立軸式破碎機設計【含10張CAD圖紙+PDF圖】
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摘 要
為了提高加工效率，本課題設計了一種出料粒度為15～20mm的立軸式破碎機，根據(jù)要求設計了錘擊部分和反擊部分。物料由進料口進入破碎腔，經(jīng)過錘頭的沖擊、剪切、劈碎、折斷，實現(xiàn)物料的中碎；錘擊的物料沖擊到安裝在破碎腔內(nèi)的反擊板上，又經(jīng)過物料與反擊板、物料與物料的互相沖擊,從而實現(xiàn)了物料的細碎。本機融合了錘式破碎機、反擊式破碎機與立軸式破碎機的優(yōu)點,降低了生料和熟料的入磨粒度，較好地達到了設計要求。
關(guān)鍵詞：破碎機 反擊板 錘頭
目 錄
摘要……………………………………………………………………………I
1 引言 ………………………………………………………………………1
2 概述 ……………………………………………………………………………2
2.1水泥裝備的發(fā)展趨勢 …………………………………………………………2
2.2設計要求及分析課題 …………………………………………………………2
2.3立軸式破碎機的工作原理簡介 ………………………………………………3
2.4立軸式破碎機的構(gòu)造 …………………………………………………………3
3 總體方案論證…………………………………………………………………6
3.1機型的確定 ……………………………………………………………………6
3.2產(chǎn)品的確定 ……………………………………………………………………7
4 傳動裝置的總體設計 …………………………………………………………7
4.1電動機的選擇 …………………………………………………………………7
4.1.1立軸式破碎機的設計參數(shù) …………………………………………………8
4.1.2功率的確定 …………………………………………………………………8
4.2傳動部分的設計 ………………………………………………………………8
4.2.1確定計算功率Pca …………………………………………………………8
4.2.2選擇V 帶型號………………………………………………………………8
4.2.3確定帶輪直徑dd1,dd2…………………………………………………………9
4.2.4確定中心距a和帶的基準長度…………………………………………9
4.2.5驗算主動輪上的包角……………………………………………………9
4.2.6確定V帶根數(shù)z……………………………………………………………10
4.2.7計算單根V帶初拉力F……………………………………………………10
4.2.8計算對軸的壓力FQ…………………………………………………………10
5立軸式破碎機主要參數(shù)的確定…………………………………………………13
5.1基本結(jié)構(gòu)參數(shù) ………………………………………………………………13
5.1.1轉(zhuǎn)子的直徑與長度…………………………………………………………13
5.1.2基本結(jié)構(gòu)尺寸………………………………………………………………13
5.1.3錘頭質(zhì)量的確定……………………………………………………………13
5.1.3.1按動能定理計算錘頭質(zhì)量………………………………………………12
5.1.3.2按動量定理計算錘頭質(zhì)量………………………………………………12
5.2主要工作參數(shù)的確定…………………………………………………………13
5.2.1轉(zhuǎn)子的速度…………………………………………………………………13
5.2.2生產(chǎn)能力……………………………………………………………………14
5.2.3功率…………………………………………………………………………14
5.3轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)設計………………………………………………………………15
5.3.1軸的設計計算及校核………………………………………………………15
5.3.1.1軸的結(jié)構(gòu)設計……………………………………………………………15
5.3.2軸的強度計算………………………………………………………………15
5.3.2.1破碎力的確定……………………………………………………………16
5.3.2.2軸的受力分析……………………………………………………………16
5.3.2.3判斷危險剖面……………………………………………………………18
5.3.2.4軸的彎扭合成強度校核…………………………………………………18
5.3.2.5軸的疲勞強度安全系數(shù)校核……………………………………………18
5.3.3轉(zhuǎn)子的設計…………………………………………………………………21
5.3.3.1錘頭的設計………………………………………………………………22
5.3.3.2安裝………………………………………………………………………23
5.4軸承和鍵的選用………………………………………………………………23
5.4.1軸承的選用和潤滑…………………………………………………………23
5.4.2鍵的選用……………………………………………………………………24
6相關(guān)零件的設計…………………………………………………………………24
6.1反擊板的設計…………………………………………………………………24
6.2門的設計………………………………………………………………………25
7輔助零件的設計…………………………………………………………………26
7.1注油管…………………………………………………………………………26
7.2密封裝置的選擇………………………………………………………………26
8結(jié)論………………………………………………………………………………26
9致謝………………………………………………………………………………28
參考文…………………………………………………………………………28
附件清單 ……………………………………………………………………29
UG三維圖集一份 …………………………………………………………………30
1引言
建材產(chǎn)品的生產(chǎn),從原料、燃料到半成品都需要進行破碎和粉磨,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反應的速度,如促進均勻混合,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,表面積越大,則水泥的標號就越高。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,對達到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗具有重要意義。
機械沖擊粉碎是建材行業(yè)材料破碎的主要手段，其設備效率是重要的技術(shù)和經(jīng)濟指標。目前在破碎機的設計研究中，主要集中在耐磨材料和常規(guī)設計的改進。
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械，但各類粉磨機械都有生產(chǎn)效率低，能耗高的缺點。當前的發(fā)展趨勢是“以破代磨”，借助加強粉磨機前的粉碎，降低入料粒度，可大幅度提高粉磨機產(chǎn)量，降低綜合能耗。根據(jù)畢業(yè)設計論文任務書要求,結(jié)合市場上所使用的各類型號的破碎機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破碎機的優(yōu)點而確定的。
設計要求:a、最大進料粒度：<150mm；b、出料粒度：<10mm；c、生產(chǎn)能力：25-30t/h。
使用范圍：立軸式破碎機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：機械設計應保證其功能良好、使用可靠、維護方便；零件結(jié)構(gòu)設計要選擇合理的毛坯型式和材料，并盡可能的采用標準件和通用件，并具有良好的工藝性。
設計方法：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計的結(jié)構(gòu)表達出來。
本課題著重解決如何將反擊式破碎機和錘式破碎機的優(yōu)點結(jié)合、錘頭磨損問題和機體平衡問題、破碎機在工作過程中的粉塵泄露問題及破碎機的各工作參數(shù)的優(yōu)化確定方法等。
本設計具有很強的實用價值。因為采用了很多新的結(jié)構(gòu)，大大降低了制造和維護的費用，減少了機器調(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、減輕勞動強度的重要手段。綜觀目前國內(nèi)外水泥行業(yè)發(fā)展狀況可知，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)大型化的設備及其應用技術(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)代化的標志之一，自動化技術(shù)的應用利用提高主機產(chǎn)量和設備運轉(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，也正是水泥設備發(fā)展的必經(jīng)之路。
2.2 設計要求及分析課題
物料在經(jīng)過粗碎、中碎以后，一般粒徑為30～100mm，而進入磨機的粒徑一般為30mm左右，由于進入磨機的粒徑仍很大，且不均衡，不但增加了磨機的負荷，而且也增加了磨機的功耗，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為進料粒徑，D為出料粒徑，因此，設計的要求是經(jīng)過一級破碎的物料進入球磨機之前增加一級破碎，以均衡和降低物料的入料粒度，從而顯著地降低功耗，達到節(jié)能降耗的目的。
錘式破碎機的結(jié)構(gòu)由錘頭﹑轉(zhuǎn)子﹑篦條篩﹑內(nèi)壁襯板﹑機架等組成；它是通過物料進入破碎機中,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。
反擊式破碎機的結(jié)構(gòu)由反擊板﹑打擊板﹑轉(zhuǎn)子組成；它將物料反復地沖擊,同時,物料之間也互相撞擊而得到破碎。
立軸式破碎機的結(jié)構(gòu)由機體﹑主軸﹑轉(zhuǎn)子﹑襯板﹑進出料口組成；物料進入第一破碎腔,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一步破碎,料塊群在機腔中互相撞擊而得到第一次破碎；物料進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,當應力超過顆粒所承受的強度時,物料被粉碎。
本課題設計的破碎機是兼以上三者之優(yōu)點進行破碎,因此,確定為立軸式破碎機。
2.3 立軸式破碎機的工作原理簡介
破碎機體內(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。立軸式破碎機的破碎部分主要由錘擊部分和反擊部分兩部分組成，物料由進料口進入破碎腔，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 立軸式破碎機的構(gòu)造
立軸式破碎機由筒體、轉(zhuǎn)子、機蓋附件、底座等部分組成，筒體由機殼、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，機殼內(nèi)部有反擊板，反擊板磨損后可以更換，機蓋與軸之間漏灰現(xiàn)象嚴重，為了防止漏灰，設有軸封。主軸是破碎機支承轉(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，但破碎機在逆轉(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)對破碎機的生產(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，應根據(jù)不同的進料尺寸來選擇適當?shù)腻N頭質(zhì)量。錘頭耐磨性是其主要質(zhì)量指標之一，提高錘頭的耐磨性，可以縮短破碎機的檢修停車時間，就能大大的提高立軸式破碎機的利用率和減少檢修費用。
機蓋部件由機蓋、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)的灰塵進入到機蓋內(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)的灰塵進入到軸承中。
進料口由法蘭、鋼板焊接而成，用螺栓連接在機蓋上。
出料口由法蘭，鋼板焊接而成，用螺栓連接在底座的加強筋上。
機蓋部分與筒體,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。
立軸式破碎機結(jié)構(gòu)模型如圖2-1所示
圖2-1 立軸式破碎機結(jié)構(gòu)模型圖
3 總體方案論證
3.1 機型的確定
立軸式破碎機結(jié)構(gòu)如圖3-1所示
圖3-1 立軸式破碎機結(jié)構(gòu)圖
1-機械傳動部分，2-反擊破碎部分，3-錘擊破碎部分
該機由三個主要部分組成：（1）機械傳動部分（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。
該機采用立軸式上下安置，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，從而達到降低粒徑的目的。
3．2 產(chǎn)品的確定
該機的產(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。
在此基礎上，該機的設計產(chǎn)量為25——30t/h。
4 傳動裝置的總體設計
4.1 電動機的選擇[10]
4．1．1立軸式破碎機的設計參數(shù)
進料粒徑≤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—進料粒徑，um；
Q—產(chǎn)量，t/h；
得
N=185×(1/―1/)X40
?=57kw
由電機功率,查手冊:
選電機型號為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 傳動部分的設計[10]
4.2.1 確定計算功率Pca
考慮到載荷的性質(zhì)、原動機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《機械設計手冊》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《機械設計手冊》帶傳動設計部分，選取小帶輪直徑=355。
（4-3）
b) =驗算帶的轉(zhuǎn)速
帶的速度合適 (普通V帶)
c) 從動帶輪直徑
= （4-4）
由《機械設計手冊》表12-1-10查得=400mm
4.2.4 確定中心距a和帶的基準長度
根據(jù) 0.7(+)<<2(+) （4-5）
取 =1200
根據(jù) （4-6）
由《機械設計手冊》表12-1-4 選帶的基準長度
（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《機械設計手冊》表12-1-18
由《機械設計手冊》表12-1-21
由《機械設計手冊》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 立軸式破碎機主要參數(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,大型破碎機取低值。D=1000mm。
轉(zhuǎn)子軸直徑與長度之比值一般為0.7～2，物料沖擊力較強時,應取較大的比值.
（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)導板給入，因此，導板的傾角不應小于60，否則引起給料塊的堆積。
b．卸料口尺寸
破碎機的卸料口尺寸由產(chǎn)品粒度的大小來決定。
c．給料方式
破碎機要求給料塊有一定的垂直下落速度，故給料口一般都設置在機架的上方。
5.1.3 錘頭質(zhì)量的確定[11]
由于立軸式破碎機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，因而會降低破碎機的生產(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破碎機的規(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
從立軸式破碎機的特點可看見，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速是破碎機的重用工作參數(shù)，它影響著破碎機的破碎效率、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
一般中小型破碎機的轉(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會率愈低。
查《建筑材料機械設計》表1-4 得=0.00125。
5.3 轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)設計[4]
5.3.1 軸的設計計算及校核
5.3.1.1軸的結(jié)構(gòu)設計
a) 軸的材料及熱處理
由于破碎機的設計功率不是太大，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《機械設計》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，所以軸的設計合格。
5.3.2 軸的強度計算[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)機體及軸承蓋等零件有關(guān)。本設計中，綜合考慮機體、轉(zhuǎn)子、襯板、軸承座等因素的影響后，軸的具體設計尺寸如圖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。若從疲勞強度角度考慮，a—a、b—b截面處均有應力集中，且b—b截面處應力集中更嚴重，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 軸的彎扭合成強度校核
由《機械設計》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
彎曲應力 （5-26）
應力幅
平均應力 Mpa
切應力 (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)
彎曲應力
切應力
由附表10-1查得過盈配合引起的有效應力集中系數(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。
彎曲應力
切應力
，由附表10-2查得圓角引起的有效應力集中系數(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：軸的彎扭合成強度和疲勞強度是足夠的。
5.3.3 轉(zhuǎn)子的設計
本設計參閱了國內(nèi)市場上對破碎機的研究資料,結(jié)合各類型破碎機轉(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。設計時適當調(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)對破碎機的生產(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)不同的進料塊尺寸來選擇適當?shù)腻N頭質(zhì)量。錘頭的耐磨性是其主要質(zhì)量指標，提高錘頭的耐磨性，可縮短破碎機的檢修停車時間。從而，提高破碎機的利用率和減少維護費用。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)在錘頭的設計已經(jīng)由傳統(tǒng)的整體式設計轉(zhuǎn)變?yōu)榻M合式的結(jié)構(gòu)設計。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，；
─ 許用擠壓應力，，
由《機械手冊》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)零件的設計
6.1反擊板的設計
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)，再次進行沖擊破碎。設計的要求是，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
破碎機反擊板經(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。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,保證機構(gòu)的正常運行，所以開設防護門。門的結(jié)構(gòu)如圖6-2所示
6-2 門的結(jié)構(gòu)
防護門為組焊件，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。一端固定在機蓋上，一端用螺母固定在機座上。
7.2 密封裝置的選擇
本設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
根據(jù)畢業(yè)設計論文任務書要求，在分析目前市場上的各類型的破碎機的結(jié)構(gòu)特點、技術(shù)特點以及使用情況，查閱相關(guān)文獻資料，確定了設計一種新型的破碎機的課題，就是將錘式破碎機和反擊式破碎機的優(yōu)點結(jié)合起來。在設計過程中，特別注意吸收各種新的技術(shù)，新的設計方法，并將之盡量融入到設計中，使這種新型破碎機的各項性能都能夠達到一個較高的水平。同時自始至終貫徹機器設計的經(jīng)濟性要求，盡量降低破碎機的生產(chǎn)成本和維護費用等，因此，本設計具有很大的實用性、經(jīng)濟性，在建材、冶金、化工、電力、煤炭、礦山等行業(yè)有推廣前景。
本設計的主要特點有：
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．設備的構(gòu)造簡單，便于制造，操作維修也較方便。
本設計的創(chuàng)新點主要有：
a．采用新型的轉(zhuǎn)子設計結(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)），有效增強了破碎機的工作性能。
b．新型錘頭結(jié)構(gòu)設計。錘頭拋棄傳統(tǒng)的整體式結(jié)構(gòu)設計，而采用組合式結(jié)構(gòu)設計，大大提高了錘頭的使用壽命，有效降低了生產(chǎn)費用和減少了設備的調(diào)整次數(shù)。
本設計是在結(jié)合反擊式破碎機和錘式破碎機的優(yōu)點，并在此基礎上再融入了各種新技術(shù)、新思想的條件下成型的。因此，設計中也存在一些不足之處，有待進一步的設計改造。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一步的研究。它們的相互位置如何優(yōu)化設計，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．機體的結(jié)構(gòu)設計不夠簡便，維護調(diào)整時的拆裝要花費一些時間。
d．各參數(shù)的選擇有待進一步探討。
這些問題都是在以后的設計改進中應該加以重視的。
9致謝
二年的重慶大學網(wǎng)絡教育學習生涯就要快結(jié)束了，首先要感謝重慶大學網(wǎng)絡教育學院，感謝教導過我的老師，感謝他們在這二年網(wǎng)絡教育過程中付出的辛勤勞動。
這次畢業(yè)設計論文得到中國計量學院董惠娟講師的悉心指導，對論文每個階段進行認真的評閱，并提出許多的寶貴意見，再次表示衷心的感謝。
本次畢業(yè)設計論文得到臺州市礦山機械設備有限公司陳志平工程師、浙江頌迪新型建材有限公司宋鴻軍工程師及其他相關(guān)工程師的細心指導和無私幫助，在次一并表示誠摯的謝意。
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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 進料斗 L1000-05-04 A2
5 機蓋 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
UG三維圖集一份
立 軸 式 破 碎機
轉(zhuǎn) 子 部 裝
錘 頭
偏 心 銷 軸
機 蓋
下 軸 承 蓋
上 圓 盤
中 圓 盤
軸 套
下 料 斗
隔 板
門
反 擊 板
上 軸 承 蓋
上 料 斗
主 軸
皮 帶 輪
迷 宮 密 封 圈
筒 體 部 裝
下 端 蓋
底 座
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