破碎机结构设计

第1章绪论（破碎机械概述）

1.1破碎机械用途及破碎理论

1.1.1破碎机械概念

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。

1.1.2破碎机械用途

破碎机械是原料、材料、燃料、电力和钢铁等基础工'业部门生产过程中的重要设备

之一。在矿山工程和建设工程上，破碎机械多用来破碎爆破开采所得的天然石料、使之

成为规定尺寸的矿石或猝石。在硅酸盐工业中，固体原料、燃料和半成品需要通过各种

破碎加工，使其粒度达成各道工序所规定的尺寸，以便进行进一步加工操作，

通常的破碎过程有粗碎、中碎、细碎三种，其入粒度和出粒度如表1T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。

*1-1物*立处戏6a拈ilA

类别入料粒度出料粒度

粗碎30()〜90()1()0〜350

中碎100〜35020〜100

细碎50〜1005〜15

制备水凝、石灰时，细碎后的物料，还需要进一步粉末。按照粉磨限度，可分为粗

磨、细磨、超细磨三种，

Z

如麻蜘蚣I蚣麻刷Alee、七七

的麻〈4m南画刎如南利”…、、七七

知痴麻他嘛Al七：七

所采用的粉磨机相应地有粗磨机、细磨机和超细磨机三种。

在加工过程中，破碎机的效率比粉磨机高得多，先破碎再洗磨，能显著地提高加工

效率，也减少电能消耗，

工业上常用物料破碎前的平均粒度D与破碎后的平均粒度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）。破碎比是破碎机重要参数之

O

i二D/d

为更简易地表达物料•破碎限度和比较各种破碎机的重要性能，也可以用破碎机的最

大进料口尺寸与最大出料口尺寸之比来作为破碎比，称为标称破碎比。

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允许的最大进料口尺

寸，所以，平均破碎比只相称于标称破碎比的0.7〜0.9。

每种破碎机的破碎比有一定限度，破碎机械的破碎比一般是i=3〜30。假如物料破

碎的加工规定超过一种破碎机的破碎比，则必须采用两台或多台破碎机串连加工，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i。，假如各级破碎

的破碎比各是3、i2、……则总破碎比i。为

io二i』2i3......in

1.1.3破碎理论

各种矿石的机械性能是各不相同的，如表「2所示，然而矿石的抗压强度均大于其

抗弯强度或抗拉强度。

主［-o攵以工广二代1的1工田如idi，时的

压碎强度极限普氏硬度系数

矿石性质矿石种类

3nkg/cm2f

煤20〜40

方铅矿45

菱铁矿70

软矿石2〜4

无烟煤90

闪锌矿100

疏松石灰石400

致密石灰石500~1300

低于中硬矿石褐铁矿8206〜10

磁铁矿1065

压碎强度极限普氏硬度系数

矿石性质矿石种类

2

6Bkg/cmf

花岗岩1200~1500

纯褐铁矿1250

中硬矿石正长石I250〜156012〜15

大理石500~1500

致密砂岩1600

半假象赤铁矿1580〜1955

高于中硬矿灰绿岩1800~2400

15〜18

石闪长石2023

片麻岩1720~2200

石英岩1980〜2180

闪长岩1800~2400

班岩1530〜2800

极硬矿石铜矿石1500-280018〜20

铁磁铁矿2340

玄武岩2023〜300

花岗长英岩3500

目前，在工程上采用的破碎和磨碎方法，重要是借助机械的作用力。最常见的有以

下几种类型。

1）挤压破碎如图1-1所示，是运用两破碎工作面靠近时对物料施加压力，使其

破碎作用力逐渐加大。

IS11-1

2）劈裂破碎如图1-2所示，是运用尖齿楔入物料时产生的劈力，力的作用较为

集中，使物料沿劈裂面破碎成两块，并在劈力作用点处产生局部破碎。

国\-O

3）折断或弯曲破碎如图1-3所示，在破碎工作面之间的物料•，如同承受集中负

荷两支点（或多支点）梁。除在作用点处受劈力之外，重要是使物料受弯曲力而破碎。

图1-3

4）磨碎如图1-4所示，它是破碎工作面在物料上相对滑动，对物料施加剪切力。

这种力作用于物料的表面部分，因此合用于细物料的磨碎。

图1-4

5）冲击破碎如图1-5所示，冲击力瞬时作用干物料匕物料急剧粉碎°

破碎、磨碎机械，往往是以一种方法为主，以其他一种或两种方法为辅来破碎物料。

e）

现有的破碎理论，均有一定的局限性，没有完全地解释矿石破碎的实质。同时，也

未总结出合用于工业生产，能切实指导生产实践的数学理论。目前，比较重要的几种破

碎理论是：面积假说、体积假说和裂缝假说。

面积假说：破碎物料时消耗的功（W）与被破碎物料所增长的表面积（S）成正比。

应用本假说只有在脆性物料的细磨过程中才干得出与实际相近的结果。

体积假说：把物料破碎成几何形状相似的小颗粒，所需功耗与被破碎物料的体积或

重量成正比。此假说对于弹性或脆性物料，在粗碎或中碎时，计算结果比较接近实际。

裂缝假说：此种假说介于前两种假说之间，又称为第三破碎理论。

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破碎机械的分类和运用范围

1.2.1分类

根据机械的工作原理和结构特性，目前在工业生产上广泛使用的破碎机械有：颗式

破碎机、圆锥破碎机、旋回式破碎机、锤式破碎机、辐式破碎机等。

粉磨机械常用的类型有：球磨机、棒磨机、振动磨机、无介质磨机、喷射式磨机等,

它们的总破碎比可达1C00以上。

1.2.2运用范围

各种破碎机械的结构和作用不同，其运用范围也不全相同。

颗式破碎机和圆锥破碎机适合于破碎非常坚硬的岩石（极限抗压强度在150〜

250MPa）；

旋回式破碎机适合于破碎坚硬（极限强度在lOOMPa左右）的岩石；

锤式破碎机适合于破碎中档硬度的脆性岩石［极限强度在lOOMPa以下）；

根式破碎机适合于破碎中档硬度的韧性岩石［极限强度在70MPa左右）。

1.2.3各种破碎机械的重要破碎作用

颗式破碎机、圆锥破碎机和限式破碎机等，以挤压作用为主；

锤式破碎机和反击破碎机等，以冲击作用为主；

轮碾机和辐式磨机等，以挤压作用为主;

球磨机、棒磨机、振动磨机在喷射机等，以磨削兼撞击作用为主;

主1_o七ft米9||t5主

破碎

粗碎中碎细碎粗磨细磨超细磨

类别

原料300-100-50-

5〜15mm0.1mm60um

粒,度900mm350mm100mm

原料150〜lOOMPa70〜

—————

硬度25OMPa左右lOOMPa

成品100〜20〜

5〜15nlm0.1mm60um5um

粒度350mm100mm

破碎

3〜66〜2510〜40——>100

比

圆锥破碎

颗式破振动磨

机、锤式辐式破碎

机种碎机'轮碾机\机'喷喷射式

破碎机\机'轮碾

选用圆锥破球磨机射式磨磨机

反击式破机

碎机机

碎机

1.3破碎机械发展现状

破碎机是当代飞速发展的经济社会必不可少的一个工业环节。在各种金属、非金属、化

工矿物原料及建筑材料的加工过程中，粉碎作业要消耗巨大的能量，并且又是个低效

作业。物料粉碎过程中，由于作业中产生发声、发热、振动和摩擦等作用，使能源大量

消耗。因而数年来界内人士一直在研究如何达成节能、高效地完毕破碎和磨碎过程。从

理论研究到创新设备（涉及改造旧有的设备）直至改变生产工艺流程。

目前破碎理论、工艺和设备的研究重要着重于：（1）研究在破碎中节能、高效的理论,

也力求找出新理论突破人们已熟知的破碎三大理论；（2）研究新的非机械力的高能或多

力场联合作用的破碎设备，目前尚未有研制成型，正处在研究阶段；（3）改善现有设备,

这方面经常是根据用户自己需要来进行，而不见市场上大规模生产或研制新设备。

对于上述诸问题，由于国外矿山自80年代以来发展缓慢使得这方面进展不大。国外

新设备较少，国内由于国营大型矿山投入很少，也没有什么发展，而中型小矿山由于各

地原料的需求不等，近几年得到一定的发展。

1.4破碎机械市场前景

破碎机械亦属于矿山、冶金专用设备。据相关资料，我国国内矿山、冶金和专用设

备制造业2023年的总资产额是24044239.8万元，较上一年度增长了23.47%.

在未来几年内，随着中国整体经济的不断升温。中国的矿山、冶金设备制造这一行

业在广泛吸纳各方面资金和技术的情况下，在国家大搞四化建设拉动内需的宏观政策的

操控下，在越来越趋于灵活机动的市场机制的引导下，国内的矿山、冶金专用设备制造

业完全有望再更上一个新台阶。

第2章单转子可逆式锤式破碎机结构设计

2.1行业现状

目前破碎理论、工艺和设备的研究重要着重于：

1）、研究在破碎中节能、高效的理论，也力求找出新理论突破人们已熟知的破碎三

大理论；

2）、研究新的非机械力的高能或多力场联合作用的破碎设备，目前还没见有工业化

的设备，只是研究阶段；

3）、改善现有设备，这方面经常是根据用户自己需要来进行，而不见市场上大规模

生产或研制新设备。

而对于此类破碎机目前仍采用传统的设计制造方法：

1）、机壳内的破碎板（衬板）为一块整板，由于破碎板的磨损并不是每一处都是均

匀磨损，当一处磨损较严重时必须整块板换掉，这样浪费成本；破碎板上无刀口，减少

了破碎生产率：

2）、筛板采用若干篦条拼接而成，更换费时，减少了刚度，可靠性下降；

3）、锤头与锤杆为一整体，更换时必须将机壳取下，更换费时，影响生产率；

4）、因出料口的结构，此类破碎机只用于工人出料；

5）、破碎机在工作时，灰尘较大，无任何防尘、除尘装置，影响工作人员身体健康、

污染环境。

2.2生产需求情况

“十一五”期间，煤炭工业的生产技术水平将明显提高。国家将建成140个高效安

全现代化矿井，国家将加大对煤矿建设项目的支持力度，已先后有17个煤炭建设项目，

由国家开发银行出具贷款承诺，还将10（）多个高档普采工作面升为综采工作面，10（）多

个普采工作面升为高档普采工作面。这样，中国大型煤矿采掘机械化限度将达成95%。

中型煤矿的机械化限度将达成8()%以上；大型煤矿国内先进水平装备率达成20%,国际

先进水平装备率达成6%,中型煤矿国内先进水平装备率达成10%,小型煤犷机械化、

半机械化限度达30%以上。据此分析，就我国煤矿这一方面都将推动像此类的矿山机械

的进一步发展，尚有其它矿山的进一步规模化，系统化，完整化。所以像此类的矿山机

械因结构简朴、尺寸紧凑、自重较小、单位产品的功率消耗少；生产率较高，破碎比大,

产品的粒度小而均匀，呈立方体形，过度破碎现象少；工作连续可靠，维护修理方便，

易损件容易检查和更换，等优点，再加上设计制造的标准化，规模化和新奇化，它将有

十分广阔的市场前景。

2.3设计创新点

(1)、改变了传统破碎板(衬板)为一块平板的设计方案，采用截面形状为梯形的

三块板拼接而成，使其整个破碎板面形成若于个刀口，提高破碎生产率；随时可根据各

块衬板的磨损限度而单独更换，减少了成本。

(2)、筛板为两块拼接而成，提高其刚度，维修更换方便；

(3)、设计了出料斗，使此破碎机既可用于较大规模生产的自动出料，也可用于中

小规模的人工出料；

(4)、锤头与锤杆可拆卸，在工作过程中可根据各锤头的磨损情况单独更换，且在

更换锤头时不需要将机壳取下，从出料口方可更换锤头，大大减少了更换锤头时间，提

高了生产率；

(5)、在机壳内设计了除尘喷水头，当在破碎粉尘较大的物料时可打开喷水头，这

样不仅减少了粉尘对工作人员健康的影响，也更利于环保。

2.4用途、类型和工作原理

2.4.1用途

单转子可逆式锤式破碎机运用高速回转的锤头冲击物料，使其沿自然裂缝、层理面

和节理面等薄弱处而破裂的破碎机械。从第一章可知此类破碎机合用于破碎含水量小于

12%,抗压强度小于120MPa的物料。被广泛地用于水凝、选煤、化工、电力、冶金等工

业部门中，重要用来对石灰石、煤、焦炭、页岩、石膏、炉渣等中硬和软物料进行中、

细破碎。

2.4.2类型

锤式破碎机结构类型很多，按回转轴数可分为单转子和双转子两类；按转子回转方

向可分为可逆式和不可逆式两类；按锤头的排列方式，可分为单排式和多排式两种；按

锤头在转子上的连接方式可分为固定锤式和活动锤式两类；按用途不同分为一般用途和

特殊用途两类。其中以单转子可逆式锤式破碎机运用最为广泛。

2.4.3工作原理

锤式破碎机运用电动机带动带有锤头的转子（转子由主轴、圆盘、销轴和锤子组成），

使转子在破碎腔内高速旋转。当物料从给料口进入机内，物料将受高速运动的锤子的打

击、冲击、剪切、研磨作用而被粉碎。破碎了的物料从锤头处获得动能，以高速向机壳

内壁的破碎板（衬板）和筛板上冲击，同时还受到物料间互相撞击，而被第二次破碎。

被粉碎后的物料中小于筛孔尺寸的物料将通过筛板排出，大于筛孔尺寸的物料将继续被

阻留在筛板上继续受到锤子的打击和研磨，直至最后能通过筛板排出机外。

2.5锤式破碎机的结构

2.5.1单转子不可逆式锤式破碎机的结构

如图2-2所示是单转子不可逆式锤式破碎机。它由机壳1、转子2、篦条3、破碎板

4和轴承5等部分组成。

AL

A-A剖视

FEI9-1冶桩N■木RT；出土471fcm;如

1一机壳2一转子3—篦条4一破碎板5—轴承6—主轴7一锤架

机壳（上机壳和下机壳）用钢板焊接而成。上部为进料口，机壳内部镶有高镐钢衬板,

衬板磨损后可以更换。孔壳和轴之间的漏灰现象严重，特设有轴封。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、调整和更换篦条，下机壳的前后

两面均开有一个检修孔，为了检修、更换锤头方便，两侧壁也对称地开有检修孔。

转子由主轴6,锤头架7组成。锤架上用锤头俏轴8将锤头9分排悬挂在锤架之间，

为了防止锤架和锤头和轴向串动，锤架两端用压紧锤盘10和锁紧螺母固定，转子支承

在两个滚动轴承5上。为了使转子在运动中储存一下的动能，避免破碎大块物料时，锤

头的速度损失不致过大或减小电动机的尖峰负荷，在主轴一端还装有一个飞轮11。

2.5.2单转子可逆式锤式破碎机的结构

不可逆式锤式破碎机具有一个严重的缺陷，就是锤头极易一面磨损。若要把锤头再

翻转过来使用另一面，则必须停车把锤头卸下，再倒个装上，这样就消耗了很多的时间，

浪费了人力，减少了生产效率。而实际生产中，为了减少人力消耗，往往锤头只磨损一

面就换成新的，这样就导致了很大的浪费。

为了克服这个缺陷，在实际生产中大多都采用可逆式破碎机。这种破碎机的转子可

从正、反两方面回转。当锤头某面磨损后，只要将电机反转就可以了。这样就增长了锤

头的使用寿命，提高了破碎机的作业率，增长了生产能力。

单转子可逆式锤式破碎机的结构与单转子不可逆式锤式破碎机相比较复杂，但基本

结构也差不多。单转子可逆式锤式破碎机的转子可以正、反两个方向旋转，所以它的重

要零、部件都是对称布置的，进料口位于机器的正中上方。其主轴上装有锤盘，每两个

圆盘通过销轴悬挂锤头，主轴两端支承在滚动轴承上。电动机通过联轴器直接带动转子

回转。

2.6单转子可逆式锤式破碎机重要参数的设计计算

2.6.1重要结构参数的选择与计算

2.6.1.1转子的直径与长度

转子的直径一般根据给料块的尺寸来拟定，通常转子直径D按下式计算

力=(1.21.5)。』"(2T)

Dm-------最大给料粒度

从第一章我们知道锤式破碎机重要用于对中档粒度的物料进行破碎，其破碎粒度为

100〜350。

因物料的形状、大小并不完全规则，为了使破碎机在工作时锤头处有尽也许大的动

能，此处系数取5。

DN=200

则转子直径D=1000

转子的长度由破碎机生产率的大小而定，其转子长度按下式计算

【尸(0.7〜1.5)D四(2-2)

取系数为0.8

则转子长度>800

2.6.1.2进料口宽度与长度

锤式破碎机的进料口长度与转子长度相同，而进料口宽度B>2Dw

Dnn----最大进料粒度

则进料口长度为800

进料口宽度B>400,取B=500

2.6.1.3排料口尺寸

锤式破碎机的出料口尺寸由篦条间隙来控制，而篦条间隙由产品粒度的大小决定。

中碎时，产品的粒度为间隙的/〜9粗碎时，产品的平均粒度为间隙的〜自。

在第一章里我们知道锤式破碎机重要用于对中档粒度的物料进行破碎。则篦条间隙

为39〜65,为了保证物料破碎后的料度为13,这里取篦条间隙为25。

2.6.1.4锤头类型、材料及质量的选择

锤头按其质量可分为重型、中型和小型三种，如图2-3所示“重型锤头重要用

在以OOOmniX800mm以上的锤式破碎机；中型锤头一般用在C800nmiX600mm和由OOrnnX

400mm的锤式破碎机上；轻型锤头重要用在小型破碎机上。此类破碎机选用重型锤头。

图2—2a重型

锤头的材料通常有白口铸铁、含镐12%〜14%的高铸钢和高锌低合金钢ZG30MnSiTi,

也可在锤头表面焊一层3〜4mHi的硬合金。由于锤头在破碎腔内直接与物料接触受冲击

力较大，磨损也非常快,高镒低合金钢7GZOMnSiTi的综合性能较好，选用。

锤头的质量直接影响到破碎效果和能量消耗，一般取锤头质量为装入物料块最大质

量的1.5(重型)〜2(轻型)倍。

由公式p=-[31(2-3)

v

取m=17kg

2.6.2重要工作参数的设计计算

2.6.2.1转子转速的计算

锤式破碎机转子转速按所需要的圆周速度来计算，而锤头的圆周速度根据被破碎物

料的性质破碎产品的料度、锤头的磨损、机器结构等因素来拟定。

转子转速

N二竺Kr/min(2-4)

兀D

v转子回转速度，m/s；

D转子直径，mo

转子的圆周速度为18〜70m/s。一般中小型破碎机转速为750〜1500r/min圆周速度

为25〜70m/s大型破碎机的转速为200~350r/s<>速度愈高，破碎后物料的粒度就愈小,

锤头、衬板、篦条的磨损也越大，功率消耗也随之增长，对机器零部件的加工、安装精

度规定也随之增高，所以在满足产品粒度规定的情况下，转子圆周速度应取较低的转速。

为达成所规定的生产率，取v=38/s

则

n=前岩:726r/min

2.6.2.2生产率计算

锤式破碎机的生产率与破碎机的规格、转速、出料篦条间隙宽度、给料粒度、给料

状况及物料性质等因素有关。由经验公式

Q=KDLP[•2]t/h(2-5)

Q---------生产率，t/h;

D,L转子的直径和长度，m;

P---------物料的堆密度，t/m3；

K---------经验系数。破碎石灰石等中硬物料时，K=30〜40,机器的规格较大时,

K取上限,机器规格较小时,取下限。破碎煤时，K=130-150o

破碎石灰石等中档物料时

K=35,

则生产率

0=35X1X0.8X1.6=44.8t/h

破碎煤时

K=140,P=0.7t/m

则生产率

0=140X1X0.8X0.7=78.4t/h

所以转子直径1000mm,转子长度L=800mm,能达成预计生产率,符合设计规定。

2.6.2.3电动机功率的计算

锤式破碎机功率消耗与很多因素有关，但重要取决于物料的性质、转子的圆周速度、

破碎比和生产率。

由经验公式

[I2]

Nd=K0DtnKW(2-6)

Nd-------电动机功率,KW；

D,L-------转子的直径和长度，m；

n-------转子转速，r/min；

K(1-------经验系数。对于大型锤式破碎机，Ko=(0.15-0.2)；中型破碎机，

Ko=0.15；小型破碎机，Ko=0.1o

这里Ko取0.18

则

2

Nd=0.18XlX0.8X726=104.54KW

查《机械零件设计手册》所选电动机参数如表2-1所示

主9-1

堵转堵转最大

额定额定额定同步功率转矩电流转矩

效率重量

型号功率电压电流转速因数

(%)(kg)

(KW)(V)(A)(r/min)COS(p额定额定额定

转矩电流转矩

Y315M2-8132380262750920.811.36.51.81600

2.7重要零件设计及计算

2.7.1.主轴

主轴是支承转子的重要零件，重要承受冲击力。因此选用45钢热处使其具有较高

的强度和韧性。其初设主轴草图如图2—4所示。

图2-3

锤头在工作时，主轴在水平面上所受力非常小，这里重要考虑锤头工作时主轴在垂

直面上的受力情况。

1）、暂不考虑锤头转动惯量时，主轴的强度校核

情况一，当锤头处在如图2-5所示状态时主轴的强度校核

国9——A

受力简图如下

国0——C

转矩

由公式T=9549X上国得（2・7）

n

132

T=9549X—^1710N/m

726

六个锤头均匀分布在每一排的锤头销上，则每个锤头上所受的转矩相等，即

TrTrTrT^TrT(=^<85N/m

转矩图为

N/m

囱9—A

每个锤头上的破碎力

二尸「尸3二尸「尸6=7=Q^=425.4N/m

弯矩

M,=0.297p=0.297X425=127.5N/m

424R=0.424X425=178.2N/m

M3=0.551R=0.551X425=238N/m

M4=0.677F,二0-677X425=289N/m

加5二0.804p=0.804X425=340N/m

〃6二仇931凡二0,931X425=395.25N/m

弯矩图为M.N/m

395.25

当量弯矩国

'-I---------zH

由公式M'=\lM~+(aTy，(2-8)

a=L<T-i/J(2-9)

O0,J

主轴所选材料为优钢，查机械设计第16章

有

-5,卜。』二95

则a=0.58

22

M\==J127.5<O.58X285)=208.76N/m

=22

M\=J178.5+(O.58X285)=243,5N/m

M「jM；+(aT2)W23g+O58x285)'=289.78N/m

+2

M4=4M：+("2)2=j289^(0.58x285)二332.9N/m

Ms=dM；+(aA)*=(34、+(0.58x285/,378.05N/m

MJ+(027"395.25-=395・25N/m

当量弯矩图为

情况二，当锤头处在图2—10所示状态时主轴的强度校核

□□□0□□

51nllnflUn“IndindhnIH.

I:二二二：二：二：二二二二：二I

J1:

(51O—O

'受力简图如下

(51o—1n

转矩

由公式

W。］

得

T=9549X—n(2-10)

132

T=9549X—^l7l0N/m

726

六个锤头均匀分布在每一排的锤头销上，则每个锤头上所受的转矩相等，即

「T=1^=285N/m

TrT2=TrTTs=6

转矩图为

171。

囱0—11

每个锤头上的破碎力

T”,

F；二尸「尸「F；二尸5二/6二7=布=425.4N/m

••KJ/

弯矩

MI=O.36E「0-36X425=153N/m

M，-0.4977,-0.49X425-208.25N/ni

M3=0.64F『0.64X425=272N/m

〃4=0.74尸「0.74X425=314.5N/m

〃5=0.87/7S=0.87X425=369.75N/m

A/6=1.00/76=lX425=425N/m

弯矩图为

IS1O—Ao

当量弯矩

由公式

…笈I

主轴所选材料为45钢，查机械设计第16章有

"小卜55，bo』=95

则a=0.58

53+(0.58X285)\225.24N/m

M2=jM；+(aT2)2=j20g+(0.58x285)、265.68N/m

M3==^272+(0.58x285)2=318.29N/m

MrJ,M：+(02)2=j314+(0.58x285)2=354.85N/m

JM；+(02>=A/369/7?+(0^8^2^=404.56N/m

M'5=

M.=JM：+(02)’=742?=425N/m

当量弯矩图为

图2-13

从以上两种状态看出，当锤头处在第二种状态时主轴所受弯矩最大，危险截面在第

六个锤头所相应的主轴截面上。

此截面应满足条件

上式计算的主轴截面尺寸仅是在没有考虑锤头转动惯性时的尺寸。

2）、当锤头转动惯性存在时主轴的强度校核

在主轴圆周锤盘上均匀分布了四排锤头，每排六个，取其中一个为研究对象如图2

—16所示。

图2—14

当锤头与物料碰撞时，因冲击力使锤头瞬间向后偏倒，锤头偏倒范围如青2-14所

示，在0A与0B之间4=130C°内。令当锤头偏倒位于0B位置时的冲击力歹愣(锤头

的惯性力)

对主轴的影响最大。

产惯二川。网(2-1D

锤头从0A偏倒到0B位置的时间

0.72乃1____

△Z=----x----=0.029s

7in/60

-0(61

CO=—1」

At

则”红二75.67rad/s(2-12)

0.029

=OR6|=]7.4m/s(2-13)

当锤头从0A到OB位置的时间“很小,af0.029s时

a=Av=(oR网(2-14)

贝U/惯=17°X17。4=2958N/m

综上所述每个锤头上的破碎力

77]'=Fz=尸3'二尸4=Fs=Fs=产惯+尸=425.4+2958=3383.4N/m

此时主轴受力图与图2-16相同。

弯矩

M1=0.36/7^0.36X3383.4=1218.02N/m

例2=0.49/2R,49X3383.4=1657.87N/m

必=0.61尸3=0・61X3383.4=2063.87N/m

加4=0.74/4=0,74X3383.4=2503.72N/m

加5=0.87p5=0.87X3383.4=2943.56N/m

〃6=1.（）（）/6=3383.4N/m

弯矩图为

国o——m

当量弯矩

由公式

一曷

主轴所选材料为45钢，查机械设计第16章

有

"i』=55，bo』=95

则a=0.58

MrJM；+37J=，⑵8.022+(0.58x285)2=1229.19N/m

2X2I

M2==5/1657.87+(0.58285)=e66.09N/m

2

M\=^M>(aT2)=A/2063.872+(0.58X285)2=2070.48N/m

M『JM：+(QT2)2"2503.724(0.58x285)，2509.i7N/m

2+X2

M'5=iMXaTi)=J2943.56(0.58285)-2948.20N/m

2

M6==V3383.4-3383.4N/m

当量弯矩图为

从图2-18看出在锤头惯性力存在下，在第六个锤头所相应的主轴截面所受弯矩最

大，此截面最危险。

为保证主轴强度，此截面须满足条件

此山”1

5wb'k同

p88.20mm

当破碎机在工作时，物料的大小并不均匀，当碰到物料粒度比200mm略大时，锤头

上所受的单击力较大，对主轴的强度的影响也较大，为了保证破碎机在一定超载情况下

亦能正常工作，则对主轴载面考虑一安全系数n=L2〜2.5。这里取n=L30,则主轴载

面b=114.66mm,所以初设主轴载面b=120mm合符规定。

2.7.2锤头销

锤头销用于将锤头我结在锤盘上，当锤头转动破碎物料时，该销受剪切作用，剪切

力为锤头的惯性力。

由公式r=^-1<[r]131(2-15)

A

由前面主轴强度校核中有尸惯=2958N/m

因一个锤头所相应段的锤头销被两锤盘支撑，

则F=—=^^=1479N/m

r522

锤头销材料为45钢，查机械设计手册

有[r]=80Mpa

将其代入d>2£得

阿可

d>49mm,取d>50mm

破碎机在工作时，锤头绕锤头销有一定转动，这样对锤头销有一定的磨扳，为了减

少破碎机在工作时锤头对锤头销的磨损，锤头销需淬火、调质解决220〜24CHBS。

2.8.联轴器选择

2.8.1.联轴器类型的选择

可逆式锤式破碎机重要靠悬挂于锤头销上的锤头转动时产生的惯性力将物料破碎，

所受冲击载荷严重。破碎机主轴与电动机主轴在安装、工作过程中也也许会产生相对位

移，同时:此类型破碎机主轴需正反转来调节锤头的磨损量。所以选用齿式联轴器。此

类型联轴器外形尺寸小，承载能力高，能在高速下可靠工作，具有良好的补偿两轴综合

位移的能力，合用于正反转多变，大功率重型机械及长轴联接。

2.8.2联轴器型号的选择

[，J

由公式T=KT<7n(2-16)

T理论转矩N/m；

T〃一额定转矩\/m；

K—工作情况系数。

查《机械零件设计手册》

有K=2.75

则=2-75X1710-4702.5N/m

查《机械设计课程设计手册》

onl7?

选择GICL6联轴器yZBJ19013—89（积极端：Y型轴孔、

.880x132

A型键槽、d1=90,所、＞172nim；从动端：/型轴孔、B型键槽、4=80〃"〃、L=132mm）

2.9.键的选择

查《机械设计课程设计手册》联轴器的积极端初选键的规格为：键25X150GB

1096-79；联轴器从动端初选键的规格为：键22X110GB1096-79o

2.9.1键强度校核

从《材料力学》中查得键的许用应力团=60MPa,=从前面计算

所得，轴上所受的扭转力偶矩71Kn/m。

2.9.1.1积极端键强度校核

1）、剪切强度校核

如图2-20所示，将平键沿n-n截面提成两部分，并把n-n以卜部分和轴作为一个

整体考虑。令在n-n截面上切应力均匀分布，则联n截面上的剪切力方、为

p=Ar=blT[3](2-17)

对轴心取矩，由平衡方程»=。，得

与=等=%

则有

2M2x1.71x](yrI

T=-^±=----------__=10.13MPa<rl

bid25x150x90x10LJ

则此平键满足剪切强度条件，初选合格

2)、挤压强度校核

如图2-21所示，考虑键在n-n截面以后部分的平衡，在n-n截面上的剪切力

F=bh,右侧面上的挤压力为

hly131.、

尸=人小=母(l(278)

投影于水平方向，由平衡方程得

F=F或

1,2

则

2bv2x25x10xl0.13x10

=36.l8MP«<[o-J

hMx]。

故此平键满足挤压强度条件，初选合格

2.9.1.2从动轴端键强度校核

1）、剪切强度校核

从动端轴为双键，如图2-22所示

fftl

截面与m-m截面分开，把n-n>m-m以下部分和轴作为一

个整体的研究对象如图2-23所示。令n-n与m-m截面上切应力均匀分布且相等，则n-n、

m-m截面上的剪切应力凡为

=Ar=blT

Fsl=FS2

对矩心取矩，由平衡方程

ZMJ。，得

Me

F,d

1710

rT—-F---，=--M----e=-=8.83MPa<[r]

blbld22xlQ-3xll0x10-3x80x]Q

则此两平键满足剪切强度条件，初选合格

2）、挤压强度校核

两平键的规格完全相同，所受到的挤压力也完全相同，则只需校核其中一键即可,

只要吟此对平键将满足挤压强度条件。

选择上面一平键为校核对象，如图2-21所示。考虑键在n-n截面以上部分的平衡,

在n-n截面上的剪切力F，=bt，右侧面上的挤压力为

F=A.(T=hl(Jbs

bs2

投影于水平方向，由平衡方程得

♦或；

则

O'bs

则此对平键满足挤压强度规定，初选合格

3.1喷水管设计及选择

破碎机在破碎粉尘较大的物料时，为了防止粉尘过大飞溅而影响工作人员身体健康

和更利于环保，特在机壳上设计了两根喷水管，当破碎粉尘较大的物料时即可打开水泵

灭尘。

考虑到破碎机在工作时，物料在破碎腔内受到锤头的打击及物料间的撞击作用下，

呈无规律的飞溅运动，虽然喷水管安装在机壳上端，但为了防止物料长期飞溅对水管有

磨损破坏作用，特选用外径为30mm,内径为15mm的16Mn厚壁钢管。为了均匀可靠地防

止粉尘飞溅，在钢管长度范围内设计了6个1mm的喷水孔，如图2-22所示。

自0

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__________迎_________|.ijoyr

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国9-99陈正答始珈天音画

3.2联轴器安全螺栓直径拟定

为了使此破碎机在工作中更安全更可靠，除了用电气元件对其进行过载、短路、欠

压、失压等保护外，在我轴器连接处以安全螺栓作为机械保护。如图2-23所示

图2-23联轴器截面示意图

为了使此破碎机在严重过载时不至出现事故，则选用4颗20钢螺栓为安全螺栓,

当载荷超过一定极限值时，此安全螺栓被剪断，起到保护作用。由已知条件螺栓直径计

算如下:

M=4尸x2

2

一1710r,xrI

---------=4723.76N/m

2Do2x0.181

4=乃小4

丁-尸-

A

4x4723.76

d<=0.01009m

60xlQ6x3.14

取d=10mm

3.3轴承选择及基本额定寿命计算

破碎机属于强冲击，工作时间非常长，重载的工程机械，则规定轴承具有强的承

载能力和对温度敏感等能力，则选择型号为22216C/W33的调心滚子轴承。

查《机械设计》轴承寿命

"，，=%(3=等。%(2-19)

当量动载荷

H<2-20)

P=XFr^YFa

由于此轴承处巴非常小，基本趋于零

查《机械设计》，有X=l,y=().42cos。，£,=—

3

则P=lxl710+0=1710/V

由丁机械工作时常具有振动和冲击。则轴承妁当量动载荷由

P=f，Fr+F)141<2-21)

由于破碎机在工作时冲击非常大取冲击载荷系数/广3

则P=5130N

查《机械设计手册》此轴承基本额定动载荷0115000

]0

166701150007

则L10h726（5130）=729300.97//?

则此轴承的基本额定寿命约为2.8