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第43頁
遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計
φ3.6×6.0m溢流型球磨機設計
摘要
在選礦生產(chǎn)中，磨機作業(yè)已成為越來越重要的工序，球磨機設備的設計也因此成為冶金企業(yè)和設計院的一個重要方向。球磨機是利用滾動鋼球對礦石物料的研磨作用而設計的。本文在結合生產(chǎn)需要，參考了中信重型機械公司生產(chǎn)的φ3.6×6.0m溢流型球磨機和許多機械設計資料的基礎上，設計出了φ3.6×6.0m型溢流型球磨機。本設計根據(jù)最大的生產(chǎn)率，選擇了同步電機、聯(lián)軸器以及氣動離合器、慢速驅動裝置等部件，并且設計了齒輪傳動、動靜壓軸承、筒體等主要零部件。為使研磨后的物料能夠方便運出，中間增加了延伸軸裝置，為便于安裝與維修，增加了頂起裝置，同時,對鍵、調心滾子軸承、重要的連接螺栓等零件進行了校核，對力能參數(shù)進行了計算，從而確定了球磨機的力能參數(shù)。最后對球磨機的安裝、使用、維護等方面做了相當?shù)慕榻B。本次設計出的球磨機結構合理、成本低廉、且便于安裝和維護。
關鍵詞： 球磨機；齒輪傳動；力能參數(shù)
The Design of φ3.6 × 6.0m
Overflow Ball Mill
Abstract
In ore-dressing production, mill operations have became an increasingly important process, the design of ball mill equipment becomes an important direction in metallurgical enterprises and designing institutes.They use the rolling steel balls to grind the ore materials . In this paper, combining with the production require,after referencing to the production of CITIC Heavy Machinery Company of φ3.6 × 6.0m overflow ball mill and a number of mechanical design information, designing out the φ3.6 × 6.0m overflow ball mill .Based on the maximum productivity, making choice of the synchronous motor, shaft coupling, pneumatic clutch as well as creep hoist unit and other parts, and then designing out the gear drive system, static and dynamic pressure bearings, cylinder and other major components. In order to make the materials out easily after grinding fine, increasing an outtrigger shaft in the middle transmission system, for an ease work of installation and maintenance, adding an top starting device .At the same time, checking of the keys ，self-aligning roller bearings,important coupling bolts and other important parts .With calculating the parameters of force and energy, determining the parameters of force and energy of the ball mill. Finally, having done a considerable introductions on the installation, use, maintenance, etc.This type ball mill with a rational structure , low-cost and easy to install and maintain.
Keyword: ball milling；gear driving；force and energy parameters
目錄
摘要 I
Abstract II
1 緒 論 1
1.1 畢業(yè)設計的選題背景及目的 1
1.1.1 畢業(yè)設計的選題背景 1
1.1.2 畢業(yè)設計的目的 1
1.2 磨礦機技術的發(fā)展 2
2 球磨機系統(tǒng)方案的確定 4
2.1 球磨機的分類及特點 4
2.1.1磨機的分類及特點 4
2.1.2 球磨機的結構及特點 5
2.2 球磨機的工作原理 7
2.3 球磨機設計的內容 8
3 球磨機的傳動設計 9
3.1原始數(shù)據(jù) 9
3.2 電機的選擇 9
3.2.1 主電機的功率計算 9
3.2.2. 電動機的選擇 10
3.3 傳動軸上的動力參數(shù)計算 10
3.4 齒輪傳動設計 11
3.4.1 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) 11
3.3.2 按齒面接觸強度設計 11
3.3.3 按齒根彎曲強度校核 14
3.5齒輪設計 16
4 軸的設計與校核 17
4.1電機伸出軸的結構設計 17
4.2 延伸軸的結構設計 17
4.3 齒輪軸的結構設計與校核 18
4.3.1 齒輪軸的結構設計 18
4.3.2 齒輪軸的強度校核 19
4.3.3 齒輪軸的彎曲剛度校核 22
4.3.4 齒輪軸的扭轉剛度校核 24
5 主要零部件的選擇與校核 25
5.1滾動軸承的選擇與校核 25
5.1.1 滾動軸承的概況 25
5.1.2滾動軸承類型的選擇 25
5.1.3 滾動軸承壽命校核 25
5.2 鍵的選擇與校核 27
5.2.1 鍵聯(lián)接的功能、分類、結構型及應用 27
5.2.2齒輪軸上鍵的選擇 28
5.2.3 齒輪軸上鍵的校核 28
5.3 空氣離合器的選擇與校核 28
5.4 聯(lián)軸器的選擇與校核 29
5.4.1 聯(lián)軸器的分類及特點 29
5.4.2 聯(lián)軸器的類型選擇 29
5.4.3 聯(lián)軸器載荷計算 29
5.4.3聯(lián)軸器型號選擇 29
5.5 慢速驅動裝置的設計 30
5.5.1計算電機功率 30
5.5.2 確定電機型號 30
5.6 筒體與法蘭連接螺栓的校核 30
5.7 滑動軸承的設計與校核 31
5.7.1滑動軸承的類型選擇 31
5.7.2 滑動軸承的校核 31
6 球磨機的安裝、操作、維修與潤滑 34
6.1球磨機的安裝 34
6.2 磨機的使用操作 34
6.2.1 啟動順序 34
6.2.2 停機順序 34
6.2.3 緊急停車 35
6.3 球磨機的維修 35
6.4 球磨機設備的潤滑 35
6.4.1 潤滑方法 35
6.4.2 潤滑劑的種類 36
6.4.3 齒輪傳動的潤滑 36
6.4.4 軸承的潤滑 37
6.5 球磨機設備的密封 37
7 經(jīng)濟性與可靠性分析 38
7.1設備的經(jīng)濟性分析 38
7.2 設備的可靠性 38
7.3 設備的有效度 38
結 束 語 40
致 謝 41
參 考 文 獻 42
1 緒 論
1.1 畢業(yè)設計的選題背景及目的
1.1.1 畢業(yè)設計的選題背景
磨礦作業(yè)是礦石破碎過程的繼續(xù)，是分選前準備作業(yè)的重要組成部分。磨礦作業(yè)不僅用于選礦工業(yè)，而且在建筑、化學和電力等工業(yè)部門中亦應用廣泛。
除處理某些砂礦以外的所有選礦廠，幾乎都有磨礦作業(yè)。在選礦工業(yè)中，當有用礦物在礦石中細粒嵌布時，為了能把脈石從礦石中除去，并把各種有用礦物相互分開，必須將礦石磨細至0.1～0.3mm，有時甚至磨細至0.05～0.074mm以下。磨礦細度與選礦指標有著密切的關系。在一定程度上，有用礦物的回收率隨著磨礦細度的減少而增加。因此，適當減小礦石的磨碎細度能提高有用礦物的回收率和產(chǎn)量。磨礦所消耗的動力占選礦廠動力的30%以上。因此，磨礦作業(yè)在選礦工藝流程中占有很重要的地位。
在潔凈煤技術領域，磨礦作業(yè)用于水煤漿、油煤漿、管輸煤漿、煤粉燃燒和煤系伴生礦物綜合利用等方面。在重介選煤廠中，磨礦作業(yè)用來制備重介質選煤所用的加重質。
用以磨礦的機械稱為磨礦機，種類很多，應用最廣的是圓筒形磨礦機。
在四年的機械專業(yè)學習中，我對選礦機械的理論和實際設計產(chǎn)生了濃厚的興趣，而磨礦機在選礦工藝中占有這么重要的地位，于是我選擇了溢流型球磨機設計這個題目。
1.1.2 畢業(yè)設計的目的
畢業(yè)設計是培養(yǎng)學生綜合運用本學科的基本理論、專業(yè)知識和基本技能，提高分析和解決實際問題的能力，是從事科學研究工作和專業(yè)工程技術工作的基本訓練。由于我選的是溢流型球磨機設計，希望通過該設計，熟悉冶金機械設備設計的全過程，深入理解力能參數(shù)計算基本理論，并能在各設計環(huán)節(jié)中準確應用，深入體會理論聯(lián)系實際。
通過畢業(yè)設計鞏固和發(fā)展四年來所學的專業(yè)基礎知識，學習設計一般機械設備的方法和步驟，并且熟練掌握設計的基本技能，如計算、繪圖、使用機械設計資料、手冊、標準和規(guī)范等。
1.2 磨礦機技術的發(fā)展
球磨機自1893年出現(xiàn)以來就一直運用于礦業(yè)、冶金、建材、化工及電力等行業(yè)的原料粉碎。球磨機已經(jīng)成為破磨工序中不可缺少的一部分，長遠來看，球磨機仍將是該行業(yè)的主要設備，其相關研究已經(jīng)受到高度重視，并取得了豐碩成果。新技術帶來新的動力，新的動力創(chuàng)造更好的價值。創(chuàng)新是一個行業(yè)發(fā)展的動力，球磨機技術也隨著各方面的發(fā)展而不斷創(chuàng)新。隨著技術的發(fā)展，各種新型球磨機也逐漸廣泛應用。
1、連續(xù)式球磨機
因具有產(chǎn)量大、研磨效率高、單位產(chǎn)品功耗低、占地面積小及生產(chǎn)管理費用低等優(yōu)點，連續(xù)式球磨機在國內外取得了廣泛的應用。意大利的Bologna陶瓷中心研發(fā)的陶瓷原料連續(xù)錐形球磨機近年來在我國陶瓷工業(yè)中得到一定得應用，它的優(yōu)點主要有：（1）節(jié)省了隔板及停機時間，使產(chǎn)量增加；（2）降低能耗。
2、行星球磨機
德國一家公司最近研制出一種新型行星式球磨機。該球磨機的特點是四只球磨罐被臥式安裝在一豎直平面放置的大盤上做行星運動。在運動過程中，球磨罐沒有固定的底面，罐內磨球和磨料在豎直平面內受到公轉離心力、自轉離心力和重力的共同作用。機器旋轉時，罐內各點所受力的大小與方向都在不斷變化，運動軌跡雜亂無章，這就使得磨球與磨料在高速運轉中相互之間猛烈碰撞、擠壓，大大提高了研磨效率和研磨效果。特別是球磨罐處于水平臥放方式，且由于自轉，沒有固定的底面，避免了一部分原料的結底現(xiàn)象。
Retsch公司最近展示了其最新的PM100行星磨。PM100行星磨的球磨罐容積從12毫升到500毫升，有六種不同的容積；在轉速增加到650rpm以后，樣品可連續(xù)球磨至微米級甚至更小。由于增加了振動補償。球磨機實現(xiàn)了自動工作。此外，PM100行星磨還具有方便的參數(shù)設置和控制屏、負載、能量輸入和參數(shù)記憶功能及外帶鎖。
3、攪拌球磨機
愛力許（Eirich）機械廠研制了一種新型的干濕兩用攪拌球磨機——馬斯（Maxx）磨機。該設備的優(yōu)點是能量分布好、單位能耗低、設備小但處理能力大、即使球裝的很密實也沒有堵塞的危險，可用于球磨很粗的顆粒，效果好、可靠性高、物料不受溫度壓力，沒有粉磨死角；同一臺磨機可用于干、濕研磨，可以實現(xiàn)自磨；干、濕的產(chǎn)品可不經(jīng)預先混合分別加入，且在筒壁和底上沒有物料層。
河南省榮陽市微粉設備廠成功研發(fā)了SBM系列立式攪拌球磨機。該機采用螺旋裝置，高耐磨聚氨酯襯里，對物料無污染、操作性能良好、粒度分布范圍窄、出料方便、能把多種物料均勻混合研磨、自動化程度高；在相同條件下，球磨效率是滾動麼、振動磨的10~20倍，經(jīng)實踐驗證，可替代同類型進口產(chǎn)品。
2 球磨機系統(tǒng)方案的確定
2.1 球磨機的分類及特點
2.1.1磨機的分類及特點
1、按筒體的長度與直徑之比分類
(1)短磨機? 長徑比在2以下時為短磨機。一般為單倉，用于粗磨或一級磨，也可將2-3臺球磨機串聯(lián)使用。
(2)中長磨機? 長徑比在3左右時為中長磨機。
(3)長磨機? 長徑比在4以上時為長磨機或稱管磨機。中長磨和長磨，其內部一般分成 2-4個倉。在水泥長中用得較多。
2、按筒內裝入的研磨介質形狀分類
(1) 球磨機? 磨機裝入的研磨介質主要是鋼球或鋼段。這種磨機使用最普遍。
(2) 棒磨機?? 磨內裝入直徑為50-100mm的鋼棒作研磨介質。棒磨機筒體長度與直徑之比一般為1.5-2。
(3)棒球磨機?? 這種磨機通常具有2-4個倉。在第一倉內裝入圓柱形鋼棒作為研磨介質，以后各倉則裝入鋼球或鋼段。棒球磨機的長徑比應在5左右為宜，棒倉長度與磨機有效直徑之比應在1.2-1.5之間，棒長比棒倉短100mm左右，以利于鋼棒平行排列，防止交叉和亂棒。
(4)礫石磨?? 磨內裝入的研磨介質為礫石、卵石、瓷球等。用花崗巖、瓷料做襯板。用于白色或彩色水泥以及陶瓷生產(chǎn)。
3、按卸料方式分類
(1)尾卸式磨機?? 欲磨物料由磨機的一端喂入，由另一端卸出，稱為尾卸式磨機。
(2)中卸式磨機?? 欲磨物料由磨機的兩端喂入，由磨機筒體中部卸出，稱為中卸式磨機。該類磨機相當于兩臺球磨機并聯(lián)使用，這樣設備緊湊，簡化流程。按尾卸式磨機的排料方式有格子排料、溢流排料、周邊排料和風力排料等多種類型。
4、按傳動方式分類
(1)中心傳動磨機?
電動機通過減速機帶動磨機卸料端空心軸而驅動磨體回轉。減速機的輸出軸與磨機的中心線在一條直線上。
(2)邊緣傳動磨機?
? 電動機通過減速機帶動固定在卸料端筒體上的大齒輪而驅動磨機筒體回轉。
5、其他分類
? 根據(jù)工藝操作又可分為干法磨機、濕法磨機、間歇磨機和連續(xù)磨機。連續(xù)磨機與間隙磨機相比，前者產(chǎn)量高、單位重量產(chǎn)品的電耗低、機械化程度高和所需操作人員少。但基建投資費用大，操作維修較復雜?，F(xiàn)在間歇式磨機極少使用，常用作化驗室實驗磨.
2.1.2 球磨機的結構及特點
球磨機分為溢流型球磨機和格子型球磨機。
1、溢流型球磨機的結構
溢流型球磨機主要有給料部、主軸承、筒體部、傳動部、主電機、慢速驅動裝置、頂起裝置及潤滑、電控等部分組成。如圖2.1所示。
圖2.1 球磨機
（1） 筒體
筒體是磨機的主要部件，由兩端的端蓋及圓筒組成，為防止端蓋及同體的過快磨損，在進出料端蓋及筒體內部裝有襯板，且筒體襯板都鑄成波浪形斷面，端部襯板有提升條，襯板用螺栓固定。筒體襯板與筒體之間及端蓋襯板和端蓋間墊有橡膠墊，有緩沖鋼球對筒體的沖擊和有助于襯板與筒體內壁緊密貼合的作用，磨機筒體外面的螺母下墊有橡膠環(huán)和金屬壓圈，以防止礦漿流出。
進、出料端蓋的中空軸徑內裝有鑄造的進出料口，以防止中空軸徑的磨損。
（2） 主軸承
主軸承采用動靜壓軸承，是一種既有動壓潤滑又有靜壓浮升作用的軸承，在磨機啟動之前及停磨時，向軸承內供入高壓油，此時靜壓起作用；而在磨機正常運轉15分鐘后，停止供高壓油，故稱動靜壓軸承。這樣在磨機啟動前，將磨機筒體浮起，約0.10~0.25mm，這樣可大大降低啟動負荷，以減少對磨機傳動部的沖擊，也可避免刮傷軸瓦，從而提高磨機的運轉速率，當磨機停止運轉時，向軸承內供入高壓油，將軸頸浮起，軸頸在軸瓦中逐漸停運，使軸瓦不被刮傷，延長了使用壽命。
主軸承是用以支撐磨機回轉部，左、右兩個主軸承結構形式相同，主軸承瓦與中空軸的包角呈120°，摩擦面上鑄有軸承合金，主軸承與軸承座之間呈鼓形接觸，以便當磨機回轉時可以自動調位，每個主軸承上裝有兩個鉑熱電阻，當主軸承溫度大于規(guī)定的溫度值時，能自動停磨，為了補償由于溫度影響而可能是磨機長度發(fā)生變化，進料端中空軸頸與軸承球面瓦配合尺寸相差25mm，允許軸頸在軸瓦上的軸向竄動。
主軸承經(jīng)過數(shù)年長期工作后，軸瓦發(fā)生磨損，致使中空軸下沉，這時可利用主軸承上的對開密封環(huán)上的孔來調整，保持密封環(huán)與中空軸的密封間隙。
（3）傳動裝置
本磨機采用同步電動機直接帶動磨機轉動。優(yōu)點是傳動效率高、系統(tǒng)緊湊、占地面積小、在機械維修方面較省力。
（4）給料器
物料通過給料器向磨機里輸送，給料器的形式有鼓形、蝸形及聯(lián)合給料器。
（5）地基部
地基部中給出了各部地腳螺栓的相互位置和基面標高，給出了各部分的負荷。地基部包括磨機地腳螺栓及相關的埋設件。
（6）慢速驅動裝置
慢速驅動裝置由電機、行星減速器等組成，自帶安裝底板，該裝置用于磨機檢修及更換襯板用，當停機超過4小時以上時，筒體內的物料有可能結塊，在啟動電機前應用慢速驅動裝置盤車，可以達到松動物料的目的，慢速驅動裝置的電機為制動電機。矩形式離合器使用時具有單向性，在使用時應防止筒體的偏心，重量超過上端極限位置，而依靠自重迅速下滑回轉，影響維修人員的安全。
在啟動慢速驅動裝置時，主電機不能結合，主電機工作時，慢速驅動裝置不能接合，兩者配置有連鎖裝置，在啟動慢速驅動裝置前，必須先開啟高壓潤滑油泵使中空軸頂起，防止擦傷軸瓦。
（7）頂起裝置
頂起裝置由液壓油泵站、平衡閥、千斤頂和托架等組成，在停機檢修時，可將頂起裝置安置在筒體下部，將筒體頂起，方便檢查和維修主軸承軸瓦，在頂起完成檢修后，將筒體下落時，應注意不能迅速卸壓，應逐步關停，將筒體緩慢下來。
2、格子型球磨機與溢流型球磨機的比較
格子型球磨機與溢流型球磨機的構造基本相同，其區(qū)別僅僅在于格子型球磨機的筒體內有排礦格子，和溢流型球磨機相比較，它具有下列優(yōu)點： 排礦口漿面低，礦漿通過的速度快，能減少礦石過粉碎；②裝鋼球多，不僅可裝大鋼球，同時還可以使用小鋼球；③由于排礦端裝有格子，小球不會被礦漿帶出筒體，并能形成良好的工作條件；④格子型球磨機比同規(guī)格的溢流型球磨機的生產(chǎn)能力高20%~30%，并節(jié)省電力10%~30%。格子型球磨機的缺點是構造比溢流型球磨機稍復雜。
2.2 球磨機的工作原理
球磨機主要由圓柱形筒體、端蓋、軸承和傳動大齒圈等部件組成，筒體內裝入直徑為25-150mm的鋼球或鋼棒，稱為磨介，其裝入量為整個筒體有較容積的25%-50%。筒體兩端有端蓋，端蓋利用螺釘與筒體端部法蘭相連接，端蓋的中部有孔，稱為中空軸頸，中空軸頸支承在軸承上，筒體可以轉動。筒體上還固定有大齒輪圈。在驅動系統(tǒng)中，電動機通過連軸器、減速器和小齒輪帶動大齒輪圈和筒體，緩緩轉動。當筒體轉動時，磨介隨筒壁上升至一定高度，然后呈拋物線落下或泄落而下.由于端蓋上有中空軸頸，物料從左方的中空軸頸給入筒體，并逐漸向右方擴散移動，當物料自左向右的移動過程中，旋轉筒體將鋼球帶至一定高度而落下將物料擊碎，而一部分鋼球在筒體成泄落狀態(tài)對物料有研磨作用，整個移動過程也是物料的粉碎過程。如圖2-2所示。
1—空心圓筒；2、3—端蓋；4、5—空心軸頸
圖2-2 磨礦機原理圖
2.3 球磨機設計的內容
現(xiàn)階段，隨著磨機理論和技術的不斷發(fā)展和完善要求磨機就有更高的使用性能，更長的使用壽命。本次設計主要研究ф3.6×6.0m溢流型球磨機。其中包括：球磨機裝機功率的計算、主傳動系統(tǒng)的設計計算、電動機、聯(lián)軸器和氣動離合器的計算與選擇、鍵和螺栓的選擇與校核等。
電機是整個系統(tǒng)的主要驅動裝置，由于筒體的載荷大，轉速小等特點，選擇同步電動機。傳動比不大可以采用單級傳動，電機軸和小齒輪軸之間應加上延伸軸以便于產(chǎn)物的運出。為減少沖擊，在延伸軸和電機軸之間采用氣動離合器連接，延伸軸和小齒輪軸之間采用彈性柱銷聯(lián)軸器連接。
3 球磨機的傳動設計
球磨機的傳動設計是整個設計過程的重要部分，它通過同步電機直接帶動斜齒輪傳動，效率高，占地面積小。
3.1原始數(shù)據(jù)
球磨機的設計參數(shù)：
筒體內徑—ф3600 mm
筒體工作長度—6000 mm
筒體有效容積—54
最大裝載量—物料：14.3 t，鋼球：102 t
筒體工作轉速—17.3 r/min
3.2 電機的選擇
電動機容量的選擇是電力傳動系統(tǒng)經(jīng)濟和可靠運行的重要過程。如果電動機容量太小，使設備長期處于過載狀態(tài)運行，會導致電動機絕緣裝置過早的損壞；如果容量過大，不僅造成設備上的浪費，而且運行效率又較低，對電能的利用也很不經(jīng)濟。所以，要綜合各方面的因素，選擇合適的電動機。
電動機的選擇范圍應該包括：電動機的種類、型式、容量、額定電壓、額定轉速及其各項經(jīng)濟指標等，而且對這些參數(shù)還應該綜合進行考慮。
3.2.1 主電機的功率計算
根據(jù)文獻[1，公式4]有：
（3.1）
式中: Pw——球磨機電動機安裝功率，kw
G——球磨機鋼球裝球量，kg
R——球磨機筒體內半徑，m
n——球磨機工作轉速，r/min
由最大裝球量 物料 14.3 t 裝球量 102 t 轉速 17.3r/min
得球磨機的裝機功率
==1354.6
3.2.2. 電動機的選擇
根據(jù)裝機功率Pw=1354.6kW，取參考文獻[8，表3-2-11]選同步電動機TDMk1600-40，其額定功率為Pr=1600kW，額定轉速n=150 r/min，額定電壓 U=6000V。
3.3 傳動軸上的動力參數(shù)計算
=9.55 （3.2）
0軸（電機軸）
=9.55=9.55
Ⅰ軸（延伸軸）
Ⅱ 軸（齒輪軸）
Ⅲ 軸（筒體軸頸）
3.4 齒輪傳動設計
3.4.1 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)
1. 根據(jù)傳動方案，選擇斜齒圓柱齒輪傳動。
2. 球磨機為一般工作機器，速度不高，故選用7級精度（GB10095——88）。
3. 根據(jù)文獻[2，表10-1]選擇齒輪軸的材料40Cr，調質處理，硬度為260HBS，大齒輪用45鋼 ，正火處理，硬度為220HBS，二者材料硬度差為40HBS。
4.選小齒輪齒數(shù)，傳動比，大齒輪齒數(shù)，取大齒輪齒數(shù)，齒數(shù)比。
相對誤差，故合格。
5. 初選螺旋角。
3.3.2 按齒面接觸強度設計
（3.3）
1. 確定公式內的各計算值
1） 試選
2） 選取區(qū)域系數(shù)
3） 彈性影響系數(shù)
4） 由文獻[2，圖10-26]查得
（3.4）
則 。
2. 計算許用接觸應力
根據(jù)文獻[2，表10-7]選齒寬系數(shù)：；
計算應力循環(huán)次數(shù)
（3.5）
（3.6）
根據(jù)文獻[3，圖10-19] 查得接觸疲勞壽命系數(shù)
根據(jù)文獻[3，圖10-21d]按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限:，大齒輪的接觸疲勞強度極限：；
取失效概率為1%, 安全系數(shù)得接觸疲勞許用應力
（3.7）
（3.8）
（3.9）
3. 計算齒輪各部分參數(shù)
1） 試算小齒輪分度圓直徑
2）計算圓周速度
（3.10）
3） 計算齒寬及模數(shù)
（3.11）
（3.12）
（3.13）
（3.14）
4） 計算縱向重合度
（3.15）
5） 計算載荷系數(shù)
已知使用系數(shù)；
根據(jù)，7級精度，查得動載系數(shù)；得
（3.16）
由文獻[3，圖10-13]查得；
由文獻[3，表10-3]查得；
故載荷系數(shù)
（3.17）
6）按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，得
（3.18）
7） 計算模數(shù)
（3.19）
取標準模數(shù)
8） 計算中心距
（3.20）
圓整為 ；
（3.21）
得
9） 確定傳動尺寸
分度圓直徑 （3.22）
齒寬 （3.23）
取
中心距
3.3.3 按齒根彎曲強度校核
（3.24）
1. 確定系數(shù)
1） 計算載荷系數(shù)
2） 螺旋角系數(shù)=0.92；
3） 計算當量齒數(shù)
（3.25）
4） 由文獻[2，表10-5]查取齒形系數(shù)和應力校正系數(shù)
5） 重合度
2. 計算圓周力
（3.26）
3. 計算許用彎曲應力
4. 校核彎曲應力
故所設計的齒輪合格。
3.5齒輪設計
經(jīng)由上面的計算可得斜齒輪的傳動參數(shù)和幾何尺寸如表3.1和表3.2所示
表3.1齒輪傳動參數(shù)
23
8.696
2829.701
表3.2 齒輪的幾何參數(shù)
小齒輪
大齒輪
齒數(shù)
23
200
法面模數(shù)（mm）
25
螺旋角（°）
9°54′28〞
分度圓直徑（mm）
583.705
5075.696
齒頂高（mm）
25
齒根高（mm）
31.25
齒頂圓直徑（mm）
633.705
5125.696
齒根圓直徑（mm）
571.205
5063.196
當量齒數(shù)
24.061
209.222
4 軸的設計與校核
軸是組成機器的主要零件之一。一切做回轉運動的零件，都必須安裝在軸上才能進行運動和動力的傳遞。球磨機設計中，延伸軸和齒輪軸是主要的傳遞運動和動力的零件。延伸軸只受扭矩作用，而齒輪軸受到彎矩和扭矩的共同作用，進行結構設計后，必須對齒輪軸進行強度校核。同時由于齒輪受載大，可能會使軸彎曲，因此還要進行剛度校核。
4.1電機伸出軸的結構設計
（1）軸傳遞的功率比較大，應選用力學性能比較好的材料。根據(jù)文獻[2，表15-1]選擇45鋼，調質處理。
（2）由
（4.1）
式中： ——軸最小軸段處的直徑，mm；
——軸傳遞的功率，kW；
——軸的轉速， r/min；
，由文獻[2，表15-3]可知對45鋼取=100
得
伸出軸上有一個鍵槽，應增大3%，得
取
4.2 延伸軸的結構設計
（1）選擇45鋼；
（2）由，
有一個鍵槽，增大3%，得
取
（3）結構如圖所示
圖4.1 延伸軸的結構設計
4.3 齒輪軸的結構設計與校核
4.3.1 齒輪軸的結構設計
( 1) 齒輪軸選用和齒輪一樣的材料，40Cr，調質處理。
（2） 根據(jù)選用的聯(lián)軸器和軸承，齒輪軸的結構設計如下圖所示
圖4.2 齒輪軸的結構設計
4.3.2 齒輪軸的強度校核
1） 對小齒輪軸進行受力分析，繪制計算簡圖，如圖4.3a所示
（4.2）
（4.3）
（4.4）
2） 對水平方向進行受力分析，畫出彎矩圖，如圖4.3b所示
（4.5）
(4.6)
3） 對豎直方向進行受力分析，畫出彎矩圖，如圖4.3c所示
由 (4.7)
(4.8)
(4.9)
得
4） 對兩方向的力矩進行合成，如圖4.3d所示
(4.10)
5） 計算所受扭矩，畫出扭矩圖，如圖4.3e所示
6） 校核危險截面，根據(jù)載荷分析，可知在齒輪右側受最大載荷，為危險截面，進行強度校核
扭轉切應力為脈動循環(huán)變應力，取折合系數(shù) 。
軸的抗彎截面系數(shù)
(4.11)
軸的計算應力
(4.12)
故所設計的軸符合強度要求。
圖4.3 齒輪軸載荷分析圖
4.3.3 齒輪軸的彎曲剛度校核
齒輪軸在載荷的作用下，將產(chǎn)生彎曲和扭轉變形。當變形量超過允許的限度，就會影響齒輪的正確嚙合，使齒輪沿齒寬和齒高方向接觸不良，造成載荷在齒面上嚴重分布不均，因此，有必要對齒輪軸進行剛度校核。
1、當量直徑的計算
（4.13）
式中： ——階梯軸第段的長度，單位為 mm；
——階梯軸第段的直徑，單位為 mm；
——階梯軸的計算長度，單位為mm；
——階梯軸計算長度內的軸段數(shù)。
因此
2、繪制計算簡圖
圖4.3 齒輪軸受力分析圖
3、軸承處的支反力
（4.14）
4、如上如所示，分段列出彎矩方程
AB段 （4.15）
BC段 （4.16）
5、列出撓度和偏轉角方程
AB段
BC段
在 和 時， 有
在 ， 有及
可以得出
代入撓度方程，可得當 時，偏轉角和撓度最大。
將
代入方程
故彎曲剛度合格。
4.3.4 齒輪軸的扭轉剛度校核
由文獻[2，式15-16]可知階梯軸扭轉變形為
（4.17）
式中：——軸所受的扭矩，單位為；
——軸的材料的剪切彈性模量，單位為，對于鋼材，；
——軸截面的極慣性矩，單位為，對于圓軸；
、、——分別代表階梯軸第i段上受的扭矩、長度的極慣性矩。
其余參數(shù)同前。
代入數(shù)據(jù)得
故扭轉剛度也符合要求。
5 主要零部件的選擇與校核
5.1滾動軸承的選擇與校核
5.1.1 滾動軸承的概況
滾動軸承是現(xiàn)代機器中廣泛應用的部件之一，它是依靠主要元件的滾動接觸來之承轉動零件的。滾動軸承根據(jù)用于承受的外載荷不同可以分為向心軸承、推力軸承、向心推力軸承三類。主要承受徑向載荷的軸承叫做向心軸承，只能承受軸向載荷的軸承叫推力軸承，既能承受徑向又能承受軸向載荷的軸承叫向心推力軸承。
常用的滾動軸承有：
1. 調心球軸承：能自動調心，一般不宜承受軸向載荷。
2. 調心滾子軸承：與調心球軸承相似，但具有較大的徑向承載能力。
3. 圓錐滾子軸承：可以同時承受徑向和軸向載荷，外圈可分離，安裝時可調整軸承間隙，一般成對使用。
4. 深溝球軸承：主要承受徑向載荷，同時也可承受少量軸向載荷，大量生產(chǎn)，價格最低。
5. 角接觸球軸承：可以同時承受徑向和軸向載荷，能在較高速度下正常工作。
5.1.2滾動軸承類型的選擇
選擇滾動軸承時，應該綜合考慮軸承的載荷、轉速及其調心性能等方面。齒輪軸上的滾動軸承受徑向力和軸向力的共同作用，并且軸的中心線和軸承座的中心線不重合，會有角度誤差，因此根據(jù)上面的分析，選用調心滾子軸承，又根據(jù)齒輪軸軸頸的大小，選用調心滾子軸承的型號為24164/W33。
5.1.3 滾動軸承壽命校核
滾動軸承的正常失效形式是滾動體內外滾道上的點蝕破壞。單個軸承，其中一個套圈或滾動體材料首次出現(xiàn)疲勞擴展之前，一套圈相對于另一套圈的轉數(shù)稱為軸承的壽命。軸承點蝕破壞后，在運轉時會出現(xiàn)較強的振動，噪聲和發(fā)熱現(xiàn)象，因此有必要對滾動軸承的壽命進行校核。
（1）對軸承受力進行分析，如圖5.1所示，軸承1不受軸向力，軸承2受壓，應該校核軸承2.
圖5.1 滾動軸承受力分析圖
（2）計算軸承上力的大小
徑向力 （5.1）
軸向力 （5.2）
（3）查參考文獻[3，表6-2-77]得軸承的系數(shù)
（4）計算當量載荷
（5.3）
所以 （5.4）
（5.5）
取載荷系數(shù)，則當量載荷
（5.6）
（5）驗算軸承壽命，根據(jù)文獻[2，表13-3]，假設預定壽命為5年
（5.7）
故該軸承合格。
5.2 鍵的選擇與校核
5.2.1 鍵聯(lián)接的功能、分類、結構型及應用
鍵是一種標準件，通常用來實現(xiàn)軸與輪轂之間的周向固定用以傳遞扭矩，有的還能實現(xiàn)軸上零件的固定或軸向滑動的導向。鍵連接的主要類型有：平鍵連接、半圓鍵連接、楔鍵連接和切向鍵連接。各種鍵聯(lián)接類型的特點如下：
1. 平鍵可分為普通平鍵、導向平鍵和滑鍵三種
普通平鍵聯(lián)接的特點：靠側面?zhèn)鬟f轉矩。對中良好，結構簡單，拆裝方便；但不能實現(xiàn)軸上零件的軸向固定。普通平鍵分為A型、B型和C型。A型用于端銑刀加工的軸槽，鍵在槽中固定良好，但軸上槽引起的應力集中較大；B型用于盤銑刀加工的軸槽，軸的應力集中較?。籆型用于軸端。普通平鍵應用最廣，也適用于高精度、高速或承受變載、沖擊的場合。
2. 半圓鍵聯(lián)接的特點：靠側面?zhèn)鬟f轉矩。鍵在軸槽中能繞槽底圓弧曲率中心擺動，
裝配方便。鍵槽較深，對軸的削弱較大。一般可用于輕載。
3. 楔鍵聯(lián)接的特點：鍵的上下兩面是工作面。鍵的上表面和轂槽的底面各有的斜度，裝配時需打入，靠楔緊作用傳遞轉矩，可軸向固定零件和傳遞單方向的軸向力，但使軸上零件與軸的配合產(chǎn)生偏心與偏斜。用于精度要求不高、轉速較低時傳遞較大的、雙向的或有振動的轉矩。
4. 切向鍵聯(lián)接的特點：由兩個斜度為的楔鍵組成。其上下兩面（窄面）為工
作面，其中一面在通過軸心線的平面內。工作面上的壓力沿軸的切線方向作用，能傳遞很大的轉矩。一個切向鍵只能傳遞一個方向的轉矩，傳遞雙向轉矩時，須用互成角的兩個鍵，用于載荷很大，對中要求不嚴的場合。由于鍵槽對軸削弱較大，所以常用于直徑大于mm的軸上, 如大型帶輪及飛輪，礦用大型絞車及齒輪等與軸的聯(lián)接。
5.2.2齒輪軸上鍵的選擇
鍵的選擇包括類型選擇和尺寸選擇兩個方面，鍵的類型應根據(jù)鍵聯(lián)接的結構特點、使用要求和工作條件來選擇；鍵的尺寸則按符合標準規(guī)格和強度要求來取定。
根據(jù)上面分析，可知選取圓頭普通平鍵（A型）。由于，根據(jù)文獻[4，表4-3-18]查得鍵的截面尺寸為，鍵長為。
5.2.3 齒輪軸上鍵的校核
由文獻[2，式6-1]得
（5.8）
式中：——軸上傳遞的扭矩，
——鍵與鍵槽的接觸高度，
——建的工作長度，
——健、軸、輪轂中最弱材料的許用擠壓應力，=100。
故所選的鍵合格。
5.3 空氣離合器的選擇與校核
離合器是機器在運轉過程中，可使兩軸隨時結合或分離的裝置。常用的離合器類型機械離合器、液力偶合器和空氣離合器。球磨機延伸軸和電機伸出軸接合面使用頻繁，傳遞扭矩大，振動也大。根據(jù)使用要求選擇空氣離合器，與機械操縱相比，除傳遞扭矩大，結合平穩(wěn)等優(yōu)點外，離合迅速，使用壽命長，吸振，能夠自動補償磨損間隙，并且便于遠距離控制和自動控制。由參考文獻由[9，表1]選用QL875-300×2 雙列空氣離合器，摩擦面積為，理論扭矩值，該氣動離合器合格。
5.4 聯(lián)軸器的選擇與校核
5.4.1 聯(lián)軸器的分類及特點
聯(lián)軸器是用來把兩軸連接在一起，機器運轉時不分離的一種裝置。根據(jù)各種相對位移有無補償能力，聯(lián)軸器分為有剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器。撓性聯(lián)軸器又可按是否具有彈性元件分為無彈性元件的撓性聯(lián)軸器和有彈性元件的撓性聯(lián)軸器兩個類別。無彈性元件的撓性聯(lián)軸器有十字滑塊聯(lián)軸器、滑塊聯(lián)軸器、十字軸式萬向聯(lián)軸器、齒式聯(lián)軸器、滾子練聯(lián)軸器。有彈性元件的撓性聯(lián)軸器有彈性套柱銷聯(lián)軸器、彈性柱銷聯(lián)軸器、梅花形彈性聯(lián)軸器、輪胎式聯(lián)軸器等，彈性柱銷聯(lián)軸器常有銷軸式和齒式兩類。
5.4.2 聯(lián)軸器的類型選擇
根據(jù)傳遞載荷的大小，軸轉速的高低，被連接兩部件的安裝精度等，參考各類聯(lián)軸器的特性來選擇聯(lián)軸器。具體選擇時應考慮以下幾點：
1. 所需傳遞的轉矩大小和性質以及對緩沖減震功能的要求。
2. 聯(lián)軸器的工作轉速高低及引起的離心力大小。
3. 兩軸相對位移的大小和方向等等。
因為傳遞扭矩大，并且為了隔離振動和沖擊，根據(jù)文獻【5，表5-2-32】，選用ZL型彈性柱銷齒式聯(lián)軸器。
5.4.3 聯(lián)軸器載荷計算
公稱轉矩
據(jù)[2，表14-1]選用工況系數(shù) ，得計算轉矩為
5.4.3聯(lián)軸器型號選擇
從GB/T5015—1985中選用，其許用轉矩，，故合用。
5.5 慢速驅動裝置的設計
慢速驅動裝置由電機、行星減速器等組成，自帶安裝底板，該裝置用于磨機檢修及更換襯板用，當停機超過4小時以上時，筒體內的物料有可能結塊，在啟動電機前應用慢速驅動裝置盤車，可以達到松動物料的目的，慢速驅動裝置的電機為制動電機。因此慢速驅動裝置的設計也是非常重要的。
5.5.1計算電機功率
假設筒體設備重量為180 t ，慢速驅動時轉速為0.12r/min。
（5.9）
5.5.2 確定電機型號
根據(jù)所需功率，選擇MJZ2電機。
出軸轉速為
（5.10）
故合格。
5.6 筒體與法蘭連接螺栓的校核
對筒體和法蘭連接的螺栓進行受力分析，可知都受剪切作用，因此選用M48×300.
（1）每邊端蓋受的圓周力，由【7，式6.7】得
（5.11）
（2）剪切合力
（5.12）
（3）每個螺栓受的剪切力
（5.13）
安全系數(shù)n=5
故所用螺栓合格。
5.7 滑動軸承的設計與校核
5.7.1滑動軸承的類型選擇
滑動軸承的類型很多，按其承載方向不同，可以分為徑向滑動軸承和止推軸承。根據(jù)其滑動表面潤滑狀態(tài)的不同可分為液體潤滑軸承、不完全液體潤滑軸承和無潤滑軸承。根據(jù)液體潤滑承載機理的不同，又可以分為液體動力潤滑軸承和液體靜壓潤滑軸承。
球磨機的主軸承載荷大，轉速小，采用對開式動靜壓徑向滑動軸承，尺寸為。在球磨機啟動之前，向軸承內注入高壓油，此時起靜壓作用，運轉正常后停止供高壓油，動壓起作用。
5.7.2 滑動軸承的校核
1 . 寬徑比 （5.14）
2 . 計算軸頸圓周速度
（5.15）
3 . 計算軸承所受載荷
（5.16）
4 . 計算軸承工作壓力
（5.17）
5 . 選擇軸瓦材料
根據(jù)載荷性質及轉速，選擇軸承材料為鋁青銅。
6 . 初估潤滑油動力粘度
（5.18）
7 . 計算相應的運動粘度，取潤滑油密度，則有
（5.19）
8 . 選定平均油溫 現(xiàn)取平均油溫
9 . 選定潤滑油牌號 選全損耗系統(tǒng)用油L-AN150。
10 . 按查出L-AN150的運動粘度，
11 . 換算成動力粘度
（5.20）
12 . 計算相對間隙
（5.21）
13 . 計算直徑間隙
（5.22）
14 . 計算承載量系數(shù)
（5.23）
15 . 求出軸承偏心率 根據(jù)的值，求出偏心率
16 . 計算最小油膜厚度
（5.24）
17 . 確定軸頸、軸承孔表面粗糙度十點高度 按加工精度要求取表面粗糙度等級為1.6級，軸承孔表面粗糙度等級為3.2級，查得軸頸，軸承孔。
18 . 計算許用油膜厚度 取安全系數(shù)，
（5.25）
因為，所以滿足工作可靠性要求。
19 . 計算軸承與軸頸的摩擦系數(shù) 由，取寬徑比變化的系數(shù)，
（5.26）
20 . 查出潤滑油流量系數(shù) 由寬徑比及其變化系數(shù)得出流量系數(shù)
0.225. （5.27）
21 . 計算潤滑油溫升 按潤滑油密度，取比熱容，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù),得
（5.28）
22 . 計算潤滑油入口溫度
（5.29）
因一般取 ，故入口溫度合適。
23 . 選擇配合 根據(jù)直徑間隙，按GB/1801-1979選配合H8/F7，查得軸承孔尺寸公差為，軸頸尺寸公差為。
24 . 求最大、最小間隙
（5.30）
因 在之間，故所選配合合用。
綜上知，所設計的滑動軸承合用。
6 球磨機的安裝、操作、維修與潤滑
6.1球磨機的安裝
為了保證球磨機的正常運行，除了正確的設計和合格的制造以外，安裝也是一個重要的工序，具體的安裝方式和安裝順序應由安裝公司和磨機使用單位及設計院共同協(xié)商，按有關文件及規(guī)范，設備圖紙和技術要求進行。
下面的磨機安裝順序圖，供安裝公司編制順序時參考。
基礎：基礎驗收→設備出庫→磨機本體各部分尺寸測量→基礎放線→墊鐵安裝
磨機：主軸承就座→底座一次找正→一次灌漿→基礎養(yǎng)生→一次精找
筒體運輸→筒體就位→二次精找清洗軸承底座→傳動部安裝→二次灌漿→安裝潤滑冷卻系統(tǒng)→安裝進出料設備→安裝安全設施，磨機清理，涂漆。
6.2 磨機的使用操作
6.2.1 啟動順序
高壓油泵→低壓油泵→主軸承冷卻系統(tǒng)→噴射潤滑→同步電機→輸送系統(tǒng)→氣動離合器抱閘
以上系統(tǒng)正常后，起動主電機。在筒體轉速達到工作轉速時，關閉高壓油潤滑裝置，此時低壓油潤滑裝置繼續(xù)工作。
6.2.2停機順序
起動高壓油泵→停料→氣動離合器松閘→停同步電機→停輸送系統(tǒng)→關閉主軸承冷卻系統(tǒng)→磨機停止運轉后關閉高低壓潤滑系統(tǒng)
當主電機工作時，慢速驅動裝置不能啟動；當慢速驅動裝置工作時，主電機不能啟動。
6.2.3 緊急停車
磨機在運轉過程中，有時遇到特殊情況，為了保證設備的安全，在下述情況時必須采取緊急措施。
（a）大小齒輪嚙合不正常，突然發(fā)生較大的震動。
（b）潤滑系統(tǒng)發(fā)生故障，不能正常供油。
（c）襯板螺栓松動或折斷脫落。
（d）主軸承、傳動裝置和主電機的地腳螺栓松動。
（e）筒體內沒有物料而繼續(xù)空轉。
（f）主軸承、主電機溫升超過規(guī)定值或主電機電流超過規(guī)定值。
（g）輸送設備發(fā)生故障并失去輸送作用。
（h）其他需緊急停車的情況發(fā)生。
在突然發(fā)生事故停車時，必須停止供料，切斷電源，進行事故處理。
6.3 球磨機的維修
磨機除日常巡視保養(yǎng)以外，還應按實際情況制定定期檢修制度，根據(jù)設備的具體情況，制定出檢修計劃，定期檢修。按設備的損壞程度分為小修，中修和大修。
小修：周期一般為1~2個月進行一次，遇到特殊情況可隨時進行。
中修：周期一般為12個月，包括小修項目、更換襯板和螺栓等項目。
大修：周期一般為5~10年，具體根據(jù)設備順壞情況而定。
6.4 球磨機設備的潤滑
潤滑是指在機件做相對運動時在接觸表面之間加入潤滑介質，使其形成一層潤滑膜，把直接接觸的零部件的摩擦表面分隔開來，以減少摩擦對零部件的磨損，達到延長機械設備的使用壽命及提高機械工作效率的目的，保證系統(tǒng)正常運作。
6.4.1 潤滑方法
常用的潤滑方法有：手工加脂潤滑、集中壓力供脂潤滑、手工加油潤滑、滴油潤滑、油杯油盤潤滑、油繩油墊潤滑、油浴飛濺潤滑、油霧潤滑、循環(huán)潤滑。
6