立軸沖擊式同步破碎機(jī)傳動系統(tǒng)設(shè)計

1、畢業(yè)設(shè)計方案題目立軸沖擊式冋步破碎機(jī)傳動系統(tǒng)設(shè)計學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院專業(yè)機(jī)械工程及自動化班級濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- -1前言1.1課題的研究背景和意義近幾年來，隨著我國工程建設(shè)的不斷發(fā)展，國家對公路、鐵路、橋梁的基建投入日漸增多，亟需大量的砂石，帶動了機(jī)制砂市場特別是制砂設(shè)備的快速發(fā)展。目前市場上存在的制砂設(shè)備主要有顎式破碎機(jī)、 圓錐破碎機(jī)、沖擊式破碎機(jī)、反擊式破碎機(jī) 等。其中，立軸式破碎機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕便、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、耗能少、維修方便、 出料粒度滿足一定要求等優(yōu)點，一直是制砂市場的熱點，被廣泛用于建材、煤炭、食 品、化工的部門。立軸式破碎機(jī)實際上可分為立軸錘式、立軸反擊式、立軸復(fù)合式、立軸沖擊式

2、。本設(shè)計將研究立軸沖擊式破碎機(jī)。1.2國內(nèi)外沖擊式破碎機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀由于沖擊式破碎機(jī)的適用范圍在很大程度上受到磨損缺陷的限制，為解決這種客觀存在的磨損缺陷，必須解決轉(zhuǎn)子高速運轉(zhuǎn)帶來的強(qiáng)磨損現(xiàn)象， 人們開始設(shè)想，是否 可以降低轉(zhuǎn)子速度的同時仍能獲得較高能量，近年來，國外研究出一種新形式的立軸沖擊式同步破碎機(jī)，這種同步破碎機(jī)工作時，在電機(jī)的帶動下，轉(zhuǎn)子以較低的轉(zhuǎn)速旋 轉(zhuǎn)，物料在機(jī)內(nèi)腔經(jīng)轉(zhuǎn)子擊碎立即被飛速旋轉(zhuǎn)到破碎腔與沖擊板相互飛速碰撞，獲得高轉(zhuǎn)速的能量，達(dá)到粉碎物料的效果，形成了細(xì)小的石料顆粒。與現(xiàn)有的立軸沖擊式破碎機(jī)相比， 立軸沖擊式同步破碎機(jī)具有以下優(yōu)點： 破碎效 果更好；破碎粒度可控又可調(diào)；低

3、轉(zhuǎn)速獲得高轉(zhuǎn)速的能量，節(jié)能效果更顯著，同時減 少了材料的磨損；粉塵更少。因此，立軸沖擊式同步破碎機(jī)更具有研究價值。1.2立軸沖擊式同步破碎機(jī)的工作原理立軸沖擊式同步破碎機(jī)主要由轉(zhuǎn)子、電動機(jī)、傳動系統(tǒng)和機(jī)架等部分組成（如圖 1.2.1所示）。電動機(jī)呈垂直布置，由電動機(jī)支架支承，通過三角膠帶驅(qū)動主機(jī)的主軸， 做固定方向旋轉(zhuǎn)。主機(jī)部分包括機(jī)蓋、筒體、主軸和底座等部件。在空氣中一次破碎的碎片撞擊金屬板時明顯地產(chǎn)生二次破碎，一次破碎的碎片具有的動能占全部破碎能量的45%。如能充分利用二次破碎能量，則可提高破碎效率。而立軸沖擊式同步破碎機(jī)是利用沖擊原理來進(jìn)行碎礦的設(shè)備。 工作時，該轉(zhuǎn)子以 極高的轉(zhuǎn)速通過離

4、心力將物料沿水平方向噴射到破碎腔內(nèi)的沖擊平面上。 礦料經(jīng)給料 器落入礦料分配器，該分配器在導(dǎo)向葉輪之間將物料平均分配。 葉輪將物料拋射到固 定在破碎腔周圍被稱作砧鐵的金屬面上。每一塊砧鐵是固定的。其角度和距離是根據(jù) 特殊用途設(shè)定的以便取得最大的破碎率。立軸沖擊式同步破碎機(jī)就是再充分利用二次破碎的基礎(chǔ)上達(dá)到提高破碎效率的目的，這就是立軸沖擊式同步破碎機(jī)的基本工作原 理。5637*0卜3L圖1.2.1立軸沖擊式破碎機(jī)結(jié)構(gòu)1.破碎機(jī)；2.電機(jī)；3機(jī)架；4溢料裝置;5進(jìn)料裝置；6轉(zhuǎn)子7主軸1.3本設(shè)計的主要內(nèi)容立軸沖擊式同步破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)分析；雙驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計、出料裝置等主要零部件的 設(shè)計與計算。其中包括

5、電機(jī)功率的計算，帶傳動的設(shè)計計算，液壓缸的設(shè)計計算等。 設(shè)計要求必須達(dá)到結(jié)構(gòu)合理、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)； 能量消耗小、潤滑可靠；安裝和維修方便等 優(yōu)點。表1.5最大入料（mm）功率（KW）葉輪轉(zhuǎn)速（r/min）處理量（t/h）60264-320850-1450160-300立軸沖擊式同步破碎機(jī)的方案設(shè)計2.1方案的比較選擇2.1.1傳動方案的選擇通過機(jī)械設(shè)計課程的學(xué)習(xí)，我們了解到了機(jī)械的傳動主要是有帶傳動、鏈傳動、 齒輪傳動和蝸輪傳動。方案一：選擇鏈傳動方式，鏈傳動屬于撓性傳動，主要由鏈條和鏈輪組成。通過 鏈輪輪齒與鏈條鏈節(jié)的嚙合來傳遞運動和動力。與帶傳動相比，它的優(yōu)點在于無彈性滑動和打滑的現(xiàn)象，能夠保持

6、準(zhǔn)確的傳動比，傳動的效率比較高，同時又因為鏈條不 像皮帶那樣張的很緊，所以作用在軸上的徑向力較小，在相同的使用條件下，它的結(jié) 構(gòu)更為緊湊，并且能夠在高溫和速度低的情況下工作。 與齒輪傳動相比較，鏈傳動的 制造和安裝精度都很低。成本低，缺點是在兩根軸之間只能夠同向轉(zhuǎn)動， 運轉(zhuǎn)的時候 不能保持恒定的瞬時傳動比，磨損后容易發(fā)生跳齒，工作時候噪音也比較大，不宜在 載荷變化較大和急速反向的傳動中使用。 并且它傳遞的功率一般均在100kw以下，速 度均不超過15m/s。而在本設(shè)計中，立軸沖擊式同步破碎機(jī)所需的工作條件要求，鏈 傳動并不能盡可能的滿足，因此鏈傳動方案是不可取的。方案二：選擇帶傳動方式，帶傳動

7、是由固定于主動軸上的帶輪（主動輪）、固定 于從動軸上帶輪（從動輪）和緊套在兩輪上的傳動帶共同組成的。其利用張緊在帶輪 上的帶，借助摩擦和嚙合，在兩根軸間傳遞運動或動力。主要優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)比較簡單， 傳動平穩(wěn)，造價低廉以及緩沖吸振等特點，在現(xiàn)代的機(jī)械中被廣泛使用。在帶傳動中， 主要有平帶傳動、V帶傳動，多楔帶傳動和同步帶傳動。此次設(shè)計主要是選用V帶,而V帶的橫截面是一個等腰梯形，在帶輪上有相應(yīng)的輪槽。傳動的時候，它只與輪 槽的兩個側(cè)面相接觸，即以兩個側(cè)面為工作面。根據(jù)槽面摩擦的原理，在同樣的張緊 力下，V帶傳動與平帶傳動相比，能夠產(chǎn)生更大的摩擦力，這是 V帶傳動性能上最主 要的優(yōu)點。綜合上述討論，

8、帶傳動方案比較適合本設(shè)計。因此，本設(shè)計傳動方式采用帶傳動。2.1.2驅(qū)動方式的選擇方案一：單電機(jī)驅(qū)動，對于立軸沖擊式同步破碎機(jī)而言， 選擇單電機(jī)會在很大程 度上減少機(jī)體體積，節(jié)約成本。但單電機(jī)驅(qū)動功率很大，電機(jī)占用體積增加，這便增 加了生產(chǎn)成本。同時，由于軸的載荷很大，而軸的載荷卻是單向輸出，這就勢必會造 成載荷分配不平衡的問題。因此，采用單電機(jī)驅(qū)動必須配備卸荷裝置， 這又引發(fā)另一 種成本的投入，有得又有失。會帶方案二：雙電機(jī)驅(qū)動，對于立軸沖擊式同步破碎機(jī)而言，采用雙電機(jī)驅(qū)動 來兩電機(jī)功率和轉(zhuǎn)速的同步分配等問題，但雙電機(jī)驅(qū)動的好處在于單電機(jī)功率減少, 機(jī)體重量減少，體積也減少，且轉(zhuǎn)子主軸受力平

9、衡，這使得電機(jī)功率得到充分發(fā)揮, 從而提高機(jī)械設(shè)備的工作效率。綜合各方面考慮，本方案采用雙電機(jī)驅(qū)動。2.2總體設(shè)計方案米用雙電機(jī)驅(qū)動方式。采用帶傳動，帶的類型為 D型V帶。帶輪米用輪輻式?？紤]到電機(jī)安放情況，機(jī)架構(gòu)造采用對稱分布。主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計與校核計算3.1電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計及選擇3.1.1電機(jī)的工作環(huán)境由于立軸沖擊式同步破碎機(jī)打擊板的適宜工作速度為 30-50m/s，物料的破碎在一 定程度上是依靠打擊板積蓄動能來實現(xiàn)的， 同時由于喂料不太均勻，從而導(dǎo)致整套設(shè) 備處于長期高速旋轉(zhuǎn)，并且受到較大的沖擊和振動。由于轉(zhuǎn)子具有的質(zhì)量較大，故啟 動力矩較大。一般情況下，作業(yè)現(xiàn)場的粉塵也較大，因此工作條

10、件較為惡劣。3.1.2電機(jī)的種類根據(jù)前述工況條件，再考慮到整機(jī)的價格以及維修等多方面的因素，應(yīng)考慮選用額三相異步電動機(jī)。根據(jù)立軸沖擊式同步破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)特征，一般情況下應(yīng)優(yōu)先選用 立式電動機(jī)。但這恰恰又與目前工程實踐中廣泛采用到的臥式電動機(jī)相矛盾，造成此種現(xiàn)象的原因在于，立式電機(jī)本身的價格較高，而造成廠家又刻意追求低成本，同時 廠家出于多種原因，也希望低價格買到可以滿足生產(chǎn)需要的設(shè)備，其結(jié)果是有意或無 意地沒有考慮土建安裝和維修成本。綜合考慮各種成本應(yīng)優(yōu)先選用立式電機(jī)。3.1.3電機(jī)功率及型號的選擇工作載荷的確定已知轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n=1000r/min，轉(zhuǎn)子半徑r=500mm，石灰石密度2678kg/

11、m3,最大入 料直徑r=60 mm。可知：轉(zhuǎn)子邊緣的徑向速度V = 2二 wr 亠 60 =52.36(m/s)喂料塊的平均質(zhì)量m =4訃3 亠 3=0.303(kg)在推導(dǎo)公式時，假設(shè)立軸沖擊式同步破碎機(jī)滿負(fù)荷工作。立軸沖擊式同步破碎 機(jī)轉(zhuǎn)子對物料的沖擊力為(1)Ft = V0/t式中m-喂料塊的平均質(zhì)量，kgVo 受沖擊后料塊的速度，m/st轉(zhuǎn)子對物料的平均沖擊時間，s由碰撞理論V。八1k2)V(2)t = 2.48 r / v由上述式得v0 =(10.35) 52.36 =70.69式中k2 -物料彈性恢復(fù)系數(shù)，k2 =0-1從相關(guān)手冊中查取V轉(zhuǎn)子外側(cè)圓周速度，m/sr喂料塊半徑，m將式

12、(2)代入(1)得R = m(1 2k2)v0/2.48r(N) =807.61N =807(N)( 3)由于立軸沖擊式同步破碎機(jī)采用邊緣進(jìn)料方式喂料，因而物料在整個轉(zhuǎn)子上的分布是不均勻的。對于第一級轉(zhuǎn)子，物料轉(zhuǎn)子的作用力為Ff =k3R(N)( 4)式中k3 載荷系數(shù)，k3=1.0-3.0喂料量的大小、均勻程度、打擊板的數(shù)目及布置方式、物料性質(zhì)及幾何形狀等都 影響到載荷系數(shù)的選取。當(dāng)立軸沖擊式同步破碎機(jī)安裝在破碎機(jī)之后破碎中等硬度的 石灰石時，推薦k3 =1.5 ；當(dāng)用來破碎水泥熟料時，推薦 k3=2.5。立式破碎機(jī)的第二級轉(zhuǎn)子主要用于細(xì)破，因而其所受物料的作用力可近似取為第 一級轉(zhuǎn)子的1/

13、5。則物料對轉(zhuǎn)子的作用力矩為M =1.5Ffd0(1 0.2) =1.8k3F1d0(5)式中d 物料對打擊板作用力分布中心所在的直徑，計算時近似取打擊板中心所在的直徑，m在該機(jī)的工業(yè)服役現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)在擋圈與打擊板底部之間存在著一定數(shù)量的物料，因而考慮到摩擦力的影響，用摩擦力影響系數(shù)kf對上式進(jìn)行修正M =1.8k3kfd0F(6) = 2834 7( Nm)式中kf =1.1-1.5，當(dāng)擋圈較寬時取較大的值。電機(jī)功率的確定立軸沖擊式同步破碎機(jī)計算功率為N =Mn/(9550 ) =317(kw)(7)式中n立軸沖擊式同步破碎機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，r/min立軸沖擊式同步破碎機(jī)傳動系統(tǒng)效率，=,2， 1為三

14、角帶傳動效率，,=0.94 - 0.97，2為支撐軸承工作效率，2 =0.97。考慮到實際情況與推導(dǎo)公式時的差異，用系數(shù)對式(7)進(jìn)行修正，則電機(jī)的負(fù)載功率為Na =kdN =317(kw)(8)由于采用雙電機(jī)驅(qū)動，每個電機(jī)近似取160kw，且要滿足轉(zhuǎn)速1000r/min，綜合上述計算，查機(jī)械設(shè)計手冊，選取三相異步電機(jī)型號選擇為YBF2-355S-13.2帶傳動的設(shè)計與計算3.2.1帶傳動的計算確定點擊功率Pca由機(jī)械設(shè)計第八版表8-7查得工作情況系數(shù)Ka =1.3，故Pca = KAP =1.3 X60=208(kw)選擇V帶的帶型根據(jù)Pea、ni由機(jī)械設(shè)計第八版圖8-11選用D型。確定帶輪

15、的基準(zhǔn)直徑dd1。由機(jī)械設(shè)計第八版表8-6和表8-8，初選帶輪dd1 = 630mm驗算帶速V。按機(jī)械設(shè)計第八版式(8-13)驗算帶的速度v = dd1 n1 /(60*1000) m/s=3.14 B30 1000/(60 W00)=22.242(kw)因為5m/sv v v 30m/s,故帶速合適。確定V帶的中心距a和基準(zhǔn)長度Ld根據(jù)機(jī)械設(shè)計第八版式(8-20),初定中心距a0 =1700 mm由機(jī)械設(shè)計第八版式(8-22)計算帶所需的基準(zhǔn)長度Ld0 =2a0，(dd1 dd2)/2=2 1700 3.14(dd)/2 = 4000(mm)由機(jī)械設(shè)計第八版表8-2選帶的基準(zhǔn)長度Ld = 4

16、000 (mm)按機(jī)械設(shè)計第八版式(8-23)計算中心距a。a=a0 (Ld -Ld0)/2 =1700(47345-4000)/2 =2068(mm)計算帶的根數(shù)z計算單根帶的根V帶的額定功率Pr。由d=630mm和n=1000r/m，查機(jī)械設(shè)計第八版表 8-4a得p = 25kw。根據(jù)n=1000r/min , i=1和D型帶,查機(jī)械設(shè)計第八版表8-4b得.沖。=0 kw。查機(jī)械設(shè)計第八版表8-5得K 一. = 1，機(jī)械設(shè)計第八版表8-2得K| = 0.96，于是Pr =(Po =po)k_k| = (25 0) 1 0.96 = 24(kw)計算v帶的根數(shù)z。z = Pea / pr =

17、 160 24 好 6.67 (根)取7根。3.2.2帶傳動的結(jié)構(gòu)設(shè)計3.3液壓缸的選擇3.3.1液壓缸計算已知電機(jī)質(zhì)量m=800kg導(dǎo)軌質(zhì)量m=600kg液壓缸需克服的摩擦力為4F=u XmXg=1.3 氷400=1.82 10( N )導(dǎo)軌表面積A=0.2X1.8=0.36 ( m2 )液壓缸承受的壓力P=F+A=25(MPa)當(dāng)液壓缸的理論作用力F(包括推力F1和拉力F2)及供油壓力P為已知時，則缸筒內(nèi) 徑D為:D = 4F2/?p 10-=0.068 (m)式中p供油壓力，MPaF1、F2 分別為液壓缸的理論推力和拉力，單位N查機(jī)械設(shè)計手冊第3版表20-6-9得D=0.063m外徑Di

18、二0.083(m)導(dǎo)桿直徑 d=(1/3-1/5)D，取 d=0.02(m)缸筒壁厚為：-=、：0 G c2因為6 pmax D /(2、p )=9.44 0.068 (2 122)=0.03 (m)取 二 0.07 (m)式中為缸筒材料強(qiáng)度要求的最小值，mC1 為缸筒外徑公差余量，mC2 腐蝕余量，mPmax 缸筒內(nèi)最高工作壓力，MPa缸筒底部為平面，其厚度 可以按照四周簽注的圓盤強(qiáng)度公式進(jìn)行近似的計算:、1 0.443D2 , p/=p= 0.443 0.083 .9.44,122 =0.012 (m)取、.=0.012 (m)式中筒底厚，mp筒內(nèi)最大工作壓力，MPa250mm筒底材料許可

19、應(yīng)力，MPa綜合考慮液壓缸工作條件，確定液壓缸最大行程為根據(jù)以上計算，選擇液壓缸型號為 A型主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計4.1卸料裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計由于卸料裝置由帶輪機(jī)箱和卸料腔共同組成，在設(shè)計時，需注意留有一定的帶輪腔，使帶輪免受石料和粉塵的干擾。具體結(jié)構(gòu)如下：4.2軸套的結(jié)構(gòu)設(shè)計這里的軸套是用來連接軸和帶輪的零件。由于帶輪比軸的尺寸要大的多，若單靠 鍵連接需對鍵的強(qiáng)度要求很高，同時對軸的材料要求也增強(qiáng)，提高了成本。采用下面 的軸套結(jié)構(gòu)，便會增加螺栓連接，在避免了上述問題的同時，也進(jìn)一步加強(qiáng)連接的可 靠性。具體設(shè)計結(jié)構(gòu)如下：圖4.2軸套結(jié)構(gòu)4.3導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計這里的導(dǎo)軌是用作電動機(jī)滑移使用的，導(dǎo)軌的尺寸設(shè)

20、計需結(jié)合電動機(jī)機(jī)箱的尺寸 來設(shè)計，由于導(dǎo)軌要承擔(dān)電機(jī)和機(jī)箱的重量，需考慮焊接機(jī)架所承擔(dān)的強(qiáng)度和剛度問 題。查機(jī)械設(shè)計手冊第3版表28.1-13選擇鋼板厚度d=10mm,具體結(jié)構(gòu)設(shè)計如下：圖4.3導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)4.4支架結(jié)構(gòu)設(shè)計這里的支架作用是作為整體的支撐，支架的大小須在節(jié)約成本的基礎(chǔ)上能夠承擔(dān)所有的零部件，這就必須首先確定各主要零件的尺寸， 在統(tǒng)籌安排零件的位置之后才可以確定。綜合以上考慮，支架設(shè)計結(jié)構(gòu)如下：圖4.4支架結(jié)構(gòu)通過本次設(shè)計，首先我了解了國內(nèi)外立軸式同步破碎機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀，這使得我對本課題的設(shè)計過程充滿好奇與向往。 在這個基礎(chǔ)上，我明確了我的設(shè)計任務(wù)，破碎功 能結(jié)構(gòu)分析，雙驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計，

21、出料裝置等主要零部件的設(shè)計與計算。 之后通過去工 廠實地考察更深入地了解類似機(jī)器工作原理。到學(xué)校圖書館、期刊閱覽室、超星圖書瀏覽等各種方法了解國內(nèi)外粉體機(jī)械的最新發(fā)展及目前比較通用的破碎機(jī)作為參考。 通過對目前國內(nèi)外市場的調(diào)查，認(rèn)識到同類產(chǎn)品的優(yōu)缺點。為自己對此粉體破碎設(shè)備 的實際做好準(zhǔn)備。當(dāng)我對立軸沖擊式同步破碎機(jī)有了足夠深入的了解時，我開始計算機(jī)器的各項參數(shù)以及破碎物料所需要的力與傳動機(jī)構(gòu)工藝流程。其中包括：工作載荷的確定，電動 機(jī)功率的選擇，傳動皮帶的選擇，卸料裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計等等，這當(dāng)中的艱辛不言而喻。接下來，我開始全力以赴設(shè)計立軸沖擊式同步破碎機(jī)相關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，大到框架， 小到螺栓， 詳

22、細(xì)的畫。從整體到局部，反復(fù)推敲，反復(fù)修改和改進(jìn)，使本設(shè)計方 案不斷完善。同時，從繪制總裝圖到零件圖，邊計算，邊改進(jìn)，邊畫圖，分析各種零 部件的各種關(guān)系，充分協(xié)調(diào)整體與布局的關(guān)系，反反復(fù)復(fù)的認(rèn)真比較之后，本次設(shè)計 才得到最終完成。在設(shè)計零部件的過程中，許多的零件均采用了標(biāo)準(zhǔn)零件，如其中的 螺栓、電機(jī)等。主要零部件則是根據(jù)立軸沖擊式同步破碎機(jī)工作的要求來設(shè)計。在設(shè)計制圖的過程中，制圖的線形等則主要是根據(jù)國家制圖標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行設(shè)計的。本次設(shè)計充分調(diào)動了我們的主觀能動性， 使得我與同組成員積極配合，并積極的 與導(dǎo)師探討各種問題。而我在整個設(shè)計過程當(dāng)中更是投入了極大的熱情。由于本次設(shè)計的時間比較短，工作量比較大。必須掌握設(shè)計要領(lǐng)以及各方面的實 踐經(jīng)驗，才會使自己的設(shè)計更加合理，經(jīng)濟(jì)，先進(jìn)，實用。這使得我深深認(rèn)識到，自 己還需要很長一段時間的磨練。 而且，由于本人知識水平和實踐經(jīng)驗有限， 設(shè)計中的 缺點，錯誤難免，請各位老師以及各位同學(xué)批評指正。第一章企業(yè)基本情況 錯誤！未定義書簽。1.1企業(yè)簡介 錯誤！未定義書簽。1.2主要原材料、燃料及公用工程用量情況 錯誤！未定義書簽。1.3技術(shù)水平、研發(fā)能力介紹 錯誤！未定義書簽。1.4目前環(huán)保檢測達(dá)標(biāo)情況 錯誤！未定義書簽。第二