球磨机设计说明书参考版其数据仅供参考.docx
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球磨机设计说明书参考版其数据仅供参考
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(AutodeskInventor)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
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:
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;
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
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、n由教材P267-图11-5选取
由图11-5及表11-10,选取d
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±0.3f=10+2-1
φ1=34°φ2=38°bp=11.0mm
hamin=2.75mmhfmin=8.7mm
δmin=6mmda1=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
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
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
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=33.01N?
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=696.9NYA=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AutodeskInventer。
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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