立轴锤式破碎机设计.docx
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立轴锤式破碎机设计
摘要
机械冲击粉碎是建材行业材料破碎的主要手段，其设备效率是重要的技术和经济指标。
目前在破碎机的设计研究中，主要集中在耐磨材料和常规设计的改进。
本次设计要求:
a、最大进料粒度：
≤50mm；b、出料粒度：
≤5mm；c、生产能力：
12-15t/h。
选用PCL750-4立轴锤式破碎机。
立轴锤式破碎机接合了反击式破碎机和锤式破碎机的优点并加以改进的优良破碎机。
我进行的主要工作是分析其工作原理，实地观察了它的工作过程，计算主要部位的数据。
设计的内容包括锤头、反击板、隔板、转子、轴、轴承以及皮带等一些重要的零部件计算，确定了电动机的型号以及键、油管和密封装置。
除了以上工作量外我还对国内破碎机现状做了总结和未来发展的方向。
关键词：
破碎；PCL750-4立轴锤式破碎机
Abstract
Mechanicalimpactcrushedthebuildingmaterialsindustryistheprimarymeansofbrokenmaterial,theequipmentefficiencyisanimportanttechnicalandeconomicindicators.CurrentlyinthedesignofthestudyCrusherismainlyconcentratedinthewear-resistantmaterialsandgeneraldesignimprovements.Thedesignrequirements:
a,themaximumfeedsize:
≤50mm;b,theparticlesize:
≤5mm;c,productioncapacity:
12-15t/h.UsePCL750-4VerticalCrusher.HammerCrusherVerticalShaftImpactCrusherbondingahammercrusherandtheadvantagesandimprovedthefinecrusher.Mymainworkistoanalyzetheworkingprinciple,fieldobservationsofitsworkingprocess,calculatethemainpartsofthedata.Designincludinghammer,impactplate,diaphragm,rotor,shaft,bearingsandbeltsandsomeotherimportantpartscalculationstodeterminethetypeofmotoraswellaskeys,tubingandseals.WorkloadinadditiontotheaboveIalsomadethedomesticcrusherstatussummaryandfuturedirection.
Keywords:
broken;PCL750-4VerticalCrusher
目录
摘要I
1绪论1
1.1引言1
1.2我国破碎机现状1
2总体方案设计3
2.1立轴锤式破碎机的类型3
2.2立轴锤式破碎机的工作原理5
3结构性能及应用7
4主要零件的设计9
4.1锤子和转子9
4.2反击板的设计11
4.3门的设计11
4.4隔板的设计12
5立轴锤式破碎机的结构参数和工作参数的选择与计算13
5.1电动机的选择13
5.1.1立轴式破碎机的设计参数13
5.1.2功率的确定13
5.2传动部分的设计14
5.2.1确定计算功率Pca14
5.2.2选择V带型号14
5.2.3确定带轮直径dd1，dd214
5.2.4确定中心距a和带的基准长度
15
5.2.5验算主动轮上的包角
15
5.2.6确定V带根数z15
5.2.7计算单根V带初拉力F16
5.2.8计算对轴的压力FQ16
6立轴式破碎机主要参数的确定17
6.1基本结构参数17
6.1.1转子的直径与长度17
6.1.2基本结构尺寸17
6.1.3锤头质量的确定18
6.2主要工作参数的确定19
6.2.1转子的速度19
6.2.2功率19
6.3转子的结构设计20
6.3.1传动装置的运动和动力参数的选择和计算20
6.3.2传动轴的设计计算21
6.3.2.1轴的结构设计21
6.4轴承和键的选用27
6.4.1轴承的选用和润滑27
6.4.2键的选用27
6.5辅助零件的设计28
7安装及使用注意事项29
总结30
致谢31
参考文献32
附录A33
附录B44
1绪论
1.1引言
建材产品的生产,从原料、燃料到半成品都需要进行破碎和粉磨,其目的是使物料的表面积增加,以提高物理作用的效果及化学反应的速度,如促进均匀混合,提高物料的流动性,便于贮存和运输,提高产量等。
水泥熟料和石膏一起磨碎成最终产品,其磨碎的粒度越细,表面积越大,则水泥的标号就越高。
改善和提高产品的质量和数量,减少动力消耗,降低生产成本,对达到优质、高产、低消耗具有重要意义。
如今全球的每年的破碎物料达到数百亿吨之多，而仅仅我国每年破碎的各种物料约为18亿其中铁矿石约2.4亿t，有色金属矿石超过1亿非金属矿物2.3亿t，化工矿物0.3亿t，水泥4亿t。
建材用石灰石4.7亿t，耗电量为250-0亿kW-h,钢耗约为250万t。
以上数据表明在破碎机行业生产节能降耗，高技术含量高的破碎机已是未来破碎机械行业发展的一大趋势。
破磨作业是选矿的龙头，也是能耗、钢耗的大户。
因此，节能、降耗是破磨设备研究的主题，“多碎少磨”是节能、降耗的重要措施，其关键问题是降低破碎产品的最终粒度。
立轴锤式破碎机的生产效率高，排料粒度小而均匀，成为金属矿山选矿厂的主要破碎设备。
破碎机的发展与人类社会的进步和科学技术的水平密切相关。
对于立轴锤式破碎机来说，物料的要求不是那么苛刻的，此机是五大常用的破碎设备之一，看看此机的发展情况。
立轴锤式破碎机是选矿生产线中必不可少的设备之一，立轴锤式破碎机是世界较为先进的破碎设备。
随着科学技术的发展，各学科间相互渗透，各行业间相互交流，广泛使用新结构、新材料、新工艺，目前破碎机正向着大型、高效、可靠、节能、降耗和自动化方向发展。
1.2我国破碎机现状
目前，我国立轴锤式破碎机已形成大、中、小型系列，品种规格齐全，基本满足国内需求。
但产品的制造质量，特别是耐磨材料，以及使用可靠性等方面与国外同类产品尚有差距，有待进一步研究、改进。
总的来说，未来国内外立轴锤式破碎机的发展方向主要表现在以下几个方面：
第一，需要对现有的立轴锤式破碎机结构进行改进，提高立轴锤式破碎机的对中硬矿石的破碎能力和设备维护的方便性，其主要集中在板锤、转子结构的改进以便于板锤的更换和装卡；反击架（破碎腔形）的结构优化，提高矿石的一次性破碎率和能量的利用率。
第二，研究开发具有高耐磨高韧性的新型板锤材料提高板锤的使用寿命，提高生产率。
第三，应用现代机电一体化技术和现代控制方法（如液压技术、电子技术），不断提高立轴锤式破碎机的自动化程度，减少人工的劳动强度，提高生产率。
例如：
应用现代计算机辅助设计优化反击架的结构参数，提高对能量的利用率和矿石的一次破碎率。
第四，为适应市场和客户的需求，立轴锤式破碎机正向系列化规格化，大型化发展。
第五，坚持技术创新，逐渐摆脱对产品的单一引进和模仿。
2总体方案设计
2.1立轴锤式破碎机的类型
我国制造的立轴锤式破碎机用汉语拼音字母和动锥的底部直径表示型号，如PCL1000-4，其中P—破碎机、C—锤式、L—立式、1000—筒体内直径（毫米）、4锤头排数。
常用的立轴锤式破碎机型号如下表
根本设计方案采用的是PCL750-4立轴锤式破碎机。
立轴式破碎机由筒体、转子、机盖附件、底座等部分组成，筒体由机壳、门、隔板、反击板组成，各部件分别用焊接螺栓、螺钉连结成一体；转子由主轴、锤架组成。
锤架上偏心销轴将锤头分4排悬挂在锤架之间，为了防止锤架和锤头的轴向窜动，锤架一端用轴套轴向固定，一端用止退垫圈和锁紧螺母固定，转子支承在三个滚动轴承上，机壳内部有反击板，反击板磨损后可以更换，机盖与轴之间漏灰现象严重，为了防止漏灰，设有轴封。
主轴是破碎机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硬度和韧性，如用45钢。
主轴断面为圆形，锤架用平键与轴连接，锤架是用来安装锤头的，但破碎机在逆转时，锤架与物料接触，易造成磨损，所以选择的材料要具有一定的耐磨性。
该锤架的销轴孔都为6个孔，可以在销轴孔磨损后，把锤头安装在另一个位置，在锤架中，上面一个圆盘用以减少偏心销轴的磨损程度。
锤头的质量、形状和材质对破碎机的生产能力有很大的影响。
锤头动能的大小与锤头质量成正比，动能越大，即锤头质量越大，破碎效率愈高，但能耗佷大。
因此，应根据不同的进料尺寸来选择适当的锤头质量。
锤头耐磨性是其主要质量指标之一，提高锤头的耐磨性，可以缩短破碎机的检修停车时间，就能大大的提高立轴式破碎机的利用率和减少检修费用。
机盖部件由机盖、滚动轴承、圆锥套、上轴承盖、上密封环、圆螺母以及直通式油杯组成，用螺栓连接在一起，轴承盖用于轴承的外圆定位，轴承盖内的内油毡槽用以安装油毡起密封油的作用，轴承盖外面有凸起的环体，挡住外面的灰尘进入轴承盖内，圆螺母和止退垫圈使轴承的内圈得以定位，上密封环挡住筒体内的灰尘进入到机盖内，即采用迷宫密封来挡灰。
轴承的润滑采用直通式油杯油润滑，轴承间隙的调整可通过调整垫片得以实现。
底座部件由支承套、滚动轴承、下轴承盖、下密封环、轴套、垫片、注油装置、底座等组成，用螺栓连接在一起，底座用于整个转子轴的定位，支承套用来支承两个滚动轴承和下轴承盖，调心滚子轴承主要用来承受轴向力，推力调心滚子轴承主要承受径向力，在两个轴承之间增加一块垫片，隔开两轴承以避免两轴承直接接触，影响两轴承的寿命。
上轴承盖用来定位，推力调心滚子轴承的外圈定位，两轴承之间的垫片用于保证两轴承的内圈定位，轴承盖内毛毡用来保证润滑油的密封，下轴承盖和下密封环组成的环形密封用来挡住筒体内的灰尘进入到轴承中。
进料口由法兰、钢板焊接而成，用螺栓连接在机盖上。
出料口由法兰，钢板焊接而成，用螺栓连接在底座的加强筋上。
机盖部分与筒体,筒体与底座均用螺栓连接在一起，转子与底座之间用轴承来支承。
立轴式破碎机结构模型如图2-1所示
图2-1立轴式破碎机结构模型图
2.2立轴锤式破碎机的工作原理
常见的锤式破碎机有单转子和双转子两种，按照锤子在转盘上的排列，还有单排锤和多排锤等，转子的转向有可逆式和不可逆式两类。
此外还有一些简易型锤式破碎机，如十字锤粉碎机，链环式碎煤机等。
其中，使用最广泛的是单转子多排锤式破碎机。
锤式破碎机一般适用于含水量小于12%，抗压强度小120MPA的脆性物料，如石灰石，油母页岩，矿渣，煤块等。
锤式破碎机的工作部分是许多按一定规律铰在转盘上的锤子，当转盘高速旋转时，锤子因离心力和旋转力，打击装入机内的物料，使之破碎，同时，受到打击的石块彼此之间以及与机器内板，蓖条之间相互撞击，也促使物料破碎。
物料由进料斗进入破碎机，经分料器将物料分成两部分，一部分由分料器中间进入高速旋转的叶轮中，在叶轮内被迅速加速，其加速度可达数百倍重力加速度，然后以60-70米/秒的速度从叶轮三个均布的流道内抛射出去，首先同由分料器四周自收落下的一部分物料冲击破碎，然后一起冲击到涡支腔内物料衬层上，被物料衬层反弹，斜向上冲击到涡动腔的顶部，又改变其运动方向，偏转向下运动，从叶轮流道发射出来的物料形成连续的物料幕。
这样一块物料在涡动破碎腔内受到两次以至多次机率撞击、磨擦和研磨破碎作用。
被破碎的物料由下部排料口排出。
和循环筛分系统形成闭路，一般循环三次即可将物料破碎成20目以下。
在整下破碎过程中，物料相互自行冲击破碎，不与金属元件直接接触，而是与物料衬层发生冲击、磨擦而粉碎，这就减少了角污染，延长机械磨损时间。
涡动腔内部巧妙的气流自循环，消除了粉尘污染锤式破碎机的种类很多，可以按照下述特征进行分类：
按转子的数目，分为单转子和双转子两类。
按转子的回转方向，分为不可逆式和可逆式两类。
按锤子的排列方式，分为单排式和多排式两类。
前者锤子安装在同一回转平面上，后者锤子分布在好几个回转平面上。
按用途的不同，分为一般用途和特殊用途两类。
按锤子在转子上的连接方式，还可以分固定锤式和活动锤式两种。
固定锤式主要用于软质物料的细碎和粉磨。
用于粉磨的称为粉磨机。
6立轴式破碎机主要参数的确定
6.1基本结构参数
6.3转子的结构设计
6.3.1传动装置的运动和动力参数的选择和计算
0轴（电动机轴）：
P0=30kw
n0=1470r/min
T0=9.55×10³×10³×P0/n0
=9.55×10³×10³×30/1470
=0.19×10³×10³N·mm
1轴（主轴）：
P1=P0×η电×η带=30×0.921×0.95=24.9kw
n1=720r/min
T1=9.55×10³×10³×P1/n1
=9.55×10³×10³×24.9/720
=0.33×10³×10³N·mm
6.3.2传动轴的设计计算
6.3.2.1轴的结构设计
a）轴的材料及热处理
由于破碎机的设计功率不是太大，对其重量和尺寸无特殊要求，故选择常用材料45钢，调质处理。
b）初估轴径
按扭矩初估轴的直径，查《机械设计》表10-2，得C=106-117，考虑倒安装皮带轮仅受扭矩作用，取C=110，则
（6-9）
式中：
C——由轴承的材料和承载情况缩确定的常数；
P——轴的输出功率，kw；
n——轴的转速，r/min.
（1）初步确定轴的直径
根据工作条件，取d=70mm
（2）传动轴受力分析
N
（3）绘制传动轴的受力简图，如图所示，求支座反力
图4.1传动轴的受力简图
垂直面支反力：
由∑M=0，得：
Ft（L1+L2）–R2L1=0
FtL2–R1L1=0
由∑Y=0，得：
F+R2–R1=0
所以：
R2=Ft（L1+L2）/L1=9428.57×1091/935=11011.68N
R1=R2–Ft=11011.68–9428.57=1573.11N
（4）作弯矩图：
①垂直面弯矩M图：
II点
M1=Ft（L1+L2）–R2L1=9428.57×1091–11011.68×935=0N·mm
III点
M2=R1L1+FtL2=1573.11×935+9428.57×156=2941714.77N·mm
（5）作转矩T图：
T=T1=330000N·mm
（6）校核轴的强度：
按弯扭合成应力校核轴的强度
校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面III）的强度。
由文献[1，15-5]可知，取α=0.6，轴的计算应力
MPa
选定轴的材料为45钢，锻打处理，由文献[1]表15-1可知，
MPa。
因此，
，故安全。
（7）精确校核轴的疲劳强度
①判断危险截面
从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面III引起的应力集中最严重，且受的弯矩较大；从受载的情况来看，截面III的应力最大，故II面不用校核。
只需校核截面III。
②截面III左侧
抗弯截面系数W=0.1d³=0.1×80³=51200mm
抗扭截面系数WT=0.2d³=0.2×80³=102400mm
截面III左侧的弯矩M为
M=2941714.77×920/935=2894521.48N·mm
截面V上的扭矩T为T=T1=330000N·mm
截面上的弯曲应力
Mpa
截面上的扭转切应力
MPa
轴的材料为45钢，由文献[1]表15-1可知，
MPa，
MPa，
MPa。
由文献[1]附表3-8可知，用插入法求出
，
轴按精车加工，由文献[1]附图3-4可知，表面质量系数为：
轴未经表面强化处理，
固得综合系数为
由文献[1]§3-1，§3-2可知，碳钢的特性系数
取
取
所以轴在截面V左侧的安全系数为
故该轴在截面V左侧的强度是足够的。
③截面V右侧
抗弯截面系数W=0.1d³=0.1×70³=34300mm
抗扭截面系数WT=0.2d³=0.2×70³=68600mm
截面V右侧的弯矩M为
M=2941714.77×126/156=2376000.39N·mm
截面V上的扭矩T为T=T1=330000N·mm
截面上的弯曲应力
MPa
截面上的扭转切应力
MPa
截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数
及
按文献[1]附表3-2查取。
因
，
，
，
又由文献[1]附图3-1可得轴的材料的敏感系数为
，
故有效应力集中系数按文献[1，附
]为
由文献[1]附图3-2可得轴的截面形状系数为
由文献[1]附图3-3可得轴的材料的敏感扭转剪切尺寸系数为
综合系数为
所以轴在截面V右侧的安全系数为
故该轴在截面V右侧的强度是足够的。
6.4轴承和键的选用
6.4.1轴承的选用和润滑
a．轴承所受载荷的大小、方向和性质，是选择滚动轴承的主要依据。
上端选：
GB288-863616调心滚子轴承
下端选：
GB288-863616调心滚子轴承
GB299-959069414推力调心滚子轴承
b．校核轴承的使用寿命
根据
（6-10）
对于3616型轴承，假定其寿命为3年
查手册
=1
该轴承符合要求。
c．轴承润滑方式选用油管润滑。
6.4.2键的选用
a．键分别选平键
28×16×228
28×10×755
b．平键的校核
根据
（6-11）
T─转矩，
；
d─轴的直径，
；
h─键的高度，
；
─键的工作长度，
；
─许用挤压应力，
，
由《机械手册》表3.1查得
=30～45
。
键一：
28×16×104
符合要求。
键二：
36×20×848
符合要求。
6.5辅助零件的设计
对滑动轴承采用油润滑，须用到注油管。
注油管可用两端有螺纹的钢管。
一端固定在机盖上，一端用螺母固定在机座上。
本设计中的密封方式选用毡圈式密封，利用矩形截面的毛毡圈嵌入梯形槽中所产生的对轴的压紧作用、获得防止润滑油漏出和外界杂质、灰尘等侵入轴承室的密封效果。
7安装及使用注意事项
1、机体安装基础必须牢靠、平整，以防机体受力不均引起破裂。
2、试车前必须检查各紧固螺丝是否旋紧，用手转动皮带轮是否灵活，发现不正常应以排除方可试车。
3、试车必须空载试车，空试时旋动小手轮以检查调节机构是否灵活，空载半小时后无异常现象方可使用。
4、破碎物料的硬度最好不要超过中等硬度，以免加快零件的损坏减少寿命。
5、为了出料方便，安装时可适当提高整机的安装高度
总结
毕业设计是机械专业本科段学习的一个重要的、总结性的理论和实践相结合的教
学环节，是综合运用所学知识和技能的具体实践过程。
通过本次毕业设计，我对所学的专业知识有了更深刻的理解和认识。
我的毕业设计内容源于生产实践，使得毕业设计和实践得到了充分的结合，有利于培养解决工程实际问题的能力。
在设计过程中，通过把自己几年来所学到的专业知识和实践相结合，并运用到设计中，我顺利完成了毕业设计的各项任务。
但在设计过程中，我对一些理论问题掌握的不够充分，经过多次向指导老师请教才得以解决。
在今后学习和工作中，我会更多的吸取相关方面的知识，不断提高自己的专业水平能力。
通过本次毕业设计，我了解和掌握了机械设计和机械传动等方面的知识，锻炼了自己分析问题和解决问题的能力，并积累了一定的实践经验，为今后的工作打下了坚实的基础。
但由于时间紧，再加上本人的知识水平和能力有限，以及经验不足，设计中难免存在一些缺点和错误，欢迎各位老师给予批评指正。
致谢
经过半年的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。
在这里首先要感谢我的导师李老师。
李老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从设计草案的确定到查阅资料，计算参数和修改，中期检查，后期详细设计，装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。
我的设计较为复杂烦琐，但是李老师仍然细心地纠正图纸中的错误。
除了敬佩李老师的专业水平外，她的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。
然后还要感谢大学四年来所有的老师，为我们打下机械专业知识的基础；同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励。
此次毕业设计才会顺利完成。
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