球磨机回转部分的设计11.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流球磨机回转部分的设计11.精品文档.河南科技大学毕业设计说明书（机电一体化工程）地 市： 三门峡 准考证号： 120110100355 姓 名： 刘团结 河南省高等教育自学考试毕业设计任务书一、 题目 2.411m球磨机回转部分的设计 二、本环节自 2011年3月10日起至2011年5月20日止 三、 进行地点 三门峡职业技术学院 四、 内容要求 研发出一种适合实验室应用便于学生掌握其 结构的小型磨机 ，该球磨机有结构比较简单，比较轻便，转 速平稳，噪声较小等特点。 指导教师：王莉静批准日期：2011年5月20日摘 要 本课题主要的是用于水泥

2、磨边缘传动球磨机的回转部分的设计。对2.411m的回转部分的设计计算，主要针对球磨机回转部分零件的转速参数、零件的尺寸、重量，以及零件的材料选择。根据使用要求，合理设计球磨机的回转部分，尽可能降低生产成本，节约土地，带来更好的经济效益，并通过使用通用零件的方法，合理降低球磨机的制造成本，符合企业的要求。 在矿山建设时期，球磨机的设备及基建投资约占选矿厂破磨设备总投资的50%，在矿山生产期间，球磨机的能耗同样占全部破磨作业的50%以上。同时在矿山生产中，球磨机作为主要的生产设备，其运转率和效率常常决定了全厂的生产效率，同时在矿山生产中，球磨机作为主要的生产设备，其运转率和效率常常决定了全厂的生产

3、效率和指标，成为全厂生产的咽喉环节。 因此，无论设计院再设计阶段对球磨机的选择还是矿山企业在生产阶段对球磨机的管理都十分重视。同时许多球磨机的设计研究单位和生产厂家也对球磨机进行了很多研究工作，取得了很大进展，出现多方面的研究方向。 本次设计主要针对实验室应用的小型球磨机，通过对大量参考文献及对大型球磨机的结构研究，研发出一种适合实验室应用便于学生掌握其结构的小型磨机，该球磨机有结构比较简单，比较轻便，转速平稳，噪声较小等特点。具有的研究方法是通过对球磨机不同结构的研究，计算找到最适合的结构和材料，组合成所设计的球磨机。具体方法过程见说明书。关键词：球磨机，回转部分主要零件，回转部分的设计AB

4、STRACT This topic is mainly used for cement mill of rotation part edge transmission ball mill the design. To turn 11m 2.411m part, mainly for the design and calculation of ball mill rotary parts of speed parameters, parts and components, size, weight of material selection. Use requirements, reasonab

5、le design, as part of the mill turn lower production cost, saving land, bring better economic benefit, and through the use of general parts method, reasonably reduce cost of manufacture, accord with the ball mill business requirements.Therefore, no matter design institute for ball again design stage

6、 of choice in the production stage or mining enterprises to grinding machine attached importance to the management.KEY WORDS：The design of ball mill，Specific methods process see instructions，he ball mill rotary body design 前 言建材产品的生产，从原料、燃料到半成品都需要进行破碎和粉磨，其目的是使物料的比表面积增加，以提高物理作用的效果及化学反应的速度，如促进均匀混合，提高物

7、料的流动性，便于贮存和运输，提高产量等。水泥熟料和石膏一起磨碎成最终产品，其磨碎的粒度越细，比表面积越大，则水泥的标号就越高，改善和提高产品的质量和数量，减少动力消耗，降低生产成本，即达到优质、高产、低能耗具有重要意义。球磨机不但在建材工业中广泛应用，而且在冶金、选矿、化工、电力等工业中也广泛采用。它的优点是:物料适应性强;粉碎比大;结构简单、坚固、操作可靠，维护管理方便，能长期连续运转。缺点是:工作效率低;体形笨重;磨机转速低;研磨体和衬板的消耗量大，操作时噪声大。 本课题源于大志环保科技有限公司，课题为中2.4X11m.球磨机，本人主要承担2.4X11m回转部分的设计。技术性能:生产能力达

8、到42t/h。技术要求:机械设计应保证其功能良好、使用可靠、维护方便;零件结构设计要选择合理的毛坯型式和材料，并尽可能的采用标准件和通用件，并具有良好的工艺性。 目 录摘要.2 ABSTRACT.3前言.4第一章 球磨机的基本知识.7 1.1 球磨机简介.7 1.2 球磨机回转部分的工作原理.8第二章 回转部分的主要零部件.10 2.1 球磨机回转部分的构造.10 2.2 球磨机回转部分的零部件.11第三章 球磨机回转部分的设计.12 3.1筒体部分的设计.12 3.1.1筒体结构设计.12 3.1.2 磨门与入孔.13 3.1.3 筒体的基本要求和规定.13 3.1.4 筒体的计算.14 3

9、.2 磨头部分的设计.20 3.2.1磨头结构计算.20 3.2.2中空轴结构设计.21 3.2.3磨头的计算.21 3.3 衬板类型设计.26 3.3.1 衬板的作用.26 3.3.2 衬板的材料.27 3.3.3 衬板的种类.27 3.3.4 衬板的安装.28 3.4 隔仓板得选型设计.28 3.4.1 隔仓板的作用.28 3.4.2 隔仓板的类型.29第四章 总结.30参考文献.31 致谢.32 第一章 球磨机回转部分的基本知识1.1 球磨机的简介一 磨机的分类工业中所用的磨机类型很多，由于它们的特征不同，而有以下几种分类方法 1.根据破碎介质不同可分为 球磨机:介质为钢球或铸铁球。 棒

10、磨机:介质为钢棒。 自磨机:介质为矿物本身。 砾磨机:介质为砾石。 2.按筒体形状分类 短筒磨机:筒体长度L不大于筒体直径D，即LSD，如图11 (a)，(b)，（c）所示，其中(a). (b)磨机在选矿厂中被广泛采用。 长筒磨机:筒体长度L= (1.5-3) D，如图11 (e)所示。 管磨机:筒体长度L= (2.5-6) D，如图11 (f)所示，在水泥厂被广泛采用. 圆锥型磨机:筒体长度L= (0.325-1) D，如图11 (c)所示，由于该种磨机介质填充率低，磨机利用率不充分，磨料效率较低，所以目前只在少数工业部门应用。 3.根据排矿方式可分为 溢流型:通过中空轴排矿如图11(a)

11、格子型:通过格子板排矿 周边型:通过筒体周边排矿 4.按作业特点分类 湿式磨机:给料的同时加入水，排料成一定浓度的料浆而排出，在闭路系统中与水力分级设备组成闭路作业。干示磨机:排料有的用风流抽出，磨机与风力分级装置组成闭路，如水泥磨采用自流排料。图11球磨机分类简图 (a)溢流形球磨机(短筒型)(o)圆锥型球磨机(短筒型)(e)长筒型球磨机(溢流型)(b)格子型球磨机(短筒型)(d)周边排料球磨机(f)多仓管磨机1.2 球磨机回转部分的工作原理 物料主要靠介质群下落时产生的冲击力而粉碎，同时也靠部分研磨作用磨机就同采用此种工作状态而工作的球磨机在近代的选矿工业，化学工业和建材工业等中，都占有极

12、其重要的地位，并发挥这巨大的作用，如图12所示。 在选矿厂中，磨机被用来对矿石进行粉磨，使其达到单体分离或下一段磨机所需的给矿力度。在化学工业中，通过对物料粉磨，可增加其表面积，为缩短物料化学所反应的时间创造有利条件。 12介质运动状态与球的运动轨迹 第二章 回转部分的主要零部件2.1 球磨机回转部分的构造如图所示设计的磨机为2.411m球磨机。它由以下六个部分组成(如图21） 图2-1 球磨机的主要部分磨机的圆形筒体是由四块10mm厚Q235A钢板焊接而成，同时在它的两端焊有带有止口的法兰盘，利用它和端盖联接。为了保护筒体内表面不受磨击和控制钢球在筒体内的运动轨迹，筒体内铺有衬板。为了使衬板

13、与筒体内壁紧密接触和缓冲钢球对筒体的冲击，在衬板与筒体内壁之间敷有胶合板。每块衬板用方头螺栓固定在筒体内壁上，为了防止泥浆沿螺栓孔漏出，在螺母垫有带有环槽的金属垫圈和橡胶圈。为了便于更换衬板和检查磨机内部情况，在筒体上开有人孔。球磨机筒体是通过传动装置由电动机带动回转的。传动装置由装在筒体的大皮带大轮和电机前端安装的小皮带轮组成。 2.2 球磨机回转部分的零部件 如图2-2所示球磨机回转部分回转部分的主要零部件 图2-2 球磨机的回转部分1中空轴 2磨头衬板 3简体法兰 4大齿圈 5出料枥板 6筒体 7平衬板 8隔仓板 9阶梯衬板 10磨门 11 叶片 第三章 球磨机回转部分的设计3.1 筒体

14、部分的设计3.1.1筒体的结构设计 一、筒体的结构形式 一般筒体都设计成整体式结构，因为整体式结构的制造综合偏差相对较小，且加上费用相对也低一些。 大规格的筒体则往往会受运输条件和制造加上能力的限制，而不得不将筒体设计成“分段式”结构。筒体段节之间一般采用带定位置口的法兰联接结构。筒体分段的另一种办法是现场焊接:筒体在制造厂按运输条件分段，然后准确地加上出带止口的特殊焊缝坡口，连同专用的全套施焊设备运到现场，由制造厂的焊接技师在现场进行焊接和消除焊接应力。这种方法只有在该地区时球磨机的筒体需要在现场焊接才比较合算，否则是不经济的。二、筒体与端盖的联接形式 筒体与磨头端盖的联接形式有以下三种:

15、1、外接型法兰联接 在磨机规格大型化之前，筒体采用外接型法兰与端盖相联接的结构被广泛应用，其特点是与磨头组装比较方便，但筒体外形直径大，切削加工面和材料消耗也比较大。 内接型法兰联接是大中型磨体广泛采用的结构。其特点是原材料的利用率相当高，结构设计比较合理。 2、无法兰联接 无法兰联接实际上是将筒体和磨头端盖直接焊为一体的结构形式，焊接接头都是接焊结构。从端盖结构的发展趋势来看，这种无法兰对接焊联接的形式，将通过各种规格和各种类型的磨体，因为已具有结构合理、制造简便和使用可靠等特点。本磨机选用的是内接法兰联接。3.1.2磨门与人孔 磨门是为封闭人孔设置的，要求装卸方便、固定牢固。人孔的主要作用

16、是:检修和更换磨体内的各种易损件，装卸研磨体以及对磨内物料的采样。一、磨门 磨门分“内提式”和“外盖式”两种结构类型。 1、内提式磨门 内提式磨门有两种结构形式:一种是把磨门和磨门衬板铸造成一整体这种结构只适用于韧性高的耐磨材料，因为造型大而复杂，脆性材料容易断裂。 另一种结构是把磨门和磨门衬板分开制造。磨门衬板用螺栓固定在型钢铸钢制造的磨门上，然后用弓形架再把磨门固定在筒体上。 2、外盖式磨门 外盖式磨门的突出优点是磨门衬板和筒体衬板完全一样。 本磨机选用的是外盖式磨门。二、人孔 1、内提式磨门的人孔 内提式磨门的.人孔有带补强板和不带补强板之分。 2、外盖式磨门的人孔外盖式磨门的人孔，均须

17、设置固定磨门的“人孔框”。人孔框同时也起到补强板的作用，与筒体的联接均采用铆钉铆接。人孔的尺寸、孔口倒棱、孔面粗糙以及四个孔角的圆角半径等，基本要求和内提式磨门的人孔相同。3.1.3筒体的基本要求和规定一、钢板材质和厚度的选择筒体属于不更换的零件，要保证工作中安全可靠，并能长期连续使用。所以要求制造筒体的材料的金属材料的强度要高，塑性要好，且应具有一定的抗冲击性能。筒体是由钢板卷制而成，要求可焊性要好。因此，一般用于制造筒体的材料是普通结构钢板Q235，因为这种钢的强度、塑性、可焊性都能满足这些要求，且易购到。钢板厚度采用4Omm。二、筒体的有效内径和有效长度 1、筒体的有效内径 D=Da+2

18、.5p (3-1-1) 式中:D筒体的规格直径，m; Da筒体的有效直径，m; p衬板平均厚度 代入上式 2 .4=Da+20.05 Da=2 .3m (3-1-2) 2、筒体的有效长度 (3-1-3) 式中:-筒体的规定长度，m; -筒体的有效长度，m; 分别为隔仓板、端盖衬板、扬料装置的厚度，m取0.32m代入公式 10=La+0.32 La=9.68 m3、筒体钢板的排列原则 （1）充分利用钢板的规格尺寸和卷板机的最大能力，使筒体的焊缝总长达到最短为原则来排列钢板，厚钢板与薄钢板对接焊的过渡斜率不大1:10为宜。当筒体纵、环焊缝在排列中发生矛盾时，应以减少纵焊缝为主来处理，这是基于焊接应

19、力场的矢向都平行于筒体素线，避免形成应力叠加来考虑的。筒体段接间的纵向焊缝，应按100mm考虑的。这样可使各段节筒体上的螺栓孔，得到距焊缝最大的距离。 （2）焊缝距各种孔边的最小距离焊缝不许通过筒体上的任何开孔。焊缝坡口边至孔边的最小距离为筒体厚度的2倍且不小于75mm为宜。当焊缝必须通过人孔加强板时，该焊缝必须全长磨平，磨平表面的粗糙度不应低于钢板表面的相应值。3.1.4筒体的计算一、作用于筒体的总载荷Q磨机运转时，作用于筒体的总载荷Q包括两部分，一部分是磨机回转部分的重力，另一部分是动态研磨体(包括物料)所产生的力P。1、磨机回转部分的重力Gm (3-1-4)式中: Gm磨机回转部分的重力

20、，N; G1磨机筒体的重力，N; G2磨机磨头的重力，N; G3磨机磨尾的重力，N; G4磨机衬板的重力，N; G5磨机隔仓板的重力，N; G6-磨机大齿圈得重力，N; （3-1-5）代入上式得 代入上式得 （3-1-6） 2、动态研磨体所产生的力P磨机内研磨体在抛落状态运转时，研磨体所产生的力，主要有泻落部分而积累的重力气及汽部分的离心力和抛落部分而积只的冲击力只等三部分，一般情况分动态研磨体由上述三部分力所产生的合力，只比静态研磨体的自重G大2%，即:式中:P动态研磨体产生的力N （3-1-7）代入上公式 （3-1-8）3.粉磨物料的重力G。粉磨时研磨体和物料是混合在一起的，这部分物料重量

21、约为研磨体重量的14%。即： (3-1-9) 式中： Go粉磨物料的重力，N代入上式 (3-1-10)4、磨机运转时，作用于筒体上的总载荷Q代入公式 (3-1-11) B.边缘传动时大齿轮的圆周力Pu 式中:Pu圆周力 N N磨机需要的功率，kw n磨机筒体的转速，r/min; 大齿圈的节圆半径;n代入公式 (3-1-12)二、筒体作用力的分布 1、计算作用在筒体上的弯矩时，筒体上的作用力分布。 (3-1-13)式中:q单位长度上受力，N/m; 筒体长度，m.代入公式 (3-1-14) 2、动态研磨体所产生的作用力1.14P，也是沿筒体长度均匀分布。由于各仓平均球径和研磨体装载量不同，产生的作

22、用力大小也不一样，所以应该分仓计算。一仓单位长度上受的力为: (3-1-15)二仓长度上的力为： (3-1-16)式中： 分别为一二仓单位长度上受的力，N/m; 分别为一二仓动态研磨体的作用力，N; 分别为一、二仓的长度，m P=G=mg代入公式 (3-1-17)根据生产实践，一般设计双仓磨时，第一仓仓长为全长的30%一40%，第二仓仓长为全长的60%一70%。代入上式得 (3-1-18) （3-1-19）3、边缘传动大齿轮的重力Go作为集中载荷磨头重力G2和磨尾重力G3也作为集中载荷，其作用点在磨头(或磨尾)和筒体接触而至支座(主轴承)支反力作用点距离的1/3处。三、筒体弯曲强度1、进料端主

23、轴承处的支反力Ra (3-1-20)代入公式2、出料端主轴承处的支反力 (3-1-21)代入公式3、磨机筒体所受的最大弯矩Mmax（3-1-22）代入上式 (3-1-23)4、磨机筒体所受的扭矩Mg (3-1-24)代入上式得： (3-1-25)磨机筒体所受当量弯矩M (3-1-26)式中:筒体所受当量弯矩，N.m 筒体所受最大弯矩，Ni; 筒体所受扭矩，Ni; a折合系数，一般取为0.5一0.6 5、磨机筒体抗弯断面模数W （3-1-27）式中:W筒体抗弯断而模数， Rc磨机筒体的外半径， Ra磨机筒体的内半径，代入上式得： (3-1-28) 6、磨机筒体所受的弯曲应力 (3-1-29)式中

24、:筒体所受的弯曲应力，Pa; M筒体所受的当量弯矩，N.m; W筒体抗弯断而模数，m3; C筒体断而消弱系数，是由人孔和衬板螺栓孔所引起的，一般取C=0.80.9代入上式得： (3-1-30) 7、磨机筒体的许用弯曲应力 磨机筒体是在变载荷作用下长期连续上作，因此筒体断面许用应力应按筒体材料的疲劳极限来确定。 （3-1-31）式中:用弯曲应力，Pa; 筒体材料的疲劳极限，Pa; 筒体材料的屈服极限，Pa; 筒体材料的抗拉强度极限，Pa; n安全系数，n 26。代入上式得： （3-1-32） 四、筒体径向刚度的计算磨机筒体是一个大直径的薄壁圆筒，容易产生径向变形。径向变形如果超过一定数植将会影响

25、磨机正常运转，必须对筒体径向变形加以限制。对于圆柱形的客体，一般用D&Ca来控制，Ca是经验值。在磨机筒体上，根据目前的经验一般取Ca=150。筒体纵向挠度，一般控制在0.3/1000以内，而这样小的挠度反映到具有球面支承的主轴承上，是不足为虑的。3.2磨头部分设计3.2.1磨头的结构设计 磨头是筒体端盖和中空轴的统称。己承受着整个磨体及研磨体的运转动载荷，在交变应力的作用下连续运行，是磨机本体最薄弱的环节，也是最难控制制造质量的机件，使用中要求长期安全可靠，所以在设计中应该考虑是否经常更换的零件磨头的结构形式有两种:一种是端盖与中空轴铸成一整体式，这种形式结构简单，安装较方便，适用于中小型磨

26、机。对于较大直径的磨机，易产生铸造缺陷，因磨头端盖占有较大的平展而积且又较薄，即使采用较多的浇冒口浇铸，其冷却收缩也是不均匀的，从而使中空轴与端盖的过渡曲而产生较大的应力和组织疏松，这种缺陷有时在切削加工到一定程度时会发现，造成不应有的浪费，有时这种缺陷处隐蔽状态，不能及时发现，由于该部位在磨机运转时，承受着交变应力，并且有较大的应力集中，在运转一段时间后便产生断裂，这时造成的损失就更大;另一种磨头是将端盖和中空轴分成两部分再组合在一起，把端盖和中空轴分别铸造，加上后用螺栓组装到一起，这种结构，避免了上述的铸造缺陷。这样虽可解决一些问题，但在原材料消耗和加工上都比较麻烦，并增加了安装工作量;端

27、盖采用钢板焊接结构，其优点是机件制造工艺程序简单，切削加工程序和切削加工面较少，原材料消耗少，端盖质量可得到保证，不存在铸件的铸造缺陷。端盖与筒体焊接在一起，连接牢靠省工，避免了要求较高的螺栓或铆钉连接。此种中空轴是铸件与端盖止口圆定位用螺栓连接成磨头整体。3.2.2中空轴的结构设计参考文献中，中空轴的结构和相关尺寸如图（31）所示:一、中空轴轴颈部位的直径，根据磨筒体内研磨体的最大装载量来确定必须满足研磨体不能进入中空轴的要求。一般 取=(0.4一0.5)(筒体规格尺寸);已知D=2400mm则d13=960 1200 ，取d2=1100mm二、中空轴轴颈宽，根据支座反力R、主轴瓦的许用压力

28、p和轴瓦包角通过计算确定: 图31中空轴的结构及相关尺寸3.2.3磨头的计算 磨头的结构形式和尺寸如图所示支座反力Ra=7.4210筒体转速n=20r/min，传动需用功率Ns=442kw， 支承中心至法兰端面的距离L=408mm 筒体材料为Q235，当钢板厚度为16一40mm时，其应力= 4.51000N/m ，=2.2510Nm，E=210N/m，u=0.28端盖材料应与筒体相同。端盖外径D=2400mm，补强板外径,端盖法兰直径d=1700mm端盖钢板厚度h=40mm，补强板厚度h=35mm.一、端盖的计算1、系数k的计算： （3-1-32） 2、端盖轴线转角的计算 (3-1-33)代入

29、上式得： 此值为满载运转时的全转角。 3、端盖外径D的应力计算 (3-1-34)代入上式得： (3-1-35)磨头的结构形式及相关尺寸如图（32）所示 32磨头的结构形式及相关尺寸 4、端盖内径d处的应力计算 （3-1-35）代入上式得： 此处是法兰止口，应考虑1.5倍的应力集中系数： 5、补强板外径dk处的应力 （3-1-36）代入上式得： 此处是补强板与端盖的过渡交接部位，周边的焊缝应考虑1.5倍的应力集中系数，即 （3-1-37）二、中空轴的计算由于中空轴的材料是ZG270，其 1、中空轴所受的弯矩My （3-1-38）式中：Ra进料端主轴承处的支点反力N； 主轴承中心线到轴颈由小到大过

30、渡区的长度，m代入上式得： (3-1-39)由以上得： （3-1-40） 2、中空轴环状断面模数W为： （3-1-41） 式中：d1中空轴外径，m； d2中空轴内径，m；代入上式得： （3-1-42）三、中空轴所受弯曲应力； （3-1-43）代入上式得: （3-1-44）式中:K应力集中系数，可查表31。 表31应力集中系数表r/d0.30.20.10.05 k1.52.02.253.0 注. 验算中空轴的弯曲强度 （3-1-45）式中：中空轴的许用弯曲应力，Pa； 中空轴材料的疲劳强度，Pa； N安全系数，一般取58，取n=8代入上式得： （3-1-46）四、法兰连接螺栓的计算螺栓规格为M3

31、6130，材料为Q235，其，许用应力 许用剪切应力 1、抗拉强度计算 （3-1-47）式中：法兰外径，df=1700mm； 外圈螺栓分布圆直径，dt=1600mm； 内圈螺栓分布圆直径，dto=1470mm； Nt外圈分布的螺栓数量，nt=28； 内圈分布的螺栓数量，nto=14； Fr螺栓的有效截面积，fr=10.17cm代入公式得： （3-1-48）抗剪接强度计算 （3-1-49）式中：fg螺栓抗剪裁面积 Ng外圈分布圆上的铰孔螺栓数， Ngo内圈分布圆上的铰孔螺栓数，代入公式得： （3-1-50） 2、抗压强度计算： （3-1-51）式中：螺栓伸入铰孔的有效配合长度，lb=60mm；

32、铰孔螺栓的配合直径，dg=38mm；代入上式得: （3-1-52）3.3衬板的选型设计3.3.1衬板的作用 衬板的作用是保护筒体使其免受研磨体和衬板的作用从而使其免受研磨体和物料的直接冲击和研磨，同时也可调整研磨体的运动状态。一仓装有提升能力强的衬板，以增强冲击能量，细磨仓装有波纹或平衬板，以增强研磨作用。3.3.2衬板的材料 球磨机衬板大多数用金属材料制造，也有少量用非金属材料制造。由于各仓内研磨体运动状态不同，为适应这种工作状态的要求，制造各仓衬板材料就不同。 在粉碎仓，研磨体以冲击作用为主，要求衬板应具有抗冲击和耐磨特性。普遍采用高锰钢（ZGMn13）作衬板材料。它具有一定的抗冲击韧性，并且在受到一定的冲击时，它的表而产生冷作硬化，表而变得坚硬耐磨，一般硬度在HB300一350，韧性相当高，冲击值可达700Nm/。但在使用中，容易过早反凸弯曲变形，拉断固定螺栓，造成衬板脱落，使之寿命降低，一般平均寿命