医疗垃圾破碎机破碎装置的结构设计说明书

1目录第 1 章 前言1第 2 章 总体设计92.1 概述92.2 设计任务 102.3 设计目的102.4 总体结构形式112.5 破碎机的工作机构设计.132.6 传动系统组成152第 3 章 轴及组件计算183.1 齿轮的计算 183.2 轴的设计与校核计算计算 233.3 键的选择与计算293.4 轴承校核计算 303.5 公差配合313.6 进料口设计323.7 工作舱的设计323.8 出料口设计333第 4 章 毕业设计小节33参考文献354设计项目 计算与说明 结果第 1 章 前言1.1 医疗垃圾处理设备的目的和意义医疗垃圾废物是指医疗卫生机构在医疗过程中产生的直接或间接感染性、毒性以及其他危害性的废物，包括手术、包扎、生物培养、化验检验的残余物，传染病人产生的生活垃圾、一次性注射器等。医疗垃圾的危害性十分可怕，污染环境，危害人类健康。污染环境方面，医疗垃圾对大气、地下水、地表水、土壤等均有污染作用。垃圾露天堆放，造成大量氨气、硫化物等有害气体的释放，严重污染大气，其中垃圾分解散发的多氯联苯、二恶英等，均是致癌物。 医疗垃圾携带的病原体、重金属和有机污染物经雨水和生物水解产生的渗滤液作用，可对地表水和地下水造成严重污染。垃圾渗滤液中的重金属在降雨的淋溶冲刷作用下进入土壤，导致土壤重金属累积和污染。对医疗垃圾处理不当还可对环境造成二次污染。医疗垃圾还严重危害人体健康，医疗垃圾中有许多致病微生物，又往往是蚊、蝇、蟑螂和老鼠的繁殖地。这些病菌可以通过在垃圾中生活的生物，转移给人类。医疗垃圾中还可能存在化学污染物及放射性等有害物质，具有极大的危险性。若对直接暴露于医疗垃圾的从业人员的管理与培训不是很严格，可能还会造成更多的危害。有些人将大量病人使用过的输液器、塑料便盆等卖给塑料加工厂生产生活日用品，并进入超市卖掉。药贩廉价收购百姓手中的过期药品，经过修改批号、重新包装后，再次出手牟利。有人将使用过的一次性医疗器具私下5卖给个体商贩，加工包装后卖给一些个体诊所再次使用。因医疗垃圾回流社会再次使用，废弃一次性医疗用品已成了艾滋病传播的第四条途径。 当今社会对于环境保护的要求日益增加，而医疗垃圾作为一种极其危险的环境污染种类，对其合理的处理也显的十分重要。1.2 医疗垃圾的处理方法用于处理医疗垃圾已有多种技术，根据处理原理不同，一般可分为灭菌消毒法、焚烧法、等离子体法、热解法和卫生填埋法等。 1.2.1 灭菌消毒灭菌消毒处理方法较多，可采取高温高压蒸汽灭菌法、化学消毒法、微波消毒法等。灭菌消毒法主要是通过高温、高压、化学试剂、一定频率或波长的微波等技术，破坏微生物及病毒的生存环境，降低医疗垃圾对人体健康及环境危害的程度。灭菌消毒法需针对不同的医疗垃圾选择不同的灭菌方法，其灭菌效果限制因素较多，由于医疗垃圾的种类繁多且差异性大，因此有可能无法达到最佳的灭菌效果。而且垃圾的体积和外观不会发生明显改变，一般条件下可用于焚烧前的预处理，在某些情况下也可以作为最终填埋处置前的处理手段。 1.2.2高温焚烧法根据研究，医疗垃圾中占总重量92%的组分为可燃性成分，不可燃成分仅为8%，在一定温度和充足的氧气条件下，可以完全燃烧成灰烬。焚烧处理是一个深度氧化的化学过程，在高温火焰作用下，焚烧设备内的医疗垃圾经过烘干、引燃、焚烧三个阶段将其转化成残渣和气体，病原微生物和有害物质在焚烧过程中也因高温而被有效破坏，还能有效实现减容和减重。焚烧法适用于各种传染性医疗垃圾，是医疗垃圾处理领域的主流技术。 1.2.3热解处理法热解法是利用垃圾中有机物的热不稳定性，将医疗垃圾中有机成分在无氧或贫氧的条件下高温加6热，用热能使化合物的化合键断裂，使大分子量的有机物转变为可燃性气体、液体燃料和焦炭的过程。这种处理技术与焚烧法相比温度较低，无明火燃烧过程，重金属等大都保持在残渣之中，可回收大量的热能，较好地解决了医疗垃圾焚烧处理技术的最大难题。1.2.4 等离子消毒法 等离子体法是处理医疗垃圾的一项创新技术，它消毒杀菌的原理是：用等离子体电弧炉产生的高温杀死医疗垃圾中的所有微生物，摧毁残留于细胞的毒性药物和有毒的化学药剂，并将金属锐器及无机化学品熔融，使其彻底销毁。1.2.5 卫生填埋法卫生填埋法是目前医疗垃圾处理最常用的方法，其基本原理是医疗垃圾经过粉碎处理减容及消毒后，填埋于指定地点，经地下微生物分解作用将垃圾分解为无害的物质。此种处理方法费用较低，且不产生空气污染，但部分有害物质可能渗透进入地下河流，具有一定的环境隐患。1.3 国内医疗垃圾管理存在的问题目前我国医疗垃圾处理过程存在的主要问题是部分医疗废物混入生活垃圾而未进行严格消毒等处理过程；医疗废物包装医用小型焚烧炉分散树立设备有待规范；医疗废物处理达不到控制所需标准；众多医疗机构的医疗废物没有按照技术要求实施分类包装，且包装袋较薄，易破，利器盒封闭性不好，容易导致污染物泄露；运输设备简陋，自动化和专业化程度较低，尚有待进一步规范。我国许多医院虽已装配小型医用焚烧炉分散处理可燃医疗废物，但由于处理量少，运行费用比较高，因此实际使用率都很低，能够连续运行的极少。且我国大部分医院基本都是自行处置医疗废物，许多传染性医疗废物只是简单的化学消毒处理，有的甚至未经过任何处理直接混入生活垃圾运走。 7我国医疗垃圾处理寻在着许多问题，新型社会主义社会的环境保护要求日益严重，我国医疗垃圾处理管理应当得到严格的规范化和正规化。综上，医疗垃圾处理方法大部分均需进行一步粉碎减容处理，因此医疗垃圾粉碎处理机的发展得到更多的关注。1.4 医疗垃圾破碎机的作用及主要组成1.4.1 医疗垃圾破碎机的作用由于医疗垃圾大都是固体废物物，而破碎机对处理固体医疗垃圾来说，能起到很重要的作用，所以要选用固体破碎机。医疗垃圾破碎机通过一个容器将医疗废物聚集，然后利用粉碎装置将其剪切、撕裂和挤压使垃圾尺寸减小达到减容的目的，并为之后的焚烧、填埋等做准备。固体粉碎机如下图 11 所示。图 11 固体粉碎机1.4.2 医疗垃圾破碎设备的主要组成医疗垃圾破碎设备主要由电机配减速机带动两根轴转动,主轴上面有不规则的刀片,通过滚刀片对垃圾的剪断剪碎撕扯,从而对垃圾实现破碎,这种两轴对滚剪切的破碎机也叫撕碎机,双轴破碎机可以通过你需要破碎的产量及碎后的要求可确定其使用型号，这种破碎设备可根据对方整个生产线自动化要求对设备高度及控制口对接,设备使用智能的 PLC 控制,还带自动反转功能,在电器及设备结构上都设有8过载保护功能,多重保护,减少设备故障率提高设备运行效率。1)破碎机主体设备主要机体采用 Q235 钢板焊接消除应力处理整体机加工，确保设备在长时间重负荷中稳定性。2）动刀/定刀动刀材料采用专用特殊合金工具钢锻打毛坯，精密机加工、多次热处理和低温冷冻热处理技术而成，整体韧性硬度一致能重复修复使用，确保在切削性能和使用寿命。定刀采用专利挂钩式安装，优化刀具更换功能，使刀具维护更换更加高效。定刀结构形式如下图 12 所示。3）轴承/密封轴承座采用专利的拼合便拆式，能快速拆下动刀、定刀、轴承等部件，易于维护和更换刀具，特有的密封结构有效阻隔破碎物和油脂的接触，处理液态物料也能保护轴承和齿轮等。4）刀轴采用高强度重载专用钢材加工精制，更合理地配合刀具为切削提供有力的动力。5）机架料斗可配合客户场地个性化加工订做，更加合理地融入生产线中进行大规模生产。1.5 国内外医疗垃圾粉碎研究现状及其发展趋势1.5.1 国内外研究现状9医疗垃圾粉碎过程是个复杂的过程，其中涉及到物理及化学多方面的理论支持。因此，完整的、系统的粉碎功耗理论及机理需要在多学科支持下建立。我国由于资金和技术的限制，医疗垃圾粉碎多集中在小型破碎机的研究上，而业内人士一致公认国际上的破碎设备正在向大型化、高产、高效及节能降耗等方向发展。医疗垃圾处理设备是通过一个容器将医疗废物聚集，然后利用粉碎装置将其剪切、撕裂和挤压使垃圾尺寸减小达到减容的目的。目前,破碎机的发展主要存在如下问题:(1)应用新型耐磨材料较少。目前,破碎机常选用常规的高铬铸铁、超高锰钢等。实际上破碎机中一些易磨损件应采用较好的新型耐磨材料,可有助于提高破碎机的使用寿命。因此,对破碎机中关键部件,采用新型的耐磨材料应该是破碎机发展中的一个方向。(2)计算机辅助设计水平较低。众所周知,采用现代设计方法,如计算机辅助设计,可以提高产品的性能和可靠性,缩短产品开发周期,提高产品竞争力目前,利用计算机进行二维设计已经十分普及,然而,利用三维绘图软件,如 Pro/E 进行设计的较少,对破碎机的关键部件采用有限元软件ANSYS 进行分析的较少,利用运动学软件 ADAMS 对整机进行动力学分析的也较少。因此,利用计算机对破碎机进行优化设计的研究应该进一步加强。(3)破碎机的制造工艺水平较差。破碎机的制造水平是研发先进破碎机的基础条件,而目前矿石机械中,多为粗放式的加工工艺,且缺少先进的加工设备,这将难以保证破碎机的加工精度,破碎机的使用寿命和运行的稳定性也将难以保障。10因此,提高破碎机制造工艺水平也需提高。目前医疗垃圾处理设备的生产厂家有：斯瑞德环保设备科技有限公司、江苏河海给排水成套设备有限公司、碎得机械(北京)有限公司等。斯瑞德环保设备科技有限公司专业设计制造 harden 牌的单轴 /双轴生活垃圾破碎机可用于医疗垃圾的破碎处理；江苏河海给排水成套设备有限公司生产的医疗垃圾粉碎机适用于大中城市和大中型医院对医疗垃圾的集中无害化处理。碎得机械(北京)有限公司的破碎机具有可靠性高、单机破碎能力大、比能耗(kWh/t)最低等优点，已在国内的生活垃圾焚烧发电厂、RDF 衍生燃料处理厂、危险废物处理厂及医疗废物处理、处置等企业得到广泛、成功的使用。斯瑞德的回转剪切式破碎机有各种型号尺寸的医疗垃圾破碎机，以满足客户对产量的不同需求，也可以根据客人的具体要求定做。111.斯瑞德双轴破碎机坚固耐用，适用于多种工况如木材破碎回收，生活垃圾处理，餐厨垃圾处理，医疗垃圾处理，电子硬盘破碎；2、进料斗形状可选，3、可配套进出料输送带，4、刀片厚度可由出料尺寸决定，5、刀尖钩形状可选，6、定刀挂在刀箱壁板上，方便快速拆装与维护。7、动刀板用合金钢打制，经硬化耐磨处理，使用寿命长；8.斯瑞德破碎机剪切结构经优化设计，保证破碎效率和物料适用广泛性斯瑞德医疗垃圾破碎机设备特点： 1、大型破碎机配有减震液力偶合器；PLC 全程控制； 2、破碎机可选瓦楞形料仓地板以使适合薄片物料； 3、管材破碎机推料块可配备齿头抓固物料 4、斯瑞德破碎机有多种刀辊槽型适应与不同物料破碎的应用； 5、医疗垃圾破碎机的动刀齿形有多种选择适应于不同的物料性能和颗粒度要求。 斯瑞德大型垃圾撕碎机工作时，物料从料斗投进，推料块把物料推向转动的刀辊，PL 系统通过控制推料块的进退来调节刀辊的负荷。推料块带有自洁机构，保证碎料不会被带出碎料仓。刀辊、定刀和筛网的相对集合尺寸调整到最终保证碎料的颗粒均匀度。出料可以配以螺旋出料机或皮带输送机。121.5.2 发展趋势 就目前我国破碎机的现状及发展前景而言，国内医疗垃圾破碎机的发展空间和潜力十分巨大，需要一段时间的摸索和开发。要缩小通国外粉碎机的技术差距，我国相关部门仍需加大资金投入，加强破碎基础理论的研究，提高耐磨材料性能,提高制造工艺水平,利用计算机对破碎机进行优化设计的研究,借以提高产品性能和可靠性,并扩大使用范围,是积极参与竞争、开发中国破碎机市场的关键。第 2 章 总体设计2.1 概述总体设计是机械设计中极为关键的环节，它是对所设计的机械的总的设想，总体设计的成败，关系到整部机械的经济技术指标，直接决定了机械设计的成败。对于本设计，主要是对医疗垃圾进行粉碎为以后进一步处理做准备。本医疗垃圾粉碎设备设计的核心是对垃圾的剪切挤压装置的设计，主要采用相互啮合的刀体对医疗垃圾进行挤压剪切，进而达到粉碎的目的。总体设计原则：1.遵守“三化”：零件标准化、产品系列化、部件通用化。2.采用“四新”：新技术、新结构、新材料、新工艺。3.满足“三好”：好制造、好使用、好维修。制定总则之后，可以编制设计任务书，在调研的基础上，运用所学知识，从优选择总体方案，以确保设计的成功。制定总则之后，便可以编制设计任务书，在调研的基础上，运用所学知识，从优选择总体方案，以确保设计的成功。2.2 设计任务本设计主要针对医疗垃圾的处理，所以不同于一13般的破碎机。要求能够对各种材料的医疗垃圾如：玻璃、塑料、橡胶、金属等材料的垃圾进行粉碎，已达到所要求的标准，必要时要进行消毒处理。再者就是医疗垃圾中可能有药物剩余，其中不乏一些对环境有危害的药物，所以要进行特殊处理。粉碎物及工作设备符合国家标准。设计要求达到结构合理、生产成本低、能耗小，效率高，满足工作性能，而且操作方便的目的。技术要求：主轴转速 25r/min电机功率 30kW刀辊直径 400mm 左右产量 （取决于物料）1500-3000kg2.3 设计目的1培养学生综合应用所学理论知识和技能，分析和解决机械工程实际问题的能力，熟悉生产技术工作的一般程序和方法。我们已经经过了三年的课本知识的学习，通过本次毕业设计可以使我们将以前所学到的知识进行整合，综合起来运用到具体的实践中，进而能够对知识进行深刻认识，为以后工作打下基础。2培养学生懂得工程技术工作所必须的全局观念、生产观念和经济观念，树立正确的设计思想和严肃认真的工作作风。使我们能够从全局考虑，分析机器的使用目的。通过掌握的使用目的，结合所学知识找出机器的工作原理进而设计出能够达到目的的合理设备。3培养学生调查研究，查阅技术；文献、资料、手册，进行工程计算、图样绘制及编写技术文件的能力。我们通过对自己所设计的设备进行图样绘制时，在熟练运用绘图软件的同时能够变化图边发现问题，改进设计方案，最终达到最优效果。2.4 总体结构形式2.4.1 破碎形式的选择本医疗垃圾粉碎设备本采用双轴挤压破碎形式，其主要破碎形式为挤压破碎方式，另外还具有一定14的剪切作用。刀轴由电机通过减速器带动转动，两根刀轴逆向转动，刀轴上的类似齿状的刀体类似齿轮相互啮合，将垃圾物料咬进刀体缝隙之间，随着刀轴的转动，刀体间的分析进行从大到小到大的变化过程，此过程中物料经历被咬住，被压碎，被带出三个步骤，从而完成破碎过程。由于同轴刀体之间互成 12.5 度安装，故刀体啮合的过程中，对物料还有剪切的作用。对于坚固物料主要进行挤压破碎作用；对于柔性物料，主要进行剪切作用。由于采用了减速机降低了转速，所以破碎过程具有粉尘较小、噪音较小，运行平稳等特点，而且通过量大，破碎效率较高。图 21本医疗垃圾处理设备，主要的部件有电机，大、小皮带轮，皮带，减速机，联轴器，齿轮，刀轴，料槽，刀体、机架和壳体等。各部分具体功能如下：电机为设备提供动力。电机作为动力源，具有启动方便，易于控制转速，运行平稳，易于实现电气控制等特点；大、小皮带轮及皮带传递电机扭矩到减速器，同时具有一定的减速作用。由于皮带传动具有传动平稳、缓冲吸震的特点，所以当过载时对电机具有保护作用；减速机降低电机转速，增大电机扭矩，为刀轴提供工作扭矩；联轴器用于两轴之间的连接，保证动力的传递。本设备中主要传递减速器与主刀轴之间的扭矩；齿轮主要用于传递动力，保证两刀轴能够同等转速，以保证刀体能够互相啮合；刀轴传递扭矩给刀体，同时连接刀体，齿轮，联轴器等部件，是设备的关键部件；料槽用于储备一定的医疗垃圾，同时保证垃圾一定的进料速度；刀体相互啮合，对医疗垃圾15的进行挤压剪切作用，以达到粉碎减容的效果；机架和壳体为刀轴，减速器，电机进行定位。本医疗垃圾粉碎机结构较为简单，粉碎能力强，适应性能好，不仅能粉碎较大、较硬的医疗垃圾，如玻璃容器、塑料容器、注射器等，还能粉碎柔性医疗垃圾，如纱布、塑料膜等，综合粉碎性能好，适用于大中城市和大中型医院对医疗垃圾的集中无害化处理。图 22 设备简图本设计的主要特点 1、厚实的刀体，采用合金结构钢，硬度大，能够达到压碎坚固物体的目的；刀体间间隙配合合理，能够对柔性垃圾达到一定的剪切效果。2、刀体采用合金钢制造，使用寿命长。3、破碎机机架钢板材厚实，可抗高扭矩，非常坚固。4、易于操作，低耗能，维护费用低、经济耐用。2.5 破碎机的工作机构设计刀体的设计16图 2-3 刀体 2.5.1 刀体的材料垃圾破碎机工作时，刀盘上的刀头起着至关重要的作用。因为该破碎机的破碎原理就是依靠刀头和两个刀盘之间的剪切力来把物料剪碎。而且城市固体垃圾成分复杂，对刀头的强度、耐磨性和耐腐蚀性都有很高的要求。我们在图 2-1 中可以看到国外垃圾破碎机的刀头和刀盘多为一体结构，这样虽然可以保证刀头有足够的强度。但是其工艺性有一定缺点，而且，就刀盘的选材而言，如果选用碳素钢，显然其硬度、耐磨性等其它机械性能不能满足需要，如果选择适合加工刀具的高速钢或者硬质合金时，其成本又太高，不能满足设备设计的经济性的要求。2.5.2 刀体尺寸的确定刀体刀顶圆直径为 430mm,刀体厚度为 55mm,每个刀体有 8 个刀齿，均匀分布于刀体，每个刀齿距为 168.8mm,刀齿长度为 40mm。安装时，四个刀体组成一组，整个刀轴共有 7 组 28 把刀，每两个相邻的刀体互成 12.5 度角。刀体的基本结构如上图。2.5.3 刀体破碎过程分析刀体破碎过程中有两个挤压作用区域，分别为刀体 1、2 相互啮合过程中形成区域 A 和区域 B。其中 A 区域的作用过程为刀体 1 刀齿的下平面与刀体2 相啮合的刀齿上曲面形成的区域随着刀体的转动逐渐减小，对区域内的垃圾进行挤压作用；B 区域的作用过程为刀体 1 的刀齿顶与刀体 2 的刀体内壁及刀齿下平面形成作用空间，随着刀体的转动，空间减小，从而对垃圾进行挤压作用。1712图 2-4 刀体破碎过程示意图2.5.4 刀轴转速的确定刀头的线速度 V 值对剪切(破碎)效果影响很大，不同物料破碎的最佳线速度也不同。当 v 值增大时，刀头对物料的打击、剪切作用增强，也提高了破碎能力；但是 v 值过大时，则机器的空载功率增加，同时噪声和振动也随之增加，导致剪切(破碎)能力下降。因此，v 值对提高剪切、破碎效率及性能至关重要。考虑机器的实际应用，垃圾破碎机不可能只加工一种物料。我们暂采用工作轴的转速为n=25rmin，我们可以通过改变电机转速来得到最优值。2.5.5 防护罩的设计机器是为人类服务的，同时它叉在一定的环境中工作，人、机、环境三者构成一个特定的系统。机器工作时不仅机器本身应具有良好的安全性，而且对使用机器的人员及周围的环境也应有良好的安全性。为了保证操作人员的安全，防止在实际工作过程中，发生异物缠绕以及伤人情况，我们在联轴器上设计一个防护罩，这样可以保障旋转工件工作时的安全性。2.6 传动系统组成2.6.1 电动机的选择18由于本医疗垃圾粉碎设备的粉碎对象为医疗垃圾，刀轴转速慢，故载荷较大且变化具有周期性；生产工艺对电动机的启动、制动、反转、调速等要求较低，故选择电动机的类型为异步电动机。由于负载较平稳，对起制动无特殊要求，所以选择普通笼型异步电动机。根据生产机械的最高转速和对电力传动调速系统的过渡过程性能的要求，以及机械减速机构的复杂程度，选择电动机的额定转速。此外，还应考虑运行可靠性、设备的供货情况、备品备件的通用性、安装检修的难易，以及产品价格、建设费用、运行和维修费用及生产过程中前后期电动机容量的变化关系等因素。综上考虑，选择 Y 系列封闭式三相异步电机。此电动机的结构特点：能防止水滴或其他杂物由垂直方向落入电机内部，为笼型转子。适用于拖动对启动性能、调速性能及转差率均无特殊要求的一般机械。主要性能及特点：结构牢固，运行可靠，使用维修方便，性能良好。可采用满压启动，在电网容量较小地区也可采用降压启动。2.6.2 联轴器的选择在本医疗垃设备中联轴器连接在减速机和主刀轴之间，转矩较大，转矩变化中等，需要一定的缓冲减震作用，此处转速很低，主刀轴与减速机在转动过程中根据安装要求，易产生一定的附加相对位移，一级综合考虑到动力机系数，工况系数，启动系数，温度系数等，应当选择挠性联轴器。挠性联轴器的特点及用途：具有定量补偿两轴相对偏移和一般减震、缓冲、电绝缘性能。外形尺寸小，重量较轻，承载能力较大，要求安装精度高。用于正反转变化较多、启动较频繁的高、中速轴传动。不适用于冻灾变化大以及有强烈冲击和扭振的场合。192.6.3 减速机的选择摆线针轮减速机是由少齿差渐开线齿形行星减速器发展而来的。所不同的是它的行星轮齿是采用摆线齿，而内齿轮是采用针齿.与普通减速器比较，摆线针轮传动和少吃差行星传动一样，也具有结构紧凑、体积小、重量轻等优点。1.转臂轴承载荷只有渐开线齿形的 60%左右，即寿命提高 5 倍左右；2.摆线轮与针轮间几乎有半数齿同时接触，而且摆线齿和针轮都可以磨削，故运转平稳、噪声小；3.针齿销可以加套筒，使与摆线轮的接触成为滚动摩擦，延长了摆线轮这一重要零件的寿命；4.传动效率高，一般传动可达 90%到 95%。2.6.4 带传动的选择V 带的横截面呈等腰梯形，带轮上也作出相应的轮槽。传动时 V 带的两个侧面和轮槽接触。槽面摩擦可以提供更大的摩擦力。另外，V 带传动允许的传动比大，结构紧凑，大多数 V 带已标准化。优点： 结构简单、传动平稳、造价低廉、不需要润滑以及缓冲、吸震、易维护等特点。缺点:滑动损失皮带在工作时，由于带轮两边的拉力差以及相应的变形经差形成弹性滑动，导致带轮与从动轮的速度损失。弹性滑动与载荷、速度、带轮直径和皮带的结构有关，弹性滑动率通常在 1%-2%之间。有的皮带传动还有几何滑动。过载时将引起打滑，使皮带的运动处于不稳定状态，效率急剧下降，磨损加剧，严重影响皮带的寿命。滞后损失皮带在运行中会产生反复伸缩，特别是带轮上20的绕曲会使皮带体内部产生摩擦引起功率损失。空气阻力高速传动时，运动中的风阻将引起转矩损耗，其损耗值与速度的平方成正比。因此，设计高速皮带传动时，皮带的表面积宜小，尽量用厚而窄的皮带，带轮的轮辐面要平滑，或用辐板以减小风阻.2.6.5 齿轮的选择齿轮传动是机械传动总最重要的传动之一，形式很多，应用广泛。主要特点为：效率高：在常用的机械传动中，以齿轮传动的效率为最高；结构紧凑：在同样的使用条件下，齿轮传动所需的空间尺寸一般较小；工作可靠、寿命长：设计制造正确合理、使用维护良好的齿轮传动，工作十分可靠，寿命可长达一、二十年，这也是其他机械传动所不能比拟的；传动比稳定：传动比稳定往往是对传动性能的基本要求。但是齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格较贵，且不宜用于传动距离较大的场合。本医疗垃圾粉碎设备中在两刀轴之间安装一对齿轮，作用为将减速器输入的扭矩平均分配到两根刀轴，同时保证两根刀轴以相同的转速旋转，保证刀体的啮合。根据总体布局，齿轮采用半开式，且设备作用只需齿轮传递径向力，故采用直齿圆柱齿轮。2.6.6 轴承的选择刀轴的两轴各装一个轴承，轴承对刀的轴向和径向定位具有重要作用，分析刀体的主要破碎形式为挤压形式，可知刀轴所受的载荷很大，故优先选择圆柱滚子轴。又轴上的刀体需要轴承进行轴向定位，且破碎形式有一定的剪切破碎形式，故需要一定的轴向力。综上考虑，选用内圈有单挡边的圆柱滚子轴承 NJ 系列。21第三章 设计计算3.1 齿轮的设计计算电动机效率为 0.91；V 带的效率为 0.94；联轴器的效率为 0.99；减速器的效率为 0.9；所以传到齿轮上的功率为=30 0.91 0.94 0.9 0.99=22.86KW1P主动齿轮的转速为 25r/min,齿数比 u=1,工作寿命为 15 年（设每年工作 300 天），两班制。（1）选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1）选用标准斜齿圆柱齿轮传动。2）粉碎机为一般工作机器，速度不高，故选用7 级精度。3）齿轮的材料选择为 40Cr（调质），硬度为280HBS。4）初步选取齿轮的齿数为 =50= 。125）选取螺旋角 4（2）按齿面接触强度计算1）试选载荷系数 tK试选载荷系数 =1.6t2）选取区域系数 H由机械设计图 10-30 选取区域系数 =2.433H3)确定线性重合度 查机械设计表 10-26 得 ，83.0216.1214）接触疲劳强度极限 limH由机械设计图 10-21d 查得齿轮接触疲劳强度极限 =600MPalimH5)小齿轮传递的转矩 1T22mNnPT 65151 1073.82.10.90.96）齿宽系数 d查机械设计表 10-7， 6.0d7）选取弹性影响系数 E查机械设计表 10-6， 218.9MPa8）计算应力循环次数 N821 0.5308215609）选取接触疲劳寿命系数由机械设计图 10-19 选取接触疲劳寿命系数 9.21HN10)计算接触疲劳许用应力取失效概率为 1%，安全系数 S=1 aS 58609.lim12111)许用接触应力 a582112）计算小齿轮分度圆直径 muddtt90.32558.1943.26.178. 2321113)计算圆周速度 v smndt /43.01629.31614)计算齿宽 b 及模数 nt2375.132.492.146. 3.60cos9.cos5.3.01hbmmdbnttnt15）纵向重合度 376.214tan506.318.0tan318.0 d16)计算载荷系数 K查机械设计表 10-2，使用系数 5.A图 10-8，动载荷系数 ；0.1V表 10-4， ；386.图 10-13， ；F表 10-3， ；2.1载荷系数为 91.2386.0.75AV17）按实际的载荷系数校正所得到的分度圆直径 d1 mtt 81.3976.290.35318）计算模数 nmdn 71.504cos81.397cos1(3)按齿根弯曲强度计算1）计算载荷系数 K 793.2.1.7AFV2）选取螺旋角影响系数根据纵向重合度 ,从机械设计图36.210-28 中查得螺旋角影响系数 8.0Y243）计算当量齿数 73.541cos033121 V4)查取齿形系数查机械设计表 10-5， 29.1FaY5)应力校正系数查机械设计表 10-5， 75.21Sa6）齿轮的弯曲疲劳强度极限由机械设计图 10-20c 选取齿轮的弯曲疲劳强度极限 MPFE50217）弯曲疲劳寿命系数查机械设计图 10-18， 8.021FN8）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数 S=1.4MPaFENF9.34.1219）比较 的大小SaY两齿轮的 大小相同F10）设计计算 mYTFSadn8.5 29.314756.150.cos8739.2cos322321 对比此结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取，还可满足弯曲强度。n根据轴间距、刀的大小和刀齿之间的间隙，确定分度圆直径为 ，前面算得的分度圆直md3951径为 397.81mm，相差不多，故设计合理。计算应有的齿轮齿数：25，圆整为 48，所以9.4781cos395cos1nmd，这样设计出的齿轮传动，既满足了齿421面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。（4）几何尺寸计算1）计算中心距 a，将中心距mman76.39514cos28cos2圆整为 396mm2）按圆整后的中心距修整螺旋角 281439628arcsarcs21 n因为 值变化不多，故参数 、 、 等不必修正。3）齿轮的分度圆直径 mmdn3962814cos21 4）计算齿轮宽度 b，圆整后取bd6.3796.01B1=245mm，B 2=240mm。5)结构设计因齿轮齿顶圆直径大于 160mm、而又小于 500mm，故齿轮均采用腹板式结构。 mmchdnanfa 38625.13964081 ，其他有关尺寸参照机械设计图B24510-39 的结构尺寸。3.2 轴的设计计算（1）计算输入轴上的功率 P、转速 n 和转矩 TmNnKW61 1073.8256.90950,86.226（2）初步确定轴的最小直径选取轴的材料为 45 钢，调制处理。根据机械设计表 15-3，取 A0=112，于是得 mnd7.108256.133min 输出轴的最小直径显然是安装联轴器的直径 d- 。为了使所选的轴直径 d- 与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。（3）选定联轴器联轴器计算转矩 ，查机械设计表Aca14-1，考虑到转矩变化中等，故取 ，则 7.1，按照计算转mNca 148607.816矩 应小于联轴器公称转矩的条件，查机械零件设计手册表 11-15，选用 HL9 型弹性柱销联轴器，其公称转矩为 16000 ，半联轴器的孔径，故取 d- =110mm，半联轴器的长度md10L=212mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度 。mL167弹性柱销联轴器传递转矩的能力很大，结构更为简单，安装、制造方便，耐久性好，弹性柱销有一定的缓冲和吸振能力，允许被连接两轴有一定的轴向位移以及少量的径向位移和角位（4）轴的结构设计1）拟定轴上的零件装配方案初步拟定轴上零件装配方案如下图2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径1.为了满足联轴器轴向定位的要求，-轴段右端需制一轴肩，故-段直径 d- =118mm；左端用轴端挡圈定位，按轴端直径选挡圈直径D=130mm。半联轴器与轴配合的毂孔长度；为了保证挡圈只压在半联轴器上而不mL16727压在轴的端面上，故-段长度应比 略短一些，1L且需装轴套对齿轮左端定位，现取l- =167-2+20=185mm。2.取安装齿轮处的直径为 d- =118mm；齿轮的左端与左联轴器之间采用套筒定位。已知齿轮的轮毂宽度为 mm，为了使套筒端面可靠地压紧2451齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取 l- =240mm。齿轮右端采用轴肩定位，轴肩高度 h=（0.070.1）d，取 h=8mm，d - =134mm。3.初步选择滚动轴承。因轴承同时受到径向力和轴向力作用，故选单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据 d- =134mm，查机械零件设计手册表 8-29 产品目录中，初步选取 0 基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承 30228，其尺寸为。故 d- =140mm,mm75.42014d- =140mm，l - =45.75mm4.轴承端盖的总宽度为 20mm。根据轴承端盖的拆装及便于对端盖内轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与齿轮的右端面间的距离为 39mm，轴承端盖长 m=6mm，故取 l- =39+6+20=65mm。5.取刀距箱体内壁的距离为 a=5mm。考虑到箱体的制造误差，在确定滚动轴承的位置时，应距箱体内壁一段距离 S,取 S=8mm。已知滚动轴承宽度T=45.75mm，则l- =T+S+a+4=45.75+8+5+4=62.75mm6.确定刀轴的长度和直径。已知每把刀的宽度为 50mm，共安装有 28 把刀，刀与刀之间的间隙为5mm，则刀轴长 l- = ，刀轴直m1536428径 d- =145mm。7.确定轴肩的长度与直径。已知最右端刀的右刀面距箱体的距离为 5mm，考虑箱体的制造误差，在确定右端滚动轴承的位置时，应距箱体内壁一段距离 S,取 S=8mm，则轴肩的长度 l- =8mm，此时右端滚动轴承靠轴肩定位。查机械零件设计手册表 8-29，确定轴肩的直径 d- =154mm。至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。3）轴上零件的周向定位刀体、齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按轴的直径 d- =110mm，查机械零件28设计手册表 5-4，平键截面 =32mm 18mm,键hb槽用键槽铣刀加工，键槽长度为 140mm；选用的平键 。同理按 d- =118mm，查m140832表 5-4，选用平键为 。m20832每四把刀为一组，为 ，则选择平5键为 。64) 轴组件的配合主轴的配合表面最终加工采用外圆磨，精度等级为 6 级；非配合表面采用精车，精度等级 8 级；其上键槽采用镗削加工，精度等级 7 级。滚动轴承是标准件，其外圈与壳体孔的配合采用基轴制，内圈与轴颈的配合采用基孔制。由于轴承内圈与轴一起旋转，为了防止内圈与轴颈的配合面相对滑动而产生磨损，要求配合具有一定的过盈，但由于内圈是薄壁零件，过盈量不能过大。轴承精度选 E 级，则查互换性与测量技术基础 中表 2-14 与表 7-7、 7-8，选内圈与轴颈的配合为 H7/k6，轴承外圈安装在壳体中，通常不旋转，两者间不要求太紧，且有一定的受热膨胀量，故而采用过渡配合。查互换性与测量技术基础表 2-14 与表 7-7，选轴承外圈壳体孔的配合采用 K7/h6。在键连接中，转矩是通过键的侧面与键槽的侧面相互接触来传递的。因此它们的宽度 b 是主要的配合尺寸。由于键是标准件，所以键与键槽宽 b 的配合采用基轴制。按照配合松紧的不同，普通平键分为松联接、正常联接和紧密联接，则查互换性与测量技术基础表 11-2，采用平键正常联接，轴槽与键配合为 N9/h8，轮毂槽与键配合为 JS9/h8。对于联轴器与轴的配合，联轴器为标准件，其与轴的配合应为基孔制，故查互换性与测量技术基础表 2-13、2-23、2-24，选择的配合为H7/s6。主轴与刀片轮毂配合及主轴与齿轮配合，均采用基轴制，查互换性与测量技术基础表 2-24 选配合为 P7/h6。(5) 确定轴上圆角和倒角尺寸29L3L2L1FNH1 FNV2 FNH2FrFtFNV1FNV1FaL4wFNH2Ft FNH1CBA查机械设计表 15-2，左端轴端倒角为2.5mm，右端轴端倒角为 3.0mm，各轴肩处的圆角半径见零件图。（6）求轴上的载荷1）求作用在齿轮上的力因两轴工作状态相同，齿轮的传递效率为 0.98，即。mN661 1054.81073.980.已知齿轮的分度圆直径 d=396mm，则dTFtantrt 34.108624tan09.432981cos.cs.54.261 m49,5.,5.630由于轴承 =49mm，查机械零件设计手册411a页，齿轮的作用点取齿轮的中点，圆锥滚子轴承采用正装，则轴的计算简图如上图所示。3）轴的水平受力由受力图得 ,3132LNHt;LFtNH8.49731NNHtNHt.653,012130mNLFMt 721 102.53609.4弯矩图如下：4）轴的垂直受力由受力图得: mNdFMa 60 10.2394.1862mNMLFLaNVNVaVNV62123213130.;958;4.7弯矩图如下： mNM721106.5）合成弯矩图及校核合成弯矩图为：6）轴上扭矩图31mNT610 61607.5.8,3.8扭矩图如下：(7)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强度，即截面 A 或 C。根据机械设计 式 15-5 及上面所计算的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环应变力，取 ，轴的计算6.0应力：截面 A： MPaWTca60.5914.07.2.13267202截面 C： Paca6048.318.073.22626由轴的材料为 45 钢，调制处理，由表 15-1 查得 ，因此 ，故安全。由于 DM11ca截面受扭矩较大，故需要校核。 MPWT79.320.786查 机械设计表 15-3， ，则a5，故安全。323.3 键的校核计算1）轴与联轴器连接的键的校核其尺寸为 ，由机械设计m140832表 6-2，取许用应力 ，键的工作长度MPa，键的接触高度bLl40，由机械设计式 6-1，mhK95. akldT30.1618073.23连接的挤压强度不够，因此改为双键，相隔 布8置，双键的工作长度 ，同理得ml25.，满足要 MPa8710162973.83求，故安全。2）齿轮与轴连接的键的校核其尺寸为 ，m23由表 6-2 取许用应力 ,Pa10键的工作长度 ，l683键的接触高度 ，hk95.由式 6-1 得 MPakldT.718690.2满足要求故安全。3.4 轴承的校核计算1）两轴承受到的径向载荷查机械零件设计手册可知，圆锥滚子轴承30228，基本额定静载荷 ,基本额定动载KNC580荷。KNCr408 NFNVHr 73.62195.387.658404922211 2)两轴承的计算轴向力33对于 30228 型轴承，按机械设计表 13-7，轴承的派生轴向力 ,其中查机械零件设计手册YFrd2表 8-29，可知 Y=1.4，轴 有 向 右 窜 动 的 趋 势 。, 39.16085.2734.10865.274,921dad rdrdFNN轴承 1 放松，轴承 2 压紧。 eFNrarada087.13.762458.9. 45.823.6,.12轴承 1： ；轴承 2：,YX40.1,.2YX因轴承运转中有中等冲击载荷，按表 13-6，则5.1,8.ppff取NFPar 38.2197045.807362405.1.62 3)验算轴承的寿命因为 ,所以按轴承 1 的受力大小验算1hLhPCnLh7200.4896332.85 10616满足要求，故安全。3.5 公差配合的确定主轴的配合表面最终加工采用外圆磨，精度等级 6 级；非配合表面采用精车，精度等级 8 级；其上键槽采用镗削加工，精度等级 7 级。滚动轴承是标准件，其外圈与壳体孔的配合采用基轴制，内圈与轴颈的配合采用基孔制。由于轴承内圈与轴一起旋转，为了防止内圈和轴颈的配合面相对滑动而产生磨损，要求配合具有一定的过盈。但由于内圈是薄壁零件，过盈量不能过大。轴承精34度选 E 级，则查互换性与测量技术基础中表 2-14 与表 7-7 及表 7-10 选内圈和轴颈的配合为 H7/k6 。轴承外圈安装在壳孔中，通常不旋转，两者间不要求太紧，且有一定的受热膨胀量，故而采用过渡配合。查互换性与测量技术基础中表 2-14 与表 7-7 选轴承外圈壳体孔的配合采用 K7/h6 。在键联接中，转矩是通过键的侧面与键槽的侧面相互接触来传递的，因此它们的宽度 b 是主要配合尺寸。由于键是标准件，所以键与键槽宽 b 的配合采用基轴制。按照配合松紧不同，普通平键分为松联接、正常联接和紧密联接。则查互换性与测量技术基础中表 11-2 采用平键正常联接轴槽与键配合为 N9/h8 ，轮毂槽与键配合为 JS9/h8 。对于联轴节与轴的配合，对钢和铸铁零件适于做永久性结合，不用键可传递力矩需用热胀或冷缩法装配，需过盈较大，且联轴器是标准件其与轴的配合应为基孔制，故查互换性与测量技术基础中表2-13、表 2-23 与表 2-24 选配合为 H7/s6 。主轴与刀片轮毂配合及主轴与齿轮配合均采用基轴制，查互换性与测量技术基础中表 2-24 选配合为 P7/h6 。3.6 进料口的设计35进料口的形式如图所示，由 Q235 焊接组成，用螺栓与工作仓相连，形状为倒梯形，方便进