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目 錄
摘 要 ……………………………………………………………… 1
第一章 緒 論……………………………………………………… 3
1.1 課題的來源、研究的意義及現(xiàn)狀分析………………………………… 3
1.2 課題研究的內(nèi)容和要求………………………………………………… 4
第二章 球磨機(jī)的工作原理及分類……………………………… 5
2.1 球磨機(jī)的工作原理 ………………………………………………………… 5
2.2 球磨機(jī)的分類 ……………………………………………………………… 6
2.3 用途和使用范圍 …………………………………………………………… 6
第三章 球磨機(jī)的主要參數(shù)計(jì)算…………………………………… 7
3．1球磨機(jī)的臨界轉(zhuǎn)速……………………………………………………………7
3.2球磨機(jī)的理論適宜轉(zhuǎn)速 n ……………………………………………………7
3.3 轉(zhuǎn)速比 ………………………………………………………………………8
3.4 磨機(jī)的實(shí)際工作轉(zhuǎn)速 …………………………………………………………8
3.5 磨機(jī)的實(shí)際功率 ………………………………………………………………8
第四章 行星齒輪傳動設(shè)計(jì)計(jì)算…………………………………… 10
第五章 行星齒輪靜強(qiáng)度校核……………………………………… 15
第六章 行星齒輪軸計(jì)算…………………………………………… 18
第七章 中心軸強(qiáng)度計(jì)算…………………………………………… 22
第八章 軸承壽命分析……………………………………………… 24
第九章 運(yùn)動分析…………………………………………………… 27
結(jié) 語………………………………………………………………… 29
致 謝………………………………………………………………… 30
參考文獻(xiàn)………………………………………………………………31
小型臥式行星輪球磨機(jī)設(shè)計(jì)與運(yùn)動分析
摘要：隨著現(xiàn)代科技的飛躍發(fā)展，新材料的開發(fā)與應(yīng)用在各高校、研究所乃至各行各業(yè)正引起人們的日益重視。然而，無論是提高材料的性能還是分析材料的成分，均需要制備更細(xì)、更均勻的材料樣本。常規(guī)的機(jī)械制取方法是采用球磨方式，通過球磨機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)，機(jī)內(nèi)磨球與材料之間高能撞擊，達(dá)到粉碎、研磨、混合材料的目的。
本文主要論述了球磨機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢及球磨機(jī)在工業(yè)中的作用。主要設(shè)計(jì)任務(wù)是球磨機(jī)傳動方案的設(shè)計(jì)和運(yùn)動的分析。主要設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：球磨機(jī)主要參數(shù)的計(jì)算，行星齒輪傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，行星齒輪的計(jì)算等。設(shè)計(jì)的目標(biāo)是使得機(jī)器能滿足強(qiáng)度、剛度、壽命、工藝性和經(jīng)濟(jì)性等方面的要求，且運(yùn)行平穩(wěn)，工件可靠，結(jié)構(gòu)合理，裝拆方便，便與維修與整理，最后能滿足加工要求，保證加工質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：球磨機(jī)；行星齒輪；主要參數(shù)；運(yùn)動分析
Small horizontal planet round ball mill designing and movement analysis
Abstract: With the rapid development of modern science and technology, the development of new materials and application in various universities, research institutes and all walks of life are aroused people's attention increasingly. However, no matter whether they improve the properties of materials or analysis the composition of the material, which requires preparation more fine, more uniform material samples. The conventional mechanical manufacturing method is to use ball mill way, through the ball mill's high-speed, machines and materials of the grinding ball between high-energy collision, crushing, grinding, mixing to achieve the purpose of materials.
This paper mainly discusses the ball mill's development present situation, development trend and the role of ball mill in industry. The main task is to design and the design of ball mill transmission scheme analysis of the movement. The main design content includes: the ball mill main parameters, the design of the planetary gear transmission mechanism, the calculation of planetary gear, etc. Design goal is to make the machine can satisfy the intensity, stiffness, life, technology and economy, requirements, and smooth operation, process and reliable, the structure is reasonable, installation convenience, then and maintenance and arrange, finally can meet the requirements of the processing, processing quality guarantee.
Key word: Ball mill ; Planetary gear ; The main parameters ; Motion analysis
第一章 緒 論
1.1 課題的來源、研究的意義及現(xiàn)狀分析
1.1.1 課題的來源
球磨機(jī)（Ball Grinding Mill）是一種傳統(tǒng)物料研磨裝置，至今已有一百多年的發(fā)展歷史。19 世紀(jì)初期出現(xiàn)了用途廣泛的球磨機(jī)，1870 年在球磨機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展出排料粒度均勻的棒磨機(jī)，1908 年又創(chuàng)制出不用研磨介質(zhì)的自磨機(jī)。20 世紀(jì) 30～50 年代，美國和德國相繼研制出輥碗磨煤機(jī)、輥盤磨煤機(jī)等立軸式中速磨煤機(jī)。球磨機(jī)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)藥以及國防工業(yè)等部門，對各種礦石和其他可磨性物料進(jìn)行干式或濕式粉磨。尤其是冶金工業(yè)中的選礦部門，磨礦作業(yè)更是具有十分重要的地位。近年來我國的房地產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，城市化建設(shè)進(jìn)程的加快也帶動了相關(guān)行業(yè)的快速發(fā)展，其中一個(gè)突出的體現(xiàn)就是水泥制造業(yè)?？偛课挥谟摹禝nternational Cement Review》（國際水泥評論） 剛剛發(fā)布其最新的《Global Cement Report》（全球水泥報(bào)告），該報(bào)告覆蓋了160多個(gè)國家。報(bào)告指出，全球水泥消費(fèi)量2008年為28.3億t，2009年為29.98億t，2010年更是增至32.94億t，2012年全球水泥消費(fèi)量預(yù)計(jì)將達(dá)到38.59億t。中國目前在全球水泥數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)中獨(dú)占鰲頭，2010年的消費(fèi)量為18.51億t，幾乎是2004年水平的兩倍，水泥消費(fèi)的旺盛增長趨勢促進(jìn)了國內(nèi)對球磨機(jī)的需求量的增加。
由于球磨機(jī)的處理能力和球磨后的粒度對后續(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，有關(guān)球磨機(jī)的研究在國內(nèi)外一直受到廣泛的關(guān)注和高度重視。近幾年來，由于能源費(fèi)用的增長和礦石品位的下降，降低建設(shè)投資和生產(chǎn)費(fèi)用是世界各國礦山工業(yè)面臨的一個(gè)嚴(yán)峻問題，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。
1.1.2 課題研究的意義
隨著現(xiàn)代工業(yè)對超細(xì)物料需求量的日益增加，對品質(zhì)要求的不斷提高,新的超細(xì)粉磨設(shè)備及新型粉磨工藝不斷出現(xiàn)。行星式球磨機(jī)在能耗、鋼耗和效率等方面比常規(guī)圓筒形球磨機(jī)更有優(yōu)勢。
90 年代以來, 機(jī)械合金化法已成為制備新型復(fù)合材料的熱門課題。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn), MA 通過行星式高能球磨機(jī)的高能研磨作用, 可以引起材料原子尺度的結(jié)合與化學(xué)反應(yīng), 可以實(shí)現(xiàn)非晶質(zhì)化, 可以將金屬間化合物組元粉體固態(tài)下生成金屬間化合物, 可以使某些液態(tài)下并不互溶的體系實(shí)現(xiàn)較寬成分范圍的固溶; 另一方面,由于高能球磨機(jī)的強(qiáng)烈撞擊與研磨作用, 還可以制備出各種單質(zhì)元素的納米級粉體材料和金屬陶瓷納米材料等。
行星式高能球磨機(jī)之所以能成功地實(shí)現(xiàn)上述新型材料的制備, 主要取決于行星式高能球磨機(jī)的工作能力, 本文通過對行星式高能球磨機(jī)的運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)分析, 使人們能較深入地了解到行星式高能球磨機(jī)的工作原理, 這對于MA 的理論研究是有一定參考意義的。
1.1.3現(xiàn)狀的分析
常規(guī)行星式球磨機(jī)中的球磨罐放置在水平的大盤上作行星運(yùn)動,磨球和磨料受公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)兩個(gè)水平方向離心力的作用,相互碰撞研磨產(chǎn)品。龔姚騰等研制的微型雙筒行星式球磨機(jī),磨筒自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力及磨筒與筒壁間的摩擦力使磨球與物料在筒內(nèi)產(chǎn)生互相沖擊、摩擦和上下翻滾等來磨碎物料；張克仁等研制的TCMJ一l型行星式超細(xì)球磨機(jī),采用 以搓揉方式為主的平動式超細(xì)粉碎方法，實(shí)驗(yàn)表明,該機(jī)具有效率高、節(jié)能效果明顯和超細(xì)磨礦的良好性能；陳世柱等研制的行星式高能球磨機(jī)由于磨球?qū)Ψ垠w頻繁強(qiáng)烈地撞擊、碾壓及搓揉等作用,具有較大的慣性力,因而對粉體能產(chǎn)生強(qiáng)烈的撞擊,其撞擊力隨著轉(zhuǎn)速的提高而成倍增加。
南京大學(xué)儀器廠推出一種新型臥式行星球磨機(jī)。該機(jī)的特點(diǎn)是4只球磨罐被臥式安裝在豎直放置的大盤上作行星運(yùn)動,罐內(nèi)的磨球和磨料在豎直平面內(nèi)受到公轉(zhuǎn)離心力、自轉(zhuǎn)離心力、重力3個(gè)力的共同作用,導(dǎo)致磨球與磨料在高速運(yùn)轉(zhuǎn)中相互之間猛烈碰撞、擠壓,提高了研磨效率和研磨效果,同時(shí),避免了一部分材料的結(jié)底現(xiàn)象。
1.2 課題研究的內(nèi)容和要求
在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)之前，本人對球磨機(jī)進(jìn)行了大概的了解，總結(jié)了以前在工廠中實(shí)習(xí)的經(jīng)驗(yàn)，對球磨機(jī)的結(jié)構(gòu)、造型有了總體的認(rèn)識，對球磨機(jī)的工作原理也有了較深的了解。本人的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容為球磨機(jī)的總體設(shè)計(jì)和對運(yùn)動的分析。
針對自己設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，在了解球磨機(jī)的總體構(gòu)造之外查閱了有關(guān)結(jié)構(gòu)部件方面的書。在設(shè)計(jì)過程中，先對球磨機(jī)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，特別是對行星輪系的設(shè)計(jì)，確定傳動方案，找出相關(guān)參數(shù)。要求設(shè)計(jì)部件結(jié)構(gòu)總圖及部分零件圖。合計(jì)2張A0號圖紙的設(shè)計(jì)工作量，8000字以上的設(shè)計(jì)說明書。
設(shè)計(jì)主要技術(shù)指標(biāo)：
1) 可裝球磨罐個(gè)數(shù)：4只，最大容積0.4升；
2) 進(jìn)料粒度：不大于4-10mm；出料程度：最小可達(dá)0.1um；
3) 球磨機(jī)額定轉(zhuǎn)速：公轉(zhuǎn)50-400轉(zhuǎn)/分，自轉(zhuǎn)100-800轉(zhuǎn)/分；
4) 電動機(jī)額定功率0.75千瓦，220伏，50赫茲。
第二章 球磨機(jī)的工作原理及分類
2.1 球磨機(jī)的工作原理
臥式行星球磨機(jī)是將四只球磨罐水平安裝在一垂直平面的大盤上作行星運(yùn)動。在這種運(yùn)動過程中球磨罐沒有固定的底面，罐內(nèi)磨球和磨料在垂直平面內(nèi)受到公轉(zhuǎn)、自轉(zhuǎn)兩個(gè)離心力和重力的共同作用，相互之間猛力碰撞、擠壓，將磨料快速粉碎、磨細(xì)。
圖1 臥式行星輪球磨機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖
本實(shí)用新型臥式行星球磨機(jī)涉及的是一種適用于同時(shí)球磨多種磨料的臥式行星球磨機(jī)。結(jié)構(gòu)由機(jī)架1-13、傳動機(jī)構(gòu)、電機(jī)1-14、拉馬桶1-4、球磨罐1-10構(gòu)成，傳動機(jī)構(gòu)包括大盤1-5、主軸1-7、行星軸1-12、行星輪系、小帶輪1-16、大帶輪1-8、傳動帶1-15，其特征在于球磨罐臥式裝置在大盤上得拉馬桶內(nèi)，傳動機(jī)構(gòu)中的大盤垂直安裝在主軸上，主軸、行星軸水平安裝在機(jī)架上。其特征在于拉馬桶安置于平面或帶斜面的托盤上。球磨罐通過夾持架由上夾圈、下夾圈、拉桿及蝶形螺母構(gòu)成。行星輪系采用齒輪行星輪系或帶輪行星輪系。
齒輪行星輪系由過渡齒輪1-11、行星齒輪1-6及固定齒輪1-9構(gòu)成，帶輪行星輪系由固定帶輪、行星帶輪及三角皮帶構(gòu)成。行星球磨機(jī)球磨罐1-10臥式裝置在行星球磨機(jī)傳動機(jī)構(gòu)中大盤1-5上的拉馬桶1-4內(nèi)，大盤1-5垂直安裝在主軸1-7上，主軸1-7、行星軸1-12水平安裝在機(jī)架1-13上。拉馬桶1-4安置于平面或帶斜面的托盤1-17上，大盤1-5上可設(shè)置有多個(gè)拉馬桶1-4，球磨罐1-10裝置在拉馬桶1-4內(nèi)，球磨罐1-10外端裝有壓緊蓋1-3，通過壓緊螺桿螺母1-2壓緊，壓緊螺母上裝有壓緊手把1-1。
電機(jī)裝置在機(jī)架下部，電機(jī)輸出軸上裝有帶輪，通過傳動帶傳動打帶輪。大帶輪裝置在主軸上，通過主軸帶動大盤旋轉(zhuǎn)（公轉(zhuǎn)），大盤的旋轉(zhuǎn)經(jīng)由行星輪系帶動行星軸旋轉(zhuǎn)(自轉(zhuǎn))，大盤上可同時(shí)安置多個(gè)拉馬桶，拉馬桶內(nèi)裝置有球磨罐，由于公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)的疊加使球磨罐告訴旋轉(zhuǎn)，球磨罐內(nèi)的磨球在離心力及重力的作用下與磨料相互碰撞吧磨料粉碎和磨細(xì)。
臥式行星球磨機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：
1、 由于球磨罐呈臥式裝置，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)沒有固定底面，因而不存在磨料沉底的問題。
2、 臥式行星球磨機(jī)球磨時(shí)，磨罐的上、下底面及罐壁都是研磨面，因而球磨效率必然高于立式行星球磨機(jī)。
3、 由于裝置球磨罐的拉馬桶安置在帶有5°左右斜面的托盤上，球磨時(shí)，球磨罐除公轉(zhuǎn)及自轉(zhuǎn)外多了圍繞中心軸的圓錐形擺動，使罐內(nèi)球磨的運(yùn)動軌跡更復(fù)雜，更無規(guī)律，因而磨球和磨料、罐壁碰撞的幾率更高，大大改善了球磨效率。
2.2 球磨機(jī)的分類
①按沖擊分：輕型，重型；
②按長度分：短磨機(jī)、中長磨機(jī)、長磨機(jī)；
③按磨介形狀分：球磨機(jī)、棒磨機(jī)、棒球磨機(jī)、礫石磨；
④按卸料方式分：尾斜式磨機(jī)、中卸式磨機(jī)、尾卸式磨機(jī)；
⑤按傳動方式分類：中心傳動磨機(jī)、邊緣傳動磨機(jī)；
⑥其他分類：根據(jù)工藝操作又可分為干法磨機(jī)、濕法磨機(jī)、間歇磨機(jī)和連續(xù)磨機(jī)。
2.3 用途和使用范圍
球磨機(jī)是物料粉碎的關(guān)鍵設(shè)備，廣泛應(yīng)用于水泥、硅酸鹽制品、新型建筑材料、耐火材料、化肥、黑色有色金屬選礦以及玻璃陶瓷等生產(chǎn)行業(yè)，對各種礦石和其他可磨性物料進(jìn)行干式或濕式粉磨。
第三章 球磨機(jī)的主要參數(shù)計(jì)算
3．1球磨機(jī)的臨界轉(zhuǎn)速
當(dāng)磨機(jī)簡體的轉(zhuǎn)速達(dá)到某一數(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角 ，即研磨體將緊貼附在簡體上，隨簡體一起回轉(zhuǎn)而不會降落下來，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)，脫離角，將此值代入研磨體運(yùn)動基本方程式，可得臨界轉(zhuǎn)速：
（1）
式中：—臨界轉(zhuǎn)速，r/min；
R —筒體有效半徑，m；
—磨機(jī)筒體有效直徑，m。
根據(jù)文獻(xiàn)[1]表5—1中，磨機(jī)直徑2.4m，有效內(nèi)徑 為 2.3m，將其代入公式(1)
以上公式是在幾個(gè)假定的基礎(chǔ)上推導(dǎo)出來的，事實(shí)上，研磨體與研磨體、研磨與筒體之間是存在相對滑動的，而且物料對研磨體也是有影響的。因此，實(shí)際的臨界轉(zhuǎn)速比計(jì)算的理論轉(zhuǎn)速要高，且與磨機(jī)結(jié)構(gòu)、襯板形狀、研磨體填充率等因素有關(guān)。
3.2球磨機(jī)的理論適宜轉(zhuǎn)速 n
理論上，當(dāng)簡體到達(dá)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，由于研磨體貼附在筒體內(nèi)壁面上，不能起到粉磨作用，因此對物料的粉碎功為零，當(dāng)筒體轉(zhuǎn)速極低時(shí)，研磨體沒有被筒壁帶起，對物料的粉碎功亦為零，因此，使研磨體產(chǎn)生最大粉碎功時(shí)的簡體轉(zhuǎn)速稱作球磨機(jī)的理論適宜轉(zhuǎn)速n。當(dāng)靠近筒壁的最外層研磨體的脫離角時(shí)，研磨體具有最大的降落高度，對物料產(chǎn)生粉碎功最大。將代入式，可得理論適宜轉(zhuǎn)速：
(2)
代入式（2）：
3.3 轉(zhuǎn)速比
球磨機(jī)的理論適宜轉(zhuǎn)速與臨界轉(zhuǎn)速之比，簡稱為轉(zhuǎn)速比，即：
(3)
式(3)說明理論適宜轉(zhuǎn)速為臨界轉(zhuǎn)速的76％。一般磨機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速為臨界轉(zhuǎn)速的70％～80％。
3.4 磨機(jī)的實(shí)際工作轉(zhuǎn)速
磨機(jī)理論適宜轉(zhuǎn)速是根據(jù)最外層研磨體能夠產(chǎn)生最大粉碎功觀點(diǎn)推導(dǎo)出來的。這個(gè)觀點(diǎn)沒有考慮到研磨體隨筒體內(nèi)壁上升過程中，部分研磨體有下滑和滾動現(xiàn)象。工作轉(zhuǎn)速的選定，除了應(yīng)考慮磨機(jī)的直徑、生產(chǎn)方式、襯板形狀、研磨體的填充系數(shù)、研磨體的種類外，還要考慮到粉磨物料的性質(zhì)、人磨物料粒度和粉磨細(xì)度等。根據(jù)水泥生產(chǎn)中磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn) 的經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料來確定磨機(jī)的實(shí)際工作轉(zhuǎn)速。下面幾個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式是對干法磨機(jī)的實(shí)際工作轉(zhuǎn)速的確定方法：
當(dāng)時(shí) （4）
當(dāng)時(shí) （5）
當(dāng)時(shí) （6）
式中：—磨機(jī)的實(shí)際工作轉(zhuǎn)速，r/min；
—磨機(jī)的有效內(nèi)徑，m；
D —磨機(jī)規(guī)格直徑，m。
3.5 磨機(jī)的實(shí)際功率
影響磨機(jī)需用功率的因素很多，如磨機(jī)的直徑、長度、轉(zhuǎn)速、裝載量、填充率、內(nèi)部裝置、粉磨方式以及傳動形式等。計(jì)算功率的方法也很多，常用的計(jì)算磨機(jī)需用功率的計(jì)算式有以下三種：
(7)
(8)
(9)
式中： —磨機(jī)需用功率，KW；
V —磨機(jī)有效容積，；
—磨機(jī)的有效內(nèi)徑，m；
n —磨機(jī)的適宜轉(zhuǎn)速，r/min；
G —研磨體裝載量，t；
—磨機(jī)填充率（以小數(shù)表示）。
根據(jù)文獻(xiàn)[1]5—1式中，；
文獻(xiàn)[1]5—25式中，
其中，r—研磨體的容量 ，，鋼鐵為4.5；
—填充率；
由于，，，，代入，V =39.8，G =51.3
選用公式(7)計(jì)算 ：
磨機(jī)配套電動機(jī)功率計(jì)算 ：
(10)
式中： —與磨機(jī)結(jié)構(gòu)、傳動效率有關(guān)的系數(shù)；
—電動機(jī)儲備系數(shù)，在1.0～1.1間選取。
第四章 行星齒輪傳動設(shè)計(jì)計(jì)算
已知電機(jī)驅(qū)動裝置的功率0.37KW，輸出轉(zhuǎn)速為1400r/min，負(fù)載當(dāng)量值為2187.999Nm，由于是選取兩個(gè)或四個(gè)同時(shí)運(yùn)行，所以采取對稱結(jié)構(gòu)，故四個(gè)行星輪可選取同一類型的，因此，只需計(jì)算太陽輪和一個(gè)行星輪的傳動。
4.1 配齒計(jì)算
查[1]表17．2—1選擇行星輪數(shù)目，取n w=4，設(shè)輸入轉(zhuǎn)速為43.6rpm。確定各輪齒齒數(shù)，選=13， =51。因此實(shí)際傳動比；
4.2 按接觸強(qiáng)度初算a-b傳動的中心矩和模數(shù)
輸入轉(zhuǎn)矩
Nm
設(shè)載荷不均勻系數(shù)=1.1
在一對a-b傳動中，太陽輪傳動的轉(zhuǎn)矩Nm
按[1]表17.2-31查得接觸強(qiáng)度使用的綜合系數(shù)K=1.9
齒數(shù)比u
太陽輪的材料采用12CrNi3，行星輪的材料用20CrMnTi，齒面硬度56～60HRC，查[1]圖16. 2-18選取=1500MPa，內(nèi)齒輪材料選用42CrMo，=1250MPa，表面氮化硬度55HRC以上。
取齒寬系數(shù)
則中心距a
mm
模數(shù)mm
取模數(shù)m=4
未變位時(shí)中心距
mm
由于已經(jīng)保證了安裝條件，同心條件，將中心距設(shè)為64mm，采用高變位，具體計(jì)算如下表：
表4-1 行星傳動齒輪計(jì)算結(jié)果匯總
序序
號
名 稱
代代
號
計(jì)算公式
計(jì)算結(jié)果
1
模 數(shù)
取標(biāo)準(zhǔn)值
4mm
2
分度圓壓力角
取標(biāo)準(zhǔn)值
3
齒頂高系數(shù)
取標(biāo)準(zhǔn)值
4
徑向間隙系數(shù)
取標(biāo)準(zhǔn)值
5
分度圓柱螺旋角
6
分度圓直徑
，
7
未變位時(shí)中心距
8
實(shí)際中心距
采用高變位，中心距不變
9
中心距變動系數(shù)
10
嚙合角
由于傳動中心距未變，故嚙合角為20度
a-c：傳動嚙合角為20度
c-b：傳動嚙合角為20度
11
總變位系數(shù)
由于傳動采用高變位，所以=0
a-c：=0
c-b：=0
12
變位系數(shù)的分配
由于只需要滿足最小變位系數(shù)，依關(guān)系=0，得到
根據(jù)最小變位系數(shù)算法得到：， =0.25，=-0.25，
13
齒頂高變動系數(shù)
a-c：
b-c：
14
齒根圓直徑
15
齒頂圓直徑
16
齒頂高
17
齒根高
4.3 校核齒面接觸強(qiáng)度和齒根彎曲強(qiáng)度
校核a-b傳動的彎曲強(qiáng)度
齒根彎曲強(qiáng)度校核計(jì)算公式
——計(jì)算彎曲應(yīng)力
——齒向載荷分布系數(shù)，按[1]表16.2-41選取=1.184
——齒間載荷分配系數(shù)，按[1]表16.2-42選取=1.0
——復(fù)合齒形系數(shù)，按[1]圖16.2-23選取=2.57
——搞彎強(qiáng)度計(jì)算的重合度與螺旋角系數(shù)，按[1]圖16.2-25選取=0.87
將各數(shù)值代入式中，得
MPa
許用彎曲應(yīng)力
——齒輪材料的彎曲疲勞強(qiáng)度基本值，按[1]圖16.2-26，取=420MPa
——相對齒根圓角敏感性系數(shù)，按[1]表16.2-48選取=0.95
——相對表面狀況系數(shù)，按[1]式16.2-21～23計(jì)算得=1.0
——抗彎強(qiáng)度計(jì)算的尺寸系數(shù)，按[1]圖16.2-28選取=1
——彎曲強(qiáng)度最小安全系數(shù)，按[1]表16.2-46選取=1.6
將各數(shù)值代入（3-5）中，得
MPa
因?yàn)?，所以滿足齒根彎曲強(qiáng)度
安全系數(shù)
式中各符號代表的意義和上式一致，故得到
第五章 行星齒輪靜強(qiáng)度校核
當(dāng)齒輪工作可能出現(xiàn)短時(shí)間、少次數(shù)的超過額定工況下的載荷時(shí)，齒輪傳動應(yīng)進(jìn)行靜強(qiáng)度校核。
5.1 載荷的確定
應(yīng)取載荷譜中的最大載荷來確定計(jì)算切向力。計(jì)算切向力按下式計(jì)算：
(5-1)
式中：——計(jì)算切向力，N
——齒輪傳遞的最大轉(zhuǎn)矩，mm
——齒輪分度圓直徑，Nm
在本設(shè)計(jì)中，根據(jù)載荷譜，輸出齒輪傳遞的最大轉(zhuǎn)矩為7500Nm。
5.2 齒面接觸靜強(qiáng)度計(jì)算公式
齒面接觸靜強(qiáng)度必須保證:
(5-2)
當(dāng)大小齒輪材料的不同時(shí),應(yīng)取小者進(jìn)行核算。
式中：——靜強(qiáng)度最大齒面應(yīng)力，；
——靜強(qiáng)度許用齒面應(yīng)力，；
靜強(qiáng)度最大的齒面應(yīng)力
(5-3)
式中各符號意義同前。
齒面靜強(qiáng)度許用的齒面應(yīng)力
(5-4)
式中各符號意義同前.其中取=1.6，=1.2。對于太陽輪和行星輪, 查=1500Mpa，對于內(nèi)齒圈，查=1250Mpa，在一般安全情況下，取=0.6。
5.3 齒根彎曲靜強(qiáng)度核算公式
齒彎曲靜強(qiáng)度應(yīng)保證：
(5-5)
式中：——靜強(qiáng)度最大齒根彎曲應(yīng)力，；
——靜強(qiáng)度許用齒根彎曲應(yīng)力，；
靜強(qiáng)度最大齒根彎曲應(yīng)力
(5-6)
式中各符號意義同前。
靜強(qiáng)度許用齒根彎曲應(yīng)力
(5-7)
式中：對于太陽輪和行星輪, 查=480Mpa，對于內(nèi)齒圈，=420MPa，取=2.0，=0.95，=2.5。在一般安全情況下，取=1.2。
5.4行星齒輪傳動校核
5.4.1 a-b傳動齒面接觸靜強(qiáng)度計(jì)算
代入以上各參數(shù)計(jì)算得：
=2746.8MPa
=4800Mpa
由于，故安全。
5.4.2 a-b傳動齒根彎曲靜強(qiáng)度核算
代入以上各參數(shù)計(jì)算得：
=254.8MPa
=1900MPa
由于，故安全。
第六章 行星齒輪軸計(jì)算
6.1 行星軸的彎曲剛度計(jì)算
由圖可知，行星軸的各段直徑相差比較小，因此可以采用當(dāng)量直徑法作為近似計(jì)算法使用。
將階梯軸轉(zhuǎn)化為直徑為的等直徑軸
（6-1）
式中：——階梯軸第段的直徑（mm）；
——階梯軸第段的長度（mm）；
在此設(shè)計(jì)中，我們將行星軸分為四段，分別為=14mm，=20mm，=18mm，=28mm。各段的軸徑分別為=68mm，=82mm，=90mm，=40mm。故代入以上數(shù)據(jù)計(jì)算得:
按當(dāng)量直徑，然后依據(jù)材料力學(xué)的計(jì)算方法計(jì)算撓度和偏轉(zhuǎn)角，過程如下：
軸的結(jié)構(gòu)圖，受力簡化圖，有關(guān)尺寸以及彎矩圖如下所示：
圖6-1 行星軸的結(jié)構(gòu)圖
圖6-2 行星軸的受力簡化圖
設(shè)為小齒輪傳動產(chǎn)生的徑向力，計(jì)算公式如下：
由于漸開線花鍵傳動不產(chǎn)生徑向力，而且圓柱直齒輪傳動和漸開線花鍵均不產(chǎn)生軸向力，故行星軸在軸向上只受重力作用，而重力作用方法沿軸線，故不產(chǎn)生彎曲變形。
利用材料力學(xué)中彎曲變形的公式求得圓錐滾子軸承處和小齒輪的撓度和轉(zhuǎn)角分別為：
（6-2）
（6-3）
（6-4）
式中：，分別表示圓錐滾子軸承處的轉(zhuǎn)角，表示小齒輪處的轉(zhuǎn)角，表示小齒輪處的撓度。表示小齒輪處作用的徑向力，即。查得，，，，代入以上數(shù)據(jù)，得：
查資料得，對于剛度要求高的軸，應(yīng)符合以下要求：
（6-5）
式中：為兩支撐間的跨度，即=145mm，顯然，。
而對于轉(zhuǎn)角有以下要求：
圓錐滾子軸承處：；
安裝齒輪處：
顯然，從上述計(jì)算知，圓錐滾子軸承處以及小齒輪處的轉(zhuǎn)角均符合要求，因此，綜合以上我們得出結(jié)論，行星軸的彎曲剛度符合條件，安全。
6.2 行星軸的扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算
根據(jù)軸的類型為實(shí)心圓軸，計(jì)算公式為：
（6-6）
式中：——每米長軸的扭轉(zhuǎn)角；
——軸材料的切變模量，對于鋼；
——軸傳遞的轉(zhuǎn)矩；
——受轉(zhuǎn)矩作用的軸長；
——軸的直徑；
——每米長軸的許用扭轉(zhuǎn)角，取=。
由前可知，階梯軸的各段所傳遞的轉(zhuǎn)矩相等，均以當(dāng)量載荷計(jì)算，即：
代入上述數(shù)據(jù)，計(jì)算得：
顯然，，故行星軸的扭轉(zhuǎn)剛度符合條件，安全。
第七章 中心軸強(qiáng)度計(jì)算
1) 已知設(shè)定輸入功率P=1.95KW，n2=2295r/min，中心軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由[3]表3-2-42查得：MPa，MPa，MPa，MPa。
圖7-1 中心軸結(jié)構(gòu)示意圖
2) 初算中心軸的最小直徑
取A=104（按[2]表6-1-19選取，因只受扭矩作用，載荷較平衡）.軸的危險(xiǎn)截面的最小直徑
mm，取=22mm
3) 精確校核中心軸的強(qiáng)度
由于此中心軸只承受扭轉(zhuǎn)作用，故可以按只考慮扭轉(zhuǎn)作用的強(qiáng)度計(jì)算公式來校核?？紤]到此軸會發(fā)生正反轉(zhuǎn)，因此應(yīng)按交變應(yīng)力作用下的計(jì)算公式來校核。此時(shí)，危險(xiǎn)截面的抗扭截面系數(shù)為
m3
最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力
MPa
最小扭轉(zhuǎn)應(yīng)力
MPa
r=-1
此時(shí)安全系數(shù)S
式中——對稱循環(huán)應(yīng)力下的材料扭轉(zhuǎn)疲勞極限，取=352MPa
——扭轉(zhuǎn)時(shí)的應(yīng)力集中系數(shù)，按[2]表6-1-32取=1.75
——表面質(zhì)量系數(shù)，按[2]表6-1-36取=0.90
——扭轉(zhuǎn)時(shí)的尺寸影響系數(shù)，按[2]表6-1-34取=0.89
——扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的應(yīng)力幅，取=3.91MPa
——材料扭轉(zhuǎn)時(shí)的平均應(yīng)力折算系數(shù)，按[2]表6-1-33取=0.21
——平均應(yīng)力，取=0
代入各數(shù)值得
按[2]表6-1-26許用安全系數(shù)Sp=1.3，S>Sp，故安全。
第八章 軸承壽命分析
由軸承壽命公式，得
（8-1）
式中：——軸承壽命，（小時(shí)）；
——基本額定動載荷（N）；
——當(dāng)量動載荷（N）；
對接觸角時(shí)， ， （8-2）
對接觸角時(shí)， （8-3）
X、Y值可查[3]表39.3-3
——壽命指數(shù)， 球軸承=3，滾子軸承；
——軸承轉(zhuǎn)速（r/min）.
同時(shí)，又有
（8-4）
式中：——太陽輪轉(zhuǎn)速，r/min;
——行星輪轉(zhuǎn)速， r/min;
、、——分別為太陽輪、內(nèi)齒輪及行星輪齒數(shù)；
經(jīng)計(jì)算，太陽輪和行星輪轉(zhuǎn)速依次為：
， ；
8.1 中心軸承校核
所選軸承型號為；FAG滾針軸承K151917
其相應(yīng)的參數(shù)如下：，；
查[3]表36.2-12得NGW型行星齒輪傳動受力分析：
行星輪圓周力為： （8-5）
單個(gè)行星輪作用在行星輪軸的力：
（8-6）
這里，，，
（轉(zhuǎn)矩單位：，長度單位，力的單位：N）
軸承受徑向力
代入數(shù)據(jù)計(jì)算：
N
N
(N)
將所有數(shù)值代入（8-1）式，的
所以該軸承壽命約270.75年，滿足要求。
8.2 行星軸承校核
所選軸承型號為；FAG滾針軸承K253530
其相應(yīng)的參數(shù)如下：，；
查[3]表36.2-12得NGW型行星齒輪傳動受力分析：
行星輪圓周力為： （8-7）
單個(gè)行星輪作用在行星輪軸的力：
（8-8）
這里，，，
（轉(zhuǎn)矩單位：，長度單位，力的單位：N）
軸承受徑向力：
代入數(shù)據(jù)計(jì)算：
(N)
(N)
(N)
將所有數(shù)值代入（8-1）式，的
所以該軸承壽命約558.08年，滿足要求。
8.3電動機(jī)輸入處深溝球軸承校核
所選軸承型號為；FAG深溝球軸承 16012
其相應(yīng)的參數(shù)如下：，=3，，
該軸承徑向受力不大，可認(rèn)為是0，由于變獎減速器運(yùn)動為，當(dāng)電動機(jī)成倒時(shí)，第一級太陽輪全部壓在該軸承上，估算出該齒輪軸向上受第一級太陽輪幾其相連套筒及軸承本身的重力，共計(jì)約40N，即軸承受軸向力 則得
查[3]表39.3-3，由線性插值法計(jì)算出e=0.031， X=0.56，Y=0.38
將所有數(shù)值代入（8-1）式，得
所以該軸承壽命滿足要求。
運(yùn)動分析
此小型行星式快速球磨機(jī)為立式行星式球磨機(jī)，與常規(guī)行星式球磨機(jī)不同，
在這種運(yùn)動過程中，球磨罐具有固定的底面。
由圖2-4所示，D、D’分別為托盤和球磨筒的回轉(zhuǎn)中心，磨筒內(nèi)壁半徑為，
設(shè)一質(zhì)量為m的磨球在磨筒內(nèi)壁上M點(diǎn)處，M點(diǎn)到托盤中心D的距離為Z，則有
速度關(guān)系式為：
式中：--磨球的絕對速度；
--托盤對磨球的牽連速度，其大小為ωl，方向垂直于OM
--磨球?qū)ν斜P的相對速度，其大小為，方向垂直于OM。
在平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，托盤作勻角速度轉(zhuǎn)動?？傻媚デ蛟贛點(diǎn)的加速度關(guān)系式為：
式中：--球磨體的絕對加速度；
--一托盤對球磨體在M處的牽連加速度的法向分量，大小為，
方向?yàn)橛蒑指向；
--球磨體在M點(diǎn)相對于托盤的法向加速度，大小為，
方向由OM指向；
--‘一球磨體在M點(diǎn)處的哥氏加速度，其大小為，方向沿延長線所指方向。
將兩式兩邊乘以m，則為：
式中：--球磨體所受的總慣性力，方向與反向；
--牽連加速度引起的慣性力矢量，方向與反向；
--相對加速度引起的慣性力矢量，方向與
反向；
--哥氏加速度引起的附加慣性力，方向與反向。
從圖2．10矢量分析圖中可以基本了解小型行星式快速球磨機(jī)中球磨體的運(yùn)動規(guī)律。為了使球磨體對筒內(nèi)物料起到撞擊研磨的作用，必須使球磨體在是適當(dāng)位置與筒壁脫離，并能向另一側(cè)撞擊。由上述慣性力的矢量分析可以看出，和有利于球磨體的脫離，則為阻礙球磨體的脫離。設(shè)λ為轉(zhuǎn)盤中心
與點(diǎn)的連線及磨筒中心連線的延長線之間的夾角(如圖2-4)，則球
磨體與筒壁脫離的條件為：
即
化簡整理可得：
即得球磨體開始脫離筒壁的臨界條件是：
式(2-21)同于式(2．16)，即球磨體開始脫離磨筒壁的位置與γ、θ以及磨筒的
回轉(zhuǎn)半徑r有關(guān)。其中γ、θ受磨機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)和帶輪轉(zhuǎn)速ω以及時(shí)間T的影響。
從上面的分析可知，根據(jù)磨機(jī)轉(zhuǎn)速分析得出的磨球脫離的臨界方程與根據(jù)磨球受力分析得出的臨界方程是一致的。上述分析都只是就假定單個(gè)球磨體的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)進(jìn)行分析，事實(shí)上磨筒內(nèi)一定數(shù)量大小不同的球磨體以及待磨物料的運(yùn)動規(guī)律要復(fù)雜得多，但我們?nèi)匀豢梢詮纳鲜鰡蝹€(gè)球磨體的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析中看出小型行星式快速球磨機(jī)的工作能力。 結(jié) 語
球磨機(jī)設(shè)計(jì)是一種創(chuàng)造性的勞動，它是球磨機(jī)設(shè)計(jì)者根據(jù)市場對需求，現(xiàn)有的制造條件和新工藝的發(fā)展，運(yùn)用有關(guān)的科學(xué)技術(shù)知識進(jìn)行的?，F(xiàn)在回顧三個(gè)多月以來的畢業(yè)設(shè)計(jì)，感想很多。于是總結(jié)如下：
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的是臥式行星輪球磨機(jī)，主要用干、濕兩種方法磨細(xì)或混合粒度不同、材料各異的固體顆粒、懸浮液和糊膏。我的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容為球磨機(jī)傳動方案的設(shè)計(jì)和運(yùn)動的分析。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，根據(jù)球磨機(jī)的工藝要求，剛度及精度要求，對球磨機(jī)的行星輪布局進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高了機(jī)床的性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，在強(qiáng)度、剛度、壽命等方面能滿足要求。傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參考了很多設(shè)計(jì)手冊及設(shè)計(jì)指導(dǎo)書，從球磨機(jī)的性能結(jié)構(gòu)、工作需要出發(fā)，對照傳動方案和總體布局，確定了較優(yōu)的傳動系統(tǒng)。
總的來說，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)比較成功，取得了令人滿意的結(jié)果。這是我作為一名學(xué)生即將完成學(xué)業(yè)的最后一次作業(yè)，他既是對學(xué)校所學(xué)知識的全面總結(jié)和綜合應(yīng)用，又為今后走向社會的實(shí)際操作應(yīng)用鑄就了一個(gè)良好開端，畢業(yè)設(shè)計(jì)是我對所學(xué)知識理論的檢驗(yàn)與總結(jié)，能夠培養(yǎng)和提高設(shè)計(jì)者獨(dú)立分析和解決問題的能力；是我在校期間向?qū)W校所交的最后一份綜和性作業(yè)，從老師的角度來說，指導(dǎo)做畢業(yè)設(shè)計(jì)是老師對學(xué)生所做的最后一次執(zhí)手訓(xùn)練。其次，畢業(yè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)是老師檢驗(yàn)其教學(xué)效果，改進(jìn)教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量的絕好機(jī)會
致 謝
本論文是在指導(dǎo)老師周后明的精心指導(dǎo)下完成的。他嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；他們循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。從論文的選題、課題講解、資料收集到最后的論文出稿、圖紙完成，導(dǎo)師都給予了極大的幫助和支持，提出了很多寶貴意見，使論文得以完善。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的作風(fēng)給我留下了深刻印象。在此對導(dǎo)師付出的辛勤勞動和提供的良好學(xué)習(xí)環(huán)境表示衷心地感謝。在本論文進(jìn)行中，同學(xué)也給予了熱情的幫助，在此表示誠摯的謝意。
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