锤式破碎机毕业设计说明书.doc
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目录
摘要………………………………………………………………………………I
第1章绪论…………………………………………………………………1
1.1锤式破碎机和破碎机的分类…………………………………………1
1.1.1锤式破碎机的分类……………………………………………1
1.1.2破碎机的分类…………………………………………………1
1.2锤式破碎机的优缺点…………………………………………………1
1.2.1锤式破碎机的优点……………………………………………1
1.2.1锤式破碎机的缺点…………………………………………1
1.3锤式破碎机的规格和型号…………………………………………2
第2章锤式破碎机的工作原理及破碎实质………………………………3
2.1锤式破碎机的工作原理……………………………………………3
2.2锤式破碎机的破碎实质……………………………………………3
2.2.1破碎的目的和意义.…………………………………………3
2.2.2矿石的力学性能与锤式破碎机的选择.……………………3
2.2.3破碎过程的实质.……………………………………………4
第3章锤式破碎机的总体及主要参数设计……………………………6
3.1型号为锤式破碎机的总体方案设计……………6
3.2该型号破碎机的工作参数设计计算.………………………………7
3.2.1转子转速的计算……………………………………………7
3.2.2生产率的计算………………………………………………8
3.2.3电机功率的计算……………………………………………8
3.3该种破碎机的主要结构参数设计计算……………………………8
3.3.1转子的直径与长度…………………………………………8
3.3.2给料口的宽度和长度………………………………………8
3.3.3排料口的尺寸………………………………………………9
3.3.4锤头质量的计算……………………………………………9
第4章锤式破碎机的主要结构设计…………………11
4.1锤头设计与计算…………………………………………………11
4.2圆盘的结构设计与计算…………………………………………11
4.3主轴的设计及强度计算…………………………………………12
4.3.1轴的材料的选择…………………………………………13
4.3.2轴的最小直径和长度的估算……………………………13
4.3.3结构设计的合理性检验…………………………………13
4.3.4轴的弯扭合成强度计算…………………………………15
4.3.5轴的疲劳强度条件的校核计算…………………………20
4.4轴承的选择………………………………………………………22
4.4.1材料的选择………………………………………………22
4.4.2轴承类型的选择……………………………………………22
4.4.3轴承的游动和轴向位移……………………………………23
4.4.4轴承的安装和拆卸…………………………………………23
4.5传动方式的选择与计算（V带传动计算）………………………24
4.6飞轮的设计与计算………………………………………………26
4.7棘轮的选择………………………………………………………26
4.8蓖条位置调整弹簧的选择………………………………………27
4.9箱体结构以及其相关设计………………………………………28
4.9.1铸造方法……………………………………………………28
4.9.2截面形状的选择……………………………………………28
4.9.3肋板的布置……………………………………………29
第5章专题部分…………………………………………………………30
5.1锤头结构的改进问题………………………………………31
5.1.1改进的介绍……………………………………………31
5.2延长锤头使用寿命的研究…………………………………31
5.2.1锤式破碎机中单颗粒物料的最大破碎力研究……32
5.2.2锤头合理调配的研究与应用…………………………34
5.2.3锤头材质的选择及改性……………………………41
结论……………………………………………………………………………49
摘要
锤式破碎机大量应用于水泥厂、电厂等各个部门，所以，它的设计有着广泛的前景和丰富的可借鉴的经验。
其设计的实质是，在完成总体的设计方案以后，就指各个主要零部件的设计、安装、定位等问题，并对个别零件进行强度校核和试验。
并在相关专题中，对锤头的寿命延长进行比较详细的分析。
在各个零部件的设计中，要包括材料的选择、尺寸的确定、加工的要求，结构工艺性的满足，以及与其他零件的配合的要求等。
在强度的校核是，要运用的相关公式，进行危险部位的分析、查表、作图和计算等。
并随后对整体进行安装、工作过程以及工作后的各方面的检查，同时兼顾到维修、保险装置等方面的问题，最后对两个主要工作零件的加工精度、公差选择进行分析，以保证破碎机最终设计的经济性和可靠性。
关键词锤式破碎机锤头强度公差
第1章绪论
1.1锤式破碎机和破碎机的分类：
1.1.1锤式破碎机的分类：
⑴、按回转轴数分为：
单转子和双转子。
⑵、按转子的回转方向分：
不可逆式和可逆式。
⑶、按锤头的排列方式分：
单排式和多排式。
⑷、按锤头在转子上的连接方式：
固定锤式和活动锤式。
1.1.2破碎机的分类：
⑴、按破碎作业的粒度要求分为：
粗碎破碎机、中碎破碎机、细碎破碎机。
⑵、按结构和工作原理分为：
颚式破碎机、旋回破碎机、圆锥破碎机、锟式破碎机、锤式破碎机、反击式破碎机。
1.2锤式破碎机的优缺点
1.2.1锤式破碎机的优点：
⑴、构造简单、尺寸紧凑、自重较小，单位产品的功率消耗小。
⑵、生产率高，破碎比大（单转子式的破碎比可达i=10～15）,产品的粒度小而均匀，呈立方体，过度破碎现象少。
⑶、工作连续可靠，维护修理方便。
易损零部件容易检修和拆换。
1.2.2锤式破碎机的缺点：
⑴、主要工作部件，如：
锤头、蓖条、衬板、转子、圆盘等磨损较快，尤其工作对象十分坚硬时，磨损更快。
⑵、破碎腔中落入不易破碎的金属块时，易发生事故。
⑶、含水量﹥12%的物料，或较多的粘土，出料篦条易堵塞使生产率下降，并增大能量损耗，以至加快了易损零部件的磨损。
第2章锤式破碎机的工作原理及破碎实质
2.1锤式破碎机的工作原理
物料进入破碎机中，立即受到高速回转的锤头的冲击而粉碎。
破碎了的物料，从锤头处获得动能，以高速向机壳内壁的衬板和篦条上冲击而第二次破碎。
此后，小于篦条缝隙的物料，便从缝隙中排出，而粒度较大的物料，就弹回到衬板和篦条上的粒状物料，还将受到锤头的附加冲击破碎，在物料
破碎的整个过程中，物料之间也相互冲击粉碎。
第3章锤式破碎机的总体及主要参数设计
3.1型号为锤式破碎机的总体方案设计
本次设计的是单转子、多排锤、不可逆式锤式破碎机，型号为pc-80000。
由机壳、转子、蓖条、打击板、锤头、支架、衬板等组成。
1.机壳由上机体、后上盖、左侧壁和右侧壁组成，各部分用螺栓连结成一体，上部开有进料口,内部镶有高锰钢衬板，磨损后可以更换，机壳和轴之间漏灰现象十分严重，为了防止漏灰，设有轴封。
机壳下部直接安放在混凝土基础上，并用地脚螺栓固定。
为了便于检修、调整和更换蓖条，下机体的前后两面都开有一个检修孔。
为了便于检修、更换锤头方便，两侧壁也对称的开有检修孔。
2.转子由主轴、圆盘、销轴等组成，圆盘上开有6个均匀分布的销孔，通过销轴将68个锤头悬挂起来。
为了防止圆盘和锤子的轴向窜动。
销轴两端用锁紧螺母固定。
转子支承在两个滚动轴承上。
此外，为了使转子在运动中储存一定的动能，避免破碎大块物料时，锤头的速度损失不致过大和减小电动机的尖峰负荷，在主轴的一端还装有一个飞轮。
3.主轴是支承转子的主要零件，冲击力由它来承受。
因此，要求其材质具有较高的韧性和强度。
通常断面为圆形，且有平键和其他零件连接。
4.打击板有两块，折线型。
一个可以调整，一个是固定的。
调整的一个靠的是安装在箱体上的螺杆装置。
5.锤头是主要的工作部件。
其质量、形状、和材质对破碎机的生产能力有很大的影响。
因此，根据不同的进料尺寸来选择适当的锤头质量。
要破碎中等硬度的物料，可以采用如图3-1所示的形状。
锤头用高碳钢铸造或锻造，也可用高锰钢铸造。
为了提高耐磨性，有的锤头表面涂上一层硬质合金，有的采用高铬铸铁。
6.蓖条的排列形式是与锤头的运动方向垂直的。
与转子的回转半径有一定的间隙的圆弧状，合格的产品通过蓖缝排出。
其断面形状为梯形，常用锰钢铸成。
蓖条多为一组尺寸相等的钢条。
安装时，插入蓖条架上的凹槽，两蓖条之间用垫片隔开。
截面形状用梯形。
7.蓖条和锤头间隙用凸轮装置调整（通过棘轮带动凸轮）。
8.给定的原始数据是：
（1）破碎能力为20到30吨。
（2）破碎机转子的转速在900和1100之间
（3）破碎机的最大物料给料粒度为：
小于150
（4）破碎机的最大排料粒度不能超过：
10
（5）破碎机的物料容许湿度小于9%。
（6）破碎机的破碎程度为：
中、细。
（7）破碎机的应用场所是：
水泥厂、选煤厂、火力电厂等。
（8）破碎机的破碎对象是：
石灰石、煤块、焦碳、石膏等软物料
3.2该型号破碎机的工作参数设计计算
3.2.1转子转速的计算
锤式破碎机的转子转速按所需的圆周速度计算，锤头的圆周速度根据被破碎物料的性质、破碎产品的粒度、锤头的磨损等因素来确定。
按公式
来计算。
式中──锤头的圆周速度（m/s）
──转子的直径（m）
一般中小型破碎机转速为750到1500，圆周速度为25到70，速度越高，产品的粒度越小。
锤头及衬板、蓖条的磨损越大。
功耗增加。
对机器零部件的加工、安装精度要求随之提高。
在满足其粒度要求的情况下，圆周速度应偏低选取。
3.2.2生产率的计算
生产率与锤式破碎机的规格、转速、排料蓖条间隙的宽度、给料粒度、给料状况以及物料性质等因素有关。
一般采用经验公式：
式中Q──生产率（）
──物料的密度（）
──经验系数
因为该型号的破碎机破碎的是中、硬物料。
取值在30到45之间。
3.2.3电机功率的计算
电机功率的消耗取决于物料的性质、给料的圆周速度。
破碎比和生产率。
目前，尚无一个完整的计算公式，一般根据实践经验和实验数据，根据经验公式进行计算：
系数取值在0.1到0.15之间。
3.3该种破碎机的主要结构参数设计计算
3.3.1转子的直径与长度：
锤式破碎机的规格用转子的直径D和长度L来表示，所以转子的直径D=800mm，转子的长度L=800mm。
3.3.2给料口的宽度和长度：
锤式破碎机的给料口的长度与转子的相同。
其宽度B2。
3.3.3排料口的尺寸
该尺寸由蓖条间隙来控制，而蓖条间隙由产品的粒度的大小来决定。
对该破碎机来说，产品的平均粒度为间隙的1/5到1/3。
3.3.4锤头质量的计算：
因为铰接在转子上，所以正确选择锤头质量对破碎效率和能耗都有很大影响，如果锤头质量选得过小，则可能满足不了锤击一次就将物料破碎的要求。
若选得过大，无用功耗过大，离心力也大，对其他零件会有影响并易损坏。
根据动量定理计算锤头质量时，考虑到锤头打击物料后，必然会产生速度损失，若损失过大，就会使锤头绕本身的悬挂轴向后偏倒。
降低生产率和增加无用功的消耗。
为了使锤头打击物料后出现偏倒，能够通过离心力作用而在下一次破碎时物料很快恢复到正确工作位置。
所以，要求锤头打击物料后的速度损失不宜过大。
一般允许速度损失40%到60%（根据实践经验）即：
式中──锤头打击物料后的圆周线速度（m/s）
──锤头打击物料前的圆周线速度（m/s）
若锤头与物料为了弹性碰撞。
且设物料碰撞之前的运动速度为0，根据动量定理，可得：
（3-1）
由上式可知，
式中──锤头折算到打击中心处的质量（kg）
──最大物料块的质量（kg）
综上所述，
但是，只是锤头的打击质量。
实际质量应根据打击质量的转动顺序和锤头的转动惯量求得，
式中──锤头打击中心到悬挂点的距离（m）
──锤头质心到悬挂点的距离（m）
第4章锤式破碎机的主要结构设计
4.1锤头设计与计算
锤头是主要工作零件，其设计主要是指结构的设计。
因为锤头的形状、质量、材质与破碎机的生产能力有很大影响。
尤其形状对质量的分布、材料的充分利用有很大的影响。
关于锤头的结构设计及相关改进在专题中有较详细的论述。
总之，其形状、结构的设计，对于其工作能力，对整个机器的生产能力。
以及经济性等各方面有深远的影响。
锤头形状大体分轻型、中型、重型。
本型号的锤式破碎机主要是设计中型的锤头。
其形状如前面的图3-1所示。
并有相关的计算。
锤头材料的选择问题是很关键的问题。
材料的选择取决于工作零件的工作状况和要求。
因为破碎机要破碎的是石灰石等中等硬度的物料。
一般用高碳钢锻造或铸造，也可用高锰钢铸造。
为了提高其耐磨性，采用高锰低合金钢，有的在工作表面涂上一层硬质合金。
有的采用高铬铸铁，其耐磨性比高锰钢锤头提高数倍。
关于材料的选择问题，在专题部分：
提高锤头的耐磨性研究中，有专门的论述。
就不详细介绍了。
总之，锤头材料的选择，不仅关系到锤头的工作寿命，机器的生产能力、生产效率，还关系到各方面的经济性。
4.2圆盘的结构设计与计算
根据设计的要求，每根销轴上需要有8个锤子。
圆盘是用来悬挂锤头的，一共需有9个圆盘，最两侧的两个，共有的特点是，一侧设置了锁紧螺母，另一端用轴肩定位。
所用的螺母为GB-812-85，这样每个圆盘均匀分布6个圆孔，即可以通过六根销轴，用来悬挂锤头，锤头和院盘之间的间隙除了通过削轴连接，还有隔套隔开，为了保护圆盘的侧面，减少或尽量避免其侧面的磨损。
圆盘的大小取决于转子的直径，转子的直径的大小是圆盘的设计大小的依据。
因为，该型号的破碎机，光凭其型号就可以知道，转子的直径为800mm，所以，圆盘的大小的取值就有了一定的范围。
不妨取做560mm，圆孔沿径向的距离也是依据起承受载荷的能力和强度，尽可能取整数；圆孔的大小和锤头的圆孔的大小近似相等即可。
圆盘是通过键与主轴相连接的，而随主轴高速回转的。
所以结构中一定有键槽，其厚度也是满足强度要求、工作状况的。
不宜过大。
圆盘之间也是通过主轴的轴套隔开（其作用是，在高速回转时，保证圆盘的运动平稳，并使其轴向定位）。
圆盘的结构，如图4-1所示。
4.3主轴的设计及强度计算
通常轴的设计包括两个部分，一个是结构设计，一个是工作能力计算。
后者主要是指强度计算。
主轴的结构设计根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造、工艺等方面的要求，合理确定出其结构和尺寸，轴的工作能力的计算不仅指轴的强度计算，还有刚度、稳定性等方面的计算，当然大多数情况下，只需要对轴的强度进行计算即可。
因为其工作能力一般主要取决于轴的强度。
此时只做强度
计算，以防止或检验断裂和塑性变形。
而对于刚度要求高的轴和受力大的细长轴，还应该进行刚度计算，防止产生过大的线性变形。
对于高速运转的轴，还应该进行振动稳定性计算。
以防止产生共振破坏。
因此，对该破碎机的主轴来说，只需进行强度计算。
4.3.1轴的材料的选择
轴的材料主要是碳素钢和合金钢。
钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件。
有的则直接用圆钢。
碳素钢比合金钢低廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的方法提高其耐磨性和抗疲劳强度的。
故采用碳钢制造轴尤为广泛。
最常用的是45号钢。
4.3.2轴的最小直径和长度的估算
零件在轴上的安装和拆卸方案确定了之后，轴的形状便大体确定了，因为对该主轴来说，其安装顺序为：
先安装中间的转子部分，然后放置在箱体上，再安装轴承端盖，接着是轴承、外轴承座。
最后两端分别是带轮和飞轮。
各轴段的直径所需要的轴径与轴上的载荷的大小有关。
在初步确定其直径的同时，还通常不知道支反力的作用点，不能确定其弯矩的大小及分布情况。
因此还不能按轴上的所受的具体载荷及其引起的应力来确定主轴的直径。
但是，在对其进行结构设计之前，通常能求出主轴的扭矩。
所以，先按轴的扭矩初步估计所要的轴的直径。
并记此时所求出的最小直径为。
然后再按照主轴的装配方案和定位要求，从处逐一确定各轴段的直径的大小。
另外，有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径，比如安装轴承的轴段，安装标准件的部位的轴段，都应取为相应的标准直径及所选的配合的公差。
确定主轴的各段的长度，尽可能使其结构紧凑，同时还要保证，转子以及带轮、飞轮、轴承所需要的装配和调整的空间，也就是说，所确定的轴的各段长度，必须考虑到各零件与主轴配合部分的轴向尺寸和相邻零件间必要的间隙。
前面已经通过设计计算，得到转子、飞轮、带轮的大体尺寸，所以轴的长度也可大致确定了。
其草图如下：
4.3.3结构设计的合理性检验
对于轴的结构必须满足：
⑴.主轴和安装在主轴上的零件要有准确的工作位置；
⑵．轴上的零件便于安装和拆卸、调整。
⑶．轴应有良好的制造工艺性。
1.轴上零件的安放顺序如下：
飞轮、轴承、圆盘、轴套、轴承、带轮
因为主轴是阶梯轴，根据阶梯轴的特点，并且轴上零件的安装要求也不高，所以上面提到的第二条容易满足。
至于第三条：
轴的制造工艺性，主要是指便于加工和装配轴上的零件。
并且生产率高、成本低。
一般来说，结构越简单，工艺性越好。
所以应该尽量简化轴的结构。
为了便于装配零件并去掉毛刺，轴端应制出45度倒角。
在需要切制螺纹的轴段，应留有退刀槽。
起尺寸都可查有关的标准和手册。
若需要磨削加工的轴段，应留有砂轮和越程槽。
具体分析如下：
该主轴有3个轴段有键槽，为了减少装夹工件所需的时间，应在这些不同的轴段上开的键槽在轴的同一条母线上。
另外，还为了减少加工刀具的种类和提高劳动生产率，轴上直径近似的地方，圆角、倒角、键槽宽度、砂轮越程槽宽度，退刀槽宽度等尽可能采用相同的尺寸。
2.下面仍就轴上零件的定位问题，详细地阐述一下，一些轴向和周向定位零件的使用及特点。
⑴先说轴上零件的轴向定位，就以此主轴为例，主要有轴肩、套筒、圆螺母、轴端挡圈、轴承端盖等，靠这些定位元件来保证的。
①．轴肩主要分为两大类，定位轴肩和非定位轴肩。
在该主轴上，轴肩很多，这两大类都包括。
虽然利用轴肩定位是最方便可靠的方法，但是采用轴肩就必然导致一个问题，那就是不可避免的使轴径加大，而且轴肩处将因为截面突变而引起应力集中。
另外，轴肩也不利于加工。
所以，在考虑轴的设计时，尽量避免过多的轴肩定位。
而且，还有一点需要说明，轴肩多用于轴向力比较大的场合。
值得注意的是，定位每一个滚动轴承的轴肩，都有两处，且都是定位轴肩。
对这种定位轴肩来说，有一个要求：
轴肩的高度必须低于轴承内圈端面的高度，以便拆卸轴承。
轴肩的高度可查机械设计手册中的轴承安装尺寸。
还有，为了使零件能紧靠轴肩而得到准确可靠的定位，轴肩处的过渡圆角半径必须小于与之相配的零件毂孔的端部的圆角半径或倒角尺寸。
轴和零件上的倒角和圆角尺寸的常用规范可以查教材下册中的第651页的表。
非定位轴肩是为了加工和装配方便而设置的。
高度没有严格的规定，一般可取为1到2毫米。
②．在该主轴上，还采用了套筒定位，这种定位方式的特点是，结构简单，定位可靠，轴上不需要开槽、钻孔和切制螺纹，不会影响到轴的疲劳强度。
所以，在两个零件之间，且间距不大时，可以采用这种定位。
同时，套筒定位还保证了两个圆盘，或者，圆盘和锤头（销轴套筒）之间的轴向定位。
当然，若两零件的间距太大，则不宜用套筒定位这种方式，因为，那样就会增大套筒质量以及材料用量。
另外，套筒与轴的配合比较松，如果轴的转速较高，也不宜采用套筒定位。
③．在该主轴的轴端，以及销轴的轴端，都采用了圆螺母定位。
这种定位可以承受大的轴向力，但是，轴上的螺纹处将会有较大的应力集中，降低轴的疲劳强度，所以，一般用于固定轴端的零件。
就如上面所述，若两零件的间距太大，不宜用套筒定位这种方式的时候，就可以考虑采用圆螺母定位。
④．在该主轴上，还采用了轴承端盖通过螺钉与其他部分连接。
而使滚动轴承的外圈得到轴向定位。
有时，整个轴的轴向定位也可以靠轴承端盖来实现。
⑵再说轴向零件一般也常用到周向定位。
周向定位的目的是限制轴上零件与轴发生相对运动。
在该主轴上，有三处都采用的是平键连接，其他的常用周向定位元件有，花键、销、紧定螺钉和过盈配合等。
圆盘、飞轮、带轮都是用平键连接的。
其他的，如齿轮、半联轴器等与轴的周向定位也都采用这种连接方式。
按其直径，由手册查地平键剖面b×h，键槽用键槽铣刀加工的。
轴的草图如图4-2所示。
4.3.4轴的弯扭合成强度计算
在初步完成轴的结构设计之后，对上面的草图略加修改，即可进行强度的校核计算了。
前面提到过，多数情况下，轴的工作能力一般主要取决于轴的强度。
此时只做强度计算，以防止或检验断裂和塑性变形。
而对于刚度要求高的轴和受力大的细长轴，还应该进行刚度计算，防止产生过大的线性变形。
对于高速运转的轴，还应该进行振动稳定性计算。
以防止产生共振破坏。
在进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体载荷和应力情况，采用相应的计算方法，并恰当的选择其许用应力。
根据计算原则，对于传动轴（仅仅或主要承受扭矩）按照扭矩强度条件进行计算，对于心轴（只承受弯矩）应该按照弯曲疲劳强度进行计算，对于该主轴，既承受扭矩还承受弯矩，是一个转轴，所以必须进行弯扭合成强度条件进行计算，需要时还应该进行疲劳强度的精确校核。
先按照弯扭合成强度条件进行计算：
通过对该主轴的结构设计，轴的主要结构尺寸，轴上的零件的位置以及外载荷和支反力的作用位置已经确定。
轴上的载荷可以求得，因此可以按弯扭合成强度条件对该主轴进行强度的校核计算，其计算步骤如下：
①做出轴的计算简图（力学模型）
轴上受的载荷是由轴上的零件传来的，所以，计算时，可以将轴上的分布载荷情况简化为集中力。
其作用点可以一律简化，取为分布载荷的中点，作用在轴上的扭矩，一般从传动件轮毂宽度的中点算起，通常把当作置于铰链支座上的梁，支反力的作用点与轴承的类型和布置方式有关。
在做计算简图时，应该先求出轴上的受力零件的载荷（若为空间力系，
再分解为水平分力和垂直分力。
然后求出各支承的水平反力和垂直反力），如图4-4所示。
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