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小型 移动式 生物 粉碎机 设计

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湖南农业大学东方科技学院毕业论文（设计）中期检查表学 部： 理工学部 学生姓名刘思佳学 号200841914506年级专业及班级20 08 级 机械设计制造及其自动化 专业 （ 5 ）班指导教师姓名李明指导教师职称副教授毕业论文题目小型移动式生物质粉碎机的设计毕业论文工作进度已完成的主要内容尚需解决的主要问题1 开题报告2 粉碎机主体结构的设计3 粉碎机切削部分的设计4 粉碎机切碎部分的设计1 粉碎刀片形状尺寸的设计计算2 主轴的设计计算3 图纸绘制指导教师意见 指导教师签名： 2012 年 3 月 30 日检查（考核）小组意见检查小组组长签名： 年 月 日 湖南农业大学东方科技学院毕业论文（设计）任务书 学生姓名刘思佳学 号200841914506年级专业及班级2008级机械设计制造及其自动化(5)班指导教师及职称李明 副教授学 部理工学部 2011年 9月 20日 填 写 说 明 一、毕业论文（设计）任务书是学院根据已经确定的毕业论文（设计）题目下达给学生的一种教学文件，是学生在指导教师指导下独立从事毕业论文（设计）工作的依据。此表由指导教师填写。二、此任务书必须针对每一位学生，不能多人共用。三、选题要恰当，任务要明确，难度要适中，份量要合理，使每个学生在规定的时限内，经过自己的努力，可以完成任务书规定的设计研究内容。四、任务书一经下达，不得随意更改。五、各栏填写基本要求。（一）主要内容和要求：1工程设计类选题明确设计具体任务，设计原始条件及主要技术指标；设计方案的形成（比较与论证）；该生的侧重点；应完成的工作量，如图纸、译文及计算机应用等要求。2实验研究类选题明确选题的来源，具体任务与目标，国内外相关的研究现状及其评述；该生的研究重点，研究的实验内容、实验原理及实验方案；计算机应用及工作量要求，如论文、文献综述报告、译文等。3文法经管类论文明确选题的任务、方向、研究范围和目标；对相关的研究历史和研究现状简要介绍，明确该生的研究重点；要求完成的工作量，如论文、文献综述报告、译文等。（二）主要参考文献与外文资料：在确定了毕业论文（设计）题目和明确了要求后，指导教师应给学生提供一些相关资料和相关信息，或划定参考资料的范围，指导学生收集反映当前研究进展的近13年参考资料和文献。外文资料是指导老师根据选题情况明确学生需要阅读或翻译成中文的外文文献。（三）毕业论文（设计）的进度安排：1设计类、实验研究类课题实习、调研、收集资料、方案制定约占总时间的20%；主体工作，包括设计、计算、绘制图纸、实验及结果分析等约占总时间的50%；撰写初稿、修改、定稿约占总时间的30%。2文法经管类论文实习、调研、资料收集、归档整理、形成提纲约占总时间的60%；撰写论文初稿，修改、定稿约占总时间的40%。六、各栏填写完整、字迹清楚。应用黑色签字笔填写，也可使用打印稿，但签名栏必须相应责任人亲笔签名。毕业论文（设计）题目生物质小型移动式粉碎机设计 主要内容和要求（宋体五号，行间距单倍行距）设计一种能适应作业效率高、功能强、安全性好、移动性强的生物质小型移动式粉碎机。本设计的任务是根据目前生物质原料（残枝树叶、稻杆等）的利用愈受重视，结合生物质收集作业的特殊要求，对生物质小型移动式粉碎机整体方案、传动系统和工作部件进行规范设计。在指导教师的指导下制订周密的研究方案，进行认真的设计与计算。基本要求：1）所设计的生物质小型移动式粉碎机应具有以下特点： 主要技术指标 : 性能稳定、工作安全可靠、操作方便 发动机：汽油机（柴油机）24Kw； 刀盘直径：150300mm；粉碎刀片最大旋转直径：400 mm；刀盘转速：12002000rmin 树叶进料口（毫米）200mm、150mm；切削树枝最大直径：30mm 切削刀片（主刀）2片 ；粉碎刀片（甩刀）8片 底刀（位于旁料斗根部）1片 生产能力：10mm筛片200500 Kgh 轮胎：铁轮3个或4个 外形尺寸（长宽高）8005501000 mm2）需要提交的（电子）文稿：（1）完成3张A0图（折合），并要求利用计算机绘图软件绘出装配原理图及各零部件图，正稿电子文档各一份。；（2）撰写不少于10000字设计说明书，提交草稿、正稿、正稿电子文档各一份。要求计算合理、数据可靠，格式按湖南农业大学学报（自然科学版）的规定；（3）设计说明书的内容包括：课题的目的和意义；研究的主要内容；整体方案的确定；主要零、部件的选择和设计；搅拌过程分析与计算：重要零、部件的计算与校核；参考文献；鸣谢。注：此表如不够填写，可另加附页。主要参考资料（具体格式以规范化要求规定为准）1.北京农业工程大学主编.农产品加工机械与设备M,校编教材.1991.2.徐灏主编.机械设计手册 M.北京：机械工业出版社，1991.3.肖旭霖主编.食品加工机械与设备 M.北京：高等教育出版社，2000.4.陈 斌主编:食品加工机械与设备M.北京：机械工业出版社，2004.1105.无锡轻工业学院编.食品工厂机械与设备M.北京：中国轻工业出版社,1993.1156机械工业部编.机械产品目录（第九册）M.机械工业出版社.1986.1067.周开勤主编.机械零件手册.高等教育出版社.2004.4108.袁任先 张伟武编著.电动机控制电路选用与此无关258例.机械工业出版社.2004.4539.成大先主编.机械设计图册.化学工业出版社.2000.8410.成大先主编.机械传动.化学工业出版社.2000.13-2611.参考维普、万方、Google、Scidirect等数据库，查找相关论文12.中国农业机械化科学研究院编.农业机械设计手册(上、下册) M.机械工业出版社.13.刘鸿文.材料力学M.北京：高等教育出版社,2004.工作进度安排（宋体五号，行间距固定值22磅）起止日期主要工作内容2011.9.10 选题205 下达任务书200 开题205 设计200 中期考核200 完善与总结课题 2012.4.30前 提交正稿与预审205 答辩与修改要求完成日期：20 12年 5月 5 日 指导教师签名： 接受任务日期：20 11年 9月 21日； 学生本人签名： 注：签名栏必须由相应责任人亲笔签名。 湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计小型移动式生物质粉碎机的设计DESIGN OF SMALL MOVABLE BIOMASS GRINDER 学生姓名：刘思佳 学 号：200841914506 年级专业及班级：2008级机械设计制造及其自 动化（5）班 指导老师及职称：李明 副教授 学 部：理工学部 湖南长沙 提交日期：2012年5月 湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。同时，本论文的著作权由本人与湖南农业大学东方科技学院、指导教师共同拥有。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业设计作者签名： 年 月 日目 录 摘要1关键词11 前言2 1.1 研究的目的和意义21.2 国内外研究现状3 1.2.1 国内外理论研究成果3 1.2.2 国内外研究成果52 总体方案确定72.1 主要技术指标要求72.2 普通盘式小型生物质粉碎机的结构82.3 工作原理102.4 特点103 主要技术参数的确定和计算103.1 生产能力的确定103.2 飞刀数量、入料方式、和发动机的确定10 3.2.1 飞刀数量的确定10 3.2.2 入料方式和发动机的确定103.3 飞刀伸出刀盘长度的确定113.4 由飞刀伸出刀盘长度确定刀盘直径123.5 本章小结124 主要部件的设计计算124.1 入料部分124.2 切碎部分13 4.2.1 刀盘的设计13 4.2.2 动定刀的设计144.3 粉碎部分17 4.3.1 粉碎刀片和筛片间隙18 4.3.2 粉碎室宽度B18 4.3.3 转子工作直径D18 4.3.4 揉搓粉碎装置的设计184.4 传动部分的设计19 4.4.1 轴的最小直径计算19 4.4.2 轴的结构设计20 4.4.3 带传动的计算21 4.4.5 输入轴与V带轮间键的选择及校核23 4.4.6 输出轴与V带轮间键的选择及校核244.5 机架的设计245 标准件的选择255.1 螺钉的选择255.2 螺栓的选择255.3 螺母的选择255.4 垫圈的选择256 主轴的校核256.1 求主轴上的载荷256.2 按弯扭合成应力校核轴的强度266.3 校核轴的疲劳强度267 结论30参考文献 30致谢32 32小型移动式生物质粉碎机设计学 生：刘思佳指导老师：李 明(湖南农业大学东方科技学院,长沙410128) 摘 要：全球气候变暖和自然资源的枯竭，生物质能源研究是热点之一。而国内针对废弃农作物秸秆，园林绿化产生的树枝，树叶等生物质资源的粉碎收集还处于起步阶段。农作物茎秆，树枝，树叶及牧草类等粗纤维青物料粉碎加工多采用普通粉碎机，效率低，能耗高，不能达到粉碎要求，市场上也没有专业的加工机械产品面世，因此研制树枝和秸秆等青物料加工机械存在着客观的必要性。主要介绍了生物质小型移动式粉碎机的设计思想、设计方案、主要零部件的设计要点、性能参数的确定以及本机的工作原理。本机的机架、上盖都采用了铸件，降低了整机的重心；发动机和主轴之间通过皮带传动，缓和了载荷冲击；刀盘和主轴之间采用平键联接；飞刀用垫块和螺栓固定。 关键词:生物质，粉碎机，粗纤维，茎秆Design of Small Movable Biomass GrinderAuthor: Liu SijiaTutor: Li Ming（Oriental Science &Technology College of Hunan Agricultural University,Changsha 410128） Abstract：With the global warming and energy crisis,biomass energy research is a hot one.Domestic branches,leaves from landscaping,abandoned crop stalks and other biomass resources landscaping and collection is still in its infancy.The processing methods for crop stalks,tree branches,leaves more use ordinary grinder.Its a low efficiency,high energy consumption one,cant meet the crush requirements.On the market,have not professional processing machinery products available.So the development of branches and straw processing machinery there is an objective necessity.To this,the main introduction of small mobile biomass grinder design ideas,performance parameters and the machine works. The machines rack, about the top head has used the casting to reduce the machines center of gravity;Between the engine and the spindle adopts the belt transmission to relax the load impact； The connection of cutter and spindle is flat key；The fly cutter uses the screw and cushion to be fixed; The fly cutter stretches out the quantity to be able to adjust,and advantageous for disassembling and the replacement. Key words：Biomass;Grinder;Crude fiber;Stem1 前言1.1 研究的目的和意义由于温室气温排放导致全球气温变暖，自然石化资源短缺，生物能源成为世界上研究热点。中国是世界上消耗石油第二的国家，大约占全世界总量的6%1。国际能源中心（IEA）估计中国到2030年每天消耗1.4107桶汽油；随着汽车工业的发展和普及，2020年，汽车的使用量从2004年大约2.4107台增加到90-140107台，运输所需的能源从现在比例约33%发展到57%左右，每天的所需量从目前的1.6107桶到5.0107桶。因此，到2030年，温室排放气体将增长至7.14Gt/年2。对石油的需求导致中国更加依赖进口石油，2005年，中国进口石油约129亿桶，进口量连续13年排在世界第五，从1993年开始，中国成为了纯进口石油的国家， 2005年汽油进口约865107桶，占总消耗石油的42.9%；而且中国的进口量随着社会的发展将不断增加，2030年，75%的石油将依靠进口2。因此，中国面临能源需求、国家能源安全和环境污染的挑战。中国作为发展中发展最快，世界上人口最多的国家，在经济快速发展和国际地位大幅提升的基础，应该发挥其主导作用，制定研究政策和目标，开发利用可持续“中性碳”能源，其中包括生物乙醇的生产和使用。2009年，哥本哈根联合国气候大会，虽没有提出具有法律效应的文件对各国的温室气体排放约束，但各国对温室气体排放标准是争辩最激烈的，一旦通过的国际协议，对各国的排放将产生法律效应3。大量的能源需求和减少对石化石油的依赖，是世界上共同面临的挑战。选择可替代石化石油的可再生能源，比如沼气、生物乙醇、生物柴油、太阳能发电和废弃物发电等，有利于各国的环境保护、经济发展和能源安全。纤维素生物质转化成生物乙醇是世界上生物能源发展的热点研究之一4-8 。纤维素生物质主要包括农业残渣（水稻、玉米等秸秆）、森林残渣（树枝、锯末）、废弃物（废纸）、草本植物（芦竹）和木质植物（麻疯树、杨树），资源非常丰富，中国仅秸秆一年约有8.4 亿吨9，林木废弃物约2 亿吨10；到2030年，每年农作物残渣量达5.53 EJ；森林残渣达0.9 EJ（3/4来自木材加工，1/4来自森林残枝残叶）；加上生物质能源种植（每公顷平均产量15吨干，10%的土地可以作为种植面积10），统计计算，每年可以提供约23 EJ的能源，相当于6000 亿升的石油。而根据IEA的预测，2030年中国需要12.4 EJ的交通运输液体能源1。如果能够充分利用生物质能源，中国可以足够满足运输能源的需求。通过转化生成生物乙醇使用是中性碳排放过程，减少温室气体排放，有利于环境和资源的平衡利用。生物质能的特点：1) 可再生性:生物质能属可再生资源,生物质能由于通过植物的光合作用可以再生,与风能、太阳能等同属可再生能源,资源丰富,可保证能源的永续利用； 2) 低污染性:生物质的硫含量、氮含量低、燃烧过程中生成的SOX、NOX较少；生物质作为燃料时，由于它在生长时需要的二氧化碳相当于它排放的二氧化碳的量，因而对大气的二氧化碳净排放量近似于零，可有效地减轻温室效应； 3) 广泛分布性:缺乏煤炭的地域，可充分利用生物质能； 4) 生物质燃料总量十分丰富:生物质能是世界第四大能源,仅次于煤炭、石油和天然气。根据生物学家估算,地球陆地每年生产10001250亿吨生物质;海洋年生产500亿吨生物质。生物质能源的年生产量远远超过全世界总能源需求量,相当于目前世界总能耗的10倍。我国可开发为能源的生物质资源到2010年可达3亿吨。随着农林业的发展,特别是炭薪林的推广,生物质资源还将越来越多。要利用生物质能少不了生物质的加工，相应的生物质粉碎装置也应运而生。而生物质粉碎装置不仅能前期收集生物质还能将其粉碎压制成便于运输储存的块状。为生物质能的开发利用做前期准备。现行的粉碎装置多为为发电厂，锅炉等设备而设计的中，大型粉碎装置。本题生物质小型移动式粉碎机为推广生物质能的普遍利用以及分散收集而生。主要应用范围有环保部门收集到的生物质粉碎，绿化部门美化环境时收集到的树枝、叶等生物质粉碎，田间作物枝叶、茎杆等生物质粉碎以及林业部门收集到的小型枝叶粉碎和日常生活中（酒店、家庭日常生活等）产生的生物质粉碎。不仅能给生物质能基本应用（燃烧发热）提供方便也能给有关部门收集生物质提供便捷。1.2 国内外研究现状1.2.1 国内外理论研究成果国内外对粉碎机展开的研究，主要集中在粉碎理论、物料环流层、粉碎机设计理论和粉碎机性能影响因素几个方面。(1) 在粉碎理论方面：传统上学者一直认为物料进入粉碎室后受到锤片的正面冲击，受冲击的物料撞向齿板或筛片，然后反弹到锤片上，多次重复此过程。同时物料被旋转的锤片和固定的筛片摩擦粉碎。前西德的Friedrich教授利用高速摄影首次证实了物料进入粉碎室后受到的是偏心冲击而不是传统上认为的正面冲击。我国江苏正昌集团科研院的朱建东利用高速摄影得出物料进入粉碎室后受锤片打击做加速运动，物料经过加速后，在筛片和锤片的共同作用下，物料层的厚度达到最大并稳定下来。美国的Jacbon研究了粉碎机生产率、输出功率和筛孔直径的关系，并且得到了大麦、小麦、玉米等几种作物的捷克帕森系数。中国农机院通过实验得出了粉碎机比功率及粉碎物料的几何平均值之间的关系；此外还得出粉碎机度电产量与筛孔直径的关系。(2) 物料环流层：前苏联学者采用高速摄影技术,对群体物料在粉碎室内的粉碎情况进行了研究。发现物料在锤片冲击和锤片高速旋转所产生的气流共同作用下,在粉碎室的四周出现了物料的环流层。我国的朱新华等研究认为环流层是粉碎机大功耗、低效率的主要因素，认为可以效通过改变转子结构来降低环流速度。刘文广对粉碎机进行研究后得出，粉碎室内的物料环流层是粉碎机功耗大的主要原因。提出了一种新的粉碎室,即把圆形筛片弯曲成梯形的粉碎室,用于改善锤片式粉碎机的粉碎性能。新疆农科院农业机械化研究所的周向农以及新疆农业大学的史建新设计了一套直接测取粉碎机环流运动状态环流分布数据的装置，用数理统计的方法分析所测数据，初步揭示了粉碎机环流运动状态。为了破坏环流层，近年来出现了水滴形粉碎机。水滴型粉碎机是将普通锤片粉碎机的粉碎室从圆形变为了水滴形，这样既增大了粉碎室筛板的有效筛理面积，又能破坏物料在粉碎室形成环流，有利于粉碎后物料排出粉碎室，粉碎效率有所提高。另外水滴型粉碎机有主粉碎室和再粉碎室，物料在粉碎室内可形成二次打击，同一台粉碎机就能实现粗、细、微细3种粉碎形式。但这种粉碎机体积较大、制造复杂、成本较高，适合于综合性饲料厂使用。粉碎室有圆形和水滴形之分，粉碎室为圆形时，容易形成环流层，不利于出料，而粉碎室为水滴形时较易破坏环流层。内蒙古农业大学的刘文广、刘伟峰研究使用异型筛（非圆形）破坏环流层、提高效率，原理与使用水滴形或椭圆形粉碎室一样，但仍存在筛片磨损的问题。(3) 粉碎机设计理论:孙红彬等研究了立式粉碎机的工作原理及结构，对立式粉碎机的结构设计做了阐述，包括喂料装置、下料叉管等。张乾能、宗力利用UG NX的三维建模功能，建立粉碎机的三维模型。同时，用UGNX的模型分析和运动仿真模块，对粉碎机进行分析，提高了设计的可靠性，并对锤片进行了有限元分析，找出了锤片的危险截面。黄石市饲料公司的徐新武对饲料粉碎机的吸风系统进行设计与研究，通过生产实践证明产量比原来提高73%，粉碎机无灰尘外溢现象，排料口吸风罩运转正常，粉碎机温度低，电机负荷小。华中农业大学的刘宝研究了锤销摩擦对锤片式粉碎机转子振动的影响，分析了锤销摩擦对锤片运动及受力的影响，对粉碎机不同锤销摩擦组合进行了振动测试。中国农大的吉颖凤、王顺喜对锤片式饲料粉碎机的筛分效率做了专门的研究，指出：影响锤片式粉碎机筛分效率的最主要因素是粉碎室内碎物料的运动速度，增大碎物料的径向速度和减小切向速度可提高筛分效率，并在样机设计中采取了大通风量、大气流速度及新型筛(筛片包角287.5度，A型筛孔）。(4) 粉碎机性能影响因素:朱建东对锤片和筛板不同参数对锤片式粉碎机性能的影响做了分析，研究指出粉碎机的产量、成品粒度均匀性等是由多方面的因素综合决定的，并可通过调整吸风量、锤片排布、粉碎室、双锤片排布、筛板开孔率、排布方向等因素，使产量达到最佳, 成品粒度均匀。对于不同的粉碎形式,合理的锤头焊层以及筛板合理的结构和使用方法,有利于延长锤片和筛板的使用寿命，提高粉碎效率。朝阳市农机技术推广站的赵国兴对粉碎机配套动力、锤片末端线速度、粉碎室参数的确定、锤筛间隙、筛片面积等参数进行确定，并分析其对粉碎性能的影响。天津理工学院的董坚挺等建立了锤片式粉碎机转子组振动的力学模型及数学模型,分析了其固有频率及在额定转速下的振幅与其它参数的关系,为锤片式粉碎机在设计、制造、安装3个环节减少设备振动提供理论依据。国外有些锤片式粉碎机上采用了吸风出料系统，有的带有吸风出料风机，这提高了分离效率，降低了物料温升，但能耗没有降下来，这是由于进气量与出气量的匹配及气流的组织状态没有达到最佳，而且结构也复杂化了。1.2.2 国内外研究成果美国Balama Prima Equipment公司生产的威猛HG系列生物质粉碎机能粉碎多种材料。可将多种生物质高效安全的化为碎屑，从而作为生物质能源。也适用于市区狭小区域处理物料。图1 美国Balama Prima Equipment公司生产的HG系列生物质粉碎机Fig.1 HG series of biomass grinder ,Balama Prima Equipment Co., US江苏溧阳华生生物质机械有限公司生产的华生生物质颗粒机。有生物质颗粒产量高，稳定的特点，而且获得国家技术改进奖4项专利发明，主传动采用高精度齿轮传动，产量比皮带传动型提高20%左右。整机传动部分选用高品质进口轴承和油封，确保传动高效、稳定、噪音低。同时采用国际先进水平的补偿型蛇形弹簧联轴器，具有结构新颖、紧凑、安全、低故障等性能。在传统制粒机的基础上，从材质、热处理等工艺上加强主要工作部位的工作强度，从而达到生物质颗粒制粒要求。图2 江苏溧阳华生生物质机械有限公司生产的华生生物质颗粒机Fig.2 HuaSheng biomass particles machine,HuaSheng biomass machinery Co.,Ltd, LiYang JiangSu Province China国内外许多国家的政策法规，考虑到能源利用对环境的影响，不仅鼓励生物质能得研究和开发，而且给予适当的财政支持，刺激其发展。中国政府及有关部门对生物质能源利用也极为重视，己连续在四个国家五年计划将生物质能利用技术的研究与应用列为重点科技攻关项目，开展了生物质能利用技术的研究与开发取得了多项优秀成果。政策方面，2005年2月28日，第十届全国人民代表大会常务委员会第十四次会议通过了可再生能源法，2006年1月1日起已经正式实施，并于2006年陆续出台了相应的配套措施。这表明中国政府已在法律上明确了可再生能源包括生物质能在现代能源中的地位，并在政策上给予了巨大优惠支持，因此，中国生物质能发展前景和投资前景极为广阔。因此，研发生物质粉碎机，对提高生物质燃料燃烧处理效率、扩大生物质的用途、提高生物质废料的利用率、节约资源、美化环境具有重要意义。2 总体方案确定 2.1 主要技术指标要求: 1) 性能稳定、工作安全可靠、操作方便 。 2) 发动机：汽油机（柴油机）24Kw 。 3) 刀盘直径：150300mm；粉碎刀片最大旋转直径：400 mm；刀盘转速：12002000rmin 。 4) 树叶进料口（毫米）200mm、150mm；切削树枝最大直径：30mm 。 5) 切削刀片（主刀）2片 ；粉碎刀片（甩刀）8片 。 6) 底刀（位于旁料斗根部）1片 。 7) 生产能力：10mm筛片200500 Kgh 。 8) 轮胎：铁轮3个或4个 。 9) 外形尺寸（长宽高）8005501000 mm 。当前粉碎机有锤片式，切碎式，揉搓滚压式几类几种。对其特点分析如下：1）锤片式树枝/桠类粗纤维类生物质，一般径向尺寸比较大，在被切成小段后，由于尺寸较大，物料与锤片的接触面积比较大，同时锤片棱角与物料的接触几率小，如今市场上的锤片式粉碎机多为有筛粉碎机，含水量较多的青草类生物质易造成筛孔阻塞，导致粉碎效果变差。2）切碎式切碎机的加工对象为含纤维质较少的物料时能取得比较好的效果，但对秸秆，枝桠类粗纤维生物质进行加工则粉碎效果很差，远达不到粉碎效果。加工过程中只是将生物质进行一次性切碎，达不到粉碎效果，影响后续加工的要求。虽然在美国曾研究出一款秸秆粉碎桶，但不够完美，只是对其进行了相关报道，技术资料也不可获得。加工对象也是干物料。3）揉搓滚压式揉搓滚压式多用于颗粒物料及干粗纤维物料的加工。由于粗纤维类树枝，树叶含水量比一般干物料（含水量20%）高，很多微量元素也溶于水中，采用揉搓滚压加工方式会导致随水分流失大量微量元素，且容易加工成泥状。通过比较，结合设计指导思想的技术要求及现有生产设备，国内外先进技术，确定该生物质小型移动式粉碎机的总体方案为锤片式带筛片粉碎桶。主要由进料部分、切碎部分、粉碎部分、排料部分、传动部分和机体六部分组成。2.2 普通盘式小型生物质粉碎机的结构普通盘式小型粉碎机主要由刀盘、进料槽、传动装置和机壳等部分组成。刀盘套装在主轴上，主轴由装在轴承座中的轴承支承，由发动机通过皮带传动驱动。刀盘除作为切削机构切削木料外，还起飞轮作用，使飞刀在间断切削时，速度波动不大，因此要求刀盘有较大质量。刀盘的材料一般采用30，35，45号铸钢；当切削速度大于50 m/s时采用A4、A5锻钢。铸钢件必须退火处理，锻钢件须正火处理；粗加工后进行探伤检查，在开口处不允许有降低使用性能的缺陷。主轴的毛坯应为锻件，不应有降低使用性能的缺陷。普通（少刀）盘式机的刀盘上装有24把飞刀，飞刀在刀盘上的安装一般使其刀刃相对刀盘半径沿转动方向向前倾斜815布置。飞刀和楔形垫块用螺栓固定在刀盘上。垫块的作用是保证飞刀有一定的后角，一般为5左右。飞刀的材料一般采用铬镍合金工具钢或优质碳素工具钢，热处理后刃口部分的硬度为HRC5256。飞刀的楔角取3045，冻材、硬材取较大值 11 。飞刀刃口伸出刀盘平面的高度称为刀片的伸出量（又称装刀高度），其大小影响木片的长度，因此刀盘上所有飞刀刃口的伸出量必须相等。飞刀更换或刃磨后，应保持伸出量不变。飞刀利用刀片后部的垫块定位的，属无级调节，精度较高。盘式机是由安装在刀盘上的飞刀和安装在进料槽上的底刀形成剪切机构的。底刀的刃口用硬质合金堆焊而成。为防止因较大的冲击力损坏刃口，底刀的刃磨角较大，一般为8590，也有的大于90的（采用90的底刀，四角可轮换使用）。飞刀与底刀的间隙一般为0.3 mm1.0 mm，这取决于削片机的精度和刀盘直径的大小等因素。由于削片时原料尾端在进料槽中抬起，为获得要求的木片长度，实际装刀高度h应比计算值小2 mm左右。倾斜角a1取4552，偏角a2取2030。它们的大小不但影响木片的长度及厚度，而且还影响木片的切口面积、木片质量和削片的动力消耗。倾斜进料的进料槽通常还有转角a3，即进料槽底面与水平面的夹角，其作用是使木料在切削时沿槽底滑向刀盘中心，有利于实现连续切削、减小切削的阻力矩。对于水平进料的进料槽，倾斜角a1=0，只有偏角a2，由于偏角的作用，使削片机在削片时产生的进给方向的分力，牵引木料向刀盘进给运动。盘式秸秆粉碎机的排料分为上排料和下排料两种形式。上排料是在刀盘的外缘安装个个叶片，它在刀盘转动时产生气流，把削出的木片沿刀盘的切口方向从上排料口排出。当叶片的速度为27 m/s28 m/s时，木片的抛出高度可达4 m5 m。当刀盘的转速较高或直径较大而使得刀盘线速度较大时，为防止过度打碎木片，减小动力消耗，在刀盘上不装叶片，削出的木片由下部开口的机壳直接落到皮带运输机上输出，这称为下排料。大多数盘式小型粉碎机不设强制进料机构，仅有进料槽/口（又称喂料槽）。进料槽相对刀盘平面的安装角度影响自由进料时削出的木片长度。如图3所示，ABCD为平盘平面，BD为进料槽的中心线，CD平行于刀盘轴线，其值等于刀盘伸出量，则木片的长度l为： (1)即 (2)式中：h 飞刀伸出量； a1 倾斜角，即进料槽的中心线与水平面间的夹角；a2 偏角，即进料槽的中心线在水平面上的投影与刀盘轴线的夹角。图3 木片长度与进料槽安装角的关系Fig 3 the relationship of Chip length and the trough installation angle2.3 工作原理 当生物质物料从侧部的进料口进入机体后，被滚刀式切碎器切割为2025mm 的碎段。碎段随着转子高速旋转从而产生离心力，在离心力作用下均匀的进入圆筒型粉碎室的四周。通过锤片（粉碎刀片）的作用，将物料撞向筛片，然后反弹到锤片，多次重复此过程。同时物料被旋转的锤片和固定的筛片的棱角工作处发生剧烈的搓擦、剪切而逐渐细碎，直至达到所需要的加工要求，再通过筛片的过滤经下料口排出。由于锤片的排列方式采用的是对称排列，在粉碎过程中，转子运转平衡，物料无侧移现象，筛片的磨损比较均匀，不需要另加任何平衡装置。2.4 特点 根据所设计的具体结构和工作原理，该粉碎机具有以下特点： 1)通过转子和传动结构的优化配置，它具有结构紧凑、体积小、工作平稳的特点。 2)进排料方便，提高了生产率。 3)结构简单紧凑，操作维护方便，适合于广大农村使用。 4)能适应多种物料的加工，且为移动式具有广泛的适用性。 5)电机与主轴采用带连接，传动装置简单，降低了成本。3 主要技术参数的确定和计算3.1 生产能力的确定 在削片过程中，由于加料的不连续性，种类，含水率和被切削断面积的变化，以及同时参加切削的飞刀的数量不同，使切削力不是一个固定的数值。由文献知，目前盘式削片机的主电机功率(kw)一般按下列经验公式推算 (3)式中：不均匀系数，取； 加工1实积m3农业作料所需的能量，kw.h/实积m3； 削片机的生产率，m3/h。根据实验测得。由发动机功率为24KW，取K=1.1，E=6，N=4KW则 3.2 飞刀数量,入料方式和发动机的确定3.2.1 飞刀数量的确定由设计技术指标的要求切削刀片（主刀）为两片。3.2.2 入料方式和发动机的确定 针对物料粉碎前后长度比大的特性和对现有资料进行分析,粉碎机进料口的设计应具有防止秸杆等喂不进粉碎室和物料向喂入口飞溅等功能。在传统的设计中,喂料口倾角为90时,物料无反料和架空现象,但是该设计仅仅适合颗粒料的加工；喂料口倾角为7565时,物料不反料,但是喂树枝茎杆时有一定程度的架空现象；喂料口倾角为30时,物料无架空现象,粉碎树枝茎杆时其度电产量还略有提高,但是反料相当严重。由上可知9030范围内随喂料角度减小，架空现象减少，反料现象增加。根据实际现有资料和实际需要,设计进料斗喂料倾角为45角,选用厚为3mm 的A3 钢板制造,进料口采用敞开口,斜面下滑的形式,采用螺钉与机体连接。在进料口一侧装有定刀,与切碎器配合工作。由设计要求和国家质检总局2008年公布的通用小型汽油机产品质量国家监督抽查质量公告12选取其中质量较好的产品确定选取：重庆吉骜动力机械有限公司生产的JA168FB型通用汽油机其额定功率为6.5/3600 HP/rpm即4.78/3600 KW/rpm，外形尺寸为长宽高：415*360*390mm。表1 JA168FB型通用汽油机技术参数Lab.1 JA168FB gasoline engine technology parameters发动机型式Engine type单缸、四冲程 Single cylinder、4-stroke、overhead vale 缸径*行程Bore*Stroke(mm)68*54排量Displacement(ml)196最大输出功率Max.output(HP/Rpm)6.5*3600最大扭矩 Max.torque(N.m/Rpm)13.2*2500燃料 Fuel designation90号以上无铅汽油（GB/79030-1999）油耗 Fuel consumption（g/KW.h）395油箱容积 Fuel tank capacity（L）3.6包装尺寸Dimension L*W*H415*360*390 净重 Net weight（kg）160.53.3 飞刀伸出刀盘长度的确定设计要求切削树枝的最大直径为30mm及2.1确定总体设计方案时确定的入料斗倾角为45，得示意图5可以确定飞刀伸出刀盘长度h可得 ，得 确定飞刀伸出刀盘长度h为42.42mm，取整h为50mm。 装刀高度的确定：由公式 (2) ；为入料的伸出量本设计确定的初始切削长度为2025mm取；入料倾斜角度为，则，。得 。图4 飞刀伸出刀盘长度与最大切削直径关系Fig.4 Relationship of the length flying extended the cutter and the Maximum Cutting Diamenter 3.4 由飞刀伸出刀盘长度确定刀盘直径 由设计要求粉碎刀片最大旋转直径为400mm，选定飞刀的旋转直径也为400mm，则刀盘直径为：3.5 本章小结 本章主要介绍了小型移动式生物质碎机的各个主要技术参数的确定，包括生产能力，发动机的确定，飞刀数量，入料方式，飞刀伸出刀盘长度，刀盘直径。4 主要部件的设计计算4.1 进料部分由2.1总体方案确定和设计要求确定进料斗喂料倾角为45角,进料口（毫米）为200mm、150mm的矩形进料斗，选用厚为3mm 的A3 钢板制造,进料口采用敞开口,斜面下滑的形式,采用螺钉与机体连接（进料斗未确定的几何尺寸应结合粉碎机整体尺寸确定，此处暂不确定）。在进料口一侧装有底刀,与切碎器配合工作。4.2 切碎部分4.2.1 刀盘的设计（1） 刀盘尺寸确定：结合设计要求：粉碎刀片最大旋转直径为400mm设定该粉碎机飞刀的最大旋转直径为400mm，则设计刀盘的直径为。图5 刀盘的结构设计Fig.5 The design of the cutter structural 如图7所示，将刀盘看作实心圆盘，计算刀盘应有的转动惯量： (4) 式中： 刀盘运转时的盈亏功，取J；刀盘的角速度，；速度不均匀系数，。则 =0.329kgm-2 由 (5)得： 即刀盘重量为286.6kg。由 (6) 式中：飞轮材料的比重飞轮的宽度得： m (7)取 mm为防止轮缘破裂，验证轮缘的圆周速度m/s(4.5)钢制飞轮的最大圆周速度：60m/s ，故刀盘强度满足要求。由以上计算确定刀盘的尺寸为：直径d=300mm，宽B=60mm刀盘的材料选用钢，刀盘结构各部位是根据力的要求和安装叶片而设计的，飞刀经夹紧机构夹紧。在刀盘上，刀盘的内孔为圆孔，上挖键槽，以保证刀盘与主轴的同轴度和固定。由于少刀盘式粉碎机工作时属于间歇运动，故实际消耗功率是变化的，因此，将刀盘看作飞轮设计，以便在驱动力的功超过切削阻力的功时，将多余的能量贮藏起来，使动能增大时，速率增加不太大；反之，当切削阻力的功超过驱动力的功时，把多余的能量释放出来，使动能减少时，速率降低不至于太大。刀盘的作用就是使刀盘的速率波动不至于太大。4.2.2 动定刀的设计 本设计采用滚刀式切割器形式，该切碎器具有结构紧凑、切割质量好、负载比较均匀的优点。 而滚刀式切碎器主要有以下几种，其结构特点及性能比较见下表2。表2 常见的滚筒切碎器结构性能比较Lab.2 the compare of common roller chopper structural performance主要特点动定刀形式缺点螺旋滚刀式滑切角和推挤角是常数，等于动刀螺旋线的螺旋角。切割阻力均匀动刀采用螺旋刀片，定刀为直线刃口。有理想的滑切角和推挤角动刀片的制造、刃磨和间隙调整比较麻烦平板滚刀式刃磨工作实现机械化，刀片间隙易于调整动刀是平板刀，定刀是平板直刃，定刀安装位置正常而不倾斜，有一定滑切角滑切角和推挤角 不够大，动刀片制造比较麻烦直刃斜装滚刀式动定刀加工，刃磨方便。结构紧凑，可采用较高转速。动定刀片刃口都为直线，实现等间切割定刀片的安装位置特殊，刀片间隙调整麻烦 根据以上分析，选择单叶双曲面平板直刃滚筒式切碎器。切碎装置设置在粉碎筒上方，主要由动刀、定刀板和刀盘组成。性能良好的切碎器应该是切割质量高，耗用动力小，结构紧凑，工作平稳，安全可靠，便于磨刃，刀片拆卸、安装、使用和维修方便。切割器工作时是切削刀片配合安装在机体上的定刀产生的剪切作用来切断树枝纤维,达到一定尺寸(2025mm)的碎段以满足进一步粉碎的加工要求。设计和选用刀片时应满足下面三个要求：(1) 钳住物料，保证切割。在切割时，刀片的钳住角必须小于才能钳住物料，保证切割平稳，即 定刀对物料的摩擦角，由实验求的 动刀对物料的摩擦角，由实验求的(2) 在切碎时要求产生滑切以降低功耗，产生滑切角大于摩擦角即，一般动刀与物料的摩擦角，在切割过程中，不同物料在刀刃参数和切割范围一定的条件下，在一定范围内增大滑切角可降低功耗。在切割粗茎杆，树枝桠等物料时，为使其功耗最小，最佳滑切角(3) 切割的阻力矩要均匀，随着刀片切割进程的增加，切割阻力逐渐减小。根据以上分析知：刃口锐角一般取，在刃口处留有宽度的刃磨区，所以取。动刀厚度为23mm，取3mm，定刀厚度为36mm，取5mm，动定刀间隙为0.51.0mm，取1mm。磨刃角对刀片的使用寿命和功率消耗有很大的影响，随着角的增大，切割所需要的功耗增加，若大于时更为显著，但太小使的刀片耐磨性降低，故常用为，由于切割的茎杆树枝桠强度大，则小些，但是为了延长刀片使用寿命，可取大些，所以取，则切割角动刀形状:采用矩形直刃刀片,其特点为几何形状简单,便于加工制造、磨刀方便。 动刀材料：动刀要求具有良好的耐磨性和抗冲击性。动刀材料采用65Mn钢，刃部高频淬火处理，淬火区硬度要求达到HRC5862。非淬火区硬度要求不低于HRC32。刃口磨锐，厚度不大于0.2mm。 滚筒上每把刀片包围滚筒的弧长： （8）式中： 滚筒半径（m） 滚筒上刀片数量，为2把 由于考虑到其结构特性，取。动刀尺寸:动刀尺寸参数如图8所示； 图6 动刀片Fig.6 the Moving blade 考虑到安装尺寸确定矩形刀片B(宽)H(高)为6060mm,刀片厚度=3mm,刃口厚度为90um,刀片上螺钉孔直径d=4mm ,磨刃角过大，切割所需功耗增加;磨刃角过小，刀片耐磨性降低，故常用的角为1530，由于切割的树枝强度大，则小些，但是为了延长刀片使用寿命，可以取大些，所以取。定刀板：定刀板焊置在进料口端面的边缘处，材料采用A3普通钢板宽度与动刀宽度一致（60mm），高度为30mm。动、定刀安装：每片动刀分别用两个十字槽沉头螺钉与动刀支撑板紧固，要求螺钉头低于刀片平面2mm。为减少切割功耗，保证切割应有一定的滑切角，刀片刃口线与刀片安装中线呈220夹角。即刀片滑切角=220。刀片在支撑板上的安装与进料口进料平面相配合，应与其铅垂面呈一定的角度，角度的大小视进料口平面而定。动刀、定刀安装尺寸：为保证良好的切割质量，不堵塞，动定刀间隙为0.51.0mm，取1mm如图9所示： 图7 动定刀安装尺寸Fig.7 the mounting dimensions moving and stationary knife 4.3 粉碎部分转子工作直径和粉碎室宽度与配套动力有一定的关系： (9)其中：K系数，一般K=923之间较为适宜 N配套动力（千瓦） N=4KW D转子工作直径（mm） B粉碎室宽度（mm）4.3.1 粉碎刀片和筛片间隙 不适当的粉碎刀片和筛片间隙会显著地降低生产率和增加粉碎刀片与齿板的磨损，间隙过大，粉碎时间增加，不一定满足粒度要求，降低了生产率，但间隙太小，粉碎室容纳的物料少，增加功耗。根据国内设计粉碎机系列正交实验结果，推荐秸秆，枝桠类=1014mm，普通型=12mm，故取=12mm4.3.2 粉碎室宽度B粉碎室宽度太大，物料分布不均匀，粉碎刀片数量一定时，搓擦次数少，粉碎能力低；粉碎室宽度太小，物料不能很好的粉碎，粉碎能力降低，生产率也降低。根据现有资料和粉碎刀片最大旋转直径：400mm，考虑到粉碎物料为枝桠，秸秆等粗纤维物质及4.3.1确定的粉碎刀片和齿板间隙，B应取大些试取为B=430mm。4.3.3 转子工作直径D有设计要求：粉碎刀片最大旋转直径400mm，确定转子工作直径D=400mm,满足要求。4.3.4 揉搓粉碎装置的设计揉搓粉碎装置由圆筒、粉碎刀片、筛片等组成。其中粉碎刀片采用螺栓与圆筒紧固组成转子，圆筒用键与主轴连接。粉碎刀片安装在圆筒上，是主要的工作部件，其作用是对物料进行冲击、揉搓和摩擦以达到揉搓粉碎物料的要求。 （1）粉碎刀片形状：根据秸杆类为纤维物质物料的物理特性，粉碎刀片采用凿片形式，其工作面形状为尖角，这种形状的凿片适应纤维质物料，耐磨性好。为加强粉碎效果，凿片采用U型，使得凿片的片数增加，并利于用螺栓固定在圆筒上。 （2）粉碎刀片尺寸：根据现有资料，综合考虑到粉碎秸杆时凿片耐磨性及其加工的工艺性，取凿片厚度=5。凿片其它主要尺寸为凿片长为40mm,宽为30mm,高为40mm,螺孔直径为13mm. （3）粉碎刀片材料：由于凿片是易损件，为提高使用寿命，选用优质钢（65Mn钢），进行热处理，淬火深度为0.81.2，淬火后工作侧面硬度HRC5070 ，距螺孔4 范围内的硬度不超过HRC28。 （4）粉碎刀片数目：凿片数目多,搓擦粉碎作用效果好.但起动转矩较大.根据设计要求：飞刀数量为8片，确定凿片为8片。 （5）粉碎刀片排列：凿片的排列要求是：凿片沿粉碎室运动轨迹分布均匀，物料不推过一侧，有利于转子的动静平衡。凿片分2列，按在圆周上互差呈螺旋线排列，用螺钉紧固在圆筒上，该排列方式简单，工作时转子运行动平稳，这种排列方式可使物料在揉搓粉碎过程中在粉碎室内沿螺旋线至上向下做轴向运动，增加物料在机内的停留时间，物料粉碎过程通畅。 圆筒主要用来安装粉碎刀片，能使揉搓粉碎过程中物料通畅地由上至下作轴向运动。 （1）圆筒形状：圆筒采用薄钢板空心圆柱形状，圆筒上端面用钢板封闭，圆筒下端采用钢筋支撑。圆筒上端焊有刀盘，采用键与主轴联接，圆筒下端采用钢筋支撑与主轴相连定位。空心圆筒内设有加强筋板支撑，以保证圆筒的强度和刚度，加强筋板的布置应力求使圆筒在转动时所产生的离心力平衡。安装锤片的螺孔处分别焊有加强钢板。（在保证强度和刚度的前提下加强筋板数量不宜太多，以减轻园筒转子的重量） （2）圆筒材料：圆筒采用普通A3钢板，园筒下端钢筋和加强筋板采用普通钢材，圆筒上、下端套筒采用35号结构钢。（3） 圆筒尺寸参数：圆筒直径D筒=400-40*2=320mm,圆筒高度H筒=430mm,圆筒钢板厚度=4mm。 筛片型号的选择：筛片已给出尺寸只需选型，常用的筛片有冲孔型、钻孔型、圆锥型孔筛和鱼鳞筛等种筛片。本设计的粉碎物为树枝桠、农作物茎杆，由此选择常用的圆柱型冲孔筛：由粉碎室宽度和圆筒高度确定其尺寸为：10-1350*430 SB/T 10119。4.4 传动部分的设计4.4.1 轴的最小直径计算 根据设计公式15-1实心圆轴公式，选用45号钢，其切应力 MPa (10)写成设计公式，轴的最小直径 mm （11）上两式中： 轴的抗扭截面系数，mm； 轴传递的功率，kW； 轴的转速，r/min；许用切应力，MPa；与轴材料有关的系数，可由设计表15-3查得。取=112对于受弯矩较大的轴宜取较小的值。当轴上有键槽时，应适当增大轴径：单键增大，双键增大。由带传动传动，取带传动效率，则轴的最小直径为mm (12)为了保证轴的强度，选mm。输出轴的最小直径显然是安装带轮处的直径，取，根据带轮结构和带轮宽度B=80mm，取。图8 主轴结构Fig.8 The structure of Spindle4.4.2 轴的结构设计(1) 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度。 为了满足带轮的轴向定位要求，-段右端需制出一轴肩，故取-段的直径； 初步选择角接触球轴承。按照工作要求并根据，由机械设计课程设计手册14轴承产品目录中初步选用标准精度级的角接触球轴承7208AC，其尺寸为，考虑端盖的厚度及装配尺寸取由手册查得7208AC型轴承的定位轴肩安装尺寸Dmin=47故；考虑圆筒的高度为430mm，圆筒下端面与机架的间隙取20mm，LIII-IV=450mm。 安装刀盘的轴端-的直径，由刀盘宽度为60mm，为了使套筒端面可靠地压紧刀盘，此轴段应略短于刀盘宽度，轴肩高度，故取，则轴环处的直径。轴环宽度，取。 VI-VII段为预留安装间隙，防止圆盘与箱体的运动干涉，轴的右端轴承的定位，有手册查得7208AC型轴承的定位轴肩安装尺寸为47mm，取LVI-VII=5mm,dVI-VII=47mm,考虑到装刀高度35.36mm，动刀厚度3mm，定刀厚度30mm，则LVI-VII=73.36mm。 VII-VIII段安装轴承，因此，取dVII-VIII=40，LVII-VIII=18mm。至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。(2) 轴上零件的周向定位 带轮与轴的周向定位均采用平键连接。按由机械设计表6-1查得平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为，V带轮与轴的配合为。轴承与轴的周向定位是由过度配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为。(3) 确定轴上圆角和倒角尺寸：参考文献13表15-2，取轴端圆角。(4) 轴承的润滑和密封：密封装置采用毛毡式，采用涂黄油的方式进行润滑。4.4.3 带传动的计算由发动机输出功率 ，转，带传动传动比i=9:5，每天工作8小时。（1) 确定计算功率由机械设计13表8-7查得工作情况系数，故 （13）（2) 选择V带类型 根据，设计图8-11，选用Z型带 (3) 确定带轮的基准直径并验算带速 初选小带轮基准直径由文献可知，选取小带轮基准直径。 验算带速 （14）因为，故带速合适。 计算大带轮的基准直径 根据设计调整选取，传动比，从动轮转速 ，满足设计要求：刀盘转速12002000r/min。(4) 确定V带的中心距和基准长度 由设计公式8-20：得: ，取 (15) 由设计公式8-22计算带所需的基准长度 （16） 由设计表8-2选取V带基准长度 由设计公式8-23、8-24计算实际中心距 （17） (5) 由设计公式8-25验算小带轮上的包角: （18）(6) 由设计8-26计算带的根数 计算单根V带的额定功率由和，查文献得。根据，和Z型带，查文献得。查文献得，查表得，于是 （19） 计算V带的根数 （20） 取6根。(7) 由设计公式8-27计算单根V带的初拉力的最小值由表得Z型带的单位长度质量，所以 （21）应使带的实际初拉力。(8) 由设计公式8-28计算压轴力压轴力的最小值为 （22）(9) 带轮的结构设计，小带轮采用实心式，大带轮为腹板式，由单根带宽为8.5mm，取带轮宽为74mm。铸造大、小带轮的结构如图所式：图9 大、小带轮结构Fig .9 the Structure of pulley（10）大小带轮基本尺寸确定：由设计带轮的结构形式，确定各量。 4.4.5输入轴与V带轮间键的选择及校核轴径，轮毂长度，查设计表6-1，选A型平键，其尺寸为：，。现校核其强度：,， （23）查文献得，因为，故键符合强度要求。4.4.6输出轴与V带轮间键的选择及校核轴径，轮毂长度，查文献，选A型平键，其尺寸为：，(GB/T 1095-2003)。现校核其强度：,，查文献得，因为，故键符合强度要求。4.5 机架的设计根据枝桠粉碎机机身的尺寸和安装条件，设计机架如下图10所示。图10 机架结构图Fig.10 the Structure of frame机架材料选用热轧槽钢（GB707-1988）,型号10两根纵梁中间焊接四根横梁，。中间两根横梁上打有螺栓孔，用于承载机身和发动机。上面一根横梁用于焊接牵引杆，下面一根横梁用于焊接进料口支承筒。纵梁下端装有支撑板，一方面用于安装车轮轴和车轮，另一方面可以抬高机体高度，方便人工进料。车轮选用4个普通斜交轮胎 ，其高度和承载能力都符合要求。5 标准件的选择5.1 螺钉的选择 切削刀片与刀盘的连接、粉碎刀片与转子的连接用螺钉：连接部位要求螺栓头低于刀片平面2mm。根据机械设计课程设计手册表3-15，选择十字槽沉头螺钉：GB/T 818 M3*255.2 螺栓的选择 用来连接支承电动机钢板与支架、支承粉碎机钢板与支架用螺栓：由于是用于板间连接，螺栓主要是受到剪切作用，故采用受剪螺栓连接。连接转子和凿片用螺栓和连接齿板与机体用螺栓主要是受到拉伸应力，采用受拉螺栓连接。选用GB/T 57832000 M12*22。5.3 螺母的选用 主要根据所用螺栓规格进行选择： GB61702000 M12。5.4 垫圈的选择 根据需要选用普通平垫圈：GB8482002 12。5.5 由已知量确定总体尺寸 入料斗、出料斗的尺寸确定，由设计要求粉碎机的长*宽*高为：800*550*1000，在竖直反向上考虑车轮、粉碎桶高度外其余高度可用来装备入料斗和出料斗。除去箱体和车轮的高度外还剩余400mm，由此确定入料斗和出料斗的高度为100mm，出料斗参照入料斗形式反向固定在箱体上，出料口尺寸取为200*150mm。 入料倾角为450取入料斗的形状为梯形，则其与机体连接的下开口尺寸为100*150mm,高度为100。出料斗采取和入料斗反向形式。进料斗和出料斗采用普通A3钢板制造，厚4mm。6 主要零部件校核6.1 求主轴上的载荷首先根据轴的结构图做出轴的计算简图。在确定轴承的支点位置时，应从手册中查取值。对于7208AC型角接触球轴承，由文献中查得。根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图。从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面C是轴的危险截面。现将计算处的截面C处的、及的值列于下表。表3 主轴受力情况Lab3 the Force of spindle载荷水平面垂直面支反力FFnh1=0 NFnh2=0 N弯矩MMh=0 N*mmMv=Mv1=Mv2=182000 N*mm总弯矩MM=182000 N扭矩TT1=76600 N*mm，T2=-510N*mm，T3=-76090 N*mm图11 主轴受力情况图Fig11 the Force of spindle6.2 按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度。根据表数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力： （24）前已选定轴的材料为45钢，正火处理，由文献13表15-1查得。因此，故安全。6.3 校核轴的疲劳强度(1).判断危险截面根据图5.1，由弯矩和扭矩图可知B截面所受弯矩和扭矩的最大，因此只需校核截面III即可。(2) .截面III左侧 抗弯截面系数： 抗扭截面系数： 截面III左侧的弯矩M为： 截面III的扭矩为： 截面上的弯曲应力： 截面上的扭转切应力： 轴的材料为45钢，调质处理，由文献得，。 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按文献13附表3-2查取。因，经插值后可查得：，又由文献可得轴的材料的敏性系数为：，故有效应力集中系数为： （25） （26）由文献的尺寸系数；扭转尺寸系数轴按磨削加工，得表面质量系数为：轴未经表面强化处理，即，则综合系数为： （27） （28）查手册得碳钢的特性系数：，取;，取于是，计算安全系数值，则 （29） （30） （31）故可知其安全。(3) 截面III右侧抗弯截面系数： 抗扭截面系数： 截面III的弯矩为： 截面III 上的扭矩为：截面上的弯曲应力：截面上的扭转切应力：过盈配合处的，用插值法求出，并取，于是得，轴按磨削加工，得表面质量系数为：故得综合系数为：; (32)所以轴在截面III右侧的安全系数为： (33) (34) (35)故该轴在截面III右侧的强度也是足够的。6.4 轴承的校核1）查机械设计手册可知，7208AC的Cr=25.8KN,Co=19.2KN。求出轴承受到的径向载荷Fr1和Fr2Fr1=Fr2=2） 计算轴承轴向力Fa1和Fa2，对于7208AC轴承按表13-7，轴承内部附加轴向力Fd=eFr，其中e为表13-5中的判断系数，其值由Fa/Co的大小来确定 ，但现在轴承轴向力Fa未知，故设取e=0.42，因此可以估算：Fd1=0.42*Fr1=0.42*2250N=945NFd2=0.42*Fr2=0.42*250=105NFa1/Co=205/19200=0.011NFa2/