锤式破碎机设计 毕业设计.doc

学 号： 毕业设计设计题目：锤式破碎机的设计学生姓名：专 业：班 级：系 部：机械工程系指导教师： 二一五年六月二日摘 要摘 要在现代工业的发展中，锤式破碎机大量应用于水泥厂、电厂、矿山等部门。 在本次锤式破碎机的设计方案中，根据锤式破碎机的破碎原理对破碎机进行设计，主要对轴和锤头进行分析和计算，对轴进行转速校核，对锤头进行打击平衡计算。通过把转子转盘独立安装，减轻了更换锤头时的工作量，提高了工作效率。利用有限元软件ansys对破碎机主要零部件轴进行受力分析，通过受力云图和位移云图观察其变形情况。破碎机的整体的设计中，通过对零件材料的选择，对个别的零件进行强度、寿命的校核，对锤头金属的工艺性进行改良。关键词 传动装置； 单转子； ansys分析3abstractabstract in the development of modern industry, hammer crusher is widely used in cement plants, power plants, mining and other sectors. the hammer crusher design scenarios, according to principles of crusher hammer crusher, crushing design analysis and calculation of the main axes and hammers, to speed check the shaft, to combat hammer balance calculation. by rotor turntable stand-alone installations, reduce the workload when replacing the hammer, and improves work efficiency. finite element software ansys to crushers main components analysis of axial force, by loading images and displacement observation whose deformation. in the overall design of crusher, material selection through the components, check for individual parts for strength, durability, improved technology to hammer metal. keywords drive; single-rotor; ansys analysis3目 录目 录摘 要iabstractiii1 绪 论11.1 破碎机的发展历史11.2 破碎机的分类21.3 破碎理论的发展21.3.1 面积学说21.3.2 体积学说21.3.3 裂缝学说31.4 给定的原始数据32 锤式破碎机的原理及类型52.1 锤式破碎机的原理52.2 锤式破碎机的类型52.3 锤式破碎机特点62.3.1 锤式破碎机的优点62.3.2 锤式破碎机的缺点62.4 锤式破碎机的规格和型号的表示方法63 锤式破碎机主体的构造73.1 机架73.2 转子83.2.1 主轴83.2.2 锤架83.2.3 锤头93.3 箅条113.4 托板和衬板123.5 过载保护1233.6 密封防尘装置123.7 飞轮124 锤式破碎机主要参数的选择与确定134.1 基本参数的确定与选择134.1.1 转子的直径与长度134.1.2 基本结构尺寸的确定134.2 主要参数的确定144.2.1 转子速度的计算144.2.2 生产率的计算144.2.3 电动机功率的计算144.2.4 锤子质量的确定154.3 转子的平衡165 破碎机的传动装置215.1 飞轮所需的质量的计算215.2 带式传动的计算226 锤式破碎机轴及轴上零件的设计296.1 轴的最小直径及其长度估算296.1.1 轴的直径计算296.1.2 轴上的各段直径及长度306.1.3 轴上零件的周向定位326.1.4 轴所受静载荷及轴的强度校核326.2 ansys的典型分析过程336.2.1 定义工作名、工作标题356.2.2 选择单元类型356.2.3 设置材料属性356.2.4 实体建模366.2.5 网格划分376.2.6 施加约束和载荷376.2.7 进行求解4036.2.8 后处理416.3 轴的转速校核436.4 轴的结构设计及其合理性456.4.1 轴的结构必须满足的条件456.4.2 轴上零件轴向定位的使用说明456.5 提高轴的疲劳的结构措施466.6 轴承类型的选择476.6.1 轴承的游动和轴向位移476.6.2 轴承安装和拆卸476.7 键的强度校核487 锤式破碎机的主体结构设计497.1 机架497.2 打击板507.3 圆盘锤架507.4 滚动轴承508 锤式破碎机的操作与维护538.1 锤式破碎机的操作方法538.1.1 启动前锤式破碎机应做好的准备工作538.1.2 启动后操作的事项538.1.3 停车时的注意事项538.2 锤式破碎机的使用与维护53结 论55参考文献57致谢5931 绪 论1 绪 论1.1破碎机的发展历史破碎机的发展经历了几个时代的变化,近代破碎机发展的历程是从西方工业革命开始的。1858年鄂式破碎机在美国诞生,由布莱克设计制造,其结构形式为双肘板式鄂式破碎机。 鄂式破碎机的工作部分由固定颚板和活动颚板组成,其破碎工作是靠活动颚扳周期地压向固定颚扳,将央在两颚扳之间的物料压碎。如果活动颚和固定颚上的破碎板表面带有波纹状牙齿，对物料以挤压破碎为主，并有劈裂和折断的作用。二次大战期间，第一台反击式破碎机应运而生，其设计者是原西德哈泽曼格公司的黑德森博士。反击式破碎机是利用冲击作用进行破碎的机器，其工作部分是刚性固定在转盘上的板锤。当物料由给料口进入破碎腔后，被高速旋转的板锤冲击破碎并抛射到反击板再次破碎，同时形成块料之间的碰撞破碎，最后从机器下部捧出。反击式破碎机的破碎效率高，能量消耗少，且产量大、产品粒度均匀，是一种新型的高效率破碎设备，可用作物料的粗、中、细碎，在选煤厂可用在原煤和中煤的破碎上。世界上第一台圆锥式破碎机最初是由美国人西蒙斯兄弟设计而成。圆锥式破碎机约在1920年开始应用于工业作业中。1948年美国一家公司研制出液压圆锥式破碎机。它能在机器运转中取出进入破碎腔的不可碎物，并能在运转中调节出矿口的大小，使破碎物品粒度均匀；到70年代，随着科技的发展，已经研制出用于控制液压圆锥式破碎机的自动控制器。圆锥式破碎机的工作部分由固定的外锥和活动的内锥组成，借助于旋摆运动的动锥周期地靠近和离开固定锥的表面，使的物料靠自重从破碎腔底部流出。圆锥式破碎机具有破碎比大、效率高、功耗少、产品粒度均匀等优点，主要适用于选矿厂中硬度岩石物料中，细和超细破碎，很少在选煤厂中应用。1895年出现了最早的锤式破碎机，其工作部分是铰接在转盘上的锤头，当物料进入锤式破碎机时，立即受到高速旋转的锤头的冲击而破碎，并被带到下面的箅条筛从筛孔排出，锤式破碎机按转子数目可分为单转子式和双转子式两种，其中单转子式又可分为不可逆式和可逆式两种 。随着科学技术的发展，破碎机发展至今已取得了很大的成绩。特别是进入90年代以后，冲击式破碎机、选择性破碎机等更为先进的破碎机也应运而生，与此同时我国的破碎机产业也再蓬勃发展，并逐步向大型化、高效化方向进军。1.2破碎机的分类1) 颚式破碎机：工作部分由固定颚板和活动颚板组成，当活动颚板周期性的接近固定颚板时，借压碎作用破碎物料。2) 圆锥破碎机：工作部分由固定的外锥和活动的内锥组成。内锥以一定的偏心半径绕外圆锥中心线做偏心运动，物料在两锥体之间被压碎和折断。3) 锤式破碎机：工作部分是铰接在圆盘上的锤头。物料被高速旋转的锤头冲击破碎并被带到下面的箅条筛，从筛孔排出。4) 反击式破碎机：工作部分是固定在转盘上的板锤。物料被高速旋转的板锤冲击破碎并抛射到反击板再次破碎，同时形成快料之间的撞击破碎，最后从集体下部排出。5) 立轴破碎机：分立轴锤式破碎机和立轴反击式破碎机，其工作部分基本与锤式反击式破碎机相似，原理也基本一样。物料从上部进料斗经第一级转子破碎后落到第二级转子后在进行第二次破碎，产品有机体下部自由排出。6) 冲击式制砂机：工作部分是高速旋转的叶轮。物料从中心给料筒落到叶轮中心，然后沿叶轮的流道被抛射到衬板上撞碎。碎后的产品沿叶轮与衬板圆周空间自由排出。7) 辊式破碎机：工作部分是做相向旋转的两个棍子。物料给在两棍之间，随着棍子旋转将物料拉入棍间后被挤压破碎。这种破碎机是强制排料的。1.3破碎理论的发展破碎过程，必须是外力对被破碎物料做功，克服它内部质点间的内聚力，才能发生破碎。当外力对其做功，使它破碎时，物料的潜能也因功的转化而增加。因此，功率消耗理论实质上就是阐明破碎过程的输入功与破碎前后物料的潜能变化之间的关系。为了寻找这种能耗规律,许多学者从不同的角度提供了若干个不同形式的破碎功耗学说。目前公认的有：面积学说，体积学说，裂缝学说。1.3.1面积学说1867年，rittinger提出的，粉碎物料所消耗的能量与物料新生成的表面积成正比。1.3.2体积学说1874年，俄国基尔皮切夫与1885年的基克先后独立提出，外力作用于物体发生变形，外力所做的功储存在物体内，成为物体的变形能。但一些脆性物料，在弹性范围内，它的应力与应变并不严格遵从胡克定律。变形能储至极限就会破裂。可以这样叙述：在相同的条件下，几何形状相似的物料粉碎成相似的成品时，所消耗的能量与物料体积或质量成正比。1.3.3裂缝学说 1952年，bond和中国留美学者王仁东提出的。外力使矿块发生变形，并贮存了部分变形能，一旦局部变形超过了临界点，则产生垂直与表面的断裂口。断裂口形成后贮存在料块的内部的变形能就释放，裂口扩展成新的表面。输入功一部分转化为新的生成面的表面能，另一部分因分子摩擦转化为热能释放。所以，破碎功包括变形能和表面能。变形能和体积成正比，表面能和面积成正比。三个学说各有一定的适用范围，hukki实验研究表明：粗碎时，体积学说比较准确，裂缝学说与实际相差很大。细碎时， 面积学说比较准确，裂缝学说计算的数据较小。粗碎、细碎之间的较宽的范围，裂缝学说较符合实际。只要正确的运用它们，就可以为分析研究破碎过程提供理论根据和方法。1.4给定的原始数据1) 破碎物料：石灰石2) 最大进料尺寸：250mm3) 出料粒度：30mm4) 生产能力：1022/h5) 应用环境：水泥厂、矿山592 锤式破碎机的原理及类型2 锤式破碎机的原理及类型2.1锤式破碎机的原理锤式破碎机主要靠锤子的冲击作用破碎物料。物料进入锤子的工作区后，被高速回转的锤子冲击破碎。被破碎的物料从锤头处获得动能，以高速向破碎版和箅条筛上冲击而被第二次破碎。此后小于箅条筛缝隙的物料，便从缝隙中排出，而力度较大的物料，弹回到衬板和箅条上的粒状物料，还将受到锤头的附加冲击破碎，在物料整个破碎过程中，物料之间也相互冲击粉碎，破碎机示意图如图2.1所示。 图 2.1 锤式破碎机示意图1.箅条筛 2.锤头 3.锤架 4.主轴2.2锤式破碎机的类型锤式破碎机的种类很多，其主要有：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、可逆式。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。2.3锤式破碎机特点2.3.1锤式破碎机的优点 1) 构造简单、尺寸紧凑、自重较小，单位产品的功率消耗小。2) 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。3) 工作连续可靠，维护修理方便。易损零部件容易检修和拆换。2.3.2锤式破碎机的缺点1) 主要工作部件，如：锤头、蓖条、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。2) 破碎腔中落入不易破碎的金属块时，易发生事故。3) 含水量12%的物料或含有粘土时，出料篦条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。2.4锤式破碎机的规格和型号的表示方法锤式破碎机的规格用转子的直径d和长度l来表示，如1000mm1200mm的锤式破碎机，表示转子的直径d=1000mm，转子的长度l=1200mm。常见的型号有：不可逆式的：800mm600mm，1000mm800mm，1300mm1600mm，1600mm1600mm，2000mm1200mm。可逆式的：1430mm1000mm，1000mm1000mm。如pck-1010：pc-锤式破碎机，若前面标注2表示为双转子，单转子不标注；k-可逆式，横线后面的10表示转子直径的百分数，10为转子长度的百分数，单位为mm。其全称为单转子10001000的可逆锤式破碎机。3 锤式破碎机主体的构造3 锤式破碎机主体的构造本次所设计的是一台的毫米的单转子、不可逆、多排的锤式破碎机。它主要适用于破碎石灰石、石膏等中等硬度的矿石，其破碎物料的水分含量不得超过12%。它主要由传动装置、转子、衬板、箅条筛和机架等部分构成,破碎机的总体结构图如图3.1。 图3.1 锤式破碎机的总体结构示意图 1.筛架 2.锤头 3.锤架 4.主轴 5.销轴 6.轴承箱 7.带轮3.1机架 机壳由下机体、后上盖、左侧壁、右侧壁组成，各部分用螺栓连接成一体，上部设一个进料口，机壳内部以锰钢做衬板，衬板磨损后可以更换，机体和机座是焊接体，上机体开有进料口,内部镶有高锰钢衬板，磨损后可以更换，下机体两侧为了安放轴承支撑转子，用钢板焊接支撑支座。机壳和轴之间漏灰现象十分严重，为了防止漏灰，设有轴封装置。机壳下部直接安放在混凝土基础上，并用地脚螺栓固定。为了便于检修、调整和更换蓖条，设一个检修孔。3.2转子转子是由主轴、锤架、销轴等组成。锤架上用锤头销轴将锤子分八排悬挂在锤架上，为了防止锤架和锤头的轴向窜动，锤架两端用压紧圆盘和锁紧螺母固定。转子支撑在两个滚动轴承上，轴承用螺栓固定在下机架的支座上。此外，为了使转子在运动中储存一定的动能，则在主轴的一端安装飞轮。本设计中采用了大带轮代替飞轮转子示意图如图3.2。图3.2 转子示意图1.轴承 2.主轴 3.锤头销轴 4.锤架 5.锤头 6.带轮3.2.1主轴主轴是支撑转子的主要部件，承受来自转子、锤头的质量、冲击力。要求主轴的材质有较高的强度和韧性，设计中采用轴的材料为，主轴的断面为圆形，最大直径为110mm,轴承处为75mm，锤架用的平键与轴连接。3.2.2锤架锤架是用来悬挂锤头的，它不起破碎物料的作用，但在工作的过程中，锤架还是要受矿石冲击和磨檫而造成的磨损。所以，锤架要有一定的耐磨性，能承受一定的冲击，选取的材料为zg270-500，锤架结构示意图3.3。锤架的结构比较简单，容易制作，检修和更换比较方便，锤架上的销轴孔共有6个，布置在直径为560mm的圆周上。根据设计的要求，每根销轴上需要有8个锤子。圆盘是用来悬挂锤头的，一共需有7个锤架和2个圆盘，2个圆盘共有的特点是，两侧侧设置了圆螺母和止动垫片，这样每个圆盘均匀分布6个圆孔，即可以通过六根销轴，用来悬挂锤头，锤头和锤架之间的间隙除了通过销轴连接，为了保护圆盘的侧面，减少或尽量避免其侧面的磨损。锤架的大小取决于转子的直径，转子的直径的大小是锤架的设计大小的依据。转子的直径为900mm，所以，圆盘的大小的取值就有了一定的范围。图3.3 锤架结构示意图3.2.3锤头 锤头式破碎机的主要工作零件，锤头的质量、形状、材质、对破碎机的生产能力有很大的影响。锤头越重，锤头的动能越大，其破碎效率就越高。但锤头的质量越大，在其旋转的过程中产生的离心力也很大，对破碎机的其他零件也会产生影响和破坏，增大损耗程度，降低零件的使用寿命，所以选择质量适中的锤头。1) 高锰钢锤头： 高锰钢仍是锤头传统材质，经多年使用观察发现高锰钢锤头并不耐磨，使用寿命短，破碎石灰石的锤头一般可工作2-3个月，在有些工况条件下，使用不到一个星期，高猛钢锤头之所以不耐磨，一是锤头的磨损是以冲刷磨损为主，二是锤式破碎机的锤头在运转过程中所受的冲击力并不大，使高锰钢的锤头加工硬化效果不显著。锤头的重量越大，所受的冲击力越大，其打击效果越显著。2) 中锰钢锤头： 为了不增加锤头的价格，又能达到zgmn13锤头的使用效果，根据锰量降低后，奥氏体稳定下降，从而提高奥氏体形变硬化效果的理论基础，人们开发了中锰钢锤头（锰含量为5%-9%）其实际使用寿命比zgmn13提高了50%以上，取得了较好的使用效果。3) 高铬铸铁复合锤头： 高铬铸铁复合锤头是一种具有优良抗磨性能的耐磨材料，但韧性较低，易发生脆性断裂，为使高铬铸铁锤头安全运行，人们开发了复合锤头，即将高铬铸在高锰钢或低合金钢锤头头部，或者锤头工作部分采用高铬铸铁，锤柄部分采用碳钢，将两者复合起来，使锤头头部具有高硬度，高耐磨性，而锤柄部具有高韧性，充分发挥两种材料的各自优点而克服单一材料的缺点满足使用性能要求。4) 低合金钢锤头： 高铬铸铁复合锤头，虽具有较高的使用寿命，但其制造工艺复杂，同事时严禁铁块进入破碎机，一般要求在喂料前端有二级吸铁装置。为此，近年来研制了多种多元低合金钢锤头，其基体组织有马氏体，贝氏体或马氏体加贝氏体复合组织。在同等工况条件下，其使用寿命至少比高锰钢锤头提高一倍以上。 锤头的材料要有很强的耐磨性、耐冲击性，高强度。选择合适的锤头，减小锤头的更换频率。本次锤头的所选的材料为，属于高铬铸铁复合锤头。 化学成分与物理性质如下表3-1：表3-1 锤头材料的成分和性质 c(%)抗拉强度 si(%) 屈服极限 mn(%)延伸率 gr(%)断面收缩率布氏硬度 241hbs常见的锤头设计的形状对称（如图3.4所示），所以当锤头的一面磨损后，可以翻面使用，如果锤头磨损过度，转子在转动的过程中会失去平衡，破碎机的工作不稳定，会导致轴瓦磨损过快。因此，在使用中要经常检查锤头的磨损情况，及时更换新锤头。 图3.4 锤子形状种类由于传统的锤头磨损后更换不方便，维修时间较长，将锤头设计为组合式（如图3.5），锤头主要由三部分构成，主要是锤头、锤柄和连杆。三者仅靠普通螺栓连接，主轴高速运转时，能产生很大的离心力，而锤头只靠螺栓接触面产生的摩擦力来抵抗，锤头会上下移动。图3.5 组合式锤头1.锤头 2.螺母 3.螺栓 4.锤柄 组合式锤头只需更换磨损的两个锤头侧面，用螺栓固定，减少了维修的时间，节省原材料。3.3箅条锤式破碎机的箅条的排列方式是与锤头运动方向垂直，与转子的回转半径有一定的间隙的圆弧状。小于间隙的物料可以通过间隙，大于箅条缝隙的物料则继续受到锤头的冲击、研磨、破碎，直到物料可以通过箅条缝隙。箅条受到硬物料和金属块的冲击，容易弯曲和折断。3.4托板和衬板 锤头破碎机用锤头高速击打矿石，矿石在瞬间产生了极大的速度，为了防止机架的磨损，在机架内壁装有锰钢衬板，由托板和衬板等部件组成打击板，托板是普通钢板焊接而成的，上面的衬板都是高锰钢铸造的，与箅条，锤头的材质相同。组装好后用两根轴架于破碎机的架体上，其进料角度，可以用调整丝杠进行调整，磨损严重时可进行更换，以保证产品质量。3.5过载保护金属物体对锤式破碎机是极大的威胁，为了防止金属物进入破碎机造成事故，一般的锤式破碎机都有安全保护装置，在锤式破碎机的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，当金属物进入破碎腔时，或负载过大时，销子即被剪断而起保护作用。3.6密封防尘装置密封的目的：防止灰尘和水分进入轴承和相对运动的部件之间，同时又起到防止润滑油流失的作用，密封的好坏直接影响到滚动轴承的使用寿命，从而影响整台机器的工作效率。由于破碎机的工作环境十分恶劣，需要采用密封好的密封装置，传统的毛毡式密封装置已经不能满足使用要求。本次使用的是迷宫式密封方法，轴向间隙为2.5mm,径向为0.5mm，并在迷宫通路内压入油脂，以提高密封效果。3.7飞轮飞轮的主要作用是使破碎机的转子，在运转中储存一定的动能，保持其在工作中的效率，减轻破碎机的动力消耗，减轻了电动机的尖峰电荷。本次设计中，飞轮用大带轮代替，两者的作用都是相同的。4 锤式破碎机主要参数的选择与确定4 锤式破碎机主要参数的选择与确定4.1基本参数的确定与选择4.1.1转子的直径与长度转子直径可按最大料块尺寸来确定，通常转子直径与最大物料的直径比为1.25。大型破碎机接近于1.5。小中型破碎机一般取3.5左右。转子直径，如式4.1： （4.1）-最大给料粒度。 取。转子的长度根据破碎机的生产率而定。而转子的长度与直径之比为0.7-1.5。矿石的冲击较强时，应选较大值。石灰石属于中等硬度的矿石，所以转子的长度与直径之比取1。转子长度，如式4.2： （4.2） 4.1.2基本结构尺寸的确定1) 给料口的长度与宽度：可计算锤式破碎机给料口的宽度为： 取b=800mm.而给料口的长度与转子的长度相同，即给料口长度：=l=900mm。2) 排料口的尺寸：锤式破碎机的排料口的尺寸由箅条筛的间隙控制，一般由出料粒度确定。4.2主要参数的确定 4.2.1转子速度的计算锤式破碎机的转子转速可按圆周速度来计算，如式4.3： （4.3）式中： 转子圆周速度一般在之间选取。对中小型破碎机。取，而转速在；速度越高，产品的粒度越小，锤头、衬板和箅条筛磨损也越快，无用功率消耗增加，所以在满足产品粒度的情况下，转子的圆周速度应偏低选取。所以为了减小损耗和功率消耗，取n=950r/min.4.2.2生产率的计算影响生产率的因素很多，如给料粒度、产品粒度、转子转速、物料性质、破 碎机结构、规格等等。由于影响因素较多，我们选取经验公式4.4计算其生产率： （4.4）式中： 本设计中的d,l都为0.9m。物料的堆密度为。公式中的系数取中间值40。 根据计算结果可知，的锤式破碎机的生产能力为52t左右。4.2.3电动机功率的计算锤式破碎机的功率消耗与许多因素有关，但主要取决于矿石的性质、转子的圆周速度、破碎比和生产能力。一般根据生产实践和生产经验来计算破碎机的电动机功率。此经验公式4.5修正为： （4.5）式中: 根据电动机的计算结果，综合各种要求，查表选择电动机y315s-4，转速1490r/min。功率110kw。效率93.5。电流201a。功率因数0.93。4.2.4锤子质量的确定由于锤式破碎机的锤头是通过铰接悬挂在锤盘上，所以正确选择锤头质量对破碎效率和能量消耗都有很大的作用。锤子是锤式破碎机最关键的零件，而锤子的质量大小直接影响破碎效果。若锤子质量过小，不能满足一次将物料打碎的要求；若锤子质量过大，则无用功消耗过大，也不经济。根据能量守恒原理，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的大小而变，一般允许速度损失为40%-60%，即 根据动量守恒原理，如式4.6可得 （4.6）式中： 仅仅是锤头的打击质量，锤头的实际质量应根据打击质量的转动惯量和锤头质量的转动惯量相等的条件进行质量代换，如式4.7； (4.7)式中：r-锤头打击中心到悬挂点的距离,m； -锤头的重心到悬挂点的距离,m。 从式中看出，锤头质量不但与物料质量有关，实际上还与物料的性质、受力情况和转子转速有关，根据动量定理，如式4.8； (4.8)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=0.001-0.015s。 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其本身的内聚力就会破坏。破坏物料的力如式4.9； (4.9)式中：-物料的抗压强度，pa； a-物料垂直于外力方向的断面积，。 石灰岩抗压强度垂直层理方向一般60140mpa，在实际破碎过程中，大多数材料是各项异性，且物料形状不规则，锤头打击过程中，并不是面接触，所以破坏材料所需的力如式4.10； (4.10)把上述(4.8)与(4.9)两式带入(4.10)得 如果允许锤头打击过程中速度损失为40%-60%，则 （4.11）-修正系数，一般取。取。设物料形状为立方体，a=0.08m代入式子4.11； =6.55kg将=6.55kg代入4.7中得到锤头质量=21.56kg。4.3转子的平衡转子的主惯性轴与旋转轴线不重合，但相互平行，即转子的重心不在它的旋转轴线上，则产生静力不平衡；若转子的主惯性轴与旋转轴线交错，且相交于转子的重心上，即回转中心线与其几何中心线相交，转子旋转时产生不平衡力矩，必然产生动力不平衡。这两种不平衡现象将使转子旋转时产生很大的动载荷（挠力），从而引起机器的不稳定运转，使主轴、轴承、机架等零部件受力恶化。特别是对轴承产生周期性冲击载荷，使轴承发热，甚至损坏；还将引起机器的振动。转子的不平衡现象主要是由于转子零件的制造质量和装配精度不良造成。同时，锤头磨损不均匀也是影响转子不平衡的因素。锤式破碎机转子虽然达到了转子平衡的要求，但由于锤子悬挂的不正确，即销孔位置不对也会随锤子对物料的冲击，对主轴、销轴产生冲击反力。如下图所示，锤头冲击物料时，在锤头上的冲击点作用着冲击力f，若锤子悬挂位置不正确，使锤子产生非打击状态，这时在锤子销轴2上产生冲击反作用力fy,根据作用力与反作用力大小相等，方向相反的原理，在转盘的销孔上也将产生作用力fy1，该力传递给主轴，作用在主轴上的力为f，f的反作用力fy2将作用在转盘的中心轴孔上。f和fy2将在转盘上形成逆转盘方向的冲击力偶，因而也额外增加能量消耗，锤子受力如图4.1所示。作用在主轴上的力也将传给轴承，使轴承的负荷增加，降低轴承的使用寿命，为使破碎机工作时，在锤子销轴上不产生反作用力，必须使锤子处于冲击下平衡状态，正确选择销孔的位置。 图4.1 锤子击打物料受力示意图1.锤子 2.销轴 3.主轴 4.圆盘在设计和改进锤头之前，必须对锤头的几何形状进行打击平衡计算，下面对本次设计的锤头进行打击平衡计算，选取最常用、简单的几何形状。锤子形状如下图4.2所示：图4.2 锤头形状示意图-无孔锤头的重心 -有孔锤头的重心 在计算之前，先假定锤头的打击中心在其外棱处，即锤头以其外棱打击物料。然后通过计算得锤头最合适的悬挂销轴孔来满足打击中心的公式4.12； (4.12）式中：l-锤头的悬挂中心b至打击中心的距离，cm； c-销轴孔到锤头重心s的距离，cm； -锤头面积a对悬挂中心b的极惯性矩。 式中：a-锤头的长度,cm； b-锤头的宽度,cm； a-有孔（销轴孔）锤头的面积，。根据面距定理，以图中的左边界为基准,如式4.13； （4.13） 式中：-有孔锤头面积对其悬挂中心b的极惯性矩，； -无孔锤头面积对其悬挂中心b的极惯性矩，；-无孔锤头面积对其重心的极惯性矩，；-销轴孔对其悬挂中心b的极惯性矩，；-无孔锤头及其面积对对称轴x-x的极惯性矩，；-无孔锤头及其面积对对称轴z-z的极惯性矩，；-无孔锤头的面积，； e-无孔锤头的重心s到其悬挂中心b的距离，cm。 =+ =+ +=+ =+-= （4.14）把代入前面的公式4.12中，得出：在设计中取锤头的尺寸：a=240mm, b=120mm, d=30mm将尺寸代入式4.14中。由计算可知锤头的悬挂中心位置。在理论计算中，我们都假想锤头用外棱打击物料，而在实际的生产过程中，锤头并非都以外棱击打物料，另外，由于制造和安装的误差，以及锤头、销轴孔的磨损，都会改变其打击平衡的条件。在进行碰撞平衡计算时，先有两种设计理论：一是建议锤头的碰撞中心取在锤头允许磨损高度的中心，二是建议将碰撞中心取在锤头的最外端。但与实际情况都有出入，因为打击面的每个点都有可能实施对物料的打击，冲击力作用线常常会偏离设定的碰撞中心，导致在销轴上产生碰撞反力，其后果是产生有害阻力矩，缩短转子滚动轴承使用寿命，甚至会损害销轴。5 破碎机的传动装置5 破碎机的传动装置为了使破碎机中储存一定的动能，避免破碎大物料时，锤头的速度损失不致过大，减小电动机的尖峰负荷。在主轴的一端应配置飞轮或者采用带轮与电动机相连。本次采用的是带轮与电动机相连，考虑到本次设计的是一中型破碎机，其带轮本身储存的动能不会太大，如果一个带轮满足不了条件，则采用在主轴的另一端加一个飞轮。如果飞轮的质量不大，则直接用大带轮代替飞轮。首先计算飞轮所需的质量，然后进行传动装置的选择。本次选取电动机的功率为110kw。转速为1490r/min。5.1飞轮所需的质量的计算设破碎机在空行程期间内的功率消耗为,在压碎物料期间内的消耗功率位,电动机额定功率为p,并且。在期间，多余的功率使飞轮角速度从增加到；在期间，功率不足，使飞轮角速度从减少到，同时飞轮放出能量，增加破碎物料的有效功率，提高破碎机的破碎效率。能量方程式,如式5.1和5.2； （5.1） （5.2）式中：飞轮的储存能量如式5.3； （5.3）磨檫损失的机械效率如式5.4； （5.4）飞轮所得的转动惯量，如式5.5； （5.5）从理论力学可知，飞轮的转动惯量如式5.6； （5.6）式中：g-飞轮的质量，kg d-飞轮的直径，m j-转动惯量，飞轮的质量g(kg)，如式5.7； （5.7） 式中：机械效率。 大带轮既是传动件又是飞轮，所以在设计大带轮时，同时还得满足飞轮转动惯量的要求。5.2带式传动的计算1) 计算功率 （5.8）式中：-工况系数。 由表5-1可知，破碎机的载荷变动很大，每天工作10-16h,空载启动，=1.4。由公式5.8得: 表5-1 电动机空载启动的系数ka工况ka空载、轻载启动重载启动每天工作小时数1616载荷变动较大斗式提升机 磨粉机 振动筛1.21.31.41.41.51.6载荷变动很大破碎机 磨碎机1.31.41.51.51.61.82) 选定带型 根据pc=154kw,n=950r/min。有查表5-2,可知选择窄v带spb型。表5-2 基准宽度制窄v带选型图3) 确定带轮的直径小带轮的直径：由查表5-3、5-4选取。表5-3 有效宽度制窄v带选型图表5-4 窄v带轮直径系列有效直径槽型基本值min915选用情况选用情况250250254257265265-272280280284.5287300300-307注：1.表中表示优先选用；表示可以选用；-表示不选用。 2.带轮有效直径是带轮的基本直径。大带轮的直径：由公式5.9可得； （5.9） 由于误差小于5%，所以带轮的选择符合要求。4) 验算带速 5) 初定轴间距 所以取=1000mm6) 所需带的基准长度 由表查得：选取窄v带的基准长度为7) 实际轴间距a 8) 小带轮的包角 9) 单根v带的基本额定功率 根据带型号、。 当传动比时，单根v带额定功率增量,根据带型、和，查得=1.54kw。表5-5 基准宽度制窄v带额定功率型号spb7008009501200145028019.0910.1411.6213.8215.651.59.6010.7212.3214.7016.7239.7710.9212.5514.9217.07315110.5111.7113.4015.8417.791.511.0212.3014.0916.7218.85311.1912.5014.3217.0119.2110) v带的根数 （5.10）代入式子5.10得： 取z=9。表5-6 小带轮包角修正系数ka小带轮包角ka小带轮包角ka18011650.961750.991600.951700.981550.9311) 单根v带的预紧力 （5.11），代入式5.11中。 表5-7 v带单位长度质量基准宽度制窄v带型号每米长度质量（）spz0.07spa0.12spb0.20spc0.3712) 作用在轴上的力 在皮带设计中，新带的初预紧力通常是正常预紧力的1.5倍，所以新带的预紧力如下式5.12。 （5.12）式中：13) 带轮的结构和尺寸带轮应有足够的强度，良好的结构工艺性，质量分布均匀，带轮材料常用灰铸铁，钢铝合金或工程塑料等，灰铸铁应用最广，当皮带的速度达到一定程度。带轮的槽型结构如图5.1所示，结构是尺寸如表5-8，带轮示意图如图5.2所示。 图5.1基准宽度制v带轮轮槽尺寸 图5.2 大带轮示意图表5-8 带轮的结构尺寸图项目基准宽度基准线上槽深基准线下槽深槽间距槽边距最小轮缘厚外径符号bd槽型spb143.510.814.011.57.56 锤式破碎机轴及轴上零件的设计6 锤式破碎机轴及轴上零件的设计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，合理的定出结构尺寸。轴的工作能力的计算不仅指轴的强度计算，还有刚度、稳定性的计算。选择轴的材料和热处理方法，主要根据轴的受力、转速、重要性等对轴的强度和耐磨性提出的要求。对破碎机来说，只需进行强度的计算。本设计中轴的材料选择了.6.1轴的最小直径及其长度估算零件在轴上的安装和拆卸方案确定后，轴的形状便基本确定了，各轴段上的直径所需要的轴径与轴上的载荷大小有关，在初步确定其直径的同时，不知道支反力的作用点，不能确定其弯矩大小的分布情况，因此还不能按轴上的具体载荷及其引起的应力来确定主轴的直径。先按轴的扭矩初步估算所需要的轴的直径，并计次时所求出的最小直径。然后按照主轴的装配方案和定位要求，从最小直径处逐一确定各轴段的直径大小。本次设计采用，采用调质热处理工艺。性能如表6-1：表6-1 轴材料的性能参数229-286 275mpa 590mpa脉动循环应力 120mpa365mpa对称循环应力70mpa 210mpa6.1.1轴的直径计算主轴主要传递的转矩，所以应按扭转强度计算如式6.1： （6.1） 表6-2 常用轴材料的许用切应力及a的系数 轴的材料q235-a 20q275 35 4540cr 35simn 42simn 38simnmo 15-2520-3525-4535-55a149-126135-112126-103112-97 由于轴的截面上开有键槽应适当增大轴径，有两个或两个以上的键槽，轴径应增大。 对轴的最细处进行强度验算： （6.2）由式6.2得出：，即最细处的强度满足其要求。6.1.2轴上的各段直径及长度 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、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。通过设计计算，得到转子、带轮的大体尺寸，所以轴的长度也可大致确定。轴的结构如图6.1与装配如图6.2所示： 图6.1 轴的结构示意图1) 主轴的最小直径处安装的是带轮，所以轴的最右端1-2轴段是装大带轮故取,它