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=,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 计算内容结果球磨机所需功率w p(kw)D 0.222V P )(8.0ww ηKn VG ⨯⨯⨯=式中：V ：球磨机的有效容积，V=;D:球磨机的内径，D=；G ：球磨机的装载量，G=G 1+G 0=+80== K ：电动机的储备系数，K 取； η：粉碎效率，已知η=90%。

ηa =η带×η齿轮×η轴承=××=（见《手册》P44）5.65kw /P a w d ==ηP • 由《手册》表8-5：• 电动机选用：Y132M2-65.155kw 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 ）Y132M2-61000（960） 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) ×210 216×17889×8010×335.155kw (1.1/0.9)97)(0.651/0.342.960.750.3970.222P 0.8w =⨯⨯⨯⨯⨯=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总传动比分配传动比传动装置的运动和动力参数的计算A.各轴转速：I轴转速n1II轴转速n2B.各轴功率：I轴功率p1II轴功率p234.2295.42/960n/ni wd===齿轮带iii⨯=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5i=齿轮，故：齿轮带i/ii==5=min/r8.214468.4/960i/nn d1===带min/r96.425/8.214/nn12===齿轮ikw424.596.065.5pp d1=⨯=⋅=带η34.22i=468.4=带i214.8r/minn1=min/r96.42n2=kw424.5p1=C.各轴转矩： I轴转矩T1 II轴转矩T2kw101.599.095.0424.5pp12=⨯⨯=⋅⋅=轴承齿轮ηηmn d⋅=÷⨯==N2.5696065.59550/p9550T ddm252.5N0.964.46856.2iTT d1⋅=⨯⨯=⋅⋅=带带ηm1187.4N0.990.955252.5iTT12⋅=⨯⨯⨯=⋅⋅⋅=轴承齿轮齿轮ηηkw101.5p2=m252.5NT1⋅=mN4.1187T2⋅=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电机960I轴5II轴三、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.包角确定中心距由教材P262-表11-3kw215.665.51.1PKaPc=⨯=⨯=由教材P73-图11-7选取由图11-7及表11-10，选取 d1=140mm624.4mm1404.468did21=⨯=⨯=带故 4.5630/140/ddi12===带实5%0.67%4.47|4.5-4.47|100%i/|i-i|i<=÷=⨯=∆理实理5m/s7.034m/s1000)960/(601403.141000/(60ndV d1>=⨯⨯⨯=⨯=）π由式）（）（2121dd2add7.0+≤≤+可得中心距a0：即539≤a0≤1540 初取a0=540mmaaa590mm/22400-(2500540)/2LLaa2500mmL7-112400mm540/4140)-(630630)(140/25402a/4)d-(d)d(d/2a2L7537.5-0.030LdLd015.0-ddd221221d0++=+=++===⨯++⨯+⨯=⨯++⨯+⨯=即调节范围为：）（，选取查表ππK a=P c=A型取d1=140mm取d2=630mm5m/s7.034m/sV>=选L d=2500mma=590mm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)KP/((PPZ12013257.3590/）140-630（-18057.3)/ad-(d-180L11c121αα∆+=>=︒⨯︒=︒⨯︒=οο表11-4表11-5表11-2表11-73.7461.090.860.12)56.215/(1.6]KP1)K/[(PPzL1c=⨯⨯+=⨯∆+=α5m/s7.034m/s1000))/(60nd(v11>=⨯⨯⨯=π表11-1N5.2159.60.100.86)/0.86-(2.54)/(7.034215.6500mv)/KK-z)(2.5/(vP500F22c=⨯+⨯⨯⨯=+⨯⨯=αα1574.95N/2)sin(132215.5426)-11式(/2)sin(Fz2F1Q=︒⨯⨯⨯=⨯⨯⨯=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=63mme=15±f=9φ=38°b p=h amin= h fmin=δmin=6mmd a1=d1+2h a=d a2=d2+2h a =οο1201321>=αP1=ΔP1=Kα=K L=取z=4根5m/s7.034m/sv>=m=mF0=F Q=A型da1=da2=(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选择齿轮材料确定许用应力确定齿数强度计算确定模数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=185flimflim/S][σσ=[σFlim1]=+275＝+275=450[σFlim2]=+220=+220=331由（表12-11），安全系数取SF=所以，[σF1]=450/=300MPa,[σF2]=331/=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=小齿轮[]32222112FFasadYYZkTmσφ≥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=185S Flim=[σF1]=300MPa,[σF2]=Z1=20Z2=103i齿实=KA=1KV=0.1d=ψ小齿轮转矩计算齿轮模数确定齿轮的主要参数及几何尺寸所以K= 由12-10：Z 1=20Z 2=103T 1=9550×P 1/n 1=9550× mm N 1015.2413⋅⨯=考虑到磨损，将模数增大10%~15%，则 m=×（1+）= 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= 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＝Y FS1= Y FS2=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=6154.验算传动装置和动力参数[]98.223222211=≥F Fa sa d Y Y Z kT m σφ[]26.067.22096.333222==F Fa sa Y Y σ[]24.030036.433111==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.罐体结构设计扭矩T2.支撑辊的设计计算N5.130557.1513.41403.23537842.5626GGGGGFkdg1=++++=++++=674.0117610)202770(15.05.13055T/FfRcos311=÷⨯+÷⨯⨯==∴-θ︒≈︒=486.47θN4.4842674.045.13055N=⨯=N5.13055F=︒=48θN4.4842N=3.支撑辊轴的设计计算计算项目计算内容计算结果固定心轴的选取辊轮轴为固定心轴，垂直平面内受力平衡：N6.7226.025.48422L2NM=⨯=⨯=轴径设计为长60mm，材料为45号钢，调制处理查表得：MPa600b=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mN8.242TN3.213n11⋅==N2428dT2F1t==N95.1574FN7.88320tan2428tanFFQntr==︒⨯=⋅=α选45号钢，调制处理，强度极限MPa600b=σmmnPAd24.353.2134.51203311=⨯=⨯≥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%mN8.242TN3.213n11⋅==N2428Ft=N95.1574FN7.883FQr==MPa600b=σMPa100][MPa 44.23561037108.2422dbl T 23=≤=⨯⨯⨯⨯==ττ 齿轮键：MPa 80][MPa 33.15180444108.2422dkl T 2p 3p =≤=⨯⨯⨯⨯==σσ MPa100][MPa 11.5180444108.2422dbl T 23=≤=⨯⨯⨯⨯==ττ 满足强度要求MPa 80MPa 33.15p <=σMPa 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××1000）/16 =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=（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[]mm8.3803.9064F4d s=⨯=≥ππτd s≥F/[σP]δ= 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= 采用铰制孔[]mm8.6806.2684F4d s=⨯=≥ππτd s≥F/[σP]δ=（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M8×80F=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。