立轴式破碎机设计【2013年最新整理毕业论文】

摘 要 为了提高加工效率，本课题设计了一种出料粒度为 15 20mm 的立轴式破碎机， 根据要求设计了锤击部分和反击部分。物料由进料口进入破碎腔，经过锤头的冲击、剪切、劈碎、折断，实现物料的中碎；锤击的物料冲击到安装在破碎腔内的反击板上，又经过物料与反击板、物料与物料的互相冲击 ,从而实现了物料的细碎。本机融合了锤式破碎机、反击式破碎机与立轴式破碎机的优点 ,降低了生料和熟料的入磨粒度，较好地达到了设计要求。 关键词 ：破碎机 反击板 锤头 目 录 摘要 I 1 引言 1 2 概述 2 2.1 水泥装备的发展趋势 2 2.2 设计要求及分析课题 2 2.3 立轴式破碎机的工作原理简介 3 2.4 立轴式破碎机的构造 3 3 总体方案论证 6 3.1 机型的确定 6 3.2 产品的确定 7 4 传动装置的总体设计 7 4.1 电动机的选择 7 4.1.1 立轴式破碎机的设计参数 8 4.1.2 功率的确定 8 4.2 传动部分的设计 8 4.2.1 确定计算功率 Pca 8 4.2.2 选择 V 带型号 8 4.2.3 确定带轮直径 dd1,dd2 9 4.2.4 确定中心距 a 和带的基准长度 dL 9 4.2.5 验算主动轮上的包角 1 9 4.2.6 确定 V 带根数 z 10 4.2.7 计算单根 V带 初拉力 F 10 4.2.8 计算对轴的压力 FQ 10 5 立轴式破碎机主要参数的确定 13 5.1 基本结构参数 13 5.1.1 转子的直径与长度 13 5.1.2 基本结构尺寸 13 5.1.3 锤头质量的确定 13 5.1.3.1 按动能定理计算锤头质量 12 5.1.3.2 按动量定理计算锤头质量 12 5.2 主要工作参数的确定 13 5.2.1 转子的速度 13 5.2.2 生产能力 14 5.2.3 功率 14 5.3 转子的结构设计 15 5.3.1 轴的设计计算及校核 15 5.3.1.1 轴的结构设计 15 5.3.2 轴的强度计算 15 5.3.2.1 破碎力的确定 16 5.3.2.2 轴的受力分析 16 5.3.2.3 判断危险剖面 18 5.3.2.4 轴的弯扭合成强度校 核 18 5.3.2.5 轴的疲劳强度安全系数校核 18 5.3.3 转子的设计 21 5.3.3.1 锤头的设计 22 5.3.3.2 安装 23 5.4 轴承和键的选用 23 5.4.1 轴承的选用和润滑 23 5.4.2 键的选用 24 6 相关零件的设计 24 6.1 反击板的设计 24 6.2 门的设计 25 7 辅助零件的设计 26 7.1 注油管 26 7.2 密封装置的选择 26 8 结论 26 9 致谢 28 参考文 28 附件清单 29 UG 三维图集一份 30 全套资料带 CAD 图， QQ 联系 414951605 或 1304139763 1 引言 建材产品的生产 ,从原料、燃料到半成品都需要进行破碎和粉磨 ,其目的是 使物料的表面积增加 ,以提高物理作用的效果及化学反应的速度 ,如促进均匀混合 ,提高物料的流动性 ,便于贮存和运输 ,提高产量等。水泥熟料和石膏一起磨碎成最终产品 ,其磨碎的粒度越细 ,表面积越大 ,则水泥的标号就越高。改善和提高产品的质量和数量 ,减少动力消耗 ,降低生产成本 ,对达到优质、高产、低消耗具有重要意义。 机械冲击粉碎是建材行业材料破碎的主要手段，其设备效率是重要的技术和经济指标。目前在破碎机的设计研究中，主要集中在耐磨材料和常规设计的改进。 在水泥行业、选矿电力等工业领域中广泛使用粉磨机械，但各类粉磨机械都有生产 效率低，能耗高的缺点。当前的发展趋势是“以破代磨”，借助加强粉磨机前的粉碎，降低入料粒度，可大幅度提高粉磨机产量，降低综合能耗。根据毕业设计论文任务书要求 ,结合市场上所使用的各类型号的破碎机及由厂家在使用过程中所反馈的信息 ,分析其问题的来源 ,并相互比较综合各类破碎机的优点而确定的。 设计要求 :a、最大进料粒度： 150mm； b、出料粒度： 10mm； c、生产能力：25-30t/h。 使用范围： 立轴式破碎机既可以用于生料的破碎 ,又可以用于熟料的破碎。它适用于粉碎水泥熟料、粒状高炉矿渣、石灰石、砂岩、页岩、煤矸 石、煤块、铝块石、金矿石、钼矿石等多种物料。它广泛应用于：建材、化工、冶金、电力、煤炭、矿山等工业部门。 技术要求：机械设计应保证其功能良好、使用可靠、维护方便；零件结构设计要选择合理的毛坯型式和材料，并尽可能的采用标准件和通用件，并具有良好的工艺性。 设计方法：采用二维 CAD 绘制图纸和在 UG平台上创建三维模型相结合的方法，更加直观地将所要设计的结构表达出来。 本课题着重解决如何将反击式破碎机和锤式破碎机的优点结合、锤头磨损问题和机体平衡问题、破碎机在工作过程中的粉尘泄露问题及破碎机的各工作参数的优化确定方 法等。 本设计具有很强的实用价值。因为采用了很多新的结构，大大降低了制造和维护的费用，减少了机器调整的次数，保证了生产的连续性。 2 概述 2.1 水泥装备的发展趋势 11 水泥生产的机械装备是生产水泥的重要工具，是提高劳动生产率、降低水泥成本、减轻劳动强度的重要手段。综观目前国内外水泥行业发展状况可知，水泥装备的发展趋势大致可分为三个方面： a.向大型化方向发展 近年来，世界水泥工业发展的动向之一是大型化。各国都在致力于开发大型化的设备及其应用技术，因为大型水泥厂能降低生产成本，减少能耗，提高劳动生产率，特别是日产 5000t 熟料的水泥厂经济效益特别显著。 b.向自动化方向发展 水泥厂的自动化程度是衡量水泥工业现代化的标志之一，自动化技术的应用利用提高主机产量和设备运转率，降低热耗，提高劳动生产率。 c.向节能化方向发展 从生产工艺上看，这种能源消耗可分为 两部分：一部分是消耗燃料多的熟料烧成系统；一部分是消耗电能多的原料和熟料的粉磨系统。因此，各国都在积极开发节能降耗的水泥成套设备。磨前破碎正是向节能方向发展的一个重要路口，也正是水泥设备发展的必经之路。 2.2 设计要求及分析课题 物料在经过粗碎、中 碎以后，一般粒径为 30 100mm，而进入磨机的粒径一般为 30mm 左右，由于进入磨机的粒径仍很大，且不均衡，不但增加了磨机的负荷，而且也增加了磨机的功耗，根据邦德理论，粉碎物料所消耗的能量，与物料产生的裂缝长度成正比，而裂缝又与物料粒径的平方根成反比。即：w=k(1/ d -1/ D ),d 为进料粒径， D 为出料粒径，因此，设计的要求是经过一级破碎的物料进入球磨机之前增加一级破碎，以均衡和降低物料的入料粒度，从而显著地降低功耗，达到节能降耗的目的。 锤式破碎机的结构由锤头转子篦条筛内壁衬板机架等组成；它是通过 物料进入破碎机中 ,受到高速回转的锤头冲击而破碎 ,物料从锤头处获得动能 ,以高速冲向破碎板进行第二次破碎 ,粒度小的从篦条筛中排出 ,粒度大的物料在篦条筛上再经过锤头的冲击研磨铣削而破碎 ,合格粒度由篦条筛排出。 反击式破碎机的结构由反击板打击板转子组成；它将物料反复地冲击 ,同时 ,物料之间也互相撞击而得到破碎。 立轴式破碎机的结构由机体主轴转子衬板进出料口组成；物料进入第一破碎腔 ,受高速回转的转子上的板锤的冲击破碎 ,获得动能的料块抛击到筒体的衬板上进一步破碎 ,料块群在机腔中互相撞击而得到第一次破碎；物 料进入第二破碎腔受第二转子的挤压冲击 ,把料层压紧而变密实 ,随着挤压冲击力的上升 ,当应力超过颗粒所承受的强度时 ,物料被粉碎。 本课题设计的破碎机是兼以上三者之优点进行破碎 ,因此 ,确定为立轴式破碎机。 2.3 立轴式破碎机的工作原理简介 破碎机体内研磨介质运动状态分为二部分，其一为在筒体内旋转，其二为带到一定高度后抛落，即抛落运动状态。前者粉碎的主要形式为研磨，而后者为冲击。磨内物料随着研磨和冲击的综合作用而使物料粉碎。立轴式破碎机的破碎部分主要由锤击部分和反击部分两部分组成，物料由进料口进入破碎腔，经过锤 头的冲击、剪切、劈碎、折断，使得物料粒径降低，然后再经过反击破碎，通过反击破碎中反击板的冲击、剪切和物料的自撞破碎，进一步降低和均衡物料的粒径，从而实现了物料粉碎的目的。 2.4 立轴式破碎机的构造 立轴式破碎机由筒体、转子、机盖附件、底座等部分组成，筒体由机壳、门、隔板、反击板组成，各部件分别用焊接螺栓、螺钉连结成一体；转子由主轴、锤架组成。锤架上偏心销轴将锤头分 4 排悬挂在锤架之间，为了防止锤架和锤头的轴向窜动，锤架一端用轴套轴向固定，一端用止退垫圈和锁紧螺母固定，转子支承在三个滚动轴承上，机壳内部有反击 板，反击板磨损后可以更换，机盖与轴之间漏灰现象严重，为了防止漏灰，设有轴封。主轴是破碎机支承转子的主要零件，冲击力由它来承受。因此，要求主轴的材质具有较高的硬度和韧性，如用 45 钢。主轴断面为圆形，锤架用 36mm 宽的平键与轴连接，锤架是用来安装锤头的，但破碎机在逆转时，锤架与物料接触，易造成磨损，所以选择的材料要具有一定的耐磨性。该锤架的销轴孔都为 6 个孔，可以在销轴孔磨损后，把锤头安装在另一个位置，在锤架中，上面一个圆盘用以减少偏心销轴的磨损程度。锤头的质量、形状和材质对破碎机的生产能力有很大的影响。锤头动能 的大小与锤头质量成正比，动能越大，即锤头质量越大，破碎效率愈高，但能耗佷大。因此，应根据不同的进料尺寸来选择适当的锤头质量。锤头耐磨性是其主要质量指标之一，提高锤头的耐磨性，可以缩短破碎机的检修停车时间，就能大大的提高立轴式破碎机的利用率和减少检修费用。 机盖部件由机盖、滚动轴承、圆锥套、上轴承盖、上密封环、圆螺母以及直通式油杯组成，用螺栓连接在一起，轴承盖用于轴承的外圆定位，轴承盖内的内油毡槽用以安装油毡起密封油的作用，轴承盖外面有凸起的环体，挡住外面的灰尘进入轴承盖内，圆螺母和止退垫圈使轴承的内圈得以定 位，上密封环挡住筒体内的灰尘进入到机盖内，即采用迷宫密封来挡灰。轴承的润滑采用直通式油杯油润滑，轴承间隙的调整可通过调整垫片得以实现。 底座部件由支承套、滚动轴承、下轴承盖、下密封环、轴套、垫片、注油装置、底座等组成，用螺栓连接在一起，底座用于整个转子轴的定位，支承套用来支承两个滚动轴承和下轴承盖，调心滚子轴承主要用来承受轴向力，推力调心滚子轴承主要承受径向力，在两个轴承之间增加一块垫片，隔开两轴承以避免两轴承直接接触，影响两轴承的寿命。上轴承盖用来定位，推力调心滚子轴承的外圈定位，两轴承之间的垫片 用于保证两轴承的内圈定位，轴承盖内毛毡用来保证润滑油的密封，下轴承盖和下密封环组成的环形密封用来挡住筒体内的灰尘进入到轴承中。 进料口由法兰、钢板焊接而成，用螺栓连接在机盖上。 出料口由法兰，钢板焊接而成，用螺栓连接在底座的加强筋上。 机盖部分与筒体 ,筒体与底座均用螺栓连接在一起，转子与底座之间用轴承来支承。 立轴式破碎机结构模型如图 2-1所示 图 2-1 立轴式破碎机结构模型图 3 总体方案论证 3.1 机型的确定 立轴式破碎机结构如图 3-1 所示 图 3-1 立轴式破碎 机结构图 1-机械传动部分， 2-反击破碎部分， 3-锤击破碎部分 该机由三个主要部分组成：（ 1）机械传动部分（ 2）反击破碎部分（ 3）锤击破碎部分。起主要作用的是锤击破碎部分和反击破碎部分，皮带传动部分传递所需的动力。 该机采用立轴式上下安置，充分利用物料自身的重量。减少物料运输过程所消耗的动力。通过反击破碎和圆锥破碎，从而达到降低粒径的目的。 3 2 产品的确定 该机的产量需满足下列要求 a.年产 10 万吨以上； b.不是全日制工作，每年工作为 300 天，每天工作 8 16小时。 在此基础上，该机的设计产量为 25 30t/h。 4 传动装置的总体设计 4.1 电动机的选择 10 4 1 1 立轴式破碎机的设计参数 进料粒径 150 出料粒径 10 4 1 2 功率的确定 由邦德理论 N=k (1/ d 1/ D ) （ 4-1） 式中： d 出料粒径， um； D 进料粒径， um； Q 产量， t/h； 得 N=185 (1/ 10000 1/ 150000 )X40 =57kw 由电机功率 ,查手册 : 选电机型号为 Y280M-6 功率为 55kw 转速为 980r/min 外形尺寸为 1198 555 640(长宽高 )。 4 2 传动部分的设计 10 4.2.1 确定计算功率 Pca 考虑到载荷的性质、原动机的不同和每天工作时间的长短等，计算功率 Pca比要求传递的功率 P 略大，即 PKP Aca （ 4-2）式中： KA 工作情况 系数， 1 . 4 5 5 7 7c a Ap K P k w 4.2.2 选择 V 带型号 1 根据计算功率 77cap kw 1 9 8 0 / m innr 由机械设计手册图 12-1-1确定选用 D 型带。 4.2.3 确定带轮直径 dd1， dd2 a) 参考机械设计手册带传动设计部分，选取小带轮直径 1d =355mm 。 100060 11 ndv （ 4-3） b) 100060 11 ndv =验算带的转速 m a x/302.18100060 98035514.3 vsm 带的速度合适 (普通 V 带 smv /4530m ax ) c) 从动带轮直径 2d 2d =11129 8 0 3 5 5 4 0 1 . 0 5870ndi d m mn （ 4-4） 由机械设计手册表 12-1-10 查得 d =400mm 4.2.4 确定中心距 a和带的基准长度 dL 根据 0.7(1d + 2d )0a S , 故 a a 剖面安全。 b. b b 截面右侧 抗弯截面系数 38333 1010001.01.0 mmmmdW 抗扭 截面系数 38323 10210002.02.0 mmmmdW T 弯曲应力 M P aM P aWM bb 04.0103 7 6 0 9 5 38 M P aba 04.0 0m 切应力 M P aM P aWT TT 07.010214463000 8 MP aMP aTmT 035.0207.02 由附表 10-1 查得过盈配合引起的有效应力集中系数 89.16.2 KK 、 。 又 1.02.00.176.081.0 、 。则 233602.004.081.00.1 6.23001 maKS 815075.01.0075.076.00.1 89.11551 maKS 769815233681523362222 SSSSS 显然 SS ，故 b b 截面右侧安全。 c. b b 截面左侧 38333 10210002.02.0 mmmmdW T b b截面左右侧的弯矩、扭矩相同。 弯曲应力 MP aMP aWM bb 04.09 9 7 4 6 7 1 63 7 6 0 9 5 3 M P aba 04.0 0m 切应力 M P aM P aWT TT 07.010214463000 8 MP aMP aTma 035.0207.02 01.02 drr dD 、 ，由附表 10-2查得圆角引起的有效应力集中系数 29.138.1 KK 、 ，由附表 10-4 查得绝对尺寸系数 。、。又、 1.02.00.178.06.0 。则 326002.004.06.00.1 38.13001 maKS 2214035.01.0035.078.00.1 29.11551 maKS 183122143260221432602222 SSSSS 显然 SS ，故 b b 截面左侧安全。 以上计算表明：轴的弯扭合成强度和疲劳强度是足 够的。 5.3.3 转子的设计 本设计参阅了国内市场上对破碎机的研究资料 ,结合各类型破碎机转子的不同结构 ,锤头排列分布方式如图 5-3 所示。 图 5-3 转子的安装结构 1-键； 2-轴套； 3-上圆盘； 4-中圆盘； 5-锤头； 6-下圆盘； 7-转子隔套； 8、 9-偏心销轴； 10-键； 11-轴套； 12-主轴 由图 5-3 可知 , 锤头在两隔板之间是按 60的间隔布置着六个锤头 ,即着六个锤头中心线处在一个平面上。设计时适当调整锤头间隔套尺寸 ,保持锤头总数不变，而如此排布锤头在破碎腔空间上有效利用了锤头的“空间打击”能 力，能够显著提高破碎效率，降低了能耗。 5.3.3.1 锤头的设计 11 锤头是锤式破碎的主要工作零件。锤头的质量、形状和材质对破碎机的生产能力有很大的影响。锤头动能的大小与锤头的质量成正比，动能越大，即锤头的质量愈大，破碎效率越高，能耗也愈大。因此，要根据不同的进料块尺寸来选择适当的锤头质量。锤头的耐磨性是其主要质量指标，提高锤头的耐磨性，可缩短破碎机的检修停车时间。从而，提高破碎机的利用率和减少维护费用。传统的锤头一般是用高碳钢锻造或铸造，也有用高锰钢铸造的。近来有的用高铬铸铁锤头复合铸造，即锤柄采用 ZG310 570 钢，而锤头采用高铬铸铁，其耐磨性比高锰钢锤头提高数倍。 现在锤头的设计已经由传统的整体式设计转变为组合式的结构设计。另外，新型材料的研制，特别是高硬度耐磨材料的研制成功也为锤头的设计及锤头性能的提高提供了保证条件，也为本课题提供了较大的选择余地。在综合考虑了本课题的技术要求和工作要求后，我们决定采用新型的组合式锤头结构设计（如图5-4 所示）。 图 5-4 组合式锤头 5.3.3.2 安装 3 转子与主轴之间的配合为间隙配合，配合为 D8/H8。 5.4 轴承和键的选用 8 5.4.1 轴承的选用和润滑 a轴承所受载荷的大小、方向和性质，是选择滚动轴承的主要依据。 上端选： GB/T288-1994 1536622 型调心滚子轴承 下端选： GB/T288-1994 153622 型调心滚子轴承 GB5801-1994 9039430 型推力调心滚子轴承 b校核轴承的使用寿命 根据 hPCfnL r rth 1 6 6 6 7 （ 5-31） 对于 153662 型轴承，假定其寿命为 3年 查手册 NC r 619670 min/800 rn NPr 7207 hL h 1 4 4 0 0163 0 03 58.4331654720761967087016667 310hh LhL 该轴承符合要求。 c轴承润滑方式选用油管润滑。 5.4.2 键的选用 a键分别选平键 28 16 104 （ GB1095-86） 36 20 848 （ GB1095-86） b平键的校核 根据 M PadhlTp 4 （ 5-32） T 转矩， mmN ； d 轴的直径， mm ； h 键的高度， mm ； l 键的工作长度， mm ； P 许用挤压应力 ， aMP ， 由机 械手册表 3.1 查得 P =30 45 aMP 。 键一： 28 16 104 MP adhl T pp 8.101041690 53596944 符合要求。 键二： 36 20 848 M P aM P adhl T pp 03.184820130 1053596944 3 符合要求。 6 相关零件的设计 6.1 反击板的设计 反击板的作用是承受被板锤击出的物料在其上冲击破碎，将破碎后的物料重新弹回破碎区，再次进行冲击破碎。设计的要求是，被板锤冲击后的物料经反击后的位置刚好为该板锤旋转以后的位置，以利用再次进行冲击破碎。反击板结构如图 6-1 所示。 图 6-1 反击板结构图 破碎机反击板经各种表面积形状实验 比较 ,采用棱条结构效果最好。因为棱条尖角部分铸造质量和热处理后硬度高 , 抗磨损能力强。而且抗磨面是逐渐加大，磨损尺寸逐渐减缓。反击板材质采用耐磨合金钢，这些措施都有利于反击板寿命的延长。反击板的安装方式为从侧面推入铰接件，再由紧固螺栓压紧。 6.2 门的设计 在物料破碎过程中，难免有难破碎的大块物料，落在反击板与转子之间。由于物料粒径较大，难以从下料口排出，易引起物料阻塞。为清除阻塞物料 ,保证机构的正常运行，所以开设防护门。门的结构如图 6-2 所示 6-2 门的结构 防护门为组焊件，门材料为 45 钢。耳环焊接在门上面，接头形式为角焊接。 7 辅助零件的设计 7.1 注油管 对滑动轴承采用油润滑，须用到注油管。注油管可用两端有螺纹的钢管。一端固定在机盖上，一端用螺母固定在机座上。 7.2 密封装置的选择 本设计中的密封方式选用毡圈式密封，利用矩形截面的毛毡圈嵌入梯形槽中所产生的对轴的压紧作用、获得防止润滑油漏出和外界杂质、灰尘等侵入轴承室的密封效果。 8 结论 根据毕业设计论文任务书要求，在分析目前市场上的各类型的破碎机的结构特点、技术特点以及使用情况 ，查阅相关文献资料，确定了设计一种新型的破碎机的课题，就是将锤式破碎机和反击式破碎机的优点结合起来。在设计过程中，特别注意吸收各种新的技术，新的设计方法，并将之尽量融入到设计中，使这种新型破碎机的各项性能都能够达到一个较高的水平。同时自始至终贯彻机器设计的经济性要求，尽量降低破碎机的生产成本和维护费用等，因此，本设计具有很大的实用性、经济性，在建材、冶金、化工、电力、煤炭、矿山等行业有推广前景。 本设计的主要特点有： a 反击式破碎的板锤和转子是刚性联结的，利用整个转子的惯性对物料进行冲击，使其不仅破碎而且 可以获得较大的速度和动能。 b破碎腔较大，使物料有一定的活动空间，物料受到冲击作用，经过多次反复打击而得到充分破碎。 c破碎效率高、能量消耗低。 d破碎比大，可达到 15 20mm左右，这样，可以减少破碎段数，简化生产流程，节省投资、降低生产成本。 e设备的构造简单，便于制造，操作维修也较方便。 本设计的创新点主要有： a采用新型的转子设计结构（反击式破碎的钢盘结构和锤式破碎的锤盘交错布置结构），有效增强了破碎机的工作性能。 b新型锤头结构设计。锤头抛弃传统的整体式结构设计，而采用组合式结构设计， 大大提高了锤头的使用寿命，有效降低了生产费用和减少了设备的调整次数。 本设计是在结合反击式破碎机和锤式破碎机的优点，并在此基础上再融入了各种新技术、新思想的条件下成型的。因此，设计中也存在一些不足之处，有待进一步的设计改造。总体来说，其存在的主要问题有： a 两级转子的空间位置有待进一步的研究。它们的相互位置如何优化设计，才能更加充分发挥两种破碎方式的优点。 b 反击板的安装方式较为繁琐，安装时需花费较多的时间。 c机体的结构设计不够简便，维护调整时的拆装要花费一些时间。 d各参数的选择有待 进一步探讨。 这些问题都是在以后的设计改进中应该加以重视的。 9 致谢 二年的重庆大学网络教育学习生涯就要快结束了，首先要感谢重庆大学网络教育学院，感谢教导过我的老师，感谢他们在这二年网络教育过程中付出的辛勤劳动。 这次毕业设计论文得到中国计量学院董惠娟讲师的悉心指导，对论文每个阶段进行认真的评阅，并提出许多的宝贵意见，再次表示衷心的感谢。 本次毕业设计论文得到台州市矿山机械设备有限公司陈志平工程师、浙江颂迪新型建材有限公司宋鸿军工程师及其他相关工程师的细心指导和无私帮助，在次一并表示诚挚的谢意。 参考文 献 1 濮良贵 ,胡综武 ,张邻康机械设计 M沈阳：西北工业大学， 1992. 2 许林发 .建筑材料机械设计 M.武汉：武汉工业大学出版社， 1997. 3 王伯平互换性与测量技术基础 M北京：机械工业出版社， 2000. 4 吴宗泽 .机械结构设计 M