多功能精粗飼料粉碎機(jī)的設(shè)計(jì)【錘片式粉碎機(jī)】

多功能精粗飼料粉碎機(jī)的設(shè)計(jì)【錘片式粉碎機(jī)】,錘片式粉碎機(jī),多功能精粗飼料粉碎機(jī)的設(shè)計(jì)【錘片式粉碎機(jī)】,多功能,粗飼料,粉碎機(jī),設(shè)計(jì),錘片式 湖 南 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 全 日 制 普 通 本 科 生 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 多功能精粗飼料粉碎機(jī)的設(shè)計(jì) MULTI-FUNCTIONAL FINE ROUGHAGE CRUSHER 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 年級(jí)專業(yè)及班級(jí)： 指導(dǎo)老師及職稱： 副教授 學(xué) 院：工學(xué)院 湖南長(zhǎng)沙 提交日期：2013 年 5 月 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 誠(chéng) 信 聲 明 本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，進(jìn)行研究 工作所取得的成果，成果不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭(zhēng)議。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本 論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的作品成果。對(duì)本文的研究做出重 要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體在文中均作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。本人完全意識(shí)到本聲 明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)作者簽名： 2013年 月 日 目 錄 摘要1 關(guān)鍵詞1 1 前言1 1.1 課題來(lái)源1 1.2 設(shè)計(jì)的目的和意義2 1.3 提出背景及其存在問(wèn)題2 1.4 設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題及解決的思路3 2 粉碎機(jī)機(jī)構(gòu)的確定與設(shè)計(jì)4 2.1 各類粉碎機(jī)的比較和選擇4 2.2 結(jié)構(gòu)方案的確定5 2.3 工作原理6 2.4 粉碎室參數(shù)確定6 2.5 主要性能指標(biāo)計(jì)算7 2.5.1 錘片速度以及轉(zhuǎn)子速度7 2.5.2 理論產(chǎn)生率8 2.6 配套功率和電機(jī)的選擇8 2.6.1 配套功率8 2.6.2 選擇電動(dòng)機(jī)8 3 傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)9 3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇9 3.2 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算9 3.2.1 設(shè)計(jì) V 帶傳動(dòng)時(shí)一般已知條件9 3.2.2 設(shè)計(jì)計(jì)算的主要內(nèi)容和確定10 3.2.3 設(shè)計(jì)計(jì)算10 3.3 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)12 4 軸和軸承的相關(guān)計(jì)算12 4.1 軸的結(jié)構(gòu)計(jì)算12 4.2 主軸的校核13 4.3 滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算18 4.4 滾動(dòng)軸承潤(rùn)滑方式和選擇19 4.5 連接鍵的選擇和計(jì)算20 4.5.1 小帶輪與主軸的鍵連接20 4.5.2 轉(zhuǎn)子與主軸的鍵連接20 5 錘片式粉碎機(jī)的零件設(shè)計(jì)21 5.1 錘片的設(shè)計(jì)21 5.1.1 錘片尺寸22 5.1.2 錘片數(shù)量22 5.1.3 轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)23 5.2 錘片架的設(shè)計(jì)23 5.2.1 套筒設(shè)計(jì)24 6 篩片的設(shè)計(jì)24 6.1 粉碎機(jī)工作狀態(tài)分析24 6.2 組合篩的原理和分析25 6.2.1 組合篩的結(jié)構(gòu)25 6.2.2 組合篩工作原理25 6.2.3 組合篩的效果26 6.3 篩片的設(shè)計(jì)與選擇26 7 箱體設(shè)計(jì)27 結(jié)論28 參考文獻(xiàn)28 致謝29 1 多功能精粗飼料粉碎機(jī)的設(shè)計(jì) 學(xué) 生： 指導(dǎo)老師： (湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128) 摘 要：本次設(shè)計(jì)主要以多功能為主要設(shè)計(jì)依據(jù),以增加粉碎能力和篩分能力入手，設(shè) 計(jì)一個(gè)高效，低耗，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，使用安全的小型多功能精粗飼料粉碎機(jī)。該飼料粉 碎機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,以小功率的電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源，采用帶傳動(dòng)，利用高速旋轉(zhuǎn)的錘片對(duì)進(jìn)入粉碎室 的物料進(jìn)行反復(fù)錘擊，加上轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)離心力作用，使物料在粉碎室與篩片間相互錘擊摩擦， 利用篩片孔的直徑控制加工產(chǎn)品顆粒大小，粉碎后的顆粒通過(guò)出料口排出。 關(guān)鍵詞：粗飼料; 精飼料; 錘式結(jié)構(gòu); 粉碎機(jī); MULTI-FUNCTIONAL FINE ROUGHAGE CRUSHER Student:Qi De Ping Tutor:Ren Shu Guang (College of Engineering，Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China) Abstract：This design mainly multi-function as the main design basis, to increase the crushing and screening ability, this paper design a high efficient, low consumption, simple structure, convenient operation, use safety, small multi-functional fine roughage crusher. The feed crusher structure is simple, with small power motor as power source, USES the belt transmission, using high speed rotating hammer to hammer repeatedly into the crushing chamber materials, coupled with the rotor rotating centrifugal force effect, make the material in crushing chamber with hammer each other between friction sieve, using the screen hole diameter control processing product particle size, after smashing particles through the discharging mouth eduction. Key words: Roughage; Roncentrated feed; Hammer structure; Mill; 1 前 言 1.1 課題來(lái)源 2 本次設(shè)計(jì)主要以多功能為主要設(shè)計(jì)依據(jù),以增加粉碎能力和篩分能力入手，設(shè) 計(jì)一個(gè)高效，低耗，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，使用安全的小型多功能精粗飼料粉碎機(jī)。 該飼料粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,以小功率的電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源，采用帶傳動(dòng)，利用高速旋轉(zhuǎn) 的錘片對(duì)進(jìn)入粉碎室的物料進(jìn)行反復(fù)錘擊 ，加上轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)離心力作用，使物料1 在粉碎室與篩片間相互錘擊摩擦，利用篩片孔的直徑控制加工產(chǎn)品顆粒大小，粉碎 后的顆粒通過(guò)出料口排出。錘片式粉碎機(jī) 在加工業(yè)機(jī)械中占據(jù)重要的地位，而此2 類機(jī)械中的工作部件即錘片是決定其工作性能及質(zhì)量的關(guān)鍵。另外，錘片是易損部 件，所以對(duì)粉碎機(jī)錘片進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，可降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，是當(dāng)前的 一個(gè)研究方向。 本設(shè)計(jì)圍繞錘片式結(jié)構(gòu)對(duì)飼料粉碎機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，具有層次結(jié)構(gòu)的安排，介紹了 從粉碎機(jī)的設(shè)計(jì)背景，理念到具體的工作原理，并針對(duì)所述的設(shè)計(jì)概念作出了相應(yīng) 的數(shù)據(jù)計(jì)算和處理，最后逐步實(shí)現(xiàn)。 1.2 研究粉碎機(jī)的意義 經(jīng)過(guò) 30 多年的發(fā)展，目前我國(guó)飼料的產(chǎn)業(yè)已成為我國(guó)的國(guó)民的經(jīng)濟(jì)中必不可 少的重要的行業(yè)，它一頭牽著種植業(yè)，每年都能轉(zhuǎn)約 1 億噸的國(guó)產(chǎn)玉米以及千萬(wàn)噸 的豆粕和菜粕等各種各樣的飼料原料；另外它還連接著我國(guó)的養(yǎng)殖業(yè)，極大的增加 了我國(guó)奶、水產(chǎn)品、蛋和肉等一系列產(chǎn)品的產(chǎn)量增長(zhǎng)，使得人民的生活水品不斷的 提高，其發(fā)揮著是無(wú)可替代的重大作用。已經(jīng)成為國(guó)民的經(jīng)濟(jì)中具有舉足輕重的地 位和無(wú)可替代最基礎(chǔ)的產(chǎn)業(yè)。2008 年我國(guó)工業(yè)的飼料其產(chǎn)量已經(jīng)到達(dá) 1.37 億噸之 多，自 1992 年開始，其產(chǎn)量已經(jīng)連續(xù)位居世界的第二寶座達(dá) 17 年之久，因此也成 為了世界上的飼料大國(guó)之一。 一般的飼料里面需要粉碎的各種原料能夠占到配方的比例 70 左右用 2008 年我 國(guó)的工業(yè)飼料的產(chǎn)量來(lái)為例，在 2008 年我國(guó)的飼料大概存在著約 1 億噸的原料需 要進(jìn)行粉碎。而隨著現(xiàn)代飼料工業(yè)的不斷發(fā)展，飼料的產(chǎn)量也會(huì)隨著不斷的增加， 因此錘片式的粉碎機(jī)市場(chǎng)的需求也將會(huì)進(jìn)一步的加大。錘片式的粉碎機(jī)其粉碎的性 能可能會(huì)直接的影響到了飼料的質(zhì)量和產(chǎn)量以及生產(chǎn)成本，用來(lái)降低養(yǎng)殖的成本， 從而使得肉蛋奶這一系列的日常生活必備的消費(fèi)品的價(jià)格降低有著非比尋常的意義。 根據(jù)試驗(yàn)，針對(duì)碎物料的分離能力提高錘片式粗飼料的粉碎機(jī)的生產(chǎn)效率，為粗飼 料的粉碎機(jī)的生產(chǎn)企業(yè)加大粉碎機(jī)其性能以及粗飼料的企業(yè)加工設(shè)備的配置和其選 擇的型號(hào)提供重要的依據(jù)。 1.3 提出的背景和存在問(wèn)題 3 20 世紀(jì) 90 年代以來(lái)我國(guó)飼料機(jī)械行業(yè)中以江蘇溧陽(yáng)糧機(jī)廠、江蘇揚(yáng)州糧機(jī) 廠為代表其企業(yè)用于改革適應(yīng)于潮流，大部分企業(yè)都會(huì)大膽的引進(jìn)國(guó)外的一些先進(jìn) 技術(shù)以及設(shè)備依據(jù)目前世界上的粗飼料的粉碎機(jī)其發(fā)展的歷史已經(jīng)研發(fā)并且生產(chǎn)出 了 160200kW 的水滴型的粉碎機(jī)和立軸式的粉碎機(jī)都以水滴王相稱，以及冠軍 和優(yōu)勝等一系列的名稱。如果其中水滴型的粉碎機(jī)采用了有利于提高效率的水滴型 的粉碎室錘篩間隙可調(diào)實(shí)現(xiàn)了粗細(xì)微粉碎還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)負(fù)荷控制等特點(diǎn)。目前我 國(guó)粗飼料的粉碎機(jī)生產(chǎn)的企業(yè)大概有 400 多家生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品以及規(guī)格都非常的 齊全基本都能滿足全國(guó)的畜牧以及水產(chǎn)的養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展但是還存在著一系列有著特殊 要求的飼料，其粉碎機(jī)需要特大的功率機(jī)型這就需要從國(guó)外來(lái)進(jìn)口。我國(guó)產(chǎn)的粉碎 機(jī)其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)都已經(jīng)非常成熟，基本都是國(guó)際的先進(jìn)水平并且價(jià)格上存在著非 常之大的優(yōu)勢(shì)。因此我國(guó)自行生產(chǎn)的多種機(jī)型都會(huì)有著良好的出口量特別是小型的 粉碎機(jī)，其出口量更加大其主要是銷售到東南亞以及非洲等這些發(fā)展中的國(guó)家去。 由于在飼料所用原料上的差異在歐洲的飼料多采用混合粉碎先配料后粉碎且經(jīng) 常沒(méi)有各種谷物的原料；而在美國(guó)其飼料的配方都是以 50 的小麥或者是玉米作 2 為基礎(chǔ)很少有使用很難以粉碎的燕麥和大麥等雜糧谷物原料的水分也會(huì)略低于歐洲 國(guó)家。這就使得錘片式的粉碎機(jī)的方向發(fā)展有兩個(gè):第一美國(guó)的產(chǎn)品是追求篩板的 面積要大而在歐洲其講究的是沖擊齒板的面積要大。第二就在安裝篩板的方面。美 國(guó)產(chǎn)錘片式的粉碎機(jī)在安裝和更換其篩板的時(shí)候是必須停止機(jī)器而且需要打開其機(jī) 殼才能繼續(xù)進(jìn)行而在歐洲國(guó)家多數(shù)錘片式的粉碎機(jī)是由軸而插入的不用停止機(jī)器即 可打開機(jī)器的外殼殼，由此抽出其原有的篩板并同時(shí)安裝好新的換篩板；還會(huì)有部 分機(jī)型能沿著軸一端直接插入到另一端將其抽出還能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的遙控?fù)Q選篩。 我國(guó)的畜牧機(jī)械專業(yè)研究人員數(shù)量少，測(cè)試設(shè)備數(shù)量少，水平低，不能有效的 揭示整機(jī)或主要部件的主要參數(shù)對(duì)工作過(guò)程的影響，致使產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作長(zhǎng)期停留在 傳統(tǒng)的“類比法”的基礎(chǔ)上。因此需要在設(shè)計(jì)方面進(jìn)行創(chuàng)新，為了更加適合于畜牧 業(yè)的發(fā)展，開發(fā)研制出創(chuàng)新產(chǎn)品，解決飼料問(wèn)題，開發(fā)飼料資源，提高經(jīng)濟(jì)和社會(huì) 效益具有重要的意義。 1.4 設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題及解決的思路 本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一種小型粉碎機(jī)，采用錘片式、水滴型篩片結(jié)構(gòu)，頂端徑向進(jìn)料， 具有操作方便、質(zhì)量輕、生產(chǎn)率高的特點(diǎn)，解決了粉碎機(jī)的過(guò)載問(wèn)題，使電機(jī)工作 穩(wěn)定，本設(shè)計(jì)重點(diǎn)研究采用動(dòng)力源為電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)粉碎機(jī)，將粗飼料粉碎，粗飼料 在粉碎室內(nèi)受錘片與物料問(wèn)相互撞擊，粉碎成細(xì)小粉末實(shí)現(xiàn)對(duì)飼料粉碎。 4 其關(guān)鍵問(wèn)題如下 ： 4 (1)根據(jù)粗飼料粉碎機(jī)的生產(chǎn)率選擇合適的配套功率： 確定傳動(dòng)方式； 根據(jù)配套功率設(shè)計(jì)粉碎室寬度 B、錘片數(shù) Z、轉(zhuǎn)子直徑 D 等； 畫出零件圖和裝配圖； 對(duì)軸和鍵進(jìn)行校核計(jì)算； 制定粉碎機(jī)的注意事項(xiàng)、日常維護(hù)和檢修方案。 （2）粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)的確定： 各類粉碎機(jī)特點(diǎn)的比較與選擇； 結(jié)構(gòu)方案的確定； 工作原理。 2 粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)的確定 2.1 各類粉碎機(jī)特點(diǎn)的比較和選擇 2.1.1 沖擊式粉碎機(jī) 當(dāng)前具有內(nèi)分級(jí)的結(jié)構(gòu)的沖擊式粉碎機(jī)也非常普遍需要注意的是分級(jí)系統(tǒng)及其 粉碎機(jī)里面的粉碎腔兩者的有機(jī)結(jié)合，尤其是其分級(jí)的系統(tǒng)葉片進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)整其 上氣流的流動(dòng)方面。在生產(chǎn)的實(shí)踐中，很多企業(yè)經(jīng)常將過(guò)分看重粉碎機(jī)的結(jié)構(gòu)部分 從而忽視了分級(jí)的系統(tǒng)，結(jié)果設(shè)備使用不理想。 2.1.2 振動(dòng)粉碎機(jī) 有水平型氣流磨 、垂直環(huán)形氣流磨、對(duì)沖式氣流磨、流化床式氣流磨、靶式 氣流磨、旋轉(zhuǎn)式氣流粉碎機(jī)等。其粉碎機(jī)也是靠沖擊，不過(guò)是靠高速氣流攜帶物料， 使物料與物料、氣流、固定機(jī)件的沖擊而粉碎的單式、連續(xù)作業(yè)。可適用于礦靶式 和旋轉(zhuǎn)式還有可以用作塑料及其纖維分布區(qū)域很窄，有因?yàn)闅怏w在噴嘴處所以粉碎 機(jī)溫度很低，可用于低溫點(diǎn)的粉碎機(jī)的設(shè)備投資大、耗能大、運(yùn)轉(zhuǎn)成本高，所以其 應(yīng)用受到很大限制。一般只在高值高檔產(chǎn)品才使用。此外，尚有稱噴射粉碎發(fā)的， 是氣流粉碎的別稱。原理是利用流體能量進(jìn)行噴射而使物料粉碎。有超聲波沖擊粉 碎、噴射沖擊、噴氣粉碎等。其本質(zhì)都是在循環(huán)氣流中運(yùn)動(dòng)的粒子能中心部位被加 速，引用相互沖突面式粉碎機(jī)一類使用于硬質(zhì)性物料粉碎。 2.1.3 膠體磨 膠體磨是一種高速旋轉(zhuǎn)、靠沖擊、剪切和摩擦而粉碎的濕式連續(xù)作業(yè)的產(chǎn)品。 缺點(diǎn)是對(duì)固液濃度比有一定要求，且要求破碎比較大時(shí)，需多次磨才能到達(dá)要求。 5 2.1.4 齒爪式粉碎機(jī) 齒爪式粉碎機(jī)對(duì)物料的粉碎以打擊為主，兼有擠壓，鋸切碎等。其主要有進(jìn)料 口、動(dòng)齒盤轉(zhuǎn)子、定齒盤、包角為 360 度的環(huán)篩和排料口等組成。工作時(shí)，物料充 喂料口、軸向進(jìn)入，落入粉碎室吃的物料在定齒的支撐作用下，受到定、動(dòng)齒盤和 篩片的沖擊、碰撞與搓擦作用，粉碎室的顆粒通過(guò)篩片進(jìn)入出粉管經(jīng)出料口排出。 定齒盤上有兩圈齒，齒的斷面呈扁矩形，動(dòng)齒盤上安裝有三圈齒，其橫截面呈圓、 扁矩形。其缺點(diǎn)是噪聲和粉塵很大。 2.1.5 錘片式粉碎機(jī) 錘片式粉碎機(jī)是利用高速旋轉(zhuǎn)的錘片對(duì)進(jìn)入粉碎室的物料反復(fù)錘擊，加上轉(zhuǎn)子 的旋轉(zhuǎn)離心力作用，使物料與粉碎室內(nèi)的篩片相互撞擊摩擦，利用篩片控制加工產(chǎn) 品粒度，粉碎成細(xì)小粉末。粉碎機(jī)采用雙圓盤轉(zhuǎn)子，中間設(shè)置架板，既作轉(zhuǎn)子骨架 支持兩片圓盤，又起到風(fēng)機(jī)葉片的作用，在轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)實(shí)造成負(fù)壓，實(shí)現(xiàn)了軸向 高負(fù)壓進(jìn)料和高壓差排料的理想設(shè)計(jì)。其特點(diǎn)是機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，粉碎室比較窄，具有溫 度低、噪音小、效率高的特點(diǎn)，適宜制藥、食品、化工、科研、等工業(yè)部門將含淀 粉的物料或礦質(zhì)等干燥的物料，顆粒大小通過(guò)更換不同孔徑的網(wǎng)篩獲得 5。 由于粗飼料是一種主要成分為纖維物質(zhì)，含豐富的纖維素、木質(zhì)素等物質(zhì)，具 有韌性大的特點(diǎn)，其粉碎主要是在搓擦力和剪切力的共同作用下進(jìn)行的，故在本設(shè) 計(jì)中采用錘片式，頂端徑向進(jìn)料，受到錘片與物料間相互撞擊使其粉碎。 2.2 結(jié)構(gòu)方案的確定 篩片面積以及開孔率對(duì)粉碎機(jī)的生產(chǎn)率有很大的影響，也是最重要的一個(gè)影響 因素。錘式粉碎機(jī)的生產(chǎn)率就是受篩片通過(guò)能力的限制。他們的關(guān)系如下： 360vFPG （1） 式中： 生產(chǎn)率（t/h） ； 物料通過(guò)篩孔時(shí)的平均速度（m/s） ；v 篩片的有效面積（m z） ；F 物料的容重（ t/m） 。P 由上得知，加大篩片面積、提高篩片的開孔率，可提高粉碎機(jī)的生產(chǎn)率。 對(duì)比已有的粉碎機(jī)，本設(shè)計(jì)提到了錘式粉碎機(jī)的生產(chǎn)效率，使其性能更加優(yōu)化。 經(jīng)過(guò)對(duì)比，確定該粉碎機(jī)的總體結(jié)構(gòu)，包括轉(zhuǎn)子、錘片、主軸、喂料口、閘板、篩 子、粉碎室、機(jī)架等。整個(gè)機(jī)體左右對(duì)稱，轉(zhuǎn)子可以正反轉(zhuǎn)工作。當(dāng)錘片一側(cè)磨損 6 后，可以改變轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向，不需要停車來(lái)挑換錘片。 2.3 工作原理 工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)通過(guò)皮帶傳動(dòng)帶動(dòng)粉碎機(jī)的軸高速回轉(zhuǎn)，物料從喂料口進(jìn)入粉 碎室后，受到高速回轉(zhuǎn)錘片的打擊而破裂，并以較高的速度飛向篩片，與篩片撞擊 和摩擦后進(jìn)一步破碎。利用篩片孔的直徑控制加工產(chǎn)品粒度，粉碎后的顆粒通過(guò)篩 片進(jìn)入出粉管經(jīng)出料口排出。錘片粉碎機(jī)主要由兩個(gè)方面構(gòu)成：一是物料受到錘片 的沖擊作用；二是錘片和物料、篩片和物料相互間的摩擦作用，如圖 1 圖 1 粉碎室及轉(zhuǎn)子的配置 Fig 1 Smashing room and rotors disposition 2.4 粉碎室參數(shù)確定 粉碎機(jī)采用雙圓盤轉(zhuǎn)子，中間設(shè)計(jì)架板，既做轉(zhuǎn)子骨架支撐兩片圓盤，又起到 風(fēng)機(jī)葉片作用。轉(zhuǎn)子直徑 D 和粉碎室寬度 B 是粉碎機(jī)的主要參數(shù)之一 。兩者之積6 可以用如下公式： VNKDB/0 （2） 式中 吹偏末端線速度； 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般取 0.55-0.75；0 配套動(dòng)力。N 同時(shí)兩者應(yīng)有一定的比例關(guān)系，通常 D/B=1.1-3.5.D 和 B 確定之后。為了降低 噪音，一般采用大轉(zhuǎn)子低轉(zhuǎn)速，根據(jù)粉碎物料的品種具體分析。如果以粉碎玉米顆 粒為主，要采用較小的 B 和較大的 D；如果以粉碎牧草為主，要采用較大的 B 和 較小的 D。為了增大飼料喂入口的尺寸必須增加粉碎室的寬度。若過(guò)寬則導(dǎo)致轉(zhuǎn)子 懸臂過(guò)長(zhǎng)受力不良。因此，本機(jī)轉(zhuǎn)子直徑依據(jù)我國(guó)機(jī)類型譜設(shè)計(jì)要求 7 和以往經(jīng)驗(yàn)取 D=250mm，粉碎室寬度 B=120mm，其比值為 D/B=2.08，符合設(shè)計(jì) 要求。轉(zhuǎn)子在粉碎室內(nèi)為偏心配置，偏心距為 C=5mm。取篩片有效包角為 。03 錘篩間隙 是影響粉碎機(jī)重要性能參數(shù)之一。粉碎機(jī)在工作時(shí)，粉碎室內(nèi)錘R 片末端和篩片之間有一層隨錘片旋轉(zhuǎn)環(huán)流的氣流層，其平均速度是錘片旋轉(zhuǎn)速度的 一半，這將降低錘片打擊作用，增加摩擦耗能。由于離心力的作用，粗顆粒處在環(huán) 流層外層，得不到很好的粉碎，而細(xì)顆粒處在環(huán)流曾內(nèi)層，難以從篩孔排出，這就 不能保證粗粒的有效粉碎，和細(xì)粒的有效排出。在齒板區(qū)，由于細(xì)粒不能及時(shí)排出， 被錘片反彈出的細(xì)粒到不了齒板的作用面沉入被粉碎的物料中，要粉碎物料層中的 粗粒就需要更多的能力，環(huán)流層中的物料隨入料的增加而增加，結(jié)果惡化了物料加 工量，降低了生產(chǎn)效率。R 過(guò)大時(shí)，這種情況更加嚴(yán)重。相反，如果R 過(guò)小， 環(huán)流層物料的速度就增大，致使粉碎后的物料不能及時(shí)從篩孔排出，使產(chǎn)品粒度偏 細(xì)，從而增加能量消耗。一般取R=12mm ；粉碎谷物時(shí) R=8mm；粉碎莖蔓類時(shí) 取R=14mm。 為使本機(jī)能過(guò)粉碎精粗飼料，喂料口設(shè)計(jì)為切向式配置，物料喂入方向與錘片 圓周軌跡相交，相交值 S=30mm 左右，喂入口下邊緣和轉(zhuǎn)子中心線與轉(zhuǎn)子水平線 夾角 左右，可保證喂料口不架空，不反料，并能增加錘片打擊性能。067 2.5 主要性能指標(biāo)計(jì)算 2.5.1 錘片速度以及轉(zhuǎn)子速度 錘片末端線速度對(duì)粉碎機(jī)的耗能和生存率有很大的影響。錘片末端線速度 V 增 大時(shí)，錘片對(duì)物料的打擊，搓擦，磨碎作用增強(qiáng)，能增強(qiáng)粉碎能力和產(chǎn)品細(xì)度，但 V 過(guò)大則機(jī)器的空載功率增大，同時(shí)因轉(zhuǎn)子不平衡造成的噪音和振動(dòng)隨之增大，粉 碎能力反而下降。因此合適的線速度 V 對(duì)提高粉碎機(jī)性能至關(guān)重要。根據(jù)有關(guān)資料， 不同的物料有不同的 V 值，如下表 1 表 1 不同物料所需錘片線速度 Table1 Different materials needed to hammer of linear velocity 物料 高粱 玉米 小麥 黑麥 大麥 燕麥 米糠 燕麥殼 線速度 48 52 65 75 88 105 110 115 錘片撞擊力的強(qiáng)弱與其工作速度大小有關(guān)，但考慮到粉碎時(shí)可能是混合物，同 時(shí)本機(jī)是小型粉碎機(jī)，以粉碎精飼料為主，取錘片線速度為 60m/s。 由此，轉(zhuǎn)子的速度為： min/45862.06rDvn （3） 8 取 n=5000 min/r 式中：D 轉(zhuǎn)子直徑，D=250mm 2.5.2 理論生產(chǎn)率 可按下述經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： 60.3 2nBKQ （4） =0.45t/h605012.2.3 式中，D、B 為轉(zhuǎn)子的直接和轉(zhuǎn)子的長(zhǎng)度 m； 物料容量 l； N轉(zhuǎn)子速度 m/h； K粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)系數(shù)（與結(jié)構(gòu)類型篩片結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)）一般取 K=0.16-0.42。 因此本機(jī)生存率按我國(guó)飼料粉碎機(jī)的分等標(biāo)準(zhǔn)，滿足加工時(shí)間和配料要求。 2.6 配套功率和電機(jī)的選擇 2.6.1 配套功率 粉碎機(jī)配套主要取決其生產(chǎn)能力的大小，依照如下公式計(jì)算： N=KQ=0.70.45=3.15kW （5） 式中，Q粉碎機(jī)理論生產(chǎn)率； K動(dòng)力配套系數(shù)，K=0.6-1.0 ，一般粗粉碎機(jī)去小，細(xì)粉碎機(jī)取大。 2.6.2 選擇電動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī)選擇包括選擇類型 結(jié)構(gòu)類型，功率和轉(zhuǎn)速，并確定型號(hào)。工業(yè)上一般用三相交流電源，無(wú)特殊要 求一般選用三相交流異步電動(dòng)機(jī)。最常用的一般是 Y 系類籠型三相交流異步電動(dòng)機(jī)。 其效率高，工作穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，價(jià)格低，適用于不易燃，不易爆，無(wú) 腐蝕性氣體和無(wú)特殊要求場(chǎng)合。因此按工作要求和工作條件，選用一般用途的 Y 系 列三相異步電動(dòng)機(jī)。它為臥式封閉結(jié)構(gòu)。 卷軸筒的輸出功率 =3.15kw，因此電動(dòng)機(jī)的輸出功率 為：WPdP WdP （6） 9 式中，傳動(dòng)裝置的總效率，其中 ，分別為帶傳動(dòng)效率，滾動(dòng)軸承效321 率圓柱齒輪傳動(dòng)效率，通過(guò)查機(jī)械手冊(cè)，取 =0.96 ， =0.93 ， =0.9723 則 =0.960.930.97=0.86 故 = =3.66kW/WdP86.0/5 因此取電動(dòng)機(jī)的額定功率為 4kW 選擇電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，可推算出電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的范圍。由相關(guān)資料 查得 V 帶傳動(dòng)常用7 的范圍比 =2-4，則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可選范圍為 =528-2112r/min1i 21inwd 同步轉(zhuǎn)速為 750r/min，1000r/min，1500r/min 的電動(dòng)機(jī)均符合要求，初選同步 轉(zhuǎn)速為 1000r/min，1500r/min 的兩種電動(dòng)機(jī)。 進(jìn)行比較兩種方案的電動(dòng)機(jī)，如下表 2 所示： 表 2 電動(dòng)機(jī)參數(shù) Table 2 The motor parameters 方 案 電動(dòng)機(jī) 型 號(hào) 額定功 率 KW 同步轉(zhuǎn) 速 滿載轉(zhuǎn) 速 電動(dòng)機(jī)質(zhì) 量 總傳動(dòng)比 V 帶傳 動(dòng)比 1 Y112M-6 4 1500 1440 43 16.14 3 2 Y132M1-6 4 1000 960 73 10.91 2.7 由表中數(shù)據(jù)可知兩者方案均可行，但方案 2 的傳動(dòng)比小，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)尺寸較小。 因此，可采用方案 2，選用 Y132M1-6 型異步電動(dòng)機(jī)。 3 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 3.1 V 帶傳動(dòng)的特點(diǎn) 帶傳動(dòng)是一種繞行傳動(dòng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)平穩(wěn)、價(jià)格低廉和緩沖吸振的作 用，廣泛應(yīng)用與機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。帶傳動(dòng)的類型包括平帶傳動(dòng)、圓帶傳動(dòng)、V 帶傳動(dòng) 和多楔帶傳動(dòng)。其中平帶傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)效率高，帶輪制造簡(jiǎn)便，多應(yīng)用于 中心距較大的帶傳動(dòng)中；圓帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，多用于小功率傳動(dòng)；V 帶傳動(dòng)傳遞動(dòng) 力大，結(jié)構(gòu)緊湊，應(yīng)用普遍；多楔帶傳動(dòng)柔性好且能傳動(dòng)較大動(dòng)力，傳動(dòng)平穩(wěn)，多 用于傳動(dòng)功率較大且要求結(jié)構(gòu)緊湊的場(chǎng)合。綜合考慮各種帶傳動(dòng)的特點(diǎn)，選用 V 帶 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)作為本設(shè)計(jì)的傳動(dòng)。 3.2 V 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 3.2.1 設(shè)計(jì) V 帶傳動(dòng)時(shí)一般已知的條件 傳動(dòng)的功率 P，以計(jì)算得 P=4kW； 大，小帶傳動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速 ；已計(jì)算得 r/min =5000r/min；12,n602n1n 10 傳動(dòng)的用途，工作情況和原動(dòng)機(jī)類型以及工作制度； 對(duì)傳動(dòng)的尺寸要求等。 3.2.2 設(shè)計(jì)計(jì)算的主要內(nèi)容和確定 V 帶的型號(hào)、長(zhǎng)度、根數(shù)； 中心距； 帶輪基準(zhǔn)直徑和結(jié)構(gòu)尺寸； 作用在軸上的壓力等。 3.2.3 設(shè)計(jì)計(jì)算 （1）確定計(jì)算功率 ：帶在工作時(shí)，欲傳遞的額定功率 P 一定時(shí)，由于傳動(dòng)cap 的用途，工作情況和原動(dòng)機(jī)型號(hào)以及工作制度等工況不同，帶傳動(dòng)傳遞的功率會(huì)有 變化，因此為設(shè)計(jì)安全可靠，按計(jì)算功率 設(shè)計(jì)：cap =1.34kw=5.2kW PKpAca （7） 式中，P 是傳遞的額定功率， 是工況系數(shù) （2）選擇 V 帶型號(hào)：根據(jù)計(jì)算功率 pca 和主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速 n1 有機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選擇 普通 V 帶型號(hào) B 型，當(dāng)在兩種型號(hào)交線附近時(shí)，若取截面尺寸小的型號(hào)，帶的彎曲 應(yīng)力較小，但帶的根數(shù)多，當(dāng)帶的根數(shù)較多，則可取大一型號(hào)的帶；截面尺寸大的 型號(hào)，傳動(dòng)的中心距、帶輪直徑大，但帶的根數(shù)少?？梢詫?duì)兩種型號(hào)同時(shí)計(jì)算，選 擇較好的一種。 （3）確定帶輪基準(zhǔn)直徑 和 ：為提高帶的壽命，應(yīng)減小帶的彎曲應(yīng)力。1d2 條件允許時(shí)應(yīng)采用較大的帶輪直徑，但這是傳動(dòng)的輪廓尺寸增大。一般根據(jù) V 帶的 型號(hào)，選取 ，比規(guī)定的最小基準(zhǔn)直接略大一點(diǎn)。min1d （4）初選小動(dòng)帶輪基準(zhǔn)尺寸 ：由相關(guān)資料 取小帶輪的基準(zhǔn)尺寸為1d8 =90mm。1d （5）驗(yàn)算帶速 V： 23.55m/s 10659106ndv （8） 帶速在 5m/s-30m/s 之間，故帶速合適。 （6）計(jì)算達(dá)帶來(lái)的基準(zhǔn)尺寸：由公式 ，式中的 i 是傳動(dòng)比，i=5.2112di 計(jì)算出大帶輪的基準(zhǔn)直接為 =468.9mm。2d 11 根據(jù)帶輪的標(biāo)準(zhǔn)系列圓： =500mm。2d （7）確定 V 帶的中心距 a 和基準(zhǔn)長(zhǎng)度 ：dL 根據(jù)式 )()(7.021021dd （9） 初選中心距 =800mm。0a 由公式 20 121084)95()9(82addaLd （10） 2579mm 由帶長(zhǎng)的基準(zhǔn)長(zhǎng)度系列選取帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 =2500mm。dL 計(jì)算實(shí)際中心距 a 760mm mLd257908200 （11） 中心距的變化范圍在 476558 mm5.7201.mindLa mm83x (8）驗(yàn)算小帶輪上的包角： 0 001201914763.5)(8.ada （12） （9）計(jì)算帶的根數(shù) z：計(jì)算單根 V 帶的額定功率 。由 90mm 和rp1d =5000r/min，根據(jù)相關(guān)資料 查得單根普通 V 帶的基本額定功率 =1.82kW。1n9 o 根據(jù) =5000r/min，i=2.37 和 Z 型帶，查得單根普通 V 帶額定功率的增量1 12 =0.6kW。0p 查得 V 帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度系列以及長(zhǎng)度系數(shù) ，包角修正系數(shù) ，03.1LK92.0K 于是 LarKp)(0 （13） =（5.1+0.04 ）0.951.16kw =2.3kW 計(jì)算 V 帶的根數(shù)： / =5.2/2.3=2.26，取 3 根capzr （10）計(jì)算單根 V 帶的初拉力的最小值 ：由帶系列參數(shù)知 B 型帶的單位min0)(F 長(zhǎng)度質(zhì)量為 q=0.18kg/m,所以 2min0)5.2()( qvzKpFac （14） N25.18.05.239.0)(5 =174.2N 因使帶的實(shí)際初拉力 0Fmin)( （11）計(jì)算壓軸力 ： 壓軸力的最小值為p 2si)(2)(1n0minzp （15） = N 3.3 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 帶輪的結(jié)構(gòu)形式有實(shí)心式、腹板式、孔板式和輪輻式，考慮到大小帶輪的基準(zhǔn) 尺寸大小，大帶輪采用輪輻式，小帶輪采用實(shí)心式結(jié)構(gòu)。 4 軸和軸承的相關(guān)計(jì)算 4.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需定出軸的合理外形和全部尺寸。主要考慮以下因素：軸在機(jī)械 中的安裝位置和形式；軸上安裝的零件的類型、尺寸、數(shù)量和軸連接的方法；載荷 的性質(zhì)、大小、方向及分布情況；軸的加工等。設(shè)計(jì)時(shí)，必須針對(duì)不同的情況進(jìn)行 具體分析。但必須滿足：軸和裝在軸上的零件必須有準(zhǔn)確的工作位置；軸上的零件 2.72149sin.7320N 13 應(yīng)便于裝拆和調(diào)整；軸應(yīng)具有良好的制造工藝性等?？紤]到以上因素，設(shè)計(jì)主動(dòng)輪 軸結(jié)構(gòu)圖如圖 2 所示。 圖 2 主軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 Fig 2 Main axle diagram of mechanism 軸的校核計(jì)算應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況，采用相應(yīng)的計(jì)算方法，并恰當(dāng) 的選取許用應(yīng)力。 主軸上安裝有轉(zhuǎn)子和小帶輪，通過(guò)滾動(dòng)軸承和支座連接在一起。軸與轉(zhuǎn)子以及 小帶輪的連接為鍵連接，與支座的連接為軸承連接，且小帶輪和軸承都需要在軸向 設(shè)置定位軸肩。轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度為 87mm，粉碎機(jī)有效寬度為 120mm，小帶輪與軸配合出的 輪轂寬度為 53mm。 主動(dòng)輪軸上 a b 段安裝小帶輪，由于小帶輪孔徑為 26mm，故此段軸經(jīng)為 26mm，長(zhǎng)度為 60mm；b c 段安裝軸承座直徑為 40mm，長(zhǎng)度為 42mm；cd 安裝型 號(hào)為 6208 的深溝球軸承，因軸承寬度為 18mm，內(nèi)徑為 40mm，設(shè)計(jì)直徑為 40mm，長(zhǎng)度為 18mm；de 段安裝軸承座、密封圈、密封蓋設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)直徑為 45mm，長(zhǎng)度為 45mm，軸與滾動(dòng)軸承配合為過(guò)渡配合，此外選軸的直徑公差為 m6；ef 為固定轉(zhuǎn)子軸向移動(dòng)直徑為 50mm，長(zhǎng)度為 4mm；f g 段安裝轉(zhuǎn)子，由轉(zhuǎn)子 結(jié)構(gòu),又考慮到轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和粉碎室的整體尺寸，設(shè)計(jì)這段直徑為 48mm，長(zhǎng)度為 174mm，g h 段用于轉(zhuǎn)盤的軸向固定，在此處設(shè)計(jì)止退墊片，直徑為 40mm，長(zhǎng)度 為 4mm；h i 段安裝軸承座、密封圈、密封蓋設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)直徑為 45mm，長(zhǎng)度為 45mm；i j 段同樣安裝與 cd 段相同的滾動(dòng)軸承，故此段直徑為 40mm，長(zhǎng)度為 23mm，軸與滾動(dòng)軸承的配合為過(guò)渡配合，配合公差為 m6。 軸上零件的軸向定位，采用鍵連接，實(shí)現(xiàn)軸上零件的周向定位和運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力的 傳遞。ab 段小帶輪和主軸通過(guò)圓頭平鍵連接傳遞動(dòng)力和轉(zhuǎn)矩，根據(jù)該段直徑值參 考設(shè)計(jì)手冊(cè)。得出該段平鍵公稱尺寸為 bh=8mm7mm，鍵槽用銑刀加工，長(zhǎng)度為 40mm，由于小帶輪和軸的配合為間隙配合，配合公差 H7/k6。轉(zhuǎn)子的周向定位和 動(dòng)力傳遞也是通過(guò)平鍵實(shí)現(xiàn)的，此處采用平頭鍵連接，同樣通過(guò)此段軸徑由設(shè)計(jì)手 冊(cè)查得平鍵公稱尺寸 bh=14mm9mm 轉(zhuǎn)盤和軸的配合為間隙配合采用 H7/k6。軸 14 上的倒角均為 ，以便安裝軸上零件。045 4.2 主軸的校核 確定主軸最小直徑：取 V 帶傳動(dòng)的效率為 0.97，滾動(dòng)軸承的傳動(dòng)效率為 0.98 =40.970.98=3.8kw總p1 r/min50n =9550 =7258N.mm1T1/ 初步確定軸的最小直徑，由公式 30npAd （16） 式中：p 為軸所傳遞的功率,kW； n 軸的轉(zhuǎn)速.r/min； 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 ；TMPa 由材料許用應(yīng)力所確定的系數(shù)。0A 選取軸的材料為 45鋼，經(jīng)調(diào)制處理,根據(jù)相關(guān)資料 ，取 =120 代入數(shù)據(jù)100A 得 由設(shè)計(jì)的軸的結(jié)構(gòu)可知軸的最小直徑滿足要求，現(xiàn)在對(duì)軸進(jìn)行精確校核。軸的 計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖 3 所示。 T F N N T F1 NH1 NH2 圖 3 軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖 Fig 3 Axis calculation diagram 計(jì)算圖中各力 F帶輪的壓力軸，由之前帶傳動(dòng)計(jì)算中得 F=1007.2N； T傳遞的扭矩，由上計(jì)算得 T=7258Nmm； 轉(zhuǎn)子對(duì)軸的壓力，估計(jì)轉(zhuǎn)子質(zhì)量為 30Kg，則1F mnpAd95.100min 15 =4010=300N1F N軸承對(duì)軸的支撐力為 的一半，即 N=150N。1 =1007.223/161=144N , =1007.2-144=863.3N1HN2HN 做出水平面受力分析圖 4，水平面彎矩圖 5，垂直面受力分析圖 6，垂直面彎矩圖 7，和扭矩圖 8 如圖 所示：1 圖 4 水平面受力分析 Fig 4 Horizontal plane stress analysis 圖 5 水平面彎矩圖 Fig 5 A horizontal plane bending moment diagram 圖 6 垂直面受力分析圖 Fig 6 Vertical plane stress analysis diagram 圖 7 垂直面彎矩圖 Fig 7 Vertical bending moment diagram 16 圖 8 扭矩圖 Fig 8 Torque figure （2)按彎矩組合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度：進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大 彎矩和扭矩的截面的強(qiáng)度。根據(jù)計(jì)算公式及上面所得滾動(dòng)軸承右端面截面彎矩和扭 矩，以及軸運(yùn)動(dòng)時(shí)需正反轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力，取 =1 軸的應(yīng)力計(jì)算： MPaW TMca 32222 401.)86(7)( （17） =4.27 P 選定軸的材料為 45 鋼，調(diào)制處理，由相關(guān)資料 查得 ，12MPa601 ，故安全。1ca （3)精確校核軸的疲勞強(qiáng)度： 判斷危險(xiǎn)截面，根據(jù)前面的分析計(jì)算，其他截面雖然直徑較小，且開有鍵槽、 軸肩及過(guò)渡配合所引起的應(yīng)力集中，均消耗軸的疲勞度，但由于只受到扭矩和較小 的彎矩作用，所以這些截面均安全。 從應(yīng)力集中和受載的情況看，截面 c，d 上的應(yīng)力分布最大，由于截面 c 右側(cè) 和截面 d 左側(cè)直徑相等，截面 c 左側(cè)和截面 d 右側(cè)小，而載荷 d 截面大一點(diǎn)，故只 需校核 c 左側(cè)和 d 左側(cè)。 截面 b 左側(cè): 抗彎截面系數(shù): 333 6.175261.0. mdW 抗扭截面系數(shù): 333 2.T 截面左側(cè)的彎矩 M 為： mN1845 17 截面 c 上的扭矩 T 為： T=7258 mN 截面上的彎曲應(yīng)力為： =5.16MPaMPaWb2.35184 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力： T06.7 軸的材料為 45 鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。查相關(guān)資料 得： 13 MPaaMPab 5,27,6401 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù) 和 在設(shè)計(jì)手冊(cè) 中查取。因 14 ，5.1263,08.261dDdr 經(jīng)插值后查得 =2.25 =1.82 查的材料的敏性系數(shù)為： =0.82 q85.0q 故有效應(yīng)力集中系數(shù)為： 205.)1.(2.1)(1k 697850q 查得尺寸系數(shù) =0.58；扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù) =0.76。 軸按磨削加工，查得表面質(zhì)量系數(shù)為 =0.92r 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即 =1，得綜合系數(shù)為：q 578.3192.058.1kK .76.r 由設(shè)計(jì)手冊(cè)得碳鋼的特殊性系數(shù)： =0.1-0.2 ，取 =0.1 =0.05-0.1，取 =0.05 于是，計(jì)算安全系數(shù) 值，按設(shè)計(jì)公式得caS 18 1725.0275.0311 mKS （18） （19） （20） s =2，故安全。caS 截面 d 側(cè)面 抗彎截面系數(shù): 3336401.0. mdW 抗扭截面系數(shù) : 333 1282.T 彎矩 M: NM766/)71(284 彎曲應(yīng)力: =3.465MPaWb0/ 扭矩 T: T=7258Nm 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力: 過(guò)盈配合處的 ，查機(jī)械手冊(cè)，用插值法求出，并取 =0.8 ，/k /k/z 于是得： =3.16 / =0.83.16=2.53zk 軸按磨削加工，差得表面系數(shù)為 =0.92，故得截面綜合系數(shù)：r 25.319.06.31K MPaWT728/75/ 9.495781mbK5.22SSrca 19 62.19.053.21rkK 所以軸在截面 d 左側(cè)的安全系數(shù)為： s =2，故安全。主軸無(wú)大的瞬時(shí)過(guò)載及嚴(yán)重的應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱性，故可略caS 去靜強(qiáng)度校核。 4.3 滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算 查相關(guān)資料 得 6208 深溝球軸承的基本額定動(dòng)載荷為 =29500N，基本額15 ORC 定靜載荷為 =18000N。求兩軸承受到的徑向載荷 和OC1rF2 將軸系部件受到的空間力系分解為水平面和鉛垂面兩個(gè)平面力系，分別如下圖 9 和 10。 F=1007.2 N NH1=144N NH2=863.2 N 圖 9 水平面受力分析圖 Fig 9 Level stress analysis diagram F1=300N NV1=1500N NV2=150N 4.186.0564.0211 mKS .7.9.371b2.7.8.7222Srca 20 圖 10 垂直面受力分析圖 Fig 10 Vertical plane stress analysis diagram 由上述受力分析可知： =144N1HN =863.2N2 V501 NNFHr 208154221 Vr 76.86322 求軸承當(dāng)量動(dòng)載荷 和1P2 FPr01 N8762 計(jì)算軸承壽命 因?yàn)?，所以按左邊軸承的受力大小計(jì)算21 17 （21）hPCnLorh 2.3962081560601 4.4 滾動(dòng)軸承潤(rùn)滑方式的選擇 由于主軸上滾動(dòng)軸承安裝在軸支座中，考慮到脂潤(rùn)滑形成的潤(rùn)滑膜強(qiáng)度高，能承 受較大載荷，不易流失，容易密封，一次加脂可以潤(rùn)滑很長(zhǎng)時(shí)間，所以選用脂潤(rùn)滑 。18 4.5 連接鍵的選擇和計(jì)算 鍵的選擇包括類型和尺寸選擇兩個(gè)方面。鍵的類型應(yīng)根據(jù)鍵連接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、使 用要求和工作條件來(lái)選擇；鍵的尺寸應(yīng)按符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格和強(qiáng)度要求來(lái)確定。 4.5.1 小帶輪與主軸的鍵連接 小帶輪與主軸之間的鍵連接，主要的傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩，故采用圓頭平鍵連接， 由小帶輪孔徑為 26mm，查相關(guān)資料 鍵的截面尺寸鍵寬 b鍵高 h=8mm7mm，15 選用鍵長(zhǎng) L=40mm。對(duì)鍵進(jìn)行校核：假定載荷在鍵上工作面上均勻分布，普通平鍵 的條件為 （21）ppkldT 3102 21 式中：T傳遞的轉(zhuǎn)矩，由前面計(jì)算得 T=7.258Nm； k鍵與輪轂鍵槽的接觸高度， k=0.5h=0.57mm=3.5mm； l鍵的工作長(zhǎng)度，圓頭平鍵 l=L-b=40-8=32mm； d軸的直徑，d=26mm； 鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力，查得 =110MPa。p p 計(jì)算 MPaPakldTpp 109.42635.1087102 3 故鍵的強(qiáng)度滿足要求。 4.5.2 轉(zhuǎn)子與主軸的鍵連接 轉(zhuǎn)子與主軸的連接由于結(jié)構(gòu)和載荷要求，采用平鍵連接，根據(jù)連接處軸徑的大 小參照軸的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，選用截面的平鍵尺寸為鍵寬 b鍵高 h=14mm9mm，故選用 鍵長(zhǎng) L=80mm，對(duì)鍵進(jìn)行校核。 假定載荷在鍵的工作面上均勻分布，普通平鍵的強(qiáng)度條件為 ppkldT 3102 式中：T傳遞的轉(zhuǎn)矩，由前面計(jì)算得 T=7.258Nm；每個(gè)鍵承擔(dān)一般計(jì)算時(shí) T=3.629Nm k鍵與輪轂鍵槽的接觸高度， k=0.5h=0.58mm=4mm； l鍵的工作長(zhǎng)度，平頭鍵 l=174-14=160mm； d軸的直徑，d=48mm 鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力，查得 = 。p pMPa10 PaMPaklTp105.048162.702 33 故鍵的強(qiáng)度滿足要求。 5 錘片式粉碎機(jī)的零件設(shè)計(jì) 5.1 錘片的設(shè)計(jì) 根據(jù) JB/T9822.2-2008 ,本錘片選擇 65Mn 鋼作為金屬制造材料，要求熱處理，保19 證淬火區(qū)硬度為 50HRC-57HRC，滲碳區(qū)硬度不超過(guò) 28HRC 關(guān)數(shù)據(jù)如下圖 11。 22 圖 11 錘片技術(shù)設(shè)計(jì)要求 Fig 11 Hammer piece technical design request 5.1.1 錘片尺寸 因選用矩形錘片，其結(jié)構(gòu)及相關(guān)尺寸設(shè)計(jì)如下圖 12，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式確定各具 體參數(shù)，分別如下： a = D=0.28250=70mm， （22） 式中：錘片長(zhǎng)度系數(shù)， 0.230.36 ，本設(shè)計(jì)取 =0.28； D轉(zhuǎn)子直徑，D=250mm； b=0.1D=25mm；c=50mm。 圖 12 錘片外形尺寸 Fig 12 Hammer piece external dimensions c 為錘片銷孔到頂端距離，為了避免工作的沖擊力引起機(jī)器強(qiáng)烈振動(dòng)，其值應(yīng) 根據(jù)打擊中心理論進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，再考慮轉(zhuǎn)子直徑的大小，為了不導(dǎo)致轉(zhuǎn)子內(nèi)錘片 不引起干涉，經(jīng)過(guò)綜合計(jì)算考慮取值為 c=50mm，d=10mm，e=3mm。 23 d 為銷孔直徑，e 為錘片厚度 ， 的取值范圍為 210mm，在保證使用壽命 情況下，薄錘片有利于提高粉碎機(jī)的度電產(chǎn)量，故取 =3mm，銷孔選擇系列設(shè)計(jì) 值，取 d=10mm。 5.1.2 錘片數(shù)量 錘片的數(shù)量主要依據(jù)錘片工作密度，粉碎室有效寬度以及錘片厚度來(lái)確定，其 計(jì)算如下: , 取 z=16，1.65230.1BKz 式中： 錘片工作密度系數(shù)， =0.270.47，取 =0.35；1 1K1K 粉碎室有效寬度，因 =250mm，取 =230mm。1B1B 錘片排列方式有四種： 螺旋排列。分為單，雙螺旋線兩種，排列方式最簡(jiǎn)單，軌跡均勻不重復(fù)，但 工作是物料將螺旋線向一側(cè)推移，使此側(cè)錘片磨損加劇。此外，當(dāng)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí) 錘片出現(xiàn)不平衡力矩，使機(jī)器產(chǎn)生振動(dòng)。 對(duì)稱排列。在同樣軌跡密度下，需增加錘片數(shù)量，耗用鋼材多，但轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn) 平穩(wěn)，物料無(wú)側(cè)移現(xiàn)象，錘片磨損較均勻。 交錯(cuò)排列。分單片和雙片兩種，錘片軌跡均勻不重復(fù)，轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，但工 作時(shí)物料略有推移，銷軸間隔套品種類多。 混合排列。軌跡均勻不重復(fù)，且垂直排列左右對(duì)稱，對(duì)稱軸相互平衡，因此 在這種排列應(yīng)用廣泛，混合式排列可使錘片軌跡不重復(fù)，打擊面廣，物料在粉碎室 內(nèi)分部均勻等特點(diǎn)，比起均布式的平衡性好，混合法更符合設(shè)計(jì)要求，效率更好。 5.1.3 轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)子作為整個(gè)設(shè)計(jì)的核心，主要包括錘片、錘片架及轉(zhuǎn)軸三大部分。三大部分 結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，只要依據(jù)因素有轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子的直徑、電機(jī)功率、傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。在 本設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì)方案中，經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算，已得知轉(zhuǎn)子速度為 5000r/min，轉(zhuǎn)子直 徑 D=250mm，電動(dòng)機(jī)功率為 4kW，又考慮到軸的設(shè)計(jì)需要根據(jù)帶傳動(dòng)，軸承和箱 體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算，并需要強(qiáng)度校核，故本節(jié)主要設(shè)計(jì)內(nèi)容為錘片和錘片架的設(shè)計(jì)計(jì) 算。其結(jié)構(gòu)及相關(guān)尺寸設(shè)計(jì)如下圖 13。 24 圖 13 錘片和錘片架的尺寸示意圖 Fig 13 Hammer and hammer frame the size of the diagram 5.2 錘片架的設(shè)計(jì) 錘片架即為安裝錘片并與轉(zhuǎn)軸固定的機(jī)構(gòu)，錘片架的設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)如下功能 ：20 錘片安裝不能固定能 360 度旋轉(zhuǎn)并不能與內(nèi)部結(jié)構(gòu)相互干涉； 與轉(zhuǎn)軸一起高速?gòu)较蜻\(yùn)動(dòng)，不能軸向移動(dòng)； 使錘片的有效打擊范圍達(dá)到粉碎機(jī)內(nèi)最大。 另外，在錘片架設(shè)計(jì)中，需參考以下數(shù)據(jù)：轉(zhuǎn)子直徑 D、錘片尺寸規(guī)格、粉碎 室有效寬度 、轉(zhuǎn)軸直徑 d、錘片數(shù)目以及排列方式。綜上考慮，錘片架設(shè)計(jì)包括1B 以下幾個(gè)零件：轉(zhuǎn)子、4 套長(zhǎng)銷軸，20 個(gè)不同規(guī)格的套筒。 錘片架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理是：16 個(gè)錘片分布在 4 個(gè)長(zhǎng)銷軸上，每個(gè)錘片之間通 過(guò)不同套筒進(jìn)行軸向定位，徑向無(wú)需定位，然后 4 個(gè)銷軸連接轉(zhuǎn)子上，這就構(gòu)成了 整個(gè)錘片架，其錘片架通過(guò)鍵與轉(zhuǎn)軸連接一起轉(zhuǎn)動(dòng)。 結(jié)構(gòu)圖如圖 14 圖 14 錘片架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) Fig 14 Hammer piece frame structural design 5.2.1 套筒設(shè)計(jì) 錘片架的套筒作用就是用來(lái)給錘片定位，又因?yàn)殄N片的排列方式為混合法排列， 25 故存在 16 個(gè)不同長(zhǎng)度的套筒，經(jīng)過(guò)計(jì)算套筒的長(zhǎng)度有四種， 20mm、13mm、4mm、15mm。20mm 套筒為錘片之間的套筒，共 8 個(gè)，其他各為 4 個(gè)。套筒主要固定在銷軸上，故其內(nèi)徑 =11mm，外徑 =15mm，設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)1d4d 如圖 15 所示。 圖 15 套筒尺寸圖 Fig 15 Sleeve dimensional drawing 6 篩片的設(shè)計(jì) 篩片作為控制粉碎粒度的重要工作部件，其面積、篩孔形狀、孔徑、開孔率對(duì) 粉碎機(jī)度電產(chǎn)量都有重要的影響。目前粉碎機(jī)的篩片有一定的開孔率和一定開孔形 狀的薄鋼板，一般是圓形沖孔篩，并有一套不同孔徑的篩片用以調(diào)節(jié)粉碎機(jī)粒度的 大小，滿足不同的要求，其布置形式是成一定形狀的包裹轉(zhuǎn)子。 6.1 粉碎機(jī)工作狀態(tài)分析 在目前普遍使用的粉碎機(jī)里，使用效率不是很高，其具體工作狀態(tài)如下：物料 經(jīng)錘片打擊破碎后加速作圓周運(yùn)動(dòng)，離心力的作用使物料脫離錘片的打擊，并很快 在篩片側(cè)形成物流環(huán)。粗細(xì)物料物料的質(zhì)量不同造成物流環(huán)的分層。粗料顆粒位于 環(huán)流層外側(cè)；細(xì)料顆粒位于環(huán)流層內(nèi)側(cè)。相對(duì)運(yùn)動(dòng)的關(guān)系使粗飼料與篩片、粗飼料 與細(xì)飼料、顆粒與顆粒之間存在摩擦。根據(jù)這么無(wú)聊環(huán)和存在的摩擦做如下分析： 物料環(huán)中粗顆粒層在外側(cè)，細(xì)顆粒層在內(nèi)側(cè)，這種分布阻礙合格粒料通過(guò)篩片，存 在這的摩擦有一定的破壞作用，但由于粗、細(xì)顆粒的運(yùn)動(dòng)的相同的，相對(duì)速度小， 因而破碎量小，粗顆粒與篩片的摩擦?xí)暮艽蟮膭?dòng)能產(chǎn)生大量的熱量，使篩片溫 度升高，對(duì)篩片有一點(diǎn)的破壞?，F(xiàn)在的處理是通過(guò)減小錘篩間隙來(lái)破環(huán)環(huán)流物料層， 同時(shí)篩片又給物料一定的動(dòng)能，加大了摩擦，從而使破碎量增大，但熱量由增大了， 因此對(duì)篩片的摩擦破壞又增加；反之增大錘篩間隙，物料層破壞不了，使物料處于 死循環(huán)狀態(tài)，無(wú)法有效粉碎。所以這些問(wèn)題在目前的篩片配置情況下是無(wú)法解決的， 無(wú)法減小能料比。如使篩片振動(dòng)情況有所改變，則會(huì)由于振幅和振動(dòng)方向以及離心 26 力的作用，物料環(huán)批壞不徹底，使粗、細(xì)物料混合在一起，物料無(wú)序運(yùn)動(dòng)和篩孔的 移動(dòng)對(duì)細(xì)顆粒通過(guò)篩片有一定的反作用。 6.2 組合篩的原理和分析 6.2.1 組合篩的結(jié)構(gòu) 針對(duì)之前所分析的情況，本次設(shè)計(jì)將從分析篩片的功能為主，采用組合篩片的 方式來(lái)提高物料的粉碎效率。其結(jié)構(gòu)由齒條板、篩片、湍流板等組合而成。 6.2.2 組合篩工作原理 物料在粉碎室內(nèi)不同位置所處的狀態(tài)是不同的，物料處于粉碎機(jī)上部時(shí)，只受 錘片的擊打，幾乎沒(méi)有過(guò)濾狀態(tài)；物料處于轉(zhuǎn)子下半圓時(shí)才有很大的過(guò)濾機(jī)會(huì)。因 此，完全可以針對(duì)物料所處的狀態(tài)將篩片分為幾部分，在篩子上部可采用撞擊板代 替篩片其覆蓋弧度1/4。撞擊板為齒條型。這樣物料在受到錘片打擊后以一定的 動(dòng)能撞擊到撞擊板上進(jìn)行第二次粉碎，然后反彈向錘片進(jìn)行多次粉碎，撞擊板的刃 刀會(huì)對(duì)物料產(chǎn)生強(qiáng)大的破壞力，使物料易于粉碎。物料和錘片同速運(yùn)動(dòng)，對(duì)粉碎不 利，只要加大兩者間的速度差才能提高粉碎效率。 本設(shè)計(jì)將從增加物料和錘片的速度差入手，并引入環(huán)流層換位的概念，以提高 粉碎效率。將 3/4 以下的篩片分為 2 片，中間增加湍流板，數(shù)量為 1，為橢圓形的 面，橢圓面用不銹鋼或者其他耐磨材料制造。湍流板設(shè)置軸向可調(diào)，以適應(yīng)不同材 料及其過(guò)篩要求。湍流板的作用是使物料環(huán)在曬面上高速移動(dòng)時(shí)突遇外力作用而出 現(xiàn)短暫的停頓，這一停頓將減少物料對(duì)篩片的摩擦，同時(shí)慣性的作用使物料直接產(chǎn) 生剪切力，使物料破碎，慣性由增加物料間的碰撞，物料因撞擊而破碎。環(huán)流層繼 續(xù)沿橢圓面向下移動(dòng)，處于內(nèi)側(cè)的細(xì)顆粒層將因?yàn)閼T性先向前移動(dòng)而轉(zhuǎn)至外側(cè)，和 篩片接觸，繞開粗料顆粒的阻礙而通過(guò)篩片。由于在橢圓面頂處與篩片間隙最小， 流速加快，物料重新獲得高能向下移動(dòng)，同時(shí)橢圓面對(duì)物料顆粒的漫反射作用使物 料又進(jìn)入了粉碎區(qū)，錘片獲得捕捉物料的機(jī)會(huì)進(jìn)行擊打粉碎。 設(shè)計(jì)與篩片底部的湍流板除了以上作用外，還可以消除篩片底部的潤(rùn)滑層。截 面變化時(shí)氣流加速，氣流的告訴流動(dòng)會(huì)存在引射作用，這種引射會(huì)使物料進(jìn)入錘片 捕獲區(qū)被再次粉碎。并重新獲得動(dòng)能向前移動(dòng)，既提高篩片的利用率，又提高粉碎 效率。關(guān)于這點(diǎn)即使振動(dòng)篩片也無(wú)法解決，因此此處的振動(dòng)處于水平，物料左右移 動(dòng)也無(wú)法拋開。本設(shè)計(jì)中的湍流板可設(shè)計(jì)成篩片并將其彎成一定弧度的面來(lái)替代， 可用凸起的物塊設(shè)置在篩板上，和湍流板一樣可調(diào)。 6.2.3 組合篩的效果 27 通過(guò)粉碎機(jī)對(duì)物料粉碎過(guò)程和篩片的作用分析，改變現(xiàn)在的篩片結(jié)構(gòu)，提高錘 片對(duì)物料的有效捕捉，突破現(xiàn)有的錘篩間隙理論，從篩體的功能出發(fā)將篩體由篩片、 湍流板組合成多個(gè)弧面，對(duì)物料進(jìn)行減速，加強(qiáng)破壞；對(duì)于高水分、油性、強(qiáng)吸附 力的超細(xì)粉碎，其作用將會(huì)更加明顯。 6.3 篩片的設(shè)計(jì)與選擇 錘片式粉碎機(jī)上多用的篩片為圓孔篩，篩孔大小分為四個(gè)等級(jí)，細(xì)孔直徑 1- 2mm，中孔直徑 3-4mm，粗孔直徑 5-6mm，大孔直徑 8mm 以上。合理選取篩片面 積是提高粉碎機(jī)度電產(chǎn)量的又一重大措施。一般來(lái)說(shuō)，S 較大粉碎后的物料能盡快 排出篩片，而使度點(diǎn)產(chǎn)量較高。篩片的通過(guò)性能受到有效篩理面積的百分比 K 的影 響，K 為篩片上篩孔總面積占整個(gè)篩面面積的百分比，按如下公式計(jì)算： （23） 式中:d 為篩孔直徑； t 為篩孔孔距。 K 值隨篩孔直徑的增大而增大，隨篩孔距離的增大而減小。 另外，如配以適當(dāng)面積和形狀的齒板，雖然 S 減小，但由于齒板的存在改變了 環(huán)流層的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)會(huì)增加粉碎效果，度電產(chǎn)量反而提高。根據(jù)以上設(shè)計(jì)公式，以及 設(shè)計(jì)要求，因?yàn)樾」β史鬯闄C(jī)，設(shè)計(jì)兩種篩片，篩孔分別為 1mm 和 4mm。 根據(jù)表 3 所示，可查到所對(duì)應(yīng)的 t 值為 2mm、5.5mm。分別取厚度為 =1mm、1.5mm ，則其有效百分?jǐn)?shù) K 值為 22.7、35.28. 又根據(jù)總體設(shè)計(jì)，知道粉碎室總體寬度為 120mm，轉(zhuǎn)子直徑 D 為 250mm。 篩片型號(hào)、尺寸和 K 值如表 3 所示。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，篩錘之間的間距可取 6、12、20mm 三個(gè)等級(jí)，經(jīng)驗(yàn)算，本 設(shè)計(jì)取 t 為 12mm，設(shè)計(jì)篩塊 2 塊，每塊篩片的寬度為 250mm，其長(zhǎng)度通過(guò)公式： (24) 53)(1lDL 式中： D 為轉(zhuǎn)子的直徑，D=250mm； 為篩錘間距離，l=12mm；l 為湍流板的長(zhǎng)度，取 =30mm。1 1l 求得 L=154mm；同時(shí)，也可得齒形條的長(zhǎng)度為 154mm。 27.90td 28 表 3 篩片型號(hào)、尺寸和 K 值 Table 3 Screen type, size and K value 篩片型號(hào) 尺寸(mm) 有效篩百分?jǐn)?shù) （%） 直徑 t 孔距 厚度 10 20 30 40 50 60 80 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 8.0 2.0 3.1