块状物质立式搅拌棒粉碎机结构设计[三维PROE]【CAD图纸和文档资料全套】
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目 录 第一章第一章 引言引言1 1.1 该课题的目的与意义1 1.2 国内外粉碎设备1 1.3 粉碎设备类别及其特点2 1.4 粉碎原理3 第二章第二章 搅拌棒式粉碎机结构设计搅拌棒式粉碎机结构设计5 2.1 整体结构设计5 2.2 粉碎机构设计6 2.2.1 定齿盘的设计.7 2.2.2 动齿盘的设计.8 2.3 传动装置设计9 2.3.1 电动机的选择.10 2.3.2 普通 V 带传动的计算.11 2.3.3 轴的计算14 2.3.4 主轴的强度校核15 第三章第三章 标准件的选择标准件的选择20 3.1 轴承的选择与校核20 3.1.1 轴承的选择.20 3.1.2 轴承寿命计算.20 3.2 键的选择21 第四章第四章 箱体和机架的设计箱体和机架的设计22 4.1 箱体的设计22 4.1.1 上箱体的设计22 4.1.2 下箱体的设计22 4.2 机架的设计23 1 第五章第五章 进出料口设计进出料口设计24 5.1 进料口24 5.2 出料口24 第六章第六章 立式搅拌棒粉碎机的装配立式搅拌棒粉碎机的装配25 第七章第七章 立式搅拌棒粉碎的机操作与保养维修立式搅拌棒粉碎的机操作与保养维修26 7.1 操作方法26 7.2 使用操作安全规则26 7.3 维护保养27 结结 论论28 致致 谢谢29 参参 考考 文文 献献30 立立式式搅搅拌拌棒棒粉粉碎碎机机设设计计 摘要：粉碎机是工业领域常用的一种破碎装置，把大块物质粉碎成大小不 等的细小材料。本次设计要求对拳头大小块状物质进行粉碎，使成为不同粒度 大小的颗粒以及粉末状物质，为下一步筛选机提供工作对象。搅拌棒式粉碎机 主要包括粉碎部分和传动部分。粉碎部分包括定齿盘和动齿套，动齿盘上有三 圈截面为圆形或扁矩形的齿，定齿盘盘上有两圈截面为矩形的定齿，动齿与定 齿交错排列；传动系统采用带传动，可以缓冲吸振，传动平稳无噪声，且适用 于较大距离间两轴的传递。设计的过程中首先分析立式搅拌棒粉碎机的结构以 及其工作原理，粉碎的方法。知道各部分的功能及组成后查阅相关紧固件的尺 寸，理论联系实际确定各部件选用的制作材料。然后对粉碎机的外观特征进行 构思，并首次采用了三维建模软件 Pro/E 对所设计的零部件进行了实体建模， 突破了二维空间，使其更加直观。最后运用 CAD 画出总的装配图及主要部件的 零件图。 关键词： 立式搅拌棒齿爪式粉碎机 Pro/E CAD 1 目 录 第一章第一章 引言引言1 1.1 该课题的目的与意义1 1.2 国内外粉碎设备1 1.3 粉碎设备类别及其特点2 1.4 粉碎原理3 第二章第二章 搅拌棒式粉碎机结构设计搅拌棒式粉碎机结构设计5 2.1 整体结构设计5 2.2 粉碎机构设计6 2.2.1 定齿盘的设计.7 2.2.2 动齿盘的设计.8 2.3 传动装置设计9 2.3.1 电动机的选择.10 2.3.2 普通 V 带传动的计算.11 2.3.3 轴的计算14 2.3.4 主轴的强度校核15 第三章第三章 标准件的选择标准件的选择20 3.1 轴承的选择与校核20 3.1.1 轴承的选择.20 3.1.2 轴承寿命计算.20 3.2 键的选择21 第四章第四章 箱体和机架的设计箱体和机架的设计22 4.1 箱体的设计22 4.1.1 上箱体的设计22 4.1.2 下箱体的设计22 4.2 机架的设计23 2 第五章第五章 进出料口设计进出料口设计24 5.1 进料口24 5.2 出料口24 第六章第六章 立式搅拌棒粉碎机的装配立式搅拌棒粉碎机的装配25 第七章第七章 立式搅拌棒粉碎的机操作与保养维修立式搅拌棒粉碎的机操作与保养维修26 7.1 操作方法26 7.2 使用操作安全规则26 7.3 维护保养27 结结 论论28 致致 谢谢29 参参 考考 文文 献献30 立立式式搅搅拌拌棒棒 粉粉碎碎机机 设设计计 摘要：粉碎机是工业领域常用的一种破碎装置，把大块物质粉碎成大小不 等的细小材料。本次设计要求对拳头大小块状物质进行粉碎，使成为不同粒度 大小的颗粒以及粉末状物质，为下一步筛选机提供工作对象。搅拌棒式粉碎机 主要包括粉碎部分和传动部分。粉碎部分包括定齿盘和动齿套，动齿盘上有三 圈截面为圆形或扁矩形的齿，定齿盘盘上有两圈截面为矩形的定齿，动齿与定 齿交错排列；传动系统采用带传动，可以缓冲吸振，传动平稳无噪声，且适用 于较大距离间两轴的传递。设计的过程中首先分析立式搅拌棒粉碎机的结构以 及其工作原理，粉碎的方法。知道各部分的功能及组成后查阅相关紧固件的尺 寸，理论联系实际确定各部件选用的制作材料。然后对粉碎机的外观特征进行 构思，并首次采用了三维建模软件 Pro/E 对所设计的零部件进行了实体建模， 突破了二维空间，使其更加直观。最后运用 CAD 画出总的装配图及主要部件的 零件图。 关键词： 立式搅拌棒齿爪式粉碎机 Pro/E CAD 立式搅拌棒 粉碎机 设计 1 第一章 引言 粉碎机早在外国盛行，广泛应用于建筑、矿业等行业。对于生产效率有显 著的提升，解放了人类生产的局限性。直到 20 世纪我国才开始出现粉碎机行业， 对于粉碎机的技术认知也落后于国外，经过改革开放，社会主义建设我国的经 济有了飞速发展，同时粉碎机技术也得到了飞跃式的提升。目前我国的建筑行 业已经广泛应用粉碎机。我国已经可以独立的制造多种形式的粉碎机。比如立 式冲击粉碎机，超细粉碎机等等。 1.11.1 该课题的目的与意义该课题的目的与意义 本课题研究的是立式冲击粉碎机的结构设计，粉碎是用机械力的方法来克 服固体物料内部凝聚力，使之破碎的单元操作。 粉体原料最重要的质量指标之一是粒度和粒度分布，而粒度和粒度分布决 定了分体产品的许多技术性能和实际应用范围。例如，物料的比表面积、化学 反应速率、吸附性、堆积性、补强性、在液相介质中的沉降速度、溶解性光学 性能、电性、磁性等，都与应用范围有直接关系。而诸多产品的应用领域对物 料的粒度及粒度分布均有严格的要求1。 粉碎是当代飞速发展的经济社会必不可少的一个工业环节，粉体技术被看 做是高技术工业最重要的基础技术之一现代工程技术的发展要求呈粉体状态的 原料和制品具有细而均匀的粒度和尽可能低的污染程度，颗粒粒度细化后，比 表面积增大，可在各种场合，如填料、染料、颜料、医疗、催化剂、磁记忆组 件高、级磨料固、体润滑剂、精细陶瓷、化妆品等方面都表现出很好的性能。 在各种金属非金属、化工原料及建筑材料的加工过程中，粉碎作业是抵消作业， 要耗费巨大的能量，物料在粉碎过程中，由于产生发热，振动和摩擦等作用， 使能源大量消耗。因而多年来，技术人员一直在研究如何达到节能，高效地完 成粉碎的过程。从理论研究到创新设备(包括改造旧的设备)直至改变生产工艺 流程2。 1.2 国内外粉碎设备 我国自八十年代以来，粉碎工程学术界较为活跃，其主要目标在于提高粉 碎过程的效率和满足工业上某些物料产品的粒度要求。对粉碎机研究的大规模 立式搅拌棒 粉碎机 设计 2 兴起，始于八十年代中期，当时主要注意力在两方面：其一是湿式超细粉碎机、 搅拌球磨机和塔式磨机的研究；其二是干式气流粉碎机的研究，而后逐渐展开。 当时，我国主要以引进国外先进的设备和技术为主，很多企业引进了各种类型 的气流磨、高速冲击磨、振动磨、搅拌磨和相应的分级技术。这对满足国内市 场的需要起到了积极作用。与此同时，国内技术人员以消化吸收为主，进行了 大量研究开发工作，并取得了很多的成绩。经过十几年的努力，国内已能生产 各种气流磨、高速冲击磨、振动磨、搅拌磨，有的设备在性能上已接近国外同 类设备的水平。但总的来说，与国外的先进技术设备相比，我国的粉碎技术仍 存在一些主要问题：(1)已研制出的各种型号规格的粉碎设备中，有些在结构设 计、材质及加工精度等方面，与国外先进设备相比还有一定差距；(2)产品的深 加工档次低、系列少，对用户的需求针对性差；(3)缺少高效的超细分级设备与 粉碎设备配套。 目前国外研制生产的超细粉碎设备种类繁多，其中能用于工业生产的主要 有气流磨、高速冲击磨、振动磨、搅拌磨、胶体磨、离心磨和滚筒研磨机等。 根据被研磨物料的性质，产品的质量要求不同，各种设备都有不同的特点。国 外最新研究动向表明，设备的大型化、系列化、自动化、精细化是超细粉碎的 发展方向。 随着科学技术的发展，对新材料的要求越来越高。一些物质以其特有的物 理化学特性，越来越受到人们的重视，成为许多高新技术领域不可缺少的重要 原材料来源。对其深加工技术之一的超细粉碎及其分级技术领域也就越来越受 到人们的重视。超细粉碎技术是近代科学高新技术发展的产物，在发达国家,随 着电子精、细化工、高新陶瓷生、物工程、宇航固体颜料、磁性材料、复印粉、 塑料、橡胶、造纸、等工业赫尔尖端技术的发展，对原材料的超细微、提纯和 改性等方面，提出了越来越高的要求。要求以粉末状态存在的固体物料，应具 有超细颗粒，严格的颗粒分布，规整的颗粒外形和极低的污染。 1.3 粉碎设备类别及其特点 粉碎机一般分为机械式粉碎机、气流粉碎机、研磨机和低温粉碎机四个大类。 1 机械式粉碎机 机械式粉碎机是以机械方式为主，对物料进行粉碎的机械，它又分为齿式粉 碎机、锤式粉碎机、刀式粉碎机、涡轮式粉碎机、压磨式粉碎机和铣削式粉碎 机。 （1）齿式粉碎机：由固定齿圈与转动齿盘的高速相对运行，对物料进行粉碎（ 含冲击、剪切、碰撞、摩擦等）的机器。 立式搅拌棒 粉碎机 设计 3 （2）锤式粉碎机：由高速旋转的活动锤击件与固定圈的相对运动，对物料进行 粉碎（ 含锤击、碰撞、摩擦等）的机器。锤式粉碎机又分活动锤击件为片状件 的锤片式粉碎机和活动锤击件为块状件的锤块式粉碎机。 （3）刀式粉碎机：由高速旋转的刀板（ 块、片）与固定齿圈的相对运动对物 料进行粉碎（ 含剪切、碰撞、摩擦等）的机器。 刀式粉碎机又分为 ： 刀 式 多 级 粉 碎 机：主轴卧式，刀刃与主轴平行并 具有单级或多级粉碎功能的机器；斜刀多级粉碎机：主轴卧式，倾斜刀式并具 有单级或多级粉碎功能的机器；组合立刀粉碎机：主轴卧式，多层立刀组合的 粉碎器；立式侧刀粉碎机：主轴立式，侧刀转盘运动并带有分级功能的粉碎机 器。 （4）涡轮式粉碎机：由高速旋转的涡轮叶片与固定齿圈的相对运动，对物料进 行粉碎（ 含剪切、碰撞、摩擦等）的机器。 （5）压磨式粉碎机：由各种磨轮与固定磨面的相对运动，对物料进行碾磨性粉 碎的机器。 （6）铣削式粉碎机：通过铣齿旋转运动，对物料进行粉碎的机器。 2 气流粉碎机气流粉碎机是通过粉碎室内的喷嘴把压缩空气（ 或其他介质）形 成气流束变成速度能量，促使物料之间产生强烈的冲击、摩擦进行粉碎的机器。 3 研磨机研磨机是通过研磨体、头、球等介质的运动对物料进行研磨，使物料 研磨成超细度混合物的机器。它又分为： （1）球磨机：由瓷质球体或不锈钢球体为研磨介质的机器。 （2）乳钵研磨机：由立式磨头对乳钵的相对运动，对物料进行研磨的机器。 （3）胶体磨：由成对磨体（ 面）的相对运动，对液固相物料进行研磨的机器。 （4）低温粉碎机低温粉碎机是经低温（ 最低温度 ）处理，对物料进行粉碎的机器。 1.4 粉碎原理 粉碎方法3主要有五种： (1)压碎。如图 1-1-a 所示，物料在两平面之间受到缓慢增长的压力作用而 被粉碎。对于大块物料，第一步采用此法处理。挤压粉碎适用于脆性物料，食 品加工中常用的是对辊粉碎机，如对辊的线速度相等，则为纯粹的挤压过程。 (2)劈碎。如图 1-1-b 所示，物料受到楔状刀具的作用而被分裂。多用于脆 性，韧性物料的破碎，能耗较低。 (3)剪碎。如图 1-1-c 所示，物料在两个破碎工作面间，如同承受载荷的那 立式搅拌棒 粉碎机 设计 4 个支点(或多支点)梁，除了在外力作用点受劈外，还发生弯曲折断。多用于较 大块的长或薄的硬脆性物。 (a) (b) (c) (d) (e) 图 1-1 物料粉碎方法示意图 (4)击碎。如图 1-1-d 所示，物料在瞬间受到外来的冲击力而被破碎。冲 击的方法较多，如在坚硬的表面上受到外来冲击体的打击，高速运动的机件冲 击物料，高速运动的物料冲击到固定坚硬物体上，物料块之间的相互冲击等。 此种方法多用于脆性物料的粉碎，粉碎范围很大。 (5)磨碎。如图 1-1-e 所示，物料在两工作面或各种形状的研磨之间受到摩 擦，剪切作用而被磨削成为细粒。多用于小块物料或韧性物料的粉碎。 在粉碎操作上，所使用的粉碎方法应根据物料的物理性质，块粒大小以及 需要粉碎的程度而定，实际操作时常常采用两种或两种以上的方法组合进行。 立式搅拌棒 粉碎机 设计 5 第二章 搅拌棒式粉碎机结构设计 2.1 整体结构设计 本设计要求选择粉碎机类型为立式搅拌棒粉碎机。 立式机械冲击粉碎机的转子驱动轴竖直设置，驱动轴带动粉碎盘，在粉碎 盘上有从内到外不同梯度的搅拌棒回转进行物料的粉碎。其工作原理和特点为： A.在粉碎机筒体中，通过不同层次的搅拌棒的搅拌依次从内到外达到粉碎 再粉碎的过程，使最终产品达到要求。 B.破碎室为分体式的，腔体为圆柱体形状，可容纳较多的物料滞留。块状物 料在破碎室中受到搅拌棒的搅动作用，分别与物料、衬板和搅拌棒之间产生不 规则的相互摩擦、冲击、切剪作用而破碎和粉碎。 C.破碎室下部装有一个刮料器，使下落的物料在刮料器推力的作用下从出 料口流出，从而使搅拌棒循环搅拌达到细化的目的。从内到外的搅拌棒间间距 决定了粉碎后物质最大粒度，粉碎后物质粒度大小不同（含粉末） 。 机械冲击粉碎机有立式和卧式之分，其中立式粉碎机结构如图 21 所示 图 21 立式粉碎机示意图 立式搅拌棒 粉碎机 设计 6 图 22 立式搅拌棒粉碎机结构示意图 1上箱体 2定齿盘 3进料斗 4搅拌棒 5动齿盘 6下箱体 7电动机 8小带轮 9V 带 10机架 11大带轮 12主轴 13刮料板 14出料斗 搅拌棒粉碎机动齿盘上有三圈截面为圆形或扁矩形的齿，定齿盘盘上有两 圈截面为圆形或扁矩形的定齿；动齿与定齿交错排列。 动齿盘高速旋转离心力场腔内负压定齿盘中心吸入物料离心力使 物料向外扩散受内圈转齿和定齿撞击、剪切和摩擦作用初步粉碎向外圈运 动，线速增高，受到更强烈的冲击、剪切、摩擦和碰撞作用而粉碎。 该粉碎机主要工作部件包括：定齿盘、动齿盘、搅拌棒、箱体、电动机、 带轮、V 带、刮料板、进料斗、出料斗。 2.2 粉碎机构设计 粉碎机构主要有定齿盘、动齿盘、搅拌棒组成。粉碎的过程主要是物料在 粉碎盘上搅拌棒的冲击及离心力作用下物料由内向外通过搅拌棒的撞击、剪切 和摩擦作用，由粗到细的进行粉碎。其粉碎机构见图 3-1 所示： 立式搅拌棒 粉碎机 设计 7 1.定齿盘 2.搅拌棒 3.动齿盘 图 2-3 粉碎机构示意图 2.2.1 定齿盘的设计 物料在粉碎腔的冲击粉碎包括自由粉碎和反弹粉碎。自由粉碎是进入粉碎 腔的物料受到高速旋转的转子上的锤体的冲击以及物料之间的相互碰撞而粉碎； 而反弹粉碎是指物料从锤体获得很高的速度能后，撞到定齿盘上，衬套以大小 相等，方向相反的力作用到物料上，使物料得到进一步的粉碎。 因此，通过材料力学所学知识可知，物料受到冲击载荷与受到静压载荷时 的粉碎程度是不同的。由于静压载荷是缓慢加载的过程，而冲击过程中，颗粒 则在强大的加速度作用下产生比静载荷高出数十倍甚至数百倍的动载荷，冲击 粉碎比其它形式的粉碎要容易的多。这也是立式冲击粉碎机节能的原因。 根据要求粉碎前材料为拳头大小（直径 10-20cm）可知，定齿盘齿间间距 取 120mm，根据物料撞击的情况，取齿高度为 250mm，其结构示意图如图 3-3 所 示。 立式搅拌棒 粉碎机 设计 8 图 2-4 定齿盘结构示意图 2.2.2 动齿盘的设计 粉碎盘的种类有四种8：搅拌棒式，固定块盘，摆动板盘，固定板盘。其 特点如下： 1)搅拌棒式：搅拌棒棒圆周排列，比能耗小，出料粒径小，适用于热敏性 物料及韧性材料； 2)固定块盘式：锤有低磨耗材料制成，粗粒一次粉碎成细粒，适用于韧性 材料； 3)摆动盘式：摆动盘和固定板由低磨耗材料制成，适用于粗、中、细粉碎， 适用于莫氏硬度 4 级以下的韧性材料； 4)固定板盘：固定板盘由低磨能耗材料制成，比搅拌棒式出料粒径更小， 适用于热敏性材料。 因本设计要求采用搅拌棒式粉碎盘，见图 3-4 所示： 1 动齿盘 2 搅拌棒 图 2-5 粉碎盘 搅拌棒式粉碎盘主要是由粉碎盘跟搅拌棒组成。粉碎的过程主要是物料在 粉碎盘上搅拌棒的冲击及离心力作用下物料由内向外通过搅拌棒的撞击、剪切 和摩擦作用，由粗到细的进行粉碎。下面来计算一下各部分的尺寸： (1)粉碎盘转子直径的确定 有实验可知，在其它条件不变的情况下，约 100m/s 的转子冲击速度是较为 理想的速度值9。初选主轴转速为 1600r/min， 则转子所在直径为： (3-1)mm V D1178 14 . 3 1600 6010100 n 60 3 立式搅拌棒 粉碎机 设计 9 取 D=1200mm 取粉碎盘直径为 1200mm (2)锤体数目的确定 假设粉碎盘上的锤体数目为 20，则单位时间内通过物料的锤片数即是迎击 频率： Hz Zn f33.533 60 160020 60 转子锤片的通过时间： 00188 . 0 33.733 11 f t 由于转子转速很高，为方便起见，假定物料颗粒受锤体的冲击时间与锤体 通过的时间一样，即 t0.00188s。由冲量定理知：Pt=mv 设有质量为 m=1g 的颗粒，即可初估其迎击力为 N t mv P33.53 00188 . 0 100101 3 由此可见，物料颗粒在冲击粉碎时所承受的冲击力是十分可观的。锤片数 越多时，通过的时间越短，其迎击力更大，因此取锤片数为 20，锤体直径为 30，锤体高为 250。锤体材料选用 45 钢，b=60MPa Hz Zn f33.533 60 220020 60 1 00188 . 0 33.733 11 1 f t 其迎击力为N t mv PB33.53 00188 . 0 100101 3 对锤体进行受力分析，把锤体看做是固定铰支梁 由 B MPL=13333.33Nmm，则25033.53 b=60MPa 所以满足要求。 a94 . 4 301 . 0 33.13333 3 MP W M 2.3 传动装置设计 传动装置最常用的主要有齿轮传动，带传动和链传动三种形式。其各自的 优缺点如下： (1)齿轮传动可以用来传递空间两任意轴之间的运动和动力。其传动准确、 平稳、效率高、传动功率范围和速度范围广、使用寿命长，但其制造和安装精 立式搅拌棒 粉碎机 设计 10 度要求高、成本高不宜于远距离两轴间传动。 (2)带传动，可以起到缓冲吸振的作用；传动平稳无噪声；过载时，皮带在 带轮上打滑，可以避免其它机件的损坏，其到了保安作用；能够实现较大距离 间两轴的传动；通过改变带长，能适合不同的中心距要求，但是不能保证严格 的传动比，效率较低。 (3)链传动能够保持准确的平均传动比；传动效率较高，传动功率大；结构 简单，易于标准化，制造使用成本低，但其瞬时传动比不恒定，传动平稳性较 差，易产生冲击和噪声。 根据以上三种形式的传动，因本次设计主要是适用于较大距离间两轴的传 递，且要求传动平稳无噪声，因此采用带传动。传动示意图如图 4-1 所示，三 相异步电机输出的动力通过皮带轮传输到轴上，最后传输到粉碎装置。 1 电动机 2 小带轮 3 V 带 4 大带轮 5 主轴 图 2-6 传动示意图 根据设计方案及结构，该机选用普通 V 带传动,它具有缓和载荷冲击、运行 平稳、无噪音、中心距变化范围较大、结构简单、制造成本低、使用安全等优 点。 2.3.1 电动机的选择电动机的选择 根据粉碎机的工作条件及生产要求，在电动机能够满足使用要求的前提下， 尽可能选用价格较低的电动机，以降低制造成本。由于额定功率相同的电动机， 如果转速越低，则尺寸越大，价格越贵。粉碎机所需要的功率为，kwN509 . 3 故选用 Y 系列（IP44）型三相笼型异步电动机。 Y 系列三相笼型异步电动机是按照国际电工委员会（IEO）标准设计的，具 有国际互换性的特点。其中 Y 系列（IP44）电动机为全封闭的自扇冷式笼型三 立式搅拌棒 粉碎机 设计 11 相异步电动机，具有防灰尘、铁屑或其它杂务物侵入电动机内部之特点,B 级绝 缘,工作环境不超过40,相对温度不超过 95%,海拔高度不超过 1000m,额定电 压为 380V,频率 50HZ,适用于无特殊要求的机械上，如农业机械。 Y 系列三相笼型异步电动具有效率高、启动转矩大、且提高了防护等级为 IP54、提高了绝缘等级、噪音低、结构合理产品先进、应用很广泛。 传动效率：941 . 0 98 . 0 96 . 0 rv 0.96 v V 带传动效率 一对滚动轴承效率98 . 0 r 粉碎机的转子转速为min/1600rn 选电机时，令最大物料质量 m=20kg，在 5S 内粉碎机从转速为 0 达到正常 运转的转速 1600n/s。现计算如下： 20kg 的物料看做是均匀分布在粉碎筒的，则其转动惯量 J=1/2mr=1/2*20*3.14*0.4752=7.08kg.m 达到正常工作的转速 2200r/min,物料所具有的能量为 E=1/2*J*=15576J ，t=2，则平均功率 P=7788w， 由于传动总效率为 =0.941，故电机所需功率为 P=8276.3w 所以，选取电机功率为 11kW 其主要技术参数如下： 型号： 21160MY 同步转速： min/3000r 额定功率：kwN11 满载转速：min/2900r 堵转转矩/额定转矩： )/(0 . 2mNTn 最大转矩/额定转矩：)/(2 . 2mNTn 质量：kg117 极数：2 极 机座中心高：mm160 该电动机采用立式安装，机座不带底脚，端盖与凸缘，轴伸向下。 立式搅拌棒 粉碎机 设计 12 2.3.2 普通普通 V 带传动的计算带传动的计算 已知：电动机功率 ， 电动机转速 ，粉碎机主轴kwp11min/3000rn 转速。min/1600 2 rn 1）确定 V 带型号和带轮直径 工作情况系数 2 . 1 A K 计算功率 42 . 1PKP AC kwPC93 . 9 选带型号 A 型 小带轮直径 取mmD132 1 大带轮直径 带传动滑动率 一般为 1%2% 取 =1% 取mmD250 2 大带轮转速 取 min/ 8 . 1515 2 rn 2）计算带长 求 m D191 2 132250 2 12 DD DmmmDm119 求 mm DD 59 2 132250 2 12 mm59 3）求中心距 a 取hDDaDD）（ 2121 55 . 0 )(2mmh8 8)132250(55 . 0 )132250(2a mmamm 1 . 218764 根据实际确定：中心距 mma750 4）带长计算 2 cos2 22 )( 1221 r a DD r DD L =mm a aDm38.2104 750 59 15001912 22 5）带基准长度 取mmLD2000 6）求带轮包角 1 1 2 2 132 2900 (1)0.99239.25 1600 Dn Dmm n 1 1 2 1 132 2900 (1)0.99 250 Dn n D 立式搅拌棒 粉碎机 设计 13 小带轮包角 60180 12 1 a DD 56.17060 750 118 180 1 56.170 1 7）求带根数 Z 带速 V 传动比 i 带根数 ZkwP93 . 2 0 9956 . 0 k 93 . 0 l k 11 . 0 0 P 取4Z 8）求轴上载荷 单根 V 带张紧力 mkgq/10 . 0 2 0 ) 5 . 2 (500qV k k VZ P F c = 2 03.2010 . 0 ) 996 . 0 996 . 0 5 . 2 ( 403.20 93 . 9 500 = 取 N45.130NF45.130 0 轴上载荷 9）带轮结构 带速时的带传动，其带轮内一般用 HT200 制造，高速时应使用smV/30 钢制造，带轮的速度可达到。由于该机带速为，故带轮材料sm/45smV/4 . 9 选用 HT200。在设计带轮结构时，应使带轮易于制造，能避免因制造而产生过 大的内应力，重量要轻。根据结构设计，大带轮选用轮辐式结构，轮辐截面为 椭圆形，其长轴与回转平面重合，轮辐数目可根据带轮直径选取： a Z 时取 4，时取 6，取 8。mmD500mmD1600500mmD30001600 由于该带轮直径为，取。mmD2504 a Z 00 () c l p Z pp kk 9.93 3.53 (2.930.11) 0.9956 0.93 1 2 2900 1.913 1515.8 n i n 1 1 3.14 132 2900 20.03/ 60 100060000 Dn Vm s 1 0 177.8 2sin2 3 130.45 sin 22 Q FZF 782.56 Q FN 立式搅拌棒 粉碎机 设计 14 中小直径的带轮可以采用腹板式，更小的带轮可以制造为圆柱形。故该机小带 轮制造为腹板式。 带截面尺寸和带轮轮缘尺寸： 带型号：A 型 顶部宽：13 节宽：11.0 高度： Vb p bhmm8 带轮基本参数：V 基准宽度， 基准线上槽深， 基准线下槽，mmbd 0 . 1175 . 2 min a h7 . 8 min f h 槽间距， 槽边距， 最小轮缘厚，3 . 015e9 min f6 min 带轮宽度（轮槽数） ， 外径feZB2) 1(Z ada hdd2 2.3.3 轴的计算轴的计算 1）轴的转速 已知：电动机转速,粉碎机主轴转速，传min/2900rn min/ 8 . 1515 2 rn 动比91 . 1 i 2）轴的输入功率 电动机 kwP3 . 8 1 粉碎机主轴 kwPP81 . 7 941 . 0 3 . 8 0112 电动机与主轴的传递效率，带传动 01 94 . 0 01 3）轴转矩 电动机转矩： TdmN n Pd Td 1 9550 粉碎机主轴： 2 T 4）轴直径的初步确定 选材：45 钢，调质处理，,Mpa B 650Mpa s 360 结构设计：由机械设计式 11.2 确定轴的最小直径： 6 3 3 9.55 10 0.2 t pp dC nn 其中： 许用切应力， 由表 16.2 t Mpa t 35 轴传递功率 ，PkwP76 . 3 主轴转速，nmin/1275 2 rn 2 7.81 955049205.3 1515.8 TN m 3 8.3 9550 1027332.8 2900 N mm 立式搅拌棒 粉碎机 设计 15 由表 16.2 ，C112C 由上式可得： ，该轴上有两处键槽并且工作过程中有较大冲击，mmd 4 . 19 故取。mmd60 5）轴的设计 轴结构设计的一般原则：轴上零件的布置应使轴受力合理；轴上零件定位 可靠，拆装方便；轴应采用各种应力集中和提高轴疲劳强度繁的结构措施；应 具有良好的结构工艺性，便于加工制造和保证精度；对于要求刚性大的轴，还 应从结构上考虑减小轴的变形。根据以上原则，确定出轴的结构尺寸。 在该设计中，轴的轴向固定采用轴肩轴端挡圈的固定方法：轴肩结构 简单，可以承受较大的轴向力，轴端挡圈常用于轴端零件的固定， 。为了保证轴 的疲劳强度，轴肩处采用过渡圆角，且圆角不应太小。 2.3.4 主轴的强度校核主轴的强度校核 该机主轴与电动机轴联接是通过带传动进行连接，传递转矩，转筒固定在 轴上，因此可以认为转筒对轴的作用力为均布载荷均匀作用在轴上，转筒分别 通过键与轴两端联接。由于转筒上动齿盘的排列呈对称排列形式，在同一个平 面上每个动齿盘所产生的力相等，相互抵消。所以动齿盘产生的离心力对轴的 变形无影响，只受到转筒的作用力，使其产生弯曲变形，轴除受弯矩外，还受 扭曲变形。所以用弯扭组合变形对轴进行强度校核。 1）作用在轴上的力的分析 由于动齿盘在转筒上采用对称排列方式，其产生的离心力相互抵消，合理 为零。计算转筒的作用力：根据钢板重量的计算公式，不同厚度的钢板每平方 米的理论重量，由可以计算 SG 其中： 给定厚度的钢板每平方米的理论重量G 2 /mkg 钢板厚度 SmmmmS4 钢板密度， 3 /85 . 7 mmg 由于转筒面积为 2 5671 . 0 43 . 0 42 . 0 1mS 所以转筒总重量： kgSSSGM81.175671 . 0 85 . 7 411 转筒重量：NMg54.1748 . 981.17 转筒作用在轴上的分布载荷 mmNq/406 . 0 43057.55 带轮的作用力由前面计算得：NFQ56.782 2）轴的结构形状、尺寸及受力简图 （a）轴的结构形状和尺寸见图 2-7（a） 立式搅拌棒 粉碎机 设计 16 图 2-7（a） 轴的结构形状和尺寸图 （b）轴的受力图 图 2-7（b） 轴的受力图 计算支承反力 （c）水平面(xy 平面)受力图 图 2-7（c） 轴水平面受力图 水平面支承反力： 0 21 RQR FFF 0 1 R MF 即：0 5 . 638) 5 . 82 5 . 638( 2 RQ FF NFR14.101 1 NFR 7 . 883 2 （d）垂直面(xz 平面)受力图 图 2-7（d） 轴垂直面受力图 垂直面支承反力的计算 0 1 R MF q=0.406N/mm q=0.406N/mm 垂直面（xz面）受力图 水平面（xy面）受力图 立式搅拌棒 粉碎机 设计 17 即 ：0 5 . 638)56 2 530 (530 2 R Fq 则： NFR 2 . 108 5 . 638 321 530406 . 0 2 又由 得到：0530 21 qFF RR NFR98.106 1 在 BC 段上，有一个最大弯矩：设在 X 处，弯矩最大 则 2 )56( )( 2 1 X qFXM R 要使最大， )(XM0 )( dX XdM 处，最大，且mmX 5 . 319)(XMmmNXM 1 . 20085)( 画弯矩图： （e）水平面弯矩图： 图 2-7（e） 水平面弯矩图 （f）垂直面弯矩图： 图 2-7（f） 垂直面弯矩图 画合成弯矩图： 22 xzxy MMM 在截面处， mmNM 4 . 8244 在截面处， mmNM 9 . 38051 在截面处， mmNM 6 . 59539 在截面处， =62608N.mmNM 9 . 64577 （g）合成弯矩图： 水平弯矩图 64557.89Nmm M 5990.9Nmm 20085.1N/mm 5680.5Nmm 垂直弯矩图 M/Nmm 立式搅拌棒 粉碎机 设计 18 图 2-7（g） 合成弯矩图 画转矩图： （h）转矩图： 图 2-7（h） 转矩图 许用应力 许用应力值，用插入法由表查得：， Mpa b 5 . 102 0 Mpa b 60 1 应力校正系数 画当量弯矩图 当量弯矩： mmNT 2 . 16644 5 . 2821059. 0 在截面处， ImmNM 2 . 18574 在截面处， IImmNM 8 . 41532 在截面处，IIImmNM 3 .61822 在截面处， IVmmNM 3 . 66688 （i）当量弯矩图 ： 8244.4Nmm 38051.9Nmm 59539.6Nmm 64577.9Nmm 合成弯矩图M 转矩图T T=28210.5Nmm T=16644.2Nmm 当量弯矩图M 10574.2Nmm 41532.8Nmm 61822.3Nmm 66688.3Nmm 2 3.76 955028210.5 1275 TN m 1 0 60 0.59 102.5 b b 立式搅拌棒 粉碎机 设计 19 图 2-7（k） 当量弯矩图 校核轴径： 在截面处， II 在截面处， III 在截面处， IV 所以轴的强度满足要求。 3 1 19.140 0.1 b M dmmmm = = = 21.7635dmmmm = = 22.330dmmmm = = 立式搅拌棒 粉碎机 设计 20 第三章 标准件的选择 31 轴承的选择与校核轴承的选择与校核 31.1 轴承的选择轴承的选择 根据对该粉碎机的结构和对轴的受力分析可知，由于动齿盘为对称排列， 在转子的转动过程中动齿盘所产生的离心力相互抵消，轴承受到动齿盘产生的 径向力为零，但是由于转子自己会产生一定的离心力；同时由于转子自身的重 力，会使轴承受到轴向力。因此，在工作过程中轴承同时受到轴向和径向载荷 的作用，且轴承受到的轴向载荷较大，故选择圆锥滚子轴承。 3.1.2 轴承寿命计算轴承寿命计算 根据该机的工作情况，轴承寿命按照额定动载荷的方法计算较为合理：查 手册 30216 轴承主要性能参数如下：，KNCr160KNCor212 ，,Y=1.6, min/2600 0 rN 37. 0e6 . 1Y9 . 0 0 Y 1）轴承的受力分析 轴承所受径向力为，轴向载荷为，NFR14.101 1 NFR 7 . 883 2 NFR 2 . 108 2 ，。NFR98.106 1 NFQ56.782 2）轴承寿命计算 附加轴向力 N Y F F R S 6 . 31 6 . 12 7 . 883 2 2 2 轴承轴向力 由于轴下端轴承被压， NFF sa 6 . 31 11 NFFF Qsa 16.81456.782 6 . 31 12 X、Y 值 ，查表得 ，e F F R a 31 . 0 14.101 6 . 31 1 1 1 1 X 0 1 Y ，查表得 ，e F F R a 92 . 0 7 . 883 16.814 2 2 4 . 0 2 X 6 . 1 2 Y 冲击载荷系数 考虑中等冲击，查表得： d f 立式搅拌棒 粉碎机 设计 21 =1.5 d f 当量动载荷 NFYFXfP aRd 71.151)014.1011 (5 . 1)( 11111 NFYFXfP aRd 2 . 2484)16.8146 . 1 7 . 8834 . 0(5 . 1)( 22222 轴承寿命 因为，只计算轴承 2 的寿命 2 P 1 P hh P C n L r h 5 3 10 2 10636342) 7810 212000 ( 8 .1515 16670 )( 16670 式中： 以小时计算的轴承额定寿命，各种轴承的使用寿命有 h L 推荐值； 转子转速（转/分） ；n 轴承寿命指数，对于滚子轴承，。3/10 根据以上计算，轴承寿命满足要求。 32 键的选择键的选择 转子主轴上与带轮的连接键，转筒与主轴的连接键选用普通平键： 选用 GB109679。对于与带轮轮毂连接的键，其尺寸为 181145 该键可用。 3 333210 2107.81 101515.8 10 30 15 27 60 1.53120 p p pn T KldKld MPaMPa = 对于与动齿盘相连接的键，其尺寸为 181156 该键可用 3 333210 2107.81 101515.8 10 30 15 38 60 1.1120 p p pn T KldKld MPaMPa = 立式搅拌棒 粉碎机 设计 22 第四章 箱体和机架的设计 机器中的部件或大型零件都应有机座支撑，各种传动件也必须加以保护并 与外界隔开，以免零件损伤或造成人身或设备安全事故，所以也应有箱体或壳 体加以保护并支持各传动部件。 4.1 箱体的设计 箱体常用的材料主要有铸铁，铸钢，铸造铝合金等； 1)铸铁：铸铁是铸造机架的最好材料，铸铁的流动性好，铸造方法成熟， 毛胚质量稳定。铸铁中加入少量合金元素可提高其耐磨性，铸铁中的片状石墨 增大阻尼作用，有吸振效果，因而其动态刚度较好。 2)铸钢：铸钢具有良好的塑性和韧性，较好的焊接性和切削加工性。但铸 造时排出钢水中的气体和杂质比较困难，容易产生断裂，多用于重型机架。 3)铸造铝合金：重量轻，有较好的塑性，低温韧性和耐热性，常用作轻型 机架。 综上比较因铸铁流动性好，质量稳定，故箱体选用铸铁(HT150)铸造加工. 4.1.1 上箱体的设计 图 4-1 上箱体三维模型 4.1.2 下箱体的设计 立式搅拌棒 粉碎机 设计 23 图 4-2 下箱体三维模型 4.2 机架的设计机架的设计 钢材焊接性能的优劣决定于钢中的含碳量，一般是含碳量低的钢，其焊接 性能优于含碳量高的钢。因为机架的粗糙度要求不高，支架比较侧重于牢固程 度上，所以支架一般都是用焊接的方法进行加工的。 常用钢有 16Mn，19Mn，20 号钢，20Cr 等。 又因为所设计机架不好铸造，所以选用焊接，20 号钢。 图 4-3 机架三维模型 立式搅拌棒 粉碎机 设计 24 第五章 进出料口设计 5.1 进料口 进料口的结构如下图所示： 图 5.1 进料口结构图 进料口是由铁皮焊接成圆形的一个漏斗形的进料口，进料口竖直的焊接在 箱体上，以方便给漏斗装料和进料。 5.2 出料口 进料口的结构如下图所示： 图 5.2 出料口结构图 出料口是由钢管对焊成圆形的一个漏斗形的出料口，出料口竖直的焊接在 箱体下部，以方便出料。 立式搅拌棒 粉碎机 设计 25 第六章 立式搅拌棒粉碎机的装配 图 6-1 粉碎机三维装配过程 图 6-2 粉碎机三维模型 立式搅拌棒 粉碎机 设计 26 第七章 立式搅拌棒粉碎的机操作与保养维修 7.17.1 操作方法操作方法 1.开机前应认真检查设备联接是否牢固润滑部位是否加润滑油密封装 置线路是否正确等检查完毕确保无误后才能开机。 2.开机应按如下顺序先开关风机风机分级电机主电机全部顺序 正常后再打开加料电机。关机前 310 分钟前应停止进料按照与开机相反顺 序关机。 3.进料量应根据主机负载大小而定。如主机负载过大则应减少进料如 不足额负载则增加进料量确保主机在额定负荷下正常运行。一般正常运转 时 CEM40 型设备电流 2540A。 4.在成套设备所加工出的微粉细度可根据用户要求在一定范围内随意调 节。若产品较粗则可适当调高分级叶轮的转速直到合乎要求为止。反之 如产品细度过细则可适当降低分级叶轮的转速。 5.加工不同物料前先看物料 a含脂量超过 2%以上时应把环境温度降至 20以下后才能开机。 b坚硬或粗纤维物料最好是先把物料进行粉碎 50#80#300um 250um然后再进入粉碎机。 6.加工热敏性物料时主电机负荷应调整为略低于额定功率值。 7.输送管路风量的大小可由调整引风机风门的开启度来实现风量大时 产品粒度变粗但产量增大反之亦然。当风量以满足产品细度和生产率的要 求时一般不再进行调整。 8.应定期检查三角皮带的张紧度以防止皮带打滑皮带涨紧力应为 2 2.7kgf。 7.27.2 使用操作安全规则使用操作安全规则 1.要求被粉碎的原料不能含有金属、石块等杂物。如有这些夹杂物进入粉 碎室将会造成严重损坏。 2.开动机器前应检查各联接部位有无松动、各联接口是否密封良好、粉碎 室内有无落入金属杂物、各转动部位是否灵活、如果有异常现象、应加以排除 立式搅拌棒 粉碎机 设计 27 后方可开机。 3.欲检查
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