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：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（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1.完成圓盤造球機方案設計，確定主要工藝參數、設備參數，校核設備參數；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．充分考慮經濟因素，完成造球機的成本核算，進行技術經濟性評價。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。工作量完成造球機結構設計圖及關鍵零件圖紙；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:機械工業出版社,1997:11-195.[2]姜濤.燒結球團生產技術手冊[M].北京:冶金工業出版社,2014[3]傅菊英.燒結球團學[M].長沙:中南工業大學出版社,1996指導教師簽字基層教學單位主任簽字摘要目錄TOC\o"1-3"\h\u摘要 I前言 2一、圓盤造球機簡介 3二、圓盤造球機作業情況概述 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.內齒輪傳動的圓盤造球機 63.工業用圓盤造球機實物圖 7四、圓盤造球機的參數 8五、圓盤造球機主要參數及結構確定 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，是球團生產的兩大基本環節，因此，造球機是球團廠的重要設備之一。造球機工作的好壞，直接影響球團礦產量和質量及球團廠的技術經濟指標。對于造球機械設備，一般有以下要求：①結構簡單，工作平穩可靠；②設備重量輕，電能消耗少；③對原料的適應性強，易于操作和維護；④產量高，質量好。從上述要求出發，多年來國內外都進行了大量的試驗研究工作，這對于球團礦的發展起了很好的促進作用。據報導，目前國內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工藝中的制造生球的設備。其結構組成為轉動心軸結構，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，可在規定的范圍內任意調節。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動。盤上裝有噴水管及刮料板等裝置。粉料加進盤內被水濕潤后，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滾大時，則滾向盤邊排出，造球完成。二、圓盤造球機作業情況概述1.圓盤造球機的工作原理①它的主要部件系傾斜的帶有周邊的鋼質圓盤，圓盤繞中心軸（或中心線）按一定速度旋轉；②通過皮帶機向盤內加料區加入細粒的混合礦料；③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；④物料在盤邊、盤底產生的摩擦力的帶動下向上提升，當礦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，并長大到規定的尺寸；⑤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①為了制造出質量良好的球團，對造球機要求不僅能產生滾動運動，使物料滾動成球，而且能使料球產生一定的壓實力，這就要求圓盤的安裝應傾斜一定的角度，當圓盤轉動時，能使物料產生上向及下向的滾動運動，制出球團。②所需要的給料量相當于排出的生球量。③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，以便最大限度地提高造球機的產量和質量。因此，對圓盤造球機中的物料運動規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：①傘齒傳動圓盤造球機；②內齒傳動圓盤造球機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。造球機的轉速可通過改變皮帶輪的直徑來調整，圓盤的傾角可以通過螺桿調節。1-刮刀架2-刮刀3-圓盤4-傘齒輪5-減速機6-中心軸7-調傾角螺桿8-電動機9-底座傘齒輪傳動的圓盤造球機結構圖2.內齒輪傳動的圓盤造球機內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，并與調整傾角的螺桿相連，當調節螺桿時，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-調傾角螺桿8-底座9-內齒圈傘齒輪傳動的圓盤造球機結構圖3.工業用圓盤造球機實物圖四、圓盤造球機的參數為了制取合格的生球，圓盤造球機的參數，如圓盤轉速、圓盤傾角、盤邊高度、填充率以及物料停留時間等，均應根據不同的圓盤規格而定，圓盤直徑是圓盤機的最主要參數。1.圓盤直徑圓盤造球機的圓盤直徑決定著圓盤面積的大小。其面積對生球質量沒有影響，但對造球機的產量卻具有決定性的意義。直徑D增大，加入盤中物料增多，物料在盤內碰撞的幾率增大，有利于母球的形成、長大和密實。根據對圓盤造球機的運動特性分析，其產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，主要依據造球規模的大小而定。我國規定的造球機圓盤直徑系列規格有2000、2500、2800、3200、3500、4000、4500、5000、5500、6000mm十種。國外的圓盤直徑有的高達7500mm。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0.1～0.2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：h＝CD（1）式中：h-邊高，m；D-圓盤直徑，m；C-常數。Pietsch和Bombled認為該常數C為0.2。Klatt則認為常數0.2只適宜于直徑為4m以下的圓盤。直徑再大時，該常數值應逐漸減小。3.圓盤傾角圓盤傾角與物料性質和圓盤轉速有關。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，使圓盤造球機的產量下降。傾角的大小由經驗確定，一般為40°～50°。對于某些物料，在某種轉速下，傾角也有大到60°的。圓盤充填率數值太大，會破壞物料的運動性，不能按粒度分層，其值一般在10～20%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，時間的長短可由調整圓盤的轉速和傾角來控制。一般情況下，造球時間為6～8min。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.圓盤轉速n①當圓盤直徑、傾角一定時，轉速n只能在一定范圍內變動。②轉速過大，離心力過大，物料甩到盤邊，造成圓盤中心空料，不能分級；③轉速過小，離心力不夠，物料不能上升到盤頂，造成母球區形成空料區。④一般以圓盤邊線速度計，約1.0～2.0m/s?；蛞宰罴艳D速為臨界轉速的60~70%來控制。由于圓盤造球機的轉速n是本次設計過程中一個重要參數，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，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：（β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）代入后得：兩邊除以mg：③五、圓盤造球機主要參數及結構確定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=0.2×500=100mm。3.圓盤傾角本次課程設計造球機的造球原料為面粉，經查閱，面粉安息角在30°~40°，為保險起見，我們初定圓盤傾斜角（因圓盤傾角可調）。4.圓盤轉速nR=25mm，，初取f=0.5，考慮到一些特殊粉料，計算時取45°，代入③式：5.電機轉速n電本著經濟性原則，我們小組決定采用經濟性較好的小電機，在網上了解后，最終選取了25W的電機，轉速n=120r/min。6.傳動齒輪的d、m、z經討論，我們小組成員決定采用兩級齒輪傳動機構實現圓盤的轉動。，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/T276-1994，即內徑，外徑，軸承座選取型號GB/T7809-1995-P204的鑄造立式座，內徑。六、部分零件二維圖及總裝圖末級大齒輪二維圖光軸支座二維圖支承套筒架二維圖底部鋼板二維圖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，到現在覺得以前的專業知識不夠扎實，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，在設計過程中發現了自己的不足，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：化學工業出版社，2007[2]許立忠，周玉林.機械設計.北京：中國標準出版社，2009[3]韓曉娟.機械設計課程設計指導手冊.北京：中國標準出版社，2008[4]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,2011[5]白明華.圓盤造球機調角裝置的設計計算.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）創新意識；專業基礎理論（□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）創新意識；專業基礎理論（□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）創新意識；專業基礎理論（□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：