锤式破碎机设计说明书.doc

重要提示：各类电子文档标准格式中的说明（用蓝色或红色字体表示），在参阅后请自行删除（包括本提示），黑色字体的格式不能改变，且内容全部保留！“说明书统一由校印刷厂装订彩色封皮”毕业设计说明书锤式破碎机设计机械工程与自动化学院学生姓名： 学号： 机械设计制造及其自动化学 院： 专 业： 指导教师： 2011 年 6 月锤式破碎机设计摘要锤式破碎机大量应用于选矿厂、煤厂、水泥厂、电厂等各个部门，所以，它的设计有着广泛的前景和丰富的可借鉴的经验。其设计的实质是，在完成总体的设计方案以后，就指各个主要零部件的设计、安装、定位等问题，并对个别零件进行强度校核和试验。并在相关专题中，对锤头的寿命延长进行比较详细的分析。在各个零部件的设计中，要包括材料的选择、尺寸的确定、加工的要求，结构工艺性的满足，以及与其他零件的配合的要求等。在强度的校核是，要运用的相关公式，进行危险部位的分析、查表、作图和计算等。并随后对整体进行安装、工作过程以及工作后的各方面的检查，同时兼顾到维修、保险装置等方面的问题，最后对两个主要工作零件的加工精度、公差选择进行分析，以保证破碎机最终设计的经济性和可靠性。关键词 锤式破碎机,锤头,强度,公差Hammer type breaker designAbstractHammer type breakers are applied to such each department as the cement plant , power plant ,etc. in a large amount, so its design has an extensive prospect and experience that can be used for reference. Its design essence is, formerly after total conceptual design, a design which points each main spare part , question of installing and making a reservation etc., and carry on the intensity to check and test to the specific part, and in relevant thematic parts, analysis of comparing question that the life-span of very beginning of the hammer lengthens in detail . In the design of each spare part , should include the choice , sureness , demand processed , structure craft satisfication of the size of the material , and the demand for cooperating with other parts, etc. When the intensity is checked , should use relevant formulae , carry on the analysis of the dangerous position, need to check form , mapping , calculation ,etc. Then to to install , work course , work situation after predict that carries on more overall inspection whole, give consideration to the question in such respects as maintaining and safety ,etc. at the same time . Finally , choose to analyse in machining accuracy , public errand to two groundwork parts, economy and dependability that the breaker soed as to ensure is designed finally.Key Words Hammer type breakers ，hammer ，intensity ，tolerance目录1 绪论11.1锤式破碎机和破碎机的分类11.1.1锤式破碎机的分类11.1.2破碎机的分类11.2锤式破碎机的优缺点11.2.1锤式破碎机的优点11.3锤式破碎机的规格和型号12 锤式破碎机的工作原理及破碎实质32.1锤式破碎机的工作原理32.2锤式破碎机的破碎实质32.2.1破碎的目的和意义32.2.2矿石的力学性能与锤式破碎机的选择42.2.3破碎过程的实质43 锤式破碎机的总体及主要参数设计63.1型号为锤式破碎机的总体方案设计63.2 该型号破碎机的工作参数设计计算83.2.1 转子转速的计算83.2.2 生产率的计算83.2.3 电机功率的计算93.3 该种破碎机的主要结构参数设计计算93.3.1转子的直径与长度93.3.2给料口的宽度和长度93.3.3排料口的尺寸93.3.4锤头质量的计算94 锤式破碎机的主要结构设计134.1锤头设计134.2圆盘的结构设计与计算134.3主轴的设计及强度计算144.3.1 轴的材料的选择144.3.2 轴的设计154.3.3 主轴强度的校核174.3.4键的强度校核194.4.1飞轮转动惯量的确定204.4.2飞轮的主要尺寸214.5齿条的设计计算214.6 传动方式的选择与计算（V带传动计算）234.7轴承的选择254.7.1材料的选择254.7.2轴承类型的选择264.7.3 轴承的游动和轴向位移264.7.4 轴承的安装和拆卸264.8箱体结构以及其相关设计274.8.1铸造方法274.8.2截面形状的选择284.8.3 肋板的布置284.8.4 反击板284.8.5 圆盘锤架295 部分零部件上的公差和配合305.1配合的选择305.1.1 配合类别的选择305.1.2 配合种类的选择305.2一般公差的选取305.3形位公差305.3.1 形位公差项目的选择305.3.2 公差原则的选择315.3.3 形位公差值的选择或确定316 结论33参考文献34致谢351 绪论1.1锤式破碎机和破碎机的分类1.1.1锤式破碎机的分类、按回转轴数分为：单转子和双转子。、按转子的回转方向分：不可逆式和可逆式。、按锤头的排列方式分：单排式和多排式。、按锤头在转子上的连接方式：固定锤式和活动锤式。1.1.2破碎机的分类、按破碎作业的粒度要求分为：粗碎破碎机、中碎破碎机、细碎破碎机。、按结构和工作原理分为：颚式破碎机、旋回破碎机、圆锥破碎机、锟式破碎机、锤式破碎机、反击式破碎机。1.2锤式破碎机的优缺点1.2.1锤式破碎机的优点、构造简单、尺寸紧凑、自重较小，单位产品的功率消耗小。、生产率高，破碎比大（单转子式的破碎比可达i=1015）,产品的粒度小而均匀，呈立方体，过度破碎现象少。、工作连续可靠，维护修理方便。易损零部件容易检修和拆换。1.2.2锤式破碎机的缺点：、主要工作部件，如：锤头、蓖条、衬板、转子、圆盘等磨损较快，尤其工作对象十分坚硬时，磨损更快。、破碎腔中落入不易破碎的金属块时，易发生事故。、含水量12%的物料，或较多的粘土，出料篦条易堵塞使生产率下降，并增大能量损耗，以至加快了易损零部件的磨损。1.3锤式破碎机的规格和型号锤式破碎机的规格用转子的直径D和长度L来表示，如1000mm1200mm的锤式破碎机，表示转子的直径D=1000mm，转子的长度L=1200mm。常见的型号有：不可逆式的：800mm600mm，1000mm800mm，1300mm1600mm，1600mm1600mm，2000mm1200mm。可逆式的：1430mm1000mm，1000mm1000mm。【1】2 锤式破碎机的工作原理及破碎实质2.1锤式破碎机的工作原理锤式破碎机的破碎效果，主要是由破碎粒度、破碎效率和能耗率3项指标进行评定。影响评定指标的因素有：破碎物料的物理性能、破碎机得结构、破碎室的形状、锤头的数量与厚度和线速度、筛孔的形状及其孔径和锤头与筛面的间隙等。锤式破碎机不是靠回转部分的全部能量破碎物料的，而是靠锤头的动能完成物料的破碎，锤头的动能E为： （2-1）式中 G锤头的质量,kg; u锤头的圆周速度，m/s。由式（2-1）可知，锤头的动能与锤头的质量及圆周速度有关。一般来说锤头愈重，其转速愈高，则破碎能力愈大。破碎过程大致如下：物料进入破碎机中，立即受到高速回转的锤头的冲击而粉碎。破碎了的物料，从锤头处获得动能，以高速向机壳内壁的衬板和篦条上冲击而第二次破碎。此后，小于篦条缝隙的物料，便从缝隙中排出，而粒度较大的物料，就弹回到衬板和篦条上的粒状物料，还将受到锤头的附加冲击破碎，在物料破碎的整个过程中，物料之间也相互冲击，沿着自然裂隙层理面和节理面等脆弱部分而破碎。【2】2.2锤式破碎机的破碎实质2.2.1破碎的目的和意义、目的：在冶金、矿山、化工、水泥等工业部门，每年都有大量的原料和再利用的废料都需要用破碎机进行加工处理，如在选矿厂，为使矿石中的有用矿物达到单体分离，就需要用破碎机将原矿破碎到磨矿工艺所要求的粒度。磨机再将破碎机提供的原料磨至有用矿物单体分离的粒度。再如在水泥厂，须将原料破碎，以便烧成熟料，然后在将熟料用磨机磨成水泥。另外，在建筑和筑路业，需要用破碎机械将原料破碎到下一步作业要求的粒度。在炼焦厂、烧结厂、陶瓷厂、玻璃工业、粉末冶金等部门，须用破碎机械将原料破碎到下一步作业要求的粒度。【3】、意义：在化工、电力部门，破碎粉磨机械将原料破碎，粉磨，增加了物料的表面积，为缩短物料的化学反应的时间创造有利条件。随着工业的迅速发展和资源的迅速减小，各部门生产中废料的再利用是很重要的，这些废料的再加工处理需用破碎机械进行破碎。因此，破碎机械在许多部门起着重要作用。【4】2.2.2矿石的力学性能与锤式破碎机的选择矿石都由许多矿物组成，各矿物的物理机械性能相差很大，故当破碎机的施力方式与矿石性质相适应时，才会有好的破碎效果。对硬矿石，采用折断配合冲击来破碎比较合适，若用研磨粉碎，机件将遭受严重磨损。对于脆性矿石，采用劈裂和弯折破碎较有利，若用研磨粉碎，则产品中细粉会增多。对于韧性及粘性很大的矿石。采用磨碎较好。常见的软矿石有：煤、方铅矿、无烟煤等，它的抗压强度是24Mpa,最大也不超过40Mpa。普式硬度系数一般为24，再如一些中硬矿石：花岗岩、纯褐铁矿、大理石等，抗压强度是120150Mpa，普式硬度系数一般为1215，还有硬矿石、极硬矿石，普式硬度系数一般为1520。可根据矿物的物理机械性能、矿块的形状和所要求的产品粒度来选择破碎施力方式，以及与该破碎施力方式相应的破碎机械。【5】2.2.3破碎过程的实质破碎过程，必须是外力对被破碎物料做功，克服它内部质点间的内聚力，才能发生破碎。当外力对其做功，使它破碎时，物料的潜能也因功的转化而增加。因此，功率消耗理论实质上就是阐明破碎过程的输入功与破碎前后物料的潜能变化之间的关系。为了寻找这种能耗规律和减小能耗的途径。许多学者从不同的角度提供了若干个不同形式的破碎功耗学说。目前公认的有：面积学说，体积学说，裂缝学说。我们只做简单的介绍： 1面积学说：1867年，Rittinger提出的，破碎消耗的有用功与新生成的物料的表面积成正比。【6】 2体积学说：1874年，俄国基尔皮切夫与18885年的基克先后独立提出，外力作用于物体发生变形，外力所做的功储存在物体内，成为物体的变形能。但一些脆性物料，在弹性范围内，它的应力与应变并不严格遵从虎克定律。变形能储至极限就会破裂。可以这样叙述：几何形状相似的同种物料，破碎成同样形状的产物，所需的功与她们的体积或质量成正比。 3裂缝学说：1952年，Bond和中国留美学者王仁东提出的。外力使矿块发生变形，并贮存了部分变形能，一旦局部变形超过了临界点，则产生垂直与表面的断裂口。断裂口形成后贮存在料块的内部的变形能就释放，裂口扩展成新的表面。输入功一部分转化为新的生成面的表面能，另一部分因分子摩擦转化为热能释放。所以，破碎功包括变形能和表面能。变形能和体积成正比，表面能和面积成正比。三个学说各有一定的适用范围，Hukki实验研究表明：粗碎时，体积学说比较准确，裂缝学说与实际相差很大。细碎时， 面积学说比较准确，裂缝学说计算的数据较小。粗碎、细碎之间的较宽的范围，裂缝学说较符合实际。只要正确的运用它们，就可以为分析研究破碎过程提供理论根据和方法。【7】3 锤式破碎机的总体及主要参数设计3.1型号为锤式破碎机的总体方案设计本次设计的是单转子、多排锤、不可逆式锤式破碎机，型号为。由机壳、转子、蓖条、打击板、锤头、支架、衬板等组成。1.机壳由上机体、后上盖、左侧壁和右侧壁组成，各部分用螺栓连结成一体，上部开有进料口,内部镶有高锰钢衬板，磨损后可以更换，机壳和轴之间漏灰现象十分严重，为了防止漏灰，设有轴封。机壳下部直接安放在混凝土基础上，并用地脚螺栓固定。为了便于检修、调整和更换蓖条，下机体的前后两面都开有一个检修孔。为了便于检修、更换锤头方便，两侧壁也对称的开有检修孔。2.转子由主轴、圆盘、销轴等组成，圆盘上开有4个均匀分布的销孔，通过销轴将46个锤头悬挂起来。其结构如图3-1所示。为了防止圆盘和锤子的轴向窜动。销轴一端采用轴肩定位，另一端用圆锥销固定。转子支承在两个滚动轴承上。此外，为了使转子在运动中储存一定的动能，避免破碎大块物料时，锤头的速度损失不致过大和减小电动机的尖峰负荷，在主轴的一端还装有一个飞轮。1.圆盘 2.固定圆盘套筒 3.锤头 4.锤头销轴 5.转子轴图3-1 锤式破碎机转子部分3.主轴是支承转子的主要零件，冲击力由它来承受。因此，要求其材质具有较高的韧性和强度。通常断面为圆形，且有平键和其他零件连接。4.打击板的作用是承受被锤头击出的物料在其上破碎，同时又将碰撞破碎后的物料重新弹回破碎板，再次破碎。因此，板的形状、结构，对破碎率影响极大。为了获得好的破碎效果，物料与板表面应呈垂直碰撞。打击板表面有折线形和渐开线形等：折线形结构简单，但不能保证最有效冲击破碎；而渐开线形冲击板，物料都以垂直方向进行冲击，破碎效果最好。但是由于渐开线板制造困难，现采用折线冲击板的居多，本次设计中也采用折线型打击板。5.锤头是主要的工作部件。其质量、形状、和材质对破碎机的生产能力有很大的影响。因此，根据不同的进料尺寸来选择适当的锤头质量。要破碎中等硬度的物料，可以采用如图3-2所示的形状。图3-2 锤头形状锤头用高碳钢铸造或锻造，也可用高锰钢铸造。为了提高耐磨性，有的锤头表面涂上一层硬质合金，有的采用高铬铸铁。6.蓖条是仅次于锤头的易磨损件，多为一组尺寸相等的钢条。安装时，将钢条沿蓖条架上的凹槽放入，两蓖条用垫片隔开，不同厚度的垫片可以保证不同的间隙。蓖条的作用是控制破碎物的粒度：当粗破碎脆性物料时，蓖条的缝隙应比产品最大粒度打1.52倍；当细破碎时，则应比其大36倍。蓖条缝隙应顺着物料运动方向，即顺着锤头线速度方向，缝隙应从蓖条里面逐渐扩展，以便使合格产品顺利排出而不受阻塞。蓖条的排列形式是与锤头的运动方向垂直的。与转子的回转半径有一定的间隙的圆弧状，大于缝隙的物料在蓖条上返回再受锤头的冲击和研磨作用被破碎，直至通过缝隙排出。合格的产品通过蓖缝排出。蓖条断面形状有三角形、矩形、梯形3种。常用锰钢铸成。蓖条多为一组尺寸相等的钢条。安装时，插入蓖条架上的凹槽，两蓖条之间用垫片隔开。7.给定的原始数据是：（1）转子直径为800mm、工作宽度为600mm；（2）转子工作转速600r/min;（3）出料粒径分别为30、50mm;（4）电机为Y系列 55KW-4。3.2 该型号破碎机的工作参数设计计算3.2.1 转子转速的计算锤式破碎机的转子转速按所需的圆周速度计算，锤头的圆周速度根据被破碎物料的性质、破碎产品的粒度、锤头的磨损等因素来确定。按公式 （3-1）来计算。式中 锤头的圆周速度（m/s）； 转子的直径（m）。一般中小型破碎机转速速度越高，产品的粒度越小。锤头及衬板、蓖条的磨损越大。功耗增加。对机器零部件的加工、安装精度要求随之提高。在满足其粒度要求的情况下，圆周速度应偏低选取。在此次设计中转子工作转速为600 r/min。3.2.2 生产率的计算产率与锤式破碎机的规格、转速、排料蓖条间隙的宽度、给料粒度、给料状况以及物料性质等因素有关。一般采用经验公式来计算。破碎中等硬度物料时，锤式破碎机的生产率按下式计算： Q=（3045）DL吨/小时 （3-2） 式中 D、L 转子的直径和长度，米； 矿石的松散比重，吨/米3。由于本次设计中D=800mm=0.8m L=600mm=0.6m物料的松散比重取1.57，公式的系数取40，则Q=30.144吨/小时根据计算结果，可以确定锤式破碎机的生产率为30吨/小时左右。3.2.3 电机功率的计算电机功率的消耗取决于物料的性质、给料的圆周速度。破碎比和生产率。目前，尚无一个完整的计算公式，一般根据实践经验和实验数据，根据经验公式进行计算：（） （3-3）系数取值在0.1到0.15之间。此次设计电机功率选用55KW。根据电动机功率的计算结果，综合各种要求，选择Y系列三相鼠笼型异步电动机。型号为Y-250M-4，功率为55KW，转速为1480r/min。3.3 该种破碎机的主要结构参数设计计算3.3.1转子的直径与长度锤式破碎机的规格用转子的直径D和长度L来表示，所以转子的直径D=800mm，转子的长度L=600mm 。3.3.2给料口的宽度和长度锤式破碎机的给料口的长度与转子的相同。宽度B3dmax，dmax表示最大给矿块的尺寸。B3dmax=4120=480mm，取560mm3.3.3排料口的尺寸 该尺寸由蓖条间隙来控制，而蓖条间隙由产品的粒度的大小来决定。对该破碎机来说，产品的平均粒度为间隙的1/5到1/3。3.3.4锤头质量的计算锤式破碎机转子的转速n和锤头重量G是相互关联的，锤式破碎机不是靠回转部件的全部能量来破碎物料的，而是靠锤头重量所做的功来完成物料的破碎，锤头的动能E为： （3-4）式中 E锤头的动能，牛米； G锤头的重量，牛； g重力加速度，牛/秒2； V锤头的圆周速度，米/秒。 （3-5）式中 n转子转速，转/分； D转子旋转时，由于离心力的作用，锤头作辐射状，这时转子的外段直径就用d（米）表示。将式（3-5）代入（3-4）中： 牛米 （3-6）锤头动能大小与锤头的重量成正比，即锤头越重，锤头的动能越大，破碎效率越高。但锤头的重量越大，旋转起来产生的离心力也越大，对锤式破碎机转子的其他零件都会有不同程度的影响，甚至损坏，因此，锤头的重量要适中。正确的选择锤头的重量最破碎机效果和能量消耗有很大作用。所选的锤头重量一定要满足锤击一次便使物料块破碎的要求，并使无用功的消耗达到最小值，同时，还必须不使锤头向后偏倒，为此，必须使锤头运动起来产生的动能等破碎物料所需的打击功，如公式（3-6）所示。转子全部锤头每转一次所产生的动能为： 米秒 （3-7）式中 K1转子圆周方向的锤头排数； K2转子横向每排锤头的个数。转子每分钟n转时全部锤头所产生的动能为： 米秒 （3-8）由于给料的不均匀和物料的松散比不一，实际上并不是全部锤头都能锤击物料，其中有些锤头空过，因此，公式（3-8）不必再乘于给料不均匀和物料松散系数。全部锤头每分钟所产生的动能是由电动机直接供给的，故使式（3-8）与电动机每分钟发出的功率相等，即可以为全部锤头所产生的打击力能够击碎加入的物料。亦即： kw （3-9） 牛 （3-10）式中 N锤式破碎机的电动机功率，kw；N=55kw D=0.8mm K1=4 K2=6 n=600r/min 牛公式（3-9）只是考虑全部锤头运动起来产生的动能能够打碎物料，并没有考虑锤头打击物料后，它的速度损失大小。如果打击物料后，其速度损失过大，是会使锤头绕自己的悬挂轴向回转而向后偏斜过大在下一次物料相遇时，它会空过而不破碎物料，因而会降低锤式破碎机的生产能力和增加无用功。当然，锤头打击物料产生的偏斜由于离心力而能够恢复到原来的位置，但必须在第二次打击物料前恢复正常位置，所以，锤头打击物料后只能允许速度损失50%60%，利用动量相等的原理，可得： 牛米/秒 （3-11） 米/秒 (3-12) 式中 G锤头重量折算到打击中心的重量，牛； G1最大物料快的重量，牛； V锤头打击开始所具有的圆周线速度，米/秒； V2锤头打击物料后的圆周线速度，米/秒。公式（3-12）的系数等于0.50.4，即V2=(0.50.4)V 米/秒 （3-13）由式（3-12）得： （3-14） 牛 （3-15）把式（3-13）代入（3-15）中得： =（0.71） 牛 （3-16）取=25N 系数取为1则G=125=25N综合前面两种方案，我最终确定锤头重量为G=25牛。4 锤式破碎机的主要结构设计4.1锤头设计锤头是主要工作零件，其设计主要是指结构的设计。因为锤头的形状、质量、材质与破碎机的生产能力有很大影响。尤其形状对质量的分布、材料的充分利用有很大的影响。总之，其形状、结构的设计，对于其工作能力，对整个机器的生产能力。以及经济性等各方面有深远的影响。锤头形状大体分轻型、中型、重型。本型号的锤式破碎机主要是设计中型的 锤头。其形状如前面的图3-2所示。锤头材料的选择问题是很关键的问题。材料的选择取决于工作零件的工作状况和要求。因为破碎机要破碎的是石灰石等中等硬度的物料。一般用高碳钢锻造或铸造，也可用高锰钢铸造。为了提高其耐磨性，采用高锰低合金钢，有的在工作表面涂上一层硬质合金。有的采用高铬铸铁，其耐磨性比高锰钢锤头提高数倍。4.2圆盘的结构设计与计算根据设计的要求，每根销轴上需要有6个锤子。圆盘是用来悬挂锤头的，一共需有12个圆盘，最两侧的两个，共有的特点是，一侧设置圆锥销定位，另一端用轴肩定位。这样每个圆盘均匀分布4个圆孔，即可以通过四根销轴，用来悬挂锤头，锤头和圆盘之间的间隙除了通过削轴连接，还有隔套隔开，为了保护圆盘的侧面，减少或尽量避免其侧面的磨损。圆盘的大小取决于转子的直径，转子的直径的大小是圆盘的设计大小的依据。因为，该型号的破碎机，光凭其型号就可以知道，转子的直径为800mm，所以，圆盘的大小的取值就有了一定的范围。不妨取做355 mm，圆孔沿径向的距离也是依据起承受载荷的能力和强度，尽可能取整数；圆孔的大小和锤头的圆孔的大小近似相等即可。圆盘是通过键与主轴相连接的，而随主轴高速回转的。所以结构中一定有键槽，其厚度也是满足强度要求、工作状况的。不宜过大。圆盘之间也是通过主轴的轴套隔开（其作用是，在高速回转时，保证圆盘的运动平稳，并使其轴向定位）。圆盘的结构，如图4-1所示。图4-1 圆盘的结构4.3主轴的设计及强度计算通常轴的设计包括两个部分，一个是结构设计，一个是工作能力计算。后者主要是指强度计算。主轴的结构设计根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造、工艺等方面的要求，合理确定出其结构和尺寸，轴的工作能力的计算不仅指轴的强度计算，还有刚度、稳定性等方面的计算，当然大多数情况下，只需要对轴的强度进行计算即可。因为其工作能力一般主要取决于轴的强度。此时只做强度计算，以防止或检验断裂和塑性变形。而对于刚度要求高的轴和受力大的细长轴，还应该进行刚度计算，防止产生过大的线性变形。对于高速运转的轴，还应该进行振动稳定性计算。以防止产生共振破坏。因此，对该破碎机的主轴来说，只需进行强度计算。4.3.1 轴的材料的选择轴的材料主要是碳素钢和合金钢。钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件。有的则直接用圆钢。碳素钢比合金钢低廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的方法提高其耐磨性和抗疲劳强度的。故采用碳钢制造轴尤为广泛。最常用的是45号钢。因此，该破碎机的主轴选用45号钢。4.3.2 轴的设计对于只传递转矩的圆截面轴，其强度条件为： N/mm2 （4-1）式中： 轴的扭转应力，N/mm2 T转矩，N/ mm2 Zp 极截面系数，对圆截面轴Zp= P传递的功率，kw n主轴转速，r/min 许用扭转应力，N/mm2 Nmm对于既传递转矩又承受弯矩的轴，可用上式初步估算的直径，但必须把轴的许用扭转应力适当降低，以补偿弯矩对轴的影响。将降低后的许用应力代入上式，并改写为设计公式 mm （4-2）式中A=98107因为本设计中主轴的材料为45号钢，且承受大载荷，大弯矩。所以A取107，又P=55KW n=600r/min考虑到破碎机所承受的转矩变化和冲击载荷变化很大，则取轴的最细处，而细轴处的强度条件为： 即细轴68mm处得强度符合要求的强度条件。图4-2 主轴的结构方案主轴的最小直径是安装锁紧螺母处轴的直径，查表得所用的锁紧螺母长度，故应使轴，为了使所选的轴的直径与皮带轮和飞轮相适应，故需同时选取带轮和飞轮，根据要求查表得所选的带轮和飞轮的孔径，故取，所选用的带轮和飞轮与轴配合的毂孔长度，因带轮和飞轮采用轴肩和锁紧螺母定位，故应使。 因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，且主轴承受大转矩并受冲击载荷，选用深沟球轴承，参照工作要求并根据，选用轴承6219，故，由于主轴承受大转矩并受冲击载荷，使用双深沟球轴承，采用套筒定位，故。转子圆盘用轴套压紧定位，取轴肩高度h=5mm，则，为了可靠的压紧转子圆盘，取。带轮，飞轮和转子圆盘与轴的周向定位均采用平键联接。飞轮和带轮与轴的联接，选用（GB1096-79），转子圆盘与轴的周向定位长度大于500mm，按规定，选用。4.3.3 主轴强度的校核首先根据轴的结构图作出轴的计算简图，由于锤式破碎机在工作中承受冲击载荷，而这种冲击载荷主要集中在打击物料的锤头处，为了计算方便，现将载荷简化为作用于转子的均布载荷。假设物料以某角度与锤头碰撞（100）则有，式中：则有：N，N，N。考虑对于使用应力的余裕系数e=1.5（所谓余裕系数，即是在补偿载荷的偏差、估计的不准确度、尺寸精度的误差以及计算式的近似性的同时，对于因振动、冲击而产生的难以预测的应力上升，残留应力预测等不准确度进行补偿的系数。），则作用于每个锤头上的力分别为： N, N， N那么，作用于转子的合力为： N， N， N将此合力简化为一作用于转子的均布载荷，其集度分别为： KN/m， KN/m， KN/m。则作用于轴上的支反力分别为：水平面内支反力：垂直面内支反力：根据上述简图，分别求出水平面和垂直面内各力产生的弯矩为：, 按结果分别作出水平面上的弯矩图如图4-3（b）和垂直面上的弯矩图如图4-3（c）所示。图4-3 轴的载荷分析图然后按下式计算总弯矩图并作出M图4-3（d）所示，作出扭矩图4-3（d）所示，根据已作出的总弯矩图和扭矩图，利用可以计算弯矩，作弯矩图4-3（f）。已知轴的计算弯矩后，即可针对某些危险截面（即计算弯矩大而直径可能不足的截面）作强度校核计算。通常只校核轴上承受最大计算弯矩的截面（即危险截面转子中间截面）的强度。由式： （4-3） 可得：故安全。此处由于主轴装有过载保护装置，当有大的瞬时过载及严重的应力循环不对称时，安全装置可保护主轴不产生塑性变形，故可略去静强度校核。【13】4.3.4键的强度校核平键联接最易发生的失效形式通常是压溃和磨损，此处针对挤压强度和耐磨性条件进行校核。挤压强度条件 （4-4）耐磨性条件（动联接） （4-5）式中 T转矩，Nmm；d轴径，mm；h键的高度，mm；l键的工作长度，mm；许用挤压应力，MPa；许用压强，MPa（此处为30）。由以上两式求得三处键联接的挤压强度和耐磨性强度分别为：28.95MPa、11.62 MPa、28.05 MPa均小于其许用挤压应力和许用压强，故满足。4.4飞轮的设计与计算锤式破碎机在破碎大块物料时，锤头的速度损失会过大而且会增大电动机的尖峰负荷。为了避免出现这些现象，在主轴上就要增加一个飞轮来储备动能。根据理论力学知识，知飞轮矩为 Kgm2 （4-6）飞轮设计的基本问题是在保证机器运转的不均匀系数在许用范围内的这一前提下，求出飞轮的转动惯量J从而最后定出飞轮的主要尺寸。4.4.1飞轮转动惯量的确定设锤式破碎机在空行程和部分无负荷的工作行程时间t1秒内的功率为N1 kw,转子在工作行程的破碎时间t1秒内功率为N2 kw，电动机的功率为N kw，并且N1NN2 。转子在t1秒内，NN1情况下，多余的功率就使飞轮的能量增加，如果在空转阶段开始时，飞轮的角速度等于，在空转的角速度；在有载运转时N2N，飞轮就输出能量，飞轮的角速度就由降到。列出空转时的平衡方程式：或则飞轮储存的能量：设空转的功率消耗 （称损失系数）故考虑摩擦损失的机械效率=0.85则 飞轮的平均角速度，即主轴的角速度。 速度不均匀系数 空转时间 取秒所以4.4.2飞轮的主要尺寸 飞轮的结构如图4-4所示。4.5齿条的设计计算齿条是锤式破碎机中和锤头一样，受到物料的撞击而有一定程度的磨损，也是锤式破碎机中易损的零件之一，齿条受到硬物料的冲击，容易弯曲或者折断。齿条的形状由多种形式，由三角形、矩形和梯形三种，本次设计中采用的是梯形，其材料是ZGMn13的高锰钢。因此有较高的耐磨性，又能承受一定的冲击。计算齿条时，假设其倾角为，齿孔为方形，边长为L，筛丝直径为a，颗粒直径为d，颗粒与齿条方向倾角投落到筛面。当不考虑重力对颗粒运动的影响，则可以为颗粒作直线运动，可得出物料通过齿缝的概率： （4-7）若筛面水平放置，即=0，则不考虑颗粒投落到筛条上后弹跳起来落入筛孔的可能性，可改写为： （4-8）从（4-7）、（4-8）两式中不难看出，颗粒倾斜于筛面运动时比垂直于筛面运动时的透筛概率要小。图4-4 飞轮的结构因为在式（4-7）和（4-8）中引进碰撞系数，就使得比筛孔小的透筛概率大了，否则仅是向实际透筛概率靠近一些。所以要在公式中引入系数，其结果也是理论透筛概率。由式（4-7）可以看出，如果令分子中带括号那项为0，则理论透筛概率P（A）也为0，这样可以算出各颗粒材料不能透筛的筛面临界倾角。则 （4-9）当时，即物料从垂直方向落到倾斜面上，则 （4-10）由式（4-9）或（4-10）可以绘出关系曲线，它反映了倾斜角与筛面的相对粒度关系，从中可以看出，在具有大倾斜筛面的筛分机中，可以用筛孔尺寸较大的筛面来处理相对力度小的颗粒群，这就是概率筛之所以可以采用大筛面的一条理论依据。4.6 传动方式的选择与计算（V带传动计算）该部分的设计主要体现在V带轮的设计上，带轮的结构型式，主要由带轮的基准直径选择。其基准直径又与相连接的电动机的型号有关。根据前面对电动机功率的计算，以及转速的要求，可以采用Y系列三相鼠笼型异步电动机。其型号为Y-250M-4，额定功率为55KW，满载转速为1480r/min，额定转速为1500 r/min。因为要求的大带轮的转速为600r/min，所以，当小带轮的直径依据电动机选择200mm时，这样大带轮的基准直径依据传动比，可以求出600左右，因为带轮的基准直径有标准系列，所以可取600mm。要求带的根数，必须按以下的计算步骤：1先确定出带的型号。由表可查到，根据计算功率P和小带轮的转速进行选择。经过查表得 （4-11）式中 名义传动功率。 工作情况系数。再查表可知，取1.4，则可以计算出计算功率P为77KW。再由表，可查出带的型号为A型。2需要确定单根V带的基本额定功率查表13.4（教材书下册）可以知道，对A型带，因为其小带轮转速接近1500r/min，基准直径为200mm的情况下，为基本额定功率， 取4.06KW。为长度系数， 取0.99。为包角系数， 取0.935。为单根V带的基本额定功率的增量， 取0.34KW。其值由带的型号、小带轮转速以及传动比确定。则带的根数就可以用下式求出：将上面的数据代入，就可以求出z=5。这样，整个带轮的尺寸的具体的确定过程如下：根据其参数，仍然由教材书上的表可查到。 靠近两端的槽中心到带轮端部的距离。 相邻槽间的距离。另外，根带的型号和其基准直径D，可以确定出轮槽角的大小和，。 轮槽的根部到带轮键槽的最小要求距离。 相邻带轮在中心线上的距离。 齿顶高的最小距离。 齿根高的最小距离。其键槽可以由其宽度进行选择标准的长度。这样，其他的尺寸也可以确定了。如图4-5所示。图4-5 带轮的结构4.7轴承的选择因为轴承，尤其是常用的一些轴承，主要是指一些滚动轴承，绝大数都已标准化，因而，我们需要进行一部分设计内容，根据具体的工作条件，正确选择轴承的类型和尺寸。另外是轴承组合的设计，它包括安装、调整、润滑、密封等一系列内容的设计。4.7.1材料的选择轴承的内圈、外圈、滚动体，一般是用轴承铬钢制造的，热处理后，其硬度一般不低于HRC60。一般这些元件需要150度回火处理，所以其通常的工作温度不高于120度，此时，硬度不会下降。4.7.2轴承类型的选择轴承的类型有很多种，主要根据其承载情况和调心等要求，进行选择。因为该型号的破碎机，其转子的转速为600r/min。所以主轴上轴承的转速很高，负荷很大，且工作时间很长，最主要的是，经过很长时间工作后，会因为锤头的不均匀磨损而产生不平衡附加作用力（当锤头的不均匀磨损严重时，此力就成为总负荷中的主要部分）。轴承间距大，轴会产生挠曲，此外，由于承受的载荷比较大，因此选用双深沟球轴承。如图4-6所示。图4-6 双深沟球轴承4.7.3 轴承的游动和轴向位移轴承在实际工作时，工作前后的温差大，为了适应轴和外壳不同热膨胀的影响，防止轴承卡死。可以使一端的轴承轴向固定（比如用套筒）另一端使之可以轴向位移。这样，轴承在内外圈的轴向相对位置有不大的变化时，仍然可以正常工作。也可以使外圆与座孔配合较松，以保证外圆相对于座孔能做轴向窜动。4.7.4 轴承的安装和拆卸为了便于轴承在主轴上的安装和拆卸，必须考虑到轴承座有剖分面，这样就不必考虑沿轴向安装和拆卸轴承部件，优先选用内外圈可分离的轴承了。如图4-7所示。图4-7 轴承座4.8箱体结构以及其相关设计一台机器的总重量当中，机座和箱体等零部件的重量占很大的比例。同时在很大程度上影响着机器的工作精度以及抗振性能。所以，正确合理的选择机座和箱体的材料，并且正确合理的选择其结构形式和尺寸，是减小机器质量、节约金属材料。提高工作精度等重要途径。4.8.1铸造方法根据有关资料，机座（机架和基板等）和箱体（包括机壳等）的形式很多。按构造形式可以分为机座类、机架类等。本次设计到的锤式破碎机，是固定式重型机器。而且，机座和箱体的结构复杂，刚度要求也较高，因此，通常都是铸造。铸造材料常用便于施工而又便宜的铸铁。（包括普通灰铸铁、球墨铸铁等）。而且该破碎机的机座，属于大型机座的制造，所以，常采用分零铸造，然后焊成一体的办法。4.8.2截面形状的选择因为绝大数的机座和箱体受力情况较为复杂，因此要产生振动，弯曲等变形。所以，当受到弯曲或扭转时，截面形状对其刚度和强度的影响很大。所以，正确设计出合理的机座和箱体的截面形状，可以起到既不增大截面面积，又不增大（或者减小）零件质量（材料消耗量）的效果。而且增大了截面系数以及截面惯性矩，就能提高其强度和刚度。在使用中，绝大数的机座和箱体都采用矩形截面形状，就是这个缘故。虽然矩形截面的弯曲强度不及工字型截面，扭转强度不及圆形截面的，但是它的扭转刚度却很大。而且采用矩形截面的机座和箱体的内外壁比较容易装设其他的机件。所以，对机座和箱体来说，它是结构性能较好的截面形状。4.8.3 肋板的布置一般地说，增加壁厚固然可以增大机座和箱体的强度和刚度，但不如加设肋板来得有利。因为加设肋板时，增大强度和刚度，又可以增大壁厚的同时减小质量；因为该破碎机的机壳是铸件，所以，对于铸件，由于不需要增加壁厚，就可以减少铸造的缺陷；对于有些焊接的部位，壁薄时更容易保证焊接的品质。在考虑到铸造、焊接工艺时以及结构要求时的限制时，例如为了便于砂型的安装和清除，以及需要在机座内部安装其他的机件等，往往需要把机座设计成两面敞开的，或者至少在某些部位开出比较大的孔洞（就是该机器中的检修孔）。由于这样做，必然大大削弱了机座的刚度，所以，加设肋板是必需的。其结构形状必须考虑到各种重要因素，主要有工艺、成本、重量等。同时还要随具体的应用场合以及不同的工艺要求（如铸造、焊接等）而设计成不同的结构形状。4.8.4 反击板反击板和锤头一样，都是锤式破碎机的工作部件，由于它承受着物料的冲击，很容易磨损，所以选择ZMn13高锰钢较合适。反击板在破碎物料时，应该和下落的物料有一定的角度，这样有利于矿石破碎。如果破碎板和物料下落的速度方向一致，物料只受锤头与反击板的挤压作用，破碎不充分，但反击板有一定的倾斜角度后，物料的破碎就充分多了。此外，反击板倾斜后，机内的容积增大，提高了生产率。当然倾斜角度不能过大，根据经验，倾斜角度一般为300，反击板本身不厚，但是为了防止反击板断裂，要在下面加固一层厚厚的铸铁。4.8.5 圆盘锤架锤架是用来悬挂锤头的，它不起破碎物料的作用。但是锤式破碎机在运转时，锤架要和物料接触造成磨损，所以锤架的材质也要有一定的耐磨性，本设计中采用的是优质铸钢ZG35B，该材质铸钢具