PCG-1316重锤式破碎机转子设计VIP

锤式破碎机转子设计 摘要： 本文介绍了破碎机的 发展历史 、 研发目的及意义、分 类、工作原理及其主要参数 等 。 其中重点介绍了重锤式破碎机的工作原理， 并详细的分析了 重锤式 破碎机的构成 ，通过对关键零部件的强度校核计算优化了破碎机的整体结构，同时还分析了它的优缺点以及应用范围，然后对整个破碎机的结构进行了改进设计，其主要是对转子的改进设计及锤头材料的选择提供了合理的参数，从而可缩短整个产品的开发周期，提高产品的可靠性，最后对整个机器的操作、安装、 日常 维护 和基本安全操作规程 进行了详细的说明，可为企业破碎机的 选择和使用提供参考。 通过自身的实践，更加认识破碎机 的 专业理论知识的学习，提高 了 操作技能，了解破碎机的内部构造 及 运用 。 关键词 ： 重锤式破碎机；转子；锤头；轴 he of of of It on of of It of to of is to of of of a a of of of of 录 摘要 3 4 第 1 章 绪论 5 锤式破碎机 的介绍 5 锤 式破碎机 转子的分类 5 锤式破碎机的优缺点 6 锤式破碎机的优点 6 锤式破碎机的缺点 6 重 锤式破碎机的规格和型号 6 研发目的及意义 6 第 2 章 重 锤式破碎机的 设计 7 重 锤式破碎机的工作原理 及类型 7 重 锤式破碎机的 规格型号及结构 分析 12 第 3 章 重 锤式破碎机 的 主要零件结构设计 及计算 13 主轴的设计及强度计算 13 大皮带轮的设计与计算 15 轴的最小直径和长度的估算 16 头设计与计算 16 第 4章 重 锤式破碎机 的操作说明及维修 17 作说明 17 械的维修 18 第 5 章 总结 19 致谢 20 参考文献 21 1 绪论 碎机研究的目的和意义 随着我国国民经济的疾速开展，矿产资源的综合使用与工业迅猛行进，到1999年我国已建成 10879座国有大中型矿山和 227854个城镇集体企业，全国矿石采掘总量超越 50 亿吨， 矿业总产值为 4000 亿元。我国的钢铁工业和矿业快速发展，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，对破碎机的需求也越来越大，各种规格破碎机的开发与发展。物料的破碎为了节能和进步出产功率，所以提出了“多碎少磨”的技能准则。这使破碎机向细碎、破坏和高效节能方向开展。 碎机的用途介绍 破碎机与建筑、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。例如：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。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。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。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。 图 石生产线 碎机的发展史 外发展情况 第一代的破碎机械是在蒸汽机和电动机等动力机械逐渐完善和推广之后相继创造出来的。 1806 年用蒸汽机驱动的辊式破碎机 出现了 。 1858 年，美国人年埃里布雷克（ 得专利权，设计制造了世界上第一 台破碎岩石的颚式破碎机。其结构形式为双肘板式（简单摆动式）颚式破碎机。 1878 年美国发展了具有连续破碎动作的旋回破碎机，其生产效率高于作间歇破碎动作的颚式破碎机。 1895年，美国人 威廉发明能耗较低的冲击式破碎机。 19世纪 40年代，北美的采金热潮对鄂式破碎机的发展有很大的促进作用， 19 世纪中叶，多种类型的鄂式破碎机研制出来并获得广泛的应用，上个世纪末，全世界己有 70 多种不同结构的鄂式破碎机取得专利权。 破碎物料重型锤式破碎机发展时间 也颇 久。 可逆式锤式破碎机自 1924 年问世来，发展较快。由于它具有破碎比大，排料 粒度均匀，过粉碎现象少、能耗低、维护方便等优点，因而在水泥、煤炭、化工以及冶金、矿山等行业得到广泛应用。早在 20世纪 50年代，艾利斯 60年代得出具有重大意义的结论。 上个世纪 60 年代德国克虏伯公司生产出第一台液压破碎锤 式破碎机 。 随着研究的深入，人们熟知了高功率的破碎机作业 可以用来改善能源效率和降低成本。 回转式破碎机最初见于 60 年代的联邦德国，由于国外大型矿山要求大型机械，而刚刚问世的回转式破碎机没有得到发展。 近年来，出现了巴马克公司的“石打石”冲击式破碎机， 圆锥破碎机，德国的 司，美国的 司也有新产品问世。 图 外 破碎机 内发展情况 我国在五十年代末已有反击式破碎机问世，在八十年代之前，国产的反击式破碎机局限于处理煤和石灰石之类中硬物料。直到八十年代末引进 硬岩反击式破碎机，填补国内空白。但落后国外 20 多年。两种反击式破碎机在腔形设计、转子结构上，特别是板锤的材料和装卡方法上是根本不同的。国产的硬岩反击式破碎机，开始时其核心零件板锤依赖进口，国产化板锤在“八五”期间列为部级科研 攻关项目，项目成功之后，国产板锤不仅取代进口，而且已大量出口欧美、日本等国。耐磨材料的突破，使硬岩反击式破碎机如虎添翼，为我国的基本建设工程作贡献。 我国从 20世纪 50年代末开始试制可逆式锤式破碎机，虽然已取得了不少成绩，但发展比较缓慢，无论是规格品种，还是技术水平，和国际先进水平相比差距都很大。我国可逆式锤式破碎机在 20 世纪 70 年代以前发展缓慢，近 30 多年来才有了较大发展，并形成了通用型中碎和细碎系列，煤用中碎和细碎系列，有10 多种规格。不可逆式锤式破碎机一般用于中碎，可逆式锤式破碎机一般用于细碎。此外， 还有将粒度为 11000下的一段可逆式锤式破碎机。近十几年，主要用于碎煤的环锤式破碎机也得到了发展，这是一种结构较为先进的新式破碎机，有 10 多种规格。 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。近几年来生产的破碎机，是在传统破碎机的基础上采用了拉破理论、硬性破碎理论、差速理论等新的理论，形成了高效、环保、节能、智能等特 点。 碎机的分类 矿业用破碎机也叫碎石机，是指排料中粒度大于三毫米的含量占总排料量50%以上的粉碎机械。由英国人恒安发明。破碎作业常按给料和排料粒度的大小分为粗碎、中碎和细碎。 1、根据破碎力作用的方式可以将破碎机粗略地分为两大类： （ 1）破碎机：破碎机一般处理较大块的物料，产品粒度较粗，通常大于 8毫米。其构造特征是破碎件之间有一定间隙，不互相接触。 （ 2）磨矿机：一般来说磨矿机所处理的物料较细，产品粒度是细粒，可达 至还要细些。其结构特征是破碎部件（或介质）互相接触，所采用的介质 是钢球、钢棒、砾石或矿块等。 2、根据破碎方式、机械的构造特征（动作原理）来划分的，大体上分为六类 ： （ 1）鄂式破碎机 （ 2）圆锥式破碎机 （ 3）辊式破碎机 （ 4）冲击式破碎机 （ 5）环锤式破碎机 （ 6）锤式破碎机 各类破碎机有不同的规格，不同的使用范围。粗碎多用鄂式破碎机或旋回圆锥破碎机；中碎采用标准型圆锥破碎机；细碎采用短头型圆锥破碎机。 碎机的工作原理和优缺点 式破碎机 工作原理：利用两颚板对物料的挤压和弯曲作用，粗碎或中碎各种硬度物料的破碎机械。其破碎机构由固定颚板和可动颚板 组成， 物料从顶部入口倒入含有鄂齿的破碎室。鄂齿以巨大力量将物料顶向室壁，将之破碎成更小的石块。 当两颚板靠近时物料即被破碎，当两颚板离开时小于排料口的料块由底部排出。它的破碎动作是间歇进行的。 优缺点： 颚式破碎机具有破碎比大、 能破碎坚硬物料、 产品粒度均匀、 成品片石少、 工作可靠、 耐磨件使用时间长、结构简单、 维修简便、运营费用经济等特点 。 由于动颚垂直行程较大，物料不仅受到挤压作用，还受到部分的磨剥作用，加剧了物料过粉碎现象，增加了能量消耗，产生粉尘较大，颚板比较容易磨损。复摆型颚式破碎机在破碎物料时，动颚受到的巨 大挤压力，直接作用到偏心轴上。 图 式破碎机 锥破碎机 工作原理： 圆锥破碎机工作时，破碎机的水平轴由电机通过三角皮带和皮带轮来驱动，水平轴通过大、小齿轮带动偏心套旋转，破碎机圆锥轴在偏心套的作用下产生偏心距做旋摆运动 ,使得破碎 壁表面时而靠近定锥表面 ,时而远离定锥表面，从而使石料在破碎腔内不断地受到挤压、折断和冲击而破碎。动锥离开该区段时，该处已破碎至要求粒度的物料在自身重力作用下下落，从锥底排出。待破碎物料从圆锥式破碎机的进料口装入。圆锥破碎机动锥的上腔支撑在固定主轴上端的球面轴瓦上，其下腔套在偏心轴套的外面，其运动由偏其运动由偏心轴套直接带动。当偏心轴套绕主轴旋转时，动锥不仅随偏心轴套绕机器的中心线做旋转运动，而且还绕自己的轴线旋转，该动锥是绕着其球面支承中心作空间旋摆运动的。 图 锥式破碎机工作示意图 优缺点： 圆锥式破碎机的破碎腔深度大，工作连续，生产能力高，单位电耗低。易于启动，工作比较平稳，振动较轻，机器设备的基础重量较小。可以挤满给矿，大型圆锥破碎机可以直接给入原矿石，无需增设矿仓和给矿机。但是圆锥破碎机也存在以下缺点：旋回的机身较高，故厂房的建筑费用较大；它不适宜于破碎潮湿和粘性矿石；安装、维护比较复杂，检修亦不方便。 击式破碎机 工作原理： 石料由机器上部直接落入高速旋转的转盘，在高速离心力的作用下，与另一部分以伞型方式分流在转盘四周的靶石产生高速度的撞击与高密度的粉碎，石料在互相打击后 ，又会在转盘和机壳之间形成涡流运动而造成多次的互相打击、磨擦、粉碎，从下部直通排出。形成闭路多次特环，由筛分设备控制达到所要求的粒度。 优缺点 ： 冲击式破碎机的 结构新 颖、独特、运转平衡； 能量消耗小、产量高、破碎比大。 它的 设备体积小、操作简便、安装和维修方便。 具有整形功能、产品呈立方状、堆积密度大。 生产过程中，石料能形成保护底层，机身无磨损，经久耐用。 图 击式破碎机 2 重锤式破碎机设计 锤式 破碎机的介绍 重锤式破碎机是破碎设备中的一种，也是 目前行业内锤式破碎机系列中技术比较先进的一种设备，采用先进的生产技术，实现一次投料成型，具有高效、节能环保之特点。成料能按照需求进行调整，粗、中、细、各种规格齐全；无片状、无光滑体、多角多棱保正抗压强度。特别适应于高速公路，建筑及大型工程用料。 重锤式 破碎机去掉了鄂式 破碎 机的初破过程，成为大小物料一次完成破碎的新机型，产量大、效率高、动力小、节约了人力物力，降低了物料的破碎成本。该机破碎的石料，不但规格全，而且匀清晰，是老式鄂 式破碎 机和板 式 锤破的替代产品。本系列产品适用 于破碎各种中等硬度和脆性物料。如石灰石 、煤等物料。 主要用于水泥、矿山、选煤、发电、化工及建材行业。 图 锤 式破碎 机 锤式破碎机的工作原理 重锤式破碎机 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。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、湿两种形式破碎设备。该机的主要工作部件为带有锤头 的转子。转子由主轴、圆盘、销轴和锤子组成。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 破碎 机内， 立即受到高速回转的锤头的 打击、冲击、剪切、研磨作用而粉碎 。 重锤式破碎机 在转子下部 设有 衬板、篦条。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 筛孔尺寸的粒级 的 粉碎 物料，便从 篦条 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， 继续 受到锤头的附加冲击破碎， 最后通过 篦条 排出机外 。 在物料破碎的整个过程中，物料之间也相互冲击粉碎。 图 锤式破碎机工作示意图 锤式破碎机的优缺点 重锤式破碎机的优点 ： 1、具有入料粒度大，细碎比大，效率高； 2、结构简单，装配紧凑，重量较轻； 3、产品粒度均匀，过碎粉少； 4、 维修方便，磨损小； 5、电耗低等优点，是作为中、细碎的破碎设备。 重锤式破碎机的缺点 ： 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。 锤式破碎机 转子 的结构分析 本次设计的是重 锤式破碎机转子由锤 头 、主轴与轴承、销轴、锤架及转盘组成。 圆盘上开有 6 个均匀分布的销孔，通过销轴将 6 24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大皮带轮。 图 子示意图 重锤式破碎机的转子是一个回转速度较高的部件，质量又大，平衡问题就显得非常重要。为了使破碎机能正常工作，首先必须使它的转子获得平衡。 如果转子的重心偏离转轴的几何中心时，则产生静力不平衡现象；若转子的回转中心线和其主惯性轴中心线不重 合而成交叉状态时，则将产生动力不平衡现象。转子产生不平衡时，则破碎机的轴承除了承受转子质量之外，还受到其离心惯性力，离心惯性力矩作用，以致轴承很快磨损，功率消耗增加，机械产生振动。因此，转子制造与修理后，还要精确地进行平衡。通常当锤子磨损以后，破碎机的破碎效果显著降低，生产力下降，此时则需要更换其中一部分锤子。当锤子磨损而需要调换工作面，或更换新锤子时，更要把锤头的质量选配好。更换新锤子时，在径向要对称成对地更换，使破碎机运转起来平稳，减少振动。 头 的分析 锤 头 是锤式破碎机最关键的零件， 其质量 、形状、和材质对破碎机的生产能力有很大的影响。 锤 头 的质量大小直接影响破碎效果。 在锤式破碎机中料块受到高速旋转的锤头冲击而粉碎。当转子的圆周速度一定时，锤头质量愈大则其动能愈大，才能将大块和坚硬物料粉碎。实践证明，锤头的有效质量，不但要能对料块产生碎裂的冲击，而且还要在冲击时不产生向后偏倒。否则将大大降低破碎机的生产力，而且增加能量消耗。所以，在粉碎大块而坚硬的物料时宜选用重型的锤头，但个数不要求很多。在粉碎小块而松软的物料时，宜选用轻型的锤头，这时锤头的数目不妨多些，宜增加的物料的冲击次数，从而更有利于物 料的粉碎。 锤头用高碳钢或锻造，也可以用高锰钢锻造。用高碳钢锻造锤头时，以锻造的质量较高。为了提高锤头的耐磨性，有时在它的工作面上，涂焊上一层硬质合金或焊上一薄层高锰钢，或者进行热处理。用高锰钢锻造的锤头，最好经过水硬热处理以提高锤头的质量，延长使用时间。锤头磨损后，可以采用高锰钢堆焊进行修补，这样可以大大节省金属的消耗。 重 锤式破碎机锤 头 子的形状与破碎物料性质和粒度有关，即与被破碎物料硬度、脆性、粒度等因素有关。锤 头 形状 的正确选择 ；一是 可以 加大打击力度；二是 能够 延长锤 头 的使用寿命。 常见的锤头设计的形状对称 （如图 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 见的锤头形状 轻型 整体中型 轻型板式 轴的分析 整个转子的零件都由主轴来 支承 ，主轴又装在机架侧壁流动轴承中。破碎板工作时所产生的冲击力也由主轴承受，因此，要求主轴的材料具有较高的强度和韧性。 主轴有圆形断面和方形断 面两种，后者是锤架活套在主轴上不用平键连接。通常断面为圆形，且有平键和其他零件连接。 图 轴结构示意图 盘的分析 锤 盘 主要是通过转盘与销轴将主轴与锤子连接起来。锤 盘 是由多个转盘和压紧转盘、销轴等组成。 锤 盘 是靠两端压紧转盘和锁紧螺母固定在一起，锤 头 就装在销轴上。 锤盘是用来悬挂锤头的，它不起破碎物料的作用，但锤式破碎机在运转工作过程中，锤架还是要受矿石冲击和磨檫而造成的磨损。所以，锤架要能承受一定的冲击，有一定的耐磨性。 转盘有三角形、圆形和十字形几种。不论哪种形式，在强度、刚度允许条 件下，尽量减轻质量，因为锤式破碎机与反击式破碎机不一样，它仅仅是靠锤子的动能来完成对物料破碎。 图 盘结构示意图 3 1316 重锤式破碎机 转子的 主要 参数 及 计算 子直径与长度 1、转子直径 转子直径一般是根据所给物料的尺寸来决定的。通常转子的直径与所给物料尺寸直径比为 6 15，大型破碎机则近似取为 3。由于 1350 1600碎机为中型，所以直径与所给物料尺寸之比取 加工物料粒度 50 转子直径： D=100=1350、转子的长度 转子的长度根据机器的生产能力而定，转子直径与长度的比值，一般为 料抗冲击力较强时，应取较大的比值。由于 1350 1600工的物料为低硬度的矿石，所以比值取 转子长度： L=D 600=1600本结构尺寸 1、给料口的宽度和长度 给料口宽度： B 3 示最大给料块的尺寸） B 3 20=60 B 50取 B=620料口长度：与转子长度 相同 L=1600 2、排料口尺寸 排料口尺寸由反击板和转子的间隙尺寸决定，一般按入料粒度要求来确定。由于处料粒度为 525以取 20转子和反击板之间的间隙为 20 3、给料口倾角的计算 为了选择破碎腔合理的结构参数，取 4 个规格的重锤式破碎机破碎腔结构参数列表 作为参考： 机型 /（） /（） /（） /（） 1/（） 2/（） 7 44 2 68 17 70 0 30 2 60 15 60 5 50 2 70 15 69 5 30 2 73 19 77 表 锤式破碎机破碎腔结构参数 破碎机物料是沿导板进入破碎腔，因此导板倾角就是一个重要参数。可以看出，角在 45到 60之间，这完全符合实际情况。角越大物料沿导板下滑的速度越快，角越小物料沿导板下滑的速度越慢，甚至产生堆料现象。角大，破碎机高度增加，角小，破碎机高度降低。在其它条件允许的情况下，以取角小为宜。 所以，本次设计的破碎机选择角为 45。 动方案的选择 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 ,根据公式得 ： P=1980=数 K 取 选用 Y 系列的三相异步电动机，其额定功率为 220号是 动方式 为了使破碎机的转子在运转中储存一定的动能，在破碎大块物料时，锤头的速度损失不应过大，并要减小电动机的尖峰负荷。 本次设计总共考虑了三种传动方案： 方案一： 主轴的一端采用 V 带轮与电动机相连；（电机 V 带 破碎机） 方案二： 主轴的一端采用链条与电动机相连；（电机 链条 破碎机） 方案三： 主轴的一端采用联轴器与电动机相连；（电机 联轴器 破碎机） 方案比较： 方案一： 根据电机的功率和转子转速，我们选择了电机型号为 定功率220载转速 986r/根据原始资料来设计 V 带传动： 计算功率 资料查得工作情况系数为 220=242 取普通 V 带型号，根据 42， n=986 r/知 450= 60 1000)=450 986 /(60 1000)m/s=s，在 525m/s 内，合适。 86/650 450=资料取 10i=50r/定中心距 a 和带长 450+710） mm（ 450+710） 7000=2 /2(2 1700+（ 450+710） /2+（ 710（ 4 1700） 232资料得 200mm a=2=(1700+(52002)626定中心距调整范围： a+1626+5200)=1782mm 5200)=1548算小带轮包角 80 -( 60 =180 -（ 710 60 =170 120，合适 确定 z： z(=，取 z=6 根，合适 确定单根 V 带初拉力 00500 6）（ + 90N 确定对轴的压力 )=2 6 90 069N 方案二： 链传动具有无弹性滑动和整体打滑的现象，因而能保持准确的平均传动比。链条又不需要像带传动那样张得很紧，因此压轴力较小。链传动具有整体尺寸较小，结构较 为紧凑，同时能在高温和潮湿的环境中工作。它的制造与安装精度要求较低，成本也低。由于链传动的速度并不高，只适用于减速比小且无启动频繁的场合，链传动的缺点是只能实现平行轴间链轮的同向传动，运转时不能保持恒定的瞬时传动比，磨损后易发生跳齿，不易在载荷变化很大高速和急速反向的传动中，且无超载保护。 方案三： 采用联轴器可以减少总体空间，工作时机械性能好，工作可靠，维护方便，传动比恒定，噪音低，传动效率高。 方案确定： 在本次设计中，由于考虑到破碎机的工作情况，载荷变化大且不易控制，传动比要求也不那么严格，同时载荷大 对电机的启动性能造成不好的影响，考虑到大功率的电机在转速高低上的价格差异不很明显及整机的成本最低化的原则，决定采用第一种传动方案。这种方案可以有效改善电机启动性能，使电机能平稳启动运行。此驱动方案是经济实用、性能优良、安全可靠的驱动方案。 结论： 确定本次传动方案为方案一，即在主轴的一端配置皮带传动与电动机相连。 4 1316 重锤式破碎机的主要零件结构设计 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： 21( 0 . 4 0 . 6 ) 式中 2V 锤头打击物料后的圆周线速度 (m/s) 1V 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： 1 2 2mm v m v m v 由上式可知， 12 式中 m 锤头折算到打击 中心处的质量 (m 最大物料块的质量 (综上所述， ( 0 . 7 1 . 5 ) 但是，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， 20 20 式中 r 锤头打击中心到悬挂点的距离 (m) 0r 锤头质心到悬挂点的距离 (m) 最大物料质量 3344m 0 . 1 5 1 . 6 1 0 0 0 2 2 . 6 2 g 锤头折算到打击中心处的质量： m 1 . 2 4 2 2 . 6 2 2 8 头设计与计算 图 子形状 头的形状确定 (1) 一般锤头的设计 如图 示，是各种锤头的结构形状。图 a 所示锤子是用于可逆式锤式破碎机，它属于轻型锤子，被破碎的物料粒度大约在 100 左右。 单转子 锤式破碎机采用图 b 的锤子是一种组合式，由锤 柄锤帽和销轴等组成。锤帽由耐磨材料铸造而成，可方便更换。锤柄可用高碳钢制造并在侧面焊有耐磨合金，其寿命很长。这样的锤子增加打击中心的质量，增加物料与锤头撞击几率。 列锤式破碎机采用图 c 所示锤子。其头部质量较重，可以得到较细产品，整体式锤子结构简单。反击式锤式破碎机采用图 d 所示的锤子。其结构很简单，此外，无蓖条锤式破碎机采用长柄组合式锤子。由于锤柄较长，对同样规格破碎机，其转盘直径就比较小增加破碎腔空间，可减小其鼓风效应而产生的不必要的电能损耗。这种锤子用于 蓖条可逆式锤式破碎机。 锤式破 碎机锤子的形状与破碎物料性质和粒度有关，即与被破碎物料硬度、脆性、粒度等因素有关。因此，锤子的形状有各种各样的，如破碎金属切削的锤子就像镰刀形，一是加大打击力度；二是延长锤子的使用寿命。 (2) 组合式锤头设计 免锤式破碎机的锤头是直接打击进入破碎腔矿石的关键部件，要求锤头的结构设计首先应当满足碰撞平衡条件。考虑到锤头容易磨损，磨损后就需更换，而且更换周期短，为使维修师傅操作简单，节省时间，节约材料，减少成本。我就将锤头设计为组合式 .。锤头由圆柱销、锤体和锤柄组合而成。我所设计的锤头区别于一般组合式锤头，锤体成球台 状，球台中心线上设有圆透孔，球台下端方透孔与锤柄上部空心杆外圆相配，圆柱销穿过垂体圆透孔，与空心杆内孔相配，并由螺栓和自锁螺母固定，形成组装式球台状锤头结构。它满足碰撞的平衡条件，从而减少无用能量消耗，延长转子轴承使用寿命和避免避损坏销轴；由于锤柄可连续使用，只需更换磨损的锤体，从而用提高了材料利用率；又由于更换锤体时，锤柄不用从销轴上拆下，可降低维修操作难度。 由于锤式破碎机锤头是铰接悬挂在转子体的销轴上，锤头打击矿石时，在锤头碰撞点上将作用着冲击力，由理论力学知，如果冲击力通过离销孔中心距离为 h 的碰撞中 心上，则销轴上的碰撞反力为零；如果冲击力未通过碰撞中心，则冲击力会在转子的销轴上产生碰撞反力。 由于先有技术锤式破碎机锤头锤体打击面一般为矩形或梯形，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，缩短转子轴承使用寿命。甚至会损害销轴。 而我所设计的球形锤头就能避免以上不足。因为圆弧面与物料碰撞所产生的作用反力都会经过球心，则销轴上的碰撞反力为零。 由于锤式破碎机锤头是铰接悬挂在转子体的销轴上，锤头打击矿石时，在锤头碰撞点上将作用着冲击力，由理论力学知，如果冲击力通过离销孔中心距离为 h 的碰撞中心上，则销轴上的碰撞反力为零；如果冲击力未通过碰撞中心，则冲击力会在转子的销轴上产生碰撞反力。 由于先有技术锤式破碎机锤头锤体打击面一般为矩形或梯形，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，缩短转子轴承使用寿命。甚至会损害销轴。 而我所设计的球形锤头就能避免以上不足。因为圆弧面与物料碰撞所产生的作用反力都会经过球心，则销轴上的碰撞反力为零。 (3) 锤头的改进 1 2 3 4 图 进的锤头 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。 (4) 锤架的结构设计与计算 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 7 个锤架和 2 个圆盘， 2 个圆盘共有的特点是，一侧设置了圆螺母和止动垫片，另一端用轴肩定位。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削轴连接，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。 (5) 延长锤头使用寿命的研究 下面重点讨论 一下锤头耐磨性提高，使用寿命延长的问题。决定一个板锤的使用寿命，有以下几个因素来评定： 1工作是否可靠。在板锤与物料冲击过程中，不准板锤飞离转子，或因板锤的紧固不良，引起其他的机械故障，故板锤的固定是个值得注意的问题。否则，无“寿命”可言。 2板锤的装卸是否方便，尤其再生产现象，在工作一段时间后，机器的各部件必不能按理想状况进行，比如偏心、局部磨损等，需要及时调整。能否快速装卸是一个很重要的指标。 3板锤的金属利用率是否合理。因板锤的磨损是不可避免的，一块重量一定的板锤，使其不能利用的质量最小，即板锤 的形状及空间尺寸如何选择为最佳是值得考虑的问题。 4减少无谓的磨损，以提高板锤的使用寿命，要充分利用转子的能量，提高破碎比，就必须研究最大破碎力，同时也具有很大的理论价值。 5板锤的及时合理调配非常关键。破碎机在使用中运行不稳，震动大，主要原因是，板锤磨损后，原有的平衡状况被破坏，未用科学的方法合理调配所致。 6板锤的材质，是解决锤头耐磨性，使用寿命的最核心的因素。现今应用比较广泛，也经受了实践的考验。比如有改性高锰钢板锤和锤头，中碳多元合金钢锤头。 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。考虑到锤式破碎机锤头与物体发生冲击，力的大小时刻变化，最后将套筒与锤架焊接在一起，增加平键的接触面积，从而减小应力。圆盘之间的轴向定位就靠本身。大体结构设计如 示。 图 架的结构 轴的设计与强度计算 轴的设计 通常主轴的设计包括两个部分，一个是结构设计，一个工作能力计算，后者主要是指强度计算。 主轴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。在大多数情况下，只需要对轴的强度进行计算。因为其工作能力一般主要取决于轴的强度，所以只做强度计算，以防止产生过大的线性变形。而对于强度要求较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，还应该进行振动和稳定性的计算，以防止产生共振破坏。因此，对破碎机的主轴来说，只需要进行强度计算。 子轴的强度计算 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 。 由于作用在转子轴上每个瞬间的载荷大小不等，其作用时间又短，仅为千分之几秒。而计算的外载荷又与实际破碎情况出入较大，故下面对轴的强度计算仅作参考。 转子轴的受力图如图 示： 图 轴简图 图 轴受力图 图 轴弯矩图 图 轴扭矩图 转子轴由主轴、转子体、轴承等组成，转子体由板锤和锤盘等组成。主轴材质为 45 号钢调制处理。其拉伸强度极限 B=650伸屈服极限 S=360其弯曲对称循环的许用疲劳应力 -1b=60 作用在转子轴的力有：转子重力 括安装在主轴上的转子题、轴套等零件的总重力），转子外端的圆周力 板锤的不平衡力 合力 F 为： F =（ （ N） 其中： N） 180021 （ N） 式中： 冲击系数，粗碎 碎 细碎 n 转子的转速， r/ R 转子外端半径， m； p 电机功率， 轴承的摩擦阻力系数，取 r 轴承滚子滚动面的半径， m； 本机转子重力 ： 19500 N 转子外端的圆周力 ： 109550 = N 本机所用滚动轴承的滚子滚动面的半 径： r = 锤的不平衡力 ： 18 00 73 811 = 21011 N 取冲击系数 其合力为： F=（ （ 19500+1011） 3 = 130073 N 电机作用于主轴的转矩 T 为： T=955038 2209550 =N M 轴上的最大弯矩为： M= 12=25104 N M 主轴的弯矩和扭矩图如图 示： 将主轴的扭矩剪应力看成脉动循环变应力时，取 =其当量弯矩 ： 2)(2 = 2)25 10 4 =25118 N M 其危险截面应力为： = 2331.0 = = -1b = 60 论：主轴的弯曲疲劳强度安全。 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。 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，所示选用 45 号钢。 的最小直径和长度的估算 轴各段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收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。并记录此时所求出的最小直径 后再按照主轴的装配方法和定位要求，从 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值经。 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轴承所需要装配的和调整的空间，所确定轴的各段长度，必须考虑到各零件于主轴配合部分的轴向尺寸和相邻零件间的必要间隙 。 的结构