北京科技大学球磨机设计说明书.docx

1、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

2、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：

3、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G01.2计算罐体体积V1.3计算罐体内径D1.4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）：研磨介质（钢球）的比重，取4800kg/m3：研磨介质的填充系数，对于干式球磨机取0.3。式中：D：球磨机内径（m）；L：球磨罐长度

4、，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

5、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=0.651tK：电动机的储备系数，K取1.1；：粉碎效率，已知=90%。a=带齿轮轴承=0.950.960.99=0.90288（见手册P44）由手册

6、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）Y132M2-65.51000（960）107.9284表3 外型尺寸（mm）中心高H外廓尺寸L(AC/2）AD安装尺寸AB轴伸尺寸CE平键尺寸FG132515(270/2) 21021617889801033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n2B.各轴功率： I轴功率p1 II轴功率

7、p2C.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=4.4685.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4.4680.965.6596056.2I轴5.424214.8252.550.94II轴5.10142.961187.40.99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

8、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(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5V带根数(五)轴上载荷1带速2V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539a01540 初取a0=540mm表11-4表11-5表11-2表11-7表11-1

9、根据P78表11-8，表11-9确定带轮型号为A型B=(z-1)e+2f=63mme=150.3 f=9=38 bp=11.0mmhamin=2.75mm hfmin=8.7mmmin=6mm da1=d1+2ha=145.5mmda2=d2+2ha=635.5mm重力张紧Ka=1.1Pc=6.215kwA型取d1=140mm取d2=630mm选Ld=2500mma=590mmP1=1.65kwP1=0.12kwK=0.86KL=1.09取z=4根m=0.10kg/mF0=215.5NFQ=1574.95NA型da1=145.5mmda2=635.5mm3.开式齿轮的设计计算计算项目计算内容主

10、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m3.5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HB217286,HBS=250 大齿轮：铸铁，ZG310570正火，HB163207 HBS=185 Flim1=0.7HBS+2750.7x250+275=450 Flim2=0.6HBS+220=0.6x185+220=331 由（表12-11） ，安全系数取SF=1.5 所以，F1=450/1.5=300MPa, F2=331/1.5 =220.67MPa 取小齿轮齿数Z1=20 则大齿轮

11、齿数Z2=Z1i齿=205=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=KAKVK由表12-8所以K=1.51由12-10： Z1=20 Z2=103T1=9550P1/n1=95505.424/214.8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=dd

12、1=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i=3%，合理小齿轮：45，调质HB217286,HBS=250 大齿轮：铸铁 ZG310570，正火 HB163207 HBS=185 SFlim=1.5F1=300MPa,F2=220.67MPaZ1=20Z2=103i齿实=5.15KA=1KV=1.2K1.05YFS1=4.36YFS2=3.98取m=4取标准模数m=10mmd1=200d2=1030b2=200b1=205a=6154.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=n

13、d/i带=960/4.5=213.3 n2=n1/i齿=213.3/5.15=41.42 P1=Pd带=5.424kw P2=P1带轴承=5.10kw T1=Tdi带带=56.24.50.96=242.8Nm T2=T1i齿齿轮轴=242.85.150.950.99 =1175.9Nm n1=nd/i带=213.3 n2=n1/i齿=41.42 P1=5.424kw P2=5.10kw T1=242.8Nm T2=1175.9Nm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5.150.965.6596056.2I轴5.5221

14、3.3242.84.50.94II轴5.1041.21175.90.99四、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D1.2箍厚1.3罐体壁厚1.4箍宽b1.5罐体外径D21.6箍外径D31.7罐体总长l2D=750mm=20mm=10mm b=20mmD2=D+2=770mmD3=D+2（+）=810mmL=900mmD=750mm=20mm=10mm b=20mmD2=770mmD3=810mmL=900mm2.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；G

15、1： 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=571.439.8=5626.2NG1=809.8=784N3.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

16、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=135120，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=40mmD=90mmB=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

17、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=8mm L=56mm 安装齿轮处：选平键，其尺寸参数为b=12mm，h=8mm L=180mm带轮键：其中齿轮键：满足强度要求选6308d=40mmD=90mmB=23mm安全选平键b=12mm，h=8mm，L=56mm选平键：b=12mmh=8mm L=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

18、孔螺栓连接，一共6个，3对，M8分布于d0=8500mm的圆周上F=Gtan/（44）=（2242.81000）/16 =906.3N查表可知s=185235MPa， b=370500MPa查表9-6得=s/SS=80MPa P=s/SP=320MPadsF/P=0.57 mm （取=5mm）考虑到一上最小直径选用螺栓M880（桌子厚度取50mm）F=2T2/d=2868.1N 采用铰制孔dsF/P=0.89mm （取=10mm）考虑到以上最小直径，选用螺栓M10100 （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M880F=2868.

19、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

20、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）