球磨机设计说明书参考版(其数据仅供参考)[1].doc

北科大
目录
一、设计任务书 1
1。设计目的
2。设计内容(包括:题目、简图、使用要求、已知条件、设计任务）
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（或改进工作罐体轴系）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
设计目的（参考《手册》P1）
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。
4） 运用绘图软件（Autodesk Inventor）进行计算机辅助设计绘图.
设计内容（参考《手册》PP18-19）
1） 设计题目：设计供实验室使用的球磨机(如图1所示）。(参考《手册》P18—图7—1）
1。电机 2.带传动 3。齿轮传动 4.滚轮 5.球磨机筒体 6。轴承
a.电机、小带轮轴 b.大带轮轴 c.大齿轮、筒体轴心
2） 使用要求：
球磨机研磨物料20kg；
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：
方案比较并确定最佳方案；
球磨机基本参数的计算；
选择电动机；
确定各传动件的传动比；
传动装置的运动和动力参数计算。
b. 传动件的设计及计算：
带传动的设计计算
第一次修改各轴的运动和动力参数
开式齿轮的传动设计计算；
第二次修改各轴的运动和动力参数
c. 球磨罐体设计及轴系设计：
罐体结构设计
小齿轮轴系的设计计算
支撑辊及其轴系（或改进工作罐体轴系）的设计计算.
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(附《手册》P39—图7－23）；
罐体部件图（A2，表达出：罐体结构；大齿圈连接结构;开启门结构）；
小齿轮轴系部件草图（3#复印纸，还包括轴系3D、2D受力图;弯矩图；扭矩图)
主要零件的零件工作图（A3－小带轮；A3－小齿轮；A4/A3－小齿轮轴）。
f. 编写设计说明书（按目录要求内容：大小标题、内容过程及出处、结论、讨论;一定有辅助说明图；表格.注意，公式、图、表排好顺序）.
二、传动方案的总体设计及初步计算
球磨机的基本参数（参考《手册》P19）
计算内容
结果
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）。

2)计算罐体体积V
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。
3)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）。
4）计算电机有利工作转速N2

总体方案确定
（参考《手册》PP19—20, 参考教材PP425-426/PP428—431）
从球磨机的基本参数计算可知，球磨机转速为54.15r/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=18.098，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.
选择电动机（参考《手册》P5/P20, 参考教材PP427—428）
计算内容
结果
球磨机所需功率：
式中：V：球磨机的有效容积,V=0.0992m3；
D：球磨机的内径，D=0。472m;
G：球磨机的装载量,G=G1+G0=142。857+20=162。857kg=0。163t;
K：电动机的储备系数，K取1。1；
η：粉碎效率，已知η=90％。
η总=η带×η齿轮×η轴承=0。95×0。96×0.99=0。90288（见《手册》P44）
• 由《手册》PP151-152：
• 电动机选用：Y100L-6—B3
参考《手册》P5、《教材》PP427-428，选择电动机

=0。222*0。0992*0。472＊54。15*(0.163/0。0992）0.8*(1.1/0.9)
表2 主要性能
型号
电机功率(kw）
同步转速(r/min)
最大转矩(N•m）
90L
1.133
1000
11。04
表3 外型尺寸(mm）
中心距
H
外廓尺寸
L×(AC/2+AD）×HD
安装尺寸
A×B
轴伸尺寸
D×E
平键尺寸
F×G
900-0.5
335×（175/2+155) ×190
140×125
24j6×50
8×20
图2 电动机外型尺寸
确定总传动比，分配各级传动比(参考教材PP428-431）
图3 大齿圈与罐体连接结构
又有
采用第二种传动方案，即带传动和一对开式齿轮传动。考虑到：①罐体尺寸较大，大齿轮须做成齿圈和罐体连接，为留出足够的装配、连接空间,i齿轮可取大一些；②齿轮传动的传动比较带传动大,则取 i齿轮=6
那么就有：
计算传动装置的运动和动力参数
• （1）各轴转速
（2）各轴功率
（3） 各轴转矩
表4 各轴的动力参数

电机

2.89

0.96

I轴

1.07

350.25

31.3

6

0.97

II轴

轴号

传动比i

效率h

功率(kW)

转速(r/min)

扭矩T(N.m)

1.11

940

11.28

1.03

54.15

180.34

1

0.99

三、传动装置的运动和动力参数及传动件的设计计算
带传动设计计算(参见《手册》PP8—9）、参考教材第11章）
计算项目
计算与根据
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)计算带长
1初定带长
2带的基准长度
（三）中心距和包角
1中心距
2小带轮包角
(四)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

由教材P262-表11—3
由Pc、n1由教材P267-图11-5选取
由图11—5及表11-10，选取 d1
故
根据教材P268式11-16及场地条件,
初定a0=600mm
a调节 564。43+54-27
表11—4
表11—5
表11-2
表11-7
表11-1

根据P271表11-9，《手册》P9-图2—1
根据P271表11—9,《手册》P9—图2-1
B=(z—1)×e+2×f
=(2—1）×15+2×10=35mm
e=15±0.3 f=10+2—1
φ1=34° φ2=38° bp=11。0mm
hamin=2。75mm hfmin=8。7mm
δmin=6mm da1=d1+2ha=105.5mm
da2=d2+2ha=320.5mm

Ka=1。1
Pc=1.246kw
A型
取d1=100mm
取d2=315mm
选Ld=1800mm
a=564.43mm
α1=158.2°≥120°
P1=0.97kw
ΔP1=0.11kw
Kα=0。9446
KL=1。01
取z=2根
ν=5。13m/s ≥5m/s
m=0.10kg/m
F0=103.22N
FQ=405.82N
（注意，大、小带轮轮毂结构尺寸――附上带轮毂的小图）
第一次修改各轴的运动和动力参数
表5 第一次修改各轴的参数

电机

2.84
(2.81)

0.96

I轴

1.07

330.99
(334.52)

30.75
(30.43)

6.11
(6.18)

0.97

II轴

轴号

传动比i

效率h

功率(kW)

转速(r/min)

扭矩T(N.m)

1.11

940

11.28

1.03

54.15

180.43
(180.59)

0.99

开式齿轮的设计计算（参见《手册》PP9—10，参考教材第12章）
计算与说明
主要结果
（1）选择齿轮材料（《机械设计制图（第三版）》PP304-305)
• 小齿轮:建议选45#，调质HB217~286，取齿面平均硬度250，应比大齿轮高
• 大齿轮：做成一个齿圈(见《手册》 P21-图）,直径不能太小,建议选铸钢ZG310～570，取齿面平均硬度HB185
• （选45＃,正火HB162～217,取齿面平均硬度190）。
（2）确定许用应力( 《机械设计制图(第三版)》PP304—305 )
极限应力(表12-11） :
=0。7HBS+275＝0.7x250+275=450
=0。6HBS+220=0.6x185+220=331 （=0.7HBS+275＝0.7x190+275=408）
由（表12-11） ，安全系数取SF=1.5
［σF1］=450/1.5=300（MPa),
[σF2]=331/1.5=220。67(MPa）(=408/1。5=272（MPa） ）
（3）确定齿数
• 罐体内径：D=472mm ；
• 罐壁厚度：δ=10mm ;
• 外径D2=D+2×δ=492；
• 连接螺栓：M10
• d2：估计630mm（见下图及书图12－53、手册参考图）
• 由《手册》图：d2=600～650 如取 630mm,
• i齿＝i总/i带＝17。359/2.84（2.81）=6。11（6.18），
• 对于开式齿轮:Z1=17～20，若取 Z1=23
• 则 Z2=Z1·i齿＝ 23×6。11≈143(考虑到两齿数互为质数）
• m=630/143=4。4，取m=5
• 所以i齿＝143/23=6.217
（4）强度计算确定模数m（开式齿轮应计算模数m，再增大m以考虑磨损的影响）
• KA=1（表12－8)、KV=1。2、φd＝0。8（表12－9），Kβ＝1。03（图12－26）， YFS1=4。36、YFS2=3。98（表12－10；手册P364)，
• m=1.62＋1。62x0。1=1。8，
• m取5（工程中m不能太小，给加工制造带来不便且开式也应取大些，也可类比参考图
（5)确定几何尺寸
• d1=5x23=115,d2=5x143=715,
• da1= ,da2=
• df1= ,df2= （此为关心所在)
• 为了解决在安装时的误差：
• b1=b2+（5～10）＝90，
• b2=d1·φd=100×0.8=80
• 罐体长 L=1。2D=570mm

［σF1］=300MPa
[σF2］=221MPa
m=1.65
取m=5

第二次修改各轴的运动和动力参数
表6 第二次修改各轴的参数

电机

2.84

0.96

I轴

1.07

330.99

30.75

615

0.97

II轴

轴号

传动比i

效率h

功率(kW)

转速(r/min)

扭矩T(N.m)

1.11

940

11.28

1.03

53.82

181.60

0.99

核算实际转速与传动比
i带=315/100=3。15 ； i齿轮′=240/41=5。85；i总′=i带×i齿轮=18.44
∴ Δi=(i总′—i总)/i总=1。88％ 〈 5%
n2实=n电/i总′=980/18。44=53。145r/min
∴ Δn2=|n2实-n2｜/n2=|53.145—53.15｜/53。15=0.0094% < 5％
四、球磨机罐体及轴系设计
罐体结构设计
• 制造方法：
• ①铸造
• ②钢板卷曲后焊接或钢管(∵是单件生产，∴用此)
• 参见《手册》P21－图7－3
• 结构:
罐体内径:D=472mm ; 罐壁厚度：δ=10mm ； 外径D2=D+2×δ=492；
箍的外径：D3=D+2×（δ+δ′)=532mm ; 箍宽度:b=30mm；
罐体总长：L2=L+10+10+20=566+40=606mm ; ∴ 4l=606mm,l=151。5mm，2l=303mm.
支撑辊的设计计算
由,得：
由，得：
所以：
辊轮轴的设计计算
取d高=20mm；d头=25mm;
d≥10=16.53mm
轴承寿命:n辊=nⅡ×R1/R2==282.92r/min
轴承选用6205,C=10。8kN,P=fP×Fr=1.2×1169。59=1394N
Ln==27394.8h≈13。7年
或球磨机罐体轴系改进设计：
小齿轮轴系的设计计算
90
￠30
￠20
￠25
￠25
￠38
10
55
55
87.5
87.5
65.5

1． 轴受力分析如上图
2． 确定轴上作用力
转速nⅠ=311。11r/min;功率P1=1.075kw；转距：T1=33。01 N•m;
齿轮圆周力
齿轮径向力 Fr=Ft×=644×tan20°=234。4N
带轮径向力 FQ=405.82N
3。估算最小轴径
选45号钢，调质处理，σb=600MPa
因有键槽，增大4%,d1=1.04×17。69=18。4mm
4。轴的结构设计
轴承类型选择：6207深沟球轴承，
轴径的确定:d1=35mm, d2=42mm， d3=60mm， d4=42mm， d5=35mm, d6=25mm，
确定轴承型号：d=35mm, D=72mm， B=17mm, rsmin=1.1min， damin=42mm， Damax=65mm, C=19。8kN, C0=13。5kN
轴段长度的确定：L1=17mm;L2=13mm；L3=5mm;L4=85mm；L5=66。5mm；L6=38mm
计算支反力:xA=xB=Ft/2=322.05N
-Fr×70+YB×140-FQ×200=0， ∴YB=696.9N YA=Fr+FQ—YB=—56.68N
轴的强度校核：危险截面在B处，Md==26。29N·m
d≥10=16.85mm,考虑键槽，dmin≈1。04×16。85=17。52mm,可知此轴安全
5．选择轴承计算寿命
选6205，查表:C=10800N、fp=1。2、P=fp·RB=（919.2)
算寿命：Lh=85142小时＝43年
6．选择键并验算键的强度
• 只算带轮处的键强度（最细）
键的确定
安装带轮处，由L=40mm,L6=38mm，d6=25mm，选平键.
B=8mm,h=7mm,L=30mm，t=,t1=
安装齿轮处,由d4=42mm,L4=85mm,选平键.
B=12mm，h=8mm，L=7，t=，t1=
键的校核
齿轮键： ===8。58MPa ［] =50MPa
τ===2。76MPa[τ] =125MPa
带轮键： ===25。15MPa ［］ =50MPa
τ===2。76MPa[τ] =125MPa
五、联接螺栓的校核
用普通螺栓，一共6个，3对，M10分布于d0=550mm的圆周上
F××10—3=T1, ∴
FQ0= ==173.33
［］= ，Ss=5，45号钢的=360MPa
∴［]=360/5=72MPa,d1=0。85d=8。5mm，
∵= =3.97MPa≤72MPa
∴螺栓安全
六、设计开启门
七、设计总结
这次的实习，虽然只有短短的十几天，但是我的收获可是很不少，留下了深刻的印象。
我学会了如何在实际生活生产中应用自己以前学过的知识，思考更加全面了,知道了事物之间的联系在实际之中的作用。
而且，我还学会了如何现学现用各种崭新的工程软件，例如Autodesk Inventer。它在机械设计的过程之中有很强的实用功能，利用平面去制作立体图，再将立体的实物投影出来，就又成了平面工程图。这样具有很强的视觉感染力，能给我们一个十分直观，非常接近现实事物的认识。但是，我还在不断学习、运用此软件的时候学会了一些对于其他事情也很有帮助的心得,例如说，它能够自动检查到各个零部件运动过程之中,相互之间有没有抵触。这样就可以在成品出来之前尽量避免不合格的可能.
对于机械设计来说，其中最重要的要算是设计标准了，俗话说的好,无规矩不成方圆。没有标准的话一切都会变混乱，特别是不利于以后对于机械零部件的维护和修理，每一个零部件都各有各自标准的话,制作生产上的不利是难以想象的。所以我们以后不论设计一个什么样的机械，都要尽量按照公共标准来处理
我们不能仅仅把机械零件看作是没有生命的物体，而要象对待一个有灵性的活生生的生命一样来对待。用老师的一句话就是不仅仅要把它当作一件设计作品,而要把它当作一件艺术品一样，要做到尽可能的完美。
在这里我还要感谢老师和同学对我的帮助，使我能够及时完成这次实习设计。
参考资料
《球磨机设计指导书》 尹常治 杨 皓 编 北京科技大学
《机械设计制图》 马香峰 徐凤禄 编 高等教育出版社
《简明机械零件设计手册》 朱龙根 编 机械工业出版社
附图
（总装配零部件阵列图）
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