石膏粉碎机的设计

第 页 石膏粉碎机的设计 XXX 大学学位论文 学生姓名：XXX 指导教师：XXX 专业：XXXX XX 大学 xx 学院 二 O 一六年五月 第 页 摘 要 目前国内的破碎机械制造商无论国有企业还是民营企业，在科技开发上的 投入不足是产品差距的主观原因，既缺乏科研手段，又缺少先进技术支撑，自 主产权的开发力量十分薄弱。近来年多数公司兼并重组频繁，这种局面给国内 破碎机械制造商以很大的发展机遇，毕竟我国的制造成本较低，又有较好的重 工业基础，通过引进国际上先进技术，产学科研投入，克服技术上的差距，必 将大大的提高我国破碎设备在国内外市场的竞争。因此，本文通过对破碎机的 发展历史、种类及工作原理等了解，首先对粉碎机的整体结构进行了规划，然 后利用Pro/e软件设计出了各个零件的三维图，最后又做出仿真。详细的分析了 破碎机的构成、以及破碎机的日常维护和基本安全操作规程，并分析了破碎机 的日常检修及其常见故障分析。 关键词： 破碎机，Pro/e 模型仿真，三维建模 第 页 Abstract At present domestic crushing machinery manufacturer whether state-owned enterprises or private enterprises, the insufficient of investment in the development of science and technology is the product gap of subjective reasons, both the lack of scientific research methods, and the lack of advanced technical support, the development of the independent property rights power is weak. In recent years many companies mergers and reorganization is frequent, this situation to the domestic crushing machinery manufacturer with great development opportunities, after all our manufacturing cost is low, and have a good base for heavy industry, through the introduction of international advanced technology, production of scientific research investment, overcome the technical gap, will greatly improve our broken equipment in domestic and international market competition. Therefore, this article through to the development history of crusher, type and working principle, first has carried on the plan to the overall structure of the crusher, and then using Pro/e software design out of the various components of the three-dimensional graph, then make simulation. A detailed analysis of the composition of the crusher, as well as the daily maintenance of crusher, and basic safe operating procedures, and analyzes the daily maintenance of crusher and its common malfunction analysis. Key words: crusher, Pro/e, the model simulation, maintenance analysis 第 页 目录 摘 要 2 1 绪论 6 1.1 本课题的研究内容和意义 6 1.1.1 课题研究背景 6 1.1.2 国内外发展概况 6 2 粉碎机工作原理 8 2.1 破碎机的类型 8 2.2 单转子锤式破碎机的工作原理 8 2.3 锤式破碎机的特点 .11 3 粉碎机结构设计 .12 3.1 粉碎机的参数计算 .12 3.2 粉粹机的零件结构设计 .14 3.2.1 锤头设计与计算 .14 3.2.2 主轴的设计与强度计算 .16 3.2.3 轴承的选择 .21 3.2.4 箱体的结构设计 .22 4 三维建模及动画制作 .26 4.1 三维建模 .26 4.2 动画制作 .28 5 结论与展望 .32 致谢 .33 参考文献 .34 第 页 1 绪论 1.1 本课题的研究内容和意义 1.1.1 课题研究背景 早在 19 世纪艾利斯查尔默斯公司就开始大规模研究破碎研究工作。第一 代的破碎机械是在蒸汽机和电动机等动力机械逐渐完善和推广之后相继创造出 来的。1806 年出现了用蒸汽机驱动的辊式破碎机，在研究单颗粒破碎时发现， 粉碎理论的研究主要停留在经验应用和统计推测上，1858 年，美国的布莱克发 明了破碎岩石的颚式破碎机；1878 年美国发展了具有连续破碎动作的旋回破碎 机，其生产效率高于作间歇破碎动作的颚式破碎机，它的破碎动作是间歇进行 的；1895 年，美国的威廉发明能耗较低的冲击式破碎机。 随着物料破碎研究的不断深入，人们熟知了高功率的破碎作业，可以用来 改善能源效率和降低生产成本。物料破碎机械有着很长的历史，按照其颚板的 运动轨迹、结构形式、动颚悬挂以及动颚肘板支撑方式不同，在空气中一次破 碎的碎片撞击金属板时一次破碎的碎片具有的动能占全部破碎能量的 45，目 前以多碎少磨原则研制的新型破碎机是当前主要方向。长期以来，人们了解粉 碎的规律尚不明确、不系统。人们期待新理论的 出现会给破碎领域带来一次变 革。 颚式破碎机的工作原理是借助于活动颚板周期性地靠近或离开固定颚板的 摆动运动，使进入破碎腔的物料受到挤压、劈裂、弯曲和冲击作用而破碎，明 显地产生二次破碎， 。破碎后的物料靠自重或颚板摆动时的向下推力从排料口排 出。颚式破碎机是利用两颚板对物料的挤压和弯曲作用 ，粗碎或中碎各种硬度 物料的破碎机械。其破碎机构由固定颚板和可动颚板组成，当两颚板靠近时物 料即被破碎，当两颚板离开时小于排料口的料块由底部排出。 1.1.2 国内外发展概况 我国破碎机械制造业总体规模已进入国际生产大国行列，因而近制就是测 绘国外产品，但总体竞争和发展后劲仍无法与发达国家相抗衡，纷纷开拓本国 以外的市场，而且作为传统工业在资金，目前国内高端用户和 出口产品配套的 基础零部件主要依靠进口，势必要受到国外竞争对手和供应商的制约。国际上 专业的立轴冲击式破碎机制造商已普遍采用陶瓷制作耐磨零件，而不仅仅是硬 质合金（碳化钨）和高铬铸铁。陶瓷材料不但可耐较高的温度，而且有特别好 第 页 的抗腐蚀性，因而在带有相当温度的物料高速冲击时耐磨性能良好。国内的立 轴冲击式破碎机目前采用硬质合金和高铬铸铁材料，且易被金属件击碎，因此 破碎机械今后振兴发展的重心应放到基础技术和基 础部件上来，提高自主开发 水平，因此，近来年兼并重组频繁。 随着出口贸易磨擦的加大，以此作为更新换代的主要手段，目前国内的破 碎机械制造商无论国有企业还是民营企业，技术进步甚慢还是存在着相当大的 差距，在科技开发上的投入不足是产品差距的主观原因，既缺乏科研手段（例 如几乎没有一家制造商具备岩石实险室） ，又缺少先进技术支撑，自主产权的开 发力量十分薄弱。尽管国内外破碎设备差距很大，质量不稳定，易腐蚀和磨损， 但纵观国外的破碎设备制造商由于本土市场日渐缩小，生产成本高，人才等方 面获得新的投入甚少，这种局面给国内破碎机械制造商以很大的发展机遇，毕 竟我国的制造成本较低，又有较好的重工业基础，通过引进国际上先进技术， 产学科研投入，一定能克服技术上的差距。 第 页 2 粉碎机工作原理 2.1 破碎机的类型 锤式破碎机的种类很多，常见的主要有： (1) 按转子数目分为：单转子和双转子锤式破碎机 (2) 按转子回转方向分为：定向式，转子朝一个固定方向旋转，可逆式， 转子可朝两个方向旋转。 (3) 按锤头排数分为：单排式、双排式或多排式 (4) 按锤头装置方式分为：固定锤式和活动锤式。 此外还有一些简易型锤式破碎机，锤式破碎机的工作部分链环式碎煤机等。 其中，不与金属元件直接接触。锤式破碎机一般适用于含水量小于 12%，打击 装入机内的物料，抗压强度小 120MPA 的脆性物料，如石灰石，油母页岩，矿渣， 煤块等。 本次设计用于石膏粉粹主要结构为单转子单排式活动锤粉碎机。 如十字锤粉碎机，是许多按一定规律铰在转盘上的锤子，当转盘高速旋转 时，锤子因离心力和旋转力，使之破碎，同时，受到打击的石块彼此之间以及 与机器内板，筛网之间相互撞击，也促使物料破碎，在整个破碎过程中，物料 相互自行冲击破碎，使用最广泛的是单转子多排锤式破碎机而是与物料衬层发 生冲击、磨擦而粉碎，这就减少了角污染，延长机械磨损时间。 2.2 单转子锤式破碎机的工作原理 锤架上固结销轴，主轴将动能传递给锤架 3，电动机靠皮带带动主轴 4，销 轴铰接锤头，带动锤头一起运转。物料进入破碎机中，立即受到高速回转的锤 头的冲击而粉碎。破碎了的物料，从锤头处获得动能，以高速向机壳内壁的衬 板和筛网上冲击而第二次破碎。而粒度较大的物料，就弹回到衬板和筛网上的 粒状物料，还将受到锤头的附加冲击破碎，在物料破碎的整个过程中，物料之 间也相互冲击粉碎此后，小于筛网缝隙的物料，便从缝隙中排出。 第 页 单转子锤式破碎机的结构组成，主要由机壳，转子，主轴，筛网，打击板， 锤头，传动装置，安全保护装置等部件组成。 （1）机壳 机壳分别用钢板焊接，各部分用螺栓连成一体，圆弧状卸料筛网筛安装在 转子的下方，机壳内壁全部镶以锰钢衬板，下箱体，两侧为了安放轴承以支持 转子用钢板焊接成轴承支座，要求其材质具有较高的韧性和强度，小于篦缝的 物料，下箱的前后两面都开有检修孔。 （2）转子 机壳由进料口挡料板、下箱体、上箱体及侧壁组成，作辐射状向四周伸开。 进入机内的料块，受到锤子打击而破碎。通过篦缝向下卸出，少部分尚未达到 要求尺寸的料块，侧壁及后上盖用钢板焊接而成，最外面的筛网用压板压紧， 仍留在筛面上继续受到锤子的冲击和磨削作用，直到达到要求尺寸后从篦缝卸 出。这种锤式破碎机的转子只能沿一个方向运转进行破碎，故称不可逆式。锤 式破碎机主要以冲击兼磨削作用粉碎物料。由于设置有筛网筛，不能破碎粘物 料。 （3）主轴 主轴是支承转子的主要零件，冲击力由它来承受。因此，所以我选择 45 调 质处理，其断面为圆形，调整和更换筛板，筛网的两端装在机壳上，且有平键 和其他零件连接。 （4）筛网 筛板的安装形式是筛板的筛齿与锤头运动方向垂直,在破碎机的下半部装有 第 页 出料筛板及筛板组合体,则筛板组合体是筛板和用钢板焊接而成的筛板架组合而 成的,与转子的回转半径有一定间隙的圆弧状.合格的产品通过筛板排出,大于筛 缝的物料在受锤头冲击和研磨作用而破碎,直至通过筛缝排出,在进料部分安装 有进料口平齿板、一腔反击板，边衬板。它由锤头螺杆连接在箱体上的，高锰 钢衬板，反击板磨损后都可以更换，维修比较方便。 （5）打击板 打击板的作用是承受被锤头击出的物料在其上破碎，同时又将碰撞破碎后 的物料重新弹回破碎板，再次破碎。打击板表面有折线形和渐开线形等，折线 形结构简单，但不能保证最有效冲击破碎，而渐开线形冲击板，物料都是垂直 方向进行冲击，破碎效果最好。但是由于渐开线板制造困难，而折线又无法达 到最佳效果。大粒度的物料在锤头的作用下被抛射到上腔打击板上，进撞击后 粉碎，部分粉碎后符合粒度要求的物料可直接排出。 （6）锤头 锤头是主要的工作部件。其质量、形状、和材质对破碎机的生产能力有很 大的影响。因此，根据不同的进料尺寸来选择适当的锤头质量。锤头是易损件， 经常需要更换，为减少更换所需时间和劳动强度，采用组合式锤头。 在锤式破碎机中料块受到高速旋转的锤子冲击而粉碎。当转子的圆周速度 一定时，锤子质量愈大则其动能愈大，才能将大块和坚硬物料粉碎。锤子的有 效质量，不但要能对料块产生碎裂的冲击，而且还要在冲击时不产生向后偏倒。 在粉碎大块而坚硬的物料时宜选用重型的锤子，但个数不要求很多。在粉碎小 块而松软的物料时，宜选用轻型的锤子，这时锤子的数目不妨多些，宜增加的 物料的冲击次数，从而更有利于物料的粉碎。 （7）传动装置 电运机通过皮带轮直接带动转子转动，在主轴的两端都设有轴承及轴承座， 轴承座主要的用途就是减振性很好，可减少转子旋转的不均匀性，以保证机器 平衡运转。 （8）安全保护装置 为了防止金属物进入破碎机造成事故，一般锤式破碎机都有安全装置。在 主轴上装有安全铜套，皮带轮套在铜套上，铜套与皮带轮则用安全销连接，当 第 页 锤式破碎机内进入金属或过负荷时，销子即衩剪断，使皮带轮与主轴脱离而起 保护作用。 2.3 锤式破碎机的特点 锤式破碎机的优点 、构造简单、尺寸紧凑、自重较小，单位产品的功率消耗小。 、生产率高，破碎比大（单转子式的破碎比可达 i=1015）,产品的粒 度小而均匀，成立方体，过度破碎现象少。 、工作连续可靠，维护修理方便。易损零部件容易检修和拆换。 锤式破碎机的缺点 、主要工作部件，如：锤头、筛网、衬板、转子、圆盘等磨损较快，尤 其工作对象十分坚硬时，磨损更快。 、破碎腔中落入不易破碎的金属块时，易发生事故。 、含水量10%的物料，或较多的粘土，出料筛网易堵塞使生产率下降， 并增大能量损耗，以至加快了易损零部件的磨损。 第 页 3 粉碎机结构设计 3.1 粉碎机的参数计算 1）转子直径 转子直径可按最大料块尺寸来确定，转子直径根据 公式 max(1.25)D 式中 最大进料粒度。 =150mm。maxD 由于我所设计的锤式破碎机属于中型，可选系数为 2.7，取中间值。 所以 D=1502.7=410mm 2）转子转速 锤式破碎机的转子转速可按圆周速度来设计，根据 公式 60/nvD 式中 v转子圆周速度，m/s; D转子直径，m。 转子圆周速度一般在 1870m/s 之间选取。对中小型破碎机，取 v=2570m/s，而转速在 6001500r/min。对大型破碎机 v=1825m/s,而转速为 200300r/min。速度越高，产品粒度越小，锤头、衬板和筛条磨损也越快，功 率消耗也随之增加，对机器零件的加工，安装精度要求也随之增高所以在满足 产品粒度的情况下，转子圆周速度应偏低选取。 转速 v 取 25m/s,则 n=250r/min。 3）转子长度设计 生产率与锤式破碎机的规格、转速、排料 条间隙的宽度、给料粒度、给 料状况以及物料性质等因素有关。根据 公式 （3-3） QLKDP 式中 Q生产率，t/h; D转子的直径，m； P物料的密度，1.6t/ 。3m 取 K=38； 得 L=10/(38*0.41*1.6)=0.4m 第 页 4）锤头质量的计算： 因为铰接在转子上，所以正确选择锤头质量对破碎效率和能耗都有很大影 响，如果锤头质量选得过小，则可能满足不了锤击一次就将物料破碎的要求。 若选得过大，无用功耗过大，离心力也大，对其他零件会有影响并易损坏。 根据动量定理计算锤头质量时，考虑到锤头打击物料后，必然会产生速度 损失，若损失过大，就会使锤头绕本身的悬挂轴向后偏倒。降低生产率和增加 无用功的消耗。为了使锤头打击物料后出现偏倒，能够通过离心力作用而在下 一次破碎时物料很快恢复到正确工作位置。所以，要求锤头打击物料后的速度 损失不宜过大。一般允许速度损失 40%到 60%即： 21(0.46)V 式中 锤头打击物料后的圆周线速度(m/s)2 锤头打击物料前的圆周线速度(m/s)1 若锤头与物料为了弹性碰撞。且设物料碰撞之前的运动速度为 0，根据动 量定理，可得： 12mvv 由上式可知， 12 式中 锤头折算到打击中心处的质量(kg)m 最大物料块的质量(kg) 综上所述， (0.715)m 但是， 只是锤头的打击质量。实际质量应根据打击质量的转动顺序和锤 头的转动惯量求得， 20mr 式中 锤头打击中心到悬挂点的距离(m) 锤头质心到悬挂点的距离 (m)0r 第 页 最大物料质量 334m0.15.602.6kRg 锤头折算到打击中心处的质量： m=0.9*22.6420 5）电机功率的计算 电机功率的消耗取决于物料的性质、给料的圆周速度。破碎比和生产率。 目前，尚无一个完整的计算公式，一般根据实践经验和实验数据，根据经验公 式（）进行计算,根据公式得 P=0.14*0.41*1*25014 KW 系数 取 0.14。选用 Y 系列的三相异步电动机，其额定功率为 15KW，型号K 是 Y160M-2。 6）给料口的宽度和长度 锤式破碎机的给料口的长度与转子直径的相同，所以 L=D=410mm。其宽度 B 2D=820mm, 则取 B=620mm. 3.2 粉粹机的零件结构设计 3.2.1 锤头设计与计算 a.轻型；b.组合式；c.整体中型；d.轻型板式 图 3.1 锤子形状 1）锤头的形状确定 对于要求热处理变形小的大型冷作模具应采用高碳高铬模具钢（r28） ， 含有钼的高碳高铬钢在 500左右回火后产生二次硬化，因此具有高的硬度和 耐磨性。目前，国内外都采用高铬铸铁、高锰铬铸钢和铬钼铸钢等新型耐磨材 料，来代替高锰钢制作的破碎机的易损零部件，如使用马氏体高铬铸铁（成分 为铬 12%-22%，钼为 1.5%-3%,碳 2.4%-3.6%）制成锤式破碎机的锤头，它比高 第 页 锰钢锤头的使用寿命提高 2-3 倍。 而当锤头使用此材料，寿命是明显提高，仙于它的工作时间长，承受的载 荷非常大，主要就是锤头在打击产品的，所以寿命也只是在 7 个工作日左右， 但在设计时就可以考虑它的打击面不只是一面。可以是多面，这样即可以降低 成本，同时增大产量，同时也方便拆卸，以便更换锤头。 图 a 所示锤子是用于可逆式锤式破碎机，它属于轻型锤子，被破碎的物料 粒度大约在 100 左右。PCZ 式单转子 锤式破碎机采用图 b 的锤子是一种组合式， 由锤柄锤帽和销轴等组成。锤帽由耐磨材料铸造而成，可方便更换。锤柄可用 高碳钢制造并在侧面焊有耐磨合金，其寿命很长。这样的锤子增加打击中心的 质量，增加物料与锤头撞击几率。PC 和 PCX 系列锤式破碎机采用图 c 所示锤子。 其头部质量较重，可以得到较细产品，整体式锤子结构简单。反击式锤式破碎 机采用图 d 所示的锤子，其结构很简单。 2）锤头选择 破碎机的锤头是直接打击进入破碎腔矿石的关键部件，要求锤头的结构设 计首先应当满足碰撞平衡条件。考虑到锤头容易磨损，磨损后就需更换，而且 更换周期短，为使维修师傅操作简单，节省时间，节约材料，减少成本。我就 将锤头设计为组合式，如图 4.2.。锤头由圆柱销（1） 、锤体（2）和锤柄（3） 组合而成。我所设计的锤头区别于一般组合式锤头，锤体成球台状，球台中心 线上设有圆透孔，球台下端方透孔与锤柄上部空心杆外圆相配，圆柱销穿过垂 体圆透孔，与空心杆内孔相配，并由螺栓和自锁螺母固定，形成组装式球台状 锤头结构。 所谓多面就是将正方形的锤头设计成四面，现破碎机械中将这种锤头叫四 面锤头。当锤头的一面因常时间工作而损坏后，我们可以自行将其拆开，然后 将锤头换置另一面方可继续工作，这样可使锤头的寿命比原来又增加了 3-4 倍。 所以，本设计中采用了如图 3.1（c）整体中型的锤头。 3）延长锤头使用寿命的研究 锤头的使用寿命，有以下几个因素来评定： 1工作是否可靠。在板锤与物料冲击过程中，不准板锤飞离转子，或因板 锤的紧固不良，引起其他的机械故障，故板锤的固定是个值得注意的问题。否 则，无“寿命”可言。 第 页 2板锤的装卸是否方便，尤其再生产现象，在工作一段时间后，机器的各 部件必不能按理想状况进行，比如偏心、局部磨损等，需要及时调整。能否快 速装卸是一个很重要的指标。 3板锤的金属利用率是否合理。因板锤的磨损是不可避免的，一块重量一 定的板锤，使其不能利用的质量最小，即板锤的形状及空间尺寸如何选择为最 佳是值得考虑的问题。 4减少无谓的磨损，以提高板锤的使用寿命，要充分利用转子的能量，提 高破碎比，就必须研究最大破碎力，同时也具有很大的理论价值。 5板锤的及时合理调配非常关键。破碎机在使用中运行不稳，震动大，主 要原因是，板锤磨损后，原有的平衡状况被破坏，未用科学的方法合理调配所 致。 6板锤的材质，是解决锤头耐磨性，使用寿命的最核心的因素。现今应用 比较广泛，也经受了实践的考验。比如有改性高锰钢板锤和锤头，中碳多元合 金钢锤头。 3.2.2 主轴的设计与强度计算 通常轴的设计包括两个部分，一个是结构设计，一个是工作能力计算。后 者主要是指强度计算。 主轴的结构设计根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造、工艺等方面的 要求，合理确定出其结构和尺寸，轴的工作能力的计算不仅指轴的强度计算， 还有刚度、稳定性等方面的计算，当然大多数情况下，只需要对轴的强度进行 计算即可。因为其工作能力一般主要取决于轴的强度。此时只做强度计算，以 防止或检验断裂和塑性变形。而对于刚度要求高的轴和受力大的细长轴，还应 该进行刚度计算，防止产生过大的线性变形。对于高速运转的轴，还应该进行 振动稳定性计算。以防止产生共振破坏。因此，对该破碎机的主轴来说，只需 进行强度计算。 各轴段的直径所需要的轴径与轴上的载荷的大小有关。在初步确定其直径 的同时，还通常不知道支反力的作用点，不能确定其弯矩的大小及分布情况。 因此还不能按轴上的所受的具体载荷及其引起的应力来确定主轴的直径。但是， 在对其进行结构设计之前，通常能求出主轴的扭矩。所以，先按轴的扭矩初步 估计所要的轴的直径 。mind in 3Ap 式中 p轴传递的功率，kW; 第 页 n轴的转速，r/min。 由 表 查得 A=80： dmin80（15/250）1/3=50mm 还考虑到其它的因素取 dmin =35mm。 轴的结构设计 确定主轴的各段的长度，尽可能使其结构紧凑，同时还要保证，转子以及 带轮、飞轮、轴承所需要的装配和调整的空间，也就是说，所确定的轴的各段 长度，必须考虑到各零件与主轴配合部分的轴向尺寸和相邻零件间必要的间隙。 前面已经通过设计计算，得到转子、飞轮、带轮的大体尺寸，所以轴的长度也 可大致确定了。轴的结构与装配如图 4.5 所示。 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 （1） 轴的最左端 A-B 轴段是装带轮故取 d=35mm，它的左端用轴端挡圈定 位，右端用套筒轴向定位。 （2） 初步选择滚动轴承。因轴承同时承受径向力和轴向力，而且轴比较 长，会产生弯矩，如果选用一般滚动轴承则会卡死，故选用调心滚子轴承。参 照工作要求并根据 d=35mm,选择轴承 22215C/W33，其尺寸为 ,故 ，而 。右边采用dDT75m13075BCdm30BClm 轴肩轴向定位，查得 22215C/W33 型轴承的定位轴肩高度为 h=4.5mm,故取 。84C 右端滚动轴承也采用轴肩轴向定位，故取 ， ，75GHd30GHl 。EFdm （3） 取安装在锤架和圆盘处的轴段 D-E 的直径 ；在 D-E 轴1DEm 段上有 7 个锤架和左右 2 个圆盘，相邻两个用套筒进行轴向定位，转子长度大 约是 1000mm,进行初步估算取转子长度为 ，左端用圆螺母加止动956DEI 垫片进行轴向定位，右端用轴肩轴向定位，轴肩高度 h0.07d,故取 h=10mm,则 轴环 E-F 处直径 ,轴环宽度 b1.4h,取 。120EFdm20EFIm （4） 考虑到锤头与机架壁要保持一定距离，轴承座在安装时要保留一定 的安装空间，故取 。3cdFGl 至此，已经初步确定了轴的各段直径和长度。 轴上零件的轴向定位 第 页 带轮、锤架与轴的周向定位均采用平键连接。按 查得平键截10DEdm 面 bh=28mm16mm,键槽用键槽铣刀加工，长为 18mm,同时为保证锤架与轴配 合有良好的对中性，故选择锤架轮毂与轴的配合为 ；同样，带轮与轴的连 76HK 接，选用平键为 12mm8mm180mm,带轮与轴的配合为 。滚动轴承与轴的周 向定位是由过度配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为 k6。 确定轴上圆角与倒角尺寸 取轴肩倒角为 2 ，各轴肩处的圆角半径为 R2mm。45 轴的弯扭合成强度计算 在进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体载荷和应力情况，采用相应 的计算方法，并恰当的选择其许用应力。根据计算原则，对于传动轴（仅仅或 主要承受扭矩）按照扭矩强度条件进行计算，对于心轴（只承受弯矩）应该按 照弯曲疲劳强度进行计算，对于该主轴，既承受扭矩还承受弯矩，是一个转轴， 所以必须进行弯扭合成强度条件进行计算，需要时还应该进行疲劳强度的精确 校核。 先按照弯扭合成强度条件进行计算： 通过对该主轴的结构设计，轴的主要结构尺寸，轴上的零件的位置以及外 载荷和支反力的作用位置已经确定。轴上的载荷可以求得，因此可以按弯扭合 成强度条件对该主轴进行强度的校核计算 轴上受的载荷是由轴上的零件传来的，所以，计算时，可以将轴上的分布 载荷情况简化为集中力。其作用点可以一律简化，取为分布载荷的中点，作用 在轴上的扭矩，一般从传动件轮毂宽度的中点算起，通常把当作置于铰链支座 上的梁，支反力的作用点与轴承的类型和布置方式有关。 第 页 图 3.6 轴的载荷分析图 从图 3.6 轴的载荷分析图可看出轴在 C 处所承受的载荷最大，所以此处就 是最危险截面。由于锤式破碎机外载荷很难确定，故一般可按前联邦德国海因 利希.啊.莫林算式计算，作用在轴子主轴上的相当弯矩（N.m）： 2dknM 式中 作用在主轴上的弯矩， ， N.m；k 18kRMG 转子总质量，N；RG 作用在主轴上的扭矩；nM 由 pro/e 分析质量属性计算得转子质量 =10.9 N；RG610 所以 = = =1.36 N.m。k 18RG60.9160 由 公式 L12L3T 第 页 n M950p 得： 923 N.m。Mn=9550*15*1000/250=573*103N.m31 作用在主轴上的相当弯矩： Md=(1.36*106)2+(0.573*106)2)0.5=1.49 N.m610 按弯扭合成应力校核轴的强度 综上所述，按照弯扭合成强度条件进行轴的强度校核计算： 进行具体的校核计算时，只需要校核轴上的承受的最大弯矩以及扭矩的剖面 （即危险剖面）的强度。 631.490.CcMMpaW 按表对于 45 号调质钢，在承受对称循环变应力时的许用应力 。故安全。15cap 提高主轴疲劳强度的途径 在零件的设计阶段，除了采取提高其强度的一般措施之外，还可以通过以 下一些设计措施来提高其疲劳强度： 尽可能的降低该主轴上的应力集中的影响。这是提高其疲劳强度的首要 措施和主要的途径。而主轴的结构形状和尺寸的突变（比如轴肩）是应力集中 的结构根源，因此，为了降低应力集中，应该尽量减小零件（即该主轴的）结 构形状和尺寸的突变使其变化尽可能的平滑和均匀。为此，要尽可能的增大过 渡处的圆角半径；同一段轴上相邻截面处的刚性变化应尽可能的小等等。 在不可避免的要产生较大的应力集中的结构处，可采用减荷槽来降低应力 集中的影响。 选用疲劳强度高的材料和规定能够提高材料疲劳强度的热处理方法和强 化工艺。 提高主轴的表面质量。比如将处在应力较高区域的主轴表面加工得较为 光洁。或者，如果，有的轴段，工作在腐蚀性介质中，则要对该轴段规定适当 的表面保护。 尽可能地减小或消除主轴表面可能发生的初始裂纹的尺寸，对于延长其 第 页 疲劳寿命有着提高材料性能更为显著的作用。因此，对于重要的轴段，在设计 图纸上应规定出严格的检验方法和要求。 降温、减载荷，对于发热摩擦副的轴颈采取降温设计，也可显著提高其 疲劳寿命。因为主轴是一个转动件，所以，在低应力下运转一定周数后，再逐 步提高到设计的应力水平。 3.2.3 轴承的选择 轴承的功用是支承轴及轴上零件，保持轴的旋转精度，减少转轴与支承之 间的摩擦和磨损。 由于破碎机轴承的工作条件是长期性工作，温度高，所以必须要求一种高 度标准化的部件；由于破碎机工作时轴承所承受的冲击载荷比较大，故宜选用 调心滚子轴承。 查有关轴承的手册，根据 d3=80mm 选得型号为 3622 的轴承，根据破碎机轴承的当量载荷 P 及径向额定动载荷 值，可确定调心滚子轴承型为 3622 的合适。 为了便于轴承在主轴上的安装和拆卸，必须考虑到轴承座有剖分面，这样 就不必考虑沿轴向安装和拆卸轴承部件，优先选用内外圈可分离的轴承了。 破碎机轴承的安装因需密封，所以用热套法，将轴承放入油池中加热至 80100，然后套装在轴上 由于破碎机的轴承通常都在高速、高温条件下工作，故采用油润滑，油润 滑的优点是摩擦系数小，润滑可靠，且具有冷却散热和清洗的作用。缺点是对 密封和供油的要求较高，而采用的密封装置是用挡油盘。因为挡油盘随轴一起 转动，转速越高密封效果越好，它可防止轴承中的油泄出，又可防止外部油流 第 页 冲击或杂质侵入。 由于滚动轴承承受的轴向力合径向力都比较大，转速 n=930r/min，而且轴 式细长轴，产生弯矩，所受较大震动，考虑以上原因，滚动轴承采用油润滑， 轴承座的结构如图 4.8 所示，轴承座的右端用迷宫密封 大带轮的结构设计 图 4.9 大带轮的结构 由于大带轮基准直径 d=200mm，有 2 根 V 带，所以采用轮辐式，铸造成型。 带轮的结构如图 3.9 所示。 3.2.4 箱体的结构设计 一台机器的总重量当中，机座和箱体等零部件的重量占很大的比例。同时 在很大程度上影响着机器的工作精度以及抗振性能。所以，正确合理的选择机 座和箱体的材料，并且正确合理的选择其结构形式和尺寸，是减小机器质量、 节约金属材料。提高工作精度等重要途径。 由于箱体结构尺寸比较大，采用焊接方法制造箱体。焊接成型能化大为小， 以小拼大，特适合制造大型的金属结构和机器零件。原料用 15mm 的钢板。箱体 分为机座和机盖，机座主要是承受各零件的重量，机盖主要受物料的打击，通 过村板传递到机盖上。机座是由 4 块长方形板料焊接成一个长方体，上面四周 焊接有法兰盘，连接机盖； 第 页 机盖和机座的结构基本相同，上面开有进料口，两侧壁也开有检修门，上 面开有一门，打击板就是从这里进入，靠装置(2)和螺栓固定。所有村板用螺栓 连接在箱体上。 打击板的作用是承受被锤头击出的物料在其上破碎，同时又将碰撞破碎后 的物料重新弹回破碎板，再次破碎。为达到排料面积大、成品率高、低能耗， 我将打击板设计。大粒度的物料在锤头的作用下被抛射到上腔打击板上，进撞 击后粉碎，部分粉碎后符合粒度要求的物料可直接排出，因此增加排料面积， 避免了物料在机器的过度粉碎，提高了成品率，又减少其在机器中停留的时间， 减少了机器的运行负荷，降低能耗。 传动方式的选择与计算 该部分的设计主要体现在 V 带轮的设计上，带轮的结构型式，主要由带轮 的基准直径选择。其基准直径又与相连接的电动机的型号有关。根据前面对电 动机功率的计算，以及转速的要求，选用型号是 Y160M-4 的电机。满载转速 1480r/min，额定转速 1500r/min。 因为要求的大带轮的转速是 250r/min，所以，传动比 i=1460/250=5.84。 (1) 确定计算功率 caP 查得工作情况系数 =1.1，故AK 15=20KW 1.49026kWca （2） 选择 V 带的带型 根据 、 选用 D 型。caP1n 第 页 (3)确定带轮的基准直径 并验算带速 vd 1) 初选小带轮的基准直径 。取小带轮的基准直径l =80mm。dl 2) 验算带速 v。按公式验算带的速度 d135148027.5/606nms 因为 5m/sv30m/s，故带速合适。 3) 计算大带轮的基准直径。根据公式，计算大带轮的基准直径 2d =i =5.8180=467.2mm 2d1 选圆整为 =465mm。 （4） 确定 v 带的中心距 a 和基准长度 dL 1） 根据公式，初定中心距 =1500mm0 2）计算带所需的基准长度 2101204dddLaa（ ） （ ） 25603534m1（ ）（ ） 选带的基准长度 =4500mm。dL 3） 计算实际中心距 a。 002da =320 4501=132m （5） 验算小带轮上的包角 112157.380()da.(563).90 第 页 （6） 计算带的根数 z 1）计算单根 V 带的额定功率 。rP 由 =80mm 和 =1480r/min，查 得：1d1n =15.63kw。0P 根据 =1480r/min，i=5.84 和 V 型带，查得 =4.45kw。1 0P 查得 ，得 ，于是0.9K0.93L ()rPK (4-9) =(4.45+8.45) 0.990.93=11.88kw 2) 计算 V 带的根数 z。 20/11.881.7 126.85carPz 圆整，取 2 根。 第 页 4 三维建模及动画制作 4.1 三维建模 Pro/E 设计软件是美国参数技术公司 PTC 的重要产品，在三维造型软件领 域中有着龙头地位，主要功能主要包括零件设计、图面布置、特征定义、二维 绘图、绘图符号库、机械设计、板金设计、曲面实体设计、装配设计、模架数 据库、三维实体造型，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。这一软件 系列构成了机械 CAD 的基础，是建立在统一基层上的数据库上，可直接计算几 何体的面积和体积、惯性矩、重量、重心，对物体之间的干涉体积、惯量、体 积特性、面积特性都很容易计算出来，参数化使得设计更优化，成品质量更高， 产品能更好地推向市场，价格也更便宜。 应用 PRO/E 软件几何特征的建模，三维实体模型建好后，按产品的实际装 配步骤对所建的实体模型进行虚拟装配。装配件可以用于观察零件装配情况， 检查零件干涉。 实体建模 PRO/E 实体建模过程中最常见的命令主要包含拉伸、回转、打孔、倒角以 及阵列镜像等四种。 1. 拉伸 4.1 粉碎机架 单步的拉伸需先草绘拉伸截面，而草绘的截面必须是封闭的曲线，我们在 绘图时可以打开“ 着色封闭环 ”进行提示，以确保绘制曲线为封闭曲线； 第 页 截面绘制结束后点击右下角 ，然后根据需要输入拉伸距离（或拉伸到指 定面、到下一曲面等）拉伸结束。 2. 回转 草绘回转截面（与拉伸草绘相同）输入回转角度回转体成型 3. 阵列 1）沿着某一方向阵列；（数量+间距） 2）沿着轴向阵列；（数量+角度） 第 页 3）先组合在阵列；（可以满足多个零件同时阵列） 4）阵列结束。 4. 总装 总装遵循的原则是：先定基准组件，再按照自下而上，自内而外的顺序装 配。 4.2 粉碎机筛片 第 页 图 4.3 粉碎旋转机构 图 4.4 箱盖部分 第 页 图 4.5 箱盖部分 4.2 动画制作 在 ProE 中，动画的形式主要有下面的几种：伺服电动机驱动的动画 （Servo Motor），关键帧动画（Key Frames），视图转换动画（ViewTime）， 透明度变化（TransparencyTime）和显示方式变化（DisplayTime）。 通过 这几者的单独作用或组合作用就可以生成 ProE 的动画。在讲解动画之前，我们 需要了解一下在动画中要使用的关键术语： 主体（Body：也就是装配中没有相对运动的零件或子装配组合。一个主体 可以有多个零件或子装配。 关键帧（Keyframes）：实际就上在动画过程中起到重要位置指示作用的快 照（Snapshot）。在关键帧系列中通过在相邻的关键帧中进行插值计算得到其 他帧。 回放（PlayBack）：就是制作完成的动画的重复播放。 主体锁定（Body-Body lock）：在拖动的过程中维持相对固定的多个主体 间