槳葉式攪拌機(jī)的設(shè)計
槳葉式攪拌機(jī)的設(shè)計,槳葉,攪拌機(jī),設(shè)計
鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書
1前言
建材產(chǎn)品的生產(chǎn),從原料、燃料到半成品都需要進(jìn)行破碎和粉磨,其目的是使物料的表面積增加,以提高物理作用的效果及化學(xué)反應(yīng)的速度,如促進(jìn)均勻混合,提高物料的流動性,便于貯存和運輸,提高產(chǎn)量等。水泥熟料和石膏一起磨碎成最終產(chǎn)品,其磨碎的粒度越細(xì),表面積越大,則水泥的標(biāo)號就越高。改善和提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量,減少動力消耗,降低生產(chǎn)成本,對達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗具有重要意義。
機(jī)械沖擊粉碎是建材行業(yè)材料破碎的主要手段，其設(shè)備效率是重要的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。目前在攪拌機(jī)的設(shè)計研究中，主要集中在耐磨材料和常規(guī)設(shè)計的改進(jìn)。
在水泥行業(yè)、選礦電力等工業(yè)領(lǐng)域中廣泛使用粉磨機(jī)械，但各類粉磨機(jī)械都有生產(chǎn)效率低，能耗高的缺點。當(dāng)前的發(fā)展趨勢是“以破代磨”，借助加強(qiáng)粉磨機(jī)前的粉碎，降低入料粒度，可大幅度提高粉磨機(jī)產(chǎn)量，降低綜合能耗。本課題是結(jié)合市場上所使用的各類型號的攪拌機(jī)及由廠家在使用過程中所反饋的信息,分析其問題的來源,并相互比較綜合各類攪拌機(jī)的優(yōu)點,經(jīng)師生討論而確定的。
設(shè)計要求:a、最大進(jìn)料粒度：<150mm；b、出料粒度：<10mm；c、生產(chǎn)能力：25-30t/h。
使用范圍：槳葉式攪拌機(jī)既可以用于生料的破碎,又可以用于熟料的破碎。它適用于粉碎水泥熟料、粒狀高爐礦渣、石灰石、砂巖、頁巖、煤矸石、煤塊、鋁塊石、金礦石、鉬礦石等多種物料。它廣泛應(yīng)用于：建材、化工、冶金、電力、煤炭、礦山等工業(yè)部門。
技術(shù)要求：機(jī)械設(shè)計應(yīng)保證其功能良好、使用可靠、維護(hù)方便；零件結(jié)構(gòu)設(shè)計要選擇合理的毛坯型式和材料，并盡可能的采用標(biāo)準(zhǔn)件和通用件，并具有良好的工藝性。
設(shè)計方法：采用二維CAD繪制圖紙和在UG平臺上創(chuàng)建三維模型相結(jié)合的方法，更加直觀地將所要設(shè)計的結(jié)構(gòu)表達(dá)出來。
本課題著重解決如何將反擊式攪拌機(jī)和錘式攪拌機(jī)的優(yōu)點結(jié)合、錘頭磨損問題和機(jī)體平衡問題、攪拌機(jī)在工作過程中的粉塵泄露問題及攪拌機(jī)的各工作參數(shù)的優(yōu)化確定方法等。
本設(shè)計具有很強(qiáng)的實用價值。因為采用了很多新的結(jié)構(gòu)，大大降低了制造和維護(hù)的費用，減少了機(jī)器調(diào)整的次數(shù)，保證了生產(chǎn)的連續(xù)性。
2概述
2.1 水泥裝備的發(fā)展趨勢[11]
水泥生產(chǎn)的機(jī)械裝備是生產(chǎn)水泥的重要工具，是提高勞動生產(chǎn)率、降低水泥成本、減輕勞動強(qiáng)度的重要手段。綜觀目前國內(nèi)外水泥行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r可知，水泥裝備的發(fā)展趨勢大致可分為三個方面：
a.向大型化方向發(fā)展
近年來，世界水泥工業(yè)發(fā)展的動向之一是大型化。各國都在致力于開發(fā)大型化的設(shè)備及其應(yīng)用技術(shù)，因為大型水泥廠能降低生產(chǎn)成本，減少能耗，提高勞動生產(chǎn)率，特別是日產(chǎn)5000t熟料的水泥廠經(jīng)濟(jì)效益特別顯著。
b.向自動化方向發(fā)展
水泥廠的自動化程度是衡量水泥工業(yè)現(xiàn)代化的標(biāo)志之一，自動化技術(shù)的應(yīng)用利用提高主機(jī)產(chǎn)量和設(shè)備運轉(zhuǎn)率，降低熱耗，提高勞動生產(chǎn)率。
c.向節(jié)能化方向發(fā)展
從生產(chǎn)工藝上看，這種能源消耗可分為兩部分：一部分是消耗燃料多的熟料燒成系統(tǒng)；一部分是消耗電能多的原料和熟料的粉磨系統(tǒng)。因此，各國都在積極開發(fā)節(jié)能降耗的水泥成套設(shè)備。磨前破碎正是向節(jié)能方向發(fā)展的一個重要路口，也正是水泥設(shè)備發(fā)展的必經(jīng)之路。
2.2 設(shè)計要求及分析課題
物料在經(jīng)過粗碎、中碎以后，一般粒徑為30～100mm，而進(jìn)入磨機(jī)的粒徑一般為30mm左右，由于進(jìn)入磨機(jī)的粒徑仍很大，且不均衡，不但增加了磨機(jī)的負(fù)荷，而且也增加了磨機(jī)的功耗，根據(jù)邦德理論，粉碎物料所消耗的能量，與物料產(chǎn)生的裂縫長度成正比，而裂縫又與物料粒徑的平方根成反比。即：w=k(1/-1/),d為進(jìn)料粒徑，D為出料粒徑，因此，設(shè)計的要求是經(jīng)過一級破碎的物料進(jìn)入球磨機(jī)之前增加一級破碎，以均衡和降低物料的入料粒度，從而顯著地降低功耗，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。
錘式攪拌機(jī)的結(jié)構(gòu)由錘頭﹑轉(zhuǎn)子﹑篦條篩﹑內(nèi)壁襯板﹑機(jī)架等組成；它是通過物料進(jìn)入攪拌機(jī)中,受到高速回轉(zhuǎn)的錘頭沖擊而破碎,物料從錘頭處獲得動能,以高速沖向破碎板進(jìn)行第二次破碎,粒度小的從篦條篩中排出,粒度大的物料在篦條篩上再經(jīng)過錘頭的沖擊﹑研磨﹑銑削而破碎,合格粒度由篦條篩排出。
反擊式攪拌機(jī)的結(jié)構(gòu)由反擊板﹑打擊板﹑轉(zhuǎn)子組成；它將物料反復(fù)地沖擊,同時,物料之間也互相撞擊而得到破碎。
槳葉式攪拌機(jī)的結(jié)構(gòu)由機(jī)體﹑主軸﹑轉(zhuǎn)子﹑襯板﹑進(jìn)出料口組成；物料進(jìn)入第一破碎腔,受高速回轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子上的板錘的沖擊破碎,獲得動能的料塊拋擊到筒體的襯板上進(jìn)一步破碎,料塊群在機(jī)腔中互相撞擊而得到第一次破碎；物料進(jìn)入第二破碎腔受第二轉(zhuǎn)子的擠壓﹑沖擊,把料層壓緊而變密實,隨著擠壓﹑沖擊力的上升,當(dāng)應(yīng)力超過顆粒所承受的強(qiáng)度時,物料被粉碎。
本課題設(shè)計的攪拌機(jī)是兼以上三者之優(yōu)點進(jìn)行破碎,因此,確定為槳葉式攪拌機(jī)。
2.3 槳葉式攪拌機(jī)的工作原理簡介
攪拌機(jī)體內(nèi)研磨介質(zhì)運動狀態(tài)分為二部分，其一為在筒體內(nèi)旋轉(zhuǎn)，其二為帶到一定高度后拋落，即拋落運動狀態(tài)。前者粉碎的主要形式為研磨，而后者為沖擊。磨內(nèi)物料隨著研磨和沖擊的綜合作用而使物料粉碎。槳葉式攪拌機(jī)的破碎部分主要由錘擊部分和反擊部分兩部分組成，物料由進(jìn)料口進(jìn)入破碎腔，經(jīng)過錘頭的沖擊、剪切、劈碎、折斷，使得物料粒徑降低，然后再經(jīng)過反擊破碎，通過反擊破碎中反擊板的沖擊、剪切和物料的自撞破碎，進(jìn)一步降低和均衡物料的粒徑，從而實現(xiàn)了物料粉碎的目的。
2.4 槳葉式攪拌機(jī)的構(gòu)造
槳葉式攪拌機(jī)由筒體、轉(zhuǎn)子、機(jī)蓋附件、底座等部分組成，筒體由機(jī)殼、門、隔板、反擊板組成，各部件分別用焊接螺栓、螺釘連結(jié)成一體；轉(zhuǎn)子由主軸、錘架組成。錘架上偏心銷軸將錘頭分4排懸掛在錘架之間，為了防止錘架和錘頭的軸向竄動，錘架一端用軸套軸向固定，一端用止退墊圈和鎖緊螺母固定，轉(zhuǎn)子支承在三個滾動軸承上，機(jī)殼內(nèi)部有反擊板，反擊板磨損后可以更換，機(jī)蓋與軸之間漏灰現(xiàn)象嚴(yán)重，為了防止漏灰，設(shè)有軸封。主軸是攪拌機(jī)支承轉(zhuǎn)子的主要零件，沖擊力由它來承受。因此，要求主軸的材質(zhì)具有較高的硬度和韌性，如用45鋼。主軸斷面為圓形，錘架用36mm寬的平鍵與軸連接，錘架是用來安裝錘頭的，但攪拌機(jī)在逆轉(zhuǎn)時，錘架與物料接觸，易造成磨損，所以選擇的材料要具有一定的耐磨性。該錘架的銷軸孔都為6個孔，可以在銷軸孔磨損后，把錘頭安裝在另一個位置，在錘架中，上面一個圓盤用以減少偏心銷軸的磨損程度。錘頭的質(zhì)量、形狀和材質(zhì)對攪拌機(jī)的生產(chǎn)能力有很大的影響。錘頭動能的大小與錘頭質(zhì)量成正比，動能越大，即錘頭質(zhì)量越大，破碎效率愈高，但能耗佷大。因此，應(yīng)根據(jù)不同的進(jìn)料尺寸來選擇適當(dāng)?shù)腻N頭質(zhì)量。錘頭耐磨性是其主要質(zhì)量指標(biāo)之一，提高錘頭的耐磨性，可以縮短攪拌機(jī)的檢修停車時間，就能大大的提高槳葉式攪拌機(jī)的利用率和減少檢修費用。
機(jī)蓋部件由機(jī)蓋、滾動軸承、圓錐套、上軸承蓋、上密封環(huán)、圓螺母以及直通式油杯組成，用螺栓連接在一起，軸承蓋用于軸承的外圓定位，軸承蓋內(nèi)的內(nèi)油氈槽用以安裝油氈起密封油的作用，軸承蓋外面有凸起的環(huán)體，擋住外面的灰塵進(jìn)入軸承蓋內(nèi)，圓螺母和止退墊圈使軸承的內(nèi)圈得以定位，上密封環(huán)擋住筒體內(nèi)的灰塵進(jìn)入到機(jī)蓋內(nèi)，即采用迷宮密封來擋灰。軸承的潤滑采用直通式油杯油潤滑，軸承間隙的調(diào)整可通過調(diào)整墊片得以實現(xiàn)。
底座部件由支承套、滾動軸承、下軸承蓋、下密封環(huán)、軸套、墊片、注油裝置、底座等組成，用螺栓連接在一起，底座用于整個轉(zhuǎn)子軸的定位，支承套用來支承兩個滾動軸承和下軸承蓋，調(diào)心滾子軸承主要用來承受軸向力，推力調(diào)心滾子軸承主要承受徑向力，在兩個軸承之間增加一塊墊片，隔開兩軸承以避免兩軸承直接接觸，影響兩軸承的壽命。上軸承蓋用來定位，推力調(diào)心滾子軸承的外圈定位，兩軸承之間的墊片用于保證兩軸承的內(nèi)圈定位，軸承蓋內(nèi)毛氈用來保證潤滑油的密封，下軸承蓋和下密封環(huán)組成的環(huán)形密封用來擋住筒體內(nèi)的灰塵進(jìn)入到軸承中。
進(jìn)料口由法蘭、鋼板焊接而成，用螺栓連接在機(jī)蓋上。
出料口由法蘭，鋼板焊接而成，用螺栓連接在底座的加強(qiáng)筋上。
機(jī)蓋部分與筒體,筒體與底座均用螺栓連接在一起，轉(zhuǎn)子與底座之間用軸承來支承。
槳葉式攪拌機(jī)結(jié)構(gòu)模型如圖2-1所示
圖2-1 槳葉式攪拌機(jī)結(jié)構(gòu)模型圖
3 總體方案論證
3.1 機(jī)型的確定
槳葉式攪拌機(jī)結(jié)構(gòu)如圖3-1所示
圖3-1 槳葉式攪拌機(jī)結(jié)構(gòu)圖
1-機(jī)械傳動部分，2-反擊破碎部分，3-錘擊破碎部分
該機(jī)由三個主要部分組成：（1）機(jī)械傳動部分（2）反擊破碎部分（3）錘擊破碎部分。起主要作用的是錘擊破碎部分和反擊破碎部分，皮帶傳動部分傳遞所需的動力。
該機(jī)采用槳葉式上下安置，充分利用物料自身的重量。減少物料運輸過程所消耗的動力。通過反擊破碎和圓錐破碎，從而達(dá)到降低粒徑的目的。
3．2 產(chǎn)品的確定
該機(jī)的產(chǎn)量需滿足下列要求
a.年產(chǎn)10萬噸以上；
b.不是全日制工作，每年工作為300天，每天工作8——16小時。
在此基礎(chǔ)上，該機(jī)的設(shè)計產(chǎn)量為25——30t/h。
4 傳動裝置的總體設(shè)計
4.1 電動機(jī)的選擇[10]
4．1．1槳葉式攪拌機(jī)的設(shè)計參數(shù)
進(jìn)料粒徑≤150
出料粒徑≤10
4．1．2 功率的確定
由邦德理論
N=k×(1/─1/) （4-1）
式中：d—出料粒徑，um；
D—進(jìn)料粒徑，um；
Q—產(chǎn)量，t/h；
得
N=185×(1/―1/)X40
?=57kw
由電機(jī)功率,查手冊:
選電機(jī)型號為Y280M-6
功率為55kw
轉(zhuǎn)速為980r/min
外形尺寸為1198×555×640(長×寬×高)。
4．2 傳動部分的設(shè)計[10]
4.2.1 確定計算功率Pca
考慮到載荷的性質(zhì)、原動機(jī)的不同和每天工作時間的長短等，計算功率Pca比要求傳遞的功率P略大，即
（4-2）式中： KA——工作情況系數(shù)，
4.2.2 選擇V帶型號[1]
根據(jù)計算功率
由《機(jī)械設(shè)計手冊》圖12-1-1確定選用D型帶。
4.2.3 確定帶輪直徑dd1，dd2
a) 參考《機(jī)械設(shè)計手冊》帶傳動設(shè)計部分，選取小帶輪直徑=355。
b) 驗算帶的轉(zhuǎn)速
（4-3）
=
帶的速度合適 (普通V帶)
c) 從動帶輪直徑
= （4-4）
由《機(jī)械設(shè)計手冊》表12-1-10查得=400mm
4.2.4 確定中心距a和帶的基準(zhǔn)長度
根據(jù) 0.7(+)<<2(+) （4-5）
取 =1200
根據(jù) （4-6）
由《機(jī)械設(shè)計手冊》表12-1-4 選帶的基準(zhǔn)長度
（4-7）
4.2.5 驗算主動輪上的包角
（4-8）
主動輪包角合適
4.2.6 確定V帶根數(shù)z
a)由線性插值法求得額定計算功率P0
（4-9）
額定功率值的增量△P0=3.92,包角系數(shù)Kα=0.98,長度系數(shù)KL=0.90
b)計算V帶根數(shù)z
（2-10）
由《機(jī)械設(shè)計手冊》表12-1-18
由《機(jī)械設(shè)計手冊》表12-1-21
由《機(jī)械設(shè)計手冊》表12-1-22
根
取z=5根
4.2.7 計算單根V帶初拉力F
(2-11)
由表12-1-23 m=0.62
4.2.8 計算對軸的壓力FQ
(4-12)
5 槳葉式攪拌機(jī)主要參數(shù)的確定
5.1基本結(jié)構(gòu)參數(shù)
5.1.1 轉(zhuǎn)子的直徑與長度[7]
轉(zhuǎn)子直徑一般根據(jù)給料塊的尺寸來決定，提出轉(zhuǎn)子直徑與給料塊尺寸之比為1.2～5,大型攪拌機(jī)取低值。D=1000mm。
轉(zhuǎn)子軸直徑與長度之比值一般為0.7～2，物料沖擊力較強(qiáng)時,應(yīng)取較大的比值.
（5-1）
（5-2）
5.1.2 基本結(jié)構(gòu)尺寸[11]
a．給料口寬度、長度、高度、傾角
給料口寬度大于2倍最大給料尺寸取B=300mm、L=310mm,為了要求給料有一
定的垂直下落速度取h=560mm,要求入料塊經(jīng)導(dǎo)板給入，因此，導(dǎo)板的傾角不應(yīng)小于60，否則引起給料塊的堆積。
b．卸料口尺寸
攪拌機(jī)的卸料口尺寸由產(chǎn)品粒度的大小來決定。
c．給料方式
攪拌機(jī)要求給料塊有一定的垂直下落速度，故給料口一般都設(shè)置在機(jī)架的上方。
5.1.3 錘頭質(zhì)量的確定[11]
由于槳葉式攪拌機(jī)的錘頭是通過偏心銷軸固定在轉(zhuǎn)子上的，所以正確地選擇
錘頭質(zhì)量消耗都有很大的作用，如果錘頭質(zhì)量選的過小，則可能滿足不了錘頭一次就將物料破碎的要求。若是選得過大，這是不經(jīng)濟(jì)的，而且旋轉(zhuǎn)起來產(chǎn)生的離心力也很大，對轉(zhuǎn)子上的其它零件要產(chǎn)生影響并且易損壞。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(dá)到最小值，同時還必須不使錘頭過度向后偏倒。
計算錘頭質(zhì)量的方法有兩種：一種是使錘頭運動起來產(chǎn)生的動能等于破碎物料所需的破碎功，另一種是根據(jù)碰撞理論的動量相等原理。前一種方法由于沒有考慮錘頭打擊物料后的速度損失，故計算出來的錘頭質(zhì)量往往偏小，需要根據(jù)實際情況修正。
5.1.3.1按動能定理計算錘頭質(zhì)量
（5-3）
式中 D ─ 轉(zhuǎn)子直徑，mm ；
n ─ 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，m/s；
─ 轉(zhuǎn)子圓周方向的錘頭排數(shù)；
─ 轉(zhuǎn)子橫向每排的錘頭個數(shù)；
因為 （5-4）
（5-5）
（5-6）
（5-7）
式中 N ─ 電動機(jī)功率，kw；
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；
─ 轉(zhuǎn)子上全部錘頭每轉(zhuǎn)一次所產(chǎn)生的動能, J；
所以
5.1.3.2 按動量定理計算錘頭質(zhì)量
國家碰撞理論動量相等的原理計算錘頭質(zhì)量時，考慮到錘頭打擊物料后必然
會產(chǎn)生速度損失。如果錘頭打擊物料后，其速度損失過大，就會使錘頭繞本身的懸掛軸向后偏倒，這時錘頭由于速度減小而使動能減小，在下一次與物料相遇時，物料通過而不破碎物料，因而會降低攪拌機(jī)的生產(chǎn)率和增加無用功的消耗。為了使錘頭打擊物料后產(chǎn)生的偏倒，能夠由離心力的作用而在第二次破碎物料前很快恢復(fù)到正常工作位置，就要求錘頭打擊物料后的速度損失不宜過大。根據(jù)實踐經(jīng)驗，錘頭打擊物料后的允許速度損失隨著攪拌機(jī)的規(guī)格大小而變，一般允許速度損失為40～60％。即
（5-8）
式中 ─ 錘頭打擊物料前的圓周線速度，m/s；
─ 錘頭打擊物料后的圓周線速度，m/s；
（5-9）
式中 ─ 修正系數(shù)，=0.21～0.28
─ 物料的抗壓強(qiáng)度,
─ 物料邊長, m
─ 錘頭打擊物料的時間,一般采用0.001～0.0015s。
（5-10）
式中 ─ 錘頭的實際質(zhì)量，kg；
─ 錘頭重心到懸掛點的距離，m；
─ 錘頭打擊中心到懸掛點的距離，m。
5.2 主要工作參數(shù)的確定
5.2.1 轉(zhuǎn)子的速度
從槳葉式攪拌機(jī)的特點可看見，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速是攪拌機(jī)的重用工作參數(shù)，它影響著攪拌機(jī)的破碎效率、破碎比和生產(chǎn)能力。
由 （5-11）式中 ─ 轉(zhuǎn)子的圓周速度，m/s；
─ 轉(zhuǎn)子直徑，m。
得
一般中小型攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速為750～1500r/min，圓周速度為25～70m/s。
5.2.2 生產(chǎn)能力[7]
（5-12）
式中 L ─ 轉(zhuǎn)子長度，m；
b ─ 卸料篦條間歇，m；
─ 出料塊的粒度，m；
Z ─ 卸料篦條間歇的數(shù)目，
─ 松散與排料不均勻系數(shù)0.02；
K ─ 轉(zhuǎn)子圓周方向錘子的排數(shù)；
n ─ 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，r/min；
r ─ 石灰石的堆積比重，。
5.2.3 功率[12]
功率消耗和很多因數(shù)有關(guān)，但主要取決于物料的性質(zhì)，轉(zhuǎn)子的圓周速度，破碎比和生產(chǎn)能力。
（5-13）
式中 m ─ 錘頭質(zhì)量，kg；
R ─ 轉(zhuǎn)子半徑，m；
n ─ 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，r/min；
─ 機(jī)械效率， =0.7～0.85；
─ 修正系數(shù)。與轉(zhuǎn)子的圓周速度有關(guān)，隨圓周速度增加而減少，因為速度愈高，每個錘頭打擊物料的機(jī)會率愈低。
查《建筑材料機(jī)械設(shè)計》表1-4 得=0.00125。
5.3 轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)設(shè)計[4]
5.3.1 軸的設(shè)計計算及校核
5.3.1.1軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
a) 軸的材料及熱處理
由于攪拌機(jī)的設(shè)計功率不是太大，對其重量和尺寸無特殊要求，故選擇常用材料45鋼，調(diào)質(zhì)處理。
b)初估軸徑
按扭矩初估軸的直徑，查《機(jī)械設(shè)計》表10-2，得C=106-117，考慮倒安裝皮帶輪僅受扭矩作用，取C=110，則
(5-14)
式中： C——由軸承的材料和承載情況縮確定的常數(shù)；
P——軸的輸出功率，kw；
n——軸的轉(zhuǎn)速，r/min.
符合要求，所以軸的設(shè)計合格。
5.3.2 軸的強(qiáng)度計算[1]
軸的各段長度主要根據(jù)軸上零件的轂長或軸上的零件配合部分的長度確定。另外，也要根據(jù)機(jī)體及軸承蓋等零件有關(guān)。本設(shè)計中，綜合考慮機(jī)體、轉(zhuǎn)子、襯板、軸承座等因素的影響后，軸的具體設(shè)計尺寸如圖5-1所示。
圖5-1 軸的結(jié)構(gòu)尺寸
5.3.2.1 破碎力的確定
沖擊時間的計算 (5-15)
式中: R——料塊的半徑，m；
v——轉(zhuǎn)子的圓周速度，m/s。
破碎力P的計算
(5-16)
式中: P——破碎力，N；
m——料塊的質(zhì)量，kg；
v0——沖擊后物料的速度，m/s；
t——沖擊時間，s。
5.3.2.2 軸的受力分析(見圖5-2)
a． 畫軸的受力簡圖(見圖b)。
圖5-2 軸的受力分析及彎扭矩圖
b． 計算支承反力。
由式： (5-17)
得
由式： (5-18)
得
在垂直面上
(5-19)
c． 畫彎矩圖（見圖c，d，e）
由式： （5-20）
在水平面上，a—a剖面左側(cè)
a—a剖面右側(cè)
在垂直面上
合成彎矩，a—a剖面左側(cè)
由式： （5-21）
得
a—a剖面右側(cè)
d．畫轉(zhuǎn)矩圖（見圖f）
由式： （5-22）
得，轉(zhuǎn)矩
5.3.2.3 判斷危險剖面
顯然，由圖中a—a截面處合成彎矩最大、扭矩為T，該截面左側(cè)可能是危險剖面；b—b截面處合成彎矩不是最大，但該截面左側(cè)軸徑小于a—a截面處軸徑，故b—b截面左側(cè)也可能是危險剖面。若從疲勞強(qiáng)度角度考慮，a—a、b—b截面處均有應(yīng)力集中，且b—b截面處應(yīng)力集中更嚴(yán)重，故a—a截面左側(cè)和b—b截面左、右側(cè)均有可能是疲勞破壞危險剖面。
5.3.2.4 軸的彎扭合成強(qiáng)度校核
由《機(jī)械設(shè)計》表10-1查得
由式 （5-23）
a) a—a截面左側(cè)
由式 （5-24）
b) b—b截面左側(cè)
b—b截面處合成彎矩：
由式： （5-25）
5.3.2.5 軸的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)校核
由表10-1查得。
a． a—a截面左側(cè)
由附表10-1查得由附表10-4絕對尺寸；軸經(jīng)過磨削加工表面質(zhì)量系數(shù)則
彎曲應(yīng)力 （5-26）
應(yīng)力幅
平均應(yīng)力 Mpa
切應(yīng)力 (5-27)
式中： T ─ 軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩，N.mm;
W ─ 抗扭截面系數(shù),。
校核危險剖面疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)安全系數(shù)
（5-28）
在彎矩作用下和在轉(zhuǎn)距作用下的安全系數(shù)分別為
（5-29）
（5-30）
得，
查表10-6得許用安全系數(shù)顯然S>>, 故a—a剖面安全。
b. b—b截面右側(cè)
抗彎截面系數(shù)
抗扭截面系數(shù)
彎曲應(yīng)力
切應(yīng)力
由附表10-1查得過盈配合引起的有效應(yīng)力集中系數(shù)。
又。則
顯然，故b—b截面右側(cè)安全。
c. b—b截面左側(cè)
b—b截面左右側(cè)的彎矩、扭矩相同。
彎曲應(yīng)力
切應(yīng)力
，由附表10-2查得圓角引起的有效應(yīng)力集中系數(shù)
，由附表10-4查得絕對尺寸系數(shù)
。則
顯然，故b—b截面左側(cè)安全。
以上計算表明：軸的彎扭合成強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度是足夠的。
5.3.3 轉(zhuǎn)子的設(shè)計
本設(shè)計參閱了國內(nèi)市場上對攪拌機(jī)的研究資料,結(jié)合各類型攪拌機(jī)轉(zhuǎn)子的不同結(jié)構(gòu) ,錘頭排列分布方式如圖5-3所示。
圖5-3 轉(zhuǎn)子的安裝結(jié)構(gòu)
1-鍵；2-軸套；3-上圓盤；4-中圓盤；5-錘頭；6-下圓盤；
7-轉(zhuǎn)子隔套；8、9-偏心銷軸；10-鍵；11-軸套；12-主軸
由圖5-3可知, 錘頭在兩隔板之間是按60°的間隔布置著六個錘頭,即著六個錘頭中心線處在一個平面上。設(shè)計時適當(dāng)調(diào)整錘頭間隔套尺寸,保持錘頭總數(shù)不變，而如此排布錘頭在破碎腔空間上有效利用了錘頭的“空間打擊”能力，能夠顯著提高破碎效率，降低了能耗。
5.3.3.1 錘頭的設(shè)計[11]
錘頭是錘式破碎的主要工作零件。錘頭的質(zhì)量、形狀和材質(zhì)對攪拌機(jī)的生產(chǎn)能力有很大的影響。錘頭動能的大小與錘頭的質(zhì)量成正比，動能越大，即錘頭的質(zhì)量愈大，破碎效率越高，能耗也愈大。因此，要根據(jù)不同的進(jìn)料塊尺寸來選擇適當(dāng)?shù)腻N頭質(zhì)量。錘頭的耐磨性是其主要質(zhì)量指標(biāo)，提高錘頭的耐磨性，可縮短攪拌機(jī)的檢修停車時間。從而，提高攪拌機(jī)的利用率和減少維護(hù)費用。傳統(tǒng)的錘頭一般是用高碳鋼鍛造或鑄造，也有用高錳鋼鑄造的。近來有的用高鉻鑄鐵錘頭復(fù)合鑄造，即錘柄采用ZG310～570鋼，而錘頭采用高鉻鑄鐵，其耐磨性比高錳鋼錘頭提高數(shù)倍。
現(xiàn)在錘頭的設(shè)計已經(jīng)由傳統(tǒng)的整體式設(shè)計轉(zhuǎn)變?yōu)榻M合式的結(jié)構(gòu)設(shè)計。另外，新型材料的研制，特別是高硬度耐磨材料的研制成功也為錘頭的設(shè)計及錘頭性能的提高提供了保證條件，也為本課題提供了較大的選擇余地。在綜合考慮了本課題的技術(shù)要求和工作要求后，我們決定采用新型的組合式錘頭結(jié)構(gòu)設(shè)計（如圖5-4所示）。
圖5-4 組合式錘頭
5.3.3.2 安裝[3]
轉(zhuǎn)子與主軸之間的配合為間隙配合，配合為D8/H8。
5.4 軸承和鍵的選用[8]
5.4.1 軸承的選用和潤滑
a．軸承所受載荷的大小、方向和性質(zhì)，是選擇滾動軸承的主要依據(jù)。
上端選： GB/T288-1994 1536622型調(diào)心滾子軸承
下端選： GB/T288-1994 153622型調(diào)心滾子軸承
GB5801-1994 9039430型推力調(diào)心滾子軸承
b．校核軸承的使用壽命
根據(jù) （5-31）
對于153662型軸承，假定其壽命為3年
查手冊
該軸承符合要求。
c．軸承潤滑方式選用油管潤滑。
5.4.2 鍵的選用
a．鍵分別選平鍵
28×16×104 （GB1095-86）
36×20×848 （GB1095-86）
b．平鍵的校核
根據(jù) （5-32）
T ─ 轉(zhuǎn)矩，；
d ─ 軸的直徑，；
h ─ 鍵的高度，；
─ 鍵的工作長度，；
─ 許用擠壓應(yīng)力，，
由《機(jī)械手冊》表3.1查得=30～45。
鍵一：28×16×104
符合要求。
鍵二：36×20×848
符合要求。
6 相關(guān)零件的設(shè)計
6.1反擊板的設(shè)計
反擊板的作用是承受被板錘擊出的物料在其上沖擊破碎，將破碎后的物料重新彈回破碎區(qū)，再次進(jìn)行沖擊破碎。設(shè)計的要求是，被板錘沖擊后的物料經(jīng)反擊后的位置剛好為該板錘旋轉(zhuǎn)以后的位置，以利用再次進(jìn)行沖擊破碎。反擊板結(jié)構(gòu)如圖6-1所示。
圖6-1 反擊板結(jié)構(gòu)圖
攪拌機(jī)反擊板經(jīng)各種表面積形狀實驗比較,采用棱條結(jié)構(gòu)效果最好。因為棱條尖角部分鑄造質(zhì)量和熱處理后硬度高, 抗磨損能力強(qiáng)。而且抗磨面是逐漸加大，磨損尺寸逐漸減緩。反擊板材質(zhì)采用耐磨合金鋼，這些措施都有利于反擊板壽命的延長。反擊板的安裝方式為從側(cè)面推入鉸接件，再由緊固螺栓壓緊。
6.2 門的設(shè)計
在物料破碎過程中，難免有難破碎的大塊物料，落在反擊板與轉(zhuǎn)子之間。由于物料粒徑較大，難以從下料口排出，易引起物料阻塞。為清除阻塞物料,保證機(jī)構(gòu)的正常運行，所以開設(shè)防護(hù)門。門的結(jié)構(gòu)如圖6-2所示
6-2 門的結(jié)構(gòu)
防護(hù)門為組焊件，門材料為45鋼。耳環(huán)焊接在門上面，接頭形式為角焊接。
7 輔助零件的設(shè)計
7.1 注油管
對滑動軸承采用油潤滑，須用到注油管。注油管可用兩端有螺紋的鋼管。一端固定在機(jī)蓋上，一端用螺母固定在機(jī)座上。
7.2 密封裝置的選擇
本設(shè)計中的密封方式選用氈圈式密封，利用矩形截面的毛氈圈嵌入梯形槽中所產(chǎn)生的對軸的壓緊作用、獲得防止?jié)櫥吐┏龊屯饨珉s質(zhì)、灰塵等侵入軸承室的密封效果。
8 結(jié)論
本次設(shè)計總體來說較為成功。在分析目前市場上的各類型的攪拌機(jī)的結(jié)構(gòu)特點、技術(shù)特點以及使用情況后，我們確定了設(shè)計一種新型的攪拌機(jī)的課題，就是將錘式攪拌機(jī)和反擊式攪拌機(jī)的優(yōu)點結(jié)合起來。在這個指導(dǎo)思想下，設(shè)計過程中，我們特別注意吸收各種新的技術(shù)，新的設(shè)計方法，并將之盡量融入到我們的設(shè)計中，使這種新型攪拌機(jī)的各項性能都能夠達(dá)到一個較高的水平。同時我們自始至終貫徹機(jī)器設(shè)計的經(jīng)濟(jì)性要求，盡量降低攪拌機(jī)的生產(chǎn)成本和維護(hù)費用等，因此，本設(shè)計具有很大的實用性。
本設(shè)計的主要特點有：
a．反擊式破碎的板錘和轉(zhuǎn)子是剛性聯(lián)結(jié)的，利用整個轉(zhuǎn)子的慣性對物料進(jìn)行沖擊，使其不僅破碎而且可以獲得較大的速度和動能。
b．破碎腔較大，使物料有一定的活動空間，物料受到?jīng)_擊作用，經(jīng)過多次反復(fù)打擊而得到充分破碎。
c．破碎效率高、能量消耗低。
d．破碎比大，可達(dá)到15～20mm左右，這樣，可以減少破碎段數(shù)，簡化生產(chǎn)流程，節(jié)省投資、降低生產(chǎn)成本。
e．設(shè)備的構(gòu)造簡單，便于制造，操作維修也較方便。
本設(shè)計的創(chuàng)新點主要有：
a．采用新型的轉(zhuǎn)子設(shè)計結(jié)構(gòu)（反擊式破碎的鋼盤結(jié)構(gòu)和錘式破碎的錘盤交錯布置結(jié)構(gòu)），有效增強(qiáng)了攪拌機(jī)的工作性能。
b．新型錘頭結(jié)構(gòu)設(shè)計。錘頭拋棄傳統(tǒng)的整體式結(jié)構(gòu)設(shè)計，而采用組合式結(jié)構(gòu)設(shè)計，大大提高了錘頭的使用壽命，有效降低了生產(chǎn)費用和減少了設(shè)備的調(diào)整次數(shù)。
本設(shè)計是在結(jié)合反擊式攪拌機(jī)和錘式攪拌機(jī)的優(yōu)點，并在此基礎(chǔ)上再融入了各種新技術(shù)、新思想的條件下成型的。因此，設(shè)計中也存在一些不足之處，有待進(jìn)一步的設(shè)計改造。總體來說，其存在的主要問題有：
a． 兩級轉(zhuǎn)子的空間位置有待進(jìn)一步的研究。它們的相互位置如何優(yōu)化設(shè)計，才能更加充分發(fā)揮兩種破碎方式的優(yōu)點。
b． 反擊板的安裝方式較為繁瑣，安裝時需花費較多的時間。
c．機(jī)體的結(jié)構(gòu)設(shè)計不夠簡便，維護(hù)調(diào)整時的拆裝要花費一些時間。
d．各參數(shù)的選擇有待進(jìn)一步探討。
這些問題都是在以后的設(shè)計改進(jìn)中應(yīng)該加以重視的。
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致 謝
歷時三個多月的畢業(yè)設(shè)計，在孫俊蘭老師的悉心指導(dǎo)下，現(xiàn)已劃上了圓滿的句號。
在設(shè)計過程中，孫老師及時的了解我設(shè)計中遇到的難題，幫助我解決了不少問題。由于本人對水泥工藝及攪拌機(jī)了解不多，實踐知識更是不足，孫老師耐心地給我們講解有關(guān)方面的知識，使我得以按時內(nèi)完成設(shè)計工作。同時，教導(dǎo)我們不管是在以后的工作還是學(xué)習(xí)中，都要保持治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度。在本次畢業(yè)設(shè)計中，劉平成老師和其他老師也給我提供了很多幫助，我向他們表示衷心的感謝。
此次設(shè)計的圓滿和同組其他人員的通力合作也是分不開的，他們給了我許多幫助和指點，在此一并表示感謝！
附件清單
1 總裝配圖 L1000-05-01 A0
2 門 L1000-05-02 A2
3 轉(zhuǎn)子 L1000-05-03 A1
4 進(jìn)料斗 L1000-05-04 A2
5 機(jī)蓋 L1000-05-05 A2
6 底座 L1000-05-06 A1
7 反擊板 L1000-05-07 A3
8 隔板 L1000-05-08 A3
9 下料斗 L1000-05-09 A2
10 方頭螺栓 L1000-05-10 A4
11 UG三維圖集一份
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