小型臥式行星輪球磨機設計與運動分析（全套圖紙）

1、原創(chuàng)通過答辯畢業(yè)設計說明書論文 qq 194535455 目 錄摘 要 1第一章 緒 論 31.1 課題的來源、研究的意義及現(xiàn)狀分析 31.2 課題研究的內容和要求 4第二章 球磨機的工作原理及分類 52.1 球磨機的工作原理 52.2 球磨機的分類 62.3 用途和使用范圍 6第三章 球磨機的主要參數(shù)計算 731球磨機的臨界轉速73.2球磨機的理論適宜轉速 n 73.3 轉速比 83.4 磨機的實際工作轉速 83.5 磨機的實際功率 8第四章 行星齒輪傳動設計計算 10第五章 行星齒輪靜強度校核 15第六章 行星齒輪軸計算 18第七章 中心軸強度計算 22第八章 軸承壽命分析 24第九章 運

2、動分析 27結 語 29致 謝 30參考文獻31附錄 ：英文文獻翻譯 32小型臥式行星輪球磨機設計與運動分析摘要：隨著現(xiàn)代科技的飛躍發(fā)展，新材料的開發(fā)與應用在各高校、研究所乃至各行各業(yè)正引起人們的日益重視。然而，無論是提高材料的性能還是分析材料的成分，均需要制備更細、更均勻的材料樣本。常規(guī)的機械制取方法是采用球磨方式，通過球磨機的高速旋轉，機內磨球與材料之間高能撞擊，達到粉碎、研磨、混合材料的目的。本文主要論述了球磨機的發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢及球磨機在工業(yè)中的作用。主要設計任務是球磨機傳動方案的設計和運動的分析。主要設計內容包括：球磨機主要參數(shù)的計算，行星齒輪傳動機構的設計，行星齒輪的計算等。設計

3、的目標是使得機器能滿足強度、剛度、壽命、工藝性和經(jīng)濟性等方面的要求，且運行平穩(wěn)，工件可靠，結構合理，裝拆方便，便與維修與整理，最后能滿足加工要求，保證加工質量。關鍵詞：球磨機；行星齒輪；主要參數(shù)；運動分析small horizontal planet round ball mill designing and movement analysisabstract: with the rapid development of modern science and technology, the development of new materials and application in vari

4、ous universities, research institutes and all walks of life are aroused peoples attention increasingly. however, no matter whether they improve the properties of materials or analysis the composition of the material, which requires preparation more fine, more uniform material samples. the convention

5、al mechanical manufacturing method is to use ball mill way, through the ball mills high-speed, machines and materials of the grinding ball between high-energy collision, crushing, grinding, mixing to achieve the purpose of materials. this paper mainly discusses the ball mills development present sit

6、uation, development trend and the role of ball mill in industry. the main task is to design and the design of ball mill transmission scheme analysis of the movement. the main design content includes: the ball mill main parameters, the design of the planetary gear transmission mechanism, the calculat

7、ion of planetary gear, etc. design goal is to make the machine can satisfy the intensity, stiffness, life, technology and economy, requirements, and smooth operation, process and reliable, the structure is reasonable, installation convenience, then and maintenance and arrange, finally can meet the r

8、equirements of the processing, processing quality guarantee. key word: ball mill ; planetary gear ; the main parameters ; motion analysis第一章 緒 論1.1 課題的來源、研究的意義及現(xiàn)狀分析1.1.1 課題的來源球磨機（ball grinding mill）是一種傳統(tǒng)物料研磨裝置，至今已有一百多年的發(fā)展歷史。19 世紀初期出現(xiàn)了用途廣泛的球磨機，1870 年在球磨機的基礎上發(fā)展出排料粒度均勻的棒磨機，1908 年又創(chuàng)制出不用研磨介質的自磨機。20 世紀 30

9、50 年代，美國和德國相繼研制出輥碗磨煤機、輥盤磨煤機等立軸式中速磨煤機。球磨機作為將固體物料細化制粉的重要設備，廣泛應用于冶金、化工、水泥、陶瓷、建筑、電力、醫(yī)藥以及國防工業(yè)等部門，對各種礦石和其他可磨性物料進行干式或濕式粉磨。尤其是冶金工業(yè)中的選礦部門，磨礦作業(yè)更是具有十分重要的地位。近年來我國的房地產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，城市化建設進程的加快也帶動了相關行業(yè)的快速發(fā)展，其中一個突出的體現(xiàn)就是水泥制造業(yè)?？偛课挥谟膇nternational cement review（國際水泥評論） 剛剛發(fā)布其最新的global cement report（全球水泥報告），該報告覆蓋了160多個國家。報告指出，

10、全球水泥消費量2008年為28.3億t，2009年為29.98億t，2010年更是增至32.94億t，2012年全球水泥消費量預計將達到38.59億t。中國目前在全球水泥數(shù)據(jù)統(tǒng)計中獨占鰲頭，2010年的消費量為18.51億t，幾乎是2004年水平的兩倍，水泥消費的旺盛增長趨勢促進了國內對球磨機的需求量的增加。由于球磨機的處理能力和球磨后的粒度對后續(xù)作業(yè)的效率和整體生產(chǎn)流程的技術經(jīng)濟指標影響顯著，有關球磨機的研究在國內外一直受到廣泛的關注和高度重視。近幾年來，由于能源費用的增長和礦石品位的下降，降低建設投資和生產(chǎn)費用是世界各國礦山工業(yè)面臨的一個嚴峻問題，采用高效大型設備是現(xiàn)代選礦廠建設的主要傾向

11、，球磨機的大型化已成為技術發(fā)展的方向。1.1.2 課題研究的意義隨著現(xiàn)代工業(yè)對超細物料需求量的日益增加，對品質要求的不斷提高,新的超細粉磨設備及新型粉磨工藝不斷出現(xiàn)。行星式球磨機在能耗、鋼耗和效率等方面比常規(guī)圓筒形球磨機更有優(yōu)勢。90 年代以來, 機械合金化法已成為制備新型復合材料的熱門課題?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn), ma 通過行星式高能球磨機的高能研磨作用, 可以引起材料原子尺度的結合與化學反應, 可以實現(xiàn)非晶質化, 可以將金屬間化合物組元粉體固態(tài)下生成金屬間化合物, 可以使某些液態(tài)下并不互溶的體系實現(xiàn)較寬成分范圍的固溶; 另一方面,由于高能球磨機的強烈撞擊與研磨作用, 還可以制備出各種單質元素的納米級粉

12、體材料和金屬陶瓷納米材料等。行星式高能球磨機之所以能成功地實現(xiàn)上述新型材料的制備, 主要取決于行星式高能球磨機的工作能力, 本文通過對行星式高能球磨機的運動學及動力學分析, 使人們能較深入地了解到行星式高能球磨機的工作原理, 這對于ma 的理論研究是有一定參考意義的。1.1.3現(xiàn)狀的分析常規(guī)行星式球磨機中的球磨罐放置在水平的大盤上作行星運動,磨球和磨料受公轉和自轉兩個水平方向離心力的作用,相互碰撞研磨產(chǎn)品。龔姚騰等研制的微型雙筒行星式球磨機,磨筒自轉和公轉產(chǎn)生的離心力及磨筒與筒壁間的摩擦力使磨球與物料在筒內產(chǎn)生互相沖擊、摩擦和上下翻滾等來磨碎物料；張克仁等研制的tcmj一l型行星式超細球磨機,

13、采用 以搓揉方式為主的平動式超細粉碎方法，實驗表明,該機具有效率高、節(jié)能效果明顯和超細磨礦的良好性能；陳世柱等研制的行星式高能球磨機由于磨球對粉體頻繁強烈地撞擊、碾壓及搓揉等作用,具有較大的慣性力,因而對粉體能產(chǎn)生強烈的撞擊,其撞擊力隨著轉速的提高而成倍增加。南京大學儀器廠推出一種新型臥式行星球磨機。該機的特點是4只球磨罐被臥式安裝在豎直放置的大盤上作行星運動,罐內的磨球和磨料在豎直平面內受到公轉離心力、自轉離心力、重力3個力的共同作用,導致磨球與磨料在高速運轉中相互之間猛烈碰撞、擠壓,提高了研磨效率和研磨效果,同時,避免了一部分材料的結底現(xiàn)象。1.2 課題研究的內容和要求在本次畢業(yè)設計之前，

14、本人對球磨機進行了大概的了解，總結了以前在工廠中實習的經(jīng)驗，對球磨機的結構、造型有了總體的認識，對球磨機的工作原理也有了較深的了解。本人的主要設計內容為球磨機的總體設計和對運動的分析。針對自己設計的主要內容，在了解球磨機的總體構造之外查閱了有關結構部件方面的書。在設計過程中，先對球磨機進行總體設計，特別是對行星輪系的設計，確定傳動方案，找出相關參數(shù)。要求設計部件結構總圖及部分零件圖。合計2張a0號圖紙的設計工作量，8000字以上的設計說明書。設計主要技術指標：1) 可裝球磨罐個數(shù)：4只，最大容積0.4升；2) 進料粒度：不大于4-10mm；出料程度：最小可達0.1um；3) 球磨機額定轉速：公

15、轉50-400轉/分，自轉100-800轉/分；4) 電動機額定功率0.75千瓦，220伏，50赫茲。第二章 球磨機的工作原理及分類2.1 球磨機的工作原理臥式行星球磨機是將四只球磨罐水平安裝在一垂直平面的大盤上作行星運動。在這種運動過程中球磨罐沒有固定的底面，罐內磨球和磨料在垂直平面內受到公轉、自轉兩個離心力和重力的共同作用，相互之間猛力碰撞、擠壓，將磨料快速粉碎、磨細。圖1 臥式行星輪球磨機結構示意圖本實用新型臥式行星球磨機涉及的是一種適用于同時球磨多種磨料的臥式行星球磨機。結構由機架1-13、傳動機構、電機1-14、拉馬桶1-4、球磨罐1-10構成，傳動機構包括大盤1-5、主軸1-7、行

16、星軸1-12、行星輪系、小帶輪1-16、大帶輪1-8、傳動帶1-15，其特征在于球磨罐臥式裝置在大盤上得拉馬桶內，傳動機構中的大盤垂直安裝在主軸上，主軸、行星軸水平安裝在機架上。其特征在于拉馬桶安置于平面或帶斜面的托盤上。球磨罐通過夾持架由上夾圈、下夾圈、拉桿及蝶形螺母構成。行星輪系采用齒輪行星輪系或帶輪行星輪系。齒輪行星輪系由過渡齒輪1-11、行星齒輪1-6及固定齒輪1-9構成，帶輪行星輪系由固定帶輪、行星帶輪及三角皮帶構成。行星球磨機球磨罐1-10臥式裝置在行星球磨機傳動機構中大盤1-5上的拉馬桶1-4內，大盤1-5垂直安裝在主軸1-7上，主軸1-7、行星軸1-12水平安裝在機架1-13上

17、。拉馬桶1-4安置于平面或帶斜面的托盤1-17上，大盤1-5上可設置有多個拉馬桶1-4，球磨罐1-10裝置在拉馬桶1-4內，球磨罐1-10外端裝有壓緊蓋1-3，通過壓緊螺桿螺母1-2壓緊，壓緊螺母上裝有壓緊手把1-1。電機裝置在機架下部，電機輸出軸上裝有帶輪，通過傳動帶傳動打帶輪。大帶輪裝置在主軸上，通過主軸帶動大盤旋轉（公轉），大盤的旋轉經(jīng)由行星輪系帶動行星軸旋轉(自轉)，大盤上可同時安置多個拉馬桶，拉馬桶內裝置有球磨罐，由于公轉和自轉的疊加使球磨罐告訴旋轉，球磨罐內的磨球在離心力及重力的作用下與磨料相互碰撞吧磨料粉碎和磨細。臥式行星球磨機的優(yōu)點：1、 由于球磨罐呈臥式裝置，運轉時沒有固定底

18、面，因而不存在磨料沉底的問題。2、 臥式行星球磨機球磨時，磨罐的上、下底面及罐壁都是研磨面，因而球磨效率必然高于立式行星球磨機。3、 由于裝置球磨罐的拉馬桶安置在帶有5左右斜面的托盤上，球磨時，球磨罐除公轉及自轉外多了圍繞中心軸的圓錐形擺動，使罐內球磨的運動軌跡更復雜，更無規(guī)律，因而磨球和磨料、罐壁碰撞的幾率更高，大大改善了球磨效率。2.2 球磨機的分類 按沖擊分：輕型，重型；按長度分：短磨機、中長磨機、長磨機；按磨介形狀分：球磨機、棒磨機、棒球磨機、礫石磨；按卸料方式分：尾斜式磨機、中卸式磨機、尾卸式磨機；按傳動方式分類：中心傳動磨機、邊緣傳動磨機；其他分類：根據(jù)工藝操作又可分為干法磨機、濕

19、法磨機、間歇磨機和連續(xù)磨機。 2.3 用途和使用范圍 球磨機是物料粉碎的關鍵設備，廣泛應用于水泥、硅酸鹽制品、新型建筑材料、耐火材料、化肥、黑色有色金屬選礦以及玻璃陶瓷等生產(chǎn)行業(yè)，對各種礦石和其他可磨性物料進行干式或濕式粉磨。第三章 球磨機的主要參數(shù)計算31球磨機的臨界轉速當磨機簡體的轉速達到某一數(shù)值時，研磨體產(chǎn)生的離心力等于它本身的重力，因而使研磨體升至脫離角 ，即研磨體將緊貼附在簡體上，隨簡體一起回轉而不會降落下來，這個轉速就稱為臨界轉速。當研磨體處于極限位置時，脫離角，將此值代入研磨體運動基本方程式，可得臨界轉速： （1） 式中：臨界轉速，r/min； r 筒體有效半徑，m； 磨機筒體有

20、效直徑，m。 根據(jù)文獻1表51中，磨機直徑2.4m，有效內徑 為 2.3m，將其代入公式(1)以上公式是在幾個假定的基礎上推導出來的，事實上，研磨體與研磨體、研磨與筒體之間是存在相對滑動的，而且物料對研磨體也是有影響的。因此，實際的臨界轉速比計算的理論轉速要高，且與磨機結構、襯板形狀、研磨體填充率等因素有關。3.2球磨機的理論適宜轉速 n理論上，當簡體到達臨界轉速時，由于研磨體貼附在筒體內壁面上，不能起到粉磨作用，因此對物料的粉碎功為零，當筒體轉速極低時，研磨體沒有被筒壁帶起，對物料的粉碎功亦為零，因此，使研磨體產(chǎn)生最大粉碎功時的簡體轉速稱作球磨機的理論適宜轉速n。當靠近筒壁的最外層研磨體的脫

21、離角時，研磨體具有最大的降落高度，對物料產(chǎn)生粉碎功最大。將代入式，可得理論適宜轉速： (2)代入式（2）：3.3 轉速比球磨機的理論適宜轉速與臨界轉速之比，簡稱為轉速比，即： (3)式(3)說明理論適宜轉速為臨界轉速的76。一般磨機的實際轉速為臨界轉速的7080。3.4 磨機的實際工作轉速磨機理論適宜轉速是根據(jù)最外層研磨體能夠產(chǎn)生最大粉碎功觀點推導出來的。這個觀點沒有考慮到研磨體隨筒體內壁上升過程中，部分研磨體有下滑和滾動現(xiàn)象。工作轉速的選定，除了應考慮磨機的直徑、生產(chǎn)方式、襯板形狀、研磨體的填充系數(shù)、研磨體的種類外，還要考慮到粉磨物料的性質、人磨物料粒度和粉磨細度等。根據(jù)水泥生產(chǎn)中磨機運轉

22、的經(jīng)驗及相關統(tǒng)計資料來確定磨機的實際工作轉速。下面幾個經(jīng)驗公式是對干法磨機的實際工作轉速的確定方法：當時 （4）當時 （5）當時 （6）式中：磨機的實際工作轉速，r/min； 磨機的有效內徑，m； d 磨機規(guī)格直徑，m。3.5 磨機的實際功率影響磨機需用功率的因素很多，如磨機的直徑、長度、轉速、裝載量、填充率、內部裝置、粉磨方式以及傳動形式等。計算功率的方法也很多，常用的計算磨機需用功率的計算式有以下三種： (7) (8) (9)式中： 磨機需用功率，kw； v 磨機有效容積，； 磨機的有效內徑，m； n 磨機的適宜轉速，r/min； g 研磨體裝載量，t； 磨機填充率（以小數(shù)表示）。根據(jù)文獻

23、151式中，；文獻1525式中，其中，r研磨體的容量 ，鋼鐵為4.5； 填充率；由于，代入，v =39.8，g =51.3選用公式(7)計算 ：磨機配套電動機功率計算 ： (10)式中： 與磨機結構、傳動效率有關的系數(shù)； 電動機儲備系數(shù)，在1.01.1間選取。第四章 行星齒輪傳動設計計算已知電機驅動裝置的功率0.37kw，輸出轉速為1400r/min，負載當量值為2187.999nm，由于是選取兩個或四個同時運行，所以采取對稱結構，故四個行星輪可選取同一類型的，因此，只需計算太陽輪和一個行星輪的傳動。4.1 配齒計算 查1表1721選擇行星輪數(shù)目，取n w=4，設輸入轉速為43.6rpm。確定各輪齒齒數(shù)，選=13， =51。因此實際傳動比；4.2 按接觸強度初算a-b傳動的中心矩和模數(shù)輸入轉矩nm設載荷不均勻系數(shù)=1.1在一對a-b傳動中，太陽輪傳動的轉矩nm按1表17.2-31查得接觸強度使用的綜合系數(shù)k=1.9齒數(shù)比u太陽輪的材料采用12crni3，行星輪的材料用20crmnti，齒面硬度5660hrc，查1圖16. 2-18選取=1500mpa，內齒輪材料選用42