燕山大學課 程 設 計 說 明 書題目： 圓盤造球機設計仿真與實物制作 學院（系）：機械學院冶金機械系 年級專業(yè)： 機械裝備12-2 學生姓名： 隋 昊 120101010203 王志遠120101010198 武吉祥120101010219 賈瑞寧120101010191指導教師： 張興中教授 任素波副教授 王 葛教授 金 昕副教授 燕山大學課程設計（論文）任務書院（系）：機械學院 基層教學單位： 冶金機械系學 號120101010203120101010198120101010219120101010191學生姓名隋昊王志遠武吉祥賈瑞寧專業(yè)（班級）機械裝備12-2設計題目圓盤造球機設計仿真與實物制作設計技術參數(shù)1. 完成圓盤造球機方案設計，確定主要工藝參數(shù)、設備參數(shù)，校核設備參數(shù)； 2. 完成圓盤造球機的總圖、零件圖的2D、3D圖(電子圖)；3. 對圓盤造球機進行三維仿真； 4. 進行實物設備的制造安裝與調(diào)試。設計要求1 圓盤造球機設計合理、工藝可行，設計過程必須考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素。2完成造球機結構的三維仿真，仿真結果用于指導結構設計，并能理解仿真的局限性。3充分考慮經(jīng)濟因素，完成造球機的成本核算，進行技術經(jīng)濟性評價。圖面清晰，比例正確，尺寸及其標注方法正確；4完成項目報告，報告中應明確反映上述問題，并理解設計者應承擔的責任，并明確個人分工和貢獻度。工作量1 完成造球機結構設計圖及關鍵零件圖紙；2 完成設計說明書不少于5000字。工作計劃第一周：方案設計及可行性分析第二周：初步完成造球機結構設計及三維仿真第三周：完善造球機設計及仿真，進行實物的加工、安裝與調(diào)試，答辯。參考資料1 汪用澎, 張信. 大型燒結設備M. 北京: 機械工業(yè)出版社, 1997: 11-195.2 姜濤. 燒結球團生產(chǎn)技術手冊M. 北京: 冶金工業(yè)出版社,20143 傅菊英. 燒結球團學M. 長沙: 中南工業(yè)大學出版社, 1996 指導教師簽字基層教學單位主任簽字摘要 本課程設計說明書主要介紹了圓盤造球機的相關知識及工作原理，通過相關計算得出了自行設計的圓盤造球機的總體尺寸以及各結構、零件的具體尺寸，展示了二維總裝圖及部分所設計的零件圖。關鍵詞：圓盤造球機；尺寸；零件圖；目錄摘要I前言2一、圓盤造球機簡介3二、圓盤造球機作業(yè)情況概述31.圓盤造球機的工作原理32.圓盤造球機的工作特點43.圓盤造球機的自動分級原理5三、圓盤造球機結構簡介51.傘齒傳動圓盤造球機52.內(nèi)齒輪傳動的圓盤造球機63.工業(yè)用圓盤造球機實物圖7四、圓盤造球機的參數(shù)8五、圓盤造球機主要參數(shù)及結構確定11六、部分零件二維圖及總裝圖12七、成本預算16八、總結16參考文獻：17前言 將細粒物料預先在造球機中成球及球團固結，是球團生產(chǎn)的兩大基本環(huán)節(jié)，因此，造球機是球團廠的重要設備之一。造球機工作的好壞，直接影響球團礦產(chǎn)量和質(zhì)量及球團廠的技術經(jīng)濟指標。 對于造球機械設備，一般有以下要求：結構簡單，工作平穩(wěn)可靠；設備重量輕，電能消耗少；對原料的適應性強，易于操作和維護；產(chǎn)量高，質(zhì)量好。 從上述要求出發(fā)，多年來國內(nèi)外都進行了大量的試驗研究工作，這對于球團礦的發(fā)展起了很好的促進作用。據(jù)報導，目前國內(nèi)外有以下幾種造球機械設備：圓筒造球機；圓盤造球機；圓盤型圓錐造球機；螺旋擠壓圓錐造球機等。一、圓盤造球機簡介 圓盤造球機是球團生產(chǎn)工藝中的制造生球的設備。其結構組成為轉(zhuǎn)動心軸結構，造球機圓盤支承在主軸上，主軸靠前端兩支點鉸接于設備底座的支承軸上，主軸箱的末端通過傾角調(diào)整器于底座相連。機體上周邊圓盤與水平成一定的傾斜角度，可在規(guī)定的范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)。通常情況下電機通過齒輪減速機和一對圓錐齒輪來帶動圓盤轉(zhuǎn)動。盤上裝有噴水管及刮料板等裝置。粉料加進盤內(nèi)被水濕潤后，不斷翻滾形成料粒-小料球-大料球，當小球偏向盤的中部繼續(xù)滾大時，則滾向盤邊排出，造球完成。二、圓盤造球機作業(yè)情況概述1.圓盤造球機的工作原理它的主要部件系傾斜的帶有周邊的鋼質(zhì)圓盤，圓盤繞中心軸（或中心線）按一定速度旋轉(zhuǎn)； 通過皮帶機向盤內(nèi)加料區(qū)加入細粒的混合礦料； 從圓盤上方用噴水器加入適量水分，由于水的凝聚力的作用，使散料形成母球； 物料在盤邊、盤底產(chǎn)生的摩擦力的帶動下向上提升，當?shù)V料被帶至一定高度時，即當其本身的重力分量大于摩擦力分量時，礦料將向下滾落，類似于“滾雪球”，細粒物料粘在潮濕的母球表面，不斷滾粘散料而長大，不同大小的母球隨圓盤作上向、下向滾動運動，不斷搓壓而密實，并長大到規(guī)定的尺寸； 不同尺寸的小球顆粒自然分級，小顆粒離開排料端，貼盤底沿大圓弧滾動，大顆粒集中往排料端（盤邊）滾動，最后經(jīng)盤邊排出。 圓盤造球機的造球過程圓盤造球機加水加料過程示意圖2.圓盤造球機的工作特點為了制造出質(zhì)量良好的球團，對造球機要求不僅能產(chǎn)生滾動運動，使物料滾動成球，而且能使料球產(chǎn)生一定的壓實力，這就要求圓盤的安裝應傾斜一定的角度，當圓盤轉(zhuǎn)動時，能使物料產(chǎn)生上向及下向的滾動運動，制出球團。 所需要的給料量相當于排出的生球量。 能按顆粒大小自動分級，排出的是尺寸合格的生球。3.圓盤造球機的自動分級原理 所謂球粒的自動分級，即圓盤中物料能按其本身粒徑大小有規(guī)律地運動，并且都有各自的運動軌跡。物料在圓盤中的運動軌跡逐漸長大，且粒度大的運動軌跡靠近盤邊，且在料面上。相反，粒度小或未成球的物料，其運動軌跡貼近盤底和遠離盤邊。當球徑大小到達要求時，則從盤邊自行排出，粒度小的球貼近盤底運動，繼續(xù)滾動長大。自動分級效果取決于是否能正確地選擇圓盤造球機的工藝參數(shù)，以便最大限度地提高造球機的產(chǎn)量和質(zhì)量。因此，對圓盤造球機中的物料運動規(guī)律進行分析是必要的。三、圓盤造球機結構簡介 圓盤造球機是目前國內(nèi)外廣泛采用的造球設備，我國球團廠都采用這種設備，從結構上可分為：傘齒傳動圓盤造球機；內(nèi)齒傳動圓盤造球機 1.傘齒傳動圓盤造球機 主要由圓盤、刮刀、刮刀架、大傘齒輪、小圓錐齒輪、主軸、調(diào)傾角機構、減速機、電動機、三角皮帶和底座等組成。造球機的轉(zhuǎn)速可通過改變皮帶輪的直徑來調(diào)整，圓盤的傾角可以通過螺桿調(diào)節(jié)。1-刮刀架 2-刮刀 3-圓盤 4-傘齒輪 5-減速機 6-中心軸 7-調(diào)傾角螺桿 8- 電動機 9-底座傘齒輪傳動的圓盤造球機結構圖2.內(nèi)齒輪傳動的圓盤造球機 內(nèi)齒輪傳動的圓盤造球機是在傘齒輪傳動的圓盤造球機的基礎上改進的。改造后的造球機主要結構為，圓盤連同帶滾動軸承的內(nèi)齒圈固定在支承架上，電動機、減速機、刮刀架均安在支承架上，支承架安裝在機座上，并與調(diào)整傾角的螺桿相連，當調(diào)節(jié)螺桿時，圓盤連同支承架一起改變角度。1-圓盤 2-刮刀 3-刮刀架 4-小齒輪 5-減速機 6- 電動機 7-調(diào)傾角螺桿 8-底座 9-內(nèi)齒圈傘齒輪傳動的圓盤造球機結構圖3.工業(yè)用圓盤造球機實物圖 四、圓盤造球機的參數(shù) 為了制取合格的生球，圓盤造球機的參數(shù)，如圓盤轉(zhuǎn)速、圓盤傾角、盤邊高度、填充率以及物料停留時間等，均應根據(jù)不同的圓盤規(guī)格而定，圓盤直徑是圓盤機的最主要參數(shù)。 1. 圓盤直徑 圓盤造球機的圓盤直徑?jīng)Q定著圓盤面積的大小。其面積對生球質(zhì)量沒有影響，但對造球機的產(chǎn)量卻具有決定性的意義。直徑D增大，加入盤中物料增多，物料在盤內(nèi)碰撞的幾率增大，有利于母球的形成、長大和密實。根據(jù)對圓盤造球機的運動特性分析，其產(chǎn)量是與圓盤面積或圓盤直徑的平方成正比的。圓盤直徑的大小，主要依據(jù)造球規(guī)模的大小而定。我國規(guī)定的造球機圓盤直徑系列規(guī)格有2000、2500、2800、3200、3500、4000、4500、5000、5500、6000mm十種。國外的圓盤直徑有的高達7500mm。2. 圓盤邊高 隨著直徑增大，邊高也應相應增大，邊高可按直徑的0.10.2倍考慮。邊高與圓盤傾角和圓盤直徑有關，它的大小直接影響著造球機的容積填充率。傾角越小，邊高越大，則填充率越大。但填充率過大，部分粉料不能形成滾動運動，造球機生產(chǎn)率反而下降，所以圓 盤邊高是有一定限度的。當圓盤直徑和傾角都不變時，邊高還與原料的性質(zhì)有關。如果物料的粒度粗、粘度小，盤邊應取得高些；反之就可取得低些。Bhrany曾提出：hCD（1）式中：h-邊高，m；D-圓盤直徑，m；C-常數(shù)。 Pietsch和Bombled認為該常數(shù)C為0.2 。 Klatt 則認為常數(shù)0.2只適宜于直徑為4m 以下的圓盤。直徑再大時，該常數(shù)值應逐漸減小。 3. 圓盤傾角 圓盤傾角與物料性質(zhì)和圓盤轉(zhuǎn)速有關。不同物料其安息角不同，用于不同物料的圓盤，其傾角必須大于物料的安息角。否則，物料將形成一個相對于盤底靜止的粉料層，與圓盤同步運動，此時，可借助刮刀強迫物料下落而滾球，成球后安息角自然減小了。否則，無法進行造球。 單純考慮傾角時，減小傾角，增大成球粒度；增大傾角，減小成球粒度。取值一般在45 60。轉(zhuǎn)速高的圓盤，其傾角可取大值，否則應取小值。傾角過大，則物料對盤底壓力減小，物料的提升高度降低，盤面不能充分利用，使圓盤造球機的產(chǎn)量下降。傾角的大小由經(jīng)驗確定，一般為4050。對于某些物料，在某種轉(zhuǎn)速下，傾角也有大到60的。4. 圓盤充填率 數(shù)值太大，會破壞物料的運動性，不能按粒度分層，其值一般在1020%之間。 5. 造球時間 從物料進入圓盤到制成合格生球的時間為造球時間。造球時間與成品球的粒度和質(zhì)量要求、原料成球的難易、原料的粒度等有關，時間的長短可由調(diào)整圓盤的轉(zhuǎn)速和傾角來控制。一般情況下，造球時間為68min 。 實驗表明，隨造球時間的延長，生球的抗壓強度、落下強度均提高。6. 圓盤轉(zhuǎn)速n 當圓盤直徑、傾角一定時，轉(zhuǎn)速n只能在一定范圍內(nèi)變動。 轉(zhuǎn)速過大，離心力過大，物料甩到盤邊，造成圓盤中心空料，不能分級； 轉(zhuǎn)速過小，離心力不夠，物料不能上升到盤頂，造成母球區(qū)形成空料區(qū)。一般以圓盤邊線速度計，約1.02.0m/s。或以最佳轉(zhuǎn)速為臨界轉(zhuǎn)速的6070%來控制。 由于圓盤造球機的轉(zhuǎn)速n是本次設計過程中一個重要參數(shù)，故在此進行理論推導：首先做一個計算模型，圓盤在工作過程中是傾斜放置的，如小球在A點平衡，受力如下圖所示，重力G的兩個分力分別為G1和G2，方便分析，假設摩擦力分解為兩個分力，F(xiàn)摩2阻止這個小球依重力分力G2沿盤面向下運動，而F摩1則阻止這個小球依重力分力G2沿盤邊向下運動，從而使小球依圓盤旋轉(zhuǎn)而被帶到一定高度，若小球上升到A點靜止不動，則所有的力彼此相互平衡，在B向，盤子平面內(nèi)，G2的分力為G2和G2，離心力F離合反力F及摩擦力F摩1，如下圖所示。 建立平衡方程： （為物料的安息角）當小球離開盤邊并開始沿盤面滾落的瞬間，此時F=0，則由式得 其中 （f為面粉間摩擦系數(shù)）代入后得：兩邊除以mg：五、圓盤造球機主要參數(shù)及結構確定1.圓盤直徑d考慮到本次課程設計做的是一個小型的造球機，結合成本及占地面積，我們確定了圓盤直徑為d=500mm。2.圓盤邊高h采用Bhrany公式，h=CD=0.2500=100mm。3.圓盤傾角本次課程設計造球機的造球原料為面粉，經(jīng)查閱，面粉安息角在3040，為保險起見，我們初定圓盤傾斜角（因圓盤傾角可調(diào)）。4.圓盤轉(zhuǎn)速nR=25mm，初取f=0.5，考慮到一些特殊粉料，計算時取45，代入式：5.電機轉(zhuǎn)速n電本著經(jīng)濟性原則，我們小組決定采用經(jīng)濟性較好的小電機，在網(wǎng)上了解后，最終選取了25W的電機，轉(zhuǎn)速n=120r/min。6.傳動齒輪的d、m、z經(jīng)討論，我們小組成員決定采用兩級齒輪傳動機構實現(xiàn)圓盤的轉(zhuǎn)動。，取考慮到造球機結構尺寸，取一級傳動齒輪：二級傳動齒輪：7.軸承及軸承座型號鑒于軸承與軸承座和傳動軸的配合及裝配關系，我們選取的軸承型號為GB/T 276-1994，即內(nèi)徑，外徑，軸承座選取型號GB/T7809-1995-P204的鑄造立式座，內(nèi)徑。六、部分零件二維圖及總裝圖1. 末級大齒輪二維圖2. 光軸支座二維圖3. 支承套筒架二維圖4. 底部鋼板二維圖5.圓盤二維圖6.總裝圖七、成本預算成本預算表材料單價數(shù)量合計電機25W（套）2701270軸承座UCP204（套）9654直線光軸支座412.550一級傳動齒輪（對）30130末級傳動齒輪（對）2561220圓盤1401140角鋼10330總計794八、總結雖然在校期間每學期都安排了課程設計，但是沒有一次的任務能與此次相比，設計限定時間較長，項目的任務更加繁多、細致、要求更加嚴格、設計要求的獨立性更加高。要我們充分利用在校期間所學的課程的專業(yè)知識理解、掌握和實際運用的靈活度。我在此次項目中對待設計的態(tài)度是認真的積極的。通過這幾周對圓盤造球機方案及尺寸的設計，給我們最深的感受就是我們的設計思維得到了很大的鍛煉與提高。作為一名設計人員要設計出符合工藝要求的產(chǎn)品，就必須做一個生活的有心人。多留心觀察思考我們身邊的每一個機械產(chǎn)品，只有這樣感性認識豐富了，才能使我們的設計思路具有創(chuàng)造性。通過本次過程中我們熟悉了設計的各個方面的流程，學會了把自己在大學所學的知識運用到實際工作中的方法。從以前感覺學的許多科目沒有實際意義，到現(xiàn)在覺得以前的專業(yè)知識不夠扎實，給自己的設計過程帶來了很大的麻煩。本次的設計題目涉及了許多與專業(yè)結合性較強的理論知識，特別感謝各位老師給我們在設計方面給予的幫助，通過這次設計，讓我了解了設計的整個流程，在設計過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足，讓我能夠在以后的學習中加以改正，讓我能夠在以后的工作中做的更好。我們對之后的造球機實物安裝充滿自信！參考文獻：1 成大先.機械設計手冊（第五版）.北京：化學工業(yè)出版社，20072 許立忠，周玉林.機械設計.北京：中國標準出版社，20093 韓曉娟.機械設計課程設計指導手冊.北京：中國標準出版社，20084 龔溎義.機械設計課程設計圖冊（第三版）.北京：高等教育出版社,20115 白明華.圓盤造球機調(diào)角裝置的設計計算.重型機械，1988燕山大學課程設計評審意見表姓名 指導教師評語：該生在設計（論文）工作期間態(tài)度（認真、較好、一般、較差）；工作(積極主動、較主動、不主動)；出勤率（高、較高、一般、低）。（能正確、基本能）提出設計方案，設計工作量（大、較大、一般），設計難度（大、較大、一般）。工作中有（強的、較強的、一般的）創(chuàng)新意識；專業(yè)基礎理論（扎實、較扎實、一般、較差）。（出色的、較好的、一般的、基本上）完成了課程設計（論文）任務書所確定的任務。同意參加答辯。成績： 指導教師： 年 月 日答辯小組評語：該同學在設計過程中（出色、較好、基本上）完成了設計任務。圖面（清晰、較為清晰、基本清晰），結構（合理、基本合理）；設計說明書（論文）計算（全面、正確；較為全面、正確；基本正確），語言（正確、比較正確、基本正確）。答辯過程中能夠（正確、較為正確、基本正確）回答老師提出的問題。成績： 評閱人： 年 月 日課程設計總成績：答辯小組成員簽字： 年 月 日燕山大學課程設計評審意見表姓名 指導教師評語：該生在設計（論文）工作期間態(tài)度（認真、較好、一般、較差）；工作(積極主動、較主動、不主動)；出勤率（高、較高、一般、低）。（能正確、基本能）提出設計方案，設計工作量（大、較大、一般），設計難度（大、較大、一般）。工作中有（強的、較強的、一般的）創(chuàng)新意識；專業(yè)基礎理論（扎實、較扎實、一般、較差）。（出色的、較好的、一般的、基本上）完成了課程設計（論文）任務書所確定的任務。同意參加答辯。成績： 指導教師： 年 月 日答辯小組評語：該同學在設計過程中（出色、較好、基本上）完成了設計任務。圖面（清晰、較為清晰、基本清晰），結構（合理、基本合理）；設計說明書（論文）計算（全面、正確；較為全面、正確；基本正確），語言（正確、比較正確、基本正確）。答辯過程中能夠（正確、較為正確、基本正確）回答老師提出的問題。成績： 評閱人： 年 月 日課程設計總成績：答辯小組成員簽字： 年 月 日燕山大學課程設計評審意見表姓名 指導教師評語：該生在設計（論文）工作期間態(tài)度（認真、較好、一般、較差）；工作(積極主動、較主動、不主動)；出勤率（高、較高、一般、低）。（能正確、基本能）提出設計方案，設計工作量（大、較大、一般），設計難度（大、較大、一般）。工作中有（強的、較強的、一般的）創(chuàng)新意識；專業(yè)基礎理論（扎實、較扎實、一般、較差）。（出色的、較好的、一般的、基本上）完成了課程設計（論文）任務書所確定的任務。同意參加答辯。成績： 指導教師： 年 月 日答辯小組評語：該同學在設計過程中（出色、較好、基本上）完成了設計任務。圖面（清晰、較為清晰、基本清晰），結構（合理、基本合理）；設計說明書（論文）計算（全面、正確；較為全面、正確；基本正確），語言（正確、比較正確、基本正確）。答辯過程中能夠（正確、較為正確、基本正確）回答老師提出的問題。成績： 評閱人： 年 月 日課程設計總成績：答辯小組成員簽字： 年 月 日燕山大學課程設計評審意見表姓名 指導教師評語：該生在設計（論文）工作期間態(tài)度（認真、較好、一般、較差）；工作(積極主動、較主動、不主動)；出勤率（高、較高、一般、低）。（能正確、基本能）提出設計方案，設計工作量（大、較大、一般），設計難度（大、較大、一般）。工作中有（強的、較強的、一般的）創(chuàng)新意識；專業(yè)基礎理論（扎實、較扎實、一般、較差）。（出色的、較好的、一般的、基本上）完成了課程設計（論文）任務書所確定的任務。同意參加答辯。成績： 指導教師： 年 月 日答辯小組評語：該同學在設計過程中（出色、較好、基本上）完成了設計任務。圖面（清晰、較為清晰、基本清晰），結構（合理、基本合理）；設計說明書（論文）計算（全面、正確；較為全面、正確；基本正確），語言（正確、比較正確、基本正確）。答辯過程中能夠（正確、較為正確、基本正確）回答老師提出的問題。成績： 評閱人： 年 月 日課程設計總成績：答辯小組成員簽字： 年 月 日