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爪式粉碎机设计
37页 15000字数+说明书+9张CAD图纸
出料斗.dwg
动齿.dwg
动齿盘.dwg
定齿盘.dwg
爪式粉碎机设计论文.doc
皮带轮.dwg
目录.doc
筛网.dwg
装配A0.dwg
轴.dwg
进料斗.dwg
目 录
摘要Ⅰ
AbstractⅡ
第1章 绪论1
1.1研究饲料粉碎机的目的1
1.2发展动态1
1.3研究方向2
1.4发展前景2
1.5研究方向3
1.6粉碎设备类别及其特点3
1.7粉碎原理4
1.7.1机械粉碎设备5
Ghuuyh98
第2章 总体方案确定9
2.1基本内容9
2.2齿爪式粉碎机的基本构成部件9
2.3齿爪式粉碎机的工作原理10
2.4主要工作部件11
2.4.1动齿盘11
2.4.2定齿盘12
2.4.3筛网12
2.5本章小结13
第3章 主要部件的选型和设计14
3.1动、定齿盘直径和粉碎室宽度的确定14
3.1.1动齿盘的齿数和齿的尺寸14
3.1.2定齿盘的齿数和齿的尺寸16
3.2筛网16
3.3进料斗17
3.4动力装置和传动装置的设计计算17
3.5轴的设计计算及校核21
3.5.1轴的设计原则21
3.5.2求粉碎机上的轴的功率和转矩22
3.5.3初步确定轴的最小直径22
3.5.4轴的结构设计22
3.5.5求轴上的载荷23
3.5.6按弯扭合成应力校核轴的强度24
3.5.7精确校核轴的疲劳强度24
3.6键的选择和校核28
3.6.1键的选择28
3.6.2键的校核28
3.7本章小结29
结论30
参考文献31
致谢32
附录33
1.生产操作33
2.设备维护34
3.筛网的修理和更换34
4.V带的张紧与维护35
1.6 粉碎设备类别及其特点
粉碎机一般分为机械式粉碎机、气流粉碎机、研磨机和低温粉碎机四个大类。
1.机械式粉碎机是以机械方式为主，对物料进行粉碎的机械，它又分为齿式粉碎机、锤式粉碎机、刀式粉碎机、涡轮式粉碎机、压磨式粉碎机和铣削式粉碎机。
(1)齿式粉碎机：由固定齿圈与转动齿盘的高速相对运行,对物料进行粉碎(含冲击、剪切、碰撞、摩擦)等的机器。 (2)锤式粉碎机：由高速旋转的活动锤击件与固定圈的相对运动,对物料进行粉碎(含锤击、碰撞、摩擦)等的机器。锤式粉碎机又分活动锤击件为片状件的锤片式粉碎机和活动锤击件为块状件的锤块式粉碎机。 (3)刀式粉碎机：由高速旋转的刀板(块、片)与固定齿圈的相对运动对物料进行粉碎(含剪切、碰撞、摩擦)等的机器。 刀式粉碎机又分为：刀式多级粉碎机：主轴卧式，刀刃与主轴平行并具有单级或多级粉碎功能的机器；斜刀多级粉碎机：主轴卧式，倾斜刀式并具有单级或多级粉碎功能的机器；组合立刀粉碎机:主轴卧式,多层立刀组合的粉碎器；立式侧刀粉碎机：主轴立式，侧刀转盘运动并带有分级功能的粉碎机器。 (4)涡轮式粉碎机:由高速旋转的涡轮叶片与固定齿圈的相对运动，对物料进行粉碎(含剪切、碰撞、摩擦)等的机器。 (5)压磨式粉碎机：由各种磨轮与固定磨面的相对运动，对物料进行碾磨性粉碎的机器。 (6)铣削式粉碎机：通过铣齿旋转运动，对物料进行粉碎的机器。 2.气流粉碎机气流粉碎机是通过粉碎室内的喷嘴把压缩空气（或其他介质）形成气流束变成速度能量，促使物料之间产生强烈的冲击、摩擦进行粉碎的机器。 3.研磨机研磨机是通过研磨体、头、球等介质的运动对物料进行研磨使物料研磨成超细度混合物的机器。它又分为： (1)球磨机：由瓷质球体或不锈钢球体为研磨介质的机器。 (2)乳钵研磨机：由立式磨头对乳钵的相对运动对物料进行研磨的机器。 (3)胶体磨：由成对磨体(面)的相对运动，对液固相物料进行研磨的机器。
(4)低温粉碎机低温粉碎机是经低温(最低温度)处理，对物料进行粉碎的机器。
1.7粉碎原理：
粉碎方法主要有五种：
(1)压碎。如图1.1-a所示，物料在两平面之间受到缓慢增长的压力作用而被粉碎。对于大块物料，第一步采用此法处理。挤压粉碎适用于脆性物料，食品加工中常用的是对辊粉碎机，如对辊的线速度相等，则为纯粹的挤压过程。 (2)劈碎。如图1.1-b所示，物料受到楔状刀具的作用而被分裂。多用于脆性，韧性物料的破碎，能耗较低。
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本科生毕业设计目 录摘要Abstract第1章 绪论11.1研究饲料粉碎机的目的11.2发展动态11.3研究方向21.4发展前景21.5研究方向31.6粉碎设备类别及其特点31.7粉碎原理41.7.1机械粉碎设备5Ghuuyh98第2章 总体方案确定92.1基本内容92.2齿爪式粉碎机的基本构成部件92.3齿爪式粉碎机的工作原理102.4主要工作部件112.4.1动齿盘11 2.4.2定齿盘12 2.4.3筛网122.5本章小结13第3章 主要部件的选型和设计143.1动、定齿盘直径和粉碎室宽度的确定143.1.1动齿盘的齿数和齿的尺寸143.1.2定齿盘的齿数和齿的尺寸163.2筛网163.3进料斗173.4动力装置和传动装置的设计计算173.5轴的设计计算及校核213.5.1轴的设计原则213.5.2求粉碎机上的轴的功率和转矩223.5.3初步确定轴的最小直径223.5.4轴的结构设计223.5.5求轴上的载荷233.5.6按弯扭合成应力校核轴的强度243.5.7精确校核轴的疲劳强度243.6键的选择和校核283.6.1键的选择283.6.2键的校核283.7本章小结29结论30参考文献31致谢32附录331.生产操作33 2.设备维护34 3.筛网的修理和更换34 4.V带的张紧与维护35第1章 绪 论1.1 研究饲料粉碎机的目的饲料粉碎的质量，对畜牧业的发展有着重要的意义。粉碎，是提高饲料质量的必要条件，饲料过粗，畜禽不易消化吸收，浪费饲料。因为，动物对饲料的消化吸收主要依靠酶的作用。粉碎过的保证质量要求的饲料，单位重量颗粒数目多，表面极大，酶的作用强，动物消化吸收较好。但也不是饲料越细效果越好，如果饲料过细，经过畜禽消化道时易结团等很多因素的影响反而不利于消化吸收，甚至引起疾病或造成不应有的损失。所以，设计合理配套的粉碎机械很有必要。 齿爪式粉碎机的结构组成，使得该机除了粉碎作用外还兼有混合搅拌的作用，饲料在机内从中间向四周扩散，相当于经过多个粉碎室，因而可达到均匀的高细货品力度。1.2 发展动态 目前，随着我国农业机械化水平不断提高，使得各项农业活动有了飞速的发展和提升，尤其是作物种植的密度增大和单位面积产率大幅度增加，这就使得收获后的秸秆处理成为了音响农业货的的一大难题，传统农家肥已经不能吸纳过多的作物秸秆，而现行的农田焚烧秸秆，会导致升天环境的破坏及增加火灾隐患，就目前来说已经被国际征服部门命令禁止。此外，秸秆的粉碎也出现了一系列想要的问题和危害，例如，病虫害的泛滥和对后期播种出苗率的影响。 正是在这样的时代背景下，饲料、干饲料粉碎机械行业迎来了发展的大好时机，将作物秸秆粉碎后作为牲畜、家禽的供养饲料可谓是一举多得，大大解放了农业机械化的发展进程和水平。 齿爪式粉碎机的结构组成，原料从定齿盘中部的进料管流入，有动齿盘最外层的两个搅拌齿拨入粉碎区，在告诉旋转的动齿盘与定齿盘上的圆齿和扁齿的摩擦下粉碎，饲料的离心力和摩擦力的作用下，有的与筛片碰撞弹回粉碎区再次遭受摩擦作用，有的与定齿相撞进入齿间进一步被磨碎，旋转的风压是合格的成品等穿过筛孔而别压出粉碎室，较大的颗粒则继续留在机内粉碎，这种粉碎机除了具有粉碎作用外海兼有混合搅拌的作用，饲料在机内从中间向四周扩散，相当于经过多个粉碎室，因而可达到均匀的高细货品粒度。1.3 国外饲料粉碎机发展情况 锤片式粉碎机在国外饲料工业生产中应用最为广泛。由于在饲料所用原料上的差异，在欧洲的饲料多采用混合粉碎（先配料后粉碎），且经常没有任何谷物原料；而美国的饲料配方是以50%的玉米或小麦为基础的，很少使用难以粉碎的比如燕麦、大麦之类的谷物等，原料水分也略低于欧洲。这样也就使得锤片式粉碎机向两个方向发展；首先在于美国的产品追求筛板面积大，而欧洲的讲究冲击齿板面积大。例如美国的Champion公司及Jacobson公司等标榜自己的产品为全周筛，而欧洲最为典型的是荷兰的Van Aarsen公司的2D系列锤片式粉碎机，其冲击齿板面积几乎达整个粉碎机室外周围面积的一半，占46%；其次在于筛板的安装。美国锤片式粉碎机在安装、更换筛板时必须停机并且打开机壳才能进行，而欧洲的许多锤片式粉碎机是从轴间插入式，不需停机和打开机壳可抽出原有筛板；还有的机型可沿轴的一端插入从另一端抽出，还可实现自动遥控换筛，如Van Aarsen公司的2D系列锤片式粉碎机两侧装有遥控电动换筛装置，在运行中就可以更换筛片。 为使粉碎机粒度均匀合理，饲料行业尝试引入循环粉碎，先粉后筛、筛后再粉的分步粉碎工艺将粉碎机与筛分设备按一定的关系进行组合，粉碎机只负责粉碎，把控制粉碎物料粒度的任务交给了相配套的筛分设备。这样也就提高了粉碎产量和粉碎效率，降低了粉碎电耗。为避免不必要的粒度运动，还有其他变型粉碎机，如涡轮粉碎机，其特点为在粉碎室筛板的末尾或在与进料口约成270角处，使未过筛的粗粒物料沿垂直方向向上抛出粉碎室，然后靠重力作用返回粉碎区。该机型的优点是不需要配备外设筛分设备，粗粒物料在机内自动循环；缺点是整机结构不对称，不能通过简单调换转子旋转方向来利用锤片的两侧。1.4发展前景 饲料行业属于高耗能行业之一，选购设备应该考虑到长期的节能使用，使用粉碎机也是如此，要优选低耗能产品，兼顾粒度和产量。每种粉碎机都有其最适合的工作场合，畜禽饲料粒度较粗，适合使用锤片式粉碎机，水产饲料要求高粒度，适于使用齿爪式粉碎机。 齿爪式粉碎机在粉碎机粒度高、能耗低这两点上具有综合的优势，在水产饲料行业有良好的声誉，除蟹、鳗以及某些小型鱼虾类的饵料要求达到95%过80甚至100目，需要配备超微粉碎机外，一般水产饲料只要在0.51.2mm筛孔范围内更换筛片，齿爪式粉碎机的粉碎粒度完全可以满足绝大部分水生动物饲料的要求。可以这么说：齿爪式粉碎机是水产饲料行业最实用的粉碎机型。1.5 研究方向从1955年起，我国开始研制饲料粉碎机，经过50多年的发展，我国饲料粉碎机械不论是产品品种、产品结构，还是在生产能力及综合性能都有了长足的发展和进步。经历了引进、消化吸收、自主开发、合资合作生产等几个阶段，目前我国饲料粉碎机械工业已具备一定的规模和水平，生产的饲料粉碎机械设备主要技术指标与国际水平基本相当。但是从整体上看，我国饲料粉碎机械工业尚处于由传统型向机械化、自动化和集约化过渡的起步阶段，仍然有许多问题需要努力解决，不断改进提高。近年来，我国养殖规模、养殖品种的多元化发展，对饲料粉碎机提出了新的要求，今后几年的粉碎机技术研究应主要集中在以下几个方面：1.粉碎设备自动化调控水平有待提高。目前国内粉碎设备大多是单元操作机，作业时还停留在人工控制阶段。2.主要易损部件消耗大，使用寿命有待进一步提高。目前我国粉碎机使用的锤片、筛片及齿板等易损件在性能、使用寿命上还与国际水平有一定差距。进一步研究如何提高锤片、齿爪和筛片的质量，降低单位产量的锤片、齿爪和筛片消耗率，延长其使用寿命，降低易损部件对粉碎成本的影响。3.粉碎作业能耗高，效率低，生产能力与粉碎细度相互制约。尤其在微粉碎时，物料温升高，噪声大，粒度不均匀。提高粉碎机加工精度与装配精度, 从结构上进行优化, 降低粉碎机的噪声。4.粉碎机的可靠性及整机质量需要进一步提高。5.秸秆、草类专用粉碎机有待进一步开发 农村中粉碎农作物秸秆饲料，仍普遍采用通用式粉碎机，如锤片式等。6.生物质能源领域需要的新型物料粉碎机械亟待研究开发。1.6 粉碎设备类别及其特点粉碎机一般分为机械式粉碎机、气流粉碎机、研磨机和低温粉碎机四个大类。1.机械式粉碎机是以机械方式为主，对物料进行粉碎的机械，它又分为齿式粉碎机、锤式粉碎机、刀式粉碎机、涡轮式粉碎机、压磨式粉碎机和铣削式粉碎机。 (1)齿式粉碎机：由固定齿圈与转动齿盘的高速相对运行,对物料进行粉碎(含冲击、剪切、碰撞、摩擦)等的机器。 (2)锤式粉碎机：由高速旋转的活动锤击件与固定圈的相对运动,对物料进行粉碎(含锤击、碰撞、摩擦)等的机器。锤式粉碎机又分活动锤击件为片状件的锤片式粉碎机和活动锤击件为块状件的锤块式粉碎机。 (3)刀式粉碎机：由高速旋转的刀板(块、片)与固定齿圈的相对运动对物料进行粉碎(含剪切、碰撞、摩擦)等的机器。 刀式粉碎机又分为：刀式多级粉碎机：主轴卧式，刀刃与主轴平行并具有单级或多级粉碎功能的机器；斜刀多级粉碎机：主轴卧式，倾斜刀式并具有单级或多级粉碎功能的机器；组合立刀粉碎机:主轴卧式,多层立刀组合的粉碎器；立式侧刀粉碎机：主轴立式，侧刀转盘运动并带有分级功能的粉碎机器。 (4)涡轮式粉碎机:由高速旋转的涡轮叶片与固定齿圈的相对运动，对物料进行粉碎(含剪切、碰撞、摩擦)等的机器。 (5)压磨式粉碎机：由各种磨轮与固定磨面的相对运动，对物料进行碾磨性粉碎的机器。 (6)铣削式粉碎机：通过铣齿旋转运动，对物料进行粉碎的机器。 2.气流粉碎机气流粉碎机是通过粉碎室内的喷嘴把压缩空气（或其他介质）形成气流束变成速度能量，促使物料之间产生强烈的冲击、摩擦进行粉碎的机器。 3.研磨机研磨机是通过研磨体、头、球等介质的运动对物料进行研磨使物料研磨成超细度混合物的机器。它又分为： (1)球磨机：由瓷质球体或不锈钢球体为研磨介质的机器。 (2)乳钵研磨机：由立式磨头对乳钵的相对运动对物料进行研磨的机器。 (3)胶体磨：由成对磨体(面)的相对运动，对液固相物料进行研磨的机器。(4)低温粉碎机低温粉碎机是经低温(最低温度)处理，对物料进行粉碎的机器。1.7粉碎原理：粉碎方法主要有五种：(1)压碎。如图1.1-a所示，物料在两平面之间受到缓慢增长的压力作用而被粉碎。对于大块物料，第一步采用此法处理。挤压粉碎适用于脆性物料，食品加工中常用的是对辊粉碎机，如对辊的线速度相等，则为纯粹的挤压过程。 (2)劈碎。如图1.1-b所示，物料受到楔状刀具的作用而被分裂。多用于脆性，韧性物料的破碎，能耗较低。 (3)剪碎。如图1.1-c所示，物料在两个破碎工作面间，如同承受载荷的那个支点(或多支点)梁，除了在外力作用点受劈外，还发生弯曲折断。多用于较大块的长或薄的硬脆性物。图1.1 物料粉碎方法示意图(4)击碎。如图1.1-d所示，物料在瞬间受到外来的冲击力而被破碎。冲击的方法较多，如在坚硬的表面上受到外来冲击体的打击，高速运动的机件冲击物料，高速运动的物料冲击到固定坚硬物体上，物料块之间的相互冲击等。此种方法多用于脆性物料的粉碎，粉碎范围很大。 (5)磨碎。如图1.1-e所示，物料在两工作面或各种形状的研磨之间受到摩擦，剪切作用而被磨削成为细粒。多用于小块物料或韧性物料的粉碎。在粉碎操作上，所使用的粉碎方法应根据物料的物理性质，块粒大小以及需要粉碎的程度而定，实际操作时常常采用两种或两种以上的方法组合进行。1.7.1机械粉碎设备 (1)机械冲击式粉碎机机械冲击式粉碎机是指：利用围绕水平或垂直轴高速旋转的回转转子上的冲击组件(锤头、叶片、棒体等)对物料进行撞击,并使其在定子与转子间、物料颗粒与颗粒间产生高频度的相互强力冲击、剪切作用而粉碎的设备。这种粉碎机型式很多，按冲击组件的结构形式的不同有高速锤式、高速棒式、高速刀片式等多种类型。按转子的布置方式可分为立式和卧式两种类型。其特点是粉碎比大。运转稳定。适合于中软硬度物料的粉碎。冲击式粉碎机借助于转子上锤头对物料的以50100m/s的高速打击而将其粉碎，处于定子和转子间隙处的物料被剪切和反弹到粉碎室内与后续飞来的颗粒相撞是粉碎过程反复进行。定子衬圈和转子端部锤刃之间形成强有力的高速湍流场其中产生强大压力变化可使物料受到交变应力而破碎和分散。粉碎成品颗粒细度和形态由转子上锤头的运动状态和定子间间隙来决定低速冲击可得细长的颗粒而高速冲击则易得物料结晶状态相同的颗粒。 (2)齿爪式粉碎机 齿爪式粉碎机可用于谷物等的粉碎。它主要由进料斗、动齿盘转子、定齿盘、包角为360的环筛和排料口等组成。定齿盘上有两圈定齿，齿的断面呈扁矩形。工作时动齿盘上的三圈齿在定齿盘的两圈齿的圆形轨迹间运动。齿爪式粉碎机由机体、进料斗、动齿盘转子、定齿盘、包角为360的环形筛网及出粉管等组成。如图1.21.喂料斗 2.定齿盘 3.进料管 4.机壳 5.电机架 6.主轴7.皮带轮 8.动齿盘 9.齿爪 10.筛片 11.出粉管图1.2 齿爪式粉碎机结构图当物料从喂料斗轴向喂入时，受到定、动齿和筛片的冲击，碰撞与搓擦等作用，最终被粉碎成粉粒状排出体外。动齿和定齿之间的间隙为3.5mm。齿爪式粉碎机的特点是结构简单，粉碎室比较窄，筛片包角为360生产效率比较高，但噪声和粉尘比较大。国产齿爪式粉碎机有FFC型系列产品。 (3)涡轮式粉碎机 涡轮式粉碎机由进料口、叶轮、齿板和排料口等部分组成。叶轮是由多个叶片及叶片与其侧面的隔板形成的多个室组成。机壳的内表面装有许多带有沟槽的齿板。叶轮高速回转时产生高速涡流，从而形成高频振动区。物料在粉碎室内受到反复粉碎不仅有冲击和剪切作用，又以无数的超高速涡流加剧颗粒之间的相互摩擦，以及由于高频振动产生的挤压作用等，使物料得到充分粉碎后，排出机外。涡轮式粉碎机主要有T-400型和T-800型两种。 粉碎室内径分别为400mm和800mm配用动力11-30kw和30-75kw。生产率分别30800kg/h和1002500kg/h。该粉碎机的特点是粉碎物温升比较低，适合于粉碎脱脂大豆、米、小麦粉、食盐、矿物质添加剂和颜料等。80%以上的粉碎物可以通过100-150目的筛孔。 (4)立式锤片粉碎机 立式锤片粉碎机是一种高效的超微粉碎设备，与卧式锤片粉碎机相比，效率高又节能，且可省去辅助补风系统和冷却系统，加上其换筛方便等特点。小型立式超微粉碎机主要由转子、粉碎盘、锤片、筛框、机体、供料装置及排料装置等组成。 粉碎盘底部装有刮片，可使沉积在底筛上的物料刮起，并随转子的离心力甩向粉碎区域继续粉碎。刮片又起到补风的作用，旋转时产生一定的风量，形成粉碎室内外的气压差，有利于细粉的排出，且可降低粉碎室内外的温度差，有利于粉碎加工。刮片产生的风压可以改善粉碎室内的气流状况，有利于负压吸进物料和正压排料，并破坏整个粉碎室内的环流层，使粉碎合格物料能及时排出，避免重复、无效的过度粉碎。物料从进料口加入，其运动轨迹与旋转锤片的运动轨迹垂直相交，因而物料击中率较高。由于物料与锤片两者之间的速度相差很大，在锤片冲击作用下，物料颗粒内部迅速产生向四方传播的应力波，并在内部缺陷、裂纹和晶粒界面等处产生应力集中物料将首先沿着这些脆弱界面破碎。在转子上层，由较短的锤片与筛片形成的预粉碎区内，大部分物料得到了粉碎或半粉碎，粉碎合格的细物料迅速通过周围环筛孔排出粉碎室。半粉碎和未粉碎的物料继续下降，落入下层主粉碎区域。由于下层锤片末端线速度更高，与筛片的间隙更小，锤片除对物料继续施加剪切力和冲击力外，且伴有研磨力等联合作用，使物料得到进一步粉碎并借助粉碎室内气流正压力，迅速通过环筛和底筛筛孔排出，完成粉碎加工。 (5)卧式粉碎机这是一种水平轴、双室、气流分级式粉碎机，主要依靠冲击粉碎原理工作，在粉碎的同时能够进行分级和清除杂质。它是由水平轴上安设的两个串联的粉碎，分级室和风机组成。粉碎分级室由带撞击叶片的转子和定子衬套以及分级叶轮组成。第一二转子的叶片分别为30、40倾角旋转时形成风压而相应的第一、二分级轮为径向叶片，旋转时形成风阻，两者旋转时便形成旋循气流，使颗粒反复地受强烈的冲击、剪切、摩擦作用而粉碎。两串联的粉碎分级室之间用隔环分隔，因第一、二级转子的圆周速度分别为50m/s、55m/s(第二转子直径大)故第二粉碎室粉碎力更强，成为细磨区，产品粒度达数微米。细粉随气流由风机排出机外捕集。此机的特点是采用两极串联粉碎装置，故粉碎效率高，能耗较低，产品粒度细，(平均粒径3100m),机内设有排渣装置,可将难予粉碎的杂质排出,故产品纯度高；负压操作，可减少粉尘对环境的污染。适用于莫氏硬度低于5级的物料，例如涂料、颜料、非金属矿、化工原料、农药等的微粉碎。第2章 总体方案的确定2.1基本内容1.根据粉碎原料的材料及尺寸要求，进行结构设计。2.喂料斗、定齿盘、动齿盘、齿爪、筛片的设计及各零部件和粉碎机整体的校核。3.扁齿、圆齿、筛片磨损的分析、生产能力、功率的计算。4.总装备图中各零部件的安装，及零件的定位和配合公差等问题。2.2 齿爪式粉碎机的基本构成部件根据设计任务书的要求，本粉碎机具有结构紧凑简单、机体小、重量轻、粉碎效率高，耗能较低等特点，但是齿爪和筛网易损坏和磨损，工作可靠性较差，通用性差，噪音较大，常用于饲料粉碎等操作。粉碎室由筛网组合，动定齿盘组成，粉碎齿用螺栓固定在齿盘四周。更换筛网或齿爪时可开启操作门，筛网靠操作门自压紧，成独立的压紧机构。粉碎机工作时操作门被锁紧，保证机器在工作时操作门不能开启，以防事故的发生。动齿盘一个传动轴上，轴由轴承支撑，轴承两端用端盖密封，密闭空间内，加适量的润滑油。轴依靠皮带轮带动。如图2.1所示。图2.1实物图齿爪式粉碎机由机体、进料斗、动齿盘转子、定齿盘、包角为360的环形筛网及出粉管等组成。定齿盘上有三圈定齿，齿的断面呈扁矩形；动齿盘上有四圈齿，其横截面是圆形或扁矩形。机体：机体由圆柱筒形外壁和支架部分组成，根据零件选材的一般原则，选用Q235为圆柱形筒的材料，Q235属于低碳钢，塑性、韧性优良，且经济性较好，可进行焊接；机壳与固定端盖采用4个均布联接安全可靠，便于拆装。 活动端盖与固定端盖通过销轴联接，二者以销轴为转动中心，旋转角度达180o，有利于粉碎机清理和机器检视拆装。钢材焊接性能的优劣决定于钢中的含碳量，一般是含碳量低的钢，其焊接性能优于含碳量高的钢。因为机架的粗糙度要求不高，支架比较 牢固程度上，所以支架一般都是用焊接的方法进行加工的。支架选用30号钢，因其硬度、强度较高，且兼有较好的塑性和韧性，综合性能优良，能满足其工作要求，采用电动机安装在支架横拉杆上，支架焊接制造，为四角支撑。图2.2拆机示意图齿爪与转子间的间隙：不适当的齿爪与转子间的间隙会显著地降低生产效率和增加齿爪与转子的磨损，间隙过大，粉碎时间增加，不一定满足粒度要求，降低了生产率，但间隙太小，粉碎室容纳的物料少，增加功耗。2.3 齿爪式粉碎机的工作原理工作时，动齿盘上的齿在定齿盘齿的圆形轨迹线间运动。当物料沿喂料斗轴向喂入时，受到动、定齿和筛片的冲击、碰撞、摩擦及挤压作用而被粉碎，同时受到动齿盘高速旋转形成的风压及扁齿与筛网的挤压作用，使符合成品粒度的粉粒体通过筛网排出机外，较粗的物料则继续受到撞击和摩擦，直到通过筛孔为止。2.4 主要工作部件2.4.1 动齿盘动齿盘是齿爪式粉碎机的主要工作部件，安装在主轴的左端，呈悬臂支承。动齿盘由转盘、圆齿、扁齿组成如图2.3所示。齿爪在动齿盘上交错排列，最里面的圆齿（4个）成为搅拌齿，第二层圆齿（4个）称为粗碎齿，第三圈圆齿（4个）称为细碎齿，最外层扁齿（4个）称为粉碎齿。在搅拌齿附近有两个用于拆卸的螺孔，便于用拨盘器拆卸动齿盘。 圆齿是齿爪式粉碎机进行粉碎的主要工作部件之一，圆齿材料为45号钢，采用螺纹联接在齿盘上，且齿顶耐磨，齿根耐冲击，工作部分经热处理以提高硬度，增强使用寿命。 扁齿材料为45号钢，用沉头螺钉固定在动齿盘上。工作部分经热处理，以提高硬度，增加使用寿命。扁齿4个一组。动齿盘安装后应进行动，静平衡实验,其不平衡度在动齿盘上的最大直径上不应超过规定。扁齿和圆齿易磨损，应及时检查和更换，以保持粉碎机的工作性能和防止机器发生故障，引起事故。图2.3动齿盘2.4.2 定齿盘 定齿盘除了起到辅助粉碎的作用外，还可以减轻筛片负荷，避免饲料对筛片的直接撞击。根据资料，定齿盘对粉碎机的生产率影响不大，因此在粉碎大块饲料或定齿盘的齿爪被金属、石块损坏后，可以拆换定齿盘。 定齿盘采用灰铸铁铸造而成，固定在侧盖内壁上，分内中外三层，内层和中层为粗碎层，外层为细碎层。粉碎机内，外齿盘与左端盘铸造成一体。如图2.4所示。图2.4定齿盘2.4.3 筛网齿爪式粉碎机所用筛网为环型筛，它由筛圈、筛片、螺钉组成。使用时将筛片安装在两个筛圈之间，并用螺钉将筛片压紧，再装入机体内的筛托上。筛片已经标准化，用冷轧钢带冲孔而成。如图2.5所示。图2.5筛网2.5本章小结齿爪式粉碎机的基本构成部分，齿爪式粉碎机的工作原理，主要工作部件动齿盘、定齿盘、动齿爪，筛网的设计方案的确定。15第3章 主要部件的选型和设计3.1 动、定齿盘直径和粉碎室宽度的确定 根据机械工程手册可知在已知配套功率的情况下，动齿盘的最大直径D和粉碎室宽度B(即动、定齿盘面间的轴向间距)的乘积可由经验公式确定：式中：经验系数；常用=0.20.4，取=0.4 N配套电机功率（kw） u 动齿盘最大直径处的线速度（m/s），常用D=250500mm；B=4580mm。 根据设计书的要求查表可知，动齿盘的外径D=250mm。设计要求的配套动力为N=4.0kw，主轴转速n=5800 r/min.由经验公式可推算出B=66mm。3.1.1 动齿盘的齿数和齿的尺寸该爪式粉碎机主要用于粉碎饲料以及化工原料，根据设计手册（破碎与筛分机械设计选用手册）可得粉碎该级硬度的物料需要动齿爪动能E=6.6J可脾性系数=0.5工作时，动齿盘上的齿在定齿盘齿的圆形轨迹线间运动。当物料沿喂料斗轴向喂入时，受到动、定齿和筛片的冲击、碰撞、摩擦及挤压作用而被粉碎，同时受到动齿盘高速旋转形成的风压及扁齿与筛网的挤压作用，使符合成品粒度的粉粒体通过筛网排出机外，较粗的物料则继续受到撞击和摩擦，直到通过筛孔为止。粉碎能力主要与动齿爪的动能、物料的性质（如物料的可碎密度及硬度等）、含水率及喂料的均匀程度等因素有关。粉碎机生产能力经验公式：式中Q 转子的粉碎能力，t/h； 动齿爪数量系数； 可脾性系数表3-1齿爪数量与可脾性系数动齿爪数量/个8120.0212160.02216200.02420240.026由上式带入数据其中E=6.6J=0.5Q=0.3t/h计算0.3=得0.0227根据表3-1，动齿爪的数量应在12-16之间，考虑到回转平衡的需求取动齿爪个数K=16动齿盘的盘面装有若干动齿。最外圈为扁齿爪，内圈均匀为圆齿，扁齿和圆齿均用45号钢制造。一般动齿爪长度为粉碎室宽度的65%75%，该机取动齿爪的长度为44mm。如图3.1，3.2所示。图3.1 圆齿图3.2 扁齿3.1.2定齿盘的齿数和齿的尺寸 定齿盘为固定在粉碎机的喂料口一侧，可随喂料活门一起打开，便于清理粉碎室。定齿盘用HT200铸铁制造，其盘面上有24个定齿，与盘体铸成一体。定齿断面为矩形，其内外两侧铸有弧形凹槽。为便于铸造，在使用三圈定齿，其固定齿盘交替排布为内中外三圈，每圈4个定齿。定齿齿长为20mm。3.2 筛网 筛网做成圆筒状，其两侧插装在筛圈的环形槽内。并用螺钉将筛片压紧，再装入机体内的筛托上。筛片已经标准化，用冷轧钢带冲孔而成。根据经验，动齿盘扁齿外缘与筛片间的间隙为820mm,过大则产生反料和筛孔堵塞现象，粉碎效率大大下降。齿爪式粉碎机上常用圆孔筛片。由出料粒度大小，筛孔直径定为10mm。筛网直径为250mm.3.3 进料斗 进料斗设置在机体上方，采用切向进料方式。固定在进料斗座上方。由流量插板控制进料速度，这既保证产品质量的稳定性，均匀性，又保证了粉碎机不空载、不过载，既能节省能耗，又可延长设备的使用寿命。如图3.3图3.3 进料斗排料口设置在筛网下端，用螺栓固定在机体上，采用倾斜切向排料。排料口采用厚度为2mm的HT200铸铁制造。出料斗截面形状采用矩形。3.4 动力装置和传动装置的设计计算 根据设计的粉碎机转速较高，功率相对较大的特点，选择所具有的结构相对简单，传动平稳，造价低廉和缓冲吸振的皮带传动。而在同等张紧力作用下，V带传动允许较大的传动比，而且满足结构紧凑的要求，带轮机构尺寸计算如下：已知参数：额定功率 P=4.0kw, 选用电机型号为Y112M-2，转速=2890r/min 粉碎机主轴=5800r/min， 传动比i=0.498，日工作时间小于10h。确定计算功率计算功率是根据传递的功率P和带的工作条件确定的式中计算功率，KW； 工作情况系数，查表可知=1.2 P 所需传递的额定功率计算可得=1.2X4=4.8kw选取带型由上可知，根据计算功率和小带轮转速可选用普通V带 A型。确定带轮的基准直径，并验算带速v初选带轮的基准直径：根据V带带型，确定小带轮的直径=75mm。验算带速v：符合要求，带速合适。计算大带轮基准直径= =0.49875=152mm根据资料圆整为=160mm确定v带的中心距a和基准长度根据式 0.7（+）2（+）初定中心距为=400mm计算带所需的基准长度=2x400+(75+160)+=1173选带的基准长度1250mm，带长修正系数=0.93计算实际中心距a。验算小带轮包角计算带的根数z计算单根V带的额定功率。由=75mm， =160mm和=2880r/min，得=1.00kw知0.34， =0.98， =0.93。于是1.22kw计算V带根数z。取4根计算单根V带的初拉力的最小值已知V带的单位长度质量q=0.1kg/m，所以应使带的实际初拉力。计算压轴力压轴力的最小值为带轮结构设计带轮采用铸铁，牌号为HT200结构可采用腹板式，大带轮直径=160mm，小带轮=75mm V带轮的结构形式与基准直径有关。当带轮基准直径为2.5d(d为安装带轮的轴的直径，mm)时，可采用实心式；当mm时，可采用腹板式；当mm，同时时，可采用孔板式；当300mm时，可采用轮辐式。所以本次采用腹板式，如图3.4所示。图3.4 皮带轮3.5 轴的设计计算及校核3.5.1轴的设计原则 根据机械设计，轴的设计应满足下列几方面的要求： 合理的结构、足够的强度、必要的刚度和振动及良好的工艺性等。在设计轴时，除按工作能力准则进行设计计算外，在结构设计上还需满足下列要求：多数轴上零件不允许在轴上作轴向移动，需要用轴向固定的方法使它们在轴上有确定的位置；为传递转矩，轴上零件还应作周向固定；轴的加工、热处理、装配、检验、维修等都有良好的工艺性。 轴结构设计的一般原则：轴上零件的布置应使轴受力合理；轴上零件的定位可靠，拆装方便；轴应采用各种应力集中和提高轴疲劳强度结构措施；应具有良好的结构工艺性，便于加工制造和保证精度；对于需求刚性大的轴，还应从结构上考虑减小轴的变形。确定各轴长度时应尽可能结构紧凑，同时还应保证零件所需的滑动距离，拆装或调整所需空间，并注意转动零件不得与其他零件相碰。轴上所有零件都应无过盈（即不太紧）地到达配合部位。为了减少加工工具的种类和提高劳动生产率，轴上的倒角、圆角、键槽等应尽可能取相同的尺寸。根据以上原则来确定轴的尺寸。3.5.2 求粉碎机上轴的功率和转矩取V带传动的效率为=0.95，一对滚动轴承的效率为=0.99，=P=40.950.99kw=3.76kw, =5800 r/min，于是，3.5.3 初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45号钢，调质处理。取=112，此轴最小直径显然是安装动齿盘与轴联接的螺母的直径。为了使所选轴直径与动齿盘的孔径相适应，根据轴向定位要求确定轴的各段直径和长度。选用轴的材料为45号钢，调质处理。应当指出，当轴的截面上开有键槽时，应增大轴径以考虑键槽对轴的强度的削弱。对于直径d100mm的轴，有一个键槽时，轴径增大3%；有两个键槽时，应增大7%。对于直径d100mm的轴，有一个键槽时，轴径增大5%7%；有两个键槽时，应增大10%15%。然后将轴径圆整为标准的直径。这样求出的直径，只能作为承受扭矩作用的轴段的最小直径。3.5.4 轴的结构设计 为满足动齿盘的定位要求，在轴的左端必须有一定位螺母，并在轴的左端车制外螺纹，用于动齿盘的紧固，同时也便于安装与拆卸动齿盘。根据前面计算的轴的最小直径d=10mm,再根据机械设计课程设计，可选定螺母的大小及型号为M10的六角螺母（GB6170-68）。为了满足动齿盘的轴向定位要求轴段右端制出一轴肩，并留螺纹退刀槽。 由上可确定=22mm，为满足动齿盘的定位要求，右侧有一轴肩，初步选择滚动轴承，因为轴承可只考虑径向受力，故选用深沟球轴承，并由轴承产品目录总初步选择滚动轴承为中窄6305（GB276-89），因此取=25mm。，由结构设计知，轴右侧也有一定位轴肩，以定位轴承，取=30mm。 图3.5轴的结构确定轴上的圆角和倒角尺寸，取轴端倒角为2X45，各轴肩处的圆角半径为LXL-16 如图3.5所示。3.5.5 求轴上的载荷图3.6轴的载荷分析首先根据轴的结构，作出轴的计算简图。在确定轴承的支点位置时，对于6305（GB276-89）轴承，a=17mm。因此，作为简支梁的轴的支承跨距为L=82mm+17mm=99mm。根据轴的计算简图，做出轴的弯矩图和扭矩图。如图3.6。从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出中间截面为危险截面。现将计算的危险截面处的M、MH、MV。表3.2轴上的载荷载荷水平面H垂直面V支反力F761NN弯矩MMH=34245N/mmmm总弯矩扭矩TT2=131759.8N.mm3.5.6 按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度。根据上表的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取=0.6，轴的计算应力前面已经选定轴的材料为45号钢，调质处理，根据资料查得，故安全。3.5.7 精确校核轴的疲劳强度 1危险截面的判断 截面A、B只受扭矩作用，虽然键槽、轴肩及过渡配合所引起的应力集中均将削弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕确定的，所以截面A、B均无需校核。 从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面和处的配合引起的应力集中最严重；从受载的情况来看，截面D上的应力最大。截面上的应力集中的影响和截面的相似，都不受扭矩作用，同时轴径也较大，故不必做强度校核。截面D上虽然应力最大，但应力集中不大（过盈配合及键槽引起的应力集中均在两端），故此截面也不需要校核。截面和显然更不需要校核。且键槽的应力集中系数比过盈配合的小，因此该州只需校核截面左右两边即可。截面左侧的抗弯截面系数 抗扭截面系数 弯矩M为截面上的弯曲应力 截面上的扭转应力 轴的材料为45号钢,调质处理截面上由于轴肩形成的理论应力集中系数及，按附表3-2查取因，经插值后可查得：又由附图3-2可得轴的材料敏性系数为，故有效应力集中系数按附表3-2为:尺寸系数为 ，扭转尺寸系数为 ，轴采用磨削加工，表面质量系数为，轴表面未经强化处理，即，得综合系数值为碳钢系数的确定碳钢的特性系数取为，计算轴的疲劳安全系数为截面右侧抗弯截面系数 抗扭截面系数 弯矩M及弯曲应力为 扭矩T及扭转切应力为 取过盈处的插值法查得轴按磨削加工，表面质量系数为 故的综合系数为 所以轴在截面右侧的安全系数为故该轴在此截面的右侧的强度也是足够的。本机无大的瞬时过载及严重的应力循环不对称性，故可略去静强度校核。至此,轴的校验结束,轴的校验合格。3.6 键的选择和校核3.6.1 键的选择均为一般联接，可选用普通平键。安装动齿盘处键的选择：此处轴的直径=22mm，键的截面尺寸为：宽度b=6mm,高度h=6mm,取键长L=12mm.与皮带轮联接的键的选择：此处轴径为=22mm，同理选用键的宽度b=6mm,高度h=6mm,取键长L=25mm.3.6.2 键的校核键、轴的材料都是钢，键采用静联接，冲击轻微。许用挤压应力=120150Mpa,取=135Mpa。键1的工作长度l=L-b=12mm-8mm=4mm键与齿盘的接触高度k=0.5h=3mm强度合适键2的工作长度l=L-b=25mm-6mm=19mm键与皮带轮的接触高度k=0.5h=3mmT传动的转矩，Nmk键与轮毂键槽的接触高度l键的工作长度，mmd轴的直径3.7本章小结动齿盘直径和粉碎室宽度的确定，；定齿盘的齿数和齿的尺寸的确定；筛网，进料斗的设计和尺寸的确定；动力装置和传动装置的设计计算；轴的设计计算及校核；轴的结构设计；键的选择和校核。结 论 爪式粉碎机又称齿爪式粉碎机，它是利用击碎原理来工作的。这次设计的爪式粉碎机的主轴转速达5800r/min，所以也可称为高速粉碎机。 选择粉碎方法的重要依据是被粉碎物料的物理性质。被粉碎物料的硬度和脆性是考虑的重点。对于硬而脆的物料采用撞击和挤压较为有效，对于韧性物料，采用剪切和摩擦则更为有效。 饲料原料中，纤维含量较多的壳、皮及糠麸饼粕，选用以剪切、摩擦粉碎作用为主的齿爪式粉碎机较好。而脆硬的谷物原料采用偏心撞击粉碎为主的锤片粉碎机就能满足。一种通过挤压和剪切作用为主的有支撑对辊式粉碎机，可以使谷物粉碎达到很高的效率。有资料显示：在粉碎粮谷类原料时，滚石粉碎机的能耗低于撞击作用为主的锤片粉碎机15%85%，并且粒度更均匀。在齿爪式粉碎机内，物料不仅受到撞击作用，同时还受到强烈的摩擦、碾磨作用，因此齿爪式粉碎机不但比锤片式粉碎机的原料通用性更强，而且粉碎制品更细，粉碎更节能。特别在粉碎糠麸饼粕类原料时，愈加能够体现出齿爪粉碎机粉碎制品比锤片式粉碎制品更细更均匀的特点。这次设计的爪式粉碎机在进料斗与进料斗座之间安装了流量插板，可随时快速地控制进料速度，从而进一步确保粉碎的效率和工作的安全性。 不足之处是，由于动齿盘的高速旋转和动齿与物料之间撞击，还是无法避免爪式粉碎机的高噪音这项缺点。 参考文献1王与、王顺喜. 饲料粉碎机发展现状分析J.粮食与饲料工业2007，102王卫国. 饲料粉碎粒度最新研究进展J. 稂食与饲料工业2009，113潘树良小型爪式粉碎机常见故障J农机具之友，2007，（03）4段长勇等.发展饲料玉米优化农牧业结构.J饲料与畜牧2010，（1）：28295王三民机械原理与设计M北京机械工业出版社20016机械设计手册编委会机械设计手册M北京机械工业出版社20047食品工业与设备M中国轻工业出版社，20008王三民主编机械原理与课程设计M北京：机械工业出版社，20049成大先主编机械设计手册（单行本）减（变）速器电机与电器M北京：化学工业出版社，200410王世刚主编机械设计实践M哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，200311成大先主编机械设计手册（单行本）机械传单M北京：化学工业出版社，200412王三民诸问俊主编机械原理与设计M北京：机械工业出版社，200013刘品主编机械精度设计与检测基础M哈尔滨：哈尔滨工业出版社，200414工程制图基础武汉理工大学等五院校工程制图基础编写组编M北京高等教育出版社，200315农产品加工机械M.长沙.湖南科技出版社.200216唐敬麟主编破碎与筛分机械设计选用手册M化学工业出版社 200117Doughty S.mechanics of Machines.New York:Johh Wiley &Sons 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W.Classical and Modern Mechanisms for Engineers and Inventors.New York:Marcel Dekker,2012.319W E Eder.Design modeling a design science approachJ.Journal of engineering design,2010.9(4):353371致 谢本设计的完成是在我的指导老师刘亚娟老师的细心指导下进行的，在每次设计遇到问题时，老师不辞辛苦的讲解才使我的设计顺利的进行，从开始的资料搜集到最后设计的修改的整个过程中，花费了刘老师很多的宝贵时间和精力，在此向导师表示衷心的感谢！刘老师严谨的治学态度和高度的责任心都将使学生受益终生！祝教授身体健康，工作如意、阖家欢乐。在这四年的学习中结识的各位生活上和学习上的挚友让我得到了人生最大的一笔财富。在此，也对他们表示衷心感谢，同时也感谢同学们的支持和帮助。最后，感谢母校为我们提供了丰富的学习资源和优越的学习环境。附 录1.生产操作爪式粉碎机的正确操作是连续正常生产的保证。操作不正确或疏忽大意，是造成事故的主要原因。正确的操作和使用，也有利于提高生产能力。正确操作，就是严格按照设备的操作规
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