PC0806錘式破碎機的設(shè)計【含CAD源文件圖紙】

PC0806錘式破碎機的設(shè)計【含CAD源文件圖紙】,含CAD源文件圖紙,pc0806,破碎,設(shè)計,cad,源文件,圖紙 摘 要 通過本次畢業(yè)設(shè)計，了解破碎機的發(fā)展史、破碎機的類型、破碎機的工作原理和規(guī)定的主要技術(shù)參數(shù)，詳細分析了破碎機的組成。通過實踐，深入了解錘式破碎機的內(nèi)部各個構(gòu)造，并闡述了傳統(tǒng)方法的應(yīng)用。運用知識和科學(xué)的邏輯思維方法，客觀地解釋和分析產(chǎn)生破壞的原因并加以解決。裝配的結(jié)構(gòu)和零件的設(shè)計需要嚴格按照標(biāo)準(zhǔn)，在完成規(guī)定動作的前提下盡量節(jié)約成本，選擇更為簡單的結(jié)構(gòu)工藝，滿達到工作所需的強度剛度要求，與其它部件良好配合。在相關(guān)的創(chuàng)新設(shè)計中，詳細分析了轉(zhuǎn)子錘頭的結(jié)構(gòu)、材料對于延長壽命的影響。在設(shè)計的最后根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)給出簡單的破碎機使用注意事項，在正式使用前需要充分的準(zhǔn)備工作，保證機器的正常運轉(zhuǎn)。 關(guān)鍵詞：破碎機；錘頭；主軸 Abstract Through this graduation design, we know the history of the crusher, the type of crusher, the working principle of the crusher and the main technical parameters of the crusher, and analyze the composition of the crusher in detail. Through practice, the internal structure of the hammer crusher is thoroughly understood, and the application of the traditional method is expounded, and the reason and analysis of the cause of destruction are objectively explained and analyzed by using the logical thinking method of knowledge and science. The design of the assembled structure and parts should be strictly in accordance with the standard, saving the cost as much as possible and choosing a simpler structure process to achieve the requirements of the strength stiffness required for the work to make it fit well with the other components. In the related innovative design, the structure and material life of rotor hammers are analyzed in detail. In the end, according to the national standards, the simple matters needing attention in the use of crushers are given, and sufficient preparations are needed before the formal use, so as to ensure the normal operation of the machines. Key words: crusher; hammer head; spindle 目 錄 引 言 1 第一章 緒 論 2 1.1 破碎機發(fā)展簡史 2 第二章 錘式破碎機結(jié)構(gòu)與原理簡介 3 2.1錘式破碎機的原理簡介 3 2.1.1 錘式破碎機的工作原理 3 2.1.2錘式破碎機的優(yōu)缺點 4 2.1.3錘式破碎機破碎的本質(zhì) 5 2.2 錘式破碎機的結(jié)構(gòu)分析 6 第三章 錘式破碎機參數(shù)的選擇和計算 8 3.1 PC0806錘式破碎機基本結(jié)構(gòu)參數(shù) 8 3.2 錘式破碎機的轉(zhuǎn)子的參數(shù)計算 8 3.2.1轉(zhuǎn)子直徑 8 3.2.2轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 8 3.2.3轉(zhuǎn)子長度設(shè)計 9 3.2.4生產(chǎn)率設(shè)計 9 3.2.5錘頭質(zhì)量的計算 9 3.2.6電動機的選擇 11 3.2.7給料口的寬度和長度 11 第四章 錘式破碎機的基本設(shè)計 12 4.1 錘頭的設(shè)計 12 4.1.1 錘頭形狀的選擇 12 4.1.2錘頭尺寸計算 13 4.1.3錘頭碰撞平衡校核 14 4.1.4錘頭零部件選擇 15 4.1.5 錘頭材料選擇 15 4.2 錘軸、圓盤和耐磨鋼管設(shè)計 19 4.2.1圓盤設(shè)計 19 4.2.2錘軸和錘頭墊片設(shè)計 19 4.2.3耐磨鋼管過盈配合 20 4.3主軸設(shè)計 21 4.3.1 主軸的基本尺寸設(shè)計 21 4.3.2 主軸的強度校核 23 4.3.2提高主軸疲勞強度的措施 26 4.4 軸承的強度校核 27 4.4.1軸承的選擇 27 4.4.2軸承的潤滑和密封 28 第五章 傳動件的計算 29 5.1 帶傳動設(shè)計 29 5.1.1計算設(shè)計功率Pca 29 5.1.2選擇帶型 29 5.1.3帶輪基準(zhǔn)直徑的確定 30 5.1.4確定帶的基本參數(shù) 31 5.1.5確定帶的根數(shù)z 31 5.1.6確定帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸 32 5.2飛輪的設(shè)計與計算 33 5.3篦條的設(shè)計 34 5.3.1 篦條設(shè)計 34 5.3.2 篦條調(diào)整裝置 34 第六章 破碎機的使用要求 35 結(jié) 論 36 參考文獻 37 謝 辭 38 引 言 本次畢業(yè)題目為錘式破碎機，主要將進行錘式破碎機轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)參數(shù)計算，并在前人對于各種材料和結(jié)構(gòu)研究的基礎(chǔ)上做出的創(chuàng)新性改進。目前市面上應(yīng)用的小型普通錘式破碎機早已量產(chǎn)，粒度要求為10mm左右，如果需要破碎其他的硬度更高的或者粒度更大的原料可用PCZ重錘型。而工業(yè)原料向來成分混雜，如果以大多數(shù)成分的材料硬度選購普通PC錘式破碎機，材料中的過硬材料會加速破碎機錘頭和篦條的磨損失效，如果直接選用PCZ型又價格過高，這時就更需要可替換的高硬度錘頭配件來滿足需要。 目前對于錘式破碎機的改進大多是改變轉(zhuǎn)子部分結(jié)構(gòu)，只適用于特定行業(yè)或部分物料的破碎。本次畢業(yè)設(shè)計將以礦產(chǎn)行業(yè)為例，在加強錘軸的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，通過選擇錘頭的材料和簡單改變錘頭外形，來提高硬度和物料的受力，從而提高破碎效率，用于破碎更為復(fù)雜的原料。本次畢業(yè)設(shè)計將對材料進行分析，并且還將設(shè)計為破碎機錘頭可以和通用錘頭進行替換，以達到節(jié)約成本的目的。 1 第一章 緒 論 1.1 破碎機發(fā)展簡史 破碎機起源于蒸汽時代。1806年，出現(xiàn)了世界上的第一臺的破碎機（錕式）；1858年和1878年，第一臺顎式巖石破碎機、第一臺連續(xù)性的旋回破碎機在美國誕生，連續(xù)性破碎的出現(xiàn)超越了很多間歇破碎裝置；1895年能耗更低的沖擊式的破碎機誕生。 目前，顎式破碎機由于結(jié)構(gòu)簡單（主要為兩塊顎板），破碎能力強，已經(jīng)成為了應(yīng)用最廣泛的破碎機械，固定顎板和活動顎板之間的擺動可以粉碎大多數(shù)的建材礦產(chǎn)等材料。 錘式破碎機物料從上部進料口進入，依靠轉(zhuǎn)子上的錘頭來沖擊破碎物料，現(xiàn)已廣泛地應(yīng)用在礦產(chǎn)建材廠等行業(yè)破碎各種材料。在轉(zhuǎn)子下面裝有篩板，破碎出的顆粒尺寸如果小于篦條縫的大小，原料可通過篩板排出機外。粒度較粗原料大于篩孔大小，仍留在篩板上，接下來受錘擊和沖擊，然后經(jīng)篩板后排出機器。 截至目前，我國的制造業(yè)生產(chǎn)仍處于中低端階段，破碎機生產(chǎn)和發(fā)達公家的差距還很大，高端的機器主要部件仍然依靠進口。因此，未來的制造業(yè)生產(chǎn)應(yīng)該著重零部件新技術(shù)突破，提高整體創(chuàng)新水平。 2 第二章 錘式破碎機結(jié)構(gòu)與原理簡介 2.1錘式破碎機的原理簡介 2.1.1 錘式破碎機的工作原理 圖2-1簡單原理 錘式的破碎機的基礎(chǔ)的原理結(jié)構(gòu)如圖2-2。轉(zhuǎn)子圓盤安裝在主軸4上，錘頭8安裝在各圓盤之間的錘軸上，破碎機的型號決定轉(zhuǎn)子的尺寸，破碎物料時錘頭并不與轉(zhuǎn)子完全同步，而是由一定的擺動角度。機殼的內(nèi)壁固定有高錳鋼等耐磨材料制成的襯板，下箱體的篦條托架上設(shè)有篦條1，控制合格的原料粒度。 錘式破碎機的主要動力原件轉(zhuǎn)子2作高速旋轉(zhuǎn)帶動錘頭8撞擊物料，掉到下部的篦條1上，小于篦縫則從出料口排出，其余不合格物料留條上重復(fù)破碎，直到粒度合格。為了避免篦縫的堵塞，通常要求物料含水量不得超過10%[2]。 圖2-2基本結(jié)構(gòu)圖解 3 2.1.2錘式破碎機的優(yōu)缺點 1.優(yōu)點： (1) 首先，構(gòu)造簡潔，自重小，單位產(chǎn)品功耗小； (2) 錘式破碎機相比之下要比顎式破碎機生產(chǎn)率高，而且破碎粒度可達到10 ~ 15mm，產(chǎn)品均勻，過粉碎少； (3)連續(xù)工作，可簡單修理，更換零部件簡單。 2.缺點： (1) 破碎機重要的幾個部件，錘頭軸承等因轉(zhuǎn)速快更易磨損； (2) 混雜在原料中的金屬硬度過高，造成零件實效或者事故； (3) 物料含水量較多或者過粘時無法排出篦縫，會導(dǎo)致堵塞，降低生產(chǎn)率和增加能耗，加速錘軸部件磨損。 3.錘式破碎機的主要類型 破碎機的型號主要由PC XX四位表示，兩個X分別代表轉(zhuǎn)子的總直徑D和總長度L。如轉(zhuǎn)子直徑D=800mm，長度L=600mm的破碎機型號為PC0806。常見的參數(shù)有： 不可逆： 800mm*600mm，800*800，800*1000 可逆：1430mm*1000mm，1000mm*1000mm 圖2-3 PCZ重型錘式破碎機 （1）PCZ重型錘式破碎機 最大進料：1200mm 　　理論重量：15.6-56t 　　處理能力：100-700t/h 應(yīng)用領(lǐng)域： 4 適用于礦山、水泥、煤炭、冶金、建材、公路、燃化等部門對中等硬度及脆性物 料進行細碎[1]。 所適用物料： 用于抗壓強度不超過150MPa，含水量小于15%的物料。例如：石灰石、煤、鹽、白堊、石膏、頁巖、磚瓦等[1]。 圖2-4 錘式破碎機 （2）PC錘式破碎機 最大進料：400mm 　　出料粒度：15mm以下 　　單機產(chǎn)能：5-75t/h 應(yīng)用領(lǐng)域： 適用于礦山、水泥、煤炭、冶金、建材、公路、燃化等部門對中等硬度及脆性物料進行細碎[1]。 適用物料： 適用于抗壓強度不超過150兆帕，含水量小于15%的物料。例如：石灰石、煤、鹽、白堊、石膏、頁巖、磚瓦等。還用于破碎纖維結(jié)構(gòu)、彈性和韌性較強的碎木頭、紙張或破碎石棉水泥的廢料以回收石棉纖維等[1]。 除此之外還有PCF型單段錘式破碎機、PCD型反擊型錘式破碎機、PCK可逆式錘式破碎機、PCY型一段式錘式破碎機等。 2.1.3錘式破碎機破碎的本質(zhì) 錘頭隨著轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，撞擊礦石使其沿層理面或自然的裂隙等處破裂，適用于物料的含水量較小的脆性、中硬材料；在礦產(chǎn)業(yè)，它主要是用來打破的石灰石、煤炭等。PC0806錘式破碎機有30個錘頭，屬于無上篦條的錘式破碎機，適用于中、細碎[2] 5 2.2 錘式破碎機的結(jié)構(gòu)分析 1. 外殼。 如圖2-2所示破碎機的上下兩個箱體均為焊接體。機體上設(shè)有固定尺寸的進料口，殼體內(nèi)置數(shù)塊高錳鋼材料襯板。箱體兩側(cè)焊接支座用來放置軸承，箱體下部可以安裝在混凝土或者裝料車上，用M20的螺栓加以固定。 2. 轉(zhuǎn)子 如圖2-5所示的轉(zhuǎn)子簡圖中，破碎機的轉(zhuǎn)子部分由很多零部件組成，如錘軸、主軸、錘頭等。六根錘軸裝在轉(zhuǎn)子圓盤上，錘軸上共裝有30各錘頭。為了軸向固定圓盤和錘軸，錘軸兩端由鎖緊螺母定位，轉(zhuǎn)子兩端由軸肩和套筒定位。又因為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速較高，在破碎過程中動能損失較大，為了保護電機，主軸在帶輪的另一端懸掛一定大小的飛輪。 圖2-5 轉(zhuǎn)子簡圖 3. 主軸 在錘式破碎機的傳動中，主軸是最為重要的傳動件之一，一邊受到扭矩，一邊還要承受轉(zhuǎn)子自身的重力，因而要求材料具有較高的韌性和一定的強度，一般選取材料為45鋼，如圖4-5所示。 6 4. 打擊板 錘子高速旋轉(zhuǎn)，把物料甩到打擊板上，同時打擊板還會彈回物料，進行二次破碎，因此，打擊板的選擇尤為重要。打擊板的表面可以劃有折線或其他漸開線，材料大多為高錳鋼，破碎機配以同材質(zhì)的錘片和篦條。組裝后，幾塊可調(diào)式反擊板安裝在破碎 機的機架上。通過調(diào)節(jié)螺桿來調(diào)節(jié)送料角度，并適時進行更換。 圖2-6 打擊板的結(jié)構(gòu) 5. 錘頭 錘頭承擔(dān)著主要的破碎任務(wù)，由于震動大轉(zhuǎn)速高，錘頭的重量成為了破碎機最重要的參數(shù)之一，因此，不同大小的破碎機所用的錘頭也不盡相同。錘頭的破碎效率隨其重量增大；然而，隨著重量增大，旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力也會增加，加速其他零部件的損壞。錘子一般為高錳鋼或高鉻鑄鐵鑄造，在錘頭表面進行堆焊或化學(xué)熱處理也會增加耐磨性。 6. 過載保護裝置 金屬物體硬度過高不易破碎，為防止金屬混進物料中造成錘式破碎機事故，、機一般的都設(shè)有各種安全聯(lián)軸器作為保護裝置，如剪切的銷式的聯(lián)軸器等。 7. 密封防塵裝置 密封圈的主要作用是防止破碎中的灰塵和空氣中的濕氣進入到軸承中，同時密封圈還需要防止?jié)櫥土魇Ш透稍铩ｅN式破碎機工作過程中會有較大的粉塵和振動，傳統(tǒng)的毛氈密封圈不能滿足要求，此次畢業(yè)設(shè)計采用的是采用旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈，采用B型內(nèi)包骨架式油封，以提高密封效果。 7 第三章 錘式破碎機參數(shù)的選擇和計算 3.1 PC0806錘式破碎機基本結(jié)構(gòu)參數(shù) 表3.1 PC0806設(shè)計參數(shù) 轉(zhuǎn)子工作直徑*長度(mm) 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速(r/min) 進料口尺寸(mm)350*570 最大進料尺寸(mm) 出料粒度 (mm) 處理能力(t/h) 電動機功率 (Kw) Ф800*600 1000 350*570 200 15 20-25 55 3.2破碎機轉(zhuǎn)子的基本參數(shù)計算[1] 3.2.1轉(zhuǎn)子直徑 根據(jù)表3-1中的技術(shù)性參數(shù)可知，轉(zhuǎn)子直徑 D = 800 mm 3.2.2轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 錘式破碎機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速可按圓周速度來設(shè)計[1]，根據(jù) 公式 n=60vπD （3-1） 式中 n——轉(zhuǎn)子圓周速度，r/min v ——轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，m/s; D ——轉(zhuǎn)子直徑，m。 設(shè)計參數(shù)中已知n = 1000 r/min，故 v=nπD60=1000r/min?π?0.8m/60=41.888 m/s 速度越高，產(chǎn)品粒度越小，錘頭、襯板和篩條磨損也越快，功率消耗也隨之增加，對中小型破碎機，取v=25~70m/s，而轉(zhuǎn)速在750~1500r/min；對大型破碎機v=18~25m/s,而轉(zhuǎn)速為200~300r/min，故轉(zhuǎn)速符合要求[2]。 8 3.2.3轉(zhuǎn)子長度設(shè)計 由設(shè)計參數(shù)，轉(zhuǎn)子長度 L = 600 mm 3.2.4生產(chǎn)率設(shè)計 生產(chǎn)率與很多因素有關(guān)，如破碎機的轉(zhuǎn)速、篦縫排列的寬度、進料粒度以及物料本身的性質(zhì)等。由參考文獻[1]查得公式 L=QKDP （3-2） 式中 Q — 生產(chǎn)率，t/h; D — 轉(zhuǎn)子的直徑，m； P — 物料，即石灰石的密度，1.3t/m3。 取 K=38； 得 Q = LKDP = 23.712 t/m 符合設(shè)計參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。 3.2.5錘頭質(zhì)量的計算 理論上錘頭的質(zhì)量和破碎機的破碎效率成正比，而實際上錘頭質(zhì)量也和功耗成正比。如果錘頭質(zhì)量太小，在錘擊時可能無法達到破碎材料的要求；質(zhì)量過大，所做的無用功占比也會增大，離心力過大也會縮短其他零部件的壽命。 動量定理可得出，破碎過程中每次撞擊都會損失一定的速度，錘頭速度損失過大時將使錘頭暫停，然后下降，更加加重了無用功的損耗。為了使錘頭在下一次破碎時因為慣性達到撞擊位置，錘擊后的速度損失要求材料不應(yīng)太大。一般可以允許40%到60%的速度損耗，即： v2 = ( 0.4~0.6 ) v1 [3] （3-4） 式中 v2 — 破碎速度損失后的線速度(m/s) 9 v1 — 破碎前的額定線速度(m/s) 假設(shè)破碎物料的過程為完全的彈性碰撞，由于破碎材料為石灰石，石灰石為非完全彈性固體[9]，故速度損耗取較高值。設(shè)物料初速度為0，則根據(jù)動量定理，可得： m v1=m v2+mm v2 （3-5） 即 v2=mv1m + mm m — 打擊中心處所折算出來的錘頭質(zhì)量(kg) mm — 最大物料塊的質(zhì)量(kg) 取破碎石灰石密度ρ= 1.3×103 t/m3，Rmax為最大料塊半徑100mm，脆性顆粒的抗壓強度隨其體積或粒徑而變化，粒徑越小抗壓強度越高[10]， 則算取最大物料塊的質(zhì)量[3] mm=43πRmax3ρ=43 π×0.13×1.3×103 kg=5.445 kg （3-6） 由此可以得出折算在打擊的中心處的錘頭質(zhì)量， m = ( 0.7~1.5 ) mm = 3.812 ~ 8.168 kg （3-7） 設(shè)計題目為小型破碎機，錘頭質(zhì)量取為 m = 5.5 kg 實際的錘頭的實際質(zhì)量質(zhì)量應(yīng)按照下式計算，得出： m0=mL2h2 （3-8） 式中 L — 打擊的中心到錘環(huán)中心的實際距離(m)， 已知安裝尺寸和設(shè)計尺寸，L = 0.235m h — 錘頭質(zhì)心到錘環(huán)中心的距離 (m) 已知安裝尺寸和設(shè)計尺寸，h = 0.179m 錘頭的估計質(zhì)量為 m0=mL2h2=9.479651 kg 取m0=9.5kg。 10 3.2.6電動機的選擇 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[1]，設(shè)計題目中已經(jīng)給出電動機功率為55kW，由參考文獻[4]機械設(shè)計，選用Y系列的三相異步電動機，其額定功率為55kW，型號是Y250M-4，滿載轉(zhuǎn)速為1480r/min。 3.2.7給料口的寬度和長度 錘式破碎機設(shè)計給料口長度時可以選擇與轉(zhuǎn)子長度相同，故 L=D=600mm 其寬度 B ≥ 2Dmax 式中 Dmax — 最大料塊直徑尺寸（mm），設(shè)計題目中為200mm 取 B = 400mm. 11 第四章 錘式破碎機的基本設(shè)計 4.1 錘頭的設(shè)計 4.1.1 錘頭形狀的選擇 a.輕型； b.組合式； c.整體中型； d.輕型板式 圖 4-1 常見錘頭形狀 常見的幾種形狀如圖4-1所示。圖a為可逆錘式破碎機常用的輕型錘，破碎粒度約為100mm左右。PCZ型單轉(zhuǎn)子則常用圖b的組合型錘，通常采用高錳鋼或其他耐磨材料而制成，更換方便，側(cè)面可堆焊或加工硬質(zhì)合金，壽命較長。PC和PCX系列主要利用圖c所示頭部的重量較重的錘子，結(jié)構(gòu)較為簡單。 事實上，現(xiàn)有的錘式破碎機通常使用鑄造的一體式錘頭，錘頭打擊面為錘子的側(cè)面，一般為矩形或者梯形，很難確定錘子的碰撞中心。碰撞中心通常也不會在沖擊力的作用線上，這樣就會產(chǎn)生一定的沖擊反力，縮短滾動軸承的使用壽命，還可能會損害到其他零件。 并且現(xiàn)有的PC錘式破碎機錘頭主要為一個平面打擊物料，另一個平面磨損較輕，又不能像可逆破碎機一樣可以換方向旋轉(zhuǎn)，壽命大大縮短，必要時只能拆開調(diào)換方向，增加不少成本，故本次設(shè)計采用CN201337929所設(shè)計的新型組合錘頭，并進行改進與基本創(chuàng)新，其優(yōu)點在于： 1. 新型錘子的錘體做成球臺狀，現(xiàn)在工作面則是球臺的外圓，與礦石的沖擊時力將總是通過位于球臺的質(zhì)心的碰撞中心，很容易滿足錘子的碰撞的平衡條件。 2.球臺在錘桿上可以松開螺栓后旋轉(zhuǎn)，避免了需要拆開轉(zhuǎn)子圓盤拆下錘子調(diào)換方向的麻煩，節(jié)約成本。 3.減少了錘頭數(shù)量，節(jié)約成本。 12 1-錘頭 2-螺釘 3-錘桿 4-螺栓 5-開口銷 6-開槽螺母 圖4-2 新型組合錘頭 4.1.2錘頭尺寸計算 確定型號的破碎機的錘頭，各個設(shè)計和安裝尺寸都是已知的，即 r1=50mm，r2=20.5mm，t=36mm，d=32mm，b=73mm，L=235mm，H=112mm，h=179mm， m = m1 + m2 + m3 = 9.5kg 1. 連接桿質(zhì)量m2和轉(zhuǎn)動慣量I2z計算 連桿為圓柱體，即計算體積公式如下 V2 = π4d2b=π4×322×73 mm3=58710.084mm3 （4-1） m2=V2ρ=58710.08351×7.8×10-6kg=0.457kg （4-2） I2z=m2483d2+4b2+m2r1+b22=3659.082 kg·mm2 （4-3） ρ — 材料密度（kg/m3），錘環(huán)和錘桿選用低合金鑄鋼ZG45，密度為7.8×10-6 kg/mm3 13 2. 錘環(huán)質(zhì)量m3和轉(zhuǎn)動慣量I3z計算 錘環(huán)在計算時可以采用如下的體積計算公式 V3 =πr12-r22t=π502-20.52×36 mm3=233812.908 mm3 （4-4） m3=V3ρ=233812.90758×7.8×10-6 kg= 1.824kg （4-5） I3z=12 m3r12-r22=12 ×1.824×502-20.52=1885.164 kg·mm2 （4-6） 3. 錘體半徑R和轉(zhuǎn)動慣量I1z計算 錘體質(zhì)量 m1=m-m2-m3=9.480-0.457-1.824 kg=7.198651 kg 錘體可視為球臺，由球體積公式 V1 = 112 πH12R2-H2=mρ1=1146835.443 mm3 （4-7） 得 R=(12V1πH+H2)/12=60.29mm （4-8） I1z=3m112R2-H2R4+16R2H2-380H4+m1h2=305322.116 kg·mm2 （4-9） 4.1.3錘頭碰撞平衡校核 1. 錘頭對 OZ 軸的轉(zhuǎn)動慣量 Iz = I1z + I2z + I3z = 310866.362 kg·mm2 （4-10） 2. 錘頭質(zhì)心計算 14 a=m1h+m2(r1+b2)m1+m2+m3=9.06×179+0.457×(50+732)10.341=160.649mm （4-11）j 3. 錘頭碰撞平衡計算 h=Izma=185.77mm （4-12） 與設(shè)計尺寸h=179mm接近，將h=185mm，t = d = 40 mm代回上述式子，得半徑R=61.40，故取半徑為R=61 mm。一根錘軸上裝有五個錘子。 4.1.4錘頭零部件選擇 （1）內(nèi)六角圓柱頭螺釘M20 L = 129 mm （GB/T 70.1—2008） （2）六角頭鉸制孔用螺栓M10 L = 48 mm （GB/T 27—1988） （3）A級粗牙六角開槽螺母M10 質(zhì)量10.34g，配置開口銷為2.5×20 （GB/T 6178—1986） 4.1.5 錘頭材料選擇 1.錘桿和錘環(huán) 錘桿和錘環(huán)選用中碳鑄鋼根據(jù)GB/T 11352- 1989選擇牌號為ZG500鑄造碳鋼。中碳鑄鋼強度和硬度較高，有一定韌性和塑性，切削加工性好，焊接性尚可，鑄造性能比低碳鑄鋼好[6]。 15 表3.1 鑄造碳鋼的化學(xué)成分 牌號 元素最高含量（%） C Mn Si S P 殘余元素 Ni Cr Cu Mo V ZG500 0.40 0.90 0.50 0.04 0.04 0.30 0.35 0.30 0.20 0.05 2. 錘體材料選擇 錘體材料根據(jù)參考文獻[6]選擇高鉻白口鑄鐵，根據(jù)GB/T 8263- 1999選擇牌號為KmTBCr15Mo。高鉻白口鑄鐵對于錘頭材料更加適合。 表3.2高鉻白口鑄鐵化學(xué)成分 牌號 化學(xué)成分（%） C Mn Si Cr Mo Ni Cu S P KmTBCr15Mo* 2.0~3. ≤2.0 ≤1.2 14.9~18.0 ≤3,0 ≤2.5 ≤1.2 ≤0.06 ≤0.10 *：一般情況下該牌號應(yīng)含鉬（Mo） 高鉻白口鑄鐵的主要合金元素是碳和鉻，其中鉻的質(zhì)量分數(shù)一般在12%以上。合金中碳的含量和鉻的含量的比值決定著合金中碳化物的類型，KmTBCr15Mo共晶碳化物主要為M7C3（金相組織中M代表Fe、Cu等金屬原子，C代表碳原子[6]）。 鉬一部分鉬進入碳化物或還有其他鉬溶于奧氏體可以提高鑄鐵的淬透性。加鉬能夠抑制形成珠光體，改善耐磨性[6]。 鎳，在高鉻白口鑄鐵中加入鎳可以穩(wěn)固奧氏體，提高材料淬透性。銅的作用與鎳類似，但是相比之下銅溶解在奧氏體中較少。銅和鎳含量越高，Ms點溫度降低越多、殘馀奧氏體的量增加。（Ms點溫度:為馬氏體轉(zhuǎn)變的起始溫度,是奧氏體和馬氏體兩相自由能之差達到相變所需的最小驅(qū)動力(臨界驅(qū)動力)時的溫度[7]） 錳主要為穩(wěn)固奧氏體的元素，鑄鐵中加入錳鉬可以更好地提高材料淬透性。 硅降低淬透性，但硅提高Ms點溫度，故當(dāng)錳含量過高時允許把硅含量提高至1.0%~1.2% [6] 16 3. 錘桿和錘環(huán)鑄造過程 錘環(huán)和錘桿材料選擇鑄鋼ZG500，選用金屬型鑄造成型，錘桿鑄造直徑為35mm，鑄造長度為133mm，加工余量為3mm，加工長度為125mm，與錘體為間隙配合。錘桿M10螺紋孔采用鉆、鉸孔后攻絲。錘桿上孔采用專用夾具鉆孔后鉸孔。鑄造后熱處理采用正火+回火，850~870℃正火，600~620℃回火，力學(xué)性能如下表 表3.3鑄造碳鋼力學(xué)性能 牌號 最小值 屈服強度σs /MPa 抗拉強度σb /MPa 伸長率δ /% 收縮率ψ /% ZG500 270 500 18 25 4. 錘體鑄造過程 錘體為金屬型鑄造，低溫澆注，因為高鉻百口鑄鐵很難進行切削加工，所以采用分箱鑄造選用軸線為分型面，采用型芯一次成型。 鑄造后熱處理應(yīng)采用GB/T 8263-1999中所推薦的熱處理規(guī)范、金相組織形式和 使用特性等。鑄造后應(yīng)進行硬化處理，920~1000℃保溫2~6小時，出爐空冷，主要成分為M3C7+二次碳化物+馬氏體+殘余奧氏體。所應(yīng)達到的硬度數(shù)值如下表 表3.4 高鉻白口鑄鐵硬度 牌號 硬化態(tài)或硬化態(tài)并去應(yīng)力處理 HRC HB KmTBCr15Mo* ≥58 ≥650 5. 錘頭受力分析 默認碰撞為中心點，設(shè)所受碰撞為完全彈性碰撞。相比于錘體，錘桿更容易在螺栓孔處發(fā)生應(yīng)力集中，故對錘桿進行受力分析。 （1）最大破碎力計算 最大破碎力由動量定理得 F·t=m·Δv 其中 t — 沖擊碰撞時間，取t = 0.015 s [8] F1=mv1-v2t=5.5×36.6519-18.23390.015=6.7533 kN 17 （4-13） 錘環(huán)上所受離心力 Fr=mv22D=5.5×18.233920.35N=2.8557 kN （4-14） （2）拉彎組合變形 錘環(huán)與錘桿結(jié)合處應(yīng)力為 σ=FrA+MmaxWz （4-15） 其中A — 截面面積， A=π4d2=1.2566×10-3 m2 （4-16） Wz — 截面模量得[4] Wz=πd332=6.2831×10-6m3 （4-17） 故錘環(huán)與錘桿處應(yīng)力值為[4] σmax=FrA+MmaxWz=5.22461.2566+6.7533×0.13766.2831×10-3MPa=152.0548 MPa （4-18） 鑄鋼ZG500在承受重復(fù)載荷下的許用應(yīng)力[σ] = 175MPa，σmax < [σ]，合格。 18 4.2 錘軸、圓盤和耐磨鋼管設(shè)計 4.2.1圓盤設(shè)計 根據(jù)最初的參數(shù)要求，每根錘軸上懸掛5個錘子，圓盤用來支撐錘軸懸掛錘子，共設(shè)計為6個圓盤，中間4個為相同尺寸，邊緣兩個為相同尺寸。其主要特點是兩個端面圓盤一側(cè)設(shè)置套筒定位，另一端用軸肩定位。每個圓盤上均勻設(shè)計6個軸孔，即需要6根錘軸。錘頭和圓盤之間的間隙通過錘頭墊片來分開，即為了保護圓盤，有效的減少了圓盤的磨損。圓盤的直徑需要根據(jù)轉(zhuǎn)子直徑D = 800 mm而定，故取圓盤直徑為450 mm，厚度為21 mm，裝錘軸的圓孔的徑向距離根據(jù)承載能力和承受力的大小，盡可能地取整，孔的大小近似等于錘環(huán)圓孔的大小。 圓盤選取材料為45鋼。主軸通過導(dǎo)向平鍵向圓盤傳遞動力，輪和轂上鍵槽的寬度深度均依照標(biāo)準(zhǔn)而定。圓盤鑄造時即自身鑄造一段套筒，用于隔開圓盤面，圓盤之間自身距離為127mm，軸向定位之后圓盤高速旋轉(zhuǎn)時會更加平穩(wěn)，防止錘頭之間發(fā)生碰撞。 圖4-3 轉(zhuǎn)子圓盤 4.2.2錘軸和錘頭墊片設(shè)計 錘軸長度根據(jù)轉(zhuǎn)子長度進行確定，錘軸穿過六個圓盤，并在圓盤兩端通過開槽鎖緊螺母+平墊圈固定。鎖緊螺母A級粗牙六角開槽螺母M36，配置開口銷為4×60（GB/T 6178-1986），八級機械性能。根據(jù)平墊片厚度5mm和鎖緊螺母厚度32mm，取錘軸長度為690mm，材料為45鋼。 19 錘頭墊片的厚度由轉(zhuǎn)子直徑、圓盤厚度和錘頭間隙決定，取一排錘中的8個墊片厚度為33 mm，邊緣兩個墊片厚度為15 mm，材料為45鋼。 此時中間部分兩圓盤間隔為106 mm，錘頭間最大間隙為5 mm，錘體為金屬型鑄造，鑄造公差等級根據(jù)國標(biāo) ( GB/T 6414-1999 ) 取為CT9，公差為2.5 mm。 4.2.3耐磨鋼管過盈配合 由于錘頭懸掛在錘軸上旋轉(zhuǎn)，故需要加裝軸承一類裝置減少摩擦；而破碎機粉塵重，受力不均勻，滾動軸承造價太高，滑動軸承又無法注油，故選擇耐磨鋼管過盈配合在錘環(huán)內(nèi)，隨錘環(huán)一起轉(zhuǎn)動，減小摩擦，提高錘頭壽命。 無縫耐磨鋼管材料選擇為鑄造耐磨石墨鋼，長度與錘環(huán)厚度一致，為50 mm，厚度為5 mm，內(nèi)徑為41mm，根據(jù)GB/T1800.3－1988選擇錘環(huán)內(nèi)孔的公差等級為 IT7，由GB/T 1800.2-2009選擇耐磨鋼管和錘環(huán)的過盈配合公差為H7/v6；選擇耐磨鋼管內(nèi)孔的公差等級為IT7和錘軸的間隙配合為H7g6[11]。 圖4-4 耐磨鋼管 20 4.3主軸設(shè)計 4.3.1 主軸的基本尺寸設(shè)計 軸的設(shè)計包括兩部分：一個是結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計，另一個是軸的強度計算。 此次畢業(yè)設(shè)計中將只對軸進行強度校核，實際上，如果是細長軸還需要進行剛度計算，綜上所述，此次畢業(yè)設(shè)計將只進行強度校核。。 1.軸的使用材料 軸的主要材料為各種碳素鋼和合金鋼[4]。因為碳鋼造價低，并且對應(yīng)力集中不敏感，同時，碳素鋼通過熱處理還可以相應(yīng)德提高其性能度，因此選用碳素鋼作為主軸材料。常用碳素鋼中45鋼價格相對低廉最為常用，因此選用45鋼作為主軸材料。 2.軸的最小直徑和長度的估算 軸及階梯數(shù)和各軸段直徑根據(jù)軸上零件可一以確定，主軸上零件的安裝順序是以軸肩端為基準(zhǔn)，安裝端面圓盤、中間圓盤、錘軸、緊固螺栓等、等轉(zhuǎn)子部分，然后在支撐座上安裝軸承內(nèi)端蓋和密封環(huán)，裝上軸承和軸承外端蓋，最后的安裝V帶輪和飛輪。 主軸上各軸段的直徑與相應(yīng)軸端的扭矩和載荷有關(guān)，同時反作用力的作用點通常是未知的，無法確定具體的彎矩情況。因此，主軸的直徑不能根據(jù)軸上的固定載荷和所受應(yīng)力來確定，應(yīng)先根據(jù)軸的扭矩來估計軸的直徑dmin[4]。 dmin≥C3Pn （4-19） 式中 P — 軸傳遞的功率，P = 55 kW n — 軸的轉(zhuǎn)速，n = 1000 r/min C — 由軸的材料和承載能力確定的常數(shù)，C=117 dmin≥C3Pn=117×55100013=44.4945 mm 由于最小軸徑處安裝帶輪，需要加工鍵槽，并且還有很大震動，綜合因素取 dmin=70 mm 21 3.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 主軸需要及設(shè)計為階梯軸，故為了軸上零件安裝拆卸方便，應(yīng)盡可能地簡化軸的結(jié)構(gòu)，降低軸的制造難度；軸端應(yīng)有45度倒角以便于零件裝配和去除毛刺。 本次設(shè)計破碎機中主軸有1個鍵槽，用于安裝轉(zhuǎn)子圓盤。為了減少刀換刀次數(shù)，提高生產(chǎn)率節(jié)，節(jié)約人力成本，在倒角、退刀槽寬度等方面應(yīng)盡可能采用相同的尺寸。 4.軸上零件的裝配 主軸各部分長度應(yīng)使各個零件盡可能緊湊以節(jié)約尺寸，但是仍要確保轉(zhuǎn)子、軸承等零件所需的裝配空間和需要的調(diào)整空間，必須留有一定的尺寸間隙，根據(jù)這些即可大致確定各軸段的長度。 5.確定軸段直徑和長度 a b c d e f g f’ e’ d’ c’ b’ a’ 圖 4-5 軸的結(jié)構(gòu)與裝配 （1） 軸的最左端a-b軸段裝有飛輪故取da-b= dmin=70 mm，a-b段的左端為脹緊聯(lián)接套聯(lián)接，右端用軸肩軸向定位；軸最右端a’-b’段安裝帶輪，與飛輪處定位方式相同。取la-b = la’-b’ = 158mm。 （2）選擇雙列調(diào)心圓柱滾子軸承。破碎機主軸所用的軸承需要同時承受較大的徑向力和一定的軸向力，而且軸跨度較長，會產(chǎn)生較大彎矩，故選用調(diào)心滾子軸承22318C/W33，其尺寸為 d×D×B=90mm×190mm×64mm，故dd-e = 90 mm，而軸承需要有固定的距離，故ld-e = 61 mm。軸承的一端采用軸肩定位，根據(jù)國標(biāo)GB/T 288-1994選擇22318C/W33型軸承的定位軸肩高度為h = 11.35mm，故取de-f = 110 mm。由于軸的另一端采用套筒固定，故選擇dd’-e’ = 90 mm，ld’-e’ = 70 mm，de’-f’ = 90 mm。滾動軸承的另一端均采用圓螺母加止動墊圈定位，軸承固定處螺紋Mc-d = Mc’-d’ = 84 mm，lc-d = lc’-d’ = 22 mm。 22 （3） 選擇安裝圓盤處的軸段g-f’ 的直徑dg-f’ = 110 mm；在g-f’軸段上有6個圓盤，轉(zhuǎn)子的長度大約為600mm，即lg-g’ = 640 mm，左端用軸肩進行軸向定位，右端用特 制套筒進行定位，軸環(huán)寬度lf-g ≈ 1.4 ( df-g – de-f )，故取lf-g = 25mm，則軸環(huán)f-g處直徑df-g = 160mm。 （4） 由于轉(zhuǎn)子圓盤與機架壁要保持一定距離約取50mm，而且軸承座在安裝時也要保留一定的安裝空間，故取le-f = 135 mm，le’-f’ = 160 mm。b-c段用于安裝軸承端蓋，取lb-c = lb’-c’ = 69 mm，db-c = db’-c’ = 75 mm。 6.軸上零件的軸向定位 帶輪和飛輪的周向定位均采用脹緊聯(lián)結(jié)套聯(lián)接，機械標(biāo)準(zhǔn)JB/T 7934-1999，根據(jù)da-b = 70 mm選擇Z3型脹緊聯(lián)結(jié)套，帶輪、飛輪和軸的基孔制配合公差為H8k7。