毕业设计（论文）-重锤式破碎机设计

PAGE4摘要本文通过对破碎机的设计同时介绍了破碎机的发展历史、种类、工作原理及其主要参数。并详细的分析了破碎机的构成、以及破碎机的日常维护和基本安全操作规程，并分析了破碎机的日常检修及其常见故障分析。通过自身的实践，更加的认识到对破碎机专业理论知识的学习，提高操作技能，了解破碎机的内部构造，大概了解破碎机的客观运用，叙述了利用传统的方法、结合先进的知识、科学的逻辑思维方法来客观的阐述分析破碎机出现的一般事故以及设计的心得体会。并对破碎机的未来发展前景有着很好的憧憬。关键词：破碎机；单转子；轴；AbstractThisarticlethroughtothedesignofthecrusherandintroducesthedevelopmenthistoryofthespecies，crusher，theprincipleandthemainparameters.Anddetailedanalysisofthecompositionofthecrusher，andcrusherdailymaintenanceandbasicsafetyoperationprocedures，andanalyzesthedailymaintenanceandthecrushercommonfailureanalysis.Throughtheirownpractice，moreunderstandingofcrusherprofessionaltheoryknowledgetothestudy，improveskills，understandtheinternalstructureofthecrusher，probablyunderstandcrusherobjective，describestheuseoftraditionalmethod，combiningadvancedknowledge，scienceoflogicthinkingmethodtoobjectivethispaperanalyzesthegeneralaccidentandappearcrushersdesignexperience.Andthefuturedevelopmentprospectsofcrusherhasagoodprospect.Keywords:crusher;Singlerotor;Axis;目录摘要 1Abstract 2第1章绪论 61.1破碎机的发展史 61.2破碎机和锤式破碎机的工作原理及类型 71.2.1破碎机的类型 71.2.2锤式破碎机的工作原理 81.3锤式破碎机的破碎实质 101.3.1破碎机的目的和意义 101.3.2矿石的力学性能与锤式破碎机的选择 11第2章单转子锤式破碎机的工作原理及结构分析 122.1单转子锤式破碎机的工作原理 122.2单转子锤式破碎机的结构分析 12第3章重锤式破碎机主要参数计算 163.1锤式破碎机的转子的参数计算 163.1.1转子直径 163.1.2转子转速 163.1.3转子长度设计 163.1.4锤头质量的计算： 173.1.5电机功率的计算 183.1.6给料口的宽度和长度 183.1.7传动方式 19第4章单转子式锤式破碎机的主要零件结构设计 204.1垂头设计与计算 204.1.1锤头的形状确定 204.2主轴的设计与强度计算 244.2.1轴的材料的选择 254.2.2轴的最小直径和长度的估算 254.2.3轴的结构设计 264.2.4轴的弯扭合成强度计算 284.3轴承的选择 314.3.1材料的选择 314.3.2轴承类型的选择 314.3.3轴承的游动和轴向位移 314.3.4轴承的安装和拆卸 314.3.5滚动轴承的润滑 324.4传动方式的选择与计算 324.5大带轮的结构设计 344.6箱体的结构设计 35结论 37致谢 38参考文献 39绪论破碎机的发展史第一代的破碎机械是在蒸汽机和电动机等动力机械逐渐完善和推广之后相继创造出来的。1806年出现了用蒸汽机驱动的辊式破碎机；1858年，美国的布莱克发明了破碎岩石的颚式破碎机；1878年美国发展了具有连续破碎动作的旋回破碎机，其生产效率高于作间歇破碎动作的颚式破碎机；1895年，美国的威廉发明能耗较低的冲击式破碎机。美国人E.W.布莱克（Black）设计制造的世界上第一台颚式破碎机。其结构形式为双肘板式（简单摆动式）颚式破碎机。由于颚式破碎机具有结构简单、制造容易、工作可靠、维护方便，体积和高度较小等优点。至今仍然被广泛应用于破碎坚硬、中硬、软质矿石和各种物料，如各种矿石、溶剂、炉渣、建筑石料、大理石等。通常使用的颚式破碎机的破碎机为4~6，而小型颚式破碎机有时可达到10.大、中型破碎机的给料力度可达1000~2000mm，其产品粒度可达20~250mm，小型破碎机和新型细碎用颚式破碎机所得产品可以更细一些。颚式破碎机即可用于粗碎作业，也可用于中、细作业。特别是被用于井下破碎作业和中、小型移动式破碎装置。颚式破碎机的工作原理是借助于活动颚板周期性地靠近或离开固定颚板的摆动运动，使进入破碎腔的物料受到挤压、劈裂、弯曲和冲击作用而破碎。破碎后的物料靠自重或颚板摆动时的向下推力从排料口排出。按照其颚板的运动轨迹、结构形式、动颚悬挂以及动颚肘板支撑方式不同，颚式破碎机是利用两颚板对物料的挤压和弯曲作用，粗碎或中碎各种硬度物料的破碎机械。其破碎机构由固定颚板和可动颚板组成，当两颚板靠近时物料即被破碎，当两颚板离开时小于排料口的料块由底部排出。它的破碎动作是间歇进行的。这种破碎机因有结构简单、工作可靠和能破碎坚硬物料等优点而被广泛应用于选矿、建筑材料、硅酸盐和陶瓷等工业部门。20世纪80年代，每小时破碎800吨物料的大型颚式破碎机的给料粒度已达1800毫米左右。常用的颚式破碎机有双肘板的和单肘板的两种。前者在工作时动颚只作简单的圆弧摆动，故又称简单摆动颚式破碎机；后者在作圆弧摆动的同时还作上下运动，故又称复杂摆动颚式破碎机。郑州一帆机械设备有限公司（由山德技术（北京）有限公司控股）作为国内领先的破碎筛分设备成套设备制造商及骨料加工全面方案提供者，潜心研究出的一种高效，节能的破碎设备。其中大中型颚式破碎机是我公司的拳头产品之一，尤其在设计和生产大型颚式破碎机方面，在国内外已处于绝对领先水平。颚式破碎机是工矿生产中最常用的破碎设备之一，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。近年来，一帆机械公司开发的移动式破碎站、高性能立式冲击破碎机（制砂机）、液压圆锥破碎机、大型颚式破碎机、大型反击式破碎机等产品已达到国际先进水平，获得几十项国家专利，国家、省市科技奖项。产品已被广泛应用于矿山、建材、冶金、交通、水电、煤炭、化工、环保等领域。我国破碎机械制造业总体规模已进入国际生产大国行列，但总体竞争和发展后劲仍无法与发达国家相抗衡，目前国内高端用户和出口产品配套的基础零部件主要依靠进口，随着出口贸易磨擦的加大，势必要受到国外竞争对手和供应商的制约。因此破碎机械今后振兴发展的重心应放到基础技术和基础部件上来，提高自主开发水平。大型机械设备，其中锤式破碎机，破石机，颚式破碎机，大型磨粉机等设备已经远销哥伦比亚，美国，沙特等地区取得了客户的好评，特别是制砂机，碎石机设备得到了外商的大力赞赏。目前，我国破碎制造行业市场非常广泛，包括化工、矿山、建筑、水利、冶金、煤矿、玻璃等各个行业。在中国最重要的应用领域是水泥行业、铺路和矿山，应用在这两个行业的破碎机各约占整个行业的30%左右。破碎机和锤式破碎机的工作原理及类型破碎机的类型常见的锤式破碎机有单转子和双转子两种，按照锤子在转盘上的排列，还有单排锤和多排锤等，转子的转向有可逆式和不可逆式两类。此外还有一些简易型锤式破碎机，如十字锤粉碎机，链环式碎煤机等。其中，使用最广泛的是单转子多排锤式破碎机。锤式破碎机一般适用于含水量小于12%，抗压强度小120MPA的脆性物料，如石灰石，油母页岩，矿渣，煤块等。锤式破碎机的工作部分是许多按一定规律铰在转盘上的锤子，当转盘高速旋转时，锤子因离心力和旋转力，打击装入机内的物料，使之破碎，同时，受到打击的石块彼此之间以及与机器内板，蓖条之间相互撞击，也促使物料破碎。物料由进料斗进入破碎机，经分料器将物料分成两部分，一部分由分料器中间进入高速旋转的叶轮中，在叶轮内被迅速加速，其加速度可达数百倍重力加速度，然后以60-70米/秒的速度从叶轮三个均布的流道内抛射出去，首先同由分料器四周自收落下的一部分物料冲击破碎，然后一起冲击到涡支腔内物料衬层上，被物料衬层反弹，斜向上冲击到涡动腔的顶部，又改变其运动方向，偏转向下运动，从叶轮流道发射出来的物料形成连续的物料幕。这样一块物料在涡动破碎腔内受到两次以至多次机率撞击、磨擦和研磨破碎作用。被破碎的物料由下部排料口排出。和循环筛分系统形成闭路，一般循环三次即可将物料破碎成20目以下。在整下破碎过程中，物料相互自行冲击破碎，不与金属元件直接接触，而是与物料衬层发生冲击、磨擦而粉碎，这就减少了角污染，延长机械磨损时间。涡动腔内部巧妙的气流自循环，消除了粉尘污染锤式破碎机的种类很多，可以按照下述特征进行分类：按转子的数目，分为单转子和双转子两类。按转子的回转方向，分为不可逆式和可逆式两类。按锤子的排列方式，分为单排式和多排式两类。前者锤子安装在同一回转平面上，后者锤子分布在好几个回转平面上。按用途的不同，分为一般用途和特殊用途两类。按锤子在转子上的连接方式，还可以分固定锤式和活动锤式两种。固定锤式主要用于软质物料的细碎和粉磨。用于粉磨的称为粉磨机锤式破碎机的工作原理一.单转子锤式破碎机单转子锤式破碎机。他主要由机壳，转子，篦条，和打击板等部件组成。机壳由上下两部分组成，分别用钢板焊接，各部分用螺栓连接成一体。顶部有喂料口，机壳内壁有高锰钢衬板，衬板磨损后可以拆换。为了便于检修，调整和更换篦条，机壳的上下两面均有检修孔。为了检修更换锤子方便，两侧也开有检修孔。破碎机的主轴上安装数排挂锤体。在其圆周的销孔上贯穿着销轴，用销轴将锤子铰接在各排挂锤体之间。锤子磨损后可调换工作面。挂锤体上开有两圈销孔，销孔中心至回转轴心之半径距离是不同的，用来调整锤子与篦条之间的间隙。为防止挂锤体和锤子的轴向串动，在挂锤体两端用压紧锤盘和锁紧螺母固定。转子两端支承在滚动轴承上，轴承用螺母固定在机壳上。主轴和电机用皮带联接。圆弧状卸料篦条筛安装在转子的下方，篦条的两端装在机壳上，最外面的篦条用压板压紧，篦条排列方向与转子运动方向垂直。篦条间隙由中间凸出部分形成。为了便于物料排出，篦条之间构成向下扩大的筛缝，同时还向转子回转方向倾斜。当转子转动时，锤子在离心惯性力的作用下，作辐射状向四周伸开。进入机内的料块，受到锤子打击而破碎。小于篦缝的物料，通过篦缝向下卸出，少部分尚未达到要求尺寸的料块，仍留在筛面上继续受到锤子的冲击和磨削作用，直到达到要求尺寸后从篦缝卸出。这种锤式破碎机的转子只能沿一个方向运转进行破碎，故称不可逆式。锤式破碎机主要以冲击兼磨削作用粉碎物料。由于设置有篦条筛，不能破碎粘物料。物料水分超过15%时就要出现堵塞现象。二.锤子和转子锤子是锤式破碎机的主要零件。垂头的质量，形状和材质对破碎机的生产能力有很大影响。而锤子的形式，尺寸和质量的选择，主要决定于材料物理的性质和尺寸。在锤式破碎机中料块受到高速旋转的锤子冲击而粉碎。当转子的圆周速度一定时，锤子质量愈大则其动能愈大，才能将大块和坚硬物料粉碎。实践证明，锤子的有效质量，不但要能对料块产生碎裂的冲击，而且还要在冲击时不产生向后偏倒。否则将大大降低破碎机的生产力，而且增加能量消耗。所以，在粉碎大块而坚硬的物料时宜选用重型的锤子，但个数不要求很多。在粉碎小块而松软的物料时，宜选用轻型的锤子，这时锤子的数目不妨多些，宜增加的物料的冲击次数，从而更有利于物料的粉碎。锤子用高碳钢或锻造，也可以用高锰钢锻造。用高碳钢锻造锤子时，以锻造的质量较高。为了提高锤子的耐磨性，有时在他的工作面上，涂焊上一层硬质合金或焊上一薄层高锰钢，或者进行热处理。用高锰钢锻造的锤子，最好经过水硬热处理以提高锤子的质量，延长使用时间。锤头磨损后，可以采用高锰钢堆焊进行修补，这样可以大大节省金属的消耗。锤式破碎机的转子是一个回转速度较高的部件，质量又大，平衡问题就显得非常重要。为了使破碎机能正常工作，首先必须使它的转子获得平衡。如果转子的重心偏离转轴的几何中心时，则产生静力不平衡现象；若转子的回转中心线和其主惯性轴中心线不重合而成交叉状态时，则将产生动力不平衡现象。转子产生不平衡时，则破碎机的轴承除了承受转子质量之外，还受到其离心惯性力，离心惯性力矩作用，以致轴承很快磨损，功率消耗增加，机械产生振动。因此，转子制造与修理后，还要精确地进行平衡。通常当锤子磨损以后，破碎机的破碎效果显著降低，生产力下降，此时则需要更换其中一部分锤子。当锤子磨损而需要调换工作面，或更换新锤子时，更要把锤头的质量选配好。更换新锤子时，在径向要对称成对地更换，使破碎机运转起来平稳，减少振动。锤式破碎机的破碎实质破碎机的目的和意义目的：在冶金、矿山、化工、水泥等工业部门，每年都有大量的原料和再利用的废料都需要用破碎机进行加工处理，如在选矿厂，为使矿石中的有用矿物达到单体分离，就需要用破碎机将原矿破碎到磨矿工艺所要求的粒度。磨机再将破碎机提供的原料磨至有用矿物单体分离的粒度。再如在水泥厂，须将原料破碎，以便烧成熟料，然后在将熟料用磨机磨成水泥。另外，在建筑和筑路业，需要用破碎机械将原料破碎到下一步作业要求的粒度。在炼焦厂、烧结厂、陶瓷厂、玻璃工业、粉末冶金等部门，须用破碎机械将原料破碎到下一步作业要求的粒度。意义：在化工、电力部门，破碎粉磨机械将原料破碎，粉磨，增加了物料的表面积，为缩短物料的化学反应的时间创造有利条件。随着工业的迅速发展和资源的迅速减小，各部门生产中废料的再利用是很重要的，这些废料的再加工处理需用破碎机械进行破碎。因此，破碎机械在许多部门起着重要作用。矿石的力学性能与锤式破碎机的选择矿石都由许多矿物组成，各矿物的物理机械性能相差很大，故当破碎机的施力方式与矿石性质相适应时，才会有好的破碎效果。对硬矿石，采用折断配合冲击来破碎比较合适，若用研磨粉碎，机件将遭受严重磨损。对于脆性矿石，采用劈裂和弯折破碎较有利，若用研磨粉碎，则产品中细粉会增多。对于韧性及粘性很大的矿石。采用磨碎较好。常见的软矿石有：煤、方铅矿、无烟煤等，它的抗压强度是2～4Mpa，最大也不超过40Mpa。普式硬度系数一般为2～4，再如一些中硬矿石：花岗岩、纯褐铁矿、大理石等，抗压强度是120～150Mpa，普式硬度系数一般为12～15，还有硬矿石、极硬矿石，普式硬度系数一般为15～20。可根据矿物的物理机械性能、矿块的形状和所要求的产品粒度来选择破碎施力方式，以及与该破碎施力方式相应的破碎机械。单转子锤式破碎机的工作原理及结构分析单转子锤式破碎机的工作原理电动机靠皮带带动主轴4，主轴将动能传递给锤架3，锤架上固结销轴，销轴铰接锤头，带动锤头一起运转。物料进入破碎机中，立即受到高速回转的锤头的冲击而粉碎。破碎了的物料，从锤头处获得动能，以高速向机壳内壁的衬板和篦条上冲击而第二次破碎。此后，小于篦条缝隙的物料，便从缝隙中排出，而粒度较大的物料，就弹回到衬板和篦条上的粒状物料，还将受到锤头的附加冲击破。碎，在物料破碎的整个过程中，物料之间也相互冲击粉碎1.筛条2.锤头3.锤架4主轴图2.1锤式破碎机示意图单转子锤式破碎机的结构分析1-筛架2-锤头3-锤架4-销轴5-主轴6-筛架调节装置7-检修门图2.2锤式破碎机的总体结构示意图我的毕业设计课题是单转子、多排锤头、不可逆式锤式破碎机的执行系统设计。它主要由机壳、转子、蓖条、打击板、锤头、衬板等组成。（1）机壳如图2.2所示，机壳由上机体、下机座组成，机体和机座是焊接体，上机体开有进料口，内部镶有高锰钢衬板，磨损后可以更换，机壳和轴之间漏灰现象十分严重，为了防止漏灰，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、调整和更换蓖条，下机座的左右两侧面都开有一个检修孔。为了便于检修、更换锤头方便，上机座前后面也对称的开有检修孔。（2）转子如图2.3所示，转子由主轴、圆盘、锤架、销轴、锤头等组成，圆盘上开有6个均匀分布的销孔，通过销轴将68个锤头悬挂起来。为了防止圆盘和锤子的轴向窜动。销轴两端用锁紧螺母固定。转子支承在两个调心滚动轴承上。此外，为了使转子在运动中储存一定的动能，避免破碎大块物料时，锤头的速度损失不致过大和减小电动机的尖峰负荷，主轴的一端用带轮连接电动机，同时作为飞轮，储存能量。图2.3转子结构示意图（3）主轴主轴是支承转子的主要零件，冲击力由它来承受。因此，要求其材质具有较高的韧性和强度，所以我选择45调质处理，其断面为圆形，且有平键和其他零件连接。示意图如2.4所示。图2.4主轴示意图（4）打击板打击板的作用是承受被锤头击出的物料在其上破碎，同时又将碰撞破碎后的物料重新弹回破碎板，再次破碎。因此，板的形状、结构，对破碎率影响极大。打击板表面有折线形和渐开线形等，折线形结构简单，但不能保证最有效冲击破碎，而渐开线形冲击板，物料都是垂直方向进行冲击，破碎效果最好。但是由于渐开线板制造困难，而折线又无法达到最佳效果。为达到排料面积大、成品率高、低能耗，我将打击板设计成如图2.5所示。大粒度的物料在锤头的作用下被抛射到上腔打击板上，进撞击后粉碎，部分粉碎后符合粒度要求的物料可直接排出，因此增加排料面积，避免了物料在机器的过度粉碎，提高了成品率，又减少其在机器中停留的时间，减少了机器的运行负荷，降低能耗。图2.5打击板的装配和结构（5）锤头锤头是主要的工作部件。其质量、形状、和材质对破碎机的生产能力有很大的影响。因此，根据不同的进料尺寸来选择适当的锤头质量。锤头是易损件，经常需要更换，为减少更换所需时间和劳动强度，我采用组合式锤头。可以采用如图2.2所示的锤头。锤头用高碳钢铸造或锻造，也可用高锰钢铸造。为了提高耐磨性，有的锤头表面涂上一层硬质合金，有的采用高铬铸铁。（6）蓖条蓖条的排列形式是与锤头的运动方向垂直的。与转子的回转半径有一定的间隙的圆弧状，合格的产品通过蓖缝排出。其断面形状为梯形，常用锰钢铸成。蓖条多为一组尺寸相等的钢条，且截面形状用梯形。安装时，插入蓖条架上的凹槽。图2.6筛架示意图重锤式破碎机主要参数计算给定的原始数据是：破碎能力为100-120t/h。破碎机的最大物料给料粒度为：小于650破碎机的最大排料粒度不能超过：60锤式破碎机的转子的参数计算转子直径转子直径可按最大料块尺寸来确定，转子直径根据公式式中——最大进料粒度。=650mm。由于我所设计的锤式破碎机属于中型，可选系数为2.7，取中间值。所以D=650×2.7=1750转子转速锤式破碎机的转子转速可按圆周速度来设计，根据公式式中v——转子圆周速度，m/s；D——转子直径，m。转子圆周速度一般在18~70m/s之间选取。对中小型破碎机，取v=25~70m/s，而转速在750~1500r/min。对大型破碎机v=18~25m/s，而转速为200~300r/min。速度越高，产品粒度越小，锤头、衬板和筛条磨损也越快，功率消耗也随之增加，对机器零件的加工，安装精度要求也随之增高所以在满足产品粒度的情况下，转子圆周速度应偏低选取。转速v取20m/s，则n=250转子长度设计生产率与锤式破碎机的规格、转速、排料条间隙的宽度、给料粒度、给料状况以及物料性质等因素有关。根据公式（3-3）式中Q——生产率，t/h；D——转子的直径，m；P——物料的密度，1.6t/。取K=38；得。锤头质量的计算：因为铰接在转子上，所以正确选择锤头质量对破碎效率和能耗都有很大影响，如果锤头质量选得过小，则可能满足不了锤击一次就将物料破碎的要求。若选得过大，无用功耗过大，离心力也大，对其他零件会有影响并易损坏。根据动量定理计算锤头质量时，考虑到锤头打击物料后，必然会产生速度损失，若损失过大，就会使锤头绕本身的悬挂轴向后偏倒。降低生产率和增加无用功的消耗。为了使锤头打击物料后出现偏倒，能够通过离心力作用而在下一次破碎时物料很快恢复到正确工作位置。所以，要求锤头打击物料后的速度损失不宜过大。一般允许速度损失40%到60%（根据实践经验）即：式中──锤头打击物料后的圆周线速度(m/s)──锤头打击物料前的圆周线速度(m/s)若锤头与物料为了弹性碰撞。且设物料碰撞之前的运动速度为0，根据动量定理，可得：由上式可知，式中──锤头折算到打击中心处的质量(kg)──最大物料块的质量(kg)综上所述，但是，只是锤头的打击质量。实际质量应根据打击质量的转动顺序和锤头的转动惯量求得，式中──锤头打击中心到悬挂点的距离(m)──锤头质心到悬挂点的距离(m)最大物料质量锤头折算到打击中心处的质量：电机功率的计算电机功率的消耗取决于物料的性质、给料的圆周速度。破碎比和生产率。目前，尚无一个完整的计算公式，一般根据实践经验和实验数据，根据经验公式进行计算，根据公式得系数取0.14。选用Y系列的三相异步电动机，其额定功率为110KW，型号是Y315L2-8。给料口的宽度和长度锤式破碎机的给料口的长度与转子直径的相同，所以L=D=1750mm其宽度B2D=1300mm，则取B=1300mm传动方式为了使破碎机的转子在运转中储存一定的动能，在破碎大块物料时，锤头的速度损失不应过大，并要减小电机的尖峰负荷。本次设计总共考虑了三种传动方案：方案一：主轴的一端采用V带轮与电机相连。（电机-V带-破碎机）方案二：主轴的一端采用链条与电机相连。（电机-链条-破碎机）方案三：主轴的一端采用联轴器与电机相连。（电机-联轴器-破碎机）方案比较：方案二：链传动具有无弹性滑动和整体打滑的现象，因而能保持准确的平均传动比。链条有不需要像带传动那样张的很紧，因此压轴力较小。链传动具有整体尺寸小，结构较为紧凑，同时能在高温和潮湿的环境中工作。它的制造与安装精度要求较低，成本也低。由于链传动的速度并不高，只适用于减速比小且无启动频繁的场合，链传动的缺点是只能实现平行轴之间的同向传动，运转时不能保持恒定的瞬时传动比，磨损后易发生跳齿，不易在载荷变化很大高速和急速反向的传动中，且无超载保护。方案三：采用联轴器可以减小总体空间，工作时机械性能好，工作可靠，维护方便，传动比恒定，噪音低，传动效率高。方案确定：在本次设计中，由于考虑破碎机的工作情况，载荷变化大且不易控制，传动比要求没那么严格，同时载荷大对电机的启动性能造成不好的影响，考虑到大功率电机在转速高低上的价格差异不很明显及对整机的成本最低化要求，决定采用第一种传动方案。这种方案可以有效改善电机启动性能，使电机能平稳启动运行。此驱动方案是经济实用、性能优良、安全可靠的驱动方案。结论：确定本次传动方案为方案一，即在主轴的一端配置皮带传动与电机相连。单转子式锤式破碎机的主要零件结构设计垂头设计与计算a.轻型；b.组合式；c.整体中型；d.轻型板式图4.1锤子形状锤头的形状确定1.一般锤头的设计如图4.1所示，是各种锤头的结构形状。图a所示锤子是用于可逆式锤式破碎机，它属于轻型锤子，被破碎的物料粒度大约在100左右。PCZ式单转子锤式破碎机采用图b的锤子是一种组合式，由锤柄锤帽和销轴等组成。锤帽由耐磨材料铸造而成，可方便更换。锤柄可用高碳钢制造并在侧面焊有耐磨合金，其寿命很长。这样的锤子增加打击中心的质量，增加物料与锤头撞击几率。PC和PCX系列锤式破碎机采用图c所示锤子。其头部质量较重，可以得到较细产品，整体式锤子结构简单。反击式锤式破碎机采用图d所示的锤子。其结构很简单，此外，无蓖条锤式破碎机采用长柄组合式锤子。由于锤柄较长，对同样规格破碎机，其转盘直径就比较小增加破碎腔空间，可减小其鼓风效应而产生的不必要的电能损耗。这种锤子用于PCKW无蓖条可逆式锤式破碎机。锤式破碎机锤子的形状与破碎物料性质和粒度有关，即与被破碎物料硬度、脆性、粒度等因素有关。因此，锤子的形状有各种各样的，如破碎金属切削的锤子就像镰刀形，一是加大打击力度；二是延长锤子的使用寿命。2.组合式锤头设计1-圆柱销2-锤体3-锤柄4-六角螺栓5-自锁螺母图4.2锤头免锤式破碎机的锤头是直接打击进入破碎腔矿石的关键部件，要求锤头的结构设计首先应当满足碰撞平衡条件。考虑到锤头容易磨损，磨损后就需更换，而且更换周期短，为使维修师傅操作简单，节省时间，节约材料，减少成本。我就将锤头设计为组合式，如图4.2.。锤头由圆柱销（1）、锤体（2）和锤柄（3）组合而成。我所设计的锤头区别于一般组合式锤头，锤体成球台状，球台中心线上设有圆透孔，球台下端方透孔与锤柄上部空心杆外圆相配，圆柱销穿过垂体圆透孔，与空心杆内孔相配，并由螺栓和自锁螺母固定，形成组装式球台状锤头结构。它满足碰撞的平衡条件，从而减少无用能量消耗，延长转子轴承使用寿命和避免避损坏销轴；由于锤柄可连续使用，只需更换磨损的锤体，从而用提高了材料利用率；又由于更换锤体时，锤柄不用从销轴上拆下，可降低维修操作难度。由于锤式破碎机锤头是铰接悬挂在转子体的销轴上，锤头打击矿石时，在锤头碰撞点上将作用着冲击力，由理论力学知，如果冲击力通过离销孔中心距离为h的碰撞中心上，则销轴上的碰撞反力为零；如果冲击力未通过碰撞中心，则冲击力会在转子的销轴上产生碰撞反力。由于先有技术锤式破碎机锤头锤体打击面一般为矩形或梯形，在进行碰撞平衡计算时，先有两种设计理论：一是建议锤头的碰撞中心取在锤头允许磨损高度的中心，二是建议将碰撞中心取在锤头的最外端。但与实际情况都有出入，因为打击面的每个点都有可能实施对物料的打击，冲击力作用线常常会偏离设定的碰撞中心，导致在销轴上产生碰撞反力，其后果是产生有害阻力矩，缩短转子轴承使用寿命。甚至会损害销轴。而我所设计的球形锤头就能避免以上不足。因为圆弧面与物料碰撞所产生的作用反力都会经过球心，则销轴上的碰撞反力为零。由于锤式破碎机锤头是铰接悬挂在转子体的销轴上，锤头打击矿石时，在锤头碰撞点上将作用着冲击力，由理论力学知，如果冲击力通过离销孔中心距离为h的碰撞中心上，则销轴上的碰撞反力为零；如果冲击力未通过碰撞中心，则冲击力会在转子的销轴上产生碰撞反力。由于先有技术锤式破碎机锤头锤体打击面一般为矩形或梯形，在进行碰撞平衡计算时，先有两种设计理论：一是建议锤头的碰撞中心取在锤头允许磨损高度的中心，二是建议将碰撞中心取在锤头的最外端。但与实际情况都有出入，因为打击面的每个点都有可能实施对物料的打击，冲击力作用线常常会偏离设定的碰撞中心，导致在销轴上产生碰撞反力，其后果是产生有害阻力矩，缩短转子轴承使用寿命。甚至会损害销轴。而我所设计的球形锤头就能避免以上不足。因为圆弧面与物料碰撞所产生的作用反力都会经过球心，则销轴上的碰撞反力为零。1.锤头的改进1-锤头2-螺母3-螺栓4-锤柄图4.3改进的锤头如图4.3所示：锤头主要由三部分构成，主要是锤头、锤柄和连杆。三者仅靠普通螺栓连接，主轴高速运转时，能产生很大的离心力，而锤头只靠螺栓接触面产生的摩擦力来抵抗，锤头会上下移动。锤架的结构设计与计算根据设计的要求，每根销轴上需要有8个锤子。圆盘是用来悬挂锤头的，一共需有7个锤架和2个圆盘，2个圆盘共有的特点是，一侧设置了圆螺母和止动垫片，另一端用轴肩定位。这样每个圆盘均匀分布6个圆孔，即可以通过六根销轴，用来悬挂锤头，锤头和锤架之间的间隙除了通过削轴连接，为了保护圆盘的侧面，减少或尽量避免其侧面的磨损。锤架的大小取决于转子的直径，转子的直径的大小是锤架的设计大小的依据。2.延长锤头使用寿命的研究下面重点讨论一下锤头耐磨性提高，使用寿命延长的问题。决定一个板锤的使用寿命，有以下几个因素来评定：1.工作是否可靠。在板锤与物料冲击过程中，不准板锤飞离转子，或因板锤的紧固不良，引起其他的机械故障，故板锤的固定是个值得注意的问题。否则，无“寿命”可言。2．板锤的装卸是否方便，尤其再生产现象，在工作一段时间后，机器的各部件必不能按理想状况进行，比如偏心、局部磨损等，需要及时调整。能否快速装卸是一个很重要的指标。3．板锤的金属利用率是否合理。因板锤的磨损是不可避免的，一块重量一定的板锤，使其不能利用的质量最小，即板锤的形状及空间尺寸如何选择为最佳是值得考虑的问题。4．减少无谓的磨损，以提高板锤的使用寿命，要充分利用转子的能量，提高破碎比，就必须研究最大破碎力，同时也具有很大的理论价值。5．板锤的及时合理调配非常关键。破碎机在使用中运行不稳，震动大，主要原因是，板锤磨损后，原有的平衡状况被破坏，未用科学的方法合理调配所致。6．板锤的材质，是解决锤头耐磨性，使用寿命的最核心的因素。现今应用比较广泛，也经受了实践的考验。比如有改性高锰钢板锤和锤头，中碳多元合金钢锤头。圆盘是通过键与主轴相连接的，而随主轴高速回转的。所以结构中一定有键槽，其厚度也是满足强度要求、工作状况的，不宜过大。考虑到锤式破碎机锤头与物体发生冲击，力的大小时刻变化，最后将套筒与锤架焊接在一起，增加平键的接触面积，从而减小应力。圆盘之间的轴向定位就靠本身。大体结构设计如4.4所示。图4.4锤架的结构主轴的设计与强度计算通常轴的设计包括两个部分，一个是结构设计，一个是工作能力计算。后者主要是指强度计算。主轴的结构设计根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造、工艺等方面的要求，合理确定出其结构和尺寸，轴的工作能力的计算不仅指轴的强度计算，还有刚度、稳定性等方面的计算，当然大多数情况下，只需要对轴的强度进行计算即可。因为其工作能力一般主要取决于轴的强度。此时只做强度计算，以防止或检验断裂和塑性变形。而对于刚度要求高的轴和受力大的细长轴，还应该进行刚度计算，防止产生过大的线性变形。对于高速运转的轴，还应该进行振动稳定性计算。以防止产生共振破坏。因此，对该破碎机的主轴来说，只需进行强度计算。轴的材料的选择轴的材料主要是碳素钢和合金钢。钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件。有的则直接用圆钢。碳素钢比合金钢低廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的方法提高其耐磨性和抗疲劳强度的。故采用碳钢制造轴尤为广泛，所示选用45号钢。轴的最小直径和长度的估算零件在轴上的安装和拆卸方案确定了之后，轴的形状便大体确定了，因为对该主轴来说，其安装顺序为：先安装中间的转子部分，然后放置在箱体上，再安装轴承端盖，接着是轴承、外轴承座。最后两端分别是带轮。各轴段的直径所需要的轴径与轴上的载荷的大小有关。在初步确定其直径的同时，还通常不知道支反力的作用点，不能确定其弯矩的大小及分布情况。因此还不能按轴上的所受的具体载荷及其引起的应力来确定主轴的直径。但是，在对其进行结构设计之前，通常能求出主轴的扭矩。所以，先按轴的扭矩初步估计所要的轴的直径。式中p——轴传递的功率，kW；n——轴的转速，r/min。由表查得A=126：还考虑到其它的因素取=65mm。轴的结构设计对于轴的结构必须满足：=1\*GB2⑴.主轴和安装在主轴上的零件要有准确的工作位置；=2\*GB2⑵．轴上的零件便于安装和拆卸、调整。=3\*GB2⑶．轴应有良好的制造工艺性。轴上零件的安放顺序如下：轴承、圆盘、轴套、轴承、套筒、带轮因为主轴是阶梯轴，根据阶梯轴的特点，并且轴上零件的安装要求也不高，所以上面提到的第二条容易满足。至于第三条：轴的制造工艺性，主要是指便于加工和装配轴上的零件。并且生产率高、成本低。一般来说，结构越简单，工艺性越好。所以应该尽量简化轴的结构。为了便于装配零件并去掉毛刺，轴端应制出45度倒角。具体分析如下：该主轴有2个轴段有键槽，为了减少装夹工件所需的时间，应在这些不同的轴段上开的键槽在轴的同一条母线上。另外，还为了减少加工刀具的种类和提高劳动生产率，轴上直径近似的地方，圆角、倒角、键槽宽度等都采用相同的尺寸。1.拟定轴上零件的装配方案确定主轴的各段的长度，尽可能使其结构紧凑，同时还要保证，转子以及带轮、飞轮、轴承所需要的装配和调整的空间，也就是说，所确定的轴的各段长度，必须考虑到各零件与主轴配合部分的轴向尺寸和相邻零件间必要的间隙。前面已经通过设计计算，得到转子、飞轮、带轮的大体尺寸，所以轴的长度也可大致确定了。轴的结构与装配如图4.5所示。2.根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度（1）轴的最左端A-B轴段是装带轮故取，它的左端用轴端挡圈定位，右端用套筒轴向定位。图4.5轴的结构与装配（2）初步选择滚动轴承。因轴承同时承受径向力和轴向力，而且轴比较长，会产生弯矩，如果选用一般滚动轴承则会卡死，故选用调心滚子轴承。参照工作要求并根据，选择轴承22215C/W33，其尺寸为，故，而。右边采用轴肩轴向定位，查得22215C/W33型轴承的定位轴肩高度为h=4.5mm，故取。右端滚动轴承也采用轴肩轴向定位，故取，，。（3）取安装在锤架和圆盘处的轴段D-E的直径；在D-E轴段上有7个锤架和左右2个圆盘，相邻两个用套筒进行轴向定位，转子长度大约是1000mm，进行初步估算取转子长度为，左端用圆螺母加止动垫片进行轴向定位，右端用轴肩轴向定位，轴肩高度h>0.07d，故取h=10mm，则轴环E-F处直径，轴环宽度b>1.4h，取。（4）考虑到锤头与机架壁要保持一定距离，轴承座在安装时要保留一定的安装空间，故取。至此，已经初步确定了轴的各段直径和长度。3.轴上零件的轴向定位带轮、锤架与轴的周向定位均采用平键连接。按查得平键截面b×h=28mm×16mm，键槽用键槽铣刀加工，长为18mm，同时为保证锤架与轴配合有良好的对中性，故选择锤架轮毂与轴的配合为；同样，带轮与轴的连接，选用平键为18mm×11mm×180mm，带轮与轴的配合为。滚动轴承与轴的周向定位是由过度配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为k6。4.确定轴上圆角与倒角尺寸取轴肩倒角为2×，各轴肩处的圆角半径为R2mm。轴的弯扭合成强度计算前面提到过，多数情况下，轴的工作能力一般主要取决于轴的强度。此时只做强度计算，以防止或检验断裂和塑性变形。而对于刚度要求高的轴和受力大的细长轴，还应该进行刚度计算，防止产生过大的线性变形。对于高速运转的轴，还应该进行振动稳定性计算。以防止产生共振破坏。在进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体载荷和应力情况，采用相应的计算方法，并恰当的选择其许用应力。根据计算原则，对于传动轴（仅仅或主要承受扭矩）按照扭矩强度条件进行计算，对于心轴（只承受弯矩）应该按照弯曲疲劳强度进行计算，对于该主轴，既承受扭矩还承受弯矩，是一个转轴，所以必须进行弯扭合成强度条件进行计算，需要时还应该进行疲劳强度的精确校核。先按照弯扭合成强度条件进行计算：通过对该主轴的结构设计，轴的主要结构尺寸，轴上的零件的位置以及外载荷和支反力的作用位置已经确定。轴上的载荷可以求得，因此可以按弯扭合成强度条件对该主轴进行强度的校核计算1.做出轴的计算简图（力学模型）轴上受的载荷是由轴上的零件传来的，所以，计算时，可以将轴上的分布载荷情况简化为集中力。其作用点可以一律简化，取为分布载荷的中点，作用在轴上的扭矩，一

般从传动件轮毂宽度的中点算起，通常把当作置于铰链支座上的梁，支反力的作用点与轴承的类型和布置方式有关。图4.6轴的载荷分析图从图4.6轴的载荷分析图可看出轴在C处所承受的载荷最大，所以此处就是最危险截面。由于锤式破碎机外载荷很难确定，故一般可按前联邦德国海因利希.啊.莫林算式计算，作用在轴子主轴上的相当弯矩（N.m）：式中——作用在主轴上的弯矩，，N.m；——转子总质量，N；——作用在主轴上的扭矩；由pro/e分析——质量属性计算得转子质量=10.9×N；所以===1.36×N.m。由公式得：923×N.m。作用在主轴上的相当弯矩：=1.49×N.m2.按弯扭合成应力校核轴的强度综上所述，按照弯扭合成强度条件进行轴的强度校核计算：

进行具体的校核计算时，只需要校核轴上的承受的最大弯矩以及扭矩的剖面（即危险剖面）的强度。按表对于45号调质钢，在承受对称循环变应力时的许用应力。故安全。3.提高主轴疲劳强度的途径在零件的设计阶段，除了采取提高其强度的一般措施之外，还可以通过以下一些设计措施来提高其疲劳强度：=1\*GB3①尽可能的降低该主轴上的应力集中的影响。这是提高其疲劳强度的首要措施和主要的途径。而主轴的结构形状和尺寸的突变（比如轴肩）是应力集中的结构根源，因此，为了降低应力集中，应该尽量减小零件（即该主轴的）结构形状和尺寸的突变使其变化尽可能的平滑和均匀。为此，要尽可能的增大过渡处的圆角半径；同一段轴上相邻截面处的刚性变化应尽可能的小等等。在不可避免的要产生较大的应力集中的结构处，可采用减荷槽来降低应力集中的影响。=2\*GB3②选用疲劳强度高的材料和规定能够提高材料疲劳强度的热处理方法和强化工艺。=3\*GB3③提高主轴的表面质量。比如将处在应力较高区域的主轴表面加工得较为光洁。或者，如果，有的轴段，工作在腐蚀性介质中，则要对该轴段规定适当的表面保护。=4\*GB3④尽可能地减小或消除主轴表面可能发生的初始裂纹的尺寸，对于延长其疲劳寿命有着提高材料性能更为显著的作用。因此，对于重要的轴段，在设计图纸上应规定出严格的检验方法和要求。=5\*GB3⑤降温、减载荷，对于发热摩擦副的轴颈采取降温设计，也可显著提高其疲劳寿命。因为主轴是一个转动件，所以，在低应力下运转一定周数后，再逐步提高到设计的应力水平。轴承的选择因为轴承，尤其是常用的一些轴承，主要是指一些滚动轴承，绝大数都已标准化，因而，我们需要进行一部分设计内容，根据具体的工作条件，正确选择轴承的类型和尺寸。另外是轴承组合的设计，它包括安装、调整、润滑、密封等一系列内容的设计。材料的选择轴承的内圈、外圈、滚动体，一般是用轴承铬钢制造的，热处理后，其硬度一般不低于HRC60。一般这些元件需要150度回火处理，所以其通常的工作温度不高于120度，此时，硬度不会下降。轴承类型的选择轴承的类型有很多种，主要根据其承载情况和调心等要求，进行选择。因为该型号的破碎机，其转子的速度在900到1100之间。所以主轴的轴承的转速很高，负荷很大，且工作时间很长，最主要的是，经过很长时间工作后，会因为锤头的不均匀磨损而产生不平衡附加作用力（当锤头的不均匀磨损严重时，此力就成为总负荷中的主要部分）。轴承间距大，轴会产生挠曲，此外，轴承的中心也难保证同心，因此选用调心滚子轴承22215C/W33。轴承的游动和轴向位移轴承在实际工作时，工作前后的温差大，为了适应轴和外壳不同热膨胀的影响，防止轴承卡死。可以使一端的轴承轴向固定（比如用圆螺母）另一端使之可以轴向位移。这样，轴承在内外圈的轴向相对位置有不大的变化时，仍然可以正常工作。也可以使外圆与座孔配合较松，以保证外圆相对于座孔能做轴向窜动。轴承的安装和拆卸为了便于轴承在主轴上的安装和拆卸，必须考虑到轴承座有剖分面，这样就不必考虑沿轴向安装和拆卸轴承部件，优先选用内外圈可分离的轴承了。图4.8轴承座结构滚动轴承的润滑由于滚动轴承承受的轴向力合径向力都比较大，转速n=930r/min，而且轴式细长轴，产生弯矩，所受较大震动，考虑以上原因，滚动轴承采用油润滑，轴承座的结构如图4.8所示，轴承座的右端用迷宫密封传动方式的选择与计算该部分的设计主要体现在V带轮的设计上，带轮的结构型式，主要由带轮的基准直径选择。其基准直径又与相连接的电动机的型号有关。根据前面对电动机功率的计算，以及转速的要求，选用型号是Y280M-4的电机。满载转速1480r/min，额定转速1500r/min。因为要求的大带轮的转速是930r/min，所以，传动比。(1)确定计算功率查得工作情况系数=1.1，故（2）选择V带的带型根据、选用D型。(3)确定带轮的基准直径并验算带速v1)初选小带轮的基准直径。取小带轮的基准直径=355mm。2)验算带速v。按公式验算带的速度

因为5m/s<v<30m/s，故带速合适。3)计算大带轮的基准直径。根据公式，计算大带轮的基准直径

=i=1.59×355=564.45mm

选圆整为=560mm。（4）确定v带的中心距a和基准长度

1）根据公式，初定中心距=1500mm2）计算带所需的基准长度

=

选带的基准长度=4500mm。3）计算实际中心距a。

（5）验算小带轮上的包角（6）计算带的根数z1）