1880_Ø2700×3600格子板型球磨机传动系统设计
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黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 综 述 ) 第 1 页球磨机装补球理论的现状及发展趋势摘 要:论述了国内外磨矿机装补球理论及实践的现状,分析了其存在的主要缺点,并指出了今后发展的趋势。关键词:装补球理论;现状评述;发展趋势;引言磨矿往往是金属矿石粉碎过程的最后一道工序,在此阶段,颗粒在冲击和磨剥的联合作用下逐渐减小。其目的是使矿石中的有用矿物与脉石矿物相互解离并在粒度上适合选矿要求最终得到有用矿物解离充分且粉碎尽量少的入选物料,因而恰当的磨矿往往是有效选矿的前提及关键。由于球磨机中钢球是产生冲击及磨剥作用的破碎力实施体及能量传递体,所以合理的钢球尺寸、配比及装补球制度将直接决定磨矿指标的好坏并最终影响到选矿厂的选别指标和经济效益。1 磨机装补球理论的现状1.1 球磨机钢球尺寸的确定方法球磨机中的钢球尺寸对磨矿影响极大,然而影响钢球尺寸的因素又很多,致使准确确定钢球尺寸成为一个很大的难题。现代固体力学还不能从理论上计算岩矿的破坏强度只能借助工程测定来解决现代数学也不能求解众多未知数的方程 l,因此球径的纯理论计算公式还不能产生,至多能找到包含主要因素的半理论公式。早先,人们只抓住一两个主要因素而总结出一些经验球径公式。在前些年的选矿工程实践中,常用的确定钢球尺寸的经验公式主要有以下几个。1VA奥列夫斯基公式 dDkblog6(1)式中 b所需球径,mm;黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 综 述 ) 第 2 页dk 溢流、给矿粒度,mm 根据此公式计算确定的球径比实际偏小过多,所以在实践中较少采用,常用的是拉苏莫夫经验公式。 2拉苏莫夫公式 dniD(2)式中 D与给矿粒度相应的球径.mm;d给矿最大粒度,mm;i,n矿料性质参数。此公式需通过实验室试验确定 i 及 n 值,基本上能反映磨矿过程的实际特性使用的较为广泛。对中硬矿石,拉苏莫夫公式可转变为简化形式。 328dD(3)1.2 磨机装补球制度1.2.1 磨机初装球磨矿实践表明磨机中存在不同尺寸的混合介质时磨矿效果较单一尺寸介质的磨矿效果好。前苏联对磨机合理装球作了大量的研究并认为要使球磨机以高效率工作,球荷中不但应有足够数量的磨碎粗粒物料的大球同时也应有研磨细粒物料的中球和小球。合理装球的目的,就是在球荷中保持大球、中球、小球有适当的比例。前面的球径公式只解决了计算单一窄级别球径的问题对于给矿为多级别的混合矿料,磨机内的钢球就必须确定装球的级别尺寸及各尺寸之间的比例,这就靠初装球来解决。常用的初装球方法有两种:一种是根据经验确定 35 种球,各种球的比例也由经验确定,此种方法较简单,易实行,但理论性差而经验性很强,在欧美用得较多;另一种则通过对磨机全给矿的粒度分析,扣除不需磨细的部分后,将全给矿按粒度分组,求出各组矿粒所需的球径,再按各组球的比例与该组矿粒产率相一致的原则确定初装球比例。此方法是较系统及科学的方法,但方法本身太繁琐,其中也有不少经验成分,且在生产中难以长期坚持及推广。黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 综 述 ) 第 3 页国内的研究始于 50 年代,基本上是照苏联的方法。在发现最初装球三、五天甚至半个月内磨矿效率下降,粒度变粗的情况下,选矿厂开始重视最初装球问题。崔巍等通过试验逐渐扩大装球种类及比例或在清球时仅把其中碎球部分拿掉,再补上相当于碎球大小的好球,均取得了一定的效果 4。东北大学则提出了线性叠加原理算法,即认为单一尺寸的球介质对混合粒级磨机给矿的磨碎作用等于其对组成混合物料的各窄级别物料磨碎作用的线性叠加;混合加球对混合给料的磨碎作用等于混合球中各单一尺寸球对各窄级别物料磨碎作用的线性叠加 5。据此可通过试验求出某一级别球介质磨碎各窄级别或混合物料的磨矿动力学方程式中参数,并可模拟算出混合加球磨碎混合物料的磨矿产品粒度分布。1.2.2 磨机补加球制度初装球只解决磨机工作前的装球问题,磨机一经工作,磨损随即产生,接着就是补球的问题。球磨机连续工作过程中球逐渐磨损,机体内球荷重量不断减少,磨机内破碎力减弱,因而磨机生产率降低,需定期向磨机内添加一定数量的钢球,以保证磨机内球荷稳定及正常工作。要确定合理的补加球种类及比例,就必须计算球的磨损及消耗,这就要弄清球的磨损规律。球磨机中球的磨损有许多种,有化学腐蚀磨损、机械磨损及非正常磨损等。其中化学腐蚀磨损的情况复杂,目前还难以作为工程计算,非正常磨损则主要由球的质量不好所致,情况也复杂,难以定量计算。目前仅能对机械磨损作为工程计算。尽管磨矿介质种类繁多,有铸铁、碳素钢、合金钢等多种其耐磨性也各不相同,但其磨损却基本遵循相同的磨损规律。关于球的磨损规律有三个假说,较公认的为榜德假说,即认为球的磨损速度与钢球直径的 2.3 次方成正比,较符合实际。但以此规律为基础发展起来的补加球制度却各不相同,欧美国家多补加 34 种球,前苏联及我国多采用合理平衡补加球法,即在认为磨机工作效果好时,停下磨矿机,清理出磨机内钢球,找出其球径分布,并认定它是最好的球径分布,以此作为磨损后应达到的标准,通过计算磨损率来确定补加钢球制度,再根据现场人员经验校核计算结果。但是,由于矿石性质的变化,这种较粗放的补加球方法常常使磨机内盈球或亏球,很难达到磨内球荷总量及黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 综 述 ) 第 4 页各种球配比的稳定状态。2 现行磨机装补球理论的缺陷2.1 钢球尺寸确定公式的缺陷2.1.1 与磨矿目的不太相符矿料的磨碎有各种目的。一种情况只要求将原始固体的尺寸减小到某一要求的尺寸,例如获得粉体。此情况下一般矿料磨得越细越好,水泥磨矿即如此,这种以粉碎矿料为目的的磨碎称为粉碎性磨矿;还有一种情况是磨矿只是为了擦洗或暴露新鲜表面,并非为了磨细矿料,此种以擦洗为目的的磨矿称擦洗性磨矿;而有用矿物选矿工艺中对磨矿的要求又不同于以上两种情况,在这种情况下要求矿物在较粗粒度下即可解离,以减少不必要的磨碎及减轻过粉碎,为此要解离脉石与有用矿物之间的连生体,即磨矿的目的是获得解离充分且过粉碎轻的矿料,为后续的选别作业创造条件,此种以解离矿物为目的的磨矿称为解离性磨矿。金属矿选矿厂中的磨矿均属于解离性磨矿。而以上列举的球径经验公式由于误差较大。通常算得的球径偏大,过大的球径产生过大的破碎力,使矿粒产生贯穿破碎。只能保证一定的磨矿细度,适应不了解离性磨矿的要求。解离性磨矿要求破碎力精确,故目前的球径计算方法与磨矿目的不太相符。一般而言,矿物的单体解离度与矿石的磨矿细度密切相关,但由于解离性磨矿的存在而使二者不存在正比例的关系。当球径过大时,虽然磨矿细度高,但矿物的单体解离度不一定就高,而且过分追求高的磨矿细度,就必然造成过粉碎严重,使选矿指标降低,矿物资源浪费。当球径精确时,虽然磨矿细度不很高,也能得到高的矿物单体解离度,这不仅有利于选矿,也能节能降耗。2.1.2 考虑因素过分简单磨矿过程是一个复杂的过程,其影响因素很多。给矿粒度、矿石的力学强度、磨机,工作参数及矿浆的物理和化学性质都直接影响着球径的选择。如此多的复杂因素要一一考虑是不可能的。只有抓住主要因素,简化甚至省略次要因素,才是解决复杂问题的关键。但过于简单化,只考虑一两个因素,必然导黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 综 述 ) 第 5 页致过大的误差。以上列举的球径尺寸经验公式大多从实践经验出发,对钢球尺寸的计算进行了探讨,有其简单实用的方面,但由于它们考虑的因素太少,过分简单及经验性强,局限性大,计算结果必然误差较大。2.1.3 适用范围窄由于以上经验公式大多根据实际经验获得,经验性强,局限性大,则适用性就差。对于矿石性质复杂多变,每个选矿厂都有自己特殊的情况,应用以上公式准确性就差。如对于粒度大小相同的不同矿料,由于它们的力学强度不同,所需的球径也不相同,而运用经验公式计算出的结果却无法满足这一点,且不同的经验公式有不同的结果,大的误差对指导实际生产必然有较大偏差,仍需要不断调整。半理论公式考虑了较多因素,在计算细磨时误差极小,在粗磨情况下仍需校正使用。最近,公式推导者已找到了具体的修正办法 6,在粗磨下精确选择球径。2.2 磨机装补球制度的缺陷现行磨机初装及补加球方法仍然存在缺陷。补装球的种类及比例按“与被磨物料性质相适应”的原因确定,但很大程度上则依赖于操作人员的经验。补加球则是通过新装球运行一段时间后对磨内钢球的分析获得,这段时间补加球的种类及比例只有根据经验边摸索边调整,直至达到操作人员认为合适为止。因此,这种意义上的合理平衡也是受操作人员经验的限制,仅能视为一定程度上的合理,即经验性强而科学性明显较差。这是现行装补球方法的主要问题之一。现行装补球方法的另一主要问题是方法繁琐,而效果又不显著,因此很少有厂矿坚持使用,多数厂矿完全凭经验操作。而由于球径公式误差大,导致球径在大的方面很不精确,而在小的方面则过分追求精确,要求补加球种类达四至五种,粗磨甚至达到七种,给生产和管理带来不便,难以坚持。只有在大的方面精确,小的方面粗放的装补球方法才能在生产中坚持应用,才有生命力。东北大学以线性叠加算法确定装补球的方法,理论性很强,缺陷在于该法黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 综 述 ) 第 6 页需在实验室条件下计算参数 K、n 值,但现场生产条件与实验室条件相差太大,所以必然会产生误差,即使能用于工业生产,方法也太繁琐,加之该办法也未解决球径精确计算的问题,所以,仍需作进一步改进。3 磨机装补球理论的发展趋势基于以上装补球理论的缺陷,要优化磨矿操作,提高磨矿效率,装补球应从以下几方面展开研究。31 增强以提高单体解离度为目的的意识著名选矿学者 AF,塔加尔特把解离矿物视为磨矿的第一目的,而减小粒度作为第二目的 7。那么确定磨机的工作参数就必须以保证获得解离充分且过粉碎轻的物料为基本原则,特别是确定钢球尺寸时,应以提高矿物的单体解离度及减轻过粉碎为主要准则,这就必须使球径精确化,由此使矿石所需的破碎力精确化,使破碎沿矿石中聚合力弱的矿物界面发生,提高解离度。避免因球径过大,破碎力过大而导致贯穿破碎及过度粉碎,解离度降低和金属损失升高的现象及因球径太小,破碎力不足所导致的需多打击矿石才能破碎,磨矿能力降低及消耗升高的现象。在攀枝花密地选矿厂的试验也证明球径精确化后不但可以在较粗的粒度下获得好的解离度,而且可以使电耗球耗等降低 8。因此,球径精确化应该是今后新的装补球方法研究的主要内容之一。3.2 采用科学性强及较简单的方法磨机中的钢球破碎作用是一种随机性行为,只有用统计力学的办法来解决,用精确的球径加上统计力学的办法,使磨机中有最高的破碎概率及单体解离度,这才是科学的装球方法。同时,又要考虑生产管理上的方便及操作性强,以入磨物料的性质及新球径确定方法来确定合理的初装球及在基本磨损规律的基础上确定补加球制度。而既然初装球是根据给矿粒度组成科学地确定的,就可以以初装球比例作为补球计算的依据,不必再去搞经验性强的钢球平衡资料。装补球的方法应坚持大的方面精确,小的方面粗放,粗磨只需 23 种球,细磨仅黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 综 述 ) 第 7 页12 种。有较强的理论性,且不增加操作人员负担的方法才能在生产中坚持应用,才是有生命力的方法。33 稳定磨机内球荷总量及配比当原矿给入的性质是稳定的,即主要指粒度组成及强度稳定,磨机内的球荷及配比也应是稳定的。所以应该在装补球时应用自动控制的方法,使磨机内的装球符合生产要求,这也应是今后研究的方向。黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 综 述 ) 第 8 页参考文献1段希祥.球磨机钢球尺寸的理论计算研究J,中国科学 (A 辑),1989,(8).2刘如盘.确定球磨机适宜钢球尺寸的公式M,矿冶工程, 1991,(4).3段希祥.选择性磨矿及其应用M,北京:冶金工业出版社, 1991,8.4崔巍球.磨机的台理平衡装球M,北京:冶金工业出版社, 1959,10.5陈丙辰主编.选矿手册M(第二卷第二分册,磨矿部分 ),北京:冶金工业出版社,1993,10.6段希祥.球径半理论计算公式的修正研究J,中国科学 (E 辑),1997(12).7A.F 塔加尔特主编.选矿手册M(第二卷第二分册,湿式磨碎),北京:冶金工业出版社,1959,9.8曹亦俊等.提高磨矿产品单体解离度的研究J,矿物岩石地球化学通报,1997,16(增刊). 毕业设计 文献综述院 ( 系 ) 名 称 工 学 院 机 械 系专 业 名 称 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化学 生 姓 名 牛 念 念 指 导 教 师 闫 存 富 2012 年 03 月 10 日黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 翻 译 ) 第 1 页高真空压铸辅助系统的设计与验证摘要:真空压铸是生产高品质铝合金组件的最佳方法。目前,很少有系统研究关于真空压铸理论和设备的设计。在现代真空压铸泵和排气系统理论基础上,简化模型成为了这项研究的一个课题。该简化模型有一个联动装置,这个联动装置由“真空泵+缓冲罐” ,一个圆柱形的集装箱(包括开枪套,空穴和排气渠道)组成。在不同体积的模型下对腔内压力和抽气时间的理论分析,设计了一个高真空压铸辅助系统。该系统由一个真空控制机和一个真空截止阀组成;它有人机控制模式“可编程逻辑控制器(PLC)+触摸屏”和缓冲罐的真空度的实时监控功能和压铸模;这个真空截止阀同“压缩气体+活塞杆+迷宫槽”结构实现了真空排气功能的全过程;新系统上表现了巨大优势,以更快的速度清理压铸模具和 250 吨的压铸机通过测试油腔。当模腔压力小于 10 千帕的时可以在 0.8s 内达到,而且铸件的孔隙率大大下降。真空压铸理论和设备上的系统的研究为高真空压铸有很大的指导意义,并应用到其他高真空成型在相关的理论和实践研究。关键词:真空压铸;泵抽模型;高真空;真空截止阀;辅助系统1.引言高真空压铸技术是一种特殊的压铸工艺,获得这项技术期间,须有一个腔内压力小于 10 千帕,这项技术可以减少或消除在压铸件孔隙率,空气携带量每100 克仅 1-3 毫升,获得的铸件可进一步处理,如热处理,焊接等 1-2。高真空压铸技术的关键是设计一个高灵敏度的真空抽气系统,建立一个抽水工序的建模比较困难,一些学者研究了理论模型或实际应用。BAR-MEIR 等人 3-4,研究了压铸空气排风和抽真空过程的物理模拟,他们认为在压铸过程中排气面积一个关键性因素;当有效的排气阀排气面积小于临界区时,排气不够,液态金属中有大量的气体;当有效的排气面积较大时,容易溢出液态金属。NOURI-BORUJE-RDI 等人 5,为注入过程中模具腔内残留的空气建立一个瞬态模型,他们认为熔融金属的粘度、温度、注入速度和摩黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 翻 译 ) 第 2 页擦系数的影响,从而提高在这一领域的数值模拟计算方法。HERNANDEZ 等人6,改良了 BAR-MEIR 等人的模型,并考虑到抽真空过程中摩擦和气流变化等不稳定因素,这种改进的物理模型是适合于常规压铸和真空压铸,有许多压铸排风和真空压铸抽气的其他研究,但大多停留在理论层面,大多为排气过程的数值模拟。中国清华大学的 HU 等人 7-8进行了理论计算和实验研究直接的抽真空腔压力下降,他们比较了理论曲线与实测曲线模腔压力,只有当抽真空超过 2.5 秒的时间,可以得到一个理想的腔真空压力小于 10 千帕;中国华中科技大学的WAN 等人 1-2,9,自主研发一种与高真空压铸最小填充时间的方法相关技术,他们设计了一个辅助系统,有一个缓冲罐通过液态金属流动的影响来控制机械阀的关闭。在一秒内,这个系统可以减少腔内压力到 10 千帕。根据目前的文献,很少研究提供真空压铸与缓冲罐系统的完善的理论分析和实际的设计。本文是一个缓冲罐进行高真空抽气系统模型的理论研究和计算分析,研究模腔压力和抽时间之间的关系,并开发满足高真空实验要求高真空压铸的辅助系统。2.缓冲罐泵送系统的理论模型缓冲罐抽真空计划如图 1 所示,一个大的缓冲罐,作为真空源,添加抽出真空泵和模具腔内之间的气体,气体在缓冲罐真空泵不断抽出。图 1、缓冲罐抽真空系统的方案空气通风的理论计算模型如图 2 所示,它是针对上述方案给出了一个高真空排气理论计算的简化模型,M in是在管道入口马赫数,M out是在管道出口马赫数,m(t)是模具型腔中的气体摩尔数。黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 翻 译 ) 第 3 页图 2 空气通风的理论计算模型在这种模型下,未填充的的压铸储筒、流道和和模具型腔相结合,看作一个圆柱形的容器(叫做气缸) 3。气体通过管道排放到缓冲罐,管道是气流的主要阻力,关于这个模型作出以下假设理论计算:(1)所有的气体都是理想气体。(2)排气阶段时间很短,气体温度为 300K,不考虑气体的传热。(3)排气过程中忽略气体的泄漏。(4)和气体管道相比,真空管的体积很小,因此可以忽略不计。根据高真空压铸排气过程建立的模型,下面的公式可以建立腔内气体压力和抽气时间的关系。在计算中,M in和 Mout管的入口和出口,可以通过求解方程(1)-(3) 3-4,10如下:4=4-4 (1) 4=1-22+1 ln (+1)22(1+-122) (2) ()0()=(1+-122)-11+-1221+-122+1-1 (3) 在时间间隔内 t,从气缸排放出去的气体质量 m 可以得到公式(4) 5-6:=0()12(1+-122)-(+1)2(-1) (4) 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 翻 译 ) 第 4 页腔内压力 PO(t)和 Pv(t)可以通过( 5) (6)式得到,分别为:()=()-4 (5)()=()+2 (6)气体管道直径 20 毫米,长度 3 米,缓冲罐是选择 150 升和选用 8 升/秒的抽速,缓冲罐有一个初始压力为 0.8 千帕。气缸体积(压铸储筒、流道和模腔)采用 0.5 升、1.0 升和 1.5 升计算,计算结果如图 3 所示,当 V1=1.5 升,只需要 0.73s 模具型腔的压力就可以抽减到9.885 千帕,并且仅用 0.83s 达到最低压力 8.974 千帕,图 3 模腔压力和时间之间的关系曲线。上述理论模型的计算公式是不考虑不断用真空泵排空真空罐的情况下成立,抽水缓冲罐调用的时间估计由式(7) , (8) 11:=2.3 (7)=1+2 (8)其中 t 是抽气时间,S p是名义抽取速度,V 为抽取容器的体积,V 1为缓冲罐的体积,V 2是抽气管的体积,p 是抽取容器的压力,无因次数 Kq 是修正系数,在这里取 111。缓冲罐压力抽到 0.8kPa 时间缩短,计算公式如下黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 翻 译 ) 第 5 页=2.32.31.25150+9.48 100000800063 (9)金属溶液灌装前,型腔不一定为真空,需要等待一段时间预抽真空罐。3.设计和实现一个高真空辅助系统根据上述理论模型,高真空压铸辅助系统的设计核心部件是控制系统的设计、真空阀和气动系统,设计和实现过程将在以下简要介绍:3.1 控制系统的设计与实现控制系统采用工业控制模式“可编程逻辑控制器+触摸屏” ,它可以进行实时监控真空泵、各种电磁阀、缓冲罐、真空阀门、模具型腔。原理图和对象的控制系统如图 4 所示,给出了控制系统的原理图和照片,控制系统的操作界面如图 5 所示,给出了操作界面。(a )控制系统原理图 (b)控制系统对象1、2 可编程控制器;3 触摸屏;4、5 电磁阀;6 压力变送器;7 压力调节阀;图 4 原理图和对象的控制系统黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 翻 译 ) 第 6 页(a)人机交互主界面 (b) 参数设置界面(c) 手动调试接口图 5.控制系统的操作界面3.2 真空阀和气动控制的设计为了达到最好的真空压铸效果,它必须得到保证模具型腔的高真空度可以维持到完全充满金属液态腔,灌装结束抽真空通道应立即关闭。因此,真空阀门的工作模式是实现这一过程的关键。从现有的真空阀开发出各种结构的真空阀 12-19,一个模式的“压缩气体+活塞杆+迷宫槽”最初创建和惯性影响金属液是用来关闭排气通道,其反应时间只有 1.5 毫秒,因此,全过程的真空排气压黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 翻 译 ) 第 7 页铸才能实现压铸。最后,真空阀自动复位实现压缩气体的援助;真空阀的结构和如图 6 所示是真空阀的结构和照片,真空阀也可以由压缩空气控制;真空阀的气动控制电路图如图 7 所示是真空阀门气动控制电路图。(a)真空阀模块的内部结构 (b)真空阀的外部配置和照片图 6 真空阀的结构和照片1、5 两位两通先导式电磁阀;2、6 三位两通先导式电磁阀;3 三位两通直动式电磁阀;4 两位两通直动式电磁阀;7、8 压力调节阀;9、压力变送器;10、过滤器;图 7、真空阀的气动控制电路图4 抽高真空辅助系统验证和分析4.1 实验设备和方法ADCl2 合金被用作试验材料和真空压铸模具设计汽车的一部分,其质量为1.04 公斤,包含铸造本身,浇铸系统和通风系统。黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 翻 译 ) 第 8 页安装在模具上的真空阀门图 8(a)所示,先进真空阀和模具安装在压铸机,真空压铸棒如图 8(b)所示显示了本系统生产的棒。(a)安装在模具上的真空阀门 (b)真空压铸棒图 8.真空压铸实验 一定数额的 ADC12 被融化在 953 K,吹入氩气精炼 15 分钟,并且保持 10分钟保温铸造,所有电热棒加热模具预热到温度 523K,缓冲罐的真空压力设定到 1 千帕。测量和理论计算结果如图 9 所示,随着时间变化腔的真空度变化,在实验过程中通过理论计算和其他测量得到一条曲线,两条曲线有相同的压力下降趋势的区域。图 9 测量和理论计算结果4.2 观察孔隙铸件黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 翻 译 ) 第 9 页铝合金压铸件的致命缺陷是孔隙,通过抽样 X-射线检查未经热处理的连接部分棒,表明由传统的压铸生产的铸件的孔隙率是 100。通过高真空压铸的铸件气孔分布广泛几乎没有气孔,传统和真空压铸模生产铸件的 X 射线图片如图 10 所示典型的气孔分布。同步注入真空系统的全过程,实现了全过程的排气,并在最大程度上满足低孔隙度的要求。(a)传统的压铸产品 (b)铸件生产系统图 10 传统和真空压铸模生产铸件的 X 射线图片5.结论(1)缓冲罐在高真空压铸型腔排气过程的计算和分析,依据选择具体参数开发的高真空压铸的铸造辅助系统,不同体积腔通风的理论曲线的绘制。结果表明,铝铸件小于 4 公斤,腔压力可在 0.8 秒内下降到 10 千帕,理论上使用的一个 150L 的缓冲罐抽真空。到一定程度,它反映了真空腔压力变化趋向。(2)上述计算和分析的基础上,开发高真空压铸辅助系统,该系统具有触摸控制界面的简单性和响应速度快的优势,并且机械真空阀门调用实现在真空排气的全过程的响应时间只有 1.5 毫秒。(3)高真空压铸辅助系统已被用于试验生产 ADCl2 合金棒材,和传统的压铸技术相比孔隙度显著降低。(4)真空压铸理论和设备上的系统研究为高真空压铸的研究具有十分重要的指导意义,也可以适用于其他高真空,如真空注射成型。6.参考文献l 赵芸芸,万里,潘欢等.高真空压铸用真空截止阀及真空系统的设计和应用C/第 12 届黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 翻 译 ) 第 10 页全国特种铸造及有色合金的年度会议,中国福州,7.26-31.2008:451454.2 赵芸芸 ,万里 ,潘欢等.铝合金真空压铸辅助系统研制J.种铸造及有色合金,2008,28( 11):858861.3 BAR-MEIRG,ECKERTERG,GOLDSTEINRJAir venting in pressure die castingJJ Fluids Eng,1997,119(2):473 -4764 BAR-MEIR G,ECKERT E R G,GOLDSTEIN RJA model of vacuum pumpingJASME J Sci Eng ,1996,118( 2):259-2655 NOURI-BORUJERDI A,GOLDAK J AModeling of air venting in pressure die casting processJASME J.Manuf .Sci Eng,2004,126( 3):577-581 毕业设计文献翻译院 ( 系 ) 名 称 工 学 院 机 械 系专 业 名 称 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化学 生 姓 名 牛 念 念指 导 教 师 闫 存 富2012 年 03 月 10 日黄河科技学院本 科 毕 业 设 计 任 务 书工 学院 机械 系 机械设计制造及其自动化 专业 08 级 3 班学 号 080105645 学生 牛念念 指 导 教 师 闫 存 富 毕业设计题目27003600 格子板型球磨机传动系统设计 毕业设计工作内容与基本要求(目标、任务、途径、方法,应掌握的原始资料(数据) 、参考资料(文献)以及设计技术要求、注意事项等)一、设计技术要求、原始资料(数据) 、参考资料(文献) 1、设计要求:主要是球磨机传动系统的结构设计,以结构设计和关键零部件设计为主线,以理论计算及计算机辅助设计为辅的综合性题目。2、参考文献:矿山机械,机械设计,金属工艺学及热处理、机械设计手册、机械工程手册等资料。 二、设计目标与任务 1、查阅文献资料不少于 12 篇,其中外文资料不少于 2 篇;编写文献综述。2、翻译外文科技资料,不少于 3000 字。3. 完成开题报告。4、完成系统总体结构设计,绘制装配图、部件图和零件图,折合 A1 图纸 3张以上。5、编写设计说明书,不少于 8000 汉字。 三、时间安排13 周 完成开题报告、文献翻译、文献综述等411 周 完成总体设计、撰写说明书等1213 周 修改论文、资格审查等14 周 毕业答辩毕业设计(论文)时间: 2011 年 12 月 15 日至 2012 年 4 月 30 日计 划 答 辩 时 间: 2012 年 5 月 19 日专业(教研室)审批意见:审批人签名:单位代码 0 2 学 号 080105645 分 类 号 TD 密 级 秘密 毕 业 设 计 说 明 书27003600 格子板型球磨机传动系统设计院 ( 系 ) 名 称 工 学 院 机 械 系专 业 名 称 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化学 生 姓 名 牛 念 念指 导 教 师 闫 存 富2012 年 5 月 15 日黄河科技学院毕业设计(论文)开题报告表课题名称 27003600 格子板型球磨机传动系统设计课题来源 教师拟订 课题类型 AX 指导教师 闫存富学生姓名 牛念念 专 业 机械设计制造及其自动化 学 号 080105645一、调研资料的准备根据任务书的要求,在做本课题前,查阅了与课题相关的资料有:机械制图、矿山机械、金属工艺学及热处理、机械设计手册、机械工程手册与毕业设计指导等以及与设计相关的手册。二、设计的目的与要求 1、设计要求:主要是传动系统整体的结构设计,以结构设计和关键零部件设计为主线,以理论计算及计算机辅助设计为辅的综合性题目。2、原始资料:(1)电机采用 TDM400-32,转速和功率分别为 187r/min、400kw; (2)转筒转速:21.6 r/min ;(3)装球量为 39t; (4)产量为 12-70t/h;(5)机重为 91.3t。三、设计的思路与预期成果 1、设计思路球磨机传动系统设计,主要是整体的结构设计及优化以及方案设计和关键零部件优化设计为主线,以经济使用、造型美观、节能先进为目标。本题目源于科研,以结构设计为主,理论计算及计算机辅助设计为辅的综合性题目。工作内容:1)确定方案 2)设计、计算主要零部件 3)绘制总装配图和部分零件图 5)编制设计计算说明书。2、预期的成果(1)完成文献综述一篇,不少与 3000 字,与专业相关的英文翻译一篇,不少于 3000 字(2)完成内容与字数都不少于规定量的毕业设计说明书一份(3)绘制装配图,部分零件图(4)刻录包含本次设计的所有内容的光盘一张四、任务完成的阶段内容及时间安排1 周2 周 收集设计资料并完成开题报告3 周4 周 完成英文资料翻译并写出文献综述5 周6 周 进行总体设计和部分零部件的选择与设计7 周10 周 绘制装配图和部分零件图、编写毕业设计说明书11 周 修改整理,准备答辩五、完成设计(论文)所具备的条件因素本人已修完机械制图、矿山机械、金属工艺学及热处理、机械设计手册、机械工程手册与毕业设计指导等课程,借助图书馆的相关文献资料,以及相关的网络等资源。指导教师签名: 日期: 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 I 页27003600格子板型球磨机传动系统设计摘要球磨机是通过圆筒内的钢球在材料之上作用来碾磨材料的,是一种能有效的碾磨多种材料的工具。其被广泛地应用于建材、化工、矿山等行业。球磨机的能量利用率很低,这和物料在磨内分布情况有极大的关系。越靠近筒体的外层运动轨迹,研磨作用越大。而磨机实际生产时,物料进入筒体就直接落入内层,内层的物料要经过较长时间才能进入外层充分碾磨,从而损失了大量能量。本文作者完成的设计主要包括根据一些原始数据,结合实际条件和情况对球磨机一些参数进行拟定,再根据拟定的参数,进行传动方案的比较,确定传动方案。然后计算各传动副的传动比及齿轮齿数,再估算齿轮的模数和各轴的轴径,并对齿轮和轴的强度、刚度进行校核。关键词:球磨机,传动系统,设计黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 II 页The Design of 27003600 Grid board type Ball Mill Driving System Author:Niu NiannianTutor:Yan CunfuAbstractBall mill winch grinds material by rotating a cylinder with steel grinding balls, is an efficient tool for grinding many materials into fine powder. It is widely used in building material, chemical industry, etc. The ball mill energy use factor is low, the distribution situation has the enormous relations with the material in grinding. Therefore discovered more approached the grinding machine outer layer, the abrasive action is bigger. When grinding machine actual production, the materials entered the mill to fall directly the inner layer, the process dynamics analysis, the inner layer material had to through the long time to enter the outer layer, reduced the production efficiency greatly.The design that the author of this text finished includes according to some initial data mainly. Combine actual condition and situation draft to some parameters of ball mill, and then according to the parameter drafted. Carry on the comparison of the transmission scheme, confirm the transmission scheme. It then cant calculate every transmission transmission of the packs than and gear wheel tooth count, estimate modulus and the every axle foot-paths of axle of gear wheel more, And check the intensity, rigidity of gear wheel and axle . Key Words:Ball mill,driving system,design 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 III 页目录1 绪论 .11.1 研究的目的和意义 .11.2 国内外研究现状 .11.3 球磨机的分类及性能 .21.3.1 球磨机的种类 .21.3.2 球磨机的优缺点 .41.4 本课题的研究内容 .52 总体方案拟定 .72.1 传动方案拟定 .72.2 选择小齿轮轴承类型 .82.3 选择小齿轮轴类型 .93 传动系统设计与计算 .103.1 计算传动装置的传动参数和动力参数 .103.2 传动件的设计及计算 .113.2.1 齿轮的设计 .113.3 齿轮轴的设计与校核 .143.3.1 齿轮轴材料的选择和最小直径计估算 .143.3.2 轴的结构设计 .153.3.3 按扭转和弯曲组合进行强度校核 .163.4 计算轴承寿命 .173.5 键的选用 .183.6 联轴器的选用 .18结论 .21致谢 .22参考文献 .23 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 1 页1 绪论1.1 研究的目的和意义球磨机是利用钢球作为磨矿介质进行磨矿的设备,其结构简单,性能稳定,破碎比大,既可湿磨又可干磨,可用于处理各种矿物原料,适应性强,易于实现自动化控制。所以球磨机是冶金、矿山、电力和建材等工业领域广泛用于破碎物料和制粉的关键设备。目前,小型球磨机应用于中小型企业,可其节约成本,使用和运输比较方便。从现在中国球磨机产业发展形式分析,球磨机规格存在大型化发展趋势。球磨机在粉磨过程中大部分能量消耗在物料之间的摩擦,研磨体与研磨体之间的冲击与摩擦,以及研磨体与物料之间的冲击与摩擦产生的热能、声能等方面。因此必须改善和提高粉磨操作,合理选择粉磨流程,改进粉碎机械,对于提高产品和质量,节约动力消耗,降低生产成本,对于达到优质、高产、低消耗具有重大意义。为了使物料合理地分布,对磨机进料部分进行改进。将旧式的直角下料溜改为内加螺旋叶的下料溜,使物料溜在螺旋叶的旋转下,物料顺畅强制进给。合理的选取进料点,使物料直接进入筒体外层。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。从而可以大大改进磨机的工作效率,节约能源。如今,球磨机的技术改进已经达到了相当高的水平,大大提高了工作效率,节约了成本,受广大从事矿山开采、冶金、建材制造等企业的青睐。通过本次设计,可提高学生的空间思维和设计计算能力,在设计中查阅大量相关资料和学习各种专业软件,可以拓展学生的知识面,充实专业知识,提高理论应用于实际的能力,为以为工作打下一定的基础。1.2 国内外研究现状碎磨工艺的研究是矿物加工工程技术中的重点之一。碎磨工艺是利用能量对矿石进行挤压、冲击和研磨,使矿石中有用矿物单体解理,利于下阶段进行选别的过程。破碎是利用机械能对矿石进行挤压使其碎裂解理,磨矿是利用冲击、研磨使矿石碎裂、剥蚀达到解理。根据破碎理论,采用破碎的方式达到某一粒度所消耗的能量小于采用磨矿的方式达到 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 2 页同一粒度所消耗的能量,这也是通常工程中所采用的“多碎少磨”方案的由来,这也仅是从能量的消耗上来考虑。工程建设上要考虑诸多因素,如流程的长短、环节的多少、岗位的多少、占地面积的大小、投资、运行成本、对环境的影响等,都要作为采用何种碎磨工艺的考虑因素。目前,大中型选矿厂的碎磨工艺中,球磨机是相当重要的碎磨设备。而近20 多年来发展最快的碎磨工艺是半自磨球磨工艺,近年来根据其特点,也得到了有选择的应用。球磨机是利用钢球作为磨矿介质进行磨矿的设备,也是最普遍、最通用的磨矿设备,近年来,随着矿山规模和半自磨机规格的增大,球磨机的规格也增加很快。 从目前看来,我国冶金矿山所用的碎磨设备与世界先进水平相比,一是差距大;二是难度大。差距和难度主要体现在设备制造水平和集成控制水平上。1.3 球磨机的分类及性能1.3.1 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:1、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。2、按筒体的形状分:(1)短筒形磨机:筒体长度与直径之比 L/D1.0 1.5(图 1.1 中 a、c) ,一般用于粗磨或一级磨。 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 3 页(2)长筒形磨机:筒体长度和直径之比 L/D1.5( 图 1.1 中 b、d),当 L/D 之值增加至 37 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。(3)圆锥形磨机。筒体仍为圆筒形,两端盖成圆锥形,其 L/D=0.251.0,如图 1.1中(c)所示。图 1.1 球磨机按筒体形状及卸料方式分类3、按卸料方式分(1)中心卸料。这种磨机出料口是在磨机中心轴孔,其中又分为:溢流式中心卸料:如图 1.1 中 a、c,这种磨机在粉磨时,磨内料面必须高出卸料口,而使物料溢流而出,工作时料球装的多,磨内结构简单,而操作不灵活,粉磨过程不宜调整。格子式卸料磨机:为克服上述缺陷在磨尾装有格子式提升板以帮助卸料,如图 1.1 中b,这类磨机在水泥厂最多。(2)周边卸料。这种磨机的卸料是在筒体的周壁,如图 1.1 中 d,实际上它相当于两台端部周边卸料磨机的合体,而使设备紧凑,材料省,单位动力产量高,为新的一种磨机,多用于有选粉机的圈流系统。4、按传动方式分 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 4 页(1)中心传动。由卸料端经空心轴直接与减速机出轴联接,由电动机带动,传动轴的中心与简体中心线一致(图 1.2.a) 。(2)边缘传动磨机。这种磨机的传动装置是将电动机的动力经过减速机后,传到与磨机筒体中心线相平行的传动轴上,在经过这根轴上的齿轮带动装在磨机筒体上的大齿轮,使磨机回转(图 1.2.b) 。(3)摩擦传动。仍属于边缘传动磨机,它是由安装在筒体上的轮带与主动轴上的拖轮相摩擦而传动(图 1.2.c)。a)(b(c)图 1.2 磨机按传动装置分类5、其他分类其他还可以按支承方式分为轴承支承与托锟支承,或两者混合支承等。按工艺和操作又分为干法磨和湿法磨,间歇磨和连续式磨,其中间歇磨多作为化验室的试验磨,工业生产都用大型连续式磨。1.3.2 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:1、优点 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 5 页(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。2、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 1525 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,大约每生产一吨水泥的钢铁消耗为 1 公斤左右。1.4 本课题的研究内容球磨机是一种应用在矿山、冶金、水泥及发电等行业的一种设备。本课题就是对这种设备的传动系统进行设计。根据设计的工艺结构特点,对其参数进行计算和优化。本次课题重点对球磨机齿轮传动系统进行设计,具体内容如下:1 确定传动方案; 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 6 页2 计算传动比;3 齿轮的计算与校核;4 轴的计算与校核;5 轴承的寿命计算;6 键的选择;7 联轴器的选择。本次格子型球模机与普通的球磨机有所不同。由于其结构特点,在磨的出料端设有格子板,可以强制排料,提高了排料的速度。由于格子型球磨机的结构特点,它的空心轴、轴承、滚筒、衬板等都与普通磨机有所区别。这要求我们在设计时,需要更熟练掌握磨机的相关知识,并对其进行改进和优化,以达到格子型的要求。然后对其电器控制进行设计,以达到控制方便的目的。 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 7 页2 总体方案拟定2.1 传动方案拟定传动装置是机器的主要部分。实践表明,机器的工作性能、结构尺寸、运转费用均和所选定的传动装置的性质、质量、设计布局的合理性有密切的关系。因此,合理拟定传动装置的传动方案具有重要意义。合理的传动方案应首先满足工作机的工作要求,这是拟定传动方案最基本的要求。满足这个要求可以有不同的机构类型、不同的传动顺、布局以及在保证传动比相同的前提下,用不同的分传动比来实现的多种方案,将各种传动方案加以分析比较,根据具体情况择优选用。合理的传动方案还要求结构简单、尺寸紧凑、加工方便、制造成本低、传动效率高、使用维护方便等。要同时满足这些要求是困难的,设计要视具体情况、分清主次,保证重点,并兼顾其他传动方案一般用运动简图表示。下图所示为球磨机传动的三种较普遍方式:方案一 同步电动机经过联轴器驱动小齿轮,经固定在球磨机筒体出料端的大齿圈带动筒体旋转,完成物料的粉磨工作,具有传动比恒定,结构紧凑,占地面积小,传动效率高,在机械维修方面较省力,采用同步电动机还有提高功率因数的作用,同步电动机直接带动磨机转动原理图如 2.1 所示:图 2.1 同步电动机直接带动磨机转动原理图方案二 皮带传动装置,同步电动机经过联轴器驱动皮带,带动齿轮,经固定在球磨机筒体出料端的大齿圈带动筒体旋转,完成物料的粉磨工作,一般公用在小型球磨机上传动,具有传动平稳、过载保护、占地面积较小、振动噪音小等特点,但它的传动效率较低。皮带传动装置原理图如 2.2 所示: 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 8 页图 2.2 皮带传动装置原理图方案三 同步电动机经过联轴器驱动变速箱,带动联轴器齿轮,经固定在球磨机筒体出料端的大齿圈带动筒体旋转,完成物料的粉磨工作,一般在大、中型磨机上,也有采用异步电动机通过减速机传动的,优点是传动可靠,结构紧凑,缺点是机械构造较复杂,制造维修费用较高。减速机传动装置原理图如 2.3 所示:图 2.3 减速机传动装置原理图综上所述,选择第一种方案结构紧凑维修简单、生产成本低、传动比恒定、结构紧凑、占地面积小、传动效率高等优点。2.2 选择小齿轮轴承类型主轴承的作用是支承磨机整个回转部分。它除了承受磨机本身,磨机体和物料的全部质量作用外,还要承受由于研磨体和物料的抛落而产生的冲击载荷。磨机操作是属重载低速工作。由于某些生产工艺的特点,有的磨机轴承温度较高,因此,对轴承结构要求较高。本次设计磨机主轴承采用滚动轴承。球磨机广泛应用于冶金、建材、矿山、电力等行业,其优点是坚固、破碎比大、物料适应性强。但球磨机能耗大,能量有效利用率仅有 2,且传统球磨机维护繁杂,费工费时。传统球磨机采用滑动轴瓦,摩擦阻力大,摩擦功耗约占球磨机常规配用电动机功率的 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 9 页1723,是传统球磨机能耗高的重要因素;如果改用滚动轴承代替轴瓦,主轴承的摩擦功耗能降低 90,从而达到节能目的。2.3 选择小齿轮轴类型方案一 齿轮轴一体传动方案,这种轴齿轮一体化结构从制造到使用都很不经济的。从机加工方面来看,毛坯锻造加工难度太,加工过程材料浪费太,轮齿加工不方便;同时热处理均匀性差。这些都间接提高了配件的供货成本,降低了配件的使用寿命。从使用角度看,球磨机传动齿轮的使用寿命一般的 6l2 个月,传动轴一般不发生事故性损坏就无需更换,而我矿的这台球磨机每次都是整体更换,造成了很大浪费。方案二 齿轮与轴独立,成本相对齿轮轴成本降低,另外齿轮可以换向使用。综上,选择方案二,把该球磨机轴齿轮设计成传动轴和齿轮两部分,对降低球磨机配件消耗具有很大意义。 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 10 页3 传动系统设计与计算磨机的传动,可以分为齿轮传动和无齿轮传动两大类。本次磨机设计采用边缘电动机传动。边缘传动是磨机的传动中最常用的方式之一,大多数中大型磨机都采用边缘传动,这种传动形式可以分为三角皮带边缘传动,低速电动机边缘传动,高速电动机边缘传动(带减速机) ,后两种又有边缘单传动和边缘双传动之分。其中三角皮带边缘传动已将逐步淘汰。高速电动机边缘传动是由高速电动机驱动减速机,再有小齿轮通过安装在磨机端部上的大齿轮带动筒体运转。原动机与工作机之间的中间装置为传动装置。机械传动装置的总体设计主要任务是分析和拟定传动方案;确定总传动比并合理分配传动比;计算传动装置的运动参数和动力参力参数。常用机械传动的单级传动比推荐值见表 3.1表 3.1 常用机械传动的单级传动比推荐值类型 平带传动 V 带传动圆柱齿轮传动 直齿圆锥齿轮传动 蜗杆传动 键传动推荐值 24 24 36 23 1040 25最大值 5 7 10 6 80 7电机采用 TDM400-32,转速为 187r/min、功率为 400kw; 转筒转速:21.6 r/min 3.1 计算传动装置的传动参数和动力参数1、轴转速的计算高速轴n1=n 电 =187r/min 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 11 页2、轴功率的计算高速轴P1=P0 =4000.990.99=392.04kw2联轴器的效率取 1=0.99,轴承的效率取 2=0.99,传动齿轮副的效率取 3=0.983、轴转矩的计算高速轴T1=9550P1/n1=9550392.04/187=20021.29Nm4、计算参数计算电动机、小齿轮轴、大齿轮轴的动力学参数如表 3.2 所示表 3.2 传动齿轮副动力学参数电动轴 小齿轮轴 大齿轮轴输入 392.04 380.36功率 P(kW)输出 400 388.12 376.55输入 20223.53 168910.1转矩 T(N m) 输出 20427.81 20021.29 167220.99转速 n(r/min) 187 187 21.72传动比 i 1 8.61效率 0.99 0.973.2 传动件的设计及计算3.2.1 齿轮的设计1、齿轮设计方案、精度等级、材料及齿数选定(1)齿轮方案选定:选择齿轮和轴分离,直齿轮。(2)球磨机为一般工作机器,选用 8 级精度(GB1009588) 。 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 12 页(3)材料的选择,选取择小齿轮材料为 35SiMn 调质,硬度为 HBS1= 229286,齿面淬火后硬度 HRC=4045.大齿圈材料 ZG310570,正火后硬度为 HBS2=169217。(4)选小齿轮齿数 z1=23,大齿轮的齿数 z2=238.61=198.03,取 z2=198。2、齿轮几何尺寸的计算查机械手册得知,齿轮模数 m=20(1)计算分度圆直径d = Z m=2320=460mm1d = Z m=19820=3960mm2(2)计算中心距:a=( d + d )/2=(460+1960)/2=2210mm1(3)计算齿轮宽度b= d =1460mm=460mm取 B =450mm,B =460mm213、齿轮齿面接触强度查齿轮相关系数如表 3.3 所示表 3.3 齿轮相关系数小齿轮 大齿轮使用系数 KA 1.25 1.25动载系数 KV 1.35 1.35齿间载荷配系数 K 1.0 1.0齿向载分配系数 K 1.05 1.05齿形系数 YF 2.45 2.05应力修正系数 YS 1.60 1.96齿宽系数 ad 1.0 0.11 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 13 页重合度系数 0.678 0.678载荷系数 K 1.77 1.77根据工作情况取相关系数如下SHmin1=SHmin2=1.0 Hmin1=770MPa Hmin2=350MP ZN1=1.1 ZN2=1.5 由式(3.1)minNHli1/S齿面许用接触应力为 MPa8471MPa52H小齿轮的接触应力 1 和大齿轮的接触应力 2 相等,故只校核小齿轮的齿面疲劳强度为(3.2)ubdKTZHE12式中各参考取值:弹性参数 ,节点区域系数 ,重合度系数Pa9.185.2ZH,载荷系数 ,转矩 ,传动比 ,齿宽678.0Ze.KmN53.0618ub=460mm,小齿轮分度圆直径 d=460mm。 H1HMa26.7齿面接触应力小于许用接触应力,即齿面接触疲劳强度符合要求。4 齿轮齿根弯曲强度 由以上数据带入公式(3.3)YmbdKT2SaF1F得小齿轮齿根弯曲疲劳强度 MPa53.47F1大齿轮齿根弯曲疲劳强度 82齿根许用应力为 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 14 页(3.4)FminXNlFSY取 ,MPa501Flim, , , , ,得42li 1XY95.0N98.02N25.1minF小齿轮许用弯曲应力为 MPa3.471F大齿轮的许用弯曲应力为 1.8.352F通过对齿轮弯曲疲劳强度计算,齿轮弯曲疲劳强度满足要求。3.3 齿轮轴的设计与校核3.3.1 齿轮轴材料的选择和最小直径计估算根据工作条件,初选轴的材料为 45 钢(调质) ,按扭转强度法进行最小直径估算,即d =A0 初算轴径时,若最小直径段开有键槽,还要考虑键槽对轴强度的影响,当该min31p轴段截面上有一个键槽时,d 增大 5%-7%,两个键槽时,d 增大 10%-15%,A 0值由所引用教材 15-3 确定 1:齿轮轴 A0=109齿轮轴 dmin= A0 =110 =139.5mm3np318704.92输出轴的最小直径显然是安装联轴器处的轴的直径 d- 。为了使所选的轴的直径 d- 与联轴器的孔径相适应,需同时选取联轴器型号 1。联轴器的计算转矩 ,查机械设计表 14-1,取 KA=1.3,则:1AcaKT mN106.29.2013. 4按照计算转矩 Tca应小于联轴器公称转矩的条件,查手册,选用 LX10 型弹性柱销联轴器,其公称转矩为 35500Nm。联轴器的孔径 d- =140mm,故取 d- =140mm,半联轴器长度 L=252,半联轴器与轴配合和毂孔长度 L1=202mm。 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 15 页轴的结构示意图如图 3.1 所示图 3.1 轴的结构图3.3.2 轴的结构设计1、各轴段直径的确定d- :最小直径,滚动轴承处轴段。d - =dmin=140mm;d- :轴段考虑联轴器的定位,按标准系列尺寸取 d2=150mm;d- :轴段安装轴承,为便于装拆应取 d- d- ,且与轴承内径标准系列相符,故取 d- =160mm.取 6332 型轴承 dDB=16034068;d- :轴段安装齿轮,此直径尽可能采用标准系列值,故取 d- =180mm;d- :轴段为轴环,考虑齿轮定位和固定,取 d- =200mm;d- :轴段考虑到左面轴承的拆卸,查表取 d- =172mm;d- :轴段取与轴段 d- 同样的直径,取 d- =160mm;2、确定轴的各段长度确定轴的各段长度,第段,查阅联轴器参数取 L =200mm;第段,参照工作要求L =276mm;为保证齿轮端面与箱体内壁不相碰及轴承拆卸方便,齿轮端面与箱体内壁间留有一定间隙,取两者间距为 50mm。为保证轴承含在箱体轴承孔中,并考虑轴承的润滑,取轴承端面距箱体内壁距离为 4mm。第段,L =4+50+4+68+100=226mm;L +L =54mm;第 段,齿轮齿宽宽度为 460mm,为保证 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 16 页齿轮固定可靠,轴段的长度应小于齿轮轮毂宽度 4mm,取 L =456mm。第段,根据轴承宽度 B=68mm, L =68mm。所以轴的总长度 L=200+276+226+456+54+68=1280mm3.3.3 按扭转和弯曲组合进行强度校核1、绘制轴的受力图,如图 3.2 所示图 3.2 轴的应力图2、求垂直平面内的支反力及弯距F = = =87049 NtdT146019.3 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 17 页N3168tanFr(1)求轴承上的支反力水平面内:F =F =87049/2=43524.5NHAB垂直面内:F =F =31683/2=15841.5NV(2)计算截面 C 处参数截面 C 处的 MH、M V及 M 的值如表 3.4 所示表 3.4 截面 C 处的 MH、MV 及 M 的值载荷 水平面 H 垂直面 V支反力 F F = 43524.5N AF =43524.5NHBF = 15841.5NAF =15841.5NVB弯矩 M m1384079N mN50379总弯矩 2148.M2VH扭矩 T T=20021290Nmm3、按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时,通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度。根据机械设计公式及上表中的数据,以及轴单向旋转,扭转切应力为脉动循环变应力,取 0.6,轴的计算应力 Mpa5.32180.29614729WTM3222ca 查机械设计表 1151 得,45 钢调质处理后, 。因此 ,故安全。pa-ca1-3.4 计算轴承寿命1、计算当量动载荷 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 18 页综上所述,查机械设计手册得 6332 轴承基本额定静载荷 C0r=313KN,基本额定动载荷Cr=340KN。因为轴承不受轴向力,计算轴承 A、 B 当量载荷为 N8.46317FP2VHABB2、轴承寿命 因为 PA=PB,故只需要校核其中一个轴承,轴承在 100以下工作, hPCn3528.461730601L3h 3.5 键的选用 键是一种标准零件,通常用来实现轴与轮毂之间的周向固定以传递转矩,有的还能实现轴上零件的轴向固定或轴向滑动的导向。键联接的主要类型 :平键联接,半圆键联接,楔键联接和切向键联接。结构如图 3.3 所示图 3.3 键的尺寸查机械设计手册尺寸如下所示根据 d =80mm 选择 bhL=3620150 的键。根据 d =110mm 选据 bhL=4022300 的键。3.6 联轴器的选用按联轴器性能可分为刚性联轴器和挠性联轴器。 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 19 页1刚性联轴器刚性联轴器具有结构简单、制造容易、不需维护、成本低等特点,用于联接同心度要求很高的两轴,不适应两轴之间的不对中。适用于转速不高、载荷平稳的场合,泵系统中应用很少。2挠性联轴器挠性联轴器分为无弹性元件挠性联轴器、金属弹性元件挠性联轴器和非金属弹性元件挠性联轴器三种。泵系统中常用的是弹性套柱销联轴器、梅花形弹性联轴器、弹性柱销联轴器和膜片联轴器,前三种属于非金属弹性元件挠性联轴器,第四种属于金属弹性元件挠性联轴器。(1)弹性套柱销联轴器 弹性套柱销联轴器是柱销与两半联轴器的凸缘相联,柱销的一端以圆锥面和螺母与半联轴器的销孔配合,另一端带有弹性套,安装在另外一个半联轴器的销孔中,由于弹性套的变形量较小,所以这种联轴器的减振和缓冲能力不大,补偿两轴间的相对位移量较小。弹性套通常用橡胶制成,柱销常用 35 号钢制造,半联轴器一般用 HT200 制成,有时也采用 35 钢或 ZG270-500 材料。弹性套柱销联轴器具有结构简单、安装方便、尺寸小、重量轻等优点,但弹性套易磨损,寿命较短。适用于冲击载荷不大,电动机驱动的中小功率传动。(2)梅花形弹性联轴器是把梅花形弹性元件置于两半联轴器凸爪间,实现弹性联接,如图 52 所示。它的弹性元件类似梅花,因此而得名。梅花形弹性元件通常用聚氨酯橡胶制成,它有高弹性和耐磨性、耐冲击、耐油性,也可用 MC 尼龙 6 或丁腈橡胶制成。梅花形弹性联轴器具有体积小、结构简单、制造容易、工作可靠、不需维护等优点。主要适用于减振、缓冲和补偿要求不高的中小功率场合。产品都采用梅花形弹性联轴器。(3)弹性柱销联轴器是用若干非金属材料制成的柱销安装在两半联轴器凸缘的孔中,实现两半联轴器的联接。柱销与柱销孔为间隙配合,柱销富有弹性,因而具有较好的缓冲和补偿两轴相对位移的性能,柱销一般做成鼓形,材料主要用尼龙制成。 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 20 页弹性柱销联轴器具有结构简单、制造容易、装拆方便、不需润滑、具有较好的耐磨性等,适应于轴向窜动量较大、正反转变化较多、及起动频繁的场合。联轴器是机械传动中常用的部件。它主要用来把两轴联接在一起,机器运轴时两轴不能分离;只有在机器停车并将联接拆开后,两轴才能分离。根据传递补载荷的大小,轴转速的高低,被联接两部件的安装精度等,参考各类联轴器特性,选择一种合用的联轴器类型。具体选择时可考虑以下几点:所需传递的转矩大小和性质以及对缓冲减振功能的要求。联轴器的工作转速高低和引起的离心力大小。1、 两轴相对位移的大小和方向。2、 联轴器的可靠性和工作环境。3、 联轴器的制造、安装、维护和成本。根据以上轴径、扭矩大小和各类联轴器的优点,选择用 LX10 型弹性柱销联轴器。 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 21 页结论此次毕业设计是我们从大学毕业生走向未来工程师重要的一步。从最初的选题,开题到计算、绘图直到完成设计。其间,查找资料,老师指导,与同学交流,反复修改图纸,每一个过程都是对自己能力的一次检验和充实。通过这次实践,我了解了球磨机的用途及工作原理,熟悉了球磨机传动系统的设计步骤,锻炼了工程设计实践能力,培养了自己独立设计能力。此次毕业设计是对我专业知识和专业基础知识一次实际检验和巩固,同时也是走向工作岗位前的一次热身。毕业设计收获很多,比如学会了查找相关资料相关标准,分析数据,提高了自己的绘图能力,懂得了许多经验公式的获得是前人不懈努力的结果。同时,仍有很多课题需要后辈去努力去完善。但是毕业设计也暴露出自己专业基础的很多不足之处。比如缺乏综合应用专业知识的能力,对材料的不了解,等等。这次实践是对自己大学四年所学的一次大检阅,使我明白自己知识还很浅薄,虽然马上要毕业了,但是自己的求学之路还很长,以后更应该在工作中学习,努力使自己成为一个对社会有所贡献的人,为中国机械工业添上自己的微薄之力。 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 22 页致谢首先,感谢我的指导老师闫存富老师,他在这半学期的毕业设计期间,给我们许多意见和建议,引导我们如何完成一篇毕业设计,在我们遇到困难的时候,能够及时帮我们解决。能引导我们将理论知识运用于实践中,并给我们讲解在实践中可能遇到的问题几该如何解决此问题,有助于我们对理论的进一步巩固与运用。在这一期间,让我们体会到团队精神的重要性,我也感谢我的同组人员给予我的帮助。在此期间不断关心,照顾我,祝他们在以后的工作、生活中天天开心、快乐。最后感谢我们 08 机电的所有同学,谢谢他们四年以来对我的关心和帮助,希望我们08 机电的所有同学在将来的日子里能够蒸蒸日上,工作顺心。同时感谢母校所有老师们这几年来对我们的栽培和付出,祝每位老师平安。谢谢! 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 23 页参考文献1 濮良贵,纪名刚.机械设计M.第 8 版.北京:高等教育出版社,2006.52 邱宣怀.机械设计M .北京:高等教育出版社,2003.83 吴宗译,罗圣国.机械设计课程设计指导书M.第 3 版.北京:高等教育出版社,2006.54 黄建龙,闫存富,球磨机齿轮传动失效形式分析及改进措施J.矿山机械,2007.105 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