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1、锤式破碎机的设计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
2、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The Design Of the Hammer CrusherAbstractHammer type breakers are applied to such each department as the cement plant, power plant, etc. in a large amount, so its design has an extensive prospect and experience that can be used for reference. Its design es
3、sence is, formerly after total conceptual design, a design which points each main spare part, question of installing and making a reservation etc., and carry on the intensity to check and test to the specific part, and in relevant thematic parts, analysis of comparing question that the life-span of
4、very beginning of the hammer lengthens in detail. In the design of each spare part, should include the choice, sureness, demand processed, structure craft satisfication of the size of the material, and the demand for cooperating with other parts, etc. When the intensity is checked, should use releva
5、nt formulae, carry on the analysis of the dangerous position, need to check form, mapping, calculation, etc. Then to install , work course , work situation after predict that carries on more overall inspection whole, give consideration to the question in such respects as maintaining and safety ,etc.
6、 at the same time. Finally, choose to analyse in machining accuracy, public errand to two groundwork parts, economy and dependability that the breaker soed as to ensure is designed finally.Keywords: Hammer type breakers, hammer, intensity, tolerance目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 选题分析11.3 国内外现状11
7、.3.1 国内发展情况11.3.2 国外发展情况2第2章 原理及其设计方案的确定32.1 破碎机的结构及原理32.1.1 破碎原理32.1.2 破碎机的主要结构32.2 设计方案42.3 本章小结4第3章 锤式破碎机的电动机功率的计算和选择53.1破碎机电动机功率的计算53.1.1 综合各种因素计算功率53.1.2 根据生产实践以及引用经验公式计算电动机功率63.2 电动机型号的选择73.3 本章小结7第4章 锤式破碎机的主要机构参数的84.1 转子部分结构84.2转子转速的确定84.3转子轴的设计94.3.1转子轴尺寸设计94.3.2转子轴的校核114.4锤头参数的设计124.4.1锤头质量
8、确定的理论分析124.4.2锤头质量参数的确定144.5带传动部分的设计164.5.1 设计步骤和方法164.5.2 带轮的设计184.6圆盘的设计194.7角接触球轴承的选择及校核204.8键的选择及校核204.8.1转子上键的校核214.8.2皮带轮上键的校核214.9本章小结21第5章 电涡流传感器的选择、功能原理及其结构235.1选择电涡流传感器235.2电涡流传感器工作的原理235.3电涡流传感器结构255.3.1探头结构255.3.2延伸电缆255.4本章小结26结论27致谢28参考文献29附录30千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目
9、录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行第1章 绪论1.1 课题背景锤式破碎机是破碎的一种设备，尤其是适用于1215t/h矿山煤等硬度的物料破碎。能等硬度的调节破碎细度，具有生产效率高、能耗小、使用安全、维修方便等优点，所以得到了很多矿站的亲睐。为了使锤击破碎机得以进一步改进，在标准化、通用化、系列化方面日趋完善，现对锤式破碎机的性能因素和质量要素等方面进行分析、研究和讨论，使其不但在结构和功能上更加先进合理，而且更加有利于环境保护1.2 选题分析我的毕业设计题目是锤式破碎机设计。破碎机是冶金、矿山、电力、化工、建筑、陶瓷、水泥和筑路等工业部门广泛应用的设备，每年有大量
10、的原料和再利用的废物都需要用破碎机进行处理。如在选矿厂，为使矿石中的有用矿物达到单体分离，就需用破碎机将原矿物破碎到磨矿工艺需要的粒度，磨机再把破碎机所提供的原料磨至有余矿物单体分离的粒度。在水泥厂，需要用破碎机将原料破碎，以便烧成熟料，然后再将熟料磨细成水泥。在炼焦厂、烧结厂、陶瓷厂、玻璃厂、粉末冶金等部门，需用破碎机磨机械将原料粉磨到下一步作用需要的粒度。在建筑和筑路业中，许大量具有一定粒度的碎石料，这些碎石料都是有各类破碎机制备的。在化工、电力部门，破碎机磨机械将原料破碎研磨，增加物料的表面积，为缩短物料化工反应的时间创造有利条件。 1.3 国内外现状1.3.1 国内发展情况根据参考文献
11、1知我国胡景坤和徐小荷研究颗粒的粉碎时得出结论，静压粉碎效率为100%，单次冲击效率在35%40左右。为了节约能量，提高粉碎效率，应多用静压粉碎，少用冲击粉碎。在各种金属、非金属、化工矿物原料及建筑材料的加工过程中，粉碎作业要消耗巨大的能量，而且又是个低效作业。物料粉碎过程中，由于作业中产生发声、发热、振动和摩擦等作用，使能源大量消耗。因而多年来界内人士一直在研究如何达到节能、高效地完成破碎过程。 目前破碎理论、工艺和设备的研究主要着重于：(1)研究在破碎中节能、高效的理论，也力求找出新 理论突破人们已熟知的破碎三大理论；(2)研究新的非机械力的高能或多力场联合作用的破碎设备，目前还没见有工业
12、化的设备，只是研究阶段；(3)改进现有设备，这方面经常是根据用户自己需要来进行，而不见市场上大规模生产或研制新设备。 1.3.2 国外发展情况物料破碎是一个历史悠久的话题。早在20世纪50年代艾利斯时，查尔默斯公司就开始大规模研究破碎工作，60年代得出具有重大意义的结论。随着研究的深入，人们熟知了高功率的破碎作业，可以用来改善能源效率和降低生产成本。B HBergstrom在研究单颗粒破碎时发现，在空气中一次破碎的碎片撞击金属板时明显地产生二次破碎，一次破碎的碎片具有的动能占全部破碎能量的45。如能充分利用二次破碎能量，则可提高破碎效率。也有人指出，较小的持续负荷比短时间的强大冲击更有希望破碎
13、物料。目前“料层粉碎的理论”已为粉碎界的公认，根据料层粉碎理论研制的新设备有美国诺德伯格公司的旋盘圆锥破碎机、俄罗斯的惯性圆锥破碎机等。 第2章 原理及其设计方案的确定2.1 破碎机的结构及原理2.1.1 破碎原理破碎机械虽然类型繁多，但按施力方法不同，对物料破碎有挤压，弯曲，冲击，剪切和研磨等方法，而在破碎机械中，施力情况很复杂，往往是几中施力情况同时存在。由于物料颗粒的形状是不规则的，而且物料的物性不同，所以采用的破碎方法也不同，利用机械力破碎物料按施加外力不同有如下几种方法：1、挤压破碎两个破碎工作面对夹于其间的物料施加压力，当物料受到的压应力达到其抗压强度极限时而破碎。2、劈裂破碎当两
14、个带尖棱的工作面靠近时，尖棱楔入物料而使内部产生拉应力，当其值亏过物料的抗拉强度极限时，物料裂开，并在尖棱与物料接触点局部产生碎末。3、折断破碎夹在工作面之间的物料如受集中力作用的简支梁或多支梁，物料主要由于受弯曲应力而折断，但在物料与工作面接触处受到劈力作用。4、冲击破碎物料受到足够大的瞬时冲击力而破碎，它的破碎力是瞬时作用的，其破碎效果高，破碎效果高，破碎比大，能量消耗小。总之，掌握了物料性质与破碎方式相适应的道理，无论是对其它矿物，如金属矿石，化工原料等破碎，都可正确选择所需的破碎设备。2.1.2 破碎机的主要结构冲击锤式破碎机主要由机体、转子、蓖条体和传动装置四大部分组成。下面对这四大
15、部分分别作一简述。 1、机体 它的主要功能是支承转子和蓖条体实现对物料的破碎且保证有足够大的破碎腔使物料得以充分破碎。另外，为了防止物料对机体内壁的磨损，在机体易磨损的内壁上均铺有衬板。反击板应能开启至适当位置，便于更换反击衬板和其他衬板。打开检修盖后可以更换锤头。此外，打开检修门可将蓖条体移出更换蓖条。打开观察门可以检查锤头与蓖条的间隙大小及锤头的磨损情况。 2、传动装置 它的功能是驭动静转矩子、加速转矩大的转子。 3、转子 转子是本机的主要破碎工具。4、蓖条体 蓖条体是物料承受锤击的承载体，同时又是物料排出的产品粒度的约束体。2.2 设计方案如图2-1是锤式破碎机的机构简图，物料进入机体内
16、，受高速运动的锤子打击、冲击、剪切、研磨作用而粉碎。在转子下部大于筛孔尺寸的继续受锤子打击和研磨，最后通过筛孔排除机体外。因此在设计过程中主要考虑主轴、锤头、轴承的受力情况，从而设计合适的主轴。 图2-1破碎机结构简图设计步骤如下:1、先初选电动机并校核；2、轴的设计计算及较核；3、给料口尺寸；4、排料口尺寸；5、锤头质量计算；6、轴承的选择及较核；7、破碎机整体结构尺寸设计。2.3 本章小结本章主要是介绍破碎机的基本结构和基本原理以及设计方案的确定。第3章 锤式破碎机的电动机功率的计算和选择3.1破碎机电动机功率的计算转子直径一般是根据物料的尺寸来决定。通常转子的直径与给矿块的尺寸之比为48
17、，大型破碎机则近似取2。转子的长度视机器生产能力的大小而定。转子直径与长度的比值，一般为0.71.5，矿石抗冲击力较强时，应选取较大的比值。现已知给矿块的最大粒度为100mm，转子转数n=970r/min;取转子直径与给矿块的比为6，则转子直径 D=1006=600mm；取转子直径与长度的比值1.5，则长度: L=D/1.5=600/1.5=400mm3.1.1 综合各种因素计算功率1.冲击功率 在锤式破碎机中，每个锤头冲击物料的平均质量可按以下式计算 =12.5式中 Z锤头个数，20则在锤式破碎机中冲击功率为=13.582kw 式中 冲击功率，kW锤头拖拉物料的摩擦功率 移动物料与静止物料之
18、间的摩擦力和锤头与物料之间的摩擦力都消耗了功率，这部分功率可按下式计算=1.625kw 式中 摩擦功率，kW； S物料拖拉长度，0.4m； 摩擦力，N Nm f摩擦系数，f = 0.3; R转子半径，0.3m；2.鼓风功率 鼓风功率可按下式计算 式中 鼓风功率，kW； 锤式破碎机进出口压差，N/m； A 锤头侧面投影面积，0.023.轴承摩擦功率 轴承摩擦功率损失率的计算如下式 式中 轴承摩擦功率，kW； 轴承摩擦力矩，Nm4.电动机功率 考虑到传动效率，电动机功率按下式计算 式中 电动机功率，kW； 传动效率， = 0.90.95 由于在普通型锤式破碎机中约占电动机功率的14%20%，则为
19、式中 锤式破碎机效率系数一般取0.80.85结合式，最后计算得到电动机的计算功率为 N = 18kw 3.1.2 根据生产实践以及引用经验公式计算电动机功率1.根据根据文献1式（5-9）计算电动机功率 N = KQ（kW） 式中 Q机器的生产能力，kg/h； K比功耗，kw/kg，比功耗视待破碎物料的性质、机器结构特点和破碎比而定。对中等硬度的煤，锤式破碎机取K=1.22。由已知Q=15t/h；且取K=1.2；则N = 15 1.2 =18kw 2.根据文献3得电动机的功率 （kW）式中 D转子直径，D=0.6m； L转子长度，L=0.4m； K过载系数，K=1.151.35，取K=1.35；
20、 n转子转数，n = 970r/min 。则 N = 28.29kw 3.2 电动机型号的选择结合式、和式，电动机的功率N28.29kw，根据C参考文献3表16-1-28，选择电动机JB/T 9619-1999型号为Y200L-4，电动机功率为30kw,转速为1470r/min。如表3-1表3-1电动机参数表型号额定功率kW满载时转动惯量转数rmin效率%Y200-L430147092.20.2623.3 本章小结本章主要进行锤式破碎机的电动机功率的总体参数计算以及电动机选择的确定。第4章 锤式破碎机的主要机构参数的选择和计算4.1 转子部分结构转子部分是锤式破碎机的主要部件，如图4-1所示：
21、转子轴4，圆盘5，锤头2，用锤头销轴3分别悬挂在圆盘之间，为防止圆盘和锤轴窜动，固定圆盘套筒1固定。 图 图4-1 锤式破碎机的主要部件4.2转子转速的确定转子的转速是破碎机的重要工作参数,影响破碎机的破碎效率和生产能力。转子的速度 式中 v 转子的圆周速度,m/s n转子转数，970r/min 按上式计算的转子圆周速度只能作为选取时参考。根据文献4可知，目前锤式破碎机的转子圆周速度为1870m/s。一般中小型破碎机的转速为7501 500 r/min，圆周速度为2570 m/s ;大型破碎机的转速为200350 r/min ，转子的圆周速度为1825 m/s。速度愈高,破碎产生的粒度愈小,锤
22、头及衬板、篦条的磨损越大,功率消耗也随之增加。从设备制造角度来看,高转速对机器零部件的加工、安装精度要求也随之增高,而且锤头磨损与转子圆周速度成正比,所以在满足产品粒度要求的情况下,转子圆周速度应选取偏低值。综合以上因素,取转子转速n =970r/min，则转子的线速度v =30.46 m/s。4.3转子轴的设计4.3.1转子轴尺寸设计由于圆盘加厚，锤头质量加重，轴也要相应加粗。该轴主要受转矩m和转子部分的重力。根据文献3可知设计的轴并满足以下条件：1.轴的弯曲强度不能大于许用弯曲强度弯曲强度弯矩 = + 式中 均匀载荷产生的弯矩为扭矩m产生的弯矩 式中 q为轴所受均匀载荷，q=9070N/m
23、 r 轴的最小半径，可忽略不计 L该破碎机两轴承的距离，L=0.565m c转子部分的宽度，c=0.4m可得 =512.5N/m = 159.2式中 传递功率 = 电动机功率皮带传递效率= 3090% =27 kw n转子转速 n =970r/min =30.46m/s所以 = 727.1 Nm弯曲强度 12.396 Nm式中 抗弯截面系数,轴的材料为铸钢，从参考文献3得屈服强度为355N/，安全系数 n = 1.152.5，取n=2；则=177.5mm 将和代入得，即mm 2.求挠度转子的重力q产生的挠度与扭矩m产生的挠度迭加起来等于f，应该满足： 式中 均匀载荷产生的挠度 转扭产生的挠度
24、E弹性模量，查参考文献 6,得E = 200 GPa I惯性矩， 将、代入得 从参考文献6查得 = 0.3mm/m将各数据代入得：mm 3.求转角 转角应满足每米不大于 式中 均匀载荷产生的扭角 转扭产生的扭角从参考文献6查得 = 将有公式和数据代入解得 各数据代入上式得 4.主轴尺寸综合、可得 取轴径中间最大径145mm，即d = 145mm4.3.2转子轴的校核主轴是支承转子的主要零件，冲击力由它来承受。因此，要求主轴的材质具有较高的强度和韧性。通常主轴为圆形，有的主轴断面为方行。由于作用在转子主轴上每个瞬间的载荷大小不等，其用的持续时间又短，仅为千分之几秒，而确定处载荷又与实践情况较大，
25、因此按一般方法计算转子主轴的强度常偏大，当转子体发生严重故障时，主轴仍能保持完整无损。根据有关文献推荐，主轴的强度校核可以简略成下列方法计算。作用在转子主轴上的相对弯矩为： (4-15)式中 作用在主轴上的弯矩，其值可按经验公式计算 = /8 m （为转子总重量，）；(4-16) 作用在主轴上的扭矩；=9550P/n； (4-17)P电动机功率KW；30Kwn电动机的转速。1470r/min已知电动机功率P=30Kw，转速为970r/min则初步计算轴的最小直径。由于选取轴的材料为38SiMnMo，调质处理，由机械设计实用手册可得。A与轴的材料及相应的许用扭剪应力如表4-1所示。38SiMnM
26、o的基本参数：=3555Mpa,A=11297Mpa,取 A=105MPa。表4-1 轴常用的几种材料的及A值轴的材料Q235-A、20Q275、354540Cr、35SiMn38SiMnMo、3Cr13/MPa1525203525453555A14912613511212610311297轴的最小直径是与带轮相连接的，考虑到其他因素的影响，参考=600400可逆式破碎机这里取:mm按常规考虑到圆盘在轴向固定等因素影响圆盘处的轴径=145mm校核轴的强度 ：kgm = =36.62kgm kgm转子轴调质处理时：MpaMpa 根据: mm只需要满足34.56就可满足强度，所以本设计选轴径强度足
27、够。4.4锤头参数的设计由于锤式破碎机的锤头是铰接地悬挂在转子上，所以正确地选择锤头的重量对破碎机效果和能量消耗有很大作用。如果锤头的重量选得小，则可能满足不了锤击一次就将矿块破碎的要求；若是选得过大，则无用的功率消耗过大，这也是不经济的。因此，锤头重量一定要满足锤击一次使矿块破碎，并使无用功率消耗达到最小值，同时还必须不使锤头过度向后偏倒倒。4.4.1锤头质量确定的理论分析计算锤头质量的方法有两种：一种是根据使锤头运动起来生产的动能等于破碎矿石所需的破碎功来计算锤头的重量；另一种是根据碰撞理论动量相等的原理来计算锤头的重量。前一种方法由于没有考虑锤头打击矿块后的速度损失，故计算出来的锤头重量
28、往往偏小。1. 根据碰撞理论动量相等的原理计算锤头重量根据碰撞理论动量相等的原理计算锤头重量时，考虑锤头打击矿块后，必然会产生速度损失。根据时间总结，追拖打击矿块后的允许速度损失随着破哦随即的规格大小而变，一般在40%60%的范围内，即如图4-2所示： 图4-2 锤头打击物料简图在这一过程中，设锤头给物料的冲量为 ，物料给锤头的冲量为 ，锤头的质量为 ，冲击物料前后的速度分别为 。最大物料块的质量为 ，物料受到锤头冲击物料前和物料被锤头破碎后将离开锤头瞬间的速度分别为 ，根据文献7得到下列公式 式中 则， 冲击物料前锤头和物料的动能为物料受到冲击刚好被破碎离开锤头前瞬间锤头和物料的动能为故在锤
29、头冲击破碎物料过程中动能的损失为 将代入得 整理上式得 或 式中 锤头的理想质量，； 最大物料块质量，； 锤头冲击物料过程中所损失的能量； 锤头打击物料前的速度，； R转子半径； n转子转速由式 求得的锤头质量是假定破碎机在理想工作状态下，即锤头在冲击过程中所损失的能量，全部用在破碎物料上。实际破碎机在工作过程中，有机械损失，热量损失等。因此在确定锤头质量时，应当考虑到各种能量损失。2.根据经验推算法确定锤头质量还有一种确定锤头质量的方法叫经验推算法。锤头冲击物料后，其速度损失过大，这会使锤头绕自己的悬挂轴回转而向后倾斜过大，在下一次与物料相遇时，会空过而不破碎物料，因而会降低破碎机的生产能力
30、和增加无用功的消耗。当然，锤头冲击物料产生的倾斜在离心力的作用下迅速复原，不影响第二次冲击物料。所以锤头冲击物料后只能允许速度损失不大于50%60%。根据文献7 即：由式 式中 ，则整理上式可得 即 从式 中可以得出，锤头质量只与最大物料块质量有关。实际上用式 来确定锤头质量，能保证破碎机的良好破碎性能。分别计算式 和式 ，求得锤头质量，并取较大者。4.4.2锤头质量参数的确定根据参考文献5并由碰撞理论动量相等的原理计算锤头重量 = (0.60.4) 式中 锤头打击物料前的圆周线速度,m/s ; 锤头打击物料后的圆周线速度,m/s。转子的直径愈大,允许速度损失就愈大,反之取偏小值。若锤头物料是
31、塑性碰撞,且设物料碰撞前的速度为零,则根据碰撞理论动量相等的原理可得m= m+Q 式中 m 锤头折算到打击中心处的质量,kGQ 最大物料块的质量,kG将式1 代入式2 ,得m = (0.71.5)Q m 仅仅是锤头的打击质量,锤头实际质量应根据打击质量的转动惯量和锤头质量的转动惯量相等的条件进行质量代换 式中 r 锤头打击中心到悬挂点的距离,m; 锤头的重心到悬挂点的距离,m。从式4可以看出,锤头质量只与打击物料的质量有关,实际上还与物料的性质、受力情况和转子速度有关。根据动量定理m (v1-v2) = Ft 式中 F 锤头作用在物料上的打击力,N ;t 锤头打击物料的时间,一般取t = 0.
32、0010.0015 s。物料一般是脆性的,当其受力达到强度极限时开始破坏,即物料所受外力超过它本身的内聚力就会破坏。在材料实验机上破坏物料的力F=A 式中 物料的抗压强度,Pa ;A 物料垂直于外力方向的断面积,。在实际破碎过程中,大多数物料是各向异性,且物料形状不规则,锤头打击过程又不可能是面接触,故破坏物料所需的力F =F 把式 、式 代入式 ,得m () =At如果允许锤头在打击物料的过程中速度损失40%60% ,则 式中 修正系数,= 0.210.28。取= 0. 24 ,= 3.9 , t = 0.0012s。设物料形状为立方体,其边长a1 = 0. 043 m ,则=1.012r
33、= 0.13m, = 0.064m则锤头实际质量= m= 7. 526 kg4.5带传动部分的设计带传动是利用张紧在带轮上的带，借助它们间的摩擦或啮合，在两轴间传递运动或动力。带传动具有结构简单，传动平稳、造价低廉、不需润滑以及缓冲吸振等特点，在近代机械中被广泛应用。保证带在工作中不打滑，并具有一定的疲劳强度和使用寿命是V带传动设计的主要依据，也是靠摩擦传动的其它带传动设计的主要根据。4.5.1 设计步骤和方法1、设计功率计算功率是根据传递的功率，并考虑到载荷性质和每天运转时间长短等因素的影响而确定的。即 式中：计算功率，单位为 KW； 传递的额定功率，（例如电动机的额定功率），单位为KW；
34、工况系数，（由参考文献8查得=1.3）所以可求得： =1.330 = 39kw2、选择带型根据计算功率和小带轮的转速=1470r/min，由参考文献8查得选定SPC型.mm取基准直径125mm3、确定带轮的基准直径和（1）初选小带轮的基准直径 根据V带截型，参考参考文献8选取. 为了提高V带的寿命，宜选取较大的直径。所以取: =125mm（2）验算带的速度根据参考文献8式（3-8） 来计算带的速度，并应使。对于普通V带=2530ms；对于窄V带，=3540ms.如果，则离心力过大，即表示选过小，这将使所需的有效力过大，即所需带的根数z过多，于是带宽度、轴径及轴承的尺寸都要随之增大。一般以20ms可求出：ms（3）计算从动轮的基准直径=，并按参考文献8V带轮的基准直径系列表8-5c加以适当圆整。又： =1.84125=230mm（4）初定轴间距 如果中心距未给出，可