小型振動(dòng)磨機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

小型振動(dòng)磨機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

目錄

第1章緒論...............................................................1

1.1課題的研究背景及意義..............................................1

1.2振動(dòng)磨機(jī)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀..........................................2

1.2.1國外振動(dòng)磨機(jī)研究發(fā)展概況......................................2

1.2.2國內(nèi)振動(dòng)磨機(jī)發(fā)展概況.........................................3

1.3研究內(nèi)容..........................................................4

第2章振動(dòng)磨機(jī)的理論綜述.............................................5

2.1振動(dòng)磨機(jī)的工作原理................................................6

2.2振動(dòng)磨機(jī)的種類....................................................7

2.3影響振動(dòng)磨機(jī)效率的因素............................................8

2.3.1振動(dòng)強(qiáng)度.....................................................8

2.3.2研磨介質(zhì)....................................................11

2.3.3運(yùn)動(dòng)軌跡.....................................................12

2.3.4磨介填充率..................................................12

2.3.5被磨物料填充系數(shù)............................................14

2.3.6研磨時(shí)間....................................................14

2.3.7其他因素....................................................15

2.4提高粉磨效率和降低能耗的途徑.....................................17

2.4.1提高振幅'提高振動(dòng)強(qiáng)度..........................................17

2.4.2避免“泛能區(qū)”..................................................18

2.4.3合理選擇參振質(zhì)量系數(shù)........................................18

3.1傳動(dòng)帶及帶輪設(shè)計(jì).................................................3

3.1.1.V帶結(jié)構(gòu)造型................................................7

3.1.2.大帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)..............................................8

3.1.3.小帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).........................................9

3.1.4.帶傳動(dòng)裝配.................................................10

3.2.軸承的選擇......................................................10

3.3.聯(lián)軸器的選擇....................................................11

第4章振動(dòng)磨機(jī)功能部件造型設(shè)計(jì).........................................13

4.1振動(dòng)彈簧的設(shè)計(jì)與計(jì)算..............................................13

4.1.1隔振彈簧有關(guān)參數(shù)的設(shè)計(jì).......................................13

2

4.1.2隔振彈簧的材料選擇..........................................15

4.1.3彈簧的尺寸參數(shù)的確定........................................15

4.1.4彈簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)..............................................16

4.1.5彈簧剛度、變形量及特性校核..................................17

4.2篩筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)...................................................21

結(jié)論....................................................................24

參考文獻(xiàn)..............................................................25

致謝.....................................................錯(cuò)誤!未定義書簽。

3

第1章緒論

1.1課題的研究背景及意義

伴隨著科學(xué)的進(jìn)步以及人類社會(huì)的發(fā)展，粉體原料被賦予了越來越高的要求，這是

因?yàn)楫a(chǎn)業(yè)的進(jìn)步和傳統(tǒng)行業(yè)升級(jí)所造成的，它們需要擁有更加細(xì)微的顆粒，指定的形狀,

較高的純度，對(duì)環(huán)境較低的污染以及嚴(yán)格的顆粒分布。比如化妝品原料，高級(jí)陶瓷和耐

火材料原料，高檔和特種油漆涂料的顏料及填料，高檔紙張的顏料和填料以及高聚物基

復(fù)合材料的填料等等。人們對(duì)于這些原料的要求很多，比如平均粒徑的大小，粒徑分布

的情況等等。有的要求顆粒表面光滑，分布規(guī)范。有的要求顆粒形狀指定，比如圓形，

柱形，紡錐形等等；有的要求原料雜質(zhì)含量低，純度高，比如碳酸鈣，高嶺土等等，都

被賦予了純度的要求，不能被有色金屬氧化物雜質(zhì)所污染，有色金屬包括了鐵、銅、錦、

鈿等等。

自從上個(gè)世紀(jì)70年代左右，全反射x射線熒光分析法被人們發(fā)明了出來，這是一

種多元素儀器分析法，使用范圍很廣，包括農(nóng)業(yè)，冶金，石油，化工，環(huán)境保護(hù)，建材

等等不同的領(lǐng)域，在科學(xué)研究中使用普遍，且具有關(guān)鍵的地位。人們通常采用的方法是

直接壓片法，從而得到化學(xué)粉末樣品。壓片法的使用非常廣泛，可是因?yàn)槠龊土Χ炔?/p>

均勻效應(yīng)的影響，分析過程中并不準(zhǔn)確，會(huì)有一定的誤差，降低元素的精密度以及科學(xué)

程度。一般來講，粉末的顆粒越小，壓片試樣的表面均勻度就越高。在這個(gè)時(shí)候全反射

x射線熒光分析法就會(huì)體現(xiàn)出較好的效果，如果顆粒很大，那么分析的效果就非常差。

所以，伴隨著這種高要求，粉體的制備技術(shù)就被賦予了越來越高的要求。21世紀(jì)以來,

細(xì)粉的制備已經(jīng)有了多種多樣的方式，不過真正用于實(shí)際的生產(chǎn)和生活中主要的方式包

含著兩類，第一類是機(jī)械粉碎法，第二類是化學(xué)合成法。后者的成本很高，產(chǎn)量低，而

且操作困難；前者成本低，產(chǎn)量高，且操作容易，所以除了很少量的超細(xì)粉碎不得不使

用后者方法，絕大多數(shù)的金屬粉碎采用的方式都是機(jī)械粉碎法。我國已經(jīng)研發(fā)出來了很

多機(jī)械粉碎設(shè)備，包括以下幾種，比如高速機(jī)械沖擊式磨機(jī)，振動(dòng)磨粉機(jī)，氣流磨粉機(jī)

以及攪拌磨粉機(jī)等等。

下面來介紹振動(dòng)磨粉機(jī)，簡稱為振動(dòng)磨，這種設(shè)備是一種較為理想的設(shè)備，發(fā)展的

勢頭很猛，在相關(guān)行業(yè)內(nèi)廣為應(yīng)用，從原理上來看它的主要制造原理是高頻振動(dòng)弱化物

料，相對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)械制造設(shè)備來看有著天然的優(yōu)勢，不僅生產(chǎn)效率較高，能量耗費(fèi)較

小，而且也能夠具備較高的產(chǎn)量。和其他的設(shè)備相比，它的能耗很低，操作較為容易，

制造成本低廉，而且磨粉機(jī)在精細(xì)加工粉體的時(shí)候能夠有效提升粉體的表面活性，這就

會(huì)引發(fā)機(jī)械力化學(xué)活化效應(yīng)，所以這種細(xì)節(jié)還可以用來改良物體表面的活性。世界的多

個(gè)國家都已經(jīng)廣泛使用這種磨粉設(shè)備，比如日本，英國，德國和美國等發(fā)達(dá)國家的工業(yè)

領(lǐng)域。在中國，振動(dòng)磨粉機(jī)也有著十分廣泛的市場。

下面來介紹臥式振動(dòng)磨機(jī)，這種磨粉機(jī)能夠處理超細(xì)粉碎，在生產(chǎn)領(lǐng)域內(nèi)同樣具有

廣泛的應(yīng)用范圍。隨著高科技的不斷發(fā)展以及新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，納米技術(shù)開始崛起，

可是在生產(chǎn)和生活之中，制造納米材料時(shí)的方法通常是化學(xué)方法，隨著工業(yè)領(lǐng)域和其他

領(lǐng)域?qū){米材料的不斷需求，近些年來高薪產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，發(fā)展?jié)摿薮?。所以僅僅使

用化學(xué)方法來制備納米材料已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到人們的要求了，所以一些科學(xué)人員所開發(fā)出

了一種科研設(shè)想，提出能夠使用超細(xì)粉碎功能的振動(dòng)磨機(jī)，輔以分散劑和助磨劑，經(jīng)過

長時(shí)間的工作和運(yùn)行，能夠有效獲得納米顆粒。為了滿足市場的要求，針對(duì)其做出改善

是非常有必要的。所以，本次課題選取了臥式振動(dòng)磨機(jī)作為研究對(duì)象⑵。

1.2振動(dòng)磨機(jī)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

1.2.1國外振動(dòng)磨機(jī)研究發(fā)展概況

在振動(dòng)磨機(jī)研制方面，較早發(fā)展起來的國家是德國。在1940年前后，即便Hochst

這家針對(duì)振動(dòng)磨機(jī)進(jìn)行了較為科學(xué)、較為系統(tǒng)的研發(fā)，可是直到1950年前后，西德

Klockner-Humboldt-Deutz這家企業(yè)所研發(fā)出來的PALLA系列振動(dòng)磨機(jī)才得以成型，成

為了廣受歡迎的暢銷產(chǎn)品。自從上個(gè)世紀(jì)七十年代前后，德國的國家研究部就將超細(xì)粉

體制備技術(shù)(Sonderforxchungbereich)作為了與其他研究不同的領(lǐng)域?qū)Υ?，而且?lián)合

「ClaustabiBraunschweig工業(yè)大學(xué)、KHDAlpine公司，逐漸變?yōu)榱艘粋€(gè)統(tǒng)一的攻關(guān)

群體。根據(jù)相關(guān)信息顯示，當(dāng)前的Lurge企業(yè)生產(chǎn)的振動(dòng)模機(jī)有著較高的工藝水平，以

及較全的品種。磨桶的容積在60升到2500升之間，所以能夠滿足很多加工場合的不同

需求?？墒?，這種設(shè)備一般在制造的過程中都會(huì)選擇德國作為主要產(chǎn)國，可是德國對(duì)于

材料的要求工藝難度較大，選用了橡膠復(fù)合簧作為機(jī)器的部件，這使得成本大大提升，

就在一定程度上失去了發(fā)展中國家這個(gè)廣大市場。

日本在上個(gè)世紀(jì)60年代的時(shí)候，從德國引入了一些先進(jìn)的制作裝備，制作公司為

2

川崎重工，化工機(jī)械，大工產(chǎn)物等等，之后進(jìn)行了獨(dú)立的試劑研究。當(dāng)前，日本不僅能

夠生產(chǎn)間歇式的振動(dòng)磨機(jī)，也能夠生產(chǎn)臥式渦流振動(dòng)磨機(jī)以及連續(xù)振動(dòng)磨機(jī)，生產(chǎn)效率

較高，技術(shù)性能優(yōu)越，理論研究豐富，在世界上的制造水平都是很高的，所以有了很強(qiáng)

的市場競爭力，產(chǎn)品銷往了中國以及東南亞的各個(gè)國家。

美國的Allis-chalmers公司也采用了德國的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，生產(chǎn)出了多款振動(dòng)

磨機(jī)，磨管能夠達(dá)到六管，產(chǎn)量很高，不再使用老式的傳統(tǒng)設(shè)備了，而是選擇了中心驅(qū)

動(dòng)雙邊激振，這種類型的振動(dòng)磨機(jī)有著較好的穩(wěn)定性，運(yùn)用范圍十分廣泛，而且工藝制

作精良，很多國家都已經(jīng)引入了這項(xiàng)先進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，推動(dòng)了世界振動(dòng)磨機(jī)的發(fā)展。

在上個(gè)世紀(jì)90年代，這種類型的振動(dòng)磨機(jī)是生產(chǎn)超細(xì)粉體的主要裝備。

前蘇聯(lián)曙光生產(chǎn)聯(lián)合體在上個(gè)世紀(jì)80年代前后引進(jìn)了德國先進(jìn)的振動(dòng)磨機(jī)技術(shù)裝。

經(jīng)過一系列的設(shè)計(jì)以及研發(fā)，制作出了雙電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)式振動(dòng)磨機(jī)。這種振動(dòng)磨機(jī)的支

撐是空氣彈簧，這就使得機(jī)器運(yùn)作的過程中噪聲大大減少了，也改善了機(jī)器的性能，使

得其向大型化不斷發(fā)展，取得了先進(jìn)的突破性進(jìn)展。目前，這個(gè)企業(yè)能夠生產(chǎn)單管和雙

管這兩種振動(dòng)磨機(jī)類型。歐洲和亞洲的各個(gè)國家的建材以及礦山產(chǎn)業(yè)都廣泛使用了這種

先進(jìn)的振動(dòng)磨機(jī)。根據(jù)數(shù)據(jù)分析，這家工廠在研磨粉底的時(shí)候能夠達(dá)到每小時(shí)15噸的

產(chǎn)量，有效容積高達(dá)3000升，不過因?yàn)榻?jīng)濟(jì)原因等外部因素，到現(xiàn)在也沒有制作出來

樣機(jī)。

綜上所述，我們能夠總結(jié)出世界上僅僅只有少量的國家掌握了大型振動(dòng)模機(jī)技術(shù)的

關(guān)鍵技術(shù)，這對(duì)我國造成了一定的影響和限制制約。所以我們要自主研發(fā)，開發(fā)出屬于

中國自己的大型振動(dòng)磨機(jī)，這不僅有利于我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，也有利于樹立我國的大國地

位，展現(xiàn)我國的科研實(shí)力和技術(shù)水準(zhǔn)。

1.2.2國內(nèi)振動(dòng)磨機(jī)發(fā)展概況

我國的研磨設(shè)備包括球磨機(jī)，噴射磨，雷蒙德磨，攪拌磨，輯磨和柱磨等，當(dāng)前在

我國的水泥和陶瓷等行業(yè)的主導(dǎo)磨機(jī)主要是球磨機(jī)。由于我國的研磨設(shè)備類型多樣，并

且具有較多的優(yōu)勢，在實(shí)際的應(yīng)用中比較廣泛，但是同時(shí)也存在著一些無法避免的缺點(diǎn)。

例如有的工藝由于受到了機(jī)器本身的加工限制，對(duì)于一些硬度較高的礦渣粉煤灰等，這

些非金屬材料無法加工，再加上求魔其普遍噪音較大，對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染比較嚴(yán)重，因

此根本無法滿足當(dāng)下生產(chǎn)高質(zhì)量，高水平的材料。隨著當(dāng)前的新型建筑材料對(duì)粉體的細(xì)

度有了更多的需求，對(duì)球磨機(jī)也提出了更高的要求。一些大型多用途的超細(xì)振動(dòng)研磨機(jī),

3

無論是在結(jié)構(gòu)上還是原理上，都和傳統(tǒng)的磨機(jī)有著明顯的差異。其主要采用的是機(jī)械振

動(dòng)的原理，因此不需要耗費(fèi)較大的能量就可以開展工作，而且能夠降低在超細(xì)粉加工過

程中所需要耗費(fèi)的功耗。這項(xiàng)技術(shù)成果對(duì)傳統(tǒng)的研磨技術(shù)進(jìn)行了變革，不僅改變了傳統(tǒng)

的噪音大，污染比較嚴(yán)重的缺陷，同時(shí)還對(duì)一些硬度較高的材質(zhì)，有了更多的加工方式,

能夠在耗費(fèi)較低功耗的基礎(chǔ)上滿足基本的生產(chǎn)需求⑷。

由于受到了各種歷史因素的影響，我國振動(dòng)磨嘰試制工作最早開始于上世紀(jì)60年

代末，當(dāng)時(shí)的振動(dòng)磨機(jī)存在著很多技術(shù)問題，例如整體的剛度和連接強(qiáng)度，焊接的強(qiáng)度,

耐磨材料等技術(shù)都存在著較大的缺陷，并且缺乏配套的基礎(chǔ)設(shè)施做支撐。在早期我國的

研究發(fā)展速度是十分緩慢的，直到80年代中期，隨著河南新鄉(xiāng)一些東方礦山設(shè)備廠，

煙臺(tái)卓越機(jī)械傳動(dòng)有限公司，武漢大學(xué)西安建筑科技大學(xué)等單位開始生產(chǎn)振動(dòng)磨機(jī)，才

開始了有了大量的發(fā)展。不過這些單位所研制出來的振動(dòng)磨機(jī)存在的問題也比較嚴(yán)重，

在加工量上不能夠滿足生產(chǎn)需求，而且進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)，沒有相應(yīng)的配套措施，在粉

末的過程中，還會(huì)受到一些雜質(zhì)的影響。特別是超細(xì)粉體的加工面臨著很多技術(shù)難題，

如何去污提純，這些都需要及時(shí)改進(jìn)，相比于國外的發(fā)達(dá)國家，我國的發(fā)展速度是比較

緩慢的。很多產(chǎn)品都由于原材料與國外的制造工藝存在著較大的差距，導(dǎo)致我國的超細(xì)

粉體的加工質(zhì)量仍然處在初級(jí)階段，沒有進(jìn)步。我國的水泥、建材、陶瓷等領(lǐng)域一直無

法走入市場的領(lǐng)先地位，在市場上一直處于薄弱的環(huán)節(jié)。通過推廣新一代的節(jié)能振動(dòng)粉

磨設(shè)備，不僅能夠使我國在超細(xì)粉加工行業(yè)上能夠有更多的效率提升，而且還能夠加速

我國產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)備的轉(zhuǎn)型升級(jí)，讓我國的一些發(fā)展領(lǐng)域能夠在市場上更具有競爭力汽

雖然與國外相比我國在振動(dòng)磨的生產(chǎn)技術(shù)上還存在著較大的差距，無論是在理論研

究還是實(shí)證分析上，都存在著很大的不足，當(dāng)前，日本和西德的震動(dòng)沒技術(shù)，是世界上

最先進(jìn)的水平，我國在震動(dòng)強(qiáng)度上還無法達(dá)到這樣的要求。因此必須加強(qiáng)震動(dòng)強(qiáng)度的提

升，提高我國的生產(chǎn)效率以及粉末效率，這樣才能夠與發(fā)達(dá)國家的振動(dòng)磨技術(shù)相提并論

[6]

o

1.3研究內(nèi)容

原始數(shù)據(jù)：通過查閱國內(nèi)外有關(guān)振動(dòng)磨嘰的相關(guān)資料，制定出合適的設(shè)計(jì)方案，在

設(shè)計(jì)方案中，通過對(duì)容積、產(chǎn)品力度和功率等三個(gè)方面的設(shè)計(jì)進(jìn)行科學(xué)的方案確定，最

終構(gòu)建出振動(dòng)磨機(jī)的主要結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)過程中，主要考慮到振幅和振動(dòng)頻率，在兩者無

法達(dá)到平衡狀態(tài)下時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)強(qiáng)度減弱，無法達(dá)到預(yù)期的震動(dòng)效果。

4

在化學(xué)方法上制備納米設(shè)備己經(jīng)不能夠滿足當(dāng)下工業(yè)化的需求，在本課題的研究中

主要是以臥式振動(dòng)磨機(jī)為主要的研究對(duì)象，作為一種超細(xì)粉碎設(shè)備，如果再加上一些額

外的功能結(jié)構(gòu)，例如助磨劑，便可以在一定時(shí)間內(nèi)研磨到能夠達(dá)到納米粒度的顆粒。雖

然這樣的科研事項(xiàng)已經(jīng)在其他高校有了較多的研究，但是效果并不太理想，本文主要是

通過改進(jìn)臥式振動(dòng)磨機(jī)的結(jié)構(gòu)，從而能夠提升我國振動(dòng)磨機(jī)的振動(dòng)強(qiáng)度，以方便達(dá)到預(yù)

期的效果。

1、在總體設(shè)計(jì)上要結(jié)構(gòu)緊湊，盡可能地?fù)碛休^小的整機(jī)體積；

2、采用空氣彈簧，避免出現(xiàn)較大噪音；

3、在電機(jī)軸和激陣軸之間，采用柔性連接的方式，能夠提高軸承的使用壽命；

4、零件和零件的設(shè)計(jì)不能考慮結(jié)構(gòu)和工藝，以避免可加工性或保證加工質(zhì)量。

第2章振動(dòng)磨機(jī)的理論綜述

利用振動(dòng)原理來對(duì)固體物料進(jìn)行研磨的設(shè)備稱為振動(dòng)磨機(jī)。這種設(shè)備是在線性彈性

體和非線性彈性體互相耦合形成的一種振動(dòng)系統(tǒng)。能依據(jù)工作要求對(duì)物體進(jìn)行細(xì)磨、振

動(dòng)磨等，振動(dòng)磨是在圓筒形的磨體上添加激振器提高振動(dòng)磨機(jī)的震動(dòng)效率山。一般來說,

振動(dòng)磨的磨介裝填系數(shù)是非常高的，占總?cè)莘e的65%以上，特定的磨機(jī)甚至能夠達(dá)到

85%。一般來說，磨介通常為鋼球、氧化鋁球或者是其他材料所制成的球體組成，而且

直徑一般為10?50mm。由于磨機(jī)所采用的磨介充填系數(shù)相對(duì)較高，因此這類磨機(jī)的震

動(dòng)效率也相對(duì)較高，磨碎效率也是振動(dòng)磨機(jī)中最高的。振幅一般為3?20mm、振動(dòng)頻

率在1000~1500次/min,工作時(shí)需要結(jié)合實(shí)際要求選擇合適的頻率，選擇依據(jù)一般為

被磨物料的物性及產(chǎn)品粒度⑺。

振動(dòng)磨機(jī)的工作原理是在激振力的作用下對(duì)物體進(jìn)行劇烈的振動(dòng)，使物體在不斷震

動(dòng)的效果下產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而且在振動(dòng)過程中通過磨介不斷和被磨物體接觸，達(dá)到

對(duì)物體磨細(xì)的目的網(wǎng)。

通過近些年的實(shí)際使用結(jié)果，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)機(jī)設(shè)備的投資相對(duì)較少，而且在加工起來也

非常容易，能夠?qū)κ^等這類固體物料進(jìn)行非常有效的研磨，這種工藝近年來在超細(xì)磨

物料的研磨過程中使用也越來越多，同時(shí)也能有效節(jié)省投資口。正因此，使用振動(dòng)磨機(jī)

對(duì)固體物質(zhì)進(jìn)行研磨是一種非常明智的選擇⑼。

5

2.1振動(dòng)磨機(jī)的工作原理

通過結(jié)構(gòu)組成形式可以將振動(dòng)磨機(jī)的結(jié)構(gòu)分割為以下幾個(gè)，磨機(jī)磨筒、激振裝置、

聯(lián)軸器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及支撐彈簧等。不同的振動(dòng)磨機(jī)雖然結(jié)構(gòu)上有較為簡單差異，但實(shí)

際的工作原理是一樣的，都是由偏心體所產(chǎn)成的沖擊力來實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的粉碎，也可以認(rèn)

為是被磨物體在磨介的不斷碰撞下在磨筒內(nèi)部產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)，最終被磨介所打碎，成為

粉末，下圖2.1即為臥式振動(dòng)磨機(jī)的結(jié)構(gòu)原理圖。

滾動(dòng)軸承

圖2.1臥式振動(dòng)磨機(jī)的結(jié)構(gòu)原理圖

振動(dòng)磨機(jī)在工作時(shí)磨筒內(nèi)部的物料會(huì)受到各種物體的作用力，最常見的就是磨介和

磨筒，磨介通過不斷和被磨物體接觸碰撞使其具有一定的擠壓力，被磨物體與磨筒接觸

也會(huì)產(chǎn)生一定的剪切力，除此之外，物料之間也會(huì)彼此碰撞。驅(qū)動(dòng)電機(jī)的存在能夠帶動(dòng)

激振器中的偏心重塊在磨筒內(nèi)部快速旋轉(zhuǎn)，這一過程會(huì)產(chǎn)生一定的激振力，而且這個(gè)力

還是呈周期性存在。物體在磨機(jī)內(nèi)部的高頻振動(dòng)也使機(jī)體獲得了一定的向心力。通過對(duì)

激振器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，激振器是由4組主副偏心塊組成，工作時(shí)通過對(duì)偏心塊的

角度進(jìn)行改變能夠?qū)ふ窳Φ拇笮∵M(jìn)行改變，實(shí)現(xiàn)改變振幅的目的。但是需要注意的是,

在改變角度過程中必須保證前后角度的方向是一致的。這也是保證物體在磨筒內(nèi)部軌跡

不變的前提，通常情況下，磨筒軌跡越接近于圓，那么物體的研磨效果就越好。磨機(jī)在

振動(dòng)時(shí)磨筒內(nèi)部的物體會(huì)有三種運(yùn)動(dòng)方式：

1.非?？焖偾掖罅Φ膾伾溥\(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)方式能夠短時(shí)間內(nèi)粉碎那些比較大塊的物

料;

6

2.自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這種轉(zhuǎn)動(dòng)方式給了物料一種向心力，使物料在磨筒內(nèi)實(shí)現(xiàn)研磨；

3.公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)速度相對(duì)較慢，目的是給物料一個(gè)均勻的研磨效果。

磨機(jī)在做簡單的振動(dòng)時(shí)，磨筒內(nèi)部的被磨物體能夠快速的進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，然后與磨筒進(jìn)

行不斷碰撞，在這樣的情況下物料能夠被快速研磨，然后隨著出料口被輸送到機(jī)器外部,

成為一種粉末產(chǎn)品。

磨機(jī)的振動(dòng)頻率是非?？斓模畲笳駝?dòng)頻率能夠達(dá)到1500次/分，但是頻率高所帶

來的缺點(diǎn)在于告訴的沖擊次數(shù)導(dǎo)致每一個(gè)研磨體的沖擊力降低，因而就降低了研磨效

率，正因此，在實(shí)際研磨過程中需要結(jié)合被磨物體的大小以及物理性質(zhì)選擇合適的頻率

進(jìn)行研磨，高頻率一般適用于那些較小物體的研磨過程，高頻率帶來的高轉(zhuǎn)速能夠?qū)⒓?xì)

小物體與磨筒進(jìn)行快速的碰撞，進(jìn)而提升研磨效率口口。在振動(dòng)過程中，磨機(jī)內(nèi)部的

磨介也是會(huì)隨著磨筒的旋轉(zhuǎn)而運(yùn)動(dòng)，正因此，能夠與磨介進(jìn)行有效接觸的物體的研磨效

率更高，而且脆性物料的抗壓強(qiáng)度是非常低的，正因此，這類物體很容易被破壞，經(jīng)調(diào)

查發(fā)現(xiàn)，這類物體研磨之后的鋼球填充率可高達(dá)85%,這大大提高了研磨效率，基于此,

采用振動(dòng)磨機(jī)進(jìn)行固體物料的細(xì)磨是目前市場上最常見的方式而。

2.2振動(dòng)磨機(jī)的種類

按照振動(dòng)方式可以將振動(dòng)磨分為兩種方式，慣性式和偏旋式；按磨筒放置位置可以

將振動(dòng)磨分為臥式和立式；按照磨筒的數(shù)量又可以將其分為單筒式和多筒式；次課題選

擇的振動(dòng)磨機(jī)為臥式振動(dòng)磨，下面就對(duì)這種磨機(jī)進(jìn)行簡單的介紹。

臥式振動(dòng)磨機(jī)是一種在傳統(tǒng)磨機(jī)的基礎(chǔ)上所研制出的一種新型磨機(jī)，按照磨筒數(shù)量

的不同分為單筒式、雙筒式和三筒式三種結(jié)構(gòu)型式，雙筒式磨機(jī)的工作原理為通過圓筒

進(jìn)行高速的振動(dòng)，將磨筒內(nèi)部的磨介和被磨物體進(jìn)行快速接觸碰撞，使被磨物體粉碎，

磨筒內(nèi)部的物料在研磨過程中的加速度能夠達(dá)到10g-15g,由于這種磨機(jī)的結(jié)構(gòu)非常緊

密、占地面積也相對(duì)較小，同時(shí)還具有容量大、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，這種磨機(jī)目前已經(jīng)成為

市場上應(yīng)用最廣泛的磨機(jī)之一。這種磨機(jī)在礦山、化工、建材行業(yè)也能發(fā)揮出自己的優(yōu)

點(diǎn)七

通過對(duì)雙筒臥式振動(dòng)磨機(jī)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，這種雙筒結(jié)構(gòu)能夠有效帶動(dòng)激振器的軸進(jìn)

行快速轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)偏心塊的轉(zhuǎn)動(dòng)。由于偏心塊的運(yùn)動(dòng)和圓是類似的，正因此需要在

磨筒內(nèi)加入一些磨介來提高振動(dòng)磨機(jī)的振動(dòng)效率。這種磨機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于能夠從兩個(gè)筒進(jìn)

行物料的添加，這種加料方式能夠保證振動(dòng)磨機(jī)的振動(dòng)效率。工作時(shí)物料能進(jìn)行有規(guī)律、

7

周期性的翻轉(zhuǎn)，雙圓筒依靠聯(lián)接板固定成一體，連接板上還含有激振器等設(shè)備，這些設(shè)

備都能夠保證物體的振動(dòng)效率。而且這些設(shè)備還能依據(jù)實(shí)際工作需要進(jìn)行調(diào)換，這類設(shè)

備的組成材料是非常耐磨的。這也是保證機(jī)器穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件。通過對(duì)激振器的結(jié)

構(gòu)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，激振器是由4組主副偏心塊組成，工作時(shí)通過對(duì)偏心塊的角度進(jìn)行改

變能夠?qū)ふ窳Φ拇笮∵M(jìn)行改變，實(shí)現(xiàn)改變振幅的目的。鋼球的研磨效率與鋼棒比起來

較低，因此要想達(dá)到同樣的粉末度所需要花費(fèi)的時(shí)間和能耗也更多，但使用鋼球的優(yōu)點(diǎn)

在于能夠?qū)ξ矬w進(jìn)行細(xì)磨⑵。

2.3影響振動(dòng)磨機(jī)效率的因素

由于在工作參數(shù)上涉及的內(nèi)容比較多樣，振動(dòng)模機(jī)的振動(dòng)效率也會(huì)呈現(xiàn)出不同程度

的影響，其中主要有六個(gè)比較明顯的因素，分別為振動(dòng)強(qiáng)度（包括頻率，振幅），研磨

介質(zhì)，研磨缸的移動(dòng)軌跡，研磨介質(zhì)的填充速度，被研磨材料的填充因子和研磨時(shí)間。

正確的選擇這些工作參數(shù)能夠提高振動(dòng)磨機(jī)的使用效率，進(jìn)而推動(dòng)產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量的提

升，降低生產(chǎn)成本

2.3.1振動(dòng)強(qiáng)度

1.振動(dòng)頻率

振動(dòng)頻率是一秒鐘內(nèi)振動(dòng)磨機(jī)的圓周振動(dòng)數(shù)。由于電動(dòng)機(jī)的軸通過萬向驅(qū)動(dòng)聯(lián)軸

器直接連接至偏心激振器的軸，因此它與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)相同，這是影響振動(dòng)強(qiáng)度的因素

之一。由工業(yè)上實(shí)際轉(zhuǎn)速產(chǎn)生的離心加速度是重力加速度的5至8倍。振動(dòng)磨機(jī)通常

不通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)直接與聯(lián)軸器連接，因此振動(dòng)磨機(jī)的振動(dòng)頻率等于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。振動(dòng)

頻率越大，研磨介質(zhì)對(duì)材料的擠壓，剪切，沖擊研磨和其他作用力越大，研磨能力越強(qiáng),

產(chǎn)品粒度越細(xì)。如果振動(dòng)頻率過高時(shí)，會(huì)增大整個(gè)機(jī)器的動(dòng)力消耗，因此加劇機(jī)械磨損,

所以需要在操作的過程中確定合適的頻率，才能夠讓陳棟記憶的工作更加有效率，在下

圖2.2所示為振動(dòng)頻率對(duì)振動(dòng)磨機(jī)工作的影響曲線:⑷。

8

比表面積

圖2.2為振動(dòng)頻率對(duì)振動(dòng)磨機(jī)工作的影響曲線

2.振幅

振幅，即軌跡的平均半徑。它由振動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的激振力的大小，振動(dòng)磨機(jī)

主體和振動(dòng)器的重量，研磨鼓和研磨介質(zhì)的重量以及要研磨的材料決定。振幅隨著研磨

缸體，研磨介質(zhì)和研磨材料的重量增加而減小。振動(dòng)磨通過偏心塊的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生激振力，

其振幅與激振力密切相關(guān)，并且可以調(diào)節(jié)偏心塊的振幅和偏心率。當(dāng)振幅較小時(shí)，研磨

介質(zhì)對(duì)研磨缸壁的正向壓力較低，并且研磨介質(zhì)反向旋轉(zhuǎn)的頻率越高，切向沖擊力和摩

擦力以及正向壓縮沖擊力就越高，不利于研磨材料。當(dāng)振幅大時(shí)，研磨介質(zhì)的移動(dòng)方向

與研磨機(jī)的振動(dòng)方向相同，并且進(jìn)一步與研磨機(jī)的振動(dòng)結(jié)合，從而增加了耦合系數(shù)，這

對(duì)于研磨材料是有利的。如下圖2.3所示為振動(dòng)頻率對(duì)振動(dòng)磨機(jī)工作的影響曲線。

9

圖2.3為振動(dòng)頻率對(duì)振動(dòng)磨機(jī)工作的影響曲線

上圖中的對(duì)比中可以發(fā)現(xiàn)振動(dòng)頻率比振幅粉磨的動(dòng)力影響因素要大，加速度并不能

夠直接的表明振動(dòng)過程。如下圖2.4表示在加速度大體相同的情況下，振動(dòng)頻率和振幅

會(huì)呈現(xiàn)出不同的試驗(yàn)結(jié)果，而且在一個(gè)范圍內(nèi)，頻率和強(qiáng)度都有所差別，尤其比那些頻

率小而振幅又大的粉磨過程有著較高的強(qiáng)度，由此可見，政府的存在不僅能夠提高個(gè)別

研磨介質(zhì)的沖擊力度，同時(shí)也會(huì)增加振動(dòng)次數(shù)保證個(gè)別研磨介質(zhì)在沖量上能夠滿足要

求。只有保證了研磨介質(zhì)對(duì)被磨物料的作用次數(shù)的控制，最終才能夠達(dá)到細(xì)磨的效果。

圖2.4振幅和振動(dòng)頻率對(duì)振動(dòng)磨機(jī)工作的影響曲線

10

由此可見，振動(dòng)磨機(jī)的工作頻率越高的情況下，就會(huì)產(chǎn)生更大的振幅，相對(duì)來說，

帶來的生產(chǎn)能力也會(huì)有大幅度的提升，但是存在的缺點(diǎn)在于會(huì)消耗大量動(dòng)能。振動(dòng)磨機(jī)

的工作頻率越高，振幅越大，生產(chǎn)能力也越高，但是動(dòng)能消耗也越大，振動(dòng)磨機(jī)機(jī)構(gòu)的

應(yīng)力也顯著增加，并且某些機(jī)械零件（例如軸承和螺釘）的壽命大大縮短。因此，選

擇振動(dòng)研磨機(jī)的一般原則是為超細(xì)磨削選擇小振幅和高頻率。即幅度W3,頻率約為

24.3o巖土材料的晶粒尺寸較粗，應(yīng)使用高振幅和低頻，典型振幅W7。頻率應(yīng)在16.3

左右。振幅r和最大進(jìn)給尺寸d之間的關(guān)系大致為r=（1-2）d,如果進(jìn)給尺寸較大，

則需要使用更大的振幅:⑸。

2.3.2研磨介質(zhì)

研磨介質(zhì)根據(jù)原材料的性質(zhì)以及產(chǎn)品的粒度來進(jìn)行選擇，振動(dòng)磨機(jī)內(nèi)部的填充介

質(zhì)，通常采用的是鋼球、鋼段或者鋼棒的形式。要根據(jù)原料性質(zhì)及要求的產(chǎn)品粒度來選

擇材質(zhì)和形狀，振動(dòng)磨機(jī)內(nèi)的填充介質(zhì)通常采用鋼球、鋼段或鋼棒,例如，在耐火工業(yè)

材料中，鴇-鉆合金球或氧化鋁剛玉被用作研磨介質(zhì)。就磨削效率而言，鋼筋略高于鋼

截面，鋼截面遠(yuǎn)低于鋼球，后者約為1/4。由此可見，其原因比較顯著。有利地研磨了

沖擊力和主要材料，但是由于橫向旋轉(zhuǎn)，鋼部件受到限制，并且介質(zhì)之間的研磨效果大

大降低，從而降低了研磨效率。因此，如果工業(yè)振動(dòng)磨對(duì)鐵的質(zhì)量沒有嚴(yán)格的要求，

則應(yīng)使用鋼球作為研磨介質(zhì)，這種介質(zhì)配置可以提高研磨效率。

必須根據(jù)物料的性能，進(jìn)料的粒度和產(chǎn)品的粒度準(zhǔn)確選擇介質(zhì)的規(guī)格和比例，這是

振動(dòng)磨技術(shù)的重要組成部分。羅斯H.E在研究材料的球形直徑d與粒徑b的比與研磨

效率之間的關(guān)系時(shí)指出，當(dāng)d/b=400時(shí)，效率是d/b=100的兩倍。也就是說，

如果材料的粒徑為b<0.025mm,則需要選擇d=10mm的鋼球，如果材料的粒徑為b二

0.08mm,則需要選擇具有d=32毫米。當(dāng)研磨精細(xì)或堅(jiān)硬的材料時(shí)，應(yīng)使用較大的值,

并且平均球直徑<25mm-35mm。研磨超細(xì)粉末材料時(shí)使用小的值。平均球直徑（10mm-20mm。

鋼球的比例通常分為3至4個(gè)階段。不同規(guī)格鋼球的密度越高，越有利于振動(dòng)研磨。

粉磨介質(zhì)的比重也會(huì)影響到介質(zhì)的沖擊力的大小，如果比重越大，那么所呈現(xiàn)出來

的粉磨效率就會(huì)更高。目前在國內(nèi)上采用的最高的材質(zhì)為鋁鉆合金球?yàn)樽罴?，其次采?/p>

的是鋼球，最次的是氧化鋁剛玉球。在相同的時(shí)間內(nèi)，通過對(duì)比表面積來計(jì)算不同程度

的粉磨效率，其中最高的是鴇鉆合金球，比氧化鋁剛玉球高出了2到3.8倍，而鋼球又

是剛玉球的，1.7到2.5倍，因此可見，如果在對(duì)物料的材質(zhì)不做要求的情況下，一般

11

情況下都會(huì)采用鋼球座粉磨介質(zhì)。

為了能夠提高粉磨的質(zhì)量和效率，在選擇材質(zhì)上，通常選擇那些直徑較大的介質(zhì)，

介質(zhì)直接對(duì)產(chǎn)品粒度有著直接的影響，尤其是在隨著介質(zhì)密度增加的情況下，也能夠提

升粉磨的工作效率，因此，在本文中所涉及的振動(dòng)磨機(jī)就是按照萬粉的要求，希望能夠

達(dá)到納米級(jí)別，通過借助鋼球作為研磨介質(zhì)，最終能夠?qū)崿F(xiàn)這一目標(biāo)。

2.3.3運(yùn)動(dòng)軌跡

振動(dòng)磨工作時(shí)最直觀的體現(xiàn)就是參振體的運(yùn)動(dòng)軌跡，通過該軌跡可以對(duì)磨筒的運(yùn)動(dòng)

情況以及振動(dòng)幅度的大小進(jìn)行分析。為了得到參振體最佳的運(yùn)動(dòng)軌跡，很多專家和學(xué)者

都進(jìn)行了研究試驗(yàn)，根據(jù)研究的結(jié)果得知，如果磨筒的圓軌跡出現(xiàn)了偏離，就會(huì)在一定

程度上降低磨礦的效果；而且該效果會(huì)隨著偏離程度的減小而增強(qiáng)。通過上述的分析可

知，撞擊頻率、撞擊力和粉碎速率之間可以用固定的函數(shù)進(jìn)行表達(dá)；而且該表達(dá)式還受

到了磨介粒子破壞程度的影響。圓形運(yùn)動(dòng)軌跡表達(dá)越明顯，概率數(shù)值就越高。相關(guān)的試

驗(yàn)數(shù)據(jù)表明粉碎效果最好的表現(xiàn)是X、Y方向具有相等的振動(dòng)偏移量，見2.5圖為磨礦

效果在參振體振動(dòng)形式中的表現(xiàn)。

0.5

00.10.20.10cm

X方向振動(dòng)Y方向振動(dòng)

振幅=0.2cm振2cm

圖2.5振動(dòng)形式對(duì)磨礦效果的影響

2.3.4磨介填充率

在計(jì)算磨介的填充率時(shí)，一般使用研磨介質(zhì)的體積除以磨筒的總體積表示。其中磨

介質(zhì)間的縫隙也包括在研磨介質(zhì)的體積中。通過實(shí)際的測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，物料研磨產(chǎn)量的

高低和填充效率之間呈現(xiàn)出了正相關(guān)；主要原因是隨著填充率的提升，物料受到研磨介

12

質(zhì)的作用面積就越大，產(chǎn)量必然增加。不過也不是填充率越大就越好；一旦超過了某個(gè)

數(shù)值反而會(huì)出現(xiàn)下降的現(xiàn)象；結(jié)合統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)可知，當(dāng)填充率在1的附近時(shí)會(huì)產(chǎn)生非常

微小的研磨。在30%以下的填充率中，其產(chǎn)生的粉碎效果不會(huì)受到填充率的影響；在

90%以上時(shí)，研磨效果會(huì)急劇下降。在30%到90%間的填充率時(shí)，填充率和粉碎率的

正向關(guān)聯(lián)表現(xiàn)明顯；根據(jù)上述的分析，得出了80%到90%的最佳填充率。考慮到其他

因素的影響，目前行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)使用65%到85%的填充率；在具體的選擇時(shí)通常按照以下原

則進(jìn)行：使用較大的數(shù)值進(jìn)行細(xì)磨；而粗磨時(shí)則選擇較小的填充率。見2.5圖，研磨作

用得以充分發(fā)揮的填充率為80%到85%,在此范圍內(nèi)具有最高的工作效率和產(chǎn)量。結(jié)合

磨損消耗對(duì)鋼球的影響，為了保證填充率的穩(wěn)定需要根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)狀況定期使用鋼球進(jìn)

行補(bǔ)充叫

圖2.6磨介填充率與粉碎率的關(guān)系

單位時(shí)間內(nèi)單位重量的物料所產(chǎn)生的新生比表面通常用粉碎率來表示。根據(jù)試驗(yàn)的

結(jié)果可知，物料總的新生比表面在振動(dòng)磨內(nèi)表現(xiàn)出了一定規(guī)律；其結(jié)果大小和X、Y的

坐標(biāo)值有關(guān)，同兩者的乘積表現(xiàn)為正相關(guān)；其中X為物料填充率；Y為粉碎率；所以新

生比表面會(huì)隨著填充率的增加而提升。

磨介的運(yùn)行狀態(tài)在振動(dòng)磨中具有復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)軌跡，該軌跡可以從兩個(gè)方面進(jìn)行分

析；其一為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；回轉(zhuǎn)的中心為系統(tǒng)的振動(dòng)中心；該運(yùn)動(dòng)不僅有磨介和磨筒壁接觸

形成的碰撞和擠壓；還有磨介之間的相互作用；其二為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其中心為自己的軸線;

13

具體表現(xiàn)為摩擦剪切力。物料在上述作用力下才產(chǎn)生了最佳的研磨效果。通過相關(guān)的數(shù)

據(jù)表明，參振體的振幅以及磨介的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)會(huì)影響磨介的填充率；如果振幅是既定的，

那么磨機(jī)的吸收功率會(huì)隨著填充率的增加而增大。

2.3.5被磨物料填充系數(shù)

研磨介質(zhì)中被研磨物料所填充的比例大小可以用被磨物料的填充系數(shù)表示。該數(shù)值

不僅和產(chǎn)品的生產(chǎn)效率有關(guān)；還會(huì)影響產(chǎn)品的粒度；此外還和研磨介質(zhì)的磨損程度有關(guān)

聯(lián)。在較小的被磨物料填充系數(shù)下；物料和研磨介質(zhì)的接觸面積會(huì)減少；在該狀態(tài)下，

研磨介質(zhì)之間的摩擦和碰撞會(huì)增加，從而產(chǎn)生空磨現(xiàn)象，使得能量消耗形成了浪費(fèi)，不

利于研磨效果提升。反之，在過大的填充系數(shù)下，會(huì)發(fā)生枕墊現(xiàn)象，鋼球被物料包裹，

使得研磨無法正常進(jìn)行，容易發(fā)生堵塞，降低研磨的效率。

在具體的應(yīng)用中，一般按照90張到100%的大小選擇填充系數(shù)，在該區(qū)間內(nèi)，研磨的

性能可以充分發(fā)揮，從而達(dá)到最高的產(chǎn)量。因此，在對(duì)振動(dòng)磨生產(chǎn)效率的提升中應(yīng)合理

設(shè)置振動(dòng)磨的給料速度。

2.3.6研磨時(shí)間

產(chǎn)品的粒度和研磨時(shí)間有緊密的關(guān)聯(lián)，而且表現(xiàn)出了正相關(guān)的作用。產(chǎn)品的粒度會(huì)

隨著研磨時(shí)間的增加而變小，即越來越細(xì)。根據(jù)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)得知，物料比表面積增加會(huì)

降低振動(dòng)磨筒內(nèi)物料比表面積的增長率，即：如果想要得到較高的粉磨細(xì)度，需要較長

的時(shí)間增加單位比表面積。所以，在一定的環(huán)境中，粉磨時(shí)間在粗磨階段相比細(xì)磨階段

多消耗的時(shí)間短；一般按照2到3倍的粗磨時(shí)間設(shè)置細(xì)磨時(shí)間；時(shí)間越長細(xì)磨程度越高。

產(chǎn)品的細(xì)度受到了研磨時(shí)間的直接影響。見2.7圖中的相關(guān)曲線；通過觀察可知，產(chǎn)品

的細(xì)度數(shù)值隨著研磨時(shí)間增加而升高；差異越來越明顯。

14

加速度m/s?

篩余為0.5522.536.252.5

100

90

8o

7o

卜6o

廖

z

朱

玄5o

M、

04o

0

2

I3o

2o

1O

5007501000125。1500

圖2.7研磨時(shí)間對(duì)粉磨細(xì)度的影響

（進(jìn)出方式的選擇）經(jīng)過綜合對(duì)比，本次的磨粉方式確定為單進(jìn)單出，采用上下磨

筒連續(xù)對(duì)物料粉磨的模式，該方式使得研磨時(shí)間得到了增加，為細(xì)磨奠定了基礎(chǔ)。結(jié)合

實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)顯示，此過程的進(jìn)出料時(shí)間最大為lh；最低為0.5/，

2.3.7其他因素

考慮到粒子外表比較粗糙，所以對(duì)其表面積的計(jì)算并沒有什么作用，而通常計(jì)算的

是單位質(zhì)量或體積粒子的表面積總和，包括單位為平方米每克的單位為平方米每立

方厘米的前者意為每克物質(zhì)的表面積總和，包括它外部的面積和外部存在的彼此相

連的穿洞額外增加的表面積；S，即實(shí)際體積為I立方能*的物質(zhì)的表面積總和。該參數(shù)為粉狀物質(zhì)

的整體特點(diǎn)的體現(xiàn)形式之一，其特點(diǎn)包括一個(gè)粒子的特點(diǎn)與粒子形成的結(jié)合體的特點(diǎn)。

它與物質(zhì)的總體粒度、具體狀態(tài)與粒子的分布水平均有關(guān)。相同的物質(zhì)在相同的環(huán)境中,

比表面積與它的總體粒度水平成正相關(guān)。

Rose與Sullivan兩位科學(xué)家借助因次模型得到了研細(xì)的速度函數(shù)表達(dá)式：

15

式中：S.為物料的體積比表面，cn?/cm3；

t為粉磨時(shí)間，s；

《為系數(shù)；

勿為振動(dòng)頻率，Hz；

A為振幅，mm；

P為磨介密度，g/cm3；

DB為磨介直徑，mm；

應(yīng)為磨介填充率，%;

，為物料的易磨性系數(shù)，/仆0.058W：,W1是Bond功指數(shù)；

d為物料粒度，mm；

0“為物料填充率，%o

根據(jù)研究結(jié)論，如果。囪大于3g,則工2/Z/Q的值約等于1,由此可推測S,"

為正相關(guān),具體見下式：

不難發(fā)現(xiàn)，比表面積正比于研細(xì)時(shí)長。由生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)可知，當(dāng)研細(xì)時(shí)長控制在一定范

圍內(nèi)時(shí)，滿足上式的關(guān)系，而具體圖像見圖2.8。如果在此范圍以外，則正比例規(guī)律不

再明顯，直到完全消失。

5

s

J

0

0

0

〔

/

B

R

五

16

圖2.8比表面與粉磨磨時(shí)間的關(guān)系

物質(zhì)的粒度還受研細(xì)工具的結(jié)構(gòu)、投入物質(zhì)的粒度等影響，如果投入物質(zhì)的粒度極

限值為1cm,則所得產(chǎn)品的粒度一般在0.01mm以上。所以，現(xiàn)實(shí)中必須堅(jiān)持具體問題具

體分析，根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的研細(xì)工具。

2.4提高粉磨效率和降低能耗的途徑

研細(xì)效率作為研細(xì)工具工作能力的一個(gè)基本參數(shù)，對(duì)工具相關(guān)尺寸的整體規(guī)劃是決

定研細(xì)效率的一個(gè)重要因素，也是工程師的設(shè)計(jì)原則。振動(dòng)磨作為一種研細(xì)工具的優(yōu)勢

是耗能比較小，而利用其作用原理進(jìn)一步節(jié)省工具運(yùn)行需要的能量對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)過程同樣

至關(guān)重要。

2.4.1提高振幅、提高振動(dòng)強(qiáng)度

無論是縮短激振周期還是提高振幅，均可讓研細(xì)工具工作時(shí)的功率與效率得到改

進(jìn)，關(guān)鍵是選擇其中最合適的方式，讓物質(zhì)受到盡可能大的沖擊力。考慮到被研細(xì)的物

質(zhì)隨研磨功率的改變，阻尼水平也不盡相同，所以研細(xì)工具的能量不一定能夠全部施加

在被研物質(zhì)上。Gottschalk與Bemhardr的實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，在相同的能量下，縮短周期

收獲的研磨功率與效率相對(duì)于增加振幅要弱一些。這兩位科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)，在振幅增大為

原來的4倍時(shí)，如果保持生產(chǎn)效率穩(wěn)定，則被研可以更快速高效地通過研細(xì)這一環(huán)節(jié)，

減少堵塞情況。同時(shí)，物質(zhì)的粒度得到改善，只要能保持物質(zhì)原有的細(xì)度，就能將生產(chǎn)

水平上升一個(gè)檔次。該結(jié)論的科學(xué)原理為物質(zhì)被研細(xì)的工作依賴的基本過程為其彼此的

正面沖擊，而切割與刮擦過程作為輔助。所以，增加物質(zhì)沖擊的相對(duì)速度對(duì)于研磨有效

程度的提升至關(guān)重要。

在歷史上，曾經(jīng)用土木工程中使用的材料進(jìn)行增加研細(xì)效率的探究，將振幅由0.5cm

增加兩倍后，在物質(zhì)粒度穩(wěn)定的前提下，研細(xì)工具的工作速度提升了15±5倍，具體情

況如下表。

表2.1振動(dòng)磨振幅不同時(shí)生產(chǎn)能力的對(duì)比

17

振幅mm產(chǎn)品粒度Um介質(zhì)填充率％生產(chǎn)能力kg/h

5308071

1520801100

5148020

151480380

2.4.2避免“泛能區(qū)”

對(duì)于研細(xì)效率受被研區(qū)域的影響，在工具的軸線上效率最低，往外圍逐漸提高，因

為被研物質(zhì)的線、角速度隨均與運(yùn)動(dòng)半徑成正相關(guān)。所以，工具軸線的去心鄰域上有一

個(gè)研細(xì)速度特別慢的空間，它被稱為“泛能區(qū)”。在工具形體的設(shè)計(jì)中盡可能減少該區(qū)

域的體積是增加研細(xì)速度的關(guān)鍵之一。

2.4.3合理選擇參振質(zhì)量系數(shù)

在工具中旋轉(zhuǎn)的過程中，物質(zhì)幾乎不會(huì)貼附在工具的表面上，因?yàn)槲镔|(zhì)持續(xù)向軸線

旋轉(zhuǎn)且由于巨大的動(dòng)能基本不落到工具的底面上，所以，實(shí)際的定量分析不可能將物質(zhì)

的重量完全包括在內(nèi)。1992年，J.Jeng與E.Gock在德國的分析得出結(jié)論，只能把一部

分重量包含在計(jì)算范圍中，它占總重量的比例被稱為參振質(zhì)量系數(shù)n,一般其值在0.775

±0.055之間。而根據(jù)中國冶金工業(yè)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，灰粉的n值為0.8。

2.4.4減輕參振體質(zhì)量

一旦讓研細(xì)工具的參振重量、總重量與研細(xì)工具允許容納的重量極限值保持穩(wěn)定，

那么，研細(xì)需要的能量就不變了，所以提供能量的電動(dòng)機(jī)的功率也不變。對(duì)于能源的節(jié)

省，參振重量的降低是重中之重。要盡量實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，研發(fā)人員就必須在不犧牲結(jié)構(gòu)的

靜態(tài)與運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的情況下，盡量降低參振重量，此為節(jié)能方法的首選（⑻。

18

第3章振動(dòng)磨機(jī)傳動(dòng)部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在當(dāng)前的論文中，該設(shè)備的傳動(dòng)部分主要為v帶傳動(dòng)的方式w刻。

帶傳動(dòng)實(shí)際上就是通過套于帶輪之上的撓性環(huán)形帶帶來一定的摩擦力，從而進(jìn)行運(yùn)

動(dòng)與動(dòng)力的有效傳遞。其主要的優(yōu)點(diǎn)是有較低的噪聲、良好的吸振緩沖性能，較高的平

穩(wěn)性以及簡單的結(jié)構(gòu)形式等，此外還可實(shí)現(xiàn)多軸以及大軸距情況之下的動(dòng)力傳遞，同時(shí)

易于維護(hù)、無需進(jìn)行潤滑以及有比較低的成本，因此已經(jīng)被大量地應(yīng)用于機(jī)械傳動(dòng)領(lǐng)域

[21]

o

其基本原理如下：它需要在2個(gè)或以上的輪上張緊，從而起到中間撓性件的作用，

而且通過其相互接觸所形成的摩擦力來進(jìn)行動(dòng)力或是運(yùn)動(dòng)形式的有效傳遞。

帶傳動(dòng)類型：

1）平帶它有矩形的截面，其工作面是內(nèi)表面。生產(chǎn)制造過程的難度較低，有簡

單的結(jié)構(gòu)形式，主要被應(yīng)用于有比較大的傳動(dòng)中心距的相關(guān)場合之中。

圖3」平帶圖

2）V帶：它具有梯形的截面.，工作表面為側(cè)面:它具有非常廣泛的應(yīng)用，而且在

張緊力大小相等的情況之下，該類傳動(dòng)具有大于平帶傳動(dòng)的摩擦力。

圖3.2V帶圖

3）多楔帶：主要是將若干的V帶設(shè)置于平帶基體之上，從而實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)。它能夠

進(jìn)行較大功率的有效傳遞。它同時(shí)擁有前面二者的優(yōu)點(diǎn)，有比較大的摩擦力以及良

好的柔韌性，因此在結(jié)構(gòu)形式緊湊，而且所需傳遞的功率比較大的情況較為適用。

圖3.3多楔帶圖

4）圓形帶：它有著圓形的截面。通常是被應(yīng)用在所需傳遞的功率比較小的場合。

5）嚙合式帶傳動(dòng)：其傳動(dòng)比較為固定，而且沒有滑動(dòng)；由于采用的帶具有良好的

柔韌性，因此可選用比較小的帶輪；可傳遞比較大的功率。對(duì)于高精度且平穩(wěn)的傳動(dòng)場

合較為適用。

圖3.4嚙合式帶

2

圖3.5圓形帶

3.1傳動(dòng)帶及帶輪設(shè)計(jì)

由帶傳動(dòng)相關(guān)分析可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于V帶傳動(dòng)而言，其失效形式包括下述幾個(gè)陽：

⑴疲勞斷裂：在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，在帶的各個(gè)橫截面之上所存在的應(yīng)力會(huì)發(fā)生循環(huán)變化。

如果應(yīng)力循環(huán)達(dá)一定的程度之后，將會(huì)局部區(qū)域之中產(chǎn)生疲勞裂紋，進(jìn)而發(fā)生脫層現(xiàn)象,

接著產(chǎn)生局部性的疏松，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)發(fā)生斷裂，由此導(dǎo)致出現(xiàn)疲勞損壞，最終無法進(jìn)行

有效的傳動(dòng)。

⑵打滑：如果外載大由于最高有效拉力，則帶輪和帶將會(huì)在工作表面上產(chǎn)生相對(duì)

滑動(dòng)的現(xiàn)象，從而形成該類失效。

所以，應(yīng)當(dāng)保證不發(fā)生打滑，使帶有較長的使用壽命以及較高的疲勞強(qiáng)度。

如果要求單根V帶在不發(fā)生打滑的條件之下還具有良好的疲勞工作壽命，則其額定

功率p具體如下

,1,1

FV^A-qV^—W

LJ———

100010001000

=--------------------------w——(M

1000

而［。］則是由疲勞壽命所得的許用拉應(yīng)力的值。

充分地考慮電機(jī)型號(hào)、特點(diǎn)以及具體的工況條件，則可得用=1.1,那么

陽=卻年1.lX3kW=3.3kWo

2.選擇帶的型號(hào)

結(jié)合帶輪轉(zhuǎn)速nl以及功率兄等因素來確定V帶的具體型號(hào)，根據(jù)文獻(xiàn)資料【1】

3

中所列的圖5.17來確定為A型帶。

3.確定帶輪的基準(zhǔn)直徑d〃和d?2

根據(jù)該文獻(xiàn)資料中所列的表5.4,則獲得A型帶自身有ddmin=75毫米,則小帶輪所對(duì)

應(yīng)的基準(zhǔn)直徑如下：

^di=100mm；

因此，大帶輪基準(zhǔn)直徑：

-d<ii=2.OX100mm=200mmo

結(jié)合表5.4所列的數(shù)據(jù)，則可將大帶輪所對(duì)應(yīng)基準(zhǔn)直徑確定下來：

dd2=200mm。

有著值為0的傳動(dòng)比誤差，由此可知它是可用的。

4.驗(yàn)算帶的速度

根據(jù)帶速：

7Tddi%7TX100X960

V=60X1000=60x1000=5024m/S

式中心為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；

心為小帶輪基準(zhǔn)直徑。

即v=5.024m/s<kjZSm/s,符合要求。

5.確定中心距a和V帶基準(zhǔn)長度Ld

根據(jù)0.7(公+心)至匹至2(%+醯)初步確定中心距：

0.7(100+180)=196mmWa/2(100+2000)=560mm

工作過程應(yīng)當(dāng)有良好的平穩(wěn)性，確定^300毫米。

初算帶的基準(zhǔn)長度〃

22

.n(dd2-ddl)n(180-100)

Ld?2a0+-(dd2+ddl)+、6=2x300+y(100+180)+.…J=1045.16mm

式中乙為帶的標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)長度；

L/為帶的初算基準(zhǔn)長度;

的為初選中心距。

4

根據(jù)文獻(xiàn)的表5.2可獲得以和%等參數(shù)的值，由此可知，對(duì)于帶的基準(zhǔn)長度，則

有&值為10000毫米。

計(jì)算實(shí)際中心距a,由:

Ld1000-1045.16

a%a0H-------——=(300+---------------------)mm=277.42mm

6.計(jì)算小輪包角a.

小帶輪包角:

Ydd2-ddi0180-1000

%*180-X57.3=18。B--藥rx57.3o=163.5

a

7.確定V帶根數(shù)Z,

根據(jù)

Pd

Z=

(P0+AP0)KaKL

確定帶的根數(shù)。

此處，危對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的包角修正指數(shù)，180。會(huì)影響到傳動(dòng)的能力，根據(jù)表5.9

中所列數(shù)據(jù)，則可知尼值為0.96；而及對(duì)應(yīng)于帶長的修正系數(shù)，根據(jù)文獻(xiàn)資料【1】

中所列的表5.2,則可獲得用值為0.96；而H則代表了其額定功率的值。

根據(jù)文獻(xiàn)中所列表5.4可獲得對(duì)于單根的V帶而言，其傳遞功率Q值為0.96千瓦;

由式:

AP0=Kbn1(l-^-)

計(jì)算功率增量△片。

其中：及為彎曲影響系數(shù)，由參考文獻(xiàn)【1】表5.5查得：

=0.7725x1()3；

4為傳動(dòng)比系數(shù)，由參考文獻(xiàn)【1】表5.6查得A；=1.1202；

4為小帶輪轉(zhuǎn)速，r/mino

故得：

5

=0.7725X10-3X960X(1-^=

0.08KW

所以:

3.3

7—“-----------------=---3-.-7-1-------

(R+%)/%.—(096+0.08)x0.96x0.89

因此，可確定z值為4。

8.確定初拉力Fo

對(duì)于單根V帶，則其初拉力具體為:

式中：Pd為設(shè)計(jì)功率；

/為V帶速度；

z為帶的根數(shù)；

而為包角修正系數(shù)；

m為普通V帶每米長度質(zhì)量，由參考文獻(xiàn)【1】表5.1查得獷0.lkg/m。

所以：

P(2.5-K\,3.9/2.5-0.96\,

E)=500—d—--a-+mv2=500x-——x―——+0.1X5.0242=134.3N

°vz\Ka/4x5.02I0.96/

9.計(jì)算作用在軸上的壓力片

用為緊邊以及松邊所各自對(duì)應(yīng)拉力的向量之和，若拉力差無需考慮，則可根據(jù)帶兩

邊所受初拉力的合力來計(jì)算：

FQ=2zFcos=2z&sin號(hào)