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1、长 沙 学 院 CHANGSHA UNIVERSITY 毕业设计（论文）资料 设计（论文）题目：设计（论文）题目：单转子式锤式破碎机工作执单转子式锤式破碎机工作执 行系统设计行系统设计 系系 部：部：机机 电电 工工 程程 系系 专专 业：业：机械设计机械设计制造及其自动化制造及其自动化 学学 生生 姓姓 名：名：班班 级：级：机本二机本二 学号学号 20060112092006011209 指导教师姓名：指导教师姓名：职称职称 教授教授 终评定成绩终评定成绩 长沙学院教务处长沙学院教务处 二七年十月制二七年十月制 目目 录录 第一部分 设计说明书 一、设计说明书 第二部分 外文资料翻译 一、
2、外文资料原文 二、外文资料翻译 第三部分 过程管理资料 一、毕业设计（论文）课题任务书 二、本科毕业设计（论文）开题报告 三、本科毕业设计（论文）中期报告 四、毕业设计（论文）指导教师评阅表 五、毕业设计（论文）评阅教师评阅表 六、毕业设计（论文）答辩评审表 2010 届届 本科生毕业设计（论文）资料本科生毕业设计（论文）资料 第第一一部分部分 设计说明书设计说明书 （2010 届）届）本科生毕业本科生毕业设计说明书设计说明书 单转子式锤式破碎机工作执行系统设计 系系 部：部：机电工程系机电工程系 专专 业：业：机械设计机械设计制造及其自动化制造及其自动化 学学 生生 姓姓 名：名：郭郭 辉辉
3、 强强 班班 级：级：机本二机本二班班 学号学号 20060112092006011209 指导教师姓名：指导教师姓名：陈蕾陈蕾 职称职称 教授教授 最终评定成绩最终评定成绩 2010 年 05 月 长沙学院本科生毕业设计 单转子式锤式破碎机工作执行系统设计 系 （部）：机 电 工 程 系 专 业：机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化 学 号：2006011209 学 生 姓 名：郭 辉 强 指 导 教 师：陈 蕾 教授 2010 年 05 月 摘摘 要要 锤式破碎机应用于建筑、矿业、化工业等行业。本课题在完成总体的设计方案以后，对转子、主轴、锤头、箱体和锤架进行参数设计和结构设计，并对
4、主轴进行强度校核，还使用 pro/e 软件进行建模。设计中对传统的打击板和锤头进行了创新，打击板开有出料孔，增加排料面积，提高了成品率，降低能耗；锤头为组合式的，接触面为圆弧形，方便安装，节约材料。改进设计出的锤式破碎机将会有很好的发展前景。关键词：锤式破碎机 组合式锤头 打击板 ABSTRACT Hammer crusher uses in construction,mining,chemical and other industries.After completing the overall design,the subject design the parameters and str
5、ucture of the rotor,spindle,hammer,hammer rack cabinet,and check the strength axis,also using pro/e software model.In designing,the traditional impeller bar and hammer are innovated.Impeller bar open with a discharge hole to increase the nesting area,increase yield and reduce energy consumption.Hamm
6、er is the combination and the contact surface is the arc-shaped in favor of easy to install,saving material.Improving and designing the hammer crusher will have a very good development prospects.Keywords:Hammer crusher,Combination Hammer,impeller bar.目 录 摘 要.I ABSTRACT.II 第 1 章 前言.1 1.1 破碎机和锤式破碎机的类型
7、.1 1.1.1 破碎机的类型.1 1.1.2 锤式破碎机的类型.1 1.2 锤式破碎机的优缺点.1 1.2.1 锤式破碎机的优点.1 1.2.2 锤式破碎机的缺点.1 1.3 锤式破碎机的规格和型号.2 1.4 锤式破碎机的破碎实质.2 1.4.1 破碎机的目的和意义.2 1.4.2 矿石的力学性能与锤式破碎机的选择.2 1.4.3 矿石的力学性能与锤式破碎机的选择.3 1.4.4 破碎过程的实质.3 第 2 章 单转子锤式破碎机的工作原理及结构分析.5 2.1 单转子锤式破碎机的工作原理.5 2.2 单转子锤式破碎机的结构分析.5 第 3 章 单转子锤式破碎机主要参数计算.10 3.1 锤
8、式破碎机的转子的参数计算.10 3.1.1 转子直径.10 3.1.2 转子转速.10 3.1.3 转子长度设计.10 3.1.4 锤头质量的计算：.11 3.1.5 电机功率的计算.12 3.1.6 给料口的宽度和长度.12 第 4 章 单转子式锤式破碎机的主要零件结构设计.13 4.1 垂头设计与计算.13 4.1.1 锤头的形状确定.13 4.2 锤架的结构设计与计算.16 4.3 主轴的设计与强度计算.16 4.3.1 轴的材料的选择.17 4.3.2 轴的最小直径和长度的估算.17 4.3.3 轴的结构设计.18 4.3.4 轴的弯扭合成强度计算.20 4.4 轴承的选择.23 4.
9、4.1 材料的选择.23 4.4.2 轴承类型的选择.23 4.4.3 轴承的游动和轴向位移.24 4.4.4 轴承的安装和拆卸.24 4.4.5 滚动轴承的润滑.24 4.5 传动方式的选择与计算.25 4.5 大带轮的结构设计.27 4.6 箱体的结构设计.27 4.7 打击板的结构设计.29 第 5 章 单转子锤式破碎机的安装.30 5.1 转子的组装.30 5.2 筛架的组装.31 5.2.1 筛架调节装置设计.31 5.3 打击板的安装.33 结论.35 参考文献.36 致谢.37 附录 1.38第 1 章 前言 1.1 破碎机和锤式破碎机的类型 1.1.1 破碎机的类型、按破碎作业
10、的粒度要求分为：粗碎破碎机、中碎破碎机、细碎破碎机。、按结构和工作原理分为：颚式破碎机、旋回破碎机、圆锥破碎机、锟式破碎机、锤式破碎机、反击式破碎机。1.1.2 锤式破碎机的类型、按回转轴数分为：单转子和双转子。、按转子的回转方向分：不可逆式和可逆式。、按锤头的排列方式分：单排式和多排式。、按锤头在转子上的连接方式：固定锤式和活动锤式。1.2 锤式破碎机的优缺点 1.2.1 锤式破碎机的优点、构造简单、尺寸紧凑、自重较小，单位产品的功率消耗小。、生产率高，破碎比大（单转子式的破碎比可达 i=1015）,产品的粒度小而均匀，成立方体，过度破碎现象少。、工作连续可靠，维护修理方便。易损零部件容易检
11、修和拆换。1.2.2 锤式破碎机的缺点、主要工作部件，如：锤头、蓖条、衬板、转子、圆盘等磨损较快，尤其工作对象十分坚硬时，磨损更快。、破碎腔中落入不易破碎的金属块时，易发生事故。、含水量12%的物料，或较多的粘土，出料篦条易堵塞使生产率下降，并增大能量损耗，以至加快了易损零部件的磨损。1.3 锤式破碎机的规格和型号 锤式破碎机的规格用转子的直径 D 和长度 L 来表示，如1000mm1200mm 的锤式破碎机，表示转子的直径 D=1000mm，转子的长度 L=1200mm。常见的型号有：不可逆式的：800mm600mm，1000mm800mm，1300mm1600mm，1600mm1600mm
12、，2000mm1200mm。可逆式的：1430mm1000mm，1000mm1000mm。1.4 锤式破碎机的破碎实质 1.4.1 破碎机的目的和意义 1.4.1.1 目的 在冶金、矿山、化工、水泥等工业部门，每年都有大量的原料和再利用的废料都需要用破碎机进行加工处理，如在选矿厂，为使矿石中的有用矿物达到单体分离，就需要用破碎机将原矿破碎到磨矿工艺所要求的粒度。磨机再将破碎机提供的原料磨至有用矿物单体分离的粒度。再如在水泥厂，须将原料破碎，以便烧成熟料，然后在将熟料用磨机磨成水泥。另外，在建筑和筑路业，需要用破碎机械将原料破碎到下一步作业要求的粒度。在炼焦厂、烧结厂、陶瓷厂、玻璃工业、粉末冶金
13、等部门，须用破碎机械将原料破碎到下一步作业要求的粒度。1.4.1.2 意义 在化工、电力部门，破碎粉磨机械将原料破碎，粉磨，增加了物料的表面积，为缩短物料的化学反应的时间创造有利条件。随着工业的迅速发展和资源的迅速减小，各部门生产中废料的再利用是很重要的，这些废料的再加工处理需用破碎机械进行破碎。因此，破碎机械在许多部门起着重要作用。1.4.2 矿石的力学性能与锤式破碎机的选择 矿石都由许多矿物组成，各矿物的物理机械性能相差很大，故当破碎机的施力方式与矿石性质相适应时，才会有好的破碎效果。对硬矿石，采用折断配合冲击来破碎比较合适，若用研磨粉碎，机件将遭受严重磨损。对于脆性矿石，采用劈裂和弯折破
14、碎较有利，若用研磨粉碎，则产品中细粉会增多。对于韧性及粘性很大的矿石。采用磨碎较好。常见的软矿石有：煤、方铅矿、无烟煤等，它的抗压强度是 24Mpa,最大也不超过40Mpa。普式硬度系数一般为 24，再如一些中硬矿石：花岗岩、纯褐铁矿、大理石等，抗压强度是 120150Mpa，普式硬度系数一般为 1215，还有硬矿石、极硬矿石，普式硬度系数一般为 1520。可根据矿物的物理机械性能、矿块的形状和所要求的产品粒度来选择破碎施力方式，以及与该破碎施力方式相应的破碎机械。1.4.3 矿石的力学性能与锤式破碎机的选择 矿石都由许多矿物组成，各矿物的物理机械性能相差很大，故当破碎机的施力方式与矿石性质相
15、适应时，才会有好的破碎效果。对硬矿石，采用折断配合冲击来破碎比较合适，若用研磨粉碎，机件将遭受严重磨损。对于脆性矿石，采用劈裂和弯折破碎较有利，若用研磨粉碎，则产品中细粉会增多。对于韧性及粘性很大的矿石。采用磨碎较好。常见的软矿石有：煤、方铅矿、无烟煤等，它的抗压强度是 24Mpa,最大也不超过40Mpa。普式硬度系数一般为 24，再如一些中硬矿石：花岗岩、纯褐铁矿、大理石等，抗压强度是 120150Mpa，普式硬度系数一般为 1215，还有硬矿石、极硬矿石，普式硬度系数一般为 1520。可根据矿物的物理机械性能、矿块的形状和所要求的产品粒度来选择破碎施力方式，以及与该破碎施力方式相应的破碎机
16、械。1.4.4 破碎过程的实质 破碎过程，必须是外力对被破碎物料做功，克服它内部质点间的内聚力，才能发生破碎。当外力对其做功，使它破碎时，物料的潜能也因功的转化而增加。因此，功率消耗理论实质上就是阐明破碎过程的输入功与破碎前后物料的潜能变化之间的关系。为了寻找这种能耗规律和减小能耗的途径。许多学者从不同的角度提供了若干个不同形式的破碎功耗学说。目前公认的有：面积学说，体积学说，裂缝学说。1.4.4.1 面积学说 1867 年，Rittinger 提出的，破碎消耗的有用功与新生成的物料的表面积成正比。1.4.4.2 体积学说 1874 年，俄国基尔皮切夫与 18885 年的基克先后独立提出，外力
17、作用于物体发生变形，外力所做的功储存在物体内，成为物体的变形能。但一些脆性物料，在弹性范围内，它的应力与应变并不严格遵从虎克定律。变形能储至极限就会破裂。可以这样叙述：几何形状相似的同种物料，破碎成同样形状的产物，所需的功与她们的体积或质量成正比。1.4.4.3 裂缝学说 1952 年，Bond 和中国留美学者王仁东提出的。外力使矿块发生变形，并贮存了部分变形能，一旦局部变形超过了临界点，则产生垂直与表面的断裂口。断裂口形成后贮存在料块的内部的变形能就释放，裂口扩展成新的表面。输入功一部分转化为新的生成面的表面能，另一部分因分子摩擦转化为热能释放。所以，破碎功包括变形能和表面能。变形能和体积成
18、正比，表面能和面积成正比。三个学说各有一定的适用范围，Hukki 实验研究表明：粗碎时，体积学说比较准确，裂缝学说与实际相差很大。细碎时，面积学说比较准确，裂缝学说计算的数据较小。粗碎、细碎之间的较宽的范围，裂缝学说较符合实际。只要正确的运用它们，就可以为分析研究破碎过程提供理论根据和方法。第 2 章 单转子锤式破碎机的工作原理及结构分析 2.1 单转子锤式破碎机的工作原理 电动机靠皮带带动主轴 4，主轴将动能传递给锤架 3，锤架上固结销轴，销轴铰接锤头，带动锤头一起运转。物料进入破碎机中，立即受到高速回转的锤头的冲击而粉碎。破碎了的物料，从锤头处获得动能，以高速向机壳内壁的衬板和篦条上冲击而
19、第二次破碎。此后，小于篦条缝隙的物料，便从缝隙中排出，而粒度较大的物料，就弹回到衬板和篦条上的粒状物料，还将受到锤头的附加冲击破碎，在物料破碎的整个过程中，物料之间也相互冲击粉碎。1.筛条 2.锤头 3.锤架 4 主轴 图 2.1 锤式破碎机示意图 2.2 单转子锤式破碎机的结构分析 1-筛架 2-锤头 3-锤架 4-销轴 5-主轴 6-筛架调节装置 7-检修门 图 2.2 锤式破碎机的总体结构 我的毕业设计课题是单转子、多排锤头、不可逆式锤式破碎机的执行系统设计。它主要由机壳、转子、蓖条、打击板、锤头、衬板等组成。（1）机壳.如图 2.2 所示，机壳由上机体、下机座组成，机体和机座是焊接体，
20、上机体开有进料口,内部镶有高锰钢衬板，磨损后可以更换，机壳和轴之间漏灰现象十分严重，为了防止漏灰，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、调整和更换蓖条，下机座的左右两侧面都开有一个检修孔。为了便于检修、更换锤头方便，上机座前后面也对称的开有检修孔。（2）转子 如图 2.3 所示，转子由主轴、圆盘、锤架、销轴、锤头等组成，圆盘上开有 6 个均匀分布的销孔，通过销轴将 68 个锤头悬挂起来。为了防止圆盘和锤子的轴向窜动。销轴两端用锁紧螺母固定。转子支承在两个调心滚动轴承上。此外，为了使转子在运动中储存一定的动能，避免破碎大块物料时，锤头的速度损失不致过大和减小电
21、动机的尖峰负荷，主轴的一端用带轮连接电动机，同时作为飞轮，储存能量。图 2.3 转子结构示意图（3）主轴 主轴是支承转子的主要零件，冲击力由它来承受。因此，要求其材质具有较高的韧性和强度，所以我选择 45 调质处理，其断面为圆形，且有平键和其他零件连接。示意图如 2.4 所示。图 2.4 主轴示意图（4）打击板.打击板的作用是承受被锤头击出的物料在其上破碎，同时又将碰撞破碎后的物料重新弹回破碎板，再次破碎。因此，板的形状、结构，对破碎率影响极大。打击板表面有折线形和渐开线形等，折线形结构简单，但不能保证最有效冲击破碎，而渐开线形冲击板，物料都是垂直方向进行冲击，破碎效果最好。但是由于渐开线板制
22、造困难，而折线又无法达到最佳效果。为达到排料面积大、成品率高、低能耗，我将打击板设计成如图2.5 所示。大粒度的物料在锤头的作用下被抛射到上腔打击板上，进撞击后粉碎，部分粉碎后符合粒度要求的物料可直接排出，因此增加排料面积，避免了物料在机器的过度粉碎，提高了成品率，又减少其在机器中停留的时间，减少了机器的运行负荷，降低能耗。图 2.5 打击板的装配和结构（5）锤头.锤头是主要的工作部件。其质量、形状、和材质对破碎机的生产能力有很大的影响。因此，根据不同的进料尺寸来选择适当的锤头质量。锤头是易损件，经常需要更换，为减少更换所需时间和劳动强度，我采用组合式锤头。可以采用如图 2.2 所示的锤头。锤
23、头用高碳钢铸造或锻造，也可用高锰钢铸造。为了提高耐磨性，有的锤头表面涂上一层硬质合金，有的采用高铬铸铁。（6）蓖条 蓖条的排列形式是与锤头的运动方向垂直的。与转子的回转半径有一定的间隙的圆弧状，合格的产品通过蓖缝排出。其断面形状为梯形，常用锰钢铸成。蓖条多为一组尺寸相等的钢条，且截面形状用梯形。安装时，插入蓖条架上的凹槽。图 2.6 筛架示意图（7）蓖条和锤头间隙用螺杆装置调节。（8）给定的原始数据是：破碎能力为 50t/h。破碎机的最大物料给料粒度为：小于 300mm 破碎机的最大排料粒度不能超过：20mm 破碎机的破碎程度为：中、细。破碎机的应用场所是：水泥厂、选煤厂、火力电厂等。破碎机的
24、破碎对象是：石灰石、煤块、焦碳、石膏等软物料。第 3 章 单转子锤式破碎机主要参数计算 3.1 锤式破碎机的转子的参数计算 3.1.1 转子直径 转子直径可按最大料块尺寸来确定，转子直径根据文献1公式（16-1）max5)D(1.2D （3-1）式中 m a xD最大进料粒度。maxD=300mm。由于我所设计的锤式破碎机属于中型，可选系数为 2.7，取中间值。所以 D=300*2.7=820mm 3.1.2 转子转速 锤式破碎机的转子转速可按圆周速度来设计，根据文献1公式（16-3）D60v/n (3-2）式中 v转子圆周速度，m/s;D转子直径，m。转子圆周速度一般在 1870m/s 之间
25、选取。对中小型破碎机，取 v=2570m/s，而转速在 7501500r/min。对大型破碎机 v=1825m/s,而转速为 200300r/min。速度越高，产品粒度越小，锤头、衬板和筛条磨损也越快，功率消耗也随之增加，对机器零件的加工，安装精度要求也随之增高所以在满足产品粒度的情况下，转子圆周速度应偏低选取。转速 v 取 40m/s,则 n=931r/min。3.1.3 转子长度设计 生产率与锤式破碎机的规格、转速、排料 条间隙的宽度、给料粒度、给料状况以及物料性质等因素有关。根据文献1公式（17-4）DPQLK （3-3）式中 Q生产率，t/h;D转子的直径，m；P物料的密度，1.6t/
26、3m。取 K=38；得 1.61*2.80*3850Lm 。3.1.4 锤头质量的计算：因为铰接在转子上，所以正确选择锤头质量对破碎效率和能耗都有很大影响，如果锤头质量选得过小，则可能满足不了锤击一次就将物料破碎的要求。若选得过大，无用功耗过大，离心力也大，对其他零件会有影响并易损坏。根据动量定理计算锤头质量时，考虑到锤头打击物料后，必然会产生速度损失，若损失过大，就会使锤头绕本身的悬挂轴向后偏倒。降低生产率和增加无用功的消耗。为了使锤头打击物料后出现偏倒，能够通过离心力作用而在下一次破碎时物料很快恢复到正确工作位置。所以，要求锤头打击物料后的速度损失不宜过大。一般允许速度损失 40%到 60
27、%（根据实践经验）即：12)6.04.0(VV （3-4）式中 2V 锤头打击物料后的圆周线速度(m/s)1V 锤头打击物料前的圆周线速度(m/s)若锤头与物料为了弹性碰撞。且设物料碰撞之前的运动速度为 0，根据动量定理，可得：221vmmvmvm (3-5)由上式可知，mmmmvv12 (3-6)式中 m 锤头折算到打击中心处的质量(kg)mm 最大物料块的质量(kg)综上所述，5.17.0mmm 但是，m只是锤头的打击质量。实际质量应根据打击质量的转动顺序和锤头的转动惯量求得，2020rmrm (3-7)式中 r 锤头打击中心到悬挂点的距离(m)0r 锤头质心到悬挂点的距离(m)最大物料质
28、量 gRmk2.6221000*.61*15.0*3434m33 锤头折算到打击中心处的质量：kg2862.22*24.1m 3.1.5 电机功率的计算 电机功率的消耗取决于物料的性质、给料的圆周速度。破碎比和生产率。目前，尚无一个完整的计算公式，一般根据实践经验和实验数据，根据经验公式进行计算,根据文献1公式(17-8)得 88931*1*2.80*4.102PKW 系数K取 0.14。选用 Y 系列的三相异步电动机，其额定功率为 90KW，型号是 Y280M-4。3.1.6 给料口的宽度和长度 锤式破碎机的给料口的长度与转子直径的相同，所以 L=D=820mm。其宽度 B2D=600mm,
29、则取 B=600mm.第 4 章 单转子式锤式破碎机的主要零件结构设计 4.1 垂头设计与计算 a.轻型；b.组合式；c.整体中型；d.轻型板式 图 4.1 锤子形状 4.1.1 锤头的形状确定 4.1.1.1 一般锤头的设计 如图 4.1 所示，是各种锤头的结构形状。图 a 所示锤子是用于可逆式锤式破碎机，它属于轻型锤子，被破碎的物料粒度大约在 100 左右。PCZ 式单转子 锤式破碎机采用图 b 的锤子是一种组合式，由锤柄锤帽和销轴等组成。锤帽由耐磨材料铸造而成，可方便更换。锤柄可用高碳钢制造并在侧面焊有耐磨合金，其寿命很长。这样的锤子增加打击中心的质量，增加物料与锤头撞击几率。PC 和
30、PCX 系列锤式破碎机采用图 c 所示锤子。其头部质量较重，可以得到较细产品，整体式锤子结构简单。反击式锤式破碎机采用图 d 所示的锤子。其结构很简单，此外，无蓖条锤式破碎机采用长柄组合式锤子。由于锤柄较长，对同样规格破碎机，其转盘直径就比较小增加破碎腔空间，可减小其鼓风效应而产生的不必要的电能损耗。这种锤子用于 PCKW 无蓖条可逆式锤式破碎机。锤式破碎机锤子的形状与破碎物料性质和粒度有关，即与被破碎物料硬度、脆性、粒度等因素有关。因此，锤子的形状有各种各样的，如破碎金属切削的锤子就像镰刀形，一是加大打击力度；二是延长锤子的使用寿命。4.1.1.2 组合式锤头设计 锤式破碎机的锤头是直接打击
31、进入破碎腔矿石的关键部件，要求锤头的结构设计首先应当满足碰撞平衡条件。考虑到锤头容易磨损，磨损后就需更换，而且更换周期短，为使维修师傅操作简单，节省时间，节约材料，减少成本。我就将锤头设计为组合式，如图 4.2.。锤头由圆柱销（1）、锤体（2）和锤柄（3）组合而成。我所设计的锤头区别于一般组合式锤头，锤体成球台状，球台中心线上设有圆透孔，球台下端方透孔与锤柄上部空心杆外圆相配，圆柱销穿过垂体圆透孔，与空心杆内孔相配，并由螺栓和自锁螺母固定，形成组装式球台状锤头结构。它满足碰撞的平衡条件，从而减少无用能量消耗，延长转子轴承使用寿命和避免避免损坏销轴；由于锤柄可连续使用，只需更换磨损的锤体，从而用
32、提高了材料利用率；又由于更换锤体时，锤柄不用从销轴上拆下，可降低维修操作难度。1-圆柱销 2-锤体 3-锤柄 4-六角螺栓 5-自锁螺母 图 4.2 锤头 由于锤式破碎机锤头是铰接悬挂在转子体的销轴上，锤头打击矿石时，在锤头碰撞点上将作用着冲击力，由理论力学知，如果冲击力通过离销孔中心距离为 h 的碰撞中心上，则销轴上的碰撞反力为零；如果冲击力未通过碰撞中心，则冲击力会在转子的销轴上产生碰撞反力。由于先有技术锤式破碎机锤头锤体打击面一般为矩形或梯形，在进行碰撞平衡计算时，先有两种设计理论：一是建议锤头的碰撞中心取在锤头允许磨损高度的中心，二是建议将碰撞中心取在锤头的最外端。但与实际情况都有出入
33、，因为打击面的每个点都有可能实施对物料的打击，冲击力作用线常常会偏离设定的碰撞中心，导致在销轴上产生碰撞反力，其后果是产生有害阻力矩，缩短转子轴承使用寿命。甚至会损害销轴。而我所设计的球形锤头就能避免以上不足。因为圆弧面与物料碰撞所产生的作用反力都会经过球心，则销轴上的碰撞反力为零。4.1.1.3 锤头的改进 1-锤头 2-螺钉 3-套筒 1-锤头 2-螺母 3-螺栓 4-锤柄 a b 图 4.3 改进的锤头 前面我所设计的锤头存在一定问题，如图 4.2 所示：锤头主要由三部分构成，主要是锤头、锤柄和连杆。三者仅靠普通螺栓连接，主轴高速运转时，能产生很大的离心力，而锤头只靠螺栓接触面产生的摩擦
34、力来抵抗，锤头会上下移动。现在我拟定了两种方案，如图 4.3 所示。第一种方案：图 a 锤头（1）用螺钉锁紧在套筒（3）上，螺钉一共设计六个，靠螺钉的螺纹来承受离心力。此种方案的比原来所设计的更容易安装。第二种方案：图 b 锤头（1）与锤柄（4）用铰制螺栓连接。这种方案的优点是锤头质量小，传递给螺栓的离心力也小，当锤头磨损后可以只更换锤头，充分利用资源。所以最后选择 b 方案。4.2 锤架的结构设计与计算 根据设计的要求，每根销轴上需要有 8 个锤子。圆盘是用来悬挂锤头的，一共需有7 个锤架和 2 个圆盘，2 个圆盘共有的特点是，一侧设置了圆螺母和止动垫片，另一端用轴肩定位。这样每个圆盘均匀分
35、布 6 个圆孔，即可以通过六根销轴，用来悬挂锤头，锤头和锤架之间的间隙除了通过削轴连接，为了保护圆盘的侧面，减少或尽量避免其侧面的磨损。锤架的大小取决于转子的直径，转子的直径的大小是锤架的设计大小的依据。在 3.1.1 节中已经计算出转子直径，转子的直径为 820mm，所以，圆盘的大小的取值就有了一定的范围。不妨将锤架直径取做 460 mm，厚度取为 20mm。圆盘是通过键与主轴相连接的，而随主轴高速回转的。所以结构中一定有键槽，其厚度也是满足强度要求、工作状况的，不宜过大。考虑到锤式破碎机锤头与物体发生冲击，力的大小时刻变化，最后将套筒与锤架焊接在一起，增加平键的接触面积，从而减小应力。圆盘
36、之间的轴向定位就靠本身。大体结构设计如 4.4 所示。图 4.4 锤架的结构 4.3 主轴的设计与强度计算 通常轴的设计包括两个部分，一个是结构设计，一个是工作能力计算。后者主要是指强度计算。主轴的结构设计根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造、工艺等方面的要求，合理确定出其结构和尺寸，轴的工作能力的计算不仅指轴的强度计算，还有刚度、稳定性等方面的计算，当然大多数情况下，只需要对轴的强度进行计算即可。因为其工作能力一般主要取决于轴的强度。此时只做强度计算，以防止或检验断裂和塑性变形。而对于刚度要求高的轴和受力大的细长轴，还应该进行刚度计算，防止产生过大的线性变形。对于高速运转的轴，还应该进行振动
37、稳定性计算。以防止产生共振破坏。因此，对该破碎机的主轴来说，只需进行强度计算。4.3.1 轴的材料的选择 轴的材料主要是碳素钢和合金钢。钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件。有的则直接用圆钢。碳素钢比合金钢低廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的方法提高其耐磨性和抗疲劳强度的。故采用碳钢制造轴尤为广泛，所示选用 45号钢。4.3.2 轴的最小直径和长度的估算 零件在轴上的安装和拆卸方案确定了之后，轴的形状便大体确定了，因为对该主轴来说，其安装顺序为：先安装中间的转子部分，然后放置在箱体上，再安装轴承端盖，接着是轴承、外轴承座。最后两端分别是带轮。各轴段的直径所需要的轴径与轴上的
38、载荷的大小有关。在初步确定其直径的同时，还通常不知道支反力的作用点，不能确定其弯矩的大小及分布情况。因此还不能按轴上的所受的具体载荷及其引起的应力来确定主轴的直径。但是，在对其进行结构设计之前，通常能求出主轴的扭矩。所以，先按轴的扭矩初步估计所要的轴的直径mind。m i nd3Anp （4-1）式中 p轴传递的功率，kW;n轴的转速，r/min。由参考文献2表 15-3 查得 A=126：mind393190*126=58mm 还考虑到其它的因素取 mind=65mm。4.3.3 轴的结构设计 对于轴的结构必须满足：.主轴和安装在主轴上的零件要有准确的工作位置；轴上的零件便于安装和拆卸、调整
39、。轴应有良好的制造工艺性。轴上零件的安放顺序如下：轴承、圆盘、轴套、轴承、套筒、带轮 因为主轴是阶梯轴，根据阶梯轴的特点，并且轴上零件的安装要求也不高，所以上面提到的第二条容易满足。至于第三条：轴的制造工艺性，主要是指便于加工和装配轴上的零件。并且生产率高、成本低。一般来说，结构越简单，工艺性越好。所以应该尽量简化轴的结构。为了便于装配零件并去掉毛刺，轴端应制出 45 度倒角。具体分析如下：该主轴有 2 个轴段有键槽，为了减少装夹工件所需的时间，应在这些不同的轴段上开的键槽在轴的同一条母线上。另外，还为了减少加工刀具的种类和提高劳动生产率，轴上直径近似的地方，圆角、倒角、键槽宽度等都采用相同的
40、尺寸。4.3.3.1 拟定轴上零件的装配方案 确定主轴的各段的长度，尽可能使其结构紧凑，同时还要保证，转子以及带轮、飞轮、轴承所需要的装配和调整的空间，也就是说，所确定的轴的各段长度，必须考虑到各零件与主轴配合部分的轴向尺寸和相邻零件间必要的间隙。前面已经通过设计计算，得到转子、飞轮、带轮的大体尺寸，所以轴的长度也可大致确定了。轴的结构与装配如图 4.5 所示。3.3.3.2 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度（1）轴的最左端 A-B 轴段是装带轮故取 65minB-A ddmm,它的左端用轴端挡圈定位，右端用套筒轴向定位。图 4.5 轴的结构与装配（2）初步选择滚动轴承。因轴承同时承受
41、径向力和轴向力，而且轴比较长，会产生弯矩，如果选用一般滚动轴承则会卡死，故选用调心滚子轴承。参照工作要求并根据65B-Admm,选择轴承 22215C/W33，其尺寸为31mm*130mm*75mmT*D*d,故mmdCB75，而mmlCB30。右边采用轴肩轴向定位，由文献零件手册查得22215C/W33 型轴承的定位轴肩高度为 h=4.5mm,故取mm84D-Cd。右 端 滚 动 轴 承 也 采 用 轴 肩 轴 向 定 位，故 取75mmH-Gd，mmlHG30，mmdFE84。（3）取安装在锤架和圆盘处的轴段 D-E 的直径mm100E-Dd；在 D-E 轴段上有 7个锤架和左右 2 个圆
42、盘，相邻两个用套筒进行轴向定位，转子长度大约是 1000mm,进行初步估算取转子长度为 mm956lE-D，左端用圆螺母加止动垫片进行轴向定位，右端用轴肩轴向定位，轴肩高度 h0.07d,故取 h=10mm,则轴环 E-F 处直径120mmF-Ed,轴环宽度 b1.4h,取mm20lF-E。（4）考虑到锤头与机架壁要保持一定距离，轴承座在安装时要保留一定的安装空间，故取mmllGF130d-c。至此，已经初步确定了轴的各段直径和长度。4.3.3.3 轴上零件的轴向定位 带轮、锤架与轴的周向定位均采用平键连接。按mmED100d由文献零件手册查得平键截面 b*h=28mm*16mm,键槽用键槽铣
43、刀加工，长为 18mm,同时为保证锤架与轴配合有良好的对中性，故选择锤架轮毂与轴的配合为K6H7；同样，带轮与轴的连接，选用平键为 18mm*11mm*180mm,带轮与轴的配合为K6H7。滚动轴承与轴的周向定位是由过度配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为 k6。4.3.3.4 确定轴上圆角与倒角尺寸 参考文献2表 15-2，取轴肩倒角为 2*45，各轴肩处的圆角半径为 R2mm。4.3.4 轴的弯扭合成强度计算 前面提到过，多数情况下，轴的工作能力一般主要取决于轴的强度。此时只做强度计算，以防止或检验断裂和塑性变形。而对于刚度要求高的轴和受力大的细长轴，还应该进行刚度计算，防止产生过大的线
44、性变形。对于高速运转的轴，还应该进行振动稳定性计算。以防止产生共振破坏。在进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体载荷和应力情况，采用相应的计算方法，并恰当的选择其许用应力。根据计算原则，对于传动轴（仅仅或主要承受扭矩）按照扭矩强度条件进行计算，对于心轴（只承受弯矩）应该按照弯曲疲劳强度进行计算，对于该主轴，既承受扭矩还承受弯矩，是一个转轴，所以必须进行弯扭合成强度条件进行计算，需要时还应该进行疲劳强度的精确校核。先按照弯扭合成强度条件进行计算：通过对该主轴的结构设计，轴的主要结构尺寸，轴上的零件的位置以及外载荷和支反力的作用位置已经确定。轴上的载荷可以求得，因此可以按弯扭合成强度条件对该主轴进
45、行强度的校核计算 4.3.4.1 做出轴的计算简图（力学模型）轴上受的载荷是由轴上的零件传来的，所以，计算时，可以将轴上的分布载荷情况简化为集中力。其作用点可以一律简化，取为分布载荷的中点，作用在轴上的扭矩，一 般从传动件轮毂宽度的中点算起，通常把当作置于铰链支座上的梁，支反力的作用点与轴承的类型和布置方式有关。图 4.6 轴的载荷分析图 从图 4.6 轴的载荷分析图可看出轴在 C 处所承受的载荷最大，所以此处就是最危险截面。由于锤式破碎机外载荷很难确定，故一般可按前联邦德国海因利希.啊.莫林算式计算，作用在轴子主轴上的相当弯矩（N.m）：22MnkdMM （4-2）式中 kM作用在主轴上的弯
46、矩，kM=RG81，N.m；RG转子总质量，N；nM作用在主轴上的扭矩；由 pro/e 分析质量属性计算得转子质量RG=10.9*610N；所以 kM=RG81=610*10.9*81=1.36*610N.m。由文献1公式 L1L2L3T np*9550Mn （4-3）得：9311000*90*9550Mn923*310N.m。作用在主轴上的相当弯矩：2626d)10*923.0()10*36.1(M=1.49*610N.m 4.3.4.2 按弯扭合成应力校核轴的强度 综上所述，按照弯扭合成强度条件进行轴的强度校核计算：进行具体的校核计算时，只需要校核轴上的承受的最大弯矩以及扭矩的剖面（即危险
47、剖面）的强度。MpaWMCc.914100*.1010*9.4136 按文献2中表 15-1，对于 45 号调质钢，在承受对称循环变应力时的许用应力cMpa 551。故安全。4.3.4.3 提高主轴疲劳强度的途径 在零件的设计阶段，除了采取提高其强度的一般措施之外，还可以通过以下一些设计措施来提高其疲劳强度：尽可能的降低该主轴上的应力集中的影响。这是提高其疲劳强度的首要措施和主要的途径。而主轴的结构形状和尺寸的突变（比如轴肩）是应力集中的结构根源，因此，为了降低应力集中，应该尽量减小零件（即该主轴的）结构形状和尺寸的突变使其变化尽可能的平滑和均匀。为此，要尽可能的增大过渡处的圆角半径；同一段轴
48、上相邻截面处的刚性变化应尽可能的小等等。在不可避免的要产生较大的应力集中的结构处，可采用减荷槽来降低应力集中的影响。选用疲劳强度高的材料和规定能够提高材料疲劳强度的热处理方法和强化工艺。提高主轴的表面质量。比如将处在应力较高区域的主轴表面加工得较为光洁。或者，如果，有的轴段，工作在腐蚀性介质中，则要对该轴段规定适当的表面保护。尽可能地减小或消除主轴表面可能发生的初始裂纹的尺寸，对于延长其疲劳寿命有着提高材料性能更为显著的作用。因此，对于重要的轴段，在设计图纸上应规定出严格的检验方法和要求。降温、减载荷，对于发热摩擦副的轴颈采取降温设计，也可显著提高其疲劳寿命。因为主轴是一个转动件，所以，在低应
49、力下运转一定周数后，再逐步提高到设计的应力水平。4.4 轴承的选择 因为轴承，尤其是常用的一些轴承，主要是指一些滚动轴承，绝大数都已标准化，因而，我们需要进行一部分设计内容，根据具体的工作条件，正确选择轴承的类型和尺寸。另外是轴承组合的设计，它包括安装、调整、润滑、密封等一系列内容的设计。4.4.1 材料的选择 轴承的内圈、外圈、滚动体，一般是用轴承铬钢制造的，热处理后，其硬度一般不低于 HRC60。一般这些元件需要 150 度回火处理，所以其通常的工作温度不高于 120度，此时，硬度不会下降。4.4.2 轴承类型的选择 轴承的类型有很多种，主要根据其承载情况和调心等要求，进行选择。因为该型号
50、 图 4.7 调心滚子轴承 的破碎机，其转子的转速在 900 到 1100 之间。所以主轴上轴承的转速很高，负荷很大，且工作时间很长，最主要的是，经过很长时间工作后，会因为锤头的不均匀磨损而产生不平衡附加作用力（当锤头的不均匀磨损严重时，此力就成为总负荷中的主要部分）。轴承间距大，轴会产生挠曲，此外，轴承的中心也难保证同心，因此选用调心滚子轴承22215C/W33。4.4.3 轴承的游动和轴向位移 轴承在实际工作时，工作前后的温差大，为了适应轴和外壳不同热膨胀的影响，防止轴承卡死。可以使一端的轴承轴向固定（比如用圆螺母）另一端使之可以轴向位移。这样，轴承在内外圈的轴向相对位置有不大的变化时，仍
