球磨机回转部分的设计

河南科技大学

毕业论文说明书

（机电一体化工程）

地 市： 三门峡市 准考证号： 120110100365 姓 名： 张金河

河南省高等教育自学考试

高等教育自学考试 毕业设计任务书

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

一、 题目: Ф2.4 ×11m球磨机回转部分的设计

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18日

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摘 要

自从1893年第一台球磨机问世以来，它就一直被广泛的应用于

冶金建材、化工及电力部门等若干基础行业的原料粉碎中。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[电耗和材料同样占全部破磨作业的50％以上。同时，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场系列的生产效率和指标，成为全厂生产的“咽喉”产业。因此，无论设计院的设计阶段对球磨机的选择还是矿产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，出现了多方面的研究方向。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挤兑大型磨机的结构的研究，研发出一种适合实验室应用便于学生掌握其结构的小型球磨机，该球磨机具有结构比较简单，比较轻便，转速平稳，噪声较小等特点。具体的研究方向是通过对球磨机不同结构的研究，计算找出最合适的结构和材料，组合成本次所设计的球磨机。具体的设计方法过程详见说明书。

关键词：球磨机，总体设计，回转部分的设计，应用

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ABSTRACT

Since the first ball mill in 1893, she's been available since everyone is widely used in mining, metallurgy, building materials, chemical industry and power departments and several basic industries in the raw material crushing. In mine construction period, ball mill equipment and infrastructure investment accounts for about a total investment of grinding device concentrator broken, 50% of the mine production period, ball mill in the same energy consumption and materials [total broken ground operations. Meanwhile, over 50% of ball mill as the main, production equipment, its availability and efficiency is often decided by the full series of production efficiency and indicators, become the plant production \industry. Therefore, whatever the design phase of the institute of ball mill choosing or mineral enterprises in the management of production stages of ball mill is very seriously. And many ball mill design research units and production manufacturer also made a lot of ball mill research work, and made a lot of progress, appeared various research direction. master the application of small ball mill, the structure of ball mill is simpler, compared with structure compact, speed smoothly, small noise etc. Characteristics. Specific research direction of ball mill is through the different structure, to identify the most appropriate structure of calculation and material, combination design of ball mill cost times. The design of concrete methods process see instructions.

KEY WORDS: the ball mill，Overall body design，Rotary body design，Application

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目 录

摘要...........................................................................................2 ABSTRACT...................................................................................3

前言............................................................................................5

第一章 球磨机的概述.............................................................6 §1.1 球磨机的简介................................................................6 §1.2 球磨机的分类及工作特点............................................6 §1.2.1 球磨机的种类............................................................6 §1.2.2 球磨机的工作特点....................................................7 §1.2.3 粉末系统....................................................................7 §1.3 球磨机的性能................................................................8 §1.4 球磨机的主要构造.......................................................10 第二章 φ2.4×11M球磨机的总体设计................................19 §2.1 球磨机的工作原理.......................................................19 §2.2 球磨机的主要参数计算...............................................20 §2.2.1 φ2.4×11M球磨机的临界转速n............................20 §2.2.2 球磨机的理论适宜转速n........................................21 §2.2.3 转速比φ..................................................................21 §2.2.4 球磨机的实际工作转速...........................................21 §2.2.5 球磨机的功率..........................................................22 §2.2.6 球磨机的生产能力...................................................23 第三章 球磨机回转部分的设计.............................................24 §3.1 筒体的选择..................................................................24 §3.2 筒体的基本参数..........................................................25 §3.3 筒体的计算..................................................................25 §3.4 磨头部分设计..............................................................28 §3.5 衬板的选型和设计......................................................30 结论..........................................................................................33 致谢..........................................................................................34 参考文献..................................................................................35

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前 言

球磨机是矿山，水泥，化工和电力等工业部门广泛使用的一种粉磨设备，主耍工作机构是装有研磨介质的筒体，依靠筒休回转时介质的冲击和剥磨等作用使物料粉碎。

球磨机不但在建材工业广泛应用，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;适应结构简单、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。

木课趣着重解决的问题是正确选择粉屠工艺系统，合理设计磨机

的回转部分，提高粉磨效率，最大辐度达到高细、高产和低能耗运转。 设计思路:首先进行总体设计，确定磨机主要参数,磨机回转部件各主要部件的结构参数并进行强度校核，改进型高效筛分隔仓板，改进型磨尾出料装置，装置挡料。

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第一章 球磨机的概述

§1.1 球磨机的简介

球磨机是物料被破碎之后，再进行粉碎的关键设备，是工业生产中广泛使用的高细磨机械之一。广泛应用于水泥，硅酸盐制品，新型建筑材料、耐火材料、化肥、黑色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，其优点是坚固、破碎比大、物料适应性强。

§1.2 球磨机的分类及工作特点：

§1.2.1 球磨机的种类

由于物料被磨碎的方式不同，是否采川研磨介质，磨机运动方式以及磨机结构等不同，粉磨设备也就有各种形式，有的彼此差别也很大。

建材工业中一般能见到的磨机有球磨机、棒磨、环辊磨(中速磨)、自磨磨机(无介质磨)等。有时候生产和科研工作中还使用振动磨，气力磨等超细磨设备。

就上述的几种磨机设备归类如图1-1

图1-1中a, b, c, d类磨是靠允许磨介质的冲击和压研作用磨碎;e则靠压研粉碎;f,g借锤与料，料与料间撞击摩擦来粉碎。同时a, b, c类磨装有研磨介质，d则无研磨介质，称自磨机.在结构上，a, b,。为圆筒形口

建材工业中以球磨(包括棒磨)应用最多，最普通、环辊式中速磨也常用粉碎煤，这两种磨的历史较长，其他型式磨机都是生产中逐步发展起来的。

?短筒磨机LD?1.5?按筒体的形状分?长筒形磨机LD?1.5?圆锥形磨机LD?0.25~1.0?

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一、中心传动磨机电动机通过减速机带动磨机卸料端空心轴而驱动磨机回转。减速器的出轴。

二、中卸料式磨机欲磨物料山磨机的两端喂入，由磨机筒体中部斜出;，称为中卸式磨机。该类磨机相当于两台球磨机并联使用，这样设备紧凑，简化流程。

图1-1 磨机设备归类

§1.2.2 球磨机的工作特点

在建筑材料、冶金和化工生产中有大量经过破碎到一定粒度的物料:如水泥原料里的石灰石、矿渣、石膏等，选矿场里的矿石颗粒，根据工艺要求，都还要进行细磨作业。

但是细磨作业的工作量是相当大的，这项繁重的工作，目前都是在磨机里进行的。可是磨机的工作效率非常低(15%-30%)，所以耗用的电能比较多，能量损失严重，碾磨中金属的消耗量也比较大。为了降低生产成本，就必须在了解磨机这些作业特点的前提下，根据物料的性质(硬度、含水分多少)，如物料粒度和出磨成品的细度要求，合理选择粉磨工艺流程和细磨设备.而且对现有的设备进行与生产相适应的改进。 §1.2.3 粉磨系统

粉磨系统有开流和圈流两种。

开流在粉磨过程中，物料一次通过磨机后即为成品;而圈流是物料出磨后经过分级设备选出成品，而使粗料返回磨内再磨。 开流系统的优点是:流程简单，设备少，投资省，操作简单;但物

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料必须达到产品细度要求后才能出磨.因此要求产品较细时，以被磨细的物料将会产生过粉碎现象，并在磨内形成缓冲垫层，妨碍粗料进一步磨细，有时甚至出现细粉包球现象，从而降低了粉磨效果，增加了电损耗。采用圈流系统，可以及时将细粉排出，消除了过分碎现象，使磨机产量提高;同时产品粒度均匀，并且可以用调节分级设备的方法改变产品细度。

§1.3 球磨机的类型及性能

球磨机的类型：

?球磨机?一、按所装研磨介质球磨机?棒磨机?砾石机?

1、球磨机磨内装入的研磨介质主要是钢球或钢段。这种磨机使用最普遍。

2、榨磨机磨内装入直径为50-t00mm的钢棒作为研磨介质。拌准机的长佼与直径之比一般为1.5-2。

棒球磨机这种磨机通常具有2一4个仓，在第一仓内装入回柱形钢.棒作为研磨介质，以后各仓装入钢球或钢段，棒球磨机的长径比应在5左右为宜。棒仓长度与磨机有效直径之比应在1.2一1 .5之间，棒长比棒仓短100mm左右，以利于钢棒平行排列，防止交叉和乱棒。 3、砾石磨磨内装入的研磨介质为砾石、卵石、瓷球等，用花岗岩瓷料做衬板。用于白色或彩色水泥以及陶瓷生产。

?中心卸料二、按卸料方式分??中部卸料

图1-2 卸料装置结构

1、中心卸料式磨机欲磨物料由磨机的一端喂入，由另一端卸出，称为尾卸式磨机

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2、中卸料式磨机欲磨物料山磨机的两端喂入，由磨机筒体中部斜出;，称为中卸式磨机。该类磨机相当于两台球磨机并联使用，这样设备紧凑，简化流程。按尾卸式磨机的排料方式有格子排料、溢流排料、周边排料和风力排抖等多种类型。

3、圆锥形磨机长度与直径比在0.25-1.0之问。出料端采取锥体设计，迫使淮体端的物料和钢球分级，愈接近出口，纲球直径愈小，增加了反复研磨作用。

?中心传动三、按传动方式分??边缘传动

图1-3 传动轴

1、中心传动磨机电动机通过减速机带动磨机卸料端空心轴而驱动磨机回转，减速机的出轴与磨机的中心线在一条直线上。 2、边缘传动磨机电动机通过减速带动固定在卸料瑞筒体上的大齿轮而驱动磨机筒体回转。 四、其他分类：

根据工艺操作又可分为干法磨机、湿法磨机、间歇磨机和连续磨机。连续磨机与间歇磨式磨机相比，前者产量高、单位亚量产品的电耗少、机械化程度高，所需操作人员少。但基建投资费用大，操作维护较复杂。现在间歇式磨机极少使用，常用作化验室试验磨。 球磨机的优缺点：

由于球磨机有许多优点，所以在许多都门中受到重现，得到了广泛的应少，它的主要特点如下: 五、优点

1. 对于各种物料都能适应，能连续生产，生产能力大，可满足较大规模生产的需要。

2. 粉碎比大，可达到300以上，并易于调整产品的细度。 3. 可适度各种不同精况下工作，能干法生产，也可湿法生产，还可以把干燥的粉磨工序合并在一起同时进行。

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4. 设备本身操作可靠，能够长时间连续运转。 5. 维护管理简单易进行。

6. 有很好的密封装置，防止粉尘飞扬。 六、缺点

1.工作效率低:

在生产水泥的过程中，用于粉碎作业的电量约占全厂的2/3，据统计，每生产一吨水泥的耗电最不低于70千瓦小时，但这部分电能的有效利用率却很低，据分析，磨机输入的功率用于粉碎物料(做有用功)的功率消耗只占一小部分，约5%-7%,而绝大部分电能消耗于其他方面，主要是转变为热能和声能而消失掉，这是一项很大的浪费。 2.体型笨重:大型磨机的总重量可大几百吨以上，这样一次性投资必然很大。

3.配置昂贵;由于磨机筒体转速和很低(每分钟15-25转)，如用普通电动机驱动，则需配置昂贵的减速装置。 4，生产成本高:

研磨体在冲击和研磨物料的同时，木身也要受到磨剥，筒体内的衬板等零件也被磨剥，因此在整个水泥生产过程中，粉碎作业(生料制备、磨水泥)所消耗的铁板量是很多的，据分析，大约傅生产一吨水泥的钢铁.消耗为1公斤左右。

§1.4球磨机的基本结构：

球磨机是一种重要的细磨设备，这种设备在水泥工业中应用很广泛。这种磨机由于筒体较长，可使物料在磨机中被粉磨的时间较长，得到成品的细度和品质也较高。

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图1-4球磨机结构图

球磨机的规格是以筒体的内径和筒体的长度的程式来表示的，如φ2.4×11M球磨机，如图1-5中(a)、(b)分别是φ2.4×11M中心传动中心卸料和边缘传动中心卸料球磨机的构造图，这两种磨机除传动装置，其他部分的构造基本相同。

a中心传动磨机

b边缘传动磨机

图1-5

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如图1-6所示是中心传动的球磨机。出料端盖与带有出料孔的传动接管相联接。出料端部设有格子板、扬料板和出料螺旋，螺旋线的方向与磨机的转向相同，在传动接管上装有一个圆筒筛。筒内装有振打装置，防止筛孔堵寨，这些装置都被密封在出料罩内。出料罩上部用管路通向收尘器，下部通过成品输送设备将物料运走。

图1-6球磨机的构造

在多仓室的球磨机内，各仓室之间用隔仓板将它们隔开避免不规格的研磨体互相串通。整个磨机筒体部分的重量山两端的主轴承支撑，并在其上转动。

磨机的圆形筒体是由四块10mm厚Q235A 板焊接而成，同时在它的两端焊有带有止口的法兰盘，利用和端盖联接。为了保护筒体内表而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 图1—7是球磨机筒体的断面。为了更好地适应粉磨工作的需要，各仓室要安装一定形状的衬板:一般在一、二仓铺设阶梯衬板或压条衬板，后面的细磨仓铺设波形衬板。

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图1-7球磨机筒体断面

1、Ⅰ仓室衬板2、Ⅱ仓室衬板3、ⅠⅡ仓室衬板4、扬料板

球磨机的主要部件: 一、筒体

磨机简体是用钢板卷制焊接而成的圆筒形薄壁壳体，筒体内装设有不同形状的衬板和隔仓板，在筒体木身还开有人孔，以便检修和装填研磨体。筒体是一种承受交变动载荷并处于低速而长期运转的构件，而且又是磨机的主体。因此在设计中必须考虑它是不是更换零件，即要保证工作中安全可靠，长期使用。在制造中的关键就是保证筒体的圆度和焊接质量。(球磨机筒体断面如图1—7) 筒体的设计原则有:

1.钢板材质的选择;

2.排列筒体钢板的原则;

3.对于直径比较大的球磨机筒体，在其部如有环向焊缝，可按等弧度理论，把中部的钢板选的适当厚些。但筒体的内表面应保证光滑。

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4. 简体上固定衬板和隔仓板的螺栓孔应根据衬板尺寸等距离开设，纵横成行，以便于加工。

5. 筒休上的人孔应开在各仓的中部位置，各仓的人孔还要沿筒体母线对称错开，这样对调整仓板位置有较大的余度，对筒体强度也有好处，也便于装卸研磨体。

6. 人孔的规格。人孔也叫磨门，它的作用就是为了使筒体内的零件和人能自由进出，便于检修，所以其尺寸不宜太小，但也不宜过大，若人孔开的过火，对简体的断面强度消弱严重。 二、衬扳

衬板超铺设在筒体内的一种保护筒体和起研磨作用的重要辅助部件。其对材质要求较高，在粗磨仓中要靠研磨体的冲击作用，所以要求材料有足够坑冲击的刃性，在受到冲击后，其表面能够冷作硬化，变得十分坚硬耐磨。在细磨仓中，主要研磨体的研磨作用，对衬板材质要求是坚硬而耐磨。

衬板表面形状不同对研磨体的牵制能力也不一样，可根据磨机特性和粉磨物料粗细不同选择衬饭的表面形状。衬扳的主要类型如图:

图1-8 衬板的主要类型

a、压条衬板b、凸棱衬板c、波形衬板d、阶梯衬板e、平衬板f、波纹衬板

三、磨头

磨头是磨机主要零件之一，它承受整个磨机的动载荷，在使用

中要长期安全可靠所以设计应考虑为不更换件。 四、隔仓板

磨机根据筒体长度与直径比值的不同。在筒体内隔板仓分隔成不

同数目的仓室。一般是:L/D =2.0为单仓磨;L/D=2. 0-3为双仓磨;L/D)

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3.0为三仓或四仓磨。 隔板仓的主要作用有： 1.分隔研磨体：

2防止大颗粒物料窜向出料端; 3，控制物料的移动速度。 五、磨机的出料装置

中心传动磨机的出料端，有以下三种结构形式。

1.如图1-9所示的，中心传动卸料端。它的卸料蓖子用螺拴5与磨头2连结在一起，在卸料蓖子与磨头之间有叶板4，在叶板装有卸料锥3。物料由卸料蓖子1的孔排出后，被叶板4带起，当物料被带到上部时，便由叶板上滑下，经卸料锥3滑到轴颈内的截头漏斗6内，最后从中间接管7上的椭圆孔落到控制筛8上。筛8用螺钉固定到，中间接管7的法兰盘上，随法兰盘旋转。9为卸料罩子，物料成品由罩子底部卸出，落入运输机中，没有通过筛子的粗粒物料，沿筛子滑下来从孔10卸出。

图1-9 中心传动卸料装置

图1-10是一种中心传动边缘卸料的装置。在磨机端盖内表而和

卸料蓖板3之间形成一个环行空间，在端盖壁上等距切割椭圆形孔2，物科从此孔卸出，落到外罩下部（图中外罩未画出)。

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图1-10 中心传动边缘卸料装置

3.边缘传动磨机的卸料端（图1-11）却料蓖子1和磨头2间有叶片3在健子的中部装有螺旋叶片4，叶片3能将物料带起并撤在螺旋叶片片4上。通过螺旋叶片4和装在套筒5里的螺旋叶片6使物料顺畅地从轴颈中卸出。7为漏斗，用螺钉固定在轴颈的端而上，物料沿着漏斗落到控制筛8上，9为机罩，10为通风管道与排风机和收尘系统相联结。

本实用新型涉及一种球磨机的卸料装置，包括球磨机卸料漏斗和接料桶，还包括承载接料桶的升降台和升降台提升装置气缸，卸料漏斗底部的出料口外周设置有和下部的接料桶相对应的橡胶密封垫圈卸料漏斗底部的出料口外周设置有和下部的接料桶相对应的橡胶密封垫圈卸料漏斗的下端还焊接有与接料桶外壁形状相适配的圆弧形定位片，保证接料桶与橡胶密封垫圈对接良好。卸料时，通过升降台将接料桶提升，使接料桶的桶口与卸料漏斗出料口外周的橡胶垫圈压紧，实现压力密封，使卸料过程中的粉尘泄漏率下降为０。避免了物料从球磨机内卸出时的粉尘飞扬，也减少了混料的现象，改善作业环境，提高产品实收率，且操作方便，造价低。

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图1-11边缘传动磨机的卸料端

1-卸料蓖子；2-磨头；3-叶片；4-螺旋叶片；5-套筒； 6-螺旋叶片；7-漏斗；8-控制筛；9-机罩；10-通风管道

六、主轴承

主轴承是磨机的支承部件，磨机的全部重量和研磨体与物料的

重量及离心力等都由主轴承承受。

磨机是以空心轴支承于主轴承上的，由于物料是由空心轴内出入磨机，所以空心轴的外径和主轴承轴瓦直社都比较大，管磨机的主轴承轴瓦内径为600-1400毫米。磨机回转时各作用力的合力方向近似垂直向下，因此主轴承只需要下轴瓦。

磨机主轴承采川滑动轴承结构(滑动轴承都设计成自位调心的)的有两大类:一种是把自动调心的球而置于壳体之外如图11:还有一种把球面置于壳体之内如图1-12.

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图1-12 调心球面在壳体外的轴承

1-轴承上盖；2-连接螺栓；3-进水管；4-主轴承盖；5-冷却水管道；6-轴座 7-冷却水管道；8-出水管；9-油管；10-螺栓；11-密封圈；12排油管；13圆

柱销

图1-12主轴承的轴瓦4支承在凸形球面的轴承面6 上，轴瓦下端具有凸形球面，而上部浇注轴承合金，轴承座和轴瓦的接触球面要精加工。这样磨机工作时，可灵活的自动调位，可消除轴瓦局部过负荷的可能性。由于轴承盖不承受载荷，为了减轻制造工作量，减轻重量，它可采钢板焊接的结构，用螺栓2与瓦座刚性联结。为了防止轴瓦从轴承座内滑出，利用圆柱形13稳定在轴承座上。为了防止灰尘由轴瓦侧边和中空轴之间缝隙进入轴承内，并防止润滑油流出，在轴瓦两侧用螺栓固定密封圈，每一个密封圈都由两半组成，用毛毡10密封。当中空轴回转时，在环行楷内充满了润淆油则同样起密封作用。润汾油沿肴油管9进入轴承，油管一端封闭，下部壁上分布许多小孔，润滑油通过这些小孔，沿着回转中空轴均匀分布。用过的油，山轴瓦下部接管12和与其相连的集油管而流入循环油系统的过虑装置。 图12磨机主轴承球面瓦6支承在底座1上，球面瓦只有120度由于中空轴在球面瓦上接触而夹角小于90度缘故。轴承上盖以钢板焊接结构。为了防止球面瓦从轴承座内滑出，用两个定位螺钉7和压板8是为了把中空轴上的油刮下，防止流到外面，对环境卫生有害。

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这两种主轴承比较起来;金属用量方面“外球面”的比较省:轴承密封，“外球面”的比较优，闪为轴承两侧的密封侧有可能随调心球面瓦一起自动调整，减小缝隙。但这种球面”轴承储油量较少，有时需要另外的油池或油箱，使系统复杂化。另外“外球面”的球瓦比较形大体重，则在机械加工和浇注轴承衬时比较麻烦。

图1-13 调心球面在壳体内的主轴承 1-轴承坐；2-轴承上盖；3-挂油器；4；架板； 5挂油刷；6-乌金瓦；7-顶块；8-刮油板；

第二章 φ2.4×11M球磨机的总体设计

§2.1 球磨机的工作原理；

球磨机的主要工作部分是一个装在两个大型轴承上水平放置的

回转简体，筒体用隔仓板分为几个仓室，在各仓内装有一定形状和大小的研磨体。研磨体一般为钢球、钢段、李冈棒、卵石、砾石和瓷球。为了防止筒体被必损，在筒体内壁装有衬板。

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当磨机回转时，研磨体在离心力和与筒体内壁的衬板而产生的摩擦力的作用下，贴附在筒体内壁的衬扳面上，随筒体一起回转，并被带到一定高度，在垂力作用下自由下落，下落时研磨体像抛射体二样，冲击底部的物料把物料击碎。研磨体上升、下落的循环运动是周而复始的。此外，在磨机回转的过程中,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。由于进料端不断喂入新物料，使进料与出料端物料之间存在着能强制物料流动且研磨体下落时冲击物料产生轴向推力迫使物料流动，另磨内气流运动也帮助物料流动。因此，磨机筒体虽然是水平放置，但物料却可以由进料端缓慢流向出料端，完成粉磨作业。

§2.2球磨机的主要参数计算

当磨机筒体的转速达到某一数值时，研磨休产生的离心力等于它本身的重力，因而使研磨体升至脱离角a=0，即研磨体将紧贴附在筒体上，随筒体一起回转而不会降落下来，这个转速就称为临界转速。当研磨体处于极限位置时，脱离角a=0将此值代入研磨体运动基本方程式，可得临界转速，由： n0?30R?42.4D0 （2-1)

§2.2.1 φ2.4×11M球磨机的临界转速n。

式中：n0—临界转速，rmin； R—筒体有效直径，m； D0—磨机筒体有效直径，m。 代入公式（2-1）

n0?30R?42.4D0?42.42.3?27.96rmin 以上公式是在儿个假定的础上推导出来的，事实上，研磨体与研磨体、研磨与筒体之间是存在和对滑动的，而且物料对研磨体也是有影响的。因此，实际的临界转速比计算的理论转速要高，且与磨机结构、衬板形状、研磨体填充率等因索有关。

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§2.2.2球磨机的理论适宜转速n 使研磨体产生最大粉碎功时的筒体转速称作球磨机的理论适宜转速n。当靠近筒壁的最外层研磨体的的脱离角a =54 \时，研磨体具有最大的降落高度，对物料产生粉碎功最大。将a =54 \代入式cosa ，可得理论适宜速转，由；

n?22.8R?32.2D0 （2-2）

§2.2.3转速比φ 球磨机的理论适宜转速与临.界转速之比，简称为转速比，由

??nn?32.20D042.4D0?0.76 (2-3)

上式说明理论适宜转速为临界转速的76%.一般磨机的实际转速为临界转速的70%-80%。

§2.2.4球磨机的实际工作转速：

磨机理论适宜转速是根据最外层研磨体能够产生最大粉碎功观点推导出来的。这个观点没有考虑到研磨体随筒体内壁上升过程中，部分研磨体有下滑和滚动现象。根据水泥生产，癖机运转的经验及相关统计资料来确定磨机的实际工作转速。下面几个经验公式是对干法磨机的实际工作转速的确定方法，由：

ng?32.0当D>2.0时

D0?0.2D （2-4）

当1.8m

n0?32.2ng?32.2D0 （2-5） D0??1~1.5?当D?1.8m 式中：

（2-6）

ng—磨机的实际工作转速，rmin

D0—磨机的有效内径，m； D—磨机的规格直径，m。

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代入公式（2-4）

ng?32.2D0?0.2D?32.22.3?0.2*2.4?20.75rmin

§2.2.5球磨机的功率

影响磨机需用功率的因索很多，如磨机的直径、长度、转速、装

载量、填充率、内部装置、粉磨方式以及传动形式等。计算功率的方法也很多，常用的计算磨机需用功率的计算式有以下三种，由：

0.8?G?N0?0.2VD0n???V? （2-7）

?0.2N?0.148Dn?00 （2-8）

VD0n?（6.16?5.57?） N0?0.184 （2-9）

式中： N0—磨机需用功率，kw;

3 V—磨机有效容积，m；

D0—磨机的有效内径，m； N—磨机的适宜转速，rmin

式中： N0—磨机需用功率，kw；

3 V—磨机有效容积，m；

D0—磨机的有效内径，m； N—磨机的适宜转速，rmin G—研磨体装置量，t；

?—磨机填充率（以小数表示）。

选用公式（3-7）计算：

G?2.3??79.83?N0?0.2VD0n（)0.8?0.2*?*??*10.68*2.3*20.75*???677.53KWV?2??44.37?

磨机配套电动机功率计算

20.8N?K1K2N0?1.3?1.0?677.53880.789KW

式中： K1—与磨机结构、传动效率有关的系数，见表2—1 K2—电动机储备系数，在1.0~1.1间选取。

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表2-1与球磨机结构、传动效率有关的系数K1

磨机形式 边缘传动 中心传动 干法磨 1.3 1.25 中卸磨 1.4 1.35

§2.2.6球磨机的生产能力 球磨机每小时生产能力的计算：

影响磨机需用功率的因素很多，主要有以下几个方面:粉磨物料的种类、物理性质和产品细度:生产方法和流程:磨机及主要部件的性能:研磨体的填充率和级配;磨机的操作等。常用磨机生产能力经验计算式为，由：

Q?

N0q?1000 （2-10）

式中： Q—磨机生产能力，th； N0—磨机所需功率，kgkw； q—单位功率生产能力，kgkw；

?—流程系数，开路取1.0；闭路1.15~1.5. 代入公式（2-10）

Q?N0q?678?60??40.68th10001000

将qη一起考虑，干法开路长磨粉磨系统，qη值为55-60。 B.球磨机的年生产能力，由：

式中： Qn —磨机的年生产能力，ty； Q —磨机台时生产能力，th;

?0 —磨机的年利用率，生料开路?n<80%,,生料闭路?n<78%,水泥开路?n<85%，水泥闭路磨?n<82%.所有系统的年利率?n不得低于70%。

代入公式（2-11）

?nQ （2-11） Qn?8760?nQ?8760?80%?40.86?285085.44ty Q?8760

23

第三章 回转部分的设计

§3.1 筒体部的选择

筒体是磨机的主要部分，它是由筒体法兰、筒体、人孔、衬板等组成。 一、筒体法兰

它是简体上重要零件之一(如图 2-9所示)，通常用Q235A钢制造，然后焊在筒体上，经过机械加工，与带有中空轴的两个端盖装配，为保证两中空轴的同轴度，法兰制成带止口型的，并在互成120度角的螺栓孔位置加工出供定位用的三个铰制孔。 二、筒体材料及壁厚

筒体一般由印Q235A钢板卷制焊接而成，钢板的厚度一般为8-50mm.根据现场实际调查：决定用四块厚度为10mm的Q235A钢板卷制焊接筒体。 简体的衬板选择:

衬板的作用在于防止筒休磨损，提升破碎介质和矿物。村板的结构应便于安装和更换，常用的形状有如图2-10所示几种。

图3-1衬板

a条形组合衬板 b波形衬板 c鸵形衬板

24

d楔形衬板 e平凸形衬板 f齿形衬板

波形衬板〔如图2-10 )具有波峰，可减少介质向下滑动，但由于波举凹起是逐渐的，故介质仍有一些滑动。它既减少了像平板形衬板那样介质的向下汾动，又避免了部分介质提升过高产生过大的冲击。因此，磨剥作用显著，用细磨效果较好。

§3.2筒体的基本参数

一、筒体的有效内径：D=D。+2δp (3-1) 式中：D—筒体的规格直径，m； D0—筒体的有效直径，m；

?p—衬板平均厚度，m；一般取

?p=0.05m。

代入公式3-1得： D0?2.3m

二、筒体的有效长度：L?L0??1??2??3 (3-2) 式中：L—筒体的规格长度，m L0—筒体的有效长度，m；

?1、?2、?3—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 （3-2）得：11=L。+0.32 L。=10.68

§3.3筒体的计算:

一、回转部分的重力Gm的计算：Gm?G1?G2?G3?G4?G5?G6 式中： Gm—磨机回转部分的重力，N;

G1—磨机的筒体重力，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—磨机隔舱板的重力，N; G6—磨机大齿圈得重力，N;

代入公式： G=mg=pvg

25

4G?G?1.35?10N 32

??2.4?2?2.3?2?G4?m4g??V4g?7.8?10???????????10.68?9.8?3.012?105N???2??2???G5?m5g?0.14?104N3G6?m6g?4.418?104N

代入公式

??2.45?2?2.2?2?G1?m1g??v1g?7.8?10???????????10.86?9.8?7.45?105N??2??2???? ??1.3?2?1.2?2?3G2?m2g??vg?7.8?10???????????0.765?9.8?1.35?104N??2??2????

3 Gm=G1+G2+G3+G4+G5+G6 得：Gm=1120000 N 二、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，主要有泻落部分面积F1的重力Gp及F1部分的离心力Pc和抛落部分面积F1的冲击力Ps等三部分一般情况下，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大2%，即:

P=1.2G=1.02*79.83*1000*9.8=798000 N

三、粉磨物料的重力G。

粉磨时研磨体和物料是混合在一起的，这部分物料重量约为研磨体重量的14%。即:

G.=1.14G=1.14*79.83*1000*9.8=892000 N 四、筒体的总载荷Q

Q=Gm+1.14P=112000+1.14*798000=1918000 N 五、筒体作用力分布

1、计算作用在筒体上的弯矩时，筒体上的作用力分布如图a所示。

q?G1?G4?G5L

Nm；

q—单位长度上受力，L—筒体长度，m。

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G1?G4?G57.45?105?3.012?105?0.14?104q???9.8?104NmL10.68

a .球磨机筒体作用力的分布

§3.4磨头部分设计

27

一、磨头的结构设计：

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，适用于小型磨机。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面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面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才会发现，造成不应有的返工浪费，有时这种缺陷处于隐蔽状态，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，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，加工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工作上都比较多，并增加了安装工作量端盖采钢板焊接结构，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。端盖与简体焊接在一起，连接牢靠省工，避兔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。

筒体两端的法兰止口圆与磨头要同心，端盖与筒体结合面要精加工，两端法兰止口要彼此平行，并与筒体纵向中心线垂直。磨头和法兰螺栓孔要精确重合，并有不少于15%的绞孔螺栓起定位作用要用一种牌号的钢制造，螺栓要均匀拧紧，若达不到上述要求，则在磨机运转中可能发生螺栓断裂，引起停车事故。

一般大中型磨机中空轴多采用ZG270 -500，而小型磨机因受力较小，考虑到成本和取材容易，一般采用铸铁或球磨铸铁。 二、磨头的计算：

磨头的结构尺寸如图b所示

支座反力Ra =7.42×10N,筒体转速n=20r/min,传动需用功率N5=442kW支承中心至法兰端面的距离L=408 mm。

筒体材料为Q235，当钢板厚度为16一40mm，时，其δ=4.5×10N.m时2.25×10N.m。，E=2×10 11N/m，U=0.28。.端盖材料应与筒体相

28

同。端盖外经D=2400，补强板外径dk=1930mm,端益法兰直径d=1 7 00mm.端盖钢板厚度h=40mm，补强板厚度hk =35mm。

三、中空轴的计算：

中空轴材料是ZG270，其中??1=270Mpa。 1.中空轴所受的弯矩MW MW= RAlt(N?m）

式中： RA—进料端主轴承处的支点反力，N;

lt—主轴承中心线到轴颈由小到大过渡区的长度，代入公式 ：

MW?3.83?105N?m 2.中空轴的当量弯矩M

2

M?MW???MK?2

式中：?—折合系数，一般取0.5~0.6.

N

MK?9559n

式中： N—球磨机所需要的功率，KW; N—筒体转速，rmin。

代入公式

MK?2.11?105N?m

29

m；

5代入公式 M?3.94?10N?m

3. 中空轴所受弯曲应力 ?

??KMW

KM2.25?3.94?105?????24.6MP0.036W代入公式 得：

式中：K--应力集中系数，可查表3-1

rd1 k 0.3 1.5 0.2 2.0 0.1 2.25 0.05 3.0 注：表中r为交接面处的过渡圆半径（m）。 rd1?951130?0.1 取K=2.25 e.验算中空轴的弯曲强度 ????? ??????1n

式中：???—中空轴的许用弯曲应力，pa： ??1—中空轴材料的疲惫极限，pa： n—安全系数，一般取5-8.取n=8.

????32.75MPa??，故材料足够。

§3.5衬板的选型和设计：

一.作用

村板的作川是保护筒体使其免受研磨体和衬板的作是保护筒体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。

衬板的种类按工作表而形状分类比较直观，有以下类型:

1.平衬板 工作表面平整或铸有花纹的衬板均称平衬板。它对研磨体的摩擦力小，研磨体在它上面产生的滑动现象较大，对物料的研磨作用强，通常多与波纹衬板配合用于细磨仓。

30

2.压条衬板 由平衬板和压条衬班组成。压条上有螺栓孔，螺栓穿过螺孔将压条和衬板(衬板上无孔)固定在筒体内壁上。压条高出衬板，可增大对研磨的提升作用，使研磨体具有较大的冲击研磨力。适用于一仓，特别是入磨物料粒度大的。一仓。

3.阶梯衬板 它的工作表面呈一倾角，安装后出现很多阶梯，可以加大对研磨体的推力。对同一层钢球的提升高度均匀一致，衬板表面磨损均匀，即磨损后表面形状改变不明显。适用于管磨机的一仓。 4.小波纹衬板 小波纹衬板具有较小的波峰和节距，提升系数小，开有锥形孔，适用于细磨仓，

5.端盖衬板 衬板表面是光:滑的，用螺栓固定在磨机端盖.以保护端盖免受研磨体和物料的磨损。

6.锥面分级衬板 衬板断面形状和在磨仓内的钉J设所示。锥面分级衬板形状的主要特点是沿轴向具有斜度。在磨内安装方向是大端向着磨尾，也就是靠近料端直径大，出料端直径小。因分级衬板沿轴向具有斜度，能自动的使磨内钢球在粉磨过程中按物料粉磨规律发挥其作用。因而可减少磨机仓数，增加有效容积，减少通风阻力，提高产量，降低电耗。

7.角螺旋衬板 一般是由平衬板、圆角衬班和金属衬架组合而成。在磨内安装后，使磨机的有效断面呈圆角正方形。相邻两圈衬板的方圆角互相错开一个角度，四个圆角分别构成断续内螺旋。使研磨体在磨内的循环次数增加，脱离角和降落区域得以改变，加强了研磨体和物料之间的冲击效能，提高了粉磨效率。 二、安装

1.螺栓固定法

在固定衬板时，螺栓应加在双螺母或防松垫圈，以防磨机在运转

过程中因研磨体冲击使螺栓松动。在筒休和垫圈之间配有带锥形面的垫圈，锥形内填塞麻丝，以防物料从螺栓孔流出。这种固定方法抗冲击、耐振动。大型磨机和中小型磨机的一、二仓的衬板一般都用螺栓固定。 2.镶砌法

镶砌时衬板和筒体之间家一层1:2的的水泥砂浆或石棉水泥，在

31

衬板的环向缝隙中用铁板楔紧·，再灌以1:2的水泥砂浆。将衬板互相交错地镶砌在筒体内。一般用于细磨仓的衬板固定。

32

结 论

当今机械科学的发展日新月异，球磨机发展应在以下几个方面多加注意。

一、现在的社会越来越来重视能源利用效率与保护，因此新型球磨机的研制必须在满足工艺要求的基础上重点考虑降低能耗，并把对环境造成的影响降到最低。

二、借鉴和吸收国外先进技术的同时，积极的加以创新，大力发展创新，大力发展我国的球磨机的技术。

三、加大在材料科学、机械制造科学及金属冶炼科学等相关学科上的研究投入以促进我国球磨机及相关技术的研发。

四、加强球磨机及其相关技术的知识产权保护工作，打造自主的球磨机品牌。

本次设计主要针对球磨机的性能和用途——球磨机的应用，对球磨机进行了浅显的论述本次设计借鉴了许多参考文献，根据球磨机的用途对其个别部件有所改进，使其在效率有所提升的情况下寿命更长，运行更平稳安全。

33

致 谢

大学学习几年中，是我受益最多的，也是感受最深的几年。本课题的成功研制和毕业设计的顺利完成跟王老师的悉心指导和帮助是分不开的。对王老师致以崇高的敬意，并表示忠心的感谢！

设计中本人系统的复习了相关的专业知识，学会了如何根据原始数据构思具体的设计方案，并对方案进行理论上的论证，又根据总体方案设计绘制出零件图。除了学习到本设计内容相关的大量知识外，应特别提出的是，本次设计的完成，极大地锻炼了我的实际动手能力，包括机械设计的基本步骤，方案的确定，上具书的查找，机械制图能力的强化，计算机绘图能力的加强等等。

最后我要感谢我的家人和所有爱我关心我的人，正是他们的关心和爱才让我有了今天的成绩！再次对帮助过我的老师和同学表示由衷的感谢！祝愿你们工作顺利，学习进步。

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参考文献

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[7]李益民主编.机械制造上艺设计手册[M].北京:机械上业出版社，

[8]江旭昌主编。管磨机[M]，北京:中国建材上业出版社， [9]许林发主编.建筑材料机械设计〔M〕.武汉:武汉上业大学出版社，

[10]侯镇冰主编.机械设计制图手册〔M].上海:同济大学出版社， [11]周开勤主编.机械零件手册.北京:高等教育出版社， [12]郭俊才主编.水泥上厂实用技改新技术[M].北京:中国建材上业出版社，2000.6

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高等教育自学考试

毕业设计指导老师意见书

意见 指导老师 职称 年 月 日 36

高等教育自学考试

毕业设计评阅意见书

意见 评阅老师 职称 年 月 日 37

高等教育自学考试

毕业设计答辩成绩评定书

评 语：

成绩总评：

答辩委员会主任：

答辩小组 组长：

答辩小组 成员：

年 38

日 月

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