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1、课程设计日程安排,1-2天：设计计算（事先准备好计算器、手册，教材等技术资料）；3-5天：绘制总装配图A1(1:3)；6-7天：绘制轴零件图A3(1:1)；8-9天：绘制开启门立体图(交开门和关门状态的两张图，放在一张A4纸上。要求表达开关门时的相关结构，如把手、门枢等，关门时门如何关严；开门时如何取料，可配有一定的文字说明。此立体图应与装配图中的开启门对应)；10天：写设计说明书；11-12天：答辩.,生产线上的球磨机,现场使用的球磨机,实际生产中使用的球磨机,实际生产中使用的球磨机,实际生产中使用的球磨机,实际生产中使用的球磨机,球磨机三维实体模型,小型球磨机,：,北科大实验室使用的球磨机
2、,北科大实验室使用的球磨机,球磨机ball grinding mill,球磨机是物料被破碎之后，再进行粉碎的关键设备。球磨机是工业生产中广泛使用的高细磨机械之一。球磨机广泛应用于水泥，硅酸盐制品，新型建筑材料、耐火材料、化肥、黑与有色金属选矿以及玻璃陶瓷等生产行业，对各种矿石和其它可磨性物料进行干式或湿式粉磨。球磨机适用于粉磨各种矿石及其它物料，被广泛用于选矿，建材及化工等行业。,球磨机工作基本原理,当球磨机回转时，研磨体由于惯性离心力的作用贴附在磨机筒内壁的衬板面上，与筒体一起回转，并被带到一定的高度。在这样的高度在重力的作用下，以一定的速度，像抛射体一样落下，将筒体内的物料击碎。另外，在球
3、磨机回转过程中，研磨体还产生滑动和滚动，因而研磨体、衬板与物料之间发生研磨作用使物料磨细。,如图所示的工业球磨机是由电动机（原动机）驱动齿轮减速器和开式齿轮传动（传动系统）带动内装研磨钢球的滚筒（工作机构）及带有操作装置、控制装置的进料部分、给料部分和出料部分组成。,设计的最终结果：,工程图（2张）+立体图（1张）+设计说明书,一、设计任务书 已知条件、使用要求、设计内容（包括：设计题目、简图、设计任务（见说明书目录）（手册P18-23）已知条件：周边及粉碎效率90%；制造方式为单件生产；球磨机研磨物料20kg；使用要求：每天工作8小时；要求工作平稳，（允许有轻微冲击）。,带传动,交流电机,齿
4、轮传动,3.设计任务,（1）确定总体方案（2）选择标准件（3）带传动设计计算（4）轴系设计（5）绘制总图(A1)（6）小齿轮轴零件图(A3)（7）编写设计说明书,二、传动装置的总体设计及初步计算,1.球磨机的基本参数（见手册P19）1）研磨介质的合理载量G0 G1=0.14G0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）。得到 G0=G1/0.14=,2）计算罐体体积V G0=V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。得到 V=G0/()=,3）计算罐体内径D式
5、中：D：球磨机内径（m）；L：球磨罐长度，L取1.2D（m）。得到,4）计算球磨机有利工作转速n2 得到 n2=球磨机筒体的回转速度对于粉磨物料的作用影响很大。当转速达到一定值时，最外层研磨体与筒体一起回转，而不离开筒壁，这时的转速叫做磨机的临界转速。为了使磨机进行正常的粉磨工作，球磨机的转速必须小于临界转速，这一转速也叫工作转速。最有利的工作转速应该保证球沿抛物线下落时的高度最大，从而使球在垂直方向获得最大的动能来粉碎物料。工作转速可通过转速公式计算求得。,磨机转速对粉磨工作的影响,当筒体转速过低时（图a），筒体不能将研磨体带到一定的高度，冲击物料的作用很小。反之，若筒体的转速过大（图c），
6、转速超过“临界转速”时，研磨体在其惯性离心力的作用下贴附在筒体上，与筒体一起作圆周运动，也根本起不到对物料的冲击作用。只要当筒体的转速适宜时（以“临界转速”的60%70%），研磨体抛出后，才能获得最大的降落高度，对物料产生较大的冲击效果，如图b所示。,有利工作转速研究热点,2.总体方案确定（见手册P19）从球磨机的基本参数计算可知，nw=n2=？rpm,电动机的转速一般有3000rpm、1500rpm、1000rpm、750rpm几种，从结构尺寸、价格等考虑选nd,则总传动比i=nd/nw，可采用2级传动。所以初步拟定四种传动方案（参见教材，从工作条件、传动性能、传动比、空间结构尺寸、重量、效
7、率、功率及成本等方面讨论，确定一种最佳方案）,传动方案,评价分析,四种传动方案以传动平稳、效率高等指标为评价目标，采用5级分制进行技术评价（隐含经济因素，如制造简单、寿命长等），给出了各方案的评分及评价结果。表中加权系数之和为1，加权分为加权系数乘以评分，加权分之和除以评价目标的理想分值（5分）得到技术价值。,评价表,根据技术评价分析结果，选择方案？,3.选择电动机（见手册P5、教材P427-428）球磨机所需功率：式中：V：球磨机的有效容积，V=D:球磨机的内径，D=G：球磨机的装载量，G=G1+G0=K：电动机的储备系数，K取1.1；：粉碎效率，已知=90%。,电动机实际功率：Pd=Pw/
8、a；a=带齿轮轴承（见手册P44）所以,Pd=Pw/a电动机选用：,表1 电动机主要性能,表2 电动机外形尺寸(mm),电动机的外形尺寸,4.确定传动装置总传动比，分配各级传动比,由所选电动机的转速和工作机转速，可得总传动比：i=nd/nw 式中 nd：电动机的满载转速，r/min；nw：工作机的转速（nw=？），r/min。,4.确定传动装置总传动比，分配各级传动比,多级传动中，总传动比为各级传动比的乘积：式中 i1、i2、i3、in为各级传动机构传动比。考虑到安装和罐体的尺寸，大齿轮需做成齿圈和罐体相连，因此i齿可取大一些，i齿=5 开式圆柱齿轮传动比推荐范围为8（见手册P44）对于一般齿
9、轮传动,当传动比i8可采用单级传动；当i8时,宜采用多级传动,以免传动装置的外廓尺寸过大。直齿圆柱齿轮的传动比一般取i3,最大可达5；斜齿圆柱齿轮的传动比可大些,取i5,最大可达8。在已知总传动比要求时，如何合理选择和分配各级传动比，见教材第二十一章简易机械设计。,设计计算传动件时，需要知道各轴的功率、转速、转矩，因此应将工作机上的功率、转速、转矩推算到各轴上。如果一传动装置从电动机到工作机有两根轴，依次为 I、II轴，则：,5.传动装置的运动和动力参数,1）各轴转速 式中 nd：电动机的满载转速，r/min；nI、nII分别为 I、II轴的转速，r/min；I 轴为高速轴、II轴为低速轴。,
10、2）各轴功率 式中:Pd电动机的输出功率，kW；PI、PII 依次I、II、轴输入功率，kW。,3）各轴转矩 式中:Td 电动机的输出转矩，Nm；,各轴的动力参数,三、带传动设计,1.带传动设计要点 设计带传动时应注意检查带轮尺寸与传动装置外廓尺寸的相互关系，例如小带轮外圆半径是否大于电动机的中心高，大带轮外圆半径是否过大造成带轮与机器底座相干涉等。要注意带轮孔径尺寸与电动机轴或减速输入器轴尺寸是否相适应。带轮直径确定后，应验算带传动的实际传动比，并以此修正各轴的运动、动力参数。带轮的结构形式主要由带轮的直径决定，见教材。,带传动设计时所需确定的内容主要为（通常选用V带传动）：确定计算功率Pc
11、；选择V带型号；选取大带轮和小带轮的基准直径d1和d2；验算带速v；确定中心距a和带长Ld；验算包角1；计算带的根数z；计算在轴上的作用力FQ。（本次设计不需计算FQ）,带传动的设计计算,计算功率Pc=KAP（注：P取计算所得）由已知条件和使用要求，载荷平稳、一班制：教材P262-表11-3，KA=1.1 则 Pc=KAP=确定V带型号（根据Pc、n1由教材P267-图11-5选取，注意：选Z会出问题：根数太多，在Z、A共同区域,可选A型）确定带轮直径（注意按标准系列推荐使用范围选取）由图11-5及表11-10，取d1=112，则d2=i带d1=？,取d2=315；i带实=315/112=2.
12、81验算带速,（525m/s）,V带型号的确定,根据小带轮的转速n1和计算功率PC来确定V带的型号。图中还给出了小带轮的基准直径d1的推荐使用范围。,确定带轮中心距a和带长Ld（初取a0=500：0.7（d1+d2）a02（d1+d2）及场地条件计算Ld0=2a0+3.14（d1+d2）/2+（d2-d1）2/（4a0）查出Ld=？算出aa0+(Ld-L0)/2=？带的调整范围：由a+0.030Ld验算包角1（1120）计算带的根数z=Pc/(P1+P1)KKL)=？,-0.015Ld,带的根数?,计算作用在轴上的力 FQ=2F0Zsin(1/2)FQ的求解很关键，为轴系的受力分析作准备。确定
13、带轮结构尺寸（见教材）张紧装置（滑块张紧装置易于拆卸）,张紧装置（见手册-图7-25：滑块张紧装置易于拆卸）,调整中心距,调整中心距,开式齿轮传动的设计计算,开式齿轮传动设计准则：按弯曲疲劳强度进行设计，再将计算确定的模数增大的办法，来考虑磨损对轮齿强度削弱的影响。1、选材料 开式齿轮传动，要求齿面有较高的耐磨性，由表12-11选择齿轮材料如下（小齿轮材料要优于大齿轮）：小齿轮：45 调质 HB217286 HBS=250 大齿轮：铸铁310-570 正火 HB163-207 HBS=185,按表12-12查取最小安全系数：,代入数值：,许用弯曲应力：,2、确定许用应力,3、确定齿数 取小齿轮
14、的齿数为z1=20（对于开式齿轮传动，由于轮齿主要为磨损失效，为使轮齿不致过小，故小齿轮不宜选用过多的齿数，一般可取z1=1720），则大齿轮的齿数为：取整 z2=127（相互啮合齿轮对磨损均匀，传动平稳，一般z1和z2互为质数）则开式齿轮的实际传动比为：,4、按轮齿弯曲强度设计模数,式中：载荷系数,取：KA=（表12-8）KV=K=（图12-26）代入数值：K=,应力影响系数 由于两个齿轮的齿数和材料不同，为使两齿轮的弯曲强度都能满足，需将YFS1/F1和YFS2/F2中的较大值代入式中。由表12-10，z1=20,YFS1=4.36 z2=127,YFS2=3.98,计算小齿轮的转矩T1,
15、传递的功率P=？kW小齿轮的转速n1=？rpm,确定齿宽系数,由表12-9：取 d=？,计算模数,考虑磨损对轮齿强度削弱的影响，模数增大10%15%，则：m=1.7(1+15%)=1.955（mm）取标准模数：m=2.0mm？（表12-1）考虑到齿轮的结构和安装方便，大齿轮的分度圆直径需取至630650mm。取d2=630mm m=d2/z2=630/127=4.96 取标准模数：m=5.0mm,5、确定齿轮的主要参数及几何尺寸,小齿轮的分度圆直径,大齿轮的分度圆直径,大齿轮齿宽,小齿轮齿宽,两齿轮中心距,Again(传动比发生改变)传动装置的运动和动力参数,1）各轴转速 式中 nd：电动机的
16、满载转速，r/min；nI、nII分别为 I、II轴的转速，r/min；I 轴为高速轴、II轴为低速轴。,2）各轴功率 式中:Pd电动机的输出功率，kW；PI、PII 依次I、II、轴输入功率，kW。,3）各轴转矩 式中:Td 电动机的输出转矩，Nm；,各轴的动力参数,四、球磨机罐体及轴系设计,1.罐体的结构设计 铸造：罐体尺寸较大，一般可用ZG35铸造；焊接：钢板卷曲后焊接。罐体壁厚1015mm，两端焊接。（单件生产）,罐体结构设计,罐体结构设计,罐体结构设计,罐体部件图,2.支撑辊及其辊系设计（滚轮和滚轮轴）,滚轮轴部件,混凝土搅拌机,G0：研磨介质重量；G1：研磨物料重量;Gg：罐体重量
17、;Gch：齿圈重量；Gk：箍重量。TII：旋转罐体的扭矩。,1）支撑辊的支撑角度直接影响到力矩平衡，在竖直方向：,2）摩擦力矩,由公式1）、2）得到：,其中：F为支撑总重量；F=G0+G1+Gg+Gch+Gk；,滚轮轴的设计计算（结构设计+强度设计）,1）固定心轴 计算强度设计轴径选择轴承（计算时可大致估计定出支撑点的距离）,N,l,2）轴承的强度校核（寿命计算）（可按一天工作8小时，一年按250计算）,轴承的转速应为滚轮轴的转速：,3）轴固定在滚轮支架上，固定形式可采用各种方式。如图结构是在轴上开槽，插入一固定板，该固定板用螺钉固定在支架上。,3.小齿轮轴的设计计算 轴上安装齿轮和带轮。由分析可知，该轴是转轴，既受弯矩又受扭矩。在设计该轴时，可在绘制草图的同时进行计算。轴系设计应考虑轴上的零件安装和固定，可参考教材中的有关章节；轴承座的结构要考虑拆装方便。,4设计开启门 开启门可设计成各种结构形式，设计应考虑装料、取料方便，开启灵活可靠。,总体方案配置图,五、参考资料,六、设计总结及体会,要求：A1总装配图1张；（35分）A3零件图1张；（10分）开启门立体图；（10分）说明书1份。（15分）答辩（20分）创新（10分）,
