PE900X1200复摆鄂式破碎机设计及计算
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徐州工程学院毕业设计（论文）任务书 机电工程学院 学院 机械设计制造及其自动 专业设计（论文）题目 颚式破碎机 学 生 姓 名 管华 班 级 06机本4班 起 止 日 期2010.03.102010.06.02 指 导 教 师 杨根喜 教研室主任 李志 发任务书日期 2010年 3月10日说 明1根据徐州工程学院毕业设计(论文)管理规定，学生必须撰写毕业设计（论文）开题报告，由指导教师签署意见、教研室审查，学院教学院长批准后实施。2开题报告是毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。学生应当在毕业设计（论文）工作前期内完成，开题报告不合格者不得参加答辩。3毕业设计开题报告各项内容要实事求是，逐条认真填写。其中的文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。4本报告中，由学生本人撰写的对课题和研究工作的分析及描述，没有经过整理归纳，缺乏个人见解仅仅从网上下载材料拼凑而成的开题报告按不合格论。5. 课题类型填：工程设计类；理论研究类；应用（实验）研究类；软件设计类；其它。6、课题来源填：教师科研；社会生产实践；教学；其它1.毕业设计的背景： 目前，国内颚式破碎机类型很多，但得到广泛使用的还是传统复摆颚式破碎机。各制造厂的产品技术水平相差悬殊，有少数厂家的产品已接近世界先进水平，大多数厂家的产品差距很大。为缩短差距和赶上世界先进水平，发展和提高现有颚式破碎机技术水平是当务之急。 颚式破碎机是由美国人E.W.布雷克（Blake）发明的。自第一台颚式破碎机问世以来，至今已有140余年的历史。在此过程中，其结构得到不断地完善。 由于颚式破碎机结构简单、制造容易、工作可靠、使用维修方便等优点，所以在冶金、矿山、建材、化工、煤炭等行业使用非常广泛。 为了改善颚式破碎机性能和提高工作效率，国内外曾研制过各种异型颚式破碎机。 早年，德国和前苏联都曾研制过液压驱动的颚式破碎机。其特点是提高动颚摆动次数借以增加产量，同时能实现液压调整排料口、液压过载保护以及能负荷启动。 原西德制造过冲击式颚式破碎机，而原苏联也制造了振动颚式破碎机（也叫惯性颚式破碎机）。它们都靠动颚振动冲击破碎物料，借以提高破碎机性能。前者国内曾经试制过，由于某些原因没能继续研制。 原东德曾制造过一种简摆双腔颚式破碎机，美国生产过复摆双腔颚式破碎机。国内北京某设计院以及湖南某大学都曾与工厂合作研制了双腔颚式破碎机。其特点是使间歇工作变成连续工作，借以提高破碎机工作效率。 安徽某设计院曾发明一种双腔双动颚复摆颚式破碎机。它除了提高工作效率，同时又能降低破碎机负荷，使机重减轻很多。 原苏联早年曾制造一种双动颚颚式破碎机。国内辽宁某学院与矿山合作开发了双动颚颚式破碎机。这种破碎机就是将原来两个破碎机去掉前墙对置后而成。为了两动颚同步运转，在偏心轴一端增设一对开式齿轮。由于它的结构太复杂，近年又研制一种单轴倒悬挂的双动颚破碎机。国内上海某学院曾研制过此种颚式破碎机。这两种破碎机的特点，其动颚同步运转，使破碎机强制排料。这样，靠提高转数增加破碎机产量，同时由于物料与动颚没有相对运动，减少衬板磨损延长使用寿命。近来又研制了单动颚倒悬挂颚式破碎机。 早年，美国、英国、德国相继生产了Kue-Ken 简摆颚式破碎机。该机特点是，动颚悬挂高度很高并且前倾。连杆下行为工作行程、主轴承为半圆滑动颚轴承。山东招远黄金机械厂曾引进了这种破碎机，并在此基础上研制了Jc颚式破碎机。 国外制造过一种肘板向上放置的颚式破碎机。国内有几家设计院和制造厂生产了这种破碎机。它的特点是靠增大传动角改善动颚运动特性，提高破碎机性能。在国内该机有叫负支承、上斜式、上推式和上置式破碎机。我认为叫大传动角（包括倾斜式）破碎机更合适。 美国鹰破碎机公司制造一种倾斜式颚式破碎机。其传动角大约70以上。它的最大点是低矮，最适于井下或移动式破碎机上工作。北京矿冶研究总院与某厂合作生产了几个规格的这种破碎机，其中最大为9001200颚式破碎机。 国内山西某煤矿引进德国WB8/26颚式破碎机。该机置于皮带机上方，借助曲柄连杆机构驱动动颚压碎煤块。实践证明使用效果较好。 以上各项异型破碎机的研制都取得了一定的效果并对国内破碎机行业的发展起到了一定的推动和促进作用。但是，都没能得到大面积推广使用。国内绝大多数制造厂生产的和现场使用的都还是传统复摆颚式破碎机。就近两年国外机械设备展览会上展出的颚式破碎机来看，也都是传统颚式破碎机，没有异型颚式破碎机出现。 国内各厂家所制造的颚式破碎机技术水平相差很悬殊，有少数厂家的产品基本接近世界先进水平，而大多数厂家的产品与世界先进水平相比差距较大。 综上所述，改善国内颚式破碎机落后的状况，全面提高颚式破碎机技术水平，赶上世界先进水平，创造世界品牌的颚式破碎机是当务之急。2.毕业设计(论文)的内容和要求：3.主要参考文献：机械设计第四版 邱宣怀主编 高等教育出版社，1997年颚式破碎机设计与检修郎宝贤，郎世平著 机械工业出版社,1990年4.毕业设计(论文)进度计划(以周为单位)：起 止 日 期工 作 内 容备 注第一周第二周第三周第四周第五周第六周第七周第八周第九周第十周第十一周第十二周第十三周第十四周第十五周毕业实习毕业实习查询相关文献，收集资料查询相关文献，收集资料画破碎机零件图画破碎机零件图画破碎机零件图画破碎机零件图设计破碎机总装配图设计破碎机总装配图设计破碎机总装配图设计破碎机总装配图整理图纸资料，撰写设计说明书整理图纸资料，撰写设计说明书准备答辩教研室审查意见： 室主任 年 月 日学院审查意见： 教学院长 年 月 日徐州工程学院毕业设计开题报告课 题 名 称：颚式破碎机的设计与计算学 生 姓 名： 管华 学号： 13 指 导 教 师： 杨根喜 职称： 副教授 所 在 学 院： 机电工程学院 专 业 名 称： 机械设计制造及其自动化 徐州工程学院2010年03月04日说 明1根据徐州工程学院毕业设计(论文)管理规定，学生必须撰写毕业设计（论文）开题报告，由指导教师签署意见、教研室审查，学院教学院长批准后实施。2开题报告是毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。学生应当在毕业设计（论文）工作前期内完成，开题报告不合格者不得参加答辩。3毕业设计开题报告各项内容要实事求是，逐条认真填写。其中的文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。4本报告中，由学生本人撰写的对课题和研究工作的分析及描述，没有经过整理归纳，缺乏个人见解仅仅从网上下载材料拼凑而成的开题报告按不合格论。5. 课题类型填：工程设计类；理论研究类；应用（实验）研究类；软件设计类；其它。6、课题来源填：教师科研；社会生产实践；教学；其它课题名称颚式破碎机的设计与计算课题来源生产实际课题类型应用型选题的背景及意义设计背景：常用的破碎机械有颚式破碎机、旋回破碎机、圆锥式破碎机、辊式破碎机、锤式破碎机和反击式破碎机等几种。颚式破碎机主要用于抗压强度不超过320兆帕的各种物料的中碎、粗碎作业，具有破碎比大、产量高、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。该破碎机已广泛运用于矿山、冶炼、建材、公路、铁路、水利等部门。鄂式破碎机性能特点： 结构简单、维修使用方便；性能稳定，运营成本低；破碎比大。颚式破碎机按照活动颚板的摆动方式不同，可以分为简单摆动式颚式破碎机(简摆颚式破碎机)。复杂摆动式颚式破碎机(复摆颚式破碎机)和综合摆动式颚式破碎机三种。复摆式颚式破碎机与简摆式相比较，其优点是：质量较轻，构件较少，结构更紧凑，破碎腔内充满程度较好，所装物料块受到均匀破碎，加以动颚下端强制性推出成品卸料，故生产率较高，比同规格的简摆颚式破碎机的生产率高出20-30%；物料块在动颚下部有较大的上下翻滚运动，容易呈立方体的形状卸出，减少了像简摆式产品中那样的片状成分，产品质量较好。设计意义： 1.破碎腔深而且无死区，提高了进料能力与产量；2.其破碎比大，产品粒度均匀；3.垫片式排料口调整装置，可靠方便，调节范围大，增加了设备的灵活性；4.润滑系统安全可靠，部件更换方便，保养工作量小；5.结构简单，工作可靠，运营费用低。6.设备节能：单机节能15%30%，系统节能一倍以上；7.排料口调整范围大，可满足不同用户的要求；8.噪音低，粉尘少。研究内容拟解决的主要问题本课题的基本内容：颚式破碎机的设计与计算（1）研究颚式破碎机的构造，了解其工作原理和特点。（2）研究颚式破碎机动颚部分，选择最佳设计方案及设计结构。（3）研究颚式破碎机的受力情况，根据设计要求对其主要零件（如偏向轴、肘板等）进行设计计算及强度计算。（4）根据设计要求及计算结果，绘制颚式破碎机的总装配图及其主要零件图研究方法技术路线（1）调研和参观实习，查阅收集相关资料，了解此课题的研究动态。（2）根据原始数据进行设计计算。（3）根据设计计算，选择合理的方案，设计出颚式破碎机总图及各部件的尺寸（4）绘制颚式破碎机总装图、主要零件图。研究的总体安排和进度计划第1-3周查阅破碎机有关资料，制定设计方案。第4-5周撰写开题报告，进行预设计。第6-12周进行破碎机的正式设计及绘制相关图纸。第13-16周完成毕业论文及图纸。主要参考文献1.孙桓等主编.机械原理.高等教育出版社,20012.濮良贵乖主编.机械设计.高等教育出版社,20013.李永堂等主编.锻压设备理论与控制.国防工业出版社,20054.刘鸿文主编.材料力学.高等教育出版社,20045.成大先主编.机械设计手册.化学工业出版社,20046.王少怀主编.机械设计师手册.电子工业出版社,20067.唐敬麟主编.破碎与筛分机械手册.化学工业出版社,20018.廖汉元等编著.颚式破碎机.北京机械工业出版社,19.陈秀宁主编.机械设计课程设计.浙江大学出版社,199510.周恩浦.山机械。北京：冶金工业出版社，197911段德华.腭式破碎机破碎力及其合力位置。矿山机械，1983年第9期40-4312郎宝贤.腭式破碎机破碎腔的设计研究。矿山机械，198513.机械工程手册编辑委员会编.机械工程手册：矿山机械，19810Shigley J E,Uicher J J.Theory of machines and mechanisms.NewYork:McGraw-Hill Book Company,1980指导教师意 见 指导教师签名： 年 月 日 教研室意见学院意见教研室主任签名：年 月 日 教学院长签名： 年 月 日徐州工程学院毕业设计（论文）图书分类号：密 级：摘 要国内使用的鄂式破碎机类型很多,但常见的还是传统的复摆鄂式破碎机。复摆鄂式破碎机的出现已有140多年的历史,经过人们长期的实践和不断完善与改进,其结构型式和机构参数日臻合理, 结构简单、制造容易、工作可靠、维修方便，故在冶金、矿山、建材、化工、煤炭等行业使用非常广泛。随着现代化的发展，各工业部门对破碎石的需求进一步增长，研究复摆鄂式破碎机具有很重要的意义。本毕业设计主要是为满足生产需求：进料口尺寸：9001200（mm）；出料口尺寸：；进料块最大尺寸：；产量：而研究的。主要研究复摆鄂式破碎机的运动分析、主要零件受力校核、鄂板、齿板磨损的分析，各种工作参数的选择，工作机构的优化。重点研究传动的设计和系统的优化。关键词：复摆鄂式破碎机 传动 磨损ABSTRACTThe domestic use jaw type breaker type are very many,But common traditional duplicate pendulum Jaw-fashioned Crushe. The duplicate pendulum jaw type breaker appearance had more than 140 years history,And consummates and the improvement unceasingly after the people long-term practice,Its structure pattern and the organization parameter are day by day reasonable, The structure simple, the manufacture is easy, the work reliably, the service convenient, therefore in profession use and so on the metallurgy, mine, building materials, chemical industry, coal is extremely widespread. Along with the modernized development, various industry sector further grows to the broken crushed stone demand, studies the duplicate pendulum Jaw-fashioned Crushe to have the very vital significance. This graduation project mainly is for meets the production need:Feed head size: 9001200（mm）; Discharge hole size: ; Feeding block greatest size: ; Output: .Mainly studies the duplicate pendulum Jaw-fashioned Crushe the movement analysis, V belt choice, the analysis which the Jaw-fashioned Crushe, the toothed rack wears, each kind of operational parameter choice, operating mechanism optimization. Key research transmission design and system optimization.Key words: Jaw-fashioned Crushe Transmission AbrasionIII2目 录1 绪论11.1 破碎机概述11.2 破碎粒度11.3 选题背景21.3.1 设计条件21.3.2 设计内容21.3.3 设计关键31.3.4 设计要求32 物料破碎及其意义42.1 物料破碎及其意义42.1.1 破碎的目的42.1.2 破碎工艺42.2 破碎物料的性能及破碎比62.2.1 粒度及其表示方法62.2.2 破碎产品的粒级特性72.2.3矿石的破碎及力学性能93. 工作原理和构造123.1 工作原理123.2 鄂式破碎机的结构134.1连杆154.2动鄂164.3齿板的结构164.4肘板174.5调整装置184.6保险装置194.7机架结构194.8传动件204.9飞轮214.10润滑装置215 简摆鄂式破碎机的主参数设计计算215.1 总体参数215.1.1 主轴转速215.1.2 生产率225.1.3 钳角设计计算235.1.4动鄂水平行程245.1.5 偏心距及动鄂摆幅的计算245.1.6 动鄂水平行程255.1.7 偏心距e255.1.8 悬挂高度h265.1.9 破碎腔高度H265.2 破碎力265.2.1 破碎力的计算265.2.2 最大破碎力285.3 功率的计算285.3.1 生产能力Q295.4 主要零件受力计算306 重要零件的设计和校核326.1带轮的设计326.2偏心轴的设计346.3 轴承的选用357 鄂式破碎机的安装与运转377.1破碎机的安装377.2机架的安装377.3连杆的安装377.4肘板的安装387.5动鄂的安装387.6齿板的安装387.7破碎机的运转39结论40致谢41参考文献42附录43附录143附录2491 绪论1.1 破碎机概述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。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、冲击力等，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，适宜采用产生弯曲和劈裂作用的破碎机械；对于脆性和塑性的物料，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 破碎粒度在矿山工程和建设上，破碎机械多用来破碎爆破开采所得的天然石料，使这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以便进一步加工操作。通常的破碎过程，有粗碎、中碎、细碎三种，其入料粒度和出料粒度，如表一所示。所采用的破碎机械相应地有粗碎机、中碎机、细碎机三种。 表1-1 物料粗碎、中碎、细碎的划分（mm）类别入料粒度出料粒度粗碎中碎细碎30090010035050100100350 20100515制备水泥、石灰时、细碎后的物料，还需进一步粉磨成粉末。按照粉磨程度，可分为粗磨、细磨、超细磨三种。所采用的粉磨机相应地有粗磨机、细磨机、超细磨机三种。在加工过程中，破碎机的效率要比粉磨机高得多，先破碎再粉磨，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和破碎后的平均粒度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）i= 式（1-1）为了简易地表示物料破碎程度和各种破碎机的方根性能，也可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，称为公称破碎比。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限度进料口尺寸，所以，平均破碎比只相当于公称破碎比的0.70.9。每各破碎机的破碎比有一定限度，破碎机械的破碎比一般是i=330。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械串连加工，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，如果各级破碎的破碎比各是，。则总破碎比是= 式（1-2）由于破碎机构造和作用的不同，实际选用时，还应根据具体情况考虑下列因素；1) 物料的物理性质，如易碎性、粘性、水分泥沙含量和最大给料尺寸等；2) 成品的总生产量和级配要求、据以选择破碎机类型和生产能力；3) 技术经济指标，做到既合乎质量、数量的要求、操作方便、工作可靠，又最大限度节省费用。1.3 选题背景 1.3.1 设计条件（1）对中等靠上硬度矿石进行细碎； （2）最大进料粒度750mm； （3）排料口调整范围 100-200mm； （4）生产能力150-300th； （5）制造条件：一般机械制造条件，中大型工厂生产； （6）批量条件：小批量； （7）被破碎矿石的物理机械性能； 抗压强度极限Sb =120220MPa； 弹性模量E=5150079000Mpa； 普氏硬度系数1220。 1.3.2 设计内容（1）破碎机的原理、运动与动力学分析； （2）对主要零件进行结构设计、强度校核计算； （3） 成套图纸与设计说明书； 1.3.3 设计关键（1）进行合理的机构设计； （2）形成最佳的设计方案； （3）符合人机工程的外观造型。 1.3.4 设计要求（1）安装安全罩，防止人体或异物夹入运动部位，主要机械部位有过载保险装置，做到人机安全； （2）能较好地破碎各种矿石，调整装置应能达到规定的调整范围； （3） 结构简单，易于折装, 运货; （4） 零件系列化，并且无特殊加工的零部件，以减少制造成本; （5）机械整体运转平稳，支承零件有足够的刚度，轴承润滑良好，能轻快、灵活地运转； （6）尽量减少粉尘飞扬，降低噪声，无漏油现象。2 物料破碎及其意义2.1 物料破碎及其意义 从矿山开采出来的矿石称为百年原矿。原矿是由矿物与脉石组成的，露天矿井开采出来的原矿其最大粒度一般在2001300mm之间，地下矿开采出来的原矿最大粒度一般在200600mm之间，这些原矿不能直接在工业中应用，必须经过破碎和磨矿作业，使其粒度达到规定的要求、破碎是指将块状矿石变成粒度大于15mm产品的作业，小于1mm粒度的产品是通过磨碎作业完成的。2.1.1 破碎的目的（1）制备工业用碎石 大块石料经破碎筛分后，可得到各种不同要求粒度的碎石。这些碎石可制备成混凝土。它们在建筑、水电等行业中广泛应用。铁路路基建造中也需要大量的碎石。（2）使矿石中的有用矿物分离 矿石有单金属和多金属，而且原矿多为品位较低的矿石。将原矿破碎后，可以使有用金属与矿石中的脉石和有害杂质分离，作为选矿的原料，除去杂质而得到高品位的精矿（3）磨矿提供原料 磨矿工艺所需粒度大于15mm的原料，是由破碎产品提供的。例如在炼焦厂、烧结厂、制团厂、粉末冶金、水泥等部门中，都是由破碎工艺提供原料，再通过磨碎使产品达到要求的粒度和粉末状态。2.1.2 破碎工艺最终破碎粒度是根据产品的用途确定的。需要进行磨矿作业的矿石，应考虑到破碎与磨矿总成本较低来确定破碎产品的粒度。一般较适宜的粒度为1025mm。把原矿粒度与破碎产品的粒度的比，称为总破碎比，若露天矿开采出来的原矿粒度为2001300mm则破碎作业的总破碎比的范围为 式（2-1） 式（2-2）一台破碎机只能在一定限度的破碎比下才有合理的结构，才能最有效地工作，因此使一台破碎机达到这样的破碎比是很有困难的。各种破碎机的破碎比范围见表二。可见，要把原矿破碎到需要的粒度，必须将若干台破碎机串连进行分段破碎。总破碎比等于各段破碎比的乘积、为了发挥串联破碎机的破碎能力，不使小块矿石进入破碎机反复进行破碎，因此将破碎与筛分有机结合，构成合理的破碎工艺流程。表2-1各类破碎机的破碎比破碎机型式流程类型破碎比范围鄂式破碎机的旋回破碎机开路35标准圆锥破碎机开路35标准圆锥破碎机（中型）闭路48短圆锥破碎机开路36短圆锥破碎机闭路48 图2-1为一段破碎机机流程图，原矿经固定筛分后，筛上大块物料进入鄂式破碎机2，筛下物鄂式破碎机2的产品一起经振动筛3筛分；筛上物经圆锥破碎机4破碎，筛下物和圆锥破碎机4的产品一起经振动5筛分；筛下物作为磨机8的原料，落入矿仓7，筛上称进入圆锥破碎机6破碎，破碎机6与振动筛5构成封闭系统进行反复破碎、筛分，该系统称为封闭破碎系统。鄂式破碎机2和圆锥破碎机4的产品，均经筛分后进入下一流程，故称开路破碎。图2-1 破碎机机流程图 1-固定筛 2 - 鄂式破碎机 3、5-振动筛 4、6-圆锥破碎机 7-矿仓 8-磨机 2.2 破碎物料的性能及破碎比2.2.1 粒度及其表示方法 矿块的大小称为粒度，由于矿块形状一般是不规则的，需要用几个尺寸计算出的尺寸参数来表示矿块的大小。（1） 平均直径d矿块的平均直径用单个矿块的长、宽、厚平均值表示。 d= 式(2-3)式中 L矿块的长度（mm）B矿块的宽度（mm）H矿块的厚度（mm）式用长、宽的平均值表示： d= 式（2-4）平均直径一般是用来计算给矿和排矿单个矿块的尺寸以确定破碎比。（2） 等值直径矿块的粒度很小时可用等值直径来表示。等值直径是将细料物料颗粒作为球体来计算的。=1.24 式(2-5) 式中 m矿料质量（kg） 矿物密度 ( kg/m3) V矿料的体积 (m3)（3） 粒级平均直径d 对于由不同粒度混合组成的矿粒群，通过用筛分方法来确定矿粒群的平均直径，例如上层筛孔尺寸为d1，下层筛孔尺寸为d2，通过上层而留在下层筛上的物料，其粒度既不能用也不能用d1表示。当粒级的粒度范围很窄，上下两筛的筛孔尺寸之比不超过=1.414时，可用粒度平均直径表示，即d= 式(2-6)否则用表示粒级。2.2.2 破碎产品的粒级特性破碎产品都是由粒度不同的各种矿石矿粒所组成，为了鉴定破碎产品的质量和破碎机的破碎效果，必须确定它们的粒度组成和粒度特性曲线，确定混合物的粒度组成，通常采用筛分公检法（简称筛析）。筛析一般采用标准筛，筛面使用正方形筛孔的筛网。我国通常采用泰勒标准筛，其筛孔大小用网目表示，它指一英寸长度（一英寸等于25.4mm）内所具有的筛孔数目。这种筛子是以200目作为基本筛（=1.414）和补充筛比（=1.189）,筛孔的尺寸可根据筛比计算。例如，基本筛的上一基本筛为150目筛子的筛孔尺寸，可用基本筛的筛孔乘以基本筛为0.074=0.105mm。若计算两筛之间的补充筛孔尺寸，则用基本筛的筛孔尺寸乘以补充筛比得到。即0.074=0.088mm.我国尚无用于破碎机的产品粒度分析标准，在实际测试时，各厂家厂家使用的筛孔形状（方孔或圆孔）及序列也不尽相同。如果参照泰勒标准筛关于基本筛比的规定来确定筛孔序列，即各筛间的筛比天有不大于，就可以将上、下两筛间的产品粒度，用粒度平均直径表示这对于分析粒级特性显然是很方便的。因此推荐表三的粒级序列供参考。表2-2 各鄂式破碎机产品的筛的粒级序列型号PE-150X250PE-250X400PE-400X600PE-500X750PE-600X900PE-750X1060PE-900X1200粒度系列0-30-30-100-100-200-200-303-53-510-1410-1420-2820-2830-425-75-714-2014-2028-4028-4042-607-107-1020-2820-2840-5740-5760-8510-1410-1428-4028-4057-8057-8085-12014-2014-2040-5740-5780-11580-115120-17020-2820-2857-8057-80115-163115-1601702828-4080-11080-11016316340-55110110-15555155注：筛孔最大尺寸以其残留不超过5%来确定根据筛分结果，可以对产品（或原矿）的粒度特性进行分析。粒度特性用粒度特性曲线来表示，纵坐标表示套筛中各筛的筛上物料质量的累积百分数（简称筛上量累积产率%），横坐标或有筛孔尺寸与最大之比，或用筛孔尺寸与排矿口之比（%）表示。图2-2a所示为物料粒级特性曲线，任意两纵坐标之差，就表示在横轴上相应两点间物料粒级的产率。由图可知，难碎性矿石的粒级曲线运动呈凸形，这表明矿石的粗级物料占多数。中等可碎性矿石的粒级曲线2近似直线。这表明各种粒级所占的产率大致相等。易碎性矿石的粒级曲线3呈凹形，这表明矿石中的中等粒度的物料占多数。该粒级曲线可以分析比较各种矿石破碎的难易程度。由于横坐标比值不能反映产品绝对尺寸的粒级分布情况，因此在检查同型号不同破碎机的破碎效果并强调可比性时，只有筛孔最大尺寸及破碎物料相同时才有比较价值。当破碎机性能差别较大时，按筛子上残留量不大于5%所确定的筛孔最大尺寸也不相同。因此用该曲线来分析破碎机的破碎效果并不方便。图2-2b的横坐标表示筛孔尺寸与排矿石之比。当同型号各个破碎机的排矿口尺寸破碎物料相同时，该粒级特性曲线可以检查破碎机的破碎效果。图2-2a 筛孔尺寸与最大粒之比图2-2b 物料尺寸排矿口之比1 难碎性矿石 2 中等可碎性矿石3易碎性矿石 2.2.3矿石的破碎及力学性能机械破碎是用外力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。若矿石是脆性材料，它在很小的变形下就会发生破裂、机械破碎矿石有以下几种方法：1) 压碎 将矿石置于两个破碎表面之间，施加压力后矿石因压力达到其抗压强度限而破碎（图2-3a）。2) 劈裂 用一个平面和一个带尖棱的工作表面挤压矿石时，矿石沿压力作用线方向劈裂。劈裂的原因是由于劈裂面上的拉应力达到矿石的抗拉强度限 （图2-3b）。3) 折断 用两个带有多个尖棱的工作表面挤压矿石时，矿石就像受集中载荷的两支点或多支点梁。当矿石内的弯曲应力达到弯曲强度限时矿石被折断 （图2-3c）。 图 2-3 矿石的破碎和破碎方法 （a） 压碎 （b） 劈裂 （c）折断 （d） 磨碎 （e）冲击破碎4）磨碎 矿石与运动的工作表面之间受一定压力和剪切力时，矿石内的剪切力达到其剪切强度时，矿石即被粉碎（图 2-3d）5) 冲击破碎 矿石受高速回转机件的冲击力作用而破碎（图2-3d）。由于破碎力是瞬间作用的，所以破碎效率高，破碎比大，能量消耗小，但锤头磨损严重。实际上任何一种破碎机都不是以某一种形式进行破碎的，一般都是两种和两种以上的形式联合进行破碎。由于鄂式破碎机的破碎工作表面是两块相互交错布置的齿形衬板，因此其破碎作业兼有前四种破碎形式，当破碎机两工作面沿表面方向的相对运动位移加大而加强磨碎作业时，由于磨碎的效率低、能量消耗大、机件磨损严重，将会降低破碎机的破碎效果。矿石的破碎方法主要根据矿石的物理性能、被破的块度及所要求的破碎比来选择的，矿石分坚硬矿石、中等坚硬矿石和软矿石。也可以分为粘性矿石和脆性矿石。矿石的抗压强度最大，抗弯强度次之、抗拉强度最小。对坚硬矿石采用压碎，劈裂和折断的破碎方法为宜；对粘性矿石采用压碎和磨碎方法为宜；对脆性矿石和软矿石采用劈裂和冲击破碎的方法为宜。简摆鄂式破碎机可用于破碎各种性能的矿石，对于坚硬矿石有更高的效果。 表2-3 矿石的物理力学性能 矿石性质矿石名称抗压强度/MPa普氏硬度系数软矿石煤方铅矿菱铁矿无烟煤闪锌矿疏松石灰石244.57约9约101024软至中硬矿石致密石灰石褐铁矿磁铁矿50100约82106.5610中硬矿石花岗岩纯褐铁矿正长岩大理石致密砂岩12015012512515650150约1601215 硬矿石半假象赤铁矿辉绿岩闪长岩片麻岩158195.51802002001722201518极硬矿石石英岩闪长岩斑岩铜矿石钛磁铁矿玄武岩花闪长英岩1981818021815328015028023420030035018203. 工作原理和构造3.1 工作原理 电动机驱动皮带和皮带轮，通过偏心轴使动鄂上下运动，当动鄂上升时肘板与动鄂间夹角变大，从而推动动鄂板向固定鄂板接近，与其同时物料被压碎或劈碎，达到破碎的目的；当动鄂下行时，肘板与动鄂夹角变小，动鄂板在拉杆，弹簧的作用下，离开固定鄂板，此时已破碎物料从破碎腔下口排出。随着电动机连续转动而破碎机动鄂作周期运动压碎和排泄物料，实现批量生产。鄂式破碎机的工作部分是两块鄂板，一是固定鄂板（定鄂），垂直（或上端略外倾）固定在机体前壁上，另一是活动鄂板（动鄂），位置倾斜，与固定鄂板形成上大小的破碎腔（工作腔）。活动鄂板对着固定鄂板作周期性的往复运动，-分开 ，时而靠近。分开时，物料进入破碎腔，成品从下部卸出；靠近时，使装在两块鄂板之间的到挤压、弯折和劈裂作用而破碎。 其工作示意图（非标准机械设备设计）见图3-1，动鄂4悬挂在心轴2上，可以左右摆动，偏心轴3旋转时，连杆5作上下往复运动从而推动鄂动鄂作左右往复摆动，实现破碎和卸料，此种破碎机采用曲柄双连杆机构，虽然动鄂上受有很在的破碎反力，而其偏心轴和连杆却受力不大，所以工业上多制成大型和中型机，用来破碎坚硬的物料 。此外，这种破碎机工作时，动鄂上每点的运动轨迹都是以心轴的距离，上端圆弧小，上端圆弧大，破碎效率低，其破碎比I一般为36。图3-1 1定鄂2心轴3偏心轴4动鄂 5连杆6推力板简摆鄂工破碎机的优点是：偏心轴等传动件受力较小；由于动鄂垂直位移较小，加工时物料较少有过度破碎的现象；动鄂板的磨损较小。其缺点是：动鄂摆幅上下不大，一般而论上部进料口的水平位移垂直位移只有下部出料口的左右，不利于对已装入物料块的夹持与破碎，也不能对下部分供料，造成破碎腔下部盛料不足，降低了生产率。此外，由于下端摆幅大，卸出的物料块粒大小不均匀，成品质量欠佳。3.2 鄂式破碎机的结构 破碎腔是由固定在机架上的固定破碎板2、动鄂上的活动破碎板4以及机架两侧壁上的两块侧面衬板3为成的上下的巨型截柱体而构成的。被破碎物料喂入破碎腔后，通过动鄂的运动，是破碎腔容积周期改变而完成物料的破碎与排料。 破碎机有电动机驱动，通过带传动带动偏心轴9上的带轮8，再通过曲柄9的转动，使破碎机中的动鄂5相对定鄂板2周期性地靠拢与分开。鄂式破碎机的结构除满足运转、润滑、安装、检修等常规设计准则外，还必须考虑由其具体的运转和结构特点带来的特殊结构要求。由于破碎载荷为周期突加载荷，因此必须考虑运转中的速度波动调节，以使运动平稳并能合理利用原动技能量。在破碎过程中，破碎腔内可能落入非破碎物料，因此必须考虑机器的过载保护。当要求改变产品的粒度中，应考虑料口的调整装置。当肋板与其支撑垫键的锁合装置等。鄂式破碎机的破碎腔是由固定鄂板和可动鄂板5构成。固定和可动鄂都有锰钢制成的破碎板2和4。破碎板用螺栓和槭固定于定鄂和动鄂上。为了提高破碎效果，两破碎板的表面都带有纵向波纹，而且是凸凹相对。这样，对矿石除有压碎作用外，还有弯曲作用。破碎机工作空间的两侧上也有锰钢衬板3。由于破碎板的磨损不是均匀的，特别是靠近派排矿口的下部磨损最大，因此，往往把破碎板制成上下相对的，以便下部磨损后，将其倒置而重复使用。大型破碎机的破碎板是由许多块组合而成，各块都可以相换，这样就可以延长破碎板的使用期限。 为了使破碎板与动鄂和定鄂紧密贴合，其间须衬有由可塑性材料制成的衬垫。衬垫用锌合金或塑性大的铝板制成。因为贴合不紧密，会造成很大的局部过负荷，是破碎板损坏，紧固螺栓拉断，甚至还会造成动鄂的破裂。 动鄂悬挂在心轴6上，心轴则支撑在机架侧壁上的滑动轴承中。动鄂饶心轴对固定鄂板作往返摆动。 动鄂的摆动是借曲柄摇杆机构实现的。曲柄双摇杆机构由偏心轴9、连杆7、前推力板15和推力板13组成。偏心轴放在机架侧壁上的主轴承中，连杆则装在偏心轴的偏心部分上，前后推力板的一端支撑在连杆头两侧凹槽中肋板座14上，前推力板的另一端支承在动鄂后壁下端的肋板座上，而后推力板的另一端则支承在机架后壁的锲铁12中的肋板座上。当偏心轮通过V带轮从电动机获得旋转运动后，就使连杆产生上下运动。连杆的上下运动又带动推力板运动。由于推力板不断改变倾斜角度，因而使动鄂饶心轴摆动。连杆向上运动时进行破碎矿石。当连杆位于下部最低位置时，推力板与水平线所成的倾斜角度为10-12 后推力板不仅是传递力的杆件，而且也是破碎机的保险零件。当破碎机落入不能破碎的物体而是机器超过正常负荷时，后推力板立即折断，破碎机就停止工作，从而避免整个机器的损坏。 当连杆向下运动时，为使动鄂、推力板和连杆之间相互保持经常接触，因而采用以两拉杆11和两个弹簧10所组成的拉紧装置。拉杆11铰接于动鄂下端的耳环上，其另一端用弹簧10支撑在机架后壁的下端。当动鄂向前摆动时，拉杆通过弹簧来动鄂平衡和推力板所产生的惯性力。 鄂式破碎机有工作行程和空转行程，所以电动机的负荷极不平衡。为了减少这种负荷的不均衡性，在偏心轴的两端装有飞轮8和带轮。带轮同时也起飞轮作用。在空转行程中，飞轮把能量储存下来，在工作行程中再把能量释放出来。 在机架后壁与锲铁12之间，放一组具有一定尺寸的垫片。当改变垫片的厚度时，可以调整排矿口的宽度。图3-2 鄂式破碎机示意图 1- 机架 2、4破碎板3侧面衬板 5动鄂 6心轴 7连杆 8带轮 9偏心轴 10弹簧 11拉杆 12楔铁 13后推力板 14衬板座 15前推力板 4. 主要零部件的结构分析4.1连杆 连杆在工作中承受很大的拉力，故选用ZG270-500铸钢材料。连杆结构如图4-1所示。它由上、下两部分组成，上部的轴承盖4用2个大螺栓3固定在连杆下部，两者中间镶有耐磨软合金的轴瓦，该轴瓦叫连杆轴承，它套在偏心轴上。大型破碎机连杆轴承用循环油润滑，并设有水管，以便散去轴承的热量。 当偏心轴转动时，连杆作上下运动，在改变方向时，必须克服惯性。为了减少其惯性，减少振动，减少无用功的消耗，设计时应当尽可能减轻连杆的重量，所以连杆的断面常制成“工”字、“十”形或箱型。连杆不见重量约占整机重的8%-13%。本设计中采用的连杆是两个“工”字形。 图4-1 连杆4.2动鄂动鄂是支承齿板且直接参与破碎矿石的部件，要求有足够的强度和刚度，其结构应该坚固耐用，动鄂分箱型和非箱型。动鄂一般采用铸造结构。为了减轻动鄂的重量，本设计采用非箱型。如图4-2所示，安装齿板的动鄂前部为平板结构，其后部有若干条加肋板以增强动鄂的强度与刚度，其横截面呈E型。 图 4-2 动鄂4.3齿板的结构 齿板，是破碎机中直接与矿石接触的零件，结构虽然简单，但它对破碎机的生产率、比能耗、产品粒度组成和粒度以及破碎力等都会影响，特别对后三项影响比较明显。 齿板承受很大的冲击力，因此磨损得非常厉害。为了延长它的使用寿命，可以从两方面研究：一是从材质上找到高耐磨性能材料：二是合理确定齿板的结构形状和集合尺寸。现有的破碎机上使用的齿板，一般是采用ZGMn13。其特点是：在冲击负荷作用下，具有表面硬化性，形成又硬又耐磨的表面，同时仍能保持其内层金属原由的韧性，故它是破碎机上用得最普遍的一种耐磨材料。 齿板横断面结构形状有平滑表面和齿形表面两种，后者又分三角形和梯形表面。本设计采用三角形。如图4-3所示 图 4-3衬板齿形a）三角形 b）梯形4.4肘板 破碎机的肋板是结构最简单的零件，但其作用却非常的重要。通常有三个作用；一是传递动力，其传递的动力有时甚至比破碎力还大；二是起保险件作用，当破碎腔落入非破碎物料时，肋板先行断裂破坏，从而保护机器其它零件不发生破坏；三是调整排料口大小。 在机器工作时，肋板与其支承的衬板间不能得到很好的润滑，加上粉尘落入，所以肋板与其衬垫之间实际上一种干摩擦和磨粒磨损状态。这样，对肋板的高负荷压力，导致肋板与肋板垫很快磨损，使用寿命很低。因此肋板的结构设计要考虑该机件的重要作用也要考虑其工作环境。按肘头与肘垫的连接型式，可分为滚动型与滑动型两种，如图1-所示。肘板与衬垫之间传递很大的挤压力，并受周期性冲击载荷。在反复冲击挤压作用下磨损教快，特别是图1-所示的滑动型更为严重。为提高传动效率，减少磨损，延长其使用寿命，可采用图1-所示的滚动型结构。肘板头为圆柱面，衬垫为平面。由于肘板的两端肘头表面为同一圆柱表面，所以当肘板两端的衬垫表面相互平行时，肘板受力将沿肘板圆柱面的同一直径、并与衬垫表面的垂直方向传递。在机器运转过程中，动鄂的摆动角很小，使得肘板两端支撑的肘垫表面的夹角很小，所以在机器运转过程中，肘板与其肘垫之间可以保持纯滚动。 (a)滚动型 (b)滑动型图4-4 肘头与肘垫形式4.5调整装置调整装置提供调整破碎机排料口大小作用。随着衬板的不断磨损，排料口尺寸也不断地变大，产品的粒度也随之变粗。为了保证产品的粒度要求，必须利用调整装置，定期地调整排料裂口的尺寸。此外，当要求得到不同的产品粒度时，也需要调整排料口的大小。现有鄂式破碎机的调整装置有多种多样，归纳起来有垫片调整装置、锲铁调整装置、液压调整装置以及衬板调整。本设计采用垫片调整装置。 图 4-5垫片调整装置 1肘板 2调整座 3调整楔铁 4机架4.6保险装置当破碎机落入非破碎物时，为防止机器的重要的零部件发生破坏，通常装有过载保护装置。保险装置有三种：液压连杆、液压摩擦离合器和肘板。本设计采用肘板。肘板是机器中最简单、最便宜的零件，所以得到广乏应用且经济有效，但当肘板断裂后，机器将停车，应重新更换新肘板后方可工作。肘板保险件的另一个缺点是由于设计不当，常常在超载时它不破坏，或者没有超载它却破坏了，以至影响生产。因此设计时除应正确确定由破碎力引起的肘板压力，以便设计出超载破坏的肘板面积外，在结构设计时，应使其具有较高的超载破坏敏感。肘板通常有如图1-所示的三种结构：中部较薄的变截面结构；弧形结构；S型结构。其中图a结构在保证肘板的刚度和稳定性的同时，提高其超载破坏敏感度。图b、图c两种结构是利用灰铸铁肘板抗弯性能这一特性，选择合适的结构尺寸是肘板呈拉伸破坏，显然提高了肘板破坏的敏感度。尽管如此，肘板是否断裂主要取决与计算载荷的确定和截面尺寸计算是否正确。因此从加工制造方便性出发，图a所示应用最多，本设计也采用a中肘板。 图 4-6 肘板结构4.7机架结构破碎机是整个破碎机零部件的安装基础。它在工作中承受很大的冲击载荷，其重量占整机重量很大比例，而且加工制造的工作量也很大。机架的刚度和强度，对整机性能和主要零部件寿命均有很大的影响，因此，对破碎机架的要求是：机构简单容易制造，重量轻，且要求有足够的强度和刚度。破碎机机架机构分，有整体机架和组合机架；按制造工艺分，有铸造机架和焊接机架。1）整体机架，由于其制造、安装和运输困难，故不宜用于大型破碎机，而多为中、小型破碎机所使用。它比组合机架刚性好，但制造较较复杂。从制造工业来看，它分为整体铸造机架和整体焊接机架。前者比后者刚性好，但制造困难，特别是单件、小批量生产。后者便于加工制造，重量较轻，但刚性差。同时要求焊接工艺、焊接质量都比较高，并焊接后要求退火，但是随着焊接技术的发展，国内外鄂式破碎机的焊接机架用得越来越多，并且大型破碎机也采用焊接机架。焊接机架用Q235钢板，其厚度一般为25-50mm 整体铸造机架除用铸钢ZG270-500材料外，对小型破碎机破碎硬度较低的物料时，也可用优质铸铁和球墨铸铁。设计时，在保证正常工作下，应力求减轻重量。制造时要求偏心轴承中心镗孔，与动鄂心轴轴承的中心孔有一定的平行度。本设计用铸造机架如图4-8. 图4-8 整体铸造机架4.8传动件偏心轴是破碎机的主轴，受有巨大的弯曲力，采用45号钢调质处理，偏心轴一端装带轮，另一端装飞轮。4.9飞轮飞轮用以存储动鄂空形程时的能量，再用于工作行程，使机械的工作负荷趋于均匀。带轮也起着飞轮的作用。4.10润滑装置偏心轴轴承通常采用集中循环润滑。心轴和推力板的支承面一般采用润润脂通过手动油枪给油。动鄂的摆角很小，使心轴与轴瓦之间润滑困难，在其底部开若干轴向油沟，中间开一环向油槽使之连通，再用油泵强制注入干黄油进行润滑。5 简摆鄂式破碎机的主参数设计计算5.1 总体参数鄂式破碎机的主参数即决定机器技术性能及其密切相关的主要技术参数。破碎机的主参数包括转速、生产能力破碎力、功耗等。其中生产能力、破碎力、功耗除与破碎物料的物理、力学性能以及机器的结构和尺寸有关外，还与实地生产时的外部条件（如装料块度及装料方式等）有关，要作出精确的理论计算是比较困难的。本设计中用的公式都是通过一定数量的测试而得到的实验了理论分析式。多次实践表明这些计算公式有足够的计算精度。因此，从设计的角度，本设计只重视计算公式的是实用性，这些公式是破碎机最优设计时建立目标函数和设计约束的重要依据。5.1.1 主轴转速 如图5-1所示，b为公称排料口，SL为动鄂下端点水平行程，AL为排料层的平均啮角。ABB1A1为腔内物料的压缩破碎棱柱体，ABB2A2为排料棱柱体。破碎机的主轴转速n是根据在一个运动循环的排料时间内，压缩破碎棱柱体的上层面（AA1）按自由落体下落至破碎腔外的高度h计算确定的。而该排料层高度h与下端点水平行程SL及排料层啮角L有关。即排料层上层面AA1降至下层面并不，正好把排料层的物料全部排出所需的时间来计算主轴的转速。对于排料时间有不同的意见：一种认为排料时间t应考虑破碎机构的急回特性，即排料时间与机构的行程速比系数有关。这一观点未注意到动鄂下端点排料起始点与终止点并不一定与机构的两极限位置相对应。另一种认为排料时间t应按t=15/n计算，即排料时间对应于主轴的四分之一转，这种假定与实际情况相差甚大。根据笔者对破碎过程的实测分析，得到排料过程对应的曲柄转角不小于180的结论，认为排料时间按主轴半转计算比较符合实际情况。排料时间t为t=30/n 式（5-1）排料层完全排出下落的高度h为h=SL/tanL 式（5-2）由h=gt/2 式（5-3） 令g=9800mm/s 式（5-4）将式（5-1）、（5-2）、（5-4）代入（5-3），得n=2100q 式（5-5）式中 n主轴转速（r/min)； SL动鄂下端点水平行程（mm）； L排料层平均啮角（）； Q系数，考虑在功耗允许的情况下转速的增减系数。取q=0.951.05。高硬度矿石取小值。 由式（5-2）可见，主轴转速与排料层啮角L和动鄂下端点水平行程SL有关。该式是机构设计和机型评价的重要公式之一。代入参数 得 n=279 5.1.2 生产率 简摆式鄂式破碎机的生产率Q与所破碎物料的性质（强度、节理、进料粒度等），力学性能与操作情况（供料情况和出料口大小）等因素有关。其经验公式：Q= qE 式（5-6）式中 q标准条件下的单位出口宽度的生产率，见表(非标准设计手册)18.1-7； E出料口宽度(mm)已知1200mm；k1物料易碎性系数，见表18.1-9； k2物料堆积密度修正系数= k2= =1 物料堆积密谋 （ ） k3进料粒度修正系数，见表18.1-9.查表得 k1=0.94 k3=1.05 q=1.25 Q=141 符合预定要求。5.1.3 钳角设计计算 动鄂与定鄂间的夹角称为钳角。钳角由物料性质、块粒大小、形状等因素决定。如果钳角太大，进料口物料就不能被鄂板夹住，而被推出机外，从而降低生产率，如果钳角太小，则虽能增大生产率，但破碎比减小。图 5-1表示从力学角度推算钳角的计算图式。当物料能被夹持在破碎腔内，不被推出机外时，这些力应相互平衡，即在x、y方向的分力之和应该分别等于零。图 5-1 钳角计算图示于是求得 式（5-7）因 f=tg,故 式（5-8）式中 -钳角 -物料与鄂板间摩擦角 f-物料与鄂间摩擦角系数。为了保证破碎机工作时物料块不致被推出机外，必须令 即钳角应小于物料与鄂板间摩擦角的0.5。设钢和矿石的摩擦系数为0.3，则最大钳角的理论值为。但实际采用的钳角比理论值小的多，这是由于大块料被楔住两块小料之间时，仍有被挤出的危险。所以选为。5.1.4动鄂水平行程见鄂式破碎机教材： =8+ 式（5-9） =0.1415 式（5-10）式中 bmin-最小排料口尺寸(mm) B-进料口尺寸(mm)进料口宽度a与之间的关系(非标准设计手册): a=(910) 式（5-11） a为900mm取=100 mm 所以得 =32.1mm =45.9 mm5.1.5 偏心距及动鄂摆幅的计算图5-2 表示推力板的位置示意图，设推力板板长度l=300mm,其向下偏斜量C0=70， 和 是推力板在两个极限位置时的水平投影，而= - 为动鄂下端摆程的（因右边一推力板未画出），由图5-2可知图5-2 偏心距与动鄂摆程的关系 式（5-12） 式（5-13） 式（5-14） 式（5-15） 上式表示了偏心距e与摆幅之间的关系，一般取第二项为正值。摆幅按照破碎物料要求（破碎比）而定，本计算中，总摆幅为26mm，= =13mm,故 动偏心与动鄂摆幅之间的关系对鄂式破碎机的设计十分重要因为这个关系涉及到破碎构件的行程大小。5.1.6 动鄂水平行程 动鄂水平行程对破碎机生产率影响较大,排料口水平行程小会降低生产率;但也不能太大,否则在排料口的物料由于过多而使破碎力急剧增加,致使机件过载损坏。因此,动鄂在排料口处的水平行程为: 式中：最小排口尺寸。5.1.7 偏心距e 不论动鄂齿面轨迹性能值分配是否合理 ， 在机构其他尺寸参数不变的情况下，增大曲柄半径，均会使鄂板齿面个点的行程值增大，一方面可以提高生产力，另 一方面 也增大了机器的功耗。由于曲柄半径的改变并不能有效地调整齿板轨迹 性能值的分配 ，因此， 只有在调整其他参数仍得不到要求的行程值时，方以曲 柄半径作为设计变量。从这个意义上讲，曲柄可作为设计变量，也可以按现有的设计经验确定。通常，对于复摆式鄂式破碎机， 由 于 初 定 值 =35mm 则 ，故取e=20mm5.1.8 悬挂高度h 悬挂高度是指曲柄支承中心到固定鄂板上端水平面间的垂直距离。按照结构特 点，可把复摆式鄂式分为三种类型，即正悬挂（h0），零悬挂（h=0）和负悬挂（ h 0。5.1.9 破碎腔高度H在钳角一定的情况下，破碎腔高度有所要求的破碎比而定，通常，破碎腔高度H =（2.252.5）B，其中B为给矿口宽度（mm）根据设计需要取B=900mm. H=（2.252.5） 900 =2025 2250mm通常，破碎腔的有效高度为实际腔高的0.85倍。取H=1800mm5.2 破碎力5.2.1 破碎力的计算以立方体典型物料形状为依据，并考虑大尺寸进料块粒是逐渐阶段破碎成成品而卸出，破碎力大小取决于鄂板凸齿作用点施加的（物料应力）和物料抗拉强度。(1) 第一阶段破碎，图5-3 表示作用在立方上的力图5-3 作用在立方体上的力立方体由于齿棱作用，受力面产生拉应力，支撑面产生压应力，这些力在断裂面上引起的应力 ,见（非标准机械设备设计）： 式（5-16）故得式 （5-17）式中 F1第一阶段使物料碎裂的破碎力（N）。 物料的抗劈强度（约等于抗拉强度N/cm2）； W立方体物料连长（cm）; Z齿棱间距（cm）.(2) 第二阶段破碎.物料经过第一阶段破碎以后,成为两个半立方体,在动鄂摆开时落入破碎时,并改变方向进行再破碎,第二阶段的破碎力是: 式（5-18）(3)第三阶段破碎.物料进行第二阶段破碎以后,成为4块体进行再破碎.第三阶段的破碎S 式（5-19）所破物料的抗劈强度是 而鄂板齿棱距,则第一阶段破碎力 此力产生侧向分力,设棱角为,则侧向力为 ,即790KN 边长600mm立方体，至少和动鄂的一个齿棱相接触，因而此时破碎力为1110KN。在特殊情况下，也可能同时与3个齿棱接触，此时破碎力为3330KN。取平均值2220KN。经过多次冲击以后，新的立方体才能最后形成。原始进料的破碎力和第二阶段中最后两个冲击的破碎力可能同时出现，因而总破碎力 这两个破碎力的作用点取决于物料粒度与相应出料口宽度。总破碎力也可能有其他的组合方式，而使破碎力减小 ，从而总破碎力的波动是：F0 =25503660KN5.2.2 最大破碎力满载破碎时破碎力的最大峰值称为最大破碎力。其计算公式见鄂式破碎机教材61页。 式中 Fmax最大破碎力（N）； 抗压强度 （N/cm2）； 有效破碎系数，当时，取=0.380.42。破碎腔尺寸B、b、L的单位是cm。由已知得 B=90cm b=15cm L=120cm k=0.4 取 =8000 得： 5.3 功率的计算见鄂式破碎机教材67页有公式： 式（5-20）式中 P计算功率放大器（KW）； Fmax最大破碎力（KN）； Sm动鄂诸点水平行程平均值（mm）； 破碎腔平均齿角 （）； 机械总效率，由表可知，。 等效破碎系数，中大型机，有 。已知有 =2690.33KN 取 n=279 所以得 为了保证破碎机的工作可靠，并考虑尖峰负荷，还必须乘以安全系数.故所选电动机功率应大于107KN，所以选功率为110KN。5.3.1 生产能力Q 鄂式破碎机的生产能力是指机器每小时所处理的物料的立方米数。生产能力不仅与排料口尺寸有关，而且与待破物料的强度、韧 性、物料性能以及进料的几何尺寸和块度分布有关，因此为统一衡量机器生产能力的高低，标准的生产能力，是指待碎物料堆积密度为1.6 t/ m3, 抗压强度为150的矿石（自然状态）。 式（5-21）式中 Q 破碎机生产率t/hn 主轴转速 r/h SL动鄂下部的水平行程m D破碎产品的平均粒径m （） b排矿口宽度m n破碎产品散系数，一般n=0.250.70 破碎硬矿石，可取小值 ；破碎不太硬矿石，则取大值。 D矿石的堆积密度t/m3 a钳角 （ ） 取 n=0.4 =165.5t/h复摆式鄂鄂式破碎机的生产效率要再增加25%，则实际生产能力Q实=165.5（1+25%）=206.9t/h5.4 主要零件受力计算（1） 推力板式 （5-22） 式中 推力板受力（KN）； P所选电动机功率（KN）； N偏心轴转速 ； H动鄂行程平均值（m）。参照图5-4，得：图5-4 破碎机计算图式 （2）连杆 则连杆力的平均值 （KN）是（见非标准机械设备手册）： （3）动鄂 选定偏心轴偏心距e后，动鄂和定鄂的鄂板长度可按下列经验式选取最小长度：正常长度；两种长度可以不等，但为制造方便考虑，再根据破碎腔高和连杆的长度与啮角计算取L=2170mm。图5-5表示动鄂受力情况，动鄂上的实际载荷，可以考虑为按抛物线分布，图5-5 简摆鄂式破碎机受力情况一般情况下，其全力 作用点是在动鄂全长的处。6 重要零件的设计和校核6.1带轮的设计1. 确定计算功率 由表8-6（机械设计.第七版.濮良贵、纪名刚.主编）查得工作情况系数，故 式（6-1）2. 选取窄V带带型根据、由图8-9确定选用SPC型。3. 确定带轮基准直径由表8-3和表8-7取主动轮基准直径 。从动轮基准直径 根据表8-7，取。按要求验算带的速度 式（6-2）带的速度合适。4. 确定窄V的基准长度和传动中心矩根据式 ，有 初步取 。计算所需带的基准长度 式（6-3） 由机械设计手册、单行本、带的传动、成大先主编查得，选带的基准长度 。 按式计算实际中心矩a 式（6-4）5. 验算主动轮上的包角可得 主动轮上的包角合适。6. 计算窄V带的根数z 式（6-5）由（机械设计手册、单行本、成大先主编）、，查表得 则有 取 z=67. 计算预紧力有： 式（6-6）查表8-4得，故 8. 计算作用在轴上的压轴力 式（6-7）得9. 带轮的结构设计。选用原则见（机械设计.濮良贵、纪名刚.主编）8-4节，材料采用HT200。 所以采用腹板式；，采用轮辐式。具体结构尺寸见零件图。6.2偏心轴的设计 材料：偏心轴的材料选用40Cr。 参数：许用扭切应力tT=3555MPa，A0=97112。 （1） 初步计算直径 式（6-8）式中：P轴传递的功率 KW N轴的转速 r/min P=P电机h 式（6-9） V带传动的效率h=0.96P=P电机h=1100.96=105.6KW 因为轴截面上开有一个键槽，所以轴径应增加37。故 d87.31.07=90mm 因破碎机工作时的冲市载荷很大，又有强烈的振动，所以必须加大轴的直径。参考现有的各种破碎机设计经验： 取d=250mm （2） 偏心轴结构设计 此偏心轴选用一般阶梯长轴。按轴在机架上的安装情况和结构要求，机架轴颈处取d2=390mm 图5-6初定轴的结构 为了使零件能够很好的轴向固定，在机架上的轴承与皮带之间加装圆螺母。其作用是：与轴肩、轴环配合使用，作轴上零件的双向固定，适用于两零件端面距离不太大，使用套筒不方便时。根据阶梯轴结构的设计原则，与动鄂固定的轴承处轴颈取d3=390mm 动鄂宽度为1150mm，两端有密封零件及轴承透盖，初定轴的结构如图5-6所示。 6.3 轴承的选用根据偏心轴的受力情况，主要承受径向力，而且震动严重，容易产生径向游隙故选用调心球轴承。参考表6-1。表6-1常用滚动轴承工作性能比较名称深沟球轴承外球面球轴承角接触球轴承调心球轴承调心滚子轴承单挡边圆柱滚子轴承斜挡圈圆柱滚子轴承无挡边圆柱滚子轴承双列圆柱滚子轴承滚针轴承单列圆锥滚子轴承双列圆锥滚子轴承单向推力球轴承双向推力球轴承推力圆柱滚子轴承推力圆锥滚子轴承推力调心滚子轴承承载能力径向载荷中中中中优优优优优良良优无无无无差轴向载荷差差良差中差差无无无良良良良优优优轴向载荷方向无无无高速性优优优良中良良优良良中中无无差差差高精度性优良优中中优优优良中良良良中中差差低噪声性优优优中差优优良良差中中中中中中中刚性中中中差中良良良优良良优优优良调心性差优中优优良优摩擦性优优优良中优优优良差中中良良中中中续表6-1可分离性不可不可可不可不可可可可可可可可可可可可可可否用作固定支承可可可可可不可可不可不可不可可可不可不可不可不可不可可否用作游动支承可不可不可可可可可可可可不可可不可不可不可不可不可使用寿命长长长较短较长很长很长很长长较长很长长较短较短较长较长较长价格低较低低较高高较低较低较低较高较低较低较高低低较低较高高7 鄂式破碎机的安装与运转7.1破碎机的安装鄂式破碎机一般是安装在混泥土地基上。地基要与厂房的地基隔开，一避免破碎机的振动传给厂房。地基的深度不应该小于安装地点的冻结深度，地基的面积应该按照安装地基的土壤允许的压应力来决定。地基的重量应该是机器重量的3至5倍。一般是用140-150号水泥来浇注地基。设计地基时，应该考虑产品运输带、更换肘板和修理调整装置等所占用的空间，同时也要留出安装埋头地基螺栓所用的通入口。破碎产品要经过与破碎机纵向轴线方向一致的地基排料槽排出，排料槽的斜度不应该小于50度。低级2的周围要有足够的空间，以便维护、修理 破碎机和放置工具。装配破碎机首先是将机架装在地基上，然后按顺序将其他零件装配起来。安装过程中认真仔细阅读调整各联结部分，特别是肘板、偏心轴和动鄂悬挂轴之间的平行度，不允许超过规定的范围。7.2机架的安装鄂式破碎机安装在混泥土基础上，为了减小振动、躁声和吸收振动，应在机架和混泥土之间垫上一层硬方木、橡胶或其他物质。机架安装在基础上或在木座上的横向和纵向水平度应符合要求，机架底脚与基础间的垫板必须平整、均匀和稳固。可拆卸式组合机架的对口结合处表面，必须良好吻合。机架联结螺栓装配时，最好加热到300-400C，使其联结更加牢靠。机架安装在基础上的横向水平度，每米应不大于0.2mm；纵向水平度，每米应不大于0.4mm。组合机架在螺栓未拧紧时，局部间隙不应大于0.7mm。偏心轴和轴承的安装装机前，将滑动轴承研配好后，再放入轴承座内，用水平仪测量其水平度和同轴度的偏差值，如在允许范围内，可把偏心轴放到轴承上。然后再用涂色法检查轴颈和轴承的接触情况，如接触情况不满足要求，还应进一步刮研。最后一次装轴时，应在轴承和轴颈上加一些润滑油。偏心轴滑动与机架的接触面积由不小于80%，最大间隙不得大于0.07mm。7.3连杆的安装连杆应在主轴承与偏心轴轴颈研配好后装配。装配前应仔细检查无误，再用吊车将连杆放到比它在破碎机中的正常位置稍低一些，将连杆上、下轴承洗净并以稀油充分润滑，装上轴承、主轴、上轴承及连杆上壳，提起连杆，再装上连杆螺栓并拧紧。如连杆上壳与连杆间加上衬垫后，由于配合不严有漏油产生时，应补加衬垫。在条件允许情况下，最好是将全套连杆和主轴等零件，在机架外面组装好后，用吊车一次装入机架中。偏心轴与连杆中心线的垂直度误差不大于0.03/100。主轴承的外面与连杆的接触面积不小于80%，其最大间隙不大于0.07mm。7.4肘板的安装当肘板磨损或折断后,应立即更换.办法是:松开拉杆弹簧螺母,取下弹簧,用链条或钢丝绳栓在动鄂下部,再用手葫芦拉动钢丝绳,使动鄂靠近定鄂,此时肘板会自动落下旧肘板拆除后,再用钢丝绳将新肘板拉入肘板座中,放松手葫芦,使肘板和肘板座紧密接触,然后装上拉杆和弹簧此时肘板支持在肘板座中,便可拆除手葫芦。7.5动鄂的安装简摆鄂式破碎机动鄂的装配，全采用事先组装好的动鄂部件进行装配，即将动鄂、动鄂轴、活动齿板、肘板垫等提前组装好，然后用吊车吊装在机架里。先把滑动轴承研配好，然后放入机架轴承座中，测量其斜度和同轴度的偏差值。如果在允许范围内，在轴承和轴颈表面上涂上润滑油，将动鄂放到轴承中。机架上的滑动轴承和动鄂悬挂轴滑动轴承的倾斜度，每米不大于0.2mm；同轴度不大于0.06mm。动鄂轴中心线与动鄂中心线垂直度误差不大于0.03/100。动鄂中线与带轮或飞轮的端面垂直度误差应不大于0.02/100。7.6齿板的安装齿板是破碎机中磨损最快的，需要经常更换的零件。齿板用螺栓或楔子固定在机架前壁和动鄂上，其接触面必须平直，不允许有翘首现象，否则要及时处理。由于机架前壁内侧不加工，所以在定鄂齿板背面与机架前臂之间，最好垫一层软金属垫片，确保两者紧密贴合。对于大型破碎机，也可以在动鄂与齿板间灌铅锌等金属，使两者紧密贴合。7.7破碎机的运转破碎机经修理装配后，便进入试动转阶段。在运转前，应仔细地检查各部位螺栓是否拧紧、排料口宽度是否合适，安全防护装置是否安装完善，润滑、冷却系统是否正常等等。当确认全部正常无误之后，方能开车运转。（1） 空载试运转1） 连续运转6h，轴承和油的温度均匀上升并不超过30-402） 所有紧固件应牢固，无松动现象。3） 飞轮、带轮运转平稳。4） 所有摩擦部位无檫伤、掉屑和研磨现象，无不正常响声。（2） 有载试运转1） 破碎机不得有周期性或显著的冲击声。2） 给料最大粒度应符合设计确定。3） 联系运转8h，轴承和油温不超过30-40。结论通过这次毕业设计，培养了理论联系实际的设计思想，能综合运用机械设计和有关必修课程的理论，结合生产实际来解决工程实际问题，巩固、加深和扩展有关机械设计方面的知识。 通过制订设计方案，合理选择合适材料，正确计算零件工作能力、确定尺寸，研究鄂式破碎机的受力情况，根据设计要求对其主要零件（如偏心轴、肘板等）进行设计计算及强度计算。并全面地考虑使用和维护要求，之后进行结构设计，达到了解和掌握机械零件、机械传动装置或简单机械的设计过程，根据设计要求及计算结果，绘制鄂式破碎机的总装配图及其主要零件图。 回顾整个毕业设计过程，所做工作和结论如下： （1）首先设计前搜集并参阅大量的文献资料，为以后的整体设计与计算提供一个依据。 （2）通过设计需求对复摆破碎机整体结构进行设计，对破碎机结构进行简化为四杆结构，计算动鄂板，定鄂板，偏心距长度。为后面杆件受力分析做准备，同时也为偏心轴设计提供参数。 （3）满足生产需求，计算破碎机基本参数，通过破碎力选择电动机，再对 V 带进行选择计算。 （4）基本参数确定后，对偏心轴，肘板等进行强度校核。最后对使用说明及维护等进行说明。 取得成绩的同时，设计中也不可避免地存在不足，由于是第一次综合训练自己，虽然经过努力取得了很大成绩，但也存在许多不足，请同学们和老师多多批评指正！ 致谢毕业设计是大学生本科教学中的一个非常重要的环节。通过毕业设计，我们把以前几年之中学习的专业基础知识和专业知识系统化了，把抽象的理论知识和生产生活中的实际相结合。通过这次毕业设计，我深刻的了解了鄂式破碎机的工作原理。这次设计使我受益非浅，由于本人能力有限，还望各位老师多多批评指正。 毕业设计对于我们即将走入社会，踏上工作岗位的毕业生来说，是一次非常必要也是非常重要的课程设计，为我们今后从事机械方面的工作奠定了基础。 本设计是在导师杨根喜老师的悉心指导下和同学们的热心帮助下完成的。杨老师渊博的知识、严谨的治学态度和敬业精神使我深受裨益。在设计过程中，杨老师给予了精心的指导和积极的鼓励。在此，谨向杨老师致以深深的谢意。 也非常感谢和我同组的同学，谢谢他们在这段时间里对我的帮助和鼓励，我们共同讨论，一起查阅资料，有困难大家一起解决，在这段时间里，我并不觉得时间难熬，相反却觉得时间过得好快，我们就要毕业了，希望在以后的工作学习中同样也要发扬团结互助的合作精神。再一次的感谢杨老师的精心教导和同学们的大力帮助！参考文献1.孙桓等主编.机械原理.高等教育出版社,20012.濮良贵乖主编.机械设计.高等教育出版社,20013.李永堂等主编.锻压设备理论与控制.国防工业出版社,20054.刘鸿文主编.材料力学.高等教育出版社,20045.成大先主编.机械设计手册.化学工业出版社,20046.王少怀主编.机械设计师手册.电子工业出版社,20067.唐敬麟主编.破碎与筛分机械手册.化学工业出版社,20018.廖汉元等编著.鄂式破碎机.北京机械工业出版社,19.陈秀宁主编.机械设计课程设计.浙江大学出版社,199510.周恩浦.山机械。北京：冶金工业出版社，197911段德华.鄂式破碎机破碎力及其合力位置。矿山机械，1983年第9期40-4312郎宝贤.鄂式破碎机破碎腔的设计研究。矿山机械，198513.机械工程手册编辑委员会编.机械工程手册：矿山机械，19810Shigley J E,Uicher J J.Theory of machines and mechanisms.NewYork:McGraw-Hill Book Company,1980附录附录1MACHINABILITYThe machinability of a material usually defined in terms of four factors:1、 Surface finish and integrity of the machined part;2、 Tool life obtained;3、 Force and power requirements;4、 Chip control. Thus, good machinability good surface finish and integrity, long tool life, and low force And power requirements. As for chip control, long and thin (stringy) cured chips, if not broken up, can severely interfere with the cutting operation by becoming entangled in the cutting zone.Because of the complex nature of cutting operations, it is difficult to establish relationships that quantitatively define the machinability of a material. In manufacturing plants, tool life and surface roughness are generally considered to be the most important factors in machinability. Although not used much any more, approximate machinability ratings are available in the example below.20.9.1 Machinability Of SteelsBecause steels are among the most important engineering materials (as noted in Chapter 5), their machinability has been studied extensively. The machinability of steels has been mainly improved by adding lead and sulfur to obtain so-called free-machining steels.Resulfurized and Rephosphorized steels. Sulfur in steels forms manganese sulfide inclusions (second-phase particles), which act as stress raisers in the primary shear zone. As a result, the chips produced break up easily and are small; this improves machinability. The size, shape, distribution, and concentration of these inclusions significantly influence machinability. Elements such as tellurium and selenium, which are both chemically similar to sulfur, act as inclusion modifiers in resulfurized steels.Phosphorus in steels has two major effects. It strengthens the ferrite, causing increased hardness. Harder steels result in better chip formation and surface finish. Note that soft steels can be difficult to machine, with built-up edge formation and poor surface finish. The second effect is that increased hardness causes the formation of short chips instead of continuous stringy ones, thereby improving machinability.Leaded Steels. A high percentage of lead in steels solidifies at the tip of manganese sulfide inclusions. In non-resulfurized grades of steel, lead takes the form of dispersed fine particles. Lead is insoluble in iron, copper, and aluminum and their alloys. Because of its low shear strength, therefore, lead acts as a solid lubricant (Section 32.11) and is smeared over the tool-chip interface during cutting. This behavior has been verified by the presence of high concentrations of lead on the tool-side face of chips when machining leaded steels.When the temperature is sufficiently high-for instance, at high cutting speeds and feeds (Section 20.6)the lead melts directly in front of the tool, acting as a liquid lubricant. In addition to this effect, lead lowers the shear stress in the primary shear zone, reducing cutting forces and power consumption. Lead can be used in every grade of steel, such as 10xx, 11xx, 12xx, 41xx, etc. Leaded steels are identified by the letter L between the second and third numerals (for example, 10L45). (Note that in stainless steels, similar use of the letter L means “low carbon,” a condition that improves their corrosion resistance.)However, because lead is a well-known toxin and a pollutant, there are serious environmental concerns about its use in steels (estimated at 4500 tons of lead consumption every year in the production of steels). Consequently, there is a continuing trend toward eliminating the use of lead in steels (lead-free steels). Bismuth and tin are now being investigated as possible substitutes for lead in steels.Calcium-Deoxidized Steels. An important development is calcium-deoxidized steels, in which oxide flakes of calcium silicates (CaSo) are formed. These flakes, in turn, reduce the strength of the secondary shear zone, decreasing tool-chip interface and wear. Temperature is correspondingly reduced. Consequently, these steels produce less crater wear, especially at high cutting speeds.Stainless Steels. Austenitic (300 series) steels are generally difficult to machine. Chatter can be s problem, necessitating machine tools with high stiffness. However, ferritic stainless steels (also 300 series) have good machinability. Martensitic (400 series) steels are abrasive, tend to form a built-up edge, and require tool materials with high hot hardness and crater-wear resistance. Precipitation-hardening stainless steels are strong and abrasive, requiring hard and abrasion-resistant tool materials.The Effects of Other Elements in Steels on Machinability. The presence of aluminum and silicon in steels is always harmful because these elements combine with oxygen to form aluminum oxide and silicates, which are hard and abrasive. These compounds increase tool wear and reduce machinability. It is essential to produce and use clean steels.Carbon and manganese have various effects on the machinability of steels, depending on their composition. Plain low-carbon steels (less than 0.15% C) can produce poor surface finish by forming a built-up edge. Cast steels are more abrasive, although their machinability is similar to that of wrought steels. Tool and die steels are very difficult to machine and usually require annealing prior to machining. Machinability of most steels is improved by cold working, which hardens the material and reduces the tendency for built-up edge formation.Other alloying elements, such as nickel, chromium, molybdenum, and vanadium, which improve the properties of steels, generally reduce machinability. The effect of boron is negligible. Gaseous elements such as hydrogen and nitrogen can have particularly detrimental effects on the properties of steel. Oxygen has been shown to have a strong effect on the aspect ratio of the manganese sulfide inclusions; the higher the oxygen content, the lower the aspect ratio and the higher the machinability.In selecting various elements to improve machinability, we should consider the possible detrimental effects of these elements on the properties and strength of the machined part in service. At elevated temperatures, for example, lead causes embrittlement of steels (liquid-metal embrittlement, hot shortness; see Section 1.4.3), although at room temperature it has no effect on mechanical properties.Sulfur can severely reduce the hot workability of steels, because of the formation of iron sulfide, unless sufficient manganese is present to prevent such formation. At room temperature, the mechanical properties of resulfurized steels depend on the orientation of the deformed manganese sulfide inclusions (anisotropy). Rephosphorized steels are significantly less ductile, and are produced solely to improve machinability.20.9.2 Machinability of Various Other Metals Aluminum is generally very easy to machine, although the softer grades tend to form a built-up edge, resulting in poor surface finish. High cutting speeds, high rake angles, and high relief angles are recommended. Wrought aluminum alloys with high silicon content and cast aluminum alloys may be abrasive; they require harder tool materials. Dimensional tolerance control may be a problem in machining aluminum, since it has a high thermal coefficient of expansion and a relatively low elastic modulus.Beryllium is similar to cast irons. Because it is more abrasive and toxic, though, it requires machining in a controlled environment.Cast gray irons are generally machinable but are. Free carbides in castings reduce their machinability and cause tool chipping or fracture, necessitating tools with high toughness. Nodular and malleable irons are machinable with hard tool materials.Cobalt-based alloys are abrasive and highly work-hardening. They require sharp, abrasion-resistant tool materials and low feeds and speeds.Wrought copper can be difficult to machine because of built-up edge formation, although cast copper alloys are easy to machine. Brasses are easy to machine, especially with the addition pf lead (leaded free-machining brass). Bronzes are more difficult to machine than brass.Magnesium is very easy to machine, with good surface finish and prolonged tool life. However care should be exercised because of its high rate of oxidation and the danger of fire (the element is pyrophoric).Molybdenum is ductile and work-hardening, so it can produce poor surface finish. Sharp tools are necessary.Nickel-based alloys are work-hardening, abrasive, and strong at high temperatures. Their machinability is similar to that of stainless steels.Tantalum is very work-hardening, ductile, and soft. It produces a poor surface finish; tool wear is high.Titanium and its alloys have poor thermal conductivity (indeed, the lowest of all metals), causing significant temperature rise and built-up edge; they can be difficult to machine.Tungsten is brittle, strong, and very abrasive, so its machinability is low, although it greatly improves at elevated temperatures.Zirconium has good machinability. It requires a coolant-type cutting fluid, however, because of the explosion and fire.20.9.3 Machinability of Various MaterialsGraphite is abrasive; it requires hard, abrasion-resistant, sharp tools.Thermoplastics generally have low thermal conductivity, low elastic modulus, and low softening temperature. Consequently, machining them requires tools with positive rake angles (to reduce cutting forces), large relief angles, small depths of cut and feed, relatively high speeds, and proper support of the workpiece. Tools should be sharp.External cooling of the cutting zone may be necessary to keep the chips from becoming “gummy” and sticking to the tools. Cooling can usually be achieved with a jet of air, vapor mist, or water-soluble oils. Residual stresses may develop during machining. To relieve these stresses, machined parts can be annealed for a period of time at temperatures ranging from to (to), and then cooled slowly and uniformly to room temperature.Thermosetting plastics are brittle and sensitive to thermal gradients during cutting. Their machinability is generally similar to that of thermoplastics.Because of the fibers present, reinforced plastics are very abrasive and are difficult to machine. Fiber tearing, pulling, and edge delamination are significant problems; they can lead to severe reduction in the load-carrying capacity of the component. Furthermore, machining of these materials requires careful removal of machining debris to avoid contact with and inhaling of the fibers.The machinability of ceramics has improved steadily with the development of nanoceramics (Section 8.2.5) and with the selection of appropriate processing parameters, such as ductile-regime cutting (Section 22.4.2).Metal-matrix and ceramic-matrix composites can be difficult to machine, depending on the properties of the individual components, i.e., reinforcing or whiskers, as well as the matrix material.20.9.4 Thermally Assisted MachiningMetals and alloys that are difficult to machine at room temperature can be machined more easily at elevated temperatures. In thermally assisted machining (hot machining), the source of heata torch, induction coil, high-energy beam (such as laser or electron beam), or plasma arcis forces, (b) increased tool life, (c) use of inexpensive cutting-tool materials, (d) highe
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