錘式制磚原料粉碎機的設計【單轉(zhuǎn)子、不可逆、多排、帶鉸接錘頭】
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UNIVERSITY
本 科 畢 業(yè) 論 文（設 計）
題目： 錘式制磚原料粉碎機的設計
學 院：工學院
姓 名：
學 號：
專 業(yè)：機械設計制造及其自動化
年 級：2008級
指導教師：XXXXXXX 職 稱：教授
二○一二 年 五 月
- 29 -
摘要
制磚原材料的粉碎是磚坯生產(chǎn)過程中的關鍵工序，隨著科學技術的不斷發(fā)展，以及市場需求的變化，各行各業(yè)也起著日新月異的變化，錘式粉碎機可將制磚用原材料經(jīng)過粉碎后達到制磚粒度的要求。本設計提出的錘式制磚原料粉碎機適用于頁巖、煤矸石等制磚原材料的粉碎精選處理。
我所設計的制磚原料粉碎機是在原通用設備的基礎上通過革新改進、現(xiàn)場觀察后完善研制而成的一種新型粉碎設備。其特點是：結(jié)構(gòu)合理，性能可靠，錘頭采用高耐磨性和韌性的高錳材料鑄造并經(jīng)熱處理工藝，可調(diào)整使用最大四次角面。主軸密封性良好。篩體采用破碎軸形式單獨設計，更換方便、維修便利、出料利落、不易賭塞，可確保整條生產(chǎn)線其他設備正常工作，達到機械設備設計產(chǎn)量要求，是磚瓦生產(chǎn)過程中的理想配套設備。
這次我所設計錘式粉碎機是單轉(zhuǎn)子的、不可逆的、多排的、帶鉸接錘頭的粉碎機。
關鍵詞：制磚原料、錘式、轉(zhuǎn)子、粉碎機
Abstract
Brick making raw material grinding is the key procedure of brick production, along with the continuous development of science and technology, as well as the change of market demand, all trades and professions also plays a change rapidly changes, hammer crusher can be for brick-making raw materials through crushing to brick size requirements.The design of the hammer type crusher is suitable for raw material for making brick shale, coal gangue brick making raw material crushing selection processing.
I designed the brick raw material mill is in the original universal equipment on the basis of innovation, through on-site observation after the perfect development of a new type crushing equipment.Its characteristics are: reasonable structure, reliable performance, hammer with high wear resistance and toughness of high manganese cast material and the heat treatment process, can be adjusted using the maximum four angle face.Main shaft seal of good.The sieve body adopts the crushing shafts form a separate design, convenient replacement, repair facilities, discharging agile, not easy to jam, can ensure that the entire production line and other equipment was working properly, achieves the machinery and equipment design and production requirements, is the brick and tile production process equipment supporting the ideal.
This time I design a hammer crusher is a single rotor, irreversible, multiple rows, with a hinged hammer crusher.
Key words: Raw material for making brick、Hammer type、Rotor 、Pulverizer
目錄
第1章 緒論 1
1.1 錘式粉碎機的工作原理及其應用 1
1.1.1 錘式粉碎機的工作原理 1
1.1.2 錘式粉碎機的應用 - 1 -
1.2 錘式粉碎機的類型 - 2 -
1.3粉碎機的特點 - 2 -
1.3.1粉碎機的優(yōu)點 - 2 -
1.3.2錘式粉碎機的缺點 - 2 -
第2章 錘式粉碎機的主體構(gòu)造 - 2 -
2.1 機架 - 2 -
2.2 轉(zhuǎn)子 - 3 -
2.3 破碎軸 - 3 -
2.4 托板和襯板 - 3 -
2.5 密封防塵裝置 - 3 -
第3章 錘式粉碎機的結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作參數(shù)的選擇和計算 - 4 -
3.1 基本結(jié)構(gòu)參數(shù)的計算與選擇 - 4 -
3.1.1 轉(zhuǎn)子的直徑和長度 - 4 -
3.2 主要工作參數(shù)的計算 - 4 -
3.2.1 轉(zhuǎn)子速度 - 4 -
3.2.2 生產(chǎn)率 - 5 -
3.2.3 電機功率 - 5 -
3.2.4 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與錘頭重量 - 6 -
第4章 錘式粉碎機主要零件的設計計算 - 8 -
4.1 主軸的相關設計、計算與校核 - 8 -
4.1.1 主軸的設計 - 8 -
4.1.2 主軸的強度校核 - 11 -
4.1.3 鍵的強度校核 - 14 -
4.2 錘架 - 14 -
4.3 錘頭 - 15 -
4.4錘頭的打擊平衡計算 - 16 -
4.5 飛輪的計算與設計 - 19 -
4.5.1 飛輪 - 20 -
4.6 破碎軸的計算與設計 - 20 -
4.6.1 破碎軸 - 21 -
4.7 軸承計算與選擇 - 21 -
第5章 錘式破碎機的主體結(jié)構(gòu)設計 - 22 -
5.1 機架 - 22 -
5.2 反擊板 - 23 -
5.3 圓盤錘架 - 24 -
5.4 滾動軸承 - 24 -
第6章 錘式粉碎機的操作和維修 - 25 -
6.1 錘式粉碎機的基本操作法 - 25 -
6.1.2 啟動操作的注意事項 - 25 -
6.1.3 停車注意事項 - 26 -
6.2 安全操作技術 - 26 -
6.2.1 保持保護裝置和報警裝置的完好 - 26 -
6.2.2 操作和檢修時應注意事項 - 26 -
6.3 錘式破碎機的維修保養(yǎng)法 - 27 -
6.3.1 潤滑 - 27 -
6.3.2 巡回檢查和日常維護 - 27 -
結(jié) 論 - 27 -
參考文獻 - 28 -
致謝 - 29 -
第1章 緒論
1.1 錘式粉碎機的工作原理及其應用
1.1.1 錘式粉碎機的工作原理
錘式粉碎機的基本結(jié)構(gòu)如下圖所示。主軸上裝有錘架2，在錘架之間掛有錘頭3，錘頭的尺寸和形狀是根據(jù)粉碎機的規(guī)格和物料徑?jīng)Q定的。錘頭在錘架上能擺動大約120°的角度。為保護機殼，其內(nèi)壁嵌有襯板，在機殼的下半部裝有破碎軸4，以卸出粉碎合格的物料。主軸、錘架和錘頭組成的回轉(zhuǎn)體稱為轉(zhuǎn)子。物料進入錘式粉碎機中，即受到高速旋轉(zhuǎn)的錘頭3沖擊而被粉碎，粉碎的礦石從錘頭處獲得動能以高速向機殼內(nèi)壁沖擊，向破碎軸、反擊板沖擊而受到第二次粉碎，同時還有礦石之間的相互碰撞而受到進一步的粉碎。粉碎合格的礦石物料通過破碎軸4排出，較大的物料在破碎軸4上繼續(xù)受到錘頭的沖擊、研磨而粉碎，達到合格粒度后即從縫隙中排出。為了避免破碎軸縫的堵塞，通常要求物料含水量不超過10%。
1-軸；2-錘架；3-錘頭；4-破碎軸
圖1-1 錘式粉碎機示意圖
1.1.2 錘式粉碎機的應用
錘式粉碎機是利用高速回轉(zhuǎn)的錘頭沖擊礦石，使礦石沿其自然裂隙，層理面和節(jié)理面等脆弱部分而破裂。它適應于脆性，中硬，含水量不大的物料的粉碎。在建材工廠中，它主要用來粉碎石灰石，煤，頁巖，白堊，石膏及石棉礦石等。一般錘頭重，錘數(shù)較少，轉(zhuǎn)速較慢，有破碎軸以及采用錘盤結(jié)構(gòu)的錘式粉碎機，可進入較大粒徑的物料，宜作為中碎或者一定范圍的細碎。
1.2 錘式粉碎機的類型
錘式粉碎機的種類很多，根據(jù)結(jié)構(gòu)特征的不同，可進行如下分類：按回轉(zhuǎn)數(shù)的數(shù)目可分為單軸式（或單轉(zhuǎn)子）和雙軸式（或雙轉(zhuǎn)子）；按錘頭的排數(shù)可分為單排式和多排式；按轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)方向可分為定向式和可逆式；按錘頭的裝置方式不同，還可分為固定錘式和活動錘式兩種。錘式粉碎機的規(guī)格，是以回轉(zhuǎn)體的外端直徑和其長度尺寸表示的。
1.3粉碎機的特點
1.3.1粉碎機的優(yōu)點
⑴ 構(gòu)造簡單、尺寸緊湊、自重較小，單位產(chǎn)品的功率消耗小。
⑵ 生產(chǎn)率高，破碎比大（單轉(zhuǎn)子式的粉碎比可達i=10～15）,產(chǎn)品的粒度小而均勻，呈立方體，過度粉碎現(xiàn)象少。
⑶ 工作連續(xù)可靠，維護修理方便。易損零部件容易檢修和拆換。
1.3.2錘式粉碎機的缺點
⑴ 主要工作部件，如：破碎軸 、襯板、轉(zhuǎn)子、圓盤等磨損較快，尤其工作對象十分堅硬時，磨損更快。
⑵ 粉碎腔中落入不易粉碎的金屬塊時，易發(fā)生事故。
⑶ 含水量﹥12%的物料，或較多的粘土，出料破碎軸堵塞使生產(chǎn)率下降，并增大能量損耗，以至加快了易損零部件的磨損。
第2章 錘式粉碎機的主體構(gòu)造
本次所設計的是一臺PCΦ1000X800毫米的單轉(zhuǎn)子，不可逆，多排鉸接錘頭的錘式粉碎機。該粉碎機適應于頁巖、煤矸石的粉碎，被粉碎物料的表面不超過8%的水分。這種粉碎機主要由傳動裝置、轉(zhuǎn)子、破碎軸、襯板和機架等幾部分組成的。
2.1 機架
機殼由下機體、后上蓋襯板和右襯板組成，各部分用螺栓連接成一體。上部開一個加料口，機殼兩壁全部鑲以錳鋼襯板，襯板磨損后可以更換。下機體由20和40毫米普通鋼板焊接而成，兩側(cè)為了安放軸承以支持轉(zhuǎn)子，用鋼板焊接了軸承支座。機殼和軸之間，漏灰現(xiàn)象十分嚴重，為了防止漏灰，在機殼上通常都會安置一種叫軸封的裝置。機殼的下部直接安放在混泥土的基礎上，并用地腳螺栓固定（螺栓規(guī)格M8×1000，數(shù)量為12）。為了便于檢修調(diào)整和換破碎軸，下架體的前后兩面均開有一個檢修孔。左側(cè)壁、右側(cè)壁和后上蓋，也都用鋼板焊接而成。為了防止漏灰，和下機體一樣，在與主軸接觸的地方，兩側(cè)壁也都設有軸封裝置。為了檢修時更換錘頭方便，兩側(cè)壁對稱地開有檢修孔。
2.2 轉(zhuǎn)子
轉(zhuǎn)子是錘式粉碎機的主要工作部件，轉(zhuǎn)子是由主軸，錘架組成。錘架上用錘頭軸將錘頭分了三排懸掛在錘架之間，為了防止錘架和錘頭的軸向竄動，錘架的兩端用壓緊錘盤和鎖緊螺母固定。轉(zhuǎn)子支承在調(diào)心滾子軸承上，軸承用螺栓固定在下機架的支座上，除螺栓外，還有兩個定位銷釘固定著軸承的中心距。此外，為了使轉(zhuǎn)子在運轉(zhuǎn)中儲存一定的動能，在主軸的一端裝有飛輪。
2.3 破碎軸
錘式粉碎機的破碎軸的排列方式是與錘頭運動方向垂直，與轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)半徑有一定的間隙的圓弧狀。合格的產(chǎn)品可以通過破碎軸縫，大于破碎軸縫的物料由于不能通過軸縫而在破碎軸上再受到錘頭的沖擊和研磨作用繼續(xù)被粉碎，如此循環(huán)直至體積減少到可以通過破碎軸縫。破碎軸和錘頭一樣，受到很大的沖擊和磨損，是主要的容易磨損的零件之一。破碎軸受到硬物料塊或金屬塊的沖擊，容易彎曲和折斷。如圖所示，Φ1000×800 錘式破碎機的破碎軸，其形狀是圓斷面，材質(zhì)為ZGMn13的高錳鋼，具有較高的耐磨性，能承受一定的沖擊負荷。
2.4 托板和襯板
錘式粉碎機用錘頭高速錘打礦石，在瞬間礦石具有了極大的速度，為了防止機架的磨損，在機架的內(nèi)壁裝有錳鋼襯板。
由托板和襯板等部件組裝而成了打擊板。托板是用普通鋼板焊接而成的，上面的襯板都是高錳鋼鑄件的，與錘頭和破碎軸的材質(zhì)相同。組裝好后用兩根軸架于粉碎機的架體上，其進料的角度，可用調(diào)整絲杠進行調(diào)整，磨損嚴重時可進行更換，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。
含鉬2%的高錳鋼，用于高屈服強度而又不降低韌性的高錳鋼鑄件，如初次破碎的護板，經(jīng)彌散處理的含鉬2%的高錳鋼，具有足夠的韌性，其使用壽命比常規(guī)的熱處理的含鉬2%的高錳鋼要高25%。但是彌散處理生產(chǎn)成本高，限制了它的使用。含鉬1%，含碳0.8～1.0%的高錳鋼具有較高的韌性和強度，采用正火加表面淬火的熱處理成本不高。因此，在本次設計中我選用含鉬1%，含碳0.8～1.0%的高錳 鋼作為襯板。
2.5 密封防塵裝置
密封的目的在于防止灰塵，水分等進入軸承和相對運動的部件之間，如齒輪滾子齒嚙合處，同時又起到防止?jié)櫥土魇У淖饔?。密封的好與壞直接影響到滾
2.6.給定的原始數(shù)據(jù)是：
（1） 粉碎能力為25到 45噸。
（2） 粉碎機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速在900和1100 r/min之間
（3） 粉碎機的最大物料給料粒度為：小于150mm
（4） 粉碎機的最大排料粒度不能超過：10mm
（5） 粉碎機的物料容許濕度小于9%。
（6） 粉碎機的破碎程度為：中、細。
（7） 粉碎機的應用場所是：制磚廠。
（8） 粉碎對象：頁巖、煤矸石。
第3章 錘式粉碎機的結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作參數(shù)的選擇和計算
3.1 基本結(jié)構(gòu)參數(shù)的計算與選擇
3.1.1 轉(zhuǎn)子的直徑和長度
（1） 轉(zhuǎn)子的直徑一般是根據(jù)礦石的尺寸來決定的。通常轉(zhuǎn)子的直徑與給礦塊的尺寸之比為4～8，大型破碎機則近似取為2。由于Φ1000×800 錘式粉碎機為中型粉碎機，所以直徑與給礦塊尺寸之比取6.5，而加工物料粒度≤150毫米。
所以轉(zhuǎn)子直徑D=6.5×150=975mm，取D=1000mm
（2） 轉(zhuǎn)子長度視機器生產(chǎn)能力而定。轉(zhuǎn)子直徑與長度的比值一般0.7～1.5，礦石抗沖擊力較強時，應該選取較大的比值。由于Φ1000×800錘式粉碎機加工的礦物為頁巖、煤矸石這樣一些中低等硬度的礦石，所以比值取0.8。
則轉(zhuǎn)子長度L=D×0.8=1000×0.8=800mm， 取L=800mm。
3.2 主要工作參數(shù)的計算
3.2.1 轉(zhuǎn)子速度
為了簡化設計，錘式粉碎機不設變速箱。因此粉碎機轉(zhuǎn)子的速度和所安裝的電動機的額定轉(zhuǎn)速相同。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速用錘頭的圓周速度來控制。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速是錘式式粉碎機的重要參數(shù)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速可按下式進行計算：
n=60v/3.14D （3-1）
式中 v----轉(zhuǎn)子的圓周速度；
D----轉(zhuǎn)子的直徑；
由于上式?jīng)]有反映出粉碎比這一因素，所以按上式計算的轉(zhuǎn)子圓周速度只作為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的參考。目前，錘式粉碎機的轉(zhuǎn)子圓周速度的使用范圍是15～80m/s，通常，粗碎時取15～40m/s，細碎時取40～80m/s。雖然轉(zhuǎn)子速度越高，粉碎比越大，但錘頭磨損也越快，功耗也大。因此，在滿足力度要求的情況下，轉(zhuǎn)子的圓周速度應偏低。由上分析可知：
n=60v/3.14D （由于是細碎此處v取52m/s）
=60×52/3.14×1
=993.63r/min
考慮到功率損耗取
n=980r/min
3.2.2 生產(chǎn)率
目前，錘式粉碎機還沒有一個考慮了各種因素的理論計算公式，因此我們選用經(jīng)驗公式來計算。
我們以粉碎中低等硬度物料來計算錘式粉碎機的生產(chǎn)率：
經(jīng)驗公式：Q=（30-45）DLδ （3-2）
式中：D-----轉(zhuǎn)子的直徑，單位：m；
L-----轉(zhuǎn)子的長度，單位：m；
δ----礦石的松散比重，單位：t/m3
由于本次設計中 D=1000mm=1m；
L=800mm=0.8m；
礦石的松散比重δ取1.48；
公式中的系數(shù)取中間值35；
則Q=35×1×0.8×1.48=41.44噸/小時。
根據(jù)計算結(jié)果，我們可以確定出Φ1000×800 錘式破碎機的生產(chǎn)率為40噸/小時左右。3.2.3 電機功率
錘式粉碎機的功率消耗與很多因素有關，但主要取決于礦石的性質(zhì)，轉(zhuǎn)子的圓周速度，粉碎比和生產(chǎn)能力。
目前，錘式粉碎機的電動機功率尚無一個完整的理論計算公式，一般是根據(jù)生產(chǎn)實踐或者實驗數(shù)據(jù)而采用經(jīng)驗公式選擇破碎機的電動機功率。
根據(jù)生產(chǎn)實踐的實際來選擇電動機功率
N=KQ （3-3）
式中：Q---機器的生產(chǎn)能力，噸/小時
K---比功耗，千瓦/噸，比功耗視待粉碎物料的性質(zhì)、機器的結(jié)構(gòu)特點和粉碎比而定。對中低等硬度的頁巖錘式粉碎機取K=1.4～2。粗碎時偏小取，細碎時偏大取。
本次設計要求將礦物細碎，因此比功耗偏大選取
（取K=1.9千瓦/噸），Q=41.44噸/小時；
則 N=KQ=41.44×1.85=76.664靠近75 KW。
根據(jù)計算電動機功率的結(jié)果，綜合各種要求，查表選擇Y系列（IP23）三相異步電動機（JB/T 5271—1991、5272—1991）。型號為Y280S-6。電動機效率為92%，額定電流為143A。
3.2.4 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與錘頭重量
錘式粉碎機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n和錘頭的重量m是互相關聯(lián)的。錘式粉碎機不是靠回轉(zhuǎn)不見的全部能量來粉碎物料的，而僅是靠錘頭的動能做的功來完成物料的粉碎。錘頭的動能E為：
E = mv2/2 (3-4)
式中 E-----錘頭的動能，J；
m-----錘頭的質(zhì)量，kg；
V-----錘頭的圓周速度，m/s。
V=(πD n)/60 (3-5)
式中 n------轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，r/min;
D------轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，由于離心力的作用，錘頭作輻射狀，這時轉(zhuǎn)子的外端直徑就以D（m）表示。
將式（3-5）代入式（3-4）中， 得
E=（mπ2D2n2）/7200 （3-6）
錘頭動能的大小與錘頭的重量成正比，即錘頭越重，錘頭的動能越大，粉碎效率越高，但是錘頭的重量越大，旋轉(zhuǎn)起來的離心力也越大，對錘式破碎機的轉(zhuǎn)子的其他零件都要產(chǎn)生影響，并且加快損壞，因此，錘頭的重量不應該過重也不應該過輕，要適中。
正確的選擇錘頭的重量對粉碎效果和能量消耗有很大的影響。所以選擇的錘頭重量一定要滿足錘擊一次性使物料塊粉碎，并使無用功率消耗達到最小，同時，還必須不使錘頭向后偏倒。為此，必須使錘頭運動起來產(chǎn)生的動能等于粉碎物料所需要的打擊功。
如公式（3-6）所示：
轉(zhuǎn)子上全部錘頭每轉(zhuǎn)一次所產(chǎn)生的動能Ea為
Ea=k1k2E=( mπ2D2n3k1k2)/7200 （3-7）
式子中 k1--------轉(zhuǎn)子圓周方向的錘頭排數(shù)
k2--------轉(zhuǎn)子橫向每排錘頭的個數(shù)
轉(zhuǎn)子每分鐘n轉(zhuǎn)時全部錘頭所產(chǎn)生的動能Na為：
Na = (nEa)/(1000×60) = ( mπ2D2n3 k1k2)/(1000×60×7200)kw (3-8)
由于給料的不均勻和物料的松散比，實際，并不是全部錘頭都能打著物料，其中有些錘頭空過。因此，公式（3-8）不必再乘以給料不均勻和物料松散系數(shù)。
全部錘頭每分鐘所產(chǎn)生的動能Na是由電動機直接供給的，故使式（3-8）與電動機每分鐘所發(fā)出的功率N相等，即可認為全部錘頭所產(chǎn)生的打擊能夠擊碎加工物料。亦即:
(3-9)
式子中：Ng…………錘式粉碎機的電動機功率，kw（ Ng 取75kw）；
D…………錘式粉碎機的轉(zhuǎn)子直徑，m，（D=1m）；
k1…………轉(zhuǎn)子圓周方向的錘頭排數(shù),k1=3；
k2…………轉(zhuǎn)子橫向每排錘頭的個數(shù),k2=6；
n…………錘式粉碎機的轉(zhuǎn)速，n=980 r/min。
將上述數(shù)據(jù)代入，則：
kg
公式（3-9）還只是考慮全部錘頭運動起來產(chǎn)生的動能能夠粉碎物料，而并沒有考慮錘頭打擊物料后，它的速度損失的大小，如果打擊物料后，其速度損失過大，這會使錘頭饒自己的懸掛軸回轉(zhuǎn)而不破碎物料，因而會降低錘式粉碎機的生產(chǎn)能力和增加無用功。當然，錘頭的打擊物料產(chǎn)生的偏斜由于離心力而能夠恢復到原來的位置，但必須在第二次打擊物料前恢復正常位置。所以，錘頭打擊物料后只能允許速度損失40%～60%，據(jù)動量定理，可得：
m1v1=（m1+m2）v2
v2=[m1/(m1+m2)]v (3-10)
式中：m1----錘頭重量，kg
M2------最大物料塊的重量，kg
v-----錘頭打擊開始所具有的圓周線速度，m/s
公式（3-10）的系數(shù)等于0.6～0.4即
v2=（0.6～0.4）v1 m/s （3-11）
由式（3-10）得：
m1v1=m1v2+m2v2
（3-12）
把式子（3-11）代入（3-12）中
其中，最大物料塊質(zhì)量m=ρv=2.55×15=8606.25g=8.606Kg
(查表頁巖的密度為2.55-2.65此處密度ρ取2.55g/cm)
錘頭重量m1=（0.7-1.5）m2=6.0242-12.909kg
m1取8kg
第4章 錘式粉碎機主要零件的設計計算
4.1 主軸的相關設計、計算與校核
4.1.1 主軸的設計
對于只傳遞轉(zhuǎn)距的圓截面軸，其強度條件為：
τ=T/ZP=[(9.55×106P)/0.2d3n]≤[τ] （4-1)
式中：
τ—軸的扭切實力，N/mm2
T—轉(zhuǎn)距 N/mm2
Zp—為極截面系數(shù)，d3對圓截面軸：
Zp=πd3/16≈0.2 d3
P—傳遞的功率，kw
n—主軸轉(zhuǎn)速。r/min
[τ]—許用扭切應力，N/mm2
T=9550000p/n=9550000×75/980≈730867 N.mm （4-2）
對于既傳遞轉(zhuǎn)距又承受彎距的軸，可用上式初步估算軸的直徑；但必須把軸的許用扭切應力[τ]適當降低，以補償彎距對軸的影響。將降低后的許用應力代入上式，并改寫為設計公式
（4-3）
式中A=98～107因為本設計中主軸的材料為35SiMn，且承受大載荷，大彎距。所以A取107
又因為P=75KW n=980r/min
所以 mm
考慮到破碎機所承受的轉(zhuǎn)矩變化和沖擊載荷變化很大，則取軸的最細處dmin=100mm
而細軸處的強度條件為：
τ===3.654N/mm2
查表得 35SiMn許用扭切應力[τ]=40～52 N/mm2
τ=3.654N/mm2﹤[τ]
即細軸100mm處的強度符合要求的強度條件。
圖4-1 錘式粉碎機軸示意圖
圖4-2 錘式粉碎機主軸圖
主軸是錘式粉碎機支撐轉(zhuǎn)子的主要部件，承受來自轉(zhuǎn)子、錘頭的重量、沖擊力，因此要求主軸的材質(zhì)具有較高的強度和韌性，設計中采用的是35號硅錳鋼鍛造。主軸的端面為圓形，最大的直徑為120毫米，軸承處為110毫米。錘架用b×h×L=32×18×750毫米的平鍵與軸連接。
4.1.2 主軸的強度校核
首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計算簡圖，由于錘式粉碎機在工作中承受沖擊載荷，而這種沖擊載荷主要集中在打擊物料的錘頭處，為了計算方便，現(xiàn)將載荷簡化為作用于轉(zhuǎn)子上的均布載荷。假設物料以某一角度與錘頭碰撞（α<）
則有，， （4-4）
式中： KN·m （4-5）
則有: N, N, N;
考慮對于使用應力的余裕系數(shù)e=1.5(所謂余裕系數(shù),即是在補償載荷的偏差、估計的不準確度、尺寸精度的誤差以及計算式的近似性的同時，對于因振動、沖擊而產(chǎn)生的難以預測的應力上升，殘留應力預測等不準確度進行補償?shù)南禂?shù)。)，則作用于每個錘頭上的力分別為：
N， N，
N；
那么，作用于轉(zhuǎn)子上的合力則為：
N， N，
N；
則作用于軸上的支反力分別為：
水平面內(nèi)支反力：KN
垂直面內(nèi)支反力：KN
根據(jù)下面簡圖，分別求出水平面和垂直面內(nèi)各力產(chǎn)生的彎矩為：
并按結(jié)果分別作出水平面上的彎矩圖MH如圖4.2（c）和垂直面上的彎矩圖V
如圖4.3（e）所示；
然后按下式計算總彎矩圖并作出M圖4.3（f）
KN·m （4-6）
作出扭矩圖如圖4.3（g）所示，根據(jù)已作出的總彎矩圖和扭矩圖，可以求出計算彎矩圖Mca圖4.2（h），
KN·m （4-7）
已知軸的計算彎矩后，即可針對某些危險截面（即計算彎矩大而直徑可能不足的截面）作強度校核計算。通常只校核軸上承受最大計算彎矩的截面（即危險截面轉(zhuǎn)子中間截面）的強度。由式： 可得：
〈[δ]=75MPa。 （4-8）
故安全。此處由于主軸裝有過載保護裝置，當有大的瞬時過載及嚴重的應力循環(huán)不對稱時，安全裝置可保護主軸不產(chǎn)生塑性變形，故可略去靜強度校核。
圖4-3 錘式粉碎機軸彎矩分析圖
圖4-4 錘式粉碎機軸載荷分析圖
4.1.3 鍵的強度校核
平鍵聯(lián)接最易發(fā)生的失效形式通常是壓潰和磨損，此處針對擠壓強度和耐磨性條件進行校核。
擠壓強度條件
（4-9）
耐磨性條件（動聯(lián)接）
(4-10）
式中 T——轉(zhuǎn)矩，N.mm；
d——軸徑，mm；
h——鍵的高度，mm；
l——鍵的工作長度，mm；對A型鍵l=L-b；
——許用擠壓應力，MPa（此處為60-90）；
——許用壓強，MPa（此處為50）。
由以上兩式求得兩處重要鍵聯(lián)接處的擠壓強度和耐磨性強度分別為：
第一個平鍵：
第二個鍵：
均小于其許用擠壓應力和許用壓強，故滿足。
4.2 錘架
錘架是用來懸掛錘頭的，它不起粉碎物料的作用，但錘式粉碎機在運轉(zhuǎn)過程中，錘架還是要受到礦石沖擊和摩擦而造成磨損，所以錘架也要求有一定的耐磨性。下圖所示的錘架是用較優(yōu)質(zhì)的鑄鋼ZG35B制作，該材質(zhì)具有較好的焊接性，局部出現(xiàn)磨損時，可以進行焊補。該錘架的結(jié)構(gòu)比較簡單，容易制作。
1-錘盤；2-錘架片；3-錘架套筒
圖4-5 錘式粉碎機錘架示意圖
4.3 錘頭
錘頭是錘式粉碎機的主要工作零件。錘頭的重量、形狀和材質(zhì)對破碎機的生產(chǎn)能力有很大影響。錘頭動能的大小與錘頭的重量成正比，即錘頭越重、錘頭的動能越大，粉碎效率越高。但是錘頭的重量越大，旋轉(zhuǎn)起來產(chǎn)生的離心力也越大，對錘式粉碎機轉(zhuǎn)子的其他零件，都要產(chǎn)生影響和損壞，因此，錘頭的重量要適中。錘頭用高碳鋼鑄造或鍛造，也可以用高錳鋼鑄造。
合理選擇錘頭的材質(zhì)是很重要的，普通碳素鋼制作錘頭用來粉碎石灰石，幾天之內(nèi)就會磨損掉，而用高錳鋼鑄造錘頭，經(jīng)過熱處理，使它的表面硬化，則可以使用較長時間。本次設計所用的錘頭材質(zhì)為ZGMn13的高錳鋼,該材料具有較高的耐磨性,并可承受沖擊載荷,適宜做錘頭用,其化學成分為參照《機械工程材料》第八版或者按國標GB/T5680-1998.
本次設計的錘頭形狀對稱，所以當一面磨損之后，可以翻面使用。但是當錘頭磨損得很厲害時，難以修復，因此，多采用磨損后更換新錘頭來維持粉碎機正常生產(chǎn)。此外，如果有個別錘頭磨損得比較厲害，轉(zhuǎn)子會失去平衡，粉碎機的工作不穩(wěn)定，還會導致軸瓦的過早磨損。因此，生產(chǎn)中應該經(jīng)常注意錘頭的磨損情況，及時檢查，定期更換新錘頭。
圖4-6 錘式粉碎機錘示意圖
4.4錘頭的打擊平衡計算
錘式粉碎機是一種高速回轉(zhuǎn)且靠沖擊來破碎物料的機械.為了使它能夠正常工作,首先必須使它的轉(zhuǎn)子獲得靜平衡和動平衡.如果轉(zhuǎn)子的中心離開它的幾何中心線,則會產(chǎn)生靜力不平衡現(xiàn)象;若轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)中心線和其主慣性中心線相交,則將產(chǎn)生動不平衡現(xiàn)象.這兩種不平衡現(xiàn)象都會使機械產(chǎn)生較大的慣性力和力矩而縮短零件的壽命。轉(zhuǎn)子上零件要按二級精度來制造，并且還要精確的進行靜力和動平衡計算。
如果錘式粉碎機的轉(zhuǎn)子已經(jīng)達到靜力和動平衡，但由于錘頭懸掛得不正確，則伴隨著錘頭與物料的沖擊，在錘頭銷軸轉(zhuǎn)子圓盤，主軸及主軸承上產(chǎn)生打擊反作用力，如下圖所示：
圖4-7 打擊反擊作用圖
1——錘頭；2——錘頭軸；3——轉(zhuǎn)子圓盤；4——主軸
在圖7中，錘頭打擊物料塊時，在錘頭打擊點上將作用著打擊力N如果錘頭懸掛得不正確，即錘頭是非打擊平衡錘，則在錘頭銷軸將產(chǎn)生打擊反作用力N y根據(jù)作用力等于反作用力的原理，該力也將作用在轉(zhuǎn)子圓盤的銷孔上，該力用Ny'表示，其方向與Ny相反。如果轉(zhuǎn)子已經(jīng)達到靜力和動平衡，則作用在轉(zhuǎn)子圓盤銷孔上的打擊反力Ny也將傳給轉(zhuǎn)子軸上，該力用N表示，則N的反作用力N'將作用在轉(zhuǎn)子中心孔上。Ny' 和N'盤上形成逆圓盤回轉(zhuǎn)的打擊力偶，因而額外的多消耗了能量，作用在轉(zhuǎn)子軸上的打擊反力N將傳給軸承，使軸承在工作中受到與打擊次數(shù)相同的連續(xù)沖擊，而顯著的縮短了軸承的使用壽命。
為了避免錘式粉碎機工作時產(chǎn)生的打擊反作用力，必須使所安裝的錘頭是打擊平衡錘頭。所謂的打擊平衡錘頭，就是錘頭打擊物料后，在懸掛銷軸上不產(chǎn)生打擊反力。從這點出發(fā)，在設計和改進錘式粉碎機的錘頭時，必須對所選用的錘頭的幾何形狀進行打擊平衡計算。
下面是對本次設計的錘頭進行打擊平衡計算，它是一個最常用的幾何形狀最簡單、具有兩個銷軸孔的錘頭進行打擊平衡計算，如下圖所示：
圖4-8 錘頭打擊平衡計算示意圖
在計算之前，先假定錘頭的打擊中心在其外棱處，即錘頭以其外棱打擊物料。然后，通過求得錘頭最合適的懸掛銷軸孔來滿足打擊中心公式：
l= JF0/F0C (4-11)
式中C—錘頭懸掛中心（銷軸孔）O到重心S的距離，cm
L—錘頭懸掛中心O到打擊中心（錘頭外棱）的距離，cm
L=a-x (4-12)
a-錘頭的長度，cm
F0—有孔錘頭的面積，cm2
F0=ab-πd2/4 (4-13)
d—錘頭懸掛銷軸孔的直徑，cm;
b—錘頭的寬度，cm；
JF0—F0面積對懸掛中心O的極慣性距，cm4
根據(jù)面距定理，在圖b中以左邊沿為基準時：
ab×(a/2)=[ab-(πd2/4)](x+c)+( πd2x/4)
化簡后可得：x = a/2+c(πd2/4ab-1) (4-14)
由（4-14）可得：c = [x-(a/2)×4ab]/πd2-4ab (4-15)
設JF0—有孔錘頭（平面薄板）的面積對其懸掛中心O的極慣性距，cm4
J′F0—無孔錘頭（平面薄板）的面積對其懸掛中心O 的極慣性距，cm4
JFS′—無孔錘頭（平面薄板）的面積對其重心S的極慣性距，cm4
Jd—銷軸孔對其懸掛中心O的極慣性距，cm4
JFX—無孔錘頭對其面積F的水平對稱軸X—X的軸慣性距，cm4
F—無孔錘頭的面積，cm2。
e —無孔錘頭的重心S′至懸掛中心O 的距離，cm。
JFS′= JFZ+ JFX （4-16）
JF0′= JFS′+FE2 （4-17）
JF0+JD= JFS′+ FE2 （4-18）
JF0= JrS′+ Fe2 =( JFZ+ JFX)- Jd + Fe2
=( Fa2/12+ Fb2/12)- Fdr2/2+F(a/2-x)2
=a3b/3+ab3 /12-πd4/32- a2bx+abx （4-19）
將（4-12）（4-19）（4-5)（4-7）代入（4-11）中，然后化簡整理得：
x=a/3-b2/ab+πd4/16a2b
其中 a=210mm, b=100mm, d=30mm
得x=a/3-b2/ab+πd4/16a2b=（250/3）-（1202 /6×250）+（3.14×404 /16×2502 ×120）=53.4mm
x取55mm 則C=4.89≈5cm=50mm
按上式計算方法求得錘頭懸掛中心位置，在實際工作中也難免錘頭銷軸不受打擊反力的作用，因為我們在計算之初，是假定錘頭以其外棱打擊物料，而實際上由于給料粒徑的變化，錘頭并非都是以其外棱打擊物料。另外，由于制造和安裝上的誤差，以及錘頭外棱和銷軸孔的磨損，都會改變打擊平衡的條件（J= JF0/F0C）。 因此，考慮到以上一些因素，錘頭懸掛中心到左邊的距離x最后取為50mm。
4.5 飛輪的計算與設計
錘式粉碎機在粉碎大塊礦石時，錘頭的速度損失會過大而且會增大電動機的尖縫負荷。為了避免出這些現(xiàn)象，在主軸上就要增加一個飛輪來儲備動能。
根據(jù)理論力學知飛輪矩為：（把飛輪當作矩形截面均圓環(huán)）
GD2=4gJ (4-20）
飛輪設計的基本問題是在保證機器運轉(zhuǎn)的不均勻系數(shù)δ在許用范圍內(nèi)的前提下，求出飛輪的轉(zhuǎn)動慣量J從而最后定出飛輪的主要尺寸。
飛輪轉(zhuǎn)動慣量的確定：
設錘式粉碎機在空行程和部分無負載的工作行程時間t1秒內(nèi)的功率消耗為N1千瓦轉(zhuǎn)子在工作行程的粉碎時間t2秒內(nèi)的功率消耗為N2千瓦，電動機的額定功率為N千瓦并且N1﹤N﹤N2。轉(zhuǎn)子在t1秒時間內(nèi)，N﹥N1的情況下，多余的功率就使飛輪的能量增加，如果在空轉(zhuǎn)階段開始時，飛輪的角速度等于ωmin在空轉(zhuǎn)階段終結(jié)時，飛輪的角速度增加為ωmax;在有載運轉(zhuǎn)時N2﹥N，飛輪就輸出能量，飛輪角速度就由ωmax降到ωmin
列出空轉(zhuǎn)時的平衡方程式
102Nt1=102N1t1+J/2(ωmax2-ωmin2)
或 102Nt1=102N1t1+Jω2δ （4-21）
則飛輪儲存的能量為：Jω2δ=102t1（N- N1）
設空轉(zhuǎn)的功率消耗（ρ稱損失系數(shù)）
故
η—考慮摩擦損失的機械效率η=0.85
則 Jω2δ=102t1Nη
J=102t1Nη/ω2δ，而；
其中 g—重力加速度，g=9.81m/s2;
d—飛輪的直徑，米；
ω—飛輪的平均角速度，即主軸的角速度，ω=ωmax+ωmin/2；
δ—速度不均勻系數(shù)，δ=0.03—0.05，錘式粉碎機可取δ=0.04；
t1—空轉(zhuǎn)時間取t1=t2=30/n。
由以上理論計算公式可得本次設計飛輪的直徑為605mm,取飛輪直徑D=610mm。
4.5.1 飛輪
飛輪的主要作用是使粉碎機的轉(zhuǎn)子，在運轉(zhuǎn)中存儲一定的動能，而保持粉碎機在工作中的效率，減輕粉碎機的動力消耗。也就是說，當粉碎機正常運轉(zhuǎn)時，飛輪便存儲一定的能量，電動機也不致過負荷，當粉碎機給料過多或者進入大塊時，飛輪便將動能放出，增強粉碎能力，從而使電動機不致超載運行，起到了一定的保護作用。
圖4-9 錘式粉碎機飛輪示意圖
4.6 破碎軸的計算與設計
破碎軸是錘式粉碎機中和錘頭一樣受到物料很大的磨損，也是錘式粉碎機中易損的零件之一，破碎軸受到硬物料塊或金屬塊的沖擊，容易彎曲或折斷。
本設計中采用的材料是ZGMn12的高錳鋼。因此有較高的耐磨性，又能承受一定的沖擊。
4.6.1 破碎軸
錘式粉碎機的破碎軸的排列方式是與錘頭運動方向垂直，與轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)半徑有一定的間隙的圓弧狀。合格的產(chǎn)品可以通過破碎軸縫，大于破碎軸縫的物料由于不能通過軸縫而在破碎軸上再受到錘頭的沖擊和研磨作用繼續(xù)被粉碎，如此循環(huán)直至體積減少到可以通過破碎軸縫。破碎軸和錘頭一樣，受到很大的沖擊和磨損，是主要的容易磨損的零件之一。破碎軸受到硬物料塊或金屬塊的沖擊，容易彎曲和折斷。如圖所示，Φ1000×800 錘式破碎機的破碎軸，其形狀是圓斷面，材質(zhì)為ZGMn13的高錳鋼，具有較高的耐磨性，能承受一定的沖擊負荷。
圖4-10 錘式粉碎機破碎軸示意圖
4.7 軸承計算與選擇
滾動軸承的尺寸選擇取決于疲勞壽命。
壽命計算公式Lh=(106∕60n)(C/p)ε (4-23)
式中：C—基本額定載荷（軸承）；
P—軸承的當量動載荷；
n—軸承的轉(zhuǎn)速；
ε—軸承的壽命指數(shù)；
對稱軸承ε=3，滾子軸承ε=10/3。
當量動載荷的計算：
用于計算同時承受徑向及軸向載荷的軸承而引進的假定負荷，若將此假定負荷作用于軸承所得的壽命與軸承在實際使用條件下達到的壽命相同。
對向心軸承
P= xFr+yFa （4-24)
式中：Fr—實際徑向負荷；
Fa—實際軸向負載；
X—徑向系數(shù)；
Y—軸向系數(shù)；
考慮到機械工作中的沖擊，振動以及傳動件運轉(zhuǎn)不平穩(wěn)等所產(chǎn)生的動負載對軸向負載的影響。所以其公式為
Fr= FaR （4-25）
Fa=Pa.fd （4-26）
式中 R—軸承段受名義徑向載荷；
Pa—軸承段受名義軸向載荷；
fd—動載荷系數(shù)，查表得fd =1.8—3.0。
當量動載荷P=xFr+yFa=0.67Fr+Y2Fa==67.7 KN；
預期計算壽命，基本額定動載荷
Cr==253.6 KN （4-27）
查表選出軸承為53622 GB/T285-87。e=0.37,Y2=1.8, Y2=2.7, 0.8,基本額定載荷Cr=556 KN，極限轉(zhuǎn)速1600 r/min。
當量動載荷P=xFr+yFa=0.67Fr+Y2Fa==67.7 KN；
其壽命Lh=(106∕60n)(Cr/p) ε=。
極限轉(zhuǎn)速的校核：
軸承應滿足的轉(zhuǎn)速約束條件為
（4-26）
式中 —軸承最大工作轉(zhuǎn)速；
—負荷系數(shù)；
—負荷分布系數(shù)；
—軸承的極限轉(zhuǎn)速。
=980 r/min，>=980 r/min。故滿足。
第5章 錘式破碎機的主體結(jié)構(gòu)設計
5.1 機架
一臺機器的結(jié)構(gòu)對機器很重要，好的結(jié)構(gòu)設計可以提高機器的生產(chǎn)率，延長機器的壽命等等。
機架是一臺機器的骨架，它支持著所有的零件進行工作。由于錘式粉碎機是很容易磨損零件的機器，它需要經(jīng)常更換零部件。所以我們采用上下機架的結(jié)構(gòu)。而上下機架又分別用鋼板焊接而成，然后再用螺栓將上下機架聯(lián)結(jié)起來。上機架的上方留有一個給礦口，給礦口應該向反擊板一邊靠近。因為這樣可以使物料進入機體后便能在錘頭和反擊板的作用下迅速的破碎。由于轉(zhuǎn)子是在旋轉(zhuǎn)下工作的，所以，礦物也會磨損機架，那么我們就給機架的內(nèi)壁加上襯板，襯板是用螺栓聯(lián)結(jié)在機架內(nèi)壁上的。如下圖所示，這樣磨損嚴重的襯板就可以得到更換。最后在設計中，還在上下機架的兩側(cè)靠了兩個檢查門，便于檢修，調(diào)整和更換破碎軸。
圖5-1 襯板示意圖
5.2 反擊板
反擊板和錘頭一樣都是錘式粉碎機中的工作部件。由于它承受著礦石的沖擊，所以很容易磨損。所以選擇材料時也應該用ZGMn13高錳鋼。
反擊板在粉碎礦物時，應該和下落的礦物有一定的角度，這樣更有利于礦石的粉碎。因為如果反擊板和礦物下落速度方向一致，則礦物最多只受錘頭打擊以及錘頭和反擊板的擠壓
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