（机械制造及其自动化专业论文）颚式破碎机自顶向下设计与偏心轴的分析和加工.pdf

太原理工大学硕士研究生学位论文 颚式破碎机自顶向下设计与偏心轴的分析和加工 摘要 颚式破碎机由于其结构简单、制造容易、维修方便、成本低等优点， 一直是粉碎工程范畴内应用最为广泛的一种破碎设备。近年来，在研发方 面为了进一步提高其效率，借助于计算机辅助设计手段进行的研发多有报 道。但用计算机辅助设计进行颚式破碎机自顶向下的整机设计却是鲜有报 j 正 逼。 本文依此方向进行了研究并得到些成果。利用实验室用的颚式破碎机 测绘数据，在p r o e 软件实体建模中的三维模型基础上，采用p r 0 e 软件中自 顶向下设计功能的布局模块，成功地实现了对颚式破碎机的整机设计。此 种方法能在布局中综观设计全局，零件尺寸能由布局中的尺寸所驱动。利 用p r o e 软件中的布局模块对颚式破碎机进行整体设计，结合装配体中的主 体模型来管理数据，优化设计流程。通过在布局中操作实现对颚式破碎机 的尺寸修改、尺寸约束、自动装配、零部件替换等。实现在布局中综观全 局，只需在布局中修改所需参数而迸行整机的设计。进一步利用v i s u a l s t u d i o2 0 0 5 结合p r o e 软件自带的p r 0 厂】b 0 1 l ( i t 开发包进行二次开发，实现以 对话框的形式与设计者交流。设计成型后对偏心轴进行了有限元分析，最 后利用p r 0 e 软件中的加工模块得出偏心轴加工的数控代码。充分发挥了 p r o e 软件集成于一体的强大功能，实现了偏心轴零件在同一个软件平台下 的c a d 、c a e 和c a m 。 在第一章中，首先介绍了颚式破碎机概述，常见颚式破碎机的类型， 太原理工大学硕士研究生学位论文 以及国内外对颚式破碎机研发的设计现状，然后介绍了本论文的研究意义 和目的。最后介绍了本论文设计的颚式破碎机的主要零部件等。 在第二章中，利用颚式破碎机测绘数据，采用p r o e 软件中自项向下设 计功能的布局模块，结合装配体中的主体模型来对颚式破碎机的整机进行 设计，用p r o e 软件进行实体建模，得出颚式破碎机设计用实体模型。所有 零件建模参照统一的全局尺寸，统一的坐标系，统一的坐标平面。不仅零 件本身参数化，而且零件与零件之间的尺寸也实现了参数化，实现真正意 义上的参数化整机建模。 在第三章中，对p r 0 肥软件进行二次开发，利用p m t o o l k i t 中的相应函 数获取第二章中布局模块的参数，实现颚式破碎机整机的参数化建模，并 以对话框的形式与用户交流，参数保存在数据库，随时可以调用或是修改。 也可打印数据和导出数据。 在第四章中，把传来的数据( 负责分析机构、四连杆、腔型等设计的 其他同学) 添加到第三章中的相应控件上，得出颚式破碎机成型的实体模 型。在p r 0 e 软件m e c h a n i c a 模块中对颚式破碎机偏心轴进行有限元分析， 最后利用p r o e 软件中的加工模块得出偏心轴加工的数控代码。 关键词：颚式破碎机，自顶向下设计，布局，p r o t 0 0 l l ( i t ，数控加工 t o p d o w nd e s i g no fj a wc r u s h e r a n de c c e n t r i cs h 姗t a n a i y s i sa n dp r o c e s s i n g a b s t r a c t t h ea d v a n t a g e so f m e j a w c i - l _ l s h e ri s ：1 i g h t e rq u a l i 够，l e s sc o r n p o n e n t ， c o n l p a c ts t m c t u r e ，c m s h i n gc a v 匆f i l l e dt h ed e g r e ei sg o o d ，o nt h em a t e d a lc a n b eb r o k e nb yo fu n i f o m ，t om o v e1 0 w e r ja wi n 缸o d u c e dm a n d a t o 巧6 n i s h e d p r o d u c tu n l o a d e d ，m eh 逸h e rp r o d u c t i v i t ) ，i nr e c e n ty e a r s ，i no r d e rt of 出t h e r i r n p r o v ei t se 伍c i e n c y ，w i t ht h ea i do fc o n l p u t e ra i d e dd e s i g nm e t h o df o rt h e r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n tm o r e r e p o r t s b u tw i t hc o m p u t e ra i d e dd e s i g nt ot h e ja wc m s h e rt o p d 0 1 i v l ld e s i g no f 也ew h o l em a c h i n e 衙a r e l yr e p o r t e d t h i sp a p e rs t u d i e di nt h i sd i r e c t i o na n dg e ts o m e r e s u l t s u s i l l gl a b o r a t o 巧 w i t ht h eja wc m s h e rs u r v e y i n ga n dm 印p i n gd a t ai np r o 甩s o 腑a r ee n t i t i e s m o d e l i n go f3dm o d e lb a s e do nt h ep r o es o 矗w a r et o p d o w nd e s i g l l 鼬1 c t i o n o ft h el a y o u to ft h em o d u l e ，s u c c e e d e di n 出ej a w c r u s h e rf o rt h ed e s i g n t h i s m e t l l o dc a ni nl a y o u td e s i g l lo v e r v i e wo fm eo v e r a l ls i t u a t i o n ，p a n ss i z ec a nb y a r r a n g e m e mo fm ed r i v e nd i m e n s i o n s u s eo fs o f 研a r ep r o el a y o u tm o d u l et o t h eja wc r u s h e rf o ro v e r a nd e s i g n ，c o m b i n e dw i m t | l em a i nb o d yo fam o d e lo f t h ea s s e m b l yb o d yt om a n a g e m e n td a t a ，o p t i m i z et h e d e s i g np r o c e s s t h r o u 曲 i i i 太原理工大学硕士研究生学位论文 t h eo p e r a t i o ni nt h el a y o u tt oa c h i e v eja wc m s h e rs i z em o d m c a t i o n ，t h es i z e c o n s 仃a i n t ，a u t o m a t i ca s s e m b l y ，s p a r ep a r t st or e p l a c e ，e t c i n1 a y o u tt h r o u g h o u t t h e9 1 0 b a lr e a l i z a t i o n ，j u s ti nt h el a y o u tf o rt h em o d i f i e d 趾dt h ed e s i g no ft h e w h 0 1 em a c h i n ep a r 锄e t e r s f u 曲e ru s ev i s u a ls t u d i o2 0 0 5p r o es o 脚a r e c o m b i n a t i o nt oo w np r o t o o l k i ts e t u p ss e c o n dd e v e l o p m e n t ，t or e a l i z ed i a l o g b o xw i mm ed e s i g n e r si nm ef o r mo fc o m m u n i c a t i o n a r e rm 0 1 d i n gd e s i g no f e c c e n t r i cs h a rf o rm ef i n i t ee l e m e n ta 1 1 a l y s i s ，f i n a l l y ，u s i n gt h e p r o ep r o c e s s i n g m o d u l ei nm es o 脚a r et h a tp 甜i a l i 够a x i sc n cp r o c e s s i n go ft h ec o d e g i v e 如u p l a yt ot h ep r o es o 觚a r ei n t e g r a t i o ni no n eo f t h ep o w e r 如1f e a t u r e s ，r e a l i z et h e e c c e 嘶i cs h 世p a n si nt 1 1 es 锄et h ew o r k b e n c hc a d ，c a ea n dc 删t h ew h o l e p r o c e s s i n 也ef i r s tc h 印t e r ，f i r s ti n t r o d u c e dt h ef o r e h e a dc m s h e ro v e r v i e w ，c o m m o n t y p e so ff 而n t a lc m s h e r ，a n dd o m e s t i ca n df o r e i g nr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to f t h ed e s i g l lo ft h e 行o n t a lc m s h e rp r e s e n ts i t u a t i o n ，趾dt h e ni n t r o d u c e dt h i sp a p e r r e s e a r c hm e a n i n ga n dp u 印o s e a tl a s t ，m ep 印e ri n t r o d u c e st h ed e s i g no ft 1 1 i s p 印e rm ef o r e h e a do f m ec r u s h e ro fm a i np a n s ，e t c i nt h es e c o n dc h a p t e r ，u s eja wc m s h e rs u r v e y i n ga n dm a p p i n gd a t a ，u s i n g t h ep r o es o 盘w a r et o p d o 、md e s i g nf 址1 c t i o no ft h el a y o u to ft h em o d u l e ， c o m b i n e dw i t l lm em a i nb o d yo fam o d e lo fm ea s s e m b l yb o d yo f ja wc r u s h e ro f t h e 、h o l em a c h i n ea r ed e s i g n ，w i t hp r o ee n t i 够m o d e l i n gs o 盘w a r e ，a n d c o n c l u d e st h a tt 1 1 ec r u s h e ras o l i dm o d e ld e s i g n a 1 1p a r t so ft 1 1 e u n i f i e d m o d e l i n gw i m r e f e r e n c et og l o b a ls i z e s ，u n i f i e dc o o r d i n a t es y s t e m ，m eu n i t yo f i v t h ep l a n ec o o r d i n a t e s n o to n l yp a n si t s e l fp a r 锄e t e r ，a 1 1 dp a r ta n db e t w e e n t h e p a r t ss i z ei sa l s or e a l i z e dt h ep a r 锄e t e r ，r e a l i z et h er e a ls e n s eo f p a r 锄e t e r i z e d m o d e l i n gm a c h i n e i nt h em i r dc h a p t e r ，p r o eo fs o 胁a r ef o rt h es e c o n dd e v e l o p m e n t ，u s i n g t h er e l e v a n t c t i o np r o t 0 0 1 k i tf o rt h es e c o n d c h a p t e ro ft h ep a r 啦e t e r so ft h e m o d u l e1 a y o u t ，r e a l i z em ec m s h e ro f p a r 锄e t e r i z e dm o d e l m g ，a n dw i t hm ef o m o ft h e d i a l o gb o xt oc o m m u n i c a t ew i t l lu s e r s ，t h ep a r a m e t e r so fs t o r e di n d a t a b a s e ，a ta n yt i m ec a nc a l lo rm o d i f i c a t i o n a l s oc a np r i n td a t aa n dd e n v e d d a t a i nt h ef o u r c hc h 印t e r ，矗o mt h e d a t a ( r e s p o n s i b l ef o rt h ea n a l y s i so f i n s t i t u t i o n s ，f o u rc o m e c t i n gr o d ，c a v i t yd e s i 印s u c ha st y p eo fo t h e rs t u d e n t s ) a d d e dt ot h ec o r r e s p o n d i n gc o n t r 0 1o nt h em i r dc h a p t e r ，i ti sc o n c l u d e dt h a tt | l e e n t i 够m o d e lo ft h em o i d i n gc m s h e r i np r o es o f h a r em e c h a n i c am o d u l eo f c m s h e rp 甜i a l i t ya x i s b y 矗n i t ee l e m e n ta n a l y s i s ，f i n a l l y ，u s i n gt h ep r o e p r o c e s s i n gm o d u l ei nt h es o f t w a r et h a tp a n i a l i t ya x i sc n cp r o c e s s i n go ft h e c o d e 三yw o i s ：ja w c r u s h e r ，t o p - d o w nd e s i 盟，1 a y o u t ， p r o t 0 0 1 k i t ， c n c p r o c e s s l n g v 太原理工大学硕士研究生学位论文 v i 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 1 引言 第一章绪论 凡是用外力将大颗粒物料变成小颗粒物料的过程叫破碎，其所使用的机械称为破碎 机械，简称为破碎机【l 】。破碎物料的目的主要有： ( 1 ) 可以增加物料表面的总面积，从而提高物料物理作用的效果和促进化学反应的 速度； ( 2 ) 用于制备混凝土，制备混凝土一般需要不同粒度的石块，矿山上开采下来的原 矿一般都比较大，必须用破碎机将其破碎，然后用筛分设备将其分级，才能被合理应用； ( 3 ) 提取矿石有用成分，矿石中的有用成分有时候会和矿石中其他物质紧密的结合 在一起，需要将矿石破碎才能将其中的有用成分提取出来。 岩石的破碎是通过将机械的外力施加到待破碎的物料上，将物料破碎成许多小块。 破碎岩石的方法主要有：压碎、劈裂、冲击破碎、折断、磨碎等，一般情况下，在破碎过 程中，某一破碎方法不会单独出现在任何一种破碎机的破碎过程之中，选矿采用的破碎、 磨矿机构往往在实际生产中都会有两种或两种以上破碎矿石的方法同时发生【2 】。 破碎机的功耗学说，也称破碎理论，目前，公认的破碎理论有面积学说、体积学说 和裂缝学说。是研究破碎整个过程与破碎所消耗能量之间的关系。上个世纪被提出的， 由于破碎是把大颗粒转变成小颗粒的过程，所以要对物料施加外力，抵消物料内部间的 内聚力，也就是说需要对物料做功，把做的功转变成形能，当变形达到一定时才能发生 破碎。上述三种学说都是从某一个角度解释了破碎过程的某一个阶段，而不是整个过程， 都具有片面性，在应用时，根据不同的破碎形式选择不同的学说。粗碎时新生的表面积 不多，一般以体积学说较为确切，其它学说结果不可靠；而细碎( 破碎颗粒直径在1 0 岬 以下) 时由于用裂缝学说求得的数据很小，此时新生表面积增多，大多能量以表面能的 形式呈现，故以面积学说较为准确；在粗碎与细碎之间，裂缝学说又比较准确。粗碎与 细碎之间的范围很广泛，而且裂缝学说使用的是破碎的净功耗，大多情况下以裂缝学说 为准确，故其有实际意义和应用价值【3 击】。 为了满足我们的需求，矿石物料的破碎已是许多行业中必须的环节，同时破碎矿石 太原理工大学硕士研究生学位论文 也是一个耗能大的过程。根据不同的需要，研究设计人员已经研制出了多种类型的破碎 机械。矿业用的破碎机是指排料中粒度大于三毫米的含量占总排料量8 0 以上的粉碎机 械，由英国人恒安发明。破碎作业通常按给料和排料粒度的大小可分为粗碎、中碎和细 碎。常用的砂石设备破碎机有颚式破碎机、反击式破碎机，冲击式破碎机，复合式破碎 机，单段锤式破碎机，立式破碎机，旋回破碎机、圆锥式破碎机、辊式破碎机、双辊式 破碎机、二合一破碎机、一次成型破碎机等几种( 见图1 1 ) 。 藤 鹚勉l m 皇 i瀚纩飞形俺 蝌 l 驴k 鞑谚 ， 飞躲 1 啕【已，=， 确除 澜萨l ( a ) 颚式破碎机( b ) 圆锥式破碎机( c ) 辊式破碎机( d ) 冲击式破碎机 图卜1 破碎机的主要型式【7 】 f i g 1 - 1t h em a i nt ) ，p e so f 廿1 ec r u s h e r 1 2 颚式破碎机的发展概述 颚式破碎机是1 8 5 8 年发明的，距现在已经快2 0 0 年了。由于其结构简单、制造容 易、维修方便、适应范围广、工作可靠等优点，一直是粉碎行业内应用最多的一种破碎 设备【剐。随着各国对其的不断开发研制，现在种类己很多。例如国内的双动颚颚式破碎 机、双腔双动颚颚式破碎机、外动颚颚式破碎机( 见图1 2 ) 、冲击颚式破碎机等。国 外也相继出现了许多新型的颚式破碎机。例如俄罗斯的振动颚式破碎机( 见图1 3 ) 。 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 图1 2 外动颚匀摆颚式破碎机【9 】 f i g 1 - 2o 幽i d es w j a wp l a t cc m s h e r 3 2 卜机座；2 一颚板；3 一不平衡振动器；4 一扭力轴 图1 3振动颚式破碎机【1 0 】 f 培1 3 b r a t i o n a lj a wc n 曲e r 颚式破碎机的分类方法很多，如果按动颚运动形式来分，可以把颚式破碎机分为双 肘板颚式破碎机( 简摆颚式破碎机) 和单肘板颚式破碎机( 复摆颚式破碎机) ，其简要 结构见图1 4 。 3 太原理工大学硕士研究生学位论文 ( a ) 简摆颚式破碎机 ( b ) 复摆颚式破碎机 图1 4颚式破碎机结构简图【l l j f i g l - 4j a wc m s h e rs t r u 咖r ed i a g r 锄 本文主要是针对复摆颚式破碎机来阐述颚式破碎机的设计和发展过程。所设计的颚 式破碎机是针对原矿的初碎，物料在破碎腔内的破碎形式主要是单颗粒破碎。目前国内 对原矿单颗粒初碎研究很少，为了提高颚式破碎机的工作性能，需要对单颗粒初碎进行 理论研究，为颚式破碎机的设计或改进提供理论基础1 2 】。颚式破碎机从机构上讲是一种 四连杆机构，更确切的说是曲柄摇杆机构，故我们需对整个颚式破碎机构进行动力学和 运动学分析，利用p r o e 的布局模块结合主模型对颚式破碎机进行整机的设计，建立其 仿真模型，并且利用其运动学功能对颚式破碎机机构的设计参数进行仿真优化设计，可 以得到一组满足用户设计要求的最优化机构设计参数，将其优化后的参数赋值给布局中 所对应的变量，即可得出我们需要的颚式破碎机，大大缩短了产品开发周期，提高了产 品的市场竞争力。 1 3 国内外研发现状 目前，我国许多中小矿山厂由于资金、技术有限对颚式破碎机的研究大多侧重于小 型颚式破碎机上，而国际上颚式破碎机正在向大型化、节能化和多破碎等方向发展【1 2 】。 像大型规格的颚式破碎机都主要由国外企业生产制造。而且国内各制造厂商生产的颚式 破碎机技术水平相差也很悬殊，只有少数厂家的产品基本接近世界先进水平，而大多数 厂家的产品与世界先进水平相比差距仍然很大【l3 1 。在研发和设计方面，大多的都还是仅 仅局限于各个零件的单独设计，从开始的a u t o c a d 到目前的三维软件( 如p r o e 、 s 0 1 i d w o r k s 、u g 等) 的应用，这些大多都是分开建模，然后逐步组装，而进行自顶向下 颚式破碎机整机的设计不多见。因此，颚式破碎机机构优化设计是保证颚式破碎机有最 佳性能的根本方法。随着近几年计算机技术的飞速发展，出现了大量针对颚式破碎机的 4 太原理工大学硕士研究生学位论文 机构优化设计的研究。由于国外企业的对自身的技术加强了保密，各大颚式破碎机制造 商所生产颚式破碎机具体设计细节及无法得知，再者由于自身技术水平有限。在相当长 的一段的时期内，我国生产的颚式破碎机很多都依靠图解法或针对引进产品的类比法所 设计的，甚至直接引用简摆颚式破碎机的相关研究结论，这些根本性问题严重制约了我 国颚式破碎机研发和生产的绿色式、跨越式的发展。 在国外，随着颚式破碎机的不断发展，其结构得到了不断的改进和提升，实力雄厚 的国家正在向大型化、节能化和多破碎等方向发展，随着对颚式破碎机技术的不断深入 研究，国外相继出现了许多新型的颚式破碎机。例如俄罗斯选矿设计院研制出一种新型 的振动颚式破碎机，和其他类型的颚式破碎机比它主要适用于破碎强度较大的物料【1 4 】。 在研发和设计方法方面，随着计算机软硬件技术的迅猛发展，颚式破碎机结构的设计手 段越来越多，如自顶向下设计、参数化设计和特征拷贝等。参数化设计理念在机械零部 件的设计中得到了广泛的应用，像p r o e 、s o l i d w o r k s 、u g 等三维工程设计软件都是完全 基于参数化设计的建模理念，符合人们的设计思维，能够非常好的实现产品结构的参数 化设计，并且能够很好的反应设计人员的设计意图。在颚式破碎机结构的设计方面，利 用这些软件可以实现颚式破碎机三维模型和结构参数化的紧密结合，为颚式破碎机的设 计与开发提供了一条有效途径。一些发达国家是利用自顶向下设计方法，例如利用骨架、 双骨架、布局、布局结合骨架或是布局结合主模型等来对颚式破碎机进行设计、实现参 数化建模。 无论国内还是国外颚式破碎机的研发及生产，都在一定程度上对该行业的发展起到 了积极的推动和促进作用。但由于各种原因，多数机型没能得到大面积推广使用。而在 国内大多数的企业生产和现场使用的依旧是传统颚式破碎机，而且近几年国内机械设备 展览会上仍以传统颚式破碎机为主，很少有新型的颚式破碎机出现。 从上述国内外研究状况以及上节所述的颚式破碎机发展来看，为了缩短与世界先进 水平的差距，除了借鉴学习国外先进技术外，还应积极采用现代设计方法来代替原有的 常规设计和经验设计。为了突破传统的颚式破碎机的设计方法，以及目前大多所谓计算 机辅助设计为自下向上的模块式堆积设计的现状，探究一种新的颚式破碎机的计算机辅 助整机设计的方法，本文充分利用飞速发展的计算机辅助设计技术，对颚式破碎机用自 顶向下方法进行了整机设计，为提高产品的性能、优化关键的机构、缩短研发和生产的 周期，提升自身的竞争力，提供了一条可行的路径。 5 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 4 研究的意义和目的 随着科学的不断发展，计算机的出现提供了更有效的设计手段和方法。为了进一步 提高设计的效率，借助于计算机辅助设计手段进行的研发越来越多，但用计算机辅助设 计进行颚式破碎机自顶向下的整机设计却是很少，无论是国内还是国外，大多的都还是 仅仅局限于各个零件的单独设计，从开始的a u t o c a d 到目前的三维软件( 如p r o e 、u g 、 s o l i d w o r k s 等) 的应用大多都是分开建模，然后逐步组装，而进行颚式破碎机整机的设计 不多见。 为了突破传统的颚式破碎机的设计方法，为颚式破碎机的研发提供更先进的设计理 念和途径，本文提出了了颚式破碎机计算机辅助自顶向下整机设计思路及方法。 首先利用实验室用的颚式破碎机测绘数据，在p r o e 软件实体建模中的三维模型基 础上，采用p r 0 e 软件中自顶向下设计功能的布局模块，结合模型中的主体模型实现颚 式破碎机的整机设计，主体模型主要用来管理数据。其目的是： ( 1 ) 利用此种方法能在布局中综观设计全局，零件尺寸能由布局中的尺寸所驱动。 即所有零件建模参照统一的全局尺寸，统一的坐标系，统一的坐标平面。不仅零件本身 参数化，而且零件与零件之间的尺寸也实现了参数化，实现真正意义上的参数化整机建 模； ( 2 ) 通过在布局中操作实现对颚式破碎机的尺寸修改、尺寸约束、自动装配、零部 件替换等。即可在布局中修改所需参数而进行整机的设计； ( 3 ) 为新型颚式破碎机的设计和生产提供可行性方案。 随着颚式破碎机的不断发展，其结构得到了不断的改进和提升，正在向大型化、节 能化和多破碎等方向发展，随着计算机软硬件技术的迅猛发展，产品结构的设计手段得 到了空前的提升。实现三维模型和结构参数化的有效结合，为颚式破碎机的设计与开发 提供了一条有效途径，参数化设计理念在机械零部件的设计中得到了广泛的应用。自顶 向下设计方法就是其中的一种，是先设计总装配图，再设计零件图，是一个从抽象到具 体的逐步细化过程，能很好的发挥设计人员的潜力和能动性，本论文研究意义所在为： ( 1 ) 此方法对于复摆颚式破碎机升级和改造具有指导意义； ( 2 ) 可大大提高设计的效率； ( 3 ) 为新一代颚式破碎机的研发和生产奠定可靠基础。 6 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 5 颚式破碎机的主要零部件和相关术语 图1 5 复摆颚式破碎机【1 习 f i g 1 - 5s i n g l et o g g l ej a wc m s h e r 1 一楔铁2 一弹簧拉杆3 一调整座4 一推力板5 一动颚6 一动颚板7 一定颚板 8 一边护板9 一飞轮1 0 一电动机1 l 一小带轮1 2 一机架1 3 一偏心轴1 4 一带轮 复摆颚式破碎机组成结构见图1 5 。其主要零部件和相关术语如下： ( 1 ) 原动机和传动件：一般是电动机作为原动机，传动件为一级三角皮带传动，电 动机与机架分开安装，装有小轮皮带轮，小皮带轮用键槽与电机主轴相连。电机与底座 用螺栓连接，底座开出槽用来调节电机皮带的张紧。 ( 2 ) 机架：主要用来支承偏心轴( 主轴) 、动颚板和定颚板并承受破碎力。常用铸钢( 如 z g 3 5 ) 整体铸出，或分件装配成，也可用厚钢板焊成。我们由于是小型颚式破碎机，为 了加工的方便，用厚钢板焊结而成。为了增加刚性，外面增加了许多纵横向的加强筋。 ( 3 ) 动颚：动颚的工作表面装有颚板( 破碎板) ，一般用z g 4 5 、z g 3 5 铸成、上部由 偏心轴支撑，轴承有的用滑动轴承，有的用滚动轴承，下部由推力板支撑。动颚工作表 面镶有带齿的破碎板，用螺栓紧固，要注意防松。为了减轻重量，增大刚性，有时动颚 做成箱形体，动颚的最底部，用钩头拉杆钩住。动颚的安装倾斜角通常为1 5 度2 5 度。 ( 4 ) 破碎衬板：颚式破碎机的破碎衬板包括了定颚板、动颚板以及两侧壁的边护板。 在实际生产中破碎机破碎物料的主要工作是由是动颚及定颚上的破碎衬板来完成的，破 碎衬板的齿面是与破碎物料直接接触的，在破碎工作中承受了很大的冲击挤压力这就造 7 太原理工大学硕士研究生学位论文 成了衬板极易磨损甚至坏掉，成了破碎机上的易损件，从而需要经常更换造成停产而它 的停产又势必造成整条破碎线的停产，故动颚衬板与定颚衬板使用量的多少直接影响了 企业的破碎成本，据多年来生产企业在破碎衬板上消耗的数量来看，无疑给企业造成了 巨大的经济损失。因此研究如何提高破碎衬板的使用寿命具有巨大的意义。动颚工作面 和所对的机架前面装带齿的颚板，在机架的两内侧壁装不带齿的侧护板，形成一个四方 锥形破碎室。 颚板和护板是直接与破碎物料接触的，要受到强大的破碎挤压力和摩擦磨损，故一 般用耐磨材料制造。目前，现有的颚式破碎机使用的破碎衬板在材料上大多数采用高锰 钢。高锰钢的特性是耐磨性好，但机械加工性能、焊接性能差，铸造性脆，但在1 0 0 旺1 0 5 0 度水淬后，可得到高抗拉、抗剪、延性、韧性，故一般在出厂时，破碎板是经水淬处理 的，使用时一般不再重新加热处理。因其在冲击载荷的作用下，会产生表面硬化，不仅 使其能形成既硬又耐磨的特性还能保持其本身所具有的韧性，所以在破碎机上得到了广 泛的应用。而随着科学技术的发展，近些年国内外采用了一种叫高铬白口铸铁的材料作 为制作破碎衬板的材料，取得了很好的效果，其使用寿命比高锰钢提高了4 倍左右。小 型颚式破碎机，也常用白口铸铁代用。为了使动颚板紧贴在动颚上，接触面问可以垫铅 或其他填料。考虑到不同破碎区的磨损不均匀和调换的可能，颚板与护板都是采用可拆 联接，且设计成可以上下对调使用。 ( 5 ) 偏心轴( 又称主轴) 与其转速：支撑动额、飞轮和大带轮，承受弯曲、扭转，起 曲柄作用。偏心距一般为1 0 3 5 n u n ，是本机最贵重的零件，常用4 2 m n m o v 、3 0 心o b 、 3 4 m n m o 等高强度优质合金钢锻造加工而成，小型的也用4 5 钢。一般需经调质等处理。 本颚式破碎机把偏心轴分成直轴和偏心套筒，现偏心套筒材质同样用4 5 钢，需调质处 理。 颚式破碎机的主轴转速即指偏心轴的转速n ，偏心轴每转动一圈动颚便往返摆一次。 其是颚式破碎机的主要性能参数之一，直接影响着颚式破碎机的生产能力、能耗及过粉 碎产品的含量。由于排料层物料在下落时会受到破碎衬板齿面的摩擦阻碍作用，故其下 落的重力加速度g7 应小于自由下落时的重力加速度g ，本文取g = 9 0 0 ( c 州s 2 ) ，由排 料层自由落体排料可得： 1 = 去g ( f ) 2 ( 1 1 ) 8 太原理工大学硕士研究生学位论文 式中；f ，为圆形物料下落时间，：塑( s ) ： 行 啊即为圆形物料的直径，现取忽_ 2 3 8 ( i 啪) 。 将，、g7 代入公式( 1 1 ) 得出： n = 4 1 2 ，m i i l( 1 2 ) ( 6 ) 推力板：是支撑动颚并将破碎力传到机架后壁，推力板的后端装有调节装置， 我们采用的是螺纹式人工调节，用来调整排料口的大小。一端与动额铰接，另一端与机 架后部调节装置连接。推力板一般用铸铁铸成整体，也可铸成两块，然后用螺钉( 或铆 钉) 连接起来，组成组合推力板。推力板由于制造简单，价格便宜，人们在设计时为了 保护其它贵重零件( 如偏心轴、额板等) 一般在推力板中部开几条槽或一些小孔以降低 它的强度，这样当设备超负荷运行时，巨大破碎力传递给推力板导致推力板折断或组合 推力板的螺钉剪断，机器停止工作。 ( 7 ) 飞轮：安装飞轮的目的是蓄存能量，由于颚式破碎机的工作是间歇性的，工作冲 程与回程消耗的功差别很大，从而引起负载与速度的波动。为将负载、速度的波动控制 在一定范围内，在偏心轴的两端安装具有一定质量的旋转件，颚式破碎机由于一端装有 大带轮，故只需在另一端装飞轮。当驱动功大于阻力功时，将多余的能量蓄存起来，使 动能增大，反之。 ( 8 ) 支撑件：包括偏心轴的支撑轴承和动颚支承。对于中小型颚式机多用双列自位 滚动轴承。动颚支承一般用滑动轴承。要特别注意轴承的密封与润滑。本颚式破碎机由 于把偏心轴分成直轴和偏心套筒，直轴与偏心套筒之间安装了一副轴承，我们也选滑动 轴承，两端用密封圈和轴承套密封，偏心套筒顶部留有加油孔。 ( 9 ) 出料口的调节：目前，小型机常用楔铁式，是用放在推力板后座与机架之间的 两个楔块，通过旋转螺杆调整楔铁，改变推力板位置，从而调节出料口的大小，当然额 板的倾角也变了。大、中型颚式破碎机多用组合垫片式，在后推力板的支承座后面与机 架后壁之间放一组垫片，通过改变垫片数量或厚度，便可达到调节出料口大小，此方法 结构紧凑。 一般的颚式破碎机只能调节一个参数，也就是出料口的调节，小型的常用楔铁式， 大、中型颚式破碎机多用组合垫片式。另外有一种既能够调节出料口大小，也能够调节 悬挂高度，这种结构的前提是动额板要足够长，这种不是通过改变以往的推力板实现的， 9 太原理工大学硕士研究生学位论文 而是通过改变定额位置来实现的，把定额做成是可调节式的，这样当改变定额的水平距 离时，就改变了出料口的大小，改变定额的垂直距离时，就改变了悬挂高度，因为动额 是倾斜的，所以进料口也相应的增大或是减小。这种结构实现了多参数调节，使用户有 更多的选择，大大提高了颚式破碎机的应用范围，但同时也带来一些负面影响，例如定 额做成了可移动式，影响了颚式破碎机工作的稳定性，产生更多噪声，降低了定额板的 寿命。为了解决这些问题，就需要我们设计出合理的结构，选择合适的材料。这就需要 考虑如何实现定额的调节、调节好后如何固定定额、定额怎样和机架相连等等。 ( 1 0 ) 进料口：颚式破碎机的进料口是指当颚式破碎机水平放置于工作平台时，破碎 腔上端的腔口处定颚板在动颚板在水平行程最大时，动颚板的齿顶( 齿根) 到定颚板的 齿根( 齿顶) 之间水平距离以及机架两侧壁护板之间的水平距离。 ( 1 1 ) 啮角：颚式破碎机的啮角是指构成破碎腔的动颚板与定颚板之间的夹角。啮角 的大小直接影响了颚式破碎机的生产率及破碎腔的腔高。为提高颚式破碎机的生产率希 望有较小的啮角，但啮角较小又会使破碎腔的腔高变高，从而增加了机器重量，故合理 的啮角是颚式破碎机的一项重要指标。经过国内外学者多年的研究，传统颚式破碎机的 破碎腔形已由磨损严重易堵塞的“直线一直线”腔形变为优化后的磨损相对小无堵塞的 “直线一曲线”腔形。 ( 1 2 ) 破碎腔与破碎腔腔高：颚式破碎机的破碎腔是由动颚板、定颚板及机架两侧壁 的衬板组成。破碎腔的形状是由进料口尺寸、排料口尺寸、啮角、动定颚板以及两侧壁 衬板的布置方式、衬板的纵向和横向断面的形状等因素所决定的，而这些因素直接影响 了颚式破碎机的生产率、产品粒度组成、比能耗、粒形和破碎衬板的使用寿命等。故对 于一台颚式破碎机来说，合理的破碎腔形状能很大程度的提高颚式破碎机的整体性能， 达到生产的要求。 颚式破碎机的的破碎腔腔高是指由破碎腔的进料口到排料口的垂直距离，其大小直 接影响了颚式破碎机的机重及结构尺寸。在设计破碎腔时，总是希望有较小的腔高且生 产率高，但由于颚式破碎机的啮角与破碎腔腔高及生产率均成反比。从提高生产率角度 分析，希望有较小的啮角。从降低破碎腔高度的角度分析，却希望有较大的啮角。从而 使两者发生了矛盾，这就需要找到了一个合理的、最佳的设计方案。 1 0 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 6 主要内容 ( 1 ) 介绍课题的来源、背景，指出本论文的研究意义和目的。针对国内颚式破碎 机研发现状、特点和技术的比较，总结归纳国内现有技术的缺陷。为了进一步提高其效 率，借助于计算机辅助设计手段进行颚式破碎机自顶向下的整机设计。本文依此方向进 行了研究并得到些成果。 ( 2 ) 成功实现了颚式破碎机整机的自顶向下设计方法之布局设计，所有零件建模 参照统一的全局尺寸，统一的坐标系，统一的坐标平面，修改时无需一一打开零件修改， 只需在布局中修改相应的全局尺寸，再生后与此尺寸相关的零件会自动更改，通过对全 局尺寸进行相应的约束，避免了设计的不合理性和零件再生而产生特征失败。对颚式破 碎机中的颚板，实现了在布局中控制自动更换，对标准件和需要多件的零件实现了自动 装配。 ( 3 ) 采用p r o e 软件中的布局模块，结合装配体中的主体模型来对颚式破碎机的整 机进行设计，用p r o e 软件进行实体建模，得出颚式破碎机设计用实体模型。 ( 4 ) 利用p r o e 软件自带的p r o t o o l 妣开发包，对p r o e 软件进行二次开发，实现 颚式破碎机整机的参数化建模，以对话框的形式与用户交流。利用p r 0 t 0 0 1 l 【i t 中的相应 函数获取第二章中布局模块的参数，实现颚式破碎机整机的参数化建模，并以对话框的 形式与用户交流，参数保存在数据库，随时可以调用或是修改。也可打印数据和导出数 据。 ( 5 ) 基于模糊随机理论对颚式破碎机偏心轴进行受力分析，最后加载。结合所得 的应力应变分布图对改造方案进行校核。本论文将首先对偏心轴运动特性以及与机构其 它参数间关联性，在较大空间及区域密度内进行了分析和计算。即在常规设计参数的条 件下，选择一些参数作为操作参数，继而得出进行加工偏心轴的工艺流程。 ( 6 ) 利用p r o e 软件中的加工模块得出偏心轴加工的数控代码。 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 2 1 概述 第二章颚式破碎机的自顶向下设计 自顶向下设计方法是先设计总装配图，再设计零件图，与传统的设计恰好相反，是 一个从抽象到具体的逐步细化过程。自顶向下的设计过程符合我们的思维习惯，能很好 的发挥设计人员的潜力和能动性，同时减少了设计阶段不必要的重复工作，提高产品 设计效率和减短新产品的研发时间。自顶向下的设计符合人们的思维方式，适合复杂的 大型的产品设计，具有很多优点。 p r o e 中的自顶向下设计功能中，有“骨架 和“布局”两种方法【2 6 1 。虽然“骨架” 和“布局”是两种设计方法，但它们不是独立的，布局中可以加入骨架，骨架中也可以 添加布局，一般大型的工程设计都是把它们结合起来用。 在p r o e 中提供了一个骨架模型的功能，它是建立在装配的环境下，允许我们在加 入零件之前，先确定好各个零件在空间中的位置，如是有运动零件，可以加入运动骨架 ( p r o e 还提供了运动骨架模型功) ，这时需相对位置的结构简图。设计好结构图后，就 可以利用结构图将每个零件装配上去或是利用结构图作为参照直接建立各个零件，骨架 零件实际上是组件的一个3 d 布局，故可在三维空间方向创建所需的参照，如基准点、 基准轴、基准平面、基准坐标系等，创建零部件时可将其用作参照。 本论文采用“布局”设计方法，所谓布局是一种在“布局”模式下创建的二维草 绘图，故参照只能表达二维方向的关系，如需表达三维方向的，就需要特别声明，以注 释来加以区分。布局是以文字的形式记录和注释零部件的。它是实体模型的一种图表或 是参照草绘图，用于建立尺寸和位置关系，参数关系和约束条件通过添加关系式来实现， 这样便于零件的自动装配或数据传递等。布局与工程图差不多，但它绘图的比例不精确， 与实际的零部件模型几何尺寸没关系，只是为我们操作做向导。我们在布局里建立所需 参照，如基准点、基准轴、基准平面、基准坐标系等，通过声明后，在零部件中p r 0 e 就会识别对应于布局中参照基准，这样实现了在布局中操作零部件的尺寸、装配和零部 件替换等。 布局对我们的实际用处很多，但我们经常用到的有三个：参数传递、自动装配和零 部件的替换【3 3 j 。 】3 太原理工大学硕士研究生学位论文 参数传递：是在布局里创建好参数，再将零件和组件声明到布局，然后在零件或组 件的关系计算里调用布局里创建的参数名，以此实现用布局参数去控制零件参数。参数 创建后，每一个参数都带有一个确定的值，这个值叫参数的当前值或初值。如需要布局 里也可以为参数准备多个取值，根据实际需要确定使用哪个值，对这种多个取值的管理， 布局中使用了一种叫“参数表”的数据表来组织和管理的，但需要我们创建表并添加相应 ” 的数值。 自动装配：是在布局中绘制一些必要的基准元素( 如基准平面、基准轴、基准点、 坐标系) ，并给它