小型振动磨机机械结构设计

小型振动磨机机械结构设计

李梦龙

 中汽昌兴(洛阳)机电设备工程有限公司 471000

第1章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

伴随着科学的进步以及人类社会的发展，粉体原料被赋予了越来越高的要求，这是因为产业的进步和传统行业升级所造成的，它们需要拥有更加细微的颗粒，指定的形状，较高的纯度，对环境较低的污染以及严格的颗粒分布。比如化妆品原料，高级陶瓷和耐火材料原料，高档和特种油漆涂料的颜料及填料，高档纸张的颜料和填料以及高聚物基复合材料的填料等等。人们对于这些原料的要求很多，比如平均粒径的大小，粒径分布的情况等等。有的要求颗粒表面光滑，分布规范。有的要求颗粒形状指定，比如圆形，柱形，纺锥形等等；有的要求原料杂质含量低，纯度高，比如碳酸钙，高岭土等等，都被赋予了纯度的要求，不能被有色金属氧化物杂质所污染，有色金属包括了铁、铜、锰、钒等等。

第2章  振动磨机的理论综述

利用振动原理来对固体物料进行研磨的设备称为振动磨机。这种设备是在线性弹性体和非线性弹性体互相耦合形成的一种振动系统。能依据工作要求对物体进行细磨、振动磨等，振动磨是在圆筒形的磨体上添加激振器提高振动磨机的震动效率[1]。一般来说，振动磨的磨介装填系数是非常高的，占总容积的65%以上，特定的磨机甚至能够达到85%。一般来说，磨介通常为钢球、氧化铝球或者是其他材料所制成的球体组成，而且直径一般为10～50mm。由于磨机所采用的磨介充填系数相对较高，因此这类磨机的震动效率也相对较高，磨碎效率也是振动磨机中最高的。振幅一般为3～20mm、振动频率在1000～1500次/min，工作时需要结合实际要求选择合适的频率，选择依据一般为被磨物料的物性及产品粒度[7]。

振动磨机的工作原理是在激振力的作用下对物体进行剧烈的振动，使物体在不断震动的效果下产生高速旋转运动，而且在振动过程中通过磨介不断和被磨物体接触，达到对物体磨细的目的[8]。

通过近些年的实际使用结果，发现振动机设备的投资相对较少，而且在加工起来也非常容易，能够对石头等这类固体物料进行非常有效的研磨，这种工艺近年来在超细磨物料的研磨过程中使用也越来越多，同时也能有效节省投资[]。正因此，使用振动磨机对固体物质进行研磨是一种非常明智的选择[9]。

2.1 振动磨机的工作原理

通过结构组成形式可以将振动磨机的结构分割为以下几个，磨机磨筒、激振装置、联轴器、驱动电机以及支撑弹簧等。不同的振动磨机虽然结构上有较为简单差异，但实际的工作原理是一样的，都是由偏心体所产成的冲击力来实现对物料的粉碎，也可以认为是被磨物体在磨介的不断碰撞下在磨筒内部产生高速旋转，最终被磨介所打碎，成为粉末，下图2.1即为卧式振动磨机的结构原理图。

图2.1 卧式振动磨机的结构原理图

振动磨机在工作时磨筒内部的物料会受到各种物体的作用力，最常见的就是磨介和磨筒，磨介通过不断和被磨物体接触碰撞使其具有一定的挤压力，被磨物体与磨筒接触也会产生一定的剪切力，除此之外，物料之间也会彼此碰撞。驱动电机的存在能够带动激振器中的偏心重块在磨筒内部快速旋转，这一过程会产生一定的激振力，而且这个力还是呈周期性存在。物体在磨机内部的高频振动也使机体获得了一定的向心力。通过对激振器的结构进行分析发现，激振器是由4组主副偏心块组成，工作时通过对偏心块的角度进行改变能够对激振力的大小进行改变，实现改变振幅的目的。但是需要注意的是，在改变角度过程中必须保证前后角度的方向是一致的。

第3章  振动磨机传动部件结构设计

在当前的论文中，该设备的传动部分主要为V带传动的方式[19-20]。

带传动实际上就是通过套于带轮之上的挠性环形带带来一定的摩擦力，从而进行运动与动力的有效传递。其主要的优点是有较低的噪声、良好的吸振缓冲性能，较高的平稳性以及简单的结构形式等，此外还可实现多轴以及大轴距情况之下的动力传递，同时易于维护、无需进行润滑以及有比较低的成本，因此已经被大量地应用于机械传动领域[21]。

其基本原理如下：它需要在2个或以上的轮上张紧，从而起到中间挠性件的作用，而且通过其相互接触所形成的摩擦力来进行动力或是运动形式的有效传递。

带传动类型：

1）平带  它有矩形的截面，其工作面是内表面。生产制造过程的难度较低，有简单的结构形式，主要被应用于有比较大的传动中心距的相关场合之中。

2）V带： 它具有梯形的截面，工作表面为侧面。它具有非常广泛的应用，而且在张紧力大小相等的情况之下，该类传动具有大于平带传动的摩擦力。

3）多楔带：主要是将若干的V带设置于平带基体之上，从而实现传动。它能够进行较大功率的有效传递。它同时拥有前面二者的优点，有比较大的摩擦力以及良好的柔韧性，因此在结构形式紧凑，而且所需传递的功率比较大的情况较为适用。

4）圆形带： 它有着圆形的截面。通常是被应用在所需传递的功率比较小的场合。

5）啮合式带传动：其传动比较为固定，而且没有滑动；由于采用的带具有良好的柔韧性，因此可选用比较小的带轮；可传递比较大的功率。对于高精度且平稳的传动场合较为适用。

第4章  振动磨机功能部件造型设计

4.1 振动弹簧的设计与计算

4.1.1 隔振弹簧有关参数的设计

1）频率比的选择Z

当频率比满足的条件，则弹簧将会具有一定的隔振作用，也就是

因此确定Z值为6，那么其隔振系数计算如下：

2）绝对传递系数

3)隔振效率

4)确定固有频率

由可知：

5）传给基础的动载荷值

6）隔振弹簧总刚度

7）弹簧的个数

由4<<40,初选＝8

8）单个弹簧所需刚度

9）已知工作振幅e=6.41mm

则稳态响应振动的最大位移：

所以取＝30mm。

10）隔振弹簧的最小变形量

，取＝12mm

则最小工作载荷：

11）隔振弹簧的工作变形量：

则工作载荷。

 结 论

当前的论文详细地探讨了卧式振动磨粉机的基本机理，此外还对粉磨效率的主要影响因素进行了深入的分析,而且基于机械振动方面的主要理论知识,全面地阐述了该类设备之中参振体自身的具体运动特征及规律,而且优化设计该设备的结构。通过Solid Works来进行了该设备的3D实体模型构建。

主要的组成包括弹簧、筒体、轴承、激振器、主轴、挠性联轴器以及电机等。本文深入地开展了相关的计算分析。进而通过AutoCAD来开展了该设备的工程设计工作。

参 考 文 献

[1]程敏,刘保国,刘彦旭.振动磨机研磨介质填充率的质量计量法及其修正[J].中国机械工程,2019,30(18):2164-2171.

[2]韩清凯,翟敬宇,张昊. 机械动力学基础及其仿真方法[M].武汉理工大学出版社:, 201709.331.

[3]乔博磊. 新型立式振动研磨机研究与设计[D].陕西科技大学,2017.

[4]韩清凯,翟敬宇,张昊. 机械动力学与振动基础及其数字仿真方法[M].武汉理工大学出版社:数字制造科学与技术前沿研究丛书, 201612.272.

[5]Shao Yong Cao. The Mechanical Structure Design of Bionic Quadruped Walking Robot[J]. Applied Mechanics and Materials,2016,4278.

[6]潘银松. 机械原理[M].重庆大学出版社:机械设计制造及其自动化专业应用型本科系列教材, 201608.241.