盐城工学院本科生毕业设计说明书
立轴式破碎机的设计
摘要：为了提高加工效率，本课题设计了一种出料粒度为 15～20mm 的立轴式破
碎机，根据要求设计了锤击部分和反击部分。 物料由进料口进入破碎腔，经过 锤头的冲击、剪切、劈碎、折断，实现物料的中碎；锤击的物料冲击到安装在破 碎腔内的反击板上，又经过物料与反击板、物料与物料的互相冲击,从而
实现了 物料的细碎。本机融合了锤式破碎机、反击式破碎机与立轴式破碎机的优点,降 低了生料和熟料的入磨粒度，较好地达到了设计要求。 关键词：破碎机；反击板；锤头 关键词
1
立轴式破碎机设计
The designe of Vertical spindle type breaker
Abstract: In order to enhance the processing efficiency, this topic has designed one
kind of material granularity is 15 ~ 20mm vertical spindle type breaker, according to requested to design has hammered the part and the counter-attack part. The material by enters the broken cavity, after the hammer head impact, cuts, chops into pieces, breaks off, the realization material center is garrulous; Hammers the material attacks installs in the broken cavity on the counter-attack board, also passes through the material and the counter-attack board, the material and the material mutual impact, thus has realized the material fragmentation. This machine fused the hammer type breaker, the counter-attack type breaker and the vertical spindle type breaker merit, reduced the crude material and the chamotte enters rubs the granularity, has met the design requirements well.
Keywords: breaker; counter-attack board; hammer head
1 前言
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。 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。 在水泥行业、选矿电力等工业领域中广泛使用粉磨机械，但各类粉磨机械都 有生产效率低，能耗高的缺点。当前的发展趋势是“以破代磨” ，借助加强粉磨 机前的粉碎，降低入料粒度，可大幅度提高粉磨机产量，降低综合能耗。本课题 是结合市场上所使用的各类型号的破碎机及由厂家在使用过程中所反馈的信息,
2
盐城工学院本科生毕业设计说明书
分析其问题的来源,并相互比较综合各类破碎机的优点,经师生讨论而确定的。 设计要求:a、最大进料粒度：150mm；b、出料粒度：10mm；c、生产能力： 25-30t/h。 使用范围：立轴式破碎机既可以用于生料的破碎,又可以用于熟料的破碎。 它适用于粉碎水泥熟料、粒状高炉矿渣、石灰石、砂岩、页岩、煤矸石、煤块、 铝块石、金矿石、钼矿石等多种物料。它广泛应用于：建材、化工、冶金、电力、 煤炭、矿山等工业部门。 技术要求：机械设计应其功能良好、使用可靠、方便；零件结构设 计要选择合理的毛坯型式和材料，并尽可能的采用标准件和通用件，并具有良好 的工艺性。 设计方法：采用二维 CAD 绘制图纸和在 UG 平台上创建三维模型相结合的方 法，更加直观地将所要设计的结构表达出来。 本课题着重解决如何将反击式破碎机和锤式破碎机的优点结合、 锤头磨损问 题和机体平衡问题、 破碎机在工作过程中的粉尘泄露问题及破碎机的各工作参数 的优化确定方法等。 本设计具有很强的实用价值。因为采用了很多新的结构，大大降低了制造和 的费用，减少了机器调整的次数，了生产的连续性。
2 概述
2.1 水泥装备的发展趋势
[11]
水泥生产的机械装备是生产水泥的重要工具，是提高劳动生产率、降低水泥 成本、减轻劳动强度的重要手段。综观目前国内外水泥行业发展状况可知，水泥 装备的发展趋势大致可分为三个方面： a.向大型化方向发展 近年来，世界水泥工业发展的动向之一是大型化。都在致力于开发大型 化的设备及其应用技术，因为大型水泥厂能降低生产成本，减少能耗，提高劳动 生产率，特别是日产 5000t 熟料的水泥厂经济效益特别显著。 b.向自动化方向发展 水泥厂的自动化程度是衡量水泥工业现代化的标志之一， 自动化技术的应用 利用提高主机产量和设备运转率，降低热耗，提高劳动生产率。 c.向节能化方向发展
3
立轴式破碎机设计
从生产工艺上看，这种能源消耗可分为两部分：一部分是消耗燃料多的熟料 烧成系统；一部分是消耗电能多的原料和熟料的粉磨系统。因此，都在积极 开发节能降耗的水泥成套设备。磨前破碎正是向节能方向发展的一个重要口， 也正是水泥设备发展的必经之。 2.2 设计要求及分析课题 物料在经过粗碎、中碎以后，一般粒径为 30～100mm，而进入磨机的粒径一 般为 30mm 左右，由于进入磨机的粒径仍很大，且不均衡，不但增加了磨机的负 荷，而且也增加了磨机的功耗，根据邦德理论，粉碎物料所消耗的能量，与物料 产生的裂缝长度成正比，而裂缝又与物料粒径的平方根成反比。即： w=k(1/ d -1/ D ),d 为进料粒径，D 为出料粒径，因此，设计的要求是经过一 级破碎的物料进入球磨机之前增加一级破碎，以均衡和降低物料的入料粒度，从 而显著地降低功耗，达到节能降耗的目的。 锤式破碎机的结构由锤头﹑转子﹑篦条筛﹑内壁衬板﹑机架等组成； 它是通 过物料进入破碎机中,受到高速回转的锤头冲击而破碎,物料从锤头处获得动能, 以高速冲向破碎板进行第二次破碎,粒度小的从篦条筛中排出,粒度大的物料在 篦条筛上再经过锤头的冲击﹑研磨﹑铣削而破碎,合格粒度由篦条筛排出。 反击式破碎机的结构由反击板﹑打击板﹑转子组成；它将物料反复地冲击, 同时,物料之间也互相撞击而得到破碎。 立轴式破碎机的结构由机体﹑主轴﹑转子﹑衬板﹑进出料口组成； 物料进入 第一破碎腔,受高速回转的转子上的板锤的冲击破碎,获得动能的料块抛击到筒 体的衬板上进一步破碎,料块群在机腔中互相撞击而得到第一次破碎；物料进入 第二破碎腔受第二转子的挤压﹑冲击,把料层压紧而变密实,随着挤压﹑冲击力 的上升,当应力超过颗粒所承受的强度时,物料被粉碎。 本课题设计的破碎机是兼以上三者之优点进行破碎,因此,确定为立轴式破 碎机。 2.3 立轴式破碎机的工作原理简介 破碎机体内研磨介质运动状态分为二部分，其一为在筒体内旋转，其二为带 到一定高度后抛落，即抛落运动状态。前者粉碎的主要形式为研磨，而后者为冲 击。磨内物料随着研磨和冲击的综合作用而使物料粉碎。立轴式破碎机的破碎部 分主要由锤击部分和反击部分两部分组成，物料由进料口进入破碎腔，经过锤头 的冲击、剪切、劈碎、折断，使得物料粒径降低，然后再经过反击破碎，通过反 击破碎中反击板的冲击、 剪切和物料的自撞破碎， 进一步降低和均衡物料的粒径， 从而实现了物料粉碎的目的。 2.4 立轴式破碎机的构造 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
4
盐城工学院本科生毕业设计说明书
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 36mm 宽的平键与轴连接，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，在锤架中，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两轴承的内圈定位，轴承盖内毛毡用来润 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
5
立轴式破碎机设计
图 2-1 立轴式破碎机结构模型图
3 总体方案论证
3.1 机型的确定 立轴式破碎机结构如图 3-1 所示
6
盐城工学院本科生毕业设计说明书
图 3-1 立轴式破碎机结构图 1-机械传动部分，2-反击破碎部分，3-锤击破碎部分
该机由三个主要部分组成： （1）机械传动部分（2）反击破碎部分（3）锤击 破碎部分。起主要作用的是锤击破碎部分和反击破碎部分，传动部分传递所 需的动力。 该机采用立轴式上下安置，充分利用物料自身的重量。减少物料运输过程所 消耗的动力。通过反击破碎和圆锥破碎，从而达到降低粒径的目的。 3．2 产品的确定 该机的产量需满足下列要求 a.年产 10 万吨以上； b.不是全日制工作，每年工作为 300 天，每天工作 8——16 小时。 在此基础上，该机的设计产量为 25——30t/h。
4 传动装置的总体设计
4.1 电动机的选择[10] 4．1．1 立轴式破碎机的设计参数
7
立轴式破碎机设计
进料粒径≤150 出料粒径≤10 4．1．2 功率的确定 由邦德理论 N=k×(1/ d ─1/ D ) 式中：d—出料粒径，um； D—进料粒径，um； Q—产量，t/h； 得 N=185×(1/ 10000 ―1/ 150000 )X40 =57kw 由电机功率,查手册: 选电机型号为 Y280M-6 功率为 55kw 转速为 980r/min 外形尺寸为 1198×555×640(长×宽×高)。 4．2 传动部分的设计[10] 4.2.1 确定计算功率 Pca 考虑到载荷的性质、原动机的不同和每天工作时间的长短等，计算功率 Pca 比要求传递的功率 P 略大，即 Pca = K A P 式中： KA——工作情况系数， pca = K A P = 1.4 × 55 = 77 kw 4.2.2 选择 V 带型号[1] 根据计算功率 pca = 77 kw （4-2）
（4-1）
n1 = 980r / min
由《机械设计手册》图 12-1-1 确定选用 D 型带。 4.2.3 确定带轮直径 dd1，dd2 a) 参考《机械设计手册》带传动设计部分，选取小带轮直径 d1 =355 mm 。 b) 验算带的转速
v=
πd1n1
60 × 1000
（4-3）
8
盐城工学院本科生毕业设计说明书
v=
3.14 × 355 × 980 ≈ 18.2 30m / s = v max 60 × 1000 60 × 1000
πd1n1
=
带的速度合适 (普通 V 带 v max = 30～45m / s ) c) 从动带轮直径 d 2 d 2 = id1 =
n1 d1 980 × 355 = = 401.05mm n2 870
（4-4）
由《机械设计手册》表 12-1-10 查得 d =400mm 4.2.4 确定中心距 a 和带的基准长度 根据 取
Ld 0 = 2a0 + Ld
0.7( d1 + d 2 ) a0 2( d1 + d 2 )
a0 =1200 mm
（4-5）
π
2
根据
( d1 + d 2 )
(d + d ) + 1 2
4a0
2
（4-6）
2
( 400 + 355) 3.14 = 2 × 1200 + (400 + 355) + 2 4 × 1200
= 3585.8mm
由《机械设计手册》表 12-1-4 选带的基准长度 Ld = 3550mm
a = a0 + Ld ? Ld0 2 ?1 = 1200 + 3550 ? 3585.8 ≈ 1182mm 2
（4-7）
4.2.5 验算主动轮上的包角
? 0 = 1800 ?
0 d 2 ? d1 400 ? 355 × 600 = 1800 ? × 600 = 177.7 ≥ 1200 a 1182
（4-8）
主动轮包角合适 4.2.6 确定 V 带根数 z a)由线性插值法求得额定计算功率 P0 27.57 ? 26.21 P0 = 27.57 + × (764 ? 700) = 28.44kw （4-9） 800 ? 700 额定功率值的增量△P0=3.92,包角系数 Kα=0.98,长度系数 KL=0.90 b)计算 V 带根数 z
Z=
p ca ( p1 + ?p1 )k a k t
（2-10）
9
立轴式破碎机设计
由《机械设计手册》表 12-1-18 由《机械设计手册》表 12-1-21 由《机械设计手册》表 12-1-22
P = 16.15kw 1 K a = 0.99 K l = 0.89
?P1 = 1.32kw
Z=
取 z=5 根
p ca 77 = = 4.89 根 ( p1 + ?p1 )k a k t (16.15 + 1.32) × 0.99 × 0.89
4.2.7 计算单根 V 带初拉力 F
? 2.5 ? Pca ? 1? + mv 2 F0 = 500 ? ?K ? vz ? a ?
(2-11)
由表 12-1-23
m=0.62 kg ? m ?1
77 ? 2.5 ? ? 1? × + 0.62 × 18.22 = 850.7 N F0 = 500 ? 0.99 ? 5 × 18.2 ?
4.2.8 计算对轴的压力 FQ
FQ = 2 F0 z sin a1 2
(4-12)
FQ = 2 F0 z sin
a1 177.7 2 = 2 × 6 × 1404 × sin = 16790 N 2 2
5 立轴式破碎机主要参数的确定
5.1 基本结构参数
10
盐城工学院本科生毕业设计说明书
5.1.1 转子的直径与长度[7] 转子直径一般根据给料块的尺寸来决定， 提出转子直径与给料块尺寸之 比为 1.2～5,大型破碎机取低值。D=1000mm。 转子轴直径与长度之比值一般为 0.7～2，物料冲击力较强时,应取较大 的比值. D （5-1） = 0.2～2 L 1000 D L= = ≈ 880mm （5-2） 1.14 1.14
[11] 5.1.2 基本结构尺寸 a．给料口宽度、长度、高度、倾角 [11]
给料口宽度大于 2 倍最大给料尺寸取 B=300mm、 L=310mm,为了要求给料有一 定的垂直下落速度取 h=560mm,要求入料块经导板给入，因此，导板的倾角不应 小于 β = 60 0 ，否则引起给料块的堆积。 b．卸料口尺寸 破碎机的卸料口尺寸由产品粒度的大小来决定。 c．给料方式 破碎机要求给料块有一定的垂直下落速度， 故给料口一般都设置在机架的上 方。
[11] 5.1.3 锤头质量的确定 由于立轴式破碎机的锤头是通过偏心销轴固定在转子上的，所以正确地选择 [11]
锤头质量消耗都有很大的作用，如果锤头质量选的过小，则可能满足不了锤头一 次就将物料破碎的要求。若是选得过大，这是不经济的，而且旋转起来产生的离 心力也很大，对转子上的其它零件要产生影响并且易损坏。因此，锤头质量一定 要满足锤击一次使物料破碎，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。 计算锤头质量的方法有两种： 一种是使锤头运动起来产生的动能等于破碎物 料所需的破碎功，另一种是根据碰撞理论的动量相等原理。前一种方法由于没有 考虑锤头打击物料后的速度损失，故计算出来的锤头质量往往偏小，需要根据实 际情况修正。 5.1.3.1 按动能计算锤头质量
m=
式中
438 × 10 5 N kg D 2 n 3 K1 K 2
（5-3）
D ─ 转子直径，mm ； n ─ 转子的转速，m/s；
K 1 ─ 转子圆周方向的锤头排数； K 2 ─ 转子横向每排的锤头个数；
11
立轴式破碎机设计
因为
N=
nE 1000 × 60
（5-4） （5-5） （5-6） （5-7）
E = K1 K 2 E
1 2 mv 2 πDn v= 60 N ─ 电动机功率，kw； E=
式中
E ─ 锤头的动能，J； m ─ 锤头的质量，kg； v ─ 锤头的圆周速度，m/s； E ─ 转子上全部锤头每转一次所产生的动能, J； 所以 N= nmπ 2 D 2 n 2 K 1 K 2 kw 1000 × 60 × 7200
= 438 × 10 5 × 1000 × 60 × 7200 = 0.005kg 1000 4 × 870 5 × 4 2 × 3 2
m=
438 × 10 5 × 1000 × 60 × 7200 D 4 n 5 K1 K 2
2 2
5.1.3.2 按动量计算锤头质量 国家碰撞理论动量相等的原理计算锤头质量时， 考虑到锤头打击物料后必然 会产生速度损失。如果锤头打击物料后，其速度损失过大，就会使锤头绕本身的 悬挂轴向后偏倒， 这时锤头由于速度减小而使动能减小， 在下一次与物料相遇时， 物料通过而不破碎物料，因而会降低破碎机的生产率和增加无用功的消耗。为了 使锤头打击物料后产生的偏倒， 能够由离心力的作用而在第二次破碎物料前很快 恢复到正常工作，就要求锤头打击物料后的速度损失不宜过大。根据实践经 验，锤头打击物料后的允许速度损失随着破碎机的规格大小而变，一般允许速度 损失为 40～60％。即
v 2 = (0.6～?4)v1 0.
式中
（5-8）
v1 ─ 锤头打击物料前的圆周线速度，m/s； v 2 ─ 锤头打击物料后的圆周线速度，m/s；
m=
(0.4～0.6 )v1
?δd 2 t
（5-9）
式中
? ─ 修正系数， ? =0.21～0.28 δ ─ 物料的抗压强度, Pa
d ─ 物料边长, m t ─ 锤头打击物料的时间,一般采用 0.001～0.0015s。
12
盐城工学院本科生毕业设计说明书
m=
(0.4～0.6 )v1
?δd 2 t
=
0.24 × 5.88 × 10 7 × 150 × 10 ?3 0.5 × 37.05
?r? m0 = m? ? ?r ? ? 0?
2
(
)
2
× 0.0012
= 20.6kg
（5-10）
式中
m0 ─ 锤头的实际质量，kg； r0 ─ 锤头重心到悬挂点的距离，m；
r ─ 锤头打击中心到悬挂点的距离，m。
?r? ? 310 ? m0 = m? ? = 20.6 × ? ? = 21.8kg ?r ? ? 300 ? ? 0?
2
2
5.2 主要工作参数的确定 5.2.1 转子的速度 从立轴式破碎机的特点可看见，转子转速是破碎机的重用工作参数，它影响 着破碎机的破碎效率、破碎比和生产能力。 60v 由 n= （5-11） πD v ─ 转子的圆周速度，m/s； 式中
D ─ 转子直径，m。 πnD 3.14 × 870 × 1 v= = = 45.53m / s 60 60 一般中小型破碎机的转速为 750～1500r/min，圆周速度为 25～70m/s。
得
5.2.2 生产能力[7]
Q = 60 Lbd k Z?Knr
（5-12）
式中
L ─ 转子长度，m； b ─ 卸料篦条间歇，m； d k ─ 出料块的粒度，m； Z ─ ? ─ K ─ n ─ r ─ 卸料篦条间歇的数目， 松散与排料不均匀系数 0.02； 转子圆周方向锤子的排数； 转子转速，r/min； 石灰石的堆积比重， t / m 3 。
Q = 60 Lbd k Z?Knr = 60 × 0.88 × 0.01 × 32 × 0.03 × 4 × 870 × 1.4 = 24.7t / h
5.2.3 功率[12] 功率消耗和很多因数有关，但主要取决于物料的性质，转子的圆周速度，破 碎比和生产能力。
13
立轴式破碎机设计
N= 式中
mR 2 n 3 ef kw 1088 × 10 3η
（5-13）
m ─ 锤头质量，kg； R ─ 转子半径，m； n ─ 转子转速，r/min；
η ─ 机械效率， η =0.7～0.85；
f ─ 修正系数。与转子的圆周速度有关，随圆周速度增加而减少，因
为速度愈高，每个锤头打击物料的机会率愈低。 查《建筑材料机械设计》表 1-4 得 f =0.00125。
N= mR 2 n 3 ef 10.2 × 0.5 2 × 870 3 × 24 × 0.00125 = = 66.1kw 1088 × 10 3η 1088 × 10 3 × o.7
[4]
5.3 转子的结构设计
5.3.1 轴的设计计算及校核 5.3.1.1 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 轮仅受扭矩作用，取 C=110，则
d min = C 3
式中：
P n
(5-14)
C——由轴承的材料和承载情况缩确定的； P——轴的输出功率，kw； n——轴的转速，r/min.
P 55 = 110 3 = 42.12mm 90mm n 980 符合要求，所以轴的设计合格。 d min = c 3
5.3.2 轴的强度计算[1] 轴的各段长度主要根据轴上零件的毂长或轴上的零件配合部分的长度确定。 另外，也要根据机体及轴承盖等零件有关。本设计中，综合考虑机体、转子、衬 板、轴承座等因素的影响后，轴的具体设计尺寸如图 5-1 所示。
14
盐城工学院本科生毕业设计说明书
图 5-1 轴的结构尺寸
5.3.2.1 破碎力的确定 冲击时间的计算 式中:
2.48R v R——料块的半径，m； t=
(5-15)
v——转子的圆周速度，m/s。 2.48 × 0.5 t= = 0.0496 s 25 破碎力 P 的计算 mv P= 0 t 式中: P——破碎力，N； m——料块的质量，kg； v0——冲击后物料的速度，m/s； t——冲击时间，s。 mv 1.4 × 0.14 × 1× 0.3 × 1000 × 25 P= 0 = = 29637 N t 0.0496 5.3.2.2 轴的受力分析(见图 5-2) a． 画轴的受力简图(见图 b)。
(5-16)
图 5-2 轴的受力分析及弯扭矩图
15
立轴式破碎机设计
b． 计算支承反力。 Fr l 3 + Fa l 2 + l3 d 2
由式：
FR1H =
(5-17)
得 由式： 得 在垂上
FR1H =
Fr l3 + Fa
d 2 = 505 × 760 N = 252.5 N l 2 + l3 760 × 2 (5-18)
FR 2 H = Fr ? FR1H FR 2 H = Fr ? FR1H = 505 ? 252.5 N = 3214.5 N
Ft 28931 = = 14465.5 N 2 2 c． 画弯矩图（见图 c，d，e） FR1V = FR 2V =
(5-19)
由式： 在水平面上，a—a 剖面左侧
M aH = FRH ? l
（5-20）
M aH = FR1H ? l 2 = 252.5 × 760 = 191900 N ? mm a—a 剖面右侧
M aH = FR 2 H ? l3 = 252.5 × 760 = 191900 N ? mm
在垂上
‘
M aV = M aV = FR1V ? l 2 = 14463 × 760 = 1099188 N ? mm
合成弯矩，a—a 剖面左侧 由式： 得
M
a
’
=
M
2
aH
+ M
2
aV
（5-21）
M a = M 2 aH + M 2 aV = 191900 2 + 10991880 2 N ? mm = 10993555 N ? mm
a—a 剖面右侧
2 M‘a = M ’ aH + M‘2 aV = 191900 2 + 191900 2 N ? mm = 271387 N ? mm
d．画转矩图（见图 f）
由式： 得，转矩
T = Ft ?
T = Ft ?
d 2
（5-22）
d 160 = 28926 × N ? mm = 1446300 N ? mm 2 2
16
盐城工学院本科生毕业设计说明书
5.3.2.3 判断剖面 显然，由图中 a—a 截面处合成弯矩最大、扭矩为 T，该截面左侧可能是危 险剖面；b—b 截面处合成弯矩不是最大，但该截面左侧轴径小于 a—a 截面处轴 径，故 b—b 截面左侧也可能是剖面。若从疲劳强度角度考虑，a—a、b—b 截面处均有应力集中，且 b—b 截面处应力集中更严重，故 a—a 截面左侧和 b— b 截面左、右侧均有可能是疲劳剖面。 5.3.2.4 轴的弯扭合成强度校核 由《机械设计》表 10-1 查得
[σ ] = [σ ?1 ]b = 60 Pa, [σ 0 ]b = 100MPa,α =
由式 a) a—a 截面左侧
3
[σ ?1 ]b [σ 0 ]b
=
60 = 0 .6 100 （5-23）
bt (d ? t 2 ) W = 0.1d ? 2d
W = 0.1d 3 ?
bt (d ? t 2 ) ? 40 × 13 × (1000 ? 13) 2 ? 3 3 = ?0.1× 10003 ? ? mm = 99746716mm 2d 2 ×1000 ? ?
由式
σe =
M 2 + (αT ) 2 W
（5-24）
M 2 + (αT ) 2 10993555 2 + (0.6 ×14463000) 2 σe = = MPa = 0.14 MPa [σ ] W 99746716 b) b—b 截面左侧
W = 0.1d 3 = 0.1× 1000 3 mm 3 = 108 mm 3
b—b 截面处合成弯矩 M b ： 由式：
Mb = Ma
l 2 ? 28mm l2
（5-25）
Mb = Ma
l 2 ? 28mm 760 ? 500 = (10993555 × ) N ? mm = 3760953 N ? mm l2 760 M 2 + (αT ) 2 37609532 + (0.6 × 14463000) 2 = MPa = 0.1MPa [σ ] W 10 8
σe =
5.3.2.5 轴的疲劳强度安全系数校核 由表 10-1 查得 σ B = 650 MPa,σ ?1 = 300 MPa,τ ?1 = 155MPa;ψ σ = 0.2,ψ τ = 0.1 。 a． a—a 截面左侧
17
立轴式破碎机设计
WT = 0.2d 3 ?
bt (d ? t ) 3 ? 40 × 13 × (1000 ? 13) 2 ? 3 3 = ?0.2 ×1000 3 ? ? mm = 9746716mm 2d 2 × 1000 ? ?
由附表 10-1 查得 K σ = 1.8, Kτ = 1.8; 由附表 10-4 绝对尺寸 ε σ = 0.6、ε τ = 0.6 ； 轴经过磨削加工表面质量系数 β = 0.95。 则
弯曲应力
σb = σb =
M W
（5-26）
M 10993555 = MPa = 0.11MPa W 99746716
应力幅 平均应力 切应力 式中：
σ a = σ b = 0.11MPa σ m = 0 Mpa
τT =
T WT
(5-27)
T ─ 轴所传递的转矩，N.mm; W ─ 抗扭截面系数,。
τT =
T 14463000 = MPa = 0.15MPa WT 99746716
0.15 MPa = 0.075MPa 2 2 校核剖面疲劳强度安全系数安全系数
τa =τm =
τT
=
S=
S σ Sτ S σ + Sτ
2 2
（5-28）
在弯矩作用下和在转距作用下的安全系数分别为
Sσ =
σ ?1 βε σ
Kσ
（5-29）
σ a +ψ σ σ m τ ?1
（5-30）
Sτ =
βετ
Kτ
τ a +ψ ττ m
18
盐城工学院本科生毕业设计说明书
得， Sσ =
σ ?1 βεσ
Kσ
σ a +ψ σ σ m τ ?1
=
=
300 1 .8 × 0.11 + 0.2 × 0 0.95 × 0.6
= 863
Sτ =
155 1 .8 × 0.075 + 0.1× 0.075 0.95 × 1.484
βετ
Kτ
τ a +ψ ττ m
S=
= 484
Sσ Sτ Sσ + Sτ
2 2
=
863 × 484 8632 + 484 2
= 422
查表 10-6 得许用安全系数 [S ] = 1.3～1.5， 显然 S [S ] , 故 a—a 剖面安全。 b. b—b 截面右侧 抗弯截面系数 抗扭截面系数 弯曲应力
W = 0.1d 3 = 0.1×1000 3 mm 3 = 10 8 mm 3
WT = 0.2d 3 = 0.2 × 1000 2 mm 3 = 2 ×10 8 mm 3
σb =
M b 3760953 = MPa = 0.04 MPa W 108
σ a = σ b = 0.04MPa σm = 0
切应力
τT =
T 14463000 = MPa = 0.07 MPa WT 2 × 108
0.07 MPa = 0.035MPa 2 2 由附表 10-1 查得过盈配合引起的有效应力集中系数 K σ = 2.6、Kτ = 1.89 。
τT =τm =
τT
=
又 ε σ = 0.81、ε τ = 0.76、β = 1.0、ψ σ = 0.2、ψ = 0.1 。则
Sσ =
σ ?1 βε σ
Kσ
σ a +ψ σ σ m τ ?1
=
=
300 2 .6 × 0.04 + 0.2 × 0 1.0 × 0.81 155
= 2336
Sτ =
βετ
S=
Kτ
τ a +ψ ττ m
=
1.89 × 0.075 + 0.1× 0.075 1.0 × 0.76
= 815
Sσ Sτ Sσ + Sτ
2 2
2336 × 815 2336 2 + 815 2
= 769
显然 S [S ] ，故 b—b 截面右侧安全。 c. b—b 截面左侧
19
立轴式破碎机设计
WT = 0.2d 3 = 0.2 × 1000 3 mm 3 = 2 ×10 8 mm 3 b—b 截面左右侧的弯矩、扭矩相同。 M 3760953 弯曲应力 σb = b = MPa = 0.04 MPa W 99746716
σ a = σ b = 0.04MPa σm =0
切应力
τT =
T 14463000 = MPa = 0.07 MPa WT 2 × 108
τa =τm =
τT
2
=
D?d r = 2、 = 0.01 ，由附表 10-2 查得圆角引起的有效应力集中系数 r d K σ = 1.38、Kτ = 1.29 ，由附表 10-4 查得绝对尺寸系数
0.07 MPa = 0.035MPa 2
ε σ = 0.6、ε τ = 0.78。又β = 1.0、ψ σ = 0.2、ψ τ = 0.1。 。则
Sσ =
σ ?1 βεσ
Kσ
σ a +ψ σ σ m τ ?1
=
=
300 1.38 × 0.04 + 0.2 × 0 1 .0 × 0 .6 155
= 3260
Sτ =
βετ
S=
Kτ
τ a +ψ ττ m
=
1.29 × 0.035 + 0.1× 0.035 1.0 × 0.78
= 2214
Sσ Sτ Sσ + Sτ
2 2
3260 × 2214 3260 2 + 2214 2
= 1831
显然 S [S ] ，故 b—b 截面左侧安全。 以上计算表明：轴的弯扭合成强度和疲劳强度是足够的。 5.3.3 转子的设计 本设计了国内市场上对破碎机的研究资料,结合各类型破碎机转子的不 同结构 ,锤头排列分布方式如图 5-3 所示。
20
盐城工学院本科生毕业设计说明书
图 5-3 转子的安装结构 1-键；2-轴套；3-上圆盘；4-中圆盘；5-锤头；6-下圆盘； 7-转子隔套；8、9-偏心销轴；10-键；11-轴套；12-主轴
由图 5-3 可知, 锤头在两隔板之间是按 60°的间隔布置着六个锤头,即着六 个锤头中心线处在一个平面上。设计时适当调整锤头间隔套尺寸,保持锤头总数 不变，而如此排布锤头在破碎腔空间上有效利用了锤头的“空间打击”能力，能 够显著提高破碎效率，降低了能耗。 5.3.3.1 锤头的设计[11] 锤头是锤式破碎的主要工作零件。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的质量成正比，动能越大，即锤头的 质量愈大，破碎效率越高，能耗也愈大。因此，要根据不同的进料块尺寸来选择 适当的锤头质量。锤头的耐磨性是其主要质量指标，提高锤头的耐磨性，可缩短 破碎机的检修停车时间。从而，提高破碎机的利用率和减少费用。传统的锤 头一般是用高碳钢锻造或铸造，也有用高锰钢铸造的。近来有的用高铬铸铁锤头 复合铸造，即锤柄采用 ZG310～570 钢，而锤头采用高铬铸铁，其耐磨性比高锰 钢锤头提高数倍。 现在锤头的设计已经由传统的整体式设计转变为组合式的结构设计。另外， 新型材料的研制， 特别是高硬度耐磨材料的研制成功也为锤头的设计及锤头性能 的提高提供了条件，也为本课题提供了较大的选择余地。在综合考虑了本课 题的技术要求和工作要求后，我们决定采用新型的组合式锤头结构设计（如图 5-4 所示） 。
21
立轴式破碎机设计
图 5-4 组合式锤头
5.3.3.2 安装 转子与主轴之间的配合为间隙配合，配合为 D8/H8。 5.4 轴承和键的选用[8] 5.4.1 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： GB/T288-1994 1536622 型调心滚子轴承 下端选： GB/T288-1994 153622 型调心滚子轴承 GB5801-1994 9039430 型推力调心滚子轴承 b．校核轴承的使用寿命
16667 ? f t C r ? ? ? h 根据 Lh = n ? Pr ? ? ? 对于 153662 型轴承，假定其寿命为 3 年
ε
[3]
（5-31）
查手册 C r = 619670 N n = 800r / min Pr = 7207 N
Lh = 3 × 300 × 16 = 14400h
16667 ? 619670 ? 3 Lh = ? ? = 4331654.58h Lh 870 ? 7207 ?
该轴承符合要求。 c．轴承润滑方式选用油管润滑。 5.4.2 键的选用 a．键分别选平键 28×16×104 36×20×848 b．平键的校核
10
（GB1095-86） （GB1095-86）
22
盐城工学院本科生毕业设计说明书
根据
σp =
4T ≤ [σ ]MPa dhl
（5-32）
T ─ 转矩， N ? mm ； d ─ 轴的直径， mm ； h ─ 键的高度， mm ； l ─ 键的工作长度， mm ； [σ P ] ─ 许用挤压应力， MPa ， ， 由《机械手册》表 3.1 查得 [σ P ] =30～45 MPa 。 键一：28×16×104
σp =
符合要求。 键二：36×20×848
4T 4 × 535969 = = 10.8 ≤ σ p MPa dhl 90 × 16 × 104
[ ]
σp =
符合要求。
4T 4 × 535969 × 10 3 = = 1.03MPa ≤ σ p MPa dhl 130 × 20 × 848
[ ]
23
立轴式破碎机设计
6 相关零件的设计
6.1 反击板的设计 反击板的作用是承受被板锤击出的物料在其上冲击破碎， 将破碎后的物料重 新弹回破碎区，再次进行冲击破碎。设计的要求是，被板锤冲击后的物料经反击 后的刚好为该板锤旋转以后的，以利用再次进行冲击破碎。反击板结构 如图 6-1 所示。
图 6-1 反击板结构图
破碎机反击板经各种表面积形状实验比较,采用棱条结构效果最好。因为棱 条尖角部分铸造质量和热处理后硬度高, 抗磨损能力强。而且抗磨面是逐渐加 大，磨损尺寸逐渐减缓。反击板材质采用耐磨合金钢，这些措施都有利于反击板 寿命的延长。反击板的安装方式为从侧面推入铰接件，再由紧固螺栓压紧。 6.2 门的设计 在物料破碎过程中，难免有难破碎的大块物料，落在反击板与转子之间。由 于物料粒径较大，难以从下料口排出，易引起物料阻塞。为清除阻塞物料, 机构的正常运行，所以开设防护门。门的结构如图 6-2 所示
24
盐城工学院本科生毕业设计说明书
6-2 门的结构
防护门为组焊件，门材料为 45 钢。耳环焊接在门，接头形式为角焊接。
25
立轴式破碎机设计
7 辅助零件的设计
7.1 注油管 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。 7.2 密封装置的选择 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杂质、灰尘等侵入轴承室 的密封效果。
26
盐城工学院本科生毕业设计说明书
8 结论
本次设计总体来说较为成功。 在分析目前市场上的各类型的破碎机的结构特 点、技术特点以及使用情况后，我们确定了设计一种新型的破碎机的课题，就是 将锤式破碎机和反击式破碎机的优点结合起来。 在这个指导思想下， 设计过程中， 我们特别注意吸收各种新的技术，新的设计方法，并将之尽量融入到我们的设计 中，使这种新型破碎机的各项性能都能够达到一个较高的水平。同时我们自始至 终贯彻机器设计的经济性要求， 尽量降低破碎机的生产成本和费用等， 因此， 本设计具有很大的实用性。 本设计的主要特点有： a．反击式破碎的板锤和转子是刚性联结的，利用整个转子的惯性对物料进 行冲击，使其不仅破碎而且可以获得较大的速度和动能。 b．破碎腔较大，使物料有一定的活动空间，物料受到冲击作用，经过多次 反复打击而得到充分破碎。 c．破碎效率高、能量消耗低。 d．破碎比大，可达到 15～20mm 左右，这样，可以减少破碎段数，简化生 产流程，节省投资、降低生产成本。 e．设备的构造简单，便于制造，操作维修也较方便。 本设计的创新点主要有： a．采用新型的转子设计结构（反击式破碎的钢盘结构和锤式破碎的锤盘交 错布置结构） ，有效增强了破碎机的工作性能。 b．新型锤头结构设计。锤头抛弃传统的整体式结构设计，而采用组合式结 构设计，大大提高了锤头的使用寿命，有效降低了生产费用和减少了设备的调整 次数。 本设计是在结合反击式破碎机和锤式破碎机的优点， 并在此基础上再融入了 各种新技术、新思想的条件下成型的。因此，设计中也存在一些不足之处，有待 进一步的设计。总体来说，其存在的主要问题有： a． 两级转子的空间有待进一步的研究。 它们的相互如何优化设计， 才能更加充分发挥两种破碎方式的优点。 b． 反击板的安装方式较为繁琐，安装时需花费较多的时间。 c．机体的结构设计不够简便，调整时的拆装要花费一些时间。 d．各参数的选择有待进一步探讨。 这些问题都是在以后的设计改进中应该加以重视的。
27
立轴式破碎机设计
参考文献
[1] 濮良贵,胡综武,张邻康．机械设计[M]．沈阳：西北工业大学，1992. [2] 许林发.建筑材料机械设计[M].武汉：武汉工业大学出版社，1997. [3] 王伯平．互换性与测量技术基础[M]．：机械工业出版社，2000. [4] 吴泽.机械结构设计[M].：机械工业出版社，1988. [5] 洛阳建材工业学校.复鹗式破碎机毕业设计参考手册[M].洛阳建材工业学校 材机教研室,1988. [6] [7] [8] [9] .工程图学[M]．：机械工业出版社，2001. 范祖尧． 现代机械设备设计手册(第 3 卷) [M]． ： 机械工业出版社， 1996. 陈秀宁，施高义．机械设计课程设计[M]．浙江：浙江大学出版社，2001. 甘永立.几何量公差与检测[M]．上海：上海科学技术出版社，2001.
[10] 成大先.机械设计手册(机械传动) [M].：化学工业出板社,2004. [11] 唐敬鳞.破碎与筛分机械设计手册[M].：化学工业出版，2000. [12] 徐锦康.机械设计[M]. :机械工业出版社，2001.
28
盐城工学院本科生毕业设计说明书
致
谢
历时三个多月的毕业设计，在孙俊兰老师的悉心指导下，现已划上了的 句号。 在设计过程中，孙老师及时的了解我设计中遇到的难题，帮助我解决了不 少问题。由于本人对水泥工艺及破碎机了解不多，实践知识更是不足，孙老师耐 心地给我们有关方面的知识，使我得以按时内完成设计工作。同时，我 们不管是在以后的工作还是学习中，都要保持治学严谨的态度。在本次毕业设计 中，刘平成老师和其他老师也给我提供了很多帮助，我向他们表示衷心的感谢。 此次设计的和同组其他人员的通力合作也是分不开的，他们给了我许 多帮助和指点，在此一并表示感谢！
29
立轴式破碎机设计
附件清单
1 总装配图 2 门 3 4 5 6 转子 进料斗 机盖 底座 L1000-05-01 L1000-05-02 L1000-05-03 L1000-05-04 L1000-05-05 L1000-05-06 L1000-05-07 L1000-05-08 L1000-05-09 L1000-05-10 A0 A2 A1 A2 A2 A1 A3 A3 A2 A4
7 反击板 8 隔板 9 下料斗 10 方头螺栓 11 UG 三维图集一份
30
推荐：