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星式球磨機(jī)的設(shè)計(jì)
摘 要
隨著社會(huì)科技的發(fā)展，為了提高粉磨效率，滿足生產(chǎn)工藝要求，在球磨機(jī)規(guī)格限定的條件下構(gòu)思了星式球磨機(jī)摩擦傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。首先，根據(jù)星式球磨機(jī)的規(guī)格選擇了該球磨機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)，并且選擇了摩擦輪傳動(dòng)的類型和摩擦輪的材料,以及摩擦輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的方案論證與選擇。其次，通過(guò)計(jì)算對(duì)摩擦傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中重要數(shù)據(jù)經(jīng)行演算并且確定：這里面包括各個(gè)傳動(dòng)比和軸徑的確定，其中包含初定傳動(dòng)比、電動(dòng)機(jī)的選擇、偶合器的選擇、減速器的選擇、按轉(zhuǎn)矩估算軸徑、軸承和軸承座的選擇、聯(lián)軸器的選擇等；滾子的個(gè)數(shù)及分組；滾子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；筒體軸向限位裝置的設(shè)計(jì)等。而且還設(shè)計(jì)了一種開(kāi)流形式能實(shí)現(xiàn)圈流工藝的粉磨工藝系統(tǒng)，采取了使用新型高效篩分隔倉(cāng)板和出料裝置，并且調(diào)整了各個(gè)倉(cāng)長(zhǎng)等方法解決上述問(wèn)題。同時(shí)采用了筒體焊接的新工藝，降低了磨機(jī)的生產(chǎn)成本。
關(guān)鍵詞：球磨機(jī)；電動(dòng)機(jī)；耦合器；減速器
Abstract
With the development of science and technology, in order to improve the grinding efficiency, meet the requirements of the production process, in the ball mill specifications conditions of idea star ball friction driving mechanism. Firstly, according to the specifications of the choice of the planet ball mill ball mill and the main technical parameters, and selection of the friction wheel drive type and the friction wheel material, as well as the friction wheel transmission mechanism scheme reasoning and choice. Secondly, through the calculation of the friction drive mechanism of important data in the calculus and determine: which includes the transmission ratio and the shaft diameter determination, which contains the original transmission ratio, the choice of motor, coupling, reducer selection according to the torque estimation, shaft, bearing and bearing seat choice, the choice of coupling as the number and grouping; roller structure design; structural design; the cylinder axial spacing device design. But also to design an open stream forms can realize the circle flow process of grinding process system, taken using a new type of high efficiency sieving bin isolation board and a discharging device, and adjusting each chamber length to solve the problems. At the same time using the new welding process, reduce the production cost of grinding mill.
Key words：ball mill；motor；coupler；reducer
目 錄
摘 要 1
1 引言 1
1.1 星式球磨機(jī)的作用 1
1.1.1 問(wèn)題的提出 1
1.1.2 研究意義 1
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2
1.3 不同類型的球磨機(jī)在粉碎技術(shù)的應(yīng)用 3
2 星式球磨機(jī)的整體設(shè)計(jì) 5
2.1 球磨機(jī)的結(jié)構(gòu) 5
2.2球磨機(jī)的傳動(dòng)方式及傳動(dòng)比 6
2.3 星式球磨機(jī)的功率和電機(jī)的選取 7
2.3.1 球磨機(jī)的功率 7
2.3.2 電機(jī)的選取 8
2.4 減速器和偶合器的選擇 8
2.5 其他零件的選擇 10
2.5.1 軸徑和聯(lián)軸器的選擇 10
2.5.2 軸承的選取 10
3 星式球磨機(jī)滾子的設(shè)計(jì) 11
3.1滾子的厚度 11
3.2 滾子的間距 12
3.3 剛滾架 13
4 筒體裝置的設(shè)計(jì) 15
4.1 筒體的設(shè)計(jì)與計(jì)算 15
4.1.1 筒體的結(jié)構(gòu) 15
4.1.2 筒體的計(jì)算 17
4.2 磨頭的結(jié)構(gòu) 18
5 軸的設(shè)計(jì)與校核 19
5.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 19
5.2 軸的強(qiáng)度校核 20
5.3 剛滾架與軸的連接 21
5.4剛滾架與滾子的連接 22
6結(jié)語(yǔ) 24
參考文獻(xiàn) 25
致 謝 26
中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院2012屆畢業(yè)論文
1 引言
1.1 星式球磨機(jī)的作用
1.1.1 問(wèn)題的提出
現(xiàn)如今建筑材料的生產(chǎn)，從原料、燃料以及半成品都需要進(jìn)行有目的的破碎和粉磨，其目的是使原料、燃料和半成品的表面積增加,用來(lái)提高物理作用的效果及化學(xué)反應(yīng)的速度，從而達(dá)到促進(jìn)均勻混合，提高材料的流動(dòng)性，便于貯存和運(yùn)輸，提高產(chǎn)量等。例如一些材料比如水泥熟料和石膏一起磨碎成最終產(chǎn)品，其磨碎的粒度越細(xì)，表面積越大。為了改善和提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，減少動(dòng)力的消耗，降低生產(chǎn)的成本，即達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低能耗具有重要意義。
球磨機(jī)不但在建材工業(yè)中廣泛應(yīng)用，而且在冶金、選礦、化工、電力等工業(yè)中也廣泛采用。它的優(yōu)點(diǎn)是：對(duì)于研磨的物料適應(yīng)性強(qiáng)；粉碎比例大；適應(yīng)強(qiáng)；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固、操作可靠，維護(hù)管理方便，能長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。缺點(diǎn)是：工作效率低；體形笨重；磨機(jī)轉(zhuǎn)速低；研磨體和襯板的消耗量大；操作時(shí)噪聲大。
在這些問(wèn)題當(dāng)中需要進(jìn)一步的解決，首先是減少過(guò)粉碎問(wèn)題：粉碎工序要求把全部或絕大部分產(chǎn)品粉碎至一定粒度以下，但其中小于某一粒度的產(chǎn)品應(yīng)力求減少；其次是“超細(xì)粉碎”的問(wèn)題，有人做過(guò)試驗(yàn)，在小型球磨機(jī)內(nèi)將原料長(zhǎng)時(shí)間研磨，開(kāi)始時(shí)磨碎細(xì)度隨研磨時(shí)間的增加而變細(xì)，但經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后即達(dá)到所謂“磨礦限”，盡管研磨時(shí)間繼續(xù)增加，粒度不再變細(xì)或變化很慢，甚至由于粉末表面積增加而出現(xiàn)聚集現(xiàn)象，表現(xiàn)為粒度變粗，這種情況嚴(yán)重的影響了磨碎質(zhì)量。大型選礦廠用的粉碎機(jī)不但尺寸和重量很大，而且消耗功率很多，粉碎工具的磨損費(fèi)用很高。
粉碎一般包含兩個(gè)階段：破碎階段和磨碎階段。因?yàn)楸菊n題是研究星式球磨機(jī)，所以以下主要介紹球磨機(jī)方面的內(nèi)容。
首先是根據(jù)星式球磨機(jī)的規(guī)格選擇了該球磨機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)，并且選擇了摩擦輪傳動(dòng)的類型和摩擦輪的材料,以及摩擦輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的方案論證與選擇。其次，通過(guò)計(jì)算對(duì)摩擦傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中重要數(shù)據(jù)經(jīng)行演算并且確定：這里面包括各個(gè)傳動(dòng)比和軸徑的確定，其中包含初定傳動(dòng)比、電動(dòng)機(jī)的選擇、偶合器的選擇、減速器的選擇、按轉(zhuǎn)矩估算軸徑、軸承和軸承座的選擇、聯(lián)軸器的選擇等；滾子的個(gè)數(shù)及分組；滾子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；筒體軸向限位裝置的設(shè)計(jì)等。
1.1.2 研究意義
在工業(yè)上各種的工業(yè)設(shè)備都有各自的作用，例如星式球磨機(jī)的作用在于粉碎，而粉碎則是把大粒度物料利用破碎機(jī)或磨碎機(jī)來(lái)破碎至較細(xì)粒度的過(guò)程。材料破碎的目的如下：使材料中的有用成分解離。由于某種材料中的有用成分同雜質(zhì)緊密地結(jié)合在一起，只有將其充分粉碎，才能使有用成分釋放出來(lái)，即所謂“解離”。使物料的表面積增加。材料的表面積是單位重量或體積的物料的表面，物料的粒度越小，表面積將越大。增加物料的表面積的目的有：使物料同周圍介質(zhì)的接觸面積增大，反應(yīng)的速度增加；在水泥工業(yè)中需要提高水泥的標(biāo)號(hào)；為原料的下一步加工作準(zhǔn)備便于使用，貯存和運(yùn)輸。在制備混凝土?xí)r，不僅石料需要破碎至一定的粒度，而且當(dāng)天然砂不足時(shí)，可用粉碎方法制備人造砂；用于材料科學(xué)與環(huán)境保護(hù)。
在其他一些工業(yè)部門(mén)中，粉碎設(shè)備或粉碎車間的工作量占總工作量的比重雖不大，但往往對(duì)它有較高的技術(shù)要求，否則會(huì)影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量和總的經(jīng)濟(jì)效益。
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
球磨機(jī)作為傳統(tǒng)的粉磨設(shè)備，已經(jīng)有了100多年的歷史。它作為將固體物料細(xì)化制粉的重要設(shè)備，廣泛應(yīng)用于冶金、化工、水泥、陶瓷、建筑、電力、醫(yī)藥以及國(guó)防工業(yè)等部門(mén)。尤其是冶金工業(yè)中的選礦部門(mén)，磨礦作業(yè)更是具有十分重要的地位。由于球磨機(jī)處理能力和粉磨后的粒度對(duì)后續(xù)作業(yè)的效率和整體生產(chǎn)流程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)影響顯著，所以，有關(guān)球磨機(jī)的研究在國(guó)內(nèi)外一直受到廣泛關(guān)注和高度重視。近幾年來(lái)，由于能源費(fèi)用增長(zhǎng)，礦石品位的下降，降低建設(shè)投資和生產(chǎn)費(fèi)用是世界各國(guó)礦山工業(yè)面臨的一個(gè)嚴(yán)峻問(wèn)題，采用高效大型設(shè)備是現(xiàn)代選礦廠建設(shè)的主要傾向，球磨機(jī)的大型化已成為技術(shù)發(fā)展的方向。強(qiáng)度再高的礦石進(jìn)到大型磨機(jī)里，經(jīng)過(guò)研磨、粉碎都將成為粉末狀。20世紀(jì)八十年代國(guó)際上曾有預(yù)測(cè)，認(rèn)為球磨機(jī)合理的最大規(guī)格是直徑5米，原因是磨球工作時(shí)存在低效率的蠕動(dòng)區(qū)，但實(shí)際上球磨機(jī)向大型化發(fā)展的步伐一直都未停止。
在選礦、水泥、建筑材料、煤炭、化工等許多工業(yè)部門(mén)中都需要磨碎作業(yè)。球磨機(jī)、棒磨機(jī)和管磨機(jī)是這些工業(yè)部門(mén)最重要的設(shè)備之一。這類磨碎機(jī)的主要機(jī)件都是一個(gè)緩慢旋轉(zhuǎn)的筒體，里面裝有大量磨礦介質(zhì)（簡(jiǎn)稱磨介），由于其轉(zhuǎn)速較慢，可稱為慢速磨碎機(jī)。這類磨碎機(jī)的重量大、造價(jià)高、功耗多、操作費(fèi)用昂貴，對(duì)于企業(yè)的投資、產(chǎn)品的質(zhì)量以及操作運(yùn)轉(zhuǎn)的經(jīng)濟(jì)合理性，有很大的影響。
在選礦工業(yè)中，除某些砂礦不需要經(jīng)過(guò)磨碎外，一般金屬礦石是細(xì)粒嵌布的，需要經(jīng)過(guò)磨碎使礦石中各個(gè)成分彼此分離，才能順利地進(jìn)行選別。選別指標(biāo)（指精礦品位和金屬回收率）在很大程度上取決于磨碎作業(yè)的操作。如磨碎產(chǎn)品細(xì)度不夠，各成分之間未能達(dá)到單體分離，選用指標(biāo)就不能提高；但是，如果磨碎的粒度過(guò)細(xì)，往往又惡化選別過(guò)程。
現(xiàn)代化的磨碎機(jī)則具有生產(chǎn)效率高、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠、維修操作方便等特點(diǎn)。長(zhǎng)期以來(lái)，雖然人們對(duì)于這類磨碎機(jī)的磨碎理論、同磨碎機(jī)配套的設(shè)備、以及磨碎流程等都做過(guò)深入的研究，但由于物料性質(zhì)、設(shè)備結(jié)構(gòu)、操作條件及對(duì)物料磨碎的要求各不相同，除了進(jìn)行理論分析外，仍需要結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，才能圓滿的解決這類磨碎機(jī)的工作參數(shù)、襯板形狀、磨介配比以及磨碎的工藝流程等問(wèn)題。
1.3 不同類型的球磨機(jī)在粉碎技術(shù)的應(yīng)用
超細(xì)粉碎和分級(jí)工藝的完成必須借助于機(jī)械設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。在先進(jìn)的工業(yè)化國(guó)家，微米級(jí)超細(xì)粉碎分級(jí)設(shè)備已渡過(guò)了其發(fā)明時(shí)期，而進(jìn)入成熟、配套、完善的階段。超細(xì)粉碎分級(jí)設(shè)備的性能大大改善，設(shè)備研究在朝著亞微米級(jí)超細(xì)粉碎和微米級(jí)精密分級(jí)的方向發(fā)展。粉碎技術(shù)的發(fā)展主要表現(xiàn)在產(chǎn)品微細(xì)化、微粉功能化、設(shè)備自動(dòng)化、節(jié)能新工藝和新設(shè)備及低污染高硬度材料的應(yīng)用等方面。國(guó)內(nèi)研究開(kāi)發(fā)超細(xì)粉碎分級(jí)的單位逐年增多，從仿制設(shè)備開(kāi)始，逐漸過(guò)渡到開(kāi)展工藝基礎(chǔ)研究，開(kāi)發(fā)適合國(guó)情的設(shè)備，以滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)日益增長(zhǎng)的需求。
（1）攪拌球磨機(jī)：攪拌球磨機(jī)是超細(xì)粉碎機(jī)中最有發(fā)展前途而且能量利用率最高的設(shè)備。攪拌裝置使球介質(zhì)和物料在整個(gè)筒體內(nèi)不規(guī)則地翻滾，產(chǎn)生相互撞擊和研磨的雙重作用，致使產(chǎn)品磨得很細(xì)并達(dá)到均勻分散的效果。同常規(guī)球磨機(jī)相比，攪拌式磨機(jī)采用高轉(zhuǎn)速和高介質(zhì)充填率及小介質(zhì)尺寸，這使攪拌式磨機(jī)內(nèi)獲得了極高的功率密度，使細(xì)物料研磨時(shí)間大大縮短，小介質(zhì)提高了微細(xì)物料的研磨效率，適用于不同產(chǎn)品粒度和物料性質(zhì)的各種攪拌式磨機(jī)。特別是立式攪拌式膳機(jī)，以其構(gòu)造簡(jiǎn)單、操作容易、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)成為目前工業(yè)上應(yīng)用最廣泛細(xì)磨設(shè)備之一。高功率密度（高轉(zhuǎn)速）攪拌磨機(jī)適用于最大粒度小于微米以下產(chǎn)品，在顏料、陶瓷、造紙?zhí)钔苛稀⒒ぎa(chǎn)品中已獲得了成功。目前高功率密度攪拌磨在工業(yè)上的大規(guī)模應(yīng)用則更好的解決了量小和磨損成本高兩大難題。
（2）沖擊式粉碎機(jī)：近年來(lái)，隨著高硬度高韌性金屬材料的出現(xiàn)，以高速打擊為原理的沖擊式粉碎機(jī)的性能有了較大的提高和應(yīng)用也得到了普及。高速?zèng)_擊式粉碎機(jī)按轉(zhuǎn)子的布置方式和錘頭的個(gè)數(shù)和形式分為多種，其特點(diǎn)是粉碎比量大、運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，適合于硬度物料的粉碎。沖擊式粉碎機(jī)借助于轉(zhuǎn)子上錘頭對(duì)物料的以50～100m/s 的高速打擊而將其粉碎，處于定子和轉(zhuǎn)子間隙處的物料被剪切和反彈到粉碎室內(nèi)與后續(xù)高速飛來(lái)的顆粒相撞，使粉碎過(guò)程反復(fù)進(jìn)行。定子襯圈和轉(zhuǎn)子端部錘刃之間形成強(qiáng)有力的高速湍流場(chǎng)，其中產(chǎn)生的強(qiáng)大壓力變化可使物料受到交變應(yīng)力而破碎和分散。粉碎成品顆粒細(xì)度和形態(tài)由轉(zhuǎn)子上錘頭的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)和定轉(zhuǎn)子間間隙來(lái)決定，低速?zèng)_擊可得細(xì)長(zhǎng)的顆粒，而高速?zèng)_擊則易得物料結(jié)晶狀態(tài)相同的顆粒。我們?cè)诠杌沂槧罘鄣某?xì)粉碎工藝中選用沖擊粉碎機(jī)可以取得了較好的效果。
(3)氣流式粉碎機(jī)：氣流超微粉碎利用高壓氣體通過(guò)噴嘴產(chǎn)生的高速氣流所具有的巨大動(dòng)能，使物料顆粒發(fā)生互相沖擊碰撞，達(dá)到粉碎目的。這類粉碎機(jī)已經(jīng)得到了廣泛的普及，國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)廠家較多，有多種機(jī)型：圓盤(pán)式、O形環(huán)式、沖擊靶式、對(duì)撞式、流化床對(duì)撞式等。由于這種粉碎原理中能量經(jīng)過(guò)多次轉(zhuǎn)換、微顆粒撞擊能量小、內(nèi)部晶格缺陷減少等原因，決定了氣流粉碎機(jī)的能量消耗很大。最好是用于高附加值物料的超細(xì)粉碎和干燥團(tuán)聚物的解散。因選型不當(dāng)，用于建材和非金屬礦加工的企業(yè)多處于停頓狀態(tài)。
（4）球磨超細(xì)加工系統(tǒng)：球磨機(jī)的問(wèn)世已近200年，多年的研究與改進(jìn)，使其成為粉磨行業(yè)主流。經(jīng)球磨機(jī)粉碎的產(chǎn)品，其粒度多為雙峰分布，細(xì)粉含量高、粗粒級(jí)分布較寬。閉路粉磨是一有效手段，但傳統(tǒng)的選粉機(jī)無(wú)法控制小于20μm的顆粒。工業(yè)界形成了一種誤區(qū)，認(rèn)為球磨機(jī)不能用于超細(xì)粉碎，人們?cè)欢葘?duì)它失去信心而試圖尋找其他粉磨設(shè)備，諸如振動(dòng)磨、攪拌磨、氣流磨等。這些設(shè)備的加工細(xì)度雖有所提高，但是其處理量、運(yùn)轉(zhuǎn)率和能耗指標(biāo)遠(yuǎn)不能適應(yīng)工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的需求。大型超細(xì)分級(jí)機(jī)的出現(xiàn)，使管磨機(jī)生產(chǎn)超細(xì)粉提供了可能途徑。大型超細(xì)分級(jí)機(jī)與球磨機(jī)（特別是高細(xì)管磨機(jī)）的配合，將系統(tǒng)的控制粒徑降低到10μm以下，其特點(diǎn)是為了強(qiáng)化介質(zhì)對(duì)物料的微細(xì)研磨作用能力和作用時(shí)間，而將磨機(jī)的結(jié)構(gòu)、簡(jiǎn)體長(zhǎng)度、介質(zhì)配比等方面作了一系列的改進(jìn)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外大批量物料的超細(xì)化處理多采用這種系統(tǒng)。
2 星式球磨機(jī)的整體設(shè)計(jì)
2.1 球磨機(jī)的結(jié)構(gòu)
球磨機(jī)有三種結(jié)構(gòu)類型，即星式球磨機(jī)，格子型球磨機(jī)，風(fēng)力排料干法球磨機(jī)。以下主要講星式球磨機(jī)。
星式球磨機(jī)的筒體由鋼板焊接而成，兩端有鑄鋼制成的端蓋，端蓋上的中空軸頸支承于主軸承上。筒體和端蓋內(nèi)部敷設(shè)襯板。大齒圈固定于筒體上，電動(dòng)機(jī)通過(guò)小齒輪和大齒將筒體帶動(dòng)。而大小齒輪猶如行星一樣轉(zhuǎn)動(dòng)，即所謂的行星。物料經(jīng)給料器通過(guò)中空軸頸從左方給入筒體。筒體內(nèi)裝有一定重量的鋼球作為磨介。物料受到鋼球的作用而磨碎，然后經(jīng)端蓋和中空軸頸排出機(jī)外。由于破碎產(chǎn)品經(jīng)中空軸排出。故這種球磨機(jī)稱為星式球磨機(jī)，是一種廣泛應(yīng)用的球磨機(jī)。
兩個(gè)中空軸頸中，有一個(gè)可以在主軸承上軸向伸縮，另一個(gè)是固定的。星式球磨機(jī)的齒輪傳動(dòng)產(chǎn)生一些軸向力，設(shè)計(jì)時(shí)使一個(gè)中空軸頸帶有兩個(gè)凸肩，凸肩之間的距離正好等于軸瓦的長(zhǎng)度，從而防止發(fā)生軸向活動(dòng)。另一個(gè)中空軸頸不帶凸肩，起長(zhǎng)度大于軸瓦長(zhǎng)度，當(dāng)筒體因受熱而伸長(zhǎng)或由于載荷使筒體撓曲時(shí)，可以在一定范圍內(nèi)自由伸縮。一般選擇靠近傳動(dòng)齒圈的軸頸為固定的中空軸頸。
球磨機(jī)的主軸承最常用的是滑動(dòng)軸承，其直徑很大，但長(zhǎng)度很短。與一般滑動(dòng)軸承不同之處在于僅僅下半部有軸瓦。整個(gè)軸承除軸瓦用巴氏合金澆鑄外，其余都用鑄鐵制成。
由于球磨機(jī)的跨度和載荷很大，將發(fā)生一定程度的撓曲，而且制造和裝配的誤差也難以保證準(zhǔn)確的同心度，因此，軸承制成只調(diào)位型，球面瓦座和球面瓦之間以球心為旋轉(zhuǎn)中心能夠略為相對(duì)移動(dòng)，使作用于軸瓦上的載荷分布均勻。
球面軸瓦和球面瓦之間還設(shè)有定位銷，以限制球面瓦移動(dòng)的范圍。在安裝時(shí)，可以用螺釘調(diào)整球面瓦座的位置。也有用斜楔調(diào)整裝置的。
主軸承是球磨機(jī)的一個(gè)關(guān)鍵部件，對(duì)于其潤(rùn)滑問(wèn)題必須充分重視，一般都采用稀油集中循環(huán)潤(rùn)滑，小型機(jī)也有采用有環(huán)潤(rùn)滑、油杯滴潤(rùn)滑或毛線潤(rùn)滑等方式的。
筒體襯板不僅防止筒體遭受磨損，而且直接影響剛球的運(yùn)動(dòng)和磨碎效率，所以得慎重選擇。襯板的材質(zhì)有高錳鋼、高鉻鑄鐵、鎳硬鑄鐵和橡膠等。襯板同筒體之間鋪有膠合板、石棉碘或橡皮等襯墊，以減緩鋼球?qū)ν搀w的沖擊。通常襯板用螺釘固定在筒體上，螺帽下面有橡皮和金屬墊圈，以防礦漿漏出。
襯板的形狀多種多樣，有的較為平滑，有的則突出部較高，對(duì)鋼球的推舉作用較大。在較平滑的襯板中，鋼球與襯板之間的相對(duì)滑動(dòng)較大，因而產(chǎn)生較多的研磨作用，但在相同轉(zhuǎn)速下鋼球被提升的高度和拋射所作的功較小，它適用于細(xì)磨。突出部較高的襯板使鋼球能提升至較高的位置，拋射作用較強(qiáng)，而且對(duì)鋼球和物料產(chǎn)生較劇烈的攪動(dòng)。即使同一形狀，突出部伸出的高度以及相鄰?fù)怀霾恐g的距離等參數(shù)也很重要。它們必須同鋼球尺寸、物料性質(zhì)及操作方法等相適應(yīng)。拆裝方便、噪音小，我國(guó)水泥、陶瓷、磷肥、化工、冶金等工業(yè)部門(mén)研制推廣橡膠襯板，取得了較好的效果，其中Ｋ型橡膠襯板適用與細(xì)磨，永登水泥廠在管磨機(jī)第一倉(cāng)（大球倉(cāng)）使用方形橡膠襯板。
2.2球磨機(jī)的傳動(dòng)方式及傳動(dòng)比
球磨機(jī)的工作部分是一個(gè)裝在兩個(gè)軸承上的水平放置的回轉(zhuǎn)筒體，筒體用隔倉(cāng)板分為幾個(gè)倉(cāng)室，在各倉(cāng)內(nèi)裝有一定的形狀和大小不一樣的研磨體。研磨體一般為鋼球、鋼段、鋼棒、礫石和瓷球等。為了防止筒體被磨損，在筒體內(nèi)壁裝有襯板。
當(dāng)磨機(jī)回轉(zhuǎn)時(shí)，研磨體在離心力和與筒體內(nèi)壁的襯板面產(chǎn)生的摩擦力的作用下，貼附在筒體內(nèi)壁的襯板面上，隨筒體一起回轉(zhuǎn)，并被帶到一定高度，在重力作用下自由下落，下落時(shí)研磨體像拋射體一樣，沖擊底部的物料把物料擊碎。研磨體上升、下落的循環(huán)運(yùn)動(dòng)是周而復(fù)始的。此外，在磨機(jī)回轉(zhuǎn)的過(guò)程中，研磨體還產(chǎn)生滑動(dòng)和滾動(dòng)，因而研磨體、襯板與物料之間發(fā)生研磨作用，使物料磨細(xì)。由于進(jìn)料端不斷喂入新物料，使進(jìn)料與出料端物料之間存在著能強(qiáng)制物料流動(dòng)，并且研磨體下落時(shí)沖擊物料產(chǎn)生軸向推力迫使物料流動(dòng)，另磨內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)也幫助物料流動(dòng)。因此，磨機(jī)筒體雖然是水平放置，但物料卻可以由進(jìn)料端緩慢流向出料端，完成粉磨作業(yè)。
當(dāng)磨機(jī)筒體的轉(zhuǎn)速達(dá)到摸某一數(shù)值時(shí)，研磨體產(chǎn)生的離心力等于它本身的重力，因而使研磨體升至脫離，即研磨體將緊貼附在筒體上，隨筒體一起回轉(zhuǎn)而不會(huì)降落下來(lái)，這個(gè)轉(zhuǎn)速就稱為臨界轉(zhuǎn)速。當(dāng)研磨體處于極限位置時(shí)，將此值代入研磨體運(yùn)動(dòng)基本方程式：
滾子與滾筒的傳動(dòng)比為=4.5
mm （2-1）
（2-2）
（2-3）
（2-4）
大型球磨機(jī)一般用低速同步電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)球磨機(jī)的小齒輪、小齒輪再帶動(dòng)大齒圈使球磨機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，起優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)效率高、占地面積小、維修方便和改善電網(wǎng)的功率因數(shù)，但同步電動(dòng)機(jī)售價(jià)較高。另一種傳動(dòng)方式是采用異步電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速器來(lái)帶動(dòng)小齒輪、大齒圈和球磨機(jī)。這種方式用于大、中型球磨機(jī)上，其電動(dòng)機(jī)的售價(jià)低于同步電動(dòng)機(jī)，但多了一套大型減速器。異步電動(dòng)機(jī)通過(guò)皮帶傳動(dòng)小齒輪、大齒圈和球磨機(jī)的傳動(dòng)方式，只適用于小型球磨機(jī)，其傳動(dòng)效率低、占地大、維修復(fù)雜。
最簡(jiǎn)單的摩擦輪傳動(dòng)是由兩個(gè)互相壓緊的圓柱摩擦輪組成。其中一個(gè)摩擦輪的軸心可以移動(dòng)，加壓裝置使兩輪接觸面間產(chǎn)生法向壓力，主動(dòng)輪回轉(zhuǎn)時(shí)，由法向壓力產(chǎn)生的摩擦力帶動(dòng)從動(dòng)輪回轉(zhuǎn)。設(shè)f為輪面間的摩擦系數(shù)，則在接觸面可產(chǎn)生摩擦力fq，其值應(yīng)大于或等于帶動(dòng)從動(dòng)輪工作所需的圓周力F。
摩擦輪傳動(dòng)工作時(shí)，在兩摩擦輪接觸面間將產(chǎn)生彈性滑動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)打滑。滑動(dòng)導(dǎo)致傳動(dòng)效率降低，造成嚴(yán)重磨損，因此應(yīng)控制滑動(dòng)率在允許的范圍內(nèi)。并且摩擦輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小，過(guò)載打滑防止零件損壞；但傳動(dòng)效率低，磨損快，傳動(dòng)比不嚴(yán)格恒定，不宜傳遞大功率和大轉(zhuǎn)矩。常用的摩擦輪傳動(dòng)有圓柱摩擦輪傳動(dòng)、槽型摩擦輪傳動(dòng)、端面摩擦輪傳動(dòng)和圓錐摩擦輪傳動(dòng)等。
各種摩擦輪傳動(dòng)的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)如下：
圓柱摩擦輪傳動(dòng)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易；壓緊力大，宜用于小功率傳動(dòng)；為減小壓緊力，可將輪面之一用非金屬材料作覆面；大功率傳動(dòng)，摩擦輪常采用淬火鋼，并采用自動(dòng)壓緊卸載環(huán)；為降低二軸的平行度要求，可將輪面之一制成鼓形，軸系剛性差亦應(yīng)如此；用于回轉(zhuǎn)筒驅(qū)動(dòng)裝置、儀表調(diào)節(jié)裝置等。
在選礦、水泥、建筑材料、煤炭、化工等許多工業(yè)部門(mén)中都需要磨碎作業(yè)。球磨機(jī)、棒磨機(jī)和管磨機(jī)是這些工業(yè)部門(mén)最重要的設(shè)備之一。這類磨碎機(jī)的重量大、造價(jià)高、功耗多、操作費(fèi)用昂貴，對(duì)于企業(yè)的投資、產(chǎn)品的質(zhì)量以及操作運(yùn)轉(zhuǎn)的經(jīng)濟(jì)合理性，有很大的影響。目前國(guó)內(nèi)的球磨機(jī)的傳動(dòng)方式大多采用齒輪傳動(dòng)，還有少部分采用中心傳動(dòng)。對(duì)于大尺寸的球磨機(jī)來(lái)說(shuō)，采用齒輪傳動(dòng)必須要解決制造大齒輪的問(wèn)題，制造大齒輪費(fèi)用昂貴而且生產(chǎn)周期較長(zhǎng)，而中心傳動(dòng)對(duì)球磨機(jī)兩個(gè)支撐軸承的同軸度要求較高，要求的制造技術(shù)較高。為解決費(fèi)用昂貴和制造技術(shù)較高的問(wèn)題，本課題研究用摩擦輪傳動(dòng)來(lái)代替球磨機(jī)齒輪傳動(dòng)或中心傳動(dòng)的方法。在球磨機(jī)這個(gè)課題上，摩擦輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是制造技術(shù)要求不高，制造費(fèi)用低。
2.3 星式球磨機(jī)的功率和電機(jī)的選取
2.3.1 球磨機(jī)的功率
星式球磨機(jī)影響其功率的因素有很多的種類，例如球磨機(jī)的直徑、長(zhǎng)度、轉(zhuǎn)速、內(nèi)部裝置、粉磨方式以及傳動(dòng)形式等。計(jì)算功率在參考實(shí)際的工作情況下公式如下。
（2-5）
式中: ——磨機(jī)需用功率，kW；
——磨機(jī)有效容積，m；
——磨機(jī)有效內(nèi)徑，m；
——磨機(jī)的適宜轉(zhuǎn)速，r/min；
——研磨體裝載量， t；
——磨機(jī)填充率（以小數(shù)表示）。
選用公式（2-5）計(jì)算：
kw
球磨機(jī)的配套電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算
=1.3×1.0677.53=880.789kW
式中: ——與磨機(jī)結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)效率有關(guān)的系數(shù)?！妱?dòng)機(jī)儲(chǔ)備系數(shù)，在1.0～1.1間選取。
2.3.2 電機(jī)的選取
電動(dòng)機(jī)選擇因綜合考慮的問(wèn)題：根據(jù)機(jī)械的負(fù)載性質(zhì)和生產(chǎn)工藝對(duì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速等要求，選擇電動(dòng)機(jī)類型。根據(jù)負(fù)載的轉(zhuǎn)矩、速度變化范圍和起動(dòng)頻繁程度要求，考慮電動(dòng)機(jī)的溫升限制、過(guò)載能力和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，選擇電動(dòng)機(jī)容量，并確定冷卻通風(fēng)方式，所選電動(dòng)機(jī)容量應(yīng)留有余量。過(guò)大的備用容量會(huì)使電動(dòng)機(jī)的效率降低，對(duì)于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，其功率因數(shù)將變壞，并使按電動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩校驗(yàn)強(qiáng)度的機(jī)械造價(jià)提高。還得根據(jù)使用場(chǎng)所的環(huán)境條件，如溫度、濕度、灰塵、雨水、腐蝕和易燃易爆氣體等考慮必要的保護(hù)方式，選擇電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的最高轉(zhuǎn)速和對(duì)電力傳動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程性能的要求，以及機(jī)械減速機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度，選擇電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。
此外，選擇電動(dòng)機(jī)還必須符合節(jié)能的要求，考慮運(yùn)行可靠性、設(shè)備的供貨情況、備品備件的通用性、安裝檢修的難易，以及產(chǎn)品價(jià)格、建設(shè)費(fèi)用及考慮生產(chǎn)過(guò)程中前后期電動(dòng)機(jī)容量變化等各因數(shù)。
Ｙ系列三相異步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)及用途是：該系列電動(dòng)機(jī)為封閉自扇冷式籠型三相異步電動(dòng)機(jī)，效率高、節(jié)能，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩高、噪聲低、振動(dòng)小，運(yùn)行可靠。能防止灰塵、鐵屑或其他雜物侵入電機(jī)內(nèi)部；具有與Ｙ系列相同的用途外，還能適用用灰塵多、水土飛濺的場(chǎng)所，如球磨機(jī)、碾米機(jī)、磨粉機(jī)、脫谷機(jī)及其他農(nóng)業(yè)機(jī)械、礦山機(jī)械等。又因?yàn)樵谄溆?jì)算除了球磨機(jī)的功率，所以把球磨機(jī)的功率定為：?jiǎn)?dòng)功率為：＝（1.2～1.5）Ｐ＝127.56～159.45kw。取＝132kw 型號(hào)：Y315L2－6 轉(zhuǎn)速：990r/min（IP44型)。
2.4 減速器和偶合器的選擇
減速器是動(dòng)力機(jī)和工作機(jī)之間的獨(dú)立的閉式傳動(dòng)裝置，用來(lái)降低轉(zhuǎn)速和增加轉(zhuǎn)矩，以滿足工作需要；在某些場(chǎng)合也用來(lái)增速，稱為增速器。常用的減速器主要有單級(jí)圓柱齒輪減速器和兩級(jí)圓柱齒輪減速器。單級(jí)圓柱齒輪減速器的推薦傳動(dòng)比范圍為1≤i≤8～10，特點(diǎn)是：齒輪可以作成直齒、斜齒和人字齒。直齒用于速度（ｖ≤8m/s）或負(fù)荷較輕的傳動(dòng)；斜齒或人字齒用于速度較高或負(fù)荷較重的傳動(dòng)。箱體一般用鑄鐵組成，有時(shí)采用焊接結(jié)構(gòu)或鑄鋼件。軸承一般采用滾動(dòng)軸承，只在重型或特高速時(shí)，才采用滑動(dòng)軸承，其他型式與此類同。
兩級(jí)圓柱齒輪減速器中有三種形式：展開(kāi)式、同軸式、分流式。其推薦傳動(dòng)比范圍為8≤i≤60。展開(kāi)式的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但齒輪相對(duì)與軸承的位置不對(duì)稱，因此，軸應(yīng)設(shè)計(jì)得具有較大的剛度。高速級(jí)齒輪布置在遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)矩的輸入端，這樣，軸在轉(zhuǎn)矩作用下產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)變形能減弱軸在彎曲變形所引起的載荷變沿齒寬分布不均勻的現(xiàn)象。建議用在載荷比較平穩(wěn)的場(chǎng)合，高速級(jí)可以作成斜齒，低速級(jí)可做成直齒。而分流式主要用于變載荷場(chǎng)合，且應(yīng)用較少。同軸式的特點(diǎn)：減速器的長(zhǎng)度較短，兩對(duì)齒輪浸入油中深度大致相等。但減速器的軸向尺寸及重量較大；高速級(jí)齒輪的承受能力難于充分利用；中間軸承潤(rùn)滑困難；中間軸較長(zhǎng)；剛性差，載荷沿齒寬分布不均勻；僅能有一個(gè)輸入或輸出端，限制了傳動(dòng)布置的靈活性。減速器的傳動(dòng)比為。因減速器的傳動(dòng)比大于9，所以選擇兩級(jí)圓柱齒輪減速器。兩級(jí)展開(kāi)式圓柱齒輪減速器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且可以用在載荷比較平穩(wěn)的場(chǎng)合。所以選擇兩級(jí)展開(kāi)式圓柱齒輪減速器。減速器的標(biāo)準(zhǔn)傳動(dòng)比與9.17最接近的只有9，因此，選擇標(biāo)準(zhǔn)減速器，型號(hào)為ZLY224傳動(dòng)比：9
液壓偶合器也稱為液力偶合器。它是利用液體的動(dòng)能來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩的動(dòng)力式液壓傳動(dòng)。液壓偶合器的優(yōu)點(diǎn)是：液壓聯(lián)軸器能使其空載進(jìn)行啟動(dòng)，為了能減小起動(dòng)時(shí)的振動(dòng)，所以采用的方式方法是隔離扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，防止動(dòng)力過(guò)載而對(duì)機(jī)器造成不必要的損壞，當(dāng)多臺(tái)原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)一臺(tái)機(jī)械設(shè)備時(shí)，允許各原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速稍有差別，而使各原動(dòng)機(jī)負(fù)載分配比較均勻，可進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速和并且傳動(dòng)的效率比較高。
液壓偶合器按其特性可分為三種基本類型：普通型、限矩型和調(diào)速型；按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以分為單腔式、雙腔式；按工作輪葉片的位置可分為直片式和斜片式。通常采用按特性分類法。
標(biāo)準(zhǔn)型液壓偶合器的特性是對(duì)過(guò)載系數(shù)不加控制，其值高達(dá)6～20，甚至更大。這種偶合器的工作起來(lái)的容積大，效率高，結(jié)構(gòu)也比其它類型液壓偶合器簡(jiǎn)單。它的主要缺點(diǎn)是太大，因而制動(dòng)力矩大，故防止過(guò)載的性能很差，或不能起到過(guò)載保護(hù)的作用。一般不用于有過(guò)載保護(hù)要求或調(diào)速要求的場(chǎng)合。目前已很少使用，為限矩型所代替。
限矩型液壓偶合器：該偶合器的特點(diǎn)是隨著速比的減小，轉(zhuǎn)矩趨于穩(wěn)定，因而它能夠有效地防止原動(dòng)機(jī)或負(fù)載的過(guò)載，其過(guò)載系數(shù)越小，過(guò)載保護(hù)性能越好。這種偶合器的過(guò)載系數(shù)<4。
調(diào)速型液壓偶合器：這種聯(lián)軸器在工作過(guò)程中，通過(guò)連續(xù)改變流道中的沖油度時(shí)，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)從動(dòng)軸的無(wú)級(jí)調(diào)速。采用這種方法調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)速范圍比較大，Ｉ值可以降低到0.4。因?yàn)橐毫ε己掀鞯某溆土坎荒芴伲^(guò)少的充油量將使液力偶合器的特性變得不穩(wěn)定，載荷稍有波動(dòng)會(huì)很大，因此Ｉ值不能降的太低。若在設(shè)計(jì)上作必要的改進(jìn)，如改進(jìn)流道的型式、加設(shè)適當(dāng)直徑的擋板等，可使液力偶合器的Ｉ值降到0.2。
調(diào)速型液力偶合器比限矩型液力偶合器結(jié)構(gòu)復(fù)雜。由于液力偶合器的效率＝Ｉ，而且效率與輸出軸的轉(zhuǎn)速成比例關(guān)系，轉(zhuǎn)速降低，效率下降。因此，這類偶合器用于負(fù)載轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速下降而減小的機(jī)械比較合適。
可用液力偶合器配套的各種機(jī)械設(shè)備概況：礦山機(jī)械：鉆采機(jī)械、各種破碎機(jī)、球磨機(jī)、離心分析機(jī)、礦用泥漿泵、篩選機(jī)、巷道掘進(jìn)機(jī)、巷道風(fēng)機(jī)。這類機(jī)械一般用限矩型液力偶合器。使用的目的是起動(dòng)平穩(wěn)，過(guò)載保護(hù)；滿載起動(dòng)；緩沖隔振；減小起動(dòng)電流和電網(wǎng)的電壓降；降低裝機(jī)容量、節(jié)能。
因此，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速及礦山機(jī)械的類型，我選擇用限矩型偶合器。偶合器類型為T(mén)VA650，主要參數(shù)：輸入轉(zhuǎn)速1000r/min，傳遞功率90～170kw。
2.5 其他零件的選擇
2.5.1 軸徑和聯(lián)軸器的選擇
（2-6）
式中d——計(jì)算剖面處軸的直徑；P——軸傳遞的功率，ＫＷ；n——軸的轉(zhuǎn)速，r/min；A——與軸的材料及相應(yīng)的許用扭剪應(yīng)力［］有關(guān)的設(shè)計(jì)系數(shù)。
d=130mm
選擇聯(lián)軸器的類型為：凸緣聯(lián)軸器（GB5843-86）凸緣聯(lián)軸器的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本較低，裝拆和維護(hù)均較簡(jiǎn)便，能保證兩軸有較高的對(duì)中性，傳扭矩較大，應(yīng)用較廣，但不能消除沖擊和由于兩軸的不對(duì)中而引起的不良后果。主要用于載荷較平穩(wěn)的場(chǎng)合?？傻茫嚎繙p速器最近的聯(lián)軸器的型號(hào)為YLD17 。由于在不確定的軸線上，滾子分布未知，所以其他的幾個(gè)聯(lián)軸器還不能選擇。為方便計(jì)算，初取軸線上的聯(lián)軸器都與此相同，待滾子分組確定后再進(jìn)行局部的調(diào)整。又因?yàn)橥咕壜?lián)軸器的都為，聯(lián)軸器在軸線上的軸向長(zhǎng)度為。
2.5.2 軸承的選取
因?yàn)樯隙嗡愠?，在此摩擦傳?dòng)中，軸承要受徑向和軸向的力。角接觸球軸承可以同時(shí)承受徑向負(fù)荷和單向的軸向負(fù)荷，也可承受純軸向的負(fù)荷。并且將一對(duì)軸承外圈同名端面相對(duì)安裝在軸上時(shí)，可限制軸在兩個(gè)方向的軸向位移。所以我選擇用角接觸球軸承。
軸承型號(hào)：36224 主要參數(shù)：。由滾動(dòng)軸承選擇配套的滾動(dòng)軸承座：滾動(dòng)軸承座型號(hào)：SN226
主要參數(shù)：
3 星式球磨機(jī)滾子的設(shè)計(jì)
3.1滾子的厚度
已知，；設(shè)滾子的厚度為；（其中為方便計(jì)算，螺栓的和螺母的按取值）滾子間間距為；軸的軸向長(zhǎng)度為；按單位接觸長(zhǎng)度的許用壓力[q]計(jì)算，為在的軸向長(zhǎng)度上滾子的最少個(gè)數(shù)；在的軸向長(zhǎng)度上的實(shí)際布置滾子的個(gè)數(shù)為；
（3-1）
（3-2）
滾子可作用的最大軸向長(zhǎng)度：
（3-3）
為了滾子能夠承受筒體的壓力，則。
當(dāng)時(shí)，根據(jù)，選取固定墊板與滾子的螺栓和螺母，螺栓：六角頭螺栓 GB5783 ；螺母：六角薄螺母 GB6172 ；已知
可知：
個(gè)滾子組的軸向長(zhǎng)度：
滾子的厚度為；墊板厚度為；滾子的個(gè)數(shù)為；滾子組數(shù)為。
3.2 滾子的間距
滾子的個(gè)數(shù)和分組由各個(gè)參數(shù)決定，如聯(lián)軸器的軸向長(zhǎng)度，滾子的間距，軸承座的軸向長(zhǎng)度。
聯(lián)軸器的軸向長(zhǎng)度：；滾動(dòng)軸承座的軸向長(zhǎng)度：；
滾子間距的作用是為方便更換滾子，即在不裝拆其他滾子的情況下，能夠保證單獨(dú)更換滾子的間隙。
決定滾子間距的因數(shù)有墊板厚度，滾子的厚度，固定墊板與滾子的螺栓和螺母。初設(shè)墊板厚度為； 滾子的厚度為，軸上的滾子布置如下：
圖3-1 滾子布置圖
設(shè)X為滾子間相鄰最近的兩個(gè)滾子的間距。要使非金屬滾子外層順利的更換、裝卸，則必須滿足以下條件：
（3-4）
式中：——滾子間距；——滾子的厚度；——墊板的厚度；——螺母中的；——螺栓中的；——螺栓中的。
即至少螺栓的全長(zhǎng)。
∴ （3-5）
3.3 剛滾架
滾子作為此摩擦輪傳動(dòng)中的主動(dòng)輪，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)顯的尤為重要。滾子的結(jié)構(gòu)不僅要能保證滾子在受到筒體的重壓下能夠正常工作，而且還要拆裝、更換方便。因此，這里的滾子是作為一個(gè)單元體來(lái)定義的，其本身由幾個(gè)部分組成。
滾子由滾子表層和鋼滾架兩部分組成，這兩部分則由墊板、螺栓和螺母聯(lián)接為一個(gè)整體——滾子。
鋼滾架是滾子的重要組成部分，它是滾子中不經(jīng)常更換的部分。它不僅要能承受筒體的重量而不易損壞，同時(shí)還要能傳遞扭矩給滾子表層。
因此，鋼滾架的結(jié)構(gòu)示意圖如下：
圖3-2 鋼滾架結(jié)構(gòu)示意圖
滾子表層的材料為夾布膠木，與筒體的摩擦系數(shù)為0.20～0.25，摩擦輪材料為夾布膠木－鋼。滾子表層的主要失效形式為摩擦磨損。滾子表層要保證更換方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠準(zhǔn)確的傳遞扭矩。因此，滾子表層的結(jié)構(gòu)示意圖如下：
圖3-3 滾子表層結(jié)構(gòu)示意圖
如圖3－3所示，滾子表層近似為一個(gè)半圓，因此要組成一個(gè)圓形的滾子外層需要有兩個(gè)滾子表層。滾子表層設(shè)計(jì)為這個(gè)形狀的目的是裝卸方便，與鋼滾架的徑向聯(lián)接準(zhǔn)確，兩個(gè)滾子表層之間的配合緊湊。半圓形的滾子表層比較好裝卸，不必拆裝其他的滾子就可以單獨(dú)更換某個(gè)滾子。滾子表層的3個(gè)凹槽用來(lái)保證與鋼滾架的配合。而其中滾子表層設(shè)計(jì)成階梯形是為了使它們兩個(gè)滾子之間的連接更緊湊。
圖3-4 滾子結(jié)構(gòu)示意圖
4 筒體裝置的設(shè)計(jì)
4.1 筒體的設(shè)計(jì)與計(jì)算
4.1.1 筒體的結(jié)構(gòu)
本次的設(shè)計(jì)我采用的是行星輪傳動(dòng)為傳動(dòng)方式的球磨機(jī)，因而在筒體的限位裝置上也與齒輪傳動(dòng)的球磨機(jī)不同。齒輪傳動(dòng)的主要限位裝置是筒體兩邊的兩個(gè)軸承座，而在通過(guò)摩擦傳動(dòng)在結(jié)構(gòu)上與齒輪傳動(dòng)的重要區(qū)別就是少了筒體兩邊的這兩個(gè)軸承，以兩排的滾子來(lái)代替軸承來(lái)承受筒體的總重。但是，滾子沒(méi)有保證能使筒體一定不向軸向竄動(dòng)的能力，因此我選擇在筒體的兩邊設(shè)計(jì)一個(gè)限位裝置。
一般筒體都設(shè)計(jì)成整體式結(jié)構(gòu)，因?yàn)檎w式結(jié)構(gòu)的制造綜合偏差相對(duì)較小。且加工費(fèi)用相對(duì)也低一些。
大規(guī)格的筒體則往往會(huì)受運(yùn)輸條件和制造加工能力的限制，而不得不將筒體設(shè)計(jì)成“分段式” 結(jié)構(gòu)。筒體段節(jié)之間一般采用帶定位止口的法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)。筒體分段的另一種辦法是現(xiàn)場(chǎng)焊接：筒體在制造廠按運(yùn)輸條件分段，然后準(zhǔn)確地加工出帶止口的特殊焊縫坡口，連同專用的全套施焊設(shè)備運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)，由制造廠的焊接技師在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行焊接和消除焊接應(yīng)力。這種方法只有在該地區(qū)有幾臺(tái)磨機(jī)的筒體需要在現(xiàn)場(chǎng)焊接才比較合算，否則是不經(jīng)濟(jì)的。
而且筒體與端蓋的聯(lián)接形式有以下三種：外接型法蘭聯(lián)接，在磨機(jī)規(guī)格大型化之前，筒體采用外接型法蘭與端蓋相聯(lián)接的結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用，其特點(diǎn)是與磨頭組裝比較方便，但筒體外形直徑大，切削加工面和材料消耗也比較大。
內(nèi)接型法蘭聯(lián)接是大中型磨體廣泛采用的結(jié)構(gòu)。其特點(diǎn)是原材料的利用率相當(dāng)高，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較合理。
無(wú)法蘭聯(lián)接實(shí)際上是將筒體和磨頭端蓋直接焊為一體的結(jié)構(gòu)形式，焊接接頭都是對(duì)接焊結(jié)構(gòu)。從端蓋結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，這種無(wú)法蘭對(duì)接焊聯(lián)接的 形式，將通用于各種規(guī)格和各種類型的磨體，因?yàn)樗哂薪Y(jié)構(gòu)合理、制造簡(jiǎn)便和使用可靠等特點(diǎn)。
本磨機(jī)選用的是內(nèi)接法蘭聯(lián)接。磨門(mén)是為封閉人孔設(shè)置的，要求裝卸方便、固定牢固。
人孔的主要作用是：檢修和更換磨體內(nèi)的各種易損件，裝卸研磨體以及對(duì)磨內(nèi)物料的采樣。磨門(mén)分“內(nèi)提式”和“外蓋式”兩種結(jié)構(gòu)類型。
內(nèi)提式磨門(mén)有兩種結(jié)構(gòu)形式：一種是把磨門(mén)和磨門(mén)襯板鑄造成一整體這種結(jié)構(gòu)只適用于韌性高的耐磨材料，因?yàn)樵煨痛蠖鴱?fù)雜，脆性材料容易斷裂。
另一種結(jié)構(gòu)是把磨門(mén)和磨門(mén)襯板分開(kāi)制造。磨門(mén)襯板用螺栓固定在型鋼或鑄鋼制造的磨門(mén)上，然后用弓形架再把磨門(mén)固定在筒體上。
筒體屬于不更換的零件，要保證工作中安全可靠，并能長(zhǎng)期連續(xù)使用。所以要求制造筒體的材料的金屬材料的強(qiáng)度要高，塑性要好，且應(yīng)具有一定的抗沖擊性能。筒體是由鋼板卷制而成，要求可焊性要好。因此，一般用于制造筒體的材料是普通結(jié)構(gòu)鋼板Q235，它的強(qiáng)度、塑性、可焊性都能滿足這些要求，且易購(gòu)到。鋼板厚度采用40mm。
圖4-1限位裝置
又因?yàn)橥搀w在軸向力主要是由筒體內(nèi)的鋼球的不定向運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。這個(gè)由鋼球產(chǎn)生的軸向力大約在5到6噸之間。
按估算的方法求限位滾子的厚度：
又因?yàn)橄尬粷L子與筒體兩邊突出來(lái)的部分是線接觸的，所以可以采用許用單位長(zhǎng)度接觸壓力進(jìn)行計(jì)算。限位滾子的材料為鋼。
由于為摩擦輪傳動(dòng)，因而筒體的軸向力或多或少的被摩擦輪間的摩擦阻力抵消一些，所以計(jì)算的時(shí)候還應(yīng)把筒體受的軸向摩擦阻力也算進(jìn)去。
該滾子的厚度＝ （4-1）
所以，當(dāng)滾子厚度為70mm時(shí)，限位滾子能夠承受筒體的軸向擠壓。對(duì)限位軸進(jìn)行剛度校核：在集中載荷的作用下，離限位軸與地面連接處最遠(yuǎn)的點(diǎn)的撓度得：
； （4-2）
取就可以滿足限位軸的剛度要求了。
4.1.2 筒體的計(jì)算
磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，作用于筒體的總載荷Q包括兩部分，一部分是磨機(jī)回轉(zhuǎn)部分的重力，另一部分是研磨體（包括物料）所產(chǎn)生的力P。
磨機(jī)回轉(zhuǎn)部分的重力
（4-3）
式中:——磨機(jī)回轉(zhuǎn)部分的重力，N；——磨機(jī)筒體的重力，N；——磨機(jī)磨頭的重力，N；——磨機(jī)磨尾的重力，N；——磨機(jī)襯板的重力，N；——磨機(jī)隔倉(cāng)板的重力，N；——磨機(jī)大齒圈的重力，N.
(4-4)
筒體作用力的分布，計(jì)算作用在筒體上的彎矩時(shí),筒體上的作用力分布
(4-5)
式中: ——單位長(zhǎng)度上受力, ——筒體長(zhǎng)度,。
9.7
動(dòng)態(tài)研磨體所產(chǎn)生的作用力1.14P,也是沿筒體長(zhǎng)度均勻分布.由于各倉(cāng)平均球徑和研磨體裝載量不同,產(chǎn)生的作用力大小也不一樣,所以應(yīng)該分倉(cāng)計(jì)算。
一倉(cāng)單位長(zhǎng)度上受的力為:
(4-6)
4.2 磨頭的結(jié)構(gòu)
磨頭是筒體端蓋和中空軸的統(tǒng)稱。它承受著整個(gè)磨體及研磨體的運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)載荷，在交變應(yīng)力的作用下連續(xù)運(yùn)行，是磨機(jī)本體最薄弱的環(huán)節(jié)，也是最難控制制造質(zhì)量的機(jī)件，使用中要求長(zhǎng)期安全可靠，所以在設(shè)計(jì)中應(yīng)該考慮是不更換的零件
磨頭的結(jié)構(gòu)形式有兩種：一種是端蓋與中空軸鑄成一整體式，這種形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝較方便，適用于中小型磨機(jī)。對(duì)于較大直徑的磨機(jī)，易產(chǎn)生鑄造缺陷，因磨頭端蓋占有較大的平展面積且又較薄，即使采用較多的澆冒口澆鑄，其冷卻收縮也是不均勻的，從而使中空軸與端蓋的過(guò)渡曲面產(chǎn)生較大的應(yīng)力和組織疏松，這種缺陷有時(shí)在切削加工到一定程度才會(huì)發(fā)現(xiàn)，造成不應(yīng)有的返工浪費(fèi)，有時(shí)這種缺陷處于隱蔽狀態(tài)，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，由于該部位在磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，承受著交變應(yīng)力，并且有較大的應(yīng)力集中，在運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后便產(chǎn)生斷裂，這時(shí)造成的損失就更大；另一種磨頭是將端蓋和中空軸分成兩部分再組合在一起，把端蓋和中空軸分別鑄造，加工后用螺栓組裝到一起，這種結(jié)構(gòu)，避免了上述的鑄造缺陷。這樣雖可解決一些問(wèn)題，但在原材料消耗和加工工作量上都比較多，并增加了安裝工作量；端蓋采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)是機(jī)件制造工藝程序簡(jiǎn)單，切削加工程序和切削加工面較少，原材料消耗少，端蓋質(zhì)量可得到保證，不存在鑄件的鑄造缺陷。端蓋與筒體焊接在一起，連接牢靠省工，避免了要求較高的螺栓或鉚釘連接。此種中空軸是鑄件與端蓋止口圓定位用螺栓連接成磨頭整體。
焊接端蓋，其鋼板厚度一般為筒體鋼板厚度的1.5～2.5倍，且焊接端蓋的焊縫不宜與筒體焊縫重合，也要避免與筒體上襯板螺栓孔重合。從“等強(qiáng)度”觀點(diǎn)出發(fā)，端蓋也應(yīng)設(shè)置中部增強(qiáng)板，其厚度在滿足強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)需要的原則下，盡量使端蓋鋼板厚度減小。端蓋與中心軸對(duì)心配合止口，一般設(shè)在端蓋增強(qiáng)板上，即用中心軸法蘭外圓對(duì)心定位，此種多用于大型磨機(jī)。
筒體兩端的法蘭止口圓與磨頭要同心，端蓋與筒體結(jié)合面要精加工，兩端法蘭止口要彼此平行，并與筒體縱向中心線垂直。磨頭和法蘭螺栓孔要精確重合，并有不少于15%的絞孔螺栓起定位作用。螺栓要用一種牌號(hào)的鋼制造，螺栓要均勻擰緊，若達(dá)不到上述要求，則在磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中可能發(fā)生螺栓斷裂，引起停車事故。
5 軸的設(shè)計(jì)與校核
5.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
軸是組成機(jī)器的主要零件之一。軸的主要功用是支承回轉(zhuǎn)零件及傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。按照承受載荷的不同，軸可分為轉(zhuǎn)軸、心軸和傳動(dòng)軸三類。工作中既承受彎矩又承受扭矩的軸稱為轉(zhuǎn)軸。
直軸根據(jù)外形的的不同，可分為光軸和階梯軸兩軸兩種。
在設(shè)計(jì)的這個(gè)摩擦傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，軸不僅承受著彎矩又承受扭矩，所以軸的類型選擇轉(zhuǎn)軸。又因?yàn)?，滾子在軸上的布置方式為五個(gè)滾子均勻的分布在軸上，所以不適合選擇用階梯軸。為了軸的加工制造方便，選擇軸的外形為光軸。光軸形狀簡(jiǎn)單，加工容易，應(yīng)力集中源少，但零件不易裝配及定位。因此，我選擇用套筒對(duì)軸上的滾子進(jìn)行軸向定位。
因此，該主傳動(dòng)軸的示意圖如下：
圖5-1 軸結(jié)構(gòu)示意圖
軸的長(zhǎng)度為1920mm,鍵槽的長(zhǎng)度為140mm,鍵槽的寬度為32mm,鍵槽深度為9mm。
5.2 軸的強(qiáng)度校核
受力情況如圖所示：
圖5-2 滾子受力圖
該摩擦輪傳動(dòng)的摩擦系數(shù)為0.225，因此可求滾子的受力。
（5-1）
為防止軸在啟動(dòng)的時(shí)候損壞，應(yīng)該以電動(dòng)機(jī)的輸出額定功率作為最大負(fù)載功率來(lái)進(jìn)行校核。
；
軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為：
； （5-2）
式中：——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為Mpa； Ｔ——軸所受的扭矩，單位n/mm；——軸的抗扭截面系數(shù)，單位為；——軸的轉(zhuǎn)速，單位為；——軸傳遞的功率，單位為Ｋw；——計(jì)算截面初軸的直徑，單位為；——許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力。
選取抗扭截面系數(shù)計(jì)算公式：
（5-3）
由公式（5-2）可知：
； （5-4）
又因?yàn)檩S的材料為。
（5-5）
所以，該軸滿足扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件。
5.3 剛滾架與軸的連接
鍵是一種標(biāo)準(zhǔn)零件，通常用來(lái)實(shí)現(xiàn)軸和輪轂之間的周向固定以傳遞扭矩，有的還能實(shí)現(xiàn)軸零件的軸向固定或軸向滑動(dòng)的導(dǎo)向。鍵聯(lián)接的主要類型有：平鍵連接、半圓鍵聯(lián)接、楔鍵聯(lián)接和切向鍵聯(lián)接。
在鋼滾架與軸的聯(lián)接我選用平鍵聯(lián)接，平鍵聯(lián)接具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝拆方便、對(duì)中性較好等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。這種鍵聯(lián)接不能承受軸向力，因而對(duì)軸的零件不能起到軸向固定的作用。
根據(jù)用途的不同，平鍵分為普通平鍵、薄型平鍵、導(dǎo)向平鍵和滑鍵四種。其中普通平鍵和薄型平鍵用于靜聯(lián)接，導(dǎo)向平鍵和滑鍵用于動(dòng)聯(lián)接。我選用的是普通平鍵中的圓頭平鍵。平鍵的聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算：
對(duì)于采用常見(jiàn)的材料組合和按標(biāo)準(zhǔn)選取尺寸的普通平鍵聯(lián)接（靜聯(lián)接），起主要失效形式是工作面被壓潰。除非有嚴(yán)重過(guò)載，一般不會(huì)出現(xiàn)鍵的剪斷。因此，通常只按工作表面上的擠壓應(yīng)力來(lái)進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算。
假定載荷在鍵的工作面上均勻分布，普通平鍵聯(lián)接的強(qiáng)度條件為：
（5-6）
又因?yàn)椋?，所選的圓頭平鍵的主要參數(shù)為：
；
由公式（5-6）可知：
因此，鋼滾架與軸的鍵聯(lián)接符合強(qiáng)度條件。
5.4剛滾架與滾子的連接
鋼滾架與滾子表層的聯(lián)接方式為滾子裝配的總圖，從圖中可知鋼滾架和滾子表層的聯(lián)接用的是矩形花鍵的形式。并且，因?yàn)殇摑L架和滾子表層一般沒(méi)有相對(duì)位移，所以是靜聯(lián)接。
與平鍵聯(lián)接比較，花鍵聯(lián)接在強(qiáng)度、工藝和使用方面有下述一些優(yōu)點(diǎn)：因?yàn)樵谳S上與轂孔上直接而勻稱地制出較多的齒與槽，故聯(lián)接受力較為均勻；因槽較淺，齒根處應(yīng)力集中較小，軸與轂的強(qiáng)度削弱較少；齒數(shù)較多，總接觸面積較大，因而可承受較大的載荷；軸上零件與軸的對(duì)中性好；導(dǎo)向性較好；可用磨削的方法提高加工精度及聯(lián)接質(zhì)量。
花鍵聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算：
花鍵聯(lián)接的主要失效形式是工作面被壓潰（靜聯(lián)接）或工作面過(guò)度磨損（動(dòng)聯(lián)接）。因此，靜聯(lián)接通常按工作面上的擠壓應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核。
則花鍵聯(lián)接的強(qiáng)度條件為：
（5-7）
式中：——載荷分配不均系數(shù)，與齒數(shù)多少有關(guān)，一般取，齒數(shù)多時(shí)取偏小值；z——花鍵的齒數(shù)；l——齒的工作長(zhǎng)度，單位為mm；
ｈ——花鍵齒側(cè)面的工作高度，矩形花鍵，；
——花鍵的平均直接，矩形花鍵，；
——花鍵聯(lián)接的許用擠壓應(yīng)力，單位為mpa。
已知 ；
?。?
該鍵聯(lián)接滿足強(qiáng)度條件。聯(lián)軸器與軸聯(lián)接的鍵中以與減速器最近的那個(gè)最危險(xiǎn)。對(duì)該鍵進(jìn)行校核,該圓頭平鍵的主要參數(shù)：
；
；
該鍵聯(lián)接滿足擠壓強(qiáng)度條件。滾動(dòng)軸承的正常失效形式是滾動(dòng)體或內(nèi)外圈滾道上的點(diǎn)蝕破壞。這是在安裝、潤(rùn)滑、維護(hù)良好的條件下，由于大量重復(fù)地承受變化的接觸應(yīng)力所致。
一組在相同條件下運(yùn)轉(zhuǎn)的近于相同的軸承，其可靠度為百分之九十時(shí)的壽命作為標(biāo)準(zhǔn)壽命，即按一組軸承中百分之十的軸承發(fā)生點(diǎn)蝕破壞前的轉(zhuǎn)數(shù)或工作小時(shí)數(shù)作為軸承的壽命，并把這個(gè)壽命叫作軸承的壽命，并把這個(gè)壽命叫做基本額定壽命，以表示。
以小時(shí)數(shù)表示的軸承壽命為：
； （5-8）
式中：的單位為，為指數(shù)，對(duì)于球軸承，；對(duì)于滾子軸承，＝10/3。
；
；
小時(shí)。
所以，即使在滾子受到摩擦傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中最大的力時(shí)，軸承的壽命也有小時(shí)。
6結(jié)語(yǔ)
在通過(guò)對(duì)本次設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)之后,我對(duì)星式球磨機(jī)的一些相關(guān)知識(shí)有了進(jìn)一步的程度的了解。磨碎作為粉碎工藝的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，因此球磨機(jī)在選礦業(yè)中占有非常重要的地位。但是這類磨碎機(jī)的缺點(diǎn)是重量大、造價(jià)高、功耗多、操作費(fèi)用昂貴，對(duì)于企業(yè)的投資、產(chǎn)品的質(zhì)量以及操作運(yùn)轉(zhuǎn)的經(jīng)濟(jì)合理性，有很大的影響。例如在選礦廠，每磨碎一噸礦石要耗費(fèi)大量的電力。在水泥廠，磨碎一噸物料的能耗更高，可達(dá)50千瓦小時(shí)，占水泥廠總耗電量一半以上。因而，降低球磨機(jī)的制造成本和功耗成為其新型球磨機(jī)的主要問(wèn)題。
本次設(shè)計(jì)所研究的新型球磨機(jī)是星式傳動(dòng)式的球磨機(jī)。它與現(xiàn)有齒輪傳動(dòng)式的球磨機(jī)的主要結(jié)構(gòu)區(qū)別在于：多了一些制造費(fèi)用低廉的滾子及短軸，少了一般球磨機(jī)所慣有的大齒輪和大主軸承，主軸承座等等。摩擦傳動(dòng)方式的球磨機(jī)的關(guān)鍵問(wèn)題是齒輪傳動(dòng)的轉(zhuǎn)矩傳遞方式由摩擦輪傳動(dòng)的轉(zhuǎn)矩傳遞方式替代，筒體的重量從由本來(lái)的主軸承和主軸承座承受轉(zhuǎn)化為由滾子來(lái)承受，筒體的軸向限位和徑向限位從由軸承座限制轉(zhuǎn)化為由滾子和單獨(dú)的軸向限位裝置來(lái)限制。
新型球磨機(jī)的摩擦傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路以解決球磨機(jī)的關(guān)鍵問(wèn)題為主線。首先要確定的就是按規(guī)格選擇球磨機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)，摩擦傳動(dòng)的方案和摩擦輪的材料等；其次，要確定筒體和滾子的受力情況，同時(shí)摩擦傳動(dòng)的重要數(shù)據(jù)傳動(dòng)比和主傳動(dòng)軸的軸徑等等也要確定，另外還有一些與此相關(guān)的聯(lián)接和固定甚至起動(dòng)的部件需要選擇；再者，確定滾子的個(gè)數(shù)和分組，滾子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，筒體軸向限位裝置的設(shè)計(jì)等；最后，摩擦傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的幾個(gè)重要零部件的校核，主傳動(dòng)軸的強(qiáng)度和剛度的校核，各個(gè)聯(lián)接鍵的強(qiáng)度校核，軸承的壽命計(jì)算等。
通過(guò)對(duì)這個(gè)行星輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，我對(duì)球磨機(jī)摩擦傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的一般設(shè)計(jì)步驟有