专利名称：一种参数可调的振动-搅拌复合型高能球磨机的制作方法
技术领域：
本实用新型是涉及球磨机械设备，具体地说是一种参数可调的振动一搅拌复合型高能 球磨机。
背景技术：
随着材料科学技术的进步，纳米技术成了家喻户晓的名词。纳米材料在各领域的成功 应用，使得对于纳米材料的需求剧增，高效制备纳米材料成为一个急需解决的问题，高能 球磨机就是用机械球磨的方法制备纳米材料的主要设备。
所谓机械球磨是将预处理过的材料粉末，与用硬质合金或工程陶瓷制成的磨球一起放 入球磨罐内，通过机械传动机构驱动球磨罐，使磨球与材料颗粒在球磨罐内发生强烈的冲 击、碰撞。材料粉末颗粒通过一系列的冲击变形、断裂、冷焊，再变形、断裂……的反复 破碎过程，使得材料颗粒的尺寸不断细化，最后获得超细的纳米材料。由于机械球磨不改 变材料的化学结构，不但可以生产单一物质的纳米材料，还可以将完全不相熔或熔点相差 很大的几种材料，制成成分均匀的机械合金化复合材料，在这方面，机械球磨是唯一的、 不可替代的手段。
常规的机械球磨有三大类第一类是一个大圆盘上有6 8个可以自转的小圆盘，材 料和磨球一起放入圆柱形的球磨罐，置于小圆盘上。工作时，罐体一面自转， 一面又随大
圆盘公转，这就是所谓的行星式球磨机，典型机型为南京大学研制的QM—ISP行星式球 磨机。
第二类将球磨罐放在支承于弹簧上的振动板上，振动板上装有偏心凸轮和电机，电机 转动时，通过凸轮机构带动振动板振动，从而使置于振动板上的球磨罐也随同一起振动， 此即为振动式球磨机。
第三类在球磨罐中心设置了一根搅拌轴(I)，轴上镶嵌有多只搅拌棒(II)，当电机带动 搅拌轴高速旋转时，通过搅拌棒在球磨罐体(III)内直接翻动材料和磨球，此即搅拌式球磨 机。(见图1)
普通机械球磨的过程很长，通常需要数十甚至数百小时的连续工作，如何縮短这一过 程，提高纳米材料的产量是新型球磨机急待解决的问题。制约球磨效率两大因素是磨球的冲击能量及磨球的运动轨迹，前者决定了磨球每次冲击的破碎效果，后者决定了最后成品 材料尺寸的均匀性。高能球磨机磨球的冲击能量远大于筒体转动的普通球磨机，这也就是 高能球磨机的含义。如何加大磨球的冲击能量，并使之具有复杂多变的三维运动轨迹，是 提升球磨机球磨效率的主要方法，也是高能球磨机目前发展改进的方向。 以上提到的三类球磨机基型存在下列问题
1. 运动形式单一，无法使磨球获得足够大的冲击能量；
2. 振动式球磨机最重要的参数是振动频率与振幅，目前振动式球磨机振动参数是固 定的，导致某些工况下振幅偏小，振动频率过低；
3. 搅拌式球磨机上搅拌棒的数量、相互位置、棒顶端与球磨罐体的间距，决定了搅 拌式球磨机的性能，但目前的搅拌式球磨机这些参数都不可调，不能适应因材料重量、磨 球直径以及球一料比变化引起的工况差异。
发明内容
本实用新型的目的是克服上述存在的不足，提供一种参数可调的振动一搅拌复合型高 能球磨机，实现了旋转和振动的统一，多运动的复合，使磨球获得了更大的冲击能量，球 磨效率可提高2 3倍。
本实用新型的复合型高能球磨机包括机座、调速电机、球磨机主体部分、半联轴器、 配重块，其特征在于球磨机主体部分主要由球磨罐、主轴、搅拌装置、右端盖、左端盖构 成，搅拌装置装于主轴上，主轴通过轴承装置固定于球磨罐体的右端盖和左端盖两端；其 中搅拌装置由偏心隔套、搅拌棒相间以花键形式装于主轴上构成，球磨罐为带夹层的中空 柱体，由外筒、内筒、筒体法兰焊接而成，在机座上装有支承弹簧芯轴和套于其上的支承 弹簧，支承弹簧与球磨罐连接。
其特征还在于端盖上设有保护气体进气接头和端面密封件；外筒体上设置冷却水进 口和冷却水出口，内筒体上设置排气口。主轴为阶梯轴，中部有标准的外花键，偏心隔套 和搅拌棒均有与主轴相同规格的花键孔，安装在主轴的花键上，径向安装的角度可以任选， 搅拌棒与主轴一起转动。
本实用新型能实现的功能及参数调节
1、搅拌棒位置与数量的调节本实用新型的搅拌棒与主轴是可分离的，偏心隔套及 搅拌棒有与主轴相同规格的花键孔，且轴向厚度相等，如图4、 5所示。由于花键长度一 定，安装时二者的总片数一定，但各自数量可以任意组合。变换组合就可以增、减搅拌棒的数量；交换偏心隔套与搅拌棒的安装顺序，可以调整搅拌棒的轴向位置；选择不同的安 装角度，使内、外花键不同的齿相啮合，可以改变各搅拌棒及偏心隔套在圆周方向的相对 位置。图6和图7是任意给出的两种组合方式，从图上可以看到，搅拌棒的数量、轴向位 置、周向位置都不同。
2、 振幅的调节振动的激振力由偏心隔套产生，总的激振力是各偏心隔套激振力的 矢量和。设每个偏心隔套产生的激振力相等，记为F，偏心隔套的中心线安装角可变，设 两个偏心隔套中心线安装夹角为a，见图8，显然合力方向在夹角的角平分线上，经简单 计算可知合力大小为&=2Fcos"
同向安装时"=0° &=2F 此时激振合力最大； 反向安装时"=180° ^=0 此时相互抵消，激振合力为零；
若共有"个偏心隔套，则总的激振力取值范围是&=0~/^ 。
由振动学理论知，当振动质量一定时，振幅与总激振力成正比。因此，只要调整偏心 隔套的安装角，就能改变总激振力，从而方便的调整球磨机的振幅。适当调整各偏心隔套 的安装角，使各偏心隔套的激振力相互抵消，还可以使^=0，实现纯搅拌球磨。
3、 振动频率的调节此球磨机属于强迫振动，其振动频率与电机的转速相等，只要 改变调速电机的转速，就能调整球磨机的振动频率。
4、 冷却与气体保护材料颗粒的尺寸接近纳米级后，材料的活性剧增，为了防止材 料与球磨罐内的空气发生化学反应或因温度升高发生爆炸，本球磨机球磨罐的特殊结构具 有冷却和气体保护功能，可防止上述意外发生。球磨罐由内筒、外筒及筒体法兰焊接而成， 外筒上设置有进出水接口，工作时在内外套之间通入循环的冷却水，控制球磨罐的最高温 度。球磨罐的左右端盖上有端面密封元件，主轴上有轴密封元件，球磨工作运行期间，内 筒外界空气隔绝。当装料完毕，先将进气口接通惰性气体，打开排气孔，用惰性气体置换 球磨罐内的空气，确信罐内空气置换干净后，关闭排气孔，整个球磨期间，不允许关闭进 气口，保持球磨罐内惰性气体的压力略高于外部，以防止空气侵入，确保材料为惰性气体 所包围，不发生化学反应，保证被加工材料的质量。
本实用新型的球磨机的主要优点如下-
1、 圆周搅拌与垂直直线振动的复合，实现了被加工材料复杂三维空间曲线的运动轨 迹，混合效果好，生产出的纳米材料粒度均匀；
2、 多运动形式的复合，能使磨球获得很大的冲击能量，球磨效果好，产量高；3、 振动频率和振幅可调，可获得最佳的磨球运动速度和振动效果；
4、 搅拌棒数量、轴向位置，周向位置可调，可根据材料硬度、粒度、球一料比的不 同适当进行调整，实现最佳工况运行；
5、 惰性气体保护，可用于化学特性活泼元素的纳米材料加工。
6、 具有(特殊装置的)冷却系统，可防止高温引起爆炸，安全系数高。
7、 与主轴可分离的组合式搅拌棒，便于更换其它结构更合理的搅拌装置，发展潜力大。 综上所述，球磨罐的旋转运动和垂直方向振动的复合，实现了高速旋转运动与大振幅
振动的完美统一，磨球三维空间的运动轨迹，增加了磨球的冲击能量，提高了生产效率。 同时，可以通过调节调速电机的转速改变振动的频率，改变偏心隔套的安装角度可以得到 适当的振动幅度，进而调整磨球的冲击能量。因振动频率和振动幅值的可调性，可满足不 同材料的加工要求，使其应用范围得到极大地改善，具有很好的应用前景。
图1是搅拌式球磨机原理示意图。
图2是本实用新型的球磨罐及搅拌装置结构示意图。
图3是本实用新型的球磨机整机结构示意图。
图4是本实用新型的搅拌棒结构示意图。
图5是本实用新型的偏心隔套结构示意图。
图6是本实用新型的搅拌装置结构示意图。
图7是本实用新型的搅拌装置结构示意图。
图8是本实用新型的安装角为a的激振力计算简图。
图9是本实用新型的安装角为180°的激振力计算简图。
图中，i一搅拌轴，n—搅拌棒，m—球磨罐，l一主轴，2—轴承，3—保护气体
进气接头，4一端面密封件，5 —筒体法兰，6—冷却水出口， 7—外筒，8—内筒，9一 排气口， IO—右端盖，ll一配重块，12—偏心隔套，13—搅拌棒，14一冷却水进口， 15 —左端盖，16 —轴密封件，17—轴承盖，18 —地脚螺钉，19一机座，20 —调速电 机，21 —半联轴器I ， 22 —联接胶片，23 —半联轴器n， 24 —支承弹簧，25_弹簧芯 轴。
具体实施方式
本实用新型球磨机整机结构如图3所示，包括机座19、调速电机20、半联轴器22和23、搅拌罐、配重块ll、支承弹簧24和弹簧芯轴25等组成；如图2所示，球磨机主体部 分主要由球磨罐、主轴l、搅拌装置、右端盖IO、左端盖15构成，搅拌装置装于主轴上， 主轴通过轴承装置(轴承2、轴承盖17、轴密封件16等)固定于球磨罐体的右端盖和左 端盖两端；其中搅拌装置由偏心隔套12、搅拌棒13相间以花键形式装于主轴1上构成， 主轴为阶梯轴，中部有标准的8齿花键，偏心隔套和搅拌棒均有花键内孔，安装在主轴的 花键上，径向安装的角度可以任选，搅拌棒与主轴一起转动，主轴l安装于端盖内的轴承 孔内。球磨罐为带夹层的中空柱体，由外筒7、内筒8、筒体法兰5焊接而成。左端盖上 设有保护气体进气接头3和端面密封件4，保证球磨罐的密封；外筒7上设置冷却水进口 14和冷却水出口6，内筒8上设置排气口9，并通过外筒7通向外部，左右端盖IO、 15用 螺栓固定在球磨罐的筒体法兰5上。
如图3所示，底座设有地脚螺钉18，安装完毕后整机用地脚螺钉18在地基上固定。 底座19上固定有四根弹簧芯轴25，每根弹簧芯轴上部套有支承弹簧24，球磨罐支承在弹 簧24上。调速电机20安装在底座上，通过半联轴器I 21、联接胶片22、半联轴器I123 与花键主轴1连接，并驱动主轴1以及安装在主轴1上的偏心隔套12和搅拌棒13 —起高 速旋转，偏心隔套12产生的偏心力与支承弹簧24相互作用，使得整个球磨罐连同内部的 待磨材料及磨球， 一起沿着弹簧芯轴的轴线做垂直方向的振动。磨球及待磨材料同时受到 搅拌和振动的作用，实现了旋转和振动的统一，故本发明属搅拌振动复合型磨球机。磨球 及待磨材料的运动，是随搅拌棒的圆周运动与垂直方向振动的合成的复合运动，运动轨迹 为随机的三维空间曲线。多运动的复合，使磨球获得了更大的冲击能量，球磨效率可提高 2~3倍。
权利要求1、一种参数可调的振动—搅拌复合型高能球磨机，包括机座、调速电机、半联轴器、球磨机主体部分、配重块，其特征在于球磨机主体部分主要由球磨罐、主轴、搅拌装置、右端盖、左端盖构成，搅拌装置装于主轴上，主轴通过轴承装置固定于球磨罐体的右端盖和左端盖两端；其中搅拌装置由偏心隔套、搅拌棒相间以花键形式装于主轴上构成，球磨罐为带夹层的中空柱体，由外筒、内筒、筒体法兰焊接而成，在机座上装有支承弹簧芯轴和套于其上的支承弹簧，支承弹簧与球磨罐连接。
2、 根据权利要求1所述的参数可调的振动一搅拌复合型高能球磨机，其特征在于端 盖上设有保护气体进气接头和端面密封件。
3、 根据权利要求1所述的参数可调的振动一搅拌复合型高能球磨机，其特征在于外 筒体上设置冷却水进口和冷却水出口，内筒体上设置排气口。
4、 根据权利要求1所述的参数可调的振动一搅拌复合型高能球磨机，其特征在于主轴为阶梯轴，中部有齿花键，偏心隔套和搅拌棒均有花键内孔，安装在主轴的花键上。
专利摘要本实用新型是一种参数可调的振动-搅拌复合型高能球磨机。包括机座、调速电机、半联轴器、球磨机主体部分、配重块，其特征在于搅拌罐主要由球磨罐、主轴、搅拌装置、右端盖、左端盖构成，搅拌装置装于主轴上，主轴通过轴承装置支撑于球磨罐体的右端盖和左端盖两端；其中搅拌装置由偏心隔套、搅拌棒相间以花键形式装于主轴上构成，球磨罐为带夹层的中空柱体，由外筒、内筒、筒体法兰焊接而成，在机座上装有支承弹簧芯轴和套于其上的支承弹簧，支承弹簧与球磨罐连接。实现了高速旋转运动与大振幅振动的完美统一，增加了磨球的冲击能量，提高了生产效率。并可以调节振动频率和振动幅度。
文档编号B02C17/16GK201231161SQ2008200814
公开日2009年5月6日 申请日期2008年7月25日 优先权日2008年7月25日
发明者伍小东, 周成贺, 张自华, 曹学杰, 朱炎周, 杨尚平, 杨晓玉, 飚 王, 胡建军, 赵光波 申请人:昆明理工大学