王立洋

摘 要：本文設(shè)計(jì)一種實(shí)驗(yàn)室用小型行星式微納米粉球磨機(jī)。通過確定傳動(dòng)方案，對(duì)罐體、電機(jī)、齒輪、軸、壓件等零部件展開設(shè)計(jì)計(jì)算，建立了微納米球磨機(jī)三維模型，對(duì)微納米球磨機(jī)結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步分析優(yōu)化建立了有利條件。

關(guān)鍵詞：微納米粉 行星式球磨機(jī) 設(shè)計(jì) 建模

中圖分類號(hào)：TD453 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2018）06-0-01

一、引言

球磨機(jī)作為傳統(tǒng)的粉磨設(shè)備，可謂歷史悠久，自1876年問世至今已有100多年，隨著科技不斷的發(fā)展進(jìn)步，為了滿足日漸發(fā)展的工業(yè)需求，球磨機(jī)從最初的局限于處理石灰石和煤炭中的硬塊到現(xiàn)在的大功率礦石粉碎、微納米粉末制備等精細(xì)加工，球磨機(jī)應(yīng)用越來越廣泛。實(shí)驗(yàn)室用小型行星式微納米粉球磨機(jī)，主要用于實(shí)驗(yàn)室制備納米級(jí)粉末材料，供實(shí)驗(yàn)室科學(xué)研究和制作配方。

二、球磨機(jī)總體方案設(shè)計(jì)

行星式球磨機(jī)高效、節(jié)能，對(duì)物料污染少，傳動(dòng)方式簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)方式復(fù)雜。球磨介質(zhì)運(yùn)動(dòng)時(shí)能獲得的能量比其他磨機(jī)多，研磨效率更高?？梢圆捎靡韵慢X輪傳動(dòng)的方式實(shí)現(xiàn)行星式運(yùn)動(dòng)：四個(gè)球磨罐體通過圓盤來實(shí)現(xiàn)公轉(zhuǎn)，同時(shí)通過齒輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)自轉(zhuǎn)。這種方案結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)的度較高，通過兩級(jí)齒輪傳動(dòng)，齒輪的尺寸不致過大，齒輪傳動(dòng)效率更高，結(jié)構(gòu)上也更加優(yōu)化，粉末效果得到保證。

三、球磨機(jī)主體機(jī)械部分設(shè)計(jì)

1.微納米粉球磨機(jī)罐體設(shè)計(jì)

根據(jù)本設(shè)計(jì)需求，物料粒度小于3mm，一次制備的粉末小于500g，球磨罐體總?cè)莘e約為2-4L，初步設(shè)計(jì)球磨罐體的參數(shù)如下：

球磨罐內(nèi)半徑5cm，球磨罐高10cm，罐體的容積計(jì)算：0.785L 。罐體厚度為：D=10mm，罐子蓋子厚度為：20mm。

2.微納米粉球磨機(jī)電機(jī)的選擇

2.1研磨體的選擇和裝填量

填充率是裝入球磨罐體內(nèi)的研磨體的體積與球磨罐體的有效容積之間的比值。通常情況下，球磨機(jī)的平均填充率為Φ=40%。球磨機(jī)的填充量：

（3-1）

m—研磨體的裝填量；L—罐體的有效高度；Φ—填充率；Pn—研磨體密度；氧化鋯陶瓷球研磨體的密度Pn=6.05g/cm3；R—罐體內(nèi)有效半徑。由公式（3-1）可求出研磨體的裝填量為476g。

2.2球磨機(jī)的總體功率計(jì)算

根據(jù)《建筑材料機(jī)械設(shè)計(jì)》可知，行星輪式球磨機(jī)的單罐功率為：

（3-2）

式中：N0—單筒功率； m—研磨體質(zhì)量；η—球磨機(jī)效率；n—球磨機(jī)轉(zhuǎn)速；r—罐體有效半徑。電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，為防止過載，電機(jī)實(shí)際功率NQ應(yīng)比球磨機(jī)總功率N0大10%～15%。電動(dòng)機(jī)實(shí)際功率應(yīng)為：

（3-3）

根據(jù)所求的電機(jī)參數(shù)，選擇Y80M2-2型電機(jī)，額定功率1.1KW，轉(zhuǎn)速2830r/min。

3.帶傳動(dòng)參數(shù)計(jì)算

選擇V帶傳動(dòng)。假設(shè)球磨機(jī)每天工作時(shí)間為10～16小時(shí)，轉(zhuǎn)速為n=1500r/min，得工作情況系數(shù)KA=1.1，確定計(jì)算功率Pca：

（3-4）

Pca—計(jì)算功率，KW；KA—工作情況系數(shù)；p—所需傳遞的額定功率，KW。

4.齒輪的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)使用標(biāo)準(zhǔn)直齒齒輪驅(qū)動(dòng)方式。在滿足彎曲疲勞強(qiáng)度的要求下，盡量選擇小模數(shù)。擬定單級(jí)齒輪間的傳動(dòng)比是i=2.5；擬定行星輪齒數(shù)Z1=20，惰輪齒數(shù)為Z2=50。按齒面接觸疲勞強(qiáng)度δH計(jì)算，通過校核獲得齒輪的參數(shù)如下：

5.軸的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)對(duì)軸無特殊要求，選通用45鋼軸，調(diào)質(zhì)處理。

①.1-2帶輪連接處，②.2-3軸承連接處，③.3-4兩軸承間的部位，④.4-5軸承連接處，⑤.5-6中心齒輪的配合處，⑥.6-7螺母配合處

6.尼龍罐壓件和套件的設(shè)計(jì)

球磨機(jī)對(duì)物料進(jìn)行碰撞，粉碎，研磨的過程中會(huì)出現(xiàn)比較嚴(yán)重的震動(dòng)現(xiàn)象。為使球磨機(jī)正常工作，球磨罐蓋體應(yīng)始終與球磨機(jī)罐體保持蓋緊狀態(tài)，故對(duì)罐體套件展開設(shè)計(jì)。將套筒和套件分開設(shè)計(jì)；套筒固定在球磨機(jī)上，球磨罐體可自由更換，方便裝卸物料。根據(jù)罐體的尺寸，考慮到壓件的配合，設(shè)計(jì)的套件尺寸如下：底盤半徑r=53mm，底盤高為h=22mm，兩邊支架高為150mm。根據(jù)尺寸設(shè)計(jì)做出三維視圖，如圖3所示。

7.球磨機(jī)主體機(jī)械結(jié)構(gòu)

根據(jù)設(shè)計(jì)的球磨機(jī)零部件參數(shù)，使用Solidword軟件繪制零件圖，并進(jìn)行裝配，裝配體如圖4所示。

四、總結(jié)

本設(shè)計(jì)采用齒輪傳動(dòng)方案，通過皮帶將電機(jī)的功率傳遞給主軸；主軸帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)罐體自轉(zhuǎn)，同時(shí)罐體隨圓盤公轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)球磨機(jī)的行星式運(yùn)動(dòng)。通過設(shè)計(jì)計(jì)算初步建立了球磨機(jī)的三維模型，軟件檢測(cè)并無干涉情況，為球磨機(jī)的設(shè)計(jì)有一定的指導(dǎo)意義。

國(guó)內(nèi)球磨機(jī)設(shè)備與國(guó)外球磨機(jī)設(shè)備相比，還存在許多缺陷和不足，應(yīng)正視國(guó)內(nèi)球磨機(jī)的缺點(diǎn)，積極借鑒和吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，加以創(chuàng)新融合，研究出更加適合國(guó)人生產(chǎn)需要的球磨機(jī)設(shè)備。下一步要在滿足工藝要求的基礎(chǔ)上重點(diǎn)考慮降噪降能耗。

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