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中國(guó)礦業(yè)大學(xué)2007屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第98頁(yè)
一 般 設(shè) 計(jì) 部 分
1 緒論
1.1 FP5216B強(qiáng)力分級(jí)破碎機(jī)的使用范圍與優(yōu)點(diǎn)
FP5216B強(qiáng)力分級(jí)破碎機(jī)主要適用于礦山、冶金、化工、煤礦等行業(yè)脆性塊狀物料的粗、中級(jí)破碎，其入料粒度最大可達(dá)630mm，出料粒度最小可達(dá)80mm，可對(duì)抗壓強(qiáng)度≤160MPa的物料進(jìn)行破碎。
FP5216B強(qiáng)力分級(jí)破碎機(jī)可用來(lái)破碎露天礦表層巖石、煤炭、石灰石、粘土礦石、鐵礦石、金礦石、鈾礦石、鎳礦石、鋁礬土礦石、滑石、石膏、焦炭、玻璃等。煤炭工業(yè)所占比例最大，約占50％，金屬礦約占12％，石灰石礦約占14％，非金屬礦約占9％，石料工業(yè)約占6％，化工原料約占4％。
在煤炭行業(yè)，使用本機(jī)破碎原煤只要經(jīng)過(guò)除鐵、除雜，無(wú)須揀矸，便可直接進(jìn)行破碎。破碎出的物料，粒度均勻，過(guò)粉碎率低，從而簡(jiǎn)化了選煤工藝，降低了投資和生產(chǎn)成本。
FP5216B強(qiáng)力分級(jí)破碎機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：
1、過(guò)粉碎率低
由于采取剪切原理，破碎后合格物料(包括入料中已含有的合格物料)沿著螺旋腔直接排出，避免了物料在破碎腔中相互摻雜、擠壓、研磨等缺陷，所以物料不易過(guò)粉碎。
2、能嚴(yán)格保證破碎產(chǎn)品粒度
由于輥齒是采用螺旋方式分布在輪軸上，輥齒的結(jié)構(gòu)尺寸是按產(chǎn)品的粒度優(yōu)化設(shè)計(jì)的，破碎后的物料在螺旋腔內(nèi)被強(qiáng)制排出，不再受剪切作用，因此該破碎機(jī)能較好的控制物料的粒度。
3、有破碎和分級(jí)雙重作用 該破碎機(jī)除破碎限定粒度以上的物料外，對(duì)入料中的合格物料可以使其通過(guò)兩輥齒之間以及輥齒與側(cè)壁襯板間的間隙，進(jìn)入螺旋腔內(nèi)，然后排出機(jī)外，因此具有破碎和篩分雙重功效。
1.2 FP5216B強(qiáng)力分級(jí)破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
FP5216B強(qiáng)力分級(jí)破碎機(jī)采用單電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，二級(jí)弧齒錐齒輪－斜齒圓柱齒輪減速器減速，兩齒輥軸用斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)，噪聲小，抗磨損能力強(qiáng)。FP5216B強(qiáng)力分級(jí)破碎機(jī)由以下幾部分組成：原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、減速裝置、主機(jī)、保險(xiǎn)裝置等。
1、原動(dòng)機(jī)：原動(dòng)機(jī)采用電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，增加了破碎機(jī)的使用范圍。對(duì)遠(yuǎn)離供電線路或經(jīng)常更換工作場(chǎng)地的用戶來(lái)說(shuō)，極其方便。
2、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：采用YOX液力聯(lián)軸器傳動(dòng)，可以使原動(dòng)機(jī)的工作更加平穩(wěn)且具有過(guò)載保護(hù)作用。
3、減速裝置：FP5216B強(qiáng)力分級(jí)破碎機(jī)配有專用的減速器，能夠傳送強(qiáng)大的動(dòng)力，同時(shí)又有足夠長(zhǎng)的壽命，設(shè)計(jì)壽命為2萬(wàn)小時(shí)。該減速器結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，直接用螺栓固定在底座上。電動(dòng)機(jī)和減速器通過(guò)罩在液力聯(lián)軸器外面的金屬殼聯(lián)接，形成了一個(gè)有機(jī)的整體。
4、保險(xiǎn)裝置：除了液力聯(lián)軸器，F(xiàn)P5216B強(qiáng)力分級(jí)破碎機(jī)還在齒輥軸的末端安裝了低速傳感器，來(lái)保護(hù)電動(dòng)機(jī)和主機(jī)。當(dāng)破碎機(jī)中進(jìn)入難以破碎的物料使破碎機(jī)悶車時(shí)，傳感器會(huì)發(fā)出脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，使電動(dòng)機(jī)停車，避免損壞主機(jī)和電動(dòng)機(jī)。傳感器體積小，重量輕，動(dòng)作靈敏度高。是老式的彈簧裝置所無(wú)法比擬的。
5、主機(jī)：FP5216B強(qiáng)力分級(jí)破碎機(jī)的主機(jī)，設(shè)計(jì)先進(jìn)，工藝性好，互換性強(qiáng)。
① 箱體
FP5216B強(qiáng)力分級(jí)破碎機(jī)的主機(jī)采用箱形結(jié)構(gòu)，機(jī)架用鋼板焊接而成， 整體式采用單電機(jī)拖動(dòng)，齒輥軸的中心距固定，兩個(gè)齒輥軸之間用兩個(gè)參數(shù)相同，精確制造的齒輪聯(lián)接。
② 破碎機(jī)構(gòu)
主機(jī)箱體內(nèi)就是破碎機(jī)的核心部分，分為粗破碎輥和第二段破碎輥：
粗破碎輥由軸、齒環(huán)、齒套和鍵組成。軸按照同系列最大傳遞功率確定直徑；齒環(huán)數(shù)由生產(chǎn)能力和箱體布置面積確定；齒環(huán)上的齒套做成嵌套式。齒套又分為標(biāo)準(zhǔn)型和重型兩種，適用于不同物料。輥齒磨損后可用耐磨焊條補(bǔ)焊或更換齒套修復(fù)。
第二段破碎輥由齒板、齒板架、砧板、弓形板和調(diào)整螺栓組成，而齒板架和齒板與老式破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)截然不同，在強(qiáng)度和穩(wěn)定性上大大加強(qiáng)。老式破碎機(jī)每塊齒板用四個(gè)螺栓固定在齒板架上，工作時(shí)作用在輥?zhàn)由系牧?，全部作用于四個(gè)螺栓。這種結(jié)構(gòu)不能承受大的工作力，而且易產(chǎn)生松動(dòng)和螺栓剪斷現(xiàn)象。FP5216B強(qiáng)力分級(jí)破碎機(jī)則采用全新的結(jié)構(gòu)形式，克服了老式破碎機(jī)的缺點(diǎn)。其弓形齒板上有一半圓弧與齒板架配合，由其來(lái)承擔(dān)上作壓力。這種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定牢固，強(qiáng)度高，能承受強(qiáng)大的工作力，所以破碎機(jī)能夠破碎堅(jiān)硬的巖礦物料，而老式破碎機(jī)只能破碎易破碎的脆性物料。另外，F(xiàn)P5216B強(qiáng)力分級(jí)破碎機(jī)的齒環(huán)、齒套、齒板都是由專門研制的耐磨材料制造，也為破碎機(jī)強(qiáng)大的工作能力提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。
③ 輔助裝置
MMD齒輥破碎機(jī)的主機(jī)內(nèi)還增加了兩種輔助裝置。其一是齒梳，安裝在箱體的兩側(cè)，能夠剔掉夾在齒間或粘在齒間的物料，使破碎機(jī)不會(huì)因夾料堵塞，降低工作效率。
其二是在箱體的下部，可根據(jù)破碎要求，增加或減少砧板，以調(diào)整出料粒度大小。
④ 排料裝置
齒板、齒梳、砧板之間的間隙，形成了動(dòng)態(tài)篩分機(jī)構(gòu)。進(jìn)入破碎腔的物料中所含有的合格粒級(jí)的物料迅速?gòu)拈g隙排出，而大塊物料被旋轉(zhuǎn)的齒對(duì)咬住，受沖擊剪切和沖擊拉伸而破碎，這種結(jié)構(gòu)提高了破碎機(jī)的工作效率和處理能力。
1.3 FP5216B強(qiáng)力分級(jí)破碎機(jī)與傳統(tǒng)破碎機(jī)的比較
1.3.1 破碎理論
對(duì)礦物的破碎，長(zhǎng)久以來(lái)人們的思想是這樣一種概念：即通過(guò)對(duì)物料施加壓力使物料產(chǎn)生變形。當(dāng)這變形所吸收的能量足以克服物料原子間的結(jié)合力時(shí)便產(chǎn)生原子間的位移，微觀上稱為晶格位移，在宏觀上表現(xiàn)為裂碎，從而達(dá)到破碎物料的目的。在有目的地破碎物料的歷史過(guò)程中人們陸續(xù)開發(fā)出各種各樣的機(jī)械破碎設(shè)備裝置、如鄂式破碎機(jī)、旋回式破碎機(jī)、反擊式破碎和錘式破碎機(jī)，至今還沿用著這些傳統(tǒng)的破碎設(shè)備。破碎的基礎(chǔ)理論并未發(fā)生變化。
隨著人們對(duì)材料性能研究的不斷深人以及測(cè)試試驗(yàn)手段的不斷完善，逐步建立了現(xiàn)代材料力學(xué)科學(xué)，人們對(duì)材料性質(zhì)和性能的認(rèn)識(shí)發(fā)生了很大的變
化。利用現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)對(duì)巖石進(jìn)行力學(xué)分析，人們發(fā)現(xiàn)巖石承受壓力破壞的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其承受剪切力破壞的能力。經(jīng)測(cè)試，巖石的極限壓應(yīng)力是極限
剪應(yīng)力的6～10倍，是極限拉應(yīng)力的2～4倍。長(zhǎng)期以來(lái)人們破碎巖石采用擠壓方法，很少采用更為合理的拉伸、剪切等方法，而FP5216B強(qiáng)力分級(jí)破碎機(jī)是基于巖石的剪切破壞原理而設(shè)計(jì)的，也就是說(shuō)通過(guò)給巖石施加一個(gè)剪切力使巖石承受剪切力和由剪切力產(chǎn)生的彎曲扭矩從而使巖石被剪斷或折斷。另一種重要的原因是大部分巖石本身存在晶格缺陷和紋理缺陷，使得當(dāng)巖石在承受剪切力時(shí)極易沿缺陷、紋理、節(jié)面等方向斷裂。FP5216B強(qiáng)力分級(jí)破碎機(jī)在破碎理論上的突破、使其在性能上表現(xiàn)出很大的優(yōu)勢(shì)。
傳統(tǒng)破碎機(jī)如旋回破碎機(jī)和鄂式破碎機(jī)是靠工作部件運(yùn)動(dòng)時(shí)施加于被破碎物料上的沖擊壓力實(shí)現(xiàn)破碎的。反擊式破碎機(jī)和錘式破碎機(jī)是靠?jī)蓚€(gè)直徑
很大的棍子對(duì)物料的擠壓和碾磨作用而工作。其中旋回破碎機(jī)和鄂式破碎機(jī)工作時(shí)必須對(duì)物料施加非常大的破碎力，因而機(jī)器笨重，效率較低，能耗較高。對(duì)輥破碎機(jī)是不能用于粗碎和第二段破碎作業(yè)的，因其咬合礦石能力受限制，多用于細(xì)碎，產(chǎn)量低、齒輥表面磨損極為嚴(yán)重。反擊式破碎機(jī)和錘式破碎機(jī)由于高速回轉(zhuǎn)，錘頭與打擊板與物料高速撞擊而產(chǎn)生強(qiáng)烈的磨損。上述傳統(tǒng)破碎機(jī)的共同缺點(diǎn)是能耗高、處理能力低、強(qiáng)烈的磨損、大而笨重的機(jī)體都限制了大型化的發(fā)展。從工藝性能上講，其最終產(chǎn)品粒度、形狀和粉末生成率都難以控制。FP5216B強(qiáng)力分級(jí)破碎機(jī)單機(jī)處理礦石能力比傳統(tǒng)破碎機(jī)高出1~5倍，占地面積僅為1/2 ~ 1/5，設(shè)備高度僅為1/3 ~ 1/7,可更換的齒套和齒尖使磨損大大降低。這一系列特點(diǎn)，使FP5216B強(qiáng)力分級(jí)破碎機(jī)顯示出眾多的優(yōu)越性。
1.3.2 破碎機(jī)工藝性能比較
1、產(chǎn)品粒度比較
以MMD-750型4齒式破碎機(jī)與PXZ910/170旋回破碎機(jī)，1500 x 2100單襯板鄂式破碎機(jī)為例，當(dāng)處理能力為1000 t/h時(shí)進(jìn)行比較：
旋回破碎機(jī)：當(dāng)量排料口為170mm，最大產(chǎn)品粒度為265mm，產(chǎn)品中+170mm約占15％,－25mm粒級(jí)占35％；
鄂式破碎機(jī)：當(dāng)量排料口為300mm，最大產(chǎn)品粒度為500mm, +170mm粒徑約占30％，－25mm粒級(jí)含量占40％；
MMD破碎機(jī)：最大產(chǎn)品粒度為180mm，+170mm粒級(jí)含量約占5％，－25mm粒級(jí)含量約占18％。
由此可見：MMD破碎機(jī)過(guò)大顆粒比上述兩種破碎機(jī)分別少10％和25％。過(guò)細(xì)粉末分別少17％和22％。
2、單產(chǎn)能耗比較
經(jīng)計(jì)算，旋回破碎機(jī)單產(chǎn)能耗為38kWh/t,鄂式破碎機(jī)為0.66kWh/t,而MMD破碎機(jī)僅為0.22kWh/t( 750型)，與之比較MMD分別比它們節(jié)能約40％和65％。
3、易損件利用率比較
旋回破碎機(jī)的定錐襯板和動(dòng)錐襯板往往是在排料時(shí)磨損劇烈，而報(bào)廢被磨部分的重量?jī)H為易損件重量的1％～5％，也就是說(shuō)利用率僅為1％～5％。
鄂式破碎機(jī)高度相對(duì)于旋回破碎機(jī)要低，故其易損件利用率高于旋回式，據(jù)統(tǒng)計(jì)約為5％～10％。
而MMD破碎機(jī)的齒牙、齒套均可更換，故其利用率達(dá)50％以上。
1.4 FP5216B強(qiáng)力分級(jí)破碎機(jī)的應(yīng)用和經(jīng)濟(jì)效益淺析
FP5216B強(qiáng)力分級(jí)破碎機(jī)是MMD破碎機(jī)的一種更新改造，自第一臺(tái)MMD破碎機(jī)問(wèn)世以來(lái)，至今已2100多臺(tái)機(jī)器在世界60多個(gè)國(guó)家得到應(yīng)用。中國(guó)自1991年以來(lái)，已有50多臺(tái)破碎機(jī)分別應(yīng)用于安太堡煤礦，大同煤礦，盤江老屋礦和準(zhǔn)格爾煤礦并得到用戶好評(píng)。
1.4.1 MMD破碎機(jī)的應(yīng)用情況
(1) 金屬礦山：MMD型破碎機(jī)在鈾礦、金礦和含金礬土礦、鎳礦、銅礦鉛鋅礦等金屬礦山都有大量的應(yīng)用；
(2) 煤礦：煤礦是最大的用戶，約占總數(shù)的50％，在中國(guó)主要集中在新建人型煤礦使用；
(3) 石料：碎石業(yè)更適合于使用MMD機(jī)器，特別是移動(dòng)式破碎機(jī)更適合于石料開采，在英國(guó)、澳大利亞都采用MMD-750輪胎車牽引全移動(dòng)式破碎機(jī)；
(4) 水泥工業(yè)：水泥廠采用MMD破碎機(jī)很普遍；
(5) 非金屬礦：MMD型破碎機(jī)對(duì)重質(zhì)碳酸鈣、粘土礦、石膏礦等物料的破碎更適合，它不存在堵塞給料口和排料口的問(wèn)題；
(6) 市政工程：MMD破碎機(jī)還可以用來(lái)加工城市的廢料和垃圾以及各種難碎的物料如玻璃、舊輪胎等。
1.4.2 FP5216B強(qiáng)力分級(jí)破碎機(jī)的經(jīng)濟(jì)效益淺析
破碎機(jī)的優(yōu)越性必然給破碎工廠設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理和維護(hù)帶來(lái)積極有利的影響，帶來(lái)環(huán)保節(jié)能的效果，還可以帶來(lái)豐厚的經(jīng)濟(jì)效益，特別表現(xiàn)在：廠房高度低、面積小、輔助設(shè)備的簡(jiǎn)化、大幅度降低基建費(fèi)用、運(yùn)轉(zhuǎn)維修費(fèi)用、人工費(fèi)用、易損件消耗和動(dòng)力消耗費(fèi)用等方面，給用戶帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益是十分顯著的。
目前，國(guó)內(nèi)礦山使用設(shè)備大多是傳統(tǒng)設(shè)備，引進(jìn)一些新設(shè)備、新理念，無(wú)疑會(huì)推動(dòng)礦山工業(yè)的發(fā)展和粉體下業(yè)的發(fā)展。MMD破碎機(jī)是一種新型環(huán)保節(jié)能高效破碎機(jī)，由于其工作原理突破了傳統(tǒng)破碎理論，帶來(lái)了系列綜合性能優(yōu)點(diǎn)，但MMD破碎機(jī)造價(jià)較高，能不能加快國(guó)產(chǎn)化步伐，加大使用國(guó)
產(chǎn)零部件比例，使更多的中國(guó)用戶能接受、應(yīng)用它，是一個(gè)值得探討的問(wèn)題。
2 FP5216B強(qiáng)力分級(jí)破碎機(jī)基本參數(shù)的確定
新型雙齒輥破碎機(jī)是國(guó)外近年出現(xiàn)的一種破碎設(shè)備,同其它類型的破碎機(jī)相比,具有重量輕、體積小、功耗低、生產(chǎn)率高、出料粒度均勻等諸多優(yōu)點(diǎn),特別適用于露天礦的破碎站和公路建設(shè)碎石。目前國(guó)內(nèi)對(duì)該設(shè)備的需求量很大,由于引進(jìn)價(jià)格昂貴,因此對(duì)其進(jìn)行技術(shù)消化吸收便成為當(dāng)前的緊迫任務(wù)。
2.1破碎機(jī)的破碎及排料機(jī)理分析
強(qiáng)力分級(jí)雙齒輥破碎機(jī)的主要工作部件為兩個(gè)平行安裝的齒輥,每個(gè)齒輥沿軸向布置一定數(shù)量的齒環(huán),通過(guò)齒輥的對(duì)轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的破碎。其結(jié)構(gòu)如圖1所示：
齒對(duì)物料的作用過(guò)程可分為3個(gè)階段。在第1階段,旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中的輥齒遇到大塊物料,首先對(duì)它進(jìn)行沖擊剪切作用,接著對(duì)它進(jìn)行撕拉作用。如果碎塊能被輥齒咬入則進(jìn)入第2階段破碎,否則輥齒沿物料表面強(qiáng)行滑過(guò),靠輥齒的螺旋布置迫使物料翻轉(zhuǎn),等待下一對(duì)齒的繼續(xù)作用。在圖1中,這一階段為齒從1-1位置到2-2位置。第2階段從物料被咬入開始,到前一對(duì)齒脫離咬合終
止。在圖1中表現(xiàn)為齒從2-2位置運(yùn)動(dòng)到3-3位置的過(guò)程。這一階段兩齒包容的截面由大逐漸變到最小,然后再增大。粒度大的物料由于包容體積逐漸變小而被強(qiáng)行擠壓剪碎,破碎后的物料被擠出,從齒側(cè)間隙漏下。
前一對(duì)齒開始脫離嚙合時(shí),破碎的物料大量下漏排出,個(gè)別粒度仍然偏大的物料被劈裂棒阻擋。當(dāng)齒運(yùn)動(dòng)到劈裂棒附近時(shí),與劈裂棒共同作用,將大塊物料劈碎并將其強(qiáng)行排出,這就是第3階段破碎。
至此,一對(duì)齒的破碎過(guò)程結(jié)束。每對(duì)齒環(huán)上有多少齒,齒輥運(yùn)行一周時(shí)同樣的過(guò)程就進(jìn)行多少次,循環(huán)往復(fù)。
2.2 FP5216B強(qiáng)力分級(jí)破碎機(jī)功率的確定及電動(dòng)機(jī)的選型
破碎機(jī)功率計(jì)算是破碎機(jī)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),它是選擇電動(dòng)機(jī)的理論依據(jù),電動(dòng)機(jī)選擇得適當(dāng)與否,直接關(guān)系到后續(xù)設(shè)計(jì)的成敗。在過(guò)去的破碎機(jī)設(shè)計(jì)中,一般采用兩種方法確定功率,即經(jīng)驗(yàn)公式法和理論計(jì)算法。由于雙齒輥破碎機(jī)是一種新型設(shè)備,無(wú)經(jīng)驗(yàn)可循,因此提出如下的理論計(jì)算方法。
目前有4種不同的理論計(jì)算方法可以確定單位生產(chǎn)量的功耗,即Rittinger法,Kick-Kirpichev法,Bond法和Holmes法,其中Rittinger法適用于細(xì)磨,Kick-Kirpichev法適用于粗碎,Bond法介于二者之間,Holmes法是對(duì)上述3種方法的統(tǒng)一,其表達(dá)式為
估算一：
估算二：
式中： W——單位生產(chǎn)量的功耗，kWh/t；
M——Bond功指數(shù)；
E——占排料粒度80%以上的部分的粒度尺寸,;
A——占給料粒度80%以上的部分的粒度尺寸,;
——取值范圍0.2～1.4。
由于Holmes公式中的取值范圍過(guò)大稍有不當(dāng),將與實(shí)際情況相差甚遠(yuǎn)。通過(guò)對(duì)1250雙齒輥破碎機(jī)功率的計(jì)算,根據(jù)繪制N′-i曲線(N′=WH·Q),初步得出對(duì)于雙齒輥破碎機(jī)可取0.45~0.5，該式在估算中選擇0.48。
下述方法是基于電機(jī)的功率應(yīng)與單位時(shí)間的破碎物料的功耗相同的原則,即認(rèn)為電動(dòng)機(jī)的功率應(yīng)如下求得:
估算一：
估算二：
式中： Q——設(shè)計(jì)要求的生產(chǎn)能力，t/h；
F——電動(dòng)機(jī)的功率，kW;
——破碎機(jī)的傳動(dòng)效率。
通過(guò)以上分析，考慮到破碎機(jī)工作環(huán)境和過(guò)載系數(shù)的影響，選取YBC-250電動(dòng)機(jī)，如圖2-1所示：
圖2-1
技術(shù)特征：
1、 額定功率：250kW 2、額定電壓：1140V 3、額定電流：162A
4、 額定轉(zhuǎn)速：1475rpm 5、額定頻率：50HZ 6、絕緣等級(jí)：H
7、 接線方式：Y 8、工作方式：S1 9、冷卻水壓：≤3.0MPa
10、進(jìn)水溫度：≤30℃ 11、冷卻水量：≥1.5m3 12、質(zhì)量：1490 vkg
13、電纜密封圈內(nèi)徑：60mm
2.3 破碎機(jī)基本參數(shù)的估算
初步確定破碎機(jī)輥齒的形狀及比例如圖2-2所示，經(jīng)有關(guān)資料結(jié)合設(shè)計(jì)要求，特制定以下估算方案：
梯形估算法
L——輥軸有效長(zhǎng)度，m；a——輥軸中心距，m； D1——輥齒大徑， m；
R——輥軸半徑，m； h——輥齒高度，m； S ——梯形面積，m；
D——輥軸直徑，m； a1——梯形上底，m； a2——梯形下底， m；
h2——梯形高度，m；——物料密度，t / m3；——角速度 rad / s；
梯形部分的面積：
方案一：假設(shè)齒輥軸的轉(zhuǎn)速 n＝90rpm
齒輥軸的有效長(zhǎng)度 L=1.3m
角速度
圖2-2
Q——設(shè)計(jì)要求的生產(chǎn)能力，t/h； V——兩齒輥中間處的線速度，m/s；
S1——兩齒輥中間可通過(guò)物料的面積，m2；
將Q=1000 t/h代入上式，得
齒輥軸的半徑 R=0.148m
方案二：假設(shè)齒輥軸的轉(zhuǎn)速 n＝120rpm
齒輥軸的有效長(zhǎng)度 L=1.3m
角速度
將Q=1000 t/h代入上式，得 齒輥軸的半徑 R=0.099m
考慮到破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)形式、主動(dòng)軸嵌套齒環(huán)、齒帽的結(jié)構(gòu)、軸的材料選擇、剛度、加工工藝性等的影響，方案一比較合理。
輥軸直徑
輥齒高度
兩齒輥之間的距離
輥齒大徑
入料口的寬度
輥軸中心距
2.4 破碎機(jī)基本參數(shù)的校核與破巖力的評(píng)估
2.4.1基本參數(shù)的校核
破碎機(jī)的工作對(duì)象是各種礦石、巖石和煤等，它們的物理特性、節(jié)理構(gòu)造千變?nèi)f化,所以只有以適合該類型破碎機(jī)的破碎理論為基礎(chǔ),通過(guò)試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)以及工業(yè)運(yùn)行實(shí)踐而導(dǎo)出的經(jīng)驗(yàn)公式方是切實(shí)可行的。隨著人們生產(chǎn)實(shí)踐的不斷發(fā)展,會(huì)得出各種被破碎物料的修正系數(shù),經(jīng)驗(yàn)公式將給出更為精確的結(jié)果。
式中S2——兩個(gè)齒輥中間可通過(guò)物料的面積，m2
經(jīng)驗(yàn)公式中充滿系數(shù)等于0.25～0.4，由此確定梯形估算法確實(shí)可行，方案校核通過(guò)。
2.4.2破巖力的評(píng)估
減速器的傳動(dòng)比
式中 ——電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，rpm
電動(dòng)機(jī)的額定功率 Pd= 250Kw
則破碎輥的估算轉(zhuǎn)矩
破碎齒齒尖上的估算破巖力
下表給出了幾種物料抗破巖力的參考值：
巖石
中混煤
細(xì)煤
抗破巖力
16kN
12kN
10kN
由此看出，破碎齒齒尖上的破巖力P大于被破碎物料的抗破巖力,?則滿足要求。
3限矩型液力聯(lián)軸器的選擇
圖3-1
圖中:1.注油塞、 2.泵輪、 3.后半連軸節(jié)、4.O型圈、5.墊圈、6.緊固螺栓7.前半連軸節(jié)、8.彈性塊、9.外殼、10.渦輪、11.軸、12.螺栓、13.油封14. 油封、15.密封圈蓋、16.軸承、17.軸承、18.熱保護(hù)塞
限矩型液力偶合器是一種動(dòng)力式液力傳動(dòng)元件、由于它效率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠帶動(dòng)負(fù)載平穩(wěn)起動(dòng)，改善起動(dòng)性能，提高起動(dòng)能力；具有過(guò)載保護(hù)作用；能隔離扭振和沖擊；在多臺(tái)電機(jī)傳動(dòng)鏈中均衡各電機(jī)的負(fù)荷；并減小電網(wǎng)的沖擊電流；所以在礦山機(jī)械、化學(xué)工業(yè)、冶金工業(yè)、食品、建筑、交通等部分得到了廣泛應(yīng)用。
YOX型主要由主動(dòng)部分和被動(dòng)部分組成。主動(dòng)部分包括后輔室、前半聯(lián)軸節(jié)、后半連軸節(jié)、彈性塊、泵輪和外殼。從動(dòng)部分主要包括軸和渦輪。主動(dòng)部分與原動(dòng)機(jī)聯(lián)接，被動(dòng)部分與工作機(jī)聯(lián)接。原動(dòng)機(jī)的扭矩通過(guò)聯(lián)軸器中的工作液體來(lái)傳遞，泵輪將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ饕后w的動(dòng)能，渦輪又將工作液體的動(dòng)能變?yōu)闄C(jī)械能，通過(guò)輸出軸驅(qū)動(dòng)負(fù)載，泵輪和渦輪之間沒(méi)有機(jī)械聯(lián)系。
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)
型 號(hào)
輸入轉(zhuǎn)速
r/min
傳遞功率范圍
N （ KW ）
過(guò)載系數(shù)
效率
η
外形尺寸
最大輸入孔徑
及長(zhǎng)度（ mm ）
最大輸出孔徑
及長(zhǎng)度（ mm ）
充油量（ L ）
重量
（ kg ）
D
A
d1max
d2max
L1max
L2max
YOX600
1500
200-360
2-2.5
0.96
Φ 695
490
Φ 100/210
Φ 115/210
16.8
33.6
185
4 傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)
確定傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)傳動(dòng)裝置的第一步，是設(shè)計(jì)各級(jí)傳動(dòng)件和裝配圖的依據(jù)，因此應(yīng)使所擬定的方案在技術(shù)上合理、先進(jìn)、且經(jīng)濟(jì)效益高。
傳動(dòng)裝置方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容為：確定傳動(dòng)類型，計(jì)算總傳動(dòng)比和合理分配各級(jí)傳動(dòng)比，計(jì)算裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)。
4.1 確定傳動(dòng)類型
二級(jí)圓錐－圓柱齒輪減速器傳動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖4-1所示：
圖4-1 齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能及使用范圍
功率（常用值）/Kw
最大50000
單級(jí)傳動(dòng)比
常用值
圓柱3～5
圓錐2～3
最大值
8
5
許用的線速度/（m/s）
6級(jí)精度直齒v≤18m/s，非直齒≤36m/s
外廓尺寸
小
傳動(dòng)精度
高
工作平穩(wěn)性
一般
自鎖能力
無(wú)
過(guò)載保護(hù)作用
無(wú)
使用壽命
長(zhǎng)
緩沖吸振能力
差
要求制造及安裝精度
高
要求潤(rùn)滑條件
高
對(duì)環(huán)境適應(yīng)性
一般
圓錐齒輪傳動(dòng)布置在傳動(dòng)裝置的高速級(jí)，以減小圓錐齒輪的尺寸。因?yàn)榇竽?shù)的圓錐齒輪需要大型機(jī)床切齒，對(duì)一般制造工廠難于實(shí)現(xiàn)。若圓錐齒輪的速度過(guò)高，其精度也要相應(yīng)地提高。此時(shí)還需要考慮能否制造及經(jīng)濟(jì)性等問(wèn)題。
4.2 總傳動(dòng)比和合理分配各級(jí)傳動(dòng)比
電動(dòng)機(jī)選定后，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速和工作機(jī)構(gòu)主動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速，即可求得傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比為
合理選擇和分配各級(jí)傳動(dòng)比直接影響傳動(dòng)裝置的外廓尺寸、質(zhì)量、潤(rùn)滑、成本等方面，主要考慮如下幾點(diǎn)：
各級(jí)傳動(dòng)比不應(yīng)超過(guò)其傳動(dòng)比的最大值，應(yīng)盡量在推薦范圍內(nèi)選取。
使減速器中各大齒輪的浸油深度大致相等，以利實(shí)現(xiàn)浸油潤(rùn)滑。
所設(shè)計(jì)的傳動(dòng)裝置具有較小的外廓尺寸。
1、 圓錐齒輪傳動(dòng)比可取為
2、 圓柱齒輪傳動(dòng)比為：
傳動(dòng)比誤差確定
在誤差限制范圍內(nèi)。
4.3 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)
4.3.1各軸轉(zhuǎn)速
1軸
2軸
3軸
圖4-2
機(jī)械傳動(dòng)和摩擦副的效率概略值
種類
效率
很好跑合的6級(jí)精度和7級(jí)精度圓柱齒輪傳動(dòng)(油潤(rùn)滑）
0.99
很好跑合的6級(jí)精度和7級(jí)精度圓錐齒輪傳動(dòng)(油潤(rùn)滑）
0.97
膜片聯(lián)軸器
0.98
滾子軸承（稀油潤(rùn)滑）
0.98
液力聯(lián)軸器
0.96
4.3.2各軸的輸入功率
1軸
2軸
3軸
4.3.3各軸的轉(zhuǎn)矩
電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩
1軸
2軸
3軸
5膜片聯(lián)軸器的選型
膜片聯(lián)軸器（JB/T9147—2000）采用一種厚度很薄的彈簧片，制成各種形狀，用螺栓分別與主從動(dòng)軸上的兩半聯(lián)軸器聯(lián)接，其彈性元件為若干多邊形的膜片，在膜片的圓周上有若干螺栓孔，為了獲得相對(duì)位移，常采用中間軸，其兩端各有一組膜片組成兩個(gè)膜片聯(lián)軸器，分別與主從動(dòng)軸聯(lián)接。
膜片的材料一般要求具有高的強(qiáng)度極限和疲勞強(qiáng)度，而且要有良好的加工性能，耐腐蝕性和耐熱性，目前主要用1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti等不銹鋼和40CrNi2MoA等高強(qiáng)度合金鋼制成。
彈性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，彈性元件的聯(lián)接沒(méi)有間隙，一般不需潤(rùn)滑，維護(hù)方便，平衡容易，重量輕，無(wú)噪聲，對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，可靠性高，承載大，效率高，適用壽命長(zhǎng)但扭矩彈性較低，緩沖減振性能差，主要用于載荷比較平穩(wěn)的中、高速轉(zhuǎn)動(dòng)軸系，能補(bǔ)償兩軸相對(duì)位移，耐酸、耐腐蝕，允許工作溫度達(dá)200℃的場(chǎng)合。對(duì)于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的聯(lián)軸器，為防止膜片間發(fā)生為微動(dòng)磨損，可在膜片之間涂以二硫化鉬等固體潤(rùn)滑劑或?qū)δて砻孀鰷p磨涂層處理。易平衡，不需潤(rùn)滑，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便，工作可靠，無(wú)噪聲，有一定的補(bǔ)償性能和緩沖性能，主要用于載荷較為平穩(wěn)的中、高速傳動(dòng)，可部分代替齒式聯(lián)軸器。
膜片聯(lián)軸器的計(jì)算與膜片的結(jié)構(gòu)型式有關(guān)，同時(shí)也與兩軸的相對(duì)位移情況有關(guān)，聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩
式中 K——工作情況系數(shù)， ——考慮角位移對(duì)傳遞轉(zhuǎn)矩的影響系數(shù)
據(jù)此選擇膜片聯(lián)軸器基本外形為
圖5-1
型號(hào)為JM116 公稱轉(zhuǎn)矩 瞬時(shí)最大轉(zhuǎn)矩
軸孔長(zhǎng)度 L=200mm
6 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)與校核
當(dāng)齒輪工作于封閉的箱體之內(nèi)時(shí)，稱為閉式齒輪傳動(dòng)。閉式齒輪傳動(dòng)具有潤(rùn)滑與防護(hù)條件好的優(yōu)點(diǎn)，多用于中、高速和較重要的場(chǎng)合；當(dāng)齒輪齒面的硬度大于350HBS時(shí)，稱為硬齒面齒輪。將齒輪的精度分為12個(gè)精度等級(jí)，1級(jí)精度最高，12級(jí)精度最低，常用的多為5～9級(jí)精度。齒輪材料及熱處理如下：
1、鍛鋼 鍛鋼是制造齒輪最常用的材料，一對(duì)齒輪在嚙合過(guò)程中，小齒輪的齒面硬度通常高于大齒輪的齒面硬度，其高出值約為HBS30～50，硬齒面齒輪一般無(wú)硬度差。較重要場(chǎng)合可選用硬齒面齒輪，一般硬齒面齒輪常用中碳鋼或中碳合金鋼制作，如45、40Cr、35SiMn，這類齒輪一般進(jìn)行表面淬火處理，齒面硬度可達(dá)HRC50～55，因表面淬火后輪齒變形不大，可以不磨齒，常用于中、高速傳動(dòng)。當(dāng)高速、重載及沖擊載荷較大時(shí)，硬齒面齒輪常用的材料為20、20Cr、20CrMnTi等低碳鋼和低碳合金鋼，采用滲碳淬火處理，齒面硬度可達(dá)HRC56～62，而芯部具有良好韌性。但滲碳淬火后變形較大，需要進(jìn)行磨齒等精加工，價(jià)格較貴。
2、鑄鋼 當(dāng)齒輪尺寸較大（直徑大于400～500mm）或結(jié)構(gòu)較復(fù)雜時(shí)，因輪坯不易鍛造，可采用鑄鋼。鑄鋼的強(qiáng)度和耐磨性較好，但鑄鋼鑄造性較差，鑄鋼輪坯在切削加工前要進(jìn)行正火處理，以消除鑄造中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。
減速器國(guó)外資料介紹，減速器能力應(yīng)提高8倍，從國(guó)內(nèi)運(yùn)行實(shí)踐來(lái)看，找不出提高8倍的理由。眾所周知，閉式傳動(dòng)的主要破壞形式是齒面疲勞，在齒面疲勞計(jì)算通過(guò)的情況下，齒彎曲破壞強(qiáng)度是非常富余的，常規(guī)不進(jìn)行齒彎曲強(qiáng)度校核。由于在過(guò)鐵情況發(fā)生時(shí)，齒輥和減速器轉(zhuǎn)動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，適當(dāng)提高減速器能力是適宜的。對(duì)設(shè)計(jì)的破碎機(jī)選用的減速器進(jìn)行一次齒抗彎強(qiáng)度校核，這對(duì)選用減速器時(shí)提高一個(gè)檔次是有益的。雙齒輥破碎機(jī)上用的傳動(dòng)齒輪，均應(yīng)采用硬齒面。
齒輪傳動(dòng)的幾何尺寸數(shù)據(jù)，應(yīng)分別根據(jù)情況進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、圓整或求出精確數(shù)值。例如，模數(shù)必須標(biāo)準(zhǔn)化，中心距、齒寬應(yīng)圓整，嚙合幾何尺寸（節(jié)圓、分度圓、齒頂圓直徑和螺旋角等必須精確到小數(shù)點(diǎn)后2至3位，角度應(yīng)精確到“秒”。
直齒圓柱齒輪傳動(dòng)為滿足中心距為整數(shù)，可改變模數(shù)和齒數(shù)或采用角度變位。對(duì)于斜齒輪傳動(dòng)，可調(diào)整螺旋角使中心距為整數(shù)。
圓錐齒輪的錐距R不要求圓整，按模數(shù)和齒數(shù)精確計(jì)算到小數(shù)點(diǎn)后三位數(shù)，分度圓錐角的數(shù)值精確到“秒”，齒寬系數(shù)不能取大。
齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中最重要的、也是應(yīng)用最為廣泛的一種傳動(dòng)型式。齒輪傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)是：
（1）工作可靠、壽命較長(zhǎng)；
（2）傳動(dòng)比穩(wěn)定、傳動(dòng)效率高；
（3）可實(shí)現(xiàn)平行軸、任意角相交軸、任意角交錯(cuò)軸之間的傳動(dòng)；
（4）適用的功率和速度范圍廣。
6.1 輪齒的失效形式
輪齒的主要失效形式有以下5種：
6.1.1 輪齒折斷
齒輪工作時(shí)；若輪齒危險(xiǎn)剖面的應(yīng)力超過(guò)材料所允許的極限值，輪齒將發(fā)生折斷。
輪齒的折斷有兩種情況，一種是因短時(shí)意外的嚴(yán)重過(guò)載或受到?jīng)_擊載荷時(shí)突然折斷，稱為過(guò)載折斷；另一種是由于循環(huán)變化的彎曲應(yīng)力的反復(fù)作用而引起的疲勞折斷。輪齒折斷一般發(fā)生在輪齒根部。
6.1.2 齒面點(diǎn)蝕
在潤(rùn)滑良好的閉式齒輪傳動(dòng)中，當(dāng)齒輪工作了一定時(shí)間后，在輪齒工作表面上會(huì)產(chǎn)生一些細(xì)小的凹坑，稱為點(diǎn)蝕。
點(diǎn)蝕的產(chǎn)生主要是由于輪齒嚙合時(shí)，齒面的接觸應(yīng)力按脈動(dòng)循環(huán)變化，在這種脈動(dòng)循環(huán)變化接觸應(yīng)力的多次重復(fù)作用下，由于疲勞，在輪齒表面層會(huì)產(chǎn)生疲勞裂紋，裂紋的擴(kuò)展使金屬微粒剝落下來(lái)而形成疲勞點(diǎn)蝕。通常疲勞點(diǎn)蝕首先發(fā)生在節(jié)線附近的齒根表面處。點(diǎn)蝕使齒面有效承載面積減小，點(diǎn)蝕的擴(kuò)展將會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞齒廓表面，引起沖擊和噪音，造成傳動(dòng)的不平穩(wěn)。齒面抗點(diǎn)蝕能力主要與齒面硬度有關(guān)，齒面硬度越高，抗點(diǎn)蝕能力越強(qiáng)。點(diǎn)蝕是閉式軟齒面（HBS≤350）齒輪傳動(dòng)的主要失效形式。
而對(duì)于開式齒輪傳動(dòng)，由于齒面磨損速度較快，即使輪齒表層產(chǎn)生疲勞裂紋，但還未擴(kuò)展到金屬剝落時(shí)，表面層就已被磨掉，因而一般看不到點(diǎn)蝕現(xiàn)象。
6.1.3 齒面膠合
在高速重載傳動(dòng)中，由于齒面嚙合區(qū)的壓力很大，潤(rùn)滑油膜因溫度升高容易破裂，造成齒面金屬直接接觸，其接觸區(qū)產(chǎn)生瞬時(shí)高溫，致使兩輪齒表面焊粘在一起，當(dāng)兩齒面相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，較軟的齒面金屬被撕下，在輪齒工作表面形成與滑動(dòng)方向一致的溝痕，這種現(xiàn)象稱為齒面膠合。
6.1.4 齒面磨損
互相嚙合的兩齒廓表面間有相對(duì)滑動(dòng)，在載荷作用下會(huì)引起齒面的磨損。尤其在開式傳動(dòng)中，由于灰塵、砂粒等硬顆粒容易進(jìn)入齒面間而發(fā)生磨損。齒面嚴(yán)重磨損后，輪齒將失去正確的齒形，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重噪音和振動(dòng)，影響輪齒正常工作，最終使傳動(dòng)失效。
采用閉式傳動(dòng)，減小齒面粗糙度值和保持良好的潤(rùn)滑可以減少齒面磨損。
6.1.5 齒面塑性變形
在重載的條件下，較軟的齒面上表層金屬可能沿滑動(dòng)方向滑移，出現(xiàn)局部金屬流動(dòng)現(xiàn)象，使齒面產(chǎn)生塑性變形，齒廓失去正確的齒形。在起動(dòng)和過(guò)載頻繁的傳動(dòng)中較易產(chǎn)生這種失效形式。
6.2變位齒輪簡(jiǎn)介
標(biāo)準(zhǔn)齒輪存在下列主要缺點(diǎn)：
1、 為了避免加工時(shí)發(fā)生根切，標(biāo)準(zhǔn)齒輪的齒數(shù)必須大于或等于最少齒數(shù)；
2、標(biāo)準(zhǔn)齒輪不適用于實(shí)際中心距不等于標(biāo)準(zhǔn)中心距的場(chǎng)合；
3、一對(duì)互相嚙合的標(biāo)準(zhǔn)齒輪，小齒輪的抗彎能力比大輪齒低。
為了彌補(bǔ)這些缺點(diǎn)，有效地改善齒輪的傳動(dòng)性能，所以在工程中常采用變位齒輪。
用范成法加工齒數(shù)較少的齒輪時(shí)，常會(huì)將輪齒根部的漸開線齒廓切去一部分，如下圖。這種現(xiàn)象稱為根切。根切將使輪齒的抗彎強(qiáng)度降低，重合度減小，故應(yīng)設(shè)法避免。
對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)齒輪，是用限制最少齒數(shù)的方法來(lái)避免根切的。用滾刀加工壓力角為20°的正常齒制標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪時(shí)，根據(jù)計(jì)算，可得出不發(fā)生根切的最少齒數(shù)zmin=17。某些情況下，為了盡量減少齒數(shù)以獲得比較緊湊的結(jié)構(gòu)，在滿足輪齒彎曲強(qiáng)度條件下，允許齒根部有輕微根切時(shí)，zmin=14。
下圖為齒條刀具。
齒條刀具上與刀具頂線平行而其齒厚等于齒槽寬的直線nn，稱為刀具的中線。中線以及與中線平行的任一直線，稱為分度線。除中線外，其他分度線上的齒厚與齒槽寬不相等。
加工齒輪時(shí)，若齒條刀具的中線與輪坯的分度圓相切并作純滾動(dòng)，由于刀具中線上的齒厚與齒槽寬相等，則被加工齒輪分度圓上的齒厚與齒槽距相等，其值為，因此被加工出來(lái)的齒輪為標(biāo)準(zhǔn)齒輪（下圖a）。
若刀具與輪坯的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系不變，但刀具相對(duì)輪坯中心離開或靠近一段距離xm（圖b、c），則輪坯的分度圓不再與刀具中線相切，而是與中線以上或以下的某一分度線相切。這時(shí)與輪坯分度圓相切并作純滾動(dòng)的刀具分度線上的齒厚與齒槽寬不相等，因此被加工的齒輪在分度圓上的齒厚與齒槽寬也不相等。當(dāng)?shù)毒哌h(yuǎn)離輪坯中心移動(dòng)時(shí)，被加工齒輪的分度圓齒厚增大。當(dāng)?shù)毒呦蜉喤髦行目拷鼤r(shí)，被加工齒輪的分度圓齒厚減小。這種由于刀具相對(duì)于輪坯位置發(fā)生變化而加工的齒輪，稱為變位齒輪。齒條刀具中線相對(duì)于被加工齒輪分度圓所移動(dòng)的距離，稱為變位量，用xm表示，m為模數(shù)，x為變位系數(shù)。刀具中線遠(yuǎn)離輪坯中心稱為正變位，這時(shí)的變位系數(shù)為正數(shù)，所切出的齒輪稱為正變位齒輪。刀具靠近輪坯中心稱為負(fù)變位，這時(shí)的變位系數(shù)為負(fù)數(shù)，所加工的齒輪稱為負(fù)變位齒輪。
采用變位齒輪可以制成齒數(shù)少于zmin而不發(fā)生根切的齒輪，可以實(shí)現(xiàn)非標(biāo)準(zhǔn)中心距的無(wú)側(cè)隙傳動(dòng)，可以使大小齒輪的抗彎能力接近相等。
6.3 齒輪設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
齒輪在具體的工作情況下，必須具有足夠的、相應(yīng)的工作能力，以保證在整個(gè)工作壽命期間內(nèi)不發(fā)生失效。齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是根據(jù)齒輪可能出現(xiàn)的失效形式來(lái)進(jìn)行的，但是對(duì)于齒面磨損、塑性變形等，尚未形成相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，所以目前在齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)中，通常只按保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度和齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算。而對(duì)于高速重載齒輪傳動(dòng)，還要按保證齒面抗膠合能力的準(zhǔn)則進(jìn)行計(jì)算（參閱GB6413—1986）。
由工程實(shí)際得知，在閉式齒輪傳動(dòng)中，而對(duì)于硬齒面（HBS＞350）齒輪，按彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，接觸疲勞強(qiáng)度校核。
6.4 高-切變位弧齒錐齒輪傳動(dòng)主要尺寸的確定
弧齒錐齒輪傳動(dòng)的主要特點(diǎn)：
1、齒線是一段圓??； 2、齒形較復(fù)雜，制造較難；
3、承載能力搞，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲??；
4、齒面呈局部接觸，裝配誤差及輪齒變形對(duì)偏載的影響不顯著；
5、軸向力大，其方向與齒輪的轉(zhuǎn)向有關(guān)；
6、可以磨齒。
弧齒錐齒輪傳動(dòng)多用于大載荷、周速v>5m/s或轉(zhuǎn)速n>1000rpm,要求噪聲小的傳動(dòng)；磨齒后可用于高速傳動(dòng)（v＝40～100m/s）
6.4.1高-切變位弧齒錐齒輪主要尺寸的初步確定
齒輪類型
基準(zhǔn)齒形參數(shù)
曲線齒
弧齒錐齒輪
埃尼姆斯齒形制
齒形角（度）
齒頂高系數(shù)
頂隙系數(shù)
螺旋角（度）
變位方式
齒高
0.82
0.2
高－切變位
等頂隙收縮齒
齒數(shù)多則傳動(dòng)的重合度大，傳動(dòng)平穩(wěn)，并且，在保證齒輪分度圓直徑不變的情況下，齒數(shù)增多可以減小模數(shù)、降低齒高、縮小毛坯直徑、減小滑動(dòng)系數(shù)、提高抗膠合能力；同時(shí)，減輕齒輪重量、降低制造成本。但當(dāng)齒輪傳動(dòng)的承載能力主要取決于輪齒彎曲強(qiáng)度時(shí)，如閉式硬齒面?zhèn)鲃?dòng)，宜取較少的齒數(shù)，一般可取Z1=17～20。由于采用變位齒輪，初步估定小圓錐齒輪的齒數(shù)Z1為15；
大輪齒數(shù) 圓整取?。?2
齒數(shù)比
傳動(dòng)比誤差 誤差在范圍內(nèi)
小齒輪轉(zhuǎn)速
小齒輪功率
小齒輪轉(zhuǎn)矩
估算圓周速度
使用系數(shù)KA是考慮由于嚙合外部因素引起的動(dòng)力過(guò)渡影響的系數(shù)。這種過(guò)載取決于原動(dòng)機(jī)和從動(dòng)機(jī)械的特性、質(zhì)量比、聯(lián)軸器以及運(yùn)行狀態(tài)。齒輥式破碎機(jī)屬于中等振動(dòng)，取KA＝1；
齒向載荷分布系數(shù) 為軸承系數(shù)；
齒形系數(shù)；
齒寬系數(shù)＝1/3.5；
試驗(yàn)齒輪的疲勞極限；
弧齒錐齒輪高變位系數(shù)（埃尼姆斯齒形制 ）
＝0.3 ；
弧齒錐齒輪切向變位系數(shù)（埃尼姆斯齒形制 ）
＝0.19 ；
按彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行分度圓直徑的初步確定
模數(shù)
標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列（GB1357-1987）
第一系列
1
1.25
1.5
2
2.5
3
4
5
6
8
10
12
16
20
25
32
40
50
第二系列
1.75
2.25
2.75
(3.25)
3.5
(3.75)
4.5
5.5
(6.5)
7
9
(11)
14
18
22
28
36
45
取m＝8mm
分度圓直徑
小輪分度圓直徑
圓周速度
與估算圓周速度 很相近，對(duì)使用系數(shù)KA、齒形系數(shù)不必修正；
齒輥式破碎機(jī)專用減速器為大載荷、圓周速度>5m/s、小齒輪轉(zhuǎn)速>1000rpm，則錐齒輪類型選擇正確，不再更正。
6.4.2高-切變位弧齒錐齒輪正交傳動(dòng)的幾何計(jì)算
分錐角
錐距
齒寬
取兩者較小值
齒頂高
齒高
齒根高
齒頂圓直徑
齒根角
齒頂角
頂錐角
根錐角
外錐高
銑刀盤名義直徑
中點(diǎn)錐距
大端螺旋角
弧齒厚
當(dāng)量齒數(shù)
端面重合度
K=0.709
齒線重合度
總重合度
6.4.3 高-切變位弧齒錐齒輪接觸強(qiáng)度校核
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 彈性系數(shù)
當(dāng)量圓柱齒輪分度圓
當(dāng)量中心矩
當(dāng)量齒頂圓直徑
當(dāng)量端面齒形角
當(dāng)量基圓直徑
當(dāng)量嚙合線長(zhǎng)度
當(dāng)量端面重合度
當(dāng)量縱向重合度
接觸強(qiáng)度計(jì)算的重合度系數(shù)
接觸強(qiáng)度計(jì)算的螺旋角系數(shù)
接觸強(qiáng)度計(jì)算的錐齒輪系數(shù)
使用系數(shù)
動(dòng)載系數(shù)
齒向載荷分布系數(shù)
齒向載荷分配系數(shù)
齒寬中點(diǎn)分度圓上的名義切向力
接觸強(qiáng)度計(jì)算的有效齒寬
當(dāng)量圓柱齒輪的齒數(shù)比
試驗(yàn)齒輪的接觸強(qiáng)度疲勞極限
接觸強(qiáng)度計(jì)算的最小安全系數(shù)
速度系數(shù) 潤(rùn)滑劑系數(shù)
粗糙度系數(shù)
齒寬中點(diǎn)法向模數(shù)
接觸強(qiáng)度計(jì)算的尺寸系數(shù)
計(jì)算接觸應(yīng)力（正交傳動(dòng)）
許用接觸應(yīng)力
強(qiáng)度條件 合格
6.5高變位斜齒輪傳動(dòng)主要尺寸的確定
斜齒輪傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)：
1、斜齒輪傳動(dòng)比較平穩(wěn)，沖擊、振動(dòng)和噪音較小，適宜于高速、重載傳動(dòng)；
2、嚙合性能好。一對(duì)斜齒輪嚙合時(shí)，兩輪齒齒面接觸線是斜直線，輪齒是逐漸進(jìn)入嚙合逐漸脫離嚙合的，因而傳動(dòng)平穩(wěn)，振動(dòng)和噪音小；
3、重合度大。重合度隨齒寬和螺旋角的增大而增大，重合度大，則同
一瞬時(shí)嚙合的輪齒對(duì)數(shù)多，故承載能力高，傳動(dòng)平穩(wěn)，適于告訴重載傳動(dòng)；
4、斜齒輪不產(chǎn)生根切的最小齒數(shù)較直齒輪少，因此，斜齒輪機(jī)構(gòu)可以更加緊湊。
對(duì)齒輪材料的要求：齒面有足夠的硬度和耐磨性，輪齒心部有較強(qiáng)韌性，以承愛(ài)沖擊載荷和變載荷。常用的齒輪材料是各種牌號(hào)的優(yōu)質(zhì)碳素鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、鑄鋼和鑄鐵等，一般多采用鍛件或軋制鋼材。當(dāng)齒輪直徑在400～600mm范圍內(nèi)時(shí)，可采用鑄鋼。下表列出了常用齒輪材料及其熱處理后的硬度。
常用的齒輪材料
材 料
機(jī)械性能 / MPa
熱處理方法
硬 度
sb
ss
HBS
HRC
45
580
290
正火
160~217
640
350
調(diào)質(zhì)
217~255
表面淬火
40~50
40Cr
700
500
調(diào)質(zhì)
240~286
表面淬火
48~55
35SiMn
750
450
調(diào)質(zhì)
217~269
42SiMn
785
510
調(diào)質(zhì)
229~286
20Cr
637
392
滲碳、淬火、回火
56~62
17CrNiMo6
1180
835
滲碳、淬火、回火
56~62
40MnB
735
490
調(diào)質(zhì)
241~286
ZG45
569
314
正火
163~197
ZG35SiMn
569
343
正火、回火
163~217
637
412
調(diào)質(zhì)
197~248
HT200
200
170~230
HT300
300
187~255
QT500-5
500
147~241
QT600-2
600
229~302
齒輪材料: 17CrNiMo6 熱處理方法： 滲碳、淬火、回火
滲碳淬火用于處理低碳鋼和低碳合金鋼，滲碳淬火后齒面硬度可達(dá)HRC56～62，齒面接觸強(qiáng)度高，耐磨性好，而輪齒心部仍保持有較高的韌性，常用于受沖擊載荷的重要齒輪傳動(dòng)。
6.5.1高變位齒輪齒輪主要尺寸的初步確定
一般用分度圓柱面上的螺旋角β表示斜齒圓柱齒輪輪齒的傾斜程度。通常所說(shuō)斜齒輪的螺旋角是指分度圓柱上的螺旋角。斜齒輪的螺旋角一般為
8°～20°，取β=12o；為抵消齒輪2的軸向力，采用左旋。
齒頂高系數(shù) 取法向齒形角標(biāo)準(zhǔn)值為＝20°，端面齒形角 ，。
齒寬系數(shù)按齒輪相對(duì)軸承非對(duì)稱布置，取
頂隙系數(shù) 取 u＝4
傳動(dòng)類型：斜齒輪采用高變位，
，
根據(jù)傳動(dòng)類型和、，選擇，這樣使齒輪的特性得到了很大的改善，應(yīng)用變位齒輪可以避免根切，提高齒面接觸強(qiáng)度和齒根彎曲強(qiáng)度，提高齒面的抗膠合能力和耐磨損性能，此外變位齒輪還可以用于配湊中心距。
2軸的轉(zhuǎn)矩 綜合系數(shù) K=2.5
是指某種材料的齒輪經(jīng)長(zhǎng)期持續(xù)的重復(fù)載荷作用后，齒根保持不破壞時(shí)的極限應(yīng)力。影響的主要因素有：材料成分；力學(xué)性能；熱處理及硬化層深度、硬度梯度；齒坯加工方式（鍛、軋、鑄）；殘余應(yīng)力；材料純度及缺陷等。ML表示對(duì)用于齒輪的材料和熱處理質(zhì)量的最低要求，MQ表示可以由有經(jīng)驗(yàn)的工業(yè)齒輪制造者以合理的生產(chǎn)成本來(lái)達(dá)到的中等質(zhì)量要求，ME表示制造最高承載能力齒輪對(duì)材料和熱處理的質(zhì)量要求。齒輪選用ME,
小齒輪的齒形系數(shù)
按彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行初步確定：
取
6.5.2高變位斜齒輪外嚙合傳動(dòng)的幾何計(jì)算
分度圓直徑
齒頂高
齒根高
齒高
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
中心距
基圓直徑
齒頂圓壓力角
端面重合度
查圖得， 則
齒寬
縱向重合度
總重合度
6.5.3高變位斜齒輪接觸強(qiáng)度校核
小齒輪端面內(nèi)分度圓上的名義切向力
使用系數(shù) 小齒輪圓周速度
動(dòng)載系數(shù)
接觸強(qiáng)度計(jì)算的齒向載荷分布系數(shù) （裝配時(shí)檢驗(yàn)調(diào)整的非對(duì)稱支承）
接觸強(qiáng)度計(jì)算的齒間載荷分布系數(shù)
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)
彈性系數(shù)
接觸強(qiáng)度計(jì)算的重合度系數(shù)
接觸強(qiáng)度計(jì)算的螺旋角系數(shù)
試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限
FP5216B破碎機(jī)配有專用的減速器，能夠傳送強(qiáng)大的動(dòng)力，同時(shí)又有足夠長(zhǎng)的壽命，設(shè)計(jì)壽命為2萬(wàn)小時(shí)。
當(dāng)量循環(huán)次數(shù)
最小安全系數(shù) 潤(rùn)滑劑系數(shù)
速度系數(shù) 齒面粗糙度
大齒輪及小齒輪的齒面平均粗糙度
相對(duì)平均粗糙度
粗糙度系數(shù)
齒面工作硬化系數(shù) 接觸強(qiáng)度計(jì)算的尺寸系數(shù)
計(jì)算接觸應(yīng)力
許用接觸應(yīng)力
強(qiáng)度條件 合適
6.6齒輪結(jié)構(gòu)形式的確定
通過(guò)齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算，只能確定處齒輪的嚙合參數(shù)及主要尺寸，至于齒輪的結(jié)構(gòu)形式和其他各部分的尺寸，則需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)才能確定。
6.6.1高-切變位弧齒錐齒輪結(jié)構(gòu)形式
1、由于小弧齒錐齒輪
故做成齒輪軸結(jié)構(gòu)。
2、大弧齒錐齒輪齒頂圓直徑
因此采用輪輻式鑄造齒輪
鑄鋼齒輪
取l＝100mm
6.6.2高變位斜齒輪結(jié)構(gòu)形式
1、由于小斜齒輪
故做成齒輪軸形式。
2、大斜齒輪齒頂圓直徑 采用鑄造齒輪
7 傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與校核
軸是機(jī)器中的重要零件，各種作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零件都必須安裝在軸上，才能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳遞。因此軸的功能是支承旋轉(zhuǎn)零件及傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。
軸的材料種類很多，要根據(jù)強(qiáng)度、剛度和耐磨性等要求，選擇材料種類和熱處理方式。軸的常用材料是碳素鋼和合金鋼。碳素鋼價(jià)格較低，對(duì)應(yīng)力集中敏感性小，通常使用碳素鋼，最常用的是45號(hào)鋼，不太重要或受力較小的軸可以使用Q235等鋼材。合金鋼畢碳素鋼具有更高的機(jī)械強(qiáng)度和優(yōu)良的熱處理性能，但對(duì)應(yīng)力集中較為敏感，對(duì)于受力較大又要減小軸的尺寸和重量，或者需要提高軸頸的耐磨性，或者在高溫、腐蝕等條件下工作的軸，可以采用合金鋼。在低于200℃的工作溫度下，合金鋼和碳素鋼的彈性模量相差不大，因此，使用合金鋼代替碳素鋼并不能提高軸的剛度。
熱處理可以明顯提高軸的強(qiáng)度（特別是疲勞強(qiáng)度）和耐磨性，因此要根據(jù)工作條件選用合適的熱處理方式。
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是根據(jù)軸上零件的安裝、定位及制造工藝等方面的要求，合理地確定軸的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸。工作能力計(jì)算是通過(guò)強(qiáng)度、剛度和振動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算，保證軸具有足夠的工作能力和可靠性。大多數(shù)的軸只需進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，防止斷裂和塑性變形；對(duì)于剛度要求較高的軸（如機(jī)床主軸）才進(jìn)行剛度計(jì)算，避免發(fā)生過(guò)大的變形；對(duì)于高速轉(zhuǎn)動(dòng)的軸還要進(jìn)行振動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算，避免發(fā)生共振。軸的設(shè)計(jì)步驟通常是先擬定軸上零件裝配方案，然后裝配和制造要求，確定軸的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸，最后進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核，必要時(shí)進(jìn)行剛度計(jì)算或振動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算。
提高軸的強(qiáng)度措施：
1、改善軸的受力狀況
軸上零件的安裝位置、軸的結(jié)構(gòu)對(duì)軸的受力影響很大，設(shè)計(jì)軸時(shí)應(yīng)該充分加以考慮。當(dāng)軸上有兩個(gè)以上的零件輸出扭矩，應(yīng)該將輸入扭矩的零件盡量布置在軸的中間，而不是布置在軸的一端，這樣可以顯著降低軸上的最大轉(zhuǎn)矩。
2、減小應(yīng)力集中
大多數(shù)軸是在變應(yīng)力條件下工作的，主要失效形式為疲勞破壞。軸的截面變化處（如軸肩、鍵槽等）及過(guò)盈配合產(chǎn)生的應(yīng)力集中是引起疲勞破壞的主要因素，因此設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)盡量減少應(yīng)力集中源和降低應(yīng)力集中程度。合金鋼對(duì)應(yīng)力集中較為敏感，設(shè)計(jì)時(shí)更應(yīng)加以注意。
為減少應(yīng)力集中，應(yīng)盡量避免在軸上特別是應(yīng)力較大不為處鉆孔、開槽或加工螺紋。軸肩處應(yīng)采用圓角過(guò)渡，并且圓角不宜過(guò)小。當(dāng)依靠軸肩定位的零件圓角半徑很小時(shí)，為增大軸肩的圓角半徑，可采用內(nèi)凹圓角或隔離環(huán)過(guò)渡。
軸的表面質(zhì)量對(duì)疲勞強(qiáng)度也有顯著影響，因?yàn)檩S表面的加工刀痕也是應(yīng)力集中源，疲勞裂紋常發(fā)生在表面粗糙的部位，所以必須合理確定表面粗糙度。
此外，對(duì)軸進(jìn)行表面熱處理（滲碳淬火、高頻淬火等）和表面強(qiáng)化處理（碾壓、噴丸等），也可以提高軸的疲勞強(qiáng)度。
3、軸的結(jié)構(gòu)工藝性
軸的基本形狀確定后，需要根據(jù)裝配和制造工藝要求，對(duì)軸的細(xì)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。例如，為了減少裝夾工件的時(shí)間，同一軸上的鍵槽應(yīng)布置在同一母線上；為了減少道具種類，軸的鍵槽寬度、圓度、退到草和砂輪槽等應(yīng)盡量采用相同的尺寸，并符合有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)；為了去掉毛刺和便于裝配零件，軸段端部應(yīng)該倒角；過(guò)盈配合零件裝入端通常要加工出導(dǎo)向錐面；磨削處應(yīng)有砂輪越程槽，車削螺紋處應(yīng)有退刀槽。
7.1 輸入軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
7.1.1 確定軸的最小直徑
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括軸的形狀、軸的徑向尺寸和軸向尺寸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是在初估軸頸基礎(chǔ)上進(jìn)行的。
為了滿足設(shè)計(jì)要求，保證軸上零件的定位和規(guī)定，便于裝配，并有良好的加工工藝性，所以選擇階梯軸形。裝滾動(dòng)軸承的定位軸肩尺寸應(yīng)查有關(guān)的安裝尺寸。為便于裝配及減小應(yīng)力集中，有配合的軸段直徑變化處做成引導(dǎo)錐。在一根軸上的軸承一般都取一樣型號(hào)，使軸承孔尺寸相同，可一次鏜孔，保證精度。
輸入軸為齒輪軸結(jié)構(gòu)，選取軸的材料為20Cr，滲碳、淬火、回火處理。初估軸的最小直徑，可得
擬定軸上零件的裝配方案如下圖所示
7.1.2 按軸向定位要求確定各軸段直徑和長(zhǎng)度
軸段（1）左端聯(lián)接限矩型液力聯(lián)軸器，如下圖所示
聯(lián)軸器的聯(lián)接尺寸為181mm，取減速器伸出軸段部分的長(zhǎng)度為190mm；與聯(lián)軸器聯(lián)接的孔徑為54mm，因此取軸段（1）的直徑為54mm。
軸段（2）上裝有單列圓錐滾子軸承，外力在兩支點(diǎn)外作用，安裝選用反安裝結(jié)構(gòu)，能使軸的支撐有較高的剛度。軸承間隙是靠軸上的圓螺母來(lái)調(diào)整的，軸上要加工螺紋。為了調(diào)節(jié)圓錐齒輪的軸向位置，把一對(duì)軸承放在同一個(gè)套杯中，套杯則裝在外殼的座孔中，通過(guò)增減套杯端面與外殼之間的墊片厚度即可使圓錐齒輪軸的位置發(fā)生改變，從而調(diào)整錐齒輪嚙合的接觸區(qū)。
單列圓錐滾子軸承的特性：
1、額定動(dòng)載荷比1.5～2.5，能限制軸和外殼在一個(gè)方向上的軸向位移；
2、在徑向載荷作用下會(huì)產(chǎn)生附加軸向力，一般成對(duì)使用，對(duì)稱安裝；
3、能承受較大的徑向負(fù)荷和單向的軸向負(fù)荷，極限轉(zhuǎn)速較低；
4、內(nèi)外圈可分離，軸承游隙可在安裝時(shí)調(diào)整，適用于轉(zhuǎn)速不太高，軸的剛性較好的場(chǎng)合。
選擇軸承代號(hào)為32312 T=48.5mm d＝60mm D=130mm
軸承左端裝有圓螺母
D
dk
d1
M
n
t
C
C1
M60*2
90
79
12
8
3.5
1.5
1
和圓螺母用止動(dòng)墊圈
規(guī)格（螺紋大徑）
d
D
D1
S
b
a
h
每1000個(gè)的重量Kg
60
61
94
79
1.5
7.7
57
6
28.4
由此確定軸段（2）的直徑為60mm，長(zhǎng)度為59mm。
軸段（3）裝有套