高效立式行星球磨机设计说明书Word文档格式.doc

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最后通过计算和一些经验数据，确定进料装置的材质，物料填充率，筒体适应转速和磨机功率等相关参数。

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Abstract

Ballmillwinchgrindsmaterialbyrotatingacylinderwithsteelgrindingballs,isanefficienttoolforgrindingmanymaterialsintofinepowder.Itiswidelyusedinbuildingmaterial,chemicalindustry,etc.ABallMill

Theballmillenergyusefactorislow,thedistributionsituationhastheenormousrelationswiththematerialingrinding.Thereforediscoveredmoreapproachedthegrindingmachineouterlayer,theabrasiveactionisbigger.Whengrindingmachineactualproduction,thematerialsenteredthemilltofalldirectlytheinnerlayer,theprocessdynamicsanalysis,theinnerlayermaterialhadtothroughthelongtimetoentertheouterlayer,reducedtheproductionefficiencygreatly.

Inordertocausethematerialtobequicklyeven,ithasmadetheimprovementtogrindingmachinefeeding.Firsttheold-stylerightanglefeedingchangetheinclinationangletype,thenslidetheangletobebiggerthanstopstheangle,willcausethematerialfastsmoothlytoenter.Thenreasonableselectionfeedingspot,causesthematerialtoenterthetubebodyouterlayerdirectly.Finallythroughthecomputationandempiricaldates,haddeterminedthedevicematerial,thematerialfeedingrate,themilltherotationalspeedandthegrindingmachinepowerandsoon.

绪论

全自动立式超微球磨粉碎机（简称球磨机）。

其工作原理：

在一转盘上装有4个球磨罐，当转盘转动时，球磨罐在绕转盘轴公转、的同时又绕自身轴做行式的反向自转运动，罐中磨球和材料在高速运动中相互碰撞、挤压、摩擦、达到粉碎、研磨与混合匀化样品的目的，其效率比传统的滚筒式球磨机要高出许多倍。

此次毕业设计的题目是《立式行星球磨机》。

仅仅是小型的球磨机设备就种类繁多，但功用无大区别。

一、磨机概述

1.1粉磨的意义

磨机是发电、选矿、化工和建材等许多工业部门广泛采用的粉磨机械。

磨机能粉碎各种硬度的材料，在选矿场中被广泛的用来细磨各种矿石；

在发电厂用来制备煤粉；

在水泥厂经过破碎的原料、熟料和其它混合材料都需要在磨机中进行粉碎。

归纳起来，粉碎的目的是：

1.增加物料的暴露面积。

保证生料在窑中得到充分的化学反应，使能够充分完成燃烧，水泥完全水化，产生较高的强度。

为此目的，对水泥生料的细度应控制在0.08毫米方孔筛的筛余为10%以下，水泥应控制在8%以下，煤粉应控制在14%以下。

2.使用各种物料混合均匀。

水泥生料里的石灰石、粘土和铁粉，水泥中的矿渣、石膏和熟料等经过磨机粉磨以后不但能将其粉碎，还能使之混合均匀，以保证水泥的质量。

1.2磨机的分类及工作特点

1.2.1磨机的种类

由于物料被磨碎的方式不同，是否采用研磨介质，磨机运动方式以及磨机结构等不同，粉磨设备也就有各种形式，有的彼此差别也很大。

建材工业中一般能见到的磨机有球磨机、棒磨、环辊磨（中速磨）、自磨磨机（无介质磨）等。

有时候生产和科研工作中还使用振动磨，气力磨等超细磨设备。

建材工业中以球磨（包括棒磨）应用最多，最普通、环辊式中速磨也常用粉碎煤，这两种磨的历史较长，其他型式磨机都是生产中逐步发展起来的。

1.2.2磨机工作的特点

在建筑材料、冶金和化工生产中有大量经过破碎到一定粒度的物料：

如水泥原料里的石灰石、矿渣、石膏等，选矿场里的矿石颗粒，根据工艺要求，都还要进行细磨作业。

但是细磨作业的工作量是相当大的，这项繁重的工作，目前都是在磨机里进行的。

可是磨机的工作效率非常低（15%～30%），所以耗用的电能比较多，能量损失严重，碾磨中金属的消耗量也比较大。

为了降低生产成本，就必须在了解磨机这些作业特点的前提下，根据物料的性质（硬度、含水分多少），如物料粒度和出磨成品的细度要求，合理选择粉磨工艺流程和细磨设备。

而且对现有的设备进行与生产相适应的改进。

1.2.3磨机粉磨系统

粉磨系统有开流和圈流两种。

开流在粉磨过程中，物料一次通过磨机后即为成品；

而圈流是物料出磨后经过分级设备选出成品，而使粗料返回磨内再磨。

开流系统的优点是：

流程简单，设备少，投资省，操作简单；

但物料必须达到产品细度要求后才能出磨。

因此要求产品较细时，以被磨细的物料将会产生过粉碎现象，并在磨内形成缓冲垫层，妨碍粗料进一步磨细，有时甚至出现细粉包球现象，从而降低了粉磨效果，增加了电损耗。

采用圈流系统，可以及时将细粉排出，消除了过分碎现象，使磨机产量提高；

同时产品粒度均匀，并且可以用调节分级设备的方法改变产品细度。

1.3.球磨机的种类

球磨机主要的工作部分是回转圆筒，一般是两端支承，一端出料并由电动机经过传动装置变速后带动，另一端喂料。

筒中装有球、段、棒等研磨介质，与物料一起被回转筒体不断带起抛落冲击、研磨将物料磨碎。

球磨机具体类型很多，其差别在于所装载的研磨介质、进出料方法、传动与支承方式的不同。

各种型式球磨机，现归纳如下：

（一）按所装研磨介质的不同来分:

1.球磨机：

筒体内装钢球或钢段，这种磨机使用最普通。

2.棒磨机：

简体内装钢棒作为粗磨机介质，这种磨机产品粒度均匀。

3.砾磨机：

用砾石、卵石、瓷球为研磨介质，花岗岩、瓷料等衬板，用于生产白色或色彩水泥以及陶瓷工业用。

（二）按筒体的形状分:

1.短筒形磨机：

筒体长度与直径之比L/D£

1.0～1.5（图2中a、c），一般用于粗磨或一级磨。

2.长筒形磨机：

筒体长度和直径之比L/D>

1.5（图2中b、d），当L/D之值增加至3～7则称为管磨机,管磨机内部分隔为几个仓，称为仓式管磨机，这种磨机在水泥厂用的较多。

二、球磨机的优缺点

由于球磨机有许多优点，所以在许多部门中受到重现，得到了广泛的应用，它的主要特点如下：

（一）优点

1.对于各种物料都能适应，能连续生产，生产能力大，可满足较大规模生产的需要。

2.粉碎比大，可达到300以上，并易于调整产品的细度。

3.可适度各种不同情况下工作，能干法生产，也可湿法生产，还可以把干燥的粉磨工序合并在一起同时进行。

4.设备本身操作可靠，能够长时间连续运转。

5.维护管理简单易进行。

6.有很好的密封装置，防止粉尘飞扬。

（二）缺点

1.工作效率低：

在生产水泥的过程中，用于粉碎作业的电量约占全厂的2/3，据统计，每生产一吨水泥的耗电量不低于70千瓦小时，但这部分电能的有效利用率却很低，据分析，磨机输入的功率用于粉碎物料（做有用功）的功率消耗只占一小部分，约5%～7%，而绝大部分电能消耗于其他方面，主要是转变为热能和声能而消失掉，这是一项很大的浪费。

2.体型笨重：

大型磨机的总重量可大几百吨以上，这样一次性投资必然很大。

3.配置昂贵：

由于磨机筒体转速和很低（每分钟15～25转），如用普通电动机驱动，则需配置昂贵的减速装置。

4.生产成本高：

研磨体在冲击和研磨物料的同时，本身也要受到磨剥，筒体内的衬板等零件也被磨剥，因此在整个水泥生产过程中，粉碎作业（生料制备、磨水泥）所消耗的铁板量是很多的，据分析，大约每生产一吨

一图片及实例

请看以下示意图及其他参数：

玛瑙球磨罐 

陶瓷球磨罐 

不锈钢球磨罐 

真空不锈钢罐 

尼龙球磨罐

　　行星式球磨机是混和、细磨、小样制备、新产品研制和小批量生产高新技术材料的必备装置。

该产品体积小、功能全、效率高、噪声低，是科研单位、高等院校、企业实验室获取研究试样（每次实验可同时获得四个样品）的理想设备，配用真空球磨罐，可在真空状态下磨制试样。

广泛应用于地质、矿产、冶金、电子、建材、陶瓷、化工、轻工、医药、环保等部门。

　　行星式球磨机是在一转盘上装有四个球磨罐，当转盘转动时，球磨罐中心轴作行星运动，罐中磨球在高速运动中研磨和混和样品。

该产品能用干、湿两种方法粉碎和混和粒度不同，材料各异的产品，研磨产品最小粒度可至0.1微米（即1.0×

10-4mm）

二技术参数：

传动方式：

1.齿轮传动2.皮带传动

工作方式：

两个或四个球磨罐同时工作

最大装样量：

球磨罐容积的三分之二

进料粒度：

土壤料≤10mm,其他料≤3mm

出料粒度：

最小可达0.1um

转速比（公转：

自转）：

1：

2（0.4L,2L,4L）;

1:

1.5（12L,20L）

转速（自转）：

0.4L:

0～600转/分2L：

0～550转/分4L：

0～530转/分20L：

0～280转/分

调速方式：

变频、程控无级调速，手动、自动定时正反转

最大连续工作时间（满负荷）：

72小时

齿轮传动的优点:

1.一致性好　同样的工艺条件，同样的材料，四罐研磨的结果一致。

2.重复性好　同样的工艺条件，同样的材料，多次试验的结果一致。

3.使用方便　无需更换行星轮皮带，大大减轻了劳动强度。

齿轮传动彻底解决了皮带传动中皮带打滑、皮带磨损所引起的一系列问题

三行星式球磨机的几项主要考核指标：

1.转速　转速是行星式球磨机重要的一项指标。

要使材料磨细、磨快，应选用合适的转速。

2.最大连续工作时间　用行星式球磨机制作亚微米或纳米材料，往往需要设备满负荷连续工作50小时以上，并力求工艺条件（如转速）不发生变化。

3.一致性　对同一种材料、同一种工艺，要求两罐或四罐磨出的结果完全一致，运用齿轮传动完全能够做到，而用皮带传动很难。

4.重复性　对同一种材料，同一种工艺，要求反复多次球磨的结果完全一致。

运用齿轮传动能做到，而用皮带传动无法实现。

5.噪音　在空载高速转动状态下，皮带转动的噪音为66dB，齿轮传动的噪音为68dB，但在满负荷工作状态下，两种传动的噪音一样，均为75dB。

这主要是磨球材料相互撞击、研磨发出的声音。

因为只有负载状态下的噪音才有意义，所以，皮带传动和齿轮传动的噪音效果是一样的。

6.转速比：

公转与自转的转速比是行星式球磨机一项技术性能指标，该参数与转速大小，研磨时间等因素有着密切，复杂的关系。

为了让用户在试验中减少影响因素，简化工艺条件，我厂技术人员在研制行星磨的过程中，经过大量反复的对比试验，最后选定1：

2（≤4L）和1：

1.5（≥12L）为最佳转速比（这与进口行星磨的转速比基本相吻合）。

四高校行星球磨机特点：

★采用齿轮传动，确保试验的一致性和重复性。

★转度快、能量大、效率高、粒度细

★一次实验可同时获得四种大小不同、材料各异的样品。

★变频、程控无级调速，根据试验结果选定理想转速。

★装有定时关机、自动定时正、反转装置，根据需要可自由选择，实用方便。

★本机具有重心低、刚性好、结构紧凑、操作方便、安全可靠、噪声低、无污染、损耗小等优点。

我现在就以总容量为2L（4罐）、自转为800r/min的球磨机为例，说明其工作系统的设计计算。

五．分析工作原理及选择电动机

装入磨球→放入将要打磨（或未达到目）的物料→盖上罐盖

↑↓进行筛选←将磨球和物料导入筛子←打磨完成←打开电源

↓

装入已经打磨好的容器

1电动机类型的选择

因球磨机的外形是较小的且并不需要很大的功率，但需要一些特殊的功能要求，比如：

需要启动性能好、价格低廉等特点。

故选择Y系列自扇冷式笼形三相异步电动机，特点是其结构简单、启动性能好、工作可靠、价格低廉、维修方便，适用于不易燃、不易爆、转动惯量小、过载能力大能诸多特点。

2.确定电动机的功率

电动机功率的选择直接影响到电动机的工作性能和经济性的好坏。

为了保证电动机功率能保证机械能够正常的工作，故电动机的额定功率Ped稍大于电动机工作功率Pd，既Ped≥Pd，这样电动机在工作时就不会过热，这样就不校验电动机的启动转矩和发热。

国家标准规定在设计电机时考虑的标准环境温度为40。

因为球磨机整体的上装部分可以看成是一个整体，故机器在运转的时刻，由电动机带动的传动部分传达到上装部分时，有加速的过程，当电机的速度达到平稳时，机器就达到了相对稳定的状态，故上装部分的重量不能太大，因为机器运行时，要承受离心力，我们在这里计算一四个罐体需要的功率：

上装部分由上盖锁紧机构、外套、罐体、下支撑盘和罐体内部的磨球，总重量约16Kg，

整合为20Kg。

由电动机至工作机之间的总效率（包括工作机效率）为

η.ηw=η1。

η2。

η3。

η4。

η5

式中η1、η2、η3、η4、η5分别为带传动、齿轮传动的轴承、齿轮传动、齿轮传动的轴承、磨球在罐体内部运动消耗的电机功率。

取η1=0.96、η2=0.98、η3=0.97、η4=0.98、η5=0.96

η.ηw=0.96XX0.97XX0.96=0.082

由公式

（1-1）

m-上装部分的总重量,Kg；

i-惯性半径,m；

J-物体对回转轴线的转动惯量，Kg。

.

带入值得：

（1-2）

角加速度，rad/；

-角速度，rad/s;

t-电动机从启动到稳速的时间，s；

（1-3）

n-上罐的转速，每分钟转速r/s；

将式（1-3）带入（1-2）得：

（1-4）

（1-5）

（1-6）

因为上装部分是四个整体，所以总=4=2KW（1-7）

3确定电动机转速

主轴的工作转速为

Nw=４００r/min

推荐的合理传动比范围，取带传动比为i1=1~3，因主轴的传动与副转体是齿轮传动，故只要知道带传动的传动比就可以知道他们之间的区别。

　　=。

=（1~3）

（1）采用齿轮传动，确保试验的一致性和重复性。

（2）转度快、能量大、效率高、粒度细。

（3）一次实验可同时获得四种大小不同、材料各异的样品。

（4）变频、程控无级调速，根据试验结果选定理想转速。

（5）装有定时关机、自动定时正

（1-7）

式中：

F为工作机的工作阻力，单位为N;

V为工作机上罐的线速度，单位为m/s；

T为工作机的阻力矩，单位为N。

m；

Nw为工作机的

设计的前提条件已经知道，已知条件是自转：

公转=2：

1，自转为800r/min、公转为400r/min，从已知条件出发，我们最先应该设计主轴，从这里拓展，开始设计其他的配件。

六主轴的结构设计

（一）此轴是较为重要的轴，其结构设计的一般原则为是;

（１）　轴上零件的布置应使轴力承受合理；

（２）　轴上零件定位可靠，拆装方便；

（３）　有良好的结构工艺性，便于加工制造和保证精度；

（４）　此轴要求要有较大的刚性，还应该从结构上考虑到减小轴的变形。

（二）　轴的结构设计；

1.根据机械传动方案的整体布局，拟定轴上零件的装配方案。

拟定不同装配方案进行分析比较，选用8-9b所示的装配方案。

2.选择轴的材料

轴的材料选40cr，渗碳处理。

其力学性能由《机械设计教科书》表8-1查得，=735M，=540M,=355M,=200M,[]=70M.根据表8-3.取=100.

3.求输出轴的功率=Pη1=2.20.96=2.11KW（2-1）

===398.87r/min（2-2）

=9.55=9.55=50518Nmm（2-3）

4.初步估算轴的直径

由式（8-2）初步估算轴的最小直径为

==100=1000.1818mm（2-4）

输出轴的最小直径是连接螺纹的直径图（1-1）.为了使所选的轴颈能够更好的与螺母连接可以加强大轮辐的紧固性，根据上面的计算过程，并考虑键槽对轴强度削弱的影响，轴颈增加5%~7%。

故连接螺母处的直径=28mm，L=28mm。

5.轴的结构设计

（1）确定轴的各段直径和长度

为了使大轮辐进行更好的定位，不至于掉落，需要有螺纹，所以要有退刀槽，深2mm大轮辐处连接的轴颈，要有键槽，使得动力传输的更好，故=28mm,L=58mm.

=35mm，初选6307深沟球轴承GB/T276-94，其基本尺寸为dxDxB=38mmx80mmx21mm，其配合轴段长度=21mm。

下一段是固定两个轴承的轴肩，=42mm，=89mm。

下一段有轴承孔，有轴肩，此处的轴承定位是为了，机构能更好的运行平稳，=45mm，

=21mm，为使深沟球轴承的轴向定位，且便于轴承的装卸，由手册查得深沟球轴承6209GB/T276-94.

=52mm，=34mm，这里需要注意的是此段与固定齿轮内圈有1.5mm间隙，因为固定齿轮是与下箱体固定的。

=40mm，=25mm。

在这根轴比较主要的部位就是这个部位，是同大轮盘的轴套连接的部位，这里用的是花键连接，根据《机械手册》，矩形花键基本尺寸系列（GB/T1144-2001非等效采用ISO14-1982）/mm，规格NxdxDxB=6x28x34x8，此段=28mm，=62mm。

=24mm，=40,包括退刀槽，这段也要加工螺纹，是为了固定与大轮盘连接的轴套，使得大轮盘可以稳定的固定在这段轴上，有轴肩。

轴各段直径和长度至此已初步确定。

（２）　轴上零件的轴向定位

　　　　大轮槽的轴向定位采用Ａ型普通圆形平键连接，根据=28mm，由手册查的平键界面ｂｘｈｘＬ＝８ｘ６ｘ４８.同时为了保证大轮槽与轴能够有更好的对中性，以及在运行过程中不出现偏心导致的震动的情况，故配合采用Ｈ８/h7。

（３）确定轴上圆角和倒角尺寸

　　　参考机《机械设计手册》，各轴肩的圆角半径采用表５－１－３，取轴端倒角均为２ｘ。

６．按弯扭合成强度条件计算

由所确定的结构图（１－１）可确定出简支梁的支撑距离，据此求出齿轮宽度中点所在的界面B的的值。

（1）画出轴的计算