小型物料粉碎机的设计.doc

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1、 12 届毕业设计 小型物料粉小型物料粉碎机的设计碎机的设计 说明书说明书 学生姓名 张 锋 学 号 8031208130 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 农业机械化及其自动化 班 级 12-1 指导教师 万 畅 日 期 2012-5-28 塔里木大学教务处 目录目录 前言前言.1 1 绪论绪论.2 1.1 本课题研究的目的及意义.2 1.2 本课题的研究现状和分析.2 1.2.1.现有粉碎机类型及其特点.2 1.3 本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路.3 2 锤片式粉碎锤片式粉碎机结构说明机结构说明.3 2.1 锤片式粉碎机的结构设计示意图.3 2.2 锤片式粉碎机的工作原理

2、.4 3 传动方案设传动方案设计计.4 3.1 电动机选择.4 3.2 带传动的设计计算.5 3.3 带轮的结构设计.6 4 锤片式粉碎锤片式粉碎机的零件说机的零件说明明.7 4.1 转子的回转直径 D（MM） 、粉碎室宽度B（MM）和主轴转速N (R/MIN) .7 4.2 锤片选择.7 4.3 筛子设计.8 4.4 锤筛间隙设计.8 4.5 转子设计.9 4.6 喂料装置设计.9 4.7 闸板设计.10 4.8 粉碎室设计.10 5 轴的设计轴的设计.10 6 键选择与校键选择与校核核.11 7 轴的校核轴的校核.12 8 轴承轴承.13 8.1 轴承的选择.13 8.2 轴承的润滑和密封

3、.14 8.3 轴承的密封.14 8.4 轴承端盖的设计.14 9 轴系零件的轴系零件的定位定位.14 9.1 轴向定位.14 9.2 周向定位.14 10 机架设计机架设计.14 11 箱体的设计箱体的设计.15 12 锤片式粉碎锤片式粉碎机注意事项机注意事项、调试、维护和保养、调试、维护和保养.15 13 结论结论.16 致谢致谢.17 参考文献参考文献.18 塔里木大学毕业论文 1 前言前言 小型物料含有丰富营养成分，且具有较高的食用价值和工业价值。本课题的设计，对发展小型 物料深加工，增加财政收入，帮助山区农民脱贫致富将起到积极的推进作用。 本设计以增加粉碎能力和筛分效率入手，要设计一

4、种高效、低耗、结构简单、操作方便、使 用安全的小型物料粉碎机。我的设计思路为：制定方案选择功率设计带传动设计粉碎室宽 度、转子直径进行细节方面的设计（包括轴、筛子、锤片选择、轴承密封装置、机架、连接件 等）进行轴、键的强度校核画零件图和装配图编写说明书。 该粉碎机结构简单，粉碎室比较窄，生产率比较高主要包括转子、锤片、主轴、喂料口、闸 板、筛子、粉碎室、机架等部分，以小功率的电动机为动力源，采用带传动，利用高速旋转的锤 片对进入粉碎室的物料进行反复锤击，加上转子的旋转离心力作用，使物料在粉碎室与筛片问相 互撞击摩擦，利用筛片孔的直径控制加工产品粒度，最后粉碎成细0.12mm的小粉末，粉碎后的

5、颗粒通过筛片进入出粉管经出料口排出。 塔里木大学毕业论文 2 1 1 绪论绪论 1.1 本课题研究的目的及意义 粉碎是利用机械的方法克服固体物料内的凝聚力而将其破碎的一种操作，它是食品加工的基 本操作之一，习惯上称作为破碎。粉碎在工业、农产品加工行业具有重要的作用。而小型物料不 但包括日常的生活用品，如花椒、玉米等日常生活用品，也包括某些材料如药材等。在这些材料 的加工过程中离不开粉碎机，随意对粉碎机的研究是顺应省会生产的需要。 随着化工、建材、非金属矿、涂料等行业的发展,人们对非金属矿物原料的产品细度要求越来 越高。例如,超细粉可作为超导材料的添加剂某些药品只有达到微米级才能被人体吸收彩色显

6、像管 用的石墨乳、精细化工中的化妆品以及油漆、涂料等均需要产品细腻而均匀。 同时，粉碎机还应用于农产品的加工，农业是我国的基础经济、是国家发展的根本，机械化 的普及，不仅使农业加强了农业化生产，同时也减轻了农民的劳动强度。据不完全统计，我国北 方地区种植小麦、玉米等农作物约占我国农业经济的45%以上，同年出口量北方地区占全国达 20%左 右。因此我国北方地区更需要实现农业机械化生产，从而提高农业的劳动生产率。如今我国北方 大部分地区基本上从种到收到入仓，实现了机械化作业，并且机械化技术越来越高，这就需要我 们更进一步的研究小型物料粉碎机，使其相关性能满足农产品加工的需求。 在粉碎工业粉碎机的地

7、位是不可或缺的，各种各样的粉碎机虽然工作原理不尽相同，但是所 产生的意义都是相同的。粉碎是利用机械的方法克服固体物料内的凝聚力而将其破碎的一种操作， 属于尺寸减小机械的范畴，对物料施加一定的外力，克服分子间的内聚力，就将物料分裂破碎的 操作称为尺寸减小，而物料的化学性质不会发生变化。本设计从增加粉碎能力和筛分效率入手， 进行了各种方案的探讨，要设计一种具有高效、低耗、结构简单、操作方便、使用安全的小型粉 碎机。 1.2 本课题的研究现状和分析 我国粉碎机是随着 20世纪五六十年代养猪业的发展而发展起来的。1972 年在山东红旗爪齿式 粉碎机的基础上，实现了全国系列化。国内常用的普通粉碎机主要有

8、锤片式和齿爪式两种，它们 都是采用机械的方法对原料以冲击方式进行粉碎。被粉碎的原料有谷粒类、果蔬类、茎秆类、饼 粕类和矿物类等，起适用范围广泛，通用性强，而且构造简单，生产效率高，易于控制产品的粒 度，适用维修方便、可靠。目前，国内小型粉碎机多为爪式，产量低、粉碎粒度不易调整。在农 户中还有使用柴油机带动的粉碎机（如 9F-36 等型号） ，其噪音大，使用不方便。 例如：正昌 138系列冠军王粉碎机采用组合多腔粉碎室，粉碎效率较普通机型提高 l0一 30。牧羊 SWFP66100 型锤片式微粉碎机采用可调节的轴端进风口。有效改善了粉碎机的辅助 吸风系统，提高了粉提高了粉碎效率。 国外典型的锤片

9、式饲料粉碎机。由于锤片式粉碎机的技术进步，饲料粉碎作业具有更高的效 率、更低的电耗和成本。 例如：北美地区使用的锤片式粉碎机，直径达 1.9m，筛片面积 4.5m2，转速 3600rmin，锤 片线速度107ms，功率 447kW，大多还配有供风系统用于气力输送。 美国 Roskamp Champion(CPM)公司的 HM系列水滴型卧式锤片粉碎机，筛孔采用交错开孔排 列布置方式，采用不同筛孔直径(324.8mm)的筛片组合使用，效率提高 1015，可通过 调节锤筛间隙来控制产品粒度。 荷兰 Van Aarsen 公司的 2D 系列锤片式粉碎机两侧装有遥控电动换筛装置，在运行中即可更 换筛板，

10、配有自动电磁清洁系统，适应性得到提高。 意大利 GBS 公司的 MSVl2025 型立式粉碎机，机体内部涂覆耐磨材料显著降低了粉碎机噪 声。 瑞士 Buhler 公司的 DFZK一 2 型系列双立轴锤片式粉碎机，自动控制系统中配备有重颗粒剔除、 实时监测堵料等功能，先进合理的结构设计和动力配备使得该机的单位产量电耗相对早先机型有 所降低。 1.2.1.现有粉碎机类型及其特点 （1）冲击式粉碎机 目前带有内分级结构的冲击式粉碎机也很普遍，要注意分级系统与粉碎机的粉碎腔的有机结 合，特别是在分级系统的叶片设计与调整上气流的流动方面。生产实践中，有些企业往往注重粉 碎机部分而忽略了分极系统，结果设备

11、使用不理想。 （2）振动粉碎机 塔里木大学毕业论文 3 有水平型气流磨、垂直环形气流磨、对冲式气流磨、流化床式气流磨、靶式气流磨、旋转式 气流粉碎机等。其粉碎机理也是靠冲击，不过是靠高速气流推带物料，使物料与物料、气流、固 定机件(冲突板)的冲击而粉碎的干式、连续作业。可适用于矿靶式和旋转式还可以用作塑料及纤 维分布区域很窄。又因为气体在喷嘴处所以粉碎温度很低，可用于低温点和粉碎机的设各投资大、 能耗大、运转成本高，所以其应用受到了很大限制。一般只在高值高档产品才使用。此外。尚有 称喷射粉碎法的，是气流粉碎的别称。原理是利用流体能量进行喷射而使物料粉碎。有超声波冲 击粉碎、喷射冲击、喷气粉碎等

12、。其本质都是在循环气流中运动的粒子能中心部位被加速，引起 相互冲突而式粉碎机一类使用于硬质性物料粉碎。 （3）胶体磨 胶体磨是一种高速旋转、靠冲击、剪切和摩擦而粉碎的湿式、连续作业国有多种产品。缺点 是对固液浓度比有一定要求，且要求破碎比鞍大时，需多次磨才能达到要求。 （4）锤片式粉碎机 锤片式粉碎机是利用高速旋转的锤片对进入粉碎室的物料反复锤击，加上转子的旋转离心力 作用，使物料与粉碎室内的筛片相互撞击摩擦，利用筛片控制加工产品粒度，粉碎成细小粉末。 粉碎机采用双圆盘转子，中间设置架板，既作转予骨架支撑两片圆盘，又起到风机叶片的作用， 在转子高速旋转时造成负压，实现了轴向高负压进料和高压差排

13、料的理想设计。其特点是机构简 单，粉碎室比较窄，具有温度低、噪音小、效率高等特点。适宜制药、食品、化工、科研、冶金 等工业部门将含淀粉的物料或矿石等干燥的物料。粒度大小通过更换不同孔径的网筛获得 （5）齿爪式粉碎机 齿爪式粉碎机对物料的粉碎以打击为主，兼有挤压、锯切碎等。其主要有进料口、动齿盘转 子、定齿盘、包角为 360o 的环筛和排料口等组成。工作时，物料从喂料斗轴向喂入，落入粉碎室 的物料在定齿的支撑作用下，受到定、动齿盘和筛片的冲击、碰撞与搓擦作用，粉碎后的颗粒通 过筛片进入出粉管经出料口排出。定齿盘上有两圈齿，齿的断面呈扁矩形，动齿盘上安装有三圈 齿，其横截断面呈圆、扁矩形。其缺点是

14、噪声和粉尘较大。 1.2.2 现有的粉碎方法: （1）压碎 物料在两平面间受到缓慢增长的压力作用而粉碎。对大块物料，第一步多采用此 法处理。 （2）劈碎 物料受楔状刀具的作用而被分裂。多用于脆性材料的破碎。 （3）剪碎 物料在两个破碎工作面间，如同承受载荷的两支点（或多支点）梁，除了外力作 用点受劈力外，还发生弯曲折断。多用于硬脆性大块物料的破碎。 （4）击碎 外力在瞬间受到外来的冲击力而被击碎。 （5) 磨碎 物料在两个工作面或各种形状的研磨面之间受到摩擦、剪切作用而被削成为细粒。 1.3 本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路 本设计设计一种小型粉碎机，采用锤片式、水滴型筛片结构，顶

15、端径向进料，具有操作方便、 质量轻、生产率高的特点，解决了粉碎机的过载问题，使电机工作稳定，本设计重点研究采用动 力源为电动机，带动粉碎机，将小型物料粉碎小型物料在粉碎室内受锤片与物料问相互撞击，粉 碎成细小粉末实现对花椒的中等粉碎，要求成品粒度 0.1-2mm。 （1）根据小型粉碎机的生产率选择合适的配套功率。 （2）确定传动方式。 （3）根据配套功率设计粉碎室宽度 B、锤片数 Z、转子直径 D等。 （4）画出零件图和装配图。 （5）对轴和键进行校核计算。 （6）制定粉碎机的注意事项、日常维护和检修方案。 2 2 锤片式粉碎锤片式粉碎机结构说明机结构说明 2.1 锤片式粉碎机的结构设计示意图

16、 经过探讨，确定小型物料粉碎机的总体结构，包括转子、锤片、主轴、喂料口、闸板、筛子、 粉碎室、机架等。 整个机体左右对称，转子可以正反转工作。当锤片一侧磨损后，可改变转子旋转方向，不需 停车来调换锤片。 塔里木大学毕业论文 4 5 8 3 9 2 4 6 7 1 1.喂料斗 2.闸板 3.粉碎室 4.转子 5.轴 6.锤片 7.筛片 8.出料口 9.机架 图 2-1 锤片式粉碎机结构图 2.2 锤片式粉碎机的工作原理 工作时,电动机通过皮带传动带动粉碎机的轴高速回转，物料从喂料斗进入粉碎室后,受到高 速回转锤片的打击而破裂,并以较高的速度飞向筛片,与筛片撞击和摩擦后进一步破碎,通过如此反 复打

17、击, 物料被粉碎成小碎粒。利用筛片孔的直径控制加工产品粒度，最后粉碎成细0.12mm的 小粉末 ，粉碎后的颗粒通过筛片进入出粉管经出料口排出。锤片粉碎机的工作过程主要由两方面 构成:一是物料受锤片的冲击作用；二是锤片和物料、筛片和物料相互间的摩擦作用。 3 3 传动方案设传动方案设计计 综合考虑效率、质量、运动性能、生产条件。选择用普通V 带传动。带传动具有良好的挠性， 可缓和冲击，吸收振动，结构简单，成本低廉等优点。 3.1 电动机选择 (1)配用的电动机的功率 P(KW)的大小，要根据粉碎机粉碎小型物料的生产能力 Q(t/h)来决 定，不宜过大或过小。一般应按下式计算：P=(6.410.5

18、)Q。如要求粉碎得较细，系数的值可取 大一点， ，如要求粉碎得较粗，系数的值可取小一点。 ，按照经验取Q=100kg/h，则电动机的功率 P=10.5100=1.05kw，查机械手册综合考虑选用 Y 型三相异步电动机Y90s-2。 表表 3-13-1 电动机主要电动机主要性能性能 型 号 额定功率 kw 满载转速 minr 额定电流 A 效 率 % 功率因数 额定转矩 最大转矩 电动机质 量kg Y90s-21.528403.44780.782.322 塔里木大学毕业论文 5 表表 3-23-2 电动机主要电动机主要外形尺寸外形尺寸 电动机主要外形安装尺寸如图 3-1 图 3-1 电动机外形尺

19、寸图 3.2 带传动的设计计算 （1）确定计算功率 Pca=kAP=1.11. 5=1.65KW （3-1） 其中 kA 为工作系数，P 为传动的额定功率。 （2）选择 V 带的带型 根据 Pca、n1 由机械设计第八版图 811 选用 Y型带。 （3）确定带轮的基准直径并验算带速 V d d 初选主动轮的基准直径。由机械设计第八版表 86 和表 88，取大带轮的基准直径 1d d =40mm=20mm。 （3- 1d d min )( d d 2） 验算带速 V =m/s （3- 100060 3.14 11 nd V d 95 . 5 100060 28404014 . 3 3） 因为 5

20、m/sv，作用在轴上的压力为 0 F min0) (F 280.78N （3- min0) (F 2 4 . 165 sin77.7022 2 sin)(2 1 min0 Fz 15） 3.3 带轮的结构设计 小带轮的材料选择HT150，由小带轮的基准直径=40mm2.5d=2.520=50mm，因此小带轮 1d d 可采用实心式；由机械设计基础第五版表1310得Y型槽的结构尺寸 bd=5.3mm,ha=1.6mm,e=8mm,Z=2，da=dd+2ha=40+21.6=43.2mm，B=(Z1)e2f=(21) 8+26=20mm。 塔里木大学毕业论文 7 图32 小带轮结构 大带轮的材料选

21、择HT150，由大带轮的基准直径=100mm2.5d=2.524=60mm，因此大带 2d d 轮可采用腹板式,由机械设计第八版表1310得Y型槽的结构尺 bd=5.3mm,ha=1.6mm,e=8mm,Z=2，da=dd+2ha=100+21.6=103.2mm，B=(Z1)e2f=(21) 8+26=20mm。 塔里木大学毕业论文 8 图33 大带轮结构 4 4 锤片式粉碎锤片式粉碎机的零件说机的零件说明明 4.1 转子的回转直径 D（mm） 、粉碎室宽度B（mm）和主轴转速n (r/min) 先确定 DB的关系，为了降低噪音，一般采用大转子低转速，确定要根据粉碎物料的品种具体 分析。如果

22、以粉碎个谷物颗粒为主，要采用较小的 B 和较大的 D。 由下经验公式求转子的回转直径 D(mm)和粉碎室宽度(Bm)的关系 DB=0.01375； (4-1) V NKe 60 1.50.55 =1.32.8，取=1.5。 (4- B D B D 2) 式中为经验系数，一般=0550.75，N 为配套电动机的功率，N=1.5kw. e K e K 由（1）和（2）可得：D=180mm,B=120mm, 主轴转速=3372r/min； (4-3) 1 n r v 214 . 3 60 170 . 0 214 . 3 6060 式中 V 为锤片末端线速度，对于粉碎小型物料 V=60m/s，r 为锤

23、片末端到主轴中心的距离 mm5。 4.2 锤片选择 锤片式粉碎机的锤片的性能比较如下图所示： 表表4-14-1 常见锤片使常见锤片使用性能比较用性能比较 锤片类型 使用性能 矩形锤片 通用性好，形状简单，易制造。 焊耐磨合金延长使用寿命，制造成本较高。 塔里木大学毕业论文 9 尖角锤片 适于粉碎纤维质物料，但耐磨性差。 环形锤片只有一个销孔，工作中自动变换工作角，因此磨损均匀，但结构较复杂。 锤片是锤式粉碎机最主要的工作部件，也是易损件。对于小型物料粉碎，选用矩形锤片，但 常规锤片材料存在一定缺陷，在锤片强化设计中，为克服低碳钢、中碳钢和特种铸铁的缺点，考 虑在锤片工作棱角堆焊碳化钨合金，对锤

24、片进行表面硬化处理，堆层厚 13mm。按中华人民共 和国行业标准选择 I型：120404 SB/T 10118-92，材料为 65Mn 钢。 淬火区 非淬火区 图 4-1 锤片的结构和三维图 锤片数目 Z=12.1 (4-4) BK1 3 13028 . 0 式中 锤片厚度，粉碎谷物时，=24mm；粉碎茎秆，=56mm；粉碎骨头和贝壳，=610mm K 锤片配置密度系数，K =0.280.42，取小值时粉碎粒度较大。 11 取整数 Z=12 片，锤片材料为65Mn 钢，两端工作区热处理后硬度为 HRC5662，采用锤片排列采 用对称交错式，轨迹均匀却，而且锤片排列左右对称，4 根销轴上的合力作

25、用在同一平面上，对 称 轴相互平衡，因此平衡性好。 4.3 筛子设计 筛面是锤式粉碎机的排料装置，也是主要易损部件之一，其形状和尺寸对粉碎效能有重大影 响。一般设在转子下半周的位置(底筛)，在粉碎加工中，考虑到多物料多粒度的要求，应采用底 筛或环筛。锤式粉碎机所用的筛片根据中华人民共和国行业标准关于锤片粉碎机筛片的标准选择 2mm厚的优质钢板冲孔制成。筛孔的形状通常是圆孔或长孔。筛孔孔径根据粒度要求设计，选取 孔径为2mm 的圆孔8。 表表 4-24-2 筛板开孔率筛板开孔率 项目孔径/mm 筛孔径/mm 0.60.81.01.21.522.533.54 孔间距/mm 1.61.82.02.2

26、2.533.544.55 开孔率/% 12.617.822.523.432.44046505457.6 塔里木大学毕业论文 10 图 42 筛子结构 4.4 锤筛间隙设计 锤筛间隙是指转子旋转时锤片末端与筛板内表面之间距离，如图所示，它直接决定粉碎室物 料层的厚度物料层太厚，摩擦粗碎作用减弱，粉碎可能将筛孔堵塞而不易穿过筛孔：物料厚太薄， 则物料太易穿过，对粉碎粒度有影响。间隙的大小主要取决于筛孔直径和被粉碎物料的品种，对 于一定物料和筛孔有其最佳的锤筛间隙。据我国系列设计锤片式粉碎机的正交试验结果，推荐谷 物 48mm；秸杆 1014mm。对于粉碎花椒选择 4mm8。 4 图 4-4 锤筛间

27、隙 4.5 转子设计 采用双圆盘转子，两转子中间用套筒和键定位，在锤片高速旋转时造成负压，实现了轴向高 负压进料和高压差排料。 图 4-5 转子结构 4.6 喂料装置设计 将喂料方式设计为径向顶部喂入，这样设计的好处是可使该机结构紧凑，使用方便，对物 料的喂入可起一定的调节作用， 增加粉碎室内的风压，提高排粉能力。进料口四周均与水平面 夹角为，更有利于物料的导向与进入粉碎室。如图所示。37 塔里木大学毕业论文 11 图 4-6 喂料装置 4.7 闸板设计 采用手动控制闸板式，闸板主要是控制进料量的大小和进料速度，如下图。 图 4-7 闸板 4.8 粉碎室设计 一般粉碎室的形状均采用圆形，而物料

28、进入锤式粉碎机的圆形粉碎室，受到高速旋转的锤片 的作用后，形成物料层，并作与锤片运动方向相同的圆周运动，这种物料层环流运动的速度为锤 片速度的 70左右，圆形粉碎室内的环流层由于离心力的作用，使大颗粒在外、小颗粒在内，这 样既不利于排粉，又减少了粉料受打击的机会，使大部分粉料不是立即受到正面打击而破裂，而 是受到偏心冲击，而受偏心冲击的物料，在冲击点与物料重心之间产生一个旋转力矩，该力矩只 能使物料产生旋转运动而不易破裂，造成能量的很大浪费。所以，物料在圆形粉碎室所受偏心冲 击现象和物料环流气流层的存在，是锤式粉碎机性能低、效率差的根本原因。因此改变粉碎室的 形状是提高粉碎效率的重要途径之一。

29、 本设计为了提高粉碎效率,采用水滴形粉碎室所谓水滴形粉碎室，顾名思义，即粉碎室的形状 像水滴、筛片在粉碎室内也呈水滴状。采用水滴形粉碎室，可以改变物料层的分布状态，使物料 的环流运动气流层遭到有力的破坏，在水滴形粉碎室内，物料由轴向喂入，进入粉碎室后，先 作圆周运动，然后作直线运动，产生折射后，其加速度骤然减少，产生反向加速度后，又与锤片 相撞，再作圆周运动。这种周而复始的运动能有效地破坏物料的环流层，且不会出现大在外、小 在内的层次分明的混合环流。物料在粉碎室内处于混合状态，在混乱中大粒再次受锤片打击，而 细碎的粒料、粉料则及时排出。如下图： 塔里木大学毕业论文 12 图 4-8 圆形粉碎室

30、（左）,水滴形粉碎室（右） 5 5 轴的设计轴的设计 计算主轴上的功率、转速、转矩 1 P 1 n 1 T =P=1.50.960.98 =1.38kw； （5- 1 P 2 21 2 1） 式中为带传动的传动效率，为轴承的传动效率， 1 2 =3372r/min； （5- 1 n 2） =950000=9500003388.79Nmm 。 （5-3） 1 T 1 1 n P 3372 38 . 1 初步确定轴的最小直径。选取轴的材料为 45 钢，调质处理由机械设计第八版表 153，取 。120 0 A 17.2mm， （5- 3 3 1 1 0 3372 38 . 1 112 n P Adt 4） 考虑到轴上有两个键槽，所以19.436mm，查手册取 20mm。 %)131 ( mint dd （5-5） (3)装配方案 转子、套筒、转子从左边装，轴承各从两边装。 (4)轴的结构如图