机械毕业设计（论文）-超细破碎机的设计【全套图纸】

摘要 I 摘 要 随着破碎机技术的不断发展，人们物料的入磨粒度大小的要求日益增高， 这就要求现有市场上的破碎机能够高效率、高质量的对原材料进行加工。而入 磨粒度大小是影响下一步工序的关键因素。同时在破碎加工过程中，由于入磨 粒度的大小，也会对原材料的输出有影响。因此，去减小入磨粒度是破碎机生 产中一道必不可少的工序。物料粉碎可增加物料比表面积可加快物料在参与反 应中的反应速度；其次在加工大块矿石时也有十分重要意义；并未原料的下一 步加工工作做准备或便于使用。现代工程需要越来越多的高纯超细粉碎，超细 粉碎技术在高技术研究开发中将起着越来越重要的作用。本课题旨在利用现代 的技术对超细破碎机的设计与研究。 目前国内生产的破碎设备主要分鄂式、立轴式、反击式和锤式等种类。大 多数产品在针对具体行业时，一般能满足行业特定的要求。但超细破碎机确是 今后的一个研究方向。目前国内的冲击式和锤式破碎机能将 1000mm 的大块物 料，一次性粉碎至 10-30mm 以下。自磨机更是可以将 600mm 的物料一次粉碎至 0.044mm 以下，即一台机器就能完成从粗碎到细碎及磨碎的整个工艺过程。 总之，近年来国内外对破碎机尤其是超细破碎机的研究依然比较热，主要 针对解决减小入磨粒度提高原材料利用率等方面。据介绍目前世界上有约 15% 的电能消耗在粉碎作业中，而且逐年增加，加之目前能源短缺，急需不断改善 粉碎研磨作业，如采用“多碎少磨”工艺特别是研制高效粉碎设备和改进现有 研磨机械，对于达到优质、高产、低成本、低能耗具有十分重要意义。 关键词：超细破碎机、锤式、转子、细碎、入磨粒度大小。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706153893706 Abstract II Abstract With the development of the technology of crusher, people of grinding material into the particle size of the rising demand, which requires the existing market crusher can high efficiency, high quality of raw materials for machining. And into the ground particle size is the key factor of affect the next step process. At the same time in crushing processing process, because of the size, particle size into the ground to the output of the raw materials have influence. Therefore, to reduce ground particle size is the production of a necessary crusher process. For material crushing can increase the material surface area can speed up the material in than in the reaction speed of response; Second in the processing of ore also have very important sense; Not the next step in the raw material processing prepare for work or easy to use. Modern engineering need more and more high purity superfine crushing, super fine crushing technology in high technology research and development will play a more and more important role. This project aims to use modern technology of ultrafine crusher design and research. The current domestic production of broken equipment is mainly points the hubei type, vertical shaft type, fight back style and of hammer type categories. Most products in specific industry in general can meet the requirements of the industry specific. But super fine crusher is really one of the future research direction. The current domestic and the impact of the type of hammer type broken function will 1000 mm chunks of material, one-time crushing to 10-30 mm below. Since the mill can be more will be 600 mm material a crushing to 0.044 mm, namely the following a machine can finish from crushing to finely and grinding the whole process. All in all, at home and abroad in recent years especially super fine crusher for crusher research is still hot, mainly in solving the grinding size reduced improve the utilization rate of raw materials, etc. According to introducing the world that about 15% of electricity consumption in the dismantling of assignments, and increase year by year, together with the current energy shortage, the need to constantly improve the crushing grinding operation, such as the “broken“ process especially grinding less developed efficient crushing equipment and improve existing grinding machines, to achieve high yield, high quality, low cost, low energy consumption has a very important significance. Keywords: super fine crusher, of hammer type, rotor and the smaller, into the ground particle size. Abstract III 目 录 Abstract I 目 录 III 第一章 绪 论1 1.1 课题的背景及国内外研究现状1 1.2 矿石的力学性能与锤式破碎机的选择4 1.3 超细破碎机粉碎方式4 1.4 课题的研究内容及意义6 第二章 总体方案设计及主要参数的设计7 2.1 总体方案设计7 2.2 整机主要结构介绍8 2.3 超细破碎机外部结构参数设计计算 8 2.3.1 超细破碎机转子部分的参数值确定 8 2.3.2 超细破碎机进/出料口尺寸的参数值确定9 2.3.3 超细破碎机转子转速的初步确定9 2.3.4 超细破碎机生产率的确定10 2.3.5 超细破碎机电动机功率的确定10 2.3.6 超细破碎机传动方式的确定11 2.3.7 超细破碎机锤头的拟定 11 第三章 主要结构设计 13 31 超细破碎机锤头的设计计算13 3.1.1 锤轴中心与打击中心距离的设计13 3.1.2 锤头质量的设计计算14 Abstract IV 32 超细破碎机主轴的设计计算16 3.2.1 轴的材料的选择及轴颈的初步确定 16 3.2.2 结构设计的合理性验证 18 3.3 锤架的结构设计与计算20 3.3.1 销轴的直径值的确定20 3.4 轴承的选择及校核21 3.4.1 轴承润滑方式的确定22 3.5 飞轮的设计计算 22 3.6 键的校核23 第四章 部分零部件的精度设计24 4.1 配合的选择24 4.2 一般公差的选取 24 4.3 形位公差24 第五章 总结与展望26 总结 26 工作展望26 参考文献27 致 谢 28 第一章 绪 论 1 第一章 绪 论 1.1 课题的背景及国内外研究现状 粉碎（包括破碎和磨碎） 是当代飞速发展的经济社会必不可少的一个 工业环节。在各种金属、非金属、化工矿物原料及建筑材料的加工过程中，粉 碎作业要消耗巨大的能量，,而且又是个低效作业。物料粉碎过程中，由于作 业中产生发声、发热、振动和摩擦等作用，使能源大量消耗。因而多年来界内 人士一直在研究如何达到节能、高效地完成破碎和磨碎过程。从理论研究到创 新设备（包括改造旧有的设备）直至改变生产工艺流程。 目前，破碎理论、工艺和设备的研究主要着重于：研究在破碎中节能、 高效的理论，也力求找出新理论，突破人们已熟知的破碎三大理论； 研究 新的非机械力高能或多力场联合作用的破碎设备，目前还未见有工业化的设备 供应市场，只是处于研究阶段；改进现有设备，这方面经常是用户根据自己 的需要来进行，而不见市场上大规模生产或研制新设备。 物料的破碎是许多行业（如冶金、矿山、建材、化工、陶瓷筑路等）产品 生产中不可缺少的工艺过程。由于物料的物理性质和结构差异很大，为适应各 种物料的要求，破碎机的品种也是五花八门的。就金属矿选矿而言，破碎是选 矿厂的首道工序, 为了分离有用矿物, 不但分为粗碎、中碎、细碎，而且还要 磨矿。磨矿是选矿厂的耗能大户（约占全厂耗电的 50%）, 为了节能和提高生 产效率，所以提出了“多碎少磨”的技术原则。这使破碎机向细碎、粉碎和高 效节能方向发展。另外随着工业自动化的发展, 破碎机也向自动化方向迈进 （如国外产品已实现机电液一体化、连续检测, 并自动调节给料速率、排矿口 尺寸及破碎力等)。随着开采规模的扩大, 破碎机也在向大型化发展, 如粗碎 旋回破碎机的处理能力已达 6000t/h。至于新原理和新方式的破碎(如电、热破 碎) 尚在研究试验中, 暂时还不能用于生产。对粗碎而言, 目前还没有研制出 更新的设备以取代传统的颚式破碎机和旋回式破碎机，主要是利用现代技术, 予以改进、完善和提高耐磨性，达到节能、高效、长寿的目的。细碎方面新机 型更多些。总的来看, 值得提出的有：颚式破碎机、圆锥破碎机、冲击式破碎 机和辊压机。 现代工程将需要越来越多的高纯超细粉碎，超细粉碎技术在高技术研究开 第一章 绪 论 2 发中将起着越来越重要的作用。虽然可以通过化学合成法制备高纯超细粉体， 但成本过高，至今未能用于工业化生产。获得超细粉体的主要手段仍然是机械 粉碎方式。用机械方式制取超细粉体所依赖的超细粉碎与分级技术的难度不断 增大，其研究深度永无止境。超细粉碎技术是多方面技术的综合，其发展也有 赖于相关技术的进步，如高硬高韧耐磨构件的加工，高速轴承，亚微米级颗粒 度分布测定等。 对于露天矿破碎煤和岩石的破碎机型主要有颗式、旋回式、普通辊式、喂 给式和 MMD 双齿辊式。鄂式破碎机系间断破碎，国内外产品均存在设备自重大、 功耗高、生产能力小的缺点，满足不了生产能力大的要求。 旋回式破碎机是我国冶金矿山应用广泛的一种粗碎设备，具有连续破碎、 生产效率高、能力大.破碎物料硬度高、使用可靠的特点，但设备重量大、高 度高、要求基础大、移动相当困难。 喂给式破碎机是消化国外技术而开发的应用较广泛的一种破碎中硬以下物 料的破碎机，具有结构紧凑、适于移动式、半移动式破碎站。但对中等以上硬 度物料破碎适应性差，破碎岩容易出现超限排料。 普通齿辊式破碎机应用较多，辊径大破碎齿小，破碎片小，过负荷能力差， 破碎能力小。不适用于破碎岩石和大块物料。 锤式破碎机（锤破）是经高速转动的锤体与物料碰撞面破碎物料，它具有 结构简单，破碎比大，生产效率高等特点，可作干、湿两种形式破碎，适用于 矿山、水泥、煤炭、冶金、建材、公路、燃化等部门对中等硬度及脆性物料进 行细碎。该设备可根据用户要求调整蓖条间隙，改变出料粒度，以满足不同用 户的不同需求。现在市场上常用的破碎机主要有：颚式破碎机、反击式破碎机、 锤式破碎机、圆锥破碎机和辊式破碎机。 颚式破碎机是 1858 年由美国人 E.W.Blake 发明的，自第一台颚式破碎机 问世以来，至今已有 150 多年的历史，在此过程中，其结构得到不断完善1。 由于颚式破碎机具有构造简单、工作可靠、制造比较容易、使用维修方便等优 点，广泛用于矿山、冶金、建材、化工等工业原料的破碎作业。为了改善颚式 破碎机性能和提高工作效率，国内外曾研制过各种异型颚式破碎机。例如：美 国鹰破碎机公司制造了一种倾斜式颚式破碎机，其传动角大约 70以上，它的 最大特点是高度比较低矮，最适于井下或移动式破碎。北京矿冶研究总院与某 厂合作生产了几个规格的这种破碎机，其中最大为 9001200 颚式破碎机。历 第一章 绪 论 3 来破碎机的发展是以新型耐磨材料的应用为支柱。1882 年首先提出的高锰钢， 经水韧处理后，在高冲击载荷和高挤压应力下，由于孪晶变形等组织变化引起 的加工表面冷作硬化，其显微硬度可达 HV750，而芯部仍保持良好的冲击韧性。 适用于颚式破碎机的齿板，圆锥破碎机的动锥、定锥，锤式的锤头等，称为第 一代耐磨材料，它不适应低冲击载荷或低应力时使用。 1930 年出现的硬镍铸铁，硬度可达 HRC5560，称为第二代耐磨材料，但 因为太脆，故只能制作小零件，如砂石清洗机的螺旋叶片板等，且国内镍材料 昂贵，故应用甚少。比硬镍铸铁晚几年出现的高铬铸铁则被称为第三代耐磨材 料，其显微硬度高达 HV13001800，目前主要应用于反击式的板锤和立轴式的 打击板。高铬铸铁按铬含量不同分为 Cr15、Cr20 和 Cr26 三种，铬含量低则价 格低，含量高则韧性相对较好，国内大多数厂家使用 Cr20 制造反击板锤，而 国外较普遍使用 Cr26。高铬铸铁的不足之处是硬脆性和价格偏高。新的耐磨材 料的研究在不断进行之中。据了解有高韧性马氏体铸钢、多元低合金空冷马氏 体贝氏体铸钢、高强韧性奥氏体贝氏体钢等，可望成为新一代的耐磨材料， 这些新材料一旦成熟并得到应用，将推动破碎机特别是对耐磨材料依赖性较强 的锤式、反击式破碎机的发展。 随着电子科学的发展，破碎机产品不再是一种单一的机械产品，机电一体 化技术已经被广泛应用到新型破碎机上，使其动态控制得到了实现。同时，随 着社会生产水平的提高，对物料的破碎质量要求也越来越高，这不仅是对破碎 机的机械部分提出了要求，更重要的是对破碎机的控制系统提出了更高的要求。 目前，破碎机的设计已逐渐步入模拟仿真阶段，通过建立数学模型，来预 测破碎机稳定状态下的性能。辽宁工程技术大学的冯刚等人根据质量平衡和破 碎分级等特点，考虑冲击能的变化情况，建立了冲击式破碎机的破碎模型，在 不同转子速率和给料条件进行模拟及试验，模型通过一系列参数可以预测稳定 状态下的性能。M. Lindqvist 等人用圆锥破碎机的磨损模型来模拟其工作过程， 得到了减少磨损的方法。 随着机械设计技术的发展，新的设计观念也应用到了破碎机的设计，江涛 等人进行了复摆颚式破碎机动颚的有限元优化设计。利用 ANSYS 软件建立了某 型号颚式破碎机动颚的参数化模型，将有关结构参数变量指定为优化设计变量， 以结构在已知工况下的应力为状态变量，在此基础上采用有限元数值方法，对 第一章 绪 论 4 动颚进行优化设计以减少其重量；同时对优化前后的模型进行了模态分析，以 第一章 绪 论 4 检验优化对结构动特性的影响，从而为实际生产设计部门进行优化结构、节省 材料用量提供理论依据。 1.2 矿石的力学性能与锤式破碎机的选择 矿石都有许多矿物组成，各矿物的物理机械性能相差很大，故当破碎机的 施力方式与矿石性质相适应时，才会有好的破碎效果。对硬矿石，采用折断配 合冲击来破碎比较合适，若用研磨粉碎，机件将遭受严重磨损。对于脆性矿石， 采用劈裂和弯折破碎比较有利，若用研磨粉碎则产品中细粉会增多。对于韧性 及粘性很大的矿石，采用磨碎比较好。而本次设计的破碎对象平时较为常见的 中等硬度的矿石。 常见的软矿石有：煤、方铅矿、无烟煤等，它的抗压强度是 24Mpa，最 大也不超过 40Mpa；普氏硬度系数一般为 24。再如一些中硬矿石：花岗岩、 纯褐铁矿、大理石等，抗压强度是 120150Mpa，普氏硬度系数一般为 1215。还有硬矿石、极硬矿石，普氏硬度系数一般为 1520。 可根据矿石的物理机械性能、矿块的形状和所要求的产品粒度来选择破碎 施力方式，以及与该破碎施力方式相应的破碎机械。 1.3 超细破碎机粉碎方式 该此设计的超细破碎机采用反击式与冲击式相结合的物料破碎方式，大大 延长了易损件（如锤头等）的寿命，提高了效率同时也延长了设备的使用寿命。 电动机带动转子在破碎腔内高速旋转。工作时，电动机带动转子在破碎腔内高 速旋转，物料自上部给料口给入机内，在电机的带动下，转子高速旋转，物料 进入破碎腔破碎与转子上的板锤撞击破碎，受高速运动的锤子的打击、冲击、 剪切、研磨作用而细碎，同时高速运动的物料也会因撞击反击板而受到反击板 的冲击力从而实现细碎物料的目的。同时在转子下部，设有筛板，经破碎的物 料若尺寸小于筛孔尺寸的粒级便通过筛板排出，最后从出料口排出。平时工矿 企业生产中常见的物料粉碎方式主要有以下几种： （1）挤压粉碎 挤压粉碎是粉碎设备的工作部件对物料施加挤压作用，物料在压力作用下 发生粉碎。挤压磨、鄂式破碎机等均属此类破碎设备。物料在两个工作面之间 第一章 绪 论 5 受到相对缓慢的压力而被破碎，如下左图 1-2 所示。因为挤压力作用较缓慢均 匀，故物料粉碎过程均匀。这种方法通常多用于物料的粗碎，当然，近年来发 展的细鄂式破碎机也可将物料破碎至几毫米以下。另外，挤压磨出磨物料有时 会呈片状粉料，故常作为细粉磨前的预粉碎设备。 图 1-2 图 1-3 （2）挤压剪切粉碎 挤压剪切粉碎如图 1-3 所示。辊压磨、雷蒙磨及各种立式磨通常采用挤压 剪切粉碎方式。 （3）冲击粉碎 冲击粉碎包括高速运动的粉碎体对被粉碎物料的冲击和高速运动的物料向 固体壁或靶的冲击以及运动物料的相互冲击，如图 2-4 所示。这种粉碎过程可 在较短时间内发生多次冲击碰撞，每次冲击碰撞的粉碎时间是在瞬间完成的， 所以粉碎体与被粉碎物料的动量交换非常迅速产生的破碎力也较大破碎较前两 种更有力。本次的设计受到此种破碎方式的启发。 图 1-4 （4）研磨磨削粉碎 研磨和磨削本质上均属剪切粉碎，包括研磨介质对物料的粉碎和物料相互 间的磨擦作用。振动磨、搅拌磨以及球磨机的细磨仓等都是以此为主要原理的。 与施加强大粉碎力的挤压和冲击粉碎不同，研磨和磨削是靠研磨介质对物料颗 第一章 绪 论 6 粒表面的不断磨蚀而实现粉碎的。因此，研磨介质的物理性质、尺寸、形状及 其填充率对粉磨效率具有重要影响。 以下是物料常见的专业术语： （1）单一颗粒的粒径 粒度是指一个颗粒的大小，对于规则的球形颗粒，我们可以用“直径”来 精确描述其大小，而绝大多数情形下颗粒的形状都不是球形，用直径表示显然 欠确切，也容易引起误解。因此，表示颗粒大小引用“粒径”的概念。所谓粒 径，即表示颗粒大小的尺寸。同一颗粒，由于应用场合不同，测量的方法也往 往不同，所得到的粒径值当然也不同。 (2) 颗粒群的平均粒径 在生产实践中，我们所涉及到的往往并非单一粒径，而是包含不同粒径的 若干颗粒的集合体，即颗粒群。其平均粒径通常用统计数学的方法来计算。 该次设计的原始数据中的最大进料粒度及最大出料粒度均为石灰石等中硬 度物料的平均粒径。 1.4 课题的研究内容及意义 在超细破碎机的全面了解的基础上，通过对破碎机传动装置、锤头及轴的 设计，了解机械设计的过程和方法。超细破碎机由机壳、转子部分、反击板、 筛板等零部件组成。转子部分是其主要的工作部分。通过对传动装置的充分认 识比较，并结合一些经验公式最终选定联轴器直接连接主轴的方式带动整机运 转，进行物料的细碎。 通过对超细破碎机传动装置、锤头及轴的设计计算，进一步复习了所学课 程，并对机械设计的方法有了比较全面的认识。为今后的学习和工作奠定了基 础。通过装配图及部分零件图的绘制，达到了充分认识超细破碎机的构造，深 入理解其工作原理的目的。同时提升了自己 AutoCAD 的绘图水平。通过本次设 计了解机械设计的过程和方法，培养分析问题和解决问题以及进行应用性设备 进行设计的能力。 第二章 总体方案设计及主要参数的设计 7 第二章 总体方案设计及主要参数的设计 2.1 总体方案设计 本设计给定的原始数据有： (1)主轴转速在 900-1100r/min; (2)最大进料粒度180mm； (3)最大出料粒度5mm； (4)破碎机的破碎程度为：细碎 超细碎； (5)破碎机的破碎对象是：各种中等硬度矿石如：花岗岩、石灰石等。 本次设计的是单转子、六排锤、不可逆式的超细破碎机，型号为 600mm600mm。主要结构由支架、转子、锤头、轴、反击板、筛板、飞轮 等组成。其主要结构图如图 2-1 所示。 图 2-1 破碎机整体结构图 如图 2-1，当原料从进料口进入后，转子带动高速旋转的锤头使物料在锤 头与反击板之间，物料与物料之间经多次碰撞和打击然后进入了弧形筛板上， 细颗粒物料从弧形筛板的蓖孔排出。由于筛板与锤头回转半径的间隙由大变小， 筛面上的物料不仅受到打击和研磨，而且还受到挤压作用，研磨作用也得到加 强，细碎效果得到了强化，同时物料在径向挤压力的作用下有利于排料，避免 了蓖孔的堵塞。 第二章 总体方案设计及主要参数的设计 8 2.2 整机主要结构介绍 (1)支架由槽钢焊接而成，用于支撑整体结构。支架下部有地脚螺栓孔用 于连接其余部件。 (2)转子由主轴、锤架、销轴等组成，锤架上开有 36 个均匀分布的孔，销 轴两端用两对圆螺母进行固定。主轴主要依靠两个圆锥滚子轴承支撑。 (3)主轴是支撑锤架（以及转子的主要部分）的主要零件，冲击力由它来 承受。又因，其刚度和强度均有较高要求（详见主轴的设计及校核部分） ，因 此要求其材质具有较高的韧性和强度。通常断面为圆形，通过平键和其它零件 连接。 (4)锤头是整部机器主要的工作部件和易磨损部分，其质量、形状和材质 对破碎机的生产能力和设备的使用寿命有很大的影响。因此，根据不同的物料 尺寸来选择适当的锤头质量。锤头用高锰钢铸造，为了提高耐磨性，应对锤头 进行淬火处理；可在锤头表面上涂一层硬质合金，或采用高铬铸铁。 (5)反击板有两块，折线型并且要倾斜一定角度进行安装角度。一个可以调 整，一个是固定的。调整的一个靠的是安装在箱体上的螺杆装置，反击板主要 用于破碎高速撞击的其表面的物料，实现细碎或超细碎，达到生产需要的粒度。 (6)筛板的排列形式是与锤头的运动方向垂直的。与转子的回转半径有一定 的间隙的圆弧状，合格的产品通过蓖缝排出。其断面形状为梯形，常用锰钢铸 成。蓖条多为一组尺寸相等的钢条。安装时，插入蓖条架上的凹槽，两蓖条之 间用垫片隔开。截面形状用梯形。 此外，本次的设备转速较高，速度也会有波动。因此，为了使转子在运动 中储存一定的动能，避免破碎大块物料时，锤头的速度损失不致过大和减小电 动机的尖峰负荷，在主轴的一端还装有一个飞轮。 2.3 超细破碎机外部结构参数设计计算 2.3.1 超细破碎机转子部分的参数值确定： 超细破碎机转子的结构参数主要有转子直径 D 和长度 L。其直径一般根据 物料的尺寸来确定有经验公式 D=(1.25)Dmax，转子的长度值视破碎机的生产 第二章 总体方案设计及主要参数的设计 9 能力而定，一般取转子直径与长度之比 L/D=0.71.8，物料抗冲击力较大时应 选取较大的比值，超细破碎机的规格用 L/D 来表示。 第二章 总体方案设计及主要参数的设计 9 本次破碎机的主要结构参数：D=0.6m; L=0.6m 。 2.3.2 超细破碎机进/出料口尺寸的参数值确定： 进料口尺寸包括进料口的宽度和长度，其中进料口的宽度 B0.7D,其中 D 为转子直径；进料口的长度于转子长度有相等关系。 出料口的尺寸由筛板尺寸来确定。 2.3.3 超细破碎机转子转速的初步确定： 转子的转速是破碎机的重要工作参数，影响破碎机的破碎效率和生产能力， 转子的转速： （2- D v n 60 1） 式中 v转子的圆周速度,m/s 转子的圆周速度 v 可以根据待破碎物料的性质，按式(4-2)计算 （2-2）sm E g v/ 7 . 41 3 1 6 5 式中：g重力加速度,g=9.8m/s 物料密度,取 =2.6610kg/m 物料的抗压强度,取 7 3.9 10 a p E物料的弹性模量, 10 3.5 10 a Ep 代入式(2-1)得 60 996 /min v nr D 由于式(2-2)没有反映出破碎比和锤头质量这 2 个因素,所以按上式计算的 转子圆周速度只能作为选取时参考。目前超细破碎机的转子圆周速度为 1870m/s。一般中小型破碎机的转速为 7501500r/min；圆周速度为 2570m/s；大型破碎机的转速为 200350r/min;转子的圆周速度为 1825m/s。速度愈高，破碎产生的粒度愈小，锤头及衬板、筛板的磨损越大， 功率消耗也相应会有增加。从设备制造角度来看，高转速对机器零部件的加工、 安装精度要求较较低转速的设备高，而且锤头磨损与转子圆周速度成正比，与 第二章 总体方案设计及主要参数的设计 10 此同时，如前所述锤头的使用寿命会影响整机的寿命，所以，在满足产品粒度 要求的情况下，转子圆周速度应选取较低值。 综合以上因素，取转子转速 n=960r/min，则转子的线速度 v=30.14m/s。 2.3.4 超细破碎机生产率的确定： 生产率与破碎机的规格、转速、排料蓖条间隙的宽度、给料粒度、给料状 况以及物料性质等因素有关。一般采用经验公式： 3 . 3866 . 2 6 . 06 . 040KDLQ 式中：Q生产率(t/h) 物料的密度(t/m) K经验系数 因为该型号的破碎机破碎的是中、硬物料。K 取值在 30 到 45 之间。 2.3.5 超细破碎机电动机功率的确定： 至今尚无比较准确的公式可用于计算超细破碎机的功率。在选配电动机时， 可按照经验公式估算: P0=kD2Ln （2- 3） 式中P0 其值为超细破碎机的主轴功率，单位：Kw；系数 K 值取决于具体 条件的经验系数，一般情况下 K=0.10.2，破碎机规格大时取上限。 P0=kD2Ln=20.74Kw. 选择电动机类型 按工作要求和条件，初步确定三相异步异步电机，由于超细破碎机的转子 轴转速在 9001100r/min，功率为 20.74KW。于是选取 Y200L2-6 型的电动机。 电动机经过校核选择可行。 选电机型号为 Y200L2-6，额定功率 22kW，转速 970r/min。具体技术参数 第二章 总体方案设计及主要参数的设计 11 详见表 2-1。 表 2-1 2.3.6 超细破碎机传动方式的确定： 常见的传动方式中常用于连接电动机的输出与主轴输入的主要有带传动和 通过联轴器传动两种方式：其中带传动十分常见且其作为高速端与较低速度端 得传动方式优点是十分多的，如：可以降低扭矩，降低输入转速，缓冲吸震等。 在本例中按上述所选电动机其转速为 970r/min，而破碎机所选的转速为 960r/min,相差不大故可以不必采用常见的带传动方式而直接选用联轴器来传递 所需功率。联轴器作为另一种传动方式应用也十分广泛，目前常见的有刚性联 轴器和弹性联轴器两大类，其中刚性联轴器结构简单、成本低、可传递较大转 矩，多用于冲击小、转速低、轴的刚性大、对中性好时常采用。而弹性联轴器 因具有挠性故可以补偿两轴相对位移，按有无弹性元件分为无弹性元件的挠性 联轴器和有弹性元件挠性联轴器。本次设计中因工作情况的因素选用弹性柱销 联轴器。型号为：TL8 联轴器 45112GB/T 4323。其主要技术参数如下： 。mNTn 710 min/2400rn 联轴器型号的选择应根据所要传递的转矩以及工作情况来确定。本例中电 动机的功率 P=22Kw，而转速为 970r/min，故该电动机的公称转矩 T=216.6Nm。则计算转矩 故转矩合适， mNTmNTKT Aca 710 2 . 498 经验算故转速亦合适。结合工作中的情况最终确定联轴器的型号为： max nn 额定转矩转 速功率 电流 （A） 转动惯量 不大于 型 号 （Nm）（r/min）（Kw）额定激磁（Kgm） Y200L2- 6 216.69702244.60.280.360 第二章 总体方案设计及主要参数的设计 12 TL8 联轴器 45112GB/T 4323。 2.3.7 超细破碎机锤头的拟定： 如前所述，本例所设计的超细破碎机其主要部分是锤头和锤架所组成的转 子部分是决定该机器好坏的关键所在，因此可以说锤头好坏直接影响整机的质 量。 由于超细破碎机的锤头是铰接悬挂在转子的销轴上，若锤轴孔位置不正确， 则在锤头销轴上会产生打击反作用力，从而影响超细破碎机的使用寿命，所以 必须合理设计锤轴中心与打击中心距离。正确地选择锤头质量对破碎效率和能 量消耗都有很大作用，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，若是选得过大,则无用功率消耗过大。因此，锤头质量一定 要满足锤击一次使物料破碎，并使无用功率消耗达到最小值，同时还必须不使 锤头过度向后偏倒，所以必须合理设计锤头质量。 第三章 主要结构设计 13 第三章主要结构设计 31 超细破碎机锤头的设计计算 3.1.1 锤轴中心与打击中心距离的设计： 由于超细破碎机的锤头是通过销轴悬挂在转子的孔上，若锤头销孔位置不 正确，尽管转子已达到静力与动力平衡，但当物料与锤头冲击时，仍将在锤头 销轴、转子圆盘、主轴及主轴轴承上产生反作用。所以必须通过打击平衡计算， 讨论锤轴孔位置的确定方法,并给出了相应的计算公式，最终确定锤轴孔的具 体位置。图 3.1 中 O 为锤轴孔中心位置,为无孔锤头的重心，S 为有孔锤头的 S 重心，假定锤头的打击中心在锤头的右侧外棱处,打击中心到锤轴中心 O 的距 离为 L，根据面矩定理,经简化整理得： 图 3-1 （3-1） ba d a ba x 2 42 1663 锤头长度,mm;a b锤头宽度,mm; d锤头销轴孔的直径,mm。 取113mm；b=65mm；d=24mm。带入式（3-1）得:a =31.4mm 24 2 113653.14 24 36 11316 11365 x 按上式计算方法求得锤头销轴孔的位置，在实际工作中也难免锤头销轴不 第三章 主要结构设计 14 受打击力的作用，因为在计算之初是假定锤头以其外棱打击物料的。由于给料 粒径的变化，并非都是以锤头外棱打击物料。另外，由于制造和安装的误差， 以及外棱和销轴的磨损等原因，都会改变打击平衡条件。因此，在设计锤头和 改进时要有所考虑。 综合以上各因素，取x=24mm,则L=-x=113-24=89mm。a 35mm （3- 2 22 4 ab ax c abd 2） 转子是超细破碎机上的关键零部件，除了在制造上保证转子的静力平衡和 动力平衡外，还要就锤头的几何形状进行打击平衡计算，从而减小由于打击反 作用力给破碎机带来的不良影响，保证机器的稳定运行，延长机器的使用寿命。 3.1.2 锤头质量的设计计算 ： 锤头质量的设计计算应根据动量守恒原理,锤头打击物料后,必然会产生速 度损失,锤头打击物料的允许速度损失随着破碎机规格大小而变,一般允许速度 损失为 40%60%,即： （3- 21 0.4 0.6vv 3） 式中 锤头打击物料前的圆周线速度,m/s; 1 锤头打击物料后的圆周线速度,m/s. 2 转子的直径愈大,允许速度损失就愈大,反之取偏小值,若锤头物料是塑性碰 撞,且设物料碰撞前的速度为零,则根据碰撞理论动量相等的原理可得： 122 mvmvQv （3- 1 2 mv v mQ 4） 式中: m锤头折算到打击中心处的质量,kg; Q最大物料块的质量,kg. 第三章 主要结构设计 15 将式(3-3)代入式(3-4),得： （3-0.7 1.5mQ 5） m 仅仅是锤头的打击质量,锤头实际质量应根据打击质量的转动惯量和 0 m 锤头质量的转动惯量相等的条件进行质量代换： 第三章 主要结构设计 15 （3- 2 0 0 r mm r 6） 式中: 锤头打击中心到悬挂点的距离,m;r 锤头的重心到悬挂点的距离,m. 0 r 从式（3-1）可以看出,锤头质量只与打击物料的质量有关,实际上还与物 料的性质.受力情况和转子速度有关，根据动量定理: （3-7） 12 m vvFt 式中: F锤头作用在物料上的打击力,N; t锤头打击物料的时间,一般取 t=0.001010015s。 物料一般是脆性的,当其受力达到强度极限时就开始破坏,即物料所受外力超 过它本身的内聚力就会破坏“在材料实验机上破坏物料的力 （3-FA 8） 式中 物料的抗压强度,Pa; A物料垂直于外力方向的断面积,。 2 m 在实际破碎过程中,大多数物料是各向异性,且物料形状不规则,锤头打击过 程又不可能是面接触,故破坏物料所需的力 （3- FF 9） 把式(3-5)式(3-6)代入式(3-4),得: （3- 12 m vvAt 10） 如果允许锤头在打击物料的过程中速度损失 40%60%,则: (3-11) 1 0.4 0.6 At m v 式中 修正系数,=0.210.28，取=0.24,t=0.0012，设物料形 7 3.9 10 第三章 主要结构设计 16 状为立方体,其边长=0.018m,则=3.5kg则锤头实际质量: 1 a 1 0.4 0.6 At m v 第三章 主要结构设计 16 2 0 0 r mm r 参照上述过程中的计算结果可知,的值，经过计算得=10Kg。r 0 r 0 m 32 超细破碎机主轴的设计计算 3.2.1 轴的材料的选择及轴颈的初步确定： 1轴的材料的选择： 轴的材料主要是碳素钢和合金钢。钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件。有 的则直接用圆钢。碳素钢比合金钢低廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可 以用热处理或化学热处理的方法提高其耐磨性和抗疲劳强度的。故采用碳钢制 造轴尤为广泛。最常用的是 45 号钢。 查表 15-1 得，640 Ba MP ， 。355 Sa MP 1 275 a MP 1 155 a MP 1 60 a