3682 小型臥式行星輪球磨機設計與運動分析

3682 小型臥式行星輪球磨機設計與運動分析,小型,臥式,行星,球磨機,設計,運動,分析 湘 潭 大 學畢業(yè)論文（設計）任務書論文（設計）題目： 小型臥式行星球磨機的設計與運動分析 學號： 姓名： 專業(yè)： 機械設計制造及其自動化 指導教師： 周后明 系主任： 周友行 一、主要內容及基本要求行 星 式 球 磨 機 是 混 合 、 細 磨 、 小 樣 制 備 、 納 米 材 料 分 散 、 新 產 品 研 制 和 小 批 量生 產 高 新 技 術 材 料 的 必 備 裝 置 。本設計為小型臥式行星球磨機的設計與運動分析，其主要技術指標與要求如下： 1、轉速：公 轉 ： 50-400 轉 /分 鐘 　 自 轉 ： 100-800 轉 /分 鐘 ； 2、電 機 功 率 ： 0.75kw、 220V、 50HZ； 3、工 作 方 式 ： 兩 個 或 四 個 球 磨 罐 同 時 工 作 ; 4、進 料 拉 度 ： ≤4-10mm; 5、出 料 粒 度 ： 可 達 0.1um 設計要求： 1、完成小型臥式行星球磨機的的設計和選型論證 2、小型臥式行星球磨機的的結構設計和運動學分析，繪制部件裝配圖和主要零件圖，圖紙總量折合成 A0，不少于 2 張 3、撰寫設計說明書，關鍵零件應進行強度和剛度計算，說明書字數(shù)不少于 1~5 萬4、完成資料查閱和 3000 字的文獻翻譯 二、重點研究的問題小型臥式行星球磨機的的結構設計及相關強度校核、運動學分析。 三、進度安排序號 各階段完成的內容 完成時間1 查閱資料、調研 第 1，2 周2 制訂設計方案 第 3，4 周3 分析與計算 第 5，6 周4 繪部件裝配圖 第 7，8、9 周5 繪零件圖 第 10，11 周6 撰寫設計說明書 第 12，13 周7 準備答辯材料 第 14 周8 畢業(yè)答辯 第 15 周四、應收集的資料及主要參考文獻1、機械設計手冊 2、機械傳動設計手冊 3、顏景平，易紅等. 行星式球磨機研制及其節(jié)能機理 . 東南大學學報，2008，32（1）：27-31 4、康善存. 硬脆材料的精密切割及發(fā)展趨勢[J]. 機械制造，1997，7：4~6 5、網(wǎng)絡相關資信 0目 錄摘 要 ……………………………………………………………… 1第一章 緒 論……………………………………………………… 31.1 課題的來源、研究的意義及現(xiàn)狀分析………………………………… 31.2 課題研究的內容和要求………………………………………………… 4第二章 球磨機的工作原理及分類……………………………… 52.1 球磨機的工作原理 ………………………………………………………… 52.2 球磨機的分類 ……………………………………………………………… 62.3 用途和使用范圍 …………………………………………………………… 6第三章 球磨機的主要參數(shù)計算…………………………………… 73．1球磨機的臨界轉速……………………………………………………………73.2球磨機的理論適宜轉速 n ……………………………………………………73.3 轉速比 ………………………………………………………………………83.4 磨機的實際工作轉速 …………………………………………………………83.5 磨機的實際功率 ………………………………………………………………8第四章 行星齒輪傳動設計計算…………………………………… 10第五章 行星齒輪靜強度校核……………………………………… 15第六章 行星齒輪軸計算…………………………………………… 18第七章 中心軸強度計算…………………………………………… 22第八章 軸承壽命分析……………………………………………… 24第九章 運動分析…………………………………………………… 27結 語………………………………………………………………… 29致 謝………………………………………………………………… 30參考文獻………………………………………………………………311附錄 ：英文文獻翻譯 ………………………………………………322小型臥式行星輪球磨機設計與運動分析摘要：隨著現(xiàn)代科技的飛躍發(fā)展，新材料的開發(fā)與應用在各高校、研究所乃至各行各業(yè)正引起人們的日益重視。然而，無論是提高材料的性能還是分析材料的成分，均需要制備更細、更均勻的材料樣本。常規(guī)的機械制取方法是采用球磨方式，通過球磨機的高速旋轉，機內磨球與材料之間高能撞擊，達到粉碎、研磨、混合材料的目的。本文主要論述了球磨機的發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢及球磨機在工業(yè)中的作用。主要設計任務是球磨機傳動方案的設計和運動的分析。主要設計內容包括：球磨機主要參數(shù)的計算，行星齒輪傳動機構的設計，行星齒輪的計算等。設計的目標是使得機器能滿足強度、剛度、壽命、工藝性和經濟性等方面的要求，且運行平穩(wěn)，工件可靠，結構合理，裝拆方便，便與維修與整理，最后能滿足加工要求，保證加工質量。關鍵詞：球磨機；行星齒輪；主要參數(shù)；運動分析3Small horizontal planet round ball mill designing and movement analysisAbstract: With the rapid development of modern science and technology, the development of new materials and application in various universities, research institutes and all walks of life are aroused people's attention increasingly. However, no matter whether they improve the properties of materials or analysis the composition of the material, which requires preparation more fine, more uniform material samples. The conventional mechanical manufacturing method is to use ball mill way, through the ball mill's high-speed, machines and materials of the grinding ball between high-energy collision, crushing, grinding, mixing to achieve the purpose of materials. This paper mainly discusses the ball mill's development present situation, development trend and the role of ball mill in industry. The main task is to design and the design of ball mill transmission scheme analysis of the movement. The main design content includes: the ball mill main parameters, the design of the planetary gear transmission mechanism, the calculation of planetary gear, etc. Design goal is to make the machine can satisfy the intensity, stiffness, life, technology and economy, requirements, and smooth operation, process and reliable, the structure is reasonable, installation convenience, then and maintenance and arrange, finally can meet the requirements of the processing, processing quality guarantee. Key word: Ball mill ; Planetary gear ; The main parameters ; Motion analysis4第一章 緒 論1.1 課題的來源、研究的意義及現(xiàn)狀分析1.1.1 課題的來源球磨機（Ball Grinding Mill）是一種傳統(tǒng)物料研磨裝置，至今已有一百多年的發(fā)展歷史。19 世紀初期出現(xiàn)了用途廣泛的球磨機，1870 年在球磨機的基礎上發(fā)展出排料粒度均勻的棒磨機，1908 年又創(chuàng)制出不用研磨介質的自磨機。20 世紀 30～50 年代，美國和德國相繼研制出輥碗磨煤機、輥盤磨煤機等立軸式中速磨煤機。球磨機作為將固體物料細化制粉的重要設備，廣泛應用于冶金、化工、水泥、陶瓷、建筑、電力、醫(yī)藥以及國防工業(yè)等部門，對各種礦石和其他可磨性物料進行干式或濕式粉磨。尤其是冶金工業(yè)中的選礦部門，磨礦作業(yè)更是具有十分重要的地位。近年來我國的房地產業(yè)發(fā)展迅速，城市化建設進程的加快也帶動了相關行業(yè)的快速發(fā)展，其中一個突出的體現(xiàn)就是水泥制造業(yè)。總部位于英國的《International Cement Review》（國際水泥評論） 剛剛發(fā)布其最新的《Global Cement Report》（全球水泥報告），該報告覆蓋了160多個國家。報告指出，全球水泥消費量2008年為28.3億t，2009年為29.98億t，2010年更是增至32.94億t，2012年全球水泥消費量預計將達到38.59億t。中國目前在全球水泥數(shù)據(jù)統(tǒng)計中獨占鰲頭，2010年的消費量為18.51億t，幾乎是2004年水平的兩倍，水泥消費的旺盛增長趨勢促進了國內對球磨機的需求量的增加。由于球磨機的處理能力和球磨后的粒度對后續(xù)作業(yè)的效率和整體生產流程的技術經濟指標影響顯著，有關球磨機的研究在國內外一直受到廣泛的關注和高度重視。近幾年來，由于能源費用的增長和礦石品位的下降，降低建設投資和生產費用是世界各國礦山工業(yè)面臨的一個嚴峻問題，采用高效大型設備是現(xiàn)代選礦廠建設的主要傾向，球磨機的大型化已成為技術發(fā)展的方向。1.1.2 課題研究的意義隨著現(xiàn)代工業(yè)對超細物料需求量的日益增加，對品質要求的不斷提高,新的超細粉磨設備及新型粉磨工藝不斷出現(xiàn)。行星式球磨機在能耗、鋼耗和效率等方面比常規(guī)圓筒形球磨機更有優(yōu)勢。90 年代以來, 機械合金化法已成為制備新型復合材料的熱門課題。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn), MA 通過行星式高能球磨機的高能研磨作用, 可以引起材料原子尺度的結合與化學反應, 可以實現(xiàn)非晶質化, 可以將金屬間化合物組元粉體固態(tài)下生成金屬間化合物, 可以使某些液態(tài)下并不互溶的體系實現(xiàn)較寬成分范圍的固溶; 5另一方面,由于高能球磨機的強烈撞擊與研磨作用, 還可以制備出各種單質元素的納米級粉體材料和金屬陶瓷納米材料等。行星式高能球磨機之所以能成功地實現(xiàn)上述新型材料的制備, 主要取決于行星式高能球磨機的工作能力, 本文通過對行星式高能球磨機的運動學及動力學分析, 使人們能較深入地了解到行星式高能球磨機的工作原理, 這對于MA 的理論研究是有一定參考意義的。1.1.3現(xiàn)狀的分析常規(guī)行星式球磨機中的球磨罐放置在水平的大盤上作行星運動,磨球和磨料受公轉和自轉兩個水平方向離心力的作用,相互碰撞研磨產品。龔姚騰等研制的微型雙筒行星式球磨機,磨筒自轉和公轉產生的離心力及磨筒與筒壁間的摩擦力使磨球與物料在筒內產生互相沖擊、摩擦和上下翻滾等來磨碎物料；張克仁等研制的TCMJ一l型行星式超細球磨機,采用 以搓揉方式為主的平動式超細粉碎方法，實驗表明,該機具有效率高、節(jié)能效果明顯和超細磨礦的良好性能；陳世柱等研制的行星式高能球磨機由于磨球對粉體頻繁強烈地撞擊、碾壓及搓揉等作用,具有較大的慣性力,因而對粉體能產生強烈的撞擊,其撞擊力隨著轉速的提高而成倍增加。南京大學儀器廠推出一種新型臥式行星球磨機。該機的特點是4只球磨罐被臥式安裝在豎直放置的大盤上作行星運動,罐內的磨球和磨料在豎直平面內受到公轉離心力、自轉離心力、重力3個力的共同作用,導致磨球與磨料在高速運轉中相互之間猛烈碰撞、擠壓,提高了研磨效率和研磨效果,同時,避免了一部分材料的結底現(xiàn)象。1.2 課題研究的內容和要求在本次畢業(yè)設計之前，本人對球磨機進行了大概的了解，總結了以前在工廠中實習的經驗，對球磨機的結構、造型有了總體的認識，對球磨機的工作原理也有了較深的了解。本人的主要設計內容為球磨機的總體設計和對運動的分析。針對自己設計的主要內容，在了解球磨機的總體構造之外查閱了有關結構部件方面的書。在設計過程中，先對球磨機進行總體設計，特別是對行星輪系的設計，確定傳動方案，找出相關參數(shù)。要求設計部件結構總圖及部分零件圖。合計2張A0號圖紙的設計工作量，8000字以上的設計說明書。設計主要技術指標：1) 可裝球磨罐個數(shù)：4只，最大容積0.4升；2) 進料粒度：不大于4-10mm；出料程度：最小可達0.1um；63) 球磨機額定轉速：公轉50-400轉/分，自轉100-800轉/分；4) 電動機額定功率0.75千瓦，220伏，50赫茲。第二章 球磨機的工作原理及分類2.1 球磨機的工作原理臥式行星球磨機是將四只球磨罐水平安裝在一垂直平面的大盤上作行星運動。在這種運動過程中球磨罐沒有固定的底面，罐內磨球和磨料在垂直平面內受到公轉、自轉兩個離心力和重力的共同作用，相互之間猛力碰撞、擠壓，將磨料快速粉碎、磨細。圖1 臥式行星輪球磨機結構示意圖本實用新型臥式行星球磨機涉及的是一種適用于同時球磨多種磨料的臥式行星球磨機。結構由機架1-13、傳動機構、電機1-14、拉馬桶1-4、球磨罐1-10構成，傳動機構包括大盤1-5、主軸1-7、行星軸1-12、行星輪系、小帶輪1-16、大帶輪1-8、傳動帶1-15，其特征在于球磨罐臥式裝置在大盤上得拉馬桶內，傳動機構中的大盤垂直安裝在主軸上，主軸、行星軸水平安裝在機架上。其特征在于拉馬桶安置于平面或帶斜面的托盤上。球磨罐通過夾持架由上夾圈、下夾圈、拉桿及蝶形螺母構成。行星輪系采用齒輪行星輪系或帶輪行星輪系。7齒輪行星輪系由過渡齒輪1-11、行星齒輪1-6及固定齒輪1-9構成，帶輪行星輪系由固定帶輪、行星帶輪及三角皮帶構成。行星球磨機球磨罐1-10臥式裝置在行星球磨機傳動機構中大盤1-5上的拉馬桶1-4內，大盤1-5垂直安裝在主軸1-7上，主軸1-7、行星軸1-12水平安裝在機架1-13上。拉馬桶1-4安置于平面或帶斜面的托盤1-17上，大盤1-5上可設置有多個拉馬桶1-4，球磨罐1-10裝置在拉馬桶1-4內，球磨罐1-10外端裝有壓緊蓋1-3，通過壓緊螺桿螺母1-2壓緊，壓緊螺母上裝有壓緊手把1-1。電機裝置在機架下部，電機輸出軸上裝有帶輪，通過傳動帶傳動打帶輪。大帶輪裝置在主軸上，通過主軸帶動大盤旋轉（公轉），大盤的旋轉經由行星輪系帶動行星軸旋轉(自轉)，大盤上可同時安置多個拉馬桶，拉馬桶內裝置有球磨罐，由于公轉和自轉的疊加使球磨罐告訴旋轉，球磨罐內的磨球在離心力及重力的作用下與磨料相互碰撞吧磨料粉碎和磨細。臥式行星球磨機的優(yōu)點：1、 由于球磨罐呈臥式裝置，運轉時沒有固定底面，因而不存在磨料沉底的問題。2、 臥式行星球磨機球磨時，磨罐的上、下底面及罐壁都是研磨面，因而球磨效率必然高于立式行星球磨機。3、 由于裝置球磨罐的拉馬桶安置在帶有5°左右斜面的托盤上，球磨時，球磨罐除公轉及自轉外多了圍繞中心軸的圓錐形擺動，使罐內球磨的運動軌跡更復雜，更無規(guī)律，因而磨球和磨料、罐壁碰撞的幾率更高，大大改善了球磨效率。2.2 球磨機的分類①按沖擊分：輕型，重型；②按長度分：短磨機、中長磨機、長磨機；③按磨介形狀分：球磨機、棒磨機、棒球磨機、礫石磨；④按卸料方式分：尾斜式磨機、中卸式磨機、尾卸式磨機；⑤按傳動方式分類：中心傳動磨機、邊緣傳動磨機；⑥其他分類：根據(jù)工藝操作又可分為干法磨機、濕法磨機、間歇磨機和連續(xù)磨機。 2.3 用途和使用范圍8球磨機是物料粉碎的關鍵設備，廣泛應用于水泥、硅酸鹽制品、新型建筑材料、耐火材料、化肥、黑色有色金屬選礦以及玻璃陶瓷等生產行業(yè)，對各種礦石和其他可磨性物料進行干式或濕式粉磨。第三章 球磨機的主要參數(shù)計算3．1球磨機的臨界轉速當磨機簡體的轉速達到某一數(shù)值時，研磨體產生的離心力等于它本身的重力，因而使研磨體升至脫離角 ，即研磨體將緊貼附在簡體上，隨簡體一起回轉而不會降落下來，這個轉速就稱為臨界轉速。當研磨體處于極限位置時，脫離角 ，將此值代入研磨體運動基本方程式，可得臨界轉速：（1）式中： —臨界轉速，r/min；R —筒體有效半徑，m；—磨機筒體有效直徑，m。根據(jù)文獻[1]表5—1中，磨機直徑2.4m，有效內徑 為 2.3m，將其代入公式(1)以上公式是在幾個假定的基礎上推導出來的，事實上，研磨體與研磨體、研磨與筒體之間是存在相對滑動的，而且物料對研磨體也是有影響的。因此，實際的臨界轉速比計算的理論轉速要高，且與磨機結構、襯板形狀、研磨體填充率等因素有關。3.2球磨機的理論適宜轉速 n理論上，當簡體到達臨界轉速時，由于研磨體貼附在筒體內壁面上，不能起到粉磨作用，因此對物料的粉碎功為零，當筒體轉速極低時，研磨體沒有被筒壁帶起，對物料的粉碎功亦為零，因此，使研磨體產生最大粉碎功時的簡體轉速稱作球磨機的理論適宜轉速n。當靠近筒壁的最外層研磨體的脫離角9時，研磨體具有最大的降落高度，對物料產生粉碎功最大。將代入式 ，可得理論適宜轉速：(2)代入式（2）：3.3 轉速比球磨機的理論適宜轉速與臨界轉速之比，簡稱為轉速比，即：(3)式(3)說明理論適宜轉速為臨界轉速的76％。一般磨機的實際轉速為臨界轉速的70％～80％。3.4 磨機的實際工作轉速磨機理論適宜轉速是根據(jù)最外層研磨體能夠產生最大粉碎功觀點推導出來的。這個觀點沒有考慮到研磨體隨筒體內壁上升過程中，部分研磨體有下滑和滾動現(xiàn)象。工作轉速的選定，除了應考慮磨機的直徑、生產方式、襯板形狀、研磨體的填充系數(shù)、研磨體的種類外，還要考慮到粉磨物料的性質、人磨物料粒度和粉磨細度等。根據(jù)水泥生產中磨機運轉 的經驗及相關統(tǒng)計資料來確定磨機的實際工作轉速。下面幾個經驗公式是對干法磨機的實際工作轉速的確定方法：當 時 （4）當 時 （5）當 時 （6）式中： —磨機的實際工作轉速，r/min；—磨機的有效內徑，m；D —磨機規(guī)格直徑，m。3.5 磨機的實際功率10影響磨機需用功率的因素很多，如磨機的直徑、長度、轉速、裝載量、填充率、內部裝置、粉磨方式以及傳動形式等。計算功率的方法也很多，常用的計算磨機需用功率的計算式有以下三種：(7)(8)(9)式中： —磨機需用功率，KW；V —磨機有效容積， ；—磨機的有效內徑，m；n —磨機的適宜轉速，r/min；G —研磨體裝載量，t；—磨機填充率（以小數(shù)表示）。根據(jù)文獻[1]5—1式中， ；文獻[1]5—25式中，其中，r—研磨體的容量 ， ，鋼鐵為4.5；—填充率；由于， ， ， ，代入，V =39.8，G =51.3選用公式(7)計算 ：磨機配套電動機功率計算 ：(10)式中： —與磨機結構、傳動效率有關的系數(shù)；—電動機儲備系數(shù)，在1.0～1.1間選取。11第四章 行星齒輪傳動設計計算已知電機驅動裝置的功率0.37KW，輸出轉速為1400r/min，負載當量值為2187.999Nm，由于是選取兩個或四個同時運行，所以采取對稱結構，故四個行星輪可選取同一類型的，因此，只需計算太陽輪和一個行星輪的傳動。4.1 配齒計算 查[1]表17．2—1選擇行星輪數(shù)目，取n w=4，設輸入轉速為43.6rpm。確定各輪齒齒數(shù)，選 =13， az=51。因此實際傳動比 ；bz1514.923bazi???4.2 按接觸強度初算a-b傳動的中心矩和模數(shù)輸入轉矩 ITNm3/2187.9/4.23.4ITi??設載荷不均勻系數(shù) =1.1cK在一對a-b傳動中，太陽輪傳動的轉矩 Nm4.12.IaIcwTKn????按[1]表17.2-31查得接觸強度使用的綜合系數(shù)K=1.9齒數(shù)比u1219.4623cIazu?太陽輪的材料采用12CrNi3，行星輪的材料用20CrMnTi，齒面硬度56～60HRC，查[1]圖16. 2-18選取 =1500MPa，內齒輪材料選用42CrMo，limH?=1250MPa，表面氮化硬度55HRC以上。limH?取齒寬系數(shù) 0.6ab??則中心距amm????332 2lim1.9.4814831.6258.70460aIHKTu?????????模數(shù) mm5.7.9aIcImz?取模數(shù)m=4未變位時中心距mm????114396422aIcImz??????由于已經保證了安裝條件，同心條件，將中心距設為64mm，采用高變位，具體計算如下表：表4-1 行星傳動齒輪計算結果匯總序序號名 稱代代號計算公式 計算結果1 模 數(shù) m取標準值 4mm2 分度圓壓力角 ?取標準值 20???3 齒頂高 系數(shù) *ah取標準值 *1ah4 徑向間隙系數(shù) c取標準值 .5c135分度圓柱螺旋角?0??0??6 分度圓 直徑 d， amzbd41352adm?4b7未變位時中心距a1()2abb???帶 (76)210ab????8 實際中 心距 '采用高變位，中心距不 變 '64m9中心距變動系數(shù)y''aabbym??0aby?10 嚙合角 '?由于傳動中心距未變， 故嚙合角為20度 a-c：傳動嚙合角為20度c-b：傳動嚙合角為20度11 總變位 系數(shù) x?由于傳動采用高變位，所以 =0x?a-c： =0x?c-b： =012變位系數(shù)的分配acx由于只需要滿足最小變位系數(shù)，依關系 =0，得到 bcax??根據(jù)最小變位系數(shù)算法得到：， min1730.25zx???=0.25， =-0.25，acbx?13齒頂高變動系數(shù)y?y?a-c： y?b-c： 014 齒根圓 直徑 fd2fafabbdh???524.21fabdm?????15 齒頂圓 直徑 a *2'aabfcdm?.0664.5419.acd?16 齒頂高 ah*()0.5aabbhxy???(2).0.50abhm???17 齒根高 f*()faafbbchmx??4.5.(1.2).0fafbhm???144.3校核齒面接觸強度和齒根彎曲強度校核a-b傳動的彎曲強度齒根彎曲強度校核計算公式 tFAVFSKYbm??????——計算彎曲應力F?——齒向載荷分布系數(shù)，按[1]表16.2-41選取 =1.184K? FK?——齒間載荷分配系數(shù)，按[1]表16.2-42選取 =1.0F? ?——復合齒形系數(shù)，按[1]圖16.2-23選取 =2.57SY FSY——搞彎強度計算的重合度與螺旋角系數(shù)，按[1]圖16.2-25選取??=0.87將各數(shù)值代入式中，得MPa470.125.0.184.0257.89.4F?????許用彎曲應力 liminFNTrelRlTXPYS???——齒輪材料的彎曲疲勞強度基本值，按[1]圖16.2-26，取 =420MPaFE? FE?——相對齒根圓角敏感性系數(shù)，按[1]表16.2-48選取 =0.95relTY? relTY?——相對表面狀況系數(shù)，按[1]式16.2-21～23計算得 =1.0Rrel Rrel——抗彎強度計算的尺寸系數(shù)，按[1]圖16.2-28選取 =1XY XY15——彎曲強度最小安全系數(shù)，按 [1]表16.2-46 選取 =1.6minFS minFS將各數(shù)值代入（3-5）中，得MPa4201..951276FP?????因為 S p，故安全。 第八章 軸承壽命分析由軸承壽命公式，得（8-1）610CLnP????????式中： ——軸承壽命，（小時）；Ln——基本額定動載荷（N）；C——當量動載荷（N）；P對接觸角 時， ， （8-2）0???PXYFra??對接觸角 時， （8-3）??X、Y值可查[3]表39.3-3——壽命指數(shù)， 球軸承 =3，滾子軸承 ；??103??26——軸承轉速（ r/min）.n同時，又有（8-4）21acbznn???式中： ——太陽輪轉速，r/min;1n——行星輪轉速， r/min;2、 、 ——分別為太陽輪、內齒輪及行星輪齒數(shù)；azbcz經計算，太陽輪和行星輪轉速依次為：， ；1295/minrn?249.6/minr?8.1 中心軸承校核所選軸承型號為；FAG滾針軸承K15 19 17 ?其相應的參數(shù)如下： ， ； 130NCr?13??查[3]表36.2-12得NGW型行星齒輪傳動受力分析：行星輪圓周力為： （8-5）10TaFtnrw?單個行星輪作用在行星輪軸的力：（8-6）12Frt?A這里， ， ，3nw?13mzra?（轉矩單位： ，長度單位 ，力的單位： N）NAm軸承受徑向力 1Fr?27代入數(shù)據(jù)計算： 195491.58.()2PNmTan???A功N0.7.3FtN12.9541.0rt???(N)1.PFr將所有數(shù)值代入（8-1）式，的 12 1066301062.4()429.5.Cr hLnP??????????????????17.()360Ln年所以該軸承壽命約270.75年，滿足要求。8.2 行星軸承校核所選軸承型號為；FAG滾針軸承K25 35 30?其相應的參數(shù)如下： ， ；470NCr?13??查[3]表36.2-12得NGW型行星齒輪傳動受力分析：行星輪圓周力為： （8-7）10TaFtnrw?單個行星輪作用在行星輪軸的力：（8-8）12Ftr?A28這里， ， ，3nw?126mzra??（轉矩單位： ，長度單位 ，力的單位： N）NAm軸承受徑向力： 1Fr?代入數(shù)據(jù)計算： 219549.560.()38PNmTan???A功(N)0.12Ft(N)1250rt???(N)12PFr將所有數(shù)值代入（8-1）式，的 2 106647101036.82().25Cr hLnP??????????????????18.()4360Ln年所以該軸承壽命約558.08年，滿足要求。8.3電動機輸入處深溝球軸承校核所選軸承型號為；FAG深溝球軸承 16012 其相應的參數(shù)如下： ， =3， ，20NCr??1760Cor?0.283mkg?軸 承該軸承徑向受力不大，可認為是0，由于變獎減速器運動為 ，當電動機?成倒 時，第一級太陽輪全部壓在該軸承上，估算出該齒輪軸向上受第一級太9?29陽輪幾其相連套筒及軸承本身的重力，共計約40N，即軸承受軸向力 40NFa?則得 40/176.027FaCor?查[3]表39.3-3，由線性插值法計算出e=0.031， X=0.56，Y=0.380.56.384015.2()PXYNFra??????將所有數(shù)值代入（8-1）式，得 1036620101.65()95.Cr hLnP?????????????????101.()2430Ln??年所以該軸承壽命滿足要求。30運動分析此小型行星式快速球磨機為立式行星式球磨機，與常規(guī)行星式球磨機不同，在這種運動過程中，球磨罐具有固定的底面。由圖2-4所示，D、D’分別為托盤和球磨筒的回轉中心，磨筒內壁半徑為，設一質量為m的磨球在磨筒內壁上M點處，M點到托盤中心D的距離為Z，則有速度關系式為： VM托 盤磨 筒托 盤 ??式中： --磨球的絕對速度；M--托盤對磨球的牽連速度，其大小為ωl，方向垂直于OM托 盤--M托 盤磨 筒磨球對托盤的相對速度，其大小為 ，方向垂直于OM。r?ω 相 對在平穩(wěn)運轉時，托盤作勻角速度轉動?？傻媚デ蛟贛點的加速度關系式為： aaknn 托 盤磨 筒托 盤磨 筒托 盤 MM??式中： --球磨體的絕對加速度；M--一托盤對球磨體在M處的牽連加速度的法向分量，大小為 ，n托 盤 l2?ω方向為由M指向 ；O--球磨體在M點相對于托盤的法向加速度，大小為 ，an托 盤磨 筒 r2?ω 相 對方向由OM指向 ；?--k托 盤磨 筒 M‘一球磨體在M點處的哥氏加速度，其大小為 ，方向沿 延r2??ω 相 對ω MO?長線所指方向。將兩式兩邊乘以m，則為： aaknn m托 盤磨 筒托 盤磨 筒托 盤 MMM???31式中： --球磨體所受的總慣性力 ，方向與 反向；amMPMaM--牽連加速度引起的慣性力矢量 ，方向與 反向；n托 盤 托 盤 n托 盤--相對加速度引起的慣性力矢量 ，方向與托 盤磨 筒 M 托 盤磨 筒 Mn托 盤磨 筒 M反向；--哥氏加速度引起的附加慣性力 ，方向與 反向。akm托 盤磨 筒 Pkak托 盤磨 筒從圖2．10矢量分析圖中可以基本了解小型行星式快速球磨機中球磨體的運動規(guī)律。為了使球磨體對筒內物料起到撞擊研磨的作用，必須使球磨體在是適當位置與筒壁脫離，并能向另一側撞擊。由上述慣性力的矢量分析可以看出，和 有利于球磨體的脫離， 則為阻礙球磨體的脫離。設λP托 盤Mk P托 盤磨 筒 M為轉盤中心與 點的連線及磨筒中心 連線的延長線之間的夾角(如圖2-4)，則球OO?磨體與筒壁脫離的條件為： MM托 盤磨 筒托 盤 ???kcos?即 rr2l 22 ??????相 對相 對化簡整理可得： r)-cosl2?CB（即得球磨體開始脫離筒壁的臨界條件是： rsin2-cosl lil2 ）（ ?????????R式(2-21)同于式(2．16)，即球磨體開始脫離磨筒壁的位置與γ、θ以及磨筒的回轉半徑r有關。其中γ、θ受磨機結構參數(shù)和帶輪轉速ω以及時間T的影響。從上面的分析可知，根據(jù)磨機轉速分析得出的磨球脫離的臨界方程與根據(jù)磨球受力分析得出的臨界方程是一致的。上述分析都只是就假定單個球磨體的運動學和動力學進行分析，事實上磨筒內一定數(shù)量大小不同的球磨體以及待磨物料的運動規(guī)律要復雜得多，但我們仍然可以從上述單個球磨體的運動學和動力學32分析中看出小型行星式快速球磨機的工作能力。33結 語球磨機設計是一種創(chuàng)造性的勞動，它是球磨機設計者根據(jù)市場對需求，現(xiàn)有的制造條件和新工藝的發(fā)展，運用有關的科學技術知識進行的。現(xiàn)在回顧三個多月以來的畢業(yè)設計，感想很多。于是總結如下：本次畢業(yè)設計的是臥式行星輪球磨機，主要用干、濕兩種方法磨細或混合粒度不同、材料各異的固體顆粒、懸浮液和糊膏。我的主要設計內容為球磨機傳動方案的設計和運動的分析。在結構設計方面，根據(jù)球磨機的工藝要求，剛度及精度要求，對球磨機的行星輪布局進行優(yōu)化設計，提高了機床的性能和技術經濟指標，在強度、剛度、壽命等方面能滿足要求。傳動系統(tǒng)的設計參考了很多設計手冊及設計指導書，從球磨機的性能結構、工作需要出發(fā)，對照傳動方案和總體布局，確定了較優(yōu)的傳動系統(tǒng)。總的來說，這次畢業(yè)設計比較成功，取得了令人滿意的結果。這是我作為一名學生即將完成學業(yè)的最后一次作業(yè)，他既是對學校所學知識的全面總結和綜合應用，又為今后走向社會的實際操作應用鑄就了一個良好開端，畢業(yè)設計是我對所學知識理論的檢驗與總結，能夠培養(yǎng)和提高設計者獨立分析和解決問題的能力；是我在校期間向學校所交的最后一份綜和性作業(yè)，從老師的角度來說，指導做畢業(yè)設計是老師對學生所做的最后一次執(zhí)手訓練。其次，畢業(yè)設計的指導是老師檢驗其教學效果，改進教學方法，提高教學質量的絕好機會34致 謝本論文是在指導老師周后明的精心指導下完成的。他嚴謹細致、一絲不茍的作風一直是我工作、學習中的榜樣；他們循循善誘的教導和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。從論文的選題、課題講解、資料收集到最后的論文出稿、圖紙完成，導師都給予了極大的幫助和支持，提出了很多寶貴意見，使論文得以完善。導師嚴謹認真的作風給我留下了深刻印象。在此對導師付出的辛勤勞動和提供的良好學習環(huán)境表示衷心地感謝。在本論文進行中，同學也給予了熱情的幫助，在此表示誠摯的謝意。35參考文獻1．機械設計手冊編委會編著. 機械設計手冊.第1、2、3、4、5、6卷.機械工業(yè)出版社.20062．成大先主編．機械設計手冊．第四版．第1、2、3、4、5卷．北京：化學工業(yè)出版社．20023．徐灝主編．機械設計手冊．第二版．第1、2、3、4、5卷．北京：機械工業(yè)出版社．20044．齒輪手冊編委會．齒輪手冊．上下冊．北京：機械工業(yè)出版社．20005．吳宗澤主編．機械零件設計手冊．北京：機械工業(yè)出版社．20066．舍弗勒公司．INA-FAG軸承手冊．20077．宮靖遠主編．風電場工程技術手冊．機械工業(yè)出版社．20048．武鑫等主編．風能技術.科學出版社．20079. 王君偉，李祖尚．水泥生產計算手冊[M]．北京：中國建材工業(yè)出版 社 ．200l-1110.郭俊才．水泥工廠實用技改新技術[M]．北京：中國建材工業(yè)出版社 ，2000—0611.褚瑞卿．建材通用機械與設備[M]．武漢：武漢工業(yè)大學出版社，1995—1112.陳秀寧，施高義．機械設計課程設計[M]．浙江：浙江大學出版社，20O2-0713.徐錦康．機械設計[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2001-0936附錄 ：英文文獻翻譯未來產品設計中計算機的使用巴哈爾謝內爾 保羅沃默爾德（英國拉夫堡大學設計與科技處）劉勇譯摘要：本文討論的是工業(yè)設計師使用計算機輔助設計工具作為正在進行的博士項目的一部分進行的研究。早期的研究是基于文獻檢索和對設計專業(yè)的研究生與實踐設計的專業(yè)人員進行的面對面訪談。該訪談的目的在于：調查圍繞創(chuàng)造力和計算機輔助設計方面的問題；探討目前的計算機輔助設計系統(tǒng)對設計工作幫助的能力；并確定不久的將來，用戶的期望。早期研究的一個重要成果是對工業(yè)設計師關于未來計算機輔助設計系統(tǒng)期望的認識，這將對計算機輔助工業(yè)設計領域給予相關的技術性和實用性指示。1．引言如今，基于計算機技術進步的影響已經普及，電腦在設計工作室的設計工作中扮演越來越重要的角色?，F(xiàn)在CAD應用于設計和制造過程的各個方面。工業(yè)設計公司和制造公司用幾種CAD工具來設計和評估他們的產品。不過，那些能夠被工業(yè)設計師在整個設計階段所使用、從最初想法到最終產品的工具的數(shù)量仍然很有限。這是因為CAD工具套裝相對較新，而且這些工具要么是為在市場上獲得高額利潤諸如電腦動畫片的制作而設計的，要么是為了大型市場諸如機械工程而設計的。在調查計算機輔助工業(yè)設計工具的演變時，一個主要的問題是在將CAD融入設計過程前認清工藝設計師的需求和他們工作的性質。本次研究的目的是通過博士研究項目的發(fā)現(xiàn)來進行辯論。研究的主要目標是獲得計算機輔助工業(yè)設計領域的相關技術與實用性指示。2．先前的研究回顧本節(jié)介紹作為學習一部分的文獻回顧的的成果。早期的學習研究著重于尋找該地區(qū)產品大規(guī)模生產設計過程中的電腦應用的有關文獻。隨著計算機技術快速變化，文獻回顧僅限于過去的20年，以便找到藝術級的。最近信息的主要來源是互聯(lián)網(wǎng)上的期刊文章與文件以及參加過的展覽。37文獻回顧導致了許多重復的問題。這些問題可以分成如下更廣泛的主題：1.電腦的創(chuàng)造力。2.數(shù)據(jù)與其它軟件和硬件的兼容性。3.溝通和團隊協(xié)作。4.成本問題。2.1 電腦的創(chuàng)造力創(chuàng)造力經常被認為是設計方面最重要的。但是，設計人員不可能與他們的工具完全獨立，并且CAD的使用與有關的產品有許多牽連。這項研究是著眼于在產品造型階段創(chuàng)造性地使用CAD工具，而不是看創(chuàng)造力。在這種情況下，創(chuàng)造力是連接設計人員為了制造出最有趣和最令人滿意的新產品所做的一系列工作。這些觀點使得設計人員能夠自由地利用這些特征，如顏色、表面光潔度、外形尺寸、產品圖形，來快速地生成表格、保持記錄等，而不用擔心丟失原始概念。最近的CAD軟件提供了設計人員以前無法處理復雜曲面的能力。因此，潛在地使得設計人員在設計過程中更有機會發(fā)揮創(chuàng)造性。CAD的潛力不能歸因于單獨的系統(tǒng)，它需要較高水平的用戶技能以及在設計之前許多設計參數(shù)要到位。然而，如今，制造業(yè)已經知道旨在為設計的早期階段提供支持的幾個CAD系統(tǒng)，如Alias’Studio工具。2.2 數(shù)據(jù)與其他軟件和硬件的兼容性CAD在數(shù)據(jù)存儲和使用方面有著大量的應用，如CAD模型在不同方面的幾何物質屬性。大部分公司使用一些CAD系統(tǒng)，如Autodesk公司的AutoCAD或IBM的CATIA，從個人電腦和蘋果Macintosh到Silicon Graphics和惠普的UNIX工作站。然而，不同廠商的CAD軟件包大多數(shù)不能相互溝通并且模型data cannot be shared direct數(shù)據(jù)不能直接共享。今天，為了支持新產開發(fā)過程中不同階段的工作，各種各樣的CAD軟件已被開發(fā)并推向市場。但是，當前的數(shù)據(jù)交換格式不能夠為所有這一切軟件服務，數(shù)據(jù)交換問題仍然存在。 2.3 溝通和團隊協(xié)作工業(yè)設計師越來越多地在科學工作隊里工作，這些科學工作隊通常由在他們的工作場所的人以及有時為外界項目工作的人組成。當團隊的目標是提高產38品質量和最大限度地減少開發(fā)時間和成本時，有效的高質量的交流變得至關重要。當設計團隊的那些能夠設立在不同地方的不同部分，需要工作在同一項目的不同部分時，有效的軟件讓適當?shù)臏贤ㄗ兊弥陵P重要。雖然互聯(lián)網(wǎng)視頻技術已經幫助不同大洲的設計人員溝通設計數(shù)據(jù)，但還是有改進的空間的。2.4 成本問題雖然CAD系統(tǒng)已經比以前變得越來越有效，但購買和升級仍然很昂貴，特別對于小公司的設計部來說。文獻審查總結出一些初步結論，并給予了在設計中電腦集成的問題概述。但是，關于當前問題的更多數(shù)據(jù)需要通過與參與產品開發(fā)的CAD使用者交談來收集。因此，安排了與這些人面對面訪談。3.3 與設計師的訪談和問卷調查經過對以前的文獻的回顧，決定與當前的CAD使用者交談，以便收集更多關于他們需求的最新的重點信息。一系列的研究問題被草擬出來，以便直入主題。這些問題主要集中在用戶體驗過的計算機硬件和軟件的長處與短處、用戶對功能與輸入輸出主題的選擇以及未來5年用戶的期望。問卷的目的是要回答這些問題。面對面采訪了8位專業(yè)設計師和19位設計研究生。訪談的目的是：探討創(chuàng)造力與CAD的使用；探索當前的CAD系統(tǒng)對設計工作幫助的能力以及確定不久的將來用戶的期望。 采訪共經歷了4個月，分別對來自跨國設計公司的生物工程學家、工程師和設計師進行了采訪。由于受訪者選擇了參與設計的來自不同專業(yè)人士，他們在各種不同設計階段使用大量應用軟件。然而，大多數(shù)設計研究生使用來自Alias公司的Wavefront 軟件。由于沒有足夠的空間訪談問卷不包括在本文中。他的結構分為4個主要部分：（1）個人和公司的詳細信息（2）設計過程（3）電腦（4）未來的期望，每個相關的主題反映了調查的主旨。由于問卷是為實習設計者設計的，試用后做了些修改，以便使問題更切合學生的受訪者。否則，問卷對所有參與者都一樣。在研究中選擇了定性研究法以便產生細節(jié)豐富的數(shù)據(jù)嵌入在研究方面。定性數(shù)據(jù)通過對采訪過程進行錄音獲得，然后再對他們進行評價。一些問題反復出現(xiàn)，他們被排序納入更廣泛的主題。4.討論39采訪中的主要觀點成為討論的基礎。從采訪的結果來看，主要問題可歸納為：計算機與圖形和可用性的問題、數(shù)據(jù)輸入設備的問題、與其他軟件和硬件數(shù)據(jù)兼容性以及成本。由于數(shù)據(jù)的兼容性和成本問題在文獻回顧中很常見，這里只討論計算機圖形界面和可用性以及數(shù)據(jù)輸入設備的問題。雖然面試結果大多反映研究生對未來工業(yè)設計中CAD工具的使用的態(tài)度，提供的有趣的問卷答案將有助于確定工業(yè)設計師對未來CAD系統(tǒng)的期望。研究結果表明，現(xiàn)行計算機系統(tǒng)建模的頻譜并不能提供足夠的創(chuàng)意支持。從問卷調查的結果被用來生成以下期望表：1.計算機圖形界面和可用性的主要問題是如何學習和使用復雜的軟件，軟件應該是：1）容易找到什么目的使用什么工具2）容易找到工具3）輕松創(chuàng)建復雜的形狀4）容易記住什么水平的模型正在被使用重要的是要考慮計算機軟件與用戶的互動層面。當在用一個CAD系統(tǒng)工作時，用戶應該能夠把注意力集中在CAD任務的創(chuàng)新設計方面，而不是注重與計算機交互。不正確的、復雜的用戶界面可能導致軟件的誤用，逐漸削弱用戶的理解和接受力，提高學習時間。盡管一些CAD系統(tǒng)通過改進界面已晉升為'易于使用'，但大多數(shù)受訪者對界面和可用性存在問題。他們希望擁有不復雜的CAD軟件，他們可以在更短的時間里學習且毫無困難地熟悉界面。2． 數(shù)據(jù)輸入（設備）主要問題是如何產生逼真的模型。逼真的造型可以通過如下方式實現(xiàn)：1）手工塑造的對象2）與模型互動3）雕刻模型4）觸摸/感覺/手持模型5）旋轉模式40值得注意的是幾乎所有受訪者都想像這樣一個CAD系統(tǒng)，它能夠使他們手工塑造對象、通過接觸與模型互動、想真實生活中一樣感受和手持他。隨著最近仿真技術的問世，入和輸出設備種類豐富多彩。在模擬技術中，大多technology, r被稱為虛擬現(xiàn)實（VR），通過計算機軟件和硬件創(chuàng)造一個人工環(huán)境，以逼真的外形和感覺展現(xiàn)給用戶。一些新的系統(tǒng)，如觸覺系統(tǒng)，最近已推出，為了加入視覺互動與物理模擬互動。不過，這些工具在工業(yè)設計中還沒有像三維建模工具一樣被顯著采用。5．結論和未來研究從本次研究的初步結果來看，未來研究的范圍集中在新數(shù)據(jù)輸入設備和/或系統(tǒng)、三維計算機圖形界面。已經明確目前電腦用戶在未來設計中的需求，研究將側重于用電腦進行更準確、逼真的三維建模。對軟件、圖形界面或新的輸入設備的提議源于未來的研究。那些能夠影響未來的研究的問題可歸納如下。這次文獻回顧的結果表明，當前制造業(yè)需要在提高創(chuàng)新、產品質量和對客戶的新需求快速反映的同時降低開發(fā)成本和時間。這意味著，一個現(xiàn)代化的產品開發(fā)過程需要適應迅速變化的需求。這將在設計的早期階段通過整合新技術來實現(xiàn)。計算機建模系統(tǒng)正在從一個以幾何為基礎向一個以物理為基礎的方式轉變。這意味著幾何特征不是定義一個對象的唯一信息，在建模中還要考慮對象的其他物理特征。然而，目前的計算機中的虛擬模型只用在產品開發(fā)過程結束時才能成為物理模型，通過打印機或快速成型工具的輸出裝置。重要的是在‘虛擬’產品的設計過程中可以從實際出發(fā)，設計和測試，而不需一個真實的物理模型。從合作探索階段到持有模型，察覺深度、感覺適用的阻力和壓力等等，可能對設計者大有裨益。此外，與設計工具以及模型本身互動也是值得的。通過虛擬現(xiàn)實、互動原型設計技術的發(fā)展，與模型互動、求力反饋成為可能，用戶通過這些主要改進能夠調查和了解對象的結構。三維數(shù)字化技術有可能擔任未來建模。但是，它尚未在工業(yè)設計/產品設計中作為設計工具被引用，因為它還不能完全令設計者滿意。41參 考 文 獻1. Black, I.(1990).Design Methodologies in a New Generation of CAD.CAD/CAM 1900 Conference Proceedings. 27-29 March 1990,Nec Birmingham, The Strathclyde Institute.pp.402-412.2. Jones, Tim (1997) New Product Development, Oxford : Butterworth-Heinemann.3. McCullagh, K.(1996) 3D computer modelling in Industrial design. Co-Design Journal.07.08.09(1996):28-35.4. Hirschtick,J.(2000) The Future of CAD.MCAD-Productive Solutions for mechanical Engineerings and Designers.20(03):2.5. Loosschilder,G.(1997)A picture tells a thousand words.The Design Journal.0(1)41-57.6. Cardaci,Kitty(1992)CAID:A Tool for the Flexible Organisation,Design Management Journal(Reprint),3(2).7. Zeitoun ,Jean(1993) “CAD and the conception of objects.” In Jocelyn de Noblet, eds. Industrial Design reflection of a century. Paris,pp373-380.8. De Sa, A.G and Rix, J.(2000) “Virtual prototyping: the Integration of Design and Virtual Reality.” In P.Brunet , C.Hoffmann and D.Roller eds. CAD Tools and Algorithms for Product Design.Berlin,London:Springer.9. Warburton,N.(1996) A Heuristic Model for Digitally Intergrateed Design.Co-Design Journal. 07.08.09(1996):24-27.10. Alias Studio Tools(2000) Accessed via WWW http://www.aliaswavefront.com(23 September 2000)11. Woolner M., Adams, B.and Polletti,H.(1996) Computer technology in designer marker practice.Co-Design Journal.07.08.09(1996):10-14.12. Bordegoni, M. and De Angelis, F.(2000) “The Role of Haptic Devices for an Efficient Integration of Design, Simulation and Analysis.” In P.Burnet, C.Hoffmann and D.Roller eds. CAD Tools and Algorithms for Product Design.Berlin,London:Springer.