錘片式飼料粉碎機(jī)的畢業(yè)設(shè)計

錘片式飼料粉碎機(jī)的設(shè)計 學(xué) 生：王軍 指導(dǎo)老師： 任述光 （湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 東方科技學(xué)院 ，長沙 410128） 摘 要： 我 國農(nóng)村迫切需要一種高效、 低耗、結(jié)構(gòu)簡 單、一機(jī)多用、 操作方便 、 使用安全小型飼料粉碎機(jī)。而國內(nèi)現(xiàn)有小型飼料粉碎機(jī)普遍存在噸料電耗高的缺點(diǎn)，本設(shè)計以降低噸料電耗為主要目的，從增加粉碎能力和篩分效率入手 ，設(shè)計 了 一款錘片飼料粉碎機(jī)。 錘片式粉碎機(jī)是一種利用高速旋轉(zhuǎn)的錘片來擊碎飼料的機(jī)器 ， 它具有通用性廣、 效率高、 粉碎質(zhì)量好、 操作維修方便、動力消耗低 等優(yōu)點(diǎn)。 本文 對錘片式粉碎機(jī)進(jìn)行 了 設(shè)計討論。將重點(diǎn)對 方案選擇及總體設(shè)計、主軸的設(shè)計、箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行深刻的研究和探討。 關(guān)鍵 詞 ： 飼料；錘片式粉碎機(jī) ；設(shè)計 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 緒論 內(nèi)外錘片式飼料粉碎機(jī)的技術(shù)現(xiàn)狀 粉碎機(jī)是飼料加工廠的主要設(shè)備之一，飼料產(chǎn)品生產(chǎn)成本的高低主要地決于粉碎設(shè)備生產(chǎn)性能、效率的好壞。影響粉碎機(jī)工作效率的因素很多，如篩孔的形狀與大小，錘片的形狀與新舊程度物料出機(jī) 型式 等 等。 目前在我國薯類淀粉生產(chǎn)中，原料破碎大部分都采用睡式粉碎機(jī)，這主要是由于睡式粉碎機(jī)具有度電產(chǎn)量較高，粉碎物料粗細(xì)均勻，適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。但是有相當(dāng)一部分淀粉生產(chǎn)廠把符合國標(biāo)的飼料粉碎機(jī)直接 用于 淀粉生產(chǎn)，結(jié)果出現(xiàn)了不少問題。主要是由于薯類淀粉和飼料的生產(chǎn)條件不一樣，即飼料生產(chǎn)要求被粉碎的水含量應(yīng)低于 15%， 屬于 干 粉碎。而淀粉生產(chǎn)原料的破碎是在濕粉碎 的條停下進(jìn)行的，也就是被粉碎物的水分遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于飼料生產(chǎn)中破碎物的水分。在這種特定的條件下，直接選用飼料粉碎機(jī)用于淀粉生產(chǎn)就暴露出了許多不足。主要表現(xiàn)為粉碎機(jī)效率低 ，粉碎性能 差，噪音大，振動劇烈 ，粉碎機(jī)使用壽命短等現(xiàn)象。 錘片式飼料粉碎機(jī)是飼料加工機(jī)械中使用最為廣泛的一種產(chǎn)品， 它具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)。如何提高其錘片這 個 重要零件的使用壽命 一 直是各生產(chǎn)企業(yè)關(guān)心的問題，用戶亦把錘片的磨損快慢作為選購飼料粉碎機(jī)的主要考察指標(biāo)之一 。 目前各生產(chǎn)企業(yè)分別在選材及相應(yīng)的熱處理方法上不斷改進(jìn)，一是選用低碳鋼 20進(jìn) 行滲碳處理 +表面淬火；二是選用彈簧鋼 65行表面淬火；三是采用碳化鎢堆焊錘片或硬質(zhì)合金焊接錘片 ， 后者雖早有研究，但因成本、工藝穩(wěn)定性等原因仍未獲全面推廣 。 改革開放以來，養(yǎng)殖業(yè)得到較 快的 發(fā)展 ， 飼料粉碎機(jī) 也 得以快速發(fā)展 。 據(jù)不完全統(tǒng)計 ， 日前我國飼料粉碎機(jī)生產(chǎn)廠家達(dá) 200余家 ， 總的年產(chǎn)量近 300000臺 ， 遍布全國各地 ， 但這快速發(fā)展也帶 來了許多不利因素， 許多廠家因經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)動，并不懂飼料粉碎機(jī)的 工作原理就制 造生產(chǎn)，造成了產(chǎn)品工作性能指標(biāo)的下降 。 近年來，隨著農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，農(nóng)村的專業(yè)養(yǎng)殖戶在不斷增加，粉碎機(jī)的應(yīng)用更加廣泛。如何提高粉碎機(jī)的效率、粉碎機(jī)操作的安全性和方便性、降低粉碎機(jī)能耗、易損部件的耐磨性、操作環(huán)境的改善、產(chǎn)品質(zhì)量的提高等是許多研究人員和生產(chǎn)企 業(yè)一直探索 的課題。 過去的粉碎理論認(rèn)為， 物料在粉碎室內(nèi)受到?jīng)_擊先裂后碎，在粉碎室內(nèi)沿篩面形成物料環(huán)流層，由于離心力的作用 ，大顆粒緊貼篩面， 阻礙細(xì)粉過篩，既造成過細(xì)粉碎，又影響 粉碎效率，因而認(rèn)為 要提高粉碎效率，避免過細(xì)粉碎，就要通過改變粉碎 室結(jié)構(gòu)來破壞物料的環(huán)流層 。 據(jù)此，國內(nèi)外近年來研制了多種形式的粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)，如偏心式、水滴式、桃形式，但對提高粉碎效率均不理想。 9 人提出了有關(guān)環(huán)流運(yùn)動規(guī)律的新假設(shè)；在環(huán)流層內(nèi)，大小顆粒 自由運(yùn)動，不存在大顆粒因離心力作用緊貼篩片而阻礙細(xì)粉過 篩的現(xiàn)象，破壞環(huán)流并不能 有效地提高粉碎效率。 前國內(nèi)粉碎機(jī)的質(zhì)量方面存在的主要問題 1) 標(biāo)準(zhǔn)不完善 首先 ，我國 的標(biāo)準(zhǔn)化 信 息網(wǎng)絡(luò) 不 夠完善與普及 ， 有的企業(yè)找不到產(chǎn)品的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，有 的產(chǎn)品沒有標(biāo)準(zhǔn)，再 加上企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的意識差，造成了許多企業(yè)無標(biāo)生產(chǎn)。其次，目前我國的標(biāo) 準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范大多以產(chǎn)品性能指標(biāo)為主， 而對產(chǎn)品安全技術(shù)方面的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求還不夠健全與完善，對飼料粉碎機(jī)而言，就無轉(zhuǎn)速 、 殼體的有關(guān)限制要求。企業(yè)在競爭中，一方面提高轉(zhuǎn)速以提高粉碎機(jī)的生產(chǎn)率，另一方面又降低殼體厚度節(jié)省材料，所以其產(chǎn)品的安全性就可想而知了。 2) 安全意識不夠 這是生產(chǎn)者與使用者都 欠 缺的。目前，生產(chǎn)者與使用者看重的是產(chǎn)品的使用性能，而對安全質(zhì)量性能不太重視 。 這表現(xiàn)在產(chǎn)品上無安全標(biāo)識或標(biāo)識不全、使用說明書中無安全操作規(guī)范等。同樣，使用者在使用中圖方便而忽視安全，例自行拆卸防護(hù)罩 、擅自提速 、 更換錘片時不注重平衡等現(xiàn)象，這些深刻說明了我們的使用者自我保護(hù)意識與安全生產(chǎn)意識還很不完善。因此提高生產(chǎn)者與使用者的質(zhì)量安全意識也是保證產(chǎn)品安全質(zhì)量有效性的重要一環(huán)。 料粉碎機(jī)的種類 和性能分析 粉碎機(jī)可分為錘片式、勁錘式、對輥式和齒爪式。一般的畜禽飼料通常采用普通的錘 片式粉碎機(jī)或?qū)伿椒鬯闄C(jī)，普通的水產(chǎn)飼料可采用微粉碎機(jī)、水滴式錘片粉碎機(jī)、齒爪式粉碎機(jī)，而特種水產(chǎn)飼料和水產(chǎn)的開口飼料需要采用超微粉碎機(jī)，有的甚至需要用膠體磨才能達(dá)到開口飼料所需要的粒度要求。目前應(yīng)用最廣泛的是錘片式粉碎機(jī)和齒爪式粉碎機(jī)。 片式粉碎機(jī) 錘片式飼料粉碎機(jī)生產(chǎn)效率與其對物料的破碎能力和分離能力緊密相關(guān)，而生產(chǎn)效率低往往是由于粉碎后的碎物料不能及時排出粉碎室，造成重復(fù)粉碎，浪費(fèi)了功耗 。 如何提高碎物料的分離能力是解決錘片式飼料粉碎機(jī)生產(chǎn)效率的關(guān)鍵，本文定義分離能力為單粒碎物料的分離 速度與單粒碎物料過篩概率的乘積。基于此，研究碎物料的分離速度和過篩概率是提高分離能力的有效途徑，本文從理論上分析影響碎物料分離 速度的主要原因并提出提高分離能力的有效途徑。 其粉碎原理是無支承式的沖擊粉碎 ， 在粉碎過程中由高速旋轉(zhuǎn)的活動錘片與固定 圈的相對運(yùn)動，使物料在粉碎室內(nèi)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，對物料進(jìn)行粉碎 (含錘擊、碰撞、摩擦等 )的機(jī)具。物料在粉碎室內(nèi)受高速旋轉(zhuǎn)錘片的沖擊作用，使物料在粉碎室內(nèi)沿篩面形成圓周運(yùn)動，產(chǎn)生環(huán)流層，大顆粒物料在外層，小顆粒物料在內(nèi)層，物料達(dá)到粉碎粒度后通過篩孔，獲得人們所要求大小的飼料。該類 機(jī)具在粉碎過程 中錘片與物料的碰撞 絕大部分為偏心沖擊，會消耗一部分能量，這也是錘片式粉碎機(jī)耗能高的重要原因之 一。同時，由于錘片式粉碎機(jī)的粉碎室結(jié)構(gòu)和物料受高速錘片的沖擊作用 ，物料在離心力作用下產(chǎn)生環(huán)流層，粉碎物料達(dá)到粒度要求后小顆粒物料不能及時從篩孔正常排出，出現(xiàn)了物料與錘片的反復(fù)沖擊，形成物料的過度粉碎，粉碎電耗增加，物料的溫度升高 ，使物料內(nèi)的水分形成水蒸汽，水蒸汽與細(xì)粉末會粘附于篩片，產(chǎn)生堵塞篩孔現(xiàn)象，使粉碎效率下降，尤其在物料細(xì)粉碎時，環(huán)流對粉碎效率的影響更嚴(yán)重。要提高錘片式粉碎機(jī)效率，就必須 破壞粉碎過程的環(huán)流產(chǎn)生。 爪式粉碎機(jī) 它 是一種固定錘式粉碎機(jī)。工作時，料斗的物料借 自重和負(fù)壓吸力而進(jìn)入粉碎室的中央，受離心力和氣流作用，自內(nèi)圈向外圈運(yùn)動，同時受到動、定齒爪和篩片的沖擊、剪切、摩擦作用而被粉碎 ，利用動齒盤旋轉(zhuǎn)時形成的風(fēng)壓，將粉碎物通過篩孔從 出料口吹出。由于該類型機(jī) 具主軸轉(zhuǎn)速較高，軸承易磨損、 損壞，特別是金屬異物進(jìn)入粉 碎室易造成破壞性事故， 工作可靠性較低，噪聲較高。 飼料生產(chǎn)中對粉碎機(jī)的性能要求： 粉碎質(zhì)量好，粒度均勻 ， 利于混合；生產(chǎn)效率高，單位成品的功率消耗小，成本低 ；密封性能好，能防塵，減少泄漏損失；構(gòu)造簡單，使用維修方便；工作時灰塵少、噪音小。 影響粉碎效率的主要因素有：物料因素、粉碎機(jī)自身因素以及風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)因素。 物料品種： 不同品種物料的物理特性不同。粉碎的難易程度也不同。從物料物理性質(zhì)比較，脆性、堅(jiān)硬的物料較韌、軟性物料易粉碎；從物料成分組成比較，水分、油脂、粗纖維含量高的物料難以粉碎。一般淀粉含量較高的玉米、大麥、高粱因結(jié)構(gòu)松脆，易粉碎，產(chǎn)量高。而莖稈粗飼料的纖維含量高。難粉碎 、 產(chǎn)量低。例：在篩片孔徑 d=料含水率 15的情況下，玉米和高粱產(chǎn) 量 45 60(h)； 薯藤 12 16(h)， 由此可見。物料不同度電產(chǎn)量相差很大。 物料的濕度： 物料的濕度增大。結(jié)構(gòu)松脆度下降。粉碎較難。而且容易堵塞篩孔。通常物料水分不超過 14時。水分增加 ，產(chǎn)量降低。有關(guān)資料表明： 當(dāng)玉米含水量從 到 21時。 其生產(chǎn)率下降 29。功率消耗增加 125。其關(guān)系大致如表 1 表 1 物料水分對粉碎產(chǎn)量的影響 to 目 水分增加（ %） 1 2 3 4 5 產(chǎn)量降低 6 8 10 15 篩片面積及開孔率的影響：錘片式粉碎機(jī)的生產(chǎn)率受篩片通過能力的制約。 它們的關(guān)系如下式： 3600* （ 1 式中： G 生產(chǎn)率 (t h)； v 物料通過篩孔時的平均速 度 (m s)； F 篩片的有效篩理面積 ( 物料的容重 (t m )。 由上式可見，加大篩片面積、提高篩片的開孔率 (增大有效篩理面積 )， 可提高粉碎機(jī)的生產(chǎn)率。 片式粉碎機(jī)技術(shù)發(fā)展研究的方向 粉碎機(jī)技術(shù)的發(fā)展是隨著飼料粉碎技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展， 近年來， 我國養(yǎng)殖規(guī)模、養(yǎng)殖品種的多元化發(fā)展，對飼料粉碎機(jī)提出了新的要求，今后幾年的粉碎機(jī)技術(shù)研究應(yīng)主要集 中在以下幾個方面： （ 1） 粉碎機(jī)應(yīng)主要從最佳粉碎粒度和粉碎成本的經(jīng)濟(jì)合理方面考慮，研究粉碎機(jī)與畜 禽魚飼料的最佳粉碎粒度的關(guān)系，促進(jìn)粉碎機(jī)向?qū)I(yè)化、系列化方向發(fā)展，同時開發(fā)一些專用粉碎機(jī)。 （ 2） 新型錘片式粉碎機(jī)開發(fā)研究，對錘片式粉碎機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，開發(fā)錘篩間隙可在線調(diào)整錘片粉碎機(jī)。 （ 3） 粉碎機(jī)與吸風(fēng)系統(tǒng)的配套研究。通過對粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)、粉碎機(jī)吸風(fēng)系統(tǒng)的合理配置，以獲得最佳經(jīng)濟(jì)性能和粉碎效果。 2 總體方案選擇與設(shè)計 體方案 小型粉碎機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，體小靈活，造價低，采用單相電機(jī)驅(qū)動。從而可以根據(jù)自養(yǎng)禽畜及飼料資源情況，進(jìn)行自行飼料加工，無疑有利于農(nóng)村開發(fā)和利用飼 料資源，發(fā)展畜牧業(yè)生 產(chǎn)，活躍商品經(jīng)濟(jì)?？傮w方案設(shè)計的核心主要是粉碎室、轉(zhuǎn)子及主要性能參數(shù)的設(shè)計與計算。 錘片粉碎機(jī)時利用高速旋轉(zhuǎn)的錘片對進(jìn)入粉碎室的物料反復(fù)錘擊，加上轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)離心作用，使物料在粉碎室內(nèi)的齒板與篩片間互相撞擊，粉碎成細(xì)小粉末。粉碎機(jī)粉碎的結(jié)構(gòu)形式對粉碎性能有重要影響。目前粉碎室的型式主要有圓型、橢圓型、水滴型等。圓型模式相對來說制造方便，但物料在喂料口沿切向進(jìn)入粉碎機(jī)時，可能會彈出，存在一定損耗。而橢圓型的型式，按照現(xiàn)有的設(shè)計理論和方法還不能僅經(jīng)過計算就能獲得這些主要參數(shù)的最佳值。像粉碎機(jī)的錘片線速度、短軸錘篩 間隙，粉碎室橢圓度、篩片包角等 4 個主要參數(shù)的最佳值及其組合只有通過試驗(yàn)獲得。因此，由粉碎理論綜合考慮，破壞物料在粉碎室內(nèi)所形成的環(huán)流，是提高粉碎效率、降低能耗的關(guān)鍵。為此，設(shè)計了水滴型粉碎室。使物料環(huán)流在篩片與轉(zhuǎn)子組成的水滴型粉碎室內(nèi)，由于錘篩間隙不等受到破壞，同時增加了錘片對物料的打擊次數(shù)，使已經(jīng)粉碎好的物料能及時通過篩孔排出。達(dá)到了提高粉碎能力，排粉效率和降低能耗的目的。如圖 2 圖 2碎室及轉(zhuǎn)子的配置 -1 s 碎室參數(shù)確定 粉碎機(jī)采用雙圓盤轉(zhuǎn)子，中間設(shè)計架板，既做轉(zhuǎn)子骨架支撐兩片圓盤，又起到風(fēng)機(jī)葉片的作用，在轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時造成負(fù)壓，實(shí)現(xiàn)了軸向高負(fù)壓進(jìn)料和高壓差排料的理想設(shè)計。轉(zhuǎn)子直徑 D 和粉碎寬度 B 是粉碎機(jī)的主要參數(shù)之一。兩者之積可以用一下經(jīng)驗(yàn)公式取得。 N/ . （ 2 式中 V 錘片末端線速度 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般取 配套動力 同時，兩者應(yīng)有一定的比例關(guān)系，通常 / 1 5確定之后，為了降低噪音，一般采用大轉(zhuǎn)子低轉(zhuǎn)速，確定要根據(jù)粉碎物料的品種具體分析。如果以粉碎玉米顆粒為主，要采用較小的 B 和較大的 D；如果是以 粉碎牧草為主，則要采用較大的。為了增大飼料喂入口的尺寸，必須增加粉碎室的寬度。若過寬必然導(dǎo)致轉(zhuǎn)子懸臂過長受力不良，因此，本機(jī)轉(zhuǎn)子直徑依據(jù)我國機(jī)系列型譜設(shè)計要求和以往經(jīng)驗(yàn)設(shè)計為 D=300碎室寬度 B=150比值 D/B 2 ,符合設(shè)計要求。轉(zhuǎn)子在粉碎室內(nèi)為偏心配置，偏心距 C=5于飼料喂入口占據(jù)一部分位置，取篩片有效包角為3000。 錘篩間隙 R 是影響粉碎機(jī)的重要性能參數(shù)之一。粉碎機(jī)在工作時，粉碎室內(nèi)錘片末端和篩片之間有一層隨錘片旋轉(zhuǎn)著的無聊環(huán)流氣流層，其平均速度約為錘片速度的一半，這將降低打擊作用，增加摩擦功耗。由于離心力的作用，粗顆粒處在環(huán)流層外層（靠近曬面），得不到很好的粉碎，而細(xì)粒處在環(huán)流層的內(nèi)層，難以從篩孔及時排出，這就不能保證粗粒的粉碎效果，同時又使細(xì)粒產(chǎn)生過 分粉碎現(xiàn)象。在齒板區(qū)，由于細(xì)粒不能及時排出，被錘片反彈出的細(xì)粒到不了齒板的作用面而沉入被粉碎的物料層中，要粉碎物料層中的粗粒就需要更多的能量，環(huán)流層中細(xì)粒和粗粒的數(shù)量隨喂入量的增加而增加，結(jié)果惡化了物料加工量，降低了產(chǎn)品的均勻度。 R 過大時，這種情況更加嚴(yán)重。相反，如果 R 過小，環(huán)流物料層的速度就大，致使粉碎后的物料不易通過篩孔，使產(chǎn)品粒度偏細(xì)，從而增加能量消耗，一般取 R =12碎谷物時 R =8碎莖蔓類時 R =14 為使本機(jī)能夠粉碎精、粗飼料，喂入口設(shè)計為切向式配置，物料喂入口方向與錘片圓周軌跡相交，相交值 S=30入口下邊緣和轉(zhuǎn)子中心線與轉(zhuǎn)子水平線夾角 670 左右，可保證喂入料不架空，不反料，并能增強(qiáng)錘片打擊性能。排料采用自重落料形式。 要性能指標(biāo)計算 片速度及轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 錘片末端線速度對粉碎機(jī)的生產(chǎn)率和 功耗有很大的影響。錘片末端線速度 V 增大時，錘片對物料的打擊、搓擦和磨碎作用增強(qiáng)，能增加粉碎能力和產(chǎn)品細(xì)度，但 V 過大則機(jī)器的空載功率增加，同時因轉(zhuǎn)子不平衡產(chǎn)生的噪音和振動也隨之增加，粉碎能力反而下降。因此合適的 V 值對提高粉碎機(jī)性能至關(guān)重要。根據(jù)有關(guān)資料，不同的物料不要不同的 表 2 2同物料所需錘片末端線速度 -1 料 高粱 玉米 小麥 黑麥 大麥 燕麥 米糠 燕麥殼 線速度 48 52 65 75 88 105 110 115 錘片撞擊力的強(qiáng)弱與其工作速度大小有關(guān)，但考慮到粉碎時可能是幾種物料的混合，同時本機(jī)是小型粉碎機(jī)，以粉碎精料為主，故錘片速度選為 50m/s。 由此，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為： 6 0 6 0 5 0 3 5 0 3 . 1 83 . 1 4 0 . 3vn r p (2取 n=3600中： D 轉(zhuǎn)子直徑， D= 理論生產(chǎn)率 粉碎機(jī)的理論生產(chǎn)率是指在粉碎機(jī)生產(chǎn)實(shí)踐的時候，該機(jī)性能良好，使用中沒有發(fā)現(xiàn)任何問題?？砂聪率?經(jīng)驗(yàn)公式計算： 0 . 3 4 4 t / h 603 5 0 30 . 23 . 660 6 K n(2式中， D、 B 轉(zhuǎn)子直徑及轉(zhuǎn)子長度， m； 物料容量，玉米 ； N 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速， n=3500 K 粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)系數(shù)（與其結(jié)構(gòu)型式、篩片結(jié) 構(gòu)參數(shù)有關(guān)），一般 K=此本機(jī) 生產(chǎn)率按照我國飼料粉碎機(jī)的分等標(biāo)準(zhǔn)，滿足加工的時間和配料的要求 。 套功率和電機(jī)的選擇 套功率 粉碎機(jī)配套主要決定其生產(chǎn)能力的大小，依照下式計算： 2 K W )0 40 (2式中， Q 粉碎機(jī)理論生產(chǎn)率， t/h； K/ 配套動力系數(shù)， K/=般粗粉碎取小值，細(xì)粉碎取大值。 擇電動機(jī) 電動機(jī)選擇包括選擇類型， 結(jié)構(gòu)型式，容量（功率）和轉(zhuǎn)速，并確定型號。工業(yè)上一般用三相交流電源，無 特殊要求一般應(yīng)選三相交流異步電動機(jī)。最 常用的電動機(jī)是 效率高、工作可靠、結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、價格低、適用于不易燃、不易爆，無腐蝕性氣體和無特殊要求的場合。因此按工作要求和工作條件，選用一般用途的 Y（ 系列三相異步電動機(jī)。它為臥式封閉結(jié)構(gòu)。 卷軸筒的輸出功率 此電動機(jī)輸出功率 (2式中， 傳動裝置的總效率，其中 321 ，分別為 動軸承效率，圓柱齒輪傳動效率，通過查取機(jī)械設(shè)計手冊，取 ， ， ，則通過計算取 代入原來式子，故 (2因此選取電動機(jī)額定功率 推算出電動機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍。由機(jī)械設(shè)計手冊查得 級圓柱齒輪傳動比范圍 電動機(jī)轉(zhuǎn)速可選范圍為 m 1 1 25 2 821 可見同步轉(zhuǎn)速為 750r/1000r/500r/電動機(jī)均符合。這里初選同步轉(zhuǎn)速分別為 1000r/ 1500r/下表 2 2種電動機(jī)方案比較 wo of 案 電動機(jī) 型號 額定功率（ 電動機(jī)轉(zhuǎn)速（ r/ 電動機(jī) 質(zhì)量（ 傳動裝置的傳動比 同步 滿載 總傳動比 單級減速器 1 1500 1420 38 1000 960 63 表中數(shù)據(jù)可知兩者方案均可行，但方案 2的傳動 比小，傳動結(jié)構(gòu)裝置尺寸較小。因此，可采用方案 2，選定電動機(jī)的型號為 該電動機(jī)的主要技術(shù)數(shù)據(jù)和外形、安裝尺寸，并列表記錄備用（略） 。 3 帶傳動的設(shè)計 帶傳動的特點(diǎn) 帶傳動是一種繞行傳動，具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、價格低廉和緩沖吸振等特點(diǎn)，是廣泛應(yīng)用的機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)。帶傳動的類型包括平帶傳動、圓帶傳動、 V 帶傳動和多楔帶傳動。其中平帶傳動結(jié)構(gòu)簡單，傳動效率高，帶輪制造簡便，多應(yīng)用于中心距較大的帶傳動中；圓帶傳動結(jié)構(gòu)簡單，多用于小功率傳動； V 帶傳動傳遞動力大，允許傳動的傳動比大， 結(jié)構(gòu)緊湊，應(yīng)用普遍；多楔帶傳動柔性好且能傳動較大動力，傳動平穩(wěn)，多用于傳動功率較大且要求結(jié)構(gòu)緊湊的場合。綜合考慮各種帶傳動的特點(diǎn)，選用 V 帶傳動作為本設(shè)計的傳動機(jī)構(gòu)。 帶傳動設(shè)計計算 計 V 帶傳動時一般已知的條件是 (1) 傳動的功率 P ； 已計算得 P=3 (2) 大 、 小動 帶輪的轉(zhuǎn)速 n 2和 n 1； 已計算得 n 2=960r/n 1=3500r/ (3) 傳動的用途、工作情況和原動機(jī)類型以及工作制度； (4) 對傳動的尺寸要求等。 計計算的主要內(nèi)容包括確定 (1) V 帶的型號、長度 和根數(shù)； (2) 中心距； (3) 帶輪基準(zhǔn)直徑及結(jié)構(gòu)尺寸； (4) 作用在軸上的壓力等。 計計算 1） 確定計算功率 在工作時，欲傳遞的額定功率 于傳動的用途、工作情況和原動機(jī)類型以及工作制度等工況不同，帶傳動傳遞的功率會有變化，因此為設(shè)計安全可靠，按計算功率 （ 3 式中 ， P 是 傳遞的額定功率 ， K A 是工況系數(shù)，見表 3 2） 選擇 V 帶型號 根據(jù)計算功率 P 主動 帶輪轉(zhuǎn)速 n 1 由 機(jī)械設(shè)計手冊 選擇普通 V 帶型號 為 Z 型 ,當(dāng)在兩種型號的交線附近時，若取截面尺寸小的帶型，帶的彎曲應(yīng)力較小，但帶的根 數(shù)多，當(dāng)帶的根數(shù)太多，則可取大一型號的帶；截面尺寸大的帶型，傳動的中心距、帶輪直徑大，但帶的根數(shù)少?？梢詫煞N型號同時計算，最后選擇較好的一種。 表 3況系數(shù) K A 況 K A 空、輕載啟動 重載啟動 每天工作小時數(shù) /h 10 1016 16 10 1016 16 載荷變動微小 液體攪拌機(jī)、通風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)（ 小于 、離心式水泵和壓縮機(jī)、輕載荷輸送機(jī) 荷變動小 帶式輸送機(jī)、通風(fēng)機(jī)（ 、旋轉(zhuǎn)式水泵和壓縮機(jī)（非離心式）、發(fā)電機(jī)等 荷變動較大 制磚機(jī)、斗式提升機(jī)、往復(fù)式水泵和壓縮機(jī)、起重機(jī)、磨粉機(jī)、沖剪機(jī)床、橡膠機(jī)械、振動篩、紡織機(jī)械、重載輸送機(jī) 荷變動很大 破碎機(jī) 、 磨碎機(jī)（球磨、棒磨、管磨） ） 確定帶輪基準(zhǔn)直徑 d d 提高帶的壽命，應(yīng)減小帶的彎曲應(yīng)力。條件允許時盡量采用較大的帶輪直徑，但這使傳動的輪廓尺寸增大。一般根據(jù) V 帶的型號，選取 d d 比規(guī)定的最小基準(zhǔn)直徑略大些。 （ 1） 初選小動帶輪基準(zhǔn)直徑 d 機(jī)械設(shè)計手冊 1可以知道， 取小帶輪的基準(zhǔn)直徑為 d 0 （ 2） 驗(yàn)算帶速 v。按公式驗(yàn)算帶的速度 d /00060 350090100060 11 （ 3 因?yàn)閹僭?5m/s30m/s 之間，故帶速合適。 （ 3）計算大帶輪的基準(zhǔn)直徑。由公式 12 dd （ 3 式中 i=算出大帶輪的基準(zhǔn)直徑為 d 24據(jù)帶輪的標(biāo)準(zhǔn)系列圓整為 d 15 4）確定 d （ 1）根據(jù)式 21021 （ 3 初選中心距 00 （ 2）由公式 （ 3 由帶長的基準(zhǔn)長度系列選取帶的基準(zhǔn)長度 600 （ 3）計算實(shí)際中心距 a。 7 02 1 6 6 11 6 0 05 0 02 00 （ 3 中心距的變化范圍為 443515 5）驗(yàn)算小帶輪上的包角 3 6）計算帶的根數(shù) z （ 1）計算單根 r。 由 d 0n 1=3500r/設(shè)計手冊 1查得 根據(jù) n 1=3500r/i=型帶，查得 查手冊得 是 （ 3 （ 2）計算 V 帶的根數(shù) z。 3 取 4 根。 7）計算單根 V 帶的初拉力的最小值 型帶的單位長度質(zhì)量 q=m，所以 i （ 3 應(yīng)使帶的 實(shí)際初拉力 F 。 8）計算壓軸力 軸力的最小值為 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）帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計 帶輪的結(jié)構(gòu)形式有實(shí)心式、腹板式、孔板式和輪輻式，考慮到大、小帶輪的基準(zhǔn)直徑大小，大帶輪采用輪輻式結(jié)構(gòu)，小帶輪采用實(shí)心式結(jié)構(gòu) 。 4 軸和軸承的相關(guān)設(shè)計 的結(jié)構(gòu)設(shè)計 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計需定出軸的合理外形和全部尺寸。主要考慮以下因素：軸在機(jī)器中的安裝位置及形式；軸上安裝的零件的類型、尺寸、數(shù)量以及和軸連接 的方法；載荷的性質(zhì)、大小、方向及分布情況；軸的加工工藝等。設(shè)計時，必須針對不同情況進(jìn)行具體分析。但必須滿足：軸和裝在軸上的零件要有準(zhǔn)確的工作位置；軸上的零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整；軸應(yīng)具有良好的制造工藝性等。 軸的校核計算應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況，采取相應(yīng)的計算方法，并恰當(dāng)?shù)?選取其許用應(yīng)力。 主軸上安裝有轉(zhuǎn)子和小帶輪，通過滾動軸承和支座連接在一起。軸與轉(zhuǎn)子以及小帶輪的連接為鍵連接，與支座的連接為軸承連接，且小帶輪和軸承都需要在軸向設(shè)置定位軸肩，小帶輪外端采用螺母定位限制其軸向移動。轉(zhuǎn)子長度為 120碎有 效寬度為 150帶輪與軸配合處的輪轂寬度為 53慮到以上因素，設(shè)計主動輪軸結(jié)構(gòu)如圖 4 圖 4軸結(jié)構(gòu)簡圖 of 動輪軸上 于裝螺母和墊片以固定帶輪的軸向移動，考慮到小帶輪的孔徑為 26用 以在此段加工 2的螺紋，長度為 30安裝小帶輪，由于小帶輪孔徑為 26此段軸徑為 26度為 53時考慮到帶輪右端的軸向定位，在此段 高度為 2段直徑為 30用型號為 6006的深溝球軸承，由于用的軸承的寬度為 13徑為 30計長度為 10時要考慮端蓋的結(jié)構(gòu)，故此段長度為 42與滾動軸承配合為過渡配合，此處選軸的直徑尺寸公差為 和 安裝轉(zhuǎn)子，由前章設(shè)計的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)可知這兩段的直徑應(yīng)為 40考慮到轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和粉碎室的整體尺寸，設(shè)計這兩段的長度為 25用于轉(zhuǎn)盤的軸向固定，在此處設(shè)計高度為 5軸肩，由轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)可知此 段長度為 120此段直徑為 30度為 13與滾動軸承配合為過渡配合，此處選軸的直徑尺寸公差為 軸上零件的軸 向定位，采用鍵連接，實(shí)現(xiàn)軸上零件的周向定位和運(yùn)動及動力的傳遞。 小帶輪和主軸通過圓頭平鍵連接傳遞運(yùn)動和轉(zhuǎn)矩，根據(jù)該段直徑值參考設(shè)計手冊 2，得出該處平鍵公稱尺寸為 b h=87槽用銑削刀加工，長度為 45于小帶輪和軸的配合為間隙很小的配合，故采用 H7/合。轉(zhuǎn)子的周向定位和動力傳遞也是通過平鍵實(shí)現(xiàn)的，此處采用平頭鍵 連接，同樣根據(jù)此段軸徑由設(shè)計手冊查 得平鍵截面 b h=128長為 12于轉(zhuǎn)盤和軸的配合為間隙很小的配 合，故采用 H7/上倒角均為 1 45，以便于安裝軸上零件。 軸的校核 算最小直徑。選取軸的材料為 45 剛，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù) 機(jī)械設(shè)計手冊 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由設(shè)計的軸的結(jié)構(gòu)可知軸的最小直徑滿足要求，現(xiàn)在對軸進(jìn)行精確校核。 軸的計算簡圖如圖 4 圖 4的計算簡圖 ） 計算圖中各力 F 帶輪的壓軸力 ， 由 前面帶傳動 的計算中得 F =520N； T 專遞的轉(zhuǎn)矩，由前面的計算得 T=8186N F 轉(zhuǎn)子對軸的壓力，估計轉(zhuǎn)子重量為 30 1F=30 10=300N； N 軸承對軸的支撐力為 一半，即 N=150N 20 63/183=179N， 20 179= 341 N 做出各平面受力分析圖、彎矩圖 和扭矩圖如圖 4示： T F N N T b 垂直面受力分析及彎矩圖 c 扭矩圖 圖 平面受力分析圖、彎矩圖 和扭矩圖 圖 4出 F=520N 79N 41N 2760N 1=300N N=150N N=150N 3725N mm a 水平面受力分析及彎矩圖 T=8186N 2760N =8186N ）按彎扭組合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 進(jìn)行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強(qiáng)度。根據(jù)計算公式及上面所算的 d 截面的彎矩和扭矩，以及軸運(yùn)動時需正反轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為對稱循環(huán)變應(yīng)力，取 =1，軸的計算應(yīng)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 前已選定軸的材 料為 45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由 設(shè)計手冊 查得 1 60 。因此 1，故安全。 3）精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 （ 1）判斷危險截面 根據(jù)前面的分析計算，截面 b， c， g， 開有鍵槽、軸肩及過渡配合所引起的應(yīng)力集中均將消弱軸的疲勞度，但由于只受到扭矩和較小的彎矩作用，所以這些截面都不需校核。 從應(yīng)力集中和受載的情況來看，截面 c 和 d 上的應(yīng)力最大。由于截 c 右 側(cè)和截面 直徑相等，截面 c 左 側(cè)直徑比截面 d 右 側(cè)小，而載荷 d 截面稍大一點(diǎn)，故只需校核截面 c 左側(cè)和截面 d 左側(cè)即可。 （ 2）截面 抗彎截面系數(shù) 3 3 3 30 . 1 0 . 1 2 6 1 7 5 7 . 6W d m m m m （ 4 抗扭截面系數(shù) 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 為 ： 4 2 73 2 7 6 0 2 7 3 0 042M N m m N m m （ 4 截面 為 ： 8186T N m m 截面上的彎曲應(yīng)力 ： 27300 7 . 7 63 5 1 5 . 2b a P M （ 4 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 ： 8186 2 . 3 33 5 1 2 . 2T a P M （ 4 軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。 查 得b=640 275 ，1 155 。 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及在設(shè)計手冊中 查取。因1 0 826 ， 30 1 26 ,經(jīng)插值后可查得 = =得軸的材料的敏性系數(shù)為 故有效應(yīng)力集中系數(shù)為 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 尺寸系數(shù) ；扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù) 。 軸按磨削加工， 查 得表面質(zhì)量系數(shù)為 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即 1q ，得綜合系數(shù)為 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又由設(shè)計手冊得碳鋼的特性系數(shù) : 是，計算安全系數(shù)設(shè)計公式得 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 抗彎截面系數(shù) 3 3 3 30 . 1 0 . 1 3 0 2 7 0 0W d m m m m （ 4 抗扭截面系數(shù) 332 2 2 7 0 0 5 4 0 0 m m m m （ 4 彎矩 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過盈配合處的 k，查機(jī)械設(shè)計手冊 2用插值法求出，并取 k=，于是得 ： k= k=按磨削加工， 查 得表面質(zhì)量系數(shù)為 ， 故得綜合截面系數(shù)為 111 3 . 1 6 1 3 . 2 50 . 9 2 (4 111 2 . 5 3 1 2 . 6 20 . 9 2 (4 所以軸在截面 d 左側(cè)的安全系數(shù)為 : 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。主軸無大的瞬時過載及嚴(yán)重的應(yīng)力循環(huán)不對稱性，故可略去靜強(qiáng)度校核。至此，主軸的的設(shè)計計算結(jié)束。 動軸承壽命計算 查滾動軸承樣本可知 6006號深溝球軸承的基本額定動載荷 10200，基本額定靜載荷 6880。 求兩軸承受到的徑向載荷 1 2將軸系部件受到的空間力系分解為 水平面和鉛垂面兩個平面力系，分別如圖 4 4示。 （ a） 水平面受力分析圖 （ b） 垂直面受力分析圖 圖 4軸承受力分析圖 上圖的受力分析可知： 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. 求軸承當(dāng)量動載荷182N 2P=204N 2. 計算軸承壽命 因?yàn)?P1P，所以按左邊軸承的受力大小計算 00N 50N 50N F=520N 79N 41N 36611 0 1 0 1 0 2 0 0 27074