PE250215;1000型颚式破碎机的设计毕业论文.doc

PE250 1000 型颚式破碎机的设计 摘要 国内使用的颚式破碎机类型很多 但常见的还是传统的 PE250 1000 型颚式破 碎机 PE250 1000 型颚式破碎机的出现已有 140 多年的历史 经过人们长期的实践 和不断完善与改进 其结构型式和机构参数日臻合理 结构简单 制造容易 工作可 靠 维修方便 故在冶金 矿山 建材 化工 煤炭等行业使用非常广泛 随着现 代化的发展 各工业部门对破碎石的需求进一步增长 研究鄂式破碎机具有很重要 的意义 本毕业设计主要是为满足生产需求 主要研究 PE250 1000 型颚式破碎机 的运动分析 V 带的选择 鄂板 齿板磨损的分析 各种工作参数的选择 工作机 构的优化 重点研究传动的设计和系统的优化 关键词 PE PE 破碎机 传动 机构 PE250 1000 Jaw Crusher Design Abstract The Domestic use jaw crusher type many but common or traditional PE250 x 1000 type jaw crusher PE250 x 1000 type jaw crusher appear more than 140 years of history after people long term practice and constantly improve dimprovement the structural type and structure parameters daxincun is reasonable simple structure and easy to manufacture reliable operation convenient maintenance therefore in metallurgy mining building material chemical coal industries use veryextensive Along with the development of modern various industry departments to break gravel needs further growth research mandibles crusher has the very vital significance The graduation design is mainly to meet production demand the main research PE250 x 1000 type jaw crusher of kinematic analysis V belt choice hubei board gear plate wear analysis all kinds of work the selection of parameters optimization of working mechanism Key research transmission design and the optimization of system Keywords PE250 x 1000 type mandibles crusher transmission wear 目录 第 1 章 绪 论 1 1 1 课题选择背景和目的 1 1 2 特点和现状 2 1 2 1 PE250 1000 型颚式破碎机的现状与发展 3 1 3 基本结构和工作原理 6 1 3 1 基本结构 6 1 3 2 工作原理 7 第 2 章 破碎机机构分析 10 2 1 主要参数的设定 10 2 1 1 转速 10 2 1 2 啮角 10 2 2 选择电动机类型和结构型式 11 2 3 电动机的容量 12 2 4 传动角 13 2 5 偏心距 E 13 第 3 章 破碎机工作过程分析 14 3 1 工作过程 14 3 2 动颚的特性 14 3 3 破碎力 15 第 4 章 飞轮的设计 18 4 1 飞轮的作用 18 4 2 飞轮的计算 18 4 3 飞轮转动惯量的近似计算 19 4 5 飞轮尺寸的确定及校核 22 第 5 章 机构的设计 24 5 1 输入轴的设计 24 5 1 1 初步确定轴的最小直径 24 5 1 2 轴的结构设计 24 5 1 3 轴的校核 25 5 2 齿轮的设计 26 5 2 1 选定齿轮类型 精度等级 材料及齿数 26 5 2 2 按齿面接触强度设计 27 5 2 3 按齿根弯曲强度设计 29 5 2 4 几何尺寸计算 30 5 3 破碎机构的主偏心轴和偏心轴齿轮设计 31 第 6 章 部分零部件上的公差和配合 32 6 1 配合的选择 32 6 1 1 配合的类别的选择 32 6 1 2 配合的种类的选择 32 6 2 一般公差的选取 32 6 3 形位公差 33 6 3 1 形位公差项目的选择 33 6 3 2 公差原则的选择 33 6 3 2 形位公差值的选择或确定 33 结 论 36 致 谢 37 参考文献 38 第 1 章 绪 论 1 1 课题选择背景和目的 随着我国国民经济的快速发展 矿产资源的综合利用技术与其产业迅猛前进 到 1999 年我国已建成 10 879 座国有大中型矿山和 227 854 个乡镇集体企业 全国矿 石采掘总量超过 50 亿吨 矿业总产值为 4 000 亿元 物料的破碎是许多行业 如冶金 矿山 建材 化工 陶瓷筑路等 产品生产中 不可缺少的工艺过程 由于物料的物理性质和结构差异很大 为适应各种物料的要求 破碎机的品种也是五花八门的 就金属矿选矿而言 破碎是选矿厂的首道工序 为了分 离有用矿物 不但分为粗碎 中碎 细碎 而且还要磨矿 因为破碎是选矿厂的耗能大 户 约占全厂耗电的 50 为了节能和提高生产效率 所以提出了 多碎少磨 的技术 原则 这使破碎机向细碎 粉碎和高效节能方向发展 另外随着工业自动化的发展 破碎机也向自动化方向迈进 如国外产品已实现机电 液一体化 连续检测 并自动调节给料速率 排矿口尺寸及破碎力等 随着开采规模 的扩大 破碎机也在向大型化发展 如粗碎旋回破碎机的处理能力已达 6000th 至于新 原理和新方式的破碎 如电 热破碎 尚在研究试验中 暂时还不能用于生产 对粗碎 而言 目前还没有研制出更新的设备以取代传统的颚式破碎机和旋回式破碎机 主要是 利用现代技术 予以改进 完善和提高耐磨性 达到节能 高效 长寿的目的 细碎方 面新机型更多些 总的来看 值得提出的有 颚式破碎机 圆锥破碎机 冲击式破碎机 和辊压机 而应用最广泛的就是鄂式破碎机 传统的颚式破碎机由于具有结构简单 工作可靠 制造容易 维修方便 价格 低廉 适用性强等优点 所以在工业上得到广泛应用 其缺点是非连续性破碎 效率 较低 破碎比较小 给矿不均匀引起颚板磨损不均匀等 针对其缺点 各国都在以下几 方面加以改进 优化结构与运动轨迹改进破碎腔型 以增大破碎比 提高破碎效率 减少 磨损 降低能耗 现已普遍应用高深破碎腔和较小啮角 改进了动颚悬挂方式和衬板的 支承方式 改善了破碎机性能 颚板采用了新的耐磨材料 降低了磨损消耗 提高了自动 化水平 可自动调节 过载保护 自动润滑等 同时也出现了一些新的机型 如双腔 双动颚式破碎机 其破碎比可达 排料口调节方便 产量大 PE250 1000 型颚式50 20 破碎机 兼有颚式破碎机与圆锥破碎机的性能其产量较同规格的破碎机高 50 还有 筛分颚式破碎机 把筛分和破碎结合为一体 不仅可简化工艺流程 且能及时将已达粒 度要求的物料从破碎腔中排出 减轻了破碎机的堵塞和过粉碎 提高了生产能力 且发 展过程具有典型的意义 1 2 特点和现状 PE250 1000 型颚式破碎机的机构属于四杆机构中曲柄摇杆机构的应用 曲柄为 主动件 颚式破碎机以结构简单 性能可靠 维修方便在物料粉碎行业广泛应用 PE250 1000 型颚式破碎机的动鄂 是直接悬挂在偏心轴上的鄂 是曲柄连杆机构 没有单独的连杆 由于动鄂是由偏心轴的偏心直接带动 所以活动鄂板可同时做垂 直和水平的复杂摆动 鄂板上各点的摆动轨迹是由顶部的接近圆形连续变化到下部 的椭圆形 越到下部的椭圆形越扁 动鄂的水平行程则由下往上越来越大的变化着 因此对石块不但能起压碎 劈碎 还能起辗碎作用 由于偏心轴的转向是逆时针方 向 动鄂上各点的运动方向都有利于促进排料 因此破碎效果好 破碎率较高 产 品粒度均匀且多呈立方体 PE250 1000 型颚式破碎机和简摆鄂式破碎机相比较 PE250 1000 型颚式破碎机的机器重量较轻 结构简单 生产效率较高 比同规格的 简摆鄂式破碎机生产效率高 20 30 等优点 但 PE250 1000 型颚式破碎机的 鄂板垂直行程大 石料对鄂板的磨削作用严重 磨削较快 且能量消耗也大 工作 时易产生较多的粉尘 PE250 1000 型颚式破碎机主要由机架 鄂板 侧护板 主轴 飞轮 肘板和 调整机构等组成 机架即机座 实际上是个上下开口的四方斗 主要用作支承偏心轴和承受破碎 物料的反作用力 因此要求具有足够强度 一般采用铸钢整体铸造 规格小的可用 优质铸铁代替 大型破碎机的机架由分段铸成后再用螺栓装配在一起 铸造工艺较 为复杂 自制的小型鄂式破碎机可用 40 50 毫米厚的钢板焊成 但其钢度不如铸钢 好 鄂板包括活动鄂板和固定鄂板 各与鄂床组成活动鄂和固定鄂 鄂板用楔形铁 块和螺栓固定在鄂床表面 保护鄂床不受磨损 固定鄂的鄂床就是机架 活动鄂的 鄂床悬挂在偏心轴上 由于它直接承受对石料的挤压作用力 所以必需有足够的强 度和刚度活动鄂床一般用铸铁或铸钢制造 鄂板直接和石块接触 除承受挤压和冲 击力外 尚与石块强烈摩擦 因此要求用高强度且耐磨的材料制造 常用的是铸锰 钢鄂板 其铸钢含锰量为 12 14 左右 若条件受限制时 可用白口铸铁代替 但 容易磨损和折断 使用寿命不长 为了有效地破碎石料 鄂板表面常铸成波浪形和 牙形 其齿峰角度一般为 90 110 齿高和齿距视出料粒度和产量要求而定 齿形高齿距小 则出料粒度小 产量低 动力消耗大 一般齿高和齿距之比为 1 2 1 3 之间 由于复摆式的特点造成鄂板底部比上部磨损快 所以鄂板往往做成 上下对称形状 以便磨损后能倒置安装 延长使用寿命 鄂式破碎机的优点是生产率高 结构简单可靠 破碎比较大 一般为 6 8 i 外形尺寸较小 零件检查和更换较容易 操作维护简便 不用较高技术水平的工人 就可嫩能够操作 应用范围广 与其他类型破碎机比较 不容易堵塞 因此工程中 普遍 采用它来破碎各种硬度 92500 公斤 厘米 以下 的石料 常作粗碎和中碎设备 2 一般用于破碎极限抗压强度不才超过 2000 公斤 厘米 的石料时效果较好 其缺点是 2 不宜破碎片状石料 工作间歇 有空转冲程 需要很大的摆动体 增加非生产能量 的消耗 破碎可塑性和潮湿的物料时 容易堵塞出料口 由于工作时产生很大的惯 性力 机体摆动大 工作不平稳 冲击 振动及噪音较大 因此须安装在比机器自 重大五倍以上的混凝图基础上 并须采取隔振措施 大型破碎机还应安装在埋设于 基础上的刚梁上 鄂式破碎机的最大装料块度应比装料口宽度小 15 20 即给料的最大石块不 应超过装料口的 0 85 倍 当用鄂式破碎机破碎坚硬而光滑的大砾石时 砾石容易从 装料口反跳出来 故破碎天然砾石的生产率不及破碎来才块石的生产率高 使用鄂式破碎机时 必须注意由于机器是在工作条件恶劣情况下运转的 除了 必须严守操作规程和维修保养制度外 还必须及时发现并修复被磨损的零部件 这 是提高机器作业的重要措施 1 2 1 PE250 1000 型颚式破碎机的现状与发展 早年 美国 英国 德国相继生产了 Kun kan 简摆颚式破碎机 该机特点是 动颚悬挂高度很高并且前倾 连杆下行为工作行程 主轴承为半圆滑动颚轴承 山 东招远黄金机械厂曾引进了这种破碎机 并在此基础上研制了 34 颚式破碎机 国外制造过一种肘板向上放置的颚式破碎机 国内有几家设计院和制造厂生产 了这种破碎机 它的特点是靠增大传动角改善动颚运动特性 提高破碎机性能 在 国内该机有叫负支承 上斜式 上推式和上置式破碎机 笔者认为叫大传动角 包 括倾斜式 破碎机更合适 美国鹰破碎机公司制造一种倾斜式颚式破碎机 其传动角大约 70 度以上 它的 最大特点是低矮 最适于井下或移动式破碎机上工作 北京矿冶研究总院与某厂合 作生产了几个规格的这种破碎机 其中最大为 900 1200 颚式破碎机 以上各项异型破碎机的研制都取得了一定的效果并对国内破碎机行业的发展起 到了一定的推动和促进作用 但是 都没能得到大面积推广使用 国内绝大多数制 造厂生产的和现场使用的都还是传统 PE250 1000 型颚式破碎机 就近两年国外机 械设备展览会上展出的颚式破碎机来看 也都是传统颚式破碎机 没有异型颚式破 碎机出现 国内各厂家所制造的颚式破碎机技术水平相差很悬殊 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较大 保证颚式破碎机最佳性能的根本因素是动颚有最佳的运动特性 这个特性又是 借助机构优化设计所得到的 因此 颚式破碎机机构优化设计是保证破碎机有最佳 性能的根本方法 国内颚式破碎机的机重普遍高于国外同规格的破碎机 减轻机重也是一个重要 课题 颚式破碎机机架占整机重量很大比例 铸造机架占 50 焊接机架占 30 国外颚式破碎机都是焊接机架 甚至动颚也采用焊接结构 国内前几年掀起一股用 铸造机架代替焊接机架的势头 这无疑是一种倒退行为 此外 铸钢是一种高能耗 的工艺过程 从节约能源的角度也应大力发展焊接机架 颚式破碎机采用焊接机架 是发展方向 机架结构设计不合理也是使机重增加的重要原因 机架结构设计首先 应以受力为依据 在满足强度 刚度的条件下 力求减轻重量 机架前壁载荷主要 是由横向筋板所承受 一般情况下 破碎机都不需要加纵向筋板 1 2 如图 1 1 所 示 该机侧壁加强筋布置不合理 数量又太多 致使它的机重达 7 5t 同规格破碎 机机重为 5 5t 当然 该机过重不完全是由这两个因素所造成 侧壁筋板位置和方 向也应根据受力情况而定 图 1 2 所示为英国某公司生产的大传动角 负支承 颚 式破碎机机架简图 该机架侧壁布置有 1 2 3 三根筋板 筋板 1 设置在主轴承侧 面 筋板 3 设置在主轴承后下方 这两块筋之间用筋板 2 连接起来构成一个 A 形框 架 图 1 3 所示为该机受力分析 图图 1 11 1 某破碎机焊接机架某破碎机焊接机架 图图 1 21 2 大传动破碎机机架大传动破碎机机架 图图 1 31 3 大传动破碎机示力图大传动破碎机示力图 图中轴承所受最大力 作用方向为 HA 正是图 2 侧壁加强筋 1 的方向 从而 说明图 2 中侧壁筋板布置完全符合受力的要求 动颚也是破碎机重量较大的零件 而且结构复杂颚结构设计也应以动颚受力为 依据 在满足强度 刚要求的条件下 尽量减轻重量 根据动颚受力分析可 最大 破碎力作用在动颚轴承偏上处 由此往上 头部 受力越来越小 原 250 1000 颚 式破碎机者目前尚有多家生产动颚结构刚好与其受力要求反 即轴承附近处截面小 越向头部截面越大 而且差太悬殊 结果导致动颚强度低而重量又很大 这两种破 碎机都是在轴承偏上处被折断而损坏 动颚的加强筋布置方式 也应按上述受力要求设计 已有的颚式破碎机加强筋 横向厚度从上到下厚度一样 为符合受力条件 又满足重量轻的要求 可采用变厚 度加强筋 即靠上部 头部 的加强筋厚度应小 越往下厚度越大 就是说 改原 来矩形加强筋为梯形加强筋 这样会减轻动颚重量又保证有足够的强度 动颚两轴 承之间部位的壁厚可适度减薄 借以减轻重量 此外 应加强机架 动颚有限元的研究 进行机架 动颚有限元优化设计 达 到机架 动颚重量轻又有高度的可靠性 其它 还有破碎腔 破碎机动力平衡等等 都可以借助计算机进行优化设计 总之 应采用现代的设计方法代替原有的常规设 计方法 再者 由于焊接 铸造 热处理工艺等因素也都会对破碎机产生影响 所以 我们应提高设计制造工艺等综合水平以及采用液压调整排料口和液压保险 以至保 证机器的最佳运转性能 且能是破碎机生产能力最佳破碎效果最好 逐步使国产颚 式破碎机达到世界一流水平 1 3 基本结构和工作原理 1 3 1 基本结构 鄂式破碎机的主体机构由机架 偏心轴 动鄂板 定鄂板 肘板共四个机构组 成 另有其他辅助零件 如固定齿板 衬板 挡罩 垫片 滑块 推力板 止动螺 钉 锁紧装置 图图 1 41 4 PE250PE250 10001000 型颚式破碎机结构示意型颚式破碎机结构示意 1 3 2 工作原理 带轮与偏心轴固联成一整体 他是运动和动力输入构件 即原动件 其余构件 推力板 动 鄂 板 偏 心 轴 定 鄂 板 都是从动件 当带轮和偏心轴 2 绕轴线 A 转动时 驱使输出构件动鄂 3 做平面复杂 运动 从而将矿石压碎 工作方式为曲动挤压型 电动机驱动皮带和皮带轮 通过偏心轴使动颚上下运 动当动颚上升时肘板与动颚间的夹角变大 从而推动动颚板向固定鄂板接近 与其 同时物料被压碎或劈碎 达到破碎的目的 当动颚下行时 肘板与动颚夹角变小 动颚板在拉杆 弹簧的作用下离开固定颚板 此时已破碎物料从破碎腔下口排出 第 2 章 破碎机机构分析 2 1 主要参数的设定 颚式破碎机的工作原理如图 1 4 所示 其由动颚板 定颚板 偏心轴及推力板组 成 动颚板上部与偏心轴相连 下部由推力板支撑 偏心轴转动时 动颚板不仅对定颚 板作往复摆动 同时还沿定颚板有很大幅度的上下运动 动颚板上各点的运动轨迹如 图 3 1 所示 动颚板上部的运动轨迹接近圆形 越向下水平运动幅度越小 运动轨迹也 越呈椭圆形 人们为了使动鄂有较好的运动特性 能减少磨损 提高处理能力 对 一些有较大影响的结构参数 如传动角 肘板摆动角 偏心距 主轴的悬挂高度 动鄂行程 齿角 连杆长度等做了大量的研究工作 2 1 1 转速 颚式破碎机的转速 n 是指偏心轴在单位时间里准的的次数 单位是转每分 偏心轴 转一圈 动鄂往复摆动一次 前半圈为破碎物料 后半圈为写出物料 只有当动鄂 离开固定颚是 亦即当偏心轴回转半圈是 已破碎好的物料才能从颚膛忠考本身重 量往下卸出 当转速增加时 破碎机的生产能力相应地随着增加 但这种增加有一 点限度 因为转速过快 则动鄂摆动次数太多 已破碎好的物料就来不及全部卸出 而造成颚膛堵塞现象 这样反而在某种程度上相对地降低了破碎机的生产能力 并 增加了能耗 转速太低 动鄂摆动次数太少 物料得不到及时的破碎 生产能力就 降低 因此 颚式破碎机偏心轴的转速应该有一个合适的数值 2 1 2 啮角 正确选择啮角对破碎机的破碎效率 生产能力 齿板寿命等都具有重大意义 破碎机工作时 威力啮住和破碎物料 必须使啮角小于或等于两倍的摩擦角 图图 2 1 颚式破碎机的啮角颚式破碎机的啮角 啮角大小直接影响生产率和破碎腔高度 啮角小能提高生产率 但在一定的破碎 比条件下 又增加了破碎腔高度 啮角大会使破碎腔高度降低 但生产率也下降了 另 外 啮角最大也不能超出咬住物料的允许值 故一般啮角取值为 1 max tan2 式中 齿板与物料间的摩擦系数 实际生产中 为安全起见 复摆颚式破碎机的啮角通常取理论计算值的 65 即 00 max 22 1865 0 在本设计中我们选择啮角为 0 20 2 2 选择电动机类型和结构型式 电动机分交流电动机和直流电动机两种 由于生产单位一般多采用三相交流电 源 因此 无特殊要求时均选用三相交流电动机 其中以三相异步交流电动机应用 最广泛 根据不同的防护要求 电动机有开启式 防护式 封闭自扇式和防爆式等 不同的结构型式 Y 系列三相笼型异步电动机是一般用途的全封闭自扇冷式电动机 由于其结构 简单 工作可靠 价格低廉 维修方便 因此广泛应用于不易燃 不易爆 无腐蚀 性气体和无特殊要求的德机械上 如金属切削机床 运输机 风机 搅拌机等 对 于经常起动 制动和正反转的机械 如起重 提升设备 要求电动机具有较小的转 动惯量和较大的过载能力 应选用冶金及起重用的三相异步电动机 YZ 笼型 型或 YZR 型 绕 Lenovo User 线型 根据电源种类 交流或直流 工作条件 环境 温度 空间位置等 载荷大 小和性质 变化性质 过载情况等 起动性能和起动 制动 正反转的频繁程度等 条件 选用 Y 系列三相笼型异步电动机 全封闭自扇冷式结构 电压 380V 根据在最大剪切时所需要的转矩来计算 所需要的功率 根据剪切阻力曲线知道 在杆 OB 与竖直杆的夹角为 30 时的剪切力最大 则此时的转矩为 300000 0 05 sin30 7500N m sin30TFR 式中 F 剪切阻力 T 转矩 根据此时的转矩可以算出主轴所需要的功率为 13 82 KW 7500 17 6 95509550 n T P 从电机到剪切机构的总效率为式 总 312223 24 4 3 式中 1 7 级精度的齿轮传动的效率 范围为 0 98 0 99 2 弹性柱销联轴器的效率为 范围 0 99 0 995 3 滑动轴承的效率 4 减速器中滚动轴承的效率为 0 98 取 1 0 98 2 0 99 3 0 97 4 0 98 则总效率为 总 0 983 0 992 0 972 0 982 0 83 故电动机所需工作效率为 0 kW 16 58 kWP P 13 82 0 83 考虑剪切机构要受短时间的大载荷 应加大容量来选择 选择功率比较大的电 动机 电动机的选择要根据动力源和工作条件 首先要满足的就是所需功率要求 根 据设计目的 PE250 1000 型颚式破碎机是为了破碎中等硬度的各类矿石或岩石 进料块的最大尺寸 210mm 要压碎这种矿石或岩石 用压力测试机可以测试出来用 3100N m 的力可以压碎 210mm 的矿石或岩石 根据设计生产产量的目的 150 300 吨 时 而矿石假比重为 1600kg m3 所以动 鄂的转动周期为 223 转 分 2 3 电动机的容量 PE250 1000 型颚式破碎机的需要的功率与很多因素有关 例如 规格 N 偏心轴转速 啮角 动鄂下端水平行程 偏心距 以及破碎机的物LB nasr 理机械性能 粒度特征 破碎齿板表面形状和齿形参数等 都会影响功率消耗 迄 今 一些功率计算公式大多属于经验公式的范畴 我们用应用最广泛的维雅德公式 式中 为鄂 Vianl max 0114 0LDNa a N 式破碎机主电机功率 安装功率 为破碎机进料口长度 为最大给料kW Lcm 粒度 cm 所以 kWNa 6 102751200114 0 2 4 传动角 传动角大小影响着机构的传动效率 在推力板长度一定的情况下 加大传动角会 提高机构的传动效率 但必须要求偏心距增大才能保证行程的要求 这就导致动颚衬板 上部水平行程的偏大 物料的过粉碎引起排料口的堵塞 使功耗增加 同时 也将使定 颚衬板下部加速磨损 故传动角取 00 55 45 在此设计中我们选择 0 50 2 5 偏心距 e 偏心距对破碎机生产率和传动功率都有影响 在其它条件相同的情况下 增大偏 心距可使动颚行程增加而提高生产率 但也因此增加功率消耗 在传统设计中 偏心距 是由动颚行程通过画机构图来初步确定的 在这个破碎机的设计中我们根据机构图 选择了 15mm 第 3 章 破碎机工作过程分析 3 1 工作过程 PE250 1000 型颚式破碎机的结构如附录 1 所示 由图 3 1 可知 本机是以平面 四杆机构为工作机构 而以连杆为运动工作件的机械 图 2 是动颚板上各点的运动轨 迹 连杆曲线 由图 2 可知 A 点作圆周运动 B 点受推动板的约束为绕点摆动的圆 2 O 弧线 其余各点的轨迹为扁圆形 从上到下的扁圆形愈来愈扁平 上面的水平位移量 约为下部的 115 倍 垂直位移稍小于下部 就整个颚板而言 垂直位移量约为水平 位移量的 2 3 倍 工作时 曲柄处于区是完全工作行程 处于区 上部靠前下部靠 后 在区是空回行程 在区是上部靠后下部靠前 图图 3 13 1 动鄂板上各点的运动轨动鄂板上各点的运动轨 3 2 动颚的特性 动颚具有的这些运动特性决定了它的性能 1 动颚的平面复杂运动 时而靠近固定的定颚板 时而离开 形成一个空间变化的 破碎室 料块主要受到压碎 伴随着研磨折断作用 2 这种运动使料块受到向下推动的力 图 3 2 是料块在颚板之间的受力情况 料 块在破碎室得到破碎 破碎后的料块由排料口排除 图图 3 23 2 料块在鄂板之间的受力分析料块在鄂板之间的受力分析 假如考察常规待破碎物料在复摆颚式破碎机破碎腔内的实际流动情况时 必须 考虑动鄂复杂摆动特性 当动鄂板齿面某段由闭合极限位置回到开启的极限位置这 个过程中 处于此段的物料流动状态是否一定为下落 是与紧相邻的靠上一段和靠 下一段动鄂运动状态和破碎物料的状态有关 而动鄂板齿面某段从开启极限位置运 动到闭合极限位置时 处于此段的物料主要处于被压破碎状态 其挤压破碎程度与 相邻的动鄂运动有关 3 3 破碎力 颚式破碎机的破碎力就死动鄂对物料块的作用力 它和物料块对颚板的反作用 力是大小相等 方向相反 破碎力是分析破碎机强度 刚度和磨损等问题最主要的 基本数据 根据它可以求得作用在各个部件上的力 一边进一步计算和校验它的强 度和刚度 用理论的方法来精确地计算颚式破碎机的破碎力 是一项比较复杂的工 作 有许多难以估计的动力消耗无法计量 所以现在尚找不到一个既严密而又准确 的理论公式 目前 比较简便而又适用的计算方法是采用实验数据和生产经验相结 合得到的破碎力的公式 颚式破碎机的破碎力不是一个常数 在空行程时 其值为 零 而当工作行程时 破碎腔内的物料块收到挤压 破碎力从零逐渐增大 及至物 料块破裂时 破碎力增至最大 然后又下降至零 随着破碎腔里物料充填程度的不 断变化 个别料块硬度的不同等因素 都会使破碎力在很大范围内波动 由于物料 块形状的不规则以及颚板表面带有纵向沟槽 在破碎腔内的物料并非单纯受挤压作 用被破碎 还由于弯曲力以及应力集中所引起的拉力作用而断裂 从生产实践和一 些实验里 发现颚式破碎机破碎不规则物体所需破碎力 第 4 章 飞轮的设计 4 1 飞轮的作用 飞轮的作用主要有二 一是通过飞轮贮存多余的能量和补充不足的能量 以保 持工作机的转速平稳 并改进动力机的工作状况和工作质量 当动力机的输出力矩 有周期性波动 而工作相对转速的平稳度又严格要求时 飞轮的作用更为重要 二 是通过使飞轮的转速有一定的波动来贮存和放出能量 以降低动力机所需要的功率 尤以工作机载荷有周期变化 特别是有短暂的高峰 而转速允许有较大的波动 如 冲压机 锻压机 剪切机等 时 利用飞轮可以显著降低动力机所需功率 4 2 飞轮的计算 图图 4 14 1 破碎机破碎机的阻力和动力图的阻力和动力图 图图 4 24 2 破碎机的阻力和动力图破碎机的阻力和动力图 根据破碎机的剪切机构所受的剪切阻力 其剪切阻力和动力图如右图 4 1 为剪 切阻力 F 为动力 也可以为动力矩 根据剪切力的值计算动力的值 将阻力处按 r F 脉冲处理 即为三角形 如图 4 2 即 1 2 23 r FF 得 25000N F 则在阻力和动力的第一个交点处的飞轮贮存的盈功为最大 而在阻力和动力的第二 个交点处的飞 轮的亏功为最大 即盈功与亏功的相差值最大值即为动力和阻力相交 点上的面积与此处轴颈的半径的乘积 根据以上的计算可以算 出两个交点之间角度 差为 55 则 6599 53 max 155 30000025000 0 05 2180 W J 将图 4 1 和图 4 2 进行比较可以看出其剪切力所作的功约为按三角形计算所作 功的 0 6KW 则实际的最大的盈亏功为 max 155 30000025000 0 050 6 2180 W 3959 7J 根据常用机械运转速度不均匀系数的许用值值 取许用值 1 5 由公式 max 2 eFm W JJw 其中 机械系统原来所具有的等效转动惯量 e J 飞轮的转动惯量 F J 可见 只要足够大 就可以满足要求 达到调节机械周期性速度波动的目的 F J 4 3 飞轮转动惯量的近似计算 根据上式的可以导出飞轮的等效转动惯量的计算公式为 F J 4 1 max 2 Fe m W JJ w 如果 则可以忽略不计 于是上式可近似写为 e J F J e J max 2 F m W J w 4 2 又如果上式中的平均角速度用平均转速 n r min 代换 则有 m w max 22 900 F W J n 4 3 代入公式 4 3 得 751 94 2 max 2222 22 900900 3959 75 900 3959 7 kg m 1 49 49 5 F W J n 2 kg m 2 kg m 4 4 飞轮重量的计算 颚式破碎机是间断工作的机器 因而必然会引起阻力的变化 使其电动机的负 荷不均 形成机械速率的波动 为了降低电动机的额定功率 且使机械的速率不致 波动太大 故在偏心轴上装有飞轮 飞轮在空行程时储存能量 在工作行程时则放 出能量 这样就可以使电动机的负荷均匀 设动颚在空行程和部分无载荷的工作行程时间秒内的功率消耗为千瓦 动 1 t 1 N 颚在工作行程的破碎时间秒内的功率消耗为千瓦 电动机的额定功率为 N 千 2 t 2 N 瓦 并且 12 NNN 增为 在有载运转的情况下 飞轮就输出能量 飞轮的角速度就 max 2 NN 由降至 max min 由此 可以列出空转时功的平衡方程式 2 min 2 max111 2 102102 J tNNt 或 2 111 102102JtNNt 则飞轮储存的能量为 11 2 102NNtJ 设空转时的功率消耗 p 称损失系数 故pNN 1 NpNpNNNN 1 1 式中是考虑磨檫损失的机械效率 简摆颚式破碎机取低值 85 0 75 0 复摆颚式破碎机可取高值 由此 可改写为 NtJ 1 2 102 则飞轮的转动惯量为 2 1 102 Nt J 根据理论力学知识飞轮的飞轮矩为 kg m2 gJGD4 2 由以上分析 则得飞轮重量 G 的计算公式 kg 22 1 2 102 4 4 D Nt g D gJ G 式中 g 重力加速度 m s2 81 9 g D 飞轮的直径 m 飞轮的平均角速度 即偏心轴的角速度 2 minmax 速度不均匀系数 对于大型颚式破碎机 可取 maxmin 对于中小型颚式破碎机可取 03 0 01 0 05 0 03 0 对于复摆颚式破碎机 空转的时间和有载运转的时间可以近似地认为是相 1 t 2 t 等的 偏心轴回转一周的时间秒 则秒 将上述各值代入公式中 n t 60 n tt 30 21 简化并整理后得 kg 23 6 1011 Dn N G 已知 N 5 5kw 0 8 n 282 24 r min 04 0 D 500 mm 则 27 215 5 004 024 282 8 030 1011 23 6 kgG 计算飞轮的尺寸时 一般是先给定飞轮的直径 取皮带轮的直径 然后求飞轮 的重量 飞轮的实际重量 约为理论重量 G 的 1 2 1 3 倍 故飞轮的实际重量为 33 25827 2152 12 1 01 kgGG 85 27927 2153 13 1 01 kgGG 即 258 33 279 85 kg G 4 5 飞轮尺寸的确定及校核 求得飞轮的转动惯量以后 就可以进而确定其尺寸 飞轮结构一般有板式 幅 板式和幅条式几种 板式又分为整体结构和装配机构 整体机构适用于小惯性矩的 飞轮 制造简单 装配机构适用于性矩的飞轮 可用钢板拼装 幅板式一般采用整 体铸造结构 分为有孔和无孔 是一般常用的飞轮 幅板式结构有焊接结构和装配 结构 焊接结构适用于线速度较高的飞轮 用钢板焊接 而装配机构的飞轮适用于 大直径的飞轮 铸铁轮缘 轮毂与钢板辐条用螺栓装配 辐条式飞轮有整体结构和 剖分式结构 整体结构是一般常用的飞轮 而剖分式适用于大直径飞轮 根据以上 的计算 我决定采用辐条式飞轮 对于辐条式飞轮的主要尺寸 设 GA为轮缘的重量 D1 D2 和 D 分别为轮缘的 外径 内径与平均直径 H B 为轮缘的横剖面尺寸 对于大尺寸的飞轮 H B 1 5 则轮缘转动惯量近似为 8 4 4 F J A J A m 22 12 DD 2 4 A m D 或 2 4 AF m DJ 4 5 式中是飞轮的转动惯量 称为轮缘的质量 设材料的密度为 则 F J A m 选择飞轮的材料为铸钢 ZG270 500 其密度为7800kg m3 抗拉 A GDHB 强度为 500Mpa 取 D 1200mm 则可以算出 H 360mm B 200mm 1 飞轮轮缘的线速度的校核 飞轮轮缘线速度 4 00m s 1 1 56 49 6060 Dn v 因为飞轮旋转时产生离心力 所以它的线速度应予以限制 253 18m s 6 500 10 7800 v 根据已算结果可以看出符合要求 2 飞轮转动惯量的校核 利用公式 m 2116 11kg 按公式D BH 2 2 2 2 1 mRR JF 4 6 得 993 5 751 94 2222 12 0 70 2 2116 11 22 F RRm J 2 kg m 2 kg m 则根据计算可以看出符合要求 3 飞轮的强度校核 对于实际线速度比小得多的飞轮 一般可不作强度校核 由于所设计的齿 max v 轮的实际线速度 v 3 59m s 253 18m s 则不用作强度校核 max v 第 5 章 机构的设计 5 1 输入轴的设计 5 1 1 初步确定轴的最小直径 先按式估算轴的最小直径 取轴的材料为 45 钢 调质处理 机械设计 3 0min P n dA 表 15 3 取 112 于是 mm 0A 33 0min 19 09 0 99 11281 53 49 P n dA 轴的最小直径是安装联轴器处的直径 为了所选的直径与联轴器的孔径相适应 故同时 选联轴器型号 联轴器的计算转矩 查表 14 1 考虑到转矩变化较大 故取 2 3 则 caATTK AK 2 3 3797 6 10008734480 ca Nmm T 按照计算转矩应少于联轴器公称转矩条件 查课程设计手册 选用 LX7 型弹 caT 性柱销联轴器 其公称转矩为 11200 J 型轴孔孔径 Y 型轴孔孔径 故Nm 1 85mm d 取此处的轴的直径为 85mm 半联轴器与轴配合长度 L 132mm 5 1 2 轴的结构设计 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 1 为了满足半联轴器的轴向定位要求 1 2 轴段左端需制出一轴肩 故第 2 段轴直 径 该联轴器右端用轴端挡圈固定 按轴端直径取挡圈直径 95mm 半联轴器 2 92mm d 与轴配合的彀孔长度为 132mm 为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上 而不压在轴的 端面上 故轴 1 段长度比此 L 应略短一些 现取 考虑飞轮宽度的套筒长 1 130 mm L 度以及装配原因 取 2 178 mm L 2 初步选定滑动轴承 因轴承同时要有较大的径向力 轴向力及扭矩 故选用滑动 轴承 参照工作要求 并根据 由轴承产品目录中 选取滑动轴承 其基本尺寸 2 92mm d 为 3 因为是非定位轴肩 取安装飞轮处的直径 飞轮右端通过轴向套 3 94 mm d 筒定位 左端用轴肩定位 因飞轮轮毂宽度为 222mm 为了使套筒端面可靠的压紧飞轮 故此轴段应略短于轮毂宽度 故取 飞轮左端用轴肩定位 轴肩高度 3 220 mm L 故取 h 7 mm 则 考虑滑动轴承宽度和与箱体接触长度 取0 07hd 4 101 mm d 考虑到齿轮轮毂宽度为 270mm 为使套筒可靠压紧齿轮 取 4 221 mm L 5 268 mm L 由于第 5 段轴右端为非定位轴肩 再结合 取 按定位轴肩 4 101 mm d 5 103 mm d 要求取 图如下 6 111 mm d 6 7 12 5 mmmm LL 图图 5 5 1 1 轴的结构尺寸轴的结构尺寸 5 1 3 轴的校核 1 求轴上的载荷 根据轴的结构图 5 1 作出轴的计算简图 5 2 在确定轴承的支点位置时 应 根据手册查取 a 值 对于滑动轴承 由手册查得 a 17mm 又滚动轴承如图 5 1 正装 则作为简支梁的轴承跨距 L 根据轴的计算简图 23 181 75 181 75363 5LLmm 作出轴的弯矩图和扭矩图 5 2 NV1 Fa NV1 图图 5 25 2 轴轴 的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图 从轴的机构图以及扭矩图中可以看出 C 截面是轴的危险截面 1 求轴承的支反力和 NH F NV F 12 5970 2 t NHNH F FFN 3 1 23 2 2 23 80 1652 181 754540 2 2 11580 363 5 80 1652 181 754540 2 2 4940 363 5 ra NV ra NV FLFD FN LL FLFD FN LL 2 截面 C 上的 H M V MM 12 5970 181 751085047 5 HNH MFLN mm 112 223 11580 181 752104665 4940 181 75897845 VNV VNV MFLN mm MFLN mm 则 总弯矩为 M 2222 11 108504 75210466 52367898 4 HV MMMN mm 2222 22 108504 7589784 51408351 4 HV MMMN mm 47750TN mm 2 扭矩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 根据以上所 算得的数据 并取 0 6 轴的计算应力为 a 22 22 11 3 236789 840 6 47750 168 0 1 66 ca MaT MPaMPa W 1 前已选定轴的材料为 45 钢 由表 15 1 查得 275 故轴工作安全 1 MPa 5 2 齿轮的设计 5 2 1 选定齿轮类型 精度等级 材料及齿数 1 选用斜齿圆柱齿轮传动 2 因为速度不高 故选用 7 级精度 GB10095 88 3 材料选择 选择小齿轮材料为 40Cr 调质 硬度为 280HBS 大齿轮材料 为 45 钢 调质 硬度为 240HBS 二者材料硬度差为 40HBS 4 选小齿轮的齿数为 28 大齿轮齿数为 i 2 78 28 77 84 取 1 z 2 z 1 z 78 2 z 5 选取螺旋角 初选螺旋角为 14 5 2 2 按齿面接触强度设计 由设计计算公式进行计算 1 确定公式内的各计算数值 1 试选 1 6 t K 2 选取区域系统 2 433 H Z 3 查得 0 82 0 87 则 0 82 0 87 1 69 1 2 1 2 4 由小齿轮的传递的转矩 I 3797 6N m 3797 6 103N mm T 5 选取齿宽系数 1 d 6 查得材料的弹性影响系数 189 8 E Z 1 2 MPa 7 按小齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 600 大齿轮的 lim1H MPa 接触疲劳极限 550 lim2H MPa 8 按工作寿命是 15 年 每年工作 300 天 两班制 则计算应力循环次数 60 60 1470 1 2 8 300 15 6 35 109 1 N 1h n jL i 6 35 109 2 78 2 28 109 2 N 1 N 按以上计算的应力循环次数 查得解除疲劳寿命系数 0 90 0 95 1HN K 2HN K 9 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1 安全系数为 S 1 则 0 9 600 540 1lim1 1 HNH H K S MPaMPa 0 93 550 511 5 5 2lim2 2 HNH H K S MPaMPa 则许用接触应力 540 511 5 2 525 75 12 2 HHH MPaMPa 2 计算 1 计算小齿轮分度圆直径 由计算公式 得 1t d 196 12mm 2 3 1 2 1 6 3797 6 10003 782 433 189 8 1 1 692 78531 25 t d 2 计算圆周速度 m s 0 5 m s 1 194 76 49 60 100060 1000 tI d n v 3 计算齿宽及模数 b nt m 1 194 76mm 194 76mmb d 1t d 5 11mm 1 1 cos194 76 cos14 37 t nt d m z 2 25 2 25 5 11mm 13 43mmh nt m 194 76 11 49 16 95bh 4 计算纵向自由度 0 318 0 318 1 37 2 219 d 1 ztan14 tan14 5 计算载荷系数 K 查得适用系数为 1 75 A K 根据速度0 5m s 7 级精度 查得动载系数 1 04v v K 由表查得 7 级精度 小齿轮相对支承非对称布置时 由计算公式即 H K 来进行计算 得 223 1 120 18 1 0 60 23 10 Hdd Kb H K 1 12 0 18 1 0 6 12 12 0 23 10 3 194 76 1 45 6 由 16 95 1 45 查得 1 4 bh H K F K 查得 1 4 故载荷系数由公式 得 H K F K 1 75 1 10 1 4 1 45 3 91K A K v K H K H K 7 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径 由公式 得 262 33mm 3 3 11 194 763 91 1 6 tt ddK Kmm 8 计算模数 由公式 5 5 得 n m 6 87 1 1 cos n d m z 262 33 cos14 37 5 2 3 按齿根弯曲强度设计 由公式进行计算 1 确定计算参数 1 由图查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 500 大齿轮的弯曲疲劳 1FE MPa 强度极限 380 2FE MPa 2 由图查得弯曲疲劳寿命系数 0 85 0 88 1FN K 2FN K 3 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳系数安全系数 1 4 由公式 得S 303 57 11 1 0 85 500 1 4 FNFE F K S MPa 238 86 22 2 0 88 380 1 4 FNFE F K S MPa 4 计算载荷系数 由公式 得 1 75 1 10 1 4 1 4 3 77K A K v K F K F K 5 根据纵向重合 2 934 查得螺旋角影响系数 0 88 Y 6 计算当量齿数 由公式 得 40 50 1 1 33 37 coscos 14 v z z 112 75 2 2 3 cos v z z 3 103 cos 14 7 查取齿形系数 由表查得 2 43 2 17 1Fa Y 2Fa Y 8 查取应力校正系数 由表查得 1 66 1 80 1Sa Y 2Sa Y 9 计算大小齿轮的并加以比较 FaSa