水滴式粉碎机实体设计论文

黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 0 - 目 录 摘 要 . 错误 !未定义书签。 Abstract . 错误 !未定义书签。 1. 前言 . - 3 - 1.1 水滴式饲料粉碎机的发展前景 . - 3 - 1.2 三维实体设计在我国农业机械设计的作用 . - 8 - 2.水滴式饲料粉碎机的总体设计 . - 10 - 2.1 电动机的确定 . - 10 - 2.2 基本结构组成 . - 10 - 2.3 工作原理及力学分析 . - 11 - 3.关键部件的设计 . - 13 - 3.1 锤片的设计 . - 13 - 3.1.1 锤片的种类 . - 13 - 3.1.2 锤片 的材质与热处理 . - 14 - 3.1.3 锤片数量的确定 . - 14 - 3.1.4 锤片的排列和厚度 . - 15 - 3.1.5 锤片末端线速度的确 定 . - 17 - 3.1.6 锤 筛 间隙的确定 . - 18 - 3.2 粉碎室的形状和结构 . - 19 - 3.2.1 粉碎室的形状 . - 19 - 3.2.2 粉碎室的结构 . - 20 - 3.3 转子结构并尺寸与粉碎室宽度及改进 . - 20 - 3.3.1 转子结构并尺寸与粉碎室宽度 . - 20 - 3.3.2 转子上的改进 . - 20 - 3.4 筛片的设计 . - 21 - 3.5 电机与转子的连接 . - 22 - 3.6 旋转主轴的设计及理论校核 . - 23 - 3.6.1 主轴的设计 . - 23 - 3.6.2 旋转主轴的力学分析及理论校核 . - 24 - 3.7 滑动轴承的热平衡计算 . - 26 - 4.整机的虚拟装配 . - 29 - 5.水滴型饲料粉碎机的主要参数 . - 31 - 6.结论 . - 32 - 7.结束语 . - 32 - 8.致谢 . - 32 - 黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 1 - 摘 要 锤片式粉碎机是转子在高速旋转工况下工作的机械，如其 他高速旋转机械一样，存在静态不平衡问题，也存在旋转工况下的动态不平衡问题，这不可避免地要在运转产生振动和噪声，从而对粉碎机的安装基础、自身结构、使用性能 (能耗、效率 )及工环境带来不利影响。根据动静平衡原理，采用了改变锤片的在轴上的布置方式，将原来的非对称式改为较易建立动静平衡的对称交错排列，并运用了传统的平衡校验方法对改进后的转子进行了验算，从而建立了基本上的动静平衡。考虑了不平衡量大小和不平衡位置对转子系统振动的影响 ；校核了结构的强度，得到了机座结构的静刚度值和动刚度值。分析结果表明不平衡度对整机的震动和 强度有较大影响。应用机械优化设计理论，探讨了利用动静平衡原理进行结构动态优化设计，优化效果比较显著 ；最后针对影响锤片式机动态特性的其它因素，提出了减振措施。 所得结论为粉碎机产品的减振降噪设计以及转子的动静平衡校验提供理论依据时，通过对锤片式粉碎机结构动态优化设计方法的研究，为今后相似类型旋转机械的优化设计提供一个工程参考。 关键词 :锤片式粉碎机；动态特性；动态优化设计；动静平衡。 黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 2 - Abstract Hammer mill is a high-speed rotation of rotor operating conditions in the work of machinery, like other high-speed rotating machinery, the existence of static imbalanc e, but also the dynamics of rotating unbalanced conditions, which inevitably arise in the operation vibration and noise, so the installed base of the mill, its own structure, the use of performanc e (energy effic iency) and a negative impact on work environment. Acc ording to the princ iple of static and dynamic balanc e, using a hammer to change the axis of the lay out in the original non-symmetric static and dynamic balanc e changed to be easier to establish symmetry w ith staggered, and the use of the traditional method of chec king the balanc e of the improved rotor were checked, Basically, in order to set up the static and dynamic balanc e. Taking into account the size and imbalance unbalance loc ation of the vibration of rotor system； check the structural strength, by the base struc ture of the value of static stiffness and dynamic stiffness values. Analysis of results show ed that the imbalance of the whole intensity of the shoc k and have a greater impact. Applic ation of mechanic al optimal design theory, to explore the use of static and dynamic balanc e between the princ iple of dynamic optimization of structural design an d optimization of a signific ant effec t； final hammer against the impact of the dynamic characteristics of machines and other factors, the measures proposed by the vibration. The c onc lusions for the mill products, as w ell as noise and vibration reduction design of static and dynamic balanc e of rotor chec k and provide a theoretic al basis, through the hammer mill on the structural dynamic optimization design study for future similar to the type of optimum design of rotating machinery to provide a reference works. Ke ywords: hammer mill； dynamic c haracteristics； dynamic optimization of the design； static and dynamic balance. 黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 3 - 1. 前言 1.1 水滴式饲料粉碎机的发展前景 改革开放以来，我国畜牧业得到了长足发展，畜牧业生产水平不断提高，主要畜产品产量持续二十多年快速增长，畜牧业已成为我国农村经济的支柱产业，也是农民增收的亮点 。 随着畜禽业迅速发展，我国饲料产量已达到 4500万 t，总产量居世界第二位。根 据全国饲料发展钢要规定的目标， 2000年饲料加工能力要达到 1 1.2亿 t。我国主要生产年单班产量在 5万 t以下的饲料加工设备，不能满足市场发展的需要。因此，应重点发展年单 班产量 5 4O万 t的饲料机械， 随着畜牧业的不断发展，农民对饲料机械的要求也越来越高 。要重点发展的成套设备主要包括粉碎机、混合机、制粒机、冷却机、破碎机、分级筛。 我国饲料工业已经发展成为国民经济中不可缺少的重要基础产业，它对人民生活水平的 提高及社会的发展发挥着越来越重要的作用。国内外饲料工业的核心设备之一是饲料粉碎机，其中锤片式粉碎机扮演主角 ，虽然其工作性能受众多因素影响，但冲孔筛筛分效率不高导致众多问题 :(l)能耗增高； (2)能量利用系数较低 (约为 2)40%)； (3)饲料过度粉碎影响畜禽采食及消化利用； (4)饲料环流层加剧整机工作性能下降； (5)生产能力受限，经济效益不佳，每年因此减少国民经济收入保守估计约有数百亿元，全球经济损失更是巨大。如何提高其筛分效率，国内外学者进行过很多研究，研究内容及研究进展可归纳为 :(l)增大筛分面积 (2)改进吸风系统 (3)加振动装置 (4)采用破坏环流层措施 (5)采用二次粉碎工艺。 在筛分过程方面，有代表 性的研究是 THYN和 PECHLUK曾利用同位素跟踪技术研究粉碎机内物料统计运动规律，沈在春、刘承俊等学者利用高速摄影研究过两相环流的运动趋势，但筛分效率与筛型及各参数的定量关系，筛分效率与有关参数的数学模型等基础性研究未见文献报道。很多宏观而定性分析评述或试验研究文献在有关刊物到处可见。它反映出提高筛分效率是生产实践渴求解决的重大问题之一，由于前人研究对象几乎均为冲孔筛，创新程度有待加强，因而难以取得实质性突破，筛分效率问题，至今悬而未决。 通过试验和研究，在对国内外大量机型分析比较后发现 :冲孔筛存在一些致 命弱点，如高速运动 (30-90m/s)的饲料颗粒在跨跃孔径时间极短的条件下，小于或等于孔径的颗粒穿过筛孔的统计概率很小。要从根本上解决问题，应当采用新型筛才能取得突破，因此本课题直接以全新的前所未有的筛型为研究对象进行研究，争取在筛分理论方面有所创新，起码在新型筛的筛分原理及筛分效率方面提供一些新知识或新见解。高效筛的发明能从根本上解决上述问题，并给饲料工业及畜禽养殖业带来巨大的经济效益。另外，筛分作业也在其它行业得到广泛应用，如水泥、化工、医药、矿业、陶瓷、轻工、生物工程、航空航天等。所以，本课题对推动科 技进步和社会发展以及国民经济和个人生活水 黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 4 - 平的提高将产生积极而深远的影响。 饲料产业中最终产品是饲料，饲料在激烈的市场竞争中能否取胜，决定因素之一是饲料价格，而饲料价格与饲料加工成本密切相关。好的加工设备不仅可以提高其质量，而且还可以降低其加工成本。所以本课题的研究意义还在于 :通过对新型粉碎机粉碎、筛分机理的研究、探索其内在规律、找到提高粉碎机生产率、降低饲料的生产成本、提高饲料质量的有效途径，以促进饲料粉碎的科技进步。我国每年有 8000 万亿吨饲料粮和 1-2 亿吨农作物秸杆等被粉碎加工成饲料。饲料粉碎机保有量为 150 万台以上，每年消耗动力为 20-30亿千瓦小时。现有粉碎机能耗很大，在能源紧张的情况下，对粉碎机的高效节能研究更具有重大意义和迫切性。 最近十余年来 , 世界上对肉、蛋、乳的需求有很大的增长 , 而每生产吨肉或蛋需要混合饲料 3.5 4.0吨 , 每吨乳需要 0.3吨精料。根据估计 , 全世界每年大约要用粉碎机粉碎六千万吨谷物和其他饲料。随着饲料消耗量的增加 , 饲料加工机械近些年来有了很快的发展。此外 , 随着科学技术的不断进展 , 也为粉碎机械的改进提供了不少方便之处。例如 , 采用了先进的电测仪器和高速摄影技术 , 为 粉碎机的性能侧定提供了方便 , 弹性力学的发展为粉碎理论的建立奠定了基础 , 相似理论的发展为粉碎机械的系列化设计提供了依据 , 金属材料的进步为高强度耐磨部件的出现提供了可能性。 饲料工业使用的粉碎设备有很多种形式。其 中，锤 粉碎过程的研究进展长久以来 , 研究粉碎机械的一些学者们 , 皆认为饲料在粉碎机内的粉碎过程 ,大致可分为三个步骤 ：（ 1） 饲料颗粒落人粉碎室内后 , 首先受到锤片的正面冲击 ； (2) 受冲击后的颗粒以一定的速度冲向齿板 , 被弹回后再次受到锤片的冲击 ； (3)饲料颗粒与筛板和锤片产生摩擦 ， 颗粒之间彼此互相 碰撞。这些学者们在上述假定的基础五推导了一系列的计算公式 , 大作数学游戏的文章 , 对解决实际问题并没有很大帮助。此外 , 在粉碎机上还有一个很重要的问题 , 长久以来一直没有弄清 , 那就是如果把单颗饲料放到平板上 , 受到工作部件 的冲击或挤压时 , 只需要很小的能量就能碎裂 , 但是当把饲料放到粉碎机中去粉碎时 , 则往往要耗费几十倍的能量才能碎裂参这究竞是什承原因一直没能得到满意的答案。 直到近些年来 , 由于高速摄影技术的进步 , 才有可能实地观侧粉碎机内的粉碎过程 , 通过对影片的分析 , 获得很多新的发现 , 从而否定 了许多前人所建立的假说 , 提出了一些新的见解。 片式粉碎机因其占地面积小、粉碎效率高、耗电量小等优点，得到了最广泛的普及应用。 最早的锤片式粉碎机都只有一个运行速度， MIAG公司在上世纪 50年代研制的 H880型锤片式粉碎机同时配用两台转速不同的电动机，使该公司当时不仅在制粒方面，而且在锤片式粉碎领域都处于领先地位。该机型可称为第一台真正用于配合饲料工业的锤片式粉碎机。当时，人们对转子的转速 3000r/min是很 黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 5 - 推崇的。在以后的数年，人们的注意力集中在降低锤片式粉碎机的工作噪声上，其主要措施之一是降低转子的转 速，一般降为 1000 1500r/min。为保持恰当的锤片末端线速度，粉碎机的转子直径必然要同时增大。 Biihler-Beka公司研制了这类机型的第一代产品 zinal系列粉碎机，其转子直径约为 11001200mm，粉碎室宽度为 350 650mm。随后又有被称为大型粉碎机的产品不断问世，典型的如 Lame-miag公司产品，其粉碎室直径为 1200mm，筛板宽度达 1100mm；Amandus kahl公司生产的 Akana2000型，其转子直径为 1200mm，筛板宽度1000mm，配用动力 355kW； Afall/zaragoza公司的产品，其粉碎室直径达 1446mm，筛板宽度达 1100mm。 综合各种资料可以发现，大多数锤片式粉碎机尽管有许多相同之处，但仍存在很大区别，其重要原因在于饲料厂所用原料的不同。欧洲的饲料厂多为混合粉碎（先配料后粉碎），且经常没有任何谷物原料；而大多数美国的饲料配方是以 50%的玉米或小麦为基础的，很少使用难以粉碎的比如燕麦、大麦之类的谷物等，原料水分也略低于欧洲 ， 国内的情况与后者基本相似。 大多数锤片式粉碎机都具有结构对称，转子可正反转以利用锤片两侧的特点，外形多为上部带斜角的 矩形，同时水滴式的也较流行，转速 为3000r/min， 1500r/min左右。它们的主要区别在于美国的产品追求筛板面积大，而欧洲的讲究冲击齿板面积大。例如，美国的 Champion公司及 Jacobson公司等标榜自己的产品为全周筛，而欧洲最为典型的是荷兰的 Van Aarsen公司的 2D系列锤片式粉碎机，其冲击齿板面积几乎达整个粉碎室外周围面积的一半（占46%）。其次在于筛板的安装。美国锤片式粉碎机在安装、更换筛板时必须停机并且打开机壳才能进行，而欧洲的许多锤片式粉碎机是从轴向插入式，不需停机和打开机壳即可抽出 原有筛板，插入新换筛板；还有的机型可沿轴的一端插入从另一端抽出，更进一步的还可自动遥控换筛， Van Aarsen公司的 2D系列锤片式粉碎机两侧装有遥控电动换筛装置，在运行中即可更换。 几乎所有的锤片式粉碎机都有一个共同的缺点，即粉碎后物料的粒度不够理想，因为饲料原料经锤片粉碎后的物料粒度分布接近于对数 正态分布，也就是说粉碎后物料粒度是不均匀的。传统的锤片式粉碎机控制粉碎物料粒度的能力是有限的，虽然锤片的厚度可影响粉碎物料的粒度（较厚的锤片会产生较多的细粉，较薄的锤片粉碎物料的粒度略粗），但锤片不易经常更 换，所以最初控制粉碎物料粒度的措施是采用不同筛眼的筛网或冲孔筛板等。 筛孔实际上控制的是最大粒度，粉碎物料的粒度分布仍为对数 正态分布，粒度仍然不均匀。后来，有些锤片式粉碎机采用不同速度的电动机来驱动，高转速（ 3000r/min）用于细粉碎，低转速（ 1500r/min）用于粗粉碎，但这两种速度差别太大，而且研究表明锤片末端速度对粉碎物料的粒度分布、对数标准偏差的影响也不大。近年来，还有些厂家推崇采用频率控制装置来控制改善粉碎粒度的均匀度，但这类设备的价格太高，难以应用于饲料生产。 为使粉碎 粒度均匀合理，从上世纪 80年代初，饲料行业就开始尝试从 黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 6 - 其它行业引入循环粉碎，先粉后筛、筛后再粉的分步粉碎工艺，同时可提高粉碎产量和粉碎效率、降低粉碎电耗。在组合这些工艺时，只需将粉碎机与筛分设备按一定的关系进行组合，即在粉碎工序中增加筛分设备。这样一来，粉碎机的功能就发生了变化，在一次直接粉碎（不加设筛分设备）时粉碎机既要负责粉碎，又要负责筛出最大粒度；而在循环粉碎中，粉碎机只负责粉碎，把控制粉碎物料粒度的任务交给了相配套的筛分设备。在组合这些工艺时，多用传统的锤片式粉碎机，也有一些厂家开发了一些新型设备， 如 Berga 公司的 “ 能控制制粒度的粉碎机 ” ，仿照传统的结构，将排料方式改为根据情况让待粉碎物料在粉碎室内运行一周或半周时从粉碎室内排出，这样可省去复杂的换筛装置或昂贵的双电动机，只需配以筛分装置即可准确地控制粉碎物料粒度，将不合要求的（过粗的）物料返回粉碎室。粉碎物料在粉碎室内运动半周后即被排出机外的锤片式粉碎机统称为开放式，它不仅减少了能耗和机件的磨损，而且还提高了粉碎效果和生产效率。 为避免不必要的料粒运动，还有其它变型粉碎机，如涡轮粉碎机，其特点为在粉碎室筛板的末尾或在与进料口约成 270 角处 ，使未过筛的粗粒物料沿垂直方向向上抛出粉碎室，然后靠重力作用返回粉碎区。该机型的优点是不需配备外设筛分设备，粗粒物料在机内自行循环；缺点是整机结构不对称，不能通过简单调换转子旋转方向来利用锤片的两侧。 粉碎是饲料加工生产过程中重要工序之一， 粉碎 作业涉及到饲料加工成本（ 电耗、 易损部件） 、 重量损 耗（ 水分和粉尘） 、混合、颗粒饲料质量、畜禽鱼的生产 性能和家畜的健康（ 溃疡）、 操作环境的改善（ 粉尘、 声） 。因此，饲料粉碎技术改 进对提高饲料生产效率、 饲料产品质量和降低生产成 有着重要的经济意义， 也是许多研究人 员一直探索 的课题。研究主要内容有粉碎效率的提高、 合理的粉 碎工艺、 粉碎机结构、粉碎机电耗、粉碎机操作的方便性、 粉碎粒度的大小和均匀性、易损部件的耐磨性、粉 碎机噪声的控制、粉碎机的自动控制、对产品质量和畜禽鱼生产性能的影响等。 本文对饲料粉碎技术发展 进粉碎机的类型与粉碎机的结构粉碎机类型的不同及粉碎机结构的变化，对粉碎 物料的影响相当大。 根据粉碎物料的粒度可分为普通 粉碎机、 微粉碎机、超微粉碎机；根据粉碎机的结构可 分为销连锤片式、 劲锤式、对辊式和齿爪式。一般的畜 禽料通常采用普通的锤片粉碎机或对辊粉碎机， 幼小 动物、普 通的水产饲料可采用微粉碎机、水滴式锤片粉碎机、爪式粉碎机，而特种水产饲料和水产的开口饲料需要采用超微粉碎机， 有的甚至需要用胶体磨才 能达到开口饲料所需要的粒度要求。行综合分析， 以使饲料粉碎技术能更好地为饲料生 产服务。 普通锤片粉碎机是饲料工业生产中应用最广泛的。其粉碎原理是无支承式的冲击粉碎， 在粉碎过程 中，锤片与物料的碰撞绝大部分为偏心冲击，使物料在粉碎室内发生旋转，会消耗一部分的能量，这也是锤片粉碎机耗能高的重要原因之一。同时， 由于锤片 粉碎机的粉碎室结构和物料受高速锤片的冲击 黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 7 - 作用，物料在离心力作用下会贴 着筛面形成圆周运动， 产生 环流层， 大颗粒的物料在外层， 小颗粒的物料在内层， 粉碎达到粒度要求后小颗粒不能及时从筛孔正常排出，出现了物料与锤片的反复冲击，形成物料的过度粉碎， 粉碎电耗增加， 粉料的温度升高，使物料内的水 分形成水蒸汽，水蒸汽与细粉末会粘附于筛板，更加严重堵塞筛孔，粉碎效率下降，尤其是在物料细粉碎时，环流对粉碎效率的影响更严重。要提高锤片粉碎 机效率， 就必须破坏粉碎过程的环流产生。 立轴式粉碎机也是锤片粉碎机的一种，粉碎过程可分成预粉碎和主粉碎 2个区域，其特征是采用了 环筛， 还有底面的筛板 ， 筛理面积大 ，有助于粉碎 后物料快速排料，同时由于物料的重力作用，环筛的垂直筛面上粘附物料少，筛孔通过能力强；粉碎机转子上的刮板保证了底筛的有效利用， 且产生一定的风压，促进粉碎后物料的快速排出，有效提高了整个粉碎室的筛落能力，无需在排料中设置独立吸风系统，既省去吸风系统的设备投资， 又解决了长期困扰饲料 厂因吸风系统故障而产生的粉碎效率低下的问题， 且 减少了物料在粉碎过程中水分损失。 粉碎效率和粉碎 机产量有较大程度的提高，粉碎后的物料粒径均匀，潜在的细粉少， 粉碎电耗可以节省 。立轴式锤片 粉碎机适合于饲料粗粉碎及二次粉碎工艺前道 粉碎，但不适用于物料的细粉碎。 对辊粉碎机是有支承的粉碎。物料的粉碎作用主要由对辊的剪切、挤压作用产生，外力的作用绝大部分用于物料的粉碎，物料的粉碎效率比较降低了粉碎的能耗（ 没有物料的旋转、过度粉碎 ， 物料 的温度升高较小）， 据介绍，辊式粉碎机与传 统的锤片粉碎机系统相比， 节约能量在 60%以上。可 减少粉尘产生和维持费用， 降低噪音。粉碎过程中物 料水分损失少，粉碎产品的粒度均匀性好，产品的物理特征极佳， 有利于物料流动和混合。在物料的粗粉 碎中能取得较好的粉碎效果， 但辊式粉碎机不适用于 细粉碎，对多种物料的通用性也较差， 尤其是各种物料混合以后的粉碎性能就更差， 轧辊的维修需要专用 设备，这些特性限制了对辊粉碎机在饲料生产中的应 用。 目前国内的一些次质小麦因价格便宜而广泛应用 于饲料生产， 开发粉碎小麦的专用粉碎机有相当的市 场需求， 对辊粉碎机在这方面应有一席之地。 锤片粉碎机是一个高速运转的设备。粉碎过程易 损部件是粉碎机的锤片和筛片， 也是粉碎过程中影响 粉碎成本的一个关键因素， 高质量的锤片可以降低粉 碎过程中锤片的消耗，提高单位时间内的粉碎机产量。 因此，加强锤片表面强化工艺的研究十分必要，以 提供各饲料厂家迫切需求的高耐磨性， 高使用寿命的 锤 片。粉碎机锤片的寿命与机械加工的性能有关， 锤 片的材质选用和热处理方式的不同是影响其寿命的主要因素。为了增加锤片的使用寿命， 研究人员对锤 片的结构参数和热处理进行了一系列的研究， 锤片强 化研究应从耐磨、 耐冲击、高寿命、低成本等方面综合考虑。主要有 3 种途径： 1.采用高合金的耐磨材料作 为耐磨件， 如高、中锰钢、高铬铸铁等； 2.利用表面抗 磨处理工艺， 如表面渗硼、渗碳、硬质合金堆焊等表面 强化处理； 3.用热处理的手段来改变材料的组织，获 得各种耐磨的、 高 黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 8 - 硬度的结构来提高耐磨性。要防止 筛片在粉碎过程中的破损， 就必须保证筛片的强度和 刚度， 合理的开孔率和冲孔技术优劣对筛片的强度有 较大的影响， 筛片耐磨性亦应主要从材料的选择和热 处理技术上考虑。 粉碎工艺是饲料粉碎技术中比较重要的一个环节， 合理的粉碎工艺能使粉碎粒度符合要求和生产量 合理， 同时可节省粉碎过程中的能量消耗。粉碎工艺的选择应由产品质量、 粉碎粒度、加工成本、投资额大 小等来确定、从粉碎的先后有先配料后粉碎、先粉碎后配料或者是两者的综合；从粉碎的次数有一次粉碎、 二次粉碎和单一循环粉碎。先配料后粉碎工艺有 利于控制饲料产品粒度的均匀性， 有利于某些油性物 料和粘性物料等粉碎 适合于加工含副产品较多的畜禽饲料和水产饲料以及宠物饲料； 先粉碎后配料工艺 可根据物料的特性配备相应的粉碎机，针对性强，但对于多品种物料粉碎带来不便； 对较粗的粒料进行先 粉碎，然后配料混合后进行粉碎，是先粉碎与后粉碎工艺综合应用，有利于物料混合均匀，有利于物料碎粒度的降低，该工艺适合于特种水产饲料；大型畜禽饲料生产厂可采用二次粉碎或单一循环粉碎艺，前道粉碎可采用筛孔较大粉碎机或对辊粉碎以提高粉碎机的产量和节省粉碎电耗； 小型饲料生 厂可采用一次粉碎工艺， 以节省设备的投资。 综上所述，纵观锤片式粉碎机为适应饲料 粉碎的特点及需求的演变过程，可以得出以下大致的发展过程与趋势：锤片式粉碎机的转速从单速驱动发展为双速驱动，目前正向变速驱动发展；由原来的既粉碎又控制物料的最大粒度向只负责粉碎而配置相应的筛分设备的方向发展；粉碎室内的粉碎区即有效粉碎点的数量由一个发展为多个；欧美各国因为饲料原料的特点曾使锤片粉碎机向两个方向发展：美国式追求筛板面积大，而欧洲式讲究冲击齿板面积大。锤片式粉碎机 有两类型式 发展，在选择时根据各自饲料原料的特点来考虑 ，本文是结合了国内外发展的趋势和我国国内的情况，设计的一个适合我国秸杆等饲料原料加工 的锤片式粉碎机。 1.2 三维实体设计在我国农业机械设计的作用 我国是一个农业大国。 进入 21 世纪，特别是我国加入 WTO 以来，我国农机工业和农机化事业出现了一些新的变化， 尤其是大面积的使用农机具以提高劳动效率，降低成本将是一个必然的趋势。 在我国的诸多农机产品中，不仅种类繁多，其技术含量有高也有低，但总体来看与国外发达国家还有一定差距，与我国农村的市场需求也存在一定距离。 在这样的形势下，我们就更加需要利用先进的手段来进行产品开发工作，争取以最高的效率和最低的成本为广大农民兄弟提供最高效、最便捷的农机产品。 这样三 维农业机械化的设计对新时代的发展来说就显得尤为重要了。目前以三维设计为基础的农业机械化设计道路，正在以崭新的姿态应用于大中型农业机械的生产当中。随着各种三维设计软件功能的日益强大化 ,更加促进了的 黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 9 - 三维设计的发展。不远的将来 ,以三维设计软件为基础的农业机械化设计道路 ,将得到广大的普及和实际的利用。我们不但可以利用三维设计软件进行零件的设计，更加可以进行虚拟的装配设计，最后我们可以利用装配关系来进行运动的仿真，既可以实现干涉的测量，又可以进行产品说明展示和应用，最终实现产品的优化设。 目前 我们不但应用三维设计软件来 进行实体零件的设计、装配等产品设计设计工作，而且三维加工软件在实际的生产中也起到了重大作用。我们可以利用三维软件的制造模块来对建构的实体进行 NC 加工的模拟，而且可以模拟加工走刀的路径，和 NC 模拟切削，最后，我们还可以对工件进行过切的检测。当一切工序完成后，我们就可以生成 NC 数据，直接输入加工中心进行应用。这样可以大大的降低工人的劳动强度，并且能更好的体现设计者的设计思想。 由此可见，机械现代化的发展和先进设计软件的应用是分不开的，合理有效的利用三维软件，是加快设计，制造，生产等一系列流程的循环时间，使陈旧的 生产模式在质量上得到飞跃！虽然目前我国农业发展对三维软件的应用还在少数。但我相信，这种快捷的生产模式必将是未来发展和新型建设的趋势和动力所在。 黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 10 - 2.水滴式饲料粉碎机的总体设计 2.1 电动机的确定 电动机的功率计算 跟据公式有 N=K Q 其中 K 功率系数 Q 台时产量 这里取 K=10.5，而已知 Q=0.6t/h 于是所需电动机的功率 N=10.5 0.6=6.3kw 取 粉碎室的宽度 B 是 280mm 转子直径 D 为 560m， 在由公式 ： 2kBz （ 2-1） 确定锤片的数量，粉碎机宽度 B 为 280mm,取锤片厚度为 5mm ,而锤片配置密度系数 k 一般取值 0.2 0.42,本次取为 0.42，算得 z=（ 0.42 280） /5=23.52所以确定锤片的数量 z 为 24 片。 图 1 电动机尺寸图 JO4-52-Z结构尺寸如上图 表一 电动机的主要参数 2.2 基本结构组成 1 进料口和喂料器 （ 1）本次设计的饲料粉碎机属于中型机械 故选为径向进料方式。 （ 2）喂料器的选用：为保证粉碎机能够连续稳定的工作，需要配有能够连续稳定的供料系统，能够方便的调整物料流量的喂料器，常用的喂型号 同步转速 r min 额定功率 /kw 额定转矩 N m JO4-52-Z 2910 7.5 2.2 额定电流 A 额定电压 V 电机重 Kg 15 380 7.5 黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 11 - 料器是皮带式喂料器，本次设计亦采用此种结构。 2 水滴式锤片饲料粉碎机基本构造 包括水滴形筛板、转子、锤片、用于锤 片间定位的套筒、固定在转子周围的冲击齿板、 喂入口、抛送室、风机叶片、上机体 、电机、下机体、机座、粉碎室等主要结构构成。 2.3 工作原理及力学分析 传统的粉碎机均使用环形筛。由于环形筛与转子同心，锤片与筛子之间有一段距离，这样就给物料提供了一个环状的运动空间。当物料进入粉碎室后，被锤片打击而被锤碎，并随锤片做高速旋转。由于颗粒大小不一样，颗粒大的分布在环流层的外圈，颗粒小的在内圈运动，这种分布状况恰与生产要求相反，不但阻碍小粒粉料的过筛，也减少了大粒料受锤片击打的几率，所以必然导致粉碎机生产率的提高受到限 制。 而本次设计的饲料粉碎机采用了水滴形的筛片，物料喂入粉碎室后，受锤片打击而进入环流层。当环流的物料转过 270o 后，便以切线方向向对面筛片撞击，部分粒度合格的物料穿过筛孔，不合格的物料重新落入锤片回转区，再次受锤片的打击。这样，物料每环流一次，环流层就彻底的破坏一次，从而增加了锤片打击物料的几率，改进了粉碎机的性能和排粉能力。 其两大特点：（ 1）粒度均匀，粉末少，且物料升温小。 （ 2）功率消耗少，生产率高。 图 2. 粉碎机结构示意图 1. 上机壳 2.筛片 3.锤片 4.侧门 5.转子 6.电动机 7.筛托 8.下机壳 9.下料斗 锤片式粉碎机转子轴组所受的外力只有锤片对物料的打击力，锤片是在高速运动状态下与物料颗粒碰撞来击碎物料，为减少由锤片传到轴承传到机体上的冲击力，应使锤片回转中心与销轴的轴线重合。对于矩形锤片来说，锤片中心与销轴中心之间的距离 l 应 符合下式： 黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 12 - yxxl 42 2 （ 2-2） 式中： 222 adcax ， 862222 dd caacy 我国锤片式粉碎机的锤片以制定了行业标准，根据农业机械手册，此次设计选用 型锤片，其基本尺寸为： 表二 锤片的尺寸表 形 式 尺 寸（ mm） a b c d e 140 5.05.0100 60 30.50 5 baclle 图 2 附锤片受力运动示意图 故根据上式和上述数据带入数据： 21 405.30601 4022 x=332.6 y= 3.1 1 0 0 38 5.305.3014.36 601 4 0601 4 02222 故算得 l =30.32mm 黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 13 - 由上述粉碎理论分析可知，当质量为 m 的物料由喂入口向机体内运动时，在 t时间内速度由 0 增至 V1时，由冲量定律可知物料受到的打击力为1F： 1F=111 60 tm D ntmV （ 2-3） 式中 m 物料的质量， D 转子直径， m V1 锤片的末端线速度， m/s n 转子转速， r/min 1t 物料受打击的时间， s 3.关键部件的设计 3.1 锤片的设计 3.1.1 锤片的种类 锤片的种类有许多，按外型分有矩形锤片、阶梯形锤片、 多角形锤片与尖角形锤片 等（如下图 5）。 其中矩形锤片因其通用性好、形状简单、易制造和节约原料而应用最广。它有两个销孔，其中一销孔连在销轴上，可轮换使用四个角来工作。在角边堆焊碳化钨或特殊的耐磨 合金，可以延长使用寿命 2 3倍，但制造成本较高。阶梯形锤片耐磨性能差，多角形锤片与尖角形锤片相似，它们具有粉碎效果好、使用寿命长的优点，但制造复杂、生产成本高。我国的锤片式粉碎机的锤片已标准化， 1986 年由中国农机院拟定的机械工业部部标三种规格，都是矩形双孔锤片，其中 I 型用于小型粉碎机 。本文选用矩形锤片。 ( l )( k )( j )( i )( h )( g )( f )( e )( d )( c )(b)(a) （ a)矩形锤片 (b) (c) (d)两端堆焊耐磨合金的矩形锤片 (e)阶梯锤片 (f) (g)两端有尖 黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 14 - 角的锤片 (h)周边锯齿圆形锤片 ( i) (j)组合锤片 (k)椰头式锤片 (l)双菱头锤片 图 3 锤片种类和形状 3.1.2 锤片的材质与热处理 锤片的材料与热处理工艺的选择很重要。目前我国常见的有低碳钢固体渗碳淬火、中碳钢热处理、特种铸铁和在锤片工作棱角堆焊耐磨合金等多种方式。不论何种方法都应在保证耐磨耐用的同时，保证锤片耐受冲击、生产安全。当采用 45 号、 65 号、 65Mn、 60SiMn 等优质钢做锤片的材料时，热处理后淬火区硬度为 HRC50 57，非淬火区硬度不超过 HRC28。一般使用 60 100 小时后锤片应换角使用。为延长锤片寿命，最常见的方法是堆焊 碳化钨合金，焊层厚 13mm。其使用寿命比 65Mn 整体淬火锤片的使用寿命提高了 7 8 倍，但成本高出 2 倍。堆焊碳化钨锤片的缺点是对焊接工艺和转子平衡的要求较高。 选用 65Mn 的锤片，经渗碳处理，渗碳层深度 0.8 1.2 毫米， 淬火后硬度达 HRC50 58。这种锤片粉碎含水 10 12 的玉米时，使用寿命为 120 小时左右；采用 45#钢经碳氮共渗，硬度为 HRC56 62 的锤片，粉碎含水 10 20 的玉米，使用寿命一般是 160 小时左右；采用 钢，先渗碳后渗硼的锤片。使寿命是 350 小时左右；采用 45#钢在工作边进行 碳化钨合金堆焊的锤片，使用寿命一般为 600 小时左右。如以 65Mn 渗碳处理的锤片使用寿命为 1的话， 45 钢碳氮共渗为 1 3 3A渗碳硼为 3。 45#碳化堆焊为 5。 从以上数据可知，锤片使用低碳钢经渗碳渗硼处理，以及 45#钢经碳化钨合金堆焊处理后，使用寿命明显得到提高，先渗碳后渗硼的锤片具有其它化学热处理难以达到的硬度 (表面硬度在 HV1200 2000)，而且其外层是 FeB，硼化铁十分耐磨，使得锤片在工作时不会产生脆性剥落现象，从而起到保护作用。碳化钨合金的堆 焊是借助于基体金属熔化将其粘合在一起， 堆焊部份的硬度可以达到 HRA93 93.7因而此处理方法的锤片也十分耐磨，但是专业生产厂家在堆焊过程中，比较难控制堆焊量，因而生产成本比 65Mn渗碳处理高两倍。但使用寿命比 65Mn渗碳处理的锤片高三倍以上。因此选用 45#钢碳化钨堆焊的锤片是比较经济划算的。 本文选取锤片的材料采用 45#钢材料，在边缘部分进行渗碳处理，渗碳深度为 0.8-1.3mm。 3.1.3 锤片数量的确定 锤片数量对粉碎的性能也有一定影响。片数太多，打击次数多，功率消耗大，效率下降；片数太少，粉碎能 力降低，效率也下降。偏离最佳值，效率就会下降。锤片数 Z由下式确定： 黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 15 - 04.195 28034.0 kBz （ 3-1） 式中： B一粉碎机宽度 (mm) 一锤片厚度 (mm) k一锤片配置密度系数，一般取 k=O.28 0.42 由于需要对称布置，故取为 24片 。 3.1.4 锤片的排列和厚度 锤片安装在转子销轴上的位置，称做排列方式。它关系到转子平衡、物 料在粉碎室内的分布、锤片磨损的均匀程度。对锤片排列的要求：锤片的运动轨迹不重复、沿粉碎室宽度锤片运动均匀、物料不被推向一侧、有利于转子的平衡。 常用的锤片的排列方式有螺旋线排列、对称排列、交错排列和对称交错排列四种。 以往机器采用交错排列，不仅不能满足动平衡要求，而且工作时物料略有推移，销轴间隔套品种应用较多。 对称排列的锤片运动轨迹重复，在相同轨迹密度下，需用较多锤片。优点是对称销该设计选用的锤片是对称排列的。轴的离心力合力作用线重合 e=0 且大小相等，因此可以相互平衡，故转子运行平稳，物料也无侧移 现象，锤片磨损比较均匀，且磨损量特别小，故应用最广。 对称交错排列不仅轨迹均匀，不重复，而且锤片排列左右对称，四根销轴上的合力作用在同一平面上，对称轴相互平衡，因此平衡性能好。 本次设计就采用了对称交错排列。 锤片的排列方式如下： 图 4 锤片式粉碎机转子锤片的布置方式 转子的动平衡计算，如下： （ 1） 在每根锤片轴上分布 8 根的两轴所构成的平面上 黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 16 - A BF F F F F F FFF F F F F F F F 图 5 锤片式粉碎机转子平 面受力图 设每个锤片旋转时所产生的离心力 2mrF ， 两标线之间的距离为 l 由于有关离心力的各参数在锤片之间均相同，故各锤片所产生的离心惯性力均相等。 且两根轴的转子数目相等，且相对于中间线对称布置。 0F 于是满足静平衡要求。 对两端轴承 A、 B 分别取矩 02425141311122 FlFlFlFlFlFlFlFlFMA 同理： 0 FMB 在此位置 A、 B 两处满足动平衡。 （ 2）在每根锤片轴上分布 4 根的两轴所构成的平面上 BAF FF FFFFF 图 6 锤片式粉碎机转子平面受力图 由于有关离心力的各参数在锤片之间均相同，故各锤片所产生的离心惯性力均相等。 且两根轴的转子数目相等，且相对于中间线对称布置。 0F ， 于是满足静平衡要求。 对两端轴承 A、 B 分别取矩 01615910 FlFlFlFlFMA 黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 17 - 同理： 0 FMB 在此位置 A、 B 两处满足动平衡。 据有关资料及试验表明。当转子高速旋转时，锤片在物料中搅动，好象若干把切刀，锤片过厚，则效率不高，但过薄又易磨损，故在我国是根据性能价格比来定的，一般采用 5mm或 6mm的矩形锤片。转子上锤片的多少对粉碎能力有较大的影响，每个锤片数目通过正交试验得到 并以锤片密度来衡量。我国一般现行的是低密度用于粗粉碎高密度用于细粉碎。由于粉碎机在粉碎玉米等脆性物料时，主要是锤片的高速冲击使物料颗粒受弯矩而粉碎的而在粉碎秸秆、茎蔓类物料时，则主要是由于锤片的高速冲击使物料与锤 片的棱角和筛片、齿板发生剧烈的搓擦而粉碎的。试验证明薄锤片有利于这两种物料粉碎过程的进行：在同等条件下粉碎玉米用 3 mm厚锤片时产量为 ll4.7 kg(kW h)，比用 5 mm厚锤片产量 100.2 kg(kW h)提高 14.5，但薄片耐磨性差，在具体确定时，要根据实际情况而定。因为本文所设计的粉碎机主要用于谷类物料，故选取锤片厚度为 5mm。 3.1.5 锤片末端线速度的确定 粉碎机锤片的线速度对粉碎机主要性能指标有着极为重要的影响。因为锤片式粉碎机主要是靠冲击来粉碎物料的，在粉碎机其它结构参数均不 变的情况下，锤片施予被粉碎物体的能量是与锤片线速度的平方成正比的， 锤片末端线速度 V增大时，增强锤片对物料的打击、搓擦和磨碎作用，能增加粉碎能力和产品细度，但 V过大会使机器的空载功率增加，同时因转子不平衡产生的噪音和振动也随之增加，粉碎能力反而下降，因此，合适的 V值对提高粉碎机性能至关重要。根据有关资料介绍，不同的物料需要不同的 V值 (见表 2)。 表三 不同物料的 v值表 物料 高粱 玉米 小麦 黑麦 线速度 m/s 48 52 65 75 物料 大麦 燕麦 麸糠 燕麦壳 线速度 m/s 88 105 110 115 计算锤片末端的线速度： 由于转子直径选为 560mm，且电机转速已选定为 2910r/min，且经过联轴器直接连接于转子的主轴之上， 根据公式： smdnv /99.846 0 0 00 291056014.36 0 0 00 （ 3-2） 在实际生产中，粉碎机的应用是多元的，需要通用性比较强的。根据试验 黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 18 - 及使用的经验，目前我国常用的锤片式粉碎机的锤片末端线速度多在 8090m/s。 所以本文选取锤片末端线速度 V 为 80 90m/s。 上述算得数据满足上述末端线速度的选取范围。 3.1.6 锤 筛 间隙的确定 锤筛间隙是指转子旋转时锤片末端与筛板内表面之间距离，它直接决定粉碎室物料层的厚度，物料层太厚，摩擦粗碎作用减弱，粉碎可能将筛孔堵塞而不易穿过筛孔：物料厚太薄。则物料太易穿过，对粉碎粒度有影响。 锤筛间隙对粉碎机的工作性能有较大影响。当锤筛间隙较大时，在饲料中靠近筛面饲料颗粒运动速度较慢，合格的产品容易穿过筛孔，但外圈稍大的饲料颗粒不易与筛片接触，受打击的机会少，同时筛片对它们的摩擦作用也会因速度低而减弱，因此度电产量下降，成品变粗。间隙大到一定程度时，筛面上的饲料颗粒运动速度过慢，甚至堵塞筛孔， 使生产率进一步下降。当锤筛问隙过小时，外圈饲料受到锤片打击的机会多，在筛面上的饲料运动速度高，不易穿过筛孔，使摩擦粉碎的作用增大，将饲料粉碎得过细，更加不利于排粉，不但 浪费动力，使度电产量下降，而且成品也显过细。 度电产量（锤片间隙/谷壳高粱605040302010161412108图 7 锤筛间隙与度电产量的关系 黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 19 - 锤片间隙 图 8 锤筛间隙图 间隙的大小主要取决于筛孔直径和被粉碎物料的品种。对于一定物料和筛孔有其 最佳的锤筛间隙。因此建议一定要根据筛板孔径来选择合 适的筛板孔径。 经大量试验研究表明，粉碎室采用变化的锤筛间隙 s ，能破坏锤片末端与筛片表面的环流层，有利于提高粉碎室的工作能力。本次设计的锤筛间隙采用 8mm、 12mm、 20mm，三种锤筛间隙，间隙大小由筛托调节块来调整。 3.2 粉碎室的形状和结构 3.2.1 粉碎室的形状 粉碎室有圆形和水滴式之分。圆形粉碎室又分偏心式粉碎室和椭圆式粉碎室，为圆形时较易形环流层，不利于出料。而粉碎室为水滴式时较易破坏环流层。利于物料的吸出筛板。 传统的粉碎机均使用环形筛。由于环形筛与转子同心，锤片与筛子之间有一段距离，这样就给物料提供了一个环状的运动空间。当物料进入粉碎室后，被锤片打击而被锤碎，并随锤片做高速旋转。由于颗粒大小不一样，颗粒大的分布在环流层的外圈，颗粒小的在内圈运动，这种分布状况恰与生产要求相反，不但阻碍小粒粉料的过筛，也减少了大粒料受锤片击打的几率，所以必然导致粉碎机生产率的提高受到限制。 在水滴型粉碎室中，物料喂入粉碎室后，受锤片打击而进入环流层。当环流的物料转过 270o 后，便以切线方向向对面筛片撞击，部分粒度合格的物料穿过筛孔，不合格的物料重新落入锤片回转区，再次受锤片 的打击。这样，物料每环流一次，环流层就彻底的破坏一次，从而增加了锤片打击物料的几率，改进了粉碎机的性能和排粉能力。 在粉碎室内的环流运动是影响粉粒过筛能力的主要原因，也是降低生产率的重要因素。为克服环流运动，提高粉碎效率，水滴式粉碎室设汁制造较容易。本文选用的就是水滴式粉碎室。 黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 20 - 3.2.2 粉碎室的结构 锤片式粉碎机的粉碎室主要有 3个区，即初试破碎区、加速区、全速区。被粉碎物料靠重力从粉碎机进料口进入，其下落速度一般为 0.15m s 0.30m s 随即和线速度为 85m s的锤片末端相接触低速的 物料在首次与高速的锤片发生剧烈的撞击后，被锤片拉入加速区，在此颗粒速度能在很短的时间内被提高到接近锤片的末端线速度。并随锤片一起作圆周运动。而在全速区内逐渐形成物料环流层，同时物料也得到进一步的粉碎。 3.3 转子结构并尺寸与粉碎室宽度及改进 3.3.1 转子结构并尺寸与粉碎室宽度 锤片式粉碎机转子轴组主要由转子轴、转子盘、锤片销轴、销轴套、锤片等零件组成。转子直径是指两锤片间最长的距离。粉碎机转子的安装一般为两块筛板对称面上且在下部筛板的圆心处。其实这不是最佳安装，而是要有一点偏心更好。因为这样更易破坏环流层 ，从而提高产量。 因为 该粉碎机的功率 N 是 5.4 KW， 而 K 取值 52( 8 1 5 ) 1 0 /k W m m ，根据公式： K=N/(B D) （ 3-3） 选取 转子直径 D 为 560mm，经计算选取粉碎室宽度 280mm。 图 9锤片式粉碎机转子组示意图 3.3.2 转子上的改进 为了适应侧顶部的进料方式，本次设计采用带风扇叶片的转子结构，分别在两两锤架板之间 ，对称焊上四对后倾状的叶片，这样，既能增加锤架板的强 黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 21 - 度，改善轴的受力情况，又能增加粉碎室的风量和风压，并且无须配备外部的风运设备，节约投资，降低成本。 11234 1锤片 2.销轴及套 3.锤架板 4.风扇叶片 5.轮毂 图 10 转子结构示意图 3.4 筛片的设计 本次设计采用孔眼式筛面，根据农业机械学设计手册，筛片的主要参数如下 表四 筛片的结构表 筛片号 孔径 d 厚度 h 孔距 t 12 1.2 1.2 2.6 dht 图 11 筛子结构示意图 本次设计采用水滴式的粉碎筛，其两侧插装在进料口的两侧壁上，下端由圆弧状的筛托支撑，动齿盘扁齿外缘与筛片间的径向间隙为 8 20mm，过大则会产生反料和堵塞现象，使效率显著降低。 黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 22 - 图 12 筛子形状示意图 3.5 电机与转子的连接 本次设计采用电机与转子通过连轴器直接联系的方式，连轴器的选用与计算如下： 1. 联轴器所受的扭矩 mNnpT 6.241055.9 3 2. 由于直接连 于电动机的转子之上，故其转速为 2910r/min，并根据轴径选择凸圆联轴器。 本次设计采用 4 个铰制孔螺栓给联轴器进行定位，所以须对螺栓进行强度校核，其过程如下： 每根螺栓所受的剪力 NdTF 75.15310802 6.2424 3 （ 3-4） 根据联轴器选择 M8 的铰制孔螺栓 则 螺 栓 所 受 的 剪 应 力M P ad F 26.375.775.714.3 475.15340 （ 3-5） 螺 栓 所 受 的 挤 压 应 力 M P aLd Fp 75.1325.1175.7 75.153m i n0 pp （ 3-6） 满足使用要求。 黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 23 - 联轴器上键的校核 键上所产生的挤压应力 M P ak ldTp 69.630705.3 106.24210233 pp ， 满足使用要求。 （ 3-7） 3.6 旋转主轴的设计及理论校核 3.6.1 主轴 的设计 1作用在轴上的力 电机轴扭矩 T =19549 nN= 6.2429 105.795 49 N m，忽略连轴器的效率。所以主轴所承受的转矩 T=24.6N m 2确定轴上的最小直径 选取轴的材料为 45 号钢，调制处理，据查0A=112。 30min nPAd = mm19.1629105.7112 3 （ 3-8） 取 mmd 20min ，由于存在键槽，则须增大最小轴径的 20%，算得为24mm，且又由于转速较高，所以最后取最小轴径 mmd 30min 3轴的结构设计 各轴段的具体尺寸见下表： 表五 各轴段尺寸表 单 位（ mm） 轴 段 尺 寸 备 注 I II 78,30 ld 此段为联轴器配合段，所选择的直径与长度均已给定。 II III 15,33 ld 此为定位轴肩，直径稍大于前段。 III IV 52,35 ld 滑动轴承配合处，具体尺寸选择见下文。 V VI 29,35 ld 所选长度根据转子端面与机壁之间距离而定出。 VII VIII 242,38 ld 转子配合处，长度根据粉碎室的的宽度 定出。 IX X 29,35 ld 所选长度根据转子端面与机壁之间距离而定出。 X XI 52,35 ld 滑动轴承配合处，具体尺寸选择见下文。 黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 24 - 主轴的结构图如下： 7078 15 52 29 242 525 0 930 33 35 35 38 35 35图 12 轴的尺寸设计图 各轴段的配合： I II 段与连轴器连接，为了方便装配采用间隙配合，配合为 H7/g6。 III IV 和 X XI 段与滑动轴承相连接，配合间隙的大小直接轴承的承载能力有关，根 据机械设计手册查得，配合代号选为 H8/f7。VII VIII 段与转子配合，由于此处配合距离较长，如采用键连接，对于转子的键槽加工较难，且由于转子承受的转矩和轴向力较小，故选用过盈配合连接较为合适，配合代号为 H8/v7。 3.6.2 旋转主轴的力学分析及理论校核 为了保证机器的正常工作，我们在设计机器的各部件时，首先要保证有足够的能力负担起应当承受的载荷。因此它应当满足强度要求、刚度要求、稳定性要求。在粉碎室加长、增加锤片、定刀后，是否具有足够的强度等问题，需要进一步的验证。所以对主轴进行校核及力学分析： 1 主轴所受的扭矩 电机轴扭矩 T =19549 nN= 6.2429 105.795 49 N m， （ 3-9） 由于忽略连轴器的效率，主轴所承受扭矩与电动机所受的扭矩相等。 2 主轴上所受的各种力 转子旋转后重量差 5 克引起的离心力 锤P= 2Rm差=0.005 0.21（ 2 3.14 2910/60） 2 =97.4N 由转子中心偏移量（ mm1.0 ）引起的不平衡力 （ 3-10） 黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 25 - 转P= )302nm （转= N7.803014.32910101.07.8 23 式中：转子重 kgm 7.8108.72103814.310312 363 转 假定两个力作用在同一直线上，则 Nppp 1.1787.804.97 转锤 3求轴承支撑反力 主轴的受力图 ppA BppBA16198N.mmT=24600N.mmT=14760N.mm30958N.mm16198N.mm 图 13 主轴受力图 （ 1）强度校核 先对 A点取矩： 0 FM A 黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 26 - 得： NPPNPPPPBABB89893641820364182 算得 ： mmNPMA 16198182 取 =0.6 T=14760 N mm 则算得轴所受的最大工作载荷在两轴承之间的中点处。 于是 ：WM maxmax （ 3-11） 其中抗弯截面系数 33 538432 mmdW 最大应力处的应力为 M P a74.2538414760m a x ， max ， 所以满足强度条件。 （ 2）刚度校核 中间处转角 ： EIl xblFb 6 3222 （ 3-12） 中间处的挠度： 2226 xblE IlF bxy （ 3-13） 其中324mdI ，取md=38mm，故 20460432 3814.34 I MPaE 51015.2 ， bxlb ,3 64,1 82 带入算得： 03 6 42 0 4 6 0 41015.26 1 8 243 6 41 8 21 7 8 522 0 0 4.03 6 42 0 4 6 0 41015.26 1 8 223 6 41 8 21 7 8 5222 y 于是得到 ： 1092.0,001.0 yy 所以满足强度条件。 3.7 滑动轴承的热平衡计算 1 由于转速较高，故取较大的宽径比 B/d=1.5 黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 27 - 2 算得轴承宽度 B=1.5d=1.5 35=52mm 3 算得主轴的圆周转速 smdnv /33.560000 29103514.360000 4 计算轴承的工作压力 M P adBpdBpp A 49.00 5 2.00 3 5.0 89 轴承 5 选择轴承材料 查机械设计手册，在保证 pvpvvvpp , 的条件下，选定轴承材料为 PlZCuSn 10 6 初估润滑油的黏度 span ss 038.010 60/2 9 1 010 60/ 6/7/16/7/1 （ 3-14） 7 计算相应的运动黏度 取润滑油的密度 3/900 mkg c S t2.42109 0 00 3 8.010 66 （ 3-15） 8 选定 平均油温 现选平均油温 Ct om 40 9 选择润滑油的牌号 查机械设计手册选择全损耗系统用油 L-AN68，且查得 cSt4050 10. 算出 全 损耗系统用油 L-AN68 在 50oC 时动力黏度 spa 036.0104090010 665050 11. 计算相对间隙 mmn 002.010 60/2 9 1 010 60/ 9/319/49/319/4 （ 3-16） 12. 计算直径间隙 mmd 07.0350 0 2.0 13. 计算承载量系数： 01.00 5 2.033.50 5 4.02 0 0 2.0892 22 BFCp （ 3-17） 根据设计手册用外插法算得： 049.0 14.计算最小油膜厚度 mdh 8.34049.01002.023512m i n （ 3-18） 15.确定轴颈表面粗糙度的十点高度 加工精度要求在轴径表面粗糙度等级 0.8 m ，轴承表面的粗糙度等级为 1.6 m ， 查表轴径的表面粗糙度的十点高度值 mR Z 0032.01 ，轴承孔的 表面粗糙度的十点高度值mR Z 0063.02 黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 28 - 16. 计算许用油膜厚度 取安全系数 S=2 mRRShZZ 190063.00032.0221 （ 3-19） hh min， 故满足工作要求 。 17 计算轴承与轴径的磨擦系数 取宽径比变化系数 2.1 ，于是： 0 3 6.02.10 0 2.00 5 4.0301049.00 0 2.0 2 9 1 014.336.014.30 5 4.0 6 pf （ 3-20） 18查出润滑油的流量系数 查表得 055.0vBdq 19. 计算润滑油的温升 润滑油的密度 3/900 mKg ，取比热容 C=1800J/（ kgoC），表面传热系数 CmWs 2/80 Cvv B dqcpft os742.1133.5002.08014.3055.090018001049.0002.0036.0 6 （ 3-21） 20. 计算润滑油入口温度 Cttt omi 129.442742.11502 因一般取润滑油入口温度it=（ 40 50） oC，故上述入口温度略高于其基本范围，此时轴承的热平衡易于建立，但轴承的承载能力尚未充分发挥，可适当降低轴承表面粗糙度的要求。 21. 选择配合，根 据直径间隙 mm07.0 ，根据机械 设计手册，按GB/T1801-1979 选配合代号 H8/f7，轴的尺寸公差为 05.0075.035，轴承的尺寸公差为 039.0035。 故其最大间隙量 mm1 1 4.00 7 5.00 3 9.0m a x 最小间隙量 mm05.005.00m in 而 mm07.0 在两者之间，故所选配合合适。 黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 29 - 4.整机的虚拟装配 当一切准备工作完 成之后，我们就要进入总体的装配了。首先我们还是要进行 转子 的装配，按缺省的方式来进行完全约束。之后我们可以依次装配其他的组件，在这里我是按照依次装配地 上机壳 、 下机壳 、 侧门、轴承、螺栓等。为了简化装配过程，我们把很多的组件都画在了一起，因为我们不需要进行力学的分析，而螺钉一类的装配我们也采取阵列来简化装配的过程。但有些我们是无法进行阵列的装配，比如 轴承与机架的连接处，螺栓较少方向较难捕捉到 ，但其所有运动的部件我们都要重新依次的进行销钉的装配动作，因为只有这样才能保证后期仿真的正确性。另外还有中耕单体的装配，我们 要把小地轮进行重新的销钉装配。另外我们还把传动轴上的零件画到一起简化装配。 明确装配的顺序和方式以后，我们首先要进行大地轮的装配，因为其支架是固定的画在机架上的，这和我们按照完全约束的方式来进行装配的效果是一样的，我们首先是要安装汽缸，同样以销钉的方式安装在其支架孔的位置，这样是可以以转动的方式来变换其位置来适应其他杆的装配。然后我们就要装配大地轮的两个支架壁，为了使两个支架壁转动的角度使一致的，便于后期的装配，我们也可以首先装配一个支架壁，然后利用镜像装配来限制另外的一个支架壁。最后我们只要把汽缸的另一头 和支架壁上的孔再进行一次销钉装配就完成了大地轮架的装配。然后我们就可以利用中心平面来进行镜像装配的过程，再这里我们要注意两个地轮是再后期要进行运动仿真的部件，我们不可以进行镜像装配，而要依次来进行销钉的装配。 1. 整机的方向视图 黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 30 - 方向 1 方向 2 方向 3 黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 31 - 2.转子的装配视图 方向 1 5.水滴型饲料粉碎机的主要参数 表六 饲料粉碎机的主要参数表 型号规格 转子直径 (mm 锤片数量 ( 片 ) 配用功率 (KW) 产量 (t/h)玉米3 线速度 m/s 560 24 7.5 0.6t 黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 32 - 6.结论 本文设计的是锤片式粉碎机。粉碎机的作用是对饲料原料进行粉碎 ， 过粉碎可增大单位质量原料颗粒的总表面积，增加饲料养分在动物消化液中的溶解度。提高动物的消化。本文所设计的粉碎机主要用于粉碎玉米作物。影响锤片式粉碎机工作性能的主要因素分 3类：被粉碎物料、粉碎机本身和配套设备 ,其中粉碎机本身影响包括锤片的末端线速度的影响、锤片厚度和密度的影响、锤筛间隙的影响等等，在设 计时应注意这些方面，设计出优良性质的粉碎机。 7.结束语 为期两个多月的毕业设计任务在紧张繁忙中已结束了。这是大学生活中最后的学习机会，也是从学校到社会，从理论到实践的一个缓冲阶段。此次设计为我以后的工作和学习打下了坚实的基础。 在这次毕业设计中，车刚老师从百忙之中抽出时间为我细心指导，在整个毕业设计的过程中，老师给了我极大的帮助，才使得我的毕业设计能