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球磨和棒磨，都是由筒體轉動使內部裝的磨礦介質發生運動，因此對礦石產生磨碎作用。它們內部裝的磨礦介質的運動，有很多相似之處，鋼球的運動狀態已經研究得比較充分，所以選它作為代表來作說明。既然磨礦作用是鋼球運動產生的效果，所以研究鋼球的運動學的目的，在于對磨機的生產率，消耗的動力和合理的主要磨礦條件等作根本性的探討。研究磨機內的鋼球運動拍攝的照片，可以歸納為下圖中的三種典型狀態：瀉落式、拋落式和離心運轉。

如果磨機的轉速不高，全部球荷向上偏轉一定角度，其中每個鋼球都繞自己的軸線轉動。當球荷的傾斜角超過鋼球在球荷表面上的自然休止角時，鋼球即沿此斜坡滾下。鋼球的這種運動狀態，叫做瀉落，如圖3-1-2中的（a）。在瀉落式工作的磨機中，礦料在鋼球間受到磨剝作用。如果磨機的轉速足夠高，鋼球自轉著隨筒體內壁作圓曲線運動上升一定高度，然后紛紛作拋物線下落。鋼球落下的地方，叫底腳區，其中的鋼球強烈地翻滾。這種運動狀況，如圖3-2-1中的（b），叫做拋落。在拋落式工作的磨機中，礦料在圓曲線運動區受到鋼球的磨剝作用，在底腳區受到落下的鋼球的沖擊和強烈翻滾著的鋼球的磨剝。倘若磨機的轉速高到超過某一臨界值，鋼球貼在襯板上不再落下。這種狀態叫離心運轉，知圖3-2-1中的（c）。發生離心運轉時，礦料也是貼著襯板的。以上這些情形，都是指磨機內裝有一定數量的鋼球說的。要是磨機內只有少量的球，它們只是在磨機內較低點擺動，并不發生上面講的三種情況。用拍攝磨機內的介質的運動狀態來研究它的運動規律，本世紀的二十年代已經開始，豪爾太恩、戴維斯、列文遜和我國的仁東，都先后做過這方面的工作。鋼球作瀉落式運動的力學尚缺乏研究，以后只講拋落式的。再詳細地看看下面幾張關于拋落式和離心運轉的照片。

如下圖，在球荷中任意取一鋼球A1，它處于球的重量G的作用下，并且有離心力C。G的切向分力使質點A1沿切線方向運動；G的法向分力在第三和第五象限與離心力C的方向相同，在象限與C的方向相反。C與N的合力的反力，配合上與A1接觸處的摩擦系數（f），構成摩擦力F，它的方向與T力的相反，阻止T力沿切線方向運動。當鋼球與筒壁沒有相對運動的情況，T力和F力是相等的。鋼球受力C和力N壓著，與磨機成一整體，隨磨機以同樣的線速度v作圓曲線運動上升到A3點。在此處，力C和力N的大小相等方向相反，F=0，切線分力T為后面的球上升時的推力所抵消。于是，鋼球脫離筒壁，成為自由的，像與水平線成一角度并以速度v拋出物體那樣，受自身重量的作用，作拋物線下落。

和離心力C相等，鋼球即作拋物落下。如果磨機的速度增加，鋼球開始拋落的點也提高。到了磨機的轉速增加到某一值vc，離心力大于鋼球的重量，鋼球升到磨機頂點Z不再落下，發生了離心運轉。由此可見，離心運轉的臨界條件是

多，可略而不計，R可以算是磨機的內半徑，D是它的內直徑。由公式（2-3）可以看出，使鋼球離心化所需的臨界轉數，決定于球心到磨帆的距離。外層球距磨機遠，使它離心化所需的轉數少；內層球距磨機近，使它離心化所需的轉數也多。如果取磨機內半徑用公式（2-3）算的結果作為磨機的轉速，盡管外層球已經離心化了，但其他層球仍然能夠拋落，還是可以磨細礦石。只有轉數比用外層球按公式（2-3）求得的高出很多時，全部球層才會離心化，磨碎礦石的有用功才等于零。但是，裝入的鋼球希望全部能落下磨碎礦石，如果有一部分離心化，會使有用功減少。因此，取磨機內半徑用公式（2-3）算得的結果，說明要使外層球也不會離心化時磨機轉速的限度，沒有必要去計算使其他層球離心化的磨機轉數了。山此可見，磨機的臨界轉數，是使外層球也不會發生離心化的高轉速（轉/分）。盡管公式（2-3）是在沒有考慮裝球率及滑動等情況下導出的，但在采用不平滑襯板及裝球率占40~50%時，它仍然符合實際情形。因此，生產中都采用公式（2-3）來計算磨機的臨界轉數，絕大多數磨機的轉速都沒有超過它。

即角a標志鋼球開始拋落時已升到的位置，叫做脫離角。公式（2-5）指出，轉速率愈高，脫離角愈小，鋼球上升到的位置愈高。當脫離角為0。時，轉速率為1，即實際轉速已等于臨界轉速，鋼球到了磨機的頂點，要開始離心化了。