機械畢業(yè)設(shè)計（論文）-超細破碎機的設(shè)計【全套圖紙】

摘要 I 摘 要 隨著破碎機技術(shù)的不斷發(fā)展，人們物料的入磨粒度大小的要求日益增高， 這就要求現(xiàn)有市場上的破碎機能夠高效率、高質(zhì)量的對原材料進行加工。而入 磨粒度大小是影響下一步工序的關(guān)鍵因素。同時在破碎加工過程中，由于入磨 粒度的大小，也會對原材料的輸出有影響。因此，去減小入磨粒度是破碎機生 產(chǎn)中一道必不可少的工序。物料粉碎可增加物料比表面積可加快物料在參與反 應中的反應速度；其次在加工大塊礦石時也有十分重要意義；并未原料的下一 步加工工作做準備或便于使用?，F(xiàn)代工程需要越來越多的高純超細粉碎，超細 粉碎技術(shù)在高技術(shù)研究開發(fā)中將起著越來越重要的作用。本課題旨在利用現(xiàn)代 的技術(shù)對超細破碎機的設(shè)計與研究。 目前國內(nèi)生產(chǎn)的破碎設(shè)備主要分鄂式、立軸式、反擊式和錘式等種類。大 多數(shù)產(chǎn)品在針對具體行業(yè)時，一般能滿足行業(yè)特定的要求。但超細破碎機確是 今后的一個研究方向。目前國內(nèi)的沖擊式和錘式破碎機能將 1000mm 的大塊物 料，一次性粉碎至 10-30mm 以下。自磨機更是可以將 600mm 的物料一次粉碎至 0.044mm 以下，即一臺機器就能完成從粗碎到細碎及磨碎的整個工藝過程。 總之，近年來國內(nèi)外對破碎機尤其是超細破碎機的研究依然比較熱，主要 針對解決減小入磨粒度提高原材料利用率等方面。據(jù)介紹目前世界上有約 15% 的電能消耗在粉碎作業(yè)中，而且逐年增加，加之目前能源短缺，急需不斷改善 粉碎研磨作業(yè)，如采用“多碎少磨”工藝特別是研制高效粉碎設(shè)備和改進現(xiàn)有 研磨機械，對于達到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低成本、低能耗具有十分重要意義。 關(guān)鍵詞：超細破碎機、錘式、轉(zhuǎn)子、細碎、入磨粒度大小。 全套圖紙，加全套圖紙，加 153893706153893706 Abstract II Abstract With the development of the technology of crusher, people of grinding material into the particle size of the rising demand, which requires the existing market crusher can high efficiency, high quality of raw materials for machining. And into the ground particle size is the key factor of affect the next step process. At the same time in crushing processing process, because of the size, particle size into the ground to the output of the raw materials have influence. Therefore, to reduce ground particle size is the production of a necessary crusher process. For material crushing can increase the material surface area can speed up the material in than in the reaction speed of response; Second in the processing of ore also have very important sense; Not the next step in the raw material processing prepare for work or easy to use. Modern engineering need more and more high purity superfine crushing, super fine crushing technology in high technology research and development will play a more and more important role. This project aims to use modern technology of ultrafine crusher design and research. The current domestic production of broken equipment is mainly points the hubei type, vertical shaft type, fight back style and of hammer type categories. Most products in specific industry in general can meet the requirements of the industry specific. But super fine crusher is really one of the future research direction. The current domestic and the impact of the type of hammer type broken function will 1000 mm chunks of material, one-time crushing to 10-30 mm below. Since the mill can be more will be 600 mm material a crushing to 0.044 mm, namely the following a machine can finish from crushing to finely and grinding the whole process. All in all, at home and abroad in recent years especially super fine crusher for crusher research is still hot, mainly in solving the grinding size reduced improve the utilization rate of raw materials, etc. According to introducing the world that about 15% of electricity consumption in the dismantling of assignments, and increase year by year, together with the current energy shortage, the need to constantly improve the crushing grinding operation, such as the “broken“ process especially grinding less developed efficient crushing equipment and improve existing grinding machines, to achieve high yield, high quality, low cost, low energy consumption has a very important significance. Keywords: super fine crusher, of hammer type, rotor and the smaller, into the ground particle size. Abstract III 目 錄 Abstract I 目 錄 III 第一章 緒 論1 1.1 課題的背景及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1 1.2 礦石的力學性能與錘式破碎機的選擇4 1.3 超細破碎機粉碎方式4 1.4 課題的研究內(nèi)容及意義6 第二章 總體方案設(shè)計及主要參數(shù)的設(shè)計7 2.1 總體方案設(shè)計7 2.2 整機主要結(jié)構(gòu)介紹8 2.3 超細破碎機外部結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計計算 8 2.3.1 超細破碎機轉(zhuǎn)子部分的參數(shù)值確定 8 2.3.2 超細破碎機進/出料口尺寸的參數(shù)值確定9 2.3.3 超細破碎機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的初步確定9 2.3.4 超細破碎機生產(chǎn)率的確定10 2.3.5 超細破碎機電動機功率的確定10 2.3.6 超細破碎機傳動方式的確定11 2.3.7 超細破碎機錘頭的擬定 11 第三章 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計 13 31 超細破碎機錘頭的設(shè)計計算13 3.1.1 錘軸中心與打擊中心距離的設(shè)計13 3.1.2 錘頭質(zhì)量的設(shè)計計算14 Abstract IV 32 超細破碎機主軸的設(shè)計計算16 3.2.1 軸的材料的選擇及軸頸的初步確定 16 3.2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性驗證 18 3.3 錘架的結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算20 3.3.1 銷軸的直徑值的確定20 3.4 軸承的選擇及校核21 3.4.1 軸承潤滑方式的確定22 3.5 飛輪的設(shè)計計算 22 3.6 鍵的校核23 第四章 部分零部件的精度設(shè)計24 4.1 配合的選擇24 4.2 一般公差的選取 24 4.3 形位公差24 第五章 總結(jié)與展望26 總結(jié) 26 工作展望26 參考文獻27 致 謝 28 第一章 緒 論 1 第一章 緒 論 1.1 課題的背景及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 粉碎（包括破碎和磨碎） 是當代飛速發(fā)展的經(jīng)濟社會必不可少的一個 工業(yè)環(huán)節(jié)。在各種金屬、非金屬、化工礦物原料及建筑材料的加工過程中，粉 碎作業(yè)要消耗巨大的能量，,而且又是個低效作業(yè)。物料粉碎過程中，由于作 業(yè)中產(chǎn)生發(fā)聲、發(fā)熱、振動和摩擦等作用，使能源大量消耗。因而多年來界內(nèi) 人士一直在研究如何達到節(jié)能、高效地完成破碎和磨碎過程。從理論研究到創(chuàng) 新設(shè)備（包括改造舊有的設(shè)備）直至改變生產(chǎn)工藝流程。 目前，破碎理論、工藝和設(shè)備的研究主要著重于：研究在破碎中節(jié)能、 高效的理論，也力求找出新理論，突破人們已熟知的破碎三大理論； 研究 新的非機械力高能或多力場聯(lián)合作用的破碎設(shè)備，目前還未見有工業(yè)化的設(shè)備 供應市場，只是處于研究階段；改進現(xiàn)有設(shè)備，這方面經(jīng)常是用戶根據(jù)自己 的需要來進行，而不見市場上大規(guī)模生產(chǎn)或研制新設(shè)備。 物料的破碎是許多行業(yè)（如冶金、礦山、建材、化工、陶瓷筑路等）產(chǎn)品 生產(chǎn)中不可缺少的工藝過程。由于物料的物理性質(zhì)和結(jié)構(gòu)差異很大，為適應各 種物料的要求，破碎機的品種也是五花八門的。就金屬礦選礦而言，破碎是選 礦廠的首道工序, 為了分離有用礦物, 不但分為粗碎、中碎、細碎，而且還要 磨礦。磨礦是選礦廠的耗能大戶（約占全廠耗電的 50%）, 為了節(jié)能和提高生 產(chǎn)效率，所以提出了“多碎少磨”的技術(shù)原則。這使破碎機向細碎、粉碎和高 效節(jié)能方向發(fā)展。另外隨著工業(yè)自動化的發(fā)展, 破碎機也向自動化方向邁進 （如國外產(chǎn)品已實現(xiàn)機電液一體化、連續(xù)檢測, 并自動調(diào)節(jié)給料速率、排礦口 尺寸及破碎力等)。隨著開采規(guī)模的擴大, 破碎機也在向大型化發(fā)展, 如粗碎 旋回破碎機的處理能力已達 6000t/h。至于新原理和新方式的破碎(如電、熱破 碎) 尚在研究試驗中, 暫時還不能用于生產(chǎn)。對粗碎而言, 目前還沒有研制出 更新的設(shè)備以取代傳統(tǒng)的顎式破碎機和旋回式破碎機，主要是利用現(xiàn)代技術(shù), 予以改進、完善和提高耐磨性，達到節(jié)能、高效、長壽的目的。細碎方面新機 型更多些?？偟膩砜? 值得提出的有：顎式破碎機、圓錐破碎機、沖擊式破碎 機和輥壓機。 現(xiàn)代工程將需要越來越多的高純超細粉碎，超細粉碎技術(shù)在高技術(shù)研究開 第一章 緒 論 2 發(fā)中將起著越來越重要的作用。雖然可以通過化學合成法制備高純超細粉體， 但成本過高，至今未能用于工業(yè)化生產(chǎn)。獲得超細粉體的主要手段仍然是機械 粉碎方式。用機械方式制取超細粉體所依賴的超細粉碎與分級技術(shù)的難度不斷 增大，其研究深度永無止境。超細粉碎技術(shù)是多方面技術(shù)的綜合，其發(fā)展也有 賴于相關(guān)技術(shù)的進步，如高硬高韌耐磨構(gòu)件的加工，高速軸承，亞微米級顆粒 度分布測定等。 對于露天礦破碎煤和巖石的破碎機型主要有顆式、旋回式、普通輥式、喂 給式和 MMD 雙齒輥式。鄂式破碎機系間斷破碎，國內(nèi)外產(chǎn)品均存在設(shè)備自重大、 功耗高、生產(chǎn)能力小的缺點，滿足不了生產(chǎn)能力大的要求。 旋回式破碎機是我國冶金礦山應用廣泛的一種粗碎設(shè)備，具有連續(xù)破碎、 生產(chǎn)效率高、能力大.破碎物料硬度高、使用可靠的特點，但設(shè)備重量大、高 度高、要求基礎(chǔ)大、移動相當困難。 喂給式破碎機是消化國外技術(shù)而開發(fā)的應用較廣泛的一種破碎中硬以下物 料的破碎機，具有結(jié)構(gòu)緊湊、適于移動式、半移動式破碎站。但對中等以上硬 度物料破碎適應性差，破碎巖容易出現(xiàn)超限排料。 普通齒輥式破碎機應用較多，輥徑大破碎齒小，破碎片小，過負荷能力差， 破碎能力小。不適用于破碎巖石和大塊物料。 錘式破碎機（錘破）是經(jīng)高速轉(zhuǎn)動的錘體與物料碰撞面破碎物料，它具有 結(jié)構(gòu)簡單，破碎比大，生產(chǎn)效率高等特點，可作干、濕兩種形式破碎，適用于 礦山、水泥、煤炭、冶金、建材、公路、燃化等部門對中等硬度及脆性物料進 行細碎。該設(shè)備可根據(jù)用戶要求調(diào)整蓖條間隙，改變出料粒度，以滿足不同用 戶的不同需求?，F(xiàn)在市場上常用的破碎機主要有：顎式破碎機、反擊式破碎機、 錘式破碎機、圓錐破碎機和輥式破碎機。 顎式破碎機是 1858 年由美國人 E.W.Blake 發(fā)明的，自第一臺顎式破碎機 問世以來，至今已有 150 多年的歷史，在此過程中，其結(jié)構(gòu)得到不斷完善1。 由于顎式破碎機具有構(gòu)造簡單、工作可靠、制造比較容易、使用維修方便等優(yōu) 點，廣泛用于礦山、冶金、建材、化工等工業(yè)原料的破碎作業(yè)。為了改善顎式 破碎機性能和提高工作效率，國內(nèi)外曾研制過各種異型顎式破碎機。例如：美 國鷹破碎機公司制造了一種傾斜式顎式破碎機，其傳動角大約 70以上，它的 最大特點是高度比較低矮，最適于井下或移動式破碎。北京礦冶研究總院與某 廠合作生產(chǎn)了幾個規(guī)格的這種破碎機，其中最大為 9001200 顎式破碎機。歷 第一章 緒 論 3 來破碎機的發(fā)展是以新型耐磨材料的應用為支柱。1882 年首先提出的高錳鋼， 經(jīng)水韌處理后，在高沖擊載荷和高擠壓應力下，由于孿晶變形等組織變化引起 的加工表面冷作硬化，其顯微硬度可達 HV750，而芯部仍保持良好的沖擊韌性。 適用于顎式破碎機的齒板，圓錐破碎機的動錐、定錐，錘式的錘頭等，稱為第 一代耐磨材料，它不適應低沖擊載荷或低應力時使用。 1930 年出現(xiàn)的硬鎳鑄鐵，硬度可達 HRC5560，稱為第二代耐磨材料，但 因為太脆，故只能制作小零件，如砂石清洗機的螺旋葉片板等，且國內(nèi)鎳材料 昂貴，故應用甚少。比硬鎳鑄鐵晚幾年出現(xiàn)的高鉻鑄鐵則被稱為第三代耐磨材 料，其顯微硬度高達 HV13001800，目前主要應用于反擊式的板錘和立軸式的 打擊板。高鉻鑄鐵按鉻含量不同分為 Cr15、Cr20 和 Cr26 三種，鉻含量低則價 格低，含量高則韌性相對較好，國內(nèi)大多數(shù)廠家使用 Cr20 制造反擊板錘，而 國外較普遍使用 Cr26。高鉻鑄鐵的不足之處是硬脆性和價格偏高。新的耐磨材 料的研究在不斷進行之中。據(jù)了解有高韌性馬氏體鑄鋼、多元低合金空冷馬氏 體貝氏體鑄鋼、高強韌性奧氏體貝氏體鋼等，可望成為新一代的耐磨材料， 這些新材料一旦成熟并得到應用，將推動破碎機特別是對耐磨材料依賴性較強 的錘式、反擊式破碎機的發(fā)展。 隨著電子科學的發(fā)展，破碎機產(chǎn)品不再是一種單一的機械產(chǎn)品，機電一體 化技術(shù)已經(jīng)被廣泛應用到新型破碎機上，使其動態(tài)控制得到了實現(xiàn)。同時，隨 著社會生產(chǎn)水平的提高，對物料的破碎質(zhì)量要求也越來越高，這不僅是對破碎 機的機械部分提出了要求，更重要的是對破碎機的控制系統(tǒng)提出了更高的要求。 目前，破碎機的設(shè)計已逐漸步入模擬仿真階段，通過建立數(shù)學模型，來預 測破碎機穩(wěn)定狀態(tài)下的性能。遼寧工程技術(shù)大學的馮剛等人根據(jù)質(zhì)量平衡和破 碎分級等特點，考慮沖擊能的變化情況，建立了沖擊式破碎機的破碎模型，在 不同轉(zhuǎn)子速率和給料條件進行模擬及試驗，模型通過一系列參數(shù)可以預測穩(wěn)定 狀態(tài)下的性能。M. Lindqvist 等人用圓錐破碎機的磨損模型來模擬其工作過程， 得到了減少磨損的方法。 隨著機械設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，新的設(shè)計觀念也應用到了破碎機的設(shè)計，江濤 等人進行了復擺顎式破碎機動顎的有限元優(yōu)化設(shè)計。利用 ANSYS 軟件建立了某 型號顎式破碎機動顎的參數(shù)化模型，將有關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)變量指定為優(yōu)化設(shè)計變量， 以結(jié)構(gòu)在已知工況下的應力為狀態(tài)變量，在此基礎(chǔ)上采用有限元數(shù)值方法，對 第一章 緒 論 4 動顎進行優(yōu)化設(shè)計以減少其重量；同時對優(yōu)化前后的模型進行了模態(tài)分析，以 第一章 緒 論 4 檢驗優(yōu)化對結(jié)構(gòu)動特性的影響，從而為實際生產(chǎn)設(shè)計部門進行優(yōu)化結(jié)構(gòu)、節(jié)省 材料用量提供理論依據(jù)。 1.2 礦石的力學性能與錘式破碎機的選擇 礦石都有許多礦物組成，各礦物的物理機械性能相差很大，故當破碎機的 施力方式與礦石性質(zhì)相適應時，才會有好的破碎效果。對硬礦石，采用折斷配 合沖擊來破碎比較合適，若用研磨粉碎，機件將遭受嚴重磨損。對于脆性礦石， 采用劈裂和彎折破碎比較有利，若用研磨粉碎則產(chǎn)品中細粉會增多。對于韌性 及粘性很大的礦石，采用磨碎比較好。而本次設(shè)計的破碎對象平時較為常見的 中等硬度的礦石。 常見的軟礦石有：煤、方鉛礦、無煙煤等，它的抗壓強度是 24Mpa，最 大也不超過 40Mpa；普氏硬度系數(shù)一般為 24。再如一些中硬礦石：花崗巖、 純褐鐵礦、大理石等，抗壓強度是 120150Mpa，普氏硬度系數(shù)一般為 1215。還有硬礦石、極硬礦石，普氏硬度系數(shù)一般為 1520。 可根據(jù)礦石的物理機械性能、礦塊的形狀和所要求的產(chǎn)品粒度來選擇破碎 施力方式，以及與該破碎施力方式相應的破碎機械。 1.3 超細破碎機粉碎方式 該此設(shè)計的超細破碎機采用反擊式與沖擊式相結(jié)合的物料破碎方式，大大 延長了易損件（如錘頭等）的壽命，提高了效率同時也延長了設(shè)備的使用壽命。 電動機帶動轉(zhuǎn)子在破碎腔內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)。工作時，電動機帶動轉(zhuǎn)子在破碎腔內(nèi)高 速旋轉(zhuǎn)，物料自上部給料口給入機內(nèi)，在電機的帶動下，轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，物料 進入破碎腔破碎與轉(zhuǎn)子上的板錘撞擊破碎，受高速運動的錘子的打擊、沖擊、 剪切、研磨作用而細碎，同時高速運動的物料也會因撞擊反擊板而受到反擊板 的沖擊力從而實現(xiàn)細碎物料的目的。同時在轉(zhuǎn)子下部，設(shè)有篩板，經(jīng)破碎的物 料若尺寸小于篩孔尺寸的粒級便通過篩板排出，最后從出料口排出。平時工礦 企業(yè)生產(chǎn)中常見的物料粉碎方式主要有以下幾種： （1）擠壓粉碎 擠壓粉碎是粉碎設(shè)備的工作部件對物料施加擠壓作用，物料在壓力作用下 發(fā)生粉碎。擠壓磨、鄂式破碎機等均屬此類破碎設(shè)備。物料在兩個工作面之間 第一章 緒 論 5 受到相對緩慢的壓力而被破碎，如下左圖 1-2 所示。因為擠壓力作用較緩慢均 勻，故物料粉碎過程均勻。這種方法通常多用于物料的粗碎，當然，近年來發(fā) 展的細鄂式破碎機也可將物料破碎至幾毫米以下。另外，擠壓磨出磨物料有時 會呈片狀粉料，故常作為細粉磨前的預粉碎設(shè)備。 圖 1-2 圖 1-3 （2）擠壓剪切粉碎 擠壓剪切粉碎如圖 1-3 所示。輥壓磨、雷蒙磨及各種立式磨通常采用擠壓 剪切粉碎方式。 （3）沖擊粉碎 沖擊粉碎包括高速運動的粉碎體對被粉碎物料的沖擊和高速運動的物料向 固體壁或靶的沖擊以及運動物料的相互沖擊，如圖 2-4 所示。這種粉碎過程可 在較短時間內(nèi)發(fā)生多次沖擊碰撞，每次沖擊碰撞的粉碎時間是在瞬間完成的， 所以粉碎體與被粉碎物料的動量交換非常迅速產(chǎn)生的破碎力也較大破碎較前兩 種更有力。本次的設(shè)計受到此種破碎方式的啟發(fā)。 圖 1-4 （4）研磨磨削粉碎 研磨和磨削本質(zhì)上均屬剪切粉碎，包括研磨介質(zhì)對物料的粉碎和物料相互 間的磨擦作用。振動磨、攪拌磨以及球磨機的細磨倉等都是以此為主要原理的。 與施加強大粉碎力的擠壓和沖擊粉碎不同，研磨和磨削是靠研磨介質(zhì)對物料顆 第一章 緒 論 6 粒表面的不斷磨蝕而實現(xiàn)粉碎的。因此，研磨介質(zhì)的物理性質(zhì)、尺寸、形狀及 其填充率對粉磨效率具有重要影響。 以下是物料常見的專業(yè)術(shù)語： （1）單一顆粒的粒徑 粒度是指一個顆粒的大小，對于規(guī)則的球形顆粒，我們可以用“直徑”來 精確描述其大小，而絕大多數(shù)情形下顆粒的形狀都不是球形，用直徑表示顯然 欠確切，也容易引起誤解。因此，表示顆粒大小引用“粒徑”的概念。所謂粒 徑，即表示顆粒大小的尺寸。同一顆粒，由于應用場合不同，測量的方法也往 往不同，所得到的粒徑值當然也不同。 (2) 顆粒群的平均粒徑 在生產(chǎn)實踐中，我們所涉及到的往往并非單一粒徑，而是包含不同粒徑的 若干顆粒的集合體，即顆粒群。其平均粒徑通常用統(tǒng)計數(shù)學的方法來計算。 該次設(shè)計的原始數(shù)據(jù)中的最大進料粒度及最大出料粒度均為石灰石等中硬 度物料的平均粒徑。 1.4 課題的研究內(nèi)容及意義 在超細破碎機的全面了解的基礎(chǔ)上，通過對破碎機傳動裝置、錘頭及軸的 設(shè)計，了解機械設(shè)計的過程和方法。超細破碎機由機殼、轉(zhuǎn)子部分、反擊板、 篩板等零部件組成。轉(zhuǎn)子部分是其主要的工作部分。通過對傳動裝置的充分認 識比較，并結(jié)合一些經(jīng)驗公式最終選定聯(lián)軸器直接連接主軸的方式帶動整機運 轉(zhuǎn)，進行物料的細碎。 通過對超細破碎機傳動裝置、錘頭及軸的設(shè)計計算，進一步復習了所學課 程，并對機械設(shè)計的方法有了比較全面的認識。為今后的學習和工作奠定了基 礎(chǔ)。通過裝配圖及部分零件圖的繪制，達到了充分認識超細破碎機的構(gòu)造，深 入理解其工作原理的目的。同時提升了自己 AutoCAD 的繪圖水平。通過本次設(shè) 計了解機械設(shè)計的過程和方法，培養(yǎng)分析問題和解決問題以及進行應用性設(shè)備 進行設(shè)計的能力。 第二章 總體方案設(shè)計及主要參數(shù)的設(shè)計 7 第二章 總體方案設(shè)計及主要參數(shù)的設(shè)計 2.1 總體方案設(shè)計 本設(shè)計給定的原始數(shù)據(jù)有： (1)主軸轉(zhuǎn)速在 900-1100r/min; (2)最大進料粒度180mm； (3)最大出料粒度5mm； (4)破碎機的破碎程度為：細碎 超細碎； (5)破碎機的破碎對象是：各種中等硬度礦石如：花崗巖、石灰石等。 本次設(shè)計的是單轉(zhuǎn)子、六排錘、不可逆式的超細破碎機，型號為 600mm600mm。主要結(jié)構(gòu)由支架、轉(zhuǎn)子、錘頭、軸、反擊板、篩板、飛輪 等組成。其主要結(jié)構(gòu)圖如圖 2-1 所示。 圖 2-1 破碎機整體結(jié)構(gòu)圖 如圖 2-1，當原料從進料口進入后，轉(zhuǎn)子帶動高速旋轉(zhuǎn)的錘頭使物料在錘 頭與反擊板之間，物料與物料之間經(jīng)多次碰撞和打擊然后進入了弧形篩板上， 細顆粒物料從弧形篩板的蓖孔排出。由于篩板與錘頭回轉(zhuǎn)半徑的間隙由大變小， 篩面上的物料不僅受到打擊和研磨，而且還受到擠壓作用，研磨作用也得到加 強，細碎效果得到了強化，同時物料在徑向擠壓力的作用下有利于排料，避免 了蓖孔的堵塞。 第二章 總體方案設(shè)計及主要參數(shù)的設(shè)計 8 2.2 整機主要結(jié)構(gòu)介紹 (1)支架由槽鋼焊接而成，用于支撐整體結(jié)構(gòu)。支架下部有地腳螺栓孔用 于連接其余部件。 (2)轉(zhuǎn)子由主軸、錘架、銷軸等組成，錘架上開有 36 個均勻分布的孔，銷 軸兩端用兩對圓螺母進行固定。主軸主要依靠兩個圓錐滾子軸承支撐。 (3)主軸是支撐錘架（以及轉(zhuǎn)子的主要部分）的主要零件，沖擊力由它來 承受。又因，其剛度和強度均有較高要求（詳見主軸的設(shè)計及校核部分） ，因 此要求其材質(zhì)具有較高的韌性和強度。通常斷面為圓形，通過平鍵和其它零件 連接。 (4)錘頭是整部機器主要的工作部件和易磨損部分，其質(zhì)量、形狀和材質(zhì) 對破碎機的生產(chǎn)能力和設(shè)備的使用壽命有很大的影響。因此，根據(jù)不同的物料 尺寸來選擇適當?shù)腻N頭質(zhì)量。錘頭用高錳鋼鑄造，為了提高耐磨性，應對錘頭 進行淬火處理；可在錘頭表面上涂一層硬質(zhì)合金，或采用高鉻鑄鐵。 (5)反擊板有兩塊，折線型并且要傾斜一定角度進行安裝角度。一個可以調(diào) 整，一個是固定的。調(diào)整的一個靠的是安裝在箱體上的螺桿裝置，反擊板主要 用于破碎高速撞擊的其表面的物料，實現(xiàn)細碎或超細碎，達到生產(chǎn)需要的粒度。 (6)篩板的排列形式是與錘頭的運動方向垂直的。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)品通過蓖縫排出。其斷面形狀為梯形，常用錳鋼鑄 成。蓖條多為一組尺寸相等的鋼條。安裝時，插入蓖條架上的凹槽，兩蓖條之 間用墊片隔開。截面形狀用梯形。 此外，本次的設(shè)備轉(zhuǎn)速較高，速度也會有波動。因此，為了使轉(zhuǎn)子在運動 中儲存一定的動能，避免破碎大塊物料時，錘頭的速度損失不致過大和減小電 動機的尖峰負荷，在主軸的一端還裝有一個飛輪。 2.3 超細破碎機外部結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計計算 2.3.1 超細破碎機轉(zhuǎn)子部分的參數(shù)值確定： 超細破碎機轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)參數(shù)主要有轉(zhuǎn)子直徑 D 和長度 L。其直徑一般根據(jù) 物料的尺寸來確定有經(jīng)驗公式 D=(1.25)Dmax，轉(zhuǎn)子的長度值視破碎機的生產(chǎn) 第二章 總體方案設(shè)計及主要參數(shù)的設(shè)計 9 能力而定，一般取轉(zhuǎn)子直徑與長度之比 L/D=0.71.8，物料抗沖擊力較大時應 選取較大的比值，超細破碎機的規(guī)格用 L/D 來表示。 第二章 總體方案設(shè)計及主要參數(shù)的設(shè)計 9 本次破碎機的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)：D=0.6m; L=0.6m 。 2.3.2 超細破碎機進/出料口尺寸的參數(shù)值確定： 進料口尺寸包括進料口的寬度和長度，其中進料口的寬度 B0.7D,其中 D 為轉(zhuǎn)子直徑；進料口的長度于轉(zhuǎn)子長度有相等關(guān)系。 出料口的尺寸由篩板尺寸來確定。 2.3.3 超細破碎機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的初步確定： 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速是破碎機的重要工作參數(shù)，影響破碎機的破碎效率和生產(chǎn)能力， 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速： （2- D v n 60 1） 式中 v轉(zhuǎn)子的圓周速度,m/s 轉(zhuǎn)子的圓周速度 v 可以根據(jù)待破碎物料的性質(zhì)，按式(4-2)計算 （2-2）sm E g v/ 7 . 41 3 1 6 5 式中：g重力加速度,g=9.8m/s 物料密度,取 =2.6610kg/m 物料的抗壓強度,取 7 3.9 10 a p E物料的彈性模量, 10 3.5 10 a Ep 代入式(2-1)得 60 996 /min v nr D 由于式(2-2)沒有反映出破碎比和錘頭質(zhì)量這 2 個因素,所以按上式計算的 轉(zhuǎn)子圓周速度只能作為選取時參考。目前超細破碎機的轉(zhuǎn)子圓周速度為 1870m/s。一般中小型破碎機的轉(zhuǎn)速為 7501500r/min；圓周速度為 2570m/s；大型破碎機的轉(zhuǎn)速為 200350r/min;轉(zhuǎn)子的圓周速度為 1825m/s。速度愈高，破碎產(chǎn)生的粒度愈小，錘頭及襯板、篩板的磨損越大， 功率消耗也相應會有增加。從設(shè)備制造角度來看，高轉(zhuǎn)速對機器零部件的加工、 安裝精度要求較較低轉(zhuǎn)速的設(shè)備高，而且錘頭磨損與轉(zhuǎn)子圓周速度成正比，與 第二章 總體方案設(shè)計及主要參數(shù)的設(shè)計 10 此同時，如前所述錘頭的使用壽命會影響整機的壽命，所以，在滿足產(chǎn)品粒度 要求的情況下，轉(zhuǎn)子圓周速度應選取較低值。 綜合以上因素，取轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n=960r/min，則轉(zhuǎn)子的線速度 v=30.14m/s。 2.3.4 超細破碎機生產(chǎn)率的確定： 生產(chǎn)率與破碎機的規(guī)格、轉(zhuǎn)速、排料蓖條間隙的寬度、給料粒度、給料狀 況以及物料性質(zhì)等因素有關(guān)。一般采用經(jīng)驗公式： 3 . 3866 . 2 6 . 06 . 040KDLQ 式中：Q生產(chǎn)率(t/h) 物料的密度(t/m) K經(jīng)驗系數(shù) 因為該型號的破碎機破碎的是中、硬物料。K 取值在 30 到 45 之間。 2.3.5 超細破碎機電動機功率的確定： 至今尚無比較準確的公式可用于計算超細破碎機的功率。在選配電動機時， 可按照經(jīng)驗公式估算: P0=kD2Ln （2- 3） 式中P0 其值為超細破碎機的主軸功率，單位：Kw；系數(shù) K 值取決于具體 條件的經(jīng)驗系數(shù)，一般情況下 K=0.10.2，破碎機規(guī)格大時取上限。 P0=kD2Ln=20.74Kw. 選擇電動機類型 按工作要求和條件，初步確定三相異步異步電機，由于超細破碎機的轉(zhuǎn)子 軸轉(zhuǎn)速在 9001100r/min，功率為 20.74KW。于是選取 Y200L2-6 型的電動機。 電動機經(jīng)過校核選擇可行。 選電機型號為 Y200L2-6，額定功率 22kW，轉(zhuǎn)速 970r/min。具體技術(shù)參數(shù) 第二章 總體方案設(shè)計及主要參數(shù)的設(shè)計 11 詳見表 2-1。 表 2-1 2.3.6 超細破碎機傳動方式的確定： 常見的傳動方式中常用于連接電動機的輸出與主軸輸入的主要有帶傳動和 通過聯(lián)軸器傳動兩種方式：其中帶傳動十分常見且其作為高速端與較低速度端 得傳動方式優(yōu)點是十分多的，如：可以降低扭矩，降低輸入轉(zhuǎn)速，緩沖吸震等。 在本例中按上述所選電動機其轉(zhuǎn)速為 970r/min，而破碎機所選的轉(zhuǎn)速為 960r/min,相差不大故可以不必采用常見的帶傳動方式而直接選用聯(lián)軸器來傳遞 所需功率。聯(lián)軸器作為另一種傳動方式應用也十分廣泛，目前常見的有剛性聯(lián) 軸器和彈性聯(lián)軸器兩大類，其中剛性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可傳遞較大轉(zhuǎn) 矩，多用于沖擊小、轉(zhuǎn)速低、軸的剛性大、對中性好時常采用。而彈性聯(lián)軸器 因具有撓性故可以補償兩軸相對位移，按有無彈性元件分為無彈性元件的撓性 聯(lián)軸器和有彈性元件撓性聯(lián)軸器。本次設(shè)計中因工作情況的因素選用彈性柱銷 聯(lián)軸器。型號為：TL8 聯(lián)軸器 45112GB/T 4323。其主要技術(shù)參數(shù)如下： 。mNTn 710 min/2400rn 聯(lián)軸器型號的選擇應根據(jù)所要傳遞的轉(zhuǎn)矩以及工作情況來確定。本例中電 動機的功率 P=22Kw，而轉(zhuǎn)速為 970r/min，故該電動機的公稱轉(zhuǎn)矩 T=216.6Nm。則計算轉(zhuǎn)矩 故轉(zhuǎn)矩合適， mNTmNTKT Aca 710 2 . 498 經(jīng)驗算故轉(zhuǎn)速亦合適。結(jié)合工作中的情況最終確定聯(lián)軸器的型號為： max nn 額定轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn) 速功率 電流 （A） 轉(zhuǎn)動慣量 不大于 型 號 （Nm）（r/min）（Kw）額定激磁（Kgm） Y200L2- 6 216.69702244.60.280.360 第二章 總體方案設(shè)計及主要參數(shù)的設(shè)計 12 TL8 聯(lián)軸器 45112GB/T 4323。 2.3.7 超細破碎機錘頭的擬定： 如前所述，本例所設(shè)計的超細破碎機其主要部分是錘頭和錘架所組成的轉(zhuǎn) 子部分是決定該機器好壞的關(guān)鍵所在，因此可以說錘頭好壞直接影響整機的質(zhì) 量。 由于超細破碎機的錘頭是鉸接懸掛在轉(zhuǎn)子的銷軸上，若錘軸孔位置不正確， 則在錘頭銷軸上會產(chǎn)生打擊反作用力，從而影響超細破碎機的使用壽命，所以 必須合理設(shè)計錘軸中心與打擊中心距離。正確地選擇錘頭質(zhì)量對破碎效率和能 量消耗都有很大作用，如果錘頭質(zhì)量選得過小，則可能滿足不了錘擊一次就將 物料破碎的要求，若是選得過大,則無用功率消耗過大。因此，錘頭質(zhì)量一定 要滿足錘擊一次使物料破碎，并使無用功率消耗達到最小值，同時還必須不使 錘頭過度向后偏倒，所以必須合理設(shè)計錘頭質(zhì)量。 第三章 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計 13 第三章主要結(jié)構(gòu)設(shè)計 31 超細破碎機錘頭的設(shè)計計算 3.1.1 錘軸中心與打擊中心距離的設(shè)計： 由于超細破碎機的錘頭是通過銷軸懸掛在轉(zhuǎn)子的孔上，若錘頭銷孔位置不 正確，盡管轉(zhuǎn)子已達到靜力與動力平衡，但當物料與錘頭沖擊時，仍將在錘頭 銷軸、轉(zhuǎn)子圓盤、主軸及主軸軸承上產(chǎn)生反作用。所以必須通過打擊平衡計算， 討論錘軸孔位置的確定方法,并給出了相應的計算公式，最終確定錘軸孔的具 體位置。圖 3.1 中 O 為錘軸孔中心位置,為無孔錘頭的重心，S 為有孔錘頭的 S 重心，假定錘頭的打擊中心在錘頭的右側(cè)外棱處,打擊中心到錘軸中心 O 的距 離為 L，根據(jù)面矩定理,經(jīng)簡化整理得： 圖 3-1 （3-1） ba d a ba x 2 42 1663 錘頭長度,mm;a b錘頭寬度,mm; d錘頭銷軸孔的直徑,mm。 取113mm；b=65mm；d=24mm。帶入式（3-1）得:a =31.4mm 24 2 113653.14 24 36 11316 11365 x 按上式計算方法求得錘頭銷軸孔的位置，在實際工作中也難免錘頭銷軸不 第三章 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計 14 受打擊力的作用，因為在計算之初是假定錘頭以其外棱打擊物料的。由于給料 粒徑的變化，并非都是以錘頭外棱打擊物料。另外，由于制造和安裝的誤差， 以及外棱和銷軸的磨損等原因，都會改變打擊平衡條件。因此，在設(shè)計錘頭和 改進時要有所考慮。 綜合以上各因素，取x=24mm,則L=-x=113-24=89mm。a 35mm （3- 2 22 4 ab ax c abd 2） 轉(zhuǎn)子是超細破碎機上的關(guān)鍵零部件，除了在制造上保證轉(zhuǎn)子的靜力平衡和 動力平衡外，還要就錘頭的幾何形狀進行打擊平衡計算，從而減小由于打擊反 作用力給破碎機帶來的不良影響，保證機器的穩(wěn)定運行，延長機器的使用壽命。 3.1.2 錘頭質(zhì)量的設(shè)計計算 ： 錘頭質(zhì)量的設(shè)計計算應根據(jù)動量守恒原理,錘頭打擊物料后,必然會產(chǎn)生速 度損失,錘頭打擊物料的允許速度損失隨著破碎機規(guī)格大小而變,一般允許速度 損失為 40%60%,即： （3- 21 0.4 0.6vv 3） 式中 錘頭打擊物料前的圓周線速度,m/s; 1 錘頭打擊物料后的圓周線速度,m/s. 2 轉(zhuǎn)子的直徑愈大,允許速度損失就愈大,反之取偏小值,若錘頭物料是塑性碰 撞,且設(shè)物料碰撞前的速度為零,則根據(jù)碰撞理論動量相等的原理可得： 122 mvmvQv （3- 1 2 mv v mQ 4） 式中: m錘頭折算到打擊中心處的質(zhì)量,kg; Q最大物料塊的質(zhì)量,kg. 第三章 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計 15 將式(3-3)代入式(3-4),得： （3-0.7 1.5mQ 5） m 僅僅是錘頭的打擊質(zhì)量,錘頭實際質(zhì)量應根據(jù)打擊質(zhì)量的轉(zhuǎn)動慣量和 0 m 錘頭質(zhì)量的轉(zhuǎn)動慣量相等的條件進行質(zhì)量代換： 第三章 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計 15 （3- 2 0 0 r mm r 6） 式中: 錘頭打擊中心到懸掛點的距離,m;r 錘頭的重心到懸掛點的距離,m. 0 r 從式（3-1）可以看出,錘頭質(zhì)量只與打擊物料的質(zhì)量有關(guān),實際上還與物 料的性質(zhì).受力情況和轉(zhuǎn)子速度有關(guān)，根據(jù)動量定理: （3-7） 12 m vvFt 式中: F錘頭作用在物料上的打擊力,N; t錘頭打擊物料的時間,一般取 t=0.001010015s。 物料一般是脆性的,當其受力達到強度極限時就開始破壞,即物料所受外力超 過它本身的內(nèi)聚力就會破壞“在材料實驗機上破壞物料的力 （3-FA 8） 式中 物料的抗壓強度,Pa; A物料垂直于外力方向的斷面積,。 2 m 在實際破碎過程中,大多數(shù)物料是各向異性,且物料形狀不規(guī)則,錘頭打擊過 程又不可能是面接觸,故破壞物料所需的力 （3- FF 9） 把式(3-5)式(3-6)代入式(3-4),得: （3- 12 m vvAt 10） 如果允許錘頭在打擊物料的過程中速度損失 40%60%,則: (3-11) 1 0.4 0.6 At m v 式中 修正系數(shù),=0.210.28，取=0.24,t=0.0012，設(shè)物料形 7 3.9 10 第三章 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計 16 狀為立方體,其邊長=0.018m,則=3.5kg則錘頭實際質(zhì)量: 1 a 1 0.4 0.6 At m v 第三章 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計 16 2 0 0 r mm r 參照上述過程中的計算結(jié)果可知,的值，經(jīng)過計算得=10Kg。r 0 r 0 m 32 超細破碎機主軸的設(shè)計計算 3.2.1 軸的材料的選擇及軸頸的初步確定： 1軸的材料的選擇： 軸的材料主要是碳素鋼和合金鋼。鋼軸的毛坯多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件。有 的則直接用圓鋼。碳素鋼比合金鋼低廉，對應力集中的敏感性較低，同時也可 以用熱處理或化學熱處理的方法提高其耐磨性和抗疲勞強度的。故采用碳鋼制 造軸尤為廣泛。最常用的是 45 號鋼。 查表 15-1 得，640 Ba MP ， 。355 Sa MP 1 275 a MP 1 155 a MP 1 60 a MP 2最小軸頸的選擇： 由于軸的支承距離未定，所以按純扭矩并降低許用扭轉(zhuǎn)切應力確定軸徑設(shè) 為，即其計算公式為：d 3 n P Ad 式中 傳動軸所傳遞的功率，；PKw 連接軸的轉(zhuǎn)速，；nminr 軸的直徑，；dm 隨材料的許用扭轉(zhuǎn)剪應力而變的系數(shù)，其數(shù)值見機械設(shè)計表A 13-7-2；此設(shè)計取=。A115 66.32 960 22 1153d 考慮到鍵槽槽的影響，需要將軸頸擴大一些。且所選的異步電動機的伸出 端軸頸為為 45mm，并結(jié)合聯(lián)軸器的孔徑值，最終選定最小軸徑為 45mm。 本次設(shè)計的超細破碎機是基于臥式破碎機的經(jīng)典結(jié)構(gòu)其主要的載荷為徑向 第三章 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計 17 載荷，而由于本機是直接經(jīng)由聯(lián)軸器將動力傳遞給主軸故會有一定的沖擊，本 機的主軸跨距并不是很長因此可選定圓錐滾子軸承。初選軸承代號為 33014 型。 最后，根據(jù)軸承的型號確定軸的軸承端直徑值為=70mm。d 3軸的強度校核： 軸的最終結(jié)構(gòu)確定如下圖所示（圖 3-1）： 圖 3-1 軸所受力的分析： 自身的重力、聯(lián)軸器傳遞的扭矩、以及錘頭在旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力等。綜 合考慮該次設(shè)計中軸的變形為彎扭組合變形，參看劉洪文主編材料力學知 彎扭組合應按第三或第四強度理論進行校核。下附受力分析圖（圖 3-2）： 圖 3-2 軸的自重： .511NgG 由已知的錘頭的離心力為： 飛輪的自重： NgG279 2 按圖示得： 解得： N R mv F6 .2790 2 3 )2(09721097486 ) 1(790 22 21 FGG FF 第三章 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計 18 根據(jù)圖示受力及計算結(jié)果的主軸的彎矩圖和扭矩圖（圖3-3）： 圖 3-3 由第三強度理論知 ： 由此處的驗算知：該軸滿足傳動要求，可行。 3.2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性驗證： 對于軸的結(jié)構(gòu)必須滿足:主軸和安裝在主軸上的零件要有準確的工作位置; 軸上的零件便于安裝和拆卸、調(diào)整;軸應有良好的制造工藝性. (1)軸上零件的安裝順序如下 軸承、圓盤、軸承、聯(lián)軸器。因為主軸為階梯軸，根據(jù)階梯軸的特點，并 NF NF 6 .219 4 .570 2 1 22 23 22 ) 7 . 77() 6 . 216( )1045( 321 TM W 第三章 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計 19 且軸上零件的安裝要求也不高，所以上面提到的第二條也容易滿足。 至于第三條，軸的制造工藝性，主要是指便于加工和裝配軸上的零件。并 且生產(chǎn)效率高、成本低。一般來說，結(jié)構(gòu)越簡單，工藝性越好。所以應該盡量 簡化軸的結(jié)構(gòu)。為了便于裝配零件并去掉毛刺，軸端應倒 45角。在需要切制 螺紋的軸段應留有退刀槽，其尺寸可查有關(guān)標準和手冊。若需要磨削加工的軸 段，應留有越程槽。 具體分析如下：該主軸有 2 個軸段有鍵槽，為了減少裝夾工件所需的時間， 應在這些不同的軸段上開的鍵槽在同一條母線上。另外，還為了減少加工刀具 的種類和提高勞動生產(chǎn)率，軸上的直徑近似的地方，圓角、倒角、鍵槽寬度、 砂輪越程槽的寬度、退刀槽寬度等盡可能采用相同的尺寸。 (2)軸上各部件的軸向和周向定位零件的使用 軸上零件的軸向定位主要有軸肩、圓螺母、軸端擋圈等元件來保證。 軸肩分為兩類，定位軸肩和非定位軸肩。在該主軸上，軸肩很多，這兩類 軸肩均有。雖然利用軸肩定位是最方便可靠的方法，但是采用軸肩就必然導致 一個問題，那就是使軸徑加大，而且軸肩處將會應為截面的突變而引起應力集 中。另外，軸肩也不利于加工。所以設(shè)計時，盡可能避免過多軸肩定位。而且 軸肩多用于軸向力較大的場合。 值得注意的是，定位每一個滾動軸承的軸肩，都有兩處，且都是定位軸肩。 對定位軸肩來說，有一個要求：軸肩的高度必須低于軸承內(nèi)圈端面的高度，以 便拆卸軸承。軸肩高度可查機械手冊軸承安裝尺寸得到。還有，為了使零件能 僅靠軸肩而得到準確可靠的定位，軸肩處的過渡圓角半徑必須小于與之相配的 零件轂孔的端部的圓角半徑或倒角尺寸。非定位軸肩是為了加工和裝配方便而 設(shè)計的。高度沒有嚴格的規(guī)