2_4_10m球磨机主传动齿轮的小模数设计

更新日期： 2024-03-04 来源：kaiyun官方网站入口

  _2_4_10m球磨机主传动齿轮的小模数设计 2． 4 × 10m球磨机主传动齿轮的小模数设计* 徐 进 (江苏盐城工学院，江苏 盐城 224003) 摘 要:为提高粉磨效率，最大幅度达到低能耗运转，设计主传动部分齿轮时，在保证齿轮强度的前提下，采用大齿数 和小模数，延长大齿轮的寿命，减少相关成本，达到最佳经济效益。应用最优化方法布置齿轮，通过对传动部分的 设计，使其达到节能、高效、低噪音、安全可靠的要求，具有一定的推广应用价值 。 关键词:球磨机;传动部分;齿轮设计 中图分类号:TH132 文献标识码:A 文章编号:1007 － 4414(2011...

  2． 4 × 10m球磨机主传动齿轮的小模数设计* 徐 进 (江苏盐城工学院，江苏 盐城 224003) 摘 要:为提高粉磨效率，最大幅度达到低能耗运转，设计主传动部分齿轮时，在保证齿轮强度的前提下，采用大齿数 和小模数，延长大齿轮的寿命，减少相关成本，达到最佳经济效益。应用最优化方法布置齿轮，通过对传动部分的 设计，使其达到节能、高效、低噪音、安全可靠的要求，具有一定的推广应用价值 。 关键词:球磨机;传动部分;齿轮设计 中图分类号:TH132 文献标识码:A 文章编号:1007 － 4414(2011)05 － 0080 － 03 Small module design of main drive gear for 2． 4 × 10m ball mill Xu Jin (Yancheng institution of technology，Yanchen Jiangsu 224003，China) Abstract:In order to improve grinding efficiency and achieve operating from low power consumption to a great degree，when the gear of main drive was designed． and under ensuring the gear strength，large teeth and small module was adopted to extend the life of large gear and such design can reduce costs resulting in the best economic benefit． Optimization method was applied to arrange gears． The design of drive part can meet requirements of energy saving，high efficiency，low noise and safety relia- bility． It had some application value． Key words:ball mill;transmission parts;gear design 1 前 言 球磨机大范围的使用在矿山，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，是物料破碎后，再进行粉碎的关键 设备。磨机传动装置设计是不是正确，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 都有极大影响。此设计的经济技术指标好坏具有十 分重要的意义。 笔者研究设计球磨机主传动部分，完成回转大齿 轮、传动小齿轮设计，并保证其电能消耗小，工作性能 好，最大幅度达到低能耗运转。 2 球磨机的工作原理 物料经过破碎设备破碎的粒度大多在 20mm 左 右，如要达到生产设备的细度，还须经过粉磨设备的 磨细。粉磨是许多工业生产里的一个重要过程，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、燃料及水泥。球磨机的主 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［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 动周而复始。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有着能强制物料流 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［2］。 3 齿轮设计 3． 1 材料的选择及确定精度及参数 磨机齿轮运转中，大小齿轮的破坏形式主要是齿 面磨损，因此齿轮材料应具备足够强度，较高耐磨性 和良好加工性，同时要密切联系实际，选择适当的热 处理方法，使得配对的两齿轮齿面硬度差保持在 30 ～ 50。这是因为小齿轮速度高，对较软的大齿轮齿面 会发生较显著的冷作硬化现象，来提升大齿轮齿面 的疲劳极限，使齿轮的承载能力提高，寿命延长。小 齿轮:35SiMn，调质处理 HB = 220 ～ 250［3］;大齿轮: 45，正火回火 HB =170 ～ 200。 大齿圈的技术方面的要求有以下四方面:①大齿圈加工 精度应不低于 JB179 － 60 9 级精度的

  ，即 9 － 9 － 8De JB179 － 60;②边缘厚度必须均匀，其偏差应不大 于轮缘厚度的 100‰;③齿面不准有齿孔、砂眼、裂纹 等缺陷;④齿顶圆“A”对止口内圆柱面“B”的摆动量 ·08· 设计与制造 欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘·机械研究与应用 欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘· * 收稿日期:2011 － 08 － 25 作者简介:徐 进(1963 －) ，男，江苏盐城人，教授，主要是做机械设计教学科研方面的工作。 和端面“C”的轴向摆动量应符合表 1 的规定，如图 1 所示。 图 1 大齿圈 表 1 摆动量关系表 /mm 筒体直径 代 号 900 ～ 1500 2100 ～ 3600 A对 B最大允许摆动量 0． 1 ～ 0． 2 0． 3 ～ 0． 5 端面 C的最大允许轴向摆动量 0． 1 ～ 0． 3 0． 3 ～ 0． 5 选取齿数:为使齿轮免于根切，对于 α = 20°标准 直齿圆柱齿轮，应取 Z1≥17，齿数多点好 ［2］。 初选 Z1 = 23，大齿轮 Z2 = 6． 8 × 23 = 156． 4，圆整 取 Z2 = 158(取偶数)。 若保持齿轮传动的中心距 a不变，除能增大重叠 系数，改善传动的平稳性外，还可减小模数，降低齿高， 减少金属切削量，节省制造费用。另外，降低齿高还能 降低滑动速度，减少磨损及减少胶合的可能性。但模 数小了，齿厚随之减薄，则要降低轮齿的弯曲强度。 实际 u = Z2 /Z1 = 158 /23 = 6． 87，(u － u)÷ u = －1‰，传动比误差在允许范围内，本设计设计的是直 齿圆柱齿轮:β = 0。 3． 2 模数的选择计算 磨机齿轮传动中，大小齿轮主要因过度磨损而报 废较多，故目前仍以弯曲强度作为计算准则，因降低 其许用弯曲应力的方法来保证磨损的余量，一般在轮 齿齿厚被磨去 1 /3 以下时仍可应用［4］。 以往曾认为采用大模数的齿轮会提高其耐磨度。 但实践证明，采用大模数齿轮，其寿命都比较短且振 动大。齿轮的轮廓线为渐开线形式，而齿轮的加工一 般用展成法加工也有用成型法的，在工艺流程中，微 观的看，齿轮的表面并不是平滑的曲面，而是由无数 小平面组成的，所以模数越大，齿轮表面的折线就越 大，由于制造的误差，齿轮在啮入啮出时，会有多边形 效应，并且这种多边形效应随着模数的增大而增大。 小模数的齿轮在运行时，由于多边形效应不明显，所 以在传动中小模数齿轮运行平稳，瞬时传动比也较大 模数的齿轮要准。为此，在设计齿轮传动时，在结构 强度允许的条件下，尽可能地选择小模数齿轮。其优点如 下:①模数小、噪音小、振动小、动载荷也小;②当齿轮 直径相近时，模数越小，大小齿轮的齿数越大，则磨损 越小，胶合的危险性也越小;③模数越小，加工精度越 容易保证，磨损也越小，则传动效率提高;④加工比较 容易，成本可降低;⑤减轻重量，节省金属，但轮缘的 厚度与模数有关，即模数小，轮缘薄，于是大齿圈的重 量减轻了，能节约金属。 = 0． 5 ～ 0． 85，选取齿宽系数 = 0． 71，可查表 得偏载系数 K = 1． 025，根据文献［1］，计算模数，公式 如下: m = 10Z1 = 3 302000 × N0·K·(i + 1) ·i2·ng C[ ]槡 k (1) 式中:C[ ]k = 88N /cm2; 为齿宽系数;N0 为实需功 率，kW;ng 为工作转速;i 为大小齿轮速比;K 为偏载 系数。将数据代入公式，可得 m = 22． 73 圆整取标准 值 m = 22。 3． 3 按齿面接触强度校核 由文献［4］第 196 页，式(12)－(19) ，要求满足: d1t ≥ 3 2Ka·K t·T1 d·εa ·( ZH·ZU·ZE [ ]σ H )槡 2 (2) 从文献［5］第 178 页，查得 εa1 = 0． 80，εa2 = 1． 1， 则 ε = εa1 + εa2 = 1． 90，由表 12 － 9，查得载荷分配不 均系数 Ka = 1． 68，初选 K t = 1． 2，计算扭矩 T1 = 9． 55 ×(105 × 800)/735 = 49． 374 × 105N·mm。 可参照图，查得区域系数 ZH = 2． 5;齿数比系数 ZU = 1． 07，接触疲劳极限 σlim 1 = 590MPa，σlim 2 = 470MPa，计算应力循环次数: N1 =60n1j·Ln =60 ×735 ×1 ×(3 ×8 ×300 ×30) = 9． 526 × 109 (3) N2 = N1 u = 9． 526 × 109 6． 87 = 1． 387 × 10 9 (4) 由文献［5］，查得寿命系数 KHN1 = 1． 8，KHN2 = 1． 6，计算接触疲劳许用应力，取失效概率为 1‰，安全 系数 S = 1，由于 ZE = 189． 8MPa，代入公式计算得: [ ]σ H1 = KHN1·σHlim 1 = 590 × 1． 8 = 1062MPa (5) [ ]σ H2 = KHN2·σ Hlim2 = 470 × 1． 6 = 752MPa (6) [ ]σ H = σH1 + σ[ ]H2 2 = 907MPa (7) [ ]σ H = 1． 206 [ ]σ H2 ＜ 1． 23 [ ]σ H2 故可用。 d1t ≥ 3 2 ×1． 68 ×1． 2 ×49． 374 ×105 0． 71 ×1． 9 ×( 2． 5 ×1． 07 ×189． 8 907 )槡 2 = 166． 6mm d1t = mz1 = 22 × 23 = 506 ，故满足规定的要求。 3． 4 齿轮各部分几何尺寸的计算 可参考文献［1］得: 啮合角:αw = 24°42 ·18· 欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘 设计与制造 ·机械研究与应用 欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘· 中心矩变动系数:λ = zc 2 ( 0． 93969 COSαw － 1) 中心矩:A = m( z1 + z2 2 + λ)= 22 × ( 181 2 + 3． 1064)= 1935 (8) 式中:z1 为小齿轮的模数;z2 为大齿轮的模数;λ 为中 心矩变动系数。 齿顶高: h1 = 61．95，h2 = m(1 + ξ2 － δ * )= 146．87 (9) 齿顶圆直径: da = mz + 2h (10) 则:da1 = mz1 + 2h1 = 638 da2 = mz2 + 2h2 = 3520 齿根高: h″ = m(1． 25 － ξ) (11) 则:h1 ″ = m(1． 25 － ξ1)= 10． 56 h2 ″ = m(1． 25 － ξ2)= 31． 9 齿根圆直径: di = df － 2h″ (12) 则:d1i = df1 － 2h1 ″ = 539 d2i = df2 － 2h2 ″ = 3421 全齿高: h1 = h2 = h1 + h1 ″ = 61． 95 + 1056 = 72． 51 分度圆直径: dj = df × 0． 93969 cos α (13) 式中:α为啮合角; 则:d1j = df1 × 0． 93969 /cos α = 594 d2j = df2 × 0． 93969 cos α = 3476 分度圆齿厚: s = (π2 + 2ξtg20°)m (14) 则:s1 = ( π 2 + 2ξ1 tg20°)m = 46． 89 s2 = (π /2 + 2ξ2 tg20°)m = 77． 80 齿宽: B2 =Φd × d1j = 0． 71 × 594 = 359． 26 (15) 圆整取 B2 = 360 则:B1 = B2 + 10 = 370mm 4 结 论 采用大齿数和小模数，延长大齿轮的寿命，降低 了齿轮加工成本，达到了节能、高效、低噪音、安全可 靠的要求，本设计在矿山企业得到普遍应用，经济效 益明显。 参考文献: ［1］ 江旭昌．管磨机［M］．北京:中国建材工业出版社，1992． ［2］ 郭俊才．水泥工厂实用技改新技术［M］．北京:中国建材工业出 版社，2000． ［3］ 褚瑞卿．建材通用机械与设备［M］．武汉:武汉工业大学出版社， 1995． ［4］ 陈秀宁，施高义． 机械设计课程设计［M］． 浙江:浙江大学出版 社，2002． ［5］ 徐锦康．机械设计［M］．北京:机械工业出版社， 櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒 2001． (上接第 79 页) 5 冰箱门体改进设计后的有限元分析 节点 A的变形值RDA －USUM =0． 64611mm，节点B的 变形值:RDB －USUM =0． 17391mm，分析结果如图 5。 图 4 改进设计的门体 图 5 改进设计的门体变 有限元模型 形位移分布 节点 A和节点 B总变形差为: ΔSA － B = RDA － USUM － RDB － USUM = 0． 472mm (2) 小于企业标准规定的 0． 5mm，即变形量在标准 允许范围以内，显然改进设计的门体变形后为合格 产品。 6 结 论 (1)探讨门体端部翘曲的原因，提出几种解决方 案，选择把门面板的长度减短 1mm 作为最佳

  。 该方案减小了门体在冰箱制冷过程中的变形量，能够 满足正常使用的要求;由于降低了门面板的长度，间 接达到了降低生产所带来的成本的目的。 (2)运用有限元方法对改进设计前、后的门体进 行了变形分析，比较了设计改进前、后的分析研究结 果，模拟结果从理论上探讨了在冰箱制冷过程中，改 进设计的门体质量能够完全满足生产规格要求。 参考文献: ［1］ 张德海，杨培林，李艳芹，等． 关于优化门体工艺设计降低冰箱 成本的几点意见［J］．家电科技，2004(7) :76 － 77． ［2］ 张德海，杨培林．冰箱侧帮变形的有限元分析及改进设计［J］． 家电科技，2006(12) :65 － 70． ［3］ 张德海，秦玉涛，秦建宝，等． ABAQUS在冰箱箱体发泡模设计中 的应用［J］．模具工业，2009，35(4) :46 － 50． ［4］ 全国家用电器标准化技术委员会． GB /T 8059． 2［S］．北京:中国 标准出版社，1995． ［5］ Jeong Kim，Beom － Soo Kang． Implementation of backward tracing scheme of the FEM for design of initial tubular blank in hydroforming ［J］． J． Mater． Process． Technol，2002(125 － 126) :839 － 848． ·28· 设计与制造 欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘·机械研究与应用 欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘·

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