球磨机设计说明书 最终版

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
七、设计总结
八、参考资料
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
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
二、传动方案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
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
1500r/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
率低，价格昂贵。

电动机通过V带传动装置带动一对开式齿轮。

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
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。

3.选择电动机
计算项目
计算内容
结果
3.1球磨机所需功率w p
(kw)D 0.222V P )(8
.0w
w η
K
n V
G ⨯
⨯⨯=
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 ；
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%。

ηa =η带×η齿轮×η轴承
=0.95×0.96×0.99=0.90288（见《手册》P44）
5.65kw /P a w d ==ηP • 由《手册》表8-5： • 电动机选用：Y132M2-6
5.155kw P w =
5.65kw P d =
选取电动机： Y132M2-6
表2 主要性能 型号 电机功率(kw)
同步(满载）转速(r/min) 最大转矩（N •m ） 电机重量（kg ）
Y132M2-6 5.5
1000（960） 107.92 84
表3 外型尺寸（mm ）
中心高 H 外廓尺寸 L ×(AC/2）×AD 安装尺寸 A ×B 轴伸尺寸
C ×E 平键尺寸 F ×G 132 515×(270/2) ×210 216×178
89×80
10×33
5.155kw (1.1/0.9)97)
(0.651/0.342.960.750.3970.222P 0.8
w =⨯⨯⨯⨯⨯=
图2 电动机外型尺寸
4.确定总传动比，分配各级传动比
计算项目计算内容计算结果
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n1
II轴转速n2
B.各轴功率：
I轴功率p1
II轴功率p2
34
.
22
95
.
42
/
960
n/
n
i w
d=
=
=
齿轮
带i
i
i⨯
=
采用b种传动方案，考虑到：（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，齿轮
i
可取大一些；（2）齿轮传动的传动比较带
传动大，因此取5
i=
齿轮，故：
齿轮
带i/i
i==22.34/5=4.468
min
/r8.
214
468
.4/
960
i/
n
n d
1
=
=
=带
min
/r
96
.
42
5/8.
214
/
n
n1
2
=
=
=齿轮
i
kw
424
.5
96
.0
65
.5
p
p d
1
=
⨯
=
⋅
=带
η
34
.
22
i=
468
.4
=
带
i
214.8r/min
n1=
min
/r
96
.
42
n2=
kw
424
.5
p1=
C.各轴转矩： I轴转矩T1 II轴转矩T2
kw
101
.5
99
.0
95
.0
424
.5
p
p1
2
=
⨯
⨯
=
⋅
⋅
=轴承
齿轮η
η
m
n d
⋅
=
÷
⨯
=
=
N
2.
56
960
65
.5
9550
/
p
9550
T d
d
m
252.5N
0.96
4.468
56.2
i
T
T d
1
⋅
=
⨯
⨯
=
⋅
⋅
=带
带η
m
1187.4N
0.99
0.95
5
252.5
i
T
T1
2
⋅
=
⨯
⨯
⨯
=
⋅
⋅
⋅
=轴承
齿轮
齿轮η
η
kw
101
.5
p2=
m
252.5N
T1⋅
=
m
N
4.
1187
T2⋅
=
5.计算传动装置的运动和动力参数
表4 各轴的动力参数
轴号传动比i效率功率(kW)转速(r/min)
扭矩
T(N.m)
电
机 4.468 0.96
5.65 960 5
6.2 I轴 5.424 214.8 252.5
5 0.94
II 轴
5.101 42.96 1187.4 0.99
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
计算项目计算内容计算结果（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
(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确定中心距由教材P262-表11-3
kw
215
.6
65
.5
1.1
P
Ka
Pc=
⨯
=
⨯
=
由教材P73-图11-7选取
由图11-7及表11-10，选取 d1=140mm
624.4mm
140
4.468
d
i
d2
1
=
⨯
=
⨯
=
带
故 4.5
630/140
/d
d
i
1
2
=
=
=
带实
5%
0.67%
4.47
|
4.5
-
4.47
|
100%
i/|
i-
i|
i
<
=
÷
=
⨯
=
∆理
实
理
5m/s
7.034m/s
1000)
960/(60
140
3.14
1000
/(60
n
d
V d
1
>
=
⨯
⨯
⨯
=
⨯
=）
π
由式）
（
）
（2
1
2
1d
d
2
a
d
d
7.0+
≤
≤
+可得中心距a0：即
539≤a0≤1540 初取a0=540mm
a
a
a
590mm
/2
2400
-
(2500
540
)/2
L
L
a
a
2500mm
L
7
-
11
2400mm
540
/4
140)
-
(630
630)
(140
/2
540
2
a
/4
)
d
-
(d
)
d
(d
/2
a
2
L
75
37.5
-
0.030Ld
Ld
015
.0-
d
d
d
2
2
1
2
2
1
d0
+
+
=
+
=
+
+
=
=
=
⨯
+
+
⨯
+
⨯
=
⨯
+
+
⨯
+
⨯
=
即
调节范围为：
）
（
，选取
查表
π
π
K a=1.1
P c=6.215kw
A型
取d1=140mm
取d2=630mm
5m/s
7.034m/s
V
>
=
选L d=2500mm
a=590mm
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
）
K
)K
P
/((P
P
Z
120
132
57.3
590
/
）
140
-
630
（
-
180
57.3
)/a
d
-
(d
-
180
L
1
1
c
1
2
1
α
α
∆
+
=
>
=
︒
⨯
︒
=
︒
⨯
︒
=
表11-4
表11-5
表11-2
表11-7
3.746
1.09
0.86
0.12)
5
6.215/(1.6
]
K
P1)K
/[(P
P
z
L
1
c
=
⨯
⨯
+
=
⨯
∆
+
=
α
5m/s
7.034m/s
1000)
)/(60
n
d
(
v
1
1
>
=
⨯
⨯
⨯
=π
表11-1
N
5.
215
9.6
0.10
0.86)/0.86
-
(2.5
4)
/(7.034
215
.6
500
mv
)/K
K
-
z)(2.5
/(v
P
500
F
2
2
c
=
⨯
+
⨯
⨯
⨯
=
+
⨯
⨯
=
α
α
1574.95N
/2)
sin(132
215.5
4
2
6)
-
11
式
(
/2)
sin(
F
z
2
F
1
Q
=
︒
⨯
⨯
⨯
=
⨯
⨯
⨯
=α
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
e=15±0.3 f=9
φ=38°b p=11.0mm
h amin=2.75mm h fmin=8.7mm
δmin=6mm
d a1=d1+2h a=145.5mm
d a2=d2+2h a =635.5mm
120
132
1
>
=
α
P1=1.65kw
ΔP1=0.12kw
Kα=0.86
K L=1.09
取z=4根
5m/s
7.034m/s
v
>
=
m=0.10kg/m
F0=215.5N
F Q=1574.95N
A型
da1=145.5mm
da2=635.5mm
(七）张紧装置
重力张紧
3.开式齿轮的设计计算
计算项目计算内容主要结果
3.1选择齿轮材料3.2确定许用应力3.3确定齿数
3.4强度计算确定模数m
由表12-11选择齿轮材料如下：
小齿轮：45 ，调质HB217～286,HBS=250
大齿轮：铸铁，ZG310～570正火，HB163～
207 HBS=185
flim
flim/S
]
[σ
σ=
[σFlim1]=0.7HBS+275＝0.7x250+275=450
[σFlim2]=0.6HBS+220=0.6x185+220=331
由（表12-11），安全系数取SF=1.5
所以，[σF1]=450/1.5=300MPa,
[σF2]=331/1.5
=220.67MPa
取小齿轮齿数Z1=20
则大齿轮齿数Z2=Z1×i齿=20×5=100
考虑到螺栓扳手空间及互质，取Z2=103
所以，i齿实=Z2/Z1=5.15
小齿轮[]
3
2
2
2
2
1
1
2
F
Fa
sa
d
Y
Y
Z
kT
m
σ
φ
≥
式中：K=K A K V Kβ
由表12-8
小齿轮：45，调质
HB217～
286,HBS=250
大齿轮：铸铁
ZG310～570，正火
HB163～207 HBS=185
S Flim=1.5
[σF1]=300MPa,
[σF2]=220.67MPa
Z1=20
Z2=103
i齿实=5.15
K
A
=1
K
V
=1.2
0.1
d=
ψ
3.5小齿轮转矩
3.6计算齿轮模数
3.7确定齿轮的主要参数及几何尺寸
所以K=1.51 由12-10：
Z 1=20
Z 2=103
T 1=9550×P 1/n 1=9550×5.424/214.8 mm N 1015.2413⋅⨯=
考虑到磨损，将模数增大10%~15%，则 m=2.98×（1+0.15）=3.43mm 由表12-1，取m=4 考虑到齿轮的结构和安装方便，大齿轮分度圆直径取至900mm 取d 2=900mm ，m=d 2/d 1=8.74 取标准模数m=10mm 小齿轮分度圆直径d 1=mZ 1=200 大齿轮分度圆直径d 2=mZ 2=1030 大齿轮齿宽b 2=φd ×d 1=200 小齿轮齿宽b 1=b 2+5=205 两齿轮的中心距a=（d 1+d 2）/2=615 传动比发生改变Δi=3%，合理
K β＝1.05
Y FS1=4.36 Y FS2=3.98
mm N 1015.241T 31⋅⨯=
取m=4 取标准模数m=10mm d 1=200 d 2=1030 b 2=200 b 1=205 a=615
4.验算传动装置和动力参数 []98.2232
2
22
11=≥F Fa sa d Y Y Z kT m σφ[]26.067
.22096.333222==F Fa sa Y Y σ[]24.0300
36
.43
3111==F Fa sa Y Y σ
修改各轴的运动和动力参数
表5 修改各轴的参数
四、球磨机罐体及轴系设计
1.罐体结构设计
效率
扭矩T(N.m )
56.2
242.8
1175.9
2.支撑辊的设计计算
N
5.
130557.1513.41403.23537842.5626G G G G G F k
d g 10=++++=++++= 674
.0117610)202770(15.05.13055T /FfR cos 31
1=÷⨯+÷⨯⨯==∴-θ︒≈︒=486.47θ
N 4.4842674
.045.13055N =⨯=
N 5.13055F =
︒=48θ
3.支撑辊轴的设计计算
计算项目
计算内容
计算结果
3.1固定心轴的选取
辊轮轴为固定心轴，垂直平面内受力平衡：
N
6.7226.025.48422L 2N M =⨯
=⨯= 轴径设计为长60mm ，材料为45号钢，调制处理 查表得：MPa 600b =σ
五．小齿轮轴系的设计计算
计算项目计算内容计算结果
小齿轮轴受力分析轴上作用力
转速
转矩
齿轮切向力
齿轮径向力
带轮径向力
最小轴径见上图
m
N
8.
242
T
N
3.
213
n
1
1
⋅
=
=
N
2428
d
T
2
F
1
t
=
=
N
95
.
1574
F
N
7.
883
20
tan
2428
tan
F
F
Q
n
t
r
=
=
︒
⨯
=
⋅
=α
选45号钢，调制处理，强度极限
MPa
600
b
=
σ
mm
n
P
A
d
24
.
35
3.
213
4.5
1203
3
1
1
=
⨯
=
⨯
≥
由表16-5有A=135~120，最小轴
径段有弯矩和扭矩的作用，取较大
值既120.
考虑到键的削弱，轴径增大5%
m
N
8.
242
T
N
3.
213
n
1
1
⋅
=
=
N
2428
F
t
=
N
95
.
1574
F
N
7.
883
F
Q
r
=
=
MPa
600
b
=
σ
MPa
100][MPa 44.2356
1037108.2422dbl T 23=≤=⨯⨯⨯⨯=
=ττ 齿轮键：
MPa
80][MPa 33.15180
444108.2422dkl T 2p 3
p =≤=⨯⨯⨯⨯=
=σσ MPa
100][MPa 11.5180
444108.2422dbl T 23=≤=⨯⨯⨯⨯=
=ττ 满足强度要求
MPa 80MPa 33.15p <=σ
MPa 100MPa 11.5<=τ
满足强度要求
五、联接螺栓的校核
计算项目 计算内容
计算结果 1.设计螺栓 （1）滚轮支架上：
因机器有较重的罐体做旋转动功，所以用铰制孔螺栓连接，一共6个，3对，M8分布于d 0=8500mm 的圆周上
F=Gtan θ/（4×4）=（2×242.8×1000）/16 =906.3N 查表可知σs =185~235MPa ，
6个M8铰制孔螺栓分布于d 0=8500mm 的圆周上
F=906.3N
（2）滚椅上的螺栓
σb=370~500MPa
查表9-6得[τ]=σs/S S=80MPa
[σP]=σs/S P=320MPa
[]mm
8.3
80
3.
906
4
F
4
d s=
⨯
=
≥
π
π
τ
d s≥F/[σP]δ=0.57 mm （取δ=5mm）
考虑到一上最小直径选用螺栓M8×80
（桌子厚度取50mm）
F=2T2/d=2868.1N 采用铰制孔
[]mm
8.6
80
6.
268
4
F
4
d s=
⨯
=
≥
π
π
τ
d s≥F/[σP]δ=0.89mm（取δ=10mm）
考虑到以上最小直径，选用螺栓M10×100
（板厚为15mm，10mm）
选用螺栓M8×80
F=2868.1N
六、设计开启门
该开启门在表面焊接一块长条形钢板，右端由螺栓固定在罐体上，可旋转控制门的开闭。

左端为一个小的条状钢块，可绕固定螺栓通过旋转使开启门紧闭。

该门设计简单，开启方便，
实用性强。

七、设计总结及体会
小学期的机械设计制图，短短不到十天，但我却收获颇丰。

设计，画图以及说明书，几乎涵盖了我大二一学年里学过的机械制图知识：比如螺栓的选择校核，轴及轴承的配合，各种尺寸粗糙度的标注。

将一些零散、理论的东西与实际所结合。

让我对机械设计制图有了更深刻的理解，知道了图纸在实际之中的作用。

而且，我还学会了如何用word来写公式及处理说明书，虽然手写很方便，但我不想以如此简单的方式，来结束这门课。

也许是大学最后一幅图吧。

制图虽然累，但是当一幅图从自己笔下慢慢浮现时的成就感与喜悦感难以言表，制图还能极大的锻炼我的耐心和毅力。

第一次画A1的图，教室很热，真的很辛苦，但是正是有苦才有乐，大家聚在一起讨论，画图，虽然大汗淋漓，但干劲十足，大家的关系也更进一步。

以前自己是个马虎大意的人，在制图学习中发现真正要画好一幅图，必须得踏踏实实，一步一步走，画细线，加粗，都是需要耐心和细心的。

最最重要的是各种国标，规则。

所以在制图时会查手册是一件很重要的事，之前还因为键的配合尺寸怎么查忘了，结果纠结了一个下午，最后翻遍课本和手册终于完成了标注。

本来几分钟的事却耽搁了半天，这说明熟练掌握各种标准和查手册的重要性。

总之，制图有苦也有泪也有乐，真心感谢陈华老师的耐心指导和队友杨佳兴，沙梦圆的一起努力让我顺利完成这次设计！
八、参考资料
《机械设计制图》第四版上册曹彤万静王新丁凌蓉编高等教育出版社《机械设计制图》第四版下册曹彤和丽编高等教育出版社《机械设计制图》设计手册张苏华编北京科技大学机械工程学院
附图
（总装配零部件阵列图）。