重錘式破碎機設計

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1 摘 要 本文介紹了破碎機的發(fā)展歷史 研發(fā)目的及意義 分類 工作原理及其主要參數(shù)等 其中重點介紹了重錘式破碎機的工作原理 并詳細的分析了重錘式破碎機的構(gòu)成 通過 對關鍵零部件的強度校核計算優(yōu)化了破碎機的整體結(jié)構(gòu) 同時還分析了它的優(yōu)缺點以及 應用范圍 然后對整個破碎機的結(jié)構(gòu)進行了改進設計 其主要是對轉(zhuǎn)子的改進設計及錘 頭材料的選擇提供了合理的參數(shù) 從而可縮短整個產(chǎn)品的開發(fā)周期 提高產(chǎn)品的可靠性 最后對整個機器的操作 安裝 日常維護和基本安全操作規(guī)程進行了詳細的說明 可為 企業(yè)破碎機的選擇和使用提供參考 通過自身的實踐 更加認識破碎機的專業(yè)理論知識 的學習 提高了操作技能 了解破碎機的內(nèi)部構(gòu)造及運用 關鍵詞 重錘式破碎機 轉(zhuǎn)子 錘頭 軸 1 目 錄 1 緒 論 1 1 1 破碎機研究的目的和意義 1 1 2 破碎機的用途介紹 1 1 3 破碎機的發(fā)展史 1 1 4 破碎機的分類 3 1 5 破碎機的工作原理和優(yōu)缺點 3 2 重錘式破碎機設計 6 2 1 重錘式破碎機的介紹 6 2 2 重錘式破碎機的工作原理 6 2 3 重錘式破碎機的優(yōu)缺點 7 2 4 重錘式破碎機轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)分析 7 3 重錘式破碎機轉(zhuǎn)子的主要參數(shù)及計算 11 3 1 轉(zhuǎn)子直徑與長度 11 3 2 基本結(jié)構(gòu)尺寸 11 3 3 傳動方案的選擇 12 4 重錘式破碎機的主要零件結(jié)構(gòu)設計 14 4 1 錘頭設計與計算 14 4 2 主軸的設計與強度計算 18 4 3 軸承的選擇 22 4 4 鍵的校核 26 5 重錘式破碎機的操作與維修 27 5 1 重錘式破碎機的操作 27 5 2 重錘式破碎機的維護保養(yǎng) 27 5 3 安全操作技術(shù) 28 6 重錘式破碎機的應用與調(diào)整 29 6 1 重錘式破碎機的應用 29 6 2 重錘式破碎機的注意事項 29 6 3 重錘式破碎機的調(diào)整 29 7 機架的焊接 31 7 1 焊前準備 31 7 2 焊接過程中的技術(shù)要求 31 2 致 謝 32 參考文獻 33 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 1 1 緒 論 1 1 破碎機研究的目的和意義 隨著我國國民經(jīng)濟的疾速開展 礦產(chǎn)資源的綜合使用與工業(yè)迅猛行進 到 1999 年我 國已建成 10879 座國有大中型礦山和 227854 個城鎮(zhèn)集體企業(yè) 全國礦石采掘總量超越 50 億噸 礦業(yè)總產(chǎn)值為 4000 億元 我國的鋼鐵工業(yè)和礦業(yè)快速發(fā)展 各種金屬 非金屬 化工礦物等物料的社會需求量和生產(chǎn)規(guī)模的日益擴大 需要破碎的物料量迅速增加 因 此 對破碎機的需求也越來越大 各種規(guī)格破碎機的開發(fā)與發(fā)展 物料的破碎為了節(jié)能 和進步出產(chǎn)功率 所以提出了 多碎少磨 的技能準則 這使破碎機向細碎 破壞和高 效節(jié)能方向開展 1 2 破碎機的用途介紹 破碎機與建筑 高等級公路 橋梁 水壩和礦業(yè)的發(fā)展息息相關 它的使用范圍也 越來越廣 例如 在冶金 礦山 化工 水泥等工業(yè)部門 每年都有大量的原料和再利 用的廢料都需要用破碎機進行加工處理 在選礦廠 為使礦石中的有用礦物達到單體分 離 就需要用破碎機將原礦破碎到磨礦工藝所要求的粒度 需要用破碎機械將原料破碎 到下一步作業(yè)要求的粒度 在煉焦廠 燒結(jié)廠 陶瓷廠 玻璃工業(yè) 粉末冶金等部門 須用破碎機械將原料破碎到下一步作業(yè)要求的粒度 在化工 電力部門 破碎粉磨機械 將原料破碎 粉磨 增加了物料的表面積 為縮短物料的化學反應的時間創(chuàng)造有利條件 隨著工業(yè)的迅速發(fā)展和資源的迅速減小 各部門生產(chǎn)中廢料的再利用是很重要的 這些 廢料的再加工處理需用破碎機械進行破碎 圖 1 1 碎石生產(chǎn)線 1 3 破碎機的發(fā)展史 1 3 1 國外發(fā)展情況 第一代的破碎機械是在蒸汽機和電動機等動力機械逐漸完善和推廣之后相繼創(chuàng)造出 來的 1806 年用蒸汽機驅(qū)動的輥式破碎機出現(xiàn)了 1858 年 美國人年埃里 布雷克 E W Black 取得專利權(quán) 設計制造了世界上第一臺破碎巖石的顎式破碎機 其結(jié)構(gòu)形式為雙 肘板式 簡單擺動式 顎式破碎機 1878 年美國發(fā)展了具有連續(xù)破碎動作的旋回破碎機 其生產(chǎn)效率高于作間歇破碎動作的顎式破碎機 1895 年 美國人威廉發(fā)明能耗較低的沖 擊式破碎機 19 世紀 40 年代 北美的采金熱潮對鄂式破碎機的發(fā)展有很大的促進作用 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 2 19 世紀中葉 多種類型的鄂式破碎機研制出來并獲得廣泛的應用 上個世紀末 全世界 己有 70 多種不同結(jié)構(gòu)的鄂式破碎機取得專利權(quán) 破碎物料重型錘式破碎機發(fā)展時間也頗久 可逆式錘式破碎機自 1924 年問世來 發(fā) 展較快 由于它具有破碎比大 排料粒度均勻 過粉碎現(xiàn)象少 能耗低 維護方便等優(yōu) 點 因而在水泥 煤炭 化工以及冶金 礦山等行業(yè)得到廣泛應用 早在 20 世紀 50 年 代 艾利斯 查爾默斯公司開始大規(guī)模研究破碎工作 60 年代得出具有重大意義的結(jié)論 上個世紀 60 年代德國克虜伯公司生產(chǎn)出第一臺液壓破碎錘式破碎機 隨著研究的深入 人們熟知了高功率的破碎機作業(yè)可以用來改善能源效率和降低成本 回轉(zhuǎn)式破碎機最初見于 60 年代的聯(lián)邦德國 由于國外大型礦山要求大型機械 而剛 剛問世的回轉(zhuǎn)式破碎機沒有得到發(fā)展 近年來 出現(xiàn)了巴馬克公司的 石打石 沖擊式破碎機 JCI 的新型圓錐破碎機 德 國的 KRUPP 公司 美國的 MCLANAHAN 公司也有新產(chǎn)品問世 圖 1 2 國外 Rocklabs 牌破碎機 1 3 2 國內(nèi)發(fā)展情況 我國在五十年代末已有反擊式破碎機問世 在八十年代之前 國產(chǎn)的反擊式破碎機 局限于處理煤和石灰石之類中硬物料 直到八十年代末引進 KHD 型硬巖反擊式破碎機 填補國內(nèi)空白 但落后國外 20 多年 兩種反擊式破碎機在腔形設計 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)上 特別 是板錘的材料和裝卡方法上是根本不同的 國產(chǎn)的硬巖反擊式破碎機 開始時其核心零 件板錘依賴進口 國產(chǎn)化板錘在 八五 期間列為部級科研攻關項目 項目成功之后 國產(chǎn)板錘不僅取代進口 而且已大量出口歐美 日本等國 耐磨材料的突破 使硬巖反 擊式破碎機如虎添翼 為我國的基本建設工程作貢獻 我國從 20 世紀 50 年代末開始試制可逆式錘式破碎機 雖然已取得了不少成績 但 發(fā)展比較緩慢 無論是規(guī)格品種 還是技術(shù)水平 和國際先進水平相比差距都很大 我 國可逆式錘式破碎機在 20 世紀 70 年代以前發(fā)展緩慢 近 30 多年來才有了較大發(fā)展 并 形成了通用型中碎和細碎系列 煤用中碎和細碎系列 有 10 多種規(guī)格 不可逆式錘式破 碎機一般用于中碎 可逆式錘式破碎機一般用于細碎 此外 還有將粒度為 1100mm 的石 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 3 灰石等物料一次破碎到 20mm 以下的一段可逆式錘式破碎機 近十幾年 主要用于碎煤的 環(huán)錘式破碎機也得到了發(fā)展 這是一種結(jié)構(gòu)較為先進的新式破碎機 有 10 多種規(guī)格 我國自 50 年代生產(chǎn)錘式破碎機以來 在破碎機設計方面經(jīng)歷了類比 仿制 圖解法 設計階段 目前正向計算機輔助設計階段過渡 生產(chǎn)制造的錘式破碎機越來越大 性能 越來越好 品種越來越多 并在國際上占有一定的市場 近幾年來生產(chǎn)的破碎機 是在 傳統(tǒng)破碎機的基礎上采用了拉破理論 硬性破碎理論 差速理論等新的理論 形成了高 效 環(huán)保 節(jié)能 智能等特點 1 4 破碎機的分類 礦業(yè)用破碎機也叫碎石機 是指排料中粒度大于三毫米的含量占總排料量 50 以上的 粉碎機械 由英國人恒安發(fā)明 破碎作業(yè)常按給料和排料粒度的大小分為粗碎 中碎和 細碎 1 根據(jù)破碎力作用的方式可以將破碎機粗略地分為兩大類 1 破碎機 破碎機一般處理較大塊的物料 產(chǎn)品粒度較粗 通常大于 8 毫米 其 構(gòu)造特征是破碎件之間有一定間隙 不互相接觸 2 磨礦機 一般來說磨礦機所處理的物料較細 產(chǎn)品粒度是細粒 可達 0 074 毫 米 甚至還要細些 其結(jié)構(gòu)特征是破碎部件 或介質(zhì) 互相接觸 所采用的介質(zhì)是鋼球 鋼棒 礫石或礦塊等 2 根據(jù)破碎方式 機械的構(gòu)造特征 動作原理 來劃分的 大體上分為六類 1 鄂式破碎機 2 圓錐式破碎機 3 輥式破碎機 4 沖擊式破碎機 5 環(huán)錘式破碎機 6 錘式破碎機 各類破碎機有不同的規(guī)格 不同的使用范圍 粗碎多用鄂式破碎機或旋回圓錐破碎 機 中碎采用標準型圓錐破碎機 細碎采用短頭型圓錐破碎機 1 5 破碎機的工作原理和優(yōu)缺點 1 5 1 顎式破碎機 工作原理 利用兩顎板對物料的擠壓和彎曲作用 粗碎或中碎各種硬度物料的破碎 機械 其破碎機構(gòu)由固定顎板和可動顎板組成 物料從頂部入口倒入含有鄂齒的破碎室 鄂齒以巨大力量將物料頂向室壁 將之破碎成更小的石塊 當兩顎板靠近時物料即被破 碎 當兩顎板離開時小于排料口的料塊由底部排出 它的破碎動作是間歇進行的 優(yōu)缺點 顎式破碎機具有破碎比大 能破碎堅硬物料 產(chǎn)品粒度均勻 成品片石少 工作可靠 耐磨件使用時間長 結(jié)構(gòu)簡單 維修簡便 運營費用經(jīng)濟等特點 由于動顎 垂直行程較大 物料不僅受到擠壓作用 還受到部分的磨剝作用 加劇了物料過粉碎現(xiàn) 象 增加了能量消耗 產(chǎn)生粉塵較大 顎板比較容易磨損 復擺型顎式破碎機在破碎物 料時 動顎受到的巨大擠壓力 直接作用到偏心軸上 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 4 圖 1 3 顎式破碎機 1 5 2 圓錐破碎機 工作原理 圓錐破碎機工作時 破碎機的水平軸由電機通過三角皮帶和皮帶輪來驅(qū) 動 水平軸通過大 小齒輪帶動偏心套旋轉(zhuǎn) 破碎機圓錐軸在偏心套的作用下產(chǎn)生偏心 距做旋擺運動 使得破碎壁表面時而靠近定錐表面 時而遠離定錐表面 從而使石料在破 碎腔內(nèi)不斷地受到擠壓 折斷和沖擊而破碎 動錐離開該區(qū)段時 該處已破碎至要求粒 度的物料在自身重力作用下下落 從錐底排出 待破碎物料從圓錐式破碎機的進料口裝 入 圓錐破碎機動錐的上腔支撐在固定主軸上端的球面軸瓦上 其下腔套在偏心軸套的 外面 其運動由偏其運動由偏心軸套直接帶動 當偏心軸套繞主軸旋轉(zhuǎn)時 動錐不僅隨 偏心軸套繞機器的中心線做旋轉(zhuǎn)運動 而且還繞自己的軸線旋轉(zhuǎn) 該動錐是繞著其球面 支承中心作空間旋擺運動的 圖 1 4 圓錐式破碎機工作示意圖 優(yōu)缺點 圓錐式破碎機的破碎腔深度大 工作連續(xù) 生產(chǎn)能力高 單位電耗低 易 于啟動 工作比較平穩(wěn) 振動較輕 機器設備的基礎重量較小 可以擠滿給礦 大型圓 錐破碎機可以直接給入原礦石 無需增設礦倉和給礦機 但是圓錐破碎機也存在以下缺 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 5 點 旋回的機身較高 故廠房的建筑費用較大 它不適宜于破碎潮濕和粘性礦石 安裝 維護比較復雜 檢修亦不方便 1 5 3 沖擊式破碎機 工作原理 石料由機器上部直接落入高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤 在高速離心力的作用下 與 另一部分以傘型方式分流在轉(zhuǎn)盤四周的靶石產(chǎn)生高速度的撞擊與高密度的粉碎 石料在 互相打擊后 又會在轉(zhuǎn)盤和機殼之間形成渦流運動而造成多次的互相打擊 磨擦 粉碎 從下部直通排出 形成閉路多次特環(huán) 由篩分設備控制達到所要求的粒度 優(yōu)缺點 沖擊式破碎機的結(jié)構(gòu)新穎 獨特 運轉(zhuǎn)平衡 能量消耗小 產(chǎn)量高 破碎 比大 它的設備體積小 操作簡便 安裝和維修方便 具有整形功能 產(chǎn)品呈立方 狀 堆積密度大 生產(chǎn)過程中 石料能形成保護底層 機身無磨損 經(jīng)久耐用 圖 1 5 沖擊式破碎機 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 6 2 重錘式破碎機設計 2 1 重錘式破碎機的介紹 重錘式破碎機是破碎設備中的一種 也是目前行業(yè)內(nèi)錘式破碎機系列中技術(shù)比較先 進的一種設備 采用先進的生產(chǎn)技術(shù) 實現(xiàn)一次投料成型 具有高效 節(jié)能環(huán)保之特點 成料能按照需求進行調(diào)整 粗 中 細 各種規(guī)格齊全 無片狀 無光滑體 多角多棱 保正抗壓強度 特別適應于高速公路 建筑及大型工程用料 重錘式破碎機去掉了鄂式破碎機的初破過程 成為大小物料一次完成破碎的新機型 產(chǎn) 量大 效率高 動力小 節(jié)約了人力物力 降低了物料的破碎成本 該機破碎的石料 不但規(guī)格全 而且勻清晰 是老式鄂式破碎機和板式錘破的替代產(chǎn)品 本系列產(chǎn)品適用 于破碎各種中等硬度和脆性物料 如石灰石 煤等物料 主要用于水泥 礦山 選煤 發(fā)電 化工及建材行業(yè) 圖 2 1 重錘式破碎機 2 2 重錘式破碎機的工作原理 重錘式破碎機可根據(jù)用戶要求調(diào)整蓖條間隙 改變出料粒度 以滿足不同用戶的不 同需求 速轉(zhuǎn)動的錘體與物料碰撞面破碎物料 它具有結(jié)構(gòu)簡單 破碎比大 生產(chǎn)效率 高等特點 可作干 濕兩種形式破碎設備 該機的主要工作部件為帶有錘頭的轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn) 子由主軸 圓盤 銷軸和錘子組成 電動機帶動轉(zhuǎn)子在破碎腔內(nèi)高速旋轉(zhuǎn) 物料自上部 給料口給入破碎機內(nèi) 立即受到高速回轉(zhuǎn)的錘頭的打擊 沖擊 剪切 研磨作用而粉碎 重錘式破碎機在轉(zhuǎn)子下部設有襯板 篦條 破碎了的物料 從錘頭處獲得動能 以高速 向機殼內(nèi)壁的襯板和篦條上沖擊而第二次破碎 此后 小于篩孔尺寸的粒級的粉碎物料 便從篦條縫隙中排出 而粒度較大的物料 就彈回到襯板和篦條上的粒狀物料 繼續(xù)受 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 7 到錘頭的附加沖擊破碎 最后通過篦條排出機外 在物料破碎的整個過程中 物料之間 也相互沖擊粉碎 圖 2 2 重錘式破碎機工作示意圖 2 3 重錘式破碎機的優(yōu)缺點 重錘式破碎機的優(yōu)點 1 具有入料粒度大 細碎比大 效率高 2 結(jié)構(gòu)簡單 裝配緊湊 重量較輕 3 產(chǎn)品粒度均勻 過碎粉少 4 維修方便 磨損小 5 電耗低等優(yōu)點 是作為中 細碎的破碎設備 重錘式破碎機的缺點 1 主要工作部件 如 錘頭 蓖條 襯板 轉(zhuǎn)子 圓盤等磨損較快 尤其工作對象 十分堅硬時 磨損更快 2 破碎腔中落入不易破碎的金屬塊時 易發(fā)生事故 3 含水量 12 的物料 或較多的粘土 出料篦條易堵塞使生產(chǎn)率下降 并增大能 量損耗 以至加快了易損零部件的磨損 2 4 重錘式破碎機轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)分析 本次設計的是重錘式破碎機轉(zhuǎn)子由錘頭 主軸與軸承 銷軸 錘架及轉(zhuǎn)盤組成 圓 盤上開有 6 個均勻分布的銷孔 通過銷軸將 6 24 個錘頭懸掛起來 為了防止圓盤和錘子 的軸向竄動 銷軸兩端用鎖緊螺母固定 轉(zhuǎn)子支承在兩個滾動軸承上 此外 為了使轉(zhuǎn) 子在運動中儲存一定的動能 避免破碎大塊物料時 錘頭的速度損失不致過大和減小電 動機的尖峰負荷 在主軸的一端還裝有一個大皮帶輪 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 8 圖 2 3 轉(zhuǎn)子示意圖 重錘式破碎機的轉(zhuǎn)子是一個回轉(zhuǎn)速度較高的部件 質(zhì)量又大 平衡問題就顯得非常 重要 為了使破碎機能正常工作 首先必須使它的轉(zhuǎn)子獲得平衡 如果轉(zhuǎn)子的重心偏離轉(zhuǎn)軸的幾何中心時 則產(chǎn)生靜力不平衡現(xiàn)象 若轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)中 心線和其主慣性軸中心線不重合而成交叉狀態(tài)時 則將產(chǎn)生動力不平衡現(xiàn)象 轉(zhuǎn)子產(chǎn)生 不平衡時 則破碎機的軸承除了承受轉(zhuǎn)子質(zhì)量之外 還受到其離心慣性力 離心慣性力 矩作用 以致軸承很快磨損 功率消耗增加 機械產(chǎn)生振動 因此 轉(zhuǎn)子制造與修理后 還要精確地進行平衡 通常當錘子磨損以后 破碎機的破碎效果顯著降低 生產(chǎn)力下降 此時則需要更換其中一部分錘子 當錘子磨損而需要調(diào)換工作面 或更換新錘子時 更 要把錘頭的質(zhì)量選配好 更換新錘子時 在徑向要對稱成對地更換 使破碎機運轉(zhuǎn)起來 平穩(wěn) 減少振動 2 4 1 錘頭的分析 錘頭是錘式破碎機最關鍵的零件 其質(zhì)量 形狀 和材質(zhì)對破碎機的生產(chǎn)能力有很 大的影響 錘頭的質(zhì)量大小直接影響破碎效果 在錘式破碎機中料塊受到高速旋轉(zhuǎn)的錘頭沖擊 而粉碎 當轉(zhuǎn)子的圓周速度一定時 錘頭質(zhì)量愈大則其動能愈大 才能將大塊和堅硬物 料粉碎 實踐證明 錘頭的有效質(zhì)量 不但要能對料塊產(chǎn)生碎裂的沖擊 而且還要在沖 擊時不產(chǎn)生向后偏倒 否則將大大降低破碎機的生產(chǎn)力 而且增加能量消耗 所以 在 粉碎大塊而堅硬的物料時宜選用重型的錘頭 但個數(shù)不要求很多 在粉碎小塊而松軟的 物料時 宜選用輕型的錘頭 這時錘頭的數(shù)目不妨多些 宜增加的物料的沖擊次數(shù) 從 而更有利于物料的粉碎 錘頭用高碳鋼或鍛造 也可以用高錳鋼鍛造 用高碳鋼鍛造錘頭時 以鍛造的質(zhì)量 較高 為了提高錘頭的耐磨性 有時在它的工作面上 涂焊上一層硬質(zhì)合金或焊上一薄 層高錳鋼 或者進行熱處理 用高錳鋼鍛造的錘頭 最好經(jīng)過水硬熱處理以提高錘頭的 質(zhì)量 延長使用時間 錘頭磨損后 可以采用高錳鋼堆焊進行修補 這樣可以大大節(jié)省 金屬的消耗 重錘式破碎機錘頭子的形狀與破碎物料性質(zhì)和粒度有關 即與被破碎物料硬度 脆 性 粒度等因素有關 錘頭形狀的正確選擇 一是可以加大打擊力度 二是能夠延長錘 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 9 頭的使用壽命 常見的錘頭設計的形狀對稱 如圖 2 4 所示 所以當錘頭的一面磨損 后 可以翻面使用 如果錘頭磨損過度 轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動的過程中會失去平衡 破碎機的工 作不穩(wěn)定 會導致軸瓦磨損過快 因此 在使用中要經(jīng)常檢查錘頭的磨損情況 及時更 換新錘頭 輕型 整體中型 輕型板式 圖 2 4 常見的錘頭形狀 2 4 2 主軸的分析 整個轉(zhuǎn)子的零件都由主軸來支承 主軸又裝在機架側(cè)壁流動軸承中 破碎板工作時 所產(chǎn)生的沖擊力也由主軸承受 因此 要求主軸的材料具有較高的強度和韌性 主軸有圓形斷面和方形斷面兩種 后者是錘架活套在主軸上不用平鍵連接 通常斷 面為圓形 且有平鍵和其他零件連接 圖 2 5 主軸結(jié)構(gòu)示意圖 2 4 3 錘盤的分析 錘盤主要是通過轉(zhuǎn)盤與銷軸將主軸與錘子連接起來 錘盤是由多個轉(zhuǎn)盤和壓緊轉(zhuǎn)盤 銷軸等組成 錘盤是靠兩端壓緊轉(zhuǎn)盤和鎖緊螺母固定在一起 錘頭就裝在銷軸上 錘盤是用來懸掛錘頭的 它不起破碎物料的作用 但錘式破碎機在運轉(zhuǎn)工作過程中 錘架還是要受礦石沖擊和磨檫而造成的磨損 所以 錘架要能承受一定的沖擊 有一定 的耐磨性 轉(zhuǎn)盤有三角形 圓形和十字形幾種 不論哪種形式 在強度 剛度允許條件下 盡 量減輕質(zhì)量 因為錘式破碎機與反擊式破碎機不一樣 它僅僅是靠錘子的動能來完成對 物料破碎 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 10 圖 2 6 錘盤結(jié)構(gòu)示意圖 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 11 3 重錘式破碎機轉(zhuǎn)子的主要參數(shù)及計算 3 1 轉(zhuǎn)子直徑與長度 1 轉(zhuǎn)子直徑 轉(zhuǎn)子直徑一般是根據(jù)所給物料的尺寸來決定的 通常轉(zhuǎn)子的直徑與所給物料尺寸直 徑比為 6 15 大型破碎機則近似取為 3 由于 1350 1600mm 破碎機為中型 所以直 徑與所給物料尺寸之比取 13 5 而加工物料粒度 50mm 轉(zhuǎn)子直徑 D 13 5 100 1350mm 2 轉(zhuǎn)子的長度 轉(zhuǎn)子的長度根據(jù)機器的生產(chǎn)能力而定 轉(zhuǎn)子直徑與長度的比值 一般為 0 7 1 5 物料抗沖擊力較強時 應取較大的比值 由于 1350 1600mm 加工的物料為低硬度的礦 石 所以比值取 1 18 轉(zhuǎn)子長度 L D 1 18 1600mm L 1600mm 3 2 基本結(jié)構(gòu)尺寸 1 給料口的寬度和長度 給料口寬度 B 3dmax dmax 表示最大給料塊的尺寸 B 3 20 60mm B 50mm 則取 B 620mm 給料口長度 與轉(zhuǎn)子長度相同 L 1600mm 2 排料口尺寸 排料口尺寸由反擊板和轉(zhuǎn)子的間隙尺寸決定 一般按入料粒度要求來確定 由于處 料粒度為 5 25mm 所以取 20mm 則轉(zhuǎn)子和反擊板之間的間隙為 20mm 3 給料口傾角 的計算 為了選擇破碎腔合理的結(jié)構(gòu)參數(shù) 取 4 個規(guī)格的重錘式破碎機破碎腔結(jié)構(gòu)參數(shù)列表 3 1 中作為參考 表 3 1 重錘式破碎機破碎腔結(jié)構(gòu)參數(shù) 機型 1 2 PCG 1010 47 44 2 68 17 70 PCG 1007 60 30 2 60 15 60 PCG 1210 55 50 2 70 15 69 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 12 PCG 1215 45 30 2 73 19 77 破碎機物料是沿導板進入破碎腔 因此導板傾角 就是一個重要參數(shù) 從表 3 1 中 可以看出 角在 45 到 60 之間 這完全符合實際情況 角越大物料沿導板下滑 的速度越快 角越小物料沿導板下滑的速度越慢 甚至產(chǎn)生堆料現(xiàn)象 角大 破碎 機高度增加 角小 破碎機高度降低 在其它條件允許的情況下 以取 角小為宜 所以 本次設計的破碎機選擇 角為 45 3 3 傳動方案的選擇 3 3 1 電機功率的計算 電機功率的消耗取決于物料的性質(zhì) 給料的圓周速度 破碎比和生產(chǎn)率 目前 尚 無一個完整的計算公式 一般根據(jù)實踐經(jīng)驗和實驗數(shù)據(jù) 根據(jù)經(jīng)驗公式進行計算 根據(jù)公 式得 P 0 14 1 25 1 980 214 375KW 系數(shù) K 取 0 14 選用 Y 系列的三相異步電動機 其額定功率為 220KW 型號是 Y355M 6 3 3 2 傳動方式 為了使破碎機的轉(zhuǎn)子在運轉(zhuǎn)中儲存一定的動能 在破碎大塊物料時 錘頭的速度損 失不應過大 并要減小電動機的尖峰負荷 本次設計總共考慮了三種傳動方案 方案一 主軸的一端采用 V 帶輪與電動機相連 電機 V 帶 破碎機 方案二 主軸的一端采用鏈條與電動機相連 電機 鏈條 破碎機 方案三 主軸的一端采用聯(lián)軸器與電動機相連 電機 聯(lián)軸器 破碎機 方案比較 方案一 根據(jù)電機的功率和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 我們選擇了電機型號為 Y355M 6 額定功率 220KW 滿 載轉(zhuǎn)速 986r min 根據(jù)原始資料來設計 V 帶傳動 計算功率 PCA 由資料查得工作情況系數(shù)為 1 5 故 PCA KAP 1 1 220 242 KW 選取普通 V 帶型號 根據(jù) PCA 242 n 986 r min 可知 dd1 450mm V d d1n1 60 1000 450 986 60 1000 m s 23 23m s 在 5 25m s 內(nèi) 合適 dd2 idd1 986 650 450 682 6mm 查資料取 dd2 710mm i 1 5 n 2 650r min 確定中心距 a 和帶長 Ld 0 7 450 710 mm a 0 2 450 710 mm 取 a0 1700mm L0 2a0 2 d d1 dd2 dd2 dd1 4a0 2 1700 450 710 2 710 450 4 1700 mm 5232mm 查資料得 Ld 5200mm a a0 Ld L0 2 1700 5200 5232 2 mm 1626mm 確定中心距調(diào)整范圍 amax a 0 03Ld 1626 0 03 5200 1782mm 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 13 amin a 0 015Ld 1626 0 015 5200 1548mm 驗算小帶輪包角 a1 a1 180 dd2 dd1 a 60 180 710 450 1626 60 170 120 合適 確定 V 帶根數(shù) z z 6 05 0 95 0 99 1 00 0 14 5 64 根 取 z 6 根 合適 確定單根 V 帶初拉力 F0 F0 500Pca vz 2 5 Ka 1 qv 500 6 05 23 23 6 2 5 0 95 1 0 1 23 23 90N 確定對軸的壓力 FQ FQ 2zF0sin a1 2 2 6 90 0 99 1069N 方案二 鏈傳動具有無彈性滑動和整體打滑的現(xiàn)象 因而能保持準確的平均傳動比 鏈條又 不需要像帶傳動那樣張得很緊 因此壓軸力較小 鏈傳動具有整體尺寸較小 結(jié)構(gòu)較為 緊湊 同時能在高溫和潮濕的環(huán)境中工作 它的制造與安裝精度要求較低 成本也低 由于鏈傳動的速度并不高 只適用于減速比小且無啟動頻繁的場合 鏈傳動的缺點是只 能實現(xiàn)平行軸間鏈輪的同向傳動 運轉(zhuǎn)時不能保持恒定的瞬時傳動比 磨損后易發(fā)生跳 齒 不易在載荷變化很大高速和急速反向的傳動中 且無超載保護 方案三 采用聯(lián)軸器可以減少總體空間 工作時機械性能好 工作可靠 維護方便 傳動比 恒定 噪音低 傳動效率高 方案確定 在本次設計中 由于考慮到破碎機的工作情況 載荷變化大且不易控制 傳動比要 求也不那么嚴格 同時載荷大對電機的啟動性能造成不好的影響 考慮到大功率的電機 在轉(zhuǎn)速高低上的價格差異不很明顯及整機的成本最低化的原則 決定采用第一種傳動方 案 這種方案可以有效改善電機啟動性能 使電機能平穩(wěn)啟動運行 此驅(qū)動方案是經(jīng)濟 實用 性能優(yōu)良 安全可靠的驅(qū)動方案 結(jié)論 確定本次傳動方案為方案一 即在主軸的一端配置皮帶傳動與電動機相連 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 14 4 重錘式破碎機的主要零件結(jié)構(gòu)設計 因為鉸接在轉(zhuǎn)子上 所以正確選擇錘頭質(zhì)量對破碎效率和能耗都有很大影響 如果 錘頭質(zhì)量選得過小 則可能滿足不了錘擊一次就將物料破碎的要求 若選得過大 無用 功耗過大 離心力也大 對其他零件會有影響并易損壞 根據(jù)動量定理計算錘頭質(zhì)量時 考慮到錘頭打擊物料后 必然會產(chǎn)生速度損失 若 損失過大 就會使錘頭繞本身的懸掛軸向后偏倒 降低生產(chǎn)率和增加無用功的消耗 為 了使錘頭打擊物料后出現(xiàn)偏倒 能夠通過離心力作用而在下一次破碎時物料很快恢復到 正確工作位置 所以 要求錘頭打擊物料后的速度損失不宜過大 一般允許速度損失 40 到 60 根據(jù)實踐經(jīng)驗 即 21 0 46 V 式中 錘頭打擊物料后的圓周線速度 m s 錘頭打擊物料前的圓周線速度 m s 1 若錘頭與物料為了彈性碰撞 且設物料碰撞之前的運動速度為 0 根據(jù)動量定理 可 得 12mvv 由上式可知 12mv 式中 錘頭折算到打擊中心處的質(zhì)量 kg 最大物料塊的質(zhì)量 kg m 綜上所述 0 7 15 m 但是 只是錘頭的打擊質(zhì)量 實際質(zhì)量應根據(jù)打擊質(zhì)量的轉(zhuǎn)動順序和錘頭的轉(zhuǎn)動慣 量求得 20mr 式中 錘頭打擊中心到懸掛點的距離 m 錘頭質(zhì)心到懸掛點的距離 m 0r 最大物料質(zhì)量 334m0 15 602 6kRg 錘頭折算到打擊中心處的質(zhì)量 24 8 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 15 4 1 錘頭設計與計算 a 輕型 b 組合式 c 整體中型 d 輕型板式 圖 4 1 錘子形狀 4 1 1 錘頭的形狀確定 1 一般錘頭的設計 如圖 4 1 所示 是各種錘頭的結(jié)構(gòu)形狀 圖 a 所示錘子是用于可逆式錘式破碎機 它屬于輕型錘子 被破碎的物料粒度大約在 100 左右 PCZ 式單轉(zhuǎn)子 錘式破碎機采用圖 b 的錘子是一種組合式 由錘柄錘帽和銷軸等組成 錘帽由耐磨材料鑄造而成 可方便更 換 錘柄可用高碳鋼制造并在側(cè)面焊有耐磨合金 其壽命很長 這樣的錘子增加打擊中 心的質(zhì)量 增加物料與錘頭撞擊幾率 PC 和 PCX 系列錘式破碎機采用圖 c 所示錘子 其 頭部質(zhì)量較重 可以得到較細產(chǎn)品 整體式錘子結(jié)構(gòu)簡單 反擊式錘式破碎機采用圖 d 所示的錘子 其結(jié)構(gòu)很簡單 此外 無蓖條錘式破碎機采用長柄組合式錘子 由于錘柄 較長 對同樣規(guī)格破碎機 其轉(zhuǎn)盤直徑就比較小增加破碎腔空間 可減小其鼓風效應而 產(chǎn)生的不必要的電能損耗 這種錘子用于 PCKW 無蓖條可逆式錘式破碎機 錘式破碎機錘子的形狀與破碎物料性質(zhì)和粒度有關 即與被破碎物料硬度 脆性 粒度等因素有關 因此 錘子的形狀有各種各樣的 如破碎金屬切削的錘子就像鐮刀形 一是加大打擊力度 二是延長錘子的使用壽命 2 組合式錘頭設計 免錘式破碎機的錘頭是直接打擊進入破碎腔礦石的關鍵部件 要求錘頭的結(jié)構(gòu)設計 首先應當滿足碰撞平衡條件 考慮到錘頭容易磨損 磨損后就需更換 而且更換周期短 為使維修師傅操作簡單 節(jié)省時間 節(jié)約材料 減少成本 我就將錘頭設計為組合式 錘頭由圓柱銷 錘體和錘柄組合而成 我所設計的錘頭區(qū)別于一般組合式錘頭 錘體成 球臺狀 球臺中心線上設有圓透孔 球臺下端方透孔與錘柄上部空心桿外圓相配 圓柱 銷穿過垂體圓透孔 與空心桿內(nèi)孔相配 并由螺栓和自鎖螺母固定 形成組裝式球臺狀 錘頭結(jié)構(gòu) 它滿足碰撞的平衡條件 從而減少無用能量消耗 延長轉(zhuǎn)子軸承使用壽命和 避免避損壞銷軸 由于錘柄可連續(xù)使用 只需更換磨損的錘體 從而用提高了材料利用 率 又由于更換錘體時 錘柄不用從銷軸上拆下 可降低維修操作難度 由于錘式破碎機錘頭是鉸接懸掛在轉(zhuǎn)子體的銷軸上 錘頭打擊礦石時 在錘頭碰撞 點上將作用著沖擊力 由理論力學知 如果沖擊力通過離銷孔中心距離為 h 的碰撞中心 上 則銷軸上的碰撞反力為零 如果沖擊力未通過碰撞中心 則沖擊力會在轉(zhuǎn)子的銷軸 上產(chǎn)生碰撞反力 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 16 由于先有技術(shù)錘式破碎機錘頭錘體打擊面一般為矩形或梯形 在進行碰撞平衡計算 時 先有兩種設計理論 一是建議錘頭的碰撞中心取在錘頭允許磨損高度的中心 二是 建議將碰撞中心取在錘頭的最外端 但與實際情況都有出入 因為打擊面的每個點都有 可能實施對物料的打擊 沖擊力作用線常常會偏離設定的碰撞中心 導致在銷軸上產(chǎn)生 碰撞反力 其后果是產(chǎn)生有害阻力矩 縮短轉(zhuǎn)子軸承使用壽命 甚至會損害銷軸 而我所設計的球形錘頭就能避免以上不足 因為圓弧面與物料碰撞所產(chǎn)生的作用反 力都會經(jīng)過球心 則銷軸上的碰撞反力為零 由于錘式破碎機錘頭是鉸接懸掛在轉(zhuǎn)子體的銷軸上 錘頭打擊礦石時 在錘頭碰撞 點上將作用著沖擊力 由理論力學知 如果沖擊力通過離銷孔中心距離為 h 的碰撞中心 上 則銷軸上的碰撞反力為零 如果沖擊力未通過碰撞中心 則沖擊力會在轉(zhuǎn)子的銷軸 上產(chǎn)生碰撞反力 由于先有技術(shù)錘式破碎機錘頭錘體打擊面一般為矩形或梯形 在進行碰撞平衡計算 時 先有兩種設計理論 一是建議錘頭的碰撞中心取在錘頭允許磨損高度的中心 二是 建議將碰撞中心取在錘頭的最外端 但與實際情況都有出入 因為打擊面的每個點都有 可能實施對物料的打擊 沖擊力作用線常常會偏離設定的碰撞中心 導致在銷軸上產(chǎn)生 碰撞反力 其后果是產(chǎn)生有害阻力矩 縮短轉(zhuǎn)子軸承使用壽命 甚至會損害銷軸 而我所設計的球形錘頭就能避免以上不足 因為圓弧面與物料碰撞所產(chǎn)生的作用反 力都會經(jīng)過球心 則銷軸上的碰撞反力為零 3 錘頭的改進 1 錘頭 2 螺母 3 螺栓 4 錘柄 圖 4 2 改進的錘頭 錘頭主要由三部分構(gòu)成 主要是錘頭 錘柄和連桿 三者僅靠普通螺栓連接 主軸 高速運轉(zhuǎn)時 能產(chǎn)生很大的離心力 而錘頭只靠螺栓接觸面產(chǎn)生的摩擦力來抵抗 錘頭 會上下移動 1 錘架的結(jié)構(gòu)設計與計算 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 17 根據(jù)設計的要求 每根銷軸上需要有 8 個錘子 圓盤是用來懸掛錘頭的 一共需有 7 個錘架和 2 個圓盤 2 個圓盤共有的特點是 一側(cè)設置了圓螺母和止動墊片 另一端用 軸肩定位 這樣每個圓盤均勻分布 6 個圓孔 即可以通過六根銷軸 用來懸掛錘頭 錘 頭和錘架之間的間隙除了通過削軸連接 為了保護圓盤的側(cè)面 減少或盡量避免其側(cè)面 的磨損 錘架的大小取決于轉(zhuǎn)子的直徑 轉(zhuǎn)子的直徑的大小是錘架的設計大小的依據(jù) 2 延長錘頭使用壽命的研究 下面重點討論一下錘頭耐磨性提高 使用壽命延長的問題 決定一個板錘的使用壽 命 有以下幾個因素來評定 1 工作是否可靠 在板錘與物料沖擊過程中 不準板錘飛離轉(zhuǎn)子 或因板錘的緊固 不良 引起其他的機械故障 故板錘的固定是個值得注意的問題 否則 無 壽命 可 言 2 板錘的裝卸是否方便 尤其再生產(chǎn)現(xiàn)象 在工作一段時間后 機器的各部件必不 能按理想狀況進行 比如偏心 局部磨損等 需要及時調(diào)整 能否快速裝卸是一個很重 要的指標 3 板錘的金屬利用率是否合理 因板錘的磨損是不可避免的 一塊重量一定的板錘 使其不能利用的質(zhì)量最小 即板錘的形狀及空間尺寸如何選擇為最佳是值得考慮的問題 4 減少無謂的磨損 以提高板錘的使用壽命 要充分利用轉(zhuǎn)子的能量 提高破碎比 就必須研究最大破碎力 同時也具有很大的理論價值 5 板錘的及時合理調(diào)配非常關鍵 破碎機在使用中運行不穩(wěn) 震動大 主要原因是 板錘磨損后 原有的平衡狀況被破壞 未用科學的方法合理調(diào)配所致 6 板錘的材質(zhì) 是解決錘頭耐磨性 使用壽命的最核心的因素 現(xiàn)今應用比較廣泛 也經(jīng)受了實踐的考驗 比如有改性高錳鋼板錘和錘頭 中碳多元合金鋼錘頭 圓盤是通過鍵與主軸相連接的 而隨主軸高速回轉(zhuǎn)的 所以結(jié)構(gòu)中一定有鍵槽 其 厚度也是滿足強度要求 工作狀況的 不宜過大 考慮到錘式破碎機錘頭與物體發(fā)生沖 擊 力的大小時刻變化 最后將套筒與錘架焊接在一起 增加平鍵的接觸面積 從而減 小應力 圓盤之間的軸向定位就靠本身 大體結(jié)構(gòu)設計如 3 4 所示 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 18 圖 4 3 錘架的結(jié)構(gòu) 4 2 主軸的設計與強度計算 4 2 1 主軸的設計 通常主軸的設計包括兩個部分 一個是結(jié)構(gòu)設計 一個工作能力計算 后者主要是 指強度計算 主軸結(jié)構(gòu)設計根據(jù)軸上零件的安裝 定位以及軸的制造 工藝等方面的要求 合理 確定出結(jié)構(gòu)和尺寸 軸的工作能力的計算不僅指軸的強度計算 還有剛度 穩(wěn)定性等方 面的計算 在大多數(shù)情況下 只需要對軸的強度進行計算 因為其工作能力一般主要取 決于軸的強度 所以只做強度計算 以防止產(chǎn)生過大的線性變形 而對于強度要求較高 的軸和受力大的細長軸 還應該進行剛度計算 防止產(chǎn)生過大的線性變形 對于高速運 轉(zhuǎn)的軸 還應該進行振動和穩(wěn)定性的計算 以防止產(chǎn)生共振破壞 因此 對破碎機的主 軸來說 只需要進行強度計算 4 2 2 轉(zhuǎn)子軸的強度計算 前面提到過 多數(shù)情況下 軸的工作能力一般主要取決于軸的強度 此時只做強度 計算 以防止或檢驗斷裂和塑性變形 而對于剛度要求高的軸和受力大的細長軸 還應 該進行剛度計算 防止產(chǎn)生過大的線性變形 對于高速運轉(zhuǎn)的軸 還應該進行振動穩(wěn)定 性計算 以防止產(chǎn)生共振破壞 在進行軸的強度校核計算時 應根據(jù)軸的具體載荷和應力情況 采用相應的計算方 法 并恰當?shù)倪x擇其許用應力 根據(jù)計算原則 對于傳動軸 僅僅或主要承受扭矩 按 照扭矩強度條件進行計算 對于心軸 只承受彎矩 應該按照彎曲疲勞強度進行計算 對于該主軸 既承受扭矩還承受彎矩 是一個轉(zhuǎn)軸 所以必須進行彎扭合成強度條件進 行計算 需要時還應該進行疲勞強度的精確校核 先按照彎扭合成強度條件進行計算 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 19 通過對該主軸的結(jié)構(gòu)設計 軸的主要結(jié)構(gòu)尺寸 軸上的零件的位置以及外載荷和支 反力的作用位置已經(jīng)確定 軸上的載荷可以求得 因此可以按彎扭合成強度條件對該主 軸進行強度的校核計算 由于作用在轉(zhuǎn)子軸上每個瞬間的載荷大小不等 其作用時間又短 僅為千分之幾秒 而計算的外載荷又與實際破碎情況出入較大 故下面對軸的強度計算僅作參考 轉(zhuǎn)子軸的受力圖如圖 4 4 所示 圖 4 4 主軸簡圖 圖 4 5 主軸受力圖 圖 4 6 主軸彎矩圖 圖 4 7 主軸扭矩圖 轉(zhuǎn)子軸由主軸 轉(zhuǎn)子體 軸承等組成 轉(zhuǎn)子體由板錘和錘盤等組成 主軸材質(zhì)為 45 號鋼調(diào)制處理 其拉伸強度極限 B 650Mpa 拉伸屈服極限 S 360Mpa 而其彎曲對稱 循環(huán)的許用疲勞應力 1 b 60Mpa 作用在轉(zhuǎn)子軸的力有 轉(zhuǎn)子重力 F1 包括安裝在主軸上的轉(zhuǎn)子題 軸套等零件的總 重力 轉(zhuǎn)子外端的圓周力 F2和板錘的不平衡力 F3 其合力 F 為 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 20 F F 1 F2 F3 K 0 N 其中 F 2 N nRP950 F3 N 180 r 式中 K 0 沖擊系數(shù) 粗碎 K0 3 0 中碎 K0 1 5 細碎 K0 1 2 n 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 r min R 轉(zhuǎn)子外端半徑 m p 電機功率 KW 軸承的摩擦阻力系數(shù) 取 0 03 r 軸承滾子滾動面的半徑 m 本機轉(zhuǎn)子重力 F1為 F 1 Mg 19500 N 轉(zhuǎn)子外端的圓周力 F2為 F2 2846 9 NnRP9505 07381 本機所用滾動軸承的滾子滾動面的半徑 r 118 75 mm 板錘的不平衡力 F3為 F3 21011 N180 9 0 取沖擊系數(shù) 3 0 則其合力為 F F 1 F2 F3 K 0 19500 2846 9 21011 3 130073 N 電機作用于主軸的轉(zhuǎn)矩 T 為 T 9550 1423 4 N MnP73895 軸上的最大彎矩為 M 25104 N M12lF6 0 主軸的彎矩和扭矩圖如圖 4 6 圖 4 7 所示 將主軸的扭矩剪應力看成脈動循環(huán)變應力時 取 0 6 則其當量彎矩 Me 為 Me 25118 N M TM 2 4 136 0 2514 其危險截面應力為 51 12 MpaWe32d 1 0e 370 1258 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 21 1 b 60 Mpa 結(jié)論 主軸的彎曲疲勞強度安全 通常軸的設計包括兩個部分 一個是結(jié)構(gòu)設計 一個是工作能力計算 后者主要是 指強度計算 主軸的結(jié)構(gòu)設計根據(jù)軸上零件的安裝 定位以及軸的制造 工藝等方面的要求 合 理確定出其結(jié)構(gòu)和尺寸 軸的工作能力的計算不僅指軸的強度計算 還有剛度 穩(wěn)定性 等方面的計算 當然大多數(shù)情況下 只需要對軸的強度進行計算即可 因為其工作能力 一般主要取決于軸的強度 此時只做強度計算 以防止或檢驗斷裂和塑性變形 而對于 剛度要求高的軸和受力大的細長軸 還應該進行剛度計算 防止產(chǎn)生過大的線性變形 對于高速運轉(zhuǎn)的軸 還應該進行振動穩(wěn)定性計算 以防止產(chǎn)生共振破壞 因此 對該破 碎機的主軸來說 只需進行強度計算 4 2 3 軸的材料的選擇 軸的材料主要是碳素鋼和合金鋼 鋼軸的毛坯多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件 有的則直接 用圓鋼 碳素鋼比合金鋼低廉 對應力集中的敏感性較低 同時也可以用熱處理或化學 熱處理的方法提高其耐磨性和抗疲勞強度的 故采用碳鋼制造軸尤為廣泛 所示選用 45 號鋼 4 2 4 軸的最小直徑和長度的估算 軸各段直徑所需要的軸徑與軸上的載荷的大小有關 在初步確定其直徑的同時 還 通常不知道支反力的作用點 不能確定其彎矩的大小及分布情況 因此還不能按軸上的 所收的具體載荷及其引起的應力來確定主軸的直徑 但是 在對其進行結(jié)構(gòu)設計之前 通常能求出主軸的扭矩 所以 先按軸的扭矩初步估計所要的軸的直徑 并記錄此時所 求出的最小直徑 dmin 然后再按照主軸的裝配方法和定位要求 從 dmin處逐一確定各軸段 的直徑的大小 另外 有配合要求的軸段 應盡量采用標準直徑 比如安裝軸承的軸段 安裝標準件的部位的軸段 都應取為相應的標準值經(jīng) 確定主軸的各段的長度 盡可能使其結(jié)構(gòu)緊湊 同時還要保證轉(zhuǎn)子以及軸承所需要 裝配的和調(diào)整的空間 所確定軸的各段長度 必須考慮到各零件于主軸配合部分的軸向 尺寸和相鄰零件間的必要間隙 4 2 5 軸的結(jié)構(gòu)設計 對于軸的結(jié)構(gòu)必須滿足 主軸和安裝在主軸上的零件要有準確的工作位置 軸上的零件便于安裝和拆卸 調(diào)整 軸應有良好的制造工藝性 軸上零件的安放順序如下 軸承 圓盤 軸套 軸承 套筒 帶輪 因為主軸是階梯軸 根據(jù)階梯軸的特點 并且軸上零件的安裝要求也不高 所以上 面提到的第二條容易滿足 至于第三條 軸的制造工藝性 主要是指便于加工和裝配軸上的零件 并且生產(chǎn)率 高 成本低 一般來說 結(jié)構(gòu)越簡單 工藝性越好 所以應該盡量簡化軸的結(jié)構(gòu) 為了 便于裝配零件并去掉毛刺 軸端應制出 45 度倒角 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 22 具體分析如下 該主軸有 2 個軸段有鍵槽 為了減少裝夾工件所需的時間 應在這 些不同的軸段上開的鍵槽在軸的同一條母線上 另外 還為了減少加工刀具的種類和提 高勞動生產(chǎn)率 軸上直徑近似的地方 圓角 倒角 鍵槽寬度等都采用相同的尺寸 提高主軸疲勞強度的途徑 在零件的設計階段 除了采取提高其強度的一般措施之外 還可以通過以下一些設 計措施來提高其疲勞強度 盡可能的降低該主軸上的應力集中的影響 這是提高其疲勞強度的首要措施和主 要的途徑 而主軸的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸的突變 比如軸肩 是應力集中的結(jié)構(gòu)根源 因此 為了降低應力集中 應該盡量減小零件 即該主軸的 結(jié)構(gòu)形狀和尺寸的突變使其變化 盡可能的平滑和均勻 為此 要盡可能的增大過渡處的圓角半徑 同一段軸上相鄰截面 處的剛性變化應盡可能的小等等 在不可避免的要產(chǎn)生較大的應力集中的結(jié)構(gòu)處 可采用減荷槽來降低應力集中的影 響 選用疲勞強度高的材料和規(guī)定能夠提高材料疲勞強度的熱處理方法和強化工藝 提高主軸的表面質(zhì)量 比如將處在應力較高區(qū)域的主軸表面加工得較為光潔 或 者 如果 有的軸段 工作在腐蝕性介質(zhì)中 則要對該軸段規(guī)定適當?shù)谋砻姹Ｗo 盡可能地減小或消除主軸表面可能發(fā)生的初始裂紋的尺寸 對于延長其疲勞壽命 有著提高材料性能更為顯著的作用 因此 對于重要的軸段 在設計圖紙上應規(guī)定出嚴 格的檢驗方法和要求 降溫 減載荷 對于發(fā)熱摩擦副的軸頸采取降溫設計 也可顯著提高其疲勞壽命 因為主軸是一個轉(zhuǎn)動件 所以 在低應力下運轉(zhuǎn)一定周數(shù)后 再逐步提高到設計的應力 水平 4 3 軸承的選擇 因為軸承 尤其是常用的一些軸承 主要是指一些滾動軸承 絕大數(shù)都已標準化 因而 我們需要進行一部分設計內(nèi)容 根據(jù)具體的工作條件 正確選擇軸承的類型和尺 寸 另外是軸承組合的設計 它包括安裝 調(diào)整 潤滑 密封等一系列內(nèi)容的設計 4 3 1 材料的選擇 軸承的內(nèi)圈 外圈 滾動體 一般是用軸承鉻鋼制造的 熱處理后 其硬度一般不 低于 HRC60 一般這些元件需要 150 度回火處理 所以其通常的工作溫度不高于 120 度 此時 硬度不會下降 4 3 2 軸承類型的選擇 軸承的類型有很多種 主要根據(jù)其承載情況和調(diào)心等要求 進行選擇 因為該型號 的破碎機 其轉(zhuǎn)子的速度在 900 到 1100 之間 所以主軸的軸承的轉(zhuǎn)速很高 負荷很大 且工作時間很長 最主要的是 經(jīng)過很長時間工作后 會因為錘頭的不均勻磨損而產(chǎn)生 不平衡附加作用力 當錘頭的不均勻磨損嚴重時 此力就成為總負荷中的主要部分 軸承間距大 軸會產(chǎn)生撓曲 此外 軸承的中心也難保證同心 因此選用調(diào)心滾子軸承 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 23 滾子軸承一般由內(nèi)圈 外圈 滾動體和保持架組成 內(nèi)圈裝在軸頸機座或零件的軸 承孔內(nèi) 內(nèi)外圈上有滾道 當內(nèi)外圈相對旋轉(zhuǎn)時 滾動體將沿著滾道滾動 保持架的作 用是把滾動體均勻分開 滾動體與內(nèi)外圈的材料應具有高的硬度和接觸疲勞強度 良好的耐磨性和沖擊人性 一般用合金鋼制造 經(jīng)熱處理后硬度可達 HRC61 65 工作表面須經(jīng)磨削和拋光 保持架 一般用低碳鋼板沖壓制成 高速軸承多采用有色金屬或塑料保持架 與滑動軸承相比 滾動軸承具有摩擦阻力小 效率高 潤滑簡便和易于互換等優(yōu)點 所以本設計選用滾動軸承 但是它抗沖擊能力較差 高速時出現(xiàn)噪音 工作時間也不及 有液體潤滑的滑動軸承 滾動軸承按其承受載荷的方向或公稱接觸角的不同 可分為 1 向心軸承 主要用于承受徑向載荷 其公稱接觸角從 0 到 45 2 推力軸承 只要用于承受軸向載荷 其公稱接觸角從 45 到 90 按照滾動體形狀 可分為球軸承和滾子軸承 滾子軸承又分為圓柱滾子 圓錐滾子 球面滾子和滾針等 設計中采用了調(diào)心滾子軸承 SKF23132cck w33 為了保證軸承在不同的環(huán)境下正常工 作 用兩個軸承箱體將軸承密封 在裝配時為了保證兩個箱體的同軸度 可以用一組薄 鋼墊片調(diào)節(jié) 在相同外型尺寸下 滾子軸承的承載能力為球軸承的 1 5 3 倍 所以 在 載荷較大或有沖擊載荷時應選用滾子軸承 由于接觸角的存在 角接觸軸承可同時承受 徑向載荷和軸向載荷 圖 4 7 調(diào)心滾子軸承 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 24 圖 4 8 調(diào)心滾子軸承 圖 4 9 調(diào)心滾子軸承實體圖 4 3 3 軸承的游動和軸向位移 軸承在實際工作時 工作前后的溫差大 為了適應軸和外殼不同熱膨脹的影響 防 止軸承卡死 可以使一端的軸承軸向固定 比如用圓螺母 另一端使之可以軸向位移 這樣 軸承在內(nèi)外圈的軸向相對位置有不大的變化時 仍然可以正常工作 也可以使外 圓與座孔配合較松 以保證外圓相對于座孔能做軸向竄動 4 3 4 軸承的安裝和拆卸 如圖 4 10 所示 為了便于軸承在主軸上的安裝和拆卸 必須考慮到軸承座有剖分面 這樣就不必考慮沿軸向安裝和拆卸軸承部件 優(yōu)先選用內(nèi)外圈可分離的軸承了 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 25 圖 4 10 軸承座結(jié)構(gòu) 4 3 5 滾動軸承的計算 由于滾動軸承承受的軸向力合徑向力都比較大 轉(zhuǎn)速 n 980r min 而且軸式細長軸 產(chǎn)生彎矩 所受較大震動 考慮以上原因 滾動軸承采用油潤滑 軸承座的結(jié)構(gòu)如圖 4 9 所示 軸承座的右端用迷宮密封 本機所用的調(diào)心滾子軸承為 SKF23132cck w33 其技術(shù)性能如表 4 1 所示 表 4 1 調(diào)心滾子軸承技術(shù)性能 基本尺寸 d D B mm 140 270 86 基本額定動載荷 Cr N 845000 基本額定靜載荷 Co N 1370000 疲勞載荷極限 Pu N 129000 脂潤滑 1300 額定轉(zhuǎn)速 r min 油潤滑 1700 現(xiàn)設定軸承的使用時間是 30000h 因?qū)ΨQ布置 軸承僅受徑向載荷 其值為 R R1 R2 65036 5 N2F1307 其應具有的徑向基本額定動載荷C為 C R 65036 5 562 5 KN 845 KN610h nL 610378310 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 26 綜上 說明調(diào)心滾子軸承SKF23132cck w33在其使用時間30000h內(nèi)相當安全 此外 軸承的工作轉(zhuǎn)速為 n 738 r min 980 r min 額定轉(zhuǎn)速 所以 軸承的工作轉(zhuǎn)速也在安全范圍之內(nèi) 4 4 鍵的校核 主軸與皮帶輪上連接的鍵 我選用鍵 36 12 177 連接性質(zhì)是靜連接 因為鍵的材料為 鋼調(diào)質(zhì) 查 機械設計 表 12 1 得 45 許用剪切應力 PMa 查閱 機械設計 得 擠壓應力 P2Tdkl 其中 T 傳遞的扭矩 單位為 Nm K 接觸高度 單位為 mm d 軸的直徑 單位為 mm l 鍵的工作長度 單位為 mm 已知 5 12 K 12mm d 140mm L 177mm P2Tdkl 2 5120 140 12 177 2 71Mpa 根據(jù) 機械設計 表 12 1 得 P120Ma 鍵 36 12 177 滿足擠壓強度 所以該鍵滿足要求 P 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 27 5 重錘式破碎機的操作與維修 5 1 重錘式破碎機的操作 5 1 1 啟動前的準備工作 1 認真檢查破碎機的主要零件 錘頭 破碎板 檢查門以及緊固螺栓是否完好 是 否松動 2 認真檢查輔助設備 喂料設備 聯(lián)軸器 電機等設備完好 3 檢查破碎腔中是否有雜物 若在破碎腔中發(fā)現(xiàn)大塊物料或者金屬物等 應先取出 4 進行潤滑油量檢查 做好上述工作后 發(fā)出開車信號 取得下一步工序同意后方能開機 5 1 2 啟動和操作的注意事項 1 在做好準備后 就可以啟動破碎機和電機 并注意控制好電流 2 破碎機運轉(zhuǎn)正常后 就可以開啟喂料設備 向破碎機送入物料 并根據(jù)料塊的大 小和破碎機運轉(zhuǎn)情況 調(diào)節(jié)喂料量 如料塊大 破碎機中的物料較多時 喂料量要適當 減少 反之可以適當增加 通常破碎腔中的物料高度不要超過破碎腔的 2 3 3 操作中必須注意均勻喂料 因為這樣有利于破碎產(chǎn)量的提高 同時物料塊尺寸不 能太大 應控制在 50mm 以下 這樣可以避免錘頭失速 4 喂料過程要防止堅硬的金屬物料進入破碎腔損壞錘頭和反擊板等零件 5 電器自動跳閘后 未查明原因 嚴禁強行連續(xù)啟動 6 設備運轉(zhuǎn)中要實行巡回檢查 如發(fā)現(xiàn)以下情況 應立即停止工作 1 軸承溫度高于 60 攝氏度 2 發(fā)現(xiàn)不正常聲音時 5 1 3 停車注意事項 1 必須按生產(chǎn)流程停車 即先停止喂料 然后等物料全部破碎后停止破碎機 2 停機后要清理衛(wèi)生 檢查機器各部分的工作 3 認真做好設備生產(chǎn)紀錄 5 2 重錘式破碎機的維護保養(yǎng) 5 2 1 潤滑 潤滑能減少摩擦阻力 降低零件的磨損 加強設備的潤滑是設備維護十分重要的途 徑 對于軸承的潤滑則應在機器每工作八小時后 往軸承內(nèi)加注一次潤滑油 每三個月 更換一次潤滑油 還有 先用潔凈的煤油清洗軸承 5 2 2 巡回檢查和日常維護 1 檢查軸承的發(fā)熱情況 溫度不超過 70 攝氏度 2 檢查軸承是否需要加油 換油 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 28 3 檢查螺栓的連接是否松動 4 檢查潤滑系統(tǒng)工作是否正常 若發(fā)現(xiàn)油量不夠 應及時補加 5 經(jīng)