PE—25复摆颚式破碎机结构设计及运行特征优化

毕 业 设 计题 目：PE25复摆颚式破碎机结构设计及运行特征优化学生姓名：xxxx 学 号：16101023016二级学院：智能工程学院专 业：机械设计制造及其自动化班 级：16级3班 指导教师姓名及职称：xxxxxxxxxxxxx起止时间：2019年 10 月 2020年04 月（教务处制）25PE25复摆颚式破碎机结构设计及运行特征优化摘要：破碎机其结构简单，产量大，工作稳定，加上操作较方便，被广泛应用在了各个领域。通过学习探究复摆破碎机的原理，制定了设计方案，确定了活动颚板的吊挂方式，动颚倾斜方式，动颚和定颚的摆放等，对偏心距，v型带，偏心轴等进一步进行设计，重点设计了v带轮、主轴、机架设计、轴承及动颚,提高了破碎机的生产性能和安全性能，减少了破碎机零件的磨损。用Admas软件对破碎机进行了运行特征参数分析，并参照分析结果对破碎机进行了结构优化。 关键词：破碎机；结构设计；运动分析Structure Design and operation characteristic optimization of pe-25 compound pendulum jaw crusherAbstract：The crusher have advantages we are simple structure, large output, stable work and convenient operation, and have been wide mini used on look various fields. Through studying and exploring the principle of compound pendulum crusher, the design scheme have been clean boor worked in, the hanging mode of so he movable jaw amount plate, the tilting mode of movable jaw, the arrangement of movable jaw and fixed jaw, etc. , the i-belt Pulley, main in shaft, fare designs, bearing and moving jaw were mainly designed to improve the production performance and safety performance of the crusher, and reduce the wear of parts pitch. The running characteristic parameters of the crusher are analyzed with Adams software, and the structure of the crusher was optimized according to the analysis results.Key words：Crusher；Structure design；Kinematic analysis目录1 绪论11.1 现状11.2 设计任务12 破碎机设计方案22.1 破碎机的工作机理22.2 两颚板的摆放设计32.3 破碎机动鄂悬挂32.4 调整装置33 破碎机的主要参数设计43.1 动颚的运动轨迹43.2 破碎机主要的参数43.2.1 已知条件43.2.2 破碎机钳角设计43.2.3 破碎机中动鄂水平运动设计53.2.4 传动角设计53.2.5 偏心距e的设计53.3 电动机的选择53.3.1 电动机容量53.3.2 选择电动机型号63.4 主轴转速的设计63.5 生产效率的设计74 工作零部件设计84.1 皮带轮的有关设计84.1.1 皮带轮所要用到的功率84.1.2 V带带型84.1.3 设计大带轮的直径的设计84.1.4 设计大带轮的直径的设计94.1.5 检验v带带速104.1.6 v型带的根数104.1.7 V带根数104.1.8 检验一根V带所承受的拉力114.2 偏心轴114.2.1 轴径114.2.2 偏心轴强度114.3 飞轮的重量124.4 破碎力144.5 肘板144.6 动颚结构154.7 轴承165 腔形与机架设计165.1 机架的结构形式165.2 机架结构的设计165.3 机架前壁设计175.4 机架侧壁设计175.5 机架后壁的设计185.6 型腔的设计186 破碎机运动特性分析196.1 运动仿真介绍196.2 运动模型设计分析196.3 仿真结果分析21总结22参考文献23致谢241 绪论1.1 现状破碎机经过发展和改良后，复摆颚式破碎机在很多领域被用得很多。特别在建材领域，可以为施工方提供符合的沙子和石子。破碎机其结构简单，产量大，工作稳定，加上操作较方便，所以被大量应用在各个领域。复摆颚式破碎机的改进进步了很多。例如活动颚板吊挂方式，吊挂高度等等，他有利降低吊挂的高度，还节约了一定的材料，进而提高生产率。为了提高稳定性，需要改变动颚和固定颚的排列方式，动颚倾斜方式。为了机器的安全性，可以降低机器的高度，那么就要改进肘板摆放方式下置式正支撑。复摆式颚式破碎机其实就是一个很简单的曲柄和连杆机构,主要部位就是他的动颚和定颚，定颚之所以叫定颚就是他是固定在机架上不动的，动颚则是主要的动作机构，连接在了主轴上，随着主轴的转动它进行一定规律的往复运动，就好像是人的上下颚一样，将物料进行挤压、破碎。与简摆的相比，有了不少的改进和优化，少了一根连杆；肘板，连心轴和轴承也被减少了；正因为这样传动效果和生产都有了很大的提升。其中破碎机石料的破碎比可达到i=10。综上复摆颚式破碎机的传动合理，材料优化甚好，所以被大众使用。但是复摆破碎机也是有不少不足的地方的，就好像：齿板容易磨损啦，要经常更换，这不单使生产的成本加多，还会把生产效率降低，所以要选择更好的材料，最好的，又相对经济的强度和硬度的作为齿板，以提高齿板的性能。1.2 设计任务查找破碎机类型及各类型破碎机的市场应用情况，阅读参考文献不少于篇。掌握复摆颚式破碎机工作原理和总体结构，用三维设计软件（UG、Solidwork等），设计PE-25复摆颚式破碎机。主要完成的任务有：1. 复摆颚式破碎机总体方案设计。2. 设计各零部件结构，并对PE-25复摆颚式破碎机的动作进行动作仿真。3. 设计PE-25复摆颚式破碎机的运动控制方案。目标及要求：1. 用三维软件对机构三维建模，并完成动作仿真。2. 绘制PE-25复摆颚式破碎机的装配图及非标件的零件图，总图纸量折合不少于2张A0标准图纸。3. 撰写设计说明书1份，字数不少于4000字。2 破碎机设计方案2.1 破碎机的工作机理参照矿山机械8,复摆颚式破碎机的中包含了电动机，颚板轴承和带轮等纵多部件。动颚板上部与偏心轴相连,他们组成了一个连杆，偏心轴的转动它也转动，底部的支撑就是我们说的推力板啊。当偏心轴转动的时候呢,动颚板相对定颗板来说是作往复摆动的,同时它的相对颚板在上下地运动。图 21 结构图图 22 运动简图2.2 两颚板的摆放设计破碎机的两各颚板的布置有：动颚板自己倾斜，定颚垂直；和动颚和定颚他们两都倾斜；及动颚垂直，定颚板自己倾斜。图 23 颚板布置方式在这三个方式中第一种较为普遍，我们这个选第一个。先知排料口的大小b、破碎机大小L、动颚摆动次数n和动颚行程s的先决条件下，因为tantan1+tan2，这样计算是第二种方式最好，但是它的动颚在运动学上受到约束了，对机器的正常运行是不利的，所以第一种方案好。2.3 破碎机动鄂悬挂a正悬挂 b零悬挂 c负悬挂图 24 颚式破碎机悬挂方式复摆颚式破碎机经常见的悬挂方式为图 24上的几种。为正悬挂：h0，零悬挂：h=0，和负悬挂：h0这三种形式。如果不考虑其他因数优先选负悬挂式，负悬挂物料进行破碎时不稳定，零悬挂和负悬挂的设计都很难。设计用正悬挂。2.4 调整装置破碎机的动颚和定颚的衬板在工作过程中由于磨损会变化，导致排料口变大，加工的产品粒度就会过大，影响达标程度，所以要用装置来调，那么用什么呢，就目前的情况调整装置是有很多的，什么垫片啦，液压啦，衬板啦，楔铁调整装置等等，但是最为简单，成熟的还是立式楔铁调整装置。所以本设计选用楔铁调整装置。楔铁调整装置有立式与卧式。楔铁调整装置可以让后壁上下运动。之后楔铁的运动带动调整座往前或者往后移动，可以调整排料口大小。3 破碎机的主要参数设计3.1 动颚的运动轨迹复摆颚式破碎机的机构是连杆机构来的，在运动过程中动颚的上部水平运动比下部的要大。但是其竖直方向运动的下部就较大了。整个动颚竖直运动幅度要大大于水平运动幅度。3.2 破碎机主要的参数3.2.1 已知条件PE250400破碎机参数：进料时进料口所需要的尺寸：250400（mm）;在出料时出料口所需要的尺寸：2060（mm）;进料时物料块的最大尺寸：210（mm）;要求机器的产量7.5m3h 。3.2.2 破碎机钳角设计钳角简单来说就是两个颚板之间构成的空间角度，工作时一定要选合适的钳角，过大和过小的钳角都不利于机器的运行。过大的钳角放进去的物料会掉落很难加工；过小的钳角容易把物料卡住会进而降低破碎比。图 31 钳角示意图由受力分析可以知道机器在没有工作时物料是平衡状态的，受力平衡，每个方向的分力之和为零。根据下式tan=21-2（31）式中摩擦系数，根据经验，=0.3，有max=3324。其实要恰当降低钳角来提高安全系数，确保生产安全，综合考虑取钳角取理论值65%，得=0.65max，根据习惯性和经验钳角的一般范围：=1726。取钳角22。3.2.3 破碎机中动鄂水平运动设计动颚的水平运动在整个设计中很重要，大小要合理。水平位移的值小会使生产率降低，位移过大两个颚板之间会出现突变，甚至会弄坏机器。关于动颚水平行程有公式SY（0.30.4)Smin（32）式中Smin-最小排料口尺寸；动鄂的水平行程取SY=0.3520=7mm。3.2.4 传动角设计传动角的角度根据不同的机器有不同的角度，传动角会影响偏心距，进而影响动颚的水平行程，出现个种情况，所以传动角的设计不是越大越好，传动角范围在=4555之间，所以取传动角=50。3.2.5 偏心距e的设计因为偏心距的增大减小是可以增大减小动颚行程的，可以提高降低生产率，但是过大的偏心距不行，容易使机器出现故障，损坏机器，根据公式有：3.3 电动机的选择电动机是动力的来源，功率过大浪费，过小功率又提供不了足够的动力，所以功率很重要的，当破碎机进料口的物料尺寸为210mm时，测试机上测试出来要1280Nm那么多的力。3.3.1 电动机容量参照复摆颚式破碎机功率测定以及他们的研究4，根据维雅德公式：Na=0.0114LLmax式中：Na破碎机主电机功率kw；L破碎机进料口长度cm；Dmax是最大给料粒度cm；从而得，Na=0.01144021=9.576kw。3.3.2 选择电动机型号考虑设计要节能环保，加上小的噪音和较大的转矩，小震动，高可靠性，我们用Y系列三相异步电动机，适合IEC标准。额定电压380v，功率额定值为50Hz。电动机用接法。电动机被要求工作在1000m以下的环境。 综合考虑，参照颚式破碎机设计和维修2选用y180M-8型号的电动机，接三相电流，额定电压380v，不用升压的情况下，转速也能在要求范围，还有经济实惠，肯定选Y180M-8型号的电动机。3.4 主轴转速的设计图 32 受力分析示意图主轴的转动偏心轮也转动，偏心轮的转动又带动动颚的运动，偏心轮转一圈，动颚完成一个周期往返运动，需要一分钟所以主轴的运动决定动颚的运动，主轴的设计关系跟生产有关系。主轴的设计较重要。有高转速的偏心轴可以提高生产效率，但是不是越高越好，根据节能，环保原则，过高的转速不好，假如物块在腔内最高地方到动鄂上最低点处的高度变动是h，时间t，高度h变化，有：（33）式中h是物料自由落体高度；t-物料自由落体所利用的时间，t=30n。代进公式h=sxtan=gt2,有偏心轴转速：n=665tansx=665tan7=160rmin。3.5 生产效率的设计生产率决定生产的快慢，所以要根据物料的强度和硬度还有进料的粒度等众多因数考虑，根据以下公式计算：（34）出口宽度（mm）；物体易碎性系数，根据表3-2；物体堆积的密度修正系数 ；物料堆积密度 （）；进口粒度的修正系数。表 31 料口的宽度生产率q进料口尺寸/mm400250600400q/t.(mm,h)/100.4110.64根据表得：q=0.4，所以啊物料的堆积密度为,有：，得：。表 32 易碎性系数K1物料硬度抗压强度/MpaK1硬质物料156-1970.91-0.952中硬物料79-1571软硬物料801.05-1.19表 33 修正系数k3Dmax与B之比0.850.60.4K311.11.24 工作零部件设计4.1 皮带轮的有关设计电机Y250L-8；功率P=11kw；满载转速=730r/min，偏心轴的转速=160r/min。表 41 工作情况系数Kg工作机原动机1类2类一天工作时间（h）1616载荷变动大破碎机；1.31.41.51.51.61.74.1.1 皮带轮所要用到的功率由表4-1中的相关数据可以知道Kg=1.3；所以。4.1.2 V带带型考虑到了功率和转速的关系，参照机械设计课程设计手册6，我们选B型设计带轮，Pi=14.3kw,n1=730rmin。综合考虑到知道的数据图表与设计结构的合理，得。4.1.3 设计大带轮的直径的设计根据表格得。表 42 V带带轮最小直径Dmin/（mm）型号YABCDEZDmin/（mm）2075125200335550050表 43 V带轮的计算直径计算直径D2/（mm）ABCDE600630710注：-最佳选择 -优先选择 -可以选择大带轮实际转速：n2=（1-0.02）（160730）710=161.21rmin4.1.4 设计大带轮的直径的设计（1） 计算v带带长求dm；dm =(+) /2=(160d+710d)2=7802=435mm求；=(-) /2=(710d-160d)2=5502=275mm中心距要求0.7(+)1204.1.5 检验v带带速；因为55.7325，合适。4.1.6 v型带的根数1) 单V带额定功率Pr计算已知dd1=160mm，n1=730r/min，通过表4-5知道b型带的功率为， V带增加功率：p0=Kwn1（1-1K）（41）传动比i=n1n2=730160=4.56 查表46和47得Ki=1.14，Kw=2.6510-3。所以P0=2.6510-3730(1-11.14)=0.238。于是P0=（p0+p0）k0kl=（2.159+0.23）0.921.09=2.40kw：表 45 小带轮系数K包角0181171160150140K1.00.980.930.920.894.1.7 V带根数根据z=Pi（P0+P0)KKL）,查机械设计课程设计手册6表 45和表 46的K=0.93 KL=1.09表 46 长度系数KL内周的长度Li/（mm）KLBCD35501.090.990.8940201.231.30.9245001.351. 40.95所以，取为6根。4.1.8 检验一根V带所承受的拉力（42）由文献机械设计7得，所以偏心轴在破碎时所承受的力4.2 偏心轴4.2.1 轴径根据公式求动颚轴颈：d=323pn（43）其中：p-破碎机的电机功率；n-主轴的转速r/min。p=11kw， n=160 r/min，得d=323pn=32311101010160=324.06mm=130mm4.2.2 偏心轴强度参考材料力学II5，可以做如下计算：1) 支反力：2) 弯矩：3) 扭矩：4) 当量弯矩：=轴径的强度校核：=以上得出合格5) 许用弯曲应力：（44）其中n=1.8；=0.91.8=1.62； b受弯矩时，b=0.54； K=1.69。则6) 计算该点的断面系数W7) 危险截面应力计算w=316 MPa合格。偏心轴符合要求。4.3 飞轮的重量假设电动机在动颚中不工作的路径中小号功率是千瓦，在工作是千瓦，正常工作的情况下，有它们的关系为N。设在动颚的非工作用时间是秒，电动机会产生过多的能量被存储在飞轮中。设它的工作行程的时间是秒，飞轮会把多余的能量释放到动颚上，帮助动颚破碎物体。我们又可以假设飞轮的角速度w，Wmin是飞轮的最小角速度，飞轮最大的角速度是在工作开始前，为Wmax。有平衡方程102Nt1=102N1t1+J(Wmax2-Wmin2),有102Nt1=102N1t1+JW2;储存在飞轮中的能量：JW2=102t1（N-N1）假设N1是空程消耗功率， N1=PN，p就是损失系数。得方程：N-N1=N-PN =N&为机械效率，复摆式选择0.85。则得到：JW2=102t1N&。飞轮转动惯量：J=102t1=N&w2;飞轮非转矩：GD2=4gj联合两式子，得到飞轮重量G=4gjD2=4g102t1N&W2D2（45）式中:=9.8米/秒；D飞轮直径(m)；平均角速度，；速度不均匀系数，破碎机较小所以取范围为。将和看成相等，所以主轴的单周转速是秒， 秒，代入有：（46）已得：；飞轮质量：图 41 飞轮的尺寸的通过公式计算飞轮的厚度：式中：轮毂和齿顶圆他们距离；飞轮的的密度； 7.2；飞轮的直径；D=650mm；飞轮厚度；=174mm。4.4 破碎力破碎力是一个机器的重中之重，它的大小决定了可以破碎什么样的物体。强度和刚度的校核可以用它。一般我们可以利用实验法对实际两颚板的受力进行测定，参照冲击破碎机冲击速度、冲击时间和破碎力的确定1有其中：-齿板受到的各方面压力， ；L、H破碎腔的长和高。则：有强度的大小的因数，为了破碎机不被冲击载荷破坏，要提高50%的力进行计算，则破碎力为：4.5 肘板肘板在破碎机的保险中占重要的作用，它可以避免破碎机的过大压力机器的损坏，当超载时，先断的为推力板。不会影响其他部件，加上推力板加工简单，价格便宜，好更换。这各设计使用的材料为HT150-200。许用应力=90。则有根据图4-3，肘板压力=，故合格。依据肘座分类，肘板大概有滑动型肘座和滚动型肘座两种不同的，滑动型的是全部接触的，冲击磨损较大，滚动的摩擦较小，选择滚动的合适。 A滚动型 b滑动型图 42 肘头和肘垫4.6 动颚结构动颚是重要组成零件，也是一个较复杂的零件，所以要求它的结构是比较高的要好一点的，这样才可以保证机器的高效低故障地运行。因为动颚板具有支撑齿板的作用，所以它受到强大的冲击载荷，所以它要有足够的抗压能力，第一第 四截面的应力相差很大。因为第一截面受到的应力较大，所以要求材料和厚度要比其他的要大，第四的可以薄一点。这样可以节省材料节省成本，提高寿命。图 43 动颚体轮廓尺寸我们要根据不同的类型选择不同的动颚。因为动颚很重会影响到轴承的使用时间长度，当动颚头部较重的时候，要加大它的刚度，要不然轴承容易段，会发生事故。中小型动颚结构的截面形状有“E”和反“E”。材料选择的铸件为ZG35材料。物体受力是从上到下逐渐增大，我们用由上部到下部逐渐增大的梯形加强筋的方法，这个不仅满足强度要求，而且节省材料，更加减轻了机器的重量。就很合适。4.7 轴承轴承的作用相当重要，不单要承受轴向载荷，更要能承受径向载荷，轴承外圈是球面的，不单起到调心作用，还能能抗住大的载荷，参照机械设计课程设计手册6选调心轴承。有轴承长久公式：.（47）根据机械设计课程设计手册6，有轴承的C值。d4=100mm处轴承22320CC/W3有对于d3=130mm处的轴承22226CC/W33，有合格。5 腔形与机架设计5.1 机架的结构形式从焊接机架颚式破碎机的开发及可行性分析3中知体机架的刚度很强，但对比组合机架的缺点就是体积大运输不方便，安装困难，制造也不便。但是小型的机架可以使用整体式。焊接机架比整体机架更加容易加工，而且可以小小的减轻机器重量，采用焊机整体机架较为好。5.2 机架结构的设计机架的机构设计我们要考虑到机架的强度和刚度，来保证机架的正常工作，进一步尽量要求美观和节能环保，机架的基本形状如图5-1。5.3 机架前壁设计由图知道，前壁受到横向力，方向是垂直定额板，大小为Fmax，所以我们要在横向方向上加横向筋板，又因为是小型的机器，只要加一块就可以了，为了提高性能弄成反e形状。5.4 机架侧壁设计加强筋是根据受力情况定的，由于主轴受有f的压力而且斜向下。很有可能会产生悬臂有一个叫做斜翻的力矩。所以我们在主轴是轴承座下方加一个竖筋板用来加固。图 51 机架受力分析图 52 侧壁加强筋图 53 大的传动角受力有时候侧壁是不要筋板的，例如安装衬板座用来减弱f2的力冲击导轨。图 54 颚式破碎机机架5.5 机架后壁的设计机架的后壁设计基本上跟前壁的差不多。后壁水平方向上的力由后壁和后壁筋板来承受。竖直方向上的力会到导轨上。通过设计侧壁可以消除冲击问题，所以通过后壁设计E型筋板可以满足设计要求。5.6 型腔的设计受力分析，知道破碎腔的中下部的其中一部分颚板磨损较为严重。所以要加厚此处的材料，随即变成了一个弧线形的衬板，形成曲线行破碎腔。曲线的不单可以提高生产效率,还可以加强强度，增高衬板抗磨损的能力，可以减少更换衬板的次数，所以曲线是优先选择。6 破碎机运动特性分析6.1 运动仿真介绍运动仿真通过软件的运行和分析，建立模型，分析它的运动规律等等。从而分析机器的零件速度，加速度，运动情况。一般用UG软件来仿真分析运动模板，他不单可以有运动学分析还有动力分析。一般有下面几个顺序设计连杆；设计运动副；设计运动驱动。6.2 运动模型设计分析将模型简易为偏向轴和小部分机架和鄂板和推力板的较为主要的部件如下图。图 61 简易模型连杆设计：复摆破碎机结构比较简易，像摇杆结构，动颚设计为连杆 1，推力板连杆 2，偏心轴偏心距是连杆 3，机架是连杆 4，即构成曲柄摇杆机构的要素。运动副：连杆3设计成旋转副，常量为5，其余定义成旋转副，不调定义速度，所以有大概的运动机构仿真。如下图 62 运动机构仿真建立上面的模型后通过ADMMS处理有表 61 ADMMS处理结果信息清单创建者hh日期202-04-9 21：09：00当前工作部件jian-modong_zhuangpeitumotion_1.sim节点名2020-04-5-1831Mechanism：motion_3Solver：AdamsDegrees for Freedom：1Number of Links：4Link：L001Number of Joints：2Joint：J003 - RevoluteJoint：J004 - tureLink：L002Number of Joints：2Joint：J002 - trueJoint：J003 - RevoluteLink：L003Number of Joints：2Joint：J004 - trueJoint：J005 - RevolveMotion us Inputs 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