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单齿辊式破碎机 毕业设计论文


XX 大学
毕业设计 ( 论文 )

单齿辊式破碎机设计

所在学院 专 班 姓 学 业 级 名 号

指导老师











破碎是一种使大块物料变成小块物料的过程。这个过程是用外力(人力、机械力, 电力、化学能、原子能或其它方法等)施加于被破碎的物料上,克服物料分子间的内聚 力,使大块物料分裂成若干小块。矿石是脆性材料,它在很小的变形下就发生毁坏。 齿辊式破碎机是在齿的作用下对物料进行劈碎,破碎后的物料直接排出,因此破碎 粒度比较均匀。本文主要是对单齿辊式破碎机进行机械结构设计和分析。

关键词:单齿辊式破碎机,破碎机设计,破碎,带传动

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Abstract
Broken is a type of large material into small pieces of material process. This process is to use external force ( human, mechanical, electric power, chemical energy, atomic energy or other methods) is applied to the broken material material, overcome intermolecular cohesive force, so that the bulk material is split into a number of small. The ore is a brittle material, it is in a very small deformation destruction occurs. Toothed roll crusher teeth in the role of material breaking, the crushed material is discharged directly, thus crushing granularity uniformity. This paper is mainly on the single toothed roll crusher machine structure design and analysis. Key words: single toothed roll crusher, crusher, crushing, belt drive

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摘 要 .........................................................................................................................................I Abstract...................................................................................................................................... II 目 录 ...................................................................................................................................... III 第 1 章 绪论 .............................................................................................................................. 1 1.1 研究的目的和意义 ...................................................................................................... 1 1.2 破碎机的分类及工作原理详解 ................................................................................. 1 第 2 章 辊式破碎机的工作原理和构造 .................................................................................. 4 2.1 概述 .............................................................................................................................. 4 2.2 辊式破碎机的工作原理与结构 ................................................................................. 4 2.2.1 单辊破碎机 ...................................................................................................... 4 2.2.2 其他辊式破碎机 .............................................................................................. 5 2.3 齿辊式破碎机的构造 ................................................................................................. 8 2.3.1 破碎装置 ........................................................................................................... 8 2.3.2 调整装置 ........................................................................................................... 8 2.3.3 弹簧保险装置 ................................................................................................... 8 2.3.4 传动装置 ........................................................................................................... 9 2.3.5 机架 ................................................................................................................. 10 第 3 章 破碎机主要零部件的设计 ........................................................................................ 10 3.1 齿辊式破碎机主要执行机构参数的计算 ................................................................ 10 3.1.1 啮角的确定 ..................................................................................................... 10 3.1.2 给矿粒度和转子直径 ..................................................................................... 11 3.1.3 辊子转数 ........................................................................................................ 12 3.2 辊皮的设计 ............................................................................................................... 13 3.2.1 辊式破碎机辊皮的失效形式分析 ................................................................. 13 3.2.2 辊皮的设计原则 ............................................................................................. 14 3.2.3 辊皮结构设计 ................................................................................................ 15 第 4 章 破碎机的传动方案设计选择 .................................................................................... 16

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4.1 生产能力 ................................................................................................................... 16 4.2 电动机功率 ............................................................................................................... 17 4.3 传动比的确定 ........................................................................................................... 17 4.4 V 带的设计 ................................................................................................................ 18 4.5 传动轴的设计与计算 ............................................................................................... 21 4.5.1 辊的受力分析 ........................................................................................................ 22 4.5.2 轴的设计 ................................................................................................................ 23 4.5.3 轴的结构设计 ......................................................................................................... 24 4.5.4 轴上零件的周向定位 ............................................................................................. 26 4.5.5 轴的校核 ................................................................................................................ 26 4.5.6 轴的结构图 ............................................................................................................. 29 结束语 ...................................................................................................................................... 30 参考文献 .................................................................................................................................. 31 致谢 .......................................................................................................................................... 32

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单齿辊式破碎机

第 1 章 绪论
1.1 研究的目的和意义 随着我国国民经济的快速发展,矿产资源的综合利用技术与其产业迅猛前进,到 1999 年我国已建成 10 879 座国有大中型矿山和 227 854 个乡镇集体企业,全国矿石采 掘总量超过 50 亿吨,矿业总产值为 4 000 亿元。 物料的破碎是许多行业(如冶金、矿山、建材、化工、陶瓷筑路等)产品生产中不可 缺少的工艺过程。 由于物料的物理性质和结构差异很大,为适应各种物料的要求,破碎机 的品种也是五花八门的。 就金属矿选矿而言,破碎是选矿厂的首道工序,为了分离有用矿 物,不但分为粗碎、中碎、细碎,而且还要磨矿。因为破碎是选矿厂的耗能大户(约占全 厂耗电的 50%),为了节能和提高生产效率,所以提出了“多碎少磨”的技术原则。这使破 碎机向细碎、粉碎和高效节能方向发展。 另外随着工业自动化的发展 ,破碎机也向自动化方向迈进 (如国外产品已实现机电 液一体化、连续检测,并自动调节给料速率、排矿口尺寸及破碎力等)。随着开采规模的 扩大,破碎机也在向大型化发展,如粗碎旋回破碎机的处理能力已达 6000th。 至于新原理 和新方式的破碎(如电、热破碎)尚在研究试验中,暂时还不能用于生产。对粗碎而言,目 前还没有研制出更新的设备以取代传统的颚式破碎机和旋回式破碎机 ,主要是利用现代 技术,予以改进、完善和提高耐磨性,达到节能、高效、长寿的目的。细碎方面新机型更 多些。总的来看,值得提出的有:颚式破碎机、圆锥破碎机、冲击式破碎机和辊压机。而 应用最广泛的就是鄂式破碎机。 1.2 破碎机的分类及工作原理详解 专业的矿山机械行业用的碎石机可分为: 鄂式破碎机, 锤式破碎机, 复合式破碎机, 辊式破碎机,冲击式破碎机,石头破碎机,反击式破碎机等。 1、鄂式破碎机:颚式破碎机具有破碎比大、产品粒度均匀、结构简单、工作可靠、维 修简便、运营费用经济等特点。 2、锤式破碎机: (环锤式破碎机)简称:锤破,主要适用于破碎各种脆性材料的矿物。 被破碎物料为煤、盐、白亚、石膏、明矾、砖、瓦、石灰石等。 3、反击式破碎机:简称反击破,适用于破碎中硬物料,如水泥厂的石灰石破碎,具有

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生产能力大,出料粒度小的优点。 4、复合式破碎机:简称(复合破)适用于建材、矿业、冶金、化工工业破碎石灰石、 熟料、煤及其它矿石。特点:生产能力大;破碎比高,能耗低;密封性好,运转平稳; 维护方便。 5、辊式破碎机:对辊破碎机(辊式破碎机,对辊式破碎机)供选矿、化学、水泥、建筑 材料等工业部门中碎和细碎各种中等硬度以下的矿石和岩石之用。 6、冲击式破碎机:又称制砂机,广泛适用于各种岩石、磨料、耐火材料、水泥熟料、 石英石、铁矿石、混凝土骨料等多种硬、脆物料的中碎、细碎(制砂粒) 。HX 系列冲击 式破碎机(制砂机)对建筑用砂、筑路用砂石优为适宜。 7、破碎块料所用的方法? 破碎块料所用的方法(见图)有: ①压碎。将块料置于两个平面之间,施加压力,块料因应力超过其抗压强度而破碎。 此法适用于破碎坚硬的物料。 ②劈裂。块料受带有尖棱的工作面的挤压,因挤压力作用面上的拉应力超过大块物 料抗拉强度而被劈裂。脆性物料的抗拉强度比抗压强度小得多,故宜采用劈裂。 ③折断。 使块料受到弯曲, 因弯曲应力超过物料的抗弯强度而破碎。 在多数情况下, 块料的破碎是上述各种方法综合作用的结果,仅有主次之分。在生产中可根据物料的性 质(主要是硬度及韧度)来选择破碎的方法。

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9、破碎过程的能耗分析 破碎过程消耗大量的机械能。 大部分能量消耗在物料的变形和裂缝的形成,仅一小部分用于形成固体自由表面。 1867 年,雷廷格尔 (P.R.vonRittinger)提出“面积说”,认为:“破碎过程的功耗与破碎过 程中物料新生成的表面积成正比。”1874 年基尔皮乔夫 (В.Л.кирпичёв)、1885 年基克 (F.Kick)提出“体积说”,认为“破碎时的功耗与被破碎物料的体积或重量成正比”,适用 于粗碎作业。1950 年邦德(F.C.Bond)和王仁东提出了“裂缝说”,认为:“破碎过程功耗与 物料在破碎过程中所形成的裂缝长度成正比”,成为现在广泛应用的破碎“第三理论”, 适用于中、细碎作业。 矿石和物料的破碎难易度,取决于其物理-机械性质和本身的裂隙。通常以可碎性表 示。方法有二: ① 可碎性系数法 同一破碎机在同样条件下破碎不同矿石时处理能力之比。可碎性 系数为破碎机在同样条件下破碎待定矿石的处理能力和破碎机破碎中硬矿石的处理能 力的比值,通常以石灰石作为标准中硬矿石,其可碎性系数为 1。 ② 功指数法 用双摆锤式冲击试验机测定矿石或物料的冲击破碎功指数,并用功指 数大小表示其可碎性。 破碎机的效率通常用比功耗表示,即破碎一吨矿石功耗的大小(kW·h)。把粒度上 限为 900~1200mm 颗粒群破碎到粒度上限为 25mm 颗粒群的比功耗约为 1.5~3kW·h。 通 常选矿厂破碎作业 (包括筛分和运输)的能量消耗约占选矿厂总能量消耗的 10%左右。

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输入破碎机的能量消耗于发生声、热、破碎机零件和部件的磨损、机械传动系统的 摩擦损失、 电气损失和使矿石产生微裂缝及形成新表面等方面。 除最后两项为有用功外, 其他都属于能量的无益损耗。60 年代中期以来正研究新的破碎方法,如热电、激光、高 速气流、减压等。

第 2 章 辊式破碎机的工作原理和构造
2.1 概述 辊式破碎机是一种较古老的粉碎机械。辊式破碎机的主要优点是:结构简单,机体 紧凑轻便,价格低廉,工作可靠,调整破碎比较方便,破碎时过粉碎现象少,能粉碎粘 湿物料。正由于辊式破碎机具有上述优点,目前仍有一些工业部门使用,且有新的改进 和发展。辊式破碎机的缺点是:生产能力低,要求将物料均匀连续地喂到辊子全长上, 否则辊子磨损不均, 且所得产品粒度也不易均匀, 需要经常修理。 对于光面辊式破碎机, 喂入料块的尺寸要比辊子的直径小得多,故不能破碎大块物料,也不宜破碎坚硬物料, 通常作中硬或松软物料的中、细碎。齿面辊式破碎机虽然可以钳进较大的料块,但也限 于中碎时使用,而且料块的抗压强度不能超过 60.8MPa,否则齿棱很易折断。 按辊子的数目,辊式破碎机可以分为单辊、双辊、三辊和四辊四种型式;按辊面形 状, 可以分为光面、 槽面和齿面辊式破碎机等三种。 辊式破碎机的规格用辊子的直径( 辊 子长度 L 来表示。 2.2 辊式破碎机的工作原理与结构 2.2.1 单辊破碎机 单辊破碎机的结构见图。破碎机构是由一个转动辊子和一块颚板组成。带齿的衬套! 用螺栓安装在辊芯上, 齿尖向前伸出如鹰嘴状, 衬套磨损后可以拆换, 辊子面对着颚板, 颚板挂在心轴上,颚板上面镶有耐磨的衬板。颚板通过两根拉杆( 借助于顶在机架上的 弹簧) 的压力拉向辊子,使颚板与辊子保持一定距离。辊子轴支承在装于机架两侧壁的 轴承上,工作时只有辊子旋转,料块从加料斗喂入,在颚板与辊子之间受挤压作用,并 受到齿尖的冲击和劈裂作用而粉碎。如遇有难碎物掉入,所产生的作用力就会使弹簧压 缩, 颚板离开辊子而增大出料口, 使难碎物排出而避免机件的损坏。 辊子轴上装有飞轮, 以平衡破碎机的动能。
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图 2-1 单辊破碎机

单辊破碎机实际上是将颚式破碎机和辊式破碎机的部分结构组合在一起,因而具有 这两种破碎机的特点,该机种又称为颚辊破碎机。单辊破碎机具有较大的进料口,另外 辊子表面装有不同的破碎齿条,当大块物料喂入时,较高的齿条将大块物料钳住,并以 劈裂和冲击方法将其破碎, 然后落到下方, 再由较小的齿将其进一步破碎到要求的尺寸。 在一台破碎机中,有预碎区和二次破碎区,所以可用于粗碎物料,而且破碎比较大,可 达!$。破碎时,料块受到辊子上的齿棱拨动而卸出机外,因此是强制卸料,粉碎粘湿的 物料也不致发生堵塞。单辊破碎机宜用于粉碎中硬或松软的物料,如石灰石、硬质粘土 及煤块等。当物料比较粘湿(如含土石灰石等)时,它的粉碎效果比使用颚式破碎机和 圆锥破碎机都好,特别是对于破碎片状粘土物料,与颚式或圆锥破碎机相比,在性能与 机体紧凑方面均有优越之处。单辊破碎机的规格是用辊子直径和长度来表示。 2.2.2 其他辊式破碎机 1、 双辊破碎机 双辊破碎机是常用的辊式破碎机,其结构详见图,它的破碎机构是一对互相平行 水平安装在机架上的圆柱形辊子。 前辊) 和后辊工作相向旋转, 物料加入到喂料箱)! 内, 落在转辊的上面,物料在辊子表面摩擦力的作用下,被扯进转辊之间,受到辊子的挤压 而粉碎。粉碎后的物料被转辊推出,向下卸落。因此,破碎机是连续操作的,且有强制 卸料的作用, 粉碎粘湿的物料也不致堵塞。 辊子安装在焊接的机架+ 上, 由安装在轴)) 上 的辊芯, 以及套在辊芯上的辊套- 组成,两者通过锥形环!,用螺栓. 拉紧,以使辊套紧 套在辊芯上。当辊套的工作表面磨损时,可以拆换。前辊的轴安装在滚柱轴承中,轴承 座) 固定安装在机架上,后辊的轴承)/则安装在机架的导轨中,可以在导轨上前后移动,

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后辊的轴承用强力弹簧!" 压紧在顶座上,当转辊之间落入难碎物时,弹簧被压缩,后 辊后移一定距离,让硬物落下,然后在弹簧张力作用下又回到原来位置。弹簧的压力可 用螺母调整,在轴承与顶座之间放有可以更换的钢垫片!&,通过更换不同厚度的垫片, 即可调节两转辊的间距。

图 2-2 双辊破碎机

前辊通过减速齿轮 和!( 传动轴) 以及带轮用电动畸带动,后辊则通过装在辊子 轴上的一对齿轮由前辊带动作相向转动。为了使后辊后移时两齿轮仍能啮合,齿轮采用 非标准长齿。辊子的工作表面根据使用要求,可以选用光面的(如后辊!) 、槽面的(如 前辊")或是齿面的。光面辊子主要以挤压方式粉碎物料,它适于破碎中硬或坚硬物料, 为了加强对物料的粉碎,两辊子的转速也可以不一致。此时对物料还兼施磨剥作用,宜

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用于粘土及塑性物料的细碎,产品粒度小且均匀。带有沟纹的槽型辊子,破碎物料时, 除施于挤压作用外,还兼施剪切作用,故适于强度不大的脆性或粘湿性物料的破碎,产 品粒度均匀,槽面辊子还可以帮助料块的扯入,当需要取得较大的破碎比时宜采用槽面 辊子。齿面辊子。该辊子由一块块带有齿的钢盘" 并成,钢盘用键% 装在轴! 上,螺栓 将各块钢盘串接起来拉紧成为一整体。齿面辊子破碎物料时,除了施压作用外,还兼施 劈裂作用,故适于破碎具有片状节理的软质和低硬度的脆性物料,如煤、干粘土、页岩 等,破碎产品的粒度也比较均匀,齿面和槽面辊子都不适于破碎坚硬物料。
2、三辊和四辊破碎机

为了提高破碎机的破碎比,减少占地面积,减少物料转运次数和简化操作,生产了 三辊和四辊破碎机。三辊破碎机实质上是一台单辊破碎机和一台双辊破碎机重叠起来 的,同样四辊破碎机由两台双辊破碎机重叠起来制成。四辊破碎机适用于破碎焦炭、石 灰石、泥灰岩、白垩、炉渣等物料。 该机由两台规格相同的双辊破碎机重叠组成。物料经给料口 送入机内,受到辊子’ 的压碎并向下方排料。一个辊子的轴承是固定的,另一个辊子的轴承由弹簧( 向垫片压 紧,弹簧是破碎机的保险装置。电动机!) 通过减速器和联轴器+ 带动辊子转动,其中一 台电动机带动右上方的辊子,另一台电动机带动左下方的辊子,而每一个辊子主轴的另 一端装有带轮。右上辊子的带轮带动右下辊子的带轮,使右下辊子转动;左下辊子的带 轮,带动左上辊子的带轮,使左上辊予转动。由于活动轴承运动方向垂直于带传动的方 向,活动轴承移动时传动带的张力变化不大。物料经过上、下两套辊子破碎后,自下方 排出机外。

1—给料口;2—机架;3—带轮;4—轴承;5—切削装置;6—弹簧;7—辊子;

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8—联轴器;9—减速器;10—电动机;11—干油润滑装置;12—链轮 这台机器本身带有两套车削辊皮的切削装置。 当光面辊皮磨损或出现沟槽、 凹坑后, 不必拆卸辊子,可以直接利用切削装置对辊子进行整修,整修时,将切削装置安装在走 刀架上,再将链子挂到链轮上。这种修理方法可以减少停车时间,提高设备作业率,保 证辊面光整,破碎产品粒度均匀。 2.3 齿辊式破碎机的构造 根据总体设计的规划与要求,主要部件构成有:破碎辊、调整装置、弹簧保险装置、 传动装置和机架等组成。 2.3.1 破碎装置 在水平轴上平行装置两对相向回转的辊子,它是破碎机的主要工作机构。水平轴上 平行的一对辊子中,其中一个辊子的轴承是可动的,另一个辊子是固定的,破碎辊是由 轴、 轮毂和辊皮构成。 辊子轴采用键与锥形表面的轮毂配合在一起, 辊皮固定在轮毂上, 借助三块锥形弧铁,利用螺栓帽将它们固定在一起的。由于辊皮与矿石直接接触,所以 它需要时常更换,而且一般是应用耐磨性好的高锰钢或特殊碳素钢(铬钢、铬锰钢等) 制作。 2.3.2 调整装置 调整装置是用来调整两破碎辊之间的间隙大小(即排料口)的,它是通过增减两个 辊子轴承之间的垫片数量, 或者利用蜗轮调整机构进行调整的, 以此控制破碎产品粒度。 本次设计采用增减两个辊子轴承之间的垫片数量来进行调整。

图 4 调整装置示意图 2.3.3 弹簧保险装置 它是辊式破碎机很重要的一个部件,弹簧松紧程度,对破碎机正常工作和过再保护 都有积极其重要的作用。机器正常工作是,弹簧的压力能平衡两个辊子之间所产生的作 用力,以保持排矿口的间隙,使产品粒度均匀。当破碎机进入非磨碎物体时,弹簧被压 缩,迫使可动破碎辊横向移动,排矿口宽度增大,保证机器不致损坏。非破碎物体排除 后,弹簧恢复原状,机器照常工作。

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可动 1 6

1、2 - 辊子; 3 可动轴承; 4 – 物料; 4 – 固定轴承; 5 – 7 5 6 – 弹簧; 7 – 机架 图5 须经常检查,定期更换。 弹簧保险装置的工作示意图 在破碎机工作过程中,保险弹簧总处于振动状态,所以弹簧容易产生疲劳破坏,必

图 6 弹簧保险装置结构示意图 2.3.4 传动装置

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1、2-齿轮

3、4-非标准长齿轮 图 7

5、7、8-轴

6、9-破碎辊

齿辊式破碎机传动原理图

电动机通过皮带轮带动一对减速齿轮 1、 2。 又通过轴 7 带动辊子 6 和非标准长齿轮 3,3 又带动齿轮 4,齿轮 4 带动辊子 9,这样就够成了辊子 7 和 9 的相向转动。如图 7。 2.3.5 机架 机架用来固定安装轴承座和导轨。在结构上采用上下箱体机架构造。一般采用铸铁 铸造,也可以采用螺栓连接而成。其要求是机架结构必须坚固。本次设计采用采用铸铁 铸造造机架。

第 3 章 破碎机主要零部件的设计
在水平轴上平行装置两对相向回转的辊子,它是破碎机的主要工作机构。水平轴上 平行的一对辊子中,其中一个辊子的轴承是可动的,另一个辊子是固定的,破碎辊是由 轴、 轮毂和辊皮构成。 辊子轴采用键与锥形表面的轮毂配合在一起, 辊皮固定在轮毂上, 借助三块锥形弧铁,利用螺栓帽将它们固定在一起的。 3.1 齿辊式破碎机主要执行机构参数的计算 影响辊式破碎机生产能力和电机功率的主要参数有:啮角、给矿粒度、辊子转速。 3.1.1 啮角的确定 矿石中心 O (为使推倒简化,假设破碎物料为圆形)与辊子中心 O1 (或 O 2 )的连 线与水平线所成的角度,称为啮合角 ? 。 两个棍子产生的正压力 F(F=fP)都作用于物料块上,如图 7 所示。如将力 P 和 F 分别分解为水平分力和垂直分力,由图可以看出,只有在下列条件下,物料块才能被两 个棍子卷入破碎腔:
2 P sin

?
2

? 2 fP cos

?
2

所以摩擦系数是摩擦角的正切,所以

KL ? 1.12

(3.1) [ 6 ]

由次可见,最大啮合角应小于或等于摩擦角的两倍。 当辊式破碎机破碎有用矿物时,一般取摩擦系数 f=0.30~0.35;或摩擦角

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图8

辊子的受力分析

? ? 16°50′~19°20′,则破碎机最大啮合角 ? ? 33°40′~38°40′。结合本
设计的实际情况,这里我们取摩擦角为 ? ? 18。 ,则破碎机最大啮角 ? ? 36。 3.1.2 给矿粒度和转子直径 当排矿口宽度 e 一定时,啮角的大小决定与辊子直径 D 和给矿粒度 d 的比值。下面 研究一下当物料块可能被带入破碎腔时,辊子直径和给矿粒度间的关系。

d B D α /2

o

A e

oD

图 9 由[6]图 8
?
D?e D?e cos ? 2 ? D ? d 2 D?d 2

给矿粒度和辊子直径示意图

的 Rt△OAB 中可以看出

和 D 相比 e 很小,可略而不计,则

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D(1 ? cos ) 2 (3.2) [ 6 ] d? ? cos 2 ? 当取 f=0.325 时, ? ? =18°, cos 18°=0.951 2
故 或
d? 1 D 20

?

D ? 20d

(3.3) [ 6 ]

2PG—T0604 型破碎机的 D=610mm,故 d ? 30.5 mm。 由此可见光面辊式破碎机的辊子直径应但等于最大给矿粒度的 20 倍左右,也就是 说,这种双辊式破碎机只能作为矿石的中碎和细碎。 对于潮湿粘性物料,f=0.45,则:
D ? 10d

2PG—T0604 型破碎机的 D=610mm,故 d ? 61 mm。 3.1.3 辊子转数 破碎机合适的转数与辊子的表面特征、物料的坚硬性和给矿粒度等因素有关。一般 地说,给矿粒度愈大,矿石愈硬,则棍子的转数应当愈低。槽形(齿形)辊式破碎机的 转数应低于光辊式破碎机。 但是破碎机的生产能力是与辊子的转数成正比地增加。为此,近年来趋向选用较高 转数的破碎机。然而,转数的增加是有限度的。转数太快,摩擦力随之减小,若转数超 过某一极限值时,摩擦力不足以使矿石进入破碎腔,而形成“迟滞”现象,不仅动力消 耗剧增,而且生产能力显著降低,同时,辊皮磨损严重。所以破碎机的转数应有一个合 适的数值。辊子最合适的转数,一般手是根据实验来确定的。通常,光面辊子的圆周速 度 v=2 ~7.7 米/秒,不应大于 11.5 米/秒。 破碎中硬矿石时,光面辊式破碎机的辊子圆周速度可由下式计算:
v?
4

1.27 D ? D?d ? ? ? ?1 ? D?e ?
2

m

s

(3.4) [ 6 ]

式中 单位米;

D───辊子直径, d───给矿粒度,单位米; e───排矿口宽度,单位米。
60 v 2? R

则计算辊子转速公式为 n ?

转/分

(3.5) [ 6 ]

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由于

v?

1.27 0.61 ? 0.61 ? 0.085 ? 4 ? ? ?1 0.61 ? 0.008 ? ?
2

=2.022 m/s

则n ?

60 60 v? * 2.022 ? 75r / min 2? R 2 * 3.14 * 0.305

综合 3.1.2 和 3.1.3 的计算设计出辊子的参数,如表(3.1) 表2 辊子直径 辊子长度 辊子转速 给矿粒度 排矿口宽度 3.2 辊皮的设计 辊式破碎机破碎辊的关键是辊皮,只要有了机械性能好,耐磨性能优良的辊皮,对 辊机的其他技术指标是很容易达到的。因此辊式破碎机辊皮材质的选择十分重要。在选 材之前先对破碎辊的失效进行分析。 3.2.1 辊式破碎机辊皮的失效形式分析 对辊机辊皮的失效主要是两方面:一是机械损坏,如开裂。这类机械损坏一般只发 生在铸铁或球铁辊皮。辊皮如果开裂,对辊机就无法运转甚至还可能发生人身事故。二 是磨损,磨损会使对辊机辊皮的表面产生沟槽,使两辊皮之间的间隙增大,因而原料的 细碎度也就不能保证。磨损过快是很多对辊机辊皮都存在的严重缺陷。 3.2.1.1 辊皮的机械损坏形式 辊皮发生机械损坏比较少,一般都是发生在高速强力细碎对辊机上,因为这种对辊 机在两辊皮之间是强力挤压作用, 挤压力可达 30t~40t, 是普通对辊机十几倍的挤压力。 在这样高的挤压力的作用下,辊皮就必须具有很高的机械强度。但是,由于在辊皮的制 造过程中,无论其化学成分和机械性能都很难得到有效控制,甚至还可能存在一些铸造 缺陷和较大的内应力。球墨铸铁包括低合金球铁和中锰球铁的机械性能比灰铸铁高得 多,应该能够承受较大的负荷。但是,由于这些球铁类辊皮的硬度只有 HB240 左右,为 了提高耐磨性,必须将这些铸件进行淬火处理,把硬度提高到 HR50 以上。淬火虽然使 耐磨性提高了,但淬火以后也可能产生很大的残余内应力,或者可能产生裂纹。工作时 在挤压力的作用下,辊皮有时会突然发生开裂,这就是说球铁类辊皮也存在着机械损坏 的潜在危险。 610mm
400mm 75r / min

0mm~61mm
8mm

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3.2.1.2 辊皮的磨损形式 辊皮的磨损就是由辊皮的表面受到原料的摩擦作用而使其表面逐渐损耗的过程。在 辊皮表面高应力的作用下, 会形成局部的机械磨损。 这种磨损在整个表面上是不均匀的, 一般是形成从辊皮的两边到中部逐渐加深的沟槽。这种沟槽主要是从两辊皮表面流过的 原料中有硬的磨粒造成的磨损 ,主要属于粒磨损。按照磨粒磨损的公式[13]
K1 ? K FN H

(3.10)

K1 ──磨损度; FN ──法向载荷;
H ──材料硬度; K──磨损度系数。 公式中的磨损度是一个变化范围很大的数值,它和物料的性质等因素有关。由公式 可见 ,磨损度 K1 和材料的硬度 H 成反比,即材料的硬度越高,磨损度就越小。一般当 对辊机辊皮的硬度 HRC ≥50,其耐磨性就比较好:而当对辊机辊皮的硬度 HRC <50 时 , 其耐磨性就明显下降。所以,国家行业标准中规定对辊机辊皮的表面硬度必须达到 HRC ≥50,且硬度层深度在 20mm 以上。 3.2.2 辊皮的设计原则 常见的辊皮有:灰铸铁辊皮、外圈包钢板的灰铸铁辊皮、外圈包钢板并在钢板表面 堆焊耐磨焊条的辊皮、耐磨铸铁辊皮、高铬复合金制作辊皮等,为了方便辊皮的设计, 本次设计选用铸造+耐磨堆焊复合辊皮。 由于对辊破碎机挤压辊在挤压物料过程中辊面的挤压力比辊压机要小很多,所以制 造的挤压辊辊体是中空的, 根据工作压力的大小挤压辊辊皮的厚度一般在 50~100mm 之 间。早期的对辊破碎机挤压辊的辊皮采用的是高 Cr 铸铁材料、高锰钢或超高锰钢整体 铸造成的,用高 Cr 铸铁材料铸造的辊皮在运行过程中辊面容易出现掉块和辊皮断裂, 用高锰钢和超高锰钢铸造的辊体辊面的耐磨性比较差,另外用这三种材料铸造的辊皮基 本上都是一次性用的,当辊皮磨损以后,堆焊修复就非常困难,因为这三种材料的可焊 性比较差,韧性也差,堆焊修复过程中很容易就把辊皮拉裂,所以当辊皮磨损到一定程 度后,厂家都是直接更换新辊,旧辊就报废不用维修,这就带来较大的滥费,给国家和 企业都造成较大的经济损失 结合在辊压机辊面耐磨材料的研制以及辊压机辊面再生性修复方面丰富经验,根据 对辊破碎机挤压辊的实际运行情况,对挤压辊辊皮的制造工艺加以改进,提出挤压辊辊 皮的制造工艺采用铸造+耐磨堆焊相结合的复合工艺,使挤压辊辊皮由以前的单一种材 料变成复合材料,并且研制出专用于对辊破碎机挤压辊表面堆焊的耐磨材料 ZM 焊丝和

14

单齿辊式破碎机

MD601 焊丝。ZM 焊丝堆焊过渡层,作用是保证堆焊层与辊体结合良好,防止整个堆焊层 剥落,同时要求抗裂性好,能够有效阻止辊面的焊接裂纹和疲劳裂纹向辊体的延伸、发 展,保护辊体不受破坏;MD601 焊丝是采用多元合金强化的高耐磨性材料,堆焊层金属 含有大量的合金炭化物, 保证了堆焊金属具有优异的抗磨粒磨损性能和一定的抗冲击性 能及抗剥落性能,堆焊层具有细密的网状裂纹,是释放焊接应力所必须的“应力释放裂 纹”,有利于防止堆焊层的大面积掉块和剥落。挤压辊辊皮具体的复合制造工艺为:首 先辊皮用普通的碳钢如 35#钢等来铸造,辊皮铸造好后先用专用的耐磨焊丝 ZM 焊丝焊 一层过渡层,过渡层焊完后,再用 MD601 焊丝在辊面堆焊一层耐磨层。采用复合工艺制 造的对辊破碎机挤压辊的优点是:a、辊皮基体是用碳钢铸造的,辊皮韧性好,可焊性 好,辊皮不容易断裂;b、用专用的耐磨焊丝堆焊的耐磨层,使辊面的耐磨性大大提高, 辊面至少可以用一年而不用补焊,挤压辊的使用寿命有了很大的提高;c、当辊面的耐 磨层磨损以后,因为辊皮基体是碳钢,可以用耐磨焊丝重新堆焊修复,而不用担心辊皮 会被拉裂,并且辊皮可以反复堆焊修复多次,这就避免让辊体报废,为企业带来较大的 经济效益;d、采用复合工艺制造新辊辊体成本比采用整体铸造工艺制造新辊辊体成本 低 20%左右。 3.2.3 辊皮结构设计 辊皮的结构主要由四大部分组成。辊皮、轮毂 1、轮毂 2、螺栓这四个部分组成。 安装时通过螺栓使轮毂 1 和轮毂 2 压紧。由于两个轮毂和辊皮都有一个锥度,因此辊皮 能很好的安装好。不仅结构简单而且轮毂较轻。破碎机的好坏关键在辊皮,没有合格的 耐磨辊皮,就不会有合格的对辊机。采用安全可靠经济实用的耐磨辊皮,以及合理的结 构,将使辊式破碎机的性能大大的提高。辊皮的具体结构见图 10。

1–轮毂

2-辊皮

3–轮毂

4-键 5-螺母 6-轴

图 10 辊子装配结构示意图
15

单齿辊式破碎机

2──辊皮:35 钢铸造+耐磨焊丝堆焊。最薄处的厚度为 45mm。与轮毂配合处的斜度为 12°。 1,3──轮毂:材料为 45 钢,钢轮毂的主要优点是:制造工艺简单,成本相对较 低,抗金属疲劳能力强。 4──键 5──螺栓:每给辊子上 8 个 30M 螺栓。材料 35CrMo。

第 4 章 破碎机的传动方案设计选择
4.1 生产能力 由齿辊式破碎机的原理进行计算,理论生产能力与工作时两辊子的间距 e、辊子圆 周速度 v 以及辊子规格等因素有关。 当速度以 v 米/秒时, 则理论上物料落下的体积为:

QV ? eLv

m3

S

(立方米/小时)

(3.6) [ 6 ]

而物料落下的速度与磙子的圆周速度的关系为: v ? 转数,应此

? Dn
60

,其中 为辊子每分钟的

QV ?
或 式中

eL? Dn 3 ? 3600? ? 188.4eLDn? m h 60
(吨/小时)

(立方米/小时) (3.7) [ 6 ]

QV ? 188.4eLDn?? T/h

e───工作时排矿口宽度, 单位米; L───辊子长度, 单位米; D───辊子直径, 单位米; n───辊子转数,转/分;

μ ───物料的松散系数,中硬矿石,μ =0.20~0.30;潮湿矿石和粘性矿石,μ =0.40~0.60; δ ───物料的容重,吨/立方米。 当辊式破碎机破碎坚硬能够矿石时,由于压碎力的影响,两辊子间隙(排矿口 宽度)有时略有增大,实际上可将公式(3.7)增大 25%,作为破碎坚硬矿石时的生产能 力的近似公式,即:
Q ? 235eLDn?? ,

吨/小时

(3.8) [ 6 ]

式中,符号的意义和单位同上。 本次设计的齿辊式破碎机主要用来破碎中硬矿,因此以上参数可选择为 e=0.008 m , L=0.4 m ,D=0.61 m ,n= 75r / min ,μ =0.26 , δ =2.8 t/m3

16

单齿辊式破碎机

因此由公式 3.8 有 Q ? 235eLDn?? = 235 ? 0.008 ? 0.4 ? 0.61 ? 75 ? 0.26 ? 2.8 ? 25 t/h 4.2 电动机功率 辊式破碎机的功率消耗,通常多用经验公式 或时间数据进行计算。 光面辊式破碎机(处理中硬以上的物料)的需用功率,可用下述经验公式计算:
N? (100 ~ 110)Q ,千瓦 0.735en

(3.9)

[6]

式中

Q───生产能力,吨/小时; e───排矿口宽度,厘米; n───辊子转数,转/分。

此处的 0.735 是将公制马力换为千瓦的折换系数。 则N ?
110 ? 25 ? 16.62 0.735 ? 3 ? 75

千瓦

则查[1]选电机型号为 YB225M-8,功率为 22KW。 4.3 传动比的确定 在前面计算中选择方案一为传动方案,先通过减速器进行一级减速,然后经联轴器 和带轮分别将动力传给滚筒(路线一)和螺旋输料器(路线二)以达到工作机的要求。 由前面可知电动机转速为940r/min,滚筒转速为37r/min. 则总传动比 i a =n a /n=940/37=25.4 i a —滚筒精选机的总传动比 n a —电动机转速 n—滚筒转速

根据设计课题的要求和工作环境等因素,首先拟定了(a) 、(b)两种传 动方案。

17

单齿辊式破碎机

图 17 传动方案(a)
方案 a 采用了带有电机的摆线针轮减速器,大大简化了结构,由于减少了功率的传 动环节,功率传递损失较小,工作效率较高,直接用 v 带连接,有很好的过载保护作用, 结构简单,易于安装处理。带传动便于将电动机和转盘的基础分离,减轻振动的干扰, 传动平稳,结构简单,成本低,安装维护方便,带损坏后容易更换。过载时,带在带轮 上打滑,可防止其他零件的损坏,起到安全保护的作用。带传动对环境的要求比较低。

图 18 传动方案(b) 方案 b 是电动机通过减速器和带传动将动力传至辊筒。传动装置的外形大,传动不 适合在低速和大传动比下使用,有弹性滑动或打滑现象,难以保持准动比。它的缺点是 价格较其它减速器稍高、制造精度要求较高 结合以上两种传动方案的特点和本课程设计实际工作情况和设计要求,主要从经济 成本和机构结构上考虑,确定方案 a 为本设计的最佳传动方案。 传动机构主要由齿轮,皮带轮构成,起着传递电机功率的作用,本节将对这两个部分进 行详细的设计。 4.4 V 带的设计 本设计采用 V 带传动是由于带传动是挠性件,具有结构简单,传动平稳,能缓冲和 吸震等特点。在总体设计里面电机选用的是 YB225M-8,功率为 22KW,小带轮为

n1 ? 730r / min ,辊子转速为 75r / min 。
1 计算功率 P ○
c

根据设计要求查计算公式为有 P c ? 1.4P ? 1.6 ? 22 ? 30.8 式(4.1)中 K A 可查[1]表 10 得 K A ? 1.6 2 选定截面 ○
18

(4.1) [1]

单齿辊式破碎机

根据 P c ? 30.8KW 及 n1 ? 730r / min 查[1]图 10 确定选用 C 型带。 3 确定带轮基准直径 ○ 小带轮基准直径参考[1]图 10 和表 10 取 dd1 ? 250 。 大带轮基准直径计算公式为

dd 2 ? id1 (1 ? ? ) ? 4 ? 250(1 ? 0.01) ? 990
查[1]表 10 取标准值 1000。 4 带速 ○ 查[1]有
V?

(4.2) [1]

? d d 1 ? n1
60 ?1000

? Vmax

(Vmax ? 20 ? 30m / s)
? 9.55m / s ? Vmax

(4.3) [1]

则V ?

? 1 ? 250 ? 730
60000

符合要求

5 初定中心矩 ○

0.7(dd1 ? dd 2 ) ? a0 ? 2(dd1 ? dd 2 )
则有

(4.4)

[1]

868 ? a0 ? 2480

本设计取 a0 ? 2000 6 确定带基准长度 ○

(d d 1 ? d d 2 ) 2 Ld 0 ? 2d0 ? (dd 1 ? dd 2 ) ? 2 4a0
? 2 ? 2000 ?

?

(4.5)

[1]

?
2

(250 ? 990) ?

(990 ? 250)2 4 ? 2000

=6015.25 按[1]表 10-2 选取 amin ? a ? 0.015Ld ? 2142.375 ? 0.015? 6300 7 实际中心距 ○
a ? a0 ? Ld ? Ld 0 6300 ? 6015.25 ? 2000 ? 2 2

(4.6)

[1]

=2142.375 mm 安装时所需要的最小中心距

amin ? a ? 0.015Ld ? 2142.375 ? 0.015? 6300
=2047.875 mm 张紧或补偿伸长所需要的最大中心距
19

单齿辊式破碎机

amax ? a ? 0.03Ld ? 2.42.375 ? 0.03? 6300
=2123.475 8 小带轮包角 ○
a1 ? 180。? dd 2 ? dd1 ? 57.3。 a

mm

(4.7) 符合要求

[1]

= 180。?

990 ? 250 ? 57.3。? 159.87 ? 120。 2142.375
0 0

9 求单根 V 带的基本额定功率 P 及其增量 ?P ○

按[1]图 10.3 ,当 dd1 ? 250mm, n1 ? 730r / min 时 P 0 =5.8KW 当 i ? 4 时, ?P0 =0.65 KW 10 V 带的根数 ○

Z?
?

Pc ( P0 ? ?P0 ) K A K L
30.8c (5.8 ? 0.65) ? 0.95 ?1.12

(4.8)

[1]

= 4.48 取 Z=5 查[1]图 10-5 得 K A ? 0.95 11 单根 V 带的初拉力 ○
F0 ? 500( P 2.5 ? 1) C ? mv 2 K? Zv
2.5 30.8 ? 1) ? 0.3 ? 9.552 0.95 7 ? 9.55

查[1]表 10-6 有 KL ? 1.12

(4.9)

[1]

? 500 ? (

=403.22 ? 404 N 按[1]表 10.1 查得 m=0.3 kg / m 12 作用于轴上的力 ○
FR ? 2 F0 ? Z ? sin ?1 159.87 ? 2 ? 404 ? 5 ? sin 2 2

(4.10)

[1]

= 3977.82

N

13 小带轮的结构及其设计 ○ 由 YB250M-8 电动机轴伸尺寸 D ? E ? 65mm ?140mm , 故小带轮轮毂孔直径 d0 ? 65mm ,轴毂长 L ? 140mm

20

单齿辊式破碎机

查表 10 有 da ? 259.6mm

图 19 按[1]表 10 有

小带轮的工作图

bd ? 19 , ha min ? 4.8 , hf min ? 14.3 , e ? 25.5 ? 0.5 , f min ? 16 , ? min ? 10 , ? ? 34。
查[1]表 10.9 得小带轮为实心轮。 4.5 传动轴的设计与计算 这部分主要对传动轴中的一根(图 11 中 7)进行设计。传动路线图见下图。

21

单齿辊式破碎机

1、2-齿轮

3、4-非标准长齿轮

5、7、8-轴

6、9-破碎辊

图 11 传动路线图 4.5.1 辊的受力分析 光辊是由辊皮,轮毂,螺母,螺栓等组成。 辊式破碎机能否保证辊的受力均匀、间隙正确、避免对辊的损伤,是保证辊子正常 工作的关键因素。对辊子进行挟入物料的力学分析,算出辊子的受力,是对辊子轴设计 的基础。本节将分析差速反向旋转光辊的工作区进行力学分析。 当物料进入辊轧区后,趋近中心轧点辊间隙越小,压强越大,压强的增大于物料压 缩程度成正比。如图所示,设物料在最下轧距处的最大为压强 p1 ,而在α 角处为 p,此 时
p1 C1 B ? p C1 D1

令光辊半径为 r,则有 C1B1 ? r ?1 ? cos ? ? ? 2r sin 2 (? ) ; D1B1 ? 2r sin 2 (? ) ; 2 2

C1D1 ? C1B1 ? D1B1 ? r (1 ? cos ? ) ? r (1 ? cos? ) ,

p1 2 ; ? p? sin 2 ? ? sin 2 ? 2 2

sin 2

?

?2 p1 ?2 当α 和θ 足够小时,可简化 ? 2 ,则 p? ? p1 (1 ? 2 ) ; ? p? ? ? ? 2
当θ 角增加到 d? 时,磨辊上所承受压力增加 dP ,则可积分得到总压力

P ? ? P?dA ,式中 dA 为 d? 间所占辊子面积在 Y 轴上的投影,令光辊长度为 L,则
0

?

dA ? rLd? cos ? ,代入前式可得

?2 P ? ? p1rL cos ? (1 ? 2 )d? 0 ? 积分简化,取 sin ? ? ? ,最后得到
?

P?

2 p1rL? 3

(3.11)

合力矩应与积分力矩相等,设合力矩臂为 x,则 M=xP= ? r sin ? p?dA ;
0

?

(3.12)



22

单齿辊式破碎机

x?

?

?

0

p1 r L ( 1?

2 p1 r ? L 3
?

?2 ) s? i n? d ?2

当θ 足够小时,取 sin ? ? ? ,则

x?

3 p1 r2 L ? ? (1 3

?2 ?) ? d 3 0 ?2 ? r? 2 8 p1rL?




M? 2 3 1 p1rL? ? r? ? p1r 2 L? 2 3 8 4

(3.13)

从此式可以看出,辊子总压力合力的位置大约位于最小轧点以上 3/8 轧区长度处。 破碎过程可以划分为“预损—碎裂—压实”[10]三个阶段,在实压阶段物料所受的 力应大于其抗压强度。石灰石、熟料、煤及其它矿石,其抗压强度不超过 100Mp。普通 辊式破碎机一般工作间隙在 10-40mm,[11]一端辊圈带弹性支承,遇强力作用时能产生 退让, 间隙可变大, 其破碎时作用力一般 5t 在左右, 辊式细碎机工作间隙一般在 5mm 以 下,采用刚性支承许用破碎力设计在 10t,遇强力超过 10t 时采用剪切保护,剪切销破 坏后更换复位,在不超过许用压力的情况下可以强制破碎

P ? 5t ? 50000N ? 5 ?104 N
M ?P D sin100 ? 5 ?104 ? 0.305 ? 0.174 ? 1.4 ?103 N N.m 2

此外还有辊子受到摩擦所产生的转矩,但辊子为空心的,产生的转矩比较小,把求 得的转矩乘以一系数 K=1.1。

M ? KM ? 1.1? 3.93 ?103 ? 4.323 ?103 N.m
4.5.2 轴的设计 根据前面的计算可知,主动轴(如图 3.4 中的 7 轴)其电动机功率 P=22kW,转速 n=75r/min, 轴的一端装有皮带轮,另一端有齿轮。 轴传递的转矩:
T1 ? 9.55 ?106 P n

(3.14)

式中: P 为电机功率,带动下辊的电机功率为 75kW,带动上辊的电机功率为 55kW; n 为转速,下辊的转速为 160 r/min,上辊的转速为 80 r/min。
T1 ? 9.55 ? 106 P 22 ? 9.55 ? 106 ? ? 2.8 ? 106 N.mm= 2.8 ? 103 N.m n 75

T ? T1 ??? 1 2?3

(3.15)
23

单齿辊式破碎机

式中: ?1 、 ?2 、 ?3 分别为皮带轮、齿轮、轴承的传动效率。 取 ?1 =0.92 、 ?2 =0.98、?3 =0.97 由[9]P14 选取齿轮.轴承率分别为 0.98 和 0.97 由[4]表 8 取带传动效率为 92%

T ? 2.8 ?106 ? 0.92 ? 0.97 ? 0.98 ? 2.44 ?106 N.m= 2.44 ? 103 N.mm
3.3.2.1 轴的材料和热处理方式的分析 选择轴的理由 选择轴的材料为 45 钢,经调质处理, 其机械性能由[3]表 15-1 查得: 抗拉强度极限 剪切疲劳极限 =650MPa;屈服强度极限 =360MPa;弯曲疲劳极限 =60MPa。 =300MPa;

=155MPa;许用弯曲应力

3.初算轴的最小轴径 按式 3.16 初步确定轴的最小直径。

dmin ? A0 3

P 1 n

(3.16)

由[3]表 15,选 A0 =120。

P 1 ? P ??1?2?3 ? 22 ? 0.92 ? 0.97 ? 0.98 ? 19.24 kW
则轴的最小直径为:

dmin ? A0 3

P 19.24 1 ? 120 ? 3 ? 76.2 mm n 75

轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径,需开键槽,故将最小轴径增 5%。 变为 80.01mm,查[2]表 4,取标准直径 110mm。 4 初选轴承 ○ 因轴承主要受有径向力的作用,以及机械振动可能产生少量轴向力。故选用圆柱滚 子轴承。 根据工作要求及输入端的直径(为 115mm),由查轴承选用[2]表 4.10-1 及表 4.10-2 选取型号为 NNJ3323 的滚动轴承,其尺寸(内径×外径×宽度)为 d×D×b=115×200×40。 支承下轴的轴承: 根据工作要求及输入端的直径(为 130mm), 由轴承产品目录中选取型号为 6226 的滚 动轴承,其尺寸(内径×外径×宽度)为 d×D×b=115×200×40。 4.5.3 轴的结构设计 1 拟定轴上零件的装配方案 ○
24

单齿辊式破碎机

轴上零件定位、 加工要求以及不同的零件装配方案, 参考轴的结构设计的基本要求。

图 13 轴的拟定草图 图 13 中,从输入端装入,辊子、套筒、左端轴承、齿轮,然后从右端装入右端轴 承,齿轮。其中两个齿轮的轴向定位是由箱体上的轴承座来完成的。 2 确定轴的各段直径 ○ 由于轴最小直径为 110mm,左端用轴承加套筒定位,右端用轴肩定位。故轴段 1 的 直径即为 110mm。 轴段 2 的用来安装轴承,为了保证定位可靠,只要比轴段 1 增大 5~10mm 就可以, 因此取轴段 2 为 115mm。 同样,轴段 6 也是用来安装轴承的,此处直径也取 115mm。 为了拆装和制造方便,轴段 3 选择为 118mm。 轴段 4 是轴肩,参照 [2]P1073 及同类轴设计取为 140mm。 为了定位的可靠,轴段 7 要比轴段 6 小,因此也取最小直径为 110mm。 3 确定轴的各段长度 ○ 考虑到轴 1 的长度还要加上箱体的厚度,而且还比齿轮厚度要长,故该段轴长取为 140mm。 轴段 2 和轴段 6 的长度要比轴承短 1~5mm。 且轴承宽为 38mm, 则这两段取 35mm 长。 轴段 3 的长度即为辊子的长度加套筒长,辊子长为 400mm,选择套筒长为 90mm,则 轴段 3 的长度为 490mm。

25

单齿辊式破碎机

图 14 轴的结构设计图 依照[2]P1075 有轴肩的宽度设计为 22mm。即轴段 4 长度为 22mm。 根据长齿齿轮的厚度以及其他轴的类比,可以得出轴段 7 长度取 100 比较合适。 轴段 5 的尺寸变动空间比较大,主要考虑与箱体的设计相配合,取为 43mm。 4.5.4 轴上零件的周向定位 辊子、齿轮、平带轮与轴的周向定位均采用平键联接。对于辊子,2 个半轮毂分别 用键定位。 由手册查得平键的截面尺寸宽× 高=32× 20(GB1095-79), 键槽用键槽铣刀加工, 查[2]取长为 160mm(标准键长见 GB1096-79)。对于齿轮,轴径为 110,查[2]表 4.5-1 截 面尺寸宽× 高=28× 16, 并取长度为 80mm, 同时也保证齿轮轮毂与轴的配合为 H7/n6; 确 定轴上圆角和倒角尺寸:取轴端倒角为 2× 45° 4.5.5 轴的校核 1 画受力简图 ○ 画轴空间受力简图 15,将轴上作用力分解为水平受力图 b 和垂直面受力图 c。分别 求出垂直面上的支反力和水平面上支反力。对于零件作用于轴上的分布载荷或转矩(因 轴上零件如齿轮、联轴器等均有宽度)可当作集中力作用于轴上零件的宽度中点。对于 支反力的位置,随轴承类型和布置方式不同而异,一般可按图 15 取定,其中 A 值参见 滚动轴承样本,跨距较大时可近似认为支反力位于轴承宽度的中点。 2 计算作用于轴上的支反力 ○ 水平面内支反力为

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单齿辊式破碎机

FHC ? FHD ?

P sin 850 1.0 ?105 ? 0.996 ? ? 49.8 ?103 N 2 2

FHA ? FHB ? 49.8?103 N
垂直面内支反力 破碎辊外形尺寸为 610mm×400mm,单辊重约 1200kg。
FVC ? FVD ? G P sin 50 1.6 ?104 1.0 ?105 ? 0.087 ? ? ? ? 12.36 ?103 N 2 2 2 2

齿轮受到的力,其大小为 Fr ? Ft tan ? ? 10648? tan 20o ? 3875.55N

FHE ? 3.88 ?103 。

?M

?F ? 0
A

FVA ? FVB ? FVC ? FVD ? FVE

(3.17) (3.18)

?0

lAB FVB ? lAC FVC ? lAD FVD ? lAE FVE

综合式上式可算出

FVA ? 9.67 ?103 N

FVB ? 15.79 ?103 N

3 计算轴的剪力、弯矩,并画剪力、弯矩、转矩图 ○ 分别作出水平面上和垂直面上的剪力图 d、 e; 分别作出垂直面和水平面上的弯矩图 f、g,并按 4 计算并画当量弯矩图 ○ 转矩按脉动循环变化计算, 取 ,可算出 ? T : 计算合成弯矩,画转矩图 h。

TAC ? 0.6 ? 2.8 ?103 ? 1.68 ?103 N.m TCD ? 0.6 ?1.4 ?103 ? 0.84 ?103 N.m

TDB ? 0.6 ?1.4 ?103 ? 0.84 ?103 N.m
a 2 2 按照 M ca ? M ? (?T ) 画出当量弯矩图 i。

c-c 截面处弯矩最大, 属于危险截面

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单齿辊式破碎机

图 15 校核轴的强度

轴的受力结构简图

一般而言,轴的强度是否满足要求只需对危险截面进行校核即可,而轴的危险截面 多发生在当量弯矩最大或当量弯矩较大且轴的直径较小处。根据轴的结构尺寸和当量弯 矩图可知,c-c 截面处弯矩最大, 属于危险截面;d-d 截面处当量弯矩不大,轴径大, 不属于危险截面。而对于 b-b,当量弯矩小于 a-a 截面,轴径一样大,不属于危险截面; 截面,仅受纯转矩作用,虽 a-a、e-e 截面尺寸小,但由于轴最小直径是按扭转强度较 为宽裕地确定的,故强度肯定满足,无需校核弯扭合成强度。 c-c 截面处当量弯矩为
c M ca ?

M 2 ? (?T )2 ?

(0.682 ? 1.682 ) ? 2.472 ?103 ? 4.54 ?103 N.m

28

单齿辊式破碎机

强度校核:考虑到键槽的影响,查[3]表 15

W C ? 0.2 ?106 mm3
c M ca 4.54 ?103 N .m ? ? C ? ? 22.7 MPa W 0.2 ?106 mm3 c ca

c 而 ?? ?1 ?b =60MPa,显然 ? ca < ?? ?1 ?b ,故安全。

4.5.6 轴的结构图

图 16

轴的结构图

29

结束语
本次设计主要学习了破碎机设计过程中的设计方法、流程及关键技术,对夹具设计 有了一定的接触与认识,也了解到了生产的工艺过程,设计的准则和夹具的柔性化的综 合运用,受益匪浅。 通过本次设计,使自己对学习的各门课程有了进一步的理解,知识得到了系统化, 同时自己在这次课程设计中,学习到了破碎机的设计知识,但在基础环节上存在许多不 足之处,还需要不断学习和完善,以适应学习和应用的紧密结合。特别是,在机械结构 设计上应使零部件相对于整体结构更趋于优化和实用。 总之,通过这次课程设计到现场调察研究,收集资料,阅读文献,设计方案,分析 比较,在综合能力上得到了训练,我觉得是对个人综合能力的培养,这对今后的工作和 学习积累了宝贵的经验。

附 录

参考文献
[1] 蔡春源主编《新编机械设计手册》.辽宁:辽宁科学技术出版社,1993. [2] 现代综合机械设计手册编委会主编《现代综合机械设计手册》中 .北京:北京出版 社,1991. [3] 濮良贵,纪名刚主编《机械设计》第七版.北京:高等教育出版社,2001. [4] 卜炎主编《机械传动装置设计手册》上册.北京:机械工业出版社,1998. [5] 卜炎主编《机械传动装置设计手册》下册.北京:机械工业出版社,1998. [6] 李启衡主编《碎矿与磨矿》.北京:冶金工业出版社,1980. [7] 李彩英《非变位非标准长齿的研究》中国知网 [8] 中国水泥技术网http://www.chinacement114.com [9] 龚桂义主编《械设计课程设计指导书(第二版) 北京:高等教育出版社,1990 [10] 《矿物颗粒高压破碎的基本规律》中国知网,2004 [11] 《辊式破碎机的结构特点》中国知网,2001 [12] 《一种经济耐磨的辊圈》 中国知网,1980

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单齿辊式破碎机

致谢
课程设计是将大学所学的知识融合在一起,综合运用所有的相关专业知识,是课本 知识在实际中的应用。通过这次课程设计,使我的专业知识在原有的基础上得到更加的 巩固和提高,这离不开老师和同学们的帮助。本设计分析是在老师和同学的帮助下完成 的,在分析的过程中,老师给了我很大的鼓励,在设计分析中引导我去思考了更多的设 计思路,增强了我的学习能力,与我们一起讨论问题,使我对分析有了更清晰明确的认 识,使我受益非浅。 课程设计是我们专业知识综合应用的实践训练,这是我们迈向社会、从事职业工作 前一个必不可少的过程。“千里之行始于足下”,通过这次课程设计,我深深体会到这句 千古言的真正含义。我今天认真地进行课程设计,学会脚踏实地地迈开这一步,就是为 明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。 说实话,课程设计真是有点累。然而一着手清理自己的设计结果,仔细回味课程设 计的心路历程,一种少有的成功喜悦即刻使我倦意顿消。虽然这是我刚学会走完的第一 部,是我人生中的一点小小的胜利,然而它令我感到自己成熟了许多。 通过课程设计,使我深深体会到,干任何事都必须耐心、细致。课程设计过程中, 许多计算有时不免令我感到有些心烦意乱;有时应为不小心计算出错,只能毫不留情地 重做。但一想起老师平时多耐心的教导,想到今后自己应当承担的社会责任,想到世界 上因为某些细小失误而出现的令世人无比震惊的事故,我不禁时刻提醒自己,一定要养 成一种高度负责、一丝不苟的良好习惯。 经历了课程设计,使我我发现了自己所掌握的知识是真正的贫乏,自己综合运用所 学专业知识的能力是如此的不足,几年来学习了那么多的课程,今天才知道自己并不会 用。想到这里,我真的有点心急了。 由于时间的仓促,很多本来应该弄懂弄透的地方都没有时间去细细追究来源,比如 网格划分的控制、坐标系的理解、求解器的选择等,这使我明白了大学里学的只是一个 大体上的方向,离实际应用还有太远的距离。但我相信方向才是最重要的,因为方向确 定了,就会用最少的精力做好事情,这对于我以后的工作至关重要。因为在实际生产生 活中,要从事的工种是千差万别的,只有从中找到自己最拿手,最有发展前途的岗位, 个人才有更多的热情,也最可能在自己的岗位做出一些贡献。

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