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毕 业 设 计（说明书）2012 届 题 目 圆锥式破碎机设计 专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 学 号 指导教师 论文字数 完成日期 2012年12月 湖 州 师 范 学 院 教 务 处 印 制摘 要破碎是一种使大块物料变成小块物料的过程。这个过程是用外力（人力、机械力，电力、化学能、原子能或其它方法等）施加于被破碎的物料上，克服物料分子间的内聚力，使大块物料分裂成若干小块。矿石是脆性材料，它在很小的变形下就发生毁坏。圆锥式破碎机是在的作用下对物料进行劈碎，破碎后的物料直接排出，因此破碎粒度比较均匀。本文主要是对圆锥式破碎机进行机械结构设计和分析。关键词：圆锥式破碎机，破碎机设计，破碎，带传动IIIAbstractBroken is a type of large material into small pieces of material process. This process is to use external force ( human, mechanical, electric power, chemical energy, atomic energy or other methods) is applied to the broken material material, overcome intermolecular cohesive force, so that the bulk material is split into a number of small. The ore is a brittle material, it is in a very small deformation destruction occurs.Cone crusher teeth in the role of material breaking, the crushed material is discharged directly, thus crushing granularity uniformity. This paper is mainly on the cone crusher machine structure design and analysis.Key words: cone crusher, crusher, crushing, belt drive目 录摘 要IAbstractII目 录III第1章 绪论11.1研究的目的和意义11.2 破碎机的分类及工作原理详解11.3 工作原理41.4 发展历史51.5 国内圆锥式破碎机的主要厂家51.6 国外圆锥式破碎机的主要厂家71.7 圆锥式破碎机的发展现状及趋势7第2章 破碎机的工作原理和构造112.1 圆锥破碎机的类型112.2 结构特点12第3章 破碎机主要参数的设计173.1破碎机主要执行机构参数的计算173.2啮角的确定173.3给矿粒度和转子直径17第4章 破碎机的传动设计选择184.1 生产能力184.2 电动机功率194.3 锥齿轮的主要参数选择204.4锥齿轮的材料254.5 锥齿轮的强度计算264.5.1 单位齿长圆周力264.5.2 齿轮弯曲强度264.5.3 轮齿接触强度274.6 轴的材料和热处理方式的分析284.7 轴的结构设计284.8轴上零件的周向定位294.9轴的校核294.10轴的结构图324.11 键联接设计324.12 滚动轴承设计334.13 密封和润滑的设计34结束语35参考文献36致谢37圆锥式破碎机设计第1章 绪论1.1研究的目的和意义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,如粗碎圆锥式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。1.2 破碎机的分类及工作原理详解专业的矿山机械行业用的碎石机可分为：鄂式破碎机，锤式破碎机，复合式破碎机，破碎机，冲击式破碎机，石头破碎机，反击式破碎机等。1、鄂式破碎机：颚式破碎机具有破碎比大、产品粒度均匀、结构简单、工作可靠、维修简便、运营费用经济等特点。 2、锤式破碎机：（环锤式破碎机）简称：锤破，主要适用于破碎各种脆性材料的矿物。被破碎物料为煤、盐、白亚、石膏、明矾、砖、瓦、石灰石等。3、反击式破碎机：简称反击破，适用于破碎中硬物料，如水泥厂的石灰石破碎，具有生产能力大，出料粒度小的优点。4、复合式破碎机：简称（复合破）适用于建材、矿业、冶金、化工工业破碎石灰石、熟料、煤及其它矿石。特点：生产能力大；破碎比高，能耗低；密封性好，运转平稳；维护方便。 5、破碎机：对辊破碎机（破碎机,对破碎机）供选矿、化学、水泥、建筑材料等工业部门中碎和细碎各种中等硬度以下的矿石和岩石之用。6、冲击式破碎机：又称制砂机，广泛适用于各种岩石、磨料、耐火材料、水泥熟料、石英石、铁矿石、混凝土骨料等多种硬、脆物料的中碎、细碎（制砂粒）。HX系列冲击式破碎机（制砂机）对建筑用砂、筑路用砂石优为适宜。7、破碎块料所用的方法？破碎块料所用的方法（见图）有：压碎。将块料置于两个平面之间,施加压力,块料因应力超过其抗压强度而破碎。此法适用于破碎坚硬的物料。劈裂。块料受带有尖棱的工作面的挤压，因挤压力作用面上的拉应力超过大块物料抗拉强度而被劈裂。脆性物料的抗拉强度比抗压强度小得多，故宜采用劈裂。折断。使块料受到弯曲，因弯曲应力超过物料的抗弯强度而破碎。在多数情况下，块料的破碎是上述各种方法综合作用的结果，仅有主次之分。在生产中可根据物料的性质（主要是硬度及韧度）来选择破碎的方法。9、破碎过程的能耗分析破碎过程消耗大量的机械能。大部分能量消耗在物料的变形和裂缝的形成，仅一小部分用于形成固体自由表面。1867年，雷廷格尔 (P.R.vonRittinger)提出“面积说”，认为：“破碎过程的功耗与破碎过程中物料新生成的表面积成正比。”1874年基尔皮乔夫 (.)、1885年基克（F.Kick）提出“体积说”，认为“破碎时的功耗与被破碎物料的体积或重量成正比”,适用于粗碎作业。1950年邦德(F.C.Bond)和王仁东提出了“裂缝说”,认为：“破碎过程功耗与物料在破碎过程中所形成的裂缝长度成正比”，成为现在广泛应用的破碎“第三理论”，适用于中、细碎作业。 矿石和物料的破碎难易度,取决于其物理-机械性质和本身的裂隙。通常以可碎性表示。方法有二： 可碎性系数法 同一破碎机在同样条件下破碎不同矿石时处理能力之比。可碎性系数为破碎机在同样条件下破碎待定矿石的处理能力和破碎机破碎中硬矿石的处理能力的比值,通常以石灰石作为标准中硬矿石,其可碎性系数为1。 功指数法 用双摆锤式冲击试验机测定矿石或物料的冲击破碎功指数，并用功指数大小表示其可碎性。 破碎机的效率通常用比功耗表示，即破碎一吨矿石功耗的大小(kWh)。把粒度上限为9001200mm颗粒群破碎到粒度上限为25mm颗粒群的比功耗约为1.53kWh。通常选矿厂破碎作业 (包括筛分和运输)的能量消耗约占选矿厂总能量消耗的10左右。输入破碎机的能量消耗于发生声、热、破碎机零件和部件的磨损、机械传动系统的摩擦损失、电气损失和使矿石产生微裂缝及形成新表面等方面。除最后两项为有用功外，其他都属于能量的无益损耗。60年代中期以来正研究新的破碎方法，如热电、激光、高速气流、减压等。1.3 工作原理圆锥式破碎机的生产至今已有百年的历史,由于其生产能力要比鄂式破碎机高34倍,所以是大型矿山和其他工业部门粗碎各种坚硬物料的典型设备。相对颚式破碎机而言,圆锥式破碎机的优点是:破碎过程是沿着圆环形的破碎腔连续进行的,因此生产能力较大,单位电耗较低,工作较平稳,适于破碎片状物料,破碎产品的力度比较均匀2,可广泛用于粗碎、中碎各种硬度的矿石。但是其缺点在于:结构复杂,价格较高;检修比较困难,修理费用较高;机身较高,使厂房、基础建设的费用增加。圆锥式破碎机主要是由机架、活动圆锥、固定圆锥、主轴、大小伞轮和偏心套筒等组成1。其工作原理(如图1所示)是利用破碎锥在壳体内锥腔中的旋回运动,对物料产生挤压、劈裂和弯曲作用,粗碎各种硬度的矿石或岩石的大型破碎机械。装有破碎锥的主轴的上端支承在横梁中部的衬套内,其下端则置于轴套的偏心孔中。轴套转动时,破碎锥绕机器中心线作偏心旋回运动。它的破碎动作是连续进行的,故工作效率高于颚式破碎机。圆锥式破碎机的规格各国的表示方式都不一样,我国则是以给料口宽度/排料口宽度表示。图1圆锥式破碎机的工作原理图1.4 发展历史圆锥式破碎机在破碎机家族处于显赫地位,也是出现较早的粗碎设备。第一个圆锥式破碎机专利由美国人CharlesBrown申请于1878年,1881年美国盖茨铁工厂制成第一台圆锥式破碎机。1953年美国Allis-Chalmers公司推出液压圆锥式破碎机。70年代末期,美国Rex-nord公司推出超重型圆锥式破碎机。80年代,瑞典Mor-gards hammer公司推出新型顶部单缸液压圆锥式破碎机。从20世纪50年代开始,我国仿制和自行设计了一些规格的圆锥式破碎机,但其生产使用效果却很不理想。直到20世纪70年代末期,我国圆锥式破碎机的设计水平才接近了国际上70年代先进水平。但是,近10多年来,我国圆锥式破碎机的产销量很少,发展较慢,与国外的品牌存在着不小的差距。1.5 国内圆锥式破碎机的主要厂家沈阳北方重工集团(以下称沈重)是我国圆锥式破碎机的主要生产厂家,该集团于一九八六年从美国富乐公司(FULLER)引进了TRAYLOR圆锥式破碎机的设计制造技术,其中包括54-74、54-84、60-89、60-110和72-93英寸五个规格,主要作为大型露天矿山和选矿厂的粗碎设备。相关数据见表2-1及2-2。型号规格给料口尺寸/mm排料口尺寸/mm最大给料尺寸/mm生产能力/(t/h)主电动机型号功率/kw转速/(r/min)电压/VPXF5475137215211501740YR400-12/11804004906000PXF5484137220311502500YR500-12/11805004906000PXF6089152417813003000YR118/46-125004906000PXF60110152417813004000YR400-12355*24906000PXF7293182917815502620YR500-12/17305002956000表2-1PXF型圆锥式破碎机技术性能和参数*沈重提供生产能力以矿石松散密度1. 6t/m3为依据。型号规格机器总重/t主要部件重量/kg传动部下机架部下机架护板部偏心套部破碎圆锥部中机架部上机架部中机架衬板部横梁部PXF5475247298036890672074004659025341452602426025830PXF54843003490457601200099655469042000602502221530960PXF60893694720534309790120207255049770723503009040040PXF6011059392001223701525023010123365656401020004393049000PXF729348565907480011938779594900324651236705000046010表2-2PXF型圆锥式破碎机主要零部件重量(沈重)1.6 国外圆锥式破碎机的主要厂家国外的圆锥式破碎机著名厂家主要有美卓矿机、斯维达拉公司、山特维克以及富勒史密斯等。以美卓矿机为例,其旗下的SUPERIOR圆锥式破碎机是矿山和石料行业全球公认技术领先的圆锥式破碎机著名品牌。该公司最早生产的圆锥式破碎机品牌是1878年的CRUSHER SUPERIORITY,而目前的版本已经是SUPERIORMK。相关性能见表3-1。规格型号生产能力/(t/h)主电动机功率/kw转速/(r/min)42-651635-232037560054-752555-338545060060-894100-555060060060-1105575-7605750514表3-1SUPERIORMKGYRATORY1.7 圆锥式破碎机的发展现状及趋势液压式圆锥式破碎机的构造与工作原理该机的破碎原理与机械式相同,构造也基本相似,所不同的是在破碎机底座最下部安装了一套液压装置,液压缸的柱塞上放有摩擦盘,其上支承着动锥主轴。因此,动锥部的自重和破碎矿石时的破碎力的垂直分力均由液压缸承担,而横梁不再承受垂直分力,其主轴在悬挂部分也改为光轴。两种圆锥式破碎机在使用中的优缺点分析(1)排料口调整方式的对比分析机械式圆锥式破碎机排料口调节装置在悬挂部(见图2), 调整时先取下横梁上的帽盖,再利用天车通过安装在主轴顶部的吊环吊起动锥,然后将压套与锥形开缝螺母分开,放松开缝螺母,取出楔键,此时开缝螺母可以拧动,向下拧开缝螺母至合适位置。一般首先计算上下调整量,调整后放下动锥,然后测量下部的排矿口,若不合适,则可重复调整开缝螺母直至达到所需排矿口为止。最后,打入楔键,放下动锥,装好帽盖。完成这样的调整过程,正常情况下需16人工作8 h,并且需要天车配合。液压式圆锥式破碎机的排料口调节装置是液压系统。调整时,开启液压油泵,打开液压缸给油阀门向液压缸供油,在油压的作用下,液压缸柱塞推动其主轴上移,动锥随主轴运动,当达到合适位置时,关闭进油阀门,测量排矿口宽度,若不合适,继续上述调整过程达到要求为止,最后关上供油阀,停供油泵,完成此过程仅需工人工作10 min,且无需其它辅助设备。比较以上2种排料口的调整过程,可以看出液压式调整排料口具有以下优点:省时、省力、省物;不影响生产,可以随时调整;既保证了产品粒度,又有利于衬板的合理磨损;动锥可连续调整,而机械式圆锥式破碎机动锥调整高度为其上部螺纹螺距的整数倍,因而是不连续的。(2)对过铁及其它非破碎物料的处理方式的对比当破碎机过铁卡在破碎腔下不能排出时,将造成破碎机停止运转,此时的破碎腔内充满了矿石。对于机械式破碎机来说,处理方法一般是先清理破碎腔中的矿石,露出卡铁,用气割的方法,将其割成小块,然后取出。完成此过程所需时间较长,在实际生产中曾经出现过连续2天割铁的情况,材料的耗费也很大,由于操作空间小,不但操作困难,且不安全因素较多。对于液压式破碎机而言,处理要简单得多,其过程是放出液压缸的油使动锥下落,然后再给液压缸充油使动锥上升,通过充放油使动锥上下移动,即可排出破碎腔中的矿石,排出或取出卡铁,液压破碎机完成此过程是非常容易的。(3)保险装置的对比机械式破碎机的保险装置是装在带轮上的保险销,通过计算确定销子剪断面的直径,当过载时,销子被剪断,破碎机与电动机传动分开,破碎机停止运转。在实际使用中,此保险装置极不可靠,且装配麻烦费时,常出现承载能力低或过载后不断开的情况,起不到保险作用,曾出现因过载而使联轴器断裂的情况,偏心部分因过载而损坏轴承合金的情况也时有发生。液压式破碎机保险装置是液压系统中的蓄能器。当过载时,破碎力急剧上升,引起液压系统油压升高,当压力高过蓄能器里的氮气压力时,氮气被压缩,液压油通过单向节流阀进入蓄能器,同时,液压缸中油量减少,活塞下落,动锥随之下落,排料口增大,排出造成过载的非破碎物,从而减载,动锥在油压作用下又复位。若非破碎物过大而未能排出时,则破碎力进一步增大,油压继续升高,蓄能器中氮气继续被压缩,动锥下降,当液压系统的压力升高到调定值时,电触点压力表作用,引起主电机跳闸停止运转。由此可见,液压式保险装置比较可靠,且降低了过载对机件的损坏程度。(4)主要承载形式的对比分析机械式圆锥式破碎机破碎力的垂直分力主要通过悬挂装置由横梁承受,在实际使用过程中,该台机械式圆锥式破碎机的横梁多次出现裂缝,有时达280mm以上,修复较困难且修复效果不好,使用时间较短,由此可见,机械式圆锥式破碎机横梁部分承受的载荷较大。而液压式圆锥式破碎机破碎力的垂直分力作用在液压缸上,在很大程度上改善了横梁的受力。液压式圆锥式破碎机因其承受方式与机械式圆锥式破碎机不同,其悬挂部的结构也得到了简化(见图3)。对比分析,可以看出液压式圆锥式破碎机与机械式圆锥式破碎机相比具有排矿口调整方便,保险装置可靠性好,机件承载情况好等优点。所以液压式圆锥式破碎机在技术上较机械式更先进。虽然在实际使用中液压式圆锥式破碎机的液压系统也曾出现过各种问题,但经多年使用后,液压式圆锥式破碎机的优越性还是显而易见的。因此,将机械式圆锥式破碎机改为液压式圆锥式破碎机在技术上和经济上都是切实可行的。第2章 破碎机的工作原理和构造2.1 圆锥破碎机的类型结构特点各部件均用铸钢制造，动锥与不动锥的工作面镶以锰钢衬板，以保护圆锥不受磨损，衬板磨损后可以更换，更换时，衬板与锥面间灌入熔化的铅使它们之间紧密粘合。 粗碎圆锥破碎机的缺点是：结构复杂，价格较高，检修比较困难，修理费用较高，机身较高，使厂方、基础构筑物的费用增加。因此粗碎圆锥破碎机宜在生产能力较大的工厂及采掘场中使用，通常用一台鄂式破碎机能满足产量要求，则选用鄂式破碎机，除非在需要两台鄂式破碎机时，才选用圆锥式破碎机。 中细碎圆锥破碎机用正置的动、定锥构成破碎腔。中细碎圆锥式破碎机根据破碎腔剖面形状和平行带长度不同又可分为标准型（中碎用，其平行带最短）、中间型（中、细碎均可使用）和短头型（细碎，其平行带长）。中细碎的圆锥式破碎机的规格用动锥底部直径表示，如PYB600，PYZ600，PYD600，Y圆锥，B标准型，Z中间型，D短头型。这三种圆锥破碎机的主要区别，在于破碎腔剖面形状和平行带长度不同，标准型的平行带最短，短头型最长，中间型介于两者之间。除此之外，其余部件的构造完全相同。对于物料的中碎和细碎而言，圆锥破碎在要求产品力度较小情况下，还能提供很高的生产能力，并能得到较为均匀的产品，在用一台圆锥破碎机，便能代替两台鄂式破碎机，或者省去以后的工序时，选用圆锥破碎机是合理的，特别在能够满载运转的情况下更为有利。2.2 结构特点 目前，我国使用最为广泛的圆锥破碎机主要有弹簧保险圆锥破碎机和液压保险圆锥破碎机两种类型，下面分别简介其结构特点。弹簧保险圆锥破碎机的构造图1为弹簧保险1750型圆锥破碎机，这是目前我国对坚硬矿石进行中碎或细碎的一种典型设备。其结构和圆锥式破碎机大体相同，但其工作机构、调整装置、防尘装置及保险装置却有所不同。(1) 工作机构。由带锰钢衬板的破碎锥17和固定锥（即图中的调整环10）组成。衬板和锥体之间浇注锌合金以保证其紧密结合。破碎锥17压装在主轴15 上，其下部表面为球面形状并由球面轴承支承。主轴的下端插入偏心轴套31的锥形孔内，在偏心轴套的锥形孔内装有青铜或MC-6尼龙等材料制成的衬套。当电 动机通过圆锥轮4、5带动偏心轴套旋转时，由球面轴承支承着的主轴以及破碎锥则作旋摆运动，从而达到破碎矿石的目的。 (2) 调整装置。圆锥破碎机的调整装置实际上就是固定锥的一部分，由调整环、支承环8、锁紧螺母18、推动液压缸9、锁紧液压缸和活塞19组成。支承环8 安装在机架7的上面，并借助于破碎机周围的拉紧弹簧6与机架贴紧。支承环8和调整环的接触面处均有锯形螺纹。支承环8上装有两对拨爪和一对推动液压缸。 锁紧液压缸和活塞则装在支承环8的上部。锁紧螺母和调整环的接触面处也作成锯形螺纹。当破碎机正常工作时，锁紧液压缸内充满了压力油，使锁紧螺母、支承 环和调整环接触面的锯形螺纹呈斜面紧密贴合，达到锁紧的目的。当需调整排料口时，首先将锁紧液压缸卸载，使锯形螺纹放松，然后操纵液压系统，启动推动 液压缸，带动调整环作旋转运动，由于锯形螺纹的传动，使得固定锥上升或下降，从而达到调整排料口的目的。(3)防尘装置。圆锥破碎机的防尘装置见图2所示，由水槽1（图1中的环形槽23）、排水槽2、挡圈3、环形圈4（即图1中的球形颈圈22)和挡环5等组 成。水用水泵经进水管送入水槽1，再溢流到排水槽2,经排水管排出。由于环形圈4的阻挡作用，使灰尘不能进入机器内部而落入水槽1中被循环水流带走，从而 起到保护机器传动部件之目的。 1. 保险装置。该弹簧保险圆锥破碎机是利用装在机架周围的弹簧来作保险装置的。当破碎机过载时，支承在弹簧上面的支承环和调整环就被迫向上抬起而压缩弹簧，从而排料口尺寸增大，非破碎物即可排出，之后在弹簧力的作用下支承环和调整环自动复位，即可重新进行破碎。 显然，弹簧既是保险装置，同时在破碎时将产生一定的破碎力，所以，其张紧程度对破碎机的正常运行具有重要影响，因而在拧紧弹簧时，应留有适当的压缩余量。 2.液压圆锥破碎机的构造上述弹簧圆锥破碎机的排料口调节装置虽然采用了液压操纵，但结构仍为螺纹调节装置。因而在工作时，螺纹常被粉尘堵塞，使得调整费 力、费时，而且一定要停车。此外，取出卡在破碎腔内的非破碎物也很不方便。为了克服这些缺点，国内外已大力生产和推广应用液压圆锥破碎机，这种圆锥破碎机 不但调整排料口容易方便，而且过载保护的安全性也明显增高，不失为圆锥破碎机的发展方向。 我国从20世纪60年代开始研制液压圆锥破碎机，经过40余年的努力发展，已经接近国际先进水平。液压圆锥破碎机按其液压缸的安装位置和数量，一般可分为 顶部单缸、底部单缸和多缸式3种类型。其中多缸液压圆锥破碎机主要是将弹簧圆锥破碎机的弹簧改为液压保险缸，将机械锁紧改为液压锁紧，用液压推动液压缸调 整替代机械调整。其总体结构仍保持了弹簧圆锥破碎机的特点。但由于液压缸增多，其主机结构相对复杂化，增加了维修工作量。 我国使用较多的为底部单缸液压圆锥破碎机，其工作原理和弹簧圆锥破碎机相同，但在结构上取消了弹簧圆锥破碎机的调整环、支承环、锁紧装置以及球面轴承等零 件。图3为我国生产的底部单缸液压圆锥破碎机的构造图。该破碎机和弹簧圆锥破碎机的结构相类似，不同的是其调整和保险都是由支承在动锥的主轴底部的一个液 压缸和油压系统来实现的。通过增加或减少液压缸中的高压油量就可使主轴和破碎锥上升或下降，从而达到排料口的调整。其原理见图4所示。该破碎机的过载保护则是通过装有惰性气体的蓄能器实现的。如图5所示，蓄能器的气压在正常情况下比液压缸内的油压稍高些，因而油不能进人蓄能器。一旦过 载，破碎锥受力急增将导致液压缸内的油压升高，当油压升高到超过蓄能器内的气压时，油则被压人蓄能器内，使破碎锥随之下降，排料口增大，非破碎物排出。当 过载消除后，由于蓄能器的作用，油被重新压回液压缸内，破碎锥可恢复到正常位置继续工作。此外，我国20世纪90年代初已开始制造旋盘式超细碎破碎机。 第3章 破碎机主要零部件的设计在水平轴上平行装置两对相向回转的辊子，它是破碎机的主要工作机构。水平轴上平行的一对辊子中，其中一个辊子的轴承是可动的，另一个辊子是固定的，破碎辊是由轴、轮毂和辊皮构成。辊子轴采用键与锥形表面的轮毂配合在一起，辊皮固定在轮毂上，借助三块锥形弧铁，利用螺栓帽将它们固定在一起的。3.1破碎机主要执行机构参数的计算影响破碎机生产能力和电机功率的主要参数有：啮角、给矿粒度、辊子转速。3.1.1啮角的确定矿石中心（为使推倒简化，假设破碎物料为圆形）与辊子中心（或）的连线与水平线所成的角度，称为啮合角。两个棍子产生的正压力F（F=fP）都作用于物料块上，如图7所示。如将力P和F分别分解为水平分力和垂直分力，由图可以看出，只有在下列条件下，物料块才能被两个棍子卷入破碎腔： 所以摩擦系数是摩擦角的正切，所以 （3.1）由次可见，最大啮合角应小于或等于摩擦角的两倍。当破碎机破碎有用矿物时，一般取摩擦系数f=0.300.35；或摩擦角16501920，则破碎机最大啮合角33403840。结合本设计的实际情况，这里我们取摩擦角为，则破碎机最大啮角 3.1.2给矿粒度和转子直径当排矿口宽度e一定时，啮角的大小决定与辊子直径D和给矿粒度d的比值。下面研究一下当物料块可能被带入破碎腔时，辊子直径和给矿粒度间的关系。图 9 给矿粒度和辊子直径示意图由6图8 的RtOAB中可以看出和D相比e很小，可略而不计，则 （3.2）当取f=0.325时， =18，18=0.951故 或 （3.3）2PGT0604型破碎机的 D=610mm，故mm。由此可见光面破碎机的辊子直径应但等于最大给矿粒度的20倍左右，也就是说，这种双破碎机只能作为矿石的中碎和细碎。对于潮湿粘性物料，f=0.45，则： 2PGT0604型破碎机的 D=610mm，故mm。第4章 破碎机的传动设计选择4.1 生产能力由破碎机的原理进行计算，理论生产能力与工作时的间距e、辊子圆周速度v以及辊子规格等因素有关。当速度以v米秒时，则理论上物料落下的体积为： (立方米小时) （3.6）而物料落下的速度与磙子的圆周速度的关系为：，其中 为辊子每分钟的转数，应此 (立方米小时)或 Th (吨小时) （3.7）式中 e工作时排矿口宽度， 单位米； L辊子长度， 单位米； D辊子直径， 单位米； n辊子转数，转分；物料的松散系数，中硬矿石，=0.200.30；潮湿矿石和粘性矿石，=0.400.60；物料的容重，吨立方米。 当破碎机破碎坚硬能够矿石时，由于压碎力的影响，两辊子间隙（排矿口宽度）有时略有增大，实际上可将公式（3.7）增大25%，作为破碎坚硬矿石时的生产能力的近似公式，即： ， 吨小时 （3.8）式中，符号的意义和单位同上。本次设计的破碎机主要用来破碎中硬矿，因此以上参数可选择为e=0.008 m ， L=0.4 m ，D=0.61 m ，n=，=0.26 ， =2.8 因此由公式3.8有= 4.2 电动机功率破碎机的功率消耗，通常多用经验公式 或时间数据进行计算。光面破碎机（处理中硬以上的物料）的需用功率，可用下述经验公式计算： ，千瓦 (3.9) 式中 Q生产能力，吨小时； e排矿口宽度，厘米； n辊子转数，转分。此处的0.735是将公制马力换为千瓦的折换系数。则 千瓦则查1选电机型号为YB225M-8，功率为22KW。圆锥式破碎机的工作原理与鄂式破碎机有相似之处，即对物料都施以挤压力，破碎后靠自重卸料。不同之处在于圆锥式破碎机的工作过程是连续进行的，夹在两锥之间的物料同时受到弯曲挤压力和剪切力的磨削作用，故破碎较易进行。因此，其生产能力较鄂式破碎机大，动力消耗低。 4.3 锥齿轮的主要参数选择由电动机驱动，假设工作寿命10年（设每年工作300天），一班制，带式输送机工作经常满载，空载起动，工作有轻震，不反转。1、 选定齿轮精度等级、材料及齿数1） 圆锥圆柱齿轮减速器为通用减速器，速度不高，故选用7级精度(GB10095-88)材料选择 由机械设计（第八版）表10-1选择小齿轮材料为 (调质)，硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS。主减速器的传动比为2.42，初定主动齿轮齿数z1=113，从动齿轮齿数z2=273。2、 按齿面接触强度设计由设计计算公式进行试算，即 （1） 确定公式内的各计算数值1） 试选载荷系数2） 计算小齿轮的转矩选齿宽系数4）由机械设计（第八版）图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳强度极限5）由机械设计（第八版）表10-6查得材料的弹性影响系数6） 计算应力循环次数7) 由机械设计（第八版）图10-19取接触疲劳寿命系数8) 计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1，得 （2） 计算1） 试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值 2） 计算圆周速度 3） 计算载荷系数根据，7级精度，由机械设计（第八版）图10-8查得动载系数直齿轮由机械设计（第八版）表10-2查得使用系数根据大齿轮两端支撑，小齿轮作悬臂布置，查机械设计（第八版）表得轴承系数，则接触强度载荷系数4） 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，得 5） 计算模数m取标准值6） 圆整并确定齿宽圆整取，3、 校核齿根弯曲疲劳强度1） 确定弯曲强度载荷系数 2） 计算当量齿数 3） 由机械设计（第八版）表10-5查得齿形系数应力校正系数4） 由机械设计（第八版）图20-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮的弯曲疲劳强度极限5） 由机械设计（第八版）图10-18取弯曲疲劳寿命系数6） 计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数，得7）校核弯曲强度根据弯曲强度条件公式进行校核满足弯曲强度，所选参数合适。a)主、从动锥齿轮齿数z1和z2选择主、从动锥齿轮齿数时应考虑如下因素；为了啮合平稳、噪音小和具有高的疲劳强度，大小齿轮的齿数和不少于40在轿车主减速器中，小齿轮齿数不小于9。查阅资料，经方案论证，主减速器的传动比为6.33，初定主动齿轮齿数z1=6，从动齿轮齿数z2=38。b）主、从动锥齿轮齿形参数计算按照文献3中的设计计算方法进行设计和计算，结果见表3-1。从动锥齿轮分度圆直径dm2=14=303.51mm 取dm2=304mm齿轮端面模数表3-1主、从动锥齿轮参数参 数符 号主动锥齿轮从动锥齿轮分度圆直径d=mz64304齿顶高ha=1.56m-h2;h2=0.27m6.774.42齿根高hf=1.733m-ha4.336.68齿顶圆直径da=d+2hacos90376齿根圆直径df=d-2hfcos60270齿顶角a241321齿根角f=arctan321241分锥角=arctan1476顶锥角a15417821根锥角f11397419锥距R=132132分度圆齿厚S=3.14mz99齿宽B=0.155d24747c）中点螺旋角弧齿锥齿轮副的中点螺旋角是相等的。拖拉机主减速器弧齿锥齿轮螺旋角的平均螺旋角一般为3540。拖拉机选用较小的值以保证较大的F，使运转平稳，噪音低。取=35。d）法向压力角法向压力角大一些可以增加轮齿强度，减少齿轮不发生根切的最少齿数，也可以使齿轮运转平稳，噪音低。对于拖拉机弧齿锥齿轮，一般选用20。e) 螺旋方向从锥齿轮锥顶看，齿形从中心线上半部向左倾斜为左旋，向右倾斜为右旋。主、从动锥齿轮的螺旋方向是相反的。螺旋方向与锥齿轮的旋转方向影响其所受轴向力的方向。当变速器挂前进挡时，应使主动齿轮的轴向力离开锥顶方向，这样可以使主、从动齿轮有分离趋势，防止轮齿卡死而损坏。4.4锥齿轮的材料 驱动桥锥齿轮的工作条件是相当恶劣的，与传动系其它齿轮相比，具有载荷大、作用时间长、变化多、有冲击等特点。因此，传动系中的主减速器齿轮是个薄弱环节。主减速器锥齿轮的材料应满足如下的要求：a） 具有高的弯曲疲劳强度和表面接触疲劳强度，齿面高的硬度以保证有高的耐磨性。b） 齿轮芯部应有适当的韧性以适应冲击载荷，避免在冲击载荷下齿根折断。c） 锻造性能、切削加工性能以及热处理性能良好，热处理后变形小或变形规律易控制。d） 选择合金材料是，尽量少用含镍、铬呀的材料，而选用含锰、钒、硼、钛、钼、硅等元素的合金钢。拖拉机主减速器锥齿轮与差速器锥齿轮目前常用渗碳合金钢制造，主要有20CrMnTi、20MnVB、20MnTiB、22CrNiMo和16SiMn2WMoV。渗碳合金钢的优点是表面可得到含碳量较高的硬化层（一般碳的质量分数为0.8%1.2%），具有相当高的耐磨性和抗压性，而芯部较软，具有良好的韧性。因此，这类材料的弯曲强度、表面接触强度和承受冲击的能力均较好。由于钢本身有较低的含碳量，使锻造性能和切削加工性能较好。其主要缺点是热处理费用较高，表面硬化层以下的基底较软，在承受很大压力时可能产生塑性变形，如果渗碳层与芯部的含碳量相差过多，便会引起表面硬化层的剥落。为改善新齿轮的磨合，防止其在余兴初期出现早期的磨损、擦伤、胶合或咬死，锥齿轮在热处理以及精加工后，作厚度为0.0050.020mm的磷化处理或镀铜、镀锡处理。对齿面进行应力喷丸处理，可提高25%的齿轮寿命。对于滑动速度高的齿轮，可进行渗硫处理以提高耐磨性。4.5 锥齿轮的强度计算4.5.1 单位齿长圆周力按最大转矩计算时P= （3-4） 式中： ig变速器传动比，常取一挡传动比，ig=7.48 ；D1主动锥齿轮中点分度圆直径mm；D=64mm其它符号同前；将各参数代入式（3-4），有：P=856 N/mm按照文献1,PP=1429 N/mm，锥齿轮的表面耐磨性满足要求。4.5.2 齿轮弯曲强度锥齿轮轮齿的齿根弯曲应力为： = （3-5）式中：锥齿轮轮齿的齿根弯曲应力，MPa；T齿轮的计算转矩，Nm；k0过载系数，一般取1；ks尺寸系数，0.682；km齿面载荷分配系数，悬臂式结构，km=1.25；kv质量系数，取1；b所计算的齿轮齿面宽；b=47mmD所讨论齿轮大端分度圆直径；D=304mmJw齿轮的轮齿弯曲应力综合系数，取0.03；对于主动锥齿轮， T=1516.4 Nm；从动锥齿轮，T=10190Nm；将各参数代入式（3-5），有： 主动锥齿轮， =478MPa；从动锥齿轮， =466MPa；按照文献1, 主从动锥齿轮的=700MPa，轮齿弯曲强度满足要求。4.5.3 轮齿接触强度 锥齿轮轮齿的齿面接触应力为： j= （3-6）式中：j锥齿轮轮齿的齿面接触应力，MPa；D1主动锥齿轮大端分度圆直径，mm；D1=64mmb主、从动锥齿轮齿面宽较小值；b=47mmkf齿面品质系数，取1.0；cp综合弹性系数，取232N1/2/mm；ks尺寸系数，取1.0；Jj齿面接触强度的综合系数，取0.01；Tz主动锥齿轮计算转矩；Tz=1516.4N.mk0、km、kv选择同式（3-5）将各参数代入式 （3-6），有： j=2722MPa按照文献1，jj=2800MPa，轮齿接触强度满足要求。4.6 轴的材料和热处理方式的分析选择轴的理由选择轴的材料为45钢，经调质处理， 其机械性能由3表15-1查得：抗拉强度极限650MPa；屈服强度极限=360MPa；弯曲疲劳极限=300MPa；剪切疲劳极限155MPa；许用弯曲应力60MPa。3.初算轴的最小轴径 按式3.16初步确定轴的最小直径。 （3.16）由3表15，选=120。 kW则轴的最小直径为： mm轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径，需开键槽，故将最小轴径增5%。变为80.01mm，查2表4，取标准直径110mm。初选轴承因轴承主要受有径向力的作用，以及机械振动可能产生少量轴向力。故选用圆柱滚子轴承。根据工作要求及输入端的直径(为115mm)，由查轴承选用2表4.10-1及表4.10-2选取型号为NNJ3323的滚动轴承，其尺寸（内径外径宽度）为 dDb=11520040。支承下轴的轴承：根据工作要求及输入端的直径(为130mm)，由轴承产品目录中选取型号为6226的滚动轴承，其尺寸（内径外径宽度）为dDb=11520040。4.7 轴的结构设计 拟定轴上零件的装配方案轴上零件定位、加工要求以及不同的零件装配方案，参考轴的结构设计的基本要求。图13中，从输入端装入，辊子、套筒、左端轴承、轮，然后从右端装入右端轴承，轮。其中两个轮的轴向定位是由箱体上的轴承座来完成的。确定轴的各段直径由于轴最小直径为110mm，左端用轴承加套筒定位，右端用轴肩定位。故轴段1的直径即为110mm。轴段2的用来安装轴承，为了保证定位可靠，只要比轴段1增大510mm就可以，因此取轴段2为115mm。同样，轴段6也是用来安装轴承的，此处直径也取115mm。为了拆装和制造方便，轴段3选择为118mm。轴段4是轴肩，参照 2P1073及同类轴设计取为140mm。为了定位的可靠，轴段7要比轴段6小，因此也取最小直径为110mm。确定轴的各段长度考虑到轴1的长度还要加上箱体的厚度，而且还比轮厚度要长，故该段轴长取为140mm。轴段2和轴段6的长度要比轴承短15mm。且轴承宽为38mm，则这两段取35mm长。轴段3的长度即为辊子的长度加套筒长，辊子长为400mm，选择套筒长为90mm，则轴段3的长度为490mm。依照2P1075 有轴肩的宽度设计为22mm。即轴段4长度为22mm。根据长轮的厚度以及其他轴的类比，可以得出轴段7长度取100比较合适。轴段5的尺寸变动空间比较大，主要考虑与箱体的设计相配合，取为43mm。4.8轴上零件的周向定位辊子、轮、平带轮与轴的周向定位均采用平键联接。对于辊子，2个半轮毂分别用键定位。由手册查得平键的截面尺寸宽高=3220(GB1095-79)，键槽用键槽铣刀加工，查2取长为160mm(标准键长见 GB1096-79)。对于轮，轴径为110，查2表4.5-1截面尺寸宽高=2816，并取长度为80mm，同时也保证轮轮毂与轴的配合为H7/n6； 确定轴上圆角和倒角尺寸：取轴端倒角为2454.9轴的校核画受力简图画轴空间受力简图15，将轴上作用力分解为水平受力图b和垂直面受力图c。分别求出垂直面上的支反力和水平面上支反力。对于零件作用于轴上的分布载荷或转矩(因轴上零件如轮、联轴器等均有宽度)可当作集中力作用于轴上零件的宽度中点。对于支反力的位置，随轴承类型和布置方式不同而异，一般可按图15取定，其中A值参见滚动轴承样本，跨距较大时可近似认为支反力位于轴承宽度的中点。计算作用于轴上的支反力水平面内支反力为NN 垂直面内支反力 破碎辊外形尺寸为610mm400mm，单辊重约1200kg。 N轮受到的力，其大小为。 （3.17） （3.18） 综合式上式可算出N N计算轴的剪力、弯矩，并画剪力、弯矩、转矩图分别作出水平面上和垂直面上的剪力图d、e；分别作出垂直面和水平面上的弯矩图f、g，并按计算合成弯矩，画转矩图h。计算并画当量弯矩图转矩按脉动循环变化计算， 取，可算出： N.m N.m N.m按照画出当量弯矩图i。c-c截面处弯矩最大， 属于危险截面 图15 轴的受力结构简图校核轴的强度一般而言，轴的强度是否满足要求只需对危险截面进行校核即可，而轴的危险截面多发生在当量弯矩最大或当量弯矩较大且轴的直径较小处。根据轴的结构尺寸和当量弯矩图可知，c-c截面处弯矩最大， 属于危险截面；d-d截面处当量弯矩不大，轴径大，不属于危险截面。而对于b-b，当量弯矩小于a-a截面，轴径一样大，不属于危险截面；截面，仅受纯转矩作用，虽a-a、e-e截面尺寸小，但由于轴最小直径是按扭转强度较为宽裕地确定的，故强度肯定满足，无需校核弯扭合成强度。 c-c 截面处当量弯矩为N.m强度校核：考虑到键槽的影响，查3表15而60MPa，显然，故安全。4.10轴的结构图图16 轴的结构图4.11 键联接设计1输入轴与大带轮联接采用平键联接此段轴径d1=37mm,L1=50mm查手册得，选用A型平键，得：A键 87 GB1096-79 L=L1-b=50-8=42mmT=103.6Nm h=7mm根据机械设计基础课程设计P243（10-5）式得p=4 T/(dhL)=4103.61000/（37742） =38.1 Mpa R =110Mpa2、输出轴与齿轮2联接用平键联接轴径d3=40mm L3=80mm T=292Nm查手册P51 选用A型平键键149 GB1096-79l=L3-b=80-14=66mm h=9mmp=4T/（dhl）=42921000/（40980）=40. 6Mpa P1,故计算P2就可以了。 （3）选择轴承型号选择型号为30209的圆锥滚子轴承查表得：Cr=67.8kN预期寿命足够此轴承合格2.输出轴的轴承设计计算（1）初步计算当量动载荷P因该轴承在工作条件下受到Fr径向力作用和轴向力，查手册知：派生轴向力Fs=0.4Fr,且系数X=0.4,Y=1.1。经计算得：P1=1491.2N P2=594.72N（2）求轴承应有的径向基本额定载荷值 P1P2,故计算P1就可以了（3）选择轴承型号选择型号为30209的圆锥滚子轴承查表知， Cr=67.8KN预期寿命足够 此轴承合格4.13 密封和润滑的设计1.密封 由于选用的电动机为低速，常温，常压的电动机则可以选用毛毡密封