单缸圆锥破碎机毕业设计

I 摘摘 要要 单缸液压圆锥破碎机系列产品具有先进的结构设计 优秀的破碎能力 极 佳的可靠性和低廉的成本等特点 动锥和偏心套是破碎机中非常重要两个部件 动锥是单缸液压圆锥破碎机中非常重要的一部分 是破碎矿石的工作端 同时也是受力部分 破碎矿石时 动锥在腔体内做空间摆动 其轴线与机器的 中心线相交与一点 并以该点为定点作圆锥面运动 因此 动锥的运动可视为 刚体绕定点的转动 偏心套是单缸液压圆锥破碎机中重要部件 偏心套的存在是动锥能够实现 偏向旋转的必要条件 生产中 如果偏心套的偏向位置有问题 动锥就不能按 预定轨迹实施偏心转动 单缸液压圆锥破碎机也就无法继续工作 所以 在单 缸液压圆锥破碎机的设计中 偏心套的设计是不可或缺的一个重要环节 关键字 单缸 动锥 偏心套 II Abstract Single cylinder hydraulic cone crusher series products with advanced structural design excellent ability excellent reliability broken and low cost etc Characteristics Moving cone and eccentric set is very important crusher two parts Moving cone is hydraulic cone crusher single cylinder is very important part of the work of the ore is broken is also part of the force Broken ore moving cone in the cavity in space swing its axis machine and the centerline of the fellowship with a little and to make that point for fixed point taper surface movement therefore moving cone can be regarded as the rigid body movement around the fixed point rotation Eccentric set of single cylinder hydraulic cone crusher is important part in the existence of the eccentric set is moving cone can realize turn to rotate the necessary condition Production if eccentric set to the position has a problem still can t cone due implementation eccentric track rotation single cylinder hydraulic cone crusher also was unable to work So in the design of the single cylinder hydraulic cone crusher eccentric set design is an important part of the indispensable Keywords single cylinder moving cone eccentric sleeve III 目 录 1 绪 论 1 1 1引言 1 1 2发展历史 2 1 3发展趋势 3 1 4特点与技术优势 4 2 工作原理及技术规格 6 2 1工作原理 6 2 2技术规格 6 3 破碎机的参数设计和计算 8 3 1结构及其参数 8 3 1 1 结构参数 8 3 1 2 破碎机的动锥部和偏心套部的组成 10 3 2参数的设计计算 10 3 2 1 给矿口宽度与排矿口宽度 10 3 2 2 破碎机的摆角行程 11 3 2 3 生产率 12 3 2 4 电动机功率选择 13 4 单缸圆锥破碎机设计计算 15 4 1 动锥和偏心套的设计 15 4 1 1 动锥的设计 15 4 1 2 偏心套的设计 17 4 2 传动部分的设计计算 20 IV 4 2 1 电动机的选择 20 4 2 2 传动比的分配 20 4 2 3 传动装置的运动和运动参数的选择和计算 21 4 3 齿轮的设计计算 23 4 3 1 齿轮的计算 23 4 3 2 齿轮的校核 26 5 材料的选择 30 5 1 齿轮的材料选择 30 5 2 破碎壁的材料选择 33 结论 38 致谢 39 参考文献 39 附录 A 英文原文 41 附录 B 汉语翻译 58 1 1 1绪绪 论论 1 1 引言 根据国家重点支持能源 交通和原材料等基础工业发展的产业政策 矿山 机械作为这些基础工业的支柱应优先得到国家的重点支持 以得到进一步发展 和提高 为煤炭 金属和非金属矿山的开发提供更多的具有国际先进水平的优 质 高效破碎机 磨粉机 制砂机设备 满足国民经济发展对能源和原材料的 需要 矿山机械主要包括破碎机 制砂机和磨粉机 破碎机是整个矿石破碎工 艺中最主要的环节 也是衡量矿山机械制造业实力的重要标志 矿山机械是技术含量和集成化很高的装备 新设备的开发中不断将人类在 各领域成果融合进来 随着材料科学 制造工艺 信息技术 计算机技术的进 步 每一轮产品都有新的技术注入 零部件的更新周期越来越短 新设备换代 越来越快 尤其是大型矿山机械的开发 无成熟的经验可借鉴 而又不允许设 计中出现任何失误 因此必须借助多学科技术的融合 提高设计效率和设计质 量 提升企业自主创新能力和市场竞争力 矿山机械和计算机技术 网络技术 综合的基础上形成了数字化发展趋势 现有的产业化破碎机按结构形式可分为颚式破碎机 颚辊破碎机 振动颚 式破碎机 振动式破碎机 立轴破碎机 回转式破碎机 高压辊式破碎机 圆 锥碎机 冲击式破碎机 齿辊式破碎机等多类 单缸液压圆锥破碎机系列产品具有先进的结构设计 优秀的破碎能力 极 佳的可靠性和低廉的生产运行成本等特点 单缸液压圆锥破碎机适用于冶金 建筑 筑路 化学及硅酸盐行业中原料的破碎 可以破碎中等和中等硬度以上 的各种矿石和岩石 圆锥破碎机破碎比大 效率高 能耗低 产品粒度均匀 适合中碎和细碎各种矿石 岩石 具有先进的结构设计 优秀的破碎能力 极 佳的可靠性和低廉的生产运行成本等特点 单缸液压圆锥破碎机通过单个液压 缸升降动锥 实现了排矿口调整 清腔 过铁和过载保护等多种功能 配置电 子智能排矿口控制系统 实现了更多生产过程控制和作业优化功能 单缸液压 圆锥式破碎机可广泛应用于各黑色 有色 非金属矿山及砂石料等工业领域 为了分离 筛选有用矿物 矿石 物料的破碎成为许多行业 如冶金 矿 山 建材 化工 陶瓷及筑路等行业生产中不可缺少的工艺过程 现在广泛使 用的颚式破碎机 反击式破碎机虽然结构简单 价格低廉 但是存在非连续性 2 破碎 效率低下 破碎比小 颚板或衬板磨损不均匀且磨损过快等缺点 国内 许多矿厂相继引进了国外先进的液压圆锥破碎机 特别是单缸液压圆锥破碎机 如日本栗本铁公所制造的顶部单缸液压圆锥破碎机 美国 AC 公司 Nordberg 公司的底部单缸液压圆锥破碎机 如图 1 所示 这类破碎机采用了先进的液压 技术 实现了液压保护和液压调整排料口 简化了破碎机结构 减轻了重量 并且易于实现破碎机的自动控制 单缸液压圆锥破碎机正在逐步取代弹簧式圆 锥破碎机 随着国家经济建设的快速发展 将对矿藏资源需求量更高 更好 国家有限 的资源量将无法满足更多的需求 单缸液压圆锥破碎机不仅要具有高效性 环 保性 更要具有复合性 通常使用的破碎机在工作时只能粗略的对矿石进行破 碎 很多还需要二次破碎 仍无法满足生产生活需要 为此就不得不改变物料 的破碎方式 物料的破碎效率 物料破碎的安全性环保性等多方面问题 为解 决此问题在老师的指导下我设计这台单缸液压圆锥破碎机 它可以有效的解决 上述问题 1 2发展历史 圆锥破碎机的问世比辊式破碎机晚一百多年 比旋回破碎机晚二十多年 当圆锥破碎机尚未问世之前 二十世纪初期氢氧法已有很大发展 它要 求提供比旋回破碎机和颚式破碎机可供给的更细产品 在此情况下 除采用 辊式破碎机作中 细碎设备外 也有采用粗碎旋回破碎机做细碎设备 例如 1931 年兴建的 Brow Hell Improvement 公司破碎厂就采用过一台 48 英寸 旋回破碎机做粗碎 4 台 7英寸的粗碎旋回做中碎 4 台 NO6 和 12 台 NO4 粗碎旋回作细碎机使用 显然 这是没有办法的办法 这就迫使人 们研制高效细碎破碎机 1927 年 缓倾斜锥面的圆锥破碎机 以后简称缓锥圆锥破碎机 证实用 于工业上 这类圆锥破碎机有西蒙式标准和短头的圆锥破碎和球面圆锥破碎 机 它们的特点是动锥呈缓倾斜 有弹簧过载保护装置 不久 陡倾斜的压缩圆锥破碎机也相继问世 开始这种破碎机叫压缩旋 回破碎机 实质上这种破碎机是在旋回破碎机的基础上改进而成 用于中碎 和细碎之间的破碎机 它的外形和结构与短轴旋回破碎机基本相同 具有锥 3 面很陡 排矿口小 主轴短 冲程大 速度快 到了 50 年代末 各国制造的圆锥破碎机开始广泛采用液压技术 使圆 锥破碎机得到进一步改进 此时缓圆锥破碎机在保持原有弹簧过载保护装置 和缓锥面的基础上 采用了液压或气压 调节排矿口装置 液压过载保护装 置和液压锁紧装置 与此同时 陡锥圆锥破碎机在保留原有很陡的动锥面的情况下 也采用 液压技术 按其液压设置地点的不同 又可分为底部液压支撑式或顶部液压 吊挂式圆锥破碎机 由于排矿口的调节和过载保护装置均采用统一液压系统 结构简单 操作运转可靠 70 年代 圆锥破碎机 在两个方面取得进展 一是3050 毫米的大型圆 锥破碎机问世 二是能生产特细物料的陡锥和缓锥圆锥破碎机问世 后者具 有新型的破碎腔结构 主轴短 能获得4 目的物料特点 圆锥破碎机由以上两种主要不同型式 尚衍生其它一些型式 如无齿轮 转动的多缸液压破碎机 多缸破碎机实际上只用于锁紧装置 不能与底部单 缸液压破碎机和顶部单缸液压破碎机相提并论 在以往分类或叫法上有按液 压与弹簧来划分 有的按保准 中型 短头 球面来划分 有的靠底部单缸 液压支撑 顶部单缸液压吊挂来划分 有的按单缸多缸来划分有的按陡锥和 缓锥 有的称平锥 来划分等 1 3发展趋势 为了分离 筛选有用矿物 矿石 物料的破碎成为许多行业 如冶金 矿山 建材 化工 陶瓷及筑路等行业生产中不可缺少的工艺过程 现在广 泛使用的颚式破碎机 反击式破碎机虽然结构简单 价格低廉 但是存在非 连续性破碎 效率低下 破碎比小 颚板或衬板磨损不均匀且磨损过快等缺 点 国内许多矿厂相继引进先进的液压圆锥破碎机 特别是单缸液压圆锥破 碎机 技研发专家分析 这类单缸液压圆锥破碎机采用了先进的液压技术 实 现了液压保护和液压调整排料口 简化了破碎机结构 减轻了重量 并且易 于实现破碎机的自动控制 单缸液压圆锥破碎机正在逐步取代弹簧式圆锥破 碎机 黎明重工科技就是专业的单缸液压圆锥破碎机生产专家 其效率高 产出的石子的质量好 运行稳定 还具有多点分体的液压润滑控制系统 可 确保该机轴承润滑的双重保护以及过载保护 4 随着时代的进步和发展 单缸液压圆锥破碎机使用需求量在加大 黎明 重工集粉碎设备 破碎机和磨粉机系列于一体 为客户提供全面的配套设备 配置更高效 使用更方便 2012 年 黎明重工将紧密围绕 虔诚精细 严 密和谐的理念 从新产品研发和推广 售后服务体系健全和优化全面服务于 客户 1 4 特点与技术优势 1 破碎比大 生产效率高 将更高的转速与冲程结合 使 SMH 破碎机的额定功率和通过能力大大提高 提高了破碎比和生产效率 该液压圆锥破碎机将破碎冲程 破碎速度以及破 碎腔形状的完美组合设计 比老式弹簧圆锥破的产量高35 60 2 易损件消耗少 运行成本低 结果合理 破碎原理及技术参数先进 运转可靠 运行成本低 破碎机的 所有部件均有耐磨保护 将维修费用降低到最低限度 一般使用寿命可提高 30 以上 3 层压破碎 成品粒形优异 通过采用粒间层压原理设计的特殊破碎腔及与之相匹配的转速 取代传统 的单颗粒破碎原理 实现对物料的选择性破碎 显著提高了产品细料比例和 立方体含量 极大程度上减少了针片状物料 4 液压保护及液压清腔 自动化程度高 减少停机时间 液压调节排料口和过载保护使破碎机运转水平得到很大提高 使维修更简 单 操作更方便 停机时间更短 SMH 系列圆锥破碎机双向过铁释放液压缸 能够让铁块通过破碎腔 该机在发生过铁及瞬时闷车的情况下 能液压起顶 自动排料 大大降低了原弹簧圆锥破碎机需停机进行人工排料的烦恼 而许 多其它厂家的破碎机却会因过铁卡死而停机 5 稀有润滑 可靠先进 提高使用寿命 独特的稀油润滑系统设计 大大提高了设备使用寿命 高性能非接触 式迷宫密封件无磨损 提高了阻挡粉尘的可靠性 从根本上消除了原弹簧圆 锥破碎机油水混合等常见故障 6 多种破碎腔型 应用灵活 适应性强 SMH 圆锥破碎机只须更换定锥衬板 动锥衬板 破碎腔形可从标准超 粗腔型到短头超细腔型任意变换 适应大范围产品粒度要求 5 7 维修简便 操作使用方便 SMH 圆锥破碎机所有零件都可以从顶部或侧面拆装和维护 动锥和定 锥拆装方便 无需拆装机架 紧固螺栓 因而SMH 圆锥破碎机日常更换衬 板更便捷 利用液压马达 使破碎机生产效率最佳 8 它提供更高的生产能力 最佳的产品粒形 而且易于自动控制 具有 最大可靠性和灵活性 真正为用户创造更多价值 6 2 2工作原理及技术规格工作原理及技术规格 2 1 工作原理 电机带动破碎机的小齿轮 小齿轮带动大齿轮 大齿轮组件 大齿轮 大齿轮架 偏心钢套 带动偏心套组件 偏心缸套 偏心铜套 和主轴组件 主轴 内锥 内锥衬板 以理论垂直线为中心 在铜衬套内公转 主轴组 件在偏心铜套内以主轴的中心线可以实现自转 空机运行的时候 偏心套组 件 抱着 主轴组件和随大齿轮一同公转 当物料加入到破碎腔后 主轴总 成 主轴 内锥 在物料的阻力下在偏心铜套内缓慢的自转 内锥的运行轨 迹看起来是在破碎腔内来回摆动 同时缓慢的旋转 物料被摆动的内锥挤压 破碎 支撑套与架体连接处靠液压缸压紧 当破碎机内落入金属块等不可破 碎物体时 单缸的动锥由底部液压活塞托起 起到排放口调整和过铁保护 反复起落排除堵矿的作用 出料口大小的调整 底部液压缸的第一个功能在于调节主轴的上下位置 从而调节动锥和外锥衬板之间的间距 这个间距变小了 破碎机的出料粒度 就小 这个间距变大了 破碎机的出料粒度就大 同时 选用不同的破碎腔 型 选用不同的偏心套也能够改变物料的出料大小 2 2技术规格 我国生产圆锥破碎机的厂家主要有沈重 一重 沈冶 上建 南重 华 扬机械和上海多灵沃森机械设备有限公司 以下简称上海多灵 其次还有 衡冶 第二重型机器厂 以下简称二重 沈矿 中重和大华重机等 同时 选载了山特维克和俄罗斯等国生产的先进圆锥破碎机 目前 我国主要生产弹簧式圆锥破碎机和单缸液压圆锥破碎机 各有 10 多种规格 其次是多缸液压圆锥破碎机 产品品种 主要性能及技术经 济指标与前苏联和东欧国家的水平相近 整机寿命和主要零 部件寿命 除 衬板外 与国外同类产品的寿命接近 与国外先进产品相比 主要差距是集 中控制 自动化程度略差 衬板使用寿命较短 破碎腔形也应改进 近年来 由于引进先进技术 并且与国外合作 使得圆锥破碎机的技术水平正在接近 7 国外先进水平 沈重于 1986 年从美国诺德伯格公司引进了西蒙斯 Symons 圆锥破碎 机的设计和制造技术 这也是一种弹簧保险式圆锥破碎机 采用了液压调整 排料口 液压清腔等液压控制装置 与国内自行设计制造的同类产品相比 在生产能力 粒度均匀性 细碎产品的细度 零部件寿命 运转作业率和生 产维护管理费用等方面 均有优越性 目前 这种破碎机是该厂的主要圆锥 破碎机产品 其中标准型和短头型各有20 多种规格 圆锥破碎机是冶金 建材 化工 水电 筑路等工业部门对不同硬度的 各种矿石或岩石进行中碎和细碎作业的主要设备 特别是在选矿厂中普遍用 作中碎和细碎设备 型号规格说明 PYT Y S B Z D T D C P 破碎机 Y 圆锥式 T Y S 弹簧式 液压式 西蒙斯式 B Z D 标准型 中型 短头型 T D C 单缸 多缸 超重型 锥底直 径 dm 给料口尺寸 cm 8 3 3破碎机的参数设计和计算破碎机的参数设计和计算 3 1 结构及其参数结构及其参数 3 1 1结构参数结构参数 1 破碎圆锥大端直径为 1200mm 2 给矿口宽度为 80mm 3 推举最大给矿尺寸 70mm 4 排矿口的调整范围 5 13mm 5 产量通过 C 容量 V 1 6t 的石灰石的开路设计 40 100t h 3 m 6 主电动机型号 JS 125 8 功率 95 千瓦 转速 735r min 电压 380V 7 偏心套转速 300r min 8 蓄能器充气压力 500 N 2 cm 9 保险动作前的最大破碎力 120 吨 10 最大过铁尺寸 60mm 11 润滑油站容量 63 立升 分 12 外形尺寸 包括电机 长 宽 高 3950 1900 3055mm 13 机器总重 包括电气设备 18 925t 9 图 3 1 单缸圆锥破碎机动锥及偏心套的整体图 10 3 1 2破碎机的动锥部和偏心套部的组成破碎机的动锥部和偏心套部的组成 图 3 1 中的动锥系统由 1 主轴 2 轴套 3 钢板 4 止动环 5 压帽 6 注 锌层 7 破碎壁 8 躯体 9 压环 10 密封圈 11 托环 12 挡灰块 13 螺栓和 14 垫圈组成 为破碎机作业时的主要工作部分 偏心套部由 15 主轴衬套 16 偏心套 17 斜键 18 螺栓 19 平衡块 20 螺钉 21 螺母 22 开口销 23 大 齿轮 24 上盘组成 上述动锥部和偏心套部组成了单缸圆锥破碎机破碎时的主要动力输出部分 动锥部分主要受主轴底部的蓄势充气压力 矿石挤压破碎时对破碎壁的垂直压 力 螺栓对动锥部的整体反响切应力作用 偏心套部完成了对整体机器的偏心 作用 作业时 传动轴对主轴传送动力 带动动锥部旋转 由于偏心套的存在 使主轴形成偏心旋转 带动破碎壁对矿石的挤压破碎 由于破碎矿石容易产生大量粉尘 需要对破碎机的内部密封处理 以防止 沙石进入破碎机的内部 磨损主轴及内部零件 故本次设计 在动锥部加入了 12 挡灰块 3 2参数的设计计算参数的设计计算 3 2 1 给矿口宽度与排矿口宽度给矿口宽度与排矿口宽度 给矿口宽度 B 1 2 1 5 D 80mm 给矿粒度 D 系根据选矿流程决定 排 矿口宽度应该有一个调整范围 排矿口调整范围 5 13mm 以供破碎各种硬度矿 石的需要 1200 标准圆锥破碎机用于中碎 最大给矿粒度初选 70mm 11 图 3 2 单缸圆锥破碎机啮角 如图 3 2 所示 圆锥破碎机的啮角需要满足下列要求 14 3 1 2 12 式中 破碎锥与固定锥的锥面斜角 21 破碎锥轴线与机器中心线夹角查表 得 2o 矿石与衬板之间的摩擦角 一般 o 13 本次设计的单缸液压圆锥破碎机 1 35 oo 61 2 代入 3 1 ooooo 26228 235 61 12 3 2 2 破碎机的摆角行程破碎机的摆角行程 破碎机的摆动行程 S 排矿口平面内的破碎锥轴线的摆动行程 的几何关系 3 2 2Htan2rS 式中 破碎锥轴线在排矿口平面内的偏向距 r H 破碎锥线边缘到球面中心 O 点的高度 由上式 3 2 得 tan2HS 56mm 破碎锥下部 A 点的行程为 SA 2Ltan 3 3 式中L 破碎锥母线长度 代入上式 得 S 2Ltan 76mm A 12 3 2 3 生产率生产率 圆锥破碎机的生产率与矿石性质 可碎性 比重 节理 粒度组成等 机 器的类型 规格 以及破碎机操作条件 破碎比 负荷系数 给矿均匀程度 等因素有关 同时还与破碎机在选矿工艺流程中的配置情况有关 目前还没有 把所有这些因素全部包括进去的理论计算方法 一般多采用经验公式进行概略 计算 并根据实际条件加以校正 在开路破碎时 圆锥破碎机的生产率按下式计算 15 14 Q K K q e 吨 小时 3 4 120 6 1 式中 K 石的可碎性系数 查表 得 1 K 1 0 1 K 破碎比的修正系数 查表 由插值法得 2 K 1 13 1 23 2 q 排矿口宽度的生产能力 查表 由插值法得 0 q 12 67 13 67 0 e 排矿口宽度 mme6 矿石的松散比重 取 94 0 代入上式 1 当 K q 取最小值时 20 Q K K q e 120 6 1 6 1 94 0 667 1213 1 0 1 50 5 吨 小时 2 当 K q 取最大值时 20 Q K K q e 120 6 1 6 1 94 0 667 1323 1 0 1 59 3 吨 小时 在闭路破碎时 圆锥破碎机的生产能力按闭路通过矿量来计算 13 吨 小时 KQQ 3 5 式中 开路时破碎机的生产能力 单位 顿 小时 Q K 闭路时平面给矿粒度变细的系数 标准型取 K 1 34 代入上式 KQQ 3 5934 1 79 5 吨 小时 所以此圆锥破碎机的生产能力为 50 80 吨 小时 3 2 4 电动机功率选择电动机功率选择 单缸圆锥破碎机的电动机功率可按经验公式计算 3 6 9 1 65DN 式中 D 破碎机锥底部直径 单位 米 9 1 65DN 95 KW 查阅相关质料 初步采用 JS 系列三相异步电动机 如下表 3 1 表 3 1 JS 系列中型异步电动机技术数据 堵转 电流 堵转 转矩 最大 转矩 重量 额定值 kg 转速 定子 电流 效率 功率 因数 额定 电流 额定 转矩 额定 转矩 型 号 额 定 功 率 KW 额 定 电 压 V r mi n A cos JS115 10 455879589 70 84 521 582 28830 JS 116 10 55587114900 8084 481 652 24920 JS 117 10 65587134900 814 411 642 18990 JS125 880 3 8 0 589161910 834 771 232 131210 14 JS 125 8 95735188 91 2 5 0 844 521 1821300 JS 系列电动机 用于驱动各种不同机械 如通风机 压缩机 水泵 破碎机 切削机 机床 运输机械及其它设备 并可供煤矿 机械工业 发电厂及各种工矿企业作原动机之用 由于破碎机为大型机械 故应采用 380V 交流电源的异步电动机 查表 3 1 选择 电动机型号 JS 125 8 转速 735 转 分 电压 380V 15 4 4单缸圆锥破碎机设计计算单缸圆锥破碎机设计计算 4 14 1 动锥和偏心套的设计动锥和偏心套的设计 4 1 1 动锥的设计动锥的设计 动锥是单缸液压圆锥破碎机中非常重要的一部分 是破碎矿石的工作端 同时也是受力部分 破碎矿石时 动锥在腔体内做空间摆动 其轴线与机器的 中心线相交与一点 并以该点为定点作圆锥面运动 因此 动锥的运动可视为 刚体绕定点的转动 由于破碎机动锥的支撑装置的结构特点 动锥不仅随偏心轴套的偏心孔绕 机器的中心线作旋转运动 而且还绕自己的轴线旋转 因此 破碎机的动锥的运动是由两种旋转运动组成 1 进给运动或者牵连运动 动锥绕机器中心线作旋转运动 2 自转运动或相对运动 动锥绕自己的轴线作旋转运动 动锥的这种复杂运动成为规则运动 这种运动可以归结为动锥绕瞬时轴线 旋转的角速度向量是进给角速度向量和自转角速度向量的几何和 即 0 1 按平行四边形法则而相加 角速度向量的所在线与无题的转动轴相重合 角速 度向量的方向由右螺旋规则决定 动锥的进给角速度向量 自转角速度向量和绝对角速度向量在坐 1 0 标轴 ox 和 oz 上的投影为 1 sinsin 10 4 1 coscos 10 4 2 联立方程组 解得 sin sin 0 式中 瞬时轴线与机器中心线之间的夹角 动锥的轴线与机器中心线夹角 当和为定值时 则的函数关系为开口向上的抛物线 af 当时 有最小值 o 90 0 sin min0 16 当时 则有最大值 0 0 max0 单缸圆锥破碎机工作时 受到矿石挤压破碎带来的反作用力 和底部的蓄 势充气压力以及由于偏心旋转造成的螺栓的切应力 图 4 1 单缸圆锥破碎机动锥部分 在不计算整体分散应力的前提下 可以把动锥受力简化成简支梁的受力分 析 这样不仅简化了动锥受力的分析 也降低了计算的难度 在动锥受力是 由于矿石破碎方式为旋转挤压破碎 故动锥收到水平方向 的转矩及垂直于轴线方向的压力 但由于螺栓的存在 所以在不考虑螺栓强度 时 可近似的忽略转矩 直接把矿石对破碎壁的压力作为最终的受力 考虑矿石压力垂直与轴线方向 所以把矿石压力分解成水平分力 Fx 和竖 直方向的分力 Fy 由于竖直方向上只受底部的蓄势充气压力 Fn 将动锥受力继续简化 如图 3 4 所示 17 图 4 2 受力分析 故由公式 4 3FnF 1 sin 式中 破碎锥与固定锥的锥面斜角 查表 得 1 o 35 1 F 矿石压力 Fn 底部蓄势充气压力 查表 Fn 600 2 cm N 代入上式 得 FnF 1 sin F 1046 1 o 35sin nF 2 cm N 4 1 2 偏心套的设计偏心套的设计 1 偏心套 18 偏心套是单缸液压圆锥破碎机中重要部件 偏心套的存在是动锥能够实现 偏向旋转的必要条件 生产中 如果偏心套的偏向位置有问题 动锥就不能按 预定轨迹实施偏心转动 单缸液压圆锥破碎机也就无法继续工作 所以 在单 缸液压圆锥破碎机的设计中 偏心套的设计是不可或缺的一个重要环节 偏心套的质心都不在其回转中心线上 在设备运转过程中必然产生惯性力 和对固定点 顶端球面轴承中心 的惯性力矩 特别是在破碎机空转或由空转 过渡到有载运转的过程中 会产生一种随偏心轴套回转而周期性变化的作用力 从而引起破碎机有害的冲击振动 必须很好的平衡 所以 在偏心套的设计中 偏心轴套的惯性力设计就显得尤为重要 2 偏心套的惯性力 由于偏心轴套的质心不在其回转轴线上 因此 它在旋转中也残生惯性力 其值等于偏心轴套内锥孔所包容的质量 以相同的角速度绕同一轴线旋转 C 时产生的惯性力 但方向相反 惯性力的大小和作用点的位置可用积分法确定 4 4 v dCC 4 5 C xxdV n g 2 4 6 vdC vxdC L 式中 偏心孔体的微分惯性力 dC 偏心孔体的微分体积 dC 偏心轴套的比重 的重心到回转轴线的距离 x n x dV x 从偏心轴套的上平面到作用线的距离 dC L 从偏心轴套的上平面到的合力作用线的距离 dC C 19 图 4 3 偏心轴套正视图 图 4 4 偏心轴套俯视图 根据几何关系 h x nmnnx dx d dV x x 4 2 20 h x ddddx 211 将 和值代入公式 4 5 和公式中 4 6 中 计算得 x n x dV x d C xxdV n g 2 nmdmnddmnd g h 323 48 2 221 2 1 2 08 2183 123345 1048 16 2 13 1 85 7 14 3 2 83 1208 21333508 2183 123353452 2 N 6 106 5 vdC vxdC L nmdnmddmnd hmndmnddmnd 3235 1236423 2 221 2 1 2 221 2 1 83 1208 21333508 2183 12335345208 2183 1233455 08 211283 12333508 21683 12433534508 21283 123345 22 22 0 77m 4 24 2 传动部分的设计计算传动部分的设计计算 4 2 1电动机的选择电动机的选择 根据工作要求及工作条件 根据上述选用破碎机专用电动机 JS 125 8 可知 电动机的额定功率 95kw 同步转速为 0 Pmin735 0 rn 4 2 2传动比的分配传动比的分配 查表可知 1200 80 标准的单缸圆锥破碎机的实际工作的偏心轴转速为 min300rnw 根据传动比的计算公式 4 7 w n n i 0 21 可知 1200 80 单缸圆锥破碎机的传动比为 w n n i 0 min300 min735 r r 2 45 4 2 3传动装置的运动和运动参数的选择和计算传动装置的运动和运动参数的选择和计算 1 输入轴 电动机轴 根据扭矩的计算公式 n P T 6 1055 9 4 8 式中 T 为轴受到的扭矩 由上述电动机的选择可知 95 kw 0 P min735 0 rn 代入公式 4 8 得 0 06 0 1055 9 n P T min735 95 1055 9 6 r kw mmN 6 1023 1 2 横轴 小齿轮轴 由公式 1 n210n pp 4 9 查表选择联轴器的效率为 98 0 联 22 代入公式 4 9 得 联 01 pp 95 0 98 93 1 kw 由于电动机传动效率误差十分微小 在工程计算上可近似忽略 故由电动 机的 0 轴转速代替 即 min735 01 rnn 代入公式 4 8 得 1 16 1 1055 9 n P T min735 1 93 1055 9 6 r kw mmN 6 102 1 2 竖轴 主轴 查表选择齿轮的传递效率为 95 0 齿 轴承的传递效率为 98 0 承 将和 轴计算出的 93 1kw 代入公式 4 9 得 承齿 1 P 齿承 12 PP 95 0 98 0 1 93 kw68 86 代入公式 4 8 得 w n P T 26 2 1055 9 min300 68 86 1055 9 6 r kw mmN 76 2 23 4 34 3 齿轮的设计计算齿轮的设计计算 4 3 14 3 1 齿轮的计算齿轮的计算 初步计算 1 材料的选择 由文献和文献 初步选择小齿轮的材料为 40Cr 调质 硬度为 1 3 280HBS 大齿轮的材料为 45 号钢 调质 硬度为 240HBS 由文献查表 4 7 齿轮精度选择为 7 级 8 2 节锥角的计算 由文献表 6 11 14 1 cot i 4 10 iarccot 1 45 2 cotarc 131222 o 13 122290 2 oo 47 4767o 由公式 1 2 min cos sin 2 a h z 4 11 式中 z 齿数 齿顶高系数 这里取 1 a h a h 把代入 得 1 1 2 min cos sin 2 a h z 13 1222cos 20sin 12 2 o 83 15 24 取小齿轮齿数19 1 z 由文献中 P59 3 12 izz 4 12 1945 2 46 45 取大齿轮齿数为 46 2 z 3 根据工作条件的要求 模数为 m 30 4 由公式 4 13 nn mzd 代入公式 4 13 得 11 mzd 30 19 570 mm 22 mzd 3046 1380 mm 5 锥距 由公式 2 2 2 1 22 dd R 4 14 将代入公式 4 14 得 21 d d 2 2 2 1 22 dd R 22 2 1380 2 570 746 54mm 25 6 齿轮齿顶 齿根圆直径 由公式 mhh aa 4 15 4 16 cos2d 1aa hd 4 17 mcha f h Rm dd 5 01 4 18 式中 齿顶高 a h 齿顶圆直径 a d 齿根高 f h 齿轮基圆直径 m d 齿根圆系数 根据文献表 3 14 0 2 c 1 c 代入上式 得 齿顶高 a h 1 30 30mmmhh aa 齿顶圆直径 a d 111 cos2d aa hd 13 1222cos302570 o 625mm 212 cos2d aa hd 47 4767cos3021380 o 1403mm 齿根高 f h mcha f h 302 01 36mm 齿轮基圆直径 m d 26 Rm dd 5 01 11 28 0 5 01570 497mm Rm dd 5 01 22 28 05 011380 1214mm 7 齿宽 由公式 0 28 746 5 209 02mm 4 19 R R b 8 节圆圆周速度 由公式 21 94 4 20 33 11 1060 73557014 3 1060 nd v sm 4 3 24 3 2 齿轮的校核齿轮的校核 1 校核齿面接触疲劳强度 1 接触应力的计算 由文献表 5 39 可知 齿面接触应力计算公式 即 10 u u bd KT ZZ R 1 5 01 2 2 2 2 1 1 4 21 确定公式内的各计算数值 计算载荷系数 电动机驱动 载荷平稳 由文献表 5 2 可知 取 11 A K 平均分度圆直径 Rm dd 5 01 11 28 0 5 01570 497mm 27 平均分度圆圆周速度 60000 11n d v m m 60000 73549714 3 19 12 sm 由文献图 5 4 a 可知 按 1 63 3 100 1912 19 100 1 zvm 可得 24 1 v K 由文献图 5 7 b 可知 按 1 367 0 570 02 209 1 d b 齿轮悬臂布置 21 1 K 由文献表 5 4 可知 11 1 K K KKKK VA 1 121 1 24 1 1 65 1 由文献表 10 6 可知 弹性系数 2 8 189 E Z 节点区域系数 cossin 2 H Z oo 20cos20sin 2 2 49 代入公式 4 16 计算得 u u bd KT ZZ R 1 5 01 2 2 2 2 1 1 43 2 143 2 28 0 5 0157002 209 102 365 12 8 18949 2 2 2 2 6 107 44 MPa 28 2 接触疲劳强度的许用应力 由文献表 5 28 可知 许用接触应力计算公式 即 1 4 22 LVRWXN H Hlin HP ZZZZ S min 确定公式内的各计算数值 小齿轮的接触疲劳强度极限 MPa H 600 lim 最小安全系数 0 1 min H S 由文献表 10 13 可知 计算应力循环系数 1 h jLnN 11 60 243655159060 9 10551 1 由文献图 10 19 可知 查的解除疲劳寿命系数 2 87 0 1 N Z 尺寸系列1 x Z 工作硬化系数 按11 1 1700 130 2 1 HBS ZW 润滑油膜影响系数 85 0 lvr Z 代入公式 4 22 计算得 LVRWXN H Hlin HP ZZZZ S min 85 0 1 1187 0 1 600 443 7 MPa 3 由于 所以安全 MPaMPa HPH 7 44344 107 2 校核齿根弯曲疲劳强度 齿根应力的计算 由文献表 5 55 可知 弯曲应力计算公式 即 1 29 SaFa R F YY mbd KT 2 1 1 5 01 2 4 23 确定公式内的各计算数值 由文献表 10 5 可知 285 2 1 Fa Y 由文献表 10 5 可知 254 1 1 Sa Y 代入公式 4 23 计算得 SaFa R F YY mbd KT 2 1 1 5 01 2 54 1 85 2 28 0 5 013057002 209 102 365 1 2 2 6 17 53 MPa 弯曲强度的齿根许用应力 由文献表 5 31 可知 齿根许用应力计算公式 即 1 XN F STF hp YY S Y min lim 4 24 确定公式内的各计算数值 弯曲疲劳极限MPa mF 300 lim 齿轮的应力修正系数0 2 ST Y 弯曲强度的最小安全系数4 1 min F S 弯曲疲劳寿命系数 93 0 1 N Y 96 0 2 N Y 弯曲疲劳的尺寸系数85 0 X Y 代入公式 4 24 计算得 XN F STF hp YY S Y min lim 85 0 93 0 4 1 2300 338 8 MPa 30 由于 所以安全 MPaMPa FF 8 33853 17 11 5 5材料的选择材料的选择 5 15 1 齿轮的材料齿轮的材料选择选择 齿轮是单缸液压圆锥破碎机中的的十分重要的传动零件 破碎机工作 时 电动机通过联轴器把带动横轴转动 同时带动横轴上的小齿轮转动 小 齿轮与大齿轮啮合 带动大齿轮转动 最后由大齿轮带动偏心套和动锥转动 实现矿石的破碎工作 如果齿轮出现问题 不仅会造成破碎机无法继续工作 严重还会损伤其他零件 故齿轮的设计是十分必要的 机械零件的常见失效形式有断裂 塑性变形 表面失效 弹性变形过大 破坏正常工作条件导致的失效 振动和噪音过大 3 表面失效 械零件的表面失效指磨损 胶合和腐蚀等失效 对于高速重载 的齿轮传动 齿面间压力 温度大 可能造成相啮合的齿面发生粘连 由于齿 面继续相对运动 粘连部分被撕裂 在齿面上产生沿相对运动方向的伤痕 称 为胶合 胶合也会发生在其它高速重载条件下相对运动处 机械零件都与其它 零件接触 在许多接触处发生微动或明显的相对运动 而且机械零件还可能工 作在环境恶劣的条件下 不可避免的发生磨损 腐蚀 在高速或重载下还可能 发生胶合 机器外壳或机架由于腐蚀而缺损 机械零件表面失效引起尺寸 形 状的改变和表面粗糙度数值下降 影响机器精度 产生振动和噪音 降低机械 零件的承载能力 甚至造成机械零件的卡死 如滚动轴承 或断裂等 31 图 5 1 大齿轮 其中表面失效是同材料的选择有直接关系 所以再设计齿轮的时候 材料 的设计也是十分重要的 齿轮传动通过轮齿互相啮合来传递空间任意两轴间的运动和动力 并可 以改变运动的形式和速度 齿轮传动使用范围广 传动比恒定 效率较高 使用寿命长 在机械零件产品的设计与制造过程中 不仅要考虑材料的性能 能够适应零件的工作条件 使零件经久耐用 而且要求材料有较好的加工工 艺性能和经济性 以便提高零件的生产率 降低成本 减少消耗 如果齿轮 材料选择不当 则会出现零件的过早损伤 甚至失效 因此如何合理地选择 和使用金属材料是一项十分重要的工作 材料的机械性能包括强度 硬度 塑性及韧性等 反映材料在使用过程中所表现出来的特性 齿轮在啮合时齿 面接触处有接触应力 齿根部有最大弯曲应力 可能产生齿面或齿体强度失 效 齿面各点都有相对滑动 会产生磨损 齿轮主要的失效形式有齿面点蚀 齿面胶合 齿面塑性变形和轮齿折断等 因此要求齿轮材料有高的弯曲疲劳 强度和接触疲劳强度 齿面要有足够的硬度和耐磨性 芯部要有一定的强度 和韧性 例如 在确定大 小齿轮硬度时应注意使小齿轮的齿面硬度比大齿轮的 齿面硬度高 30 50HBS 这是因为小齿轮受载荷次数比大齿轮多 且小齿轮 齿根较薄 强度低于大齿轮 为使两齿轮的轮齿接近等强度 小齿轮的齿面 要比大齿轮的齿面硬一些 32 另一方面 根据材料的使用性能确定了材料牌号后 要明确材料的机械 性能或材料硬度 然后我们可以通过不同的热处理工艺达到所要求的硬度范 围 从而赋予材料不同的机械性能 如材料为40Cr 合金钢的齿轮 当 840 860 油淬 540 620 回火时 调质硬度可达 28 32HRC 可改善组织 提高综合机械性能 当 860 880 油淬 240 280 回火时 硬度可达 46 51HRC 则钢的表面耐磨性能好 芯部韧性好 变形小 当500 560 氮化处理 氮化层 0 15 0 6mm 时 硬度可达 52 54HRC 则钢具有高的表 面硬度 高的耐磨性 高的疲劳强度 较高的抗蚀性和抗胶合性能且变形极 小 当通过电镀或表面合金化处里后 则可改善齿轮工作表面摩擦性能 提 高抗腐蚀性能 材料的工艺性能是指材料本身能够适应各种加工工艺要求的能力 齿轮 的制造要经过锻造 切削加工和热处理等几种加工 因此选材时要对材料的 工艺性能加以注意 一般来说 碳钢的锻造 切削加工等工艺性能较好 其 机械性能可以满足一般工作条件的要求 但强度不够高 淬透性较差 而合 金钢淬透性好 强度高 但锻造 切削加工性能较差 我们可以通过改变工 艺规程 热处理方法等途经来改善材料的工艺性能 例如汽车变速箱中的齿轮选择 20CrMnTi 钢 该钢具有较高的机械性能 在渗碳淬火低温回火后 表面硬度为58 62HRC 芯部硬度为 30 45HRC 20CrMnTi 的工艺性能较好 锻造后以正火来改善其切削加工性 此 外 20 CrMnTi 还具有较好的淬透性 由于合金元素钛的影响 对过热不敏 感 故在渗碳后可直接降温淬火 且渗碳速度较快 过渡层较均匀 渗碳淬 火后变形小 适合于制造承受高速中载及冲击 摩擦的重要零件 因此根据 齿轮的工作条件选用 20CrMnTi 钢是比较合适的 所谓经济性是指最小的耗费取得最大的经济效益 在满足使用性能的前 提下 选用齿轮材料还应注意尽量降低零件的总成本 我们可以从以下几方 面考虑 从材料本身价格来考虑 碳钢和铸铁的价格是比较低廉的 因此在满足 零件机械性能的前提下选用碳钢和铸铁 不仅具有较好的加工工艺性能 而 且可降低成本 从金属资源和供应情况来看 应尽可能减少材料的进口量及 价格昂贵材料的使用量 从齿轮生产过程热处理的成本来 考虑 首先 采用不同的热处理方法相 33 对加工费用也不一样 如 12CrNi3A 钢渗碳表面淬火的费用要比氮化处理的 费用少得多 而碳氮共渗又具有生产周期短和成本低的特点 其次 通过改进热处理工艺也可以降低成本 如某齿轮工作时在高速 中载且承受中等冲击条件下 原选用中合金高级渗碳钢18cr2Ni4WA 材料 其经过 910 940 渗碳 850 淬火 180 200 回火后机械性能的抗拉强 度 1177Mpa 屈服强度 834Mpa 延伸率 10 断面收缩率 45 冲 击韧性 980kJ m2 硬度为 58 62HRC 虽能满足齿轮的使用性能和工艺 性能 但零件的价格高 现选用价格相对便宜的低碳中合金 中淬透性渗碳钢20CrMnTi 经过 910 940 渗碳 870 淬火 180 200 回火后机械性能的抗拉强度 1100Mpa 屈服强度 850Mpa 延伸率 10 断面收缩率 45 冲击 韧性 680 硬度为 58 62HRC 仅此一项改进 材料费用不仅大大降低 14 8 3 而且满足了其使用性能和工艺性能 14 2 第三 所选钢种应尽量少而集中 以便采购和管理 随着齿轮形状 尺 寸和材料向着多品种 多系列和个性化的方向发展 尤其是在型号多 产量 小时 在齿轮锻造 机加工和热处理等生产工艺方面 存在着设计量大 生 产周期长 效率低 成本高 能耗大 管理难和质量不易保证等不利状况 因此在齿轮选材时精选 优选和压缩材料牌号和规格有