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摘要
錘式破碎機通常情況下是運用其堅硬的錘頭來讓破碎物進行擊碎的機器設備，由于破碎機能夠被破碎的粒度非常大，所以在很大范圍的領域內被使用得非常的頻繁，尤其是強度比較硬的物料。本次設計的錘式破碎機是單轉子、不可逆、多排式的。本設計通過對錘式破碎機工作的原理、工作特點以及工作參數(shù)的了解，在已確定的總體的設計方案后對錘式破碎機的主軸、錘頭、轉子等進行參數(shù)計算和主要結構設計。再針對主要零部件如主軸等進行尺寸計算和檢驗校核。最后，通過使用Pro/E三維軟件對1213錘式破碎機進行三維模型的建立，從而可以進一步了解實際裝配過程。確保所設計的錘式破碎機就有一定的經濟性和可靠性。
關鍵詞 錘式破碎機；結構設計；三維模型
Abstract
Hammer crusher is normally use their hard hammer to gouge to smash machinery and equipment, due to the crusher can be broken particle size is very large, so in a wide range of field is used very frequently, especially the intensity of a hard material. The hammer crusher in this design is single rotor, irreversible and multi-row. This design through to the hammer crusher work principle, work characteristics and the understanding of working parameters, after has determined the overall design scheme of spindle of hammer crusher, hammer head, rotor and other parameters are calculated and the main structure design. The dimension calculation and checking of main components, such as spindle, etc. Finally, the 3d model of 1213 hammer crusher is established by using Pro/E 3d software, so that the actual assembly process can be further understood. Ensure that the hammer crusher designed is economical and reliable.
Keywords hammer crusher the structure design 3d model
目 錄
摘要 I
Abstract II
1 緒論 1
1.1概述 1
1.2錘式破碎機的應用 1
1.3錘式破碎機的類型 1
1.4錘式破碎機的優(yōu)缺點 1
1.4.1錘式破碎機的優(yōu)點 1
1.4.2錘式破碎機的缺點 1
1.5三維建模的發(fā)展現(xiàn)狀 2
2 錘式破碎機的工作原理及結構分析 3
2.1錘式破碎機的工作原理 3
2.2錘式破碎機的結構分析 3
3 錘式破碎機的結構設計 7
3.1電動機功率計算及選擇 7
3.2 V帶的計算及選型 8
3.3錘式破碎機關鍵零件結構設計 10
3.3.1飛輪 10
3.3.2主軸 11
3.3.3錘頭 16
3.3.4轉子 20
3.3.5篩板 20
3.3.6圓盤錘架 21
3.3.7滾動軸承 22
3.3.8箱體結構相關設計 24
4 錘式破碎機的三維建模 26
4.1實體建模的基本方式 26
4.2錘式破碎機的實例建模 26
4.2.1主軸 26
4.2.2圓盤錘架 27
4.3錘式破碎機的裝配 28
結論 31
致謝 32
參考文獻 33
45
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1 緒論
1.1概述
隨著中國經濟實力的大力發(fā)展，工程機械行業(yè)技術的穩(wěn)步前行，當今社會對機械的設計、改良和優(yōu)化有著很高的就業(yè)前景。由于機械行業(yè)在不停地發(fā)展，有些機械已經取代人類的勞動力，在生產發(fā)面有了很大的提高，從而給國家的經濟有了卓越的發(fā)展。破碎機就是其中之一，它的出現(xiàn)給生產行業(yè)帶來了福音，從而取代傳統(tǒng)的人工破碎方式。
錘式破碎機早期出現(xiàn)在一百多年前的蒸汽時代，那時的技術手段還遠沒有現(xiàn)在的高超，它只能對物料進行初步的加工，生產效率也很低。在此期間，工程師們不斷地研究和設計，才有了現(xiàn)在我們所熟悉的錘式破碎機。當前錘式破碎機用在很多的地方，例如環(huán)境惡劣的砂石廠、重工業(yè)領域的冶金部門、現(xiàn)代化技術的電力等。
1.2錘式破碎機的應用
錘式破碎機的工作原理是首先通過錘頭的高速度轉動形成的沖擊力進行擊碎物料，將物料中比較容易被擊碎的地方擊碎，經過反復的沖擊過程，能讓物料完全的粉碎，周而復始的完成一批批的物料破碎工作。其關鍵使用在脆性、中等硬度、含水份的百分比低的物料的破碎中。被破碎的物料一般都有關礦石類、塑料類的破碎工作。因為它的錘頭較重，錘頭數(shù)量有限，轉子的轉動速度低，所以它只能用在中、小碎物料的作業(yè)中。
1.3錘式破碎機的類型
按轉子數(shù)量不同：單轉子和雙轉子。
按單轉子的轉動方向不同：不可逆式和可逆式。
按錘頭在轉子上的連接方法不同：固定錘式和活動錘式
按不同使用途徑不同：一般用途和特殊用途。
1.4錘式破碎機的優(yōu)缺點
1.4.1錘式破碎機的優(yōu)點
生產效率高，粉碎比值大，節(jié)能節(jié)耗，物料的出料粒度均勻，過度粉碎現(xiàn)象罕見；
結構簡單、內容緊湊，維修和更換容易損壞零件很方便；
1.4.2錘式破碎機的缺點
由于錘式破碎機里面的幾個重要的零部件工作磨損地非常的快，當物料非常堅硬時，磨損的更快；
當含水量的百分比較高的物料，或者粘有很深的泥土，靠近出料口的篩板容易被堵住將會使生產率下降，而且能量的損耗也非常的大，所以非常容易被磨損的零件磨損也很快。
1.5三維建模的發(fā)展現(xiàn)狀
在機械行業(yè)中現(xiàn)在已經廣泛使用三維建模技術，其可以很快的處理產品材料、外觀和出廠零件如何裝在一起等一些相關問題，從而大范圍的提高產品的生產效率，避免設計時出現(xiàn)的失誤，可以節(jié)約產品制作的成本。
Pro/E軟件已成為三維建模最常用的軟件之一，它具有單獨的數(shù)值確立、設計時的標準性以及對建模目標的單一性的特點。它通過模塊方法，首先對所要畫的圖進行第一步的繪畫、然后對工件確立實體、最后再進行安裝歷程等，從而得到一個物體的新的完整的樣子。
在產品設計過程中，通常會對里面的某個運動機構進行行動的了解，從而保障運動件機構行動時的牢靠性和適用性。假如使用以往的建模方法，會在起初的計算，和后期的繪圖等方面帶來很多的難點，如果采用Pro/E軟件來繪制圖，以上問題則會很容易的被解決。使用Pro/E軟件對機構的各種分析能夠很快進行，能夠很大方面的提高對機構設計的效用。
2 錘式破碎機的工作原理及結構分析
2.1錘式破碎機的工作原理
錘式破碎機的工作原理是通過錘頭非常大的沖擊作用力來擊碎物料的，見圖2-1所示。當物料從機器上方的進料口倒入，當進入到錘子3工作范圍后，由于錘子3在轉子的作用下做很快速度的旋轉運動，物料能夠在其撞擊下被粉碎。而被粉碎后的物料通過錘頭3而獲得力量，再次以很大的旋轉速度反彈回到破碎板和篩板4上繼續(xù)撞擊再次進行粉碎。經過一定的破碎后，只有被粉碎后的物料小于篩板4縫隙，它才能從縫隙中排除，反之，物料將會彈回到襯板和篩板上，還會再次接受錘頭的沖擊破碎，直到達到篩板的過濾的條件。在破碎的一系列的動作中，物料與物料中間也會產生一定相互的沖擊力，從而使得物料能夠進行粉碎。
圖2-1錘式破碎機工作原理圖
1—軸 2—錘架 3—錘子 4—篩板
2.2錘式破碎機的結構分析
這次設計的是一臺的一個轉子、且不可逆、很多排錘的錘式破碎機，如圖2-2所示。它的工作要求是進料粒度，出料粒度，生產能力。主要構成部分有錘頭、主軸、機殼等。
圖2-2錘式破碎機的總體結構
1.機架
圖2—2所示機架是由兩部分組成的，分別是上、下兩部分，它們是通過轉子的回轉中心線來拆分的。在機架的上方開有進料口，為了能夠防止工作零件直接接觸物料，在靠近進料口處采用高錳鋼材質的襯板，且更換方便。在機殼上會設有一軸封裝置，是為了減少漏灰現(xiàn)象。必要時可在機殼側面設有一小門，這樣會方便里面零件的安裝和拆卸。
2.轉子
圖2—3所示的是錘式破碎機的重要的工作部件轉子。其主要是由主軸、錘頭和錘架組成。錘架就是將錘子放在上方，再利用銷軸將錘頭和錘架固定在一起。為了能夠使錘架和錘頭在運動過程中不沿水平方向移動，就需要在錘架左右兩邊用緊固錘盤還有帶有螺旋狀的連接件加以固定。轉子擺放在兩個滾動軸承上，軸承再用外部帶有螺旋狀的圓柱體緊固在機架下方的支撐座上。最后，兩個軸承間的距離使用兩個位置確定銷釘來固定。在轉子運轉的過程中有一定的動能的產生，為儲存其動能，需在主軸上的一端加一飛輪，來儲存或釋放的能量。
圖2-3轉子結構示意圖
2.1主軸
主軸是錘式破碎機中的主要支柱，它承受著錘頭、錘架等零件的重量以及物料的碰撞力，主軸的選材應該具有很高的韌性以及強度，所以在這選擇優(yōu)質合金鋼。它的橫截面的形狀是圓形。
2.2飛輪
飛輪基本工作是使破碎機的轉子，在運轉過程里儲存一些的能量，使錘式破碎的工作效率達到要求，從而可以使錘式破碎機的能量消耗變得小一點。也就是說，在破碎大物料或者物料過多時，錘頭的速度損失過快會增加電動機的最大外部載荷。為了避免出現(xiàn)這些現(xiàn)象，常常就需要在主軸上增加一個飛輪來儲存動能，以降低電機的載荷，從而起到一定的保護作用。
2.3錘頭
錘式破碎機中的錘頭是主要的工作部件，在它工作的時候，由于轉子會以很高的旋轉下轉動的，錘頭會受到非常大的沖擊，這樣使錘頭的工作面非常容易被磨損。選擇合理的質料對錘頭也很重要，所以需采用高強度耐磨性好的材料，一般會使用高錳鋼。要破碎中等硬度的物料，需采用長方體形狀的整體布局，雖然它的頭部質量較重，但可以破碎出較細的物料，且結構比較簡單，方便建造。錘吊著掛在錘盤的穿銷釘?shù)目字?，并用帶有螺旋狀的連接件鎖緊把它在銷軸的兩邊固定，目的是為防止錘盤和錘頭的水平方向竄動。
2.4密封裝置
一般來說安裝在破碎機上的密封裝置是使灰塵很難進入到軸承和運動的零件中的，并且不讓潤滑劑流失而設置的。選擇合適的密封圈，對整個機器的效率也會有所提高。毛氈密封圈的使用率很高。
3 錘式破碎機的結構設計
3.1電動機功率計算及選擇
考慮到錘式破碎機的工作需要一個動力源，所以在這里選擇一個電動機型號。通過查閱資料可以知道錘式破碎機電動機的功率是通過電動機轉子的直徑、轉子的長度和轉子的圓周轉速來算出來的。
電動機轉子的直徑是通過需要進行破碎的物料大小來決定的，電動機轉子的直徑的計算：
(3-1) 電動機轉子的長度是通過錘式破碎機的轉子直徑來確定的，破碎機轉子長度的計算為：
(3-2)
查閱資料得知一般比較大型的破碎機的轉子長度選取較小的直徑。
這次我所設計的破碎機的轉子直徑為，轉子的長度為。
破碎機的轉子的轉動速度是通過圓周速度來求得的，以下為轉速計算公式：
(3-3)
式中 ——轉子轉一秒所走過的距離長度，單位是；
——轉子的直徑，單位為。
這次選用這個型號的錘式破碎機是一種中小型機械設備，通過查閱資料得知大型破碎機的轉子的轉動速度一般為，圓周轉動速度為。如果轉子的圓周速度越快，物料被破碎機破碎的顆粒就會越細小，而且對用于破碎的零件的損耗程度會變得非常大和磨損非常嚴重，隨之帶來的消耗的功率也會變得很非常高，所以在達到需要破碎的物料破碎粒度大小的條件下，使圓周速度變小。
破碎機轉子的轉動速度選取，破碎機的圓周速度選取。
電動機的功率計算公式如下：
(3-4)
式中 ——表示的是經驗系數(shù)，一般大型破碎機的取。
通過上述公式可以計算出破碎機的電動機的功率為P=。 由于錘式破碎機本身就是屬于生產類的機械設備，所以我選擇三相異步電動機作為錘式破碎機的驅動部位，然后再根據(jù)上述計算電動機功率，通過查表得知選取Y型系列的三相異步電動機，其電動機的額定功率為，電動機的額定轉速為。
物料破碎機的生產效率被非常多的因素所影響，在這里我主要考慮了進去和出來的物料粒度大小、轉子轉動速度、物料的材料質量等方面的因素。查詢書可以找到生產率經驗公式為：
(3-5)
式中 ——物料的堆積密度，單位為。
通過上述公式可以大概知道這個型號的破碎機的生產率為。
3.2 V帶的計算及選型
V帶的設計
根據(jù)前一章節(jié)對電動機功率的計算和轉速的要求，我考慮選用Y系列的三相異步電動機，它的額定功率為90，型號是，滿載時轉速為595。根據(jù)以上數(shù)據(jù)方可以計算出V帶傳動各個參數(shù)。
1.確定計算功率
由下表可以看出其工作情況系數(shù)，所以
(3-6)
表3-1工作情況系數(shù)
工況
空、輕載啟動
重載啟動
每天工作小時數(shù)/h
<10
10~16
>16
<10
10~16
>16
載荷變動微小
液體攪拌機、通風機和鼓風機
1.0
1.1
1.2
1.1
1.2
1.3
載荷變動小
帶式輸送機、發(fā)電機、印刷機、旋轉篩
1.1
1.2
1.3
1.2
1.3
1.4
載荷變動較大
重工業(yè)大型機械：斗式提升機、起重機、重載輸送機
1.2
1.3
1.4
1.4
1.5
1.6
載荷變動很大
破碎機（旋轉式、顎式等）、磨碎機
1.3
1.4
1.5
1.5
1.6
1.8
2 .V帶型號的選擇
通過計算得出的功率和計算出的電動機轉速，考慮初步選用B型的V帶。
3.計算小帶輪的基準直徑和檢驗計算帶的傳動速度
通過選用的帶的型號基準直徑需滿足，則小帶輪的基準直徑為450mm。
V帶的速度：
(3-7)
帶輪在傳動過程中，一般要求帶速不能太小或太大，帶速一般在之間，所以上述算得的v帶的速度達到了標準要求。
4.計算大帶的輪基準直徑
(3-8)
由于需要取整值，所以最后的大帶輪基準直徑選取為900mm。
5.帶輪的結構組成部分設計
帶輪主要的組成部分分別是輪緣、輪輻以及輪轂。
由于大帶輪的直徑大于，所以選用的是孔板式的結構帶輪。這個帶輪所選取的材料是含碳量為的灰鑄鐵。它的輪槽尺寸是根據(jù)帶型來選定的，本次設計的輪槽尺寸大小如下表3-2所示：
表3-2輪槽尺寸
槽型
與相對應的
6.確定V帶中心距以及基準長度
初步選取帶的中心距
(3-9)
初選中心距。
計算V帶所需的基準長度
(3-10)
查得基準長度Ld為4080mm。帶的實際中心距a：
(3-11)
7.計算小帶輪包角
(3-12)
通過驗算可以得知小帶輪包角是符合要求的。
8.計算帶的根數(shù)
計算單根V帶的額定功率
通過小帶輪直徑和電動機轉速，可以查書得知；由電動機轉速、傳動比以及D型帶，可查得；再由小帶輪包角，查得，
(3-13)
V帶的根數(shù):
(3-14)
通過計算需要將根數(shù)取整數(shù)，。為了讓V帶能夠受力部分都是一樣的，而且數(shù)量又不能太多或過少，一般不要多過十根。
由于所選用電動機的功率沒有大于260，在這里就不需要裝配減速裝置，所以可以選用一個帶輪來進行減速。
3.3錘式破碎機關鍵零件結構設計
3.3.1飛輪
在速度比較低的工作場合時，可以不使用飛輪裝置。但是當轉速比較高的時候就需要用到飛輪裝置，或者會在其他部位添加彈簧來存儲能量。
查詢書《理論力學》可以知道飛輪力矩公式為:
(3-15)
飛輪轉動慣量的確定：
假設錘式破碎機只是光轉動不做破碎動作的時候和局部沒有承載重量的完成一次進給時的路程時間時所消耗的功率是，轉子在完成一次破碎作業(yè)的時間是所消耗的功率為，而且功率必須是符合。轉子在滿足時間且時，無用功率就會使得飛輪得到很大的能量，假使在光轉動不做功的初始狀態(tài)時，飛輪轉過的單位弧度是，在轉子開始做功前，飛輪的單位弧度增加到。在開始破碎物料時，這時候飛輪會將之前儲存的能量傳遞出來，在這之前飛輪轉過的弧度就會從降到。
列出沒有承載時空轉時的平衡方程：
? （3-16）
或
??所以得知飛輪儲存的能量公式為:
(3-17)
通過在空轉時的功率消耗，所以?
? （3-18）
式中 ——表示的是摩擦損失的機械效率為；
所以得知：??
（3-19）
而且；
式中 ——表示的是重力加速度，其中；
?? ——表示的是飛輪的直徑，單位是；
?? ——表示的是飛輪的平均角速度，也可以說是主軸的角速度，；
? ——表示的是速度不均勻系數(shù)，，錘式破碎機可??；
? ?——表示的是空轉時間??；
通過上述理論計算公式可得到本次飛輪的直徑取為250mm。
圖3-1飛輪結構圖
3.3.2主軸
主軸的設計過程是和其他所有的零件一樣的，無非就是要知道軸的外部的輪廓形狀和做事環(huán)境的估量兩點。
主軸的外部輪廓就是用來讓軸上的工件和軸之間有一定的做工位子；有利于拆除和裝備在軸上的工件；軸還需要有在建造方面的工藝特性。只有具備了以上幾點的要求，才能更好地知道軸的輪廓形狀和大小。如果不能確定軸的輪廓及大小，可能會使得軸的工作效率變低，軸上零件不能好好的工作。會使得加工軸的成本變高，工件會很難直接一次性的裝上去。主軸的做事環(huán)境的估算就是對軸上面的受力的大小、受到重力時的變形等各樣子的算法，這樣設計出來的軸的做事本領就是由軸的受力大小決定的，在對軸進行受力大小計算目的是防止軸出現(xiàn)的斷開和外部形狀的變化。
3.3.2.1軸的選材
含碳元素的鋼是軸選材的首先考慮的。碳鋼和合金鋼對比來說，首先它的價值成本較便宜；其次它對部分應力值高的敏銳性較低；最后碳鋼也可以經過加熱處理或者化學加熱處理的方法來將它的磨損指度和不被破壞的應力提高。所以采用碳鋼建造軸最為常見，通常選用45鋼。
3.3.2.2軸上零件的位置確定
為了防止軸上零件受力時發(fā)生沿水平方向或豎直方向的相對運動，除了有滑動或白轉的條件外，軸上零件都必須進行水平方向和豎直方向位置確定，來確保其正確的工作位置。
豎直方向位置的確定是為了阻止軸上零件與軸產生相對運動。用鍵可以來進行豎直方向的位置確定。
主軸上從左到右零件分布的位置為：最左邊是飛輪，緊接著是軸承，然后是圓盤錘架、最后是軸承和帶輪。
3.3.2.3各軸段直徑和長度的確定
軸的每以段尺寸的大小都是和軸所在的位置承受到外力有關的?？梢酝ㄟ^軸承受的壓力來初次計算軸的直徑的大小，所算出軸的直徑可以作為承受該軸力矩的軸段的最小直徑。
軸的扭轉強度條件為：
（3-20）
式中 ——表示的是扭轉切應力，單位為；
——表示的是軸所受的力矩，單位為；
——表示的是軸的抗扭豎直剖切表面系數(shù)，單位為；
——表示的是軸的轉速，單位為；
——表示的是軸傳遞的功率，單位為；
——表示的是計算豎直剖切表面處外軸的直徑，單位為；
——表示的是許用扭轉切應力，單位為。
通過上述公式可以得知軸的直徑：
(3-21)
式中，可由下表查出
表3-3軸常用幾種材料的和的值
軸的材料
Q235A、20
Q275、35（）
45
、、、
15~25
20~35
25~45
35~55
149~126
135~112
126~103
112~97
由于本設計中所選軸為45鋼，所以取110。
經計算
所以 mm，為保證該軸能夠承受較大的外力以及較大的彎矩，該軸段最小直徑取80mm。
該軸段的強度條件為：
(3-22)
經檢驗該軸段符合強度條件。
圖3-2主軸的結構方案設計
在初步計算出軸承受力矩的軸段后，再通過軸上裝配的零件的裝配方案和位置來確定裝配要求。從最小直徑(即)開始進行一個一個的計算出每一段軸的直徑尺寸。飛輪安裝在主軸的最小直徑的軸段地方，在同一時間也可以通過V帶的結構形式以及基準直徑來計算V帶輪的尺寸大小。在V帶輪的左端應該裝配有軸肩其直徑取,為。
主軸轉動中在承受到非常大的轉動力矩和沖擊壓力的時候，通常會選取雙列調心滾子軸承，所選滾子軸承代號為，其左端使用軸肩進行水平方向位置確定，軸肩高度為,為?？紤]軸的右端與帶輪之間可以裝配套筒來連接，其長度為，為了使套筒能夠可靠的壓緊軸承為。
由于已知的軸承箱體的寬度距離和箱體到機殼外壁間的距離，選取可以允許的誤差，所以選取=，轉子的圓盤是通過軸套來壓緊位置進行定位的，選取軸肩高度距離為，直徑為130mm,為了可靠壓緊轉子圓盤，取120mm。
由于考慮到軸承的安裝需要成對的進行工作，所以選擇的軸上的軸承尺寸都是一樣的，和取，和取,為，為48mm?？紤]通過套筒和擋圈來對軸承的位置進行定位，由于裝配的飛輪裝置在主軸的最左邊的位置，為使飛輪和機架間隙不是非常小，應該盡可能的使飛輪和軸承箱體距離增大為160mm,則為，為，為。
飛輪的左端可以使用軸承擋圈來進行位置的定位，所以取=。通過把裝配的平鍵放在帶輪、轉子圓盤、飛輪和軸配處來進行豎直方向位置的定位。在安裝時應放置在同一水平線上，這樣裝配主要是方便取安裝上去和拆卸下去。通過查詢書中的表可以查得每個平鍵的選型方式：帶輪與軸所選平鍵為；轉子圓盤與軸所選平鍵為；飛輪與軸所選平鍵為。
表3-4普通平鍵的主要尺寸
軸的直徑d
6~8
>8~10
>10~12
>12~17
>17~22
>22~30
>30~38
>38~44
鍵寬b×鍵高h
2×2
3×3
4×4
5×5
6×6
8×7
10×8
12×8
軸的直徑d
>44~50
>50~58
>58~65
>65~75
>75~85
>85~95
>95~110
>110~130
鍵寬b×鍵高h
14×9
16×10
18×11
20×12
22×14
25×14
28×16
32×18
鍵的長度系列L
6,8,10,12,14,16,18,20,22,25,28,32,36,40,45，50,56,63,70,80,90,100,110,125,140,180,200,220,250…
3.3.2.4主軸的彎扭合成強度計算
軸的外輪廓確定、軸的關鍵部分大小、軸上每個工件的位子分配還有外部物體對其受力以及支點處反作用力的地方已經知道，這個時候軸的上部的彎矩和力矩都可以算出來。
先開始對軸上的零件位置進行分析
軸上零件是根據(jù)軸的運動來進行傳送承載負荷的，所以在計算的時候，可以將軸上的各支點所受到的力集中在一塊，然后取這些力集中在一個地方的點取在中間位置，軸上的力矩就是從物體輪轂寬度的中心位置，所以經常把軸當成鉸支座的最重要的支撐力。
在畫簡圖的時候，首先要計算出軸上的所受的力的工件的載荷分析（如果是立體力系，可以先把立體力分開剖析，分解為沿水平方向的力、沿與水平垂直的方向的力和豎直方向的力，最后將利用勾股定理全放在一點上），并將其分解為周向分力和軸向分力。
1.畫彎矩圖：
其彎矩公式為：
(3-23)
式中 ——水平面上的彎矩；
——垂直面上的彎矩。
簡單繪制軸在空間受力的分析圖（a)，然后將軸上的作用力分為垂直面受力(b)和水平面受力（d)。然后選取集中力作用于中間段與軸承寬度的中心處。
軸上受力分析
轉子上沿軸線豎直的力
轉子上沿軸線水平的力
轉子上水平方向力
設計計算在主軸軸上的支反力
支反力在水平面中的計算
支反力在垂直面中的計算
軸的彎矩的計算，并且彎矩圖如圖所示
計算豎直剖切表面C處的彎矩
垂直面和水平面的兩個彎矩圖（c、e）如圖所示，它們合成的彎矩，彎矩圖如圖（f）所示
2.畫力矩圖（g）
圖3-3主軸受力分析
3.對軸進行強度的校核檢驗
軸上的最有可能被壓斷的地方叫做破壞表面，破壞表面通常來說是受到了非常大的彎矩和非常大的力矩的，所以只要對軸的破壞表面進行相關校核就差不多了。但一般還是要對軸上的其余破壞表面進行相關檢驗，比如彎矩不是最大但是軸徑較小的豎直剖切表面。通過查詢書中的表可以得知修正系數(shù)，因為軸是只往一個方向旋轉，轉矩是按照周期性來變化的。β=0，因為主軸是實心軸。
，因為，所以選擇設計的主軸是安全的。
3.3.3錘頭
錘頭一般分為三大類，分別是重型、中型和輕型，見圖3-4：
圖3-4錘頭種類
我設計的破碎機的錘頭是采用整體式的。這個破碎機一共采用的是6排的錘頭，每一排分別有個，一共個錘頭，錘頭之間的間隙距離為，錘頭和箱體之間的距離為，錘頭的回旋轉動的直徑為。由于這個破碎機參數(shù)為，所以選擇是圖3-4中的第一個的錘頭。
圖3-5錘頭尺寸設計
3.3.3.1錘頭的打擊平衡計算
錘式破碎機一般是通過轉子的快速運轉來使裝配在轉子上的錘頭來破碎物料的。只有在轉子能同時達到靜平衡和動平衡的要求時，機器才能夠正常的工作。靜不平衡的出現(xiàn)，會導致轉子的回轉中心與其幾何中心線不在同一位置上。以上兩種情況的出現(xiàn)都會讓破碎機得到較大的慣性力及力矩從而大大降低了零件的壽命。所以轉子上的零件建造標準應該按國家精度標準進行建造，并對靜、動平衡進行計算。
錘式破碎機的轉子達到轉子正常運動的兩種要求，在這個時候由于錘子吊掛的位置沒有擺放達到標準要求，也就意味著帶銷釘?shù)目椎奈恢檬遣粯藴实?，這樣就會隨著錘子對物料的打擊。見圖3-6所示：
圖3-6轉子受力分析
1—錘頭 2—銷軸 3—轉子轉盤 4—主軸
錘頭在進行破碎物料的時候，在錘頭的破碎點處有著沖擊力，如果錘頭的吊掛地方不是很標準，這樣就會使錘頭做非常多沒有用的功，這個時候的錘子銷軸2上就會產生沖擊反作用力，由力的作用是相互的原理可知：力的大小相等，方向相反。則該作用力在轉子圓盤上，該力記為，同時該作用力也傳送給主軸記為。力的反作用力將作用在轉盤的中心軸上。和在轉子轉盤上形成相反的圓盤回轉的打擊力偶，從而附加地是能量損失變大。作用在主軸上的反作用力也會進一步傳給軸承，從而使得加在軸承上的載荷也隨之增加，使用壽命隨之降低。
如下圖表示的是錘頭設計進行的打擊平衡計算，它是一種形狀非常簡單的長方形平面，一般只有兩銷軸孔的錘頭打擊平衡計算，見圖3-7所示：
圖3-7錘頭打擊平衡計算示意圖
可求得打擊中心：
(3-24) 式中 ——打擊中心到帶銷釘?shù)目椎木嚯x；
——表示的是錘子對帶銷釘?shù)目字行牡霓D動慣量；
——表示的是錘子的質量；
——表示的是錘子中心到帶銷釘?shù)目字行牡木嚯x。
錘頭在運動的過程中心，應在盡可能地選取在錘頭允許磨損高度的中心。由Jz可進一步得到h的大小
(3-25)
式中 ；
；
；
。
由上式公式可以知道錘頭離應該吊掛中心點的位置，在實際作業(yè)中錘頭銷軸也會受到被打擊的作用力的過程。在剛開始計算的時候，只是考慮到錘頭利用外部輪廓來撞擊物料，然而在現(xiàn)實作業(yè)中由于進入的顆粒大小不同，錘頭并不是只用外輪廓來打擊物料。此時，建造和安置上的細小偏差、錘頭部輪廓和銷軸孔的損耗，這些都會打破打擊平衡條件。則綜合考慮以上的部分，錘頭吊掛位置離左邊大小應選取為70㎜。
3.3.3.2錘子質量的確定
錘子是錘式破碎機中的重要的組成部分，最終的破碎狀況會受到很嚴重的影響。如果所選錘子質量非常大，它的破碎效果會變得非常好，但其中很多的無用功會被大量的浪費掉，尤其對轉子損耗最大；如果所選擇的錘子質量非常，物料則要經過很多次打碎才能夠達到出料的標準。所以，進行合理的選用錘子的質量是非常重要的。
根據(jù)動量守恒原理，可以知道公式：
(3-26)
式中 ——表示的是折算到打擊中心的錘子的的質量；
——表示的是錘子的上面錘擊料塊之前的線速度；
——表示的是進料重量的最大值；
——表示的是錘子在錘擊料塊最上面4的線速度。
在正常的破碎過程中，由于錘子在打擊物料后會通過銷的水平方向忘往后傾倒，這樣會引起速度變慢，一般允許速度損失不得大于，，帶入上式得，則得：
(3-27)
式中 ——表示的是錘子折算到打擊中心的質量；
——表示的是最大進料的質量。
再由質量代換法，錘子的實際質量，公式為：
(3-28)
式中 ——表示的是錘頭實際質量；
——表示的是錘頭破碎中心位置到吊掛點的長度；
——表示的是錘頭的重心到吊掛點的距離。
錘子的實際質量公式為：
(3-29)
式中 ——表示的是最大物料尺寸，單位是㎝；
——表示的是錘子頂端打擊料塊前的線速度，單位是。
通過計算可以確定錘子的質量為18.75Kg。
3.3.4轉子
3.3.4.1轉子平衡
轉子所在的軸上的中心線和它在轉動過程中的中心線不在一個重合點上，但是又在一條水平線上，也就是轉子重心的位置和轉動中心不重合就會有一個重量不平衡；相反，轉子軸上的中心線和回轉中心線相互交叉并且又是和轉子的中心線相交，也就是回轉中心線和和中心線相互交叉，這時因為是在運動過程中產生的，所以叫做重力矩不平衡。在出現(xiàn)上面兩種現(xiàn)象的時候就會讓轉子運動時有很大的動載荷出現(xiàn)又叫做撓力，會進一步引發(fā)機械運轉過程中的不平穩(wěn)，會使得轉子上的零件所受到的力不一致。特別是對安裝在主軸上的軸承會出現(xiàn)一段期間的碰撞力載荷，間接軸承會變得很燙，直到毀壞；與此同時還會讓機械運動不穩(wěn)定。想要讓轉子靜、動力平衡就需要讓機械零件的各種工藝建造和安裝達標。還有，在快速運動的整個行程里錘頭被損壞不一致也是會影響轉子不平衡的關鍵點。轉子產生的動載荷撓力公式如下：
(3-30)
式中 ——表示的是遠離中心線的重量，；
——表示的是從主軸的中心至主軸重量重心間的距離，及偏心距，；
——表示的是轉子轉過的角度時間比，。
其中破碎機的運動中承受載荷是不能夠超過其規(guī)定值的。
在對轉子進行裝置后，還需要對它進行一些校核。尤其是相對于轉子大的，就需要做靜、動平衡考慮。
3.3.5篩板
篩板的磨損程度和破碎機里面的錘頭工作時的磨損程度相似，篩板也會是破碎機里面非常容易被磨損的零件，篩板在受到中硬度物料沖擊時，非常容易出現(xiàn)彎曲和折斷的現(xiàn)象。
進行選擇篩板的時候，首先可以假設它的傾角，篦孔的形狀為方形，邊長的長度距離為，篩絲的直徑為 ，顆粒的直徑為,，顆粒與篦條力向傾斜角投落到篩面，
可大概計算出顆?？梢酝ㄟ^篩縫的概率：
(3-31)
如果將篩面放在水平平面的時候，，在不考慮顆粒落到篩板上再彈起來的可能性時，就可以寫為：
(3-32)
由于上述的出篩率可知，只有將篩板傾斜于機架一定的角度放置，才能夠有非常大幾率的將物料排放出去。本次設計要求需要將破碎后的物料最大出篩大小尺寸是，通過查得表可以得知，標準篩孔的大小尺寸取為。
圖3-8篩板
3.3.6圓盤錘架
錘頭吊掛在錘架上，而錘架在整個作業(yè)中是不起破碎物料作用的。但是在錘式破碎的運轉中，由于錘架會和物料的相互接觸，從而會造成錘架的磨損，因此，錘架的材質應該具備良好的耐磨性。該方案中錘架的材料選用鑄鋼，它本身具有良好的焊接性，當出現(xiàn)裂縫時，則可以對其進行補焊。
轉子上的主軸和錘頭是通過錘架來連接的，錘架安置在主軸上，錘架間是通過平鍵軸連接在一起的。而圓盤錘架是用間隔套間開的，目的是為了避免錘架的水平方向竄動，其兩端通過圓帶有螺旋狀的連接件來固定。其中，為了避免錘頭水平方向竄動，在錘頭安裝的銷軸上再加以銷軸套。從而組建成一個轉子。
通過考慮到實際使用的情況，一個銷軸上的錘子個數(shù)為8。錘子裝在圓環(huán)形的盤子上，需求的圓環(huán)形的盤子的個數(shù)是9個，左右兩旁的的兩個，它們的裝置目的是，一側設置了鎖緊帶有螺旋狀的連接件，另一端用軸肩位置確定。使用的連接物件是呈螺旋型是GB-812-85，在圓環(huán)形的盤子上有六個通孔勻稱的分布在上面，是為了來讓錘子掛在上面。
它們的空隙可以用銷軸來連接，也可以用隔套把它們分開。能使圓環(huán)形盤子的周圍的摩擦所受到的損壞盡量的小，所以我們要保護它的四周。圓環(huán)形盤子的尺寸和轉子的大小有關，
轉子直徑為1200mm，所以圓盤直徑大小為700mm，圓孔的大小和錘頭圓孔大小一樣。
3.3.7滾動軸承
滾動軸承由四部分組成，這四個部分一個接一個的包裹著，第一個是內圈，第二個是外圈，第三個是滾動體，第四個是保持架。裝在零件的軸承孔內的是內圈。滾道被打造在內圈和外圈上，內外圈會隨著軸而相對旋轉，滾動體就在滾道內滾動。滾動體被保持架均勻地隔開。
滾動體與內外圈的材料在硬度和接觸疲勞強度的要求很高，耐磨性和沖擊韌性都要夠好。一般用合金鋼建造。滾動軸承的硬度在經熱處理后可以達到HRC62- 63，之后還要磨削和拋光工作表面。
滾動軸承受到的摩擦阻止力不大，在啟動時很快，運轉效率高、潤滑簡單而且易于互換等優(yōu)點。所以本設計我們選用滾動軸承。
接觸角在滾動軸承的參數(shù)中很重要，軸承的一些計算都要與接觸角合作。變大公稱接觸角，軸承的承受載荷的能力就增大了。
我們分辨工作時是否調心，就可以分出哪個是剛性軸承，哪個是調心軸承。剛性軸承阻抗了滾道間軸心線不準位的軸承。調心軸承滾道是球面型的，適應兩滾道軸心尖的角偏差及角運動。
在本次的設計中選用的軸承是調心滾子。經過此次查詢書里的表來得到型號為5868一2003。用兩個軸承箱體將軸承進行密封，來確保軸承在不好的的工作環(huán)境下能夠進行正常的運轉，為了滿足裝配要求，需要將兩密封裝置放在同一條母線上，在此用一對墊片進行調整。在一模一樣的外輪廓下，滾子軸承所能承受的外載是球型的倍的大小?？梢钥闯?，要想承載大的外載荷就需要優(yōu)先采用滾子軸承。
圖3-9調心滾子軸承
3.3.7.1軸承的游動和水平方向位移
在真正工作的時候，軸承使用前和使用后的熱度差距很大，防止軸和外殼受到的遇熱膨脹的大小不同，并能讓軸承順利運動?？梢宰屳S承的一邊橫向固定，另外一邊可以左右移動。如此，軸承的內外圈左右移動的距離改變不大時，還能照常工作。也能讓外圓和底座的孔的配合不那么緊固，如此，外圓就能左右移動
3.3.7.2 軸承的安裝和拆卸
圖3-10軸承安裝
方便軸承在主要的軸上的取下和裝上，所以軸承座要有被剖的面。如此就不要思考橫向的取下和裝上。優(yōu)先選用內外圈可分離的軸承了。
3.3.8箱體結構相關設計
機架的設計是否達到要求，通?？梢詻Q定所有零件是不是能夠工作正常。因為錘式破碎機的零件經常會受到磨損，因此磨損部分的零件替換要勤快。本次設計的機架采用上、下機架兩部分構成，這樣可以從而更好地對機器進行安裝和維修。在上機架的上方留有一進料口，該進料口和破碎板應放置在一邊，這樣能使物料很快被擊碎。在破碎過程中，機架也會受到一定的磨損，為減少磨損量需要在機架的內壁添加襯板，襯板需要用外部帶有螺旋狀的圓柱體連接在其內壁上。最后還需在機架的上、下兩部分開個檢查門，這樣便于修理零件和更換零部件。
機座和箱體等零件在機器的全部重量中占據(jù)很大的分量。它們還能使機器的工作精度和抵抗振動的能力有所不同。因此，為了降低機器的重量和節(jié)省材料，我們要正確的挑選機器的底座及外殼的用料，還要能選擇合適的構造和大小。
提高工作精度等重要途徑。
3.3.8.1進料口的計算
錘式破碎機的進料口的長度是通過最大進料物料尺寸來確定的，假設最大進料的大小是大小尺寸的正方形，它的最大尺寸就是對角線大小，所以它的大小為，所以進料口的寬度一般大于等于三倍的最大給料粒度。
該錘式破碎機的進料口的尺寸長和寬為。
3.3.8.2排料口的計算
排料口的尺寸是通過各個箅條之間的距離的尺寸來確定的，對于本次設計的錘式破碎機的排料尺寸一般是進料粒度的到。
3.3.8.3鑄造方法
查詢相關的書籍，機座和箱體的裝配的方式非常多。通過根據(jù)構造形式一般可以分為機座的種類、機架的種類等。
這次我設計的這個錘式破碎機，是固定在一個點的比較大型重型的機器。并且，機器的底座和外殼的構造很不容易，剛度需求也不低，所以，往往使用鑄造的方式來做完它。鑄造的材料通?？梢苑奖愕剡M行施工而又便宜的鑄鐵。而且本次設計的破碎機的機座，是通過那種比較大型的機座來建造的。
3.3.8.4截面形狀的選擇
因為大部分的機器的底座和外殼所受到的壓力很多，因此會有振動和變彎的形式出現(xiàn)。
在軸受到彎曲或扭轉的時候，豎直剖切表面的形狀對于軸的剛度和強度的影響還是非常大的。因此，策劃出合適的機器的底座和外殼的縱向剖切外表形狀，能使縱向剖切外表的大小沒有變大，也沒有讓零件重量增大。而且增大了豎直剖切表面系數(shù)以及豎直剖切表面慣性矩，這樣的話就能夠使軸強度和剛度顯著增加。
在工作的過程中，非常多的的機器底座和外殼全都采用這種豎直剖切表面形狀，就是這個原因。雖然矩形豎直剖切表面的彎曲強度沒有工字型豎直剖切表面來得好，而且扭轉強度也沒有圓形豎直剖切表面的來得高，但是它的扭轉剛度卻非常的大。并且使用方形縱向剖切表面的機器的底座和外殼的內外面方便安裝其他物件。因此，相對機器的底座和外殼來說，它是構造很棒的縱向剖切表面。
3.3.8.5肋板的布置
雖然加大壁的寬度，可以加大機器底座和外殼的強度和剛度，但是如果用一個肋板會更合適。當有了肋板后，能使壁的強度和剛度變大，也能使它的質量變小。我所設計的破碎機的機體的外殼是鑄造而成的。因此它不用加大壁的寬度，這樣就大大降低了鑄造的缺點。相對于通過電焊銜接的地方，壁的寬度越小，越能保證電焊銜接的地方的品質。
思考到電焊銜接、鑄造和構造需求時的局限時，方便砂型的裝上和清理，并要在機座里面裝上其他的物件。通常把機器底座制造成兩面都不面向里，或者能在一些地方打出大的孔。因為，這樣的做法會很大程度上的降低機器底座的剛度。所以，通過多加固一個肋板是合理的。其構造也有很多原因組成，比如：價格、質量及制造方法等。并且，它的使用的地方和制造的不同就會產生不同的結構形式。
4 錘式破碎機的三維建模
4.1實體建模的基本方式
線框建模：線框模型是通過一個點一個點建造的，之前都是用手在圖紙上繪制的，現(xiàn)在可以用計算機軟件來代替，可以看到每一個不同方位或者是每一個點所在位置的立體圖。它構造起來很方便，只有已知點和直線所在的位置，在計算機中所占地方小，這樣的建造的模型，它會在同一種環(huán)境下出現(xiàn)兩種以上的含義，缺乏物體曲線的外部線條。因為沒有物體的邊和表面、表面和整個物體的整體情況，所以沒有辦法將它們建立成一個整體，也就沒有辦法能夠識別哪個是表面、哪個是體，就不能把它剖開，也不能對這個物體進行一般的計算過程，再者在數(shù)控機床加工中，因沒有軌跡線的生成，所以就不能進行加工。
表面建模：表面模型就是有許多個平面或者曲面組合建立起來的，它只能記錄點、線、面，每一條邊和每個平面的連接關系，就是不能生成每個面和物體的關系。但是它有一些出色的地方，比如：隱藏物體的存在，在物體表面上染色，對物體進行整體計算，兩個帶有曲面的物體相結合，自動化生產中加工刀具軌跡路線等等。它最主要的工作對象就是對繁瑣的曲面物體的建模。然而它卻不能對物體進行剖分，不光是對內部還是對外部。
實體建模：一個需要被建模的物體里的所有相關數(shù)據(jù)都會被記錄進去，綜合了上兩種建模的優(yōu)點。這種建模方式在現(xiàn)在的應用中最常用的。
4.2錘式破碎機的實例建模
利用Pro/E建立模型先要對所要建模的對象進行具體的分析，包括每一個配件的建立過程，配件與配件間的組成，了解每一個配件是怎樣連接的，每個配件連接前后的順序。在其上方開始建立模子、增加工件的特點。在之前建立的平面草繪里建立旋轉、拉伸、掃描等基本的特征來給工件進行建模。Pro/E建立模型的步驟有以下幾點：
1) 創(chuàng)建或者選擇一個參考對象來當做模子在空間確位置確定置的標準：參考平面、參考對稱中心線、參考所建立的XOY等等；
2）創(chuàng)建每一個物體的特點的時候，需要找一個參考對象作為它的基準特點；
3）創(chuàng)建最基本的物體方法：拉伸、旋轉、掃描、混合等；
4）對所建立的物體的修正：復制、環(huán)形陣列等；
5）對所建立的物體在其表面上增加顏色和分析。
4.2.1主軸
一般模型的建立都需要使用最基本的操作特征，比如先選定一個空間平面，對物體進行具體步驟的建立，再后期對物體進行修改。
主軸相對來說較為簡便，只需拉伸、建立基準面、倒圓角即可完成建模，再在“文件”→“屬性”→“材料”里指定材料等屬性，最后還可以為模型著色。
對單個零件建立模型完成之后，再按照機械安裝要求再對每一個零件進行拼裝，從而真正意義上的完成一個物品的加工。
模型的安裝可以由Pro/E來完成，模型安裝的經過就是要有相對的控制方法和連合的方法。最后讓它們形成一個整體，并還要滿足它制造的途徑。
圖4-1主軸的三維模型
圖4-2材料指定
4.2.2圓盤錘架
圓盤錘架只是用來吊掛錘頭的，由于結構簡單，在建模過程中它只用了旋轉、陣列特征。
圖4-3圓盤錘架
4.3錘式破碎機的裝配
在已經做完裝配的各零部件的建模后，可以使設計的零件按照設計要求的約束條件裝配在一起才能夠變成一個符合要求的東西。通過使用Pro/E里面的“組件”模塊可以完成模型的組裝。模型裝配就是通過一定的約束條件和特有的連接方式來組裝的，最后把每個零部件全部都組裝成一個整體而且還能夠符合設計功能情況的要求。
圖4-4新建裝配組件
圖4-5轉子的裝配
圖4-6整體裝配三視圖
通過對Pro/E的學習以及實踐操作，在此能夠對錘式破碎機進行主要零件的建模，并對其進行一個渲染的上色。
結論
經過本次對錘式破碎機的結構設計，從而讓我更進一步了解機器中的每個零件的工作狀況、材質的選用以及每個零件間的相對匹配方式。也讓我知道真正設計出一臺機械設備，其實并不是一件簡單的事情，它需要考慮多方面的因素以及在實際使用中出現(xiàn)的狀況，只有不斷的改良，才會設計出一臺工作效率較高的機械。這次的畢業(yè)設計過程,同時也是對我四年大學學到的知識的一次檢驗。經過此番檢驗，可以讓我知道自己在哪方面是薄弱的，需要進一步的加深學習，以便在以后的工作中能夠更進一步的加強薄弱的基礎，能夠進一步的取長補短，提高自己的知識面。
本次設計還利用Pro/E三維軟件對錘式破碎機建立了三維模型，在建模過程中可以看出我對于這個軟件還有一些不怎么懂的方面，希望在今后的日子里能夠彌補畫圖過程中的不足，可以靈活調用Pro/E軟件，這是我要進一步學習的地方。
致謝
本次設計是在我的指導老師汪菊老師的認真精心指導下完成的，在這個時候我特別感謝她在這段時間對于我本次畢設的付出，就是因為在她的指導下我才能夠完成這次的畢業(yè)設計，為我的大學生涯畫上一個完美的句號。在這幾個月的溝通中，從她對待工作時的認真的態(tài)度，嚴謹?shù)慕虒W方式，這都是我在以后的工作、學習中的一個榜樣。
這次的設計過程中，正是有了這四年的專業(yè)基礎的奠基，才能完成這次畢業(yè)設計。所以，借此機會感謝這四年來教過我的所有老師們，正是有他們的付出，才會有我今天的收獲。在這感謝我的父母這么多年的養(yǎng)育之情，正是他們的默默支持，我才能考上徐州工程學院，在這里完成我的畢業(yè)設計。在這里還要感謝我的舍友們和同班同學們，在這四年里，有了她們的陪伴以及在做畢業(yè)設計期間的互幫互助，這份珍貴的友誼，我會一直的記住的。對此次引用到的參考文獻的作者表示感謝，正是有了他們之前對此學術的研究，才會讓我的設計更加完美。
最后特別感謝在場指導的答辯老師，正是有了他們的提問，才會讓我對今后的學習態(tài)度更嚴謹。
參考文獻
[1]郎寶賢，郎世平.破碎機[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2008：196-213.