Φ3.5×13M闭路水泥磨（传动及进出料部件）设计正文

盐城工学院本科生毕业设计说明书 2010

1前言

水泥生产为制备生料粉、煤粉和水泥,都需要进行粉磨作业。常用于粉磨的设备有以冲击研磨为主的球磨机。磨机在水泥生产中，仍然是不可以完全替代的主要粉磨设备。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。

水泥厂中粉磨设备的用电量约占全厂的三分之二,可见磨机传动装置设计是否正确,制造质量如何,安装、检修和维护的好坏,对磨机的正常运转和电耗都有极大的影响。此设计的技术经济指标高低对于水泥企业具有十分重要的意义。目前，主要传动方案有边缘传动与中心传动，设计时须对各种传动方式按具体情况,从加工制造工艺,设备造价,传动效率和电耗的大小,使用和维修等多方面进行综合分析和对比,最后确定传动方案。我国水泥行业有13000多台磨机和管磨机，其中95%以上采用边缘传动，发电、选矿行业的球磨机、自磨机等几乎都采用边缘传动[8]。国外边缘单传动磨机功率以达4000KW以上，边缘双传动总功率达9000KW，美国大型磨机基本都采用边缘传动，德国大功率磨机80%左右也采用边缘传动，我国已设计出2000KW的单边缘传动磨机，1000KW的单边缘传动磨机已投入运行。回转窑、烘干机广泛用于水泥、冶金、化工等行业。边缘传动的大小齿轮装置占机器本体造价的10-30%，是关系设备运行状态及大型化的主要因素。

本课题是Φ3.5×13M闭路水泥磨（传动及进出料部件）设计，本人主要进行球磨机主传动部分和进出料部分，回转大齿轮、传动小齿轮以及齿轮轴等主要零件的设计，完成联轴器、电机的合理选型，调整磨机转速，优化齿轮设计，增加磨机运转的平稳性和使用寿命,满足生产工艺和生产纲领要求，各零部件尽可能选用通用件和新型材料，以提高粉磨效率，最大幅度达到低能耗运转，保证产品质量设备在技术上先进，经济上合理，设备具有良好的可操作性和可靠性，以满足球磨机的生产需要，提高粉磨效率。

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2总体方案设计

2．1球磨机的工作原理

物料经过破碎设备破碎后的粒度大多在20mm左右，如要达到生产设备的细度，还必须经过粉磨设备的磨细。粉磨是许多工业生产中的一个重要过程，其中使用面广、使用量大的一种粉磨机械是球磨机。它在水泥生产中用来粉磨生料、煤及水泥。球磨机的主要部件有进出料装置、筒体、传动装置等。主体是由钢板卷制而成的回转筒体。筒体两端装有带空心轴的端盖，筒体内壁装有衬板，磨内装有不同规格的研磨体。

如图2-1,当磨机回转时，研磨体在离心力和与筒体内壁的衬板面产生的摩擦力的作用下，贴附在筒体内壁的衬板面上，随筒体一起回转，并被带到一定高度，在重力作用下自由下落，下落时研磨体像抛射体一样，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料面差能强制物料流动，并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。

图2-1 研磨体层运动及受力分析

2．2磨机传动方式的确定

磨机的传动方式有两种:其一为传动轴轴心线与磨机中心线平行,通过该轴上的齿轮带动筒体端盖上的大齿圈进行传动的边缘传动形式,它用于功率<1000～4800KW的磨机;其二为传动轴轴心线与磨机中心线一致的中心传动形式,它多用于功率>1000KW的磨机,最大的磨机功率已达8000～10000KW。它可分为由电动机经减速器减速后驱动磨机和由低速变频同步环形马达直接驱动磨机的两种形式。

边缘传动与中心传动的比较

a.边缘传动磨机的大齿轮直径比较大,制造困难,占地多,但精度要求较低;中心传动结构紧凑,占地面积小,但制造精度要求较高,对材质和热处理的要求高; b.后者较前者总质量要小些,加工精度高,因此,后者的造价要高些;

c.前者较后者的零件分散,供油点多,检查点多,操作及检查不方便,磨损快,寿命短;

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综上,中心传动较为先进,功率小于2500KW时,两种形式均可采用;若大于2500KW,尽可能选用中心传动方式。

从加工制造,机重造价,传动效率和电耗的大小,使用和维修等多方面进行综合分析和对比，结合我国的国情，本课题采用边缘传动。

传动方案如图2-2所示：

图2-2传动方案

1-主电动机；2-主减速器；3-辅助减速器；4-辅助电动机；

5-小齿轮；6-大齿轮；7-磨机筒体

2.3磨机的重要参数计算[1]

2.3.1筒体有效内径

a.平衬板厚度h的确定

磨机的粉磨能力与其筒体的有效内径成正比，衬板过厚等于减小了磨机的有效内径，降低粉磨效率。规格越小的磨机，衬板厚度对其粉磨效率的影响越大。所以，在保证强度和足够磨损量的前提下，衬板厚度越薄对提高粉磨效率越有利。一般可设计成40～70mm厚，即：

h = 40～70 （mm）

对大磨取大值，小磨取小值，具体可按表2—1选取。

表2—1 衬板厚度推荐表 磨机规格直径D(m) 衬板厚度(mm) 磨机规格直径D(m) ≤Φ1.8 ＞Φ1.8～Φ2.4 ＞Φ2.4～Φ3.2 35～40 40～50 50～60 ＞Φ3.2～Φ3.8 ＞Φ3.8～Φ4.5 ＞Φ4.5 衬板厚度(mm) 60～65 65～75 75～90 联系本课题，选择衬板的厚度 h = 60mm。

b.磨机筒体有效内径的确定

筒体的规格直径减去衬板的厚度所得到的实际内径称之为筒体的有效内径，具体计算如下：

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D0 = D – 2h (2-1)

将D=3.5m，h=60mm 代入得D0=3.38m。 2.3.2磨机的转速

a.临界转速n0

临界转速n0是指磨内最外层研磨体刚好贴随磨机筒体内壁作圆周运动时的这一瞬间的磨机转速。此时研磨体处于磨机筒体圆断面的顶，即脱离角?=0°。将此

点值代入研磨体运动基本方程式，可得临界转速 n0?29.942.4 （2-2） ?RD0式中 D0——磨机筒体有效直径, m。

将D0=3.38代入计算得：

n0?29.942.4= 23.06 （r/min） ?RD0以上公式是在几个假定的基础上推导出来的，事实上，研磨体与研磨体、研磨

与筒体之间是存在相对滑动的，而且物料对研磨体也是有影响的。

b.磨机的理论适宜转速

使研磨体产生最大冲击粉碎功的磨机转速称为理论适宜转速。当靠近筒壁研磨体层的脱离角?=54°44′时,研磨体具有最大的降落高度,对物料产生粉碎功最大。

Rn2将?=54°44′代入式cos?≥，可得理论适宜转速

900 n?将D0=3.38代入计算得：

n?22.832.2??17.51（r/min） RD022.832.2 （2-3） ?RD0c.转速比?

球磨机的理论适宜转速与临界转速之比，简称为转速比，即

32.2D0n????0.76

42.4n0D0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%。

d.磨机的工作转速

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以上适宜转速是在一定假设前提下推导出来的，而粉磨作业的实际情况很复杂，应该考虑的因素很多。一般认为，对于大直径的磨机，由于其直径大，研磨体冲击能力强，转速可以低些；对于小直径的磨机，研磨体冲击能力较差，加之一般工厂的入磨粒度相差不大，所以转速可以高些。国内干法磨机的工作转速多用下列公式计算：

当D?2.0m时

ng?当1.8m

ng?32.2D032.2D0 ?0.2D （2-4）

当D≤1.8m ng? （2-5）

32.2?(1～1.5) （2-6） D0式中 ng——磨机的实际工作转速，r/min；

D0——磨机的有效内径，m；

D——磨机规格直径，m。 本课题选用公式（2-4）

ng?32.232.2 ?0.2D??0.2?3.5?16.81（ r / min ）D03.382.3.3磨机的功率

a.研磨体的装填量

对提高磨机产量，降低单位产品的电耗，研磨体的装填量和级配等是个值得注意的问题。但目前这方面还没有比较成熟的理论根据，都是依靠生产实践中积累的经验来解决的。

研磨体的装填量，可按下式计算

?L???Pn (2—7) 04式中：m-磨内研磨体装填量，t；

L-磨机筒体有效长度，m； φ-磨内研磨体填充系数； Pn-研磨体容积密度。

研磨体的密度，一般取pn?4.5t/m3

填充率是磨机重要参数之一，它不但直截影响着粉磨过程的冲击次数及研磨面积，而且还影响着研磨体冲击高度，即对物料的冲击力。据国内各生产厂的经验，

m?

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?D2

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填充率的选择可按以下原则进行：

当物料粒度大，硬度大，需要破碎功率大时，填充率应高些。若该仓排料差，料球比小，仓内存料较多时就不能过分增加填充率，因过高的填充率会使仓空间变小，研磨体冲击高度大大降低。则粉磨效率就低；

当物料易磨性好时，为增加产量可提高填充率。但物料易磨性差时，就不能为了提高产量而猛增填充率，尤其时段仓，这样会降低粉磨效率；

当产品细度放宽，而产量又要求高时则需增加喂料量，仓内料球比下降，需要增加填充率；磨机转速高时，衬板对研磨体的提升能力强，研磨体带得高，并且松散，填充率可选低些；对

于易，二仓间用单层隔仓板的磨机，因第一仓排料受第二仓的影响，第一仓的填充率不能低于第二仓。根据生产经验对于开流多仓磨机的平均填充率为??25%~28%;对圈流球磨：??40%；对圈流中长磨：??30%~32%；对烘干兼粉磨的磨机要兼顾烘干溶积的要求，一般填充率均小于25%~28%。各仓之间的关系，则为适当递减或基本相等。

本课题选用填充率??30% 研磨体的装填量

m??L???Pn 04???3.382?12.63?0.30?4.5?142.（7t） 4?D2b.磨机的功率

研究球磨机功率计算的目的是为了能够正确地选择电动机的规格,选择或计算减速装置以及对球磨机筒体进行强度计算等提供依据.球磨机运转时所需功率,其中一部分消耗在有益工作上,既提升研磨体和物料至一定高度,并使之具有一定速度抛射出去,按抛物线轨迹下落,进行冲击击碎物料;另一小部分则是克服机械摩擦阻力,如球磨机中空轴在主轴承中的摩擦,传动装置中的摩擦等消耗的功率,可用机械效率η来考虑,则球磨机所需功率N0为:

N0=4×10-5GR1n/η (2—8) 式中: N0—球磨机所需功率,kW;

G—球磨机筒体内研磨体的总重量,N; η —球磨机的机械效率。

中心传动球磨机η=0.92～0.94；边缘传动球磨机η=0.86～0.90。

本课题选用η=0.88 磨机所需功率 N0=

4?10?5GR1n?4?10?5?142.7?103?9.8?1.69?17.51??1829（KW）

0.9 球磨机电动机的功率Nq应在需要功率N0的基础上加大10%～15%，此备量用来克服球磨机启动时，研磨体的的惯性力和在工作时研磨体的可能过载。

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Nq?(1.10~1.15)N0 =（1.10～1.15）×1829KW =2102～2103.5KW

式中：Nq球磨机电机功率，KW。 根据实际电机功率为2000 KW 2.3.4磨机的生产能力

磨机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[5]

Q?N0q? （2-9）

1000式中: Q——磨机生产能力，t/h；

N0——磨机所需功率，kW；

q——单位功率生产能力，kg/kW?h；

?——流程系数，开路取1.0；闭路1.15～1.5。

代入公式（3-10）查表可知圈流系统q值为43

Nq?1829?43?1.4??110.10（t/h） Q?010001000符合设计要求。

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3球磨机的传动部分设计

3.1磨机电机的选择 3.1.1磨机的负载特性

a.磨机的工作转速是属于恒定的,故不需调速,其速比大;

b.磨机的工作类型属重载,其传动功率从250KW～8000KW或更大,是水泥厂用电最大的设备,约占全厂生产用电的2/3;

c.磨机在正常工作时负载基本稳定;

d.磨机的启动转矩约为正常工作转矩的1.1～1.5倍。 3.1.2用于磨机拖动的几种类型的电机

用于磨机拖动的电机大致有四类:异步电动机、同步电动机、感应同步电动机及低速变频同步环形电动机。

A.异步电动机

除小型磨机采用鼠笼型电动机外,都采用绕线型, JR,JRQ系列(中型)及YR型(大型)异步电动机,异步电动机使用在磨机拖动上的优缺点:

优点:

a.装备简单,价格便宜;

b.有足够的启动转矩,可以直接启动磨机,其启动转矩可以通过接入转子绕组的串联电阻来控制;

c.启动电流小,一般可控制在≤1.5IH, IH为电动机的额定电流,故对电网中其它设备正常运行影响较小;

d.启动操作方便。 缺点:

功率因素较低且滞后。电网存在着大量的无功功率,损耗很大。异步电动机的功率因素与额定转速有关,随转速的增加,其COS?提高。

B.同步电动机 优点:

a. 系统装备简单,布置紧凑,启动平稳,操作方便可靠; b.功率因素超前且功率因素提高,提高用电系统的经济性。 缺点:

a.设备昂贵,比较大,用铜量较大;

b.维护检修复杂,电机安装精度要求高。 C.感应同步电动机

启动转矩大,启动电流小;运转时是同步电动机,功率因素超前;恒速运转, 制造较为复杂,价格昂贵。

D.低速变频同步环形马达

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传动系统简单,可通过变频调速系统实现磨机快速调整,但结构和电器设 备复杂昂贵,投资高且安装精度要求高。

综合上述四种电机的优缺点,考虑到满足有足够的启动转矩可以直接启动磨机,求得装备简单,经济合理,决定选用异步电动机。

此外，无调速要求，启动条件沉重，大中功率，故选用绕线型电机． 综合以上条件，选出主电机：江西电机厂 型号：YR2000-8 额定功率：2000KW 转速：745r/min 额定电压：6000V 3.2主减速器的选型

根据主电机，选择边缘传动磨机减速器，确定为TSX-1300A，速比:7.5。 根据主减速器的规格确定稀油站型号：MYZ63。

图3-3 MBY系列减速器与稀油站连接图

3.3辅助设备的选择

根据参考[建材通用机械手册](2)。 磨机在主传动中，再接一段减速传动机构，单独以小功率的电动机驱动磨机，使其能以极低的0.1～0.3r/min或以磨机工作转速的2%的速度回转.这段减速传动装置,就是磨机的辅助传动装置。

辅助传动的作用：使磨机能准确地停在所需的任何位置上，如装卸研磨体时，便于把磨门对正；安装衬板和隔仓板时，可方便地把磨体转到需要的位置上；保护磨体减小停磨后的变形。由于筒体上下受热不均匀，而产生热变形弯曲，需每隔15～30min将磨体翻转180°是十分有效的，可避免热弯曲的产生。

辅助电动机的选择：

根据参考文献[建材通用机械与设备](2)P198 辅助传动电机功率Nf（kW）可按下式计算： Nf=KfNenfn (3—1)

式中：Ne——主电机功率，kW；

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nf——辅助电机传动时，磨机的转速，r/min n ——主电机传动时，磨机的转速，r/min； Kf——系数，按统计一般取1.6～2。

0.1321?25（KW） Nf=1.6×2000×

16.81故选择辅助电机：

型号：Y225M-6 额定功率：30KW 满载转速：980r/min 额定电压：380V 辅助减速器：ZS125-9 速比:125.6 3.4联轴器的选型

3.4.1主电机与减速机之间的联轴器

工作条件:载荷大、冲击、需正反转、电机与减速器之间速度较高,故选用弹性柱销齿式联轴器。

根据[14],由式3-2,得转矩计算如下:

P T?9550W (3-2)

n式中: PW——驱动功率，kW； n——工作转速，r/min。

将上述数据代入公式,可计算得:

P2000T?9550W?9550??25637.6N?M

n745Y180?302参考[机械设计手册](3),满足扭矩要求的联轴器型号ZL12。

Y180?2423.4.2减速机与连接轴之间的联轴器

工作条件:振动不大,低速轴转动

Pw2000T?9550?9550??192929.3N?M

n99

Y300?470参考[机械设计手册](3),满足扭矩要求的联轴器型号ZLZ18。

Y280?3803.5大小齿轮的设计

3.5.1边缘传动用大小齿轮的材料

边缘传动磨机上大齿圈的材料，以前多用40、45和50号钢居多。由于磨机的大型化和材料工业的发展，现在有向合金钢方向发展的趋势，这是因为磨机大型化以后，对齿轮的精度要求亦越来越高。采用合金钢虽然初始投资大一些，单寿命却可以大大提高，综合起来是经济的。以前，一般大齿圈都是采用正火处理，小齿轮采用调质处理。可近来，大齿圈采用调质处理，小齿轮采用淬火处理的愈来愈多，

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并且取得了良好的效果。我国近年来也出现了作为磨机大小齿轮材料比较号的钢种，主要有35SiMn、42SiMn，50SiMn钢等。这些硅锰钢的特点是经过正火处理后，铁素体析出，硅和锰元素能强化铁素体，因而耐磨损能力比较强，表面强度比较高。同时，它们比碳钢还贵不了多少。

大齿圈的材料及其热处理方法确定后，就可以据此来选择合适的小齿轮材料及其热处理方法。一般的方法是控制硬度差，即小齿轮的表面硬度为

HB1=HB2+(40～50)

式中 HB1—小齿轮的硬度；

HB2—大齿圈的硬度。

实践证明，控制一定的硬度差可以收到以下效果：

a)齿轮的承载能力； b)齿轮的传动效率；

c)齿轮耐磨损和抗胶合的能力； d)使大小齿轮的寿命同时得到提高。

因此，根据江旭昌主编的管磨机第701页，确定大小齿轮的材料及其热处理。 表3-3 大小齿轮的材料及其热处理 齿轮 项目 材料 大齿圈 热处理 硬度HB 材料 小齿轮 热处理 硬度HB 大齿圈的钢种及其相应配对小齿轮钢种 ZG35CrSiMn 正火 217～255 40Cr 调质 241～286 表面淬火 HRC 48～55 调质 217～269 3.5.2 大齿圈直径的确定

大齿圈不宜设计的过大,因为如果大齿圈的直径很大,甚至达到磨机规格直径的两倍,则不仅使大齿圈的重量成倍增加,造价昂贵,给制造、运输和安装等带来很大困难,而且还会使占地面积增大.所以,在条件许可的情况下,大齿圈的直径越小越好.

大齿圈的直径可以由下式确定:

d=(1.15～1.8)D (3-3) 式中:d—大齿圈的分度圆直径,mm; D—磨机筒体的规格直径,mm.

将D=3500mm代入得 d=4025～6300mm

大齿圈直径确定以后,承载能力就与小齿轮的直径有关,小齿轮直径越大,既速比越小,所能传递的动力就越高. 3.5.3 齿形的确定

磨机的齿轮传动属于开式传动，这就决定了磨机大小齿轮的破坏和失效的主要

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原因是磨损和胶合。许多磨机上的大小齿轮都是因为轮齿薄无法再用而报废。在我国磨机上的大小齿轮以前都是采用直齿，前几年投产的冀东水泥厂在煤磨上采用了斜齿。在国际上，近几年由于磨机的大型化，为了提高齿轮的性能，斜齿应用越来越广。但由于它制造比较复杂，对安装要求比较高，因此在大型磨机上应用也远远不及直齿那样广泛。本课题采用标准直齿。 3.5.4 模数的确定

模数对齿轮的加工、运转、使用寿命、金属消耗和成本等都有影响.在满足强度要求的前提下,采用较小模数的齿轮具有以下优点:

a.当齿轮直径相同时,模数越小,大小齿轮的齿数和越大,则磨损越小,胶合的危险性就越小;

b.模数小,噪音小,振动小,动载荷也小;

c.模数越小加工精度越易于保证,摩擦损失也越小,则传动效率越高; d.加工容易,成本降低;

大齿圈的重量主要集中在轮缘上,约占60~70%.但轮缘厚度与模数有关,即模数小轮缘薄,于是大齿圈的重量也就减轻了,可以节省金属.

所以,采用小模数是合理的,但是,采用小模数并不是任意的小,而是在保证强度的条件下,尽量采用较小的模数。 3.5.5齿轮强度校核

以下校核公式参考江旭昌《管磨机》 a 按齿面接触疲劳强度设计 d1t?3(ZHZEZ?2KT1u?1 (3-4)

?du?H)2式中: d1t—小齿轮分度圆直径，mm；

ZH—节点区域系数；

ZE—材料系数，单位为MPa；

Z?—重合度系数，一般可取Z?=0.85～0.92；

?H—许用接触疲劳应力，单位为MPa；

?d—齿宽系数，其?d=B2/d1 =0.5～0.85； K—载荷系数；

T1—小齿轮的转矩； u—齿数比。 小齿轮转矩：

6PT=9.55× 101

n =9.55×106×1829/100

=1.75×108 (N·mm)

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选取u=i=6.4，?d=0.8，ZE=188Mpa，ZH=2.14，Z?=0.90 选取材料接触疲劳极限应力为?H1lim?360，?H2lim?340 选取材料弯曲疲劳极限应力为?F1lim?150，?F2lim?125

应力循环次数：N1?60n1at

=60×10O×（10×300×24） =4.32×108 式中: n1—齿轮转速，单位为r/min；

a—齿轮每转一转轮齿同侧齿面啮合次数； t—齿轮传动的总工作时间，单位为h。

N2?N1/u?4.32?108/6.4?6.78?107

接触疲劳寿命系数为ZN1?1.1，ZN2?1.1 弯曲疲劳寿命系数为YN1?1，YN2?1 接触疲劳安全系数为SHmin?1.0 弯曲疲劳安全系数为SFmin?1.4 试验齿轮的应力修正系数为YST=2.0

试取Kt?1.8

许用接触应力和许用弯曲应力：

[?H1]??H1limSHminZN1?360?1.1?396MPa1340?1.1?374MPa1

[?H2]??H2limSHminZN2?

[?F1]??F2limSFminYN1?150?2?1?214MPa1.4125?2?1?178.57MPa 1.4

[?F2]??F2limSFminYN2?代入(3?4)得：

选取KV?1.1，KA?1.75，K??1.02，K??1

K?KAK?K?KV?2

保证 d1t32?1.035d1t?703.8mm 1.8m?d1/z1?703/33?21.3mm

由渐开线圆柱齿轮模数系列（GB1357-78）可选模数为28。 b校核齿根弯曲疲劳强度

外齿轮的复合齿形系数为 YFS1?3.8;YFS2?3.95 重合度系数Y?=0.7

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2KT12?2?1.75?108?F1??YFS1YZ??3.8?0.72323 0.8?33?28?dZ1m?79.1MPa???F1??400MPa?F2??F1故满足要求。 3.5.6大小齿轮速比的确定

YFS23.95?79.1??82.2MPa???F2? YFS13.8传动装置的设计是在磨机传动功率和磨体转速以定的条件下进行的。在同条件

下，转速越高的电动机，其造价就越低。本设计选择型号：YR2000-8，传动装置的总速比：

i?nd (3-5)

nm740?44.02

16.81nd-电动机的转速，r/min；

i?nm-磨机的转速，r/min。

对于大小齿轮传动系统，这个总速比就是大小齿轮的总速比iz，因此选择速比为ig=7.5的减速器，则总速比可用下式表示，即：

i?ig?iz (3-6) 则 iz?i44.02??5.9 ig7.5 式中：ig-减速器的速比； iz-大小齿轮的速比。 3.5.7齿数的确定

模数确定，可以计算大齿圈的齿数：

z2=d2/m (3-7) 如果算出来的结果是奇数，那么就要根据实际情况上下调整，将大齿圈的齿数取为偶数。因为大齿圈由于安装、制造、运输和维修等需要必须至少制成两半，齿数取为偶数即可对开，使加工容易，精度提高，但对整体大齿圈则关系不大。 将d2=5320mm，m=28mm代入得 z2=190.

大齿圈的齿数确定之后，速比也是已知的，那么小齿轮的齿数就可以按下式确定：

z1=z2/iz (3-8)

将z2=190，iz=5.9代入得 z1=32.20，取33。使其与大齿轮的齿数互质,主要目

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的是使轮齿啮合，保证磨损均匀和运行平稳。

小齿轮最小分度圆直径的校核

d1?d?2t?6.5m mm (3-9)

式中：d1-小齿轮分度圆的直径，mm；

m-大小齿轮的模数，mm； d-小齿轮的轴孔直径，mm；

t-由d决定的小齿轮轴孔上的键槽深度，mm。

ｄ1=mz1=28×33=924mm

d?2t?6.5m=340+2×63+6.5×28=648mm 结果满足条件，说明齿数确定合适。 3.5.8齿轮各部分几何尺寸的计算

以下计算公式参考江旭昌《管磨机》。

分度圆直径: ｄ1=mz1=28×33=924mm

ｄ2=mz2 =28×190=5320mm 齿顶高： ｈa =ｈa* ×m =1×28=28mm

齿根高： ｈf=(ｈa*+c*)m =(1+0.25) ×28=35mm 全齿高： h=ｈa+ ｈf =63mm

齿顶圆： ｄa1=ｄ1+2ｈa =924+2×28=980mm ｄa2=ｄ2+2ｈa=5320+2×28=5376mm 齿根圆： ｄf1=ｄ1-2ｈf =924-2×35=854mm ｄf2=ｄ2-2ｈf =5320-2×35=5250mm

1 中心距： a=12(ｄ1+ｄ2) =2(924+5320)=3122mm

齿宽系数 △?=0.5-0.85 ，取0.6 , B2=△?×ｄ1 =0.6×924=554.4mm

圆整取B2=550mm 则:B1?B2?10?560mm 3.5.9齿圈与磨体的联接

大齿圈与磨体的联接形式基本上可以分为两类七种，具体见下表

表3-5大齿圈与磨体联接的种类 联 接 类 别 双键联接 联 接 种 别 铆钉外露式 铆钉内函式 无铆钉式 单排轴向双联式 螺栓联接 单排轴向三联式 双排轴向分联式 双排径向式

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Φ3.5×13M闭路水泥磨（传动及进出料部件）设计

上面的三种双键联接方式，结构稍有异同，但它们有共同的缺点：

a.大齿圈的重量一般都比其它类的联接型式要重；

b.它们是以拧紧大齿圈对口把合螺栓而使其紧箍住磨体。这样，当磨头端盖受热膨胀时，大齿圈中就会产生很大的应力，其对口把合螺栓也随之产生一个很大的附加应力。因此，大齿圈对口的把合螺栓极易发生故障，甚至常常折断。如果在大型磨机上，必然会对生产造成一定威胁。所以不选择这种联接方式。

螺栓联接类的各种型式中，单排轴向双联式的螺栓联接是目前用的最多的一种，因为它最简单，所以选择这种联接方式。 3.5.10大齿圈的结构设计 A.大齿圈的截面形状

大齿圈的截面形状主要有以下四种： a)□字形截面形状 b)工字形截面形状 c)T字形截面形状 d)∨形截面形状

第一种和第四种结构的截面形状都是双辐板结构，第二种和第三种结构的截面形状都是单辐板结构。一二两种截面形状的结构的缺点是：大齿圈的重量太大，与磨体联接时有需要一个特殊的加工面，从大齿圈的断面刚度来说不需要这么大，所以不选，参照海建集团的大齿圈的截面形状，本课题采用T字形截面形状。 B.大齿圈的端面形状

大齿圈的端面形状主要有两种：一种是法兰带豁口的结构，目的是用来消除热变形的应力；一种是法兰不带豁口的整体式结构，其优点是能够防止齿圈变形、增大齿圈刚度、减少加工量和方便于加工。因为目前应力这个问题已经解决，所以选择第二种端面形状。 C.大齿圈的对口连接结构

大齿圈从使用角度要求有良好的整体性，而从铸造、运输和安装的方面要求又必须是分瓣的。这就是说，大齿圈应是分瓣的，但连接起来后必须牢固，满足整体性的要求。总的来说共有以下几种结构：

a)螺钉定位

在大齿圈对口接合面的筋上，对称的攻四个螺丝孔，然后以无头螺钉拧紧。这种螺钉定位，由于螺牙的作用，使两半大齿圈在轴向和径向都不会发生错动。这种定位方法有许多优点：简单可靠；加工方便；对口接合面的筋可以不加工；占位置很小，零件也少。

b)锥销定位

在大齿圈对口接合面上除了把合螺栓之外，还另加一个圆锥销。

这种结构由于圆锥销的位置可以远离轮缘，使加工比较容易，所以在小型磨机上应用较多。

c)矩形键定位

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这种结构只能起到径向定位的作用，而对轴向错位毫无约束，再者安装、加工都十分不方便，还得与铰孔螺栓配合使用，所以不采用。

d)圆柱键定位

在大齿圈对口接合面中放置一个比较粗大而且两端带头的圆柱形键。 这种结构，既能起到径向定位的作用，又能起到轴向定位的作用，在回转窑的应用上较多。

e)铰孔螺栓定位

在大齿圈对口接合面的螺栓中，其中斜对角的两个螺栓采用光制铰孔螺栓。即可以起拉紧作用，又可以起定位作用。这种结构的特点是眼孔较少，但靠近轮缘的铰孔加工十分困难，可是它毕竟比较简单，所以应用比较广泛，鹏飞集团也是采用这种结构，所以我也采用这种结构。

D.对口联接螺栓和螺母的型式

大齿圈对口联接螺栓基本上有两种型式：一种是长型的双头螺柱；另一种是短型的双头螺柱或螺栓，而它们又有光制铰孔和普通螺栓这两种。长型的双头螺栓必须配用异形高桩螺母。这是因为磨机在运转中，大齿圈由于热应力的作用会使对口连接螺栓伸长。还有采用特殊防松螺母的。 E.大齿圈主要部位几何尺寸的确定

以下计算公式参考江旭昌《管磨机》。

大齿圈主要部位的几何尺寸可按下列经验公式选取。 a)大齿圈的轮缘厚度按下式确定：

δ0=(2～2.5)mn

=56-70mm,取60mm

b)大齿圈的辐板厚度按下式确定：

δ1 =(2～2.5)mn =2×28 =56mm

c)筋板厚度按下式确定：

δ2 =(1.0～1.7)mn =1.5×28 =42mm

d)辐板凸出高度按下式确定：

δ3 =(0.8～1.5)δ0

=1×56 =56mm

e)法兰凸出高度按下式确定：

δ4=(0.8～1.3)δ0

=1×56 =56mm

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f)法兰宽度按下式确定：

δ5 =(3.0～4.0)d =3×45

=135mm

上式中: mn—齿轮的法向模数，mm； d—法兰联接螺栓的直径，mm。 3.5.11小齿轮的安装布置

在设计小齿轮的位置时，应考虑以下几个原则： a)小齿轮的转向

磨机的转向确定之后，小齿轮必须安放在是大小齿轮都向上翻转的一侧。这样能够防止落入螺栓、螺母、等杂物将轮齿挤坏，避免事故。另外，还能减轻主轴承和小齿轮传动轴承地脚螺栓的载荷。 b)安装和拆卸方便

小齿轮位置角的确定，还应注意到保证在不动小齿轮传动轴承下座或底座的

情况下，小齿轮能够沿大齿圈滚入和滚出，进行调面或者更换新的小齿轮。 取?为小齿轮的位置角，则?必须满足的条件为：

0.2m(a?r)?0.02m2) (3-10) ?≤arccos(1?ar 式中: m—小齿轮的模数；

a—中心距；

r—小齿轮传动轴滚动轴承外圈半径。

因为滚动轴承的型号为3003160，查得其外圈半径为230mm，又m为28，a为3122，所以

0.2?28?(3122?230)?0.02?282

??arccos(1?)3122?230?≤arccos0.971615024 ?≤19.6°,取19°

c)基础合理

小齿轮的位置过高，与小齿轮轴相连的减速器和电动机的基础都要随之增高。这样，不仅基础重量不必要的增大和复杂，而且维护也不方便。应尽量使小齿轮轴承基础和主轴承基础一样高或稍有差别。

对于边缘单传动的磨机,小齿轮的布置角如下图3-4所示

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图3-4小齿轮的安装角度和换向

3.5.12小齿轮与其轴的联接

小齿轮与小齿轮轴的联接方式主要有两种：键联接和弹性环联接。 A.键联接

键联接主要有以下缺点：

a)采用平键联接，有时小齿轮会发生窜动。一旦发生窜动，就很难载固定牢固。 b)若采用双楔键对打，则小齿轮容易变形，是圆度受到影响，影响大小齿轮的啮合质量。

c)因为小齿轮的磨损较快，为了延长其使用寿命，常常需要换面使用。在拆卸换面时十分困难，有时用油加热也难以拆掉。即使拆掉，有是还会将轴表面或孔表面划毛。 B.弹性环联接

弹性环联接的原理是：利用具有弹性的圆环在受到轴向力作用时，在径向产生压紧力来固定轴和毂，达到轴毂联接的目的。

弹性环联接具有很多优点： a)对中性特别好

b)轴的抗疲劳强度提高

c)拆卸后，联接零件的表面不能被擦伤，可以多次使用

d)抗冲击性能好 e)防腐蚀性能好 f)可以实现安全联接

g)可以传递很大的扭矩和轴向力 h)可减少加工费用 j)可大大缩短设计时间 k)成批生产，成本降低

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由此可见，弹性环联接是一种很好的联接。 3.6齿轮罩的设计

A.齿轮罩的形状

齿轮罩的形状基本上有两种：一是圆形齿轮罩；二是多边形齿轮罩。在多边形齿轮罩中又有六角形和八角形两种。 B.齿轮罩主要尺寸的确定

以下计算公式参考江旭昌《管磨机》。

a)齿轮罩外径为：

Dw=da2+2(45～60)

=5376+2×60

=5496(mm)

b)齿轮罩宽度为：

Bc=B2+2(45～60)

=550+2×50 =650(mm)

c)钢板厚度为：

δ=4～6 mm

d)储油槽应有一定的斜度，以便放油或清理齿轮罩方便，一般不小于1:10。 式中 Dw—对圆形齿轮罩，即是外径；对多边形齿轮罩，它应是在直径方向的最小距

离，mm； da2—大齿圈的顶圆直径，mm； B2—大齿圈的宽度，mm。 C.齿轮罩的密封结构

齿轮罩主要有以下两种密封结构 a)端面密封结构

这种密封结构是用毛毡与大齿圈轮缘端面接触来达到密封的目的，效果不是很好。

b)径向密封结构

毛毡的端面是径向的，这种结构比端面密封结构稍微好一点。 D.齿轮罩附件

a)刮油器

为了使齿轮罩密封效果好，尽量不漏油，在齿轮罩上设置一个刮油器。它装在大小齿轮的稍上侧，将经过啮合后挤出到轮缘边上的油先刮掉，这样就能减少毛毡处润滑油过多的积存，大大改善了密封效果。

b)刮油棍

刮油棍能很好的解决小齿轮轴的密封问题。刮油棍与轴接触部分为三角形，将顺轴外溢的油借斜面作用刮回，使油不流到毛毡处，这样就能防止漏油。

c)放油管和清扫盖

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由于磨机所处的环境灰尘都比较大，润滑油极易变脏，所以，齿轮罩下部的盛油池需要经常清扫。为了方便工作，齿轮罩下部设置放油管，放油管焊在清扫盖上。

d)观察门

为了观察大小齿轮的啮合情况和润滑以及润滑油的情况，设置一个观察门。 3.7轴的设计 3.7.1选择轴的材料

该轴无特殊要求,因而选用调质处理的45号碳钢，经济上比较实惠,同时又能满足安全及性能要求。小齿轮轴和传动轴不允许有磕碰及机械损伤。

由资料[17]表15-1查得:

?B=650MPa, ??1=300MPa, ??1=155MPa.

45钢调质后的机械性能,

?b=637MPa, ?s=353MPa, ??1=268MPa, ??1=155MPa. 许用弯曲应力:

???1?=216MPa, ??0?=98MPa, ???1?=59MPa. 3.7.2输出轴上的功率P3,转速n3和扭矩T

若取齿轮传动效率0.97(每级),弹性柱销联轴器效率0.995(每个)，滚动轴承效率0.98（每对），

总效率0.89

PKW 3?P?0?1780P由公式 T?9.55?106? (3-11)

n1780?1.7?108(N?mm) 则: T?9.55?106?993.7.3求作用在齿轮上的力

d2?mz2?30?154?4600mm Ft?2T?7.4?104N d2 Fa?Fr?Ft?tg??3.45?104N 式中 ?——压力角； 3.7.4轴径的初步估算

由参考资料［2］公式（10-2），知 d?C3

P (3-12) n21

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式中 C——由轴的材料和承载情况确定的常数，查[2]表10-2；

P——轴所传递的功率，单位为KW； N——轴的转速，单位为r/min；

d?10331825?268.9mm 100因为小齿轮轴和连接轴伸出端上安装有联轴器，为考虑键槽对轴强度削弱的影响，将轴径加大3～5%。

d?(1?3%)?268.9?277mm

输出轴的最小直径是安装联轴器处轴的直径d1。为了使所选的轴直径d1与联轴器孔径相适应,减速器输出轴的直径为?280mm。 3.7.5小齿轮轴的结构设计

a .根据轴上零件的定位，拆装及轴的工艺性要求等，参考［2］表10-4及图10-8，初步定出小齿轮轴的结构。

b .根据轴向定位的要求确定轴的各段直径及长度。

Ⅰ轴段右端需制出轴肩,故取Ⅱ段直径?300mm,因半联轴器长L1?470mm,半联轴器与轴配合部分长度L??460mm。取Ⅰ轴长465mm。

初步确定滚动轴承。轴承同时受有径向力、轴向力、圆周力,故选用双列向心球面滚子轴承。可确定轴承内径为?300mm,型号3003160。故Ⅱ的直径为?300mm,LVI?357mm,同样的, VI段的直径为?300mm,LVI?118mm。

取安装齿轮处轴径为?340mm,而小齿轮宽560mm,可取LIV?570mm。小齿轮的定位是弹性环定位。

在齿轮轴右端要有压板对轴承起轴向定位作用,用螺栓联接,故而应加工两螺纹,即加工2-M16-7H深35。

轴肩处的圆角半径r值,详见齿轮轴零件图,轴端倒角,在轴的左端及右端均为4?45?。

安装轴承处要求有同轴度误差不得超过Φ0.05,以保证安装后轴传动的良好。同时为了保证齿轮的正确啮合,带动磨机筒体平稳地运转,安装小齿轮处的轴心线与安装轴承处的轴心线有平行度要求,要求其平行度误差不超过0.04mm。 3.7.6 轴的强度的精确校核

对于不重要或不受重载的一般的轴,经前面所述的方法估算出轴径后,再经结构设计,便可作为最后结果。但对于重要或受重载的轴,则必须根据已设计的轴的实际尺寸,再根据轴的实际弯矩图和扭矩图,并考虑应力集中、表面状态和绝对尺寸等影响因素,重新对轴进行精确的强度校核。

a.求轴上支反力及弯矩

由所确定的轴的结构图可确定出支承距离L2?830mm,L3?830mm。

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据此求出齿轮所在剖面的MH、MV、M及Mca的值。

FtFrFaTa)Rv1'wRH2Rv1RH1Rv2L2L3L1FtRH1MHRH2b)FrFaRv1Mv1Mv2MHRv1'Rv2c)M1M2d)MvMe)Mca1Mca2f)αTMca图3-5 轴的载荷分析图

本设计选用的是双列向心球面滚动轴承,故支反力位置即位于轴承中线处, L2?830mm,L3?830mm。

由图3-6,可看出小齿轮受力分解为圆周力Ft，径向力Fr，轴向力Fa。然后全部转动轴上,将其分解为水平力和垂直力。

以下校核公式参考徐灏《机械设计手册》。

81.7?10N?mm Ft?T/0.5d??4.93?105N 0.5?690 Fa?Ft?F??o

因为直齿圆柱齿轮F?=0

RH1?RH2?Ft/2?2.46?105N

11 MH?Ft?L2??4.93?105?830?2.97?108(N?mm)

2254R?R?0.5F?0.5?1.05?10?5.25?10N V2r V1 MV?RV1?L2?5.25?104?830?4.35?107(N?mm) 22M?MH?MV?(2.97?108)2?(4.35?107)2?3?108(N?mm) 计算扭矩： Mca?M2?(0.59T)2

22 ?（3?108）?（0.59?1.7?108）?3.16?108(N?mm)

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b.按弯扭合成应力校核轴的强度

。 进行校核时,通常只校核轴上承受最大承受最大计量弯矩的剖面(即危险剖面）

?caMcaMca3.16?108????80MPa W0.1d30.1?3403?ca?[??1]b

故校核安全 3.7.8连接轴的结构设计

由于粉磨过程中，粉尘较多，容易影响传动装置，本设计采用一连接轴，可将电机和减速器与粉磨车间隔开，起到比较好的保护作用。

a .根据轴上零件的定位，拆装及轴的工艺性要求等，初步定出连接轴的结构。 b .根据轴向定位的要求确定轴的各段直径及长度。

连接轴两端与半联轴器配合，由于小齿轮轴端已确定，故连接轴两端轴径为?265mm。半联轴器与连接轴配合部分长度L??380mm。根据实际厂房布置和建设要求确定连接轴总长为2000mm。 3.8传动轴承的计算与选型 3.8.1轴承的选用原则

a.转速较高,载荷较小,要求旋转精度高选用球轴承;转速较低,载荷较大或有冲击载荷时,选用滚子轴承;

b.根据轴承受径向和轴向载荷来选，一般纯轴向载荷，选推力轴承；纯径向轴承，选用向心球轴承、向心短圆柱滚子轴承或滚针轴承。当既受径向又受轴向载荷时，选用向心球轴承或向心推力轴承。

目前用于边缘传动的大小齿轮用的是直齿。但由于大小齿轮的偏摆，还会影起滚动轴承的摆动。参考[1]P616表11-22,本设计选用双列向心球面滚子轴承，为了与轴的配合，轴承的内径定为?300,型号为3003160。这种滚动轴承除能承受径向载荷外，还能承受较大的轴向载荷，并且它们具有自位调心的性能，内圈对外圈的倾斜允许在0.5°-2°。 3.8.2轴承校核

当量载荷公式如下:

P?fp(XR?YA) (3-13)

式中 X——径向系数；

Y——轴向系数。

由文献[10],可查表径向系数X和轴向系数Y X=1, Y=0.67ctg?=0.67ctg20°=1.84,

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计算比较

A与e,如下: RA?Fa?2345N,R1?3637.56N,R2?1052.44N, 2A2345??0.6446?1.5tg??0.545 R13637.56A2345??1.236?1.5tg??0.545 R21052.44按照表11-23, fp?1.2～1.8,取fp?1.5,则代入公式3-4,得 P1?fp(XR1?YA)?11928.54N,P2?fp(XR2?YA)?8050.86N 轴承应具有的额定动载荷值:

103C?11928.5460?21.4?36000?4?57103.87N 610由[15]可查得,额定静负载C0?80200Kgf?7859600N>C,则此轴承合格。 3.9边缘传动大小齿轮及轴承的润滑

A.大小齿轮的润滑

边缘传动大小齿轮的润滑方式有以下几种： a)油泵喷油润滑

用专门油泵、油管及喷油嘴将润滑油直接喷入齿轮处，齿轮罩本身也有油池，润滑油可以循环使用。其缺点是油管易漏油，维护比较麻烦。

b)大齿圈带油润滑

该方式是目前应用最多的一种。大齿轮浸在油池中某一深度，通过大齿圈的转动把润滑油带到齿轮的啮合处，达到润滑的目的。为了减少油的搅动和能量损失，轮齿浸入油中的深度不宜过大，一般可等于一个齿高或一个半齿高。

c)油轮带油润滑

金属或非金属制成的油轮装在齿轮罩下部的心轴上，油轮下部浸在油中，上部分与大齿轮相啮合随磨机回转，油即被油轮甩溅到大齿轮上。该方式有损失小，但结构复杂，维护比较麻烦。

本设计采用的是带油润滑，可以减少油的搅动和能量损失，提高效率。 选用3号和4号开式齿轮油。 B.边缘传动小齿轮滚动轴承的润滑

从润滑效果考虑，滚动轴承的润滑仍以采用润滑油，即稀油润滑较好，但从便利于维护保养和简化密封出发，则采用润滑脂较好润滑脂在较长时间内不需添加或更换，并能有效地与外界的尘屑和水汽相隔绝。

润滑脂的装入量应适中，不宜过多或太少。过多容易引起轴承发热，太少使润滑效果恶化，轴承容易磨损过早失效。一般情况下，润滑脂的添加量应保持在轴承

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空隙的1/3到 1/2为宜。然后，用油杯定期加油，保证良好润滑。

滚动轴承对润滑脂的要求为： a)减少摩擦和磨损； b)耐腐蚀； c)封闭性能好。

小齿轮传动轴承的负荷为重负荷，根据管磨机小齿轮传动轴承的特点，在本次设计中采用锂基脂润滑。 3.10键的设计

a.键的设计

参照机械设计课程设计一书，取键的长度为460mm，宽度为80mm，高度为45mm。 b.键的校核0.

我选用的是平键联接，参考机械零件设计手册第285页，得校核公式为

2T?fy=≤[?fy] (3-14)

dkl式中 T—转矩，N.mm；

d—轴的直径，mm； l—键的工作长度，mm；

k—键与轮毂的接触高度，mm；平键 k=h/2；

[?fy]—键联接的许用挤压应力，Mpa。由下表可查得

表3-6 键联接的许用挤压应力[?fy] 联接的工作方式 [?fy] 联接中较弱零件的材料 锻钢，铸钢 铸铁 静载荷 125～150 70～80 轻微冲击载荷 100～120 50～60 冲击载荷 60～90 30～45 因为键是铸钢件，承受轻微冲击载荷，所以取[?fy]=100～120Mpa。 以下计算公式参考徐灏《机械设计手册》。

P 因为 T=9549=93443 N.m

n

所以 ?fy=2T/dkl

2?93443?103 =

280?45?460 =32 Mpa＜120Mpa 所以满足要求。 3.11轴承盖的设计

d0=d3+1mm (3-15)

式中 d3—端盖联接螺栓直径，尺寸见下表3-6

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表3-6 螺栓联接式轴承盖 轴承外径D 45～65 70～100 110～140 150～230 螺栓直径d3 8 10 12 16 端盖上螺栓数目 4 4 6 6 因为选用的轴承型号为3003160,轴承外径D=460mm,所以参照海建集团的成型产品,取d3=20. 以下校核公式参考徐灏《机械设计手册》。 所以 d0=21 mm

D0=D+2.5d3

=460+2.5×20 =510 mm D2=D0+2.5d3

=510+2.5×20 =560 mm

e=1.2d3 =1.2×2 0 =24mm e1≥e

m由结构确定

因为轴承盖的宽度为238mm,轴承的宽度为118mm,所以取m的值为60mm.

D4=D-(10～15)mm =460-15 =445 mm

b1、d1由密封尺寸确定

本课题取b1=10mm,d1=300mm。

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4出料装置的设计

4．1概述

出料装置是磨机与工艺管道相连接的装置，同时又是静止部件与磨机相关转动部件相衔接的装置。它们一方面应把物料顺畅地卸出磨机，另一方面又要保证不漏料不漏风，有的还需将磨渣妥善的排出。可见，设计难度是很大的。甚至有的水泥厂曾因煤磨进料装置不合理，不仅不能保证正常生产，而且还发生了人身事故，烧伤多人。还有的水泥厂经常造成物料堵塞，影响生产。据不完全调查了解，保证不漏料、不漏浆、少漏风的进出料装置是不多的。 4.2设计内容

对于湿法磨机，出料装置是解决排料问题，对于干法磨机，出料装置不但要解决排料问题，而且还有考虑通风及其通风过程中的密闭问题。即一方面不使物料散到出料装置之外；另一方面也能使外界空气被吸入而降低通风效果。因为磨机通风的好坏对生产效果有明显的影响，通风加强了，磨机产量可相应提高。据生产实践中证明，磨机加强通风后，一般可提高产量5—15%。要实现磨机通风，使磨尾有一定的通风负压，加强通风能力是必要的条件。而出料装置的密闭是一个充分的条件，没有良好的密闭措施，通风就会受到影响。对磨内喷水的磨机，密闭问题更重要。因为如果大量的外界冷空气进入就会使从磨内排出的气体温度降到露点一下，发生凝结而影响生产。

出料装置通常用薄钢板焊接而成。在设计中要考虑的问题是：根据粉磨条件和磨机的构造情况确定出料装置的结构型式和规格尺寸以及对于干法磨机的密闭措施。

出料装置尺寸的确定原则如下：

a.出料装置规格尺寸的设计原则，除了它必须包括其中的零部件（如出料管、出料圆筒筛等）外，对于干法磨机还必须照顾到罩内风速的大小。在出料装置的内部的风速希望不超过浮送物料的最低速度。其目的在于减少气流带走的物流量（风扫式磨机除外），减轻磨尾收尘设备的负担。出料装置的风速可按磨内分数进行换算。磨内风速，对于干法开流生产的长管磨机可取V=0.7—1.2m/s, 对闭路生产的的磨机可取V=0.3—0.7m/s。

b.对于干法磨机的出料装置，不但下部要有出料口，而且上部要开设排风口，排风管道内的风速可按12—16m/s考虑。因为风速太大，阻力增加；风速太小，则在管道内壁容易积灰。根据此风速即可求出排风口的尺寸。

c.出料装置下部的倾斜角，一般根据物料休止角而定。物料休止角多数在030—45之间，但是在设计中必须考虑特殊情况，如因水汽凝结，物料本身潮湿等。

0应此，出料装置下漏斗部分的最小倾角（指两个侧壁之夹角）不要小于50。卸料口大小，主要应保证卸料畅通，在此前提下可减小尺寸，以利于密封。

d.为了将筛余物排出，出料装置靠近圆筒筛排渣一侧要设置粗渣收集斗，以便

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于收集圆筒筛排出的筛余物。在收集斗的下端出口处，要设闸板。

有一种闸板的结构为插板式，在磨机运转过程中，定期将插板抽出放出粗渣，然后再将插板插入，这种型式结构简单，但需人工操作。还有一种闸板为重锤式，当粗渣达到一定值时，自动打开翻板，放出渣子后靠重锤作用自动关闭，重锤的位置可以调整，这种型式自动进行，无须人工操作。

在出料装置卸料口外，可采用闪动翻板阀锁风装置。

e.设计出料装置时，要考虑开设检修门，以便检查出料圆筒筛的运转情况，必要时进入内部检查或剃除筛孔上的夹渣。

f.对于中卸式磨机，出料装置包容磨机筒体，因此其外形尺寸很大，由于磨机筒体是非加工面，所以设计时要将出料罩与磨机筒体之间间隙适当放大，以免筒体不圆度而引起两者之间的硬摩擦。因为中卸式磨机多用于干法生产，特别是粉磨兼烘干的磨机。所以除了下部有出料口外，上部还应设有出风口。此外，由于外形尺寸大，这种出料装置只从中间剖分为上下罩体以不适用。为了安装、检修等方便起见，根据磨机规格大小，要设计成由多块组成，但同样要开设检修门。

磨机的出料装置类似与进料装置，其后一般还需装设筛分设备，常用的是采用与磨机联在一起的圆筒筛。将物料中的大颗粒（5～12mm）或磨小的铁屑等杂物筛出，对于开流磨机必须设计一个筛分设备，即在出料端装筛。对于圈流磨，出磨后的大颗粒在经分级机后将作为回料重新入磨。故它装筛与否主要决定于分级机前输送设备形式。

出料装置由出料罩、支架、出料筛子等零件组成。出料筛是用螺栓和出料螺旋筒联接在一起的，经粉磨后的物料经筛选落入出料罩，其中杂物不能落下，留在筛子里，经过一定时间由清理出去，在出料罩上部装有管道与收尘联接，为防止漏风，下部应装密封装置，再与输出设备连接，否则会影响磨机的卸料。 4.2.1出料方式

对于尾卸式磨机，其出料方式与进料方式类似，除了在进料装置中是一个进料斗，而在出料装置中为一个出料罩外。筒体内的出料蓖板类似于进料装置中的喂料勺轮，它将物料扬起，提高落差送入出料中空轴内的出料锥形衬套或螺旋衬套，即螺旋筒。这是目前大多数磨机采用的出料结构型式。因为排出的物料基本上成粉状，粒度很小，对衬套的磨损较轻，而螺旋筒为普通钢板焊接件，制造简单，重量较轻。

螺旋筒内的螺旋叶片可在螺旋筒全长范围内设置；也可在一半的范围内设置。因为从磨内排出的物料在一段螺旋叶片的强制推动下，迅速向尾部排出，在无叶片部分，可利用其料面的高差和前面的推力作用下，使物料排出。如图4-1

和进料螺旋筒改进设计相似，出料螺旋筒也采用了并螺距的设计这样的设计使得出料回转筛中的细物料不会产生堆积与堵塞，提高了筛分效率。

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图4-1出料螺旋筒

4.2.2出料圆筒筛的设计

由于喂入磨机的物料中难免混杂着碎金属块，特别是由于钢球、钢段的磨损而造成出磨物料中含有一定数量的难以粉磨的金属杂质。如果是开流生产的磨机，这些杂质混入水泥或生料粉内，必然要影响水泥质量或熟料的煅烧。如果是闭路循环生产的磨机，那么这些杂质经过选粉机后返回到磨内，造成的结果是，一方面要导致输送设备（尤其是螺旋输送机）的严重磨损而容易引起事故；另一方面，它们进入磨机第一仓后，势必要影响粉磨效率。因此，在磨机出料口处需要设置筛分设备，以便清除杂质。其措施是，有些磨机单独装有一台筛分机械，例如振动筛。对于尾卸磨，则更多的是在磨机出料端加设圆筒筛。

圆筒筛规格的确定

由于要求物料经过筛分，所以就要使物料与圆筒筒壁之间产生一定的相对滑动。为了达到这个目的，筛筒的最大圆周速度就应当有一定的限制（即临界转速）。如果超过这个速度，物料所产生的离心力就可能使物料随同圆筒面一起转动而不产生相对运动，从而失去筛分的作用。但是，磨尾圆筒筛与磨机一起回转，其转速和磨机相同，这是已经确定了的。因此，就要根据既定的转速求出适宜的直径，以确保筛分工作在良好的条件下进行。

首先根据以定的转速确定圆筒筛的直径D，设物料颗粒质量为G，贴近筒壁处的颗粒在转速为n时，物料开始滑动的条件是：

222GvGπnRsP???? (4-4) LgRg900s22πnRGGsinβ?f0(Gcosβ+?s)?0

g900将PL值代入

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22πnRG G sinβ?f0(Gcosβ+?s)?0g90022πnRG G sinβ?tgGψ?cosβ-tgψ??s?0g900所以

22πnRs s (4-5) in(β?ψ)?sinψ900g式中：Rs—圆筒筛内半径, m；

n—磨机转速, r/min；

f0—物料与筛面间的摩擦系数； β?—物料升角, °； —摩擦角； F0=tanΨ。

圆筒筛直径为

D348～692s?n2 (m) 式中： n—磨机转速

D348~692S?n2?1.3(m) 取

Ds＝1.3 ｍ

筛孔宽度 ：

开流磨b＝3.5～4 mm 圈流磨机 b＝6～7 mm

所以

取b＝6 mm

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(4-6) Φ3.5×13M闭路水泥磨（传动及进出料部件）设计

5进料装置的设计

磨机的进料装置是磨机整体中的一个组成部分。

进料装置主要包括进料斗、支架、观察门等。进料斗没有衬板，是用物料本身做衬垫的，可以减小物料对料斗的磨损，进料斗与支架间有垫片。用垫片增加的方法来调节中心的高度，进料都上部装有测温孔，不使用时用螺塞拧紧。

A．水泥厂磨机采用的进料装置大致有以下几种:

a）物料自流入磨

物料经弯曲的溜管进入中空轴轴颈的锥形套筒的喉部沿旋转的筒壁自行滑入机内，溜管断面为椭圆形。溜管设计时要兼顾倾斜角和有效断面积，倾斜角必须大于物料的休止角，以确保物料畅通。在此前提下，对于干法磨机，要适当地加大溜管的有效断面积，以利于通风。由于自溜入磨的形式结构简单、通风阻力小，所以近

年来，特别是对于大型磨机，多采用这种形式。一些常用物料的自然。

表6-1 几种常用物料的自然休止角

物料名称 自然休止 角θ 干粘土 40～45° 碎石灰石 熟料 35° 干矿渣 碎煤 水泥 35～40° 25～30° 30～45° 25～35° 休止角列于表6-1。

对于锥形衬套的输送量目前尚无准确的计算方法。从分析可知，锥形衬套本身具有一个固定的锥角，从这一点来看，可把它看作是一个具有某个倾斜角的回转筒，该回转筒的直径可取锥形套的小端直径，也可取其平均直径。可按下式进行概略计算其输送的物料量：

Q=3600V·A·γ (t/h) (6-1) 式中： V-物料轴向流动速度，（m/s）

V=0.105R·n·tan(2α) (6-2) R-锥形衬套内半径，m； N-磨机转速r/min； α-锥形衬套的半锥角，°； A-衬套内所输送物料的断面积，m2， γ-物料容重（见表6-2），t/m3。

表6-2 几种常用物料的容重 物料名称 3 干粘土 碎石灰石 熟料 1.40 立窑熟料 干矿渣 原煤 0.90 生料 水泥 容重γ（t/m） 1.60 1.45 1.35 0.85 1.10 1.40 根据这种分析和进行的计算，显然是近似的，因为它不是一个直径不变的圆筒，而是变径的截锥形。因此，对于每一个断面，其物料流动的速度是不同的。此外，各个断面上的物料层厚度也是变化的，如果按这些的因素进行分析计算，那也是比较复杂的，而且也不需要这样的精确。一般情况下，只要根据通风要求和机械强度，

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确定了中空轴直径之后，在保证一个必要的锥角的前提下，用这样方法确定的锥形衬套总是可以满足要求的。其中的半锥角α对物料流动速度有着明显的影响，根据经验α可在8～11°之间选取，这要根据物料和磨机结构及操作条件而定。

b）铸造型勺轮喂料装置

此结构比上述喂料装置的喂料量大，且铸件较耐磨，比较适用于大型磨机， 另外，利用铸造的锥形衬套繁荣锥角使物料流入磨内，从而避免了由于螺旋叶片的强制推动物料而产生的磨损。但是由于前面有一个喂料勺轮，增加了通风阻力，这对于要求通风量较大，尤其是通热风的磨机，将是不利的因素。

勺轮的喂料能力按下式计算

Q=60n·Z·γ·q (t/h) (6-3)

式中： n—磨机转速，r/min; Z-勺轮中轮叶数目，个； γ-物料容重，t/m3；

q-一个勺轮轮叶所能提升的物料体积，m3。 c)螺旋喂料装置

此结构形式的喂料量大，但结构较为复杂，本设计的磨机比较适用。物料由进料斗进入装置在中空轴内有一钢套用以保护中空轴轴颈，钢套里焊有螺旋叶片，将物料推到第一仓，螺旋筒的端面等贴着磨头衬板，避免进入磨内的物料与磨头接触，以保护磨头不受磨损。

根据实习时的学习经验和查阅最新进出料装置设计资料，本课题采用螺旋喂料装置，并在原有的基础上对传统的螺旋喂料装置进行改进，主要是对螺距的改进。

这样的改进设计使得进入磨机的物料流动更平稳。 B.设计进料装置应注意的问题

静止喂料斗与回转部分的密封；喂料斗的高度补偿作用和耐磨性问题 C.进料装置主要零件的设计

进料漏斗：它是进料装置的主要零部件，其材料选用可焊性较好的Q235 进料漏斗的技术要求：接后要求平整，不得有明显的翘曲现象；所有与其他件相结合的表面以及法兰表面必须平整，凸起的焊缝应打平；所有外露毛刺应打平。

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6结论

本课题是Φ3.5×13M闭路水泥磨（传动及进出料部件）设计，通过对传动效率和电耗的大小，使用和维修等多方面进行综合分析和对比，制定了设计方案。根据国内外磨机的发展情况及对工厂现实状况的研究，本设计采用了边缘传动的传动形式。随着磨机的大型化，采用边缘传动在安装方面较方便，在耗资方面较经济。该方案保证产品质量，设备在技术上先进，经济上合理，设备具有良好的可操作性和可靠性。根据磨机产量和功率的计算，合理选择电机和减速器。对设计的大小齿轮和传动轴进行校核，满足生产工艺和生产纲领要求。优化齿轮设计，增加磨机运转的平稳性和使用寿命。总体解决解决目前生产中噪音高的问题，润滑可靠性不够高等问题。

通过这次毕业设计我熟悉了解了球磨机传动系统的设计制造和应用，掌握了一些生产设备的设计、选型和计算。从收集资料到分析解决问题，提出观点，每一步都认真对待同时使我能够在毕业前将理论与实践更加融会贯通，加深了我对理论知识的理解，强化了实际生产中的感性认识。由于本人平时阅历较浅，对某些构件的认识还不够清晰，以至于无法进行精确的分析和设计，故此设计中存在错误在所难免。

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