北京科技大学球磨机设计说明书.docx

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北京科技大学球磨机设计说明书

一、设计任务书

1.设计目的

2.设计内容

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

1.设计目的

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。

2.设计内容

1）设计题目：

设计供实验室使用的球磨机（如图1所示）。

1.电机2.带传动3.齿轮传动4.滚轮5.球磨机筒体6.轴承

电机、小带轮轴I轴：

大带轮轴II轴：

大齿轮、筒体轴心

2）使用要求：

球磨机研磨物料80kg；

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

b.传动件的设计及计算

c.球磨罐体设计及轴系设计

d.设计联接螺栓。

e.计算机或手工绘制工作图：

球磨机总体图小齿轮轴系部件草图

f.编写设计说明书

二、传动方案的总体设计及初步计算

1.球磨机的基本参数

计算项目

计算内容

结果

1.1研磨介质的合理载量G0

1.2计算罐体体积V

1.3计算罐体内径D

1.4计算电机有利工作转速nw

式中：

G1：

研磨物料（kg），已知条件可知G1=80kg；

G0：

研磨介质（钢球）的合理装载量（kg）。

式中：

V：

罐体容积（m3）

γ：

研磨介质（钢球）的比重，γ取4800kg/m3

φ：

研磨介质的填充系数，对于干式球磨机φ取0.3。

式中：

D：

球磨机内径（m）；

L：

球磨罐长度，L取1.2D（m）。

2.总体方案确定

从球磨机的基本参数计算可知，球磨机转速为42.95r/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=23.28,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。

3.选择电动机

计算项目

计算内容

结果

3.1球磨机所需功率

式中：

V：

球磨机的有效容积，V=0.397m3;

D:

球磨机的内径，D=0.75m；

G：

球磨机的装载量，G=G1+G0=571.43+80=651.43kg=0.651t

K：

电动机的储备系数，K取1.1；

η：

粉碎效率，已知η=90%。

ηa=η带×η齿轮×η轴承=0.95×0.96×0.99=0.90288（见《手册》P44）

•由《手册》表8-5：

•电动机选用：

Y132M2-6

选取电动机：

Y132M2-6

表2主要性能

型号

电机功率（kw）

同步（满载）转速（r/min）

最大转矩（N?

m）

电机重量（kg）

Y132M2-6

5.5

1000（960）

107.92

84

表3外型尺寸（mm）

中心高

H

外廓尺寸

L×（AC/2）×AD

安装尺寸

A×B

轴伸尺寸

C×E

平键尺寸

F×G

132

515×（270/2）×210

216×178

89×80

10×33

图2电动机外型尺寸

4.确定总传动比，分配各级传动比

计算项目

计算内容

计算结果

4.1总传动比

4.2分配传动比

4.3传动装置的运动和动力参数的计算

A.各轴转速：

I轴转速n1

II轴转速n2

B.各轴功率：

I轴功率p1

II轴功率p2

C.各轴转矩：

I轴转矩T1

II轴转矩T2

采用b种传动方案，考虑到：

（1）罐体尺寸较大，大齿轮需做成齿轮圈和罐体连接，为留出足够的装配、连接空间，

可取大一些；

（2）齿轮传动的传动比较带传动大，因此取

，故：

=22.34/5=4.468

5.计算传动装置的运动和动力参数

轴号

传动比i

效率?

功率（kW）

转速（r/min）

扭矩T（N.m）

电机

4.468

0.96

5.65

960

56.2

I轴

5.424

214.8

252.5

5

0.94

II轴

5.101

42.96

1187.4

0.99

表4各轴的动力参数

三、传动装置的运动和动力参数及传动件的设计计算

1.带传动设计计算

计算项目

计算内容

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）验算带速

（三）确定中心距和带长

1.初定中心距和带长

2.带的基准长度

3.包角

3.1确定中心距

3.2小带轮包角

（4）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

5．V带根数

（五）轴上载荷

1．带速

2．V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

（七）张紧装置

由教材P262-表11-3

由教材P73-图11-7选取

由图11-7及表11-10，选取d1=140mm

故

由式

可得中心距a0：

即539≤a0≤1540初取a0=540mm

表11-4

表11-5

表11-2

表11-7

表11-1

根据P78表11-8，表11-9确定带轮型号为A型

B=（z-1）×e+2×f=63mm

e=15±0.3f=9

φ=38°bp=11.0mm

hamin=2.75mmhfmin=8.7mm

δmin=6mm

da1=d1+2ha=145.5mm

da2=d2+2ha=635.5mm

重力张紧

Ka=1.1

Pc=6.215kw

A型

取d1=140mm

取d2=630mm

选Ld=2500mm

a=590mm

P1=1.65kw

ΔP1=0.12kw

Kα=0.86

KL=1.09

取z=4根

m=0.10kg/m

F0=215.5N

FQ=1574.95N

A型

da1=145.5mm

da2=635.5mm

3.开式齿轮的设计计算

计算项目

计算内容

主要结果

3.1选择齿轮材料

3.2确定许用应力

3.3确定齿数

3.4强度计算确定模数m

3.5小齿轮转矩

3.6计算齿轮模数

3.7确定齿轮的主要参数及几何尺寸

由表12-11选择齿轮材料如下：

小齿轮：

45，调质HB217～286,HBS=250

大齿轮：

铸铁，ZG310～570正火，HB163～207HBS=185

[σFlim1]=0.7HBS+275＝0.7x250+275=450

[σFlim2]=0.6HBS+220=0.6x185+220=331

由（表12-11），安全系数取SF=1.5

所以，[σF1]=450/1.5=300MPa,

[σF2]=331/1.5

=220.67MPa

取小齿轮齿数Z1=20

则大齿轮齿数Z2=Z1×i齿=20×5=100

考虑到螺栓扳手空间及互质，取Z2=103

所以，i齿实=Z2/Z1=5.15

小齿轮

式中：

K=KAKVKβ

由表12-8

所以K=1.51

由12-10：

Z1=20

Z2=103

T1=9550×P1/n1=9550×5.424/214.8

考虑到磨损，将模数增大10%~15%，则

m=2.98×（1+0.15）=3.43mm

由表12-1，取m=4

考虑到齿轮的结构和安装方便，大齿轮分度圆直径取至900mm

取d2=900mm，m=d2/d1=8.74

取标准模数m=10mm

小齿轮分度圆直径d1=mZ1=200

大齿轮分度圆直径d2=mZ2=1030

大齿轮齿宽b2=φd×d1=200

小齿轮齿宽b1=b2+5=205

两齿轮的中心距a=（d1+d2）/2=615

传动比发生改变Δi=3%，合理

小齿轮：

45，调质HB217～286,HBS=250

大齿轮：

铸铁ZG310～570，正火HB163～207HBS=185

SFlim=1.5

[σF1]=300MPa,

[σF2]=220.67MPa

Z1=20

Z2=103

i齿实=5.15

KA=1

KV=1.2

Kβ＝1.05

YFS1=4.36

YFS2=3.98

取m=4

取标准模数m=10mm

d1=200

d2=1030

b2=200

b1=205

a=615

4.验算传动装置和动力参数

计算项目

计算内容

计算结果

4.1各轴转速

4.2各轴功率

4.3各轴转矩

n1=nd/i带=960/4.5=213.3

n2=n1/i齿=213.3/5.15=41.42

P1=Pdη带=5.424kw

P2=P1η带η轴承=5.10kw

T1=Tdi带η带=56.2×4.5×0.96=242.8N·m

T2=T1i齿η齿轮η轴=242.8×5.15×0.95×0.99

=1175.9N·m

n1=nd/i带=213.3

n2=n1/i齿=41.42

P1=5.424kw

P2=5.10kw

T1=242.8N·m

T2=1175.9N·m

修改各轴的运动和动力参数

表5修改各轴的参数

轴号

传动比i

效率?

功率（kW）

转速（r/min）

扭矩T（N.m）

电机

5.15

0.96

5.65

960

56.2

I轴

5.52

213.3

242.8

4.5

0.94

II轴

5.10

41.2

1175.9

0.99

四、球磨机罐体及轴系设计

1.罐体结构设计

计算项目

计算内容

计算结果

1.1罐体内径D

1.2箍厚

’

1.3罐体壁厚

1.4箍宽b

1.5罐体外径D2

1.6箍外径D3

1.7罐体总长l2

D=750mm

’=20mm

=10mm

b=20mm

D2=D+2δ=770mm

D3=D+2（δ+δ’）=810mm

L=900mm

D=750mm

’=20mm

=10mm

b=20mm

D2=770mm

D3=810mm

L=900mm

2.支撑辊的设计计算

计算项目

计算内容

计算结果

2.1竖直方向

2.2摩擦力矩

其中：

F为支撑总重量：

其中：

f摩擦系数，f=0.15;

G0：

研磨介质重量；

G1：

研磨物料重量;

Gg：

罐体重量;

Gd：

齿圈重量；

Gk：

箍重量。

T2：

旋转罐体的扭矩。

查表《手册》8-1有

取罐体壁厚

有：

罐体外径

则：

则

G0=571.43×9.8

=5626.2N

G1=80×9.8

=784N

3.支撑辊轴的设计计算

计算项目

计算内容

计算结果

3.1固定心轴的选取

3.2轴承的强度校核（按一天工作8小时，一年工作250天）

辊轮轴为固定心轴，垂直平面内受力平衡：

轴径设计为长60mm，材料为45号钢，调制处理

查表得：

由教材P226表16-6有静循环轴的许用弯曲应力：

考虑到安装结构的问题，取

查《手册》12-4，选用6306型号，材料Cr，双支点单向固定，C=27kN，

选6306型轴承

五．小齿轮轴系的设计计算

计算项目

计算内容

计算结果

小齿轮轴受力分析

轴上作用力

转速

转矩

齿轮切向力

齿轮径向力

带轮径向力

最小轴径

轴的结构设计

A.轴承的型号选择

B.具体参数

C.轴径的确定

D.轴段长度的确定

E.计算支反力

F.轴的强度校核

4.轴的寿命计算

5.选择键并验算键的强度：

A.选择键

B.键的校核

见上图

选45号钢，调制处理，强度极限

由表16-5有A=135~120，最小轴径段有弯矩和扭矩的作用，取较大值既120.

考虑到键的削弱，轴径增大5%

∴

选6308（《教材》上册表2-22）

d=40mm

D=90mm

B=23mm

对A点取矩有∑M=0

有

由力平衡有：

危险截面验算，由剪力弯矩图（A3复印图纸上）可以看出，危险截面在c点（合成弯矩最大），D点（轴径最小）。

对C点：

查表16-6有：

考虑到键槽，加大5%，仍足够安全

因选择6308号轴承，故

C=29.5kN

安装带轮处：

选平键，其尺寸参数为b=12mm，h=8mmL=56mm

安装齿轮处：

选平键，其尺寸参数为b=12mm，h=8mmL=180mm

带轮键：

其中

齿轮键：

满足强度要求

选6308

d=40mm

D=90mm

B=23mm

安全

选平键

b=12mm，h=8mm，L=56mm

选平键：

b=12mmh=8mmL=180mm

满足强度要求

五、联接螺栓的校核

计算项目

计算内容

计算结果

1.设计螺栓

（1）滚轮支架上：

（2）滚椅上的螺栓

因机器有较重的罐体做旋转动功，所以用铰制孔螺栓连接，一共6个，3对，M8分布于d0=8500mm的圆周上

F=Gtanθ/（4×4）=（2×242.8×1000）/16

=906.3N

查表可知σs=185~235MPa，

σb=370~500MPa

查表9-6得[τ]=σs/SS=80MPa

[σP]=σs/SP=320MPa

ds≥F/[σP]δ=0.57mm（取δ=5mm）

考虑到一上最小直径选用螺栓M8×80

（桌子厚度取50mm）

F=2T2/d=2868.1N采用铰制孔

ds≥F/[σP]δ=0.89mm（取δ=10mm）

考虑到以上最小直径，选用螺栓M10×100

（板厚为15mm，10mm）

6个M8铰制孔螺栓分布于d0=8500mm的圆周上

F=906.3N

选用螺栓M8×80

F=2868.1N

六、设计开启门

该开启门在表面焊接一块长条形钢板，右端由螺栓固定在罐体上，可旋转控制门的开闭。

左端为一个小的条状钢块，可绕固定螺栓通过旋转使开启门紧闭。

该门设计简单，开启方便，实用性强。

七、设计总结及体会

小学期的机械设计制图，短短不到十天，但我却收获颇丰。

设计，画图以及说明书，几乎涵盖了我大二一学年里学过的机械制图知识：

比如螺栓的选择校核，轴及轴承的配合，各种尺寸粗糙度的标注。

将一些零散、理论的东西与实际所结合。

让我对机械设计制图有了更深刻的理解，知道了图纸在实际之中的作用。

而且，我还学会了如何用word来写公式及处理说明书，虽然手写很方便，但我不想以如此简单的方式，来结束这门课。

也许是大学最后一幅图吧。

制图虽然累，但是当一幅图从自己笔下慢慢浮现时的成就感与喜悦感难以言表，制图还能极大的锻炼我的耐心和毅力。

第一次画A1的图，教室很热，真的很辛苦，但是正是有苦才有乐，大家聚在一起讨论，画图，虽然大汗淋漓，但干劲十足，大家的关系也更进一步。

以前自己是个马虎大意的人，在制图学习中发现真正要画好一幅图，必须得踏踏实实，一步一步走，画细线，加粗，都是需要耐心和细心的。

最最重要的是各种国标，规则。

所以在制图时会查手册是一件很重要的事，之前还因为键的配合尺寸怎么查忘了，结果纠结了一个下午，最后翻遍课本和手册终于完成了标注。

本来几分钟的事却耽搁了半天，这说明熟练掌握各种标准和查手册的重要性。

总之，制图有苦也有泪也有乐，真心感谢陈华老师的耐心指导和队友杨佳兴，沙梦圆的一起努力让我顺利完成这次设计！

八、参考资料

《机械设计制图》第四版上册曹彤万静王新丁凌蓉编高等教育出版社

《机械设计制图》第四版下册曹彤和丽编高等教育出版社

《机械设计制图》设计手册张苏华编北京科技大学机械工程学院

附图

（总装配零部件阵列图）