微纳米粉球磨机结构设计

王立洋

摘 要：本文设计一种实验室用小型行星式微纳米粉球磨机。通过确定传动方案，对罐体、电机、齿轮、轴、压件等零部件展开设计计算，建立了微纳米球磨机三维模型，对微纳米球磨机结构的进一步分析优化建立了有利条件。

关键词：微纳米粉 行星式球磨机 设计 建模

中图分类号：TD453 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2018）06-0-01

一、引言

球磨机作为传统的粉磨设备，可谓历史悠久，自1876年问世至今已有100多年，随着科技不断的发展进步，为了满足日渐发展的工业需求，球磨机从最初的局限于处理石灰石和煤炭中的硬块到现在的大功率矿石粉碎、微纳米粉末制备等精细加工，球磨机应用越来越广泛。实验室用小型行星式微纳米粉球磨机，主要用于实验室制备纳米级粉末材料，供实验室科学研究和制作配方。

二、球磨机总体方案设计

行星式球磨机高效、节能，对物料污染少，传动方式简单，运动方式复杂。球磨介质运动时能获得的能量比其他磨机多，研磨效率更高。可以采用以下齿轮传动的方式实现行星式运动：四个球磨罐体通过圆盘来实现公转，同时通过齿轮传动实现自转。这种方案结构紧凑，传动的度较高，通过两级齿轮传动，齿轮的尺寸不致过大，齿轮传动效率更高，结构上也更加优化，粉末效果得到保证。

三、球磨机主体机械部分设计

1.微纳米粉球磨机罐体设计

根据本设计需求，物料粒度小于3mm，一次制备的粉末小于500g，球磨罐体总容积约为2-4L，初步设计球磨罐体的参数如下：

球磨罐内半径5cm，球磨罐高10cm，罐体的容积计算：0.785L 。罐体厚度为：D=10mm，罐子盖子厚度为：20mm。

2.微纳米粉球磨机电机的选择

2.1研磨体的选择和装填量

填充率是装入球磨罐体内的研磨体的体积与球磨罐体的有效容积之间的比值。通常情况下，球磨机的平均填充率为Φ=40%。球磨机的填充量：

（3-1）

m—研磨体的装填量；L—罐体的有效高度；Φ—填充率；Pn—研磨体密度；氧化锆陶瓷球研磨体的密度Pn=6.05g/cm3；R—罐体内有效半径。由公式（3-1）可求出研磨体的装填量为476g。

2.2球磨机的总体功率计算

根据《建筑材料机械设计》可知，行星轮式球磨机的单罐功率为：

（3-2）

式中：N0—单筒功率； m—研磨体质量；η—球磨机效率；n—球磨机转速；r—罐体有效半径。电动机启动时，为防止过载，电机实际功率NQ应比球磨机总功率N0大10%～15%。电动机实际功率应为：

（3-3）

根据所求的电机参数，选择Y80M2-2型电机，额定功率1.1KW，转速2830r/min。

3.带传动参数计算

选择V带传动。假设球磨机每天工作时间为10～16小时，转速为n=1500r/min，得工作情况系数KA=1.1，确定计算功率Pca：

（3-4）

Pca—计算功率，KW；KA—工作情况系数；p—所需传递的额定功率，KW。

4.齿轮的设计

本设计使用标准直齿齿轮驱动方式。在滿足弯曲疲劳强度的要求下，尽量选择小模数。拟定单级齿轮间的传动比是i=2.5；拟定行星轮齿数Z1=20，惰轮齿数为Z2=50。按齿面接触疲劳强度δH计算，通过校核获得齿轮的参数如下：

5.轴的设计

本设计对轴无特殊要求，选通用45钢轴，调质处理。

①.1-2带轮连接处，②.2-3轴承连接处，③.3-4两轴承间的部位，④.4-5轴承连接处，⑤.5-6中心齿轮的配合处，⑥.6-7螺母配合处

6.尼龙罐压件和套件的设计

球磨机对物料进行碰撞，粉碎，研磨的过程中会出现比较严重的震动现象。为使球磨机正常工作，球磨罐盖体应始终与球磨机罐体保持盖紧状态，故对罐体套件展开设计。将套筒和套件分开设计；套筒固定在球磨机上，球磨罐体可自由更换，方便装卸物料。根据罐体的尺寸，考虑到压件的配合，设计的套件尺寸如下：底盘半径r=53mm，底盘高为h=22mm，两边支架高为150mm。根据尺寸设计做出三维视图，如图3所示。

7.球磨机主体机械结构

根据设计的球磨机零部件参数，使用Solidword软件绘制零件图，并进行装配，装配体如图4所示。

四、总结

本设计采用齿轮传动方案，通过皮带将电机的功率传递给主轴；主轴带动齿轮转动实现罐体自转，同时罐体随圆盘公转，实现球磨机的行星式运动。通过设计计算初步建立了球磨机的三维模型，软件检测并无干涉情况，为球磨机的设计有一定的指导意义。

国内球磨机设备与国外球磨机设备相比，还存在许多缺陷和不足，应正视国内球磨机的缺点，积极借鉴和吸收国外先进技术的同时，加以创新融合，研究出更加适合国人生产需要的球磨机设备。下一步要在满足工艺要求的基础上重点考虑降噪降能耗。

参考文献

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