【鹅卵石锤式制砂机的整体结构设计9400字（论文）】

II鹅卵石锤式制砂机的整体结构设计目录TOC\o"1-3"\h\u45381引言 1143232移动式鹅卵石制砂机的总体结构设计 1154872.1对设计的基本要求 1165482.2制沙的总体结构组成 1226622.2.1制砂机机架 1222392.2.2制沙的传动系统 2125492.2.3制砂机制沙转子 2280182.2.4辅助部分 2143943移动式鹅卵石制砂机的设计计算 3301183.1制砂机的基本参数计算 3190163.1.1转子转速的计算 3130913.1.2生产率的计算 3235493.1.3电动机的选择 3123223.2锤头设计与计算 473683.3主轴的设计及强度计算 5235583.3.1轴的材料选择 534353.3.2最小轴径的设计 5286203.3.3轴的结构设计 6228283.3.4轴的强度校核 6202133.3.5键的强度校核 8280453.4带传动的设计 843164移动式鹅卵石制砂机的三维建模和仿真 10278654.1三维建模技术介绍 10321464.2制砂机的三维建模过程 11148564.3制砂机的虚拟装配过程 11252665移动式鹅卵石制砂机的安装使用和维护 1342915.1制砂机的安装 1320015.2制砂机的使用 13293325.3制砂机的维护和故障处理 1419096总结 1514979参考文献 161引言以前在建筑上对石料的开采是使用人工的方法进行的，而且石料的开采是非常费时费力的苦力活。古人要想获得大小均匀的石料作为建筑材料，首先要到砂石山上去把石头开采下来，开采石头的过程非常的辛苦。古人很聪明想到了热胀冷缩的办法，首先用火烤石头把石头烤得滚烫，然后再把冷水浇在石头上，在冷热交替间石头就会产生裂缝，此时再用锤敲击就可以轻易的将石头敲碎。但是敲下来的石头还不能直接用，还必须要使用锤子和錾子将大石头敲成大小差不多的小石头，才能进行运输和下一步的处理。这个将大石头敲成均匀小石头的过程实际上就是制沙的过程，只不过古人没有制砂机，而是使用人工进行敲击，这个过程真的是非常辛苦。而现在的人有制砂机可以直接将石头扔到制砂机中，在制砂机锤头的敲击下变成均匀的小石头。不过目前砂石山上正在使用的制砂机也存在很多问题，其中比较重要的问题就是制砂机的效率、制沙效果、制砂机的使用寿命等问题。很多制砂机使用时间长了，企业为了节约成本也不对锤头进行更换，导致锤头磨损非常严重，制砂机的效率大大下降，而且制沙的效果也大打折扣，均匀性不好。而有的制砂机由于当时设计的时候存在缺陷，制砂机的疲劳性能不高，导致使用寿命很短，甚至有的在制沙过程中出现断轴、锤头架断裂等危险情况，如果处理不好很有可能会造成事故。而砂石山上一般对制砂机的依赖性非常高，如果制砂机出现问题，整个生产线被迫就要停下来，这会给企业带来很大的经济损失。所以不论从企业效益本身，还是从安全生产还是从砂石山开采等多个角度来分析，都有必要对移动锤式制砂机的结构进行深入的分析和研究。2移动式鹅卵石制砂机的总体结构设计2.1对设计的基本要求本身就要求制砂机他能够完成鹅卵石以及各种类似的鹅卵石的制沙，所以对他的要求是制沙能力要强，另外要足够的耐磨，而且使用寿命要长不能经常出故障，另外机器操作起来要十分的方便，不能够过于复杂。2.2制沙的总体结构组成根据上面的分析本设计的制砂机的组要结构包括机架、传动系统、制砂机转子以及辅助部件等组成。下面分别对这几部分进行分析。2.2.1制砂机机架制砂机的机架有的人把它理解成制砂机的箱体，其实这样理解也是对的，因为制砂机的机架主要就是指的制沙腔的支撑壁以及整个制砂机的底座等部分，所以有人也把它称为制砂机箱体。其实都是一个意思，而本设计这里就把它称之为机架。对机架的设计也要格外的重视，尤其是它的刚性和抗弯和抗扭的能力，要仔细计算保证他能满足使用要求，另外出于安全考虑还要留有一定的安全余量。根据这一要求同时结合制砂机实际工作要求，本设计的机架决定采用Q235钢板进行焊接制造。2.2.2制沙的传动系统制砂机传动系统是非常重要的部分，目前机械传动方式主要有齿轮传动带传动和链传动等多种形式，由于制砂机它的轴间距非常长，所以不宜采用齿轮传动，加上制沙时需要转子速度比较高，所以也不能采用链条传动，剩下的只有使用皮带传动。带传动也就是我们所说的皮带传动，在机械传动中其应用广泛程度仅次于齿轮传动，如果我们把机械传动排一个坐次，那齿轮传动排第一位，带传动肯定稳坐第二位。皮带传动之所以也受很多人的欢迎，因为他有齿轮传动没有的优点，如果两传动轴之间的间距过大，那么齿轮传动就心有余力不足了，这时候只能去仰仗带传动，因为我们不可能做一对体积超大的齿轮，这既不经济也不实际。而且带传动的噪音非常小，所以追求静音的汽车发动机就会使用皮带传动，因为皮带传动它依靠的是连续的摩擦力，所以没什么声音。如果皮带传动转速比较低时，几乎听不到声音，即使速度非常快的情况下，也只有嗡嗡的声音。而对比齿轮传动，齿轮传动低速时会有‘嘎达、嘎达”的声音，在高速时就更不得了了，声音会非常大,可以说是典型的机械噪声。另外带传动要干净的多，这里说的干净是因为带传动不需要润滑，因为皮带是依靠摩擦传动的润滑反而坏事。不要润滑自然也用不到润滑油，所以也不要润滑装置，自然也不会出现润滑油飞溅的到处都是的情况。皮带传动时间长了也会像齿轮一样出现磨损和断裂的情况，不过一般的小型皮带传动磨损以后就直接不要了，换上新的。因为皮带它的成本是比较低的，但是绝不能因为皮带的成本低就对他掉以轻心，因为如果皮带断裂后果也是很严重的，所以要定期检查皮带的磨损情况，及时发现及时换。经过上面的分析，以及结合制砂机实际工作需要，制砂机的主传动方式采用皮带传动。2.2.3制砂机制沙转子制砂机转子是制砂机的核心部分，转子主要包括制砂机的锤头和锤头保持架，同时还有主轴，这些构成了制砂机的制沙部分。当转子高速旋转时，锤头会不断的敲打大鹅卵石，使其碎裂成小鹅卵石，从而达到制沙之目的。2.2.4辅助部分除了上述部件以外，制砂机想要顺利实现制沙还要有一些辅助部分，比如制砂机内部的反击板、筛网等部件，以及制砂机的入料斗和出料斗等部件。所以制砂机对于这些辅助部件也是离不开的，只有他们相互协作，最终才能实现鹅卵石的制沙。经过上面的分析，对制砂机的主要部件都进行了分析，将他们合在一起就得到了整个制砂机的主要结构，其总体方案如下图2-1所示：图2-1制砂机的总体方案3移动式鹅卵石制砂机的设计计算3.1制砂机的基本参数计算本设计制砂机，制砂机直径D=1000mm，长度L=1000mm，转速n=740r／min；进料粒度：≤300mm；出料粒度：3～60mm，额定功率Pe=110kW3.1.1转子转速的计算=（0.4—0.6）（3-1）式中──锤头的圆周速度（m/s）──转子的直径（m）根据所给的条件，转子的转速为60·40/3.14/1=740r/min。3.1.2生产率的计算生产率与物料的大小、制砂机的工作能力、物料的状态性质、以及筛分装备的缝隙大小有关，一般采用经验公式：（3-2）取值在35到50。Q=35·1·1.6·1=56t/h3.1.3电动机的选择很多人一碰到电动机的转型就头疼，其实电机的选型还是很有规律的，只要把握住方法，选择电动机的类型是非常方便的。电动机的选型是有一定的技巧的，首先要从多方面进行分析。打个形象的比喻，选择电动机就好比是找对象一样，找对象时要看对方的相貌、工作、人品、家庭、性格等方方面面。同样选择电动机也要从功率、转速、扭矩、供电、精度要求等方方面面考虑。很多人一碰到电动机的转型就头疼，其实电机的选型还是很有规律的，只要把握住方法，科学的选择合适电机不难。根据上述这些要求，本设计选用三相鼠笼式异步电机。电动机的功率：（3-3）式中k为0.14，p得出为103.6kw，根据所给的条件Pe=110kw，再查《机械设计手册》，确定电动机型号Y315S-4。3.2锤头设计与计算锤头如果质量过大的话就会导致耗电量增加，质量过小它又达不到制沙的效果，所以它的大小要比较合适。有如下公式：=（0.4—0.6）(3-4)式中和分别是打击后和前物料的线速度(m/s)把制沙物料看作是不运动的：(3-5)由上式可知:(3-6)式中──锤头的质量(kg)──最大物料块的质量(kg)综上所述，=4/3πr^3=4/3·3.14·0.15～3·1.6·1000=22.62kg所以锤头质量为22.62·1.2=27kg本设计使用的锤头是采用锯齿形和圆形相结合的方式，有四组七对锤头组成了转子。销轴把锤头和圆盘连接起来。图3-1锤式制砂机使用的锤头3.3主轴的设计及强度计算3.3.1轴的材料选择齿轮和轴作为传动系统中关键的零部件，他们是直接传递动力和扭矩的，可以说是传动系统中的中流砥柱。所以他们使用的材料都是有讲究的，强度刚度要满足要求自然不用说，另外还要有一定的韧性要求。一般情况下作为轴来说45号钢和它的老搭档40Gr都是非常合适的材料，之所以这些材料常用，是因为他们的性价比高，调制过后的综合力学性能非常好价格也不贵。齿轮和轴由于有太多的相似之处，所以轴用的材料齿轮也可以用，轴用的热处理齿轮也需要，轴能用的办法齿轮照样可以用。也就是说常规的齿轮用45钢或40Gr，要求高的齿轮用合金钢加热处理。通过上面的分析，同时结合实际工作要求，轴也采用了40Gr调制处理。3.3.2最小轴径的设计式中A=98～107因为本设计中主轴的材料为40Gr，且承受大载荷，大弯距。所以A取107，又因为P=75KWn=980r/min所以mm考虑到制砂机所承受的转矩变化和冲击最细处dmin=100mmτ===3.654N/mm2查表得40Gr许用扭切应力[τ]=40～52N/mm2τ=3.654N/mm2﹤[τ]，故最细处符合强度条件。3.3.3轴的结构设计主轴的结构设计要充分考虑到轴上各个零件的安装和定位，既要保证轴上零件能够顺利安装，同时又要保证各零件能够准确定位。本设计的主轴结构如下图3-2。图3-2主轴的结构图3.3.4轴的强度校核将轴简化成作用于转子上的均布载荷。则有，，式中：KN·m则有:N,N,N;N，N，N；作用于转子上的合力则为：N，N，N；则作用于轴上的支反力分别为：水平面内支反力：KN垂直面内支反力：KN产生的弯矩为：并按结果分别作出水平面上和垂直面上的弯矩图如图所示。图3.5主轴弯矩分析图图3-3主轴载荷分析图总弯矩图并作出M图KN·m求出计算弯矩图（h），KN·m只要校核则最危险的截面，由式：可得：[δ]=75MPa。3.3.5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。挤压强度条件式中：——许用挤压应力，MPa（此处为60-90）；——许用压强，MPa（此处为50）。第一个平键：第二个键：均小于其许用挤压应力和许用压强，故满足。3.4带传动的设计确定计算功率Pe：（1）由《机械设计基础》的表9.21查的Ka=1.65，再由式得：Pe=Ka·P=1.65·110=181.5kw（2）选取V带型号，根据Pe=181.5kw，n1=740r/min，选用SPC窄V带。（3）确定带轮基准直径主动轮290mm，从动轮400mm，在允许误差之内。（4）验算带速vm/s带速在5～25m/s范围内。带的基准长度和中心距按照结构要求，初等中心距为1500mm，由式得：=2a+π（d1+d2）/2+（d2-d1）^2/4a=4085mm由表选择基准长度4000mm。则实际的中心距为：1500+（4000-4085）/2=1458mm确定V带根数：z取3根求初拉力和轴上压力Fq==4559.8N取4560N。那么此在轴上的压力就是：Fq=2F0z·sin=2·4560·4·sin=36252N图3-4本设计的传动系统和制沙装置4移动式鹅卵石制砂机的三维建模和仿真4.1三维建模技术介绍自上世纪因为人们对科学计算的需求，使得计算机技术的出现。当时的计算机在应用范围小，并且由于操作系统的限制，所能够完成的工作也十分的有限。后来随着半导体技术的改革换代，集成电路的密集度越来越高这一系列变化都使得计算机在计算力方面得到了巨大的提升。同时随着视图化计算机操作系统的出现，计算机操作的难度被大大降低。随着计算机的价格降低，操作方法的简易化。计算机逐渐普及开来。计算机从最开始应用于科学数据的计算到后来的工业生产，然后随着计算机基础设备的改善和基础软件的出现。三维建模软件也开始逐步出现，起初三维建模软件只在国家科研层面等使用，此时三维建模软件的使用范围仍旧受限，并且三维建模软件开始只能完成简单的单元体三维建模和部分的曲面，还不能实现复杂的实体建模。当时的三维建模软件的目的主要是为了完成一部分2维图纸的可视化工作，能够让2D图纸成为3D模型，给人直观的视觉感受让操作制造人员更好地理解。之后一阶段，计算机算力的提升之后。此时计算机可以绘制大部分的实体模型，但是并不能进行模拟仿真和配合情况的使用还是不能完全满足工业生产上的要求，同时对于复杂曲面的建模也存在难度。随着计算机网络的快速发展信息时代的到来，和人们对于生产自动化的要求，以及为实现减少成本的目的。这时为了使产业的生产效率更加的高效和完善，技术人员提出3D模拟仿真的想法以求在前期的设计制造之中对产品的使用寿命、产品的结构强度、产品的应力分析等一系列的问题实现求解分析，并且提出在满足成本要求之下可行的改善上述问题的方法手段。当下计算机三维建模软件主要以UG、SOLIDWORKS等为主，这些软件的出现使得工业制造行业内的生产效率得到了快速的提升，随着下一步的发展人们对于三维建模软件又提出了新的要求。如随着智能制造概念的提出，人口价格的提高，生产技术的提升，产品复杂度精度的进一步发展等一系列目标的提出，都进一步对三维建模软件提出来更高的期望。如能否使三维建模软件在完成建模的情况下，自动对相应的加工设备加工方法完成编程，并且在下一步的生产制造之中全称跟踪生产的情况，反馈数据，实现无人化工厂。并且可以实时变更加工方法，以提高产品的质量。4.2制砂机的三维建模过程制砂机它的三维建模可以分为几部分，首先是机架、箱体的建模，然后是转子的建模，最后是传动系统的建模。机架和箱体相比其他部件的结构来说并不算难，尤其是机架它是通过槽钢型材焊接的，槽钢在三维软件当中都有相应的标准件直接选用，当然自己建模也很容易，因为槽钢它的截面绘制出来以后，将草图一拉伸就得到了。所以机架建模建模自然不难，只通过草图拉伸的命令就能得到机架结构。箱体也很简单，上下箱体都不难，先绘制出箱体的实体，在建模时把上下箱放在一起绘制，这样效率会高一些，绘制时先把箱体当成实心的来绘制，将箱体外部结构绘制完成以后，再利用抽壳的命令将箱体抽壳成空心，然后从中间把上下箱切开单独保存。转子的建模也比较简单，虽然构成转子的零件比较多，但是每个零件结构都不复杂，比如说主轴，先绘制出轴的截面旋转即可，通过拉伸切除就能得到锤头，锤头架属于盘盖类零件也是通过整周旋转得到的。其实转子部分难在装配，它的建模是很简单的，至于它的装配方法在后面会分析。传统系统也就是皮带和带轮，皮带是在虚拟装配时生成的，而带轮它的建模方法和轴是一样的，也是先把皮带轮的半个截面绘制出来，然后绕带轮的中心轴线做整周旋转。到这里制砂机各个部件建模就完成了。4.3制砂机的虚拟装配过程对于本设计制砂机来说，虚拟装配的难点主要集中在转子部分的装配和皮带传动的装配。转子装配难是因为锤头的数量比较多，如果采用笨方法，老老实实一个一个的安装自然是不会出错，但是这样耗时太长。这种方法是万能的方法，不论你转子上的锤头是规则排列还是杂乱无章的，都可以使用这种方法来装配。但制砂机的转子它的排列很有规律，所以装配可以使用巧妙的方法，也就是将线性和圆周阵列相结合，这样只要装上一个锤头，其余的通过这一方法就能得到。因为本设计转子上共有28个锤头，所以采用这个方式效率比老老实实一个一个的安装要快上数十倍。下图4-1是建模完成的转子三维图。图4-1转子三维图关于皮带的装配也不难，就通过“皮带、链”的命令让软件自动生成皮带轮廓，然后扫描得到实体。由于带轮上并列安装有3根皮带，所以还要加上一步线性阵列，将已经装上的皮带阵列出2个。再加上制砂机的机架和箱体，就得到了完整的制砂机的三维图，如下图4-2所示。图4-2制砂机三维的截图5移动式鹅卵石制砂机的安装使用和维护5.1制砂机的安装移动式鹅卵石制砂机在安装过程中首先就是要选择适宜的地方，因为机器体积大且质量重，不是随便哪里就可以安装的，要在稳固的地面上安装制砂机。在安装制砂机时首先安装的是制砂机的箱体结构，也就是制沙箱，制沙箱分为上下两箱，制砂机主轴两端的轴承座是安装在下箱体上的，所以在装配时也是先将主轴转子部件安装在下箱体上，将主轴两端的轴承座固定好。这里要注意一点的是主轴转子部件安装时不能单独只安装一个主轴，而是它轴上的锤头架和锤头都要安装完成，也就是说是转子部分要先装好，然后再连同主轴和轴上转子各部件一起安装到下箱体上。否则先把轴装到下箱体上去之后，轴上的其他部件就无法再安装了。转子安装到下箱体上之后，然后再将上箱体合上，上下箱体要对齐，然后用螺栓固定好。各部件都安装好之后还要再次检查，检查该紧固的零件是否安装紧固，因为移动式鹅卵石制砂机的锤头很重，制沙的速度也很快，所以在安装过程中一定要特别注意。锤头与锤头安装架之间的连接一定要稳妥可靠，千万不能出现制砂机工作时松脱的情况，如果松脱，轻则影响制砂机制沙的效果，同时可能会造成其他零部件的损坏，严重甚至锤头会直接被甩出，如果是这样的话那后果真是不堪设想，很有可能造成操作人员的死伤。另外制砂机在制沙时会发出很大的响动，所以在安装时最好在机器的下方安装减震材料。安装后轴承和转轴等要涂上润滑油。制砂机的带传动系统在安装时也要特别注意，由于制砂机所用到的带根数比较多，所以在安装时需要按照顺序依次安装，每根皮带的松紧程度都要是相同的。千万不能认为制砂机用的皮带根数比较多，就把新旧皮带掺杂在一起使用，这样是非常危险的，因此所有皮带的寿命必须要是一致的，也就是说都要使用新的皮带。制砂机各个部件都安装好了以后要空载试机，所有的部件都能正常运转才行，同时对于制砂机的调整装置也要进行试验，对于该预紧的部件要事先进行预紧。在调试时要特别注意制砂机转子的动平衡行，如果转子平衡没做好，那么制砂机在工作时无疑会产无人化工厂生异常的抖动。如果制砂机在空载试运行时出现了异常的响动，应立即停机，同时做好备用的安全措施，然后才能对制砂机进行检查。检查排除故障以后，还要再次进行空载试验，只有完全合格以后才能投入使用。5.2制砂机的使用本设计是移动式鹅卵石制砂机它不同于大型制砂机，大型制砂机是通过混凝土地基将其固定住，而移动式鹅卵石制砂机它下面自带有机架，所以只需找一个稳固的地基将其放置平稳即可。所找的地基一定要是足够坚实的不能是软土地基，因为即使是移动式鹅卵石制砂机，其自重仍然很重，如果是软土地基那么很有可能机器会陷进去。所以地基要足够坚实，最理想的情况下还是要放置在坚实的钢筋混凝土地基上使用。另外制砂机的周围不能有杂物，一般制砂机在使用时旁边会配备一个自动上料机，也就是一个带式的输送机，除此以外制砂机不应该再有其他的杂物。在使用制砂机前还要检查机体内是否有异物，有一定要及时排空。另外在使用制砂机前要进行适当的热机，就好比是我们冬天开车一样，要让车有一个预热的过程。制砂机也是一样，因为制砂机刚开机时，主轴是由静止变成运动的，所以它初始速度是很慢的，而且也没有积攒足够的动能和惯性。如果一开机就投入大量的物料，那么制砂机制沙起来将很吃力，而且也会严重降低制砂机的使用寿命，甚至有可能造成制砂机的卡死。所以正确的使用方法是当制砂机开机一段时间以后，也就是大概几分钟以后才能进行喂料，而且初始喂料时喂料的量要小一些，喂料速度要慢一些。另外本设计制砂机制沙的喂料最大力度不能超过25公分，所以在喂料时也要注意超过制砂机最大制沙能力的物料是不能够投入进去的，否则会造成制砂机过载甚至引发事故。另外所喂的物料种类也要注意，只能喂制砂机能够制沙的物料，制砂机无法进行制沙的物料是禁止投入进去的。另外本设计制砂机是不可逆的，也就是说制砂机永远只能朝着固定的方向旋转，不能往反方向旋转，在任何情况下都不能够将制砂机推到预定工作的反方向运行，否则极有可能造成损坏甚至是事故。制砂机的转子有平衡度的要求，千万不能够在锤头没有全部安装上的情况下开机运行。因为在实际使用中经常会有这种情况，制砂机有个别锤头出现了磨损，工人将其拆卸下来以后，都抱有这样的心态，认为转子上有几十个锤头，即使缺一两个也没有太大影响，加上每天工作任务比较紧，所以工人就会继续开动制砂机进行工作。这其实是很危险的，因为制砂机的转子有动平衡的要求，缺少了锤头会导致转子平衡遭受破坏，所以在这种情况下工作很有可能会出现事故，因此是绝对禁止的。另外制砂机操作者在使用制砂机前，一定要先做好防护工作，佩戴好口罩眼镜，穿上风衣或是防护服，因为制砂机在工作过程中会产生很大的灰尘，一旦被人体吸入会对肺部造成损伤，所以经常违规操作制砂机的人就会患上尘肺这一职业病。所以这些准备措施一定要做，除了在灰尘飞扬的时候自身做好之外，还要进行喷水降尘操作，制砂机自带的喷水降尘装置也要全部开启，在制砂机作业现场非必须人员最好是远离制砂机。5.3制砂机的维护和故障处理制沙器虽然可以长时间的连续工作，但是也要有固定的停机时间，以避免制砂机过热或过度磨损。要定期对制砂机的易磨损部件进行检查，易磨损的部件主要有皮带、锤头、制沙板等。制砂机是由皮带带动它运行的，所以皮带的韧性和松紧程度一定要合适，并且制砂机上的皮带很多，皮带如果出现磨损一定要及时更换，即使只有一根皮带磨损也要立即更换，不能因为还有其他完好的皮带就不进行更换。很多工厂会有人不及时更换，认为太浪费了，还继续使用，后果是很危险的，包括锤头也是如此，锤头一面若出现少量磨损或是磨损不严重的，可以换另一面继续使用，如果两面均出现了少量磨损，应该及时修复，无法修复果断更换，更换时要注意做好安全保障措施。使用制砂机时一旦出现异常响动，或者出料速度或力度不均匀等征兆就要立刻停机，这些症状很有可能是制砂机出现故障的前兆。遇到这些情况就不能再操作，并且还要有专业的人员进行检查，在维修好了之后还要进行试机，没问题了才能正常使用。制砂机转轴轴承如果出现损坏，要及时更换，因为制砂机工作时受力很大，所以轴承的磨损不可避免会很严重，因此要养成轴承定期检查和更换的好习惯，不能够为了节约成本而忽略。上面对移动式鹅卵石制砂机安装使用和维护的注意点分别进行了分析，首先分析了移动式鹅卵石制砂机安装时的注意事项，然后重点分析了移动式鹅卵