 1234 12 1.14 2.0 p g ggg ff =94.79 kn 距端点 x 处的弯矩方程： 2 1 12 2 x x x q q mf 令 0 x dm dx 解得

38、 x=1m 将 x=1 代入弯矩方程 2 max113 () 2 x mfxqq 2 94.79 138.82.44 2 74.17 1 knm 筒体所受扭矩 55.17 9550955019.02* 27.7 rcb n knm n mp r 磨机所受当量扭矩 22 max () k mmm 折合系数，球磨机计算时取=0.50.6。本设计取=0.5 将、代入得 max m k m 22 max () k mmm 2 2 74.78 0.5 19.02 74.17 knm 3、球磨机的抗弯模量 将球磨机看作受弯曲作用的薄壁圆筒，抗弯模量 w 为： 44 () 4 ea e rr w r 式中|

39、：筒体外半径，cm；=1.53m e r e r 筒体内半径 ,cm =1.5m a r a r 将以上两数代入得 4444 3 ()3.14 (1.531.5 ) 214111 44 ea ee rr wcm rr 4、球磨机筒体所受弯曲应力 2 10 0.8 m w m磨机筒体所受当量弯矩，nm。74.78mknm w磨机筒体抗弯模量，cm,由于人孔和螺栓孔消弱了筒体的截 面，故公式中引入消弱系数 0.8. 将以上各量代入 2 274780 43.66/ 0.80.8 214111 10 m n w cm 5、磨机筒体的许用应力 磨机筒体在变载荷作用下长期工作，因此，筒体许用应力按筒 体材

40、料的疲劳强度极限来确定： 1 1 0.4 b kk 筒体材料抗拉强度极限， b 对于 q235 钢，=（3847）10（n/cm） 。取 b =4010（n/cm） b k安全系数 k 大于等于 6，取 k=8， 将以上各量代入得 3 2 1 0.40.4 40 10 2000/ 8 b n cm kk 筒体所受应力远远小于许用应力。所以满足强度要求。 6、筒体径向刚度计算 筒体的径向变形量，因为筒体内经 d 比筒体壁厚大很多，因此， 筒体易产生径向变形，径向变形超过一定数值将影响磨机的正常运行。 圆柱形壳体一般用来控制，c 为经验值，一般为 150，将 d、代 d c 入得 1500 501

41、50 30 d 满足要求。 3.33.3 球磨机筒体设计关键数据归纳球磨机筒体设计关键数据归纳 在本节要对以上几节做一总结，列出本次球磨机筒体设计的关键数 据。 1、磨矿流程 一段闭式 2、磨机规格 15003000 mm 干式格子型 3、临界转速 34.6 r/min 4、适宜转速 27.7 r/min 5、磨机功率 55.17 kw 6、钢球总重 6.3 t 7、填充率 33% 8、衬板形式 角螺旋衬板 4 4 球磨机传动设计球磨机传动设计 4.14.1 减速器的总体设计减速器的总体设计 4.1.14.1.1 拟定传动方案拟定传动方案 球磨机是低速重载机械，工作条件较差，载荷有一定的冲击，

42、且有 粉尘等。与其它传动方式相比，齿轮传动有效率高，尺寸小，适应性强 等优点，所以设计球磨机采用齿轮传动。设计球磨机工作二十年，每年 工作 350 天，每天连续工作 24h。根据齿轮传动的特点，拟定采用两级 传动，第一级采用闭式斜齿轮传动，第二级采用半开式直齿轮传动，如 图 4-1 所示： 图 4-1 球磨机运动方案见图 4.1.24.1.2 电机选型电机选型 工业上一般用三相交流电源，无特殊要求，一般采用三相异步交流 电机，最常用的的是 y 系列笼形三相异步交流电机，其效率高、工作的 靠、结构筒单、维修方便、价格低， 由上一章的计算知，磨机所需功率为 73.50 kw，由此计算电机的 输出功

43、率： w d p p 式中：为从电机到球磨机主轴之间的总效率，即 12345678 式中： 电机与减速器之间联轴器效率，取 0.99； 1 减速器高速轴轴承效率，取 0.99； 2 减速器斜齿轮啮合效率，取 0.97； 3 减速器低速轴轴承效率，取 0.99； 4 减速器与小齿轮间联轴器效率，其 0.99； 5 小齿轮轴承效率，取 0.99； 6 小齿轮与大齿轮啮合效率。取 0.96； 7 筒体轴承效率，取 0.99. 8 将以上各值代入得 12345678 0.99 0.99 0.97 0.99 0.99 0.99 0.96 0.99 0.877 由效率计算电机的输出功率 55.17 62.

44、9 0.877 w d p pkw 根据电机输出功率，选择电机型号 y315m-8 额定功率 75kw, 转速 740r/min, 4.1.34.1.3 传动装置的总传动比及其分配传动装置的总传动比及其分配 计算总传动比，由电机的满载转速和球磨机的工作转数，计算总传动 比 740 26.71 27.7 m w n i n 分配传动比 1 2 iii 选，则 1 3.4i 2 1 26.71 7.86 3.4 i i i 4.1.44.1.4 计算传动装置的运动和动力参数计算传动装置的运动和动力参数 1、各轴转速 n 各轴标号如图 1 740 /min m nnr 1 2 1 740 217.6

45、 /min 3.4 n nr i 2 3 2 217.6 27.69 /min27.7 /min 7.86 n nrr i 2、各轴功率 球磨机是专用机械，应用电机的输入功率来计算各轴的输入功率， 电机的额定功率为 75kw，电动机的效率为，所以电动机的输 0 0.925 出功率为 69.375kw 各轴的输入功率为： please contact q 3053703061 give you more perfect drawings 3、各轴输入转矩 0 0 1 9550895.3 . ed n m p t n 1 1 1 68.68 95509550886.4 740 p tn m n 2

46、 2 2 65.95 955095502894.4 217.6 p tn m n 3 3 3 61.43 9550955021178.9 27.7 p tn m n 将以上结果，整理列入下表 项 目电动机轴轴 1轴 2轴 3 转速（r/min） 740740217.627.7 功率（kw） 69.37568.6865.9561.43 转矩（nm） 895.3886.42894.421178.9 传动比 13.47.86 效率 0.990.960.93 4.24.2 齿轮设计齿轮设计 四个齿轮标号如图 4-1 图 4-1 4.2.14.2.1 减速器内斜齿轮设计减速器内斜齿轮设计 斜齿轮传动比较

47、平稳，冲击、震动、噪声小，适用于高速重载传动， 所以球磨机传动装置高速级选择斜齿轮传动。 高速级传动位于减速器内，属闭式传动，所以按齿面接触疲劳强度 计算，然后校核齿根弯曲疲劳强度。 1、齿轮材料、精度等级、齿数及螺旋角选择 小斜齿轮都选择 40cr，调质处理，hb=241286 强度极限为 700mpa,屈服极限为 50mpa,齿面硬度为 260hbs。大齿轮材料选用 45 号 钢，调质处理，hb=217255，选取硬度为：225 hbs 二者硬度差为： 35 hbs，精度等级为 7。 齿数选择：小齿轮齿数，取 75 1 22 z 2 223.474.8 z 初选螺旋角15 2.、按齿面接触

48、疲劳强度计算 1 3 1 21( ) the t dh k tz z d （1） 确定公式内各计算量 1）选择=1.6。 t k 2）选择区域系数=2.42。 h z 3）计算小齿轮转矩 5 1 1 1 95.5 10 p t n 5 95.5 1068.68 740 5 8.864 10 nmm 4）齿宽系数，选1 d 5）弹性影响系数， 1 2 189.8 e zmpa 6）按齿面硬度查得小齿轮接触疲劳强度极限，大齿 lim1 520mpa 轮接触疲劳强度极限 lim2 480mpa 7）计算应力循环次数 9 11 5 9 1 2 6060 740 1 (20 300 24)6.39 10

49、 6.39 10 1.80 10 3.43.4 h nn jl n n 8）查疲劳强度寿命系数； 1 0.88 hn k 2 0.92 hn k 9）计算接触疲劳许用应力 10）端面重合度，查得，于是 1 0.74 2 0.8 12 1.54 取失效概率为 1%，安全系数 s=1 得 1lim1 1 0.88 520 457.6 1 hn kmpa mpa s 2lim2 2 0.92480 441.6 1 hn kmpa mpa s 12 457.6441.6 449.6 22 hh h mpa （2）计算 1）试算小齿轮分度圆直径，代入的值. 1t d h 2 5 3 1 2 1.6 8.

50、864 103.41 2.42 189.8 135.5 1 1.543.4449.6 t dmm 计算圆周速度 v 1 1 3.14 135.5740 5.25 60 100060000 t d m v s n 3）计算齿宽 b 及模数 1t m 齿宽 1 135.5 dt bdmm 模数 1 1 cos135.5cos 5.95 22 15t nt d m z 齿高 2.252.25 5.9513.4 nt hm 135.5 10.12 13.4 b h 4）计算纵向重合度 1 0.318tan0.318 1 22 tan151.875 dz 5）计算载荷系数 k 经查课本机械设计表 10-

51、2 得使用系数 根据1.5 a k v=5.25m/s,7 级精度,查图 10-8 得动载系数，由表 10-3 查得1.12 v k ；由表 10-4 用插值法查得 7 级精度、小齿轮相对支承1.2 hf kk 非对称布置时，齿向载荷分布系数1.44 h k 由，查图 10-13 得 ,故载 135.5 10.12 13.4 b h 1.44 h k 1.36 f k 荷系数为: 1.5 1.12 1.2 1.442.9 avhh kk k kk 6）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径如下: 3 11 165.2 t t k ddmm k 7）计算模数 nm 1 1 cos165.2cos1

52、5 7.25 22 n d mmm z 3、按齿根弯曲强度设计,使用以下公式: 2 1 3 2 1 2cos fasa n df kty y y m z (1)确定计算参数 计算载荷系数. 1.5 1.12 1.2 1.362.74 avff kk k kk 2）根据纵向重合度 =1.875 查图 10-28 得螺旋角影响系数 0.87y 3）计算当量齿数. 1 1 33 22 24.41 coscos 15 v z z 2 2 33 75 83.22 coscos 15 v z z 4）查取齿形系数 查 10-15 表应用插值法得 1 2.638 fa y 2 2.214 fa y 5）查取

53、应力校正系数 查 10-15 表应用插值法得 1 1.584 sa y 2 1.773 sa y （2）其余参数选择 查图 10-20c 表得小齿轮的弯曲疲劳极限 ;大齿轮的弯 1 480 fe 曲疲劳极限 2 400 fe 查图 10-21 表选取弯曲疲劳寿命系数 1 0.82 fn k 2 0.86 fn k 计算弯曲疲劳许用应力 选取弯曲疲劳安全系数 s=1.4 ,利用公式求得如 fnfe f k s 下: mpa 11 1 0.82480 281.14 1.4 fnfe f k s 22 2 0.86400 245.71 1.4 fnfe f k mpa s 4）计算大小齿轮的 并加以

54、比较. fasa f y y 11 1 2.638 1.584 0.017265 281.14 fasa f yy 22 2 1.7732.214 0.015975 245.71 fasa f yy 小齿轮的数值大 （3）设计计算 2 5 3 2 22.74 8.8640.87 0.0172654.5 11.54 cos 1015 22 nm 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数与由齿根 nm 弯曲疲劳强度计算的法面模数相差较大，为保证齿轮的在使用期间能满 足寿命要求，取较大值作为设计时的模数，取标准值=7mm,取分度 nm 圆直径 1 165.2mm d 1 1 cos165.2c

55、os 22.8 7 15 n d z m 取23，则取 1z 21 3.42378.2u zz 78 2z 4、几何尺寸计算 （1）计算中心距 12 23787() 365.97 2cos2cos15 n zzm amm 将中心矩圆整为 366mm （2）按圆整后的中心矩修正螺旋角 12 ()(2378)7 arccosarccos 22366 15.017 n zzm a 因值改变不多,故参数 等不必修正., h kz （3）计算大、小齿轮的分度圆直径 1 1 2 2 23 7 166.7 coscos15.017 787 565.3 coscos15.017 n n z m dmm z m

56、 dmm （4）计算齿轮宽度 1 1 173.92166.7 d bdmm 修正后取 b2=170mm,b1=175mm. (5) 计算大、小齿轮的基圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径 tan tan0.3768 cos n t 20.65 t 11 22 cos156 cos529 bt bt mm mm dd dd 7 an mm hm 1.258.75 fn mm hm 11 2180.7 aa mm ddh 22 2579.3 aa mm ddh 11 2149.2 ff mm ddh 22 2547.8 ff mm ddh 5.结构设计 以大齿轮为例,因齿轮齿顶圆直径大于 160mm,

57、所以选择腹板式为 好.其他有关尺寸按图表推荐用的结构尺寸设计. 4.2.24.2.2 低速级齿轮传动的设计计算低速级齿轮传动的设计计算 1.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 (1)基本参数 根据传动方案，低速级选用直齿圆柱齿轮传动，球磨机为一般工作 机械，速度不高，故选用 7 级精度。由表选择小齿轮材料为 40cr(调质)， 硬度为 280hbs,大齿轮材料为 45 钢（调质） ，硬度为 240hbs，二者材料 硬度差为 40hbs。 (2) 初选小齿轮齿数 ，大齿轮齿数 3 25z 43 2 196.5zz z 取为 196。 （3）按齿面接触强度设计 2 2 3 3 21 teh t d

58、h k tz zi d i (4)试选=1.6 t k (5)查表选择齿宽系数 1d (6)查表选取材料的弹性影响系数 1 2 189.8 e zmpa ,选取区域系数 ， 2.42 h z (7)根据齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限大齿 lim3 600, h mpa 轮的接触疲劳强度极限 . lim4 550 h mpa (8)计算应力循环次数. 9 32 6060271.6 1 20300242.347 10 h nn jl 9 83 4 2 2.347 10 2.98 10 7.86 n n i (9）查图表取接触疲劳寿命系数 34 0.88,0.94 hnhn kk (10）.计

59、算接触疲劳许用应力. 取失效概率为 1%,安全系数 s=1,根据计算公式: 3lim3 3 0.88600528 hnh h k mpa s 4lim4 4 0.94550517 hnh h k mpa s 2.计算 34 528517 522.5 22 hh h mpa 1)计算小齿轮分度圆直径,代入的值. 3 d h 2 3 3 3 2 1.62894.4 107.861 2.42 189.8 200.56 17.86522.5 t dmm 2)计算圆周速度 v 3 2 3.14200.56217.6 2.284 60 100060000 t d m v s n 3）计算齿宽 b 及模数

60、3t m 齿宽 3 200.56 dt bdmm 4）计算齿高之比 b h 模数 3 3 3 200.56 8.0224 25 t t d m z 齿高 3 2.252.25 8.022418.05 t hmmm 5）计算载荷系数 k 经查表得使用系数.5 根据 v=2.284m/s,7 级精度,查图表得1 a k 动载系数，1.11 v k 直齿轮1 hf kk 由图表应用插值法查得 7 级精度、小齿轮相对支承非对称布置时， 200.56 11.11 18.05 b h 1.456 h k 查图表得 , 故载荷系数为:1.4 f k 1.5 1.11 1 1.4562.424 avhh kk