PAGE 1 PAGE 1 Solid Edge的溢流型球磨机结构设计  本文分析溢流型球磨机机构，利用SolidEdge实体建模对溢流型球磨机进行参数化特征建模与结构更改。结合SolidEdge的机构约束条件对溢流型球磨机进行虚拟装配，从而得到虚拟样机实体模型。  磨机是粉磨和超细粉碎过程的重要设备。球磨机目前仍旧是国内广泛便用的粉磨设备，其中格子型和溢流型球磨机是选矿工业及其他工业部门最常用的粉磨设备。溢流型球磨机排矿方式是靠矿浆高过中空轴的下边缘而自行溢流出简体，无需另外装设沉重的格子板。其构造简洁、修理量小及产品粒度较细等优点而具有较高的使用价值及经济效益。  溢流型球磨机结构简图如图1所示。 图1流型球磨机结构简图 矿料通过进料端1逐步输送至中空轴颈筒体2，筒体为钢板制造的长圆筒，配有钢制衬板与筒体固定，内装研磨体，研磨体一般为钢制圆球，并按不同直径和特殊的比例装入筒中。研磨体也可用钢段，可依据研磨物料的粒度加以选择。当球磨机筒体转动时，研磨体由于惯性和离心力、以及摩擦力的作用，贴附在筒体衬板上被筒体带走，当被带到一定高度时，由于其本身的重力作用而被抛落。下落的研磨体像抛射体一样将筒体内的物料击碎，之后由排矿端3将磨矿成品排出。  传统设计采用的手工设计与绘图、样机实脸的方式效率低，成本高，修改过程复杂，标准化困难，无法满意企业的设计的基本要求。考虑到企业的详细接受状况和员工真实的情况，打算选用价格较低、易学易用的SolidEdge软件对溢流型球磨机进行整机实体建模。该软件不仅能建立产品的三维参数化模型，而且还能获得完成精确设计的学问，为整机分析工作供应了极大便利。另外一个特点是其供应的标准件库能够实现绝大多数国产标准件的要求，不必用户单独创建，节约了大量的二次开发时间，这也是选择该软件的重要原因。  文中所述过程，为在云南某企业设计中进行的实际设计流程。采用参数化方式对溢流型球磨机进行了完整设计，并取得了最终样机。在工程实践中提高了企业设计生产效率，降低了成本，得到了企业的认可。  1溢流型球磨机虚拟样机实体建模  1.1实体建棋设计  溢流型球磨机主要由中空轴颈筒体、主轴承和给矿端等部分所组成。虚拟样机的设计必需要使整机整体及各部分构件协调，无干涉现象。  钢球在球磨机筒体内的运动状况，主要打算于球磨机转速，假如转速过低，这些介质被筒体带起的高度很小，向下滚动或滑落时，只有少数的冲击力粉碎物料；假如筒体的转速过高，介质在离心力作用下贴附在筒体内璧，随着磨机一起回转而不落下，不能工作；只有在正常转速下，介质升到一定高度掉落，才能冲击物料使之粉碎。它们的运动状况如图2所示。 图2粉磨介质在球磨机内的运动介质 球磨机的临界转速是指能够使介质开始贴附在筒体内壁上一起回转而不掉落的最低转速n(r/min)，假定介质与筒体之间没有滑动，则临界转速可按公式(1)计算：  调整筒体内径D，能获取球磨机的适当转速，以确定其是不是满足图2b要求。  球磨机的工作转速n应小于临界转速nc。经理论分析，钢球脱离筒璧时，若球体与球启机中心的连线与通过球磨机中心的垂线之间的夹角(脱离角)为54°40＇，此时的有效工作上的能力最大，而此时球脚机转速为临界的76%，故球磨机的工作转速n可按公式(2)计算：  将D的值带入公式(2)可得球磨机的工作转速。  球磨机运转时，电机供给的动力中，一部分用以举升物料和介质，使之做有用功，是有效功；另一部分则用于克服摩檫阻力。  由于形响动力消耗的因素太多，目前计算功率的方法大多是以实际测定数据为基础，因此能采用经脸公式(3)来计算球磨机功率：  其中m为钢球装填总量，C表示与装填量有关的系致，可查表获得。  本文分析溢流型球磨机机构，利用SolidEdge实体建模对溢流型球磨机进行参数化特征建模与结构更改。结合SolidEdge的机构约束条件对溢流型球磨机进行虚拟装配，从而得到虚拟样机实体模型。  磨机是粉磨和超细粉碎过程的重要设备。球磨机目前仍旧是国内广泛便用的粉磨设备，其中格子型和溢流型球磨机是选矿工业及其他工业部门最常用的粉磨设备。溢流型球磨机排矿方式是靠矿浆高过中空轴的下边缘而自行溢流出简体，无需另外装设沉重的格子板。其构造简洁、修理量小及产品粒度较细等优点而具有较高的使用价值及经济效益。  溢流型球磨机结构简图如图1所示。 图1流型球磨机结构简图 矿料通过进料端1逐步输送至中空轴颈筒体2，筒体为钢板制造的长圆筒，配有钢制衬板与筒体固定，内装研磨体，研磨体一般为钢制圆球，并按不同直径和一定比例装入筒中。研磨体也可用钢段，可依据研磨物料的粒度加以选择。当球磨机筒体转动时，研磨体由于惯性和离心力、以及摩擦力的作用，贴附在筒体衬板上被筒体带走，当被带到一定高度时，由于其本身的重力作用而被抛落。下落的研磨体像抛射体一样将筒体内的物料击碎，之后由排矿端3将磨矿成品排出。  传统设计采用的手工设计与绘图、样机实脸的方式效率低，成本高，修改过程复杂，标准化困难，无法满意企业的设计要求。考虑到企业的详细接受状况和员工实际状况，打算选用价格较低、易学易用的SolidEdge软件对溢流型球磨机进行整机实体建模。该软件不仅能建立产品的三维参数化模型，而且还能获得完成精确设计的学问，为整机分析工作供应了极大便利。另外一个特点是其供应的标准件库可以完成绝大多数国产标准件的要求，不必用户单独创建，节约了大量的二次开发时间，这也是选择该软件的重要原因。  文中所述过程，为在云南某企业设计中进行的实际设计流程。采用参数化方式对溢流型球磨机进行了完整设计，并取得了最终样机。在工程实践中提高了企业设计生产效率，降低了成本，得到了企业的认可。  1溢流型球磨机虚拟样机实体建模  1.1实体建棋设计  溢流型球磨机主要由中空轴颈筒体、主轴承和给矿端等部分组成。虚拟样机的设计必需要使整机整体及各部分构件协调，无干涉现象。  钢球在球磨机筒体内的运动状况，主要打算于球磨机转速，假如转速过低，这些介质被筒体带起的高度很小，向下滚动或滑落时，没有足够的冲击力粉碎物料；假如筒体的转速过高，介质在离心力作用下贴附在筒体内璧，随着磨机一起回转而不落下，不能工作；只有在正常转速下，介质升到一定高度掉落，才能冲击物料使之粉碎。它们的运动状况如图2所示。 图2粉磨介质在球磨机内的运动介质 球磨机的临界转速是指能够使介质开始贴附在筒体内壁上一起回转而不掉落的最低转速n(r/min)，假定介质与筒体之间没有滑动，则临界转速可按公式(1)计算：  调整筒体内径D，可以获取球磨机的适当转速，以确定其是否符合图2b要求。  球磨机的工作转速n应小于临界转速nc。经理论分析，钢球脱离筒璧时，若球体与球启机中心的连线与通过球磨机中心的垂线之间的夹角(脱离角)为54°40＇，此时的有效工作能力最大，而此时球脚机转速为临界的76%，故球磨机的工作转速n可按公式(2)计算：  将D的值带入公式(2)可得球磨机的工作转速。  球磨机运转时，电机供给的动力中，一部分用以举升物料和介质，使之做有用功，是有效功；另一部分则用于克服摩檫阻力。  由于形响动力消耗的因素太多，目前计算功率的方法大多是以实际测定数据为基础，因此能够使用经脸公式(3)来计算球磨机功率：  其中m为钢球装填总量，C表示与装填量有关的系致，可查表获得。  本文分析溢流型球磨机机构，利用SolidEdge实体建模对溢流型球磨机进行参数化特征建模与结构更改。结合SolidEdge的机构约束条件对溢流型球磨机进行虚拟装配，从而得到虚拟样机实体模型。  以往在进行上面的数据处理中，只能通过手工或编程处理的方式间接获得这些计算数据，特别麻烦。通过建好的三维参数化模型以及软件供应的表达式，可以随时更改直径并通过查询工具查得这些值，参数化应用大大提高了计算效率，这也是本次设计中最常使用的方法。  (1)给矿端。给矿端由给矿器、螺旋进料口组成。常用的给矿器有鼓式、蜗式和联合式三种。因为鼓式给矿器结构简洁、给矿便利，故选择该方式。如图3所示，矿料通过鼓式给矿器送入螺旋进料结构，由螺旋送料结构跟随筒体一起作回转运动，从而使待破裂物料渐渐被送入筒体中进行研磨。  给矿器与螺旋进料口装配关系如图4所示。 图3给矿器图4给矿器与螺旋进料口装配关系 往往对于装配件而言，当转变某个装配尺寸时，如转变螺旋进料口的内径，还必需更改给矿器的外径，否则必定发生干涉。而采用SolidEdge供应的参数化关系工具，则可以首先定义它们二者之间彼此相等，这样在修改一个零件的尺寸时，另一零件上的相应尺寸也发生同样变化，而不必一一修改，大大提高了设计效率。  同时，由于SolidEdge采用了单一数据库的方式，所以当三维实体摸型发生转变时，工程图文件也发生相应变化，避免了由于手工依次修改简单造成的人为硫忽等错误。  这是本次设计的一个最有效的解决手段之一。  (2)中空轴颈筒体。球磨机的筒体是球磨机主要工作部件之一。筒体工作时除承受研磨体的静载荷外，还受到研磨体的冲击，且筒体是回转的，所以筒体上产生的是交变应力。因此，它必需具有足够的强度和刚度。主要分为主体和法兰两个部分，焊接成型。两侧法兰与进料、出科端盖连接到一起，两侧端盖分别与给矿出矿端相应部件通过螺栓连接，另外出料端盖还需要与传动大齿轮螺栓连接。筒体顶部开设有一个方孔，便利更换筒体内磨损的衬板和钢球以及钢球的装入和停机检修。简体内部装有衬板。衬板是用来保护筒体的，使筒体免受研磨体和物料的直接冲击和摩擦，以提高筒体的寿命；同时也可利用不同形式的衬板来调整研磨体的运动状态，以增加研磨体对物料的粉碎作用，有助于提高磨机的粉磨效率，增加产量，并降低金属的消耗。如图5所示。 图5中空轴颈筒体 大齿轮安装在出料端盖上，并用螺栓将筒体法兰、出料端盖和大齿轮连接在一起，它们的放置顺序如图6所示。大齿轮与筒体的连接使得电动机的动力得以传给筒体，带动筒体旋转，从而使球磨机完成研磨。 图6大齿轮、出料端和筒体装配关系 本文分析溢流型球磨机机构，利用SolidEdge实体建模对溢流型球磨机进行参数化特征建模与结构更改。结合SolidEdge的机构约束条件对溢流型球磨机进行虚拟装配，从而得到虚拟样机实体模型。  (3)排矿端。溢流型球磨机内的物料或料桨的料位，取决于排料端中空轴颈的大小。其料位通常比格子型球磨机的料位高。溢流型球磨机的产品要漫过中空轴颈的最低线经过中空轴颈而排出。无需安装沉重的格子板。  排料圆筒筛子可以筛分合格产品和不合格产品。上设小孔，与轴承内套结构联接在一起，从轴承内套送来的产品经过圆筒筛子时，符合产品粒度的物料将从筛子里漏了下去，成为合格产品，而无法从筛子的孔洞中漏出的物料为不合格产品。  在设计中，采用阵列方式生成料圆筒筛孔，只要修改孔的大小及阵列方式，即可对排料圆筒筛子进行修改，如图7所示。 图7排矿端 (4)主轴承。球磨机的主轴承采用自位调心滑动轴承，轴承座是凹形球面，下轴瓦内表面铸有巴氏合金，外表面做成凸出的球面，两者成球面接触，避免了中空轴颈和轴瓦形成局部接触。为防止轴瓦转位过大从轴承座中滑出，在轴承座和轴瓦的球面中央放一圆柱销钉。轴承采用稀油集中油站润滑，油流经泵分四路压入主轴承和传动轴承中，然后排到轴承底部的排油管道，再流回油箱，如图8所示。 图8主轴承 (5)总装。总体装配时，先安装主轴承部分，由主轴承为基础，按顺序安装回转筒体部分、传动部分、电动机、给料部分和出料部分。溢流型球磨机虚拟样机模型及工程剖视图如图9所示。 图9溢流型球磨机装配图及工程图 2干涉检查  在SolidEdge动态仿真中，碰撞和间隙捡查是特别重要的，借此能够直观地看出整体设计效果以及装配体是否达到预期效果。比如，运动软迹、传动路线是否精确无误；部件间是否碰撞，间隙是否达到要求等，尽量避免不应有的错误，从而提高设计的精确性。削减不必要的损失，这可以通过软件供应的“装配路径查找器”进行干涉零件检查，假如选定部件中发觉干涉，系统将以记事本txt的格式提示，如图10a所示，从而依据提示对产生干涉零件的尺寸进行修改，并再次检查，直到没有发觉干涉为止，如图10b所示。 图10干涉检查 3有限元分析  对于使用上述方式建立的三维模型，可以导入到ANSYS等软件中进行有限元分析，并获取有效的结论。而这些工作是手工计算所无法满意的，限于篇福，且非本软件设计内容，故在此不再列出。  4结论  基干SolidEdge软件平台建立起的溢流型球磨机虚拟样机，其全部部件实体建模都采用参数化尺寸，因此能特别便利地进行修改设计工作，大大简化开发过程，缩短开发周期，削减开发费用，为进一步优化结构供应了牢靠的依据。

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