锤片式饲料粉碎机的毕业设计

锤片式饲料粉碎机的设计 学 生：王军 指导老师： 任述光 （湖南农业大学 东方科技学院 ，长沙 410128） 摘 要： 我 国农村迫切需要一种高效、 低耗、结构简 单、一机多用、 操作方便 、 使用安全小型饲料粉碎机。而国内现有小型饲料粉碎机普遍存在吨料电耗高的缺点，本设计以降低吨料电耗为主要目的，从增加粉碎能力和筛分效率入手 ，设计 了 一款锤片饲料粉碎机。 锤片式粉碎机是一种利用高速旋转的锤片来击碎饲料的机器 ， 它具有通用性广、 效率高、 粉碎质量好、 操作维修方便、动力消耗低 等优点。 本文 对锤片式粉碎机进行 了 设计讨论。将重点对 方案选择及总体设计、主轴的设计、箱体的结构设计进行深刻的研究和探讨。 关键 词 ： 饲料；锤片式粉碎机 ；设计 f f 10128) a of a of of at of of of of of so a of of a of to as of so of it, 1 绪论 内外锤片式饲料粉碎机的技术现状 粉碎机是饲料加工厂的主要设备之一，饲料产品生产成本的高低主要地决于粉碎设备生产性能、效率的好坏。影响粉碎机工作效率的因素很多，如筛孔的形状与大小，锤片的形状与新旧程度物料出机 型式 等 等。 目前在我国薯类淀粉生产中，原料破碎大部分都采用睡式粉碎机，这主要是由于睡式粉碎机具有度电产量较高，粉碎物料粗细均匀，适应性强等优点。但是有相当一部分淀粉生产厂把符合国标的饲料粉碎机直接 用于 淀粉生产，结果出现了不少问题。主要是由于薯类淀粉和饲料的生产条件不一样，即饲料生产要求被粉碎的水含量应低于 15%， 属于 干 粉碎。而淀粉生产原料的破碎是在湿粉碎 的条停下进行的，也就是被粉碎物的水分远远大于饲料生产中破碎物的水分。在这种特定的条件下，直接选用饲料粉碎机用于淀粉生产就暴露出了许多不足。主要表现为粉碎机效率低 ，粉碎性能 差，噪音大，振动剧烈 ，粉碎机使用寿命短等现象。 锤片式饲料粉碎机是饲料加工机械中使用最为广泛的一种产品， 它具有结构简单、使用方便、生产效率高等特点。如何提高其锤片这 个 重要零件的使用寿命 一 直是各生产企业关心的问题，用户亦把锤片的磨损快慢作为选购饲料粉碎机的主要考察指标之一 。 目前各生产企业分别在选材及相应的热处理方法上不断改进，一是选用低碳钢 20进 行渗碳处理 +表面淬火；二是选用弹簧钢 65行表面淬火；三是采用碳化钨堆焊锤片或硬质合金焊接锤片 ， 后者虽早有研究，但因成本、工艺稳定性等原因仍未获全面推广 。 改革开放以来，养殖业得到较 快的 发展 ， 饲料粉碎机 也 得以快速发展 。 据不完全统计 ， 日前我国饲料粉碎机生产厂家达 200余家 ， 总的年产量近 300000台 ， 遍布全国各地 ， 但这快速发展也带 来了许多不利因素， 许多厂家因经济利益驱动，并不懂饲料粉碎机的 工作原理就制 造生产，造成了产品工作性能指标的下降 。 近年来，随着农村产业结构的调整，农村的专业养殖户在不断增加，粉碎机的应用更加广泛。如何提高粉碎机的效率、粉碎机操作的安全性和方便性、降低粉碎机能耗、易损部件的耐磨性、操作环境的改善、产品质量的提高等是许多研究人员和生产企 业一直探索 的课题。 过去的粉碎理论认为， 物料在粉碎室内受到冲击先裂后碎，在粉碎室内沿筛面形成物料环流层，由于离心力的作用 ，大颗粒紧贴筛面， 阻碍细粉过筛，既造成过细粉碎，又影响 粉碎效率，因而认为 要提高粉碎效率，避免过细粉碎，就要通过改变粉碎 室结构来破坏物料的环流层 。 据此，国内外近年来研制了多种形式的粉碎机结构，如偏心式、水滴式、桃形式，但对提高粉碎效率均不理想。 9 人提出了有关环流运动规律的新假设；在环流层内，大小颗粒 自由运动，不存在大颗粒因离心力作用紧贴筛片而阻碍细粉过 筛的现象，破坏环流并不能 有效地提高粉碎效率。 前国内粉碎机的质量方面存在的主要问题 1) 标准不完善 首先 ，我国 的标准化 信 息网络 不 够完善与普及 ， 有的企业找不到产品的相关标准，有 的产品没有标准，再 加上企业的标准化生产的意识差，造成了许多企业无标生产。其次，目前我国的标 准技术规范大多以产品性能指标为主， 而对产品安全技术方面的标准技术要求还不够健全与完善，对饲料粉碎机而言，就无转速 、 壳体的有关限制要求。企业在竞争中，一方面提高转速以提高粉碎机的生产率，另一方面又降低壳体厚度节省材料，所以其产品的安全性就可想而知了。 2) 安全意识不够 这是生产者与使用者都 欠 缺的。目前，生产者与使用者看重的是产品的使用性能，而对安全质量性能不太重视 。 这表现在产品上无安全标识或标识不全、使用说明书中无安全操作规范等。同样，使用者在使用中图方便而忽视安全，例自行拆卸防护罩 、擅自提速 、 更换锤片时不注重平衡等现象，这些深刻说明了我们的使用者自我保护意识与安全生产意识还很不完善。因此提高生产者与使用者的质量安全意识也是保证产品安全质量有效性的重要一环。 料粉碎机的种类 和性能分析 粉碎机可分为锤片式、劲锤式、对辊式和齿爪式。一般的畜禽饲料通常采用普通的锤 片式粉碎机或对辊式粉碎机，普通的水产饲料可采用微粉碎机、水滴式锤片粉碎机、齿爪式粉碎机，而特种水产饲料和水产的开口饲料需要采用超微粉碎机，有的甚至需要用胶体磨才能达到开口饲料所需要的粒度要求。目前应用最广泛的是锤片式粉碎机和齿爪式粉碎机。 片式粉碎机 锤片式饲料粉碎机生产效率与其对物料的破碎能力和分离能力紧密相关，而生产效率低往往是由于粉碎后的碎物料不能及时排出粉碎室，造成重复粉碎，浪费了功耗 。 如何提高碎物料的分离能力是解决锤片式饲料粉碎机生产效率的关键，本文定义分离能力为单粒碎物料的分离 速度与单粒碎物料过筛概率的乘积。基于此，研究碎物料的分离速度和过筛概率是提高分离能力的有效途径，本文从理论上分析影响碎物料分离 速度的主要原因并提出提高分离能力的有效途径。 其粉碎原理是无支承式的冲击粉碎 ， 在粉碎过程中由高速旋转的活动锤片与固定 圈的相对运动，使物料在粉碎室内发生旋转，对物料进行粉碎 (含锤击、碰撞、摩擦等 )的机具。物料在粉碎室内受高速旋转锤片的冲击作用，使物料在粉碎室内沿筛面形成圆周运动，产生环流层，大颗粒物料在外层，小颗粒物料在内层，物料达到粉碎粒度后通过筛孔，获得人们所要求大小的饲料。该类 机具在粉碎过程 中锤片与物料的碰撞 绝大部分为偏心冲击，会消耗一部分能量，这也是锤片式粉碎机耗能高的重要原因之 一。同时，由于锤片式粉碎机的粉碎室结构和物料受高速锤片的冲击作用 ，物料在离心力作用下产生环流层，粉碎物料达到粒度要求后小颗粒物料不能及时从筛孔正常排出，出现了物料与锤片的反复冲击，形成物料的过度粉碎，粉碎电耗增加，物料的温度升高 ，使物料内的水分形成水蒸汽，水蒸汽与细粉末会粘附于筛片，产生堵塞筛孔现象，使粉碎效率下降，尤其在物料细粉碎时，环流对粉碎效率的影响更严重。要提高锤片式粉碎机效率，就必须 破坏粉碎过程的环流产生。 爪式粉碎机 它 是一种固定锤式粉碎机。工作时，料斗的物料借 自重和负压吸力而进入粉碎室的中央，受离心力和气流作用，自内圈向外圈运动，同时受到动、定齿爪和筛片的冲击、剪切、摩擦作用而被粉碎 ，利用动齿盘旋转时形成的风压，将粉碎物通过筛孔从 出料口吹出。由于该类型机 具主轴转速较高，轴承易磨损、 损坏，特别是金属异物进入粉 碎室易造成破坏性事故， 工作可靠性较低，噪声较高。 饲料生产中对粉碎机的性能要求： 粉碎质量好，粒度均匀 ， 利于混合；生产效率高，单位成品的功率消耗小，成本低 ；密封性能好，能防尘，减少泄漏损失；构造简单，使用维修方便；工作时灰尘少、噪音小。 影响粉碎效率的主要因素有：物料因素、粉碎机自身因素以及风网系统因素。 物料品种： 不同品种物料的物理特性不同。粉碎的难易程度也不同。从物料物理性质比较，脆性、坚硬的物料较韧、软性物料易粉碎；从物料成分组成比较，水分、油脂、粗纤维含量高的物料难以粉碎。一般淀粉含量较高的玉米、大麦、高粱因结构松脆，易粉碎，产量高。而茎秆粗饲料的纤维含量高。难粉碎 、 产量低。例：在筛片孔径 d=料含水率 15的情况下，玉米和高粱产 量 45 60(h)； 薯藤 12 16(h)， 由此可见。物料不同度电产量相差很大。 物料的湿度： 物料的湿度增大。结构松脆度下降。粉碎较难。而且容易堵塞筛孔。通常物料水分不超过 14时。水分增加 ，产量降低。有关资料表明： 当玉米含水量从 到 21时。 其生产率下降 29。功率消耗增加 125。其关系大致如表 1 表 1 物料水分对粉碎产量的影响 to 目 水分增加（ %） 1 2 3 4 5 产量降低 6 8 10 15 筛片面积及开孔率的影响：锤片式粉碎机的生产率受筛片通过能力的制约。 它们的关系如下式： 3600* （ 1 式中： G 生产率 (t h)； v 物料通过筛孔时的平均速 度 (m s)； F 筛片的有效筛理面积 ( 物料的容重 (t m )。 由上式可见，加大筛片面积、提高筛片的开孔率 (增大有效筛理面积 )， 可提高粉碎机的生产率。 片式粉碎机技术发展研究的方向 粉碎机技术的发展是随着饲料粉碎技术的发展而发展， 近年来， 我国养殖规模、养殖品种的多元化发展，对饲料粉碎机提出了新的要求，今后几年的粉碎机技术研究应主要集 中在以下几个方面： （ 1） 粉碎机应主要从最佳粉碎粒度和粉碎成本的经济合理方面考虑，研究粉碎机与畜 禽鱼饲料的最佳粉碎粒度的关系，促进粉碎机向专业化、系列化方向发展，同时开发一些专用粉碎机。 （ 2） 新型锤片式粉碎机开发研究，对锤片式粉碎机的结构进行优化，开发锤筛间隙可在线调整锤片粉碎机。 （ 3） 粉碎机与吸风系统的配套研究。通过对粉碎机结构的改进、粉碎机吸风系统的合理配置，以获得最佳经济性能和粉碎效果。 2 总体方案选择与设计 体方案 小型粉碎机的优点是结构简单，体小灵活，造价低，采用单相电机驱动。从而可以根据自养禽畜及饲料资源情况，进行自行饲料加工，无疑有利于农村开发和利用饲 料资源，发展畜牧业生 产，活跃商品经济。总体方案设计的核心主要是粉碎室、转子及主要性能参数的设计与计算。 锤片粉碎机时利用高速旋转的锤片对进入粉碎室的物料反复锤击，加上转子的旋转离心作用，使物料在粉碎室内的齿板与筛片间互相撞击，粉碎成细小粉末。粉碎机粉碎的结构形式对粉碎性能有重要影响。目前粉碎室的型式主要有圆型、椭圆型、水滴型等。圆型模式相对来说制造方便，但物料在喂料口沿切向进入粉碎机时，可能会弹出，存在一定损耗。而椭圆型的型式，按照现有的设计理论和方法还不能仅经过计算就能获得这些主要参数的最佳值。像粉碎机的锤片线速度、短轴锤筛 间隙，粉碎室椭圆度、筛片包角等 4 个主要参数的最佳值及其组合只有通过试验获得。因此，由粉碎理论综合考虑，破坏物料在粉碎室内所形成的环流，是提高粉碎效率、降低能耗的关键。为此，设计了水滴型粉碎室。使物料环流在筛片与转子组成的水滴型粉碎室内，由于锤筛间隙不等受到破坏，同时增加了锤片对物料的打击次数，使已经粉碎好的物料能及时通过筛孔排出。达到了提高粉碎能力，排粉效率和降低能耗的目的。如图 2 图 2碎室及转子的配置 -1 s 碎室参数确定 粉碎机采用双圆盘转子，中间设计架板，既做转子骨架支撑两片圆盘，又起到风机叶片的作用，在转子高速旋转时造成负压，实现了轴向高负压进料和高压差排料的理想设计。转子直径 D 和粉碎宽度 B 是粉碎机的主要参数之一。两者之积可以用一下经验公式取得。 N/ . （ 2 式中 V 锤片末端线速度 经验系数，一般取 配套动力 同时，两者应有一定的比例关系，通常 / 1 5确定之后，为了降低噪音，一般采用大转子低转速，确定要根据粉碎物料的品种具体分析。如果以粉碎玉米颗粒为主，要采用较小的 B 和较大的 D；如果是以 粉碎牧草为主，则要采用较大的。为了增大饲料喂入口的尺寸，必须增加粉碎室的宽度。若过宽必然导致转子悬臂过长受力不良，因此，本机转子直径依据我国机系列型谱设计要求和以往经验设计为 D=300碎室宽度 B=150比值 D/B 2 ,符合设计要求。转子在粉碎室内为偏心配置，偏心距 C=5于饲料喂入口占据一部分位置，取筛片有效包角为3000。 锤筛间隙 R 是影响粉碎机的重要性能参数之一。粉碎机在工作时，粉碎室内锤片末端和筛片之间有一层随锤片旋转着的无聊环流气流层，其平均速度约为锤片速度的一半，这将降低打击作用，增加摩擦功耗。由于离心力的作用，粗颗粒处在环流层外层（靠近晒面），得不到很好的粉碎，而细粒处在环流层的内层，难以从筛孔及时排出，这就不能保证粗粒的粉碎效果，同时又使细粒产生过 分粉碎现象。在齿板区，由于细粒不能及时排出，被锤片反弹出的细粒到不了齿板的作用面而沉入被粉碎的物料层中，要粉碎物料层中的粗粒就需要更多的能量，环流层中细粒和粗粒的数量随喂入量的增加而增加，结果恶化了物料加工量，降低了产品的均匀度。 R 过大时，这种情况更加严重。相反，如果 R 过小，环流物料层的速度就大，致使粉碎后的物料不易通过筛孔，使产品粒度偏细，从而增加能量消耗，一般取 R =12碎谷物时 R =8碎茎蔓类时 R =14 为使本机能够粉碎精、粗饲料，喂入口设计为切向式配置，物料喂入口方向与锤片圆周轨迹相交，相交值 S=30入口下边缘和转子中心线与转子水平线夹角 670 左右，可保证喂入料不架空，不反料，并能增强锤片打击性能。排料采用自重落料形式。 要性能指标计算 片速度及转子转速 锤片末端线速度对粉碎机的生产率和 功耗有很大的影响。锤片末端线速度 V 增大时，锤片对物料的打击、搓擦和磨碎作用增强，能增加粉碎能力和产品细度，但 V 过大则机器的空载功率增加，同时因转子不平衡产生的噪音和振动也随之增加，粉碎能力反而下降。因此合适的 V 值对提高粉碎机性能至关重要。根据有关资料，不同的物料不要不同的 表 2 2同物料所需锤片末端线速度 -1 料 高粱 玉米 小麦 黑麦 大麦 燕麦 米糠 燕麦壳 线速度 48 52 65 75 88 105 110 115 锤片撞击力的强弱与其工作速度大小有关，但考虑到粉碎时可能是几种物料的混合，同时本机是小型粉碎机，以粉碎精料为主，故锤片速度选为 50m/s。 由此，转子转速为： 6 0 6 0 5 0 3 5 0 3 . 1 83 . 1 4 0 . 3vn r p (2取 n=3600中： D 转子直径， D= 理论生产率 粉碎机的理论生产率是指在粉碎机生产实践的时候，该机性能良好，使用中没有发现任何问题。可按下述 经验公式计算： 0 . 3 4 4 t / h 603 5 0 30 . 23 . 660 6 K n(2式中， D、 B 转子直径及转子长度， m； 物料容量，玉米 ； N 转子转速， n=3500 K 粉碎机结构系数（与其结构型式、筛片结 构参数有关），一般 K=此本机 生产率按照我国饲料粉碎机的分等标准，满足加工的时间和配料的要求 。 套功率和电机的选择 套功率 粉碎机配套主要决定其生产能力的大小，依照下式计算： 2 K W )0 40 (2式中， Q 粉碎机理论生产率， t/h； K/ 配套动力系数， K/=般粗粉碎取小值，细粉碎取大值。 择电动机 电动机选择包括选择类型， 结构型式，容量（功率）和转速，并确定型号。工业上一般用三相交流电源，无 特殊要求一般应选三相交流异步电动机。最 常用的电动机是 效率高、工作可靠、结构简单、维护方便、价格低、适用于不易燃、不易爆，无腐蚀性气体和无特殊要求的场合。因此按工作要求和工作条件，选用一般用途的 Y（ 系列三相异步电动机。它为卧式封闭结构。 卷轴筒的输出功率 此电动机输出功率 (2式中， 传动装置的总效率，其中 321 ，分别为 动轴承效率，圆柱齿轮传动效率，通过查取机械设计手册，取 ， ， ，则通过计算取 代入原来式子，故 (2因此选取电动机额定功率 推算出电动机转速的可选范围。由机械设计手册查得 级圆柱齿轮传动比范围 电动机转速可选范围为 m 1 1 25 2 821 可见同步转速为 750r/1000r/500r/电动机均符合。这里初选同步转速分别为 1000r/ 1500r/下表 2 2种电动机方案比较 wo of 案 电动机 型号 额定功率（ 电动机转速（ r/ 电动机 质量（ 传动装置的传动比 同步 满载 总传动比 单级减速器 1 1500 1420 38 1000 960 63 表中数据可知两者方案均可行，但方案 2的传动 比小，传动结构装置尺寸较小。因此，可采用方案 2，选定电动机的型号为 该电动机的主要技术数据和外形、安装尺寸，并列表记录备用（略） 。 3 带传动的设计 带传动的特点 带传动是一种绕行传动，具有结构简单、传动平稳、价格低廉和缓冲吸振等特点，是广泛应用的机械传动机构。带传动的类型包括平带传动、圆带传动、 V 带传动和多楔带传动。其中平带传动结构简单，传动效率高，带轮制造简便，多应用于中心距较大的带传动中；圆带传动结构简单，多用于小功率传动； V 带传动传递动力大，允许传动的传动比大， 结构紧凑，应用普遍；多楔带传动柔性好且能传动较大动力，传动平稳，多用于传动功率较大且要求结构紧凑的场合。综合考虑各种带传动的特点，选用 V 带传动作为本设计的传动机构。 带传动设计计算 计 V 带传动时一般已知的条件是 (1) 传动的功率 P ； 已计算得 P=3 (2) 大 、 小动 带轮的转速 n 2和 n 1； 已计算得 n 2=960r/n 1=3500r/ (3) 传动的用途、工作情况和原动机类型以及工作制度； (4) 对传动的尺寸要求等。 计计算的主要内容包括确定 (1) V 带的型号、长度 和根数； (2) 中心距； (3) 带轮基准直径及结构尺寸； (4) 作用在轴上的压力等。 计计算 1） 确定计算功率 在工作时，欲传递的额定功率 于传动的用途、工作情况和原动机类型以及工作制度等工况不同，带传动传递的功率会有变化，因此为设计安全可靠，按计算功率 （ 3 式中 ， P 是 传递的额定功率 ， K A 是工况系数，见表 3 2） 选择 V 带型号 根据计算功率 P 主动 带轮转速 n 1 由 机械设计手册 选择普通 V 带型号 为 Z 型 ,当在两种型号的交线附近时，若取截面尺寸小的带型，带的弯曲应力较小，但带的根 数多，当带的根数太多，则可取大一型号的带；截面尺寸大的带型，传动的中心距、带轮直径大，但带的根数少。可以对两种型号同时计算，最后选择较好的一种。 表 3况系数 K A 况 K A 空、轻载启动 重载启动 每天工作小时数 /h 10 1016 16 10 1016 16 载荷变动微小 液体搅拌机、通风机和鼓风机（ 小于 、离心式水泵和压缩机、轻载荷输送机 荷变动小 带式输送机、通风机（ 、旋转式水泵和压缩机（非离心式）、发电机等 荷变动较大 制砖机、斗式提升机、往复式水泵和压缩机、起重机、磨粉机、冲剪机床、橡胶机械、振动筛、纺织机械、重载输送机 荷变动很大 破碎机 、 磨碎机（球磨、棒磨、管磨） ） 确定带轮基准直径 d d 提高带的寿命，应减小带的弯曲应力。条件允许时尽量采用较大的带轮直径，但这使传动的轮廓尺寸增大。一般根据 V 带的型号，选取 d d 比规定的最小基准直径略大些。 （ 1） 初选小动带轮基准直径 d 机械设计手册 1可以知道， 取小带轮的基准直径为 d 0 （ 2） 验算带速 v。按公式验算带的速度 d /00060 350090100060 11 （ 3 因为带速在 5m/s30m/s 之间，故带速合适。 （ 3）计算大带轮的基准直径。由公式 12 dd （ 3 式中 i=算出大带轮的基准直径为 d 24据带轮的标准系列圆整为 d 15 4）确定 d （ 1）根据式 21021 （ 3 初选中心距 00 （ 2）由公式 （ 3 由带长的基准长度系列选取带的基准长度 600 （ 3）计算实际中心距 a。 7 02 1 6 6 11 6 0 05 0 02 00 （ 3 中心距的变化范围为 443515 5）验算小带轮上的包角 3 6）计算带的根数 z （ 1）计算单根 r。 由 d 0n 1=3500r/设计手册 1查得 根据 n 1=3500r/i=型带，查得 查手册得 是 （ 3 （ 2）计算 V 带的根数 z。 3 取 4 根。 7）计算单根 V 带的初拉力的最小值 型带的单位长度质量 q=m，所以 i （ 3 应使带的 实际初拉力 F 。 8）计算压轴力 轴力的最小值为 010 m i nm i n 1522 s i n 2 4 6 7 s i n 5 2 022pF z F N N （ 3 9）带轮结构设计 带轮的结构形式有实心式、腹板式、孔板式和轮辐式，考虑到大、小带轮的基准直径大小，大带轮采用轮辐式结构，小带轮采用实心式结构 。 4 轴和轴承的相关设计 的结构设计 轴的结构设计需定出轴的合理外形和全部尺寸。主要考虑以下因素：轴在机器中的安装位置及形式；轴上安装的零件的类型、尺寸、数量以及和轴连接 的方法；载荷的性质、大小、方向及分布情况；轴的加工工艺等。设计时，必须针对不同情况进行具体分析。但必须满足：轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置；轴上的零件应便于装拆和调整；轴应具有良好的制造工艺性等。 轴的校核计算应根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的计算方法，并恰当地 选取其许用应力。 主轴上安装有转子和小带轮，通过滚动轴承和支座连接在一起。轴与转子以及小带轮的连接为键连接，与支座的连接为轴承连接，且小带轮和轴承都需要在轴向设置定位轴肩，小带轮外端采用螺母定位限制其轴向移动。转子长度为 120碎有 效宽度为 150带轮与轴配合处的轮毂宽度为 53虑到以上因素，设计主动轮轴结构如图 4 图 4轴结构简图 of 动轮轴上 于装螺母和垫片以固定带轮的轴向移动，考虑到小带轮的孔径为 26用 以在此段加工 2的螺纹，长度为 30安装小带轮，由于小带轮孔径为 26此段轴径为 26度为 53时考虑到带轮右端的轴向定位，在此段 高度为 2段直径为 30用型号为 6006的深沟球轴承，由于用的轴承的宽度为 13径为 30计长度为 10时要考虑端盖的结构，故此段长度为 42与滚动轴承配合为过渡配合，此处选轴的直径尺寸公差为 和 安装转子，由前章设计的转子结构可知这两段的直径应为 40考虑到转子结构和粉碎室的整体尺寸，设计这两段的长度为 25用于转盘的轴向固定，在此处设计高度为 5轴肩，由转子的结构可知此 段长度为 120此段直径为 30度为 13与滚动轴承配合为过渡配合，此处选轴的直径尺寸公差为 轴上零件的轴 向定位，采用键连接，实现轴上零件的周向定位和运动及动力的传递。 小带轮和主轴通过圆头平键连接传递运动和转矩，根据该段直径值参考设计手册 2，得出该处平键公称尺寸为 b h=87槽用铣削刀加工，长度为 45于小带轮和轴的配合为间隙很小的配合，故采用 H7/合。转子的周向定位和动力传递也是通过平键实现的，此处采用平头键 连接，同样根据此段轴径由设计手册查 得平键截面 b h=128长为 12于转盘和轴的配合为间隙很小的配 合，故采用 H7/上倒角均为 1 45，以便于安装轴上零件。 轴的校核 算最小直径。选取轴的材料为 45 刚，调质处理。根据 机械设计手册 2，取0 112A ，于是得 33m i n 0 31 1 2 1 0 . 6 43500 m （ 4 式中 p和 2由设计的轴的结构可知轴的最小直径满足要求，现在对轴进行精确校核。 轴的计算简图如图 4 图 4的计算简图 ） 计算图中各力 F 带轮的压轴力 ， 由 前面带传动 的计算中得 F =520N； T 专递的转矩，由前面的计算得 T=8186N F 转子对轴的压力，估计转子重量为 30 1F=30 10=300N； N 轴承对轴的支撑力为 一半，即 N=150N 20 63/183=179N， 20 179= 341 N 做出各平面受力分析图、弯矩图 和扭矩图如图 4示： T F N N T b 垂直面受力分析及弯矩图 c 扭矩图 图 平面受力分析图、弯矩图 和扭矩图 图 4出 F=520N 79N 41N 2760N 1=300N N=150N N=150N 3725N mm a 水平面受力分析及弯矩图 T=8186N 2760N =8186N ）按弯扭组合成应力校核轴的强度 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度。根据计算公式及上面所算的 d 截面的弯矩和扭矩，以及轴运动时需正反转，扭转切应力为对称循环变应力，取 =1，轴的计算应力 ： 2 2 2 23( ) 3 2 7 6 0 ( 1 8 1 8 6 ) 1 0 . 40 . 1 4 0 P a M P （ 4 前已选定轴的材 料为 45钢，调质处理，由 设计手册 查得 1 60 。因此 1，故安全。 3）精确校核轴的疲劳强度 （ 1）判断危险截面 根据前面的分析计算，截面 b， c， g， 开有键槽、轴肩及过渡配合所引起的应力集中均将消弱轴的疲劳度，但由于只受到扭矩和较小的弯矩作用，所以这些截面都不需校核。 从应力集中和受载的情况来看，截面 c 和 d 上的应力最大。由于截 c 右 侧和截面 直径相等，截面 c 左 侧直径比截面 d 右 侧小，而载荷 d 截面稍大一点，故只需校核截面 c 左侧和截面 d 左侧即可。 （ 2）截面 抗弯截面系数 3 3 3 30 . 1 0 . 1 2 6 1 7 5 7 . 6W d m m m m （ 4 抗扭截面系数 3 3 30 . 2 2 2 1 7 5 7 . 6 3 5 1 5 . 2TW d W m m m m （ 4 截面 为 ： 4 2 73 2 7 6 0 2 7 3 0 042M N m m N m m （ 4 截面 为 ： 8186T N m m 截面上的弯曲应力 ： 27300 7 . 7 63 5 1 5 . 2b a P M （ 4 截面上的扭转切应力 ： 8186 2 . 3 33 5 1 2 . 2T a P M （ 4 轴的材料为 45 钢，调质处理。 查 得b=640 275 ，1 155 。 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及在设计手册中 查取。因1 0 826 ， 30 1 26 ,经插值后可查得 = =得轴的材料的敏性系数为 故有效应力集中系数为 1 ( 1 ) 1 0 . 8 2 ( 2 . 2 5 1 ) 2 . 0 2 5 （ 4 1 1 1 0 . 8 5 1 . 8 2 1 1 . 6 9 7 （ 4 查得 尺寸系数 ；扭转尺寸系数 。 轴按磨削加工， 查 得表面质量系数为 轴未经表面强化处理，即 1q ，得综合系数为 1 2 . 0 2 5 11 1 3 . 5 7 80 . 5 8 0 . 9 2 （ 4 1 1 . 6 9 7 11 1 2 . 3 20 . 7 6 0 . 9 2 (4又由设计手册得碳钢的特性系数 : 是，计算安全系数设计公式得 1 155 6 5 . 22 . 3 3 2 . 3 32 . 3 2 0 . 0 522 (41 275 9 . 93 . 5 7 8 7 . 7 6 0 . 1 0 (42 2 2 29 . 9 6 5 . 2 9 . 7 99 . 9 6 5 . 2 (4S =2，故安全故可知其安全。 （ 3）截面 抗弯截面系数 3 3 3 30 . 1 0 . 1 3 0 2 7 0 0W d m m m m （ 4 抗扭截面系数 332 2 2 7 0 0 5 4 0 0 m m m m （ 4 弯矩 1 8 3 73 2 7 6 0 3 1 5 0 7183M N m N m （ 4 31507 1 1 . 6 62700b （ 4 扭矩 8186T N m 8186 1 . 5 15400T a P M (4过盈配合处的 k，查机械设计手册 2用插值法求出，并取 k=，于是得 ： k= k=按磨削加工， 查 得表面质量系数为 ， 故得综合截面系数为 111 3 . 1 6 1 3 . 2 50 . 9 2 (4 111 2 . 5 3 1 2 . 6 20 . 9 2 (4 所以轴在截面 d 左侧的安全系数为 : 1 155 7 7 . 51 . 5 1 1 . 5 12 . 6 2 0 . 0 522 ( 4 1 275 7 . 2 53 . 2 5 1 1 . 6 6 0 . 1 0 (42 2 2 27 . 2 5 7 7 . 5 7 . 2 27 . 2 5 7 7 . 5 (4 S =2，故安全。主轴无大的瞬时过载及严重的应力循环不对称性，故可略去静强度校核。至此，主轴的的设计计算结束。 动轴承寿命计算 查滚动轴承样本可知 6006号深沟球轴承的基本额定动载荷 10200，基本额定静载荷 6880。 求两轴承受到的径向载荷 1 2将轴系部件受到的空间力系分解为 水平面和铅垂面两个平面力系，分别如图 4 4示。 （ a） 水平面受力分析图 （ b） 垂直面受力分析图 图 4轴承受力分析图 上图的受力分析可知： 41N 39N 50N 2 2 2 21 1 1 1 3 9 1 5 0 4 8 2r H N N （ 4 2 2 2 22 2 2 3 4 1 1 5 0 2 0 4r H N N （ 4 1. 求轴承当量动载荷182N 2P=204N 2. 计算轴承寿命 因为2P1P，所以按左边轴承的受力大小计算 00N 50N 50N F=520N 79N 41N 36611 0 1 0 1 0 2 0 0 27074