毕业设计（论文）-圆锥破碎机的设计（全套图纸三维）.pdf

本科生毕业论文（设计）本科生毕业论文（设计） 题 目 圆锥破碎机的设计 系 别 机械工程系 专专 业业 机械设计制造及其自动化技术 学生姓名学生姓名 学学 号号 年级年级 2011 级级 指导教师指导教师 二二 0 一五一五 年年 四四 月月 十四十四 日日 本科毕业论文 圆锥破碎机的设计 1 圆锥破碎机的设计圆锥破碎机的设计 专业:机械设计制造及其自动化 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 学生: 指导老师: 摘摘 要要 在全球经济发展的大环境之下，我国各个行业在受到其他国家先进技术冲击的同时， 与国外品牌企业的沟通交流的机会也变的越来越多。圆锥破碎机行业通过行业展会、科研 合作等多种途径，不断的提高了自身实力和核心竞争力，缩小与发达国家之间的差距。 在新的市场需求的驱动下，矿山开采设备的更新和优化升级更加迫切。国内圆锥破碎 机设备生产企业充分挖掘市场潜力，大力发展大型环保节能的圆锥破碎机械设备，在绿色 环保化矿山开采的转变中挥积极作用。 一般生产大型圆锥破碎机设备的企业对设备环保指 数上都有严格的要求。各企业在生产设备时，都充分考虑到设备在运行中可能会出现的种 种问题，从而减少设备因为振动或者操作不当而引起的噪音大、污染重等现象。 国内圆锥破碎机设备的研发及制造要与全球号召的低碳经济、绿色世界主题保持一 致。加大圆锥破碎机设备新型节能绿色环保圆锥破碎机的研发及生产是行业发展的大趋 势，同时也迎合了国内基础建设发展的需求。 本科毕业论文 圆锥破碎机的设计 2 破碎机的发展与人类社会的进步和科学技术的水平密切相关。随着科学技术的发展， 各学科间相互渗透，各行业间相互交流，广泛使用新结构、新材料、新工艺，目前破碎机 正向着大型、高效、可靠、节能、降耗和自动化方向发展。 本文介绍了圆锥破碎机的结构组成、工作原理以及主要零部件的设计中所必须的理 论计算和相关强度校验该圆锥式破碎机的优点是传动链短、效率高、易加工、使用和维护 都很方便，较适合在恶劣的环境下工作。 圆锥破碎机广泛应用于金属矿山、冶金工业、化学工业、建筑工业、水泥工业及砂石 行业等，适用于中、细碎普氏硬度 f=5-16 的各种矿山和岩石，如铁矿石、有色金属矿石、 花岗岩、石灰岩、石英岩、沙岩、鹅卵石等。它工作时，电机通过三角带、传动轴、传动 齿轮带动偏心套旋转， 动锥在偏心套作用下做旋摆运动， 使动锥和定锥时而靠近时而偏离。 物料在破碎腔内不断受到挤压、冲击而破碎，破碎的物料经筛选靠自重从下部排出。 关键词关键词：圆锥破碎机；中心距；弯曲疲劳强度；弯曲许用应力 Abstract Under the global economic development environment,Chinas various industries in other countries by the advanced technology of impact at the same time.More and more enterprises with foreign brand communication opportunities will become Cone crusher industry through a variety of ways industry exhibition, scientific research cooperation A variety of approaches of scientific research cooperation Constantly improve their own strength and core competitiveness Shorten the gap with the developed countries. This article is mainly of the pneumatic manipulator the overall design, and pneumatic design. This mechanism of manipulator includes cylinders and claws and connectors parts, it can move according to the due track on the movement of grabbing, carrying and unloading. The pneumatic part of the design is primarily to choose the right valves and design a reasonable pneumatic control loop, by controlling and regulating pressure, flow and direction of the compressed air to make it get the necessary strength, speed and changed the direction of movement in the prescribed procedure work.Small twisted paper broken machine for ordinary home, not only can be used for minced meat, can also be used with crushed peanuts, crushed ice, spices and other food, small power requirements, powered by the motor drive, reasonable structure design, can meet the family kitchen generally meat food consisting mainly of minced required.aslo can according to a fixed 本科毕业论文 圆锥破碎机的设计 3 procedure to moving objects or control tools. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety, Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors. Key word: cone crusher centre- to- centre spacing endurance bending strength shear or transverse bending. 目录目录 摘要摘要 . 1 Abstract . 2 第一章一章 绪论绪论 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 1.1 圆锥破碎机的发展概况.4 1.2 圆锥破碎机的应用. 4 1.3 各种圆锥破碎机的特点.4 1.4 圆锥破碎机的发展方向.5 第二章第二章 弹簧圆锥破碎机的总体方案及结构设计弹簧圆锥破碎机的总体方案及结构设计.5 2.1 圆锥破碎机的工作原理 . .5 2.2 圆锥破碎机的结构和布置形式 . 5 2.2.1 圆锥破碎机的结构.6 2.2.2 圆锥破碎机的布置方式.6 第三章第三章 圆锥破碎机的设计计算圆锥破碎机的设计计算.7 3.1 电动机的选择及轴的计算.8 3.1.1 主电动机的选择及传动比的分配.9 3.1.1.1 电动机的选择.10 3.2 传动装置的运动和动力参数的选择和计算.11 3.3 传动零件的设计计算.12 3.3.1 齿轮的计算.12 3.3.2 齿轮的校核.13 3.3.3 传动轴的设计计算.14 3.4 主轴的设计计算.14 本科毕业论文 圆锥破碎机的设计 4 3.5 偏心轴套与止推盘的设计.15 3.6 破碎锥的摆动次数.15 3.7 电动机功率.15 3.7.1 结构参数选择与计算.16 3.7.2 分矿口与接矿漏斗.16 3.7.2 给矿口与排矿口宽度.17 3.7.3 啮角.17 3.7.4 偏心距和动锥摆动行程.18 3.7.5 破碎腔的平行碎矿区.18 第四章各主要零件强度的校核计算第四章各主要零件强度的校核计算.38 4.1 滚动轴承的校核及寿命计算.42 第五章圆锥破碎机的运动学与动力学第五章圆锥破碎机的运动学与动力学.42 5.1 圆锥破碎机的运动学.33 5.2 圆锥破碎机的动力学.45 致谢致谢 . 46 参考文献参考文献 . 47 第一章第一章 绪论绪论 机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用 消费品的产业。不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械装 备，机械工业所提供装备的性能、质量和成本，对国民经济各部门技术进步和 经济效益有很大的和直接的影响。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济 实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展 本国经济的战略重点之一。 人类现在已能上游天空和宇宙，下潜大洋深层，远窥百亿光年，近察细胞 和分子。新兴的电子计算机硬、软件科学使人类开始有了加强，并部分代替人 脑的科技手段，这就是人工智能。这一新的发展已经显示出巨大的影响，而在 未来年代它还将不断地创造出人们无法想象的奇迹。 随着社会的进步，原材料消耗不断增加，导致富矿资源日益枯竭，矿石品位日 趋贫化。以我国冶金矿山为例，铁矿石平均品位 31%、锰矿石品位 22%。绝大多数的 原矿需要破碎和选矿处理后才能成为炉料。破磨作业是选矿的龙头，也是能耗、钢 耗的大户。因此，节能、降耗是破磨设备研究的主题，“多碎少磨”是节能、降耗 的重要措施，其关键问题是降低破碎产品的最终粒度。圆锥破碎机的生产效率高， 排料粒度小而均匀，可将矿岩从 350mm 破碎到 10mm 以下的不同级别颗粒，可以满足 本科毕业论文 圆锥破碎机的设计 5 入磨粒度的需要，成为金属矿山选矿厂的主要破碎设备。 破碎机的发展与人类社会的进步和科学技术的水平密切相关。随着科学技术 的发展，各学科间相互渗透，各行业间相互交流，广泛使用新结构、新材料、新工 艺，目前破碎机正向着大型、高效、可靠、节能、降耗和自动化方向发展。 1.1 破碎机的发展状况破碎机的发展状况 我国从 1953 年开始生产侧面排矿的旋回破碎机， 于 1958 年自行设计制造中心 排矿的 500、700、900、1200 旋回破碎机之后，为了适应水泥行业的需要，1959 年又制造了 700、1000、1200 鳄式破碎机，并制造了 500、700、900、1200、底部单 缸液压旋回破碎机。 为了满足冶金工业发展需要，我国于 1970 年研制了大型旋回破碎机。也曾设计 制造顶部单缸 900 液压旋回破碎机，并装有自动调整排料口与过铁报警装置，但在 某矿使用不佳。经过多年实践摸索，于 80 年代研制 1200/140 轻型底部单缸液压旋 回破碎机，经运转实践证明效果很好。近几年又研制出 PX1400/170 底部单缸液压旋 回破碎机，其设计能力为 1750th/，实际达到 2508th/，是设计值的 1.6 倍，同时其 排料中细颗粒含量较多，大于排料口尺寸的颗粒仅占 17.4%。 目前机械式旋回破碎机将逐渐被液压旋回破碎机所代替。圆锥破碎机是 1953 年开始仿苏 2100 和 1“O 弹簧圆锥破碎机而设计。1954 年开始自行设计生产了 1200 弹簧圆锥破碎机。1958 年又设计制造了大型 2200 弹簧圆锥破碎机。70 年代已研制 出 1200，1650，2200 多缸液压圆锥破碎机的系列产品。后经多年反复研制与实践， 相继克服了旧系统弹簧不足，零件强度低以及结构上的某些缺点，现己批量生产的 新系列弹簧破碎机有 600，900，1200，1750，2200 五个规格十四种腔型，底部单缸 液压圆锥破碎机有 900，1200，1650，2200 四个规格十二种型腔。 目前圆锥破碎机己达到系列化，规格化和标准化的程度，可以说产品齐全，使 用可靠，深受国内外用户欢迎。特别是上海建设路桥机械设备有限公司是破碎机专 营厂家，其破碎机质量优良驰名国内外。总体上讲，国产圆锥破碎机与世界先进国 家同类型破碎机比较，在质量和性能上还有差距。为赶超世界先进水平，近年沈阳 重型机器厂引进美国诺得贝格(Nordberg)公司西蒙思 S(ymons)旋盘式圆锥破碎机技 术(Gyrdasiocrushesr)，并合作生产系列圆锥破碎机产品。此外，某选矿公司引进 本科毕业论文 圆锥破碎机的设计 6 美国阿利斯 卡尔默斯(Allis 一 Chalmer)s 公司(以下简称 AC 公司)底部单缸液压圆 锥破碎机和旋盘式破碎机。某铜矿引进美国 AC 公司中细碎液压圆锥破碎机。有的水 电站采用 48ni 和 66ni 旋盘破碎机，用与人工造沙。600、900 破碎机在某金矿使用 效果也很好。 1.2 圆锥破碎机的应用圆锥破碎机的应用 圆锥破碎机适用于冶金、建筑、筑路、化学及硅酸盐行业中原料的破碎， 根据破碎原理的不同和海量产品颗粒大小不同，又分为很多型号。破碎机广泛 运用于矿山、冶炼、建材、公路、铁路、水利和化学工业等众多部门。圆锥破 碎机破碎比大、效率高、能耗低，产品粒度均匀，适合中碎和细碎各种矿石， 岩石。 1.3 各种圆锥破碎机的特点各种圆锥破碎机的特点 国内外圆锥破碎机有许多类型， 各型破碎机性能 都不一样， 同一种机型， 不同的生产厂家，其产品性能也会有所不同。现就国内已有的圆锥破碎机各机 型与性能进行比较，从中可以看出哪种破碎机的性能更优越，进而找出圆锥破 碎机的发展方向。 由于西蒙斯破碎机的性能远优于传统的弹簧式圆锥破碎机， 所以近年来国内各破碎机制造厂纷纷开发这种破碎机，国产传统弹簧圆锥破碎 机越来越少。近年来，新制订的弹簧圆锥破碎机国家标准(报批稿)与西蒙斯圆 锥破碎机的参数基本相近，故传统弹簧圆锥破碎机迟早会被淘汰。表 1 给出了 诺得伯格公司的西蒙斯、旋盘式、G 型单缸液压圆锥破碎机和 HP 系列多缸 液压圆锥破碎机的主要性能指标。由表 1 数据可知，生产能力最高和能耗最低 的是 HP 系列破碎机，产品粒度也是 HP 系列破碎机最好。 1.4 圆锥破碎机发展方向圆锥破碎机发展方向 从前述的两种圆锥破碎机发展历程可知，HP 系列圆锥破碎机，先是对破碎 机内部结构参数进行优化组合，第二阶段是将“层压破碎”用于圆锥破碎机， 第三阶段是完成了“高能层压”圆锥破碎机；H1800 系列圆锥破碎机，先是对 老单缸机的改进、第二阶段是提出了“高能”圆锥破碎机、第三阶段进一步完 善高能圆锥破碎机、第四阶段完成了“高能层压”圆锥破碎机。虽然两种破碎 本科毕业论文 圆锥破碎机的设计 7 机发展创新之路不同，但最终结果是一样的，都研制成了高能层压圆锥破碎机。 他们的圆锥破碎机发展创新之路，对我们研制开发新型圆锥破碎机很有启发。 圆锥破碎机发展方向就是借用 HP 多缸机的优越性能和吸收单缸机结构 简单等优点并把两者的优点集中到一种圆锥破碎机上。这样，就会创新出一 种既具有多缸机性能优越又有单缸机结构简单的新型圆锥破碎机，这就是走 引进、消化吸收，再创新的发展创新之路。 破碎机的研制首先是使它能够借用层压破碎原理达到选择性破碎的目的。 为此，圆锥破碎机创新的基本点是，采用优化腔型，大底锥角、大摆程、高摆 频，对破碎机内部结构进行优化组合再输入高能量。 综合分析结果，在上述创新基点和创新途径的基础上我们找到了圆锥破 碎机创新之路并设计出了这种独特的圆锥破碎机。所谓独就是我们独家所有， 有所谓特就是特点，这种破碎机集中了 HP 系列和 H1800 系列圆锥破碎机的 优点，取长补短，并克服了它们各自的缺点。目前，浙江双金机械集团有限 公司正在研制这种破碎机。 第二章圆锥破碎机的总体方案及结构设计第二章圆锥破碎机的总体方案及结构设计 2.1 圆锥破碎机的工作原理圆锥破碎机的工作原理 工作时，电动机的旋转通过皮带轮或联轴器、传动轴和圆锥部在偏心套的 迫动下绕一固定作旋摆运动，从而使圆锥破碎机的破碎壁时而靠近又时而离开 固装在调整套上的轧白壁表面，使矿石在破碎腔内不断受到冲击，挤压和弯曲 作用而实现矿石的破碎。在不可破异物通过破碎腔或因某种原因机器超载时， 弹簧保险系统实现保险，排矿口增大，异物从破碎腔排出，如异物卡在排矿石 可使用清腔系统，使排矿继续增大，使异物排除破碎腔。在弹簧的作用下，排 矿口自动复位，机器恢复正常工作。 本科毕业论文 圆锥破碎机的设计 8 2.2 圆锥破碎机的结构和布置形式圆锥破碎机的结构和布置形式 2.2.1 圆锥破碎机的结构 圆锥破碎机的组成部分主要有机架部分；传动轴部分；偏心轴套部分； 球面轴承部分；动锥部分；调整环部分。 2.2.2 布置方式 电动机的旋转通过皮带轮或联轴器、 传动轴和圆锥部在偏心套的迫动下绕一 固定作旋摆运动，从而使圆锥破碎机的破碎壁时而靠近又时而离开固装在调整 套上的轧白壁表面，使矿石在破碎腔内不断受到冲击，挤压和弯曲作用而实现 矿石的破碎。在不可破异物通过破碎腔或因某种原因机器超载时，弹簧保险系 统实现保险，排矿口增大，异物从破碎腔排出，如异物卡在排矿石可使用清腔 系统，使排矿继续增大，使异物排除破碎腔。在弹簧的作用下，排矿口自动复 位，机器恢复正常工作。 第三章第三章 圆锥破碎机的设计计算圆锥破碎机的设计计算 3.1 主电动机的选择及传动比的分配主电动机的选择及传动比的分配 3.1.1 电动机的选择 根据工作要求及工作条件， 选用破碎机专用电动机， 又根据工况选择 YZR280M-10 本科毕业论文 圆锥破碎机的设计 9 型电动机，额定功率 P0=55kw,同步转速 n0=556r/min. 3.1.2 传动比的分配 根据 PYB900 标准圆锥破碎机的实际工作的空偏心轴转数 nw=335r/min,得： 66 . 1 335 556 = w o n n i （3.1） 3.2 传动传动装装置的运动和动力参置的运动和动力参数数的选择和计算的选择和计算 0 轴（电动机轴）： 55= o pKW （3.2） 556= o nr/min （3.3） o o o n P T 6 1055 . 9 = = 56 1045 . 9 556 55 1055 . 9 =Nmm （3.4） 1 轴（小齿轮轴）： 9 . 5398 . 0 55 01 = 联 ppKW （3.5） 556 01 = nnr/min （3.6） 1 16 1 1055 . 9 n P T= = 56 1026 . 9 556 9 . 53 1055 . 9 =Nmm （3.7） 2 轴（筒体） 18.5095 . 0 98 . 0 9 . 53 12 = 齿承 ppKW （3.8） 335= w nr/min （3.9） w n P T 26 2 1055 . 9 = = 66 1043 . 1 335 18.50 1055 . 9 =Nmm （3.10） 本科毕业论文 圆锥破碎机的设计 10 3.3 传动零件的设计计算传动零件的设计计算 3.3.1 齿轮齿轮的计算的计算 1 初步计算 （1）材料选择 因传动尺寸无严格限制， 批量较小， 故小齿轮用 40Cr(调质） ， 硬度 241HB286HB， 平均取为 280HB，大齿轮用 45 钢（调质），硬度 229HB286HB,平均取为 240HB。选 齿轮精度为 7 级。 （2）节锥角的计算 1 cot=i （3.11） 1 06222266 . 1 cotcot o =arciarc （3.12） 2 54676706222290 ooo = （3.13） 由文献2表3314可知， 8 . 15062222cos 20sin 12 cos sin 2 2 1 2 min = = oa a h z （3.14） 式中， a h 齿顶高系数，1= a h。 取小齿轮齿数30 1= z， 8 . 493066 . 1 12 = izz （3.15） 取大齿轮齿数50 2 =z。 （3）根据工作条件的要求，大端模数为 12=m （3.16） （4）齿轮分度圆的直径 3603012 11 = mzdmm （3.17） 6005012 22 = mzdmm （3.18） （5）锥距 本科毕业论文 圆锥破碎机的设计 11 86.349 2 600 2 360 22 222 2 2 1 = + = + = dd Rmm （3.19） （6）齿轮齿顶、齿根圆直径 由文献3表910可知， 齿顶高 12121 * =mhh aa mm （3.20） 齿顶圆直径 382062222cos122360cos2 111 =+=+= o aa hddmm （3.21） 610546767cos122600cos2 222 =+=+= o aa hddmm （3.22） 齿根高 ()() 4 . 14122 . 01 * =+=+=mchh af mm （3.23） 齿轮基圆直径 ()()95.31328 . 0 5 . 013605 . 01 11 = Rm ddmm （3.24） ()()52828 . 0 5 . 016005 . 01 22 = Rm ddmm （3.25） （7）齿宽 由文献2表3314可知， 96.9786.34928 . 0 =Rb R mm （3.26） （8）节圆周速度 48.10 1060 55636014 . 3 1060 33 11 = = = nd v m/s （3.27） 3.3.2 齿轮齿轮的校核的校核 （）校核齿面接触疲劳强度 （1）接触应力的计算 由文献4表395 可知，齿面接触应力计算公式，即 u u bd KT ZZ R EHH 1 )5 . 01 ( 2 2 22 1 1 + = （3.28） 本科毕业论文 圆锥破碎机的设计 12 确定公式内的各计算数值 计算载荷系数 电动机驱动，载荷平稳，由文献4表25可知，取1= A K 平均分度圆直径 ()()95.31328 . 0 5 . 013605 . 01 11 = Rm ddmm 平均分度圆圆周速度 14 . 9 60000 55695.31314 . 3 60000 11 = = nd v m m m/s 由文献4 图45（a）可知，按7405 . 2 100 3014 . 9 100 1 = zvm ，得24 . 1 = V K； 由文献4 图75（b）可知，按272 . 0 360 96.97 1 = d b ，齿轮悬臂布置，21 . 1 = K； 由文献4表45可知，1 . 1= K； 65 . 1 1 . 121 . 1 24 . 1 1= K KKKK VA 由文献1表610可知，弹性系数 8 . 189= E Z； 节点区域系数 49 . 2 20cos20sin 2 cossin 2 = oo H Z 计算得， () 32.106 66 . 1 166 . 1 5 . 0136096.97 1026 . 9 65 . 1 2 8 . 18949 . 2 2 2 2 5 = + = R H MPa （1） 接触疲劳强度的许用应力 由文献4 表285 可知，许用接触应力计算公式，即 LVRWXN H H HP ZZZZ S min lim = （3.29） 确定公式内的各计算数值 小齿轮的接触疲劳强度极限600 1lim = H MPa 最小安全系数0 . 1 min = H S 由文献1，10-13可知，计算应力循环系数 本科毕业论文 圆锥破碎机的设计 13 8 11 10461 . 9 24365513606060= h jLnN 由文献1 图 10-19 可知，查得接触疲劳寿命系数 87 . 0 1 = N Z， 尺寸系数1= X Z 工作硬化系数，按11 . 1 1700 130 2 . 1= = HBS ZW 润滑油膜影响系数，85 . 0 = LVR Z 计算得， 7 . 44385 . 0 1 . 1187 . 0 1 600 = HP MPa （3）由于32.106= H MPa 7 . 443= HP MPa，故安全。 （）校核齿根弯曲疲劳强度 （1）齿根应力的计算 由文献4表555 可知，弯曲应力计算公式，即 SF R F YY mbd KT 2 1 1 )5 . 01 ( 2 = （3.30） 确定公式内的各计算数值 由文献1表510可知， 85 . 2 1 = F Y， 由文献1表510可知， 54 . 1 1 = S Y， 计算得， () 85.4254 . 1 85 . 2 28 . 0 5 . 011236096.97 1026 . 9 65 . 1 2 2 5 1 = = F MPa （2）弯曲强度的齿根许用应力 由文献4表315可知，齿根许用应力计算公式，即 XN F STF HP YY S Y min lim = （3.31） 本科毕业论文 圆锥破碎机的设计 14 确定公式内的各计算数值 弯曲疲劳极限300 lim = F MPa 齿轮的应力修正系数0 . 2= ST Y 弯曲强度的最小安全系数4 . 1 min = F S 弯曲疲劳寿命系数 93 . 0 1 = N Y，96 . 0 2 = N Y 弯曲疲劳的尺寸系数85 . 0 = X Y 计算得， MPa F 8 . 33885 . 0 93 . 0 4 . 1 2300 1 = = （3）由于85.42 1=F