PC0806锤式破碎机设计【含CAD图纸、三维模型、说明书、答辩稿】
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年 级： PC0806锤式破碎机设计 www.CompanyN 2020 Companyname PowerPoint Business Theme. All Rights Reserved. 2 MOST 颚式破碎机结构简图 破碎机的发展史 破碎机起源于蒸汽时 代。1806年，出现了世界上 的第一台锟式破碎机；1858 年第一台颚式岩石破碎机、 第一台连续性的旋回破碎机 在美国诞生，连续性破碎的 出现超越了很多间歇破碎装 置；1895年能耗更低的冲击 式的破碎机诞生。 www.CompanyN 2020 Companyname PowerPoint Business Theme. All Rights Reserved. 3 MOST 基本结构 锤式破碎机图示 v转子圆盘安装在主轴4上，锤 头8安装在各圆盘之间的锤轴 上，下箱体的篦条托架上设有 篦条1，控制合格的原料粒 度。 v转子2作高速旋转带动锤头8 撞击物料，掉到下部的篦条1 上，小于篦缝则从出料口排出 ，其余不合格物料留条上重复 破碎，直到粒度合格 www.CompanyN 2020 Companyname PowerPoint Business Theme. All Rights Reserved. 4 MOST 基本原理动画 www.CompanyN 2020 Companyname PowerPoint Business Theme. All Rights Reserved. 5 MOST We are not the best, but we will give our best 模型图 www.CompanyN 2020 Companyname PowerPoint Business Theme. All Rights Reserved. 6 MOST 转子的基本参数 转子工作 直径*长 度(mm) 转子转速 (r/min) 进料口尺 寸 (mm)350* 570 最大进料 尺寸(mm) 出料粒度 (mm) 处理能力 (t/h) 电动机功 率 (Kw) 800*6001000350*5702001520-2555 www.CompanyN 2020 Companyname PowerPoint Business Theme. All Rights Reserved. 7 MOST 1-锤头 2-螺钉 3-锤杆 4-螺栓 5-开口销 6-开槽螺母 新型组合锤头 锤头创新点 www.CompanyN 2020 Companyname PowerPoint Business Theme. All Rights Reserved. 8 MOST 改进之后优点 v 新型锤子的锤体做成球台状 ，现在工作面则是球台的外圆 ，与矿石的冲击时力将总是通 过位于球台的质心的碰撞中心 ，很容易满足锤子的碰撞的平 衡条件。 v球台在锤杆上可以松开螺栓后 旋转，避免了需要拆开转子圆 盘拆下锤子调换方向的麻烦， 节约成本。 v减少了锤头数量，节约成本。 9 MOST 转子圆盘结构 转子圆盘用来支撑 锤轴，从而悬挂锤头。 共设计为6个圆盘，中 间4个为相同尺寸，边 缘两个为相同尺寸。 其主要特点是两个 端面圆盘一侧设置套筒 定位，另一端用轴肩定 位。 10 MOST a b c d e f g f e d c b a 主轴结构 v a-b和a-b段通过胀紧联结套悬挂飞轮和皮带轮，d-e和d- e段装有调心滚子轴承，g-f段装有转子圆盘。 v轴承通过c-d和c-d段的圆螺母+止动垫片固定，d-e和d-e 段装有轴承座 www.CompanyN 2020 Companyname PowerPoint Business Theme. All Rights Reserved. 11 MOST 转子截面 破碎机的转子部分由很多零部件组成，如锤轴、主轴、锤头等。6根 锤轴装在转子圆盘上，锤轴上共装有30个锤头。 为了轴向固定圆盘和锤轴，锤轴两端由锁紧螺母定位，转子两端由轴 肩和套筒定位。为了保护电机，主轴在带轮的另一端悬挂一定大小的飞轮 www.CompanyN 2020 Companyname PowerPoint Business Theme. All Rights Reserved. 12 MOST We are not the best, but we will give our best 转子设计模型 www.CompanyN 2020 Companyname PowerPoint Business Theme. All Rights Reserved. 13 MOST Youre not like every one 篦条装置 锤式破碎机的篦条的布置方向应 与转子旋转方向相垂直，篦条与 锤头有一定的可调间隙。 粒度合格的材料可以从篦缝流出 ，不合格品留在篦条上继续破碎 到粒度合格为止。 www.CompanyN 2020 Companyname PowerPoint Business Theme. All Rights Reserved. 14 MOST 破碎机装配 破碎机的上下两个箱体 均为焊接体。 机体上设有固定尺寸的 进料口，壳体内固定有 数块高锰钢材料衬板。 可调式反击板通过调节 螺杆来调节送料角度， 并适时进行更换。 摘 要通过本次毕业设计，了解破碎机的发展史、破碎机的类型、破碎机的工作原理和规定的主要技术参数，详细分析了破碎机的组成。通过实践，深入了解锤式破碎机的内部各个构造，并阐述了传统方法的应用。运用知识和科学的逻辑思维方法，客观地解释和分析产生破坏的原因并加以解决。装配的结构和零件的设计需要严格按照标准，在完成规定动作的前提下尽量节约成本，选择更为简单的结构工艺，满达到工作所需的强度刚度要求，与其它部件良好配合。在相关的创新设计中，详细分析了转子锤头的结构、材料对于延长寿命的影响。在设计的最后根据国家标准给出简单的破碎机使用注意事项，在正式使用前需要充分的准备工作，保证机器的正常运转。关键词：破碎机；锤头；主轴AbstractThrough this graduation design, we know the history of the crusher, the type of crusher, the working principle of the crusher and the main technical parameters of the crusher, and analyze the composition of the crusher in detail. Through practice, the internal structure of the hammer crusher is thoroughly understood, and the application of the traditional method is expounded, and the reason and analysis of the cause of destruction are objectively explained and analyzed by using the logical thinking method of knowledge and science. The design of the assembled structure and parts should be strictly in accordance with the standard, saving the cost as much as possible and choosing a simpler structure process to achieve the requirements of the strength stiffness required for the work to make it fit well with the other components. In the related innovative design, the structure and material life of rotor hammers are analyzed in detail. In the end, according to the national standards, the simple matters needing attention in the use of crushers are given, and sufficient preparations are needed before the formal use, so as to ensure the normal operation of the machines.Key words: crusher; hammer head; spindle目 录引 言1第一章 绪 论21.1 破碎机发展简史2第二章 锤式破碎机结构与原理简介32.1锤式破碎机的原理简介32.1.1 锤式破碎机的工作原理32.1.2锤式破碎机的优缺点42.1.3锤式破碎机破碎的本质52.2 锤式破碎机的结构分析6第三章 锤式破碎机参数的选择和计算83.1 PC0806锤式破碎机基本结构参数83.2 锤式破碎机的转子的参数计算83.2.1转子直径83.2.2转子转速83.2.3转子长度设计93.2.4生产率设计93.2.5锤头质量的计算93.2.6电动机的选择113.2.7给料口的宽度和长度11第四章 锤式破碎机的基本设计124.1 锤头的设计124.1.1 锤头形状的选择124.1.2锤头尺寸计算134.1.3锤头碰撞平衡校核144.1.4锤头零部件选择154.1.5 锤头材料选择154.2 锤轴、圆盘和耐磨钢管设计194.2.1圆盘设计194.2.2锤轴和锤头垫片设计194.2.3耐磨钢管过盈配合204.3主轴设计214.3.1 主轴的基本尺寸设计214.3.2 主轴的强度校核234.3.2提高主轴疲劳强度的措施264.4 轴承的强度校核274.4.1轴承的选择274.4.2轴承的润滑和密封28第五章 传动件的计算295.1 带传动设计295.1.1计算设计功率Pca295.1.2选择带型295.1.3带轮基准直径的确定305.1.4确定带的基本参数315.1.5确定带的根数z315.1.6确定带轮的结构和尺寸325.2飞轮的设计与计算335.3篦条的设计345.3.1 篦条设计345.3.2 篦条调整装置34第六章 破碎机的使用要求35结 论36参考文献37谢 辞38引 言本次毕业题目为锤式破碎机，主要将进行锤式破碎机转子的结构参数计算，并在前人对于各种材料和结构研究的基础上做出的创新性改进。目前市面上应用的小型普通锤式破碎机早已量产，粒度要求为10mm左右，如果需要破碎其他的硬度更高的或者粒度更大的原料可用PCZ重锤型。而工业原料向来成分混杂，如果以大多数成分的材料硬度选购普通PC锤式破碎机，材料中的过硬材料会加速破碎机锤头和篦条的磨损失效，如果直接选用PCZ型又价格过高，这时就更需要可替换的高硬度锤头配件来满足需要。目前对于锤式破碎机的改进大多是改变转子部分结构，只适用于特定行业或部分物料的破碎。本次毕业设计将以矿产行业为例，在加强锤轴的结构稳定性的基础上，通过选择锤头的材料和简单改变锤头外形，来提高硬度和物料的受力，从而提高破碎效率，用于破碎更为复杂的原料。本次毕业设计将对材料进行分析，并且还将设计为破碎机锤头可以和通用锤头进行替换，以达到节约成本的目的。1第一章 绪 论1.1 破碎机发展简史破碎机起源于蒸汽时代。1806年，出现了世界上的第一台的破碎机（锟式）；1858年和1878年，第一台颚式岩石破碎机、第一台连续性的旋回破碎机在美国诞生，连续性破碎的出现超越了很多间歇破碎装置；1895年能耗更低的冲击式的破碎机诞生。目前，颚式破碎机由于结构简单（主要为两块颚板），破碎能力强，已经成为了应用最广泛的破碎机械，固定颚板和活动颚板之间的摆动可以粉碎大多数的建材矿产等材料。锤式破碎机物料从上部进料口进入，依靠转子上的锤头来冲击破碎物料，现已广泛地应用在矿产建材厂等行业破碎各种材料。在转子下面装有筛板，破碎出的颗粒尺寸如果小于篦条缝的大小，原料可通过筛板排出机外。粒度较粗原料大于筛孔大小，仍留在筛板上，接下来受锤击和冲击，然后经筛板后排出机器。截至目前，我国的制造业生产仍处于中低端阶段，破碎机生产和发达公家的差距还很大，高端的机器主要部件仍然依靠进口。因此，未来的制造业生产应该着重零部件新技术突破，提高整体创新水平。2第二章 锤式破碎机结构与原理简介2.1锤式破碎机的原理简介2.1.1 锤式破碎机的工作原理图2-1简单原理锤式的破碎机的基础的原理结构如图2-2。转子圆盘安装在主轴4上，锤头8安装在各圆盘之间的锤轴上，破碎机的型号决定转子的尺寸，破碎物料时锤头并不与转子完全同步，而是由一定的摆动角度。机壳的内壁固定有高锰钢等耐磨材料制成的衬板，下箱体的篦条托架上设有篦条1，控制合格的原料粒度。锤式破碎机的主要动力原件转子2作高速旋转带动锤头8撞击物料，掉到下部的篦条1上，小于篦缝则从出料口排出，其余不合格物料留条上重复破碎，直到粒度合格。为了避免篦缝的堵塞，通常要求物料含水量不得超过10%2。图2-2基本结构图解32.1.2锤式破碎机的优缺点1.优点：(1) 首先，构造简洁，自重小，单位产品功耗小；(2) 锤式破碎机相比之下要比颚式破碎机生产率高，而且破碎粒度可达到10 15mm，产品均匀，过粉碎少；(3)连续工作，可简单修理，更换零部件简单。2.缺点：(1) 破碎机重要的几个部件，锤头轴承等因转速快更易磨损；(2) 混杂在原料中的金属硬度过高，造成零件实效或者事故；(3) 物料含水量较多或者过粘时无法排出篦缝，会导致堵塞，降低生产率和增加能耗，加速锤轴部件磨损。3.锤式破碎机的主要类型破碎机的型号主要由PC XX四位表示，两个X分别代表转子的总直径D和总长度L。如转子直径D=800mm，长度L=600mm的破碎机型号为PC0806。常见的参数有：不可逆： 800mm*600mm，800*800，800*1000可逆：1430mm*1000mm，1000mm*1000mm图2-3 PCZ重型锤式破碎机（1）PCZ重型锤式破碎机最大进料：1200mm 理论重量：15.6-56t 处理能力：100-700t/h应用领域：4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1。所适用物料：用于抗压强度不超过150MPa，含水量小于15%的物料。例如：石灰石、煤、盐、白垩、石膏、页岩、砖瓦等1。图2-4 锤式破碎机（2）PC锤式破碎机最大进料：400mm 出料粒度：15mm以下 单机产能：5-75t/h应用领域：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1。适用物料：适用于抗压强度不超过150兆帕，含水量小于15%的物料。例如：石灰石、煤、盐、白垩、石膏、页岩、砖瓦等。还用于破碎纤维结构、弹性和韧性较强的碎木头、纸张或破碎石棉水泥的废料以回收石棉纤维等1。除此之外还有PCF型单段锤式破碎机、PCD型反击型锤式破碎机、PCK可逆式锤式破碎机、PCY型一段式锤式破碎机等。2.1.3锤式破碎机破碎的本质锤头随着转子高速旋转，撞击矿石使其沿层理面或自然的裂隙等处破裂，适用于物料的含水量较小的脆性、中硬材料；在矿产业，它主要是用来打破的石灰石、煤炭等。PC0806锤式破碎机有30个锤头，属于无上篦条的锤式破碎机，适用于中、细碎252.2 锤式破碎机的结构分析1. 外壳。如图2-2所示破碎机的上下两个箱体均为焊接体。机体上设有固定尺寸的进料口，壳体内置数块高锰钢材料衬板。箱体两侧焊接支座用来放置轴承，箱体下部可以安装在混凝土或者装料车上，用M20的螺栓加以固定。2. 转子如图2-5所示的转子简图中，破碎机的转子部分由很多零部件组成，如锤轴、主轴、锤头等。六根锤轴装在转子圆盘上，锤轴上共装有30各锤头。为了轴向固定圆盘和锤轴，锤轴两端由锁紧螺母定位，转子两端由轴肩和套筒定位。又因为转子转速较高，在破碎过程中动能损失较大，为了保护电机，主轴在带轮的另一端悬挂一定大小的飞轮。图2-5 转子简图3. 主轴在锤式破碎机的传动中，主轴是最为重要的传动件之一，一边受到扭矩，一边还要承受转子自身的重力，因而要求材料具有较高的韧性和一定的强度，一般选取材料为45钢，如图4-5所示。64. 打击板锤子高速旋转，把物料甩到打击板上，同时打击板还会弹回物料，进行二次破碎，因此，打击板的选择尤为重要。打击板的表面可以划有折线或其他渐开线，材料大多为高锰钢，破碎机配以同材质的锤片和篦条。组装后，几块可调式反击板安装在破碎机的机架上。通过调节螺杆来调节送料角度，并适时进行更换。图2-6 打击板的结构5. 锤头锤头承担着主要的破碎任务，由于震动大转速高，锤头的重量成为了破碎机最重要的参数之一，因此，不同大小的破碎机所用的锤头也不尽相同。锤头的破碎效率随其重量增大；然而，随着重量增大，旋转产生的离心力也会增加，加速其他零部件的损坏。锤子一般为高锰钢或高铬铸铁铸造，在锤头表面进行堆焊或化学热处理也会增加耐磨性。6. 过载保护装置金属物体硬度过高不易破碎，为防止金属混进物料中造成锤式破碎机事故，、机一般的都设有各种安全联轴器作为保护装置，如剪切的销式的联轴器等。7. 密封防尘装置密封圈的主要作用是防止破碎中的灰尘和空气中的湿气进入到轴承中，同时密封圈还需要防止润滑油流失和干燥。锤式破碎机工作过程中会有较大的粉尘和振动，传统的毛毡密封圈不能满足要求，此次毕业设计采用的是采用旋转轴唇形密封圈，采用B型内包骨架式油封，以提高密封效果。7第三章 锤式破碎机参数的选择和计算3.1 PC0806锤式破碎机基本结构参数表3.1 PC0806设计参数转子工作直径*长度(mm)转子转速(r/min)进料口尺寸(mm)350*570 最大进料尺寸(mm)出料粒度 (mm)处理能力(t/h)电动机功率 (Kw)800*6001000350*5702001520-25553.2破碎机转子的基本参数计算13.2.1转子直径根据表3-1中的技术性参数可知，转子直径D = 800 mm3.2.2转子转速锤式破碎机转子的转速可按圆周速度来设计1，根据 公式 n=60vD（3-1）式中 n转子圆周速度，r/minv 转子转速，m/s; D 转子直径，m。设计参数中已知n = 1000 r/min，故v=nD60=1000r/min0.8m/60=41.888 m/s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，对中小型破碎机，取v=2570m/s，而转速在7501500r/min；对大型破碎机v=1825m/s,而转速为200300r/min，故转速符合要求2。83.2.3转子长度设计由设计参数，转子长度L = 600 mm3.2.4生产率设计生产率与很多因素有关，如破碎机的转速、篦缝排列的宽度、进料粒度以及物料本身的性质等。由参考文献1查得公式 L=QKDP（3-2）式中 Q 生产率，t/h; D 转子的直径，m； P 物料，即石灰石的密度，1.3t/m3。取 K=38；得 Q = LKDP = 23.712 t/m符合设计参数标准。 3.2.5锤头质量的计算理论上锤头的质量和破碎机的破碎效率成正比，而实际上锤头质量也和功耗成正比。如果锤头质量太小，在锤击时可能无法达到破碎材料的要求；质量过大，所做的无用功占比也会增大，离心力过大也会缩短其他零部件的寿命。动量定理可得出，破碎过程中每次撞击都会损失一定的速度，锤头速度损失过大时将使锤头暂停，然后下降，更加加重了无用功的损耗。为了使锤头在下一次破碎时因为惯性达到撞击位置，锤击后的速度损失要求材料不应太大。一般可以允许40%到60%的速度损耗，即：v2 = ( 0.40.6 ) v1 3（3-4）式中 v2 破碎速度损失后的线速度(m/s) 9v1 破碎前的额定线速度(m/s)假设破碎物料的过程为完全的弹性碰撞，由于破碎材料为石灰石，石灰石为非完全弹性固体9，故速度损耗取较高值。设物料初速度为0，则根据动量定理，可得：m v1=m v2+mm v2（3-5）即 v2=mv1m + mmm 打击中心处所折算出来的锤头质量(kg) mm 最大物料块的质量(kg)取破碎石灰石密度= 1.3103 t/m3，Rmax为最大料块半径100mm，脆性颗粒的抗压强度随其体积或粒径而变化，粒径越小抗压强度越高10，则算取最大物料块的质量3mm=43Rmax3=43 0.131.3103 kg=5.445 kg （3-6）由此可以得出折算在打击的中心处的锤头质量， m = ( 0.71.5 ) mm = 3.812 8.168 kg（3-7）设计题目为小型破碎机，锤头质量取为 m = 5.5 kg实际的锤头的实际质量质量应按照下式计算，得出：m0=mL2h2（3-8）式中 L 打击的中心到锤环中心的实际距离(m)，已知安装尺寸和设计尺寸，L = 0.235m h 锤头质心到锤环中心的距离 (m) 已知安装尺寸和设计尺寸，h = 0.179m锤头的估计质量为m0=mL2h2=9.479651 kg取m0=9.5kg。103.2.6电动机的选择目前，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1，设计题目中已经给出电动机功率为55kW，由参考文献4机械设计，选用Y系列的三相异步电动机，其额定功率为55kW，型号是Y250M-4，满载转速为1480r/min。3.2.7给料口的宽度和长度锤式破碎机设计给料口长度时可以选择与转子长度相同，故L=D=600mm其宽度 B 2Dmax式中 Dmax 最大料块直径尺寸（mm），设计题目中为200mm取 B = 400mm.11第四章 锤式破碎机的基本设计4.1 锤头的设计4.1.1 锤头形状的选择a.轻型； b.组合式； c.整体中型； d.轻型板式图 4-1 常见锤头形状常见的几种形状如图4-1所示。图a为可逆锤式破碎机常用的轻型锤，破碎粒度约为100mm左右。PCZ型单转子则常用图b的组合型锤，通常采用高锰钢或其他耐磨材料而制成，更换方便，侧面可堆焊或加工硬质合金，寿命较长。PC和PCX系列主要利用图c所示头部的重量较重的锤子，结构较为简单。事实上，现有的锤式破碎机通常使用铸造的一体式锤头，锤头打击面为锤子的侧面，一般为矩形或者梯形，很难确定锤子的碰撞中心。碰撞中心通常也不会在冲击力的作用线上，这样就会产生一定的冲击反力，缩短滚动轴承的使用寿命，还可能会损害到其他零件。并且现有的PC锤式破碎机锤头主要为一个平面打击物料，另一个平面磨损较轻，又不能像可逆破碎机一样可以换方向旋转，寿命大大缩短，必要时只能拆开调换方向，增加不少成本，故本次设计采用CN201337929所设计的新型组合锤头，并进行改进与基本创新，其优点在于：1. 新型锤子的锤体做成球台状，现在工作面则是球台的外圆，与矿石的冲击时力将总是通过位于球台的质心的碰撞中心，很容易满足锤子的碰撞的平衡条件。2.球台在锤杆上可以松开螺栓后旋转，避免了需要拆开转子圆盘拆下锤子调换方向的麻烦，节约成本。3.减少了锤头数量，节约成本。121-锤头 2-螺钉 3-锤杆 4-螺栓 5-开口销 6-开槽螺母图4-2 新型组合锤头4.1.2锤头尺寸计算确定型号的破碎机的锤头，各个设计和安装尺寸都是已知的，即r1=50mm，r2=20.5mm，t=36mm，d=32mm，b=73mm，L=235mm，H=112mm，h=179mm，m = m1 + m2 + m3 = 9.5kg1. 连接杆质量m2和转动惯量I2z计算连杆为圆柱体，即计算体积公式如下V2 = 4d2b=432273 mm3=58710.084mm3（4-1）m2=V2=58710.083517.810-6kg=0.457kg（4-2）I2z=m2483d2+4b2+m2r1+b22=3659.082 kgmm2（4-3） 材料密度（kg/m3），锤环和锤杆选用低合金铸钢ZG45，密度为7.810-6 kg/mm3132. 锤环质量m3和转动惯量I3z计算锤环在计算时可以采用如下的体积计算公式V3 =r12-r22t=502-20.5236 mm3=233812.908 mm3（4-4）m3=V3=233812.907587.810-6 kg= 1.824kg（4-5）I3z=12 m3r12-r22=12 1.824502-20.52=1885.164 kgmm2 （4-6）3. 锤体半径R和转动惯量I1z计算锤体质量m1=m-m2-m3=9.480-0.457-1.824 kg=7.198651 kg锤体可视为球台，由球体积公式V1 = 112 H12R2-H2=m1=1146835.443 mm3（4-7）得R=(12V1H+H2)/12=60.29mm（4-8）I1z=3m112R2-H2R4+16R2H2-380H4+m1h2=305322.116 kgmm2（4-9）4.1.3锤头碰撞平衡校核1. 锤头对 OZ 轴的转动惯量Iz = I1z + I2z + I3z = 310866.362 kgmm2（4-10）2. 锤头质心计算14a=m1h+m2(r1+b2)m1+m2+m3=9.06179+0.457(50+732)10.341=160.649mm（4-11）j3. 锤头碰撞平衡计算h=Izma=185.77mm（4-12）与设计尺寸h=179mm接近，将h=185mm，t = d = 40 mm代回上述式子，得半径R=61.40，故取半径为R=61 mm。一根锤轴上装有五个锤子。4.1.4锤头零部件选择（1）内六角圆柱头螺钉M20L = 129 mm（GB/T 70.12008）（2）六角头铰制孔用螺栓M10L = 48 mm（GB/T 271988）（3）A级粗牙六角开槽螺母M10质量10.34g，配置开口销为2.520（GB/T 61781986）4.1.5 锤头材料选择1.锤杆和锤环锤杆和锤环选用中碳铸钢根据GB/T 11352- 1989选择牌号为ZG500铸造碳钢。中碳铸钢强度和硬度较高，有一定韧性和塑性，切削加工性好，焊接性尚可，铸造性能比低碳铸钢好6。15表3.1 铸造碳钢的化学成分牌号元素最高含量（%）CMn SiSP残余元素NiCrCuMoVZG5000.400.900.500.040.040.300.350.300.200.052. 锤体材料选择锤体材料根据参考文献6选择高铬白口铸铁，根据GB/T 8263- 1999选择牌号为KmTBCr15Mo。高铬白口铸铁对于锤头材料更加适合。表3.2高铬白口铸铁化学成分牌号化学成分（%）CMnSiCrMoNiCuSPKmTBCr15Mo*2.03.2.01.214.918.03,060.10*：一般情况下该牌号应含钼（Mo）高铬白口铸铁的主要合金元素是碳和铬，其中铬的质量分数一般在12%以上。合金中碳的含量和铬的含量的比值决定着合金中碳化物的类型，KmTBCr15Mo共晶碳化物主要为M7C3（金相组织中M代表Fe、Cu等金属原子，C代表碳原子6）。钼一部分钼进入碳化物或还有其他钼溶于奥氏体可以提高铸铁的淬透性。加钼能够抑制形成珠光体，改善耐磨性6。镍，在高铬白口铸铁中加入镍可以稳固奥氏体，提高材料淬透性。铜的作用与镍类似，但是相比之下铜溶解在奥氏体中较少。铜和镍含量越高，Ms点温度降低越多、残馀奥氏体的量增加。（Ms点温度:为马氏体转变的起始温度,是奥氏体和马氏体两相自由能之差达到相变所需的最小驱动力(临界驱动力)时的温度7）锰主要为稳固奥氏体的元素，铸铁中加入锰钼可以更好地提高材料淬透性。硅降低淬透性，但硅提高Ms点温度，故当锰含量过高时允许把硅含量提高至1.0%1.2% 6163. 锤杆和锤环铸造过程锤环和锤杆材料选择铸钢ZG500，选用金属型铸造成型，锤杆铸造直径为35mm，铸造长度为133mm，加工余量为3mm，加工长度为125mm，与锤体为间隙配合。锤杆M10螺纹孔采用钻、铰孔后攻丝。锤杆上孔采用专用夹具钻孔后铰孔。铸造后热处理采用正火+回火，850870正火，600620回火，力学性能如下表表3.3铸造碳钢力学性能牌号最小值屈服强度s /MPa抗拉强度b/MPa 伸长率/%收缩率/%ZG50027050018254. 锤体铸造过程锤体为金属型铸造，低温浇注，因为高铬百口铸铁很难进行切削加工，所以采用分箱铸造选用轴线为分型面，采用型芯一次成型。铸造后热处理应采用GB/T 8263-1999中所推荐的热处理规范、金相组织形式和使用特性等。铸造后应进行硬化处理，9201000保温26小时，出炉空冷，主要成分为M3C7+二次碳化物+马氏体+残余奥氏体。所应达到的硬度数值如下表表3.4 高铬白口铸铁硬度牌号硬化态或硬化态并去应力处理HRCHBKmTBCr15Mo*586505. 锤头受力分析默认碰撞为中心点，设所受碰撞为完全弹性碰撞。相比于锤体，锤杆更容易在螺栓孔处发生应力集中，故对锤杆进行受力分析。（1）最大破碎力计算最大破碎力由动量定理得Ft=mv其中 t 冲击碰撞时间，取t = 0.015 s 8 F1=mv1-v2t=5.536.6519-18.23390.015=6.7533 kN17（4-13）锤环上所受离心力Fr=mv22D=5.518.233920.35N=2.8557 kN（4-14）（2）拉弯组合变形锤环与锤杆结合处应力为=FrA+MmaxWz（4-15）其中A 截面面积，A=4d2=1.256610-3 m2（4-16）Wz 截面模量得4Wz=d332=6.283110-6m3（4-17）故锤环与锤杆处应力值为4max=FrA+MmaxWz=5.22461.2566+6.75330.13766.283110-3MPa=152.0548 MPa（4-18）铸钢ZG500在承受重复载荷下的许用应力 = 175MPa，max ，合格。184.2 锤轴、圆盘和耐磨钢管设计4.2.1圆盘设计根据最初的参数要求，每根锤轴上悬挂5个锤子，圆盘用来支撑锤轴悬挂锤子，共设计为6个圆盘，中间4个为相同尺寸，边缘两个为相同尺寸。其主要特点是两个端面圆盘一侧设置套筒定位，另一端用轴肩定位。每个圆盘上均匀设计6个轴孔，即需要6根锤轴。锤头和圆盘之间的间隙通过锤头垫片来分开，即为了保护圆盘，有效的减少了圆盘的磨损。圆盘的直径需要根据转子直径D = 800 mm而定，故取圆盘直径为450 mm，厚度为21 mm，装锤轴的圆孔的径向距离根据承载能力和承受力的大小，尽可能地取整，孔的大小近似等于锤环圆孔的大小。圆盘选取材料为45钢。主轴通过导向平键向圆盘传递动力，轮和毂上键槽的宽度深度均依照标准而定。圆盘铸造时即自身铸造一段套筒，用于隔开圆盘面，圆盘之间自身距离为127mm，轴向定位之后圆盘高速旋转时会更加平稳，防止锤头之间发生碰撞。 图4-3 转子圆盘4.2.2锤轴和锤头垫片设计锤轴长度根据转子长度进行确定，锤轴穿过六个圆盘，并在圆盘两端通过开槽锁紧螺母+平垫圈固定。锁紧螺母A级粗牙六角开槽螺母M36，配置开口销为460（GB/T 6178-1986），八级机械性能。根据平垫片厚度5mm和锁紧螺母厚度32mm，取锤轴长度为690mm，材料为45钢。19锤头垫片的厚度由转子直径、圆盘厚度和锤头间隙决定，取一排锤中的8个垫片厚度为33 mm，边缘两个垫片厚度为15 mm，材料为45钢。此时中间部分两圆盘间隔为106 mm，锤头间最大间隙为5 mm，锤体为金属型铸造，铸造公差等级根据国标 ( GB/T 6414-1999 ) 取为CT9，公差为2.5 mm。4.2.3耐磨钢管过盈配合由于锤头悬挂在锤轴上旋转，故需要加装轴承一类装置减少摩擦；而破碎机粉尘重，受力不均匀，滚动轴承造价太高，滑动轴承又无法注油，故选择耐磨钢管过盈配合在锤环内，随锤环一起转动，减小摩擦，提高锤头寿命。无缝耐磨钢管材料选择为铸造耐磨石墨钢，长度与锤环厚度一致，为50 mm，厚度为5 mm，内径为41mm，根据GB/T1800.31988选择锤环内孔的公差等级为IT7，由GB/T 1800.2-2009选择耐磨钢管和锤环的过盈配合公差为H7/v6；选择耐磨钢管内孔的公差等级为IT7和锤轴的间隙配合为H7g611。图4-4 耐磨钢管204.3主轴设计4.3.1 主轴的基本尺寸设计轴的设计包括两部分：一个是结构尺寸设计，另一个是轴的强度计算。此次毕业设计中将只对轴进行强度校核，实际上，如果是细长轴还需要进行刚度计算，综上所述，此次毕业设计将只进行强度校核。1.轴的使用材料轴的主要材料为各种碳素钢和合金钢4。因为碳钢造价低，并且对应力集中不敏感，同时，碳素钢通过热处理还可以相应德提高其性能度，因此选用碳素钢作为主轴材料。常用碳素钢中45钢价格相对低廉最为常用，因此选用45钢作为主轴材料。2.轴的最小直径和长度的估算轴及阶梯数和各轴段直径根据轴上零件可一以确定，主轴上零件的安装顺序是以轴肩端为基准，安装端面圆盘、中间圆盘、锤轴、紧固螺栓等、等转子部分，然后在支撑座上安装轴承内端盖和密封环，装上轴承和轴承外端盖，最后的安装V带轮和飞轮。主轴上各轴段的直径与相应轴端的扭矩和载荷有关，同时反作用力的作用点通常是未知的，无法确定具体的弯矩情况。因此，主轴的直径不能根据轴上的固定载荷和所受应力来确定，应先根据轴的扭矩来估计轴的直径dmin4。dminC3Pn（4-19）式中 P 轴传递的功率，P = 55 kW n 轴的转速，n = 1000 r/minC 由轴的材料和承载能力确定的常数，C=117dminC3Pn=11755100013=44.4945 mm由于最小轴径处安装带轮，需要加工键槽，并且还有很大震动，综合因素取dmin=70 mm213.轴的结构设计主轴需要及设计为阶梯轴，故为了轴上零件安装拆卸方便，应尽可能地简化轴的结构，降低轴的制造难度；轴端应有45度倒角以便于零件装配和去除毛刺。本次设计破碎机中主轴有1个键槽，用于安装转子圆盘。为了减少刀换刀次数，提高生产率节，节约人力成本，在倒角、退刀槽宽度等方面应尽可能采用相同的尺寸。4.轴上零件的装配主轴各部分长度应使各个零件尽可能紧凑以节约尺寸，但是仍要确保转子、轴承等零件所需的装配空间和需要的调整空间，必须留有一定的尺寸间隙，根据这些即可大致确定各轴段的长度。5.确定轴段直径和长度a b c d e f g f e d c b a图 4-5 轴的结构与装配（1） 轴的最左端a-b轴段装有飞轮故取da-b= dmin=70 mm，a-b段的左端为胀紧联接套联接，右端用轴肩轴向定位；轴最右端a-b段安装带轮，与飞轮处定位方式相同。取la-b = la-b = 158mm。（2）选择双列调心圆柱滚子轴承。破碎机主轴所用的轴承需要同时承受较大的径向力和一定的轴向力，而且轴跨度较长，会产生较大弯矩，故选用调心滚子轴承22318C/W33，其尺寸为 dDB=90mm190mm64mm，故dd-e = 90 mm，而轴承需要有固定的距离，故ld-e = 61 mm。轴承的一端采用轴肩定位，根据国标GB/T 288-1994选择22318C/W33型轴承的定位轴肩高度为h = 11.35mm，故取de-f = 110 mm。由于轴的另一端采用套筒固定，故选择dd-e = 90 mm，ld-e = 70 mm，de-f = 90 mm。滚动轴承的另一端均采用圆螺母加止动垫圈定位，轴承固定处螺纹Mc-d = Mc-d = 84 mm，lc-d = lc-d = 22 mm。22（3） 选择安装圆盘处的轴段g-f 的直径dg-f = 110 mm；在g-f轴段上有6个圆盘，转子的长度大约为600mm，即lg-g = 640 mm，左端用轴肩进行轴向定位，右端用特制套筒进行定位，轴环宽度lf-g 1.4 ( df-g de-f )，故取lf-g = 25mm，则轴环f-g处直径df-g = 160mm。（4） 由于转子圆盘与机架壁要保持一定距离约取50mm，而且轴承座在安装时也要保留一定的安装空间，故取le-f = 135 mm，le-f = 160 mm。b-c段用于安装轴承端盖，取lb-c = lb-c = 69 mm，db-c = db-c = 75 mm。6.轴上零件的轴向定位带轮和飞轮的周向定位均采用胀紧联结套联接，机械标准JB/T 7934-1999，根据da-b = 70 mm选择Z3型胀紧联结套，带轮、飞轮和轴的基孔制配合公差为H8k7。 转子与主轴选择双圆头导向平键（GB/T 1097-2003）联接，按轴段直径dg-f = 110 mm查得导向平键截面 bhL=28mm16mm600mm，同时为保证转子与轴配合有良好的对中性，故选择转子圆盘与轴的配合为H8h7。滚动轴承与轴之间选为过渡配合，因此轴承内圈装配处选择基孔制，配合公差选为H7k6。轴承盖处b-c与b-c处与主轴配合为间隙配合，公差选为H7h6。7.倒角尺寸为加工方便，各处轴肩的倒角均为345，倒圆角处半径均为r = 2 mm，各退刀槽等宽度均取为3mm。4.3.2 主轴的强度校核1.做出轴的力学模型为了简化计算，可以将主轴所受的分布力简化为集中力，这样力的作用点就集中在零件轴线上的中点处，即零件轴线上轮毂宽度的中间点。轴类零件通常被简化为悬臂梁，锤式破碎机中主轴所受的支撑力的作用点为调心滚子轴承的中点。其中A处为带轮，带轮作用在轴上的压力为FQ，转子圆盘受到自重Fr和破碎物料的切向力Ft，轴承处受到支反力FNV和切向的反力FNH。由经验可知C点处右端面应力最大，故校核左端面。23图 4-6 轴的载荷分析图破碎机主轴的材料选为45钢并进行调质处理，由参考文献4机械设计查得碳素钢的抗拉强度 s-1 = 60 Mpa 2.轴的应力计算4（1）受力分析 已知轴上的功率P = 55kW，转速n = 1000 r/min，转矩 T =9550Pn=9550551000Nm=525.25Nm（4-20）图4-7 主轴转矩图A处悬挂带轮，对轴的压力FQ = 931.0342 N。C处悬挂转子圆盘直径为d2 = 165mm，切向力即最大破碎力Ft = 6.753103 N，径向力Fr = 15680 N，轴向力为0。（2）画轴的受力简图如图4-6 已知L1 = 155.2 mm，L2 = 514 mm，L3 =514 mm= L2 + L3 = 514 + 514 mm = 1028 mm图4-8 周向转矩图图4-9 径向转矩图FNH1 =FtL3-FQ(L1+L2+L3)L2+L3=67530.514+931.0342(0.1552+0.514+0.514)0.514+0.514N = 2304.905N（4-21）FNH2=Ft-FNH1=4448.095N（4-22）MH1 =FNH1L2+FQL1+L2=2304.9050.514+931.0342(0.1552+0.514) N m=1807.769N m（4-23）MH2 =FNH2L3=2304.9050.514=4448.0950.514=2286.32083N m （4-24）Ma= Fad22=0（4-25）FNV1 =FNV2=FrL3+MaL2+L3=156800.514+00.514+0.514N=7840N（4-26）MV1=MV2=FNV1 L3 =78400.514 Nm =4029.76Nm（4-27）由此可见，C点处右截面为应力最大面，故只计算截面右端扭矩M2=MH22+MV22=2286.32082+4029.762Nm=4633.1661Nm（4-28）25图4-10 总转矩图（5）弯扭合成应力的校核主轴将只校核图中危险截面C的强度。由参考文献4机械设计中的公式计算，转子单向旋转并且转矩的变化规律不清楚，故按照脉动循环应力取=0.6，轴的计算应力sca=M2W2+4T2WT2=4633.16611.1986610-42+ 4 0.6 525.252.5052710-42MPa=38.7282MPa（4-29）得出sca ddmin=355 mm。i=dd2dd1=n电n=14801000=1.48（5-2）故dd2 = idd1=555mm根据GB/T 10412-2002普通V带标准直径系列及D型V带直径范围，选取dd2 = 560mm。2.误差演算传动比误差：i误=dd2dd11-=5603751-2%=1.464（5-3）式中 弹性滑动率，通常=0.010.02 i =i误-i1i1100%=1.48-1.4641.48100%=1.08%5%（5-4）符合要求。3.带速v=dd1n6001000=3751480601000m/s=29.060m/s（5-5）满足5m/s v 120（5-9）符合要求。5.1.5确定带的根数z由dd1=375 mm，n电=1480r/min，查国标GB/T 13575.1-2008，单根的V带的基本额定功率P0 = 19.557 kW，查得弯曲影响系数Kb = 19.9510-3，传动比系数Ki = 1.1036。计算功率增量P01231P0=Kbn11-1Ki=19.9510-314801-11.1036=2.771 kW。（5-10）由GB/T 13575.1-2008查得包角修正系数，取K = 0.98 由参考文献4机械设计表82普通V带长度修正系数查得，KL0.93。则带的根数zPdPv=PdP0+P0KKL=7719.557+2.7710.980.93=3.784（5-11）所以z取整数为4根。5.1.6确定带轮的结构和尺寸由参考文献4中 P260 ，由设计直径选择V带轮的基本结构如图5-2，采用法兰式轴端套筒，由dd2 500mm可采用轮辐式，灰铸铁HT200铸造成型。图5-2 V带轮的结构325.2飞轮的设计与计算飞轮的作用是在转子运动中储存一定的动能，避免破碎大块或较硬的物料时，速度损失不致过大和减小电机的满载负荷13。飞轮结构采用腹板式，与轴端胀紧联结套联接。图5-3 飞轮示意图飞轮设计公式JF=900W2n2（5-12）其中 运动不均匀系数，取 = 0.15。JF=4md2（5-13）m=dbh（5-14）其中 材料密度（kg/m3），HT200密度为 = 7000 kg/m3。由于带轮与飞轮互相平衡，飞轮
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