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1、答 辩 人：指导教师：专 业：机械制造及其自动化日 期：2012.06.08,太原理工大学硕士研究生学位论文答辩,实验室粗碎用颚式破碎机整机设计,基于Pro/E的颚式破碎机TOP-DOWN设计,新型颚式破碎机电机选择、带传动和飞轮设计,基于ANSYS的颚式破碎机偏心轴的模态分析,颚式破碎机参数计算分析,实验室粗碎用颚式破碎机整机设计,第 2 页 共 34 页,颚式破碎机的研究现状,设计方法已由图解设计过渡到计算机辅助设计，设计过程也应用了一些优化设计方法。物料在破碎腔内的破碎及流动分析，颚板受力分布分析缺乏理论设计依据，设计过程基本靠经验公式。物料在破碎腔内的滞留，齿板的局部严重磨损，高能耗等
2、问题还依旧存在，这都影响破碎机性能和使用成本。,第 3 页 共 34 页,课题研究的目的和意义,借助Pro/E软件中自顶向下设计功能的骨架模块，构建颚式破碎机整机的模型。,结合物料与动颚板和定颚板相互作用以及初破物料在破碎腔中流动的基本特性，探讨一种新的设计方法，以实现颚式破碎机基本无破碎物料的阻塞。,降低设计失误和设计周期，并且提高产品的研发速度和更新换代的周期,第 4 页 共 34 页,实验室粗碎用颚式破碎机整机设计,新型颚式破碎机电机选择、带传动和飞轮设计,基于ANSYS的颚式破碎机偏心轴的模态分析,第 5 页 共 34 页,颚式破碎机的结构参数,啮角,动颚水平行程 s,偏心距 r,传动
3、角,连杆长度 l,结构参数,图1 颚式破碎机机构简图,第 6 页 共 34 页,颚式破碎机的主要工作性能参数,工作性能参数,偏心轴转速,生产率,功率,动颚以水平平动，且物料在破碎腔内无堵塞，并以自由落体形式排出,上述公式是在理想条件下建立的，实际情况要复杂许多，不仅要考虑结构和工作性能参数，还要综合考虑不同参数间的相互影响，以使破碎机的性能达到最佳。,第 7 页 共 34 页,新型颚式破碎机电机选择、带传动和飞轮设计,基于ANSYS的颚式破碎机偏心轴的模态分析,实验室粗碎用颚式破碎机整机设计,第 8 页 共 34 页,基于Pro/E的TOP-DOWN设计概述,Pro/E产品设计,自底向上设计(
4、BUTTOM-UP),自顶向下设计(TOP-DOWN),骨架法(Skeleton),标准骨架模型,运动骨架模型,参数信息和设计意图能 与骨架模型很好的对应保持装配结构良好的相 关性,集中提供设计数据零部件位置自动变更减少不必要的父子关系任意确定零部件的装配顺序,第 9 页 共 34 页,颚式破碎机骨架设计-实体模型建立,图2 实验室用的颚式破碎机实物照片,图3 设计对象的三维实体模型,第 10 页 共 34 页,颚式破碎机骨架设计-整机骨架模型,图4 骨架模型草绘图 a,第 11 页 共 34 页,颚式破碎机骨架设计-整机骨架模型,图4 骨架模型草绘图 b,第 12 页 共 34 页,颚式破碎
5、机骨架设计-整机骨架模型,图5 整机骨架模型,颚式破碎机主要参数（进料口尺寸、排料口尺寸、悬挂高度等）都包含在该骨架模型中，只要修改相关参数，模型就会随之改变。,第 13 页 共 34 页,颚式破碎机骨架设计-零部件设计（标准骨架模型）,图7 机架三维模型,图6 机架小骨架模型,第 14 页 共 34 页,颚式破碎机骨架设计-零部件设计（标准骨架模型）,图8 底座三维模型,图10 偏心轴三维模型,图9 轴承三维模型,第 15 页 共 34 页,颚式破碎机骨架设计-零部件设计（运动骨架模型）,图11 动力执行机构草绘图,图12 动颚部装配模型,第 16 页 共 34 页,颚式破碎机骨架设计-整机
6、装配模型,图13 颚式破碎机总装配模型,第 17 页 共 34 页,新型颚式破碎机电机选择、带传动和飞轮设计,基于ANSYS的颚式破碎机偏心轴的模态分析,实验室粗碎用颚式破碎机整机设计,第 18 页 共 34 页,新型颚式破碎机设计方法,基于圆形单颗粒物料破碎特征以及颗粒物料在破碎腔内的流动分析的设计方法如下：待破碎物料在破碎腔内破碎后，必须腾出其本身的空间后才会经历下一次破碎，直至经过若干次破碎后从排料口排出。根据自相似性原理，物料破碎后其特征与破碎前相似。一个物料经破碎后变为两个物料，两个物料又视为两个相互独立的单颗粒物料进入下一次的破碎，破碎情况亦然。,计算了电机转速和功率，以确定电动机
7、型号，同时计算了V带传动和飞轮设计。,第 19 页 共 34 页,电动机型号的确定,，,经计算得出：,查机械设计手册，确定电动机的型号为：,Y2-100L2-4,表1 电动机主要参数表,第 20 页 共 34 页,V带传动和飞轮设计,V带传动,飞轮设计,V带的根数,根据电动机型号(Y2-100L2-4)可知其功率P=3KW，电动机转速n=1430r/min；传动比i=3.5；每天工作时间12h,由机械设计，计算得：,第 21 页 共 34 页,空行程存储能量，工作行程释放能量。,颚式破碎机整机模型修改,图14 颚式破碎机修改模型,基于新型颚式破碎机设计方法，完成相关参数的计算，对所构建的颚式破
8、碎机实体模型进行修改，整机骨架模型里有我们需要修改的所有参数。,第 22 页 共 34 页,颚式破碎机整机模型修改,图15 颚式破碎机爆炸图,1-底座 2-机架 3-偏心轴 4-偏心轴套 5-轴承 6-动颚 7-动颚板 8-定颚板 9-肘杆 10-动颚端盖 11-飞轮 12-机架端盖 13-轴承套 14-套筒 15-大带轮 16-V带 17-圆螺母 18-小带轮 19-电机 20-六角螺栓 21-六角螺母,第 23 页 共 34 页,新型颚式破碎机电机选择、带传动和飞轮设计,基于ANSYS的颚式破碎机偏心轴的模态分析,实验室粗碎用颚式破碎机整机设计,第 24 页 共 34 页,ANSYS中偏心
9、轴实体模型的建立,图16 偏心轴在Pro/E中的模型,图17 偏心轴在ANSYS中的模型,设置ANSYS11.0与Pro/E间的接口，将偏心轴模型从Pro/E导入ANSYS。,第 25 页 共 34 页,偏心轴模态分析-建模参数的确定,偏心轴全长615mm，由一对角接触轴承支承，成阶梯状结构，采用45号钢，其材料参数如下：,密度,泊松比,选用三维实体单元solid95,杨氏模量,第 26 页 共 34 页,偏心轴模态分析-轴承为刚性约束时边界的处理与求解,图18 偏心轴加约束有限元模型,轴承是刚性约束时，施加全约束于第一个轴承位置结点处，同时施加x和y方向的约束于第二个轴承位置结点处，而z方向
10、（为轴方向）不约束，加约束后的有限元模型。,1,2,第 27 页 共 34 页,偏心轴模态分析-轴承为刚性约束时边界的处理与求解,表2 刚性约束条件下各阶频率、临界转速,颚式破碎机偏心轴的工作转速为412r/min，远远小于临界转速。据此可知偏心轴远远避开了共振频率。,第 28 页 共 34 页,偏心轴模态分析-轴承为弹性约束时边界的处理与求解,图19 偏心轴受弹性约束模型图,将每组轴承看作4个轴向均布的压缩弹簧。每个弹簧用弹性单元combin14来模拟，在与弹簧相连的偏心轴处的结点上施加轴向约束，在弹簧的另一端施加全约束。,第 29 页 共 34 页,偏心轴模态分析-轴承为弹性约束时边界的处
11、理与求解,表3 弹性约束条件下各阶频率、临界转速,当把轴承处的约束简化为弹性约束处理时，偏心轴的基本阶固有频率明显降低。对应的临界转速也远远高于偏心轴的实际工作转速，也满足工作要求。,第 30 页 共 34 页,实验室粗碎用颚式破碎机整机设计,新型颚式破碎机电机选择、带传动和飞轮设计,基于ANSYS的颚式破碎机偏心轴的模态分析,第 31 页 共 34 页,总 结,利用实验室用的小型颚式破碎机现场测绘数据，借助Pro/E软件中自顶向下设计功能的骨架模块，成功地实现了颚式破碎机整机设计。,对所构建的整机模型进行修改，使其和理论计算值相匹配。并对偏心轴的转速、V带传动和飞轮进行了计算分析，确定电动机的型号为Y2-100L2-4。,借助ANSYS对偏心轴进行模态分析，求出了前六阶固有频率和相对振型，确定了颚式破碎机偏心轴在一个安全范围内转动，不会产生共振。,第 32 页 共 34 页,
