基于SolidWorks的锤片式饲料粉碎机的设计毕业设计说明书.doc

河南机电高等专科学校 毕毕业业设设计计说说明明书书 设计题目：设计题目：基于 solidworks 的锤片式饲料粉碎机的设 计 系 部： 专 业： 班 级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 2014 年 3 月 15 日 摘 要 锤片式粉碎机作为中碎饲料粉碎设备的主要粉碎机械。具有通用性广、效率 高、粉碎质量好、操作维修方便、动力消耗低等优点，得到广泛的应用和发展。 此锤片式饲料粉碎机设计采用切向进料，自重落料，水滴形粉碎室，额定生产能 力为，能耗比为 5065 公斤/度电，配置功率为 3kw 左右，符合环卫指hkg /344 标，以粉碎谷物为主，兼顾饼谷和秸秆，通用性强适合农户及小型养殖厂使用， 具有低吨电耗、高筛分效率、结构简单、造价便宜的特点。 对锤片式粉碎机设计之后，进一步借重计算机辅助设计软件 solidworks 建模 仿真，使设计更加直观科学。 关键词：锤片式粉碎机 计算机辅助设计 solidworks 建模与仿真 abstract hammer mill as the main crushing machinery crushing grinding equipment. has wide applicability, high efficiency, good grinding quality, convenient maintenance and repair, low power consumption, is widely used and developed. this feed hammer grinder design with tangential feeding, self-weight blanking, dripping pulverizing room, rated production capacity, energy consumption ratio is 50 - 65 kg / kwh, allocation of power is about 3kw, meet the sanitation index, to crush grain bread, both valley and straw, strong universality for farmers and small farms use, has the characteristics of low power consumption, tons of high screening efficiency, simple structure, cheap cost. after the hammer mill design, further use of computer aided design software pro/e modeling and simulation, to make the design more intuitive science. key words: hammer mill computer aided design solidworks modeling and 河南机电高等专科学校毕业设计 ii simulation 目 录 摘 要.i 第 1 章 绪 论.1 1.1 饲料粉碎的目的与要 求.2 1.2 粉碎粒度及其它指 标.2 1.3 粉碎方法和粉碎理 论.3 1.4 饲料粉碎设 备.6 第 2 章 锤片式粉碎 机.8 2.1 锤片式粉碎机的种 类.8 2.2 粉碎机的构造与粉碎机 理.9 2.3 主要工作部 件.9 2.4 影响锤片式粉碎机效率的因 素.13 2.5 锤片式粉碎机的使 用.15 2.6 锤片式粉碎机发展趋 势.15 第 3 章 总体方案选择与设 计.17 3.1 总体方 案.17 3.2 粉碎室参数确 定.18 3.3 主要性能指标计 算.19 3.4 配套功率和电机的选 择.20 第 4 章 轴和轴承的相关设 河南机电高等专科学校毕业设计 计.25 4.1 轴的结构设 计.21 4.2 主轴的校 核.22 4.3 滚动轴承寿命计 算.27 4.4 滚动轴承润滑方式的选 择.28 4.5 连接键的选择和计 算.28 第 5 章 转子的设计计 算.30 5.1 锤片的设 计.30 5.2 锤片架的设 计.32 第 6 章 组合筛的设 计.36 6.1 组合筛的结构和原理分 析.36 6.2 筛片的设计与选 择.38 第 7 章 零件的装 配.40 7.1solidworks软件简介.40 7.2 主要零件的建 模.40 7.3 零件的装 配.41 总结.43 致谢.45 参考文献.46 河南机电高等专科学校毕业设计 1 绪 论 粉碎是用机械的方法克服固体物料的内聚力，从而使之破碎的一种操作方法。 饲料原料的粉碎是饲料加工过程中的最主要的工序之一。它是影响饲料质量、产 量、电耗和加工成本的重要因素。因此，合理选用先进的粉碎设备、设计最佳的 工艺路线、正确使用粉碎设备，对于饲料生产企业至关重要。 河南机电高等专科学校毕业设计 2 第一章 1.1 饲料粉碎的目的与要求 1.1.1 粉碎目的 饲料粉碎能增加饲料的表面积，有利于动物的消化和吸收；减小了颗粒尺寸， 能有效改善干物质、蛋白质和能量的消化和吸收，降低料肉比。 改善和提高物料的加工性能。通过粉碎可使物料的粒度基本一致，减少混合 均匀后的物料分级。添加剂及其载体，只有粉碎到一定的程度，保证其有足够的 粒子数，才能满足混合均匀度要求；对于制粒加工工艺，粉碎物料的粒度必须考 虑粉碎粒度与颗粒饲料的相互作用，粉碎的粒度会影响颗粒的耐久性和水产饲料 在水中的稳定性。 1.1.2 粉碎粒度要求 对于不同的饲养对象、不同的饲养阶段，饲料需求差异较大。在饲料加工过 程中，首先要满足动物对粒度的基本要求，再考虑其它指标。 1.2 粉碎粒度及其它指标 1.2.1 粒度 物料颗粒的大小称之粒度，它是粉碎程度的代表性尺寸。对于球形颗粒来说， 其粒度即为直径。对于非球形颗粒，则有的以面积、体积或质量为基准的各种名 义粒度表示法。在饲料行业一般采用粒度来表示物料的粒径。 1.2.2 粉碎粒度的测定 确定散粒体的组成，有平面筛筛分法、显微镜法和沉降法等多种方法。在饲 料行业，除对个别微小的组分因粒度极微，采用显微镜法外，通常采用筛分法。 1.2.3 粉碎比 物料粉碎前后的粒度比称为粉碎比或粉碎度。它主要是指粉碎前后的粒度变 河南机电高等专科学校毕业设计 3 化，同时近似反映出粉碎设备的作业情况。一般粉碎设备的粉碎比为 330，但 微粉碎和超微粉碎远远超过这个范围，达到 3001000 以上。对于一定性质的物 料来说，粉碎比是确定粉碎作业程度、选择设备类型和尺寸的主要根据之一。 对于大颗粒物料粉碎成细粉的粉碎操作，如要通过一次粉碎完成则粉碎比太 大，设备的利用率低，故通常分成若干级，每级完成一定的粉碎比。这时可用总 粉碎比来表示，它是物料经几道粉碎后各道粉碎比的总和。 1.2.4 目数 目是指每平方英寸筛网上的空眼数目，50 目就是指每平方英寸上的孔眼是 50 个，500 目就是 500 个，目数越高，孔眼越多。除了表示筛网的孔眼外，它同 时用于表示能够通过筛网的粒子的粒径，目数越高，粒径越小。 粉体颗粒大小称颗粒粒度。由于颗粒形状很复杂，通常有筛分粒度、沉降粒 度、等效体积粒度、等效表面积粒度等几种表示方法。筛分粒度就是颗粒可以通 过筛网的筛孔尺寸，以 1 英寸（25.4mm）宽度的筛网内的筛孔数表示，因而称之 为“目数”。目前在国内外尚未有统一的粉体粒度技术标准，各个企业都有自己 的粒度指标定义和表示方法。在不同国家、不同行业的筛网规格有不同的标准， 因此“目”的含义也难以统一。 1.3 粉碎方法和粉碎理论 1.3.1 粉碎方法 在饲料加工过程中，对于谷物和饼粕等饲料， 常用击碎、磨碎、压碎与锯切碎的方式将其粉碎。 a.击碎利用安装在粉碎室内的许多高速回 转锤片对饲料进行撞击而破碎。如锤式粉碎机和 爪式粉碎机，应用最广。 b.磨碎利用两个表面光滑的压锟以相同的速度相对转动（v1=v2），依 靠两压辊对物料颗粒的正压力和摩擦力而进行挤压破碎，它不能充分粉碎物料， 在配合饲料加工中应用较少，主要用于饲料的压片，如压扁燕麦作马的饲料。 c.压碎利用两个磨盘上带齿槽的坚硬表面，对饲料进行切削和摩擦而破 图 1-1 粉碎方法 a 河南机电高等专科学校毕业设计 4 裂饲料。该法仅用于加工干燥而不含油的饲料。可以磨成各种粒度的成品，但粉 末多，饲料温度高。 d.e.锯切碎利用两个表面有齿而转速不同（v11000r/min 粉碎机通常为高速粉碎机。 按粉碎机械的结构特征，可将粉碎设备分为五类： 锤片式粉碎机：该机利用高速、 旋转的锤片撞击作用使物料破碎。 其结构简单、操作方便、价格便宜、 适应性广，除水分较高饲料外，几 乎可粉碎所有饲料。如淀粉含量较 高的谷物，含油较高的饼粕，含纤 维较高的果壳、秸秆等。目前国内 外饲料厂普遍采用该种机型。 爪式粉碎机：主要利用撞击和剪切作用，撞击部件与设备固定，撞击作用强 烈，适合粉碎脆性硬质物料。 盘式粉碎机（盘磨）：利用磨擦与切削作用粉碎饲料。盘式粉碎机的工作面 有圆盘形式或圆锥形，可以一盘固定、一盘转动，或以两盘相向转动。该机适用 于粉碎干燥而不含油的饲料，可得较细的成品。 辊式粉碎机：常用两个表面带有横向斜齿的同径磨辊，因相向或不同速转动 而产生的剪切、挤压作用将物料粉碎，适合粉碎谷物饲料，不适于粉碎含油或含 图 1-3 卧式锤片式粉碎机 河南机电高等专科学校毕业设计 7 水分大于 18%的物料。 破饼机：将大块油饼破碎成小块，以后经粉碎机细碎。破饼机有锤片式及对 辊式两种。锤片式机械结构简单，但噪声大，辊式的机械结构复杂。 图 1-4 爪式粉碎机 图 1-5 带辊式喂料器 1.料斗 2.动齿盘 3.皮带轮 4.主轴 5.出料口 6.筛片 7.定齿盘 8.入料口 9.插板 图 1-6 几种粉碎机 1.喂入板 2.轧碎辊 3.轧碎室 4.齿板 5.击碎辊 6.击碎室 7.圆孔筛片 8.饼块 河南机电高等专科学校毕业设计 8 第 2 章 锤片式粉碎机 2.1 锤片式粉碎机的种类 按粉碎机的进料方向，锤片式粉碎机有三种方式: 切向进料式、轴向进料式、 径向进料式。 切向进料式：它由切线方向喂入饲料，上机体上安有齿板，所以筛片包角较 小，一般为 180。它是一种通用型粉碎机，可以粉碎各种不同的饲料，广泛用 于农村及小型加工企业中。 轴向进料式：常为自吸喂入式。特点是整个机体左右对称、物料沿粉碎室径 向从顶部进入粉碎室。转子可正反转工作，这样，当锤片的一侧磨损后，可以通 过改变位于粉碎室正上方导料机构的方向以改变物料进入粉碎室的方向。 径向进料式：喂入的原料垂直下落，经导向机构落入粉碎室中粉碎，被粉碎 的饲料通过筛孔由下方带吸风的螺旋输送器排出。只能用于粒状饲料的粉碎，配 合饲料工厂的大中型粉碎机常用此种型式。 图 2-1 锤片式粉碎机的类型 1.进料口 2.转子 3.锤片 4.筛片 5.进料口 按筛板的形式分类有：有筛式、无筛式。 按粉碎室的形状分类有：环形粉碎室和水滴形粉碎室粉碎机。在饲料厂中应 用最为广泛的是顶部进料的锤片式粉碎机。 河南机电高等专科学校毕业设计 9 2.2 粉碎机的构造与粉碎机理 锤片式粉碎机一般由供料装置、机体、转子、齿板、筛片（板）、排料装置 以及控制系统等部分组成。 工作时，饲料从喂料斗进入粉碎室，首先受到高速旋转的锤片打击而飞向齿 板，然后与齿板撞击而被弹回，再次受到锤片的打击和齿板的撞击，如此不断反 复，使饲料被碎成小碎粒， 由筛孔漏出，留在筛面上的 较大颗粒，再次受到锤片打 击和在锤片与筛片之间受摩 擦，直至从筛孔中漏出。 随后，颗粒物料流被锤 片加速形成沿着筛片内表面 运动的环流层，环流层的速 度略低于锤片末端的速度。 贴近筛面的粉碎物料受到筛 面的磨擦作用而降低其环流 速度，并受到与筛面垂直的 离心力、压力和气流作用， 使其能排出筛外。 但从根本上说，环流层沿筛面的运动速度很高，使受离心力作用影响大的大 颗粒贴近筛面，而细颗粒不能及时排出，造成锤片的磨损、料温升高以及过度粉 碎。 2.3 主要工作部件 2.3.1 供料装置 有螺旋给料器，电磁振动给料器，负压进料三种。 图 2-2 锤片式粉碎机的粉碎室示意图 河南机电高等专科学校毕业设计 10 图 2-3 螺旋给料器 1.进料口 2.变形管 3.减压板 4.机壳 5.出料口 6.螺旋体 7.检查口 8.衬板 9.电机机座 10.皮带轮 2.3.2 锤片 锤片是锤片式粉碎机最主要的，也是最易损耗的工作部件，锤片借助销轴连 结在锤架板上。其形状尺寸、工作密度与排列方式、材料材质与制造工艺等，对 粉碎效率和工作质量均有较大的影响。锤片的形状很多，如图所示。其中矩形锤 片因其通用性好、形状简单、易制造和节约原料而应用最广。 它有两个销孔，其中一销孔连在销轴上，可轮换使用四个角来工作。在角边 堆焊碳化钨或特殊的耐磨合金，可以延长使用寿命 23 倍，但制造成本较高。 阶梯形锤片耐磨性能差，多角形锤片与尖角形锤片相似，它们具有粉碎效果好、 使用寿命长的优点，但制造复杂、生产成本高。 我国的锤片式粉碎机的锤片已标准化，1986 年由中国农机院拟定的机械工业 部部标三种规格，都是矩形双孔锤片。 锤片安装在转子销轴上的位置，称做排列方式。它关系到转子平衡、物料在 图 2-4 锤片的种类 a-矩形 b、c、d-堆焊锤片 e-阶梯形 f-多角形 g-尖角行 h-环形 i-复合钢矩形 河南机电高等专科学校毕业设计 11 粉碎室内的分布、锤片磨损的均匀程度。 对锤片排列的要求：锤片的运动轨迹不重复、沿粉碎室宽度锤片运动均匀、 物料不被推向一侧、有利于转子的平衡。 2.3.3 筛片 有圆柱形孔筛、圆锥孔筛和鱼鳞筛等。由于圆柱形冲孔筛结构简单、制造方 便，因而应用最广。 2.3.4 齿板 齿板的作用是加强对物料的碰撞、搓擦作用，同时可以阻滞粉碎室内物料环 流层的运动并降低其速度。 对于纤维多、韧性大、水分 高的物料作用较明显。齿板由铸 铁制造，表面激冷成白口，增强 耐磨性能。 齿板通常安装在进料口的两 侧，形式有三种形式。齿形有人 字形、直齿形和高齿槽形等。 2.3.5 筛片 1、分类 图 2-5 齿形种类 a-人字形 b-直齿形 c-高齿槽形 图 2-6 齿板安装位置 a-径向安装 b-切向安装 c-交叉安装 河南机电高等专科学校毕业设计 12 环筛：筛片包角 =360（轴向进料） 水滴形筛：=360（顶部侧向进料） 底筛：180(切向进料） 侧筛及无筛 2、筛孔直径:与生产能力呈线性关系；在满足粒度要求的前提下尽量采用较 大直径筛孔的筛片。筛孔直径一般分为四个等级：小孔 12mm，中孔 34mm，粗孔 56mm，大孔 8mm。 3、筛片的包角：筛片包角，筛理面积，粉碎效率。 4.开孔率：即筛片上筛孔总面积占整个筛面有效筛粒面积的百分率。开孔率， 粉碎效率。 5、筛片的厚度：愈厚越不易通过，粉碎室内物料环流层厚度，粉碎效率， 粉碎质量恶化。 6、锤筛间隙： 锤片末端与筛片之间的最小距离为锤筛间隙，决定了粉碎室内物料层的厚度。 我国的粉碎机一般设计为 1216mm。 图 2-7 部标筛片形式 a-展开图 b-筛孔排列 河南机电高等专科学校毕业设计 13 2.4 影响锤片式粉碎机效率的因素 2.4.1 粉碎机工作效果的指标 成品粒度、电耗、产量 2.4.2 影响因素 （1）原料性质：与物料的强度、含水量、含油量有关。 （2）锤片末端线速：产量、粉碎细度相同时，脆性物料要求的锤片线速度 较韧性物料低。筛孔 2.5mm，最佳线速：玉米52m/s 大麦88m/s 麸皮、 米糠110m/s 国产80-90m/s 国外60-128m/s （3）锤片厚度 锤片过厚，与物料的撞击接触面大，不利于粉碎，同时锤片运动所消耗的能 量大。锤片薄，粉碎效率高，以 2mm 厚的锤片效率最高，但薄锤片易于磨损， 大型粉碎机一般采用厚度 5-8mm 的锤片。 （4）锤片密度 锤片密度系数=bd/z b粉碎室宽度（m） d转子直径（m） z锤片数 （5）锤片排列 影响转子的平衡和物料在粉碎室的分布。 图 2-8 锤片的排列方式 （a）螺旋线排列 （b）对称排列 （c）交错排列 （d）对称交错排列 河南机电高等专科学校毕业设计 14 （6）锤筛间隙 转子旋转时锤片末端与筛片之间的距离为锤筛间隙，它决定了粉碎室内物料 层的厚度。 物料层太厚，粉粒可能将筛孔堵塞，不易穿过筛孔。物料层太薄，研磨粉碎 作用减弱，筛片和锤片易于磨损。间隙最佳值：国产 10-12mm （7）筛片的影响 筛孔直径与生产率呈直线关系筛片厚度愈厚物料愈不易通过。筛板的弯曲形 态决定粉碎室的形状。 圆形粉碎室 物料易跟锤片作圆周运动，降低物料与锤片的相对速度，削弱锤片的撞击力。 并且由于离心力的作用，小颗粒处于物料层内侧而不能及时排出，导致过度粉碎。 水滴形粉碎室 物料到达粉碎室上部时，不受向心力的作用而沿切线方向飞出，撞击到对面 的筛板后落下，在下落过程中，自动分级被打扰，使大颗粒及时被撞击，并用利 小颗粒及时排出。 （8）吸风的影响 吸风可及时将粉碎时由于物料中的水分蒸发而形成的湿热空气排出，保持筛 孔畅通。 图 2-9 几种环筛形式 a-正圆形 b-全筛水滴形 c-偏心圆形 河南机电高等专科学校毕业设计 15 2.5 锤片式粉碎机的使用 2.5.1 安装 粉碎机应安在水泥基座上。大中型粉碎机应安减振器。安装时应作水平检查。 各管道及弯头应密封。 2.5.2 操作 开机前应认真检查各部分螺栓和皮带张紧度，关闭喂入斗插丁然后进行起动。 起动后先空转 23min，转速正常且无异常时即打开喂入斗插门。并调节开度使粉 碎机在正常负荷下工作。工作结束后停止喂料，再使机器空转 23min，使机内饲 料大部排出后再关闭电动机。 2.5.3 调整和保养 饲料的粉碎度可靠更换不同孔径的筛片来调整，在满足饲养要求的前提下， 应尽量选用较大的孔径。锤片尖角磨损到锤片宽度的 1/2 时，应调换另一角或另 一端使用，四角磨损后应更换新锤片，换装时不应改变原来的排列，且每组锤片 的重量差不得大于 5g。 2.6 锤片式粉碎机发展趋势 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）粉碎机应主要从最佳粉碎粒度和粉碎成本的经济合理方面考虑，研究 粉碎机与畜禽鱼饲料的最佳粉碎粒度的关系，促进粉碎机向专业化、系列化方向 发展，同时开发一些专用粉碎机。 （2）新型锤片式粉碎机开发研究，对锤片式粉碎机的结构进行优化，开发 锤筛间隙可在线调整锤片粉碎机。 （3）粉碎机与吸风系统的配套研究。通过对粉碎机结构的改进、粉碎机吸 风系统的合理配置，以获得最佳经济性能和粉碎效果。 （4）锤片式粉碎机的转速从单速驱动发展为双速驱动，目前正向变速驱动 发展；由原来的既粉碎又控制物料的最大粒度向只负责粉碎而配置相应的筛分设 河南机电高等专科学校毕业设计 16 备的方向发展；粉碎室内的粉碎区即有效粉碎点的数量由一个发展为多个；欧美 各国因为物料原料的特点曾使锤片粉碎机向两个方向发展：美国式追求筛板面积 大，而欧洲式讲究冲击齿板面积大。 河南机电高等专科学校毕业设计 17 第 3 章 总体方案选择与设计 3.1 总体方案 小型粉碎机的优点是结构简单，体小灵活，造价低，采用单相电机驱动。从 而可以根据自养禽畜及饲料资源情况，进行自行饲料加工，无疑有利于农村开发 和利用饲料资源，发展畜牧业生产，活跃商品经济。总体方案设计的核心主要是 粉碎室、转子及主要性能参数的设计与计算。 粉碎机粉碎室的结构形式对粉碎性能有重要影响。目前粉碎室的型式主要有 圆型、椭圆型、水滴型等。圆型模式相对来说制造方便，但物料在喂料口沿切向 进入粉碎机时，可能会弹出，存在一定损耗。而椭圆型的型式，按照现有的设计 理论和方法还不能仅经过计算就能获得这些主要参数的最佳值。 因此，由粉碎理论综合考虑，破坏物料在粉碎室内所形成的环流，是提高粉 碎效率、降低能耗的关键。为此，设计了水滴型粉碎室。使物料环流在筛片与转 子组成的水滴型粉碎室内，由于锤筛间隙不等受到破坏，同时增加了锤片对物料 的打击次数，使已经粉碎好的物料能及时通过筛孔排出。达到了提高粉碎能力， 排粉效率和降低能耗的目的。 如图 3-1 所示： 图 3-1 粉碎室及转子的配置 河南机电高等专科学校毕业设计 18 3.2 粉碎室参数确定 粉碎机采用双圆盘转子，中间设计架板，既做转子骨架支撑两片圆盘，又起 到风机叶片的作用，在转子高速旋转时造成负压，实现了轴向高负压进料和高压 差排料的理想设计。转子直径 d 和粉碎宽度 b 是粉碎机的主要参数之一。两者之 积可以用一下经验公式取得： （3-1）n/vkdb 0 式中：v锤片末端线速度 k0经验系数，一般取 0.550.75 n配套动力 同时，两者应有一定的比例关系，通常. d 和 b 确定之后，/1.1-3.5d b 为了降低噪音，一般采用大转子低转速，确定要根据粉碎物料的品种具体分析。 如果以粉碎玉米颗粒为主，要采用较小的 b 和较大的 d；如果是以粉碎牧草为主， 则要采用较大的 b 和较小的 d。为了增大饲料喂入口的尺寸，必须增加粉碎室的 宽度。若过宽必然导致转子悬臂过长受力不良，因此，本机转子直径依据我国机 系列型谱设计要求和以往经验设计为 d=300mm，粉碎室宽度 b=150mm，其比值 ,符合设计要求。转子在粉碎室内为偏心配置，偏心距 c=5mm。由于饲料d/b2 喂入口占据一部分位置，取筛片有效包角为 3000。 锤筛间隙是影响粉碎机的重要性能参数之一。粉碎机在工作时，粉碎室r 内锤片末端和筛片之间有一层随锤片旋转着的物料环流气流层，其平均速度约为 锤片速度的一半，这将降低打击作用，增加摩擦功耗。由于离心力的作用，粗颗 粒处在环流层外层（靠近筛面），得不到很好的粉碎，而细粒处在环流层的内层， 难以从筛孔及时排出，这就不能保证粗粒的粉碎效果，同时又使细粒产生过分粉 碎现象。在齿板区，由于细粒不能及时排出，被锤片反弹出的细粒到不了齿板的 作用面而沉入被粉碎的物料层中，要粉碎物料层中的粗粒就需要更多的能量，环 流层中细粒和粗粒的数量随喂入量的增加而增加，结果恶化了物料加工量，降低 了产品的均匀度。过大时，这种情况更加严重。相反，如果过小，环流物rr 料层的速度就大，致使粉碎后的物料不易通过筛孔，使产品粒度偏细，从而增加 能量消耗，一般取=12mm；粉碎谷物时=8mm，粉碎茎蔓类时rr =14mm。r 为使本机能够粉碎精、粗饲料，喂入口设计为切向式配置，物料喂入口方向 河南机电高等专科学校毕业设计 19 与锤片圆周轨迹相交，相交值 s=30mm 左右，喂入口下边缘和转子中心线与转子 水平线夹角670 左右，可保证喂入料不架空，不反料，并能增强锤片打击性 能。排料采用自重落料形式。 3.3 主要性能指标计算 3.3.1 锤片速度及转子转速 锤片末端线速度对粉碎机的生产率和功耗有很大的影响。锤片末端线速度 增大时，锤片对物料的打击、搓擦和磨碎作用增强，能增加粉碎能力和产品细v 度，但 过大则机器的空载功率增加，同时因转子不平衡产生的噪音和振动也随v 之增加，粉碎能力反而下降。因此合适的 值对提高粉碎机性能至关重要。v 锤片撞击力的强弱与其工作速度大小有关，但考虑到粉碎时可能是几种物料 的混合，同时本机是小型粉碎机，以粉碎精料为主，故锤片速度选为 50m/s。 由此，转子转速为： (3-2) 6060 50 3503.18 3.14 0.3 v nrpm d 取 n=3600rpm 式中：d转子直径，d=0.3m 3.3.2 额定生产能力 粉碎机的额定生产能力是指在粉碎机生产实践的时候，该机性能良好，使用 中没有发现任何问题时工作一小时所能粉碎的饲料重量。 可按下述经验公式计算： (3-3) 0.344t/h 60 350015 . 0 0.30.23.6 60 b3.6kd q 2 2 n 式中，d、b转子直径及转子长度 m； 物料容量，玉米； 3 .7t/m0 转子转速，n=3500rpm；n k粉碎机结构系数（与其结构型式、筛片结构参数有关），一般 k=0.160.42 河南机电高等专科学校毕业设计 20 3.4 配套功率和电机的选择 3.4.1 配套功率 粉碎机配套主要决定其生产能力的大小，依照下式计算： (3-4)2.4(kw)0.3440.7qkn / 式中，q粉碎机理论生产率 t/h； k/配套动力系数，k/=0.61.0，一般粗粉碎取小值，细粉碎取大 值。 3.4.2 选择电动机 电动机选择包括选择类型，结构型式，容量（功率）和转速，并确定型号。 工业上一般用三相交流电源，无特殊要求一般应选三相交流异步电动机。最常用 的电动机是 y 系列笼型三相异步交流电动机。其效率高、工作可靠、结构简单、 维护方便、价格低、适用于不易燃、不易爆，无腐蚀性气体和无特殊要求的场合。 因此按工作要求和工作条件，选用一般用途的 y（ip44）系列三相异步电动机。 卷轴筒的输出功率前面已经算得为 2.4kw,因 w p 此电动机输出功率可以为： d p (3-5) w d p p 式中，传动装置的总效率，其中，分别为 v 带传动效率， 321 滚动轴承效率，圆柱齿轮传动效率。 通过查取机械设计手册，取，则通过计算 96. 0 1 93. 0 2 7.90 3 取 86 . 0 7.903.906.90 代入原来式子，故： (3-6) kw pw d 79 . 2 86. 0 4 . 2 p 因此选取电动机额定功率。kw3 ed p 为了选择电动机的转速，可推算出电动机转速的可选范围。由机械设计手册 查得 v 带传动常用范围比范围 i1=2-4,单级圆柱齿轮传动比范围 i2=3-6，则电动机 转速可选范围为。min/2112528 21 riinn wd 可见同步转速为 750r/min、1000r/min 和 1500r/min 的电动机均符合。选定电 动机的型号为 y132s-6.由相关表查出该电动机的主要技术数据和外形、安装尺寸， 并列表记录备用。 河南机电高等专科学校毕业设计 21 第 4 章 轴和轴承的相关设计 4.1 轴的结构设计 主要考虑以下因素：轴在机器中的安装位置及形式；轴上安装的零件的类型、 尺寸、数量以及和轴连接的方法；载荷的性质、大小、方向及分布情况；轴的加 工工艺等。设计时，必须针对不同情况进行具体分析。但必须满足：轴和装在轴 上的零件要有准确的工作位置；轴上的零件应便于装拆和调整；轴应具有良好的 制造工艺性等。 轴的校核计算应根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的计算方法，并恰 当地选取其许用应力。 主轴上安装有转子和小带轮，通过滚动轴承和支座连接在一起。轴与转子以 及小带轮的连接为键连接，与支座的连接为轴承连接，且小带轮和轴承都需要在 轴向设置定位轴肩，小带轮外端采用螺母定位限制其轴向移动。转子长度为 120mm，粉碎有效宽度为 150mm，小带轮与轴配合处的轮毂宽度为 53mm。考虑 到以上因素，设计主动轮轴结构如图所示。 图 4-1 主轴结构简图 主轴上段为螺纹段，用于装螺母和垫片以固定带轮的轴向移动，考虑到ab 小带轮的孔径为，选用的螺母进行轴端固定，所以在此段加工mm2620m 的螺纹，长度为；段安装小带轮，由于小带轮孔径为，220mmm30bcmm26 故此段轴径为，长度为，同时考虑到带轮右端的轴向定位，在此段mm26mm53 c 处设计高度为的轴肩；cd 段安装滚动轴承与箱体相连接，此段直径为mm2 ，选用型号为 6006 的深沟球轴承，由于用的轴承的宽度为，内径为mm30mm13 河南机电高等专科学校毕业设计 22 ，设计长度为的外圈挡片来定位轴承外圈，同时要考虑端盖的结构，mm30mm10 故此段长度为，轴与滚动轴承配合为过渡配合，此处选轴的直径尺寸公差mm42 为；de 段和 fg 段安装转子，由前章设计的转子结构可知这两段的直径应为6m ，又考虑到转子结构和粉碎室的整体尺寸，设计这两段的长度为；mm40mm25 ef 段用于转盘的轴向固定，在此处设计高度为的轴肩，由转子的结构可知mm5 此段长度为；gh 段同样安装与 cd 段相同的滚动轴承，故此段直径为mm120 ，长度为，轴与滚动轴承配合为过渡配合，此处选轴的直径尺寸公差mm30mm13 为。6m 轴上零件的轴向定位，采用键连接，实现轴上零件的周向定位和运动及动力 的传递。bc 段小带轮和主轴通过圆头平键连接传递运动和转矩，根据该段直径 值参考设计手册2，得出该处平键公称尺寸为，键槽用铣削刀mmmmhb78 加工，长度为，由于小带轮和轴的配合为间隙很小的配合，故采用mm45 配合。转子的周向定位和动力传递也是通过平键实现的，此处采用平头键6/7 kh 连接，同样根据此段轴径由设计手册查得平键截面，键长为mmmmhb812 ，由于转盘和轴的配合为间隙很小的配合，故采用配合。轴上倒角mm126/7 kh 均为，以便于安装轴上零件。 0 451 4.2 主轴的校核 1.初步校核轴的最小直径，估算最小直径。选取轴的材料为 45 刚，调质处理。 根据机械设计手册2，取，于是得 0 112a （5-1） 33 min0 3 11210.64 3500 p damm n 式中 p 和 n 分别为轴的功率和转速。 2由设计的轴的结构可知轴的最小直径满足要求，现在对轴进行精确校核。 轴的计算简图，如图 5-2 所示： t f nn t f1 nh1 nh2 图 4-2 轴的计算简图 河南机电高等专科学校毕业设计 23 1）计算图中各力 带轮的压轴力，由前面带传动的计算中得=520n；ff t专递的转矩，由前面的计算得 t=8186nmm 转子对轴的压力，估计转子重量为 30kg；则 1 f =3010=300n； 1 f n轴承对轴的支撑力为 f1 的一半，即 n=150n nh1=52063/183=179n，nh2=520179= 341 n 做出各平面受力分析图、弯矩图和扭矩图，如图 5-3 所示： f=520n nh1=179n nh2=341n mh=32760nmm f1=300n n=150nn=150n mv=13725nmm b 垂直面受力分析及弯矩图 a 水平面受力分析及弯矩图 t=8186nmm 河南机电高等专科学校毕业设计 24 c 扭矩图 图 4-3 各平面受力分析图、弯矩图和扭矩图 由图 5-2 和图 5-3 可知，d 截面为危险截面，算出 d 截面的总弯矩和扭矩： mh=32760nmm t=8186nmm 2）按弯扭组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的强度。根据计算 公式及上面所算的截面的弯矩和扭矩，以及轴运动时需正反转，扭转切应力为d 对称循环变应力，取=1，轴的计算应力： （5-2） 2222 3 ()32760(1 8186) 10.4 0.1 40 ca mt mpampa w 前已选定轴的材料为 45 钢，调质处理，由设计手册查得。因此 1 60 a mp ，故安全。 ca 1 3）精确校核轴的疲劳强度 （1）判断危险截面 根据前面的分析计算，截面虽然直径较小，且开有键槽、轴肩及过hgcb, 渡配合所引起的应力集中均将消弱轴的疲劳度，但由于只受到扭矩和较小的弯矩 作用，所以这些截面都不需校核。 从应力集中和受载的情况来看，截面 和 d 上的应力最大。由于截 c 右侧和c 截面 d 左侧直径相等，截面 c 左侧直径比截面 d 右侧小，而载荷 d 截面稍大一点， 故只需校核截面 c 左侧和截面 d 左侧即可。 （2）截面 c 左侧 抗弯截面系数 （5-3） 3333 0.10.1 261757.6wdmmmm 抗扭截面系数 （5-4） 333 0.222 1757.63515.2 t wdwmmmm 截面 左侧的弯矩为：cm （5-5） 427 3276027300 42 mn mmn mm 截面 上的扭矩为：ct 8186tn mm 截面上的弯曲应力： 河南机电高等专科学校毕业设计 25 （5-6） 27300 7.76 3515.2 baa m mpmp w 截面上的扭转切应力： 8186 2.33 3512.2 taa t t mpmp w （5-7） 轴的材料为 45 钢，调质处理。查得=640， b a mp 1 275 a mp 。 1 155 a mp 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及在设计手册中查取。因 ，,经插值后可查得： 1 0.038 26 r d 30 1.15 26 d d =2.25 =1.82 查得轴的材料的敏性系数为： 0.82q0.85q 故有效应力集中系数为： （5-8）1(1)1 0.82 (2.25 1)2.025kq （5-9）111 0.851.82 11.697kq 查得尺寸系数；扭转尺寸系数。0.58 0.76 轴按磨削加工，查得表面质量系数为0.92 轴未经表面强化处理，即，得综合系数为：1 q （5-10） 12.0251 113.578 0.580.92 k k (5-11) 11.6971 112.32 0.760.92 k k 又由设计手册得碳钢的特性系数： 0.10.2，取0.1 0.050.1，取0.05 于是，计算安全系数值，按设计公式得： ca s (5-12) 1 155 65.2 2.332.33 2.320.05 22 am s k (5-13) 1 275 9.9 3.578 7.760.1 0 bm s k 河南机电高等专科学校毕业设计 26 (5-14) 2222 9.9 65.2 9.79 9.965.2 ca s s s ss =2，故安全故可知其安全。 ca ss （3）截面 d 左侧 抗弯截面系数 3333 0.10.1 302700wdmmmm （5-15） 抗扭截面系数 33 22 27005400 t wwmmmm （5-16） 弯矩 m 及弯曲应力为： 1837 3276031507 183 mn mn m （5-17） （5-18） 31507 11.66 2700 b m w 扭矩 t 及扭转切应力为: 8186tn m (5-19) 8186 1.51 5400 taa t t mpmp w 过盈配合处的，查机械设计手册2用插值法求出，并取=0.8，于是 k k k 得： =3.16 =0.83.16=2.53 k k 轴按磨削加工，查得表面质量系数为，故得综合截面系数为：0.92 (5-20) 11 13.1613.25 0.92 k k (5-21) 11 12.5312.62 0.92 k k 所以轴在截面 d 左侧的安全系数为： (5-22) 1 155 77.5 1.511.51 2.620.05 22 am s k (5-23) 1 275 7.25 3.25 11.660.1 0 bm s k (5-24) 2222 7.25 77.5 7.22 7.2577.5 ca s s s ss 河南机电高等专科学校毕业设计 27 =2，故安全。主轴无大的瞬时过载及严重的应力循环不对称性，故可 ca ss 略去静强度校核。至此，主轴的的设计计算结束。 4.3 滚动轴承寿命计算 查滚动轴承样本可知 6006 号深沟球轴承的基本额定动载荷，基 10200 or cn 本额定静载荷。 6880 o cn 求两轴承受到的径向载荷和 1r f 2r f 将轴系部件受到的空间力系分解为水平面和铅垂面两个平面力系，分别如图 5-4a 和图 5-4b 所示： f=520nnh1=179n nh2=341n （a） 水平面受力分析图 f1=300n nv1=150nnv2=150n （b） 垂直面受力分析图 图 4-4 轴承受力分析图 由上图的受力分析可知： nh1=341n nh2=139n nv1=nv2=150n （5-25） 2222 111 139150482 rhv fnnn （5-26） 2222 222 341150204 rhv fnnn 河南机电高等专科学校毕业设计 28 1. 求轴承当量动载荷和 1 p 2 p = 1 p 1r f482n = 2 p 2r f204n 2. 计算轴承寿命 因为，所以按左边轴承的受力大小计算 2 p 1 p （5-27） 3 66 1 101010200 2707409 603500482 or h c lh np 4.4 滚动轴承润滑方式的选择 由于主轴上滚动轴承安装在轴支座中，考虑到脂润滑形成的润滑膜强度高， 能承受较大载荷，不易流失，容易密封，一次加脂可以维持相当长的一段时间， 所以选用脂润滑。 4.5 连接键的选择和计算 键的选择包括类型选择和尺寸选择两个方面。键的类型应根据键连接的结构 特点、使用要求和工作条件来选择；键的尺寸则按符合标准规格和强度要求来决 定。 4.5.1 小轮与主轴的键连接 小带轮与主轴之间的键连接，主要是传递运动和转矩，故采用普通平键连接， 由小带轮孔径为 26mm，查机械设计手册得键的截面尺寸为键宽 b键高 h=8mm7mm，又考虑到带轮宽度为 56mm，故选用键长 l=45mm。现在对键进 行校核。 假定载荷在键的工作面上均匀分布，普通平键的强度条件为： 3 210 pp t kld （5-28） 式中，传递的转矩，由前面的计算可知 t=8.186nm； t 键与轮毂键槽的接触高度，k =0.5h=0.57mm=3.5mm； k 键的工作长度，圆头平键 l=lb=458=37mm;l 河南机