毕业设计（论文）-树枝粉碎机设计

PAGEI摘要刀盘式结构粉碎机是粉碎机行业中重要的结构形式，其对于树枝的粉碎应用有着重要的优点：性能稳定、震动性小、能耗少。本文通过对刀盘式树枝粉碎机的结构特点和功能需求进行分析，设计一块小型化树枝刀盘粉碎机，所设计的刀盘粉碎机采用锥片式结构并且结构交错排布，极大的提高了结构的稳定性减少粉碎过程中的振动，并采用自上而下的设计理念确定结构的三维模型，并且绘制结构尺寸二维图，采用soldworks的运动过程，并通过计算以及校核验证所设计结构的准确性，并整理设计说明书，本文通过理论计算和实体建模的设计不仅加强对理论的学习，设计的内容更是为刀盘式树枝粉碎机的发展提供一定的理论依据。关键词：振动；刀盘粉碎机；SolidWorks；三维模型；

AbstractCutterdiscstructuremillisanimportantstructuralforminthemillindustry,whichhasimportantadvantagesforthecrushingapplicationofbranches:stableperformance,smallvibration,lessenergyconsumption.Thispapermillcutterdiscbranchofstructuralcharacteristicsandfunctionalrequirementsanalysis,designasmallbranchesoftheknifeplatemill,thedesignofthecutterdiscpulverizeradoptsconeplatestructureandstaggeredarrangementstructure,greatlyimprovethestabilityofthestructuretoreducevibrationintheprocessofcrushing,andUSESthetop-downdesignconcepttodeterminethestructureof3dmodel,Anddrawthestructuresizeoftwo-dimensionalfigure,usingsoldworksmovementprocess,andthroughthecalculationandcheckingtoverifytheaccuracyofthedesignstructure,andfinishingthedesignspecifications,thisarticlethroughthetheoreticalcalculationandthesolidmodelingdesignnotonlystrengthenthestudyoftheory,thecontentofthedesignisforthedevelopmentofthemillknifediscbranchtoprovidecertaintheoreticalbasis.Keywords:Vibration;Cutterdiscmill;SolidWorks;Three-dimensionalmodel.目录TOC\o"1-2"\h\u摘要 IAbstract II第1章.绪论 11.1课题的目的和意义 11.2国内外粉碎机发展概况 1第2章.锤片式粉碎机的设计 62.1刀盘式粉碎机的主要结构 62.2.粉碎装置参数的确定及设计计算 62.3转子的设计 8第3章.零件强度校核 193.1轴的强度校核 193.2轴承寿命校核 253.3键的选择及校核计算 27第4章.基于Solidworks的三维实体造型 294.1软件功能简介 294.2零件建模简单命令 304.3零部件装配 354.4仿真运动的分析 36总结 40参考文献 41致谢 42PAGE47第1章.绪论1.1课题的目的和意义目前，粉碎机在我国的发展都比较普遍，大部分的结构都是采用锤片式结构，利用高速转动下产生的冲击力来切断树枝，其结构简单适用性强，目前被广泛的使用。粉碎行业是工业自动化的一个重要环节，不仅仅在树枝以及其他农作物的使用，在更多的行业都是对物体进行粉碎在进行统一的打包，其能够有效解决废物的空间占地面积，能够有效提高运输或者在处理的能力，粉碎机的原理主要采用改变物体的空间形态，使其能够方便人们二次使用或者加工的新形态，并且粉碎后的物体二次利用也能够提高利用率节省时间，据相关资料统计，人类每年所产生的的废料大概有数千万吨，而这些都需要经过二次的加工处理以便能够再次使用，当然废料的形式各种各样，这就促使着粉碎机的结构或者功能需求更加的复杂灵活，因此人们需要投入更多的精力去研究学习粉碎机，以提高其粉碎生产能力，直到上世界80年代后期，人们对于粉碎机的研究学习已经形成了一门专门的学科，用以使用各种物体的粉碎学习。粉碎机的应用是目前加工制造业中最广泛的设备，其应用行业比较多在各种制药、食品、矿山、以及造纸行业甚至一些航空航天军工企业也都会用到粉碎机进行相关加工生产，目前人们对于能耗的来源还都是传统煤炭等因此对于粉碎机的需求和应用也都比较多，因此国内外也更加的重视对粉碎机的研究和使用，人们的研究重心已经不再是追求简单的功能满足，而是要能够更加节约能耗，以及生产工艺更能够满足现在社会的使用需求，特别如此新环境下的环保问题，力求更多的粉碎设备能够减少粉尘的飞扬，保护环境，这些都是新时代对于粉碎机的结构特点要求，并且设备外形体积上也不是更加大、笨重为主而是转向小、巧为主方便移动和携带，机还没有开发出来。未来机械对于节能减排的要求越来越高，因此设计一款适合绿色发展的粉碎设备是符合环保的需要，其当然离不开更多专业的努力。1.2国内外粉碎机发展概况国内对于粉碎机的发展主要还是锥片式结构为主，锥片式结构能够改变锥片的数量从而改变最终的粉碎效果因此在国内粉碎机市场占据主流地位，其通用性高、性能稳定被广泛适用于各类食品农作物的粉碎，因此在粉碎机行业俗称万能粉碎机，我国是农业生产和消费大国因此每年都有大量的农作物秸秆需要粉碎，因此粉碎机的普及和应用无疑是极大提高了我国农业自动化生产水平。1.2.1国外粉碎机发展概况国外对于粉碎机的研究和发展时间比较早，传统的功能性设计已经不能满足粉碎的简单功能，近年来国外学者更多的将精力投入于更加精细和微小颗粒粉碎的研究上，近年来国际在新材料的应用和使用上有了很大提高，人们需要更多的高分子材料，因此粉碎机的技术革命也在不断革新，人们已经开始投入发展更全的配套设施来进行物体的粉碎，技术革新也朝着微米级或者纳米级别，相信在不久的未来，更加精密的粉碎机将会更多更广泛的应用到生活中以及自动化行业的各个方面，设备性能也势必将更加稳定环保性能也将更加好。自从上世家末期美国研究出第一台锤片式粉碎机之后，粉碎机的应用便在国外得到飞速的发展和应用，最为显著的就是在工业饲料制品行业得到更加飞速的应用，而在实际应用中，由于饲料所需要粉碎的原材料上美国以及欧洲各国有所不同，因此在长久使用的结果上粉碎机最终朝向两个不同的方面，美国主要以锥片面积大为主，而欧洲主要以冲击的齿板面积大为主，其功能原理都是为了完成物体的粉碎，结构形式表现追求有所不同，美国的锥片面积性能稳定而长久发展也形成了自己的优势与特点因此在市场上著名公司如，美国的Champion公司及Jacobson公司等标榜自己的产品为全周筛，而欧洲最为典型的是荷兰的VanAarsen公司的2D系列锤片式粉碎机，结构设计上粉碎冲击件的面积得到很大的提高，几乎能够占到结构一半以上尺寸，因此粉碎面积大，但是结构上具有一定的操作局限性，其在锤片的更换操作比较麻烦需要将设备停机会才能进行操作，而相应的欧洲粉碎机品牌所设计的结构采用侧面轴向插入形式其更换锥片非常方面并且需要打开设备机壳，操作比较安全并且不需要额外的工作量，并且经过多年自动的发展，对于锥片的安装已经能够很方便的自动从轴向端进入方便设计使用，极大提高了自动锤片的粉碎机的应用和发展。粉碎机经过一定时间的发展，目前其成熟类型也是多种多样，如涡轮粉碎机，其主要的特征优点：粉碎室的出料口料与相应的进料口之间形成一定的夹角，当未经过粉碎的产品能够储料口的筛选后能够依靠自身的重力再次回落到相应的进料口内，因此能够最大限度的提高对物体粉碎，缺点：其出料口与进料口之间的不对称性直径影响整体结构的不对称，因此在具体使用过程尽量提高设备稳定性减少因不对称造成的设备震动粉碎机的主要功能依靠具有一定力矩和转速的锥片实现对物体的粉碎打击，因此美国公司在上实际九十年代后期设计一开双速粉碎机，并且为了提高力矩作用的稳定性，双速粉碎机采用变频驱动，在保证速度的同时，提高了转矩效果，善其粉碎性能。在结构上，近年来还出现了立式锤片粉碎机。下面是几种国外常见的粉碎机：1）V9H型锤式粉碎机V9H型粉碎机其主要体现功能适应性比较广泛，其对于农作物的粉碎不仅能够粉碎一般谷物、而且还能够粉碎一些饲料，其主要结构采用铸件，因此制造简单售后维修成本低，性价比高，比较适合小公司的预算购买需要，并且结构上进行相应的简化设计，增加了相应的吹风机构。此种结构内部安装简单，采用两个独立的圆形半圆零件，零件上开设一定的安装空洞，孔洞的数量对象后期需要安装的锤片，其外部筛板固定的半圆结构外侧，能够与锤片之间产生一定的包角，包角角度能够达到290，因此能够最大限度提高粉碎效果，固，筛子不易变形,粉碎机上共附有五种不同孔径的筛板，其孔径分别为1、2、3、4、5毫米。可以根据所粉碎饲料种类和细度要求的不同来选用适当的筛板。撞击板装在粉碎室的右上角。在精料盛料斗的底部有一个可调插板，它可以改变斗底排料口的大小，用来控制精料的流量。在斗底排料口的下面有一块倾斜的托料板，通过装在机壳外的调节杆可以调节托料板的倾斜角度，以控制饲料喂人斗。当托料板倾角增大时，饲料能很快的通过，因此喂入增大，反之则减小。在粉碎茎杆、干草等粗饲料时,应把草料喂人斗前端的挡板向前转动使草料能直接落人粉碎室中。风扇叶片装在转盘的侧壁上，这样就大大地简化了风扇结构，并且也省去了风扇人口部分的吸料管。动力通过皮带轮和一对齿轮来带动转盘，齿轮的速比为1:3.5。这种粉碎机适合与20~30马力的拖拉机配套使用,也可用15千瓦的电动机来带动。皮带轮的转速为800~900转/分。粉碎谷物饲料的生产率为350~1250公斤/时,干草为100~150公斤/时。外形尺寸为1250×700×3000毫米,重量为710公斤。2）英国Massey-Ferguson公司935型万能粉碎机这种粉碎机的通用性很大，它除了能粉碎各种谷物饲料外，也能粉碎秸秆、磨制草粉和制作青贮饲料，此外还能作为抛送器之用，将切碎的青饲料抛入青贮塔。此种粉碎机的结构，它由喂料斗、机壳、转盘、吹送管和聚料桶等部分组成。喂料斗装在机壳的侧壁，机壳的内部装有转盘和筛板，顶部与吹送管相联，吹送管的末端与聚料桶相接。喂料斗成簸箕形，在其前端有一块半圆形的罩盖，盖内有一块月牙形的挡板，用来防止饲料从粉碎室里向外飞溅。3）法国Carriere-Guyot公司Pulverix牌饲料粉碎机该公司生产有三种类型的固定锤杆式粉碎机。1型为自重排料，2型和3型为气流排料。4）日本横山工业公司的双转盘式粉碎机目前世界上所有的锤式粉碎机都存在有粉碎效率不高的缺点，这主要是因为粉碎室内有一团已粉碎的树枝包在转盘的周围，形成环形，随着锤片一同转动，因此从喂人口新进人的树枝首先是与这个环形的树枝相遇，被带着缓慢地旋转，然后才能与锤片相遇，受到锤片的打击。由于饲料颗粒在受打击时已具有一定的速度，根据冲量定律，这时打击力将会显著地减弱，使粉碎机的粉碎效率不高。但是采用双转盘式粉碎机不但能避免这种缺点，而且由于在打击时树枝木屑的运动方向是与锤片的方向相反，因此反而会增强打击作用，能提高粉碎机的效率。1.2.2我国粉碎机械发展概况粉碎的目的与意义：粉碎机的主要任务就是改变物体外在形态将大结构物体经过粉碎转变成小分子结构物体，并且经过粉碎后的物体能够增加器相应的物理或者化学反应，对于矿石结构的应用能够将不同的矿物结构进行粉碎分离，又或者在其他的分子结构过程中我们需要将其他不同的矿物结构进行粉碎融合器都是需要粉碎机进行完成，粉碎机将物体粉碎的重要技术参数指标就是粉碎后的材料颗粒细化程序，其粉碎结构分子越精细说明粉碎机的性能更优越，粉碎机的应用在生活中非常广泛：物料的比表面积、化学反应速率、吸附性、堆积性、补强性、在液相介质中的沉降速度、溶解性、光学性能、电性、磁性等，这些都与应用范围有直接关系。更多高精密行业其对于材料的要求更加严格，其要求级别数量级都是达到微米或者纳米级别，因此更加精密的粉碎机的应用更是能够反应一个国家工业自动化的发展水平提高粉碎机的应用发展也正是能够反应提高我国工业自动化的应用。1.2.3我国粉碎设备的发展趋势近年来粉碎技术在更多行业背广泛采用比如化工、冶金、建材、电子、化工、医药、农业等以及更多其他的高精密行业，尤其是现代自动化行业，高分子材料和新技术的发展应用以及更好的产品质量都需要与材料分子的细化程序和粒数有关，为了或者更高的技术突破，必须促使着更好的技术发展，当然其发展也离不开一下几个方面的内容：1)粉碎机的发展离不开电子电路的发展，必须在提高其功能作业的同时，减少对能耗的使用；2)更多更好的发展多功能型粉碎机，尽量能够满足一机多用提高功能适应性；3)新型环保要求：粉碎机的发展离不开环保主题，尽可能减少对环境的粉尘和噪音的污染；4)视粉碎基础理论的研究。1.2.4树枝粉碎机方案的比较与选择粉碎机根据具体工作原理可分为盘式切碎加锤片粉碎、鼓式切碎加锤片粉碎、直接锤片粉碎和刀盘粉碎四种结构形式。根据四种方案结构本次设计选择盘式加锤片式结合的结构，其具体结构特点经过比较分析可以发现：结构简单盘式刀片和锤片相对于主轴一体式安装性能稳定，结构简单并且粉碎效果和结构性能比较高并且节能效果好。刀盘锤片式粉碎机的结构和工作原理是：物体经过入料口进入粉碎机内首先经过刀盘结构将物体进行初步切断，切断后的物体经过粉碎机构进行二次粉碎研磨，最后根据所设定的筛分机构的网格进行筛分过滤达到要求的产品经过筛孔被风机吹出到机体之外，结构设计上刀盘和锤片式结构固定在一个主轴上，经过带轮由三项异步电动机带动旋转，结构紧凑性能稳定。第2章.锤片式粉碎机的设计2.1刀盘锤片式粉碎机的主要结构刀盘锤片式粉碎机结构上主要由粉碎机构、机架外壳、电动机、输送入口装置和出料出口装置等组成。根据本次设计结构要求：整理设计以下设计参数，机构上采用单轴安装刀盘和锤片盘，结构简单性能稳定，粉碎效率高，对于刀盘的线速度设定为80—120r/min。工作条件：能够持续单线运转并且工作尽量无振动性能稳定。2.2.粉碎装置参数的确定及设计计算2.2.1转子直径D与粉碎室宽度B的确定1）转子直径D的确定由n=60×1000νD=60×1000ν=60×1000×80=600mm2）粉碎室宽度B的确定粉碎机转子直径D与粉碎室宽度B之积可用以下经验公式求得:B=kD(2—1)式中：B—粉碎室宽度，mm；k—经验系数,一般取0.29～0.75；D—转子直径，mm。直径和粉碎室宽度确定后，为了能够进一步减少设备运动时产生的噪音，我们对于转子的设计应尽可能增加其直径尺寸，并且根据实际粉碎内容为树枝因此综合考虑粉碎室的宽度应尽可能较小并且对于确定后的机架结构后因选取较大的D；此种结构选型适合树枝或者牧草形式的物体。将数据代入式(2—1)得：B=0.43×600mm=258mm2.2.2配套功率N的确定电动机配套功率由下式确定：N=（6.4−式中：N—电动机功率KW；Q—生产率,t/ℎQ=N/KE。得配套电动机的功率为：N=（6.4—10.5）=（19.4—31.8）KW根据JB/T5274—1991所选电动机的型号为Y180l—4，其主要参数如下所示：功率：22KW电流：42.5A转速:1470r/min额定转矩：2.2N最大转矩：2.3N机座带底脚，端盖无凸缘（B3型）安装尺寸和外形尺寸见表3—1所示：表2—1电动机安装尺寸机座号DFGEKHABCABACADHDL180L481442.511015180279279121355380285430710详见图2-2：图2-2电动机外形2.3转子的设计转子相对于粉碎机的结构来说是重要的组成部门，本次设计的转子结构主要包括主轴、刀盘和飞到和定位套以及锥片等组成。2.3.1轴的结构设计1）初步确定轴的最小直径先按式（2—13）初步估算轴的最小直径ddmin式中：dminA0P2—输出轴上的功率，P2=P×ηn2表2-2轴常用几种材料的τT及A轴的材料Q235-A、20Q275、354540Cr、35SiMn/MPa15-2520-3525-4535-55149-126135-112126-103112-79注：1）数中τT2）在下述情况时，τT取较大值，A0取较小值；弯矩较小或只受扭矩作用，载荷较平稳、无轴向载荷或只有较小的轴向载荷，减速器的低转速轴，轴只做单向性旋转；反之，τT选取轴的材料为45刚，调质处理。根据上表，取=120P2=P×η=22=21.12KW根据最小轴直径计算公式在转速1800r/min的速度下其转子最小直径为：d=27.27mm根据机械设计手册实际轴安全系统1-1.5本次设计选取1.4倍安全系统，则最小直径为d1∗1.4≈38.178mm，最小轴直径采用取值设计d1=402）拟定轴上零件的装配方案根据最小轴直径并且所安装定位套、轴套、转子、刀盘等各方面内容所设计的阶梯轴图2-3转子结构图3）各轴段的直径和长度确定a.为了满足皮带轮的轴向定位的要求，=1\*ROMANI-=2\*ROMANII轴段右端需制出一轴肩，由于皮带轮轴向比较长又考虑到轴的强度问题所以与皮带轮配合的轴的长度要小于皮带轮宽度，故取L1−2=80mm。b.初步选择轴承。因轴承需要承受径向力和承受轴向力，故选用圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据d2−3=50mm，由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组、标准精度的圆锥滚子轴承330010，其尺寸为d×D×B=50×110×27mm，轴承与轴的周向定位采用过渡配合来保证，此处选轴的直径尺寸公差为m6，而。c.取安装锤片处的轴段3-4的直径为，锤片是装在靠锤架板支撑的销轴上的。已知粉碎室的宽度为246mm，为了固定锤架板将轴段3-4设计成带有螺纹的，用锁紧螺母来固定锤架板，因此轴段QUOTE。d.为了便于对锤片组与刀盘的安装与定位，在此轴段5-6处安装一轴肩，其直径为，。e.安装刀盘处的轴段7-8的直径,由刀盘宽度为40mm,为了使轴套筒端面可靠的压紧刀盘，刀盘右端用以锁紧螺母进行锁紧，因此此轴段。f.刀盘右端设计以锁紧螺母，将此轴段设计成带螺纹的，此轴段8-9的直径为,。g.在8-9轴段右端设计一轴承将主轴固定，此轴段，。h.此轴已基本设计完成，其主轴总长为L=256mm。4）轴上零件的周向定位皮带轮与轴的周向定位均采用平键连接，按由机械设计手册查得平键截面b×ℎ×l=12mm×8mm×70mm，A型键，键槽用键槽铣刀加工。锤架板与轴连接选用A型平键，b×ℎ×l=16mm×10mm×60mm，轴承与轴的周向定位是由过度配合来保证的。刀盘与轴连接选用A型平键，尺寸为b×ℎ×l=16mm×10mm×80mm。5）取轴端倒角为2×45°，各轴肩处圆角如如轴所示。2.3.2飞刀的设计飞刀是刀盘粉碎机的主要部件之一，飞刀的性能对树枝刀盘粉碎机的工作起很重要的作用。由盘式树枝粉碎机的生产能力Q(实积³/h)为10-8(2-4)式中:－设备时间利用系数，取=0.3～0.5；－工作时间利用系数，取=0.7～0.8；—原料形态影响系数，成捆树枝取=0.3～0.7，其他原料取1；—刀盘转速，/；—飞刀数量；—树枝平均长度，；—树枝的断面积，2；取K1=0.4，K2=0.7，K3=0.7，l=10mm，=2/4，d=150mm则由上式可得Z=3.4，圆整为Z=4，故由生产率可选飞刀的数量为4把。 由下式（2-10）中，其中ε已知，为β进料口的倾斜槽的倾角为45︒，为常数，如要使主切削力最小就要使β+α=45︒，考虑道具的强度取飞刀楔角β=38︒,那么α=7（2-5）置两两对称，考虑到两把刀刀刃长度必须大于进料口，才能使切削没有“死区”，进料口在140mm,没把刀刃长度为85mm，飞刀的安装高度为10mm,由此得树枝的切碎长度为10mm,根据主要参数设计刀具如下图所示：图2-4飞刀2.3.3刀盘的设计刀盘的主要功能安装有飞刀结构能够实现树枝等作物切断并且能够具有储存能量作用，在不粉碎时候储存能量用以保证工作机的连续运转，其具体计算公式可参照下图：F=T×γ（2—6）式中T为切削转动时所需要的扭矩，F是切削所需要的负载李，γ是飞刀到中信轴线的垂直距离。根据上述计算公式可得，转盘切刀距离中心点的距离越近其所受的扭矩越来越小，同样所受的负载力也就越小，因此结构设计上我们可以将刀盘整体尺寸设计的小一点这样所受负载力等也就越小，所设计的整体结构尺寸将会更加紧凑，结构设计上除了要考虑设计所需负载力等，还需要考虑填料入口和其他设计标准件的安装位置，并且对于飞刀结构的整体尺寸基本上也要大于所设计的进料口尺寸，也就是飞刀径向所组成的面积应当大于入料口的面积，根据本次设计要求内容比较近的飞刀安装槽道主轴中心线的距离为90，较远的飞刀安装槽距离主轴中心线的距离为90+160=250mm,再加上飞刀宽度及边缘尺寸，刀盘的外径为600mm较为合理，考虑刀盘本身的转动惯量和安装飞刀等因素，取刀盘的厚度为40mm。根据以上设计参数内容，所设计结构可以得出如下结构形式：图2—5刀盘2.3.4锤片的设计锤片对于粉碎机的结构来说非常重要，其经过长期的磨损在粉碎机的使用上非常容易损坏，因此锤片对于我国钢材方面的使用是非常大的，因此如何减少原材料的使用旨在提高锥片的使用寿命上有着很大的意义，锤片的使用结构与其具体形状、外形以及固定安装位置有着很大的关系，当然线速度以及负载力对于锤片的使用寿命也有着很大的影响，通过查阅相关资料得表2-3，根据图表我们可以初步对锤片认识有个基本了解：表2—3各种锤片使性能比较锤片类型使用性能矩形锤片通用性好,形状简单,易制造。焊耐磨合金延长使用寿命,制造成本较高。阶梯形锤片工作棱角多,粉碎效果好,但耐磨性差。尖角锤片适于粉碎纤维质物料,但耐磨性差。环形锤片只有一个销孔,工作中自动变换工作角因此磨损损均匀,使用寿命较长,但结构较复杂。为了保证锤片的结构方便更换，国家根据长时间的发展已经形成了固定的行业标准，因此我们根据上述形状参考本次设计锤片结构形式为矩形锤片，方便安装、加工方便具体结构形式如下如：图2-6锤片本次设计中选用=1\*ROMANI型锤片，锤片的具体参数为：长度a:172mm宽度c：40mm 厚度e：5mm孔到锤片一端的距离b：127mm锤片式粉碎机加工粉碎的重要核心零件，因此必须使其具有一定的高耐磨性和韧性防止长时间磨损而影响使用并且防止瞬时负载过大而造成扭断现象，本次设计为了提高锤片的加工使用性能其材料选择为：65Mn钢，并且经过淬火处理使其硬度达到；50−57HRC,而对于其内部芯部的结构为了保持一定的韧性其硬度不超过2.3.5锤片数目的确定根据锤片式粉碎机相关计算公式，我们可以得到相关锥片树木的计算公式：树枝枝粉碎机的锤片数Z由下式确定：（2—7）B为粉碎机内部轴向之间的宽度，为锤片配置密度系数(0.28～0.42),e为锤片厚度(5mm),经计算得Z=13～20.故此树枝粉碎机设计为16把锤片，分4组，每组4片。2.3.6锤片的排列方式对于粉碎机的转子其不同于其它自动化设备中的固定转子一样，其承担着粉碎工作中的一个重要部分，其主要主要分布在锥片架子上的销轴上并且能够与相应的销轴一起进行配合链接，此种链接方式在机械自动化行业中我们称之为铰接，对于锥片其可以相对于销轴之间进行独立转动。一般来说，不同用途、规格的锤片式粉碎机转子的销轴数（即圆周均布的锤片组数）有所不同，结构设计过程中对于销轴的数量布置一般采用偶数分布，此种结构能够有效减少转子与锤片工作运用的不平衡性，此外，对于对于单根销轴的锤片其数量和分布不同结构也有所不同，整体结构上相对于粉碎室B的对称中心线上都是采用相互对称分布。根据图2-7我们可以大致看下锤片与销轴之间的安装形式：图2-7锤片式粉碎机转子结构1、销轴2、隔套3、园螺母4、止退垫圈5、锤片6、主轴7、锤架板主轴对于整体结构来说非常重要其一方面作为锤架、锤片组以及定位轴套之间的安装另一方面其也是重要的重力输出和输入，在粉碎室的阶梯轴端其上所附零件内容都是相对于分布，输入端安装有相应的带轮通过三星型传送带与电机端带轮连接用以完成电机扭矩的输入。隔套的大小外形能够及时有效的通过加工来完成，因此对于锤片的间距改变我们可以通过隔套的长短进行改变，一般情况下为了满足不同粉碎壳体的大小要求可以设置为多种隔套用以根据不同需要安装相应的锥片，并且统一隔套的具体使用其锤片之间的位置也是不尽相同的具体的结构表现形式有螺旋线排列、对称排列、交错排列、对称交错排列4种方式。如图2-8所示:(a)螺旋线排列(b)对称排列(c)交错排列(d)对称交错排列图2-8转子锤片组排列(a)螺旋线排列：螺旋线的排列方式分为单双排量两种，如上图所示图a为单螺旋排列方式，此种方式比较简单并且排列均匀不会重复，但是其转动过程其运动轨迹最后产生的离心力不在同一个直线上因此会造成粉碎过程的运动不平衡性，性能不稳定因此一般不采用此种方式进行排列。(b)对称排列：对称配列如上图B，其具体结构相对于销轴左右对称安装，其锤片的运动轨迹有着一定的重复但是其作用力和核心在同一直线上整体比较平衡并且很少存在不平衡性，设备整体比较稳定。(c)交错排列：交错式排列其首先减少运动轨迹的不平衡性，并且切断运动轨迹不会出现重复，其运动合力比较同一并且不会有不平衡性，设备运动起来振动性比较小。(d)对称交错排列：该方式锤片排列对称，运动轨迹均匀，不重复，轨迹覆盖区域广。根据上述所述结构为了更好减少设备振动以及所产生的噪音问题本次设计对于锤片的分布采用锤片式结构分布。2.3.7锤筛间隙的影响锤片外设计端面与筛板和粉碎室内部的活动间隙影响这粉碎质量的合格性，间隙太大会造成物体还没有经过粉碎就已经通过间隙留到粉碎室外造成不合格品的产生，间隙太小容易造成同样的产品经过多次摩擦打击，造成能耗的浪费，并且造成树枝木屑的过细粉碎，因此根据设计标准以及行业资料查询本次设计的间隙值可选为10mm。2.3.8锤架板锤架板起支撑销轴和锤片的作用。它利用套筒将其固定在主轴上，转盘架的直径设为436mm,厚度为5mm.其具体形状如图2-9所示：图2-9锤架盘2.3.9套筒的设计套筒形状如图2-15示所示：图2-10套筒第3章.零件强度校核3.1轴的强度校核3.1.1求轴上的载荷主轴的强度受到很多的因素，因此在理论计算中我们只能从理论上对主轴的强度进行初步预估分析：轴上受力分析：1）轴上主要承受以下几种力：a.皮带轮转动以及受拉产生的径向力b.转子高速运动旋转时候产生的不平衡力离心力F离c.轴承受到载荷作用下所产生的反向作用力；2)通过分析各种力之后来计算各种力的大小a.皮带轮的压轴力F根据设计要求粉碎机的初始转速设定为3600r/min，并且皮带轮的V带树木为4根，根据传动状态下皮带轮上所受的压轴力的大小计算公式我们可以得到其所受的压轴力最小值为：Fb.离心力公式为：式中：m—质量，m=G/g，G为重力，g为重力加速度，m/s；r—质点距轴心的距离，m；ω—角速度，ω=2πn/60rad/s对于锤片上质量误差大小5g引起的离心力F离1F=m=142N相应的转动转子中心偏移所产生的离心力误差我们可以称之为F离2已知转子重20kg，转子中心线允许偏移量为0.01mm；F=m=28.8N刀盘引起的离心力：=284N三项合计：=142N+28.8N+284N=454.8N转子重力和离心力，是由两个转盘传到主轴上的，离心力方向随主轴旋转而变化。根据分析，当离心力方向均为铅垂方向时，对主轴受力最不利，所以现在按铅垂方向计算。=1离心力由刀盘传到主轴上，离心力的方向随主轴旋转而变化。根据分析得：c.在轴承作出的轴承支反力。c.1按弯扭合成强度条件校核求轴上的功率：P1=Pη=22×0.96kW=21.12kW转速为3600r/min时轴上弯矩T为：T=9550000×=56026.7N轴所满足的强度必须按照其所受的最大轴力和最大弯矩来进行计算，因此可以根据如下计算公式：。c.2轴承支反力根据轴上所受力的大小我们可以绘制相关的计算简图如下图3-1所示：图3-1轴所受载荷分析图求竖直面内支反力，作竖直面内弯矩图，竖直面内受力情况如图。c.3竖直面内A，B的支反力：对A点取矩的方向与原来假设方向相同。c.4求竖直面内弯矩A点弯矩B点弯矩C点弯矩D点弯矩c.5求当量弯矩根据轴的工作情况可知，扭转切应力为脉动循环变应力，取α=0.6。c.6按弯扭合成应力校核轴的强度。校核A截面校核B截面校核C截面校核D截面轴选用的材料为45钢，调质处理，查表15-1得，，，，，，故该轴是安全的，满足要求。轴的载荷分析图、弯矩、扭矩图如下图3—2图所示：图3-2弯矩、扭矩图3.2轴承寿命校核本次设计根据轴承的受力，其不仅受到径向力而且还受到一定的轴向力因此对于轴承我们可以选择相应的30000型圆锥滚子轴承，其轴承具体标准标号为30310。轴承所受的反向轴向载荷力大小为：,对于预期的轴承使用时间为：预期寿命。轴承径向载荷，。轴承转速为3600r/min，验算轴承的寿命是否满足要求。轴承所受载荷如图3-3所示：图3-3轴承受力图3.2.1求比值根据《机械设计》表13—5，圆锥滚子轴承最大e值为0.44，故此时3.2.2初步计算当量动载荷P根据式来计算轴承的当量动载荷。根据《机械设计》课本表13—6取。根据《机械设计》课本表13—6取X=0.40,轴承基本额定动载荷为C0=24000N，Y值需在已知轴承型号和基本额定定载荷之后才能求出。相对轴向载荷，在表13—5中介于0.025—0.07之间，对应的e值0.18—0.27，Y值为2.1—1.6，用线性插值法求Y值。则有：Y=1.6+(2.1−1.6)×0.07−当量动载荷为：P1=fpXFr1+YFa==P2=fp==3.2.3验算轴承寿命由式来计算轴承的实际寿命则有：由以上验算可知所选轴承满足寿命要求。3.3键的选择及校核计算a、轴上与皮带轮相联处键的校核键C12×8单键键连接的组成零件均为钢，满足设计要求。b、与轴上锤架盘相联的键的校核键A1610单键键连接的组成零件均为钢，满足设计要求。c、与轴上刀盘相联的键的校核键A1610单键键连接的组成零件均为钢，满足设计要求。第4章.基于Solidworks的三维实体造型粉碎机中的粉碎是粉碎机工作中的一个重要环节，在设计过程中我们通过上述的理论计算已经将粉碎机、刀片、锤片组以及重要的转子、主轴进行了计算和校核，理论计算没有三维模型辅助很难想象具体的粉碎机结构空间以及具体动作形式，因此本章节通过solidworks三维建模软件对粉碎机的各个结构进行绘制三维模型，并通过相关模拟装配将结构进行具体表达，传统的二位辅助软件其内容不够形式只能够进行辅助加工，采用直观的三维造型不仅能够直观表达各个零部件之间的位置关系，而且还能够对所设计尺寸进行检查修正以保证设计能够满足使用要求，而且后续为了能够更好的模拟其运动状态三维模型也是一个重要的基础环节。4.1软件功能简介Solidworks是Solidworks公司在上世纪末期所开发的机械三维图形设计软件，其能够将传统的二维设计图纸进行直观的3D展现，并且其操作界面简单方便好学，并且为了提高设计工作者的操作效率其对于鼠标也采用了快捷键的设计，能够方便的进行相关指令的调用，快速的对图形进行绘制。Solidworks软件中主要有三大模块，分别是零件、装配和工程图。（1）零件：其中零件模块中主要包括草图设计、零件设计、曲面设计钣金件设计以及模具设计模块。而在零件设计中主要有实体建模、曲面建模、模具设计、钣金件设计以及焊接件设计。（2）装配：其中装配是将设计好的零件集中在一起，完成相应的工作，装配过程中可以修改零件的相关特征，在Solidworks软件中会死非常方便的，而且可以观测相关部件的运动以及间隙检查。（3）工程图：工程图是从三维输出到二维的一个过程，在Solidworks可以完全自主生成工程图，以及相应尺寸的标注与修改，可以交换不同零件的位置，以及独特的工程图模型，能够建立相关的剖视图、而且可以建立图层模型。4.2零件建模简单命令Solidworks零部件的建模过程为：首先选取合适的基准面，建立各零部件的平面草图；其次利用拉伸、特征扫描、旋转、切除、放样等命令完成零件的基本特征的造型：然后利用倒角、圆角等命令完成局部的造型，最后完成整个零件的建模。建立该机械手模型的过程中，遇到了不少困难，下面结合实际提出几点三维建模的技巧和应该注意的问题。有些零部件特征相当的复杂，例如铲臂爪臂的建模。因为它的主体特征是一个比较复杂的曲面，所以需要熟练曲面建模的命令。曲面建模通过带控制线的扫描曲面、放样曲面、边界曲面以及拖动可控制的相关操作可产生非常复杂的曲面，并可以直观地对已存在曲面进行修剪、延伸、缝合和圆角等操作。其次在建立上承梁、下承梁、背杆等零件基本运用拉伸切除等命令。再次画截面草图时，一些已生成的特征，可以通过实体转换命令获得需要利用的图线，草图的建立也可以快速准确形成。当草图中含有较多的对称特征时．先绘制一个特征，通过镜像工具、阵列命令生成对称的特征，从而达到高效绘制草图的效果。选择合适的特征生成方法也相当重要。一般情况下，相对拉伸，旋转和扫描更能高效生成模型：排列、镜像比逐个生成更快捷，选择合理的特征方法对于复杂零件就显的尤为重要了。最后，零件的保存应该注意，把建好的零件保存在一个文件夹，便于快速查找修改。熟练地掌握建模的技巧，对于模型的精确高效建立、整个虚拟样机的装配、运动学分析具有重要意义。4.2.1主轴主轴是粉碎机传递扭矩的部件。轴为阶梯形状，轴肩起定位作用；轴上加工有3个键槽，起传递扭矩的作用；在轴的两端加工有螺纹，与锁紧螺母配合使用，起固定锤架板和定位套筒，固定刀盘轴的作用。主轴的三维模型如图4-1所示。图4-1主轴4.2.2锤片锤片是刀盘锤片式粉碎机中主要的工作部件之一，其形状尺寸、工作密度与排列方式对粉碎效率和工作质量有较大的影响。锤片的形状很多，其中矩形锤片因其通用性好、形状简单、易于制造而应用最广。矩形锤片有两个销连孔，其中一个孔销连在销轴上，这样可轮换使用4个角来工作。锤片的排列方式很多，本研究采用对称交错式的排列方式，如图4—2所示：图4—2锤片及锤片组4.2.3套筒、锤架板锤架板起支撑销轴和锤片的作用。图4-3锤架盘套筒主要用来固定锤架板。图4-4套筒4.2.4锤片隔套、销轴锤片隔套起定位锤片的作用，使锤片能保持设计的排列方式，且不会在销轴上产生较大的轴向位移。图4—5锤片隔套销轴贯穿于锤片和锤架板的销孔上，用于安装锤片。图4—6销轴4.2.5刀盘、飞刀刀盘固定在主轴上，一端用轴肩定位，一端用锁紧螺母固定；其作用是将飞刀安装在刀盘，带动飞刀切削。图4—7刀盘飞刀用于对树枝的切削图4—8飞刀4.3零部件装配Solidworks提供了强大的装配功能，其优点为：(1)在装配体环境下，可以方便地设计及修改零部件；(2)可以动态观察整个装配体中的所有运动，可以对运动的零部件进行动态干涉检查及间隙检测；(3)可以通过镜像、阵列零部件，设计创建出新的零部件及装配体。在机械手的装配过程中，首先插入的零部件会自动定义为固定静止的部件，然后依次插入各零部件，通过一系列的配合约束关系，装配成整机。装配前，应该认真分析各零件、部件在部件、整机中的位置、作用、以及相关的装配关系、运动关系，以保证装配运动的灵活性、不干涉性。4.3.1粉碎机构的虚拟装配图4—9刀盘锤片粉碎机转子部分装配图4.4仿真运动的分析COSMOSMotion插件是一个集成在Solidworks中的运动分析和仿真模块，其操作简单，容易掌握，给工程师们设计分析带来了巨大的便利。COSMOSMotion可以对复杂机械系统进行完整的运动学仿真和动态静力学分析。若将其仿真得到的大量机械系统运动及动力学参数(诸如每个零部件的约束力曲线、加速度曲线、系统平衡力矩曲线等），运用Excel电子表格进行处理就可以建立起机械系统的动力学模型，求解出机械系统在稳定运转阶段的真实运动规律。仿真的基本步骤为：（1）根据设计进行所有零件三维建模；（2）将所有已经完成建模的零件进行合理的装配，在装配过程中保证其约束的正确使用（3）使用SolidWorksMotion进行编辑，使得机器运转起来模拟真实运动。在做此次运动仿真之前我们已经将整个机械进行完整正确的装配，其装配图如下所示：运动仿真前期准备由上述可知在进行运动仿真的前期我们需要对真个树枝破碎机进行准确的装配。在装配命令中主要分为高级、标准、机械以及分析这四个大类。如下图所示在标准选项卡中，主要有重合、平行、垂直、相切等其中最常用的为重合与平行两个约束。下面以装配轴承座与底板间重合关系来掩饰此命令的用法。首先点击配合按钮在右侧出现的任务卡中选择重合命令，并选择需要重合的两个面（分别位于轴承座与底板的面）在完成操作后点击确定后，此时两面重合在此次的树枝粉碎机设计中，采用的传动机构中有带传动方式，其中大带轮连接电机，小带轮连接粉碎主轴。为了在运动仿真中实现大带轮带动小带轮旋转，需要对两带轮添加机械约束中的齿轮约束，齿轮约束的使用是在运动仿真中将两个带轮看作齿轮，只是在实际中齿轮啮合是对向运转的，而带轮是同向运转的，因此在约束中需要勾选(反向)命令。具体操作如下截图。根据上图中标注的顺序进行两带轮的约束，如此可以实现在仿真界面下的同步运转。运动仿真如下图进入，具体仿真视频参考文件夹内。总结通过此次毕业设计，我不仅把知识融会贯通，而且丰富了大脑，同时在查找资料的过程中也了解了许多课外知识，开拓了视野，使自己在专业知识方面和动手能力都有了质的飞跃。毕业设计既是对学校所学知识的全面总结和综合应用，又为今后走向社会的实际操作应用铸就了一个良好的开端，毕业设计是我对所学所学知识理论的检验与总结，能够培养和提高设计者的独立分析和解决问题的能力。毕业设计不仅是对前面所学的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计我才明白学习是一个长期积累过程，在以后的工作、生活中都应不断学习，努力提高自己知识和综合素质。本论文首先通过理论研究，分析了刀盘式粉碎机的工作原理，继而进行整体及转子的设计。由于在设计方面我们没有经验，理论知识学的不牢固，在设计中难免会出现这样那样的问题，如：在选择计算标准件是可能会出现误差，如果是联系紧密或者循序渐进的计算误差会更大，在查表和计算上精度不够准。在设计的过程中，培养了我综合应用机械设计课程及其他课程的理论知识和应用生产实际知识解决工程实际问题的能力，在设计的过程中还培养出了我们的团队精神，大家共同解决了许多个人无法解决的问题，在这些过程中我们深刻地认识到了自己在知识的理解和接受应用方面的不足，在今后的学习过程中我们会更加努力和团结。通过这次设计之后，对以后自己独立设计打下一个良好的基础。参考文献[1]牛晓华，吴兆迁，樊涛.3ZSX-20S树枝粉碎机的设计[J].林业机械与木工设