毕业设计论文-锤式破碎机的设计（含全套CAD图纸） .pdf

毕业设计（论文）毕业设计（论文） 题目：题目：800800锤式破碎机设计锤式破碎机设计 系系别别 专业名称专业名称 班级学号班级学号 学生姓名学生姓名 指导教师指导教师 二二 o*o*o*o*年年 六六 月月 二号二号 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 i i i i、毕业设计、毕业设计、毕业设计、毕业设计( ( ( (论文论文论文论文) ) ) )题目：题目：题目：题目： 800800锤式破碎机设计锤式破碎机设计 iiiiiiii、毕、毕、毕、毕业设计业设计业设计业设计( ( ( (论文论文论文论文) ) ) )使用的原始资料使用的原始资料使用的原始资料使用的原始资料( ( ( (数据数据数据数据) ) ) )及设计技术要求：及设计技术要求：及设计技术要求：及设计技术要求： 1. 破碎机的破碎对象是：石灰石、煤块、焦碳、石膏等软物料； 2. 生产能力：30 m 3/h； 3. 转子的直径 d=800mm，转子的长度 l=800mm ； 4. 最大物料给料粒度：小于 150mm； 5、最大排料粒度不能超过：10mm。 iiiiiiiiiiii、毕、毕、毕、毕业设计业设计业设计业设计( ( ( (论文论文论文论文) ) ) )工作内容及完成时间：工作内容及完成时间：工作内容及完成时间：工作内容及完成时间： 1. 查阅相关资料，外文资料翻译（6000 字符以上） ，撰写开题报告。 第 1 周第 2 周 2运动及动力参数计算第 3 周第 4 周 3总装图设计第 5 周第 8 周 4. 主要零、部件强度及选用计算第 9 周第 11 周 5用 solidworks 对连接轴进行有限元分析第 12 周第 13 周 6绘制零、部件图第 14 周第 15 周 7. 整理毕业论文及答辩准备第 16 周第 17 周 、主、主、主、主要参考资料：要参考资料：要参考资料：要参考资料： 【1】孙桓等主编.机械原理. 北京：高等教育出版社，2001 【2】濮良贵等主编.机械设计. 北京：高等教育出版社，2001 【3】李启炎主编solidworks 2003 三维设计教程北京：机械工业出版社，2003 ， 【4】郑鸣皋主编破碎机综述北京：机械工业出版社，2001 【5】范祖尧主编. 现代机械设备设计手册. 北京：机械工业出版社，1996 【6】徐灏主编.机械设计手册（第四版）.北京：机械工业出版社.1991 【7】shigley j e,uicher j j.theory of machines and mechanisms.new york:mcgraw-hill book company,1980 学院学院学院学院专业类专业类专业类专业类班班班班 学生（签名学生（签名学生（签名学生（签名） ： 日期：日期：日期：日期：自自自自 20*20*20*20*年年年年2 2 2 2月月月月 22222222日至日至日至日至20*20*20*20*年年年年月月月月日日日日 指导教师（签名指导教师（签名指导教师（签名指导教师（签名） ： 助理指导教师助理指导教师助理指导教师助理指导教师( ( ( (并指出所负责的部分并指出所负责的部分并指出所负责的部分并指出所负责的部分) ) ) )： 系（室）主任（签名系（室）主任（签名系（室）主任（签名系（室）主任（签名） ： 毕业设计（论文）开题报告毕业设计（论文）开题报告 题目800800锤式破碎机设计 专 业 名 称 班 级 学 号 学 生 姓 名 指 导 教 师 填 表 日 期20*年3月22日 一、选题的依据及意义选题的依据及意义 岁着我国经济的持续发展，我国的钢铁工业和矿业得到了快速的发展，各种金属，非 金属， 化工矿物等物料的社会需求量和生产规模的日益扩大， 需要破碎的物料量迅速增加， 因此，破碎机的需求也越来越大，各种规格破碎机的开发与发展，与建筑，高等级公路， 桥梁，水坝和矿业的发展息息相关，它的使用范围也越来越广.锤式破碎机是矿山生产、 建设用料加工及聚合化工生产的主要设备之一，被广泛地应用于各种金属与非金属矿山、 化工矿物以及水泥、建材等物料的生产加工中。近年来，随着矿山生产和建材加工中一些 新理论的提出，用户希望散体矿石能够在破碎阶段尽可能地得到粒度更细、块度更好的产 品。此外，随着全球矿产贫化现象的出现，在保持或增加各种金属与非金属矿产量的前提 下，要求处理的原矿量就大大增加，这对破碎设备提出更高的要求，也面临更大的挑战。 无疑，现行落后的锤式破碎机不能承担新时期的生产任务，必须开发高性能、低能耗的新 型锤式破碎机。总结在锤式破碎机设计、使用和测试方面的经验，积累适合我国破碎机结 构特点的试验资料和数据，建立破碎机最优化设计的理念与方法并使之推广普及，提高我 国锤式破碎机技术性能，赶超国际先进水平。 二、二、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）国内外研究概况及发展趋势（含文献综述） 我国自 50 年代生产锤式破碎机以来，在破碎机设计方面经历了类比、仿制、图解法设 计阶段，目前正向计算机辅助设计阶段过渡。生产制造的锤式破碎机越来越大、性能越来 越好、 品种越来越多， 并在国际上占有一定的市场。 目前锤式破碎机的发展趋势是采用 pcz 单段重锤式破碎机。是在普通锤式破碎机、反击式破碎机、立轴锤式破碎机及各种用锤头 （板锤）对石料进行打击破碎的机械原理上，经过优化设计后，制造生产出了最新一代破 碎机械产品，改变了以篦条控制出料颗粒大小的方法，减少了锤头在破碎腔内的磨损，使 锤头的寿命提高 46 倍，每付锤头可破碎石料 34 万吨。实现了破碎技术的重大突破， 真正达到了事半功倍的效果。pcz 单段重锤式破碎机，单个锤头重量大、转子转速高、锤 头转动惯量大，充分体现了以大破小、以重碎轻的优势，且具有对超大块石料进行蚕食式 破碎的独特能力。 pcz 单段重锤式破碎机根据大小规格型号的不同， 最大可吃进直径 1200 毫米的石块， 可直接破碎出 0-70 毫米建筑石料。一台 pcz 单段重锤式破碎机可取代粗破、细破二台颚 式破碎机，变二级破碎为一级破碎，减少设备投资 50%，且效率不减。 三、研究内容及实验方案三、研究内容及实验方案 毕业设计使用的原始资料及设计技术要求毕业设计使用的原始资料及设计技术要求 破碎机的破碎对象是：石灰石、煤块、焦碳、石膏等软物料； 1. 生产能力：30m/h； 2. 转子的直径 d=800mm，转子的长度 l=800mm； 3. 最大物料给料粒度：小于 150mm； 4. 最大排料粒度不能超过：10mm。 研究内容研究内容 运动及动力参数计算，总装图设计，主要零部件强度及选用计算，用 solidworks 对 连接轴进行有限元分析，绘制零部件图，设计说明书的编写。 四、目标、主要特色及工作进度四、目标、主要特色及工作进度 目标目标 对锤式破碎机的结构原理进行了分析，结构参数和工作参数的选择与计算，借助计算 机绘图技术来完成结构设计。通过这次毕业设计，可以系统地把大学里的专业知识复习巩 固后应用到实际设计和生产中去，提高自己的动手能力和创新能力，锻炼自己的自主能力 和查阅资料的能力，以此提高的综合素质来适应社会发展的需求。 主要特色主要特色 通过对锤式破碎机结构的研究和设计，通过采用经验公式对结构参数进行优化设计。 同时借助计算机绘图软件将破碎机各个部件和零件表示出来，有助于我们更好地对设计产 品的结构进行修改，使结构更加的完善。 工作进度工作进度 1. 开题报告1 周 (2.162.22) 2外文资料翻译（不少于 6000 字符）1 周 (2.233.1) 3运动及动力参数计算2 周 (3.23.15) 4. 总装图设计4 周 (3.164.12) 5主要零部件强度及选用计算3 周 (4.135.3) 6. 用 solidworks 对连接轴进行有限元分析2 周 (5.45.17) 7. 绘制零部件图3 周 (5.186.12) 8. 毕业论文及答辩准备1 周 (6.136.19) 五、参考文献五、参考文献 1 孙桓等主编.机械原理.高等教育出版社，2001 2 濮良贵等主编.机械设计.高等教育出版社，2001 3 李启炎主编solidworks 2003 三维设计教程机械工业出版社，2003 4 郑鸣皋主编破碎机综述北京：机械工业出版社，2001 5 范祖尧主编. 现代机械设备设计手册. 北京：机械工业出版社，1996 6 徐灏主编.机械设计手册（第四版）.北京：机械工业出版社.1991 7shigleyje,uicherjj.theoryofmachines andmechanisms.new york:mcgraw-hill book company,1980 目目目目录录录录 1绪论 1.1锤式破碎机和破碎机的分类：1 1.1.1 锤式破碎机的分类.1 1.1.2 破碎机的分类.1 1.2锤式破碎机的优缺点1 1.2.1 锤式破碎机的优点.1 1.2.2 锤式破碎机的缺点.1 1.3锤式破碎机的规格和型号1 2 锤式破碎机的工作原理及破碎实质 2.1锤式破碎机的工作原理2 2.2锤式破碎机的破碎实质2 2.2.1 破碎的目的和意义.2 2.2.2 矿石的力学性能与锤式破碎机的选择.2 2.2.3 破碎过程的实质.3 3锤式破碎机的总体及主要参数设计 3.1型号为800800pc锤式破碎机的总体方案设计.4 3.2该型号破碎机的工作参数设计计算5 3.2.1 转子转速的计算5 3.2.2 生产率的计算5 3.2.3 电机功率的计算6 3.3该种破碎机的主要结构参数设计计算6 3.3.1 转子的直径与长度.6 3.3.2 给料口的宽度和长度.6 3.3.3 排料口的尺寸.6 3.3.4 锤头质量的计算.6 4800800pc锤式破碎机的主要结构设计 4.1锤头设计与计算8 4.2圆盘的结构设计与计算8 4.3主轴的强度及计算9 4.3.1 轴的材料的选择. 9 4.3.2 轴的最小直径和长度的估算9 4.3.3 结构设计的合理性检验10 4.3.4 轴的弯扭合成强度计算11 4.3.5 轴的疲劳强度条件的校核计算15 4.4轴承的选择17 4.4.1 材料的选择.17 4.4.2 轴承类型的选择.17 4.4.3 轴承的游动和轴向位移18 4.4.4 轴承的安装和拆卸18 4.5传动方式的选择与计算（v 带传动计算）.19 4.6飞轮的设计与计算20 4.7棘轮的选择21 4.8蓖条位置调整弹簧的选择22 4.9箱体结构以及其相关设计22 4.9.1 铸造方法.22 4.9.2 截面形状的选择.23 4.9.3 肋板的布置23 5 专题部分 5.1锤头结构的改进问题24 5.1.1 改进的介绍24 5.1.2 改进的效果24 5.2延长锤头使用寿命的研究25 5.2.1 锤式破碎机中单颗粒物料的最大破碎力研究.25 5.2.2 锤头合理调配的研究与应用.27 5.2.3 锤头材质的选择及改性.32 6部分零部件上的公差和配合 6.1配合的选择36 6.1.1 配合的类别的选择36 6.1.2 配合的种类的选择.36 6.2一般公差的选取36 6.3形位公差36 6.3.1 形位公差项目的选择.36 6.3.2 公差原则的选择.37 6.3.3 形位公差值的选择或确定.37 结论.39 致谢.40 参考文献.41 锤式破碎机设计锤式破碎机设计 摘要:锤式破碎机大量应用于水泥厂、电厂等各个部门，所以，它的设计有着广泛的前景 和丰富的可借鉴的经验。 其设计的实质是，在完成总体的设计方案以后，就指各个主要零部件的设计、安装、 定 位等问题，并对个别零件进行强度校核和试验。并在相关专题中，对锤头的寿命延长进行比 较详细的分析。在各个零部件的设计中，要包括材料的选择、尺寸的确定、加工的要求， 结 构工艺性的满足，以及与其他零件的配合的要求等。在强度的校核是，要运用的相关公式， 进行危险部位的分析、查表、作图和计算等。并随后对整体进行安装、工作过程以及工作后 的各方面的检查，同时兼顾到维修、保险装置等方面的问题，最后对两个主要工作零件的加 工精度、公差选择进行分析，以保证破碎机最终设计的经济性和可靠性。 关键词:锤式破碎机锤头强度公差 指导老师签名指导老师签名指导老师签名指导老师签名: hammerhammerhammerhammer crushercrushercrushercrusher designdesigndesigndesign abstract: : : :hammer type breakers are applied to such each department as the cement plant , power plant ,etc. in a large amount, so its design has an extensive prospect and experience that can be used for reference. its design essence is, formerly after total conceptual design, a design which points each main spare part , question of installing and making a reservation etc., and carry on the intensity to check and test tothe specific part, and in relevant thematic parts, analysis of comparing question that the life-span of very beginning of the hammer lengthens in detail . in the design of each spare part , should include the choice , sureness , demand processed , structure craft satisfication of the size of the material , and the demand for cooperating with other parts, etc when the intensity is checked , should use relevant formulae , carry on the analysis of the dangerous position, need to check form , mapping , calculation ,etc then to to install , work course , work situation after predict that carries on more overall inspection whole, give consideration to the question in such respects as maintaining and safety ,etc. at the same time . finally , choose to analyse in machining accuracy , public errand to two groundwork parts, economy and dependability that the breaker soed as to ensure is designed finally. key words: : : : hammer type breakershammerintensitytolerance signature of supervisor: 12 1 1绪论绪论 1.11.1锤式破碎机和破碎机的分类锤式破碎机和破碎机的分类 1.1.11.1.1锤式破碎机的分类锤式破碎机的分类 、按回转轴数分为：单转子和双转子。 、按转子的回转方向分：不可逆式和可逆式。 、按锤头的排列方式分：单排式和多排式。 、按锤头在转子上的连接方式：固定锤式和活动锤式。 1.1.21.1.2破碎机的分类破碎机的分类 、按破碎作业的粒度要求分为：粗碎破碎机、中碎破碎机、细碎破碎机。 、按结构和工作原理分为：颚式破碎机、旋回破碎机、圆锥破碎机、锟式破碎机、锤式破碎机、反击 式破碎机。 1.21.2锤式破碎机的优缺点锤式破碎机的优缺点 1.2.11.2.1锤式破碎机的优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，呈立方体，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。 1.2.21.2.2锤式破碎机的缺点锤式破碎机的缺点 、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。 、破碎腔中落入不易破碎的金属块时，易发生事故。 、含水量12%的物料，或较多的粘土，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。 1.31.3锤式破碎机的规格和型号锤式破碎机的规格和型号 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，2000mm 1200mm。可逆式的：1430mm1000mm，1000mm1000mm。 13 2 2锤式破碎机的工作原理及破碎实质锤式破碎机的工作原理及破碎实质 2.12.1锤式破碎机的工作原理锤式破碎机的工作原理 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篦条上冲击而第二次破碎。此后，小于篦条缝隙的物料，便从缝隙中排出，而 粒度较大的物料，就弹回到衬板和篦条上的粒状物料，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。 2.22.2锤式破碎机的破碎实质锤式破碎机的破碎实质 2.2.12.2.1破碎的目的和意义破碎的目的和意义 、目的：在冶金、矿山、化工、水泥等工业部门，每年都有大量的原料和再利用的废料都需要用破 碎机进行加工处理，如在选矿厂，为使矿石中的有用矿物达到单体分离，就需要用破碎机将原矿破碎到磨 矿工艺所要求的粒度。磨机再将破碎机提供的原料磨至有用矿物单体分离的粒度。再如在水泥厂，须将原 料破碎，以便烧成熟料，然后在将熟料用磨机磨成水泥。另外，在建筑和筑路业，需要用破碎机械将原料 破碎到下一步作业要求的粒度。在炼焦厂、烧结厂、陶瓷厂、玻璃工业、粉末冶金等部门，须用破碎机械 将原料破碎到下一步作业要求的粒度。 、意义：在化工、电力部门，破碎粉磨机械将原料破碎，粉磨，增加了物料的表面积，为缩短物料 的化学反应的时间创造有利条件。随着工业的迅速发展和资源的迅速减小，各部门生产中废料的再利用是 很重要的，这些废料的再加工处理需用破碎机械进行破碎。因此，破碎机械在许多部门起着重要作用。 2.2.22.2.2矿石的力学性能与锤式破碎机的选择矿石的力学性能与锤式破碎机的选择 矿石都由许多矿物组成，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。采用磨碎较好。 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。普式硬度 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，普式硬 度系数一般为1215，还有硬矿石、极硬矿石，普式硬度系数一般为1520。 可根据矿物的物理机械性能、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。 2.2.32.2.3破碎过程的实质破碎过程的实质 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 14 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和减小能耗的途径。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。我们只 做简单的介绍： 1面积学说： 1867年，rittinger提出的，破碎消耗的有用功与新生成的物料的表面积成正比。 2体积学说： 1874年，俄国基尔皮切夫与18885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虎克 定律。变形能储至极限就会破裂。可以这样叙述：几何形状相似的同种物料，破碎成同样形状的产物，所 需的功与她们的体积或质量成正比。 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。 3 3锤式破碎机的总体及主要参数设计锤式破碎机的总体及主要参数设计 3.13.1型号为型号为800800pc锤式破碎机的总体方案设计锤式破碎机的总体方案设计 本次设计的是单转子、多排锤、不可逆式锤式破碎机，型号为pc-800800。由机壳、转子、蓖条、 打击板、锤头、支架、衬板等组成。 1.机壳由上机体、后上盖、左侧壁和右侧壁组成，各部分用螺栓连结成一体，上部开有进料口,内部 15 镶有高锰钢衬板，磨损后可以更换，机壳和轴之间漏灰现象十分严重，为了防止漏灰，设有轴封。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，下机体的前后两面都 开有一个检修孔。为了便于检修、更换锤头方便，两侧壁也对称的开有检修孔。 2.转子由主轴、圆盘、销轴等组成，圆盘上开有6个均匀分布的销孔，通过销轴将68个锤头悬挂 起来。为了防止圆盘和锤子的轴向窜动。销轴两端用锁紧螺母固定。转子支承在两个滚动轴承上。此外， 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。 3.主轴是支承转子的主要零件，冲击力由它来承受。因此，要求其材质具有较高的韧性和强度。通常 断面为圆形，且有平键和其他零件连接。 4.打击板有两块，折线型。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。 5.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。要破碎中等硬度的物料，可以采用如图3-1所示的形状。 锤头用高碳钢铸造或锻造，也可用高锰钢铸造。为了提高耐磨性，有的锤头表面涂上一层硬质合金， 有的采用高铬铸铁。 6.蓖条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。 7.蓖条和锤头间隙用凸轮装置调整（通过棘轮带动凸轮）。 图3-1 锤头形状 8.给定的原始数据是： （1）破碎能力为20到30吨。 16 （2）破碎机转子的转速在900和1100min/r之间 （3）破碎机的最大物料给料粒度为：小于 200mm （4）破碎机的最大排料粒度不能超过：25mm （5）破碎机的物料容许湿度小于 9%。 （6）破碎机的破碎程度为：中、细。 （7）破碎机的应用场所是：水泥厂、选煤厂、火力电厂等。 （8）破碎机的破碎对象是：石灰石、煤块、焦碳、石膏等软物料 3.23.2该型号破碎机的工作参数设计计算该型号破碎机的工作参数设计计算 3.2.13.2.1转子转速的计算转子转速的计算 锤式破碎机的转子转速按所需的圆周速度计算，锤头的圆周速度根据被破碎物料的性质、破碎产品的 粒度、锤头的磨损等因素来确定。 按公式 d v n 60 =min/r 来计算。 式中v锤头的圆周速度（m/s） d转子的直径（m） 一般中小型破碎机转速为750到1500min/r，圆周速度为25到70sm/，速度越高，产品的粒度 越小。锤头及衬板、蓖条的磨损越大。功耗增加。对机器零部件的加工、安装精度要求随之提高。在满足 其粒度要求的情况下，圆周速度应偏低选取。 3.2.23.2.2生产率的计算生产率的计算 生产率与锤式破碎机的规格、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： kdlpq= 式中q生产率(ht/) 物料的密度( 3 /mt) 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。 3.2.33.2.3电机功率的计算电机功率的计算 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： lnkdp 2 =kw 系数k取值在0.1到0.15之间。 17 3.3该种破碎机的主要结构参数设计计算 3.3.13.3.1转子的直径与长度转子的直径与长度 锤式破碎机的规格用转子的直径d和长度l来表示，所以转子的直径d=800mm，转子的长度l=800mm。 3.3.23.3.2给料口的宽度和长度给料口的宽度和长度 锤式破碎机的给料口的长度与转子的相同。其宽度b2 max d。 3.3.33.3.3排料口的尺寸排料口的尺寸 该尺寸由蓖条间隙来控制，而蓖条间隙由产品的粒度的大小来决定。对该破碎机来说，产品的平均粒 度为间隙的1/5到1/3。 3.3.43.3.4锤头质量的计算锤头质量的计算 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%（根据实践经验）即： 12 )6 . 04 . 0(vv= 式中 2 v锤头打击物料后的圆周线速度(m/s) 1 v锤头打击物料前的圆周线速度(m/s) 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： 221 vmmvmv m +=(3-1) 由上式可知， m mm mv v + = 1 2 式中m锤头折算到打击中心处的质量(kg) m m最大物料块的质量(kg) 综上所述，()5 . 17 . 0=m m m 但是，m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， 2 0 2 0 r mr m= 式中r锤头打击中心到悬挂点的距离(m) 18 0 r锤头质心到悬挂点的距离(m) 4 4800800 pc锤式破碎机的主要结构设计锤式破碎机的主要结构设计 4.14.1锤头设计与计算锤头设计与计算 锤头是主要工作零件，其设计主要是指结构的设计。因为锤头的形状、质量、材质与破碎机的生产能 力有很大影响。尤其形状对质量的分布、材料的充分利用有很大的影响。关于锤头 的结构设计及相关改进 在专题中有较详细的论述。总之，其形状、结构的设计，对于其工作能力，对整个机器的生产能力。以及 经济性等各方面有深远的影响。锤头形状大体分轻型、中型、重型。本型号的锤式破碎机主要是设计中型 的锤头。其形状如前面的图3-1所示。并有相关的计算。 锤头材料的选择问题是很关键的问题。材料的选择取决于工作零件的工作状况和要求。因为破碎机要破 碎的是石灰石等中等硬度的物料。一般用高碳钢锻造或铸造，也可用高锰钢铸造。为了提高其耐磨性，采 用高锰低合金钢，有的在工作表面涂上一层硬质合金。有的采用高铬铸铁，其耐磨性比高锰钢锤头提高数 倍。关于材料的选择问题，在专题部分：提高锤头的耐磨性研究中，有专门的论述。就不详细介绍了。总 之，锤头材料的选择，不仅关系到锤头的工作寿命，机器的生产能力、生产效率，还关系到各方面的经济 19 性。 4.24.2圆盘的结构设计与计算圆盘的结构设计与计算 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9个圆盘，最两侧 的两个，共有的特点是，一侧设置了锁紧螺母，另一端用轴肩定位。所用的螺母为 gb-812-85，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，锤头和院盘之间的间隙除了通过削轴连接， 还有隔套隔开，为了保护圆盘的侧面，减少或尽量避免其侧面的磨损。圆盘的大小取决于转子的直径，转 子的直径的大小是圆盘的设计大小的依据。因为，该型号的破碎机，光凭其型号就可以知道，转子的直径 为850mm，所以，圆盘的大小的取值就有了一定的范围。不妨取做560 mm，圆孔沿径向的距离也是依据起 承受载荷的能力和强度，尽可能取整数；圆孔的大小和锤头的圆孔的大小近似相等即可。 圆盘是通过键与主轴相连接的，而随主轴高速回转的。所以结构中一定有键槽，其厚度也是满足强度 要求、工作状况的。不宜过大。圆盘之间也是通过主轴的轴套隔开（其作用是，在高速回转时，保证圆盘 的运动平稳，并使其轴向定位）。 圆盘的结构，如图4-1所示。 4.34.3主轴的设计及强度计算主轴的设计及强度计算 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 图4-1 圆盘的结构 20 图4-1 圆盘的结构 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。 4.3.14.3.1轴的材料的选择轴的材料的选择 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。 4.3.24.3.2轴的最小直径和长度的估算轴的最小直径和长度的估算 零件在轴上的安装和拆卸方案确定了之后，轴的形状便大体确定了，因为对该主轴来说，其安装 顺序为：先安装中间的转子部分，然后放置在箱体上，再安装轴承端盖，接着是轴承、外轴承座。最 后两端分别是带轮和飞轮。 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。并记此时所求出的最小直径为 min d。然后再按照主轴的装配方案和 定位要求，从 min d处逐一确定各轴段的直径的大小。另外 ，有配合要求的轴段，应尽量采用标准直 径，比如安装轴承的轴段，安装标准件的部位的轴段，都应取为相应的标准直径及所选的配合的公差。 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。其草图如下： 4.3.34.3.3结构设计的合理性检验结构设计的合理性检验 对于轴的结构必须满足： .主轴和安装在主轴上的零件要有准确的工作位置； 轴上的零件便于安装和拆卸、调整。 轴应有良好的制造工艺性。 1.轴上零件的安放顺序如下： 飞轮、轴承、圆盘、轴套、轴承、带轮 21 因为主轴是阶梯轴，根据阶梯轴的特点，并且轴上零件的安装要求也不高，所以上面提到的第二条容 易满足。 至于第三条：轴的制造工艺性，主要是指便于加工和装配轴上的零件。并且生产率高、成本低。 一般来说，结构越简单，工艺性越好。所以应该尽量简化轴的结构。为了便于装配零件并去掉毛刺， 轴端应制出45度倒角。在需要切制螺纹的轴段，应留有退刀槽。起尺寸都可查有关的标准和手册。 若需要磨削加工的轴段，应留有砂轮和越程槽。 具体分析如下： 该主轴有3个轴段有键槽，为了减少装夹工件所需的时间，应在这些不同的轴段 上开的键槽在轴的同一条母线上。另外，还为了减少加工刀具的种类和提高劳动生产率，轴上直径近 似的地方，圆角、倒角、键槽宽度、砂轮越程槽宽度，退刀槽宽度等尽可能采用相同的尺寸。 2.下面仍就轴上零件的定位问题，详细地阐述一下，一些轴向和周向定位零件的使用及特点。 先说轴上零件的轴向定位，就以此主轴为例，主要有轴肩、套筒、圆螺母、轴端挡圈、轴承端 盖等，靠这些定位元件来保证的。 轴肩主要分为两大类，定位轴肩和非定位轴肩。在该主轴上，轴肩很多，这两大类都包括。 虽然利用轴肩定位是最方便可靠的方法，但是采用轴肩就必然导致一个问题，那就是不可避免的使轴 径加大，而且轴肩处将因为截面突变而引起应力集中。另外，轴肩也不利于加工。所以，在考虑轴的 设计时，尽量避免过多的轴肩定位。而且，还有一点需要说明，轴肩多用于轴向力比较大的场合。 值得注意的是，定位每一个滚动轴承的轴肩，都有两处，且都是定位轴肩。对这种定位轴肩来说， 有一个要求：轴肩的高度必须低于轴承内圈端面的高度，以便拆卸轴承。轴肩的高度可查机械设计手 册中的轴承安装尺寸。还有，为了使零件能紧靠轴肩而得到准确可靠的定位，轴肩处的过渡圆角半径 必须小于与之相配的零件毂孔的端部的圆角半径或倒角尺寸。轴和零件上的倒角和圆角尺寸的常用规 范可以查教材下册中的第651页的表。非定位轴肩是为了加工和装配方便而设置的。高度没有严格的 规定，一般可取为1到2毫米。 在该主轴上，还采用了套筒定位，这种定位方式的特点是，结构简单，定位可靠，轴上不需 要开槽、钻孔和切制螺纹，不会影响到轴的疲劳强度。所以，在两个零件之间，且间距不大时，可以 采用这种定位。同时，套筒定位还保证了两个圆盘，或者，圆盘和锤头（销轴套筒）之间的轴向定位。 当然，若两零件的间距太大，则不宜用套筒定位这种方式，因为，那样就会增大套筒质量以及材料用 量。另外，套筒与轴的配合比较松，如果轴的转速较高，也不宜采用套筒定位。 在该主轴的轴端，以及销轴的轴端，都采用了圆螺母定位。这种定位可以承受大的轴向力， 但是，轴上的螺纹处将会有较大的应力集中，降低轴的疲劳强度，所以，一般用于固定轴端的零件。 22 就如上面所述，若两零件的间距太大，不宜用套筒定位这种方式的时候，就可以考虑采用圆螺母定位。 在该主轴上，还采用了轴承端盖通过螺钉与其他部分连接。而使滚动轴承的外圈得到轴向定 位。有时，整个轴的轴向定位也可以靠轴承端盖来实现。 再说轴向零件一般也常用到周向定位。周向定位的目的是限制轴上零件与轴发生相对运动。 在该主轴上，有三处都采用的是平键连接，其他的常用周向定位元件有，花键、销、紧定螺钉和 过盈配合等。圆盘、飞轮、带轮都是用平键连接的。其他的，如齿轮、半联轴器等与轴的周向定位也 都采用这种连接方式。按其直径，由手册查地平键剖面bh，键槽用键槽铣刀加工的 。 轴的草图如图4-2所示。 4.3.44.3.4轴的弯扭合成强度计算轴的弯扭合成强度计算 在初步完成轴的结构设计之后，对上面的草图略加修改，即可进行强度的校核计算了。前面提到 过，多数情况下，轴的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。 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，其 计算步骤如下： 做出轴的计算简图（力学模型） 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。 在做计算简图时，应该先求出轴上的受力零件的载荷（若为空间力系， 23 图 4-2 再分解为水平分力和垂直分力。然后求出各支承的水平反力和垂直反力） ，如图4-4所示。 做弯矩图： 根据前面的简图，分别按水平面和垂直面计算各力产生的弯矩图，并按计算结果分别作出水平面 上的弯矩 h m图和垂直面上的弯矩图上 f m，然后按照后面的公式推导出总弯矩，并作出m图，如 图4-4所示。 22 vh mmm+= 作出扭矩图，如图4-3所示： 作出计算弯矩图 根据已经作出的总弯矩图和扭矩图，求出计算弯矩 c m，并做出 c m图。同时写出其计算公式： c m=()2 2 tm+ 上式中， 考虑扭矩和弯矩的加载情况以及产生应力的循环特性差异的系数。 因为通常由弯矩产生的弯曲应力是对称循环的变应力，故在求计算弯矩 24 时，必须计算这种循环特性差异的影响。根据经验， 当扭转切应力为静应力时，取3 . 0=； 当扭转切应力为脉动循环变应力时，6 . 0=； 当扭转切应力为对称循环变应力时，取1=。 校核轴的强度 已知轴的计算弯矩后，即可针对某些危险截面（即计算弯矩大而轴的直径可能不足的截面）作强 度校核计算。按第三强度理论，计算弯曲应力 上式中，w轴的抗弯截面系数（ 3 mm）。 1 轴的许用弯曲应力（mpa）。 由表可查 1 为60 mpa w的计算公式，根据截面的不同而不同。对该主轴来说，其需要计算的截面，都带有键槽，而且 是单键槽。所以，其计算公式为： w= () t wd d tdbtd 3 2 3 1 . 0 232 25 主轴的载荷分析图如下图4-4所示： mc t t m rv1rv2 f1 f f2f 图4-4 求轴上的支反力及弯矩 根据以上确定的结构图可以确定出简支梁的支承距离。据此可以求出下列各值，并列表如下，主要包 括，载荷、支反力、弯矩、总弯矩、扭矩、计算弯矩等，相关的计算也往往是考虑最不理想的情况。 表4-1计算弯矩的求法 26 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。 mpa w mc c 8 . 6 100 680000 = 按教材中表10.1，对于mpa b 600=的碳钢，在承受对称循环变应力时的许用应力 c mpa= 55。故安全。 4.3.54.3.5轴的疲劳强度条件的校核计算轴的疲劳强度条件的校核计算 1.对主轴进行疲劳强度计算，不妨设外力为单向不稳定变应力，则根据已经知道的条件和公式： 主轴的材料为45号钢。经过调质后的性能为mpa307 1 = ，9=m， 0 n=5 6 10。现用此材 料做试件，进行强度试验，以对称循环变应力mpa500 1 = 作用 4 10次，mpa400 2 = ，作 用 5 10次。 载荷f垂直面v 支反力rr 21vv r=1000n（总重量按200kg） 弯矩mvmmnmv=24000 1 42600045000024000 2 =+= v m mmn 总弯矩mmmnm=24000 1 mmnm= 426000 2 扭矩tt=9550000 1000 5 . 41 =396325 计算弯矩 c m 680000396325426000 22 1 += c m 50000039632524000 22 2 += c m 27 根据这些条件，试计算该主轴在此条件下的计算安全系数。若以后再以mpa350 3 =的力，作用于 主轴，还能循环多少次，可以保证主轴不出问题。其实，这也等于估算主轴的使用寿命。 根据公式 54 . 0 500 400 10 9