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北科大
目录
一、设计任务书
1.
设计目的
2.
设计内容
二、传动装置的总体设计及初步计算
1.
球磨机的基本参数
2.
总体方案确定
3.
选择电动机
4.
确定传动装置总传动比，分配各级传动比
5.
传动装置的运动和动力参数
三、传动件的设计计算及修改传动装置的运动和动力参数
1.
带传动的设计计算
2.
第一次修改各轴的运动和动力参数
3.
开式齿轮传动的设计计算
4.
验算工作转速
5.
第二次修订各轴的运动和动力参数
四、球磨机罐体及轴系设计
1.
罐体结构设计
2.
小齿轮轴系的设计计算
3.
支撑辊及其轴系的设计计算
五、设计联接螺栓
六、设计开启门
1
北科大
七、设计总结
八、参考资料
2
北科大
一、设计任务书
1.
设计目的
1
）总结和综合运用已经学过的有关知识，分析和解决工程实际问题。
2
）学习机械设计的一般方法，
了解和掌握常用机械零件、
机械传动装置
和简单机械的设计
过程。
3
）
进行基本技能的训练，例如计算、绘制方案草图、运用设计资料、查
阅机械设计手册、标准、规范以及运用经验数据进行经验估算等。
2.
设计内容
1
）设计题目：设计供实验室使用的球磨机（如图
1
所示）
。
1.
电机
2.
带传动
3.
齿轮传动
4.
滚轮
5.
球磨机筒体
6.
轴承
电机、小带轮轴
I
轴：大带轮轴
II
轴：大齿轮、筒体轴心
3
北科大
2
）使用要求：
球磨机研磨物料
80kg
；
每天工作
8
小时；
要求工作平稳（允许有轻微冲击）
。
3
）已知条件：
周边及粉碎效率
90%
；
制造方式：单件生产。
4
）应完成的设计工作：
a.
球磨机总体方案设计
b.
传动件的设计及计算
c.
球磨罐体设计及轴系设计
d.
设计联接螺栓。
e.
计算机或手工绘制工作图：
球磨机总体图
小齿轮轴系部件草图
f.
编写设计说明书
4
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二、传动方案的总体设计及初步计算
1.
球磨机的基本参数
计算项目
1.1
研磨介质的合理
载量
G
0
1.2
计算罐体体积
V
1.3
计算罐体内径
D
1.4
计算电机有利工
作转速
n
w
计算内容
式中：
G
1
：
研磨物料
（
kg
）
，
已知条件可知
G
1
=80kg
；
G
0
：研磨介质（钢球）的合理装载量（
kg
）
。
G
0
?
G
1
/
0
.
14
?
80
/
0
.
14
?
571
.
43
kg
结果
G
1<
/p>
?
0.14
G
0
G
0
?
571.43kg
G
0
?
V
??
式中：
V
：罐体容积（
m
）
γ
：
研
磨
介
质
（
钢
球
）的
比
重
，
γ
取
3
480
0kg/m
φ
：研磨介质的填充系数
，对于干式球磨
机
φ
取
0.3
。
3
V
?
G
0
/(
??
)
?
571.43/(0.
3
?
480
0)
?
0.39683m
V
?
3
V
?
0.39683m
3
?
4
?
D
2
?
L
式中：
D
：球磨机内径（
m
）
；
L
：球磨罐长度，
< br>L
取
1.2D
（
m
）
。
D
?
3
4
V
1
.
2
?<
/p>
?
0.7497m
D
?
0.7497m
L
?
900mm
n
w
?
37.2/
0.47
?
54.15
r/min
n
w
?
37.2/
0.75
?
42.95
r/min
n
w
?
42.95
r/min
2.
总体方案确定
< br>从球磨机的基本参数计算可知，球磨机转速为
42.95r/min,
电动机的转速一般有
5
北科大
1
500r/min
、
1000r/min
、
750r/min
三种，由此可算出本设计的传动比
i=23.28,
在
15
到
30
的范围之内，初步拟订以下四种方案进行选择（都是
2
级传动）
：
表
1
各种传动方案论证
简图
优、缺点
简图
优、缺点
电动机通过蜗轮蜗杆传动带动开式齿轮。该
传动方案结构紧凑，占地面积小，但传动效<
/p>
率低，价格昂贵。
简图
优、缺点
电动机通过
V
带传动装置带动一对开式齿轮。
< br>皮带具有减震、平稳、制造简单、价格便宜
等优点，但缺点是带传动效率低，占地
面积
大。
简图
优、缺点
电动机通过圆柱减速器带动一对开式齿轮。
优点是结构紧凑、传动可靠，缺点是机械构<
/p>
造较复杂、制造费用高。
电动机通过圆锥齿轮减速器带动一对开式齿
轮。它和图
c
的情况相似。
结论：
根据球磨机的工作要求并考虑经济条件，
选用方案
b
比较合适，
既可以降低制造维修
费
用，又可以得到预期的效果。
6
北科大
3.
选择电动机
计算项目
3.1
球磨机所需功率
计算内容
结果
0
.
8
p
w
型号
Y132M2-6
中心高
H
132
P
w
?
0.222V
?
D
?
n
w<
/p>
(
G
V
)
?
K
?
(kw)
式中：
V
：球磨
机的有效容积，
V=0.397m
3
;
D:
球磨机的内径，
D=0.75m<
/p>
；
G
：
球
磨
机
的
装
载
量
，
G=G
1
+G
0
=571.43+80=651.43kg=0.651t
K
：电动机的储备系数，
K
取
1.1
；
η
：粉碎效率，已知
η
=90%
。
P
w
?
0.222
?
0.397
?
0.75
?
42.96
?
(0.651/0.3
97)
0.8
?
(1.1/0.9)
?<
/p>
5.155kw
η
a
=
η
带
×
η
齿轮
×
η
轴承
=0.95
×
0.96
×
0.99=0.90288
（见《手册》
P44
）
P
d
?
P
w
/
?
a
?
5.65kw
?
由《手册》表
8-5
：
?
电动机选用：
Y132M2-6
表
2
主要性能
电机功率
(kw)
同步
(
满载）
转速
最大转矩（<
/p>
N
?
m
）
(r/min)
5.5
1000
（
960
）
107.92
表
3
外型尺寸（
mm
）
外廓尺寸
安装尺寸
轴伸尺寸
L
×
(AC/2
）×
AD
A
×
B
C
×
E
515
×
(270/2)
×
210
216
×
178
89
×
80
7
P
w
?
5.155kw
P
d
?
5.65kw
选取电动机：
Y132M2-6
电机重量（
kg
）
84
平键尺寸
F
×
G
10
×
33
北科大
图
2
电动机外型尺寸
4.
确定总传动比，分配各级传动比
计算项目
4.1
总传动比
4.2
分配传动比
4.3
传
动装置的运动和
动力参数的计算
A.
各轴转速：
I
轴转速
n
1
计算内容
计算结果
i
?
n
d
/
n<
/p>
w
?
960
/<
/p>
42
.
95
?<
/p>
22
.
34
<
/p>
i
?
i
带
?
i
齿轮
采用
b
种传动方案，考虑到：
< br>（
1
）罐体尺
寸较大，大齿轮需
做成齿轮圈和罐体连
接，为留出足够的装配、连接空间，
i
齿轮
可取大一些；
（
2
）
齿轮传动的传动比较带
传动大，
因此取
i
齿轮
?
5
，故：
i
带
?
i
/
i
齿
轮
=22.34/5=4.468
i
?
22<
/p>
.
34
i
带
?
4
.
468
n
1
?
n
d
/
i
带
?
960
/
4
.
468
?
214
.
8
r
/
min
n
2
?
n
1
/
< br>i
齿轮
?
214
.
8
/
5
?
42
.
96
r
/
min
p
1
?
p
d
?
?
带
?<
/p>
5
.
65
?
0
.
96
?
5
.
424
kw
n
1
?
214.8r/min
II
轴转速
n
2
B.
各轴功率：
I
轴功率
p
1
n
2
?
42
.
96
r
/
min
II
轴功率
p
2
p
1
?
5
.
424
kw
8
北科大
p
2
?
p
1
?
?
齿轮
?
?
轴承
?
5
.
424
?
0
.
95
?
0
.
99
?
5
.
101
kw
C.
各轴转矩：
I
轴转矩
T
1
p
2
?
5
.
101
kw
T
d
?
9550
p
d<
/p>
/
n
d
?
9550
?
5
.
65
?
960
?<
/p>
56
.
2
N
?
m
T
1
?
T
d
?
i
带
?
< br>?
带
?
56.2
?
4.468
?
0.96
?
252.5N
?
m
T
2
?<
/p>
T
1
?
i
齿轮
?
?
齿轮
?
?
轴承
?
252.5
?
5
?
0.95
?
0.99
?
1187.4N
?
m
T
1
< br>?
252.5N
?
m
II
轴转矩
T
2
T
2
?
1187
.
4
N
?
m
5.
计算
传动装置的运动和动力参
数
表
4
各轴的动力参数
< br>轴
号
电
机
I
轴
传动比
i
效率
功率
(kW)
5.65
转速
(r/min)
960
扭
矩
T(N.m)
56
.2
4.468
0.96
5.424
214.8
252.5
5
0.94
5.101
42.96
1187.4
II
轴
0.99
9
北科大
三
、
传动装置的运动和动力参数及传动件的
设计计算
1.
带传动设计计算
计算项目
（一）
定
V
带型号和带轮
直径
1.
工况系数
2.
计算功率
3.
带型
4.
小带轮直径
5.
大带轮直径
(
二
)
验算带速
<
/p>
(
三
)
确定中心
距和带长
1.
初定中心距和带长
2.
带的基准长度
3.
包角
3.1
确定中心距
计算内容
计算结果
K
a
=1.1
由教材
P262-
表
11-3
Pc
?
Ka
?
P
?
1.1
?
5
.
65<
/p>
?
6
.
215<
/p>
kw
P
c
=6.215kw
由教材
P
73-
图
11-7
选取
A
型
由图
11-7
及表
11-10
，选取
d
1
=140mm
d2
?
i
<
/p>
带
?
d
1
?
4.468
?
14
0
?
624.4mm
故
i
带实
?
d
2
/d
1
?
630/1
40
?
4.5
?
i
?
|
i
理
-
i
实
|
/
i
理
?
100%
取
d
1
=140mm <
/p>
?
|
4.47
-
4.5
|
?
4
.47
?
0.67%
?
5%
取
< br>d
2
=630mm
V
?
?
d
1
n
d
/(60
?
1000
）
?
3.14<
/p>
V
?
7.034m/s
< br>?
140
?
960/(60
?
1000)
?
7
.034m/s
?
5m/s
?
5m/s
由式
0
.
（
7
d
1
?
d
2
）
?
a
0
< br>?
（
2
d
1
?
d
2
）
可得中心距
a
0
：即
539
≤
a
0
≤
1540
初取
a
0
=540mm
L
d0
?
2
?
a
0
?
?
/2
?
(d
1
?
d
2
)
?
(d
2
-
< br>d
1
)
2
/4
?
a
0
?
2
?
540
?
?
/2
?
(
140
?
630)
?
< br>(630
-
140)
2
/4
?
540
?
2400mm
查表
11
-
7
，选取
L
d
?
2500mm
选
L
d
=2500mm
a
?<
/p>
a
0
?
（
L
d
?
L
d
0
)/2
?
540
?
(2500
-
2400
）
/2
?
590mm
a=590mm
a
调节范围为：
a
?
0.030Ld
-
0
.
015
Ld
即
a
?
75
-
37.5
10
北科大
3.2
小带轮包角
(
四
)V
带根数
1
．基本额定功率
2
．功率增量
3
．包角系数
4
．带修正系数
5
．
V
带根数
(
五
)
轴上载荷
1
．带速
2
．
V
带单位长度质量
3
．初拉力
4
．作用在轴上的力
（六）带轮结构设计
1.
小带轮结构及其尺寸
2.
大带轮结构及其尺寸
?
1
?
180
?
-
(d
2
-
d
1
)/a
?
57.3
?
?
18
0
?
-
（
63
0
-
140
）
/
590
?
57.3
< br>?
?
?
1
?
132
?
120
< br>?
?
132
?
< br>?
120
?
Z
?
P
c
/((P
1<
/p>
?
?
P
1
)K
?
K
L
）
P
1
=1.65kw
表
11-4
Δ
P
1
=0.12kw
表
11-5
K
α
=0.86
表
11-2
K
L
=1.09
表
11-7
z
?
P
P1)K
c
/[(P
1
< br>?
?
?
?
K
L
]
?
6.215/(1.6
5
?
0.12)
?
0.86
?
1.09
取
z=4
根
?
3.746
v
?
7.034m/s
v
?
(
?
?
d
1
?
n<
/p>
1
)/(60
?
1000)
?
5m/s
?
7.034m/s
?
5m
/s
m=0.10kg/m
表
11-1
F
0
?
500
?
P
c
/(v
?
z)(2.5
-
K
?
)/K
?
?
mv
2
?
< br>500
?
6
.
< br>215
/(7.034
?
4)<
/p>
?
(2.5
-
0.86)/0.86
?
0.10
?
6
.
9
2
F
0
=215.5N
?
215
.
5
N
F
Q
?
2
?
z
?
F
0
?
sin(
?
1
/2)
(
式
11
-
6)
?
2
?
4
?
215.5<
/p>
?
sin(132
?
/2)
F
Q
=1574.95N
?
1574.95N
根据
P78
表
11-8
，表
11-9
确定带轮型号为
A
型
B=(z-1)
×
e+2
×
f=63mm
A
型
e=15
±
0.3
f=9
φ
=38
°
b
p
=11.0mm
h
amin
=2.75mm
h
fmin
=8.7mm
δ
min
=6mm
d
a1
=d
1
+2h
a
=
145.5mm
d
a2
=d
2
+2h
a
=635.5mm
da
1
=145.5mm
da
2
=635.5mm
11
北科大
(
七）张紧装置
重力张紧
3.
开式齿轮的设计计算
计算项目
计算内容
3.1
选择齿轮材料
由表
12-11
选择齿轮材料如下：
< br>
小齿轮：
45
，调质
HB217
～
28
6,HBS=250
大齿轮：铸铁，
ZG310
～
570
正火，
HB163
～
207 HBS=185
3.2
确定许用应力
[
?<
/p>
]
?
?
flim
/
S
flim
[
σ
F
lim1
]=0.7HBS+275
＝
0.7x250+275=450
[
< br>σ
Flim2
]=0.6HBS+220=0.6x18
5+220=331
由（表
12-11
）
，安全系数取
SF=1.5
所以，
[
σ
F1
]=450/1.5=300MPa,
[
σ
F2
]=331/1.5
=220.67MPa
3.3
确定齿数
取小齿轮齿数
Z
1
=20
则大齿轮齿数
Z
2
=Z
1
×
i
齿
=20
×
5=100
考虑到螺栓扳手空间及互质，取
Z
2
=103
所以，
i
齿实
=Z
2
/Z
1
=5.15
3.4
强度计算确定
模数
m
小齿轮
m
?
2
kT
3
1
Y<
/p>
sa
2
Y
Fa<
/p>
2
?
2
d
Z
1
?
?
F
2
?
式中：
K=K
A
K
V
K
β
由表
12-8
12
主要结果
小
齿
轮
：
45
，
调
质
HB2
17
～
286,HBS=250
大
齿
轮
：
铸
铁
ZG310
～
5
70
，
正
火
H
B163
～
207 HBS=185
S
Flim
=1.5
[
σ
F1
]=300MPa,
[
σ
F2
]=
220.67MPa
Z
1
=20
Z
2
=103
i
齿实
=5.15
K
A
=1
K
V
=1.2
?
d
?
1
.
0