0096-立軸錘片式破碎機設計,立軸,錘片式,破碎,設計 第1章 緒 論 1.1概述 機械加工行業(yè)在我國有著舉足輕重的地位，它是國家的國民經(jīng)濟命脈。作為整個工業(yè)的基礎(chǔ)和重要組成部分的機械制造業(yè)，任務就是為國民經(jīng)濟的各個行業(yè)提供先進的機械裝備和零件。它的規(guī)模和水平是反映國家的經(jīng)濟實力和科學技術(shù)水平的重要標志，因此非常值得重視和研究。 錘片粉碎機是一種將金屬板材卷彎成筒形、弧形或其它形狀工件的通用設備。根據(jù)三點成圓的原理，利用工件相對位置變化和旋轉(zhuǎn)運動使板材產(chǎn)生連續(xù)的塑性變形，以獲得預定形狀的工件。該產(chǎn)品廣泛用于鍋爐、造船、石油、木工、金屬結(jié)構(gòu)及其它機械制造行業(yè)。 錘片粉碎機作為一個特殊的機器，它在工業(yè)基礎(chǔ)加工中占有重要的地位。凡是鋼材成型為圓柱型，幾乎都用錘片粉碎機輥制。其在汽車，軍工等各個方面都有應用。根據(jù)不同的要求，它可以輥制出符合要求的鋼柱，是一種相當實用的器械。 在國外一般以工作輥的配置方式來劃分。國內(nèi)普遍以工作輥數(shù)量及調(diào)整形式等為標準實行混合分類，一般分為： 1、錘片粉碎機：包括對稱式錘片粉碎機、非對稱式錘片粉碎機、水平下調(diào)式錘片粉碎機、傾斜下調(diào)式錘片粉碎機、弧形下調(diào)式錘片粉碎機和垂直下調(diào)式錘片粉碎機等。 2、錘片粉碎機：分為側(cè)輥傾斜調(diào)整式錘片粉碎機和側(cè)輥圓弧調(diào)整式錘片粉碎機。 3、特殊用途錘片粉碎機：有立式錘片粉碎機、船用錘片粉碎機、雙輥錘片粉碎機、錐體錘片粉碎機、多輥錘片粉碎機和多用途錘片粉碎機等。 錘片粉碎機采用機械傳動已有幾十年的歷史，由于結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠，造價低廉，至今在中、小型錘片粉碎機中仍廣泛應用。在低速大扭矩的錘片粉碎機上，因傳動系統(tǒng)體積龐大，電動機功率大，起動時電網(wǎng)波動也較大，所以越來越多地采用液壓傳動。近年來，有以液壓馬達作為源控制工作輥移動但主驅(qū)動仍為機械傳動的機液混合傳動的錘片粉碎機，也有同時采用液壓馬達作為工作輥旋轉(zhuǎn)動力源的全液壓式錘片粉碎機。 錘片粉碎機的工作能力是指板材在冷態(tài)下，按規(guī)定的屈服極限卷制最大板材厚度與寬度時最小卷筒直徑的能力。國內(nèi)外采用冷卷方法較多。冷卷精度較高，操作工藝簡便，成本低廉，但對板材的質(zhì)量要求較高（如不允許有缺口、裂紋等缺陷），金相組織一致性要好。當卷制板厚較大或彎曲半徑較小并超過設備工作能力時，在設備允許的前提下可采用熱卷的方法。有些不允許冷卷的板材，熱卷剛性太差，則采用溫卷的方法。 1.2錘片粉碎機的原理 1.2.1 錘片粉碎機的運動形式 錘片粉碎機的運動形式可以分為主運動和輔運動兩種形式的運動。主運動是指構(gòu)成錘片粉碎機的上輥和下輥對加工板材的旋轉(zhuǎn)、彎折等運動，主運動完成錘片粉碎機的加工任務。輔運動是錘片粉碎機在卷板過程中的裝料、下料及上輥的升降、翹起以及倒頭架的翻轉(zhuǎn)等形式的運動。 該機構(gòu)形式為三輥對稱式,上輥在兩下輥中央對稱位置作垂直升降運動,通過絲桿絲母蝸桿傳動而獲得,兩下輥作旋轉(zhuǎn)運動,通過減速機的輸出齒輪與下輥齒輪嚙合,為卷制板材提供扭矩。 圖1.1 錘片粉碎機工作原理圖 由圖1.1：主運動指上輥繞O1，下輥分別繞O2、O3作順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)。輔運動指上輥的上升或下降運動，以及上輥在O1垂直平面的上翹、翻邊運動等。 1.2.2彎曲成型的加工方式 在鋼結(jié)構(gòu)制作中彎制成型的加工主要是卷板（滾圓）、彎曲（煨彎）、折邊和模具壓制等幾種加工方法。彎制成型的加工工序是由熱加工或冷加工來完成的。 滾圓是在外力的作用下，使鋼板的外層纖維伸長，內(nèi)層纖維縮短而產(chǎn)生彎曲變形（中層纖維不變）。當圓筒半徑較大時，可在常溫狀態(tài)下卷圓，如半徑較小和鋼板較厚時，應將鋼板加熱后卷圓。在常溫狀態(tài)下進行滾圓鋼板的方法有：機械滾圓、胎模壓制和手工制作三種加工方法。機械滾圓是在錘片粉碎機（又叫滾板機、軋圓機）上進行的。 在錘片粉碎機上進行板材的彎曲是通過上滾軸向下移動時所產(chǎn)生的壓力來達到的。它們滾圓工作原理如圖1.2所示。 a） b） c） a）對稱式錘片粉碎機 b）不對稱式錘片粉碎機 c）錘片粉碎機 圖1.2 滾圓機原理圖 用三輥彎（卷）板機彎板，其板的兩端需要進行預彎，預彎長度為0.5L＋（30~50）mm(L為下輥中心距）。預彎可采用壓力機模壓預彎或用托板在滾圓機內(nèi)預彎（圖1.3） a） b） a）用壓力機模壓預彎 b）用托板在滾圓機內(nèi)預彎 圖1.3 鋼板預彎示意圖 1.3錘片粉碎機的發(fā)展趨勢 加入WTO后我國錘片粉碎機工業(yè)正在步入一個高速發(fā)展的快道，并成為國民經(jīng)濟的重要產(chǎn)業(yè)，對國民經(jīng)濟的貢獻和提高人民生活質(zhì)量的作用也越來越大。預計“十五”期末中國的錘片粉碎機總需求量為600萬輛，相關(guān)裝備的需求預計超過1000億元。到2010年，中國的錘片粉碎機生產(chǎn)量和消費量可能位居世界第二位，僅次于美國。而其在裝備工業(yè)上的投入力度將會大大加強，市場的競爭也愈演愈烈，產(chǎn)品的更換也要求錘片粉碎機裝備工業(yè)不斷在技術(shù)和工藝上取得更大的優(yōu)勢：1.從國家計委立項的情況看，錘片粉碎機工業(yè)1000萬以上投入的項目達近百項；2.錘片粉碎機工業(yè)已建項目的二期改造也將會產(chǎn)生一個很大的用戶群；3.由于錘片粉碎機的高利潤，促使各地政府都紛紛投資（國家投資、外資和民間資本）錘片粉碎機制造。其次，跨國公司都開始將最新的車型投放到中國市場，并計劃在中國加大投資力度，擴大產(chǎn)能，以爭取中國更大的市場份額。民營企業(yè)的崛起以及機制的敏銳使其成為錘片粉碎機工業(yè)的新寵，民營企業(yè)已開始成為錘片粉碎機裝備市場一個新的亮點。 錘片粉碎機制造業(yè)作為機床模具產(chǎn)業(yè)最大的買方市場，其中進口設備70%用于錘片粉碎機，同時也帶動了焊接、涂裝、檢測、材料應用等各個行業(yè)的快速發(fā)展。錘片粉碎機制造業(yè)的技術(shù)革命，將引起裝備市場的結(jié)構(gòu)變化：數(shù)控技術(shù)推動了錘片粉碎機制造企業(yè)的歷史性的革命，數(shù)控機床有著高精度、高效率、高可靠性的特點，引進數(shù)控設備在增強企業(yè)的應變能力、提高產(chǎn)品質(zhì)量等方面起到了很好的作用，促進了我國機械工業(yè)的發(fā)展。因此，至2010年，錘片粉碎機工業(yè)對制造裝備的需求與現(xiàn)在比將增長12%左右，據(jù)預測，錘片粉碎機制造業(yè)：對數(shù)控機床需求將增長26%；對壓鑄設備的需求將增長16%；對纖維復合材料壓制設備的需求增長15%；對工作壓力較高的擠或沖壓設備需求增長12%；對液壓成形設備需求增長8%；對模具的需求增長36%；對加工中心需求增長6%；對硬車削和硬銑消機床的需求增長18%；對切割機床的需求增長30%；對精密加工設備的需求增長34%；對特種及專用加工設備需求增長23%；對機器人和制造自動化裝置的需求增長13%；對焊接系統(tǒng)設備增長36%；對涂裝設備的需求增長8%，對質(zhì)檢驗與測試設備的需求增長16%。 在今后的工業(yè)生產(chǎn)中，錘片粉碎機會一直得到很好的利用。它能節(jié)約大量的人力物力用以彎曲鋼板。可以說是不可缺少的高效機械。時代在發(fā)展，科技在進步，國民經(jīng)濟的高速發(fā)展將對這個機械品種提出越來越高的要求，將促使這個設計行業(yè)的迅速發(fā)展。 第2章 方案的論證及確定 2.1 方案的論證 一般情況下，一臺錘片粉碎機所能卷制的板厚，既工作能力，是指板材在冷態(tài)下，按規(guī)定的屈服極限卷制最大板材厚度與寬度時的最小卷桶直徑的能力，熱卷可達冷卷能力的一倍。但近年來，冷卷的能力正日益提高。 結(jié)合上章錘片粉碎機的類型，擬訂了以下幾種方案，并進行了分析論證。 2.1.1方案1雙輥錘片粉碎機 雙輥錘片粉碎機的原理如圖2.1所示： 1 3 2 1.上輥2.工件3.下輥 圖2.1 雙輥錘片粉碎機工作原理圖 上輥是鋼制的剛性輥，下輥是一個包有彈性的輥，可以作垂直調(diào)整。當下輥旋轉(zhuǎn)時，上輥及送進板料在壓力作用下，壓人下輥的彈性層中，使下輥發(fā)生彈性變形。但因彈性體的體積不變，壓力便向四面?zhèn)鬟f，產(chǎn)生強度很高，但分布均勻的連續(xù)作用的反壓力，迫使板料與剛性輥連續(xù)貼緊，目的是使它隨著旋轉(zhuǎn)而滾成桶形。上輥壓人下輥的深度，既彈性層的變形量，是決定所形成彎曲半徑的主要工藝參數(shù)。根據(jù)實驗研究，壓下量越大，板料彎曲半徑越??；但當壓人量達到某一數(shù)值時，彎曲半徑趨于穩(wěn)定，與壓下量幾乎無關(guān)，這是雙輥錘片粉碎機工藝的一個重要特征。 雙輥錘片粉碎機具有的優(yōu)點：1.板料不需要預彎成形，因此生產(chǎn)率高；2.可以彎曲多種材料，機器結(jié)構(gòu)簡單。缺點：1.對于不同彎度的制品，需要跟換相適應的上棍，因而不適用多品種，小批量生產(chǎn)。 2.可彎曲的板料厚度系列受到一定限制，目前一般只能用于10mm以下的板料。 2.1.2方案2 錘片粉碎機 錘片粉碎機是目前最普遍的一種錘片粉碎機。利用三輥滾彎原理，使板材彎曲成圓形，圓錐形或弧形工作。 1.對稱錘片粉碎機特點 結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，質(zhì)量輕、易于制造、維修、投資小、兩側(cè)輥可以做的很近。形成較準確，但剩余直邊大。一般對稱錘片粉碎機減小剩余直邊比較麻煩。 2.不對稱錘片粉碎機特點 剩余邊小，結(jié)構(gòu)簡單，但坯料需要調(diào)頭彎邊，操作不方便，輥筒受力較大，彎卷能力較小。所謂理論剩余直邊，就是指平板開始彎曲時最小力臂。其大小與設備及彎曲形式有關(guān)。如圖2.2所示： 不對稱彎曲時 t2 對稱彎曲時 t1 圖2.2 錘片粉碎機工作原理圖 對稱式錘片粉碎機剩余直邊為兩下輥中心距的一半。但為避免板料從滾筒間滑落，實際剩余直邊常比理論值大。一般對稱彎曲時為板厚6～20倍。由于剩余直邊在校圓時難以完全消除，所以一般應對板料進行預彎，使剩余直邊接近理論值。 不對稱錘片粉碎機，剩余直邊小于兩下輥中心的一半，如圖2.2所示，它主要卷制薄筒（一般在32×3000以下）。 2.1.3 方案3錘片粉碎機 其原理如圖2.3 圖2.3 錘片粉碎機 它有四個輥，上輥是主動輥，下輥可上下移動，用來夾緊鋼板，兩個側(cè)輥可沿斜線升降，在錘片粉碎機上可進行板料的預彎工作，它靠下輥的上升，將鋼板端頭壓緊在上、下輥之間。再利用側(cè)輥的移動使鋼板端部發(fā)生彎曲變形，達到所需要。 它的特點是：板料對中方便，工藝通用性廣，可以校正扭斜，錯邊缺陷，可以既位裝配點焊。但滾筒多。質(zhì)量體積大，結(jié)構(gòu)復雜。上下輥夾持力使工件受氧化皮壓傷嚴重。兩側(cè)輥相距較遠，對稱卷圓曲率不太準確，操作技術(shù)不易掌握，容易造成超負荷等誤操作。 2.2 方案的確定 通過上節(jié)方案的分析，根據(jù)各種類型錘片粉碎機的特點，再根據(jù)錘片粉碎機的不同類型所具有的特點，最后形成我的設計方案，12×2000對稱上調(diào)錘片粉碎機。 雙輥錘片粉碎機不需要預彎、結(jié)構(gòu)簡單，但彎曲板厚受限制，只適合小批量生產(chǎn)。錘片粉碎機結(jié)構(gòu)復雜造價又高。雖然錘片粉碎機不能預彎，但是可以通過手工或其它方法進行預彎。 2.3本章小結(jié) 通過幾種運動方案的分析，雙輥錘片粉碎機雖然不需要預彎，但只適合小批量生產(chǎn)，而且彎曲板厚受限制。錘片粉碎機通用性廣，但其質(zhì)量體積大而且操作技術(shù)不易掌握。對稱三輥卷板結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、質(zhì)量輕、易于制造等優(yōu)點。經(jīng)過相比較下最終決定采用錘片粉碎機。 第3章 傳動設計 對稱上調(diào)式錘片粉碎機如圖3.1所示： 圖 3.1 對稱上調(diào)式錘片粉碎機 它是以兩個下輥為主動輪 ，由主動機、聯(lián)軸器、減速器及開式齒輪副驅(qū)動。上輥工作時，由于鋼板間的摩擦力帶動。同時作為從動軸，起調(diào)整擠壓的作用。由單獨的傳動系統(tǒng)控制，主要組成是：上輥升降電動機、減速器、蝸輪副、螺母。工作時，由蝸輪副轉(zhuǎn)動蝸輪內(nèi)螺母，使螺桿及上輥軸承座作升降運動。兩個下輥可以正反兩個方向轉(zhuǎn)動，在上輥的壓力下下輥經(jīng)過反復的滾動，使板料達到所需要的曲率，形成預計的形狀。 3.1傳動方案的分析 錘片粉碎機傳動系統(tǒng)分為兩種方式： 3.1.1 齒輪傳動 電動機傳出的扭距通過一個有保護作用的聯(lián)軸器，傳人一個有分配傳動比的減速器，然后功過連軸器傳人開式齒輪副，進入帶動兩軸的傳動。如圖3.2所示。 圖3.2 齒輪式傳動系統(tǒng)圖 這種傳動方式的特點是：工作可靠，使用壽命長，傳動準確，效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，功率和速度適用范圍廣等。 3.1.2皮帶傳動 由電動機的轉(zhuǎn)距通過皮帶傳人減速器直接傳人主動軸。如圖3.3所示： 圖3.3 皮帶式傳動系統(tǒng)圖 這種傳動方式具有傳動平穩(wěn)，噪音下的特點，同時以起過載保護的作用，這種傳動方式主要應用于具有一個主動輥的錘片粉碎機。 3.2 傳動系統(tǒng)的確定 鑒于上節(jié)的分析，考慮到所設計的是錘片粉碎機，具有兩個主動輥，而且要求結(jié)構(gòu)緊湊，傳動準確，所以選用齒輪傳動。 3.2.1 主傳動系統(tǒng)的確定 傳動系統(tǒng)如圖3.4所示： 上輥傳動壓下系統(tǒng) 下輥住傳動系統(tǒng) 圖 3.4 傳動系統(tǒng)圖 所以選用了圓柱齒輪減速器，減速比i=134.719，減速器通過聯(lián)軸器和齒輪副帶動兩個下輥工作。 3.2.1副傳動系統(tǒng)的確定 為調(diào)整上下輥間距，由上輥升降電動機通過減速器，蝸輪副傳動蝸輪內(nèi)螺母，使螺桿及上輥軸承座升降運動，為使上輥、下輥軸線相互平行，有牙嵌離和器以備調(diào)整，副傳動系統(tǒng)如圖3.4所示。 需要卷制錐筒時，把離和器上的定位螺釘松開，然后使蝸輪空轉(zhuǎn)達到只升降左機架中升降絲桿的目的。 3.3 本章小結(jié) 收集資料對各種運動方式進行分析，在結(jié)合錘片粉碎機的運動特點和工作的可靠性，最后主傳動采用齒輪傳動，副傳動采用蝸輪蝸桿傳動。 第4章 動力設計 4.1主電機的選擇和計算 4.1.1 上下輥的參數(shù)選擇計算 1. 已知設計參數(shù) 加工板料：Q235-A[1] 屈服強度：σs=235MPa 抗拉強度：σb=420MPa 輥材：Mn 屈服強度：σs=930MPa 抗拉強度：σb=1080MPa 硬度：HBSHB 板厚：mm 板寬：b=2000mm 滾筒與板料間的滑動摩擦系數(shù)： 滾筒與板料間的滾動摩擦系數(shù)：f =0.8 無油潤滑軸承的滑動摩擦系數(shù)： 板料截面形狀系數(shù)： 板料相對強化系數(shù)： 板料彈性模量： E=2.06×106MPa 卷板速度：m/min 2. 確定錘片粉碎機基本參數(shù)[14] 下輥中心矩：=390mm 上輥直徑：=300mm 下輥直徑：=240mm 上輥軸直徑：=180mm 下輥軸直徑：=130mm 最小卷圓直徑：=600mm 筒體回彈前內(nèi)徑： =506.607mm 4.1.2 主電機的功率確定 因在卷制板材時，板材不同成形量所需的電機功率也不相同，所以要確定主電機功率，板材成形需按四次成形計算： 1．成形40%時 1）板料變形為40%的基本參數(shù) mm mm 2）板料由平板開始彎曲時的初始彎矩M1 kgf·mm W為板材的抗彎截面模量。 3）板料變形40%時的最大彎矩M0.4 kgf·mm 4）從 kgf·mm 上輥受力： kgf 下輥受力： kgf 5）消耗于摩擦的摩擦阻力矩 = kgf·mm 6）板料送進時的摩擦阻力矩 kgf·mm 7）拉力在軸承中所引起的摩擦阻力矩 kgf·mm 8）錘片粉碎機送進板料時的總力矩 kgf·mm 9）錘片粉碎機空載時的扭矩: ：板料重量G1: kg ：聯(lián)軸器的重量[8] : 選ZL10，=180.9kg ：下輥重量: kg kgf·mm 10）卷板時板料不打滑的條件： kgf·mm kgf·mm 因為，所以滿足。 11）驅(qū)動功率： kgf·mm kw 2. 成形70%時 1）板料成型70%的基本參數(shù) mm mm 2）板料變形70%時的最大彎矩M0.7 kgf·mm kgf kgf 3）板料從 kgf·mm 4）消耗于摩擦的扭矩 kgf·mm 5）板料送進時的摩擦阻力矩 kgf·mm 6）拉力在軸承中所引起的摩擦損失 kgf·mm 7）機器送進板料時的總力矩 kgf·mm 8）錘片粉碎機空載時的扭矩 kgf·mm 9）板料不打滑的條件 kgf·mm 因，所以滿足。 10）驅(qū)動功率 kgf·mm kw 3.成形90%時 1） 板料成型90%的基本參數(shù) mm mm 2）板料變形為90%時的最大彎矩M0.9 kgf·mm kgf kgf 3）板料從 kgf·mm 4）消耗于摩擦的扭矩 kgf·mm 5）板料送進時的摩擦阻力矩 kgf·mm 6）拉力在軸承中所引起的摩擦損失 kgf·mm 7）機器送進板料時的總力矩 kgf·mm 8）錘片粉碎機空載時的扭矩 kgf·mm 9）卷制時板料不打滑的條件： kgf·mm kgf·mm 因，所以滿足。 10）驅(qū)動功率 kgf·mm kw 4．成形100%時 1）板料成型100%的基本參數(shù) mm mm 2）板料變形為100%時的最大彎矩M1。0 kgf·mm 3）板料從 kgf·mm kgf kgf 4）消耗于摩擦的扭矩 kgf·mm 5）板料送進時的摩擦阻力矩 kgf·mm 6）拉力在軸承中所引起的摩擦損失 kgf·mm 7）機器送進板料時的總力矩 kgf·mm 8）空載時的扭矩kgf·mm 9）板料不打滑的條件 kgf·mm kgf·mm 因為，所以滿足。 10）驅(qū)動功率 kgf·mm kw 綜合上述的計算結(jié)果總匯與表4.1 表4.1 計算結(jié)果總匯 成形量 計算結(jié)果 40% 70% 90% 100% 簡體直徑（mm） 1266.518 723.724 562.899 506.607 簡體曲率半徑R’(mm) 639.259 367.862 287.45 259.304 初始變形彎矩M1(kgf·mm) 1.692×107 村料受到的最大變形彎矩M(kgf·mm) 1.815×107 1.905×107 1.965×107 1.995×107 上輥受力Pa(kgf) 2.325×105 2.376×105 2.503×105 2.972×105 下輥受力Pc(kgf) 1.197×105 1.289×105 1.419×105 1.281×105 村料變形彎矩Mn1(kgf·mm) 3.292×106 1.869×106 1.766×106 8.972×105 摩擦阻力扭矩Mn2 2.321×106 2.428×106 2.615×106 2.725×106 材料送進時摩擦阻力扭矩MT 1.381×106 1.423×106 1.509×106 1.727×106 空載力矩Mn4 9.88×103 拉力引起摩擦扭矩Mn3 1.519×105 1.308×105 1.064×105 8.529×104 Mn1+MT+ Mn4 4.682×106 4.033×106 3.285×106 2.634×106 總力矩Mp 5.171×106 5.568×106 4.964×106 5.534×106 驅(qū)動力矩Mn 5.769×106 5.119×106 4.497×106 4.485×106 驅(qū)動功率Nqc(kw) 7.954 7.408 7.151 7.019 5．主電機的選擇： 由表4.1可知，成形量為40%時所需的驅(qū)動功率最大，考慮工作機的安全系數(shù)，電動機的功率選11kw。 因YZ系列電機具有較大的過載能力和較高的機械強度，特別適用于短時或斷續(xù)周期運行、頻繁起動和制動、正反轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)速不高、有時過負荷及有顯著的振動與沖出的設備。其工作特性明顯優(yōu)于Y系列電機，故選YZ160L—6型電機，其參數(shù)如下： kw； r/min； ； kw。 升降電動機選擇YD系列變極多速三相異步電動機，能夠簡化變速系統(tǒng)和節(jié)能。故選擇YD90S—6/4，其參數(shù)如下： N=0.65kw； r=1000r/min； G=15kg。 4.2 上輥的設計計算校核 4.2.1上輥結(jié)構(gòu)設計及受力圖 由上部分計算可知輥筒在成形100%時受力最大： kgf kgf 故按計算，其受力圖4.1： 圖4.1輥筒受力圖 4.2.2 剛度校核 撓度[1]： 確定公式各參數(shù)： mm4 （Ia為軸截面的慣性矩） kgf kgf/m mm mm 得： 因為，所以上輥剛度滿足要求。 4.2.3 上輥強度校核 危險截面為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，因Ⅰ、 Ⅲ相同，且>，所以只需校核Ⅰ、Ⅱ處： Ⅰ： kgf·mm kgf/mm2 W為抗彎截面系數(shù)。mm3 kgf/mm2 Ⅱ： kgf·mm kgf/mm2 故安全，強度合乎條件。 4.2.4 疲勞強度安全強度校核 [1]： Mpa=108kgf/mm2 kgf/mm2 kgf/mm2 在截面Ⅰ、Ⅱ處 <，所以只需校核Ⅱ、Ⅲ處： Ⅱ處：r=0 由[1]得 因上輥轉(zhuǎn)矩T=0，故： 應力集中系數(shù)[1] 表面質(zhì)量系數(shù) 尺寸影響系數(shù) 彎曲平均應力 MPa Ⅲ處： kgf· mm MPa 故：疲勞強度滿足條件。 4.2.5 上輥在卸料時的校核 根據(jù)上輥的受力情況，只需考慮彎曲強度即可，卸料時其受力如下圖4.2： 板重： kg 上輥重： kg 總重： kg 圖4.2 上輥卸料受力圖 由受力圖4.2可知： MPa 故：卸料時彎曲強度滿足。 4.3 下輥設計計算及校核 4.3.1下輥結(jié)構(gòu)及受力圖 下輥受力如圖4.3 圖4.3 下輥受力圖 受力：kgf 主電機kw 齒輪嚙合效率： 聯(lián)軸器效率： 軸承效率： 總傳動效率： m/min r/min 轉(zhuǎn)矩： N·mkgf·mm kgf·mm kgf·mm 4.3.2下輥剛度校核： 撓度[5]： I為軸截面的慣性矩： mm4 kgf mm kgf/m mm mm mm 故：安全。 4.3.3 下輥彎曲強度校核： 由受力圖知彎曲強度危險截面在Ⅱ、Ⅲ處[5]： Ⅱ處： kgf·mm kgf·mm kgf·mm （） kgf·mm kgf·mm 安全系數(shù)： Ⅲ處： kgf·mm kgf·mm 安全系數(shù) 故安全，故彎曲強度滿足。 4.3.4 下輥疲勞強度校核 初選Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ截面： Ⅰ、Ⅲ同類；Ⅳ、Ⅴ同類；Ⅱ、Ⅳ處：；Ⅰ、Ⅳ處： 顯然 ， 故僅校核Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ即可。 疲勞強度校核公式[1] kgf·mm Ⅱ截面： kgf·mm N·m 應力集中系數(shù)[1] 表面質(zhì)量系數(shù) 尺寸影響系數(shù) 彎曲平均應力 MPa 應力集中系數(shù)[1] 表面質(zhì)量系數(shù) 尺寸影響系數(shù) 彎曲平均應力和應力副 所以：截面Ⅱ處滿足疲勞強度要求。 Ⅲ截面： kgf·mm kgf·mm 應力集中系數(shù)[1] 表面質(zhì)量系數(shù) 尺寸影響系數(shù) 彎曲平均應力 MPa 應力集中系數(shù)[1] 表面質(zhì)量系數(shù) 尺寸影響系數(shù) 彎曲平均應力和應力副 故滿足疲勞強度要求。 Ⅳ截面： kgf·mm N·m mm3 ， 應力集中系數(shù)[1] 表面質(zhì)量系數(shù) 尺寸影響系數(shù) 彎曲平均應力 MPa 應力集中系數(shù)[1] 表面質(zhì)量系數(shù) 尺寸影響系數(shù) 彎曲平均應力和應力副 〉 故:安全下輥滿足疲勞強度要求。 kgf kgf·mm kgf·mm kgf·mm 剛度條件滿足。 滿足彎曲強度要求。kgf·mm 4.4 本章小結(jié) 由于錘片粉碎機不是一次成型的，而且每次成型所需的功率都不一樣，所以我把它分為四次成型，結(jié)果40%時所需功率最大，最后確定電動機的功率為11kw。對錘片粉碎機選擇的參數(shù)進行校核，結(jié)果上下輥的強度都合格。 5刀的設計 5-1 切割的基本概念 切割與粉碎 所謂切割，是指通過機械的方法克服物料內(nèi)部的凝聚力，并將其分裂成規(guī)格劃一的塊、片、絲、粒及醬狀產(chǎn)品的操作過程。滿足切割運動的機器必須具備兩個關(guān)鍵條件，一是切割刀具，另一個是物料的“進給”運動。進給運動系指物料與刀具的相對接觸運動。 所謂粉碎，是指用機械的方法克服固體物料內(nèi)部的凝聚力并將其分裂的過程。根據(jù)所處理物料的尺寸大小的不同，將大塊物料分裂成小塊者稱為破碎，而將小塊物料變成細粉者稱為粉磨，破碎與粉磨又統(tǒng)稱為粉碎。 5-2 切刀的設計 一、切刀材料 一般采用經(jīng)過熱處理的T9碳素工具鋼或錳鋼。在此選T9工具鋼 二、對切刀的要求 良好的切刀（或稱切碎器）應滿足下列要求： 切割質(zhì)量高，耗用動力小，結(jié)構(gòu)緊湊，工作平穩(wěn)，安全可靠，便于刃磨，使用維修方便。 三、選用或設計刀片時應滿足的要求 刀片在設計和選用時應滿足下列三個方面的要求，即① 鉗住物料，保證切割；② 切割功率要小；③ 切割阻力矩均勻。 四、 刀片刃口幾何形狀及常用刀片形狀 切刀的刀刃有直線型與曲線型幾何形狀，如圖5-1所示。 圖 5-1 各幾何形狀刀刃 在本次設計中選用（c）外曲線刃口刀 進行滑切。 五、刀的滑切與正切分析 切割機械工作時，功耗的大小與切刀的工作方式以及刀片的特性參數(shù)有關(guān)，切刀的工作方式有滑切與正切之分。當按滑切工作時，切割阻力小，容易切割，切割時省力，功率消耗也小。當切刀按正切方式工作時，切割阻力大，切割困難，功率消耗也大。下面僅討論本刀具用到的滑切原理。 圖5-2為切刀滑切示意圖。 圖 5-2 切刀滑切示意圖 圖中BC為回轉(zhuǎn)曲線刃口刀的刀刃，O為刃口曲線的圓心，A點為切割工作點，切刀的回轉(zhuǎn)半徑為r。當切刀在傳動系統(tǒng)作用下繞刀軸中心P以一定角速度做定軸回轉(zhuǎn)切割運動時，刀刃上工作點A的切割速度為V，顯然，VOA，將V分解為過點A切線和法線方向的兩個分速度，則稱為滑切速度，稱為正切（砍切）速度。 與V之間的夾角及為滑切角。當滑切速度不為零時的切割及稱為有滑切的切割，簡稱滑切；當滑切速度為零的切割稱為正切或砍切。和和的關(guān)系為 /=tan 由圖5-2分析可知，滑切角顯然不為零，最大為，能實現(xiàn)滑切。 下面用一直刃切刀來進一步闡述滑切省力原理，如圖5-3所示。 圖 5-3 滑切省力原理圖 若切刀的楔角為，則正切時，切割速度V就在A點的法線方向，即V垂直于刀刃，切刀正好是以角的楔子楔入物料?；袝r，因切割速度V偏離了刀刃的法線方向，與法線方向產(chǎn)生了一個滑切角，這時切刀的楔入角度由減小到。從上圖的幾何關(guān)系可知 tan=BC/AB tan= tancos 即滑切角越大時，刀刃切入物料的實際楔入角就越?。磳嶋H切割時只是刀刃口在切割），這是大小，切刀受到的法向阻力越小，易于切入，切割省力。因此，要使切割省力，除保證刃口鋒利以降低刃口比壓（比壓為刃口單位面積的壓力，與刀刃鋒利程度有關(guān)）外，還須使切割為滑切，這正是利用了滑切省力的原理。 此外，刀刃口的表面即使看起來光滑，但由于刀片在加工時的精度問題，在顯微鏡下觀察，刃口也呈現(xiàn)鋸齒狀的“微觀齒”?；袝r，這些尖銳的“微觀齒”就像鋸子一樣將物料纖維切斷，這是滑切較正切省力的另一原因。 六、鉗住物料的條件分析 滑切也可以分為有滑移的滑切和無滑移的滑切兩種。切割時當動刀片與靜刀片之間的夾角達一定值時，物料就會產(chǎn)生沿刃口向外推移的現(xiàn)象，這叫有滑移的滑切。出現(xiàn)這種情況對穩(wěn)定切割是不利的，所以應當盡可能的避免此種情況的出現(xiàn)。 下面以兩種不同鉗住角切割物料的受力情況來分析鉗住物料，保證穩(wěn)定的切割條件。下圖5-4表示了不同鉗住角切割物料時物料的受力情況。 圖 5-4 不同鉗住角的物料受力分析圖 圖5-4中AB為動刀片刃口，CD為定刀片刃口，夾角為動、定刀片對物料的鉗住角，也稱推擠角。假定以兩種鉗住角切割時的摩擦角均為。 AB為動刀片刃口；CD為定刀片刃口；為動、定刀片對物料的鉗住角，又稱推擠角；為動刀片對物料產(chǎn)生的正壓力；為定刀片（或支撐面）對物料產(chǎn)生的正壓力；、為動、靜刀片與物料在切割點處的摩擦力；為兩種鉗住角切割時物料與動、靜刀片間的摩擦角。 由圖5-4(a)知，由于此時>,兩個支撐反力的合力的合力F將把被切物料沿刃口向外推出，即在切割時產(chǎn)生滑移，不能保證穩(wěn)定切割。 由圖5-4(b)知，由于此時<。的合力F指向刃口里面，即切割時合力F將把被切物料沿刃口向里面推，切割時不會產(chǎn)生滑移，能保證穩(wěn)定切割，提高效率。 由此可知，保證鉗住物料穩(wěn)定切割的條件是：鉗住角須小于物料與定刀片之間摩擦角之和，< 在本設計中刀與料的相對位置圖如圖5-5所示，進行鉗住物料條件的分析 圖 5-5 刀與料的相對位置圖 由圖5-5可知，切刀在旋轉(zhuǎn)過程中，的最大值為，同時由經(jīng)驗可知，通常＝，＝，所以只要小于就可以了，顯然以上設計是滿足要求的，刀的安裝也是合理的。 七、 刀的安裝 曲線動刀片A、B通過螺栓1、2、3、4安裝在刀盤P上，通過調(diào)節(jié)螺栓1、2、3、4來調(diào)整動刀片與定刀片的間隙。具體如下圖5-6所示。 圖 5-6 切刀簡圖 1、4．六角螺栓 2、3。 沉頭螺栓 5-3 破碎輥筒的設計 一、刀的設計 在破碎輥筒刀的設計中才用了改進的齒刀配合設計，在輥筒的旋轉(zhuǎn)力作用下，物料先被刀齒板上的刀齒刮劃成條，隨即由切刀切削下來，再經(jīng)刮刀進一步破碎。齒刀的設計中，刀齒采用螺旋布置，與水平線成夾角。各刀在輥筒平面的法線上，高度均為15mm。破碎機構(gòu)原理圖及輥筒簡圖如圖5-7所示。 圖 5-7 破碎機構(gòu)原理圖及輥筒簡圖如圖 二、刀在輥筒上布置的設計 本設計中將切刀以傾斜來布置，以配合刀齒板上螺旋刀齒的運動。整體布置如下圖5-8所示。 圖 5-8 組合刀具在輥筒上的布置 三、輥筒的設計 因為是進行的塊莖破碎，工作中會產(chǎn)生大量的水分，所以輥筒必須采取防銹處理，所以輥筒選用材料鋁ZL301進行鑄造，達到防銹的目的，輥筒的直徑選定為300mm，其長度選定為140mm。輥筒主體鑄造的厚度為8mm。具體尺寸及輥筒結(jié)構(gòu)如下圖5-9所示。 圖 5-9 輥筒機構(gòu)簡圖 第6章進給機構(gòu)與機架的設計 6-1 進給機構(gòu)的設計 本設計中采用輥壓輪對藤蔓類物料進行進給，輥壓輪的外緣直徑為，轉(zhuǎn)速由前面的總體設計計算可知 V＝128.2mm/s 在本設計中，采用雙槽重疊設計，外面鋼槽由3mm厚的鋼板焊成，在槽的兩側(cè)用厚鋼板加厚，然后鏜孔，軸Ⅲ、Ⅳ穿過孔而被支撐，軸Ⅲ、Ⅳ與輥壓輪用平鍵連接。在鋼槽內(nèi)再插一個薄壁進料槽，槽的底面與水平面成10°傾斜。便于送料。詳細見圖6-1。 圖 6-1 進料槽及其進給輥壓輪 1． 外鋼槽 2.輥壓輪 3.薄壁插槽 4.定刀片 6-2 機架的設計 在機架設計中，主體采用40×40×3的等邊對角鋼，均通過用手工電弧焊將其連接。在機架上表面放置一塊10mm厚的鐵板以便固定各零件，在機架的4個角上各加焊一塊40×40×10的厚鐵板，以便獲得足夠的強度來安裝運動輪。根據(jù)各零件的設計尺寸，總觀全局對機架進行設計，最后機架整體尺寸為628×540×437，（詳細請見A0機架圖紙）。 7 輔助零件的設計 7.1 注油管 對滑動軸承采用油潤滑，須用到注油管。注油管可用兩端有螺紋的鋼管。一端固定在機蓋上，一端用螺母固定在機座上。 7.2 密封裝置的選擇 本設計中的密封方式選用氈圈式密封，利用矩形截面的毛氈圈嵌入梯形槽中所產(chǎn)生的對軸的壓緊作用、獲得防止?jié)櫥吐┏龊屯饨珉s質(zhì)、灰塵等侵入軸承室的密封效果。 8 結(jié)論 本次設計總體來說較為成功。在分析目前市場上的各類型的破碎機的結(jié)構(gòu)特點、技術(shù)特點以及使用情況后，我們確定了設計一種新型的破碎機的課題，就是將錘式破碎機和反擊式破碎機的優(yōu)點結(jié)合起來。在這個指導思想下，設計過程中，我們特別注意吸收各種新的技術(shù)，新的設計方法，并將之盡量融入到我們的設計中，使這種新型破碎機的各項性能都能夠達到一個較高的水平。同時我們自始至終貫徹機器設計的經(jīng)濟性要求，盡量降低破碎機的生產(chǎn)成本和維護費用等，因此，本設計具有很大的實用性。 本設計的主要特點有： a．反擊式破碎的板錘和轉(zhuǎn)子是剛性聯(lián)結(jié)的，利用整個轉(zhuǎn)子的慣性對物料進行沖擊，使其不僅破碎而且可以獲得較大的速度和動能。 b．破碎腔較大，使物料有一定的活動空間，物料受到?jīng)_擊作用，經(jīng)過多次反復打擊而得到充分破碎。 c．破碎效率高、能量消耗低。 d．破碎比大，可達到15～20mm左右，這樣，可以減少破碎段數(shù)，簡化生產(chǎn)流程，節(jié)省投資、降低生產(chǎn)成本。 e．設備的構(gòu)造簡單，便于制造，操作維修也較方便。 本設計的創(chuàng)新點主要有： a．采用新型的轉(zhuǎn)子設計結(jié)構(gòu)（反擊式破碎的鋼盤結(jié)構(gòu)和錘式破碎的錘盤交錯布置結(jié)構(gòu)），有效增強了破碎機的工作性能。 b．新型錘頭結(jié)構(gòu)設計。錘頭拋棄傳統(tǒng)的整體式結(jié)構(gòu)設計，而采用組合式結(jié)構(gòu)設計，大大提高了錘頭的使用壽命，有效降低了生產(chǎn)費用和減少了設備的調(diào)整次數(shù)。 本設計是在結(jié)合反擊式破碎機和錘式破碎機的優(yōu)點，并在此基礎(chǔ)上再融入了各種新技術(shù)、新思想的條件下成型的。因此，設計中也存在一些不足之處，有待進一步的設計改造。總體來說，其存在的主要問題有： a． 兩級轉(zhuǎn)子的空間位置有待進一步的研究。它們的相互位置如何優(yōu)化設計，才能更加充分發(fā)揮兩種破碎方式的優(yōu)點。 b． 反擊板的安裝方式較為繁瑣，安裝時需花費較多的時間。 c．機體的結(jié)構(gòu)設計不夠簡便，維護調(diào)整時的拆裝要花費一些時間。 d．各參數(shù)的選擇有待進一步探討。 這些問題都是在以后的設計改進中應該加以重視的。 參考文獻 [1] 濮良貴,胡綜武,張鄰康．機械設計[M]．沈陽：西北工業(yè)大學，1992. 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