專利名稱：一種參數(shù)可調(diào)的振動-攪拌復(fù)合型高能球磨機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是涉及球磨機(jī)械設(shè)備，具體地說是一種參數(shù)可調(diào)的振動一攪拌復(fù)合型高能 球磨機(jī)。
背景技術(shù)：
隨著材料科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，納米技術(shù)成了家喻戶曉的名詞。納米材料在各領(lǐng)域的成功 應(yīng)用，使得對于納米材料的需求劇增，高效制備納米材料成為一個(gè)急需解決的問題，高能 球磨機(jī)就是用機(jī)械球磨的方法制備納米材料的主要設(shè)備。
所謂機(jī)械球磨是將預(yù)處理過的材料粉末，與用硬質(zhì)合金或工程陶瓷制成的磨球一起放 入球磨罐內(nèi)，通過機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)驅(qū)動球磨罐，使磨球與材料顆粒在球磨罐內(nèi)發(fā)生強(qiáng)烈的沖 擊、碰撞。材料粉末顆粒通過一系列的沖擊變形、斷裂、冷焊，再變形、斷裂……的反復(fù) 破碎過程，使得材料顆粒的尺寸不斷細(xì)化，最后獲得超細(xì)的納米材料。由于機(jī)械球磨不改 變材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)，不但可以生產(chǎn)單一物質(zhì)的納米材料，還可以將完全不相熔或熔點(diǎn)相差 很大的幾種材料，制成成分均勻的機(jī)械合金化復(fù)合材料，在這方面，機(jī)械球磨是唯一的、 不可替代的手段。
常規(guī)的機(jī)械球磨有三大類第一類是一個(gè)大圓盤上有6 8個(gè)可以自轉(zhuǎn)的小圓盤，材 料和磨球一起放入圓柱形的球磨罐，置于小圓盤上。工作時(shí)，罐體一面自轉(zhuǎn)， 一面又隨大
圓盤公轉(zhuǎn)，這就是所謂的行星式球磨機(jī)，典型機(jī)型為南京大學(xué)研制的QM—ISP行星式球 磨機(jī)。
第二類將球磨罐放在支承于彈簧上的振動板上，振動板上裝有偏心凸輪和電機(jī)，電機(jī) 轉(zhuǎn)動時(shí)，通過凸輪機(jī)構(gòu)帶動振動板振動，從而使置于振動板上的球磨罐也隨同一起振動， 此即為振動式球磨機(jī)。
第三類在球磨罐中心設(shè)置了一根攪拌軸(I)，軸上鑲嵌有多只攪拌棒(II)，當(dāng)電機(jī)帶動 攪拌軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過攪拌棒在球磨罐體(III)內(nèi)直接翻動材料和磨球，此即攪拌式球磨 機(jī)。(見圖1)
普通機(jī)械球磨的過程很長，通常需要數(shù)十甚至數(shù)百小時(shí)的連續(xù)工作，如何縮短這一過 程，提高納米材料的產(chǎn)量是新型球磨機(jī)急待解決的問題。制約球磨效率兩大因素是磨球的沖擊能量及磨球的運(yùn)動軌跡，前者決定了磨球每次沖擊的破碎效果，后者決定了最后成品 材料尺寸的均勻性。高能球磨機(jī)磨球的沖擊能量遠(yuǎn)大于筒體轉(zhuǎn)動的普通球磨機(jī)，這也就是 高能球磨機(jī)的含義。如何加大磨球的沖擊能量，并使之具有復(fù)雜多變的三維運(yùn)動軌跡，是 提升球磨機(jī)球磨效率的主要方法，也是高能球磨機(jī)目前發(fā)展改進(jìn)的方向。 以上提到的三類球磨機(jī)基型存在下列問題
1. 運(yùn)動形式單一，無法使磨球獲得足夠大的沖擊能量；
2. 振動式球磨機(jī)最重要的參數(shù)是振動頻率與振幅，目前振動式球磨機(jī)振動參數(shù)是固 定的，導(dǎo)致某些工況下振幅偏小，振動頻率過低；
3. 攪拌式球磨機(jī)上攪拌棒的數(shù)量、相互位置、棒頂端與球磨罐體的間距，決定了攪 拌式球磨機(jī)的性能，但目前的攪拌式球磨機(jī)這些參數(shù)都不可調(diào)，不能適應(yīng)因材料重量、磨 球直徑以及球一料比變化引起的工況差異。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是克服上述存在的不足，提供一種參數(shù)可調(diào)的振動一攪拌復(fù)合型高 能球磨機(jī)，實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)和振動的統(tǒng)一，多運(yùn)動的復(fù)合，使磨球獲得了更大的沖擊能量，球 磨效率可提高2 3倍。
本實(shí)用新型的復(fù)合型高能球磨機(jī)包括機(jī)座、調(diào)速電機(jī)、球磨機(jī)主體部分、半聯(lián)軸器、 配重塊，其特征在于球磨機(jī)主體部分主要由球磨罐、主軸、攪拌裝置、右端蓋、左端蓋構(gòu) 成，攪拌裝置裝于主軸上，主軸通過軸承裝置固定于球磨罐體的右端蓋和左端蓋兩端；其 中攪拌裝置由偏心隔套、攪拌棒相間以花鍵形式裝于主軸上構(gòu)成，球磨罐為帶夾層的中空 柱體，由外筒、內(nèi)筒、筒體法蘭焊接而成，在機(jī)座上裝有支承彈簧芯軸和套于其上的支承 彈簧，支承彈簧與球磨罐連接。
其特征還在于端蓋上設(shè)有保護(hù)氣體進(jìn)氣接頭和端面密封件；外筒體上設(shè)置冷卻水進(jìn) 口和冷卻水出口，內(nèi)筒體上設(shè)置排氣口。主軸為階梯軸，中部有標(biāo)準(zhǔn)的外花鍵，偏心隔套 和攪拌棒均有與主軸相同規(guī)格的花鍵孔，安裝在主軸的花鍵上，徑向安裝的角度可以任選， 攪拌棒與主軸一起轉(zhuǎn)動。
本實(shí)用新型能實(shí)現(xiàn)的功能及參數(shù)調(diào)節(jié)
1、攪拌棒位置與數(shù)量的調(diào)節(jié)本實(shí)用新型的攪拌棒與主軸是可分離的，偏心隔套及 攪拌棒有與主軸相同規(guī)格的花鍵孔，且軸向厚度相等，如圖4、 5所示。由于花鍵長度一 定，安裝時(shí)二者的總片數(shù)一定，但各自數(shù)量可以任意組合。變換組合就可以增、減攪拌棒的數(shù)量；交換偏心隔套與攪拌棒的安裝順序，可以調(diào)整攪拌棒的軸向位置；選擇不同的安 裝角度，使內(nèi)、外花鍵不同的齒相嚙合，可以改變各攪拌棒及偏心隔套在圓周方向的相對 位置。圖6和圖7是任意給出的兩種組合方式，從圖上可以看到，攪拌棒的數(shù)量、軸向位 置、周向位置都不同。
2、 振幅的調(diào)節(jié)振動的激振力由偏心隔套產(chǎn)生，總的激振力是各偏心隔套激振力的 矢量和。設(shè)每個(gè)偏心隔套產(chǎn)生的激振力相等，記為F，偏心隔套的中心線安裝角可變，設(shè) 兩個(gè)偏心隔套中心線安裝夾角為a，見圖8，顯然合力方向在夾角的角平分線上，經(jīng)簡單 計(jì)算可知合力大小為&=2Fcos"
同向安裝時(shí)"=0° &=2F 此時(shí)激振合力最大； 反向安裝時(shí)"=180° ^=0 此時(shí)相互抵消，激振合力為零；
若共有"個(gè)偏心隔套，則總的激振力取值范圍是&=0~/^ 。
由振動學(xué)理論知，當(dāng)振動質(zhì)量一定時(shí)，振幅與總激振力成正比。因此，只要調(diào)整偏心 隔套的安裝角，就能改變總激振力，從而方便的調(diào)整球磨機(jī)的振幅。適當(dāng)調(diào)整各偏心隔套 的安裝角，使各偏心隔套的激振力相互抵消，還可以使^=0，實(shí)現(xiàn)純攪拌球磨。
3、 振動頻率的調(diào)節(jié)此球磨機(jī)屬于強(qiáng)迫振動，其振動頻率與電機(jī)的轉(zhuǎn)速相等，只要 改變調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)速，就能調(diào)整球磨機(jī)的振動頻率。
4、 冷卻與氣體保護(hù)材料顆粒的尺寸接近納米級后，材料的活性劇增，為了防止材 料與球磨罐內(nèi)的空氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或因溫度升高發(fā)生爆炸，本球磨機(jī)球磨罐的特殊結(jié)構(gòu)具 有冷卻和氣體保護(hù)功能，可防止上述意外發(fā)生。球磨罐由內(nèi)筒、外筒及筒體法蘭焊接而成， 外筒上設(shè)置有進(jìn)出水接口，工作時(shí)在內(nèi)外套之間通入循環(huán)的冷卻水，控制球磨罐的最高溫 度。球磨罐的左右端蓋上有端面密封元件，主軸上有軸密封元件，球磨工作運(yùn)行期間，內(nèi) 筒外界空氣隔絕。當(dāng)裝料完畢，先將進(jìn)氣口接通惰性氣體，打開排氣孔，用惰性氣體置換 球磨罐內(nèi)的空氣，確信罐內(nèi)空氣置換干凈后，關(guān)閉排氣孔，整個(gè)球磨期間，不允許關(guān)閉進(jìn) 氣口，保持球磨罐內(nèi)惰性氣體的壓力略高于外部，以防止空氣侵入，確保材料為惰性氣體 所包圍，不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，保證被加工材料的質(zhì)量。
本實(shí)用新型的球磨機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)如下-
1、 圓周攪拌與垂直直線振動的復(fù)合，實(shí)現(xiàn)了被加工材料復(fù)雜三維空間曲線的運(yùn)動軌 跡，混合效果好，生產(chǎn)出的納米材料粒度均勻；
2、 多運(yùn)動形式的復(fù)合，能使磨球獲得很大的沖擊能量，球磨效果好，產(chǎn)量高；3、 振動頻率和振幅可調(diào)，可獲得最佳的磨球運(yùn)動速度和振動效果；
4、 攪拌棒數(shù)量、軸向位置，周向位置可調(diào)，可根據(jù)材料硬度、粒度、球一料比的不 同適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)最佳工況運(yùn)行；
5、 惰性氣體保護(hù)，可用于化學(xué)特性活潑元素的納米材料加工。
6、 具有(特殊裝置的)冷卻系統(tǒng)，可防止高溫引起爆炸，安全系數(shù)高。
7、 與主軸可分離的組合式攪拌棒，便于更換其它結(jié)構(gòu)更合理的攪拌裝置，發(fā)展?jié)摿Υ蟆?綜上所述，球磨罐的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和垂直方向振動的復(fù)合，實(shí)現(xiàn)了高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動與大振幅
振動的完美統(tǒng)一，磨球三維空間的運(yùn)動軌跡，增加了磨球的沖擊能量，提高了生產(chǎn)效率。 同時(shí)，可以通過調(diào)節(jié)調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)速改變振動的頻率，改變偏心隔套的安裝角度可以得到 適當(dāng)?shù)恼駝臃?，進(jìn)而調(diào)整磨球的沖擊能量。因振動頻率和振動幅值的可調(diào)性，可滿足不 同材料的加工要求，使其應(yīng)用范圍得到極大地改善，具有很好的應(yīng)用前景。

圖1是攪拌式球磨機(jī)原理示意圖。
圖2是本實(shí)用新型的球磨罐及攪拌裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本實(shí)用新型的球磨機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本實(shí)用新型的攪拌棒結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是本實(shí)用新型的偏心隔套結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是本實(shí)用新型的攪拌裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7是本實(shí)用新型的攪拌裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8是本實(shí)用新型的安裝角為a的激振力計(jì)算簡圖。
圖9是本實(shí)用新型的安裝角為180°的激振力計(jì)算簡圖。
圖中，i一攪拌軸，n—攪拌棒，m—球磨罐，l一主軸，2—軸承，3—保護(hù)氣體
進(jìn)氣接頭，4一端面密封件，5 —筒體法蘭，6—冷卻水出口， 7—外筒，8—內(nèi)筒，9一 排氣口， IO—右端蓋，ll一配重塊，12—偏心隔套，13—攪拌棒，14一冷卻水進(jìn)口， 15 —左端蓋，16 —軸密封件，17—軸承蓋，18 —地腳螺釘，19一機(jī)座，20 —調(diào)速電 機(jī)，21 —半聯(lián)軸器I ， 22 —聯(lián)接膠片，23 —半聯(lián)軸器n， 24 —支承彈簧，25_彈簧芯 軸。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型球磨機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括機(jī)座19、調(diào)速電機(jī)20、半聯(lián)軸器22和23、攪拌罐、配重塊ll、支承彈簧24和彈簧芯軸25等組成；如圖2所示，球磨機(jī)主體部 分主要由球磨罐、主軸l、攪拌裝置、右端蓋IO、左端蓋15構(gòu)成，攪拌裝置裝于主軸上， 主軸通過軸承裝置(軸承2、軸承蓋17、軸密封件16等)固定于球磨罐體的右端蓋和左 端蓋兩端；其中攪拌裝置由偏心隔套12、攪拌棒13相間以花鍵形式裝于主軸1上構(gòu)成， 主軸為階梯軸，中部有標(biāo)準(zhǔn)的8齒花鍵，偏心隔套和攪拌棒均有花鍵內(nèi)孔，安裝在主軸的 花鍵上，徑向安裝的角度可以任選，攪拌棒與主軸一起轉(zhuǎn)動，主軸l安裝于端蓋內(nèi)的軸承 孔內(nèi)。球磨罐為帶夾層的中空柱體，由外筒7、內(nèi)筒8、筒體法蘭5焊接而成。左端蓋上 設(shè)有保護(hù)氣體進(jìn)氣接頭3和端面密封件4，保證球磨罐的密封；外筒7上設(shè)置冷卻水進(jìn)口 14和冷卻水出口6，內(nèi)筒8上設(shè)置排氣口9，并通過外筒7通向外部，左右端蓋IO、 15用 螺栓固定在球磨罐的筒體法蘭5上。
如圖3所示，底座設(shè)有地腳螺釘18，安裝完畢后整機(jī)用地腳螺釘18在地基上固定。 底座19上固定有四根彈簧芯軸25，每根彈簧芯軸上部套有支承彈簧24，球磨罐支承在彈 簧24上。調(diào)速電機(jī)20安裝在底座上，通過半聯(lián)軸器I 21、聯(lián)接膠片22、半聯(lián)軸器I123 與花鍵主軸1連接，并驅(qū)動主軸1以及安裝在主軸1上的偏心隔套12和攪拌棒13 —起高 速旋轉(zhuǎn)，偏心隔套12產(chǎn)生的偏心力與支承彈簧24相互作用，使得整個(gè)球磨罐連同內(nèi)部的 待磨材料及磨球， 一起沿著彈簧芯軸的軸線做垂直方向的振動。磨球及待磨材料同時(shí)受到 攪拌和振動的作用，實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)和振動的統(tǒng)一，故本發(fā)明屬攪拌振動復(fù)合型磨球機(jī)。磨球 及待磨材料的運(yùn)動，是隨攪拌棒的圓周運(yùn)動與垂直方向振動的合成的復(fù)合運(yùn)動，運(yùn)動軌跡 為隨機(jī)的三維空間曲線。多運(yùn)動的復(fù)合，使磨球獲得了更大的沖擊能量，球磨效率可提高 2~3倍。
權(quán)利要求1、一種參數(shù)可調(diào)的振動—攪拌復(fù)合型高能球磨機(jī)，包括機(jī)座、調(diào)速電機(jī)、半聯(lián)軸器、球磨機(jī)主體部分、配重塊，其特征在于球磨機(jī)主體部分主要由球磨罐、主軸、攪拌裝置、右端蓋、左端蓋構(gòu)成，攪拌裝置裝于主軸上，主軸通過軸承裝置固定于球磨罐體的右端蓋和左端蓋兩端；其中攪拌裝置由偏心隔套、攪拌棒相間以花鍵形式裝于主軸上構(gòu)成，球磨罐為帶夾層的中空柱體，由外筒、內(nèi)筒、筒體法蘭焊接而成，在機(jī)座上裝有支承彈簧芯軸和套于其上的支承彈簧，支承彈簧與球磨罐連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的參數(shù)可調(diào)的振動一攪拌復(fù)合型高能球磨機(jī)，其特征在于端 蓋上設(shè)有保護(hù)氣體進(jìn)氣接頭和端面密封件。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的參數(shù)可調(diào)的振動一攪拌復(fù)合型高能球磨機(jī)，其特征在于外 筒體上設(shè)置冷卻水進(jìn)口和冷卻水出口，內(nèi)筒體上設(shè)置排氣口。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的參數(shù)可調(diào)的振動一攪拌復(fù)合型高能球磨機(jī)，其特征在于主軸為階梯軸，中部有齒花鍵，偏心隔套和攪拌棒均有花鍵內(nèi)孔，安裝在主軸的花鍵上。
專利摘要本實(shí)用新型是一種參數(shù)可調(diào)的振動-攪拌復(fù)合型高能球磨機(jī)。包括機(jī)座、調(diào)速電機(jī)、半聯(lián)軸器、球磨機(jī)主體部分、配重塊，其特征在于攪拌罐主要由球磨罐、主軸、攪拌裝置、右端蓋、左端蓋構(gòu)成，攪拌裝置裝于主軸上，主軸通過軸承裝置支撐于球磨罐體的右端蓋和左端蓋兩端；其中攪拌裝置由偏心隔套、攪拌棒相間以花鍵形式裝于主軸上構(gòu)成，球磨罐為帶夾層的中空柱體，由外筒、內(nèi)筒、筒體法蘭焊接而成，在機(jī)座上裝有支承彈簧芯軸和套于其上的支承彈簧，支承彈簧與球磨罐連接。實(shí)現(xiàn)了高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動與大振幅振動的完美統(tǒng)一，增加了磨球的沖擊能量，提高了生產(chǎn)效率。并可以調(diào)節(jié)振動頻率和振動幅度。
文檔編號B02C17/16GK201231161SQ2008200814
公開日2009年5月6日 申請日期2008年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月25日
發(fā)明者伍小東, 周成賀, 張自華, 曹學(xué)杰, 朱炎周, 楊尚平, 楊曉玉, 飚 王, 胡建軍, 趙光波 申請人:昆明理工大學(xué)