破碎机结构设计

.第 1 章绪论 ( 破碎机械概述 )1.1 破碎机械用途及破碎理论1.1.1 破碎机械概念破碎机械是对固体物料施加机械力，克服物料的内聚力，使之碎裂成小块物料的设备。1.1.2 破碎机械用途破碎机械是原料、材料、燃料、电力和钢铁等基础工业部门生产过程中的主要设备之一。在矿山工程和建设工程上，破碎机械多用来破碎爆破开采所得的天然石料，使之成为规定尺寸的矿石或碎石。在硅酸盐工业中，固体原料、燃料和半成品需要经过各种破碎加工，使其粒度达到各道工序所要求的尺寸，以便进行进一步加工操作。通常的破碎过程有粗碎、中碎、细碎三种，其入粒度和出粒度如表1-1 所示。所采用的破碎机械相应地有粗碎机、中碎机、细碎机三种。类别表 1-1物料粗碎、 中碎、细碎的划分入料粒度（ mm）出料粒度粗碎中碎细碎300 900100 35050 100100 35020 1005 15制备水凝、石灰时，细碎后的物料，还需要进一步粉末。按照粉磨程度，可分为粗磨、细磨、超细磨三种。粗磨， 物料粉磨到0.1mm 左右粉磨细磨，物料粉磨到60um 左右超细磨，物料粉磨到5um 左右;.所采用的粉磨机相应地有粗磨机、细磨机和超细磨机三种。在加工过程中，破碎机的效率比粉磨机高得多，先破碎再洗磨，能显著地提高加工效率，也降低电能消耗。工业上常用物料破碎前的平均粒度d与破碎后的平均粒度d 之比来衡量破碎过程中物料尺寸变化情况，比值i称为破碎比（即平均破碎比） 。破碎比是破碎机主要参数之一。i=d/d为更简易地表示物料破碎程度和比较各种破碎机的主要性能，也可以用破碎机的最大进料口尺寸与最大出料口尺寸之比来作为破碎比，称为标称破碎比。在实际破碎加工时， 装入破碎机的最大物料尺寸一般总是小于容许的最大进料口尺寸，所以，平均破碎比只相当于标称破碎比的0.7 0.9 。每种破碎机的破碎比有一定限度，破碎机械的破碎比一般是i=3 30。如果物料破碎的加工要求超过一种破碎机的破碎比，则必须采用两台或多台破碎机串连加工，称为多级破碎。多级破碎时，原料尺寸与最终成品尺寸之比，称总破碎比i 0，如果各级破碎的破碎比各是 i 1、i 2、i n, 则总破碎比 i 0 为i 0=i 1i 2 i 3i n1.1.3 破碎理论各种矿石的机械性能是各不相同的，如表1-2 所示，然而矿石的抗压强度均大于其抗弯强度或抗拉强度。表 1-2各种矿石的物理机械性能2煤20 40方铅矿45菱铁矿70无烟煤90闪锌矿100疏松石灰石400致密石灰石500 1300褐铁矿820磁铁矿1065矿石性质矿石种类压碎强度极限 bkg/cm软矿石低于中硬矿石普氏硬度系数f24610矿石性质矿石种类花岗岩纯褐铁矿压碎强度极限2 bkg/cm1200 15001250普氏硬度系数f中硬矿石正长石1250 156012 15大理石500 1500致密砂岩1600半假象赤铁矿1580 1955高于中硬矿石灰绿岩闪长石片麻岩1800 240020001720 220015 18石英岩1980 2180闪长岩1800 2400班岩1530 2800极硬矿石铜矿石1500 280018 20铁磁铁矿2340玄武岩2000 300花岗长英岩3500目前，在工程上采用的破碎和磨碎方法，主要是借助机械的作用力。最常见的有以下几种类型。1） 挤压破碎如图 1-1 所示，是利用两破碎工作面靠近时对物料施加压力，使其破碎作用力逐渐加大。图 1-12） 劈裂破碎如图 1-2所示，是利用尖齿楔入物料时产生的劈力，力的作用较为集中，使物料沿劈裂面破碎成两块，并在劈力作用点处产生局部破碎。图 1-23） 折断或弯曲破碎如图 1-3 所示，在破碎工作面之间的物料，如同承受集中负荷两支点（或多支点）梁。除在作用点处受劈力之外，主要是使物料受弯曲力而破碎。图 1-34） 磨碎如图 1-4 所示，它是破碎工作面在物料上相对滑动，对物料施加剪切力。这种力作用于物料的表面部分，因此适用于细物料的磨碎。图 1-45）冲击破碎如图 1-5 所示，冲击力瞬时作用于物料上，物料急剧粉碎。破碎、磨碎机械， 往往是以一种方法为主， 以其他一种或两种方法为辅来破碎物料。图 1-5现有的破碎理论，均有一定的局限性，没有完全地解释矿石破碎的实质。同时，也未总结出适用于工业生产，能切实指导生产实践的数学理论。目前，比较主要的几种破碎理论是：面积假说、体积假说和裂缝假说。面积假说： 破碎物料时消耗的功（ w）与被破碎物料所增加的表面积（s）成正比。应用本假说只有在脆性物料的细磨过程中才能得出与实际相近的结果。体积假说： 把物料破碎成几何形状相似的小颗粒，所需功耗与被破碎物料的体积或重量成正比。此假说对于弹性或脆性物料，在粗碎或中碎时，计算结果比较接近实际。裂缝假说 ： 此种假说介于前两种假说之间，又称为第三破碎理论。破碎机械所施加的机械力，可以是挤压力、劈裂力、弯曲力、剪切力等，在一般机械中大多是两种或两种以上机械力的综合。对于坚硬的物料和塑性的物料，适宜采用产生冲击和劈裂作用的机械；对于粘性和韧性的物料，适宜采用产生挤压和碾磨作用的机械。1.2 破碎机械的分类和运用范围1.2.1 分类根据机械的工作原理和结构特征，目前在工业生产上广泛使用的破碎机械有：颚式破碎机、圆锥破碎机、旋回式破碎机、锤式破碎机、辊式破碎机等。粉磨机械常用的类型有： 球磨机、棒磨机、振动磨机、无介质磨机、 喷射式磨机等， 它们的总破碎比可达1000 以上。1.2.2 运用范围各种破碎机械的结构和作用不同，其运用范围也不全相同。颚式破碎机和圆锥破碎机适合于破碎非常坚硬的岩石（极限抗压强度在150 250mpa）；旋回式破碎机适合于破碎坚硬（极限强度在100mpa左右）的岩石；锤式破碎机适合于破碎中等硬度的脆性岩石（极限强度在100mpa以下）； 辊式破碎机适合于破碎中等硬度的韧性岩石（极限强度在70mpa左右）。1.2.3 各种破碎机械的主要破碎作用颚式破碎机、圆锥破碎机和辊式破碎机等，以挤压作用为主； 锤式破碎机和反击破碎机等，以冲击作用为主；轮碾机和辊式磨机等，以挤压作用为主；球磨机、棒磨机、振动磨机在喷射机等，以磨削兼撞击作用为主；表 1-3破碎机械类别总表破碎类别粗碎中碎细碎粗磨细磨超细磨原料30010050粒度900mm350mm100mm5 15mm0 1mm60um原料150100mpa70硬度250mpa左右100mpa成品100粒度350mm20 100mm5 15mm0.1mm60um5um破碎3 662510 40100比圆锥破碎颚式破振动磨机 锤式辊式破碎机种碎机轮碾机机 喷喷射式破碎机机 轮 碾选用圆锥破球磨机射式磨磨机反击式破机碎机机碎机1.3 破碎机械发展现状破碎机是当代飞速发展的经济社会必不可少的一个工业环节。在各种金属、 非金属、化工矿物原料及建筑材料的加工过程中，粉碎作业要消耗巨大的能量，而且又是个低效作业。物料粉碎过程中，由于作业中产生发声、发热、振动和摩擦等作用，使能源大量消耗。因而多年来界内人士一直在研究如何达到节能、高效地完成破碎和磨碎过程。从理论研究到创新设备 (包括改造旧有的设备 )直至改变生产工艺流程。目前破碎理论、 工艺和设备的研究主要着重于： (1)研究在破碎中节能、 高效的理论， 也力求找出新理论突破人们已熟知的破碎三大理论；(2)研究新的非机械力的高能或多 力场联合作用的破碎设备，目前还未有研制成型，正处于研究阶段；(3)改进现有设备， 这方面经常是根据用户自己需要来进行，而不见市场上大规模生产或研制新设备。对于上述诸问题，由于国外矿山自80年代以来发展缓慢使得这方面进展不大。国外新设备较少，国内由于国营大型矿山投入极少，也没有什么发展，而中型小矿山由于各 地原料的需求不等，近几年得到一定的发展。1.4 破碎机械市场前景破碎机械亦属于矿山、冶金专用设备。据相关资料，我国国内矿山、冶金和专用设备制造业 2006 年的总资产额是 24044239.8 万元，较上一年度增加了 23.47% 。在未来几年内，随着中国整体经济的不断升温。中国的矿山、冶金设备制造这一行业在广泛吸纳各方面资金和技术的情况下，在国家大搞四化建设拉动内需的宏观政策的操控下，在越来越趋于灵活机动的市场机制的引导下，国内的矿山、冶金专用设备制造 业完全有望再更上一个新台阶。.第2章单转子可逆式锤式破碎机结构设计2.1 行业现状目前破碎理论、工艺和设备的研究主要着重于：1） 、研究在破碎中节能、 高效的理论， 也力求找出新 理论突破人们已熟知的破碎三大理论；2） 、研究新的非机械力的高能或多力场联合作用的破碎设备，目前还没见有工业化的设备，只是研究阶段；3） 、改进现有设备， 这方面经常是根 据用户自己需要来进行， 而不见市场上大规模生产或研制新设备。而对于此类破碎机目前仍采用传统的设计制造方法：1） 、机壳内的破碎板（衬板）为一块整板，因为破碎板的磨损并不是每一处都是均匀磨损，当一处磨损较严重时必须整块板换掉，这样浪费成本；破碎板上无刀口，降低了破碎生产率；2） 、筛板采用若干篦条拼接而成，更换费时，降低了刚度，可靠性下降；3） 、锤头与锤杆为一整体，更换时必须将机壳取下，更换费时，影响生产率；4） 、因出料口的结构，此类破碎机只用于工人出料；5） 、破碎机在工作时， 灰尘较大， 无任何防尘、 除尘装置， 影响工作人员身体健康、污染环境。2.2 生产需求情况“十一五”期间，煤炭工业的生产技术水平将明显提高。国家将建成140 个高效安全现代化矿井，国家将加大对煤矿建设项目的支持力度，已先后有17 个煤炭建设项目， 由国家开发银行出具贷款承诺，还将100 多个高档普采工作面升为综采工作面，100 多个普采工作面升为高档普采工作面。这样，中国大型煤矿采掘机械化程度将达到95%。中型煤矿的机械化程度将达到80%以上；大型煤矿国内先进水平装备率达到20%，国际先进水平装备率达到6%，中型煤矿国内先进水平装备率达到10%，小型煤矿机械化、半机械化程度达30%以上。据此分析， 就我国煤矿这一方面都将推动像此类的矿山机械的进一步发展，还有其它矿山的进一步规模化，系统化，完整化。所以像此类的矿山机械因结构简单、 尺寸紧凑、自重较小、 单位产品的功率消耗少； 生产率较高， 破碎比大，产品的粒度小而均匀，呈立方体形，过度破碎现象少；工作连续可靠，维护修理方便， 易损件容易检查和更换，等优点，再加上设计制造的标准化，规模化和新颖化，它将有十分广阔的市场前景。2.3 设计创新点（1） ）、改变了传统破碎板（衬板）为一块平板的设计方案，采用截面形状为梯形的三块板拼接而成，使其整个破碎板面形成若于个刀口，提高破碎生产率；随时可根据各块衬板的磨损程度而单独更换，降低了成本。（2） ）、筛板为两块拼接而成，提高其刚度，维修更换方便；（3） ）、设计了出料斗，使此破碎机既可用于较大规模生产的自动出料，也可用于中小规模的人工出料；（4） ）、锤头与锤杆可拆卸，在工作过程中可根据各锤头的磨损情况单独更换，且在更换锤头时不需要将机壳取下，从出料口方可更换锤头，大大减少了更换锤头时间，提高了生产率；（5） ）、在机壳内设计了除尘喷水头，当在破碎粉尘较大的物料时可打开喷水头，这样不但减少了粉尘对工作人员健康的影响，也更利于环保。2.4 用途、类型和工作原理2.4.1 用途单转子可逆式锤式破碎机利用高速回转的锤头冲击物料，使其沿自然裂缝、层理面和节理面等薄弱处而破裂的破碎机械。从第一章可知此类破碎机适用于破碎含水量小于12%，抗压强度小于 120mpa的物料。被广泛地用于水凝、选煤、化工、电力、冶金等工业部门中，主要用来对石灰石、煤、焦炭、页岩、石膏、炉渣等中硬和软物料进行中、 细破碎。2.4.2 类型锤式破碎机结构类型很多，按回转轴数可分为单转子和双转子两类；按转子回转方 向可分为可逆式和不可逆式两类；按锤头的排列方式，可分为单排式和多排式两种；按 锤头在转子上的连接方式可分为固定锤式和活动锤式两类；按用途不同分为一般用途和特殊用途两类。其中以单转子可逆式锤式破碎机运用最为广泛。2.4.3 工作原理.锤式破碎机利用电动机带动带有锤头的转子（转子由主轴、圆盘、销轴和锤子组成） ， 使转子在破碎腔内高速旋转。当物料从给料口进入机内，物料将受高速运动的锤子的打击、冲击、剪切、研磨作用而被粉碎。破碎了的物料从锤头处获得动能，以高速向机壳 内壁的破碎板（衬板）和筛板上冲击，同时还受到物料间相互撞击，而被第二次破碎。 被粉碎后的物料中小于筛孔尺寸的物料将通过筛板排出，大于筛孔尺寸的物料将继续被阻留在筛板上继续受到锤子的打击和研磨，直至最后能通过筛板排出机外。2.5 锤式破碎机的结构2.5.1 单转子不可逆式锤式破碎机的结构如图 2-2 所示是单转子不可逆式锤式破碎机。它由机壳1、转子 2、篦条 3、破碎板4 和轴承 5 等部分组成。图 2-1 单转子不可逆式锤式破碎机1机壳 2 转子 3 篦条 4 破碎板 5 轴承 6 主轴 7 锤架8锤头销9 锤头 10 锤盘 11 飞轮机壳( 上机壳和下机壳 ) 用钢板焊接而成。 上部为进料口，机壳内部镶有高锰钢衬板， 衬板磨损后可以更换。机壳和轴之间的漏灰现象严重，特设有轴封。机壳下部直接安放在混凝土基础上，并用地脚螺栓固定。为了便于检修、调整和更换篦条，下机壳的前后两面均开有一个检修孔。为了检修、更换锤头方便，两侧壁也对称地开有检修孔。转子由主轴 6，锤头架 7 组成。锤架上用锤头销轴8 将锤头 9 分排悬挂在锤架之间，为了防止锤架和锤头和轴向串动，锤架两端用压紧锤盘10 和锁紧螺母固定，转子支承在两个滚动轴承5 上。为了使转子在运动中储存一下的动能，避免破碎大块物料时，锤头的速度损失不致过大或减小电动机的尖峰负荷，在主轴一端还装有一个飞轮11。2.5.2 单转子可逆式锤式破碎机的结构不可逆式锤式破碎机具有一个严重的缺点，就是锤头极易一面磨损。若要把锤头再翻转过来使用另一面， 则必须停车把锤头卸下， 再倒个装上， 这样就消耗了很多的时间， 浪费了人力，降低了生产效率。而实际生产中，为了减少人力消耗，往往锤头只磨损一面就换成新的，这样就造成了很大的浪费。为了克服这个缺点，在实际生产中大多都采用可逆式破碎机。这种破碎机的转子可从正、反两方面回转。当锤头某面磨损后，只要将电机反转就可以了。这样就增加了锤头的使用寿命，提高了破碎机的作业率，增加了生产能力。单转子可逆式锤式破碎机的结构与单转子不可逆式锤式破碎机相比较复杂， 但基本结构也差不多。单转子可逆式锤式破碎机的转子可以正、反两个方向旋转，所以它的主要零、部件都是对称布置的，进料口位于机器的正中上方。其主轴上装有锤盘，每两个圆盘通过销轴悬挂锤头，主轴两端支承在滚动轴承上。电动机通过联轴器直接带动转子回转。2.6 单转子可逆式锤式破碎机主要参数的设计计算2.6.1 主要结构参数的选择与计算2.6.1.1 转子的直径与长度转子的直径一般根据给料块的尺寸来确定，通常转子直径d按下式计算dmax最大给料粒度12d(1.21.5)d max（ 2-1 ）从第一章我们知道锤式破碎机主要用于对中等粒度的物料进行破碎，其破碎粒度为100350。因物料的形状、大小并不完全规则，为了使破碎机在工作时锤头处有尽可能大的动能，此处系数取5。dmax=200则转子直径d=1000转子的长度由破碎机生产率的大小而定，其转子长度按下式计算l=（0.7 1.5 ）d 12(2-2)取系数为 0.8则转子长度l=8002.6.1.2 进料口宽度与长度锤式破碎机的进料口长度与转子长度相同，而进料口宽度b2dmax dma最大进料粒度则进料口长度为 800进料口宽度 b400,取 b=5002.6.1.3 排料口尺寸锤式破碎机的出料口尺寸由篦条间隙来控制,而篦条间隙由产品粒度的大小决定。5中碎时，产品的粒度为间隙的11 ；粗碎时，产品的平均粒度为间隙的11。1.532在第一章里我们知道锤式破碎机主要用于对中等粒度的物料进行破碎。则篦条间隙为 3965，为了保证物料破碎后的料度为13，这里取篦条间隙为25。2.6.1.4锤头类型、材料及质量的选择锤头按其质量可分为重型、中型和小型三种，如图2-3所示。重型锤头主要用在 1000mm800mm以上的锤式破碎机；中型锤头一般用在800mm600mm和 600mm 400mm的锤式破碎机上；轻型锤头主要用在小型破碎机上。此类破碎机选用重型锤头。abc图 2 2a重型b 中型c小型锤头的材料通常有白口铸铁、含锰 12%14%的高锰钢和高锰低合金钢zg30mnsit，i也可在锤头表面焊一层34mm的硬合金。因为锤头在破碎腔内直接与物料接触受冲击 力较大，磨损也非常快，高锰低合金钢zg30mnsiti的综合性能较好，选用。锤头的质量直接影响到破碎效果和能量消耗，一般取锤头质量为装入物料块最大质量的 1.5( 重型) 2（轻型）倍。由公式= m 3(2-3)v取m=17kg2.6.2 主要工作参数的设计计算2.6.2.1 转子转速的计算锤式破碎机转子转速按所需要的圆周速度来计算, 而锤头的圆周速度根据被破碎物料的性质破碎产品的料度、锤头的磨损、机器结构等因素来确定。转子转速12n=60dr/min(2-4)v转子回转速度， m/s；d转子直径， m。转子的圆周速度为 1870m/s。一般中小型破碎机转速为 7501500r/min 圆周速度为 2570m/s 大型破碎机的转速为 200350r/s 。速度愈高，破碎后物料的粒度就愈小， 锤头、衬板、篦条的磨损也越大，功率消耗也随之增加，对机器零部件的加工、安装精度要求也随之增高， 所以在满足产品粒度要求的情况下， 转子圆周速度应取较低的转速。为达到所要求的生产率，取v=38/s则n=60x 383.14 x1=726r/min2.6.2.2 生产率计算锤式破碎机的生产率与破碎机的规格、转速、出料篦条间隙宽度、给料粒度、给料状况及物料性质等因素有关。由经验公式q=kdl 12t/h(2-5)q生产率， t/h;d,l转子的直径和长度， m;3物料的堆密度， t/m ；k经验系数。破碎石灰石等中硬物料时，k=30 40，机器的规格较大时， k 取上限，机器规格较小时，取下限。破碎煤时，k=130150。破碎石灰石等中等物料时k=35，则生产率q=35 10.8 1.6=44.8 t/h破碎煤时k=140,=0.7t/m3则生产率q=14010.8 0.7=78.4 t/h所以转子直径d=1000mm,转子长度 l=800mm能, 达到预计生产率 , 符合设计要求。2.6.2.3电动机功率的计算锤式破碎机功率消耗与很多因素有关，但主要取决于物料的性质、 转子的圆周速度、破碎比和生产率。由经验公式nd =k0d ln kw212(2-6)ndd，l n电动机功率 ,kw；转子的直径和长度， m； 转子转速， r/min ；k0经验系数。对于大型锤式破碎机，k0=（0.15 0.2 ）；中型破碎机，k0=0.15 ；小型破碎机， k0=0.1 。这里 k0 取 0.18则2nd =0.18 1 0.8 726=104.54 kw查机械零件设计手册所选电动机参数如表2-1 所示（ kw ）（v ）（ a ）（ r/min)cos额定转矩额定电流额定转矩y315m2-8132380262750920.811.36.51.81600表 2-1型号额定功率额定电压额定电流同步转速效率（ %）功率因数堵转转矩堵转电流最大转矩 重量（ kg）2.7 主要零件设计及计算2.7.1 主轴主轴是支承转子的主要零件，主要承受冲击力。因此选用45 钢热处使其具有较高的强度和韧性。其初设主轴草图如图24 所示。图 2-3锤头在工作时，主轴在水平面上所受力非常小，这里主要考虑锤头工作时主轴在垂直面上的受力情况。1） 、暂不考虑锤头转动惯量时，主轴的强度校核情况一，当锤头处于如图25 所示状态时主轴的强度校核受力简图如下图 24图 2 5转矩由公式t=9549 w3得(2-7)nt=9549 132726 1710n/m六个锤头均匀分布在每一排的锤头销上，则每个锤头上所受的转矩相等，即6t1 =t2 =t3 =t 4 =t5 =t6 =1710 =285n/m转矩图为n / m图 26每个锤头上的破碎力=t285 =425.4n/mf1f 2f 3f 4f 5f 6 = l=0.67弯矩m a =0弯矩图为m 1 =0.297 f 1 =0.297 425=127.5n/mm 2 =0.424 f 2 =0.424 425=178.2n/mm 3 =0.551 f 3 =0.551 425=238n/mm 4 =0.677 f 4 =0.677 425=289n/mm 5 =0.804 f 5 =0.804 425=340n/mm 6 =0.931 f 6 =0.931 425=395.25n/mm xz n /m当量弯矩,2由公式m=m(4图 2 742t)，(2-8)1b=(2-9)0b主轴所选材料为45 钢，查机械设计第16 章有1b0b=55，=95则=0.58,2m 1 =m 1(2t1) =2127.5(0.582285)=208.76n/m,2m 2 =m 2(,22t 2) =22178.52(0.582285)2=243.5n/mm 3 =m 3(,2m 4 =m 4t 2) =2t 2) =2382289(0.58(0.58285)2285)=289.78n/m=332.9n/m,2m 5 =m 5(,22t 2) =22340(0.5822285)=378.05n/mm 6 =m 6(t 2) =395.25=395.25n/m当量弯矩图为2mm(2t) n / m图 2-8情况二，当锤头处于图2 10 所示状态时主轴的强度校核图 2 9 受力简图如下图 210转 矩 由公式3t=9549 wn得(2-10)t=9549 132726 1710n/m六个锤头均匀分布在每一排的锤头销上，则每个锤头上所受的转矩相等，即6t1 =t2 =t3 =t 4 =t5 =t6 =1710 =285n/m转矩图为n / m图 211每个锤头上的破碎力=t285 =425.4n/mf1f 2f 3f 4f 5f 6 = l=0.67弯矩m a =0m 1 =0.36 f1 =0.36 425=153n/mm 2 =0.49 f 2 =0.49 425=208.25n/mm 3 =0.64 f 3 =0.64 425=272n/mm 4 =0.74 f 4 =0.74 425=314.5n/mm 5 =0.87 f 5 =0.87 425=369.75n/mm 6 =1.00 f 6 =1425=425n/m弯矩图为m xz n /m图 2 12当量弯矩由公式2,2m=m(t)，=1b 0b主轴所选材料为45 钢，查机械设计第16 章有1b0b=55，=95则=0.58,2=2=22=225.24n/mm 1m 1(,2t1)21532(0.58285)2m 2 =m 2(,2m 3 =m 3,2m 4 =m 4(t 2) =2t 2) =2t 2) =20822722314(0.58(0.58(0.58285)2285)2285)=265.68n/m=318.29n/m=354.85n/m55m , =m 2(2t 2) =22369.75(0.582285)=404.56n/m,=2m 6m 6(当量弯矩图为2t 2) =425 =425n/m2mm(2t) n / m图 2 13从以上两种状态看出，当锤头处于第二种状态时主轴所受弯矩最大，危险截面在第六个锤头所对应的主轴截面上。此截面应满足条件,=mmb31bwb6,3b3m= 3 4251036mm1b655 6上式计算的主轴截面尺寸仅是在没有考虑锤头转动惯性时的尺寸。2） 、当锤头转动惯性存在时主轴的强度校核在主轴圆周锤盘上均匀分布了四排锤头，每排六个，取其中一个为研究对象如图216 所示。图 2 14当锤头与物料碰撞时，因冲击力使锤头瞬间向后偏倒，锤头偏倒范围如图2-14 所示，在 oa与 ob之间=130c内。令当锤头偏倒位于ob位置时的冲击力f 惯 （锤头的惯性力）对主轴的影响最大。f 惯 =m 6(2-11)锤头从 oa偏倒到 ob位置的时间t = 0.721=0.029sn 60则0.720.0296t=75.67rad/s(2-12)6vr=17.4m/s(2-13)当锤头从 oa到 ob位置的时间t 很小，t0.029 s 时6=v =r(2-14)则f 惯 =17017.4=2958n/m综上所述每个锤头上的破碎力,f 1f 2f 3f 4f 5f 6= f 惯 + f =425.4+2958=3383.4n/m此时主轴受力图与图216 相同。m a弯矩=0m 10.36fm 20.49 f,1 =0.36 3383.4=1218.02n/m,2 =0.49 3383.4=1657.87n/m,m 30.61fm 40.74 f3 =0.61 3383.4=2063.87n/m,4 =0.74 3383.4=2503.72n/m,m 50.87 f 5 =0.87 3383.4=2943.56n/m弯矩图为当量弯矩由公式m 61.00f,6 =3383.4n/m图 2 15m xz n/m,22m=m(t)，=1b 0b主轴所选材料为45 钢，查机械设计第16 章有，=551b=950b则=0.58(,2m 1 =m 12t1) =21218.022(0.58285)=1229.19n/m,2m 2 =m 2(2t 2) =21657.872(0.58285)=1666.09n/m,2m 3 =m 3(,22t 2) =222063.8722(0.58285)2=2070.48n/mm 4 =m 4(t 2) =2503.72(0.58285)=2509.17n/m,2m 5 =m 5(,22t 2) =222943.5622(0.58285)=2948.20n/mm 6 =m 6当量弯矩图为(t 2) =3383.4=3383.4n/m2mm(2t) n / m图 2 16从图 2 18 看出在锤头惯性力存在下， 在第六个锤头所对应的主轴截面所受弯矩最大，此截面最危险。为保证主轴强度，此截面须满足条件,=mmb31bwb6,3m3383.4b3= 31088.20mm1b655 6当破碎机在工作时，物料的大小并不均匀，当遇到物料粒度比200mm略大时，锤头上所受的单击力较大，对主轴的强度的影响也较大，为了保证破碎机在一定超载情况下亦能正常工作，则对主轴载面考虑一安全系数n=1.2 2.5 。这里取n=1.30 ，则主轴载面 b=114.66mm，所以初设主轴载面b=120mm合符要求。2.7.2 锤头销锤头销用于将锤头联结在锤盘上，当锤头转动破碎物料时，该销受剪切作用，剪切力为锤头的惯性力。由公式f s3a(2-15)则d2f s由前面主轴强度校核中有f 惯 =2958n/m因一个锤头所对应段的锤头销被两锤盘支撑，s则ff 惯2958=1479n/m22锤头销材料为45 钢，查机械设计手册有=80mpa将其代入d2f s得d49mm取,d50mm破碎机在工作时，锤头绕锤头销有一定转动，这样对锤头销有一定的磨损，为了减少破碎机在工作时锤头对锤头销的磨损，锤头销需淬火、调质处理 220240hbs。2.8 . 联轴器选择2.8.1. 联轴器类型的选择可逆式锤式破碎机主要靠悬挂于锤头销上的锤头转动时产生的惯性力将物料破碎， 所受冲击载荷严重。破碎机主轴与电动机主轴在安装、工作过程中也可能会产生相对位移，同时，此类型破碎机主轴需正反转来调节锤头的磨损量。所以选用齿式联轴器。此类型联轴器外形尺寸小，承载能力高，能在高速下可靠工作，具有良好的补偿两轴综合位移的能力，适用于正反转多变，大功率重型机械及长轴联接。2.8.2 联轴器型号的选择由公式1t cktt n(2-16)t 理论转矩n/m ；t n 额定转矩n/m ；k 工作情况系数。查机械零件设计手册有k =2.75则t c =2.75 1710=4702.5n/m查机械设计课程设计手册选择gicl6联轴器90172j 1b80132zb j1901389（主动端： y 型轴孔、a 型键槽、d190mm、l=172mm；从动端： j 1 型轴孔、b型键槽、 d 280mm、l=132mm）2.9. 键的选择查机械设计课程设计手册联轴器的主动端初选键的规格为：键25 150 gb 1096-79；联轴器从动端初选键的规格为：键22110 gb 1096-79 。2.9.1 键强度校核从材料力学中查得键的许用应力60mpa ，bs100mpa 。从前面计算所得，轴上所受的扭转力偶矩m e =1.71kn/m 。2.9.1.1 主动端键强度校核1) 、剪切强度校核图 2 17图 2 18如图 2 20 所示，将平键沿 n-n 截面分成两部分， 并把 n-n 以下部分和轴作为一个整体考虑。令在n-n 截面上切应力均匀分布，则n-n 截面上的剪切力f s 为3f sabl对轴心取矩，由平衡方程o0 ，得(2-17)mf sdblde22则有2m ebld321.71109251509010=10.13mpa则此平键满足剪切强度条件，初选合格2) 、挤压强度校核.图 219如图 221 所示，考虑键在n-n截面以后部分的平衡，在n-n截面上的剪切力f sbl，右侧面上的挤压力为3hlbsfabsbs 2(2-18)投影于水平方向，由平衡方程得f sf或blhlbs2则36bs2b2251010.131036.18mpa bsh31410故此平键满足挤压强度条件，初选合格2.9.1.2 从动轴端键强度校核1） 、剪切强度校核从动端轴为双键，如图2-22 所示m m图 2-20图 2-21;.同理将两平键分别沿n-n 截面与 m-m截面分开，把 n-n 、m-m以下部分和轴作为一个整体的研究对象如图2-23 所示。令 n-n 与 m-m截面上切应力均匀分布且相等， 则 n-n 、;.m-m截面上的剪切应力f s 为f s1f s 2abl对矩心取矩，由平衡方程m o0 ，得def smf sm e1710=8.83mpablbld3221031101038010则此两平键满足剪切强度条件，初选合格2） 、挤压强度校核两平键的规格完全相同，所受到的挤压力也完全相同，则只需校核其中一键即可，只要bs此对平键将满足挤压强度条件。bs2选择上面一平键为校核对象， 如图 2-21 所示。考虑键在 n-n 截面以上部分的平衡，在 n-n 截面上的剪切力f sbl，右侧面上的挤压力为hlbsfabsbs 2投影于水平方向，由平衡方程得f sf则或blhlbs23362b222108.831027.75mpabsbsh14102则此对平键满足挤压强度要求，初选合格3.1 喷水管设计及选择破碎机在破碎粉尘较大的物料时，为了防止粉尘过大飞溅而影响工作人员身体健康和更利于环保，特在机壳上设计了两根喷水管，当破碎粉尘较大的物料时即可打开水泵灭尘。考虑到破碎机在工作时，物料在破碎腔内受到锤头的打击及物料间的撞击作用下， 呈无规律的飞溅运动，虽然喷水管安装在机壳上端，但为了防止物料长期飞溅对水管有磨损破坏作用，特选用外径为30mm内,径为 15mm的 16mn厚壁钢管。为了均匀可靠地防止粉尘飞溅，在钢管长度范围内设计了6 个 1mm的喷水孔，如图2-22 所示。图 2-22喷水管结构示意图3.2 联轴器安全螺栓直径确定为了使此破碎机在工作中更安全更可靠，除了用电气元件对其进行过载、短路、欠压、失压等保护外