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XXXX 大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
題目： 帶刀式破碎機(jī)設(shè)計(jì)
系 別 機(jī)械工程系
專業(yè)名稱 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化
班級學(xué)號 2008963302
學(xué)生姓名 XXXX
指導(dǎo)教師 XXXX 教授
2012年 5 月 20日
0
帶刀式破碎機(jī)說明書
1 緒論
1.1破碎機(jī)的分類
⑴、按破碎作業(yè)的粒度要求分為：粗碎破碎機(jī)、中碎破碎機(jī)、細(xì)碎破碎機(jī)。
⑵、按結(jié)構(gòu)和工作原理分為：顎式破碎機(jī)、旋回破碎機(jī)、圓錐破碎機(jī)、錕式破碎機(jī)、帶刀式破碎機(jī)、反擊式破碎機(jī)。
1.2帶刀式破碎機(jī)的優(yōu)點(diǎn)
⑴、構(gòu)造簡單、尺寸緊湊、自重較小，單位產(chǎn)品的功率消耗小。
⑵、生產(chǎn)率高，破碎比大（單轉(zhuǎn)子式的破碎比可達(dá)i=10～15）,產(chǎn)品的粒度小而均勻，呈立方體，過度破碎現(xiàn)象少。
⑶、工作連續(xù)可靠，維護(hù)修理方便。易損零部件容易檢修和拆換。
2帶刀式破碎機(jī)的工作原理及破碎實(shí)質(zhì)
2.1帶刀式破碎機(jī)的工作原理
物料進(jìn)入破碎機(jī)中，立即受到高速回轉(zhuǎn)的刀片的切割而破碎。破碎了的物料，從刀片處獲得動能，以高速向機(jī)殼內(nèi)壁的襯板和篦條上沖擊而第二次破碎。此后，小于篦條縫隙的物料，便從縫隙中排出，而粒度較大的物料，就彈回到襯板和篦條上的粒狀物料，還將受到刀片的附加沖擊破碎，在物料破碎的整個(gè)過程中，物料之間也相互沖擊粉碎。
2.2帶刀式破碎機(jī)的破碎實(shí)質(zhì)
2.2.1破碎的目的和意義
⑴、目的：在生活服務(wù)、化工、水泥等工業(yè)部門，每年都有大量的原料和再利用的廢料都需要用破碎機(jī)進(jìn)行加工處理，如在選礦廠，為使礦石中的有用礦物達(dá)到單體分離，就需要用破碎機(jī)將原礦破碎到磨礦工藝所要求的粒度。磨機(jī)再將破碎機(jī)提供的原料磨至有用礦物單體分離的粒度。再如在水泥廠，須將原料破碎，以便燒成熟料，然后在將熟料用磨機(jī)磨成水泥。另外，在建筑和筑路業(yè)，需要用破碎機(jī)械將原料破碎到下一步作業(yè)要求的粒度。在煉焦廠、燒結(jié)廠、陶瓷廠、玻璃工業(yè)、粉末冶金等部門，須用破碎機(jī)械將原料破碎到下一步作業(yè)要求的粒度。
⑵、意義：在化工、電力部門，破碎粉磨機(jī)械將原料破碎，粉磨，增加了物料的表面積，為縮短物料的化學(xué)反應(yīng)的時(shí)間創(chuàng)造有利條件。隨著工業(yè)的迅速發(fā)展和資源的迅速減小，各部門生產(chǎn)中廢料的再利用是很重要的，這些廢料的再加工處理需用破碎機(jī)械進(jìn)行破碎。因此，破碎機(jī)械在許多部門起著重要作用。
2.2.2礦石的力學(xué)性能與帶刀式破碎機(jī)的選擇
礦石都由許多礦物組成，各礦物的物理機(jī)械性能相差很大，故當(dāng)破碎機(jī)的施力方式與礦石性質(zhì)相適應(yīng)時(shí)，才會有好的破碎效果。對硬礦石，采用折斷配合沖擊來破碎比較合適，若用研磨粉碎，機(jī)件將遭受嚴(yán)重磨損。對于脆性礦石，采用劈裂和彎折破碎較有利，若用研磨粉碎，則產(chǎn)品中細(xì)粉會增多。對于韌性及粘性很大的礦石。采用磨碎較好。
常見的軟礦石有：煤、方鉛礦、無煙煤等，它的抗壓強(qiáng)度是2～4Mpa,最大也不超過40Mpa。普式硬度系數(shù)一般為2～4，再如一些中硬礦石：花崗巖、純褐鐵礦、大理石等，抗壓強(qiáng)度是120～150Mpa，普式硬度系數(shù)一般為12～15，還有硬礦石、極硬礦石，普式硬度系數(shù)一般為15～20。
可根據(jù)礦物的物理機(jī)械性能、礦塊的形狀和所要求的產(chǎn)品粒度來選擇破碎施力方式，以及與該破碎施力方式相應(yīng)的破碎機(jī)械。
2.2.3破碎過程的實(shí)質(zhì)
破碎過程，必須是外力對被破碎物料做功，克服它內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間的內(nèi)聚力，才能發(fā)生破碎。當(dāng)外力對其做功，使它破碎時(shí)，物料的潛能也因功的轉(zhuǎn)化而增加。因此，功率消耗理論實(shí)質(zhì)上就是闡明破碎過程的輸入功與破碎前后物料的潛能變化之間的關(guān)系。為了尋找這種能耗規(guī)律和減小能耗的途徑。許多學(xué)者從不同的角度提供了若干個(gè)不同形式的破碎功耗學(xué)說。目前公認(rèn)的有：面積學(xué)說，體積學(xué)說，裂縫學(xué)說。我們只做簡單的介紹：
1．面積學(xué)說：
1867年，Rittinger提出的，破碎消耗的有用功與新生成的物料的表面積成正比。
2．體積學(xué)說：
1874年，俄國基爾皮切夫與18885年的基克先后獨(dú)立提出，外力作用于物體發(fā)生變形，外力所做的功儲存在物體內(nèi)，成為物體的變形能。但一些脆性物料，在彈性范圍內(nèi)，它的應(yīng)力與應(yīng)變并不嚴(yán)格遵從虎克定律。變形能儲至極限就會破裂?？梢赃@樣敘述：幾何形狀相似的同種物料，破碎成同樣形狀的產(chǎn)物，所需的功與她們的體積或質(zhì)量成正比。
3．裂縫學(xué)說：
1952年，Bond和中國留美學(xué)者王仁東提出的。外力使礦塊發(fā)生變形，并貯存了部分變形能，一旦局部變形超過了臨界點(diǎn)，則產(chǎn)生垂直與表面的斷裂口。斷裂口形成后貯存在料塊的內(nèi)部的變形能就釋放，裂口擴(kuò)展成新的表面。輸入功一部分轉(zhuǎn)化為新的生成面的表面能，另一部分因分子摩擦轉(zhuǎn)化為熱能釋放。所以，破碎功包括變形能和表面能。變形能和體積成正比，表面能和面積成正比。
三個(gè)學(xué)說各有一定的適用范圍，Hukki實(shí)驗(yàn)研究表明：粗碎時(shí)，體積學(xué)說比較準(zhǔn)確，裂縫學(xué)說與實(shí)際相差很大。細(xì)碎時(shí)， 面積學(xué)說比較準(zhǔn)確，裂縫學(xué)說計(jì)算的數(shù)據(jù)較小。粗碎、細(xì)碎之間的較寬的范圍，裂縫學(xué)說較符合實(shí)際。只要正確的運(yùn)用它們，就可以為分析研究破碎過程提供理論根據(jù)和方法。
3 帶刀式破碎機(jī)的總體及主要參數(shù)設(shè)計(jì)
3.1帶刀式破碎機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)
本次設(shè)計(jì)的是單轉(zhuǎn)子、多排刀片、不可逆式帶刀式破碎機(jī)，由機(jī)殼、轉(zhuǎn)子、蓖條、打擊板、刀片、支架、襯板等組成。
1.機(jī)殼由上機(jī)體、后上蓋、左側(cè)壁和右側(cè)壁組成，各部分用螺栓連結(jié)成一體，上部開有進(jìn)料口,內(nèi)部鑲有高錳鋼襯板，磨損后可以更換，機(jī)殼和軸之間漏灰現(xiàn)象十分嚴(yán)重，為了防止漏灰，設(shè)有軸封。機(jī)殼下部直接安放在混凝土基礎(chǔ)上，并用地腳螺栓固定。為了便于檢修、調(diào)整和更換蓖條，下機(jī)體的前后兩面都開有一個(gè)檢修孔。為了便于檢修、更換刀片方便，兩側(cè)壁也對稱的開有檢修孔。
2.轉(zhuǎn)子由主軸、圓盤、銷軸等組成，圓盤上開有6個(gè)均勻分布的銷孔，通過銷軸將68個(gè)刀片懸掛起來。為了防止圓盤和刀片的軸向竄動。銷軸兩端用鎖緊螺母固定。轉(zhuǎn)子支承在兩個(gè)滾動軸承上。此外，為了使轉(zhuǎn)子在運(yùn)動中儲存一定的動能。
3.主軸是支承轉(zhuǎn)子的主要零件，沖擊力由它來承受。因此，要求其材質(zhì)具有較高的韌性和強(qiáng)度。通常斷面為圓形，且有平鍵和其他零件連接。
4.打擊板有兩塊，折線型。一個(gè)可以調(diào)整，一個(gè)是固定的。調(diào)整的一個(gè)靠的是安裝在箱體上的螺桿裝置。
5.刀片是主要的工作部件。其質(zhì)量、形狀、和材質(zhì)對破碎機(jī)的生產(chǎn)能力有很大的影響。因此，根據(jù)不同的進(jìn)料尺寸來選擇適當(dāng)?shù)牡镀！?
刀片用高碳鋼鑄造或鍛造，也可用高錳鋼鑄造。為了提高耐磨性，有的刀片表面涂上一層硬質(zhì)合金，有的采用高鉻鑄鐵。
6.蓖條的排列形式是與刀片的運(yùn)動方向垂直的。與轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)半徑有一定的間隙的圓弧狀，合格的產(chǎn)品通過蓖縫排出。其斷面形狀為梯形，常用錳鋼鑄成。蓖條多為一組尺寸相等的鋼條。安裝時(shí)，插入蓖條架上的凹槽，兩蓖條之間用墊片隔開。截面形狀用梯形。
7.蓖條和刀片間隙用凸輪裝置調(diào)整（通過棘輪帶動凸輪）。
8.給定的原始數(shù)據(jù)是：
（1） 破碎能力為20到30噸。
（2） 破碎機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速在900和1100 之間
（3） 破碎機(jī)的最大物料給料粒度為：小于200
（4） 破碎機(jī)的最大排料粒度不能超過：25
（5） 破碎機(jī)的物料容許濕度小于9%。
（6） 破碎機(jī)的破碎程度為：中、細(xì)。
3.2 該型號破碎機(jī)的工作參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算
3.2.1 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的計(jì)算
帶刀式破碎機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速按所需的圓周速度計(jì)算，刀片的圓周速度根據(jù)被破碎物料的性質(zhì)、破碎產(chǎn)品的粒度、刀片的磨損等因素來確定。
按公式
來計(jì)算。
式中 ── 刀片的圓周速度（m/s）
── 轉(zhuǎn)子的直徑（m）
一般中小型破碎機(jī)轉(zhuǎn)速為750到1500，圓周速度為25到70，速度越高，產(chǎn)品的粒度越小。刀片及襯板、蓖條的磨損越大。功耗增加。對機(jī)器零部件的加工、安裝精度要求隨之提高。在滿足其粒度要求的情況下，圓周速度應(yīng)偏低選取。
3.2.2 生產(chǎn)率的計(jì)算
生產(chǎn)率與帶刀式破碎機(jī)的規(guī)格、轉(zhuǎn)速、排料蓖條間隙的寬度、給料粒度、給料狀況以及物料性質(zhì)等因素有關(guān)。一般采用經(jīng)驗(yàn)公式：
式中 Q── 生產(chǎn)率()
── 物料的密度()
── 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)
因?yàn)樵撔吞柕钠扑闄C(jī)破碎的是中、硬物料。取值在30到45之間。
3.2.3 電機(jī)功率的計(jì)算
電機(jī)功率的消耗取決于物料的性質(zhì)、給料的圓周速度。破碎比和生產(chǎn)率。目前，尚無一個(gè)完整的計(jì)算公式，一般根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算：
系數(shù)取值在0.1到0.15之間。
3.3 該種破碎機(jī)的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算
3.3.1轉(zhuǎn)子的直徑與長度
帶刀式破碎機(jī)的規(guī)格用轉(zhuǎn)子的直徑D和長度L來表示，所以轉(zhuǎn)子的直徑D=800mm，轉(zhuǎn)子的長度L=800mm 。
3.3.2給料口的寬度和長度
帶刀式破碎機(jī)的給料口的長度與轉(zhuǎn)子的相同。其寬度B2。
3.3.3排料口的尺寸
該尺寸由蓖條間隙來控制，而蓖條間隙由產(chǎn)品的粒度的大小來決定。對該破碎機(jī)來說，產(chǎn)品的平均粒度為間隙的1/5到1/3。
3.3.4刀片質(zhì)量的計(jì)算
因?yàn)殂q接在轉(zhuǎn)子上，所以正確選擇刀片質(zhì)量對破碎效率和能耗都有很大影響，如果刀片質(zhì)量選得過小，則可能滿足不了錘擊一次就將物料破碎的要求。若選得過大，無用功耗過大，離心力也大，對其他零件會有影響并易損壞。
根據(jù)動量定理計(jì)算刀片質(zhì)量時(shí)，考慮到刀片切割物料后，必然會產(chǎn)生速度損失，若損失過大，就會使繞本身的懸掛軸向后偏倒。降低生產(chǎn)率和增加無用功的消耗。為了使刀片切割物料后出現(xiàn)偏倒，能夠通過離心力作用而在下一次破碎時(shí)物料很快恢復(fù)到正確工作位置。所以，要求刀片切割物料后的速度損失不宜過大。一般允許速度損失40%到60%（根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)）即：
式中 ── 刀片打擊物料后的圓周線速度(m/s)
── 刀片打擊物料前的圓周線速度(m/s)
若刀片與物料為了彈性碰撞。且設(shè)物料碰撞之前的運(yùn)動速度為0，根據(jù)動量定理，可得：
(3-1)
由上式可知，
式中 ── 刀片折算到打擊中心處的質(zhì)量(kg)
── 最大物料塊的質(zhì)量(kg)
綜上所述，
但是，只是刀片的打擊質(zhì)量。實(shí)際質(zhì)量應(yīng)根據(jù)打擊質(zhì)量的轉(zhuǎn)動順序和刀片的轉(zhuǎn)動慣量求得，
式中 ── 刀片打擊中心到懸掛點(diǎn)的距離(m)
── 刀片質(zhì)心到懸掛點(diǎn)的距離 (m)
4 帶刀式破碎機(jī)的主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1刀片設(shè)計(jì)與計(jì)算
刀片是主要工作零件，其設(shè)計(jì)主要是指結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。因?yàn)榈镀男螤?、質(zhì)量、材質(zhì)與破碎機(jī)的生產(chǎn)能力有很大影響。尤其形狀對質(zhì)量的分布、材料的充分利用有很大的影響。關(guān)于刀片 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及相關(guān)改進(jìn)在專題中有較詳細(xì)的論述?？傊?，其形狀、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，對于其工作能力，對整個(gè)機(jī)器的生產(chǎn)能力。以及經(jīng)濟(jì)性等各方面有深遠(yuǎn)的影響。刀片形狀大體分輕型、中型、重型。本型號的帶刀式破碎機(jī)主要是設(shè)計(jì)中型的 刀片。其形狀如前面的圖3-1所示。并有相關(guān)的計(jì)算。
刀片材料的選擇問題是很關(guān)鍵的問題。材料的選擇取決于工作零件的工作狀況和要求。因?yàn)槠扑闄C(jī)要破碎的是石灰石等中等硬度的物料。一般用高碳鋼鍛造或鑄造，也可用高錳鋼鑄造。為了提高其耐磨性，采用高錳低合金鋼，有的在工作表面涂上一層硬質(zhì)合金。有的采用高鉻鑄鐵，其耐磨性比高錳鋼刀片提高數(shù)倍。關(guān)于材料的選擇問題，在專題部分：提高刀片的耐磨性研究中，有專門的論述。就不詳細(xì)介紹了?？傊镀牧系倪x擇，不僅關(guān)系到刀片的工作壽命，機(jī)器的生產(chǎn)能力、生產(chǎn)效率，還關(guān)系到各方面的經(jīng)濟(jì)性。
4.2圓盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算
根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，每根銷軸上需要有8個(gè)刀片。圓盤是用來懸掛刀片的，一共需有9個(gè)圓盤，最兩側(cè)的兩個(gè)，共有的特點(diǎn)是，一側(cè)設(shè)置了鎖緊螺母，另一端用軸肩定位。所用的螺母為GB-812-85，這樣每個(gè)圓盤均勻分布6個(gè)圓孔，即可以通過六根銷軸，用來懸掛刀片，刀片和院盤之間的間隙除了通過削軸連接，還有隔套隔開，為了保護(hù)圓盤的側(cè)面，減少或盡量避免其側(cè)面的磨損。圓盤的大小取決于轉(zhuǎn)子的直徑，轉(zhuǎn)子的直徑的大小是圓盤的設(shè)計(jì)大小的依據(jù)。因?yàn)?，該型號的破碎機(jī)，光憑其型號就可以知道，轉(zhuǎn)子的直徑為850mm，所以，圓盤的大小的取值就有了一定的范圍。不妨取做560 mm，圓孔沿徑向的距離也是依據(jù)起承受載荷的能力和強(qiáng)度，盡可能取整數(shù)；圓孔的大小和刀片的圓孔的大小近似相等即可。
圓盤是通過鍵與主軸相連接的，而隨主軸高速回轉(zhuǎn)的。所以結(jié)構(gòu)中一定有鍵槽，其厚度也是滿足強(qiáng)度要求、工作狀況的。不宜過大。圓盤之間也是通過主軸的軸套隔開（其作用是，在高速回轉(zhuǎn)時(shí)，保證圓盤的運(yùn)動平穩(wěn)，并使其軸向定位）。
圓盤的結(jié)構(gòu)，如圖4-1所示。
4.3主軸的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度計(jì)算
通常軸的設(shè)計(jì)包括兩個(gè)部分，一個(gè)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，一個(gè)是工作能力計(jì)算。后者主要是指強(qiáng)度計(jì)算。
主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造、工藝等方面的要求，合理確定出其結(jié)構(gòu)和尺寸，軸的工作能力的計(jì)算不僅指軸的強(qiáng)度計(jì)算，還有剛度、穩(wěn)定性等方面的計(jì)算，當(dāng)然大多數(shù)情況下，只需要對軸的強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算即可。因?yàn)槠涔ぷ髂芰σ话阒饕Q于軸的強(qiáng)度。此時(shí)只做強(qiáng)度
計(jì)算，以防止或檢驗(yàn)斷裂和塑性變形。而對于剛度要求高的軸和受力大的細(xì)長軸，還應(yīng)該進(jìn)行剛度計(jì)算，防止產(chǎn)生過大的線性變形。對于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的軸，還應(yīng)該進(jìn)行振動穩(wěn)定性計(jì)算。以防止產(chǎn)生共振破壞。因此，對該破碎機(jī)的主軸來說，只需進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。
4.3.1 軸的材料的選擇
軸的材料主要是碳素鋼和合金鋼。鋼軸的毛坯多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件。有的則直接用圓鋼。碳素鋼比合金鋼低廉，對應(yīng)力集中的敏感性較低，同時(shí)也可以用熱處理或化學(xué)熱處理的方法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度的。故采用碳鋼制造軸尤為廣泛。最常用的是45號鋼。
4.3.2 軸的最小直徑和長度的估算
零件在軸上的安裝和拆卸方案確定了之后，軸的形狀便大體確定了，因?yàn)閷υ撝鬏S來說，其安裝順序?yàn)椋合劝惭b中間的轉(zhuǎn)子部分，然后放置在箱體上，再安裝軸承端蓋，接著是軸承、外軸承座。最后兩端分別是帶輪和飛輪。
各軸段的直徑所需要的軸徑與軸上的載荷的大小有關(guān)。在初步確定其直徑的同時(shí)，還通常不知道支反力的作用點(diǎn)，不能確定其彎矩的大小及分布情況。因此還不能按軸上的所受的具體載荷及其引起的應(yīng)力來確定主軸的直徑。但是，在對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前，通常能求出主軸的扭矩。所以，先按軸的扭矩初步估計(jì)所要的軸的直徑。并記此時(shí)所求出的最小直徑為。然后再按照主軸的裝配方案和定位要求，從處逐一確定各軸段的直徑的大小。另外 ，有配合要求的軸段，應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)直徑，比如安裝軸承的軸段，安裝標(biāo)準(zhǔn)件的部位的軸段，都應(yīng)取為相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)直徑及所選的配合的公差。
確定主軸的各段的長度，盡可能使其結(jié)構(gòu)緊湊，同時(shí)還要保證，轉(zhuǎn)子以及帶輪、飛輪、軸承所需要的裝配和調(diào)整的空間，也就是說，所確定的軸的各段長度，必須考慮到各零件與主軸配合部分的軸向尺寸和相鄰零件間必要的間隙。前面已經(jīng)通過設(shè)計(jì)計(jì)算，得到轉(zhuǎn)子、飛輪、帶輪的大體尺寸，所以軸的長度也可大致確定了。其草圖如下：
4.3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性檢驗(yàn)
對于軸的結(jié)構(gòu)必須滿足：
⑴. 主軸和安裝在主軸上的零件要有準(zhǔn)確的工作位置；
⑵．軸上的零件便于安裝和拆卸、調(diào)整。
⑶．軸應(yīng)有良好的制造工藝性。
1.軸上零件的安放順序如下：
飛輪、軸承、圓盤、軸套、軸承、帶輪
因?yàn)橹鬏S是階梯軸，根據(jù)階梯軸的特點(diǎn)，并且軸上零件的安裝要求也不高，所以上面提到的第二條容易滿足。
至于第三條：軸的制造工藝性，主要是指便于加工和裝配軸上的零件。并且生產(chǎn)率高、成本低。一般來說，結(jié)構(gòu)越簡單，工藝性越好。所以應(yīng)該盡量簡化軸的結(jié)構(gòu)。為了便于裝配零件并去掉毛刺，軸端應(yīng)制出45度倒角。在需要切制螺紋的軸段，應(yīng)留有退刀槽。起尺寸都可查有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和手冊。若需要磨削加工的軸段，應(yīng)留有砂輪和越程槽。
具體分析如下：該主軸有3個(gè)軸段有鍵槽，為了減少裝夾工件所需的時(shí)間，應(yīng)在這些不同的軸段上開的鍵槽在軸的同一條母線上。另外，還為了減少加工刀具的種類和提高勞動生產(chǎn)率，軸上直徑近似的地方，圓角、倒角、鍵槽寬度、砂輪越程槽寬度，退刀槽寬度等盡可能采用相同的尺寸。
2.下面仍就軸上零件的定位問題，詳細(xì)地闡述一下，一些軸向和周向定位零件的使用及特點(diǎn)。
⑴先說軸上零件的軸向定位，就以此主軸為例，主要有軸肩、套筒、圓螺母、軸端擋圈、軸承端蓋等，靠這些定位元件來保證的。
①．軸肩主要分為兩大類，定位軸肩和非定位軸肩。在該主軸上，軸肩很多，這兩大類都包括。雖然利用軸肩定位是最方便可靠的方法，但是采用軸肩就必然導(dǎo)致一個(gè)問題，那就是不可避免的使軸徑加大，而且軸肩處將因?yàn)榻孛嫱蛔兌饝?yīng)力集中。另外，軸肩也不利于加工。所以，在考慮軸的設(shè)計(jì)時(shí)，盡量避免過多的軸肩定位。而且，還有一點(diǎn)需要說明，軸肩多用于軸向力比較大的場合。
值得注意的是，定位每一個(gè)滾動軸承的軸肩，都有兩處，且都是定位軸肩。對這種定位軸肩來說，有一個(gè)要求：軸肩的高度必須低于軸承內(nèi)圈端面的高度，以便拆卸軸承。軸肩的高度可查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊中的軸承安裝尺寸。還有，為了使零件能緊靠軸肩而得到準(zhǔn)確可靠的定位，軸肩處的過渡圓角半徑必須小于與之相配的零件轂孔的端部的圓角半徑或倒角尺寸。軸和零件上的倒角和圓角尺寸的常用規(guī)范可以查教材下冊中的第651頁的表。非定位軸肩是為了加工和裝配方便而設(shè)置的。高度沒有嚴(yán)格的規(guī)定，一般可取為1到2毫米。
②．在該主軸上，還采用了套筒定位，這種定位方式的特點(diǎn)是，結(jié)構(gòu)簡單，定位可靠，軸上不需要開槽、鉆孔和切制螺紋，不會影響到軸的疲勞強(qiáng)度。所以，在兩個(gè)零件之間，且間距不大時(shí)，可以采用這種定位。同時(shí)，套筒定位還保證了兩個(gè)圓盤，或者，圓盤和刀片（銷軸套筒）之間的軸向定位。當(dāng)然，若兩零件的間距太大，則不宜用套筒定位這種方式，因?yàn)?，那樣就會增大套筒質(zhì)量以及材料用量。另外，套筒與軸的配合比較松，如果軸的轉(zhuǎn)速較高，也不宜采用套筒定位。
③．在該主軸的軸端，以及銷軸的軸端，都采用了圓螺母定位。這種定位可以承受大的軸向力，但是，軸上的螺紋處將會有較大的應(yīng)力集中，降低軸的疲勞強(qiáng)度，所以，一般用于固定軸端的零件。就如上面所述，若兩零件的間距太大，不宜用套筒定位這種方式的時(shí)候，就可以考慮采用圓螺母定位。
④．在該主軸上，還采用了軸承端蓋通過螺釘與其他部分連接。而使?jié)L動軸承的外圈得到軸向定位。有時(shí)，整個(gè)軸的軸向定位也可以靠軸承端蓋來實(shí)現(xiàn)。
⑵再說軸向零件一般也常用到周向定位。周向定位的目的是限制軸上零件與軸發(fā)生相對運(yùn)動。
在該主軸上，有三處都采用的是平鍵連接，其他的常用周向定位元件有，花鍵、銷、緊定螺釘和過盈配合等。圓盤、飛輪、帶輪都是用平鍵連接的。其他的，如齒輪、半聯(lián)軸器等與軸的周向定位也都采用這種連接方式。按其直徑，由手冊查地平鍵剖面b×h，鍵槽用鍵槽銑刀加工的 。
軸的草圖如圖4-2所示。
4.3.4 軸的彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算
在初步完成軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之后，對上面的草圖略加修改，即可進(jìn)行強(qiáng)度的校核計(jì)算了。前面提到過，多數(shù)情況下，軸的工作能力一般主要取決于軸的強(qiáng)度。此時(shí)只做強(qiáng)度計(jì)算，以防止或檢驗(yàn)斷裂和塑性變形。而對于剛度要求高的軸和受力大的細(xì)長軸，還應(yīng)該進(jìn)行剛度計(jì)算，防止產(chǎn)生過大的線性變形。對于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的軸，還應(yīng)該進(jìn)行振動穩(wěn)定性計(jì)算。以防止產(chǎn)生共振破壞。
在進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)軸的具體載荷和應(yīng)力情況，采用相應(yīng)的計(jì)算方法，并恰當(dāng)?shù)倪x擇其許用應(yīng)力。根據(jù)計(jì)算原則，對于傳動軸（僅僅或主要承受扭矩）按照扭矩強(qiáng)度條件進(jìn)行計(jì)算，對于心軸（只承受彎矩）應(yīng)該按照彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，對于該主軸，既承受扭矩還承受彎矩，是一個(gè)轉(zhuǎn)軸，所以必須進(jìn)行彎扭合成強(qiáng)度條件進(jìn)行計(jì)算，需要時(shí)還應(yīng)該進(jìn)行疲勞強(qiáng)度的精確校核。
先按照彎扭合成強(qiáng)度條件進(jìn)行計(jì)算：
通過對該主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，軸的主要結(jié)構(gòu)尺寸，軸上的零件的位置以及外載荷和支反力的作用位置已經(jīng)確定。軸上的載荷可以求得，因此可以按彎扭合成強(qiáng)度條件對該主軸進(jìn)行強(qiáng)度的校核計(jì)算，其計(jì)算步驟如下：
①做出軸的計(jì)算簡圖（力學(xué)模型）
軸上受的載荷是由軸上的零件傳來的，所以，計(jì)算時(shí)，可以將軸上的分布載荷情況簡化為集中力。其作用點(diǎn)可以一律簡化，取為分布載荷的中點(diǎn)，作用在軸上的扭矩，一般從傳動件輪轂寬度的中點(diǎn)算起，通常把當(dāng)作置于鉸鏈支座上的梁，支反力的作用點(diǎn)與軸承的類型和布置方式有關(guān)。
在做計(jì)算簡圖時(shí)，應(yīng)該先求出軸上的受力零件的載荷（若為空間力系，
再分解為水平分力和垂直分力。然后求出各支承的水平反力和垂直反力），如圖4-4所示。
②做彎矩圖：
根據(jù)前面的簡圖，分別按水平面和垂直面計(jì)算各力產(chǎn)生的彎矩圖，并按計(jì)算結(jié)果分別作出水平面上的彎矩圖和垂直面上的彎矩圖上，然后按照后面的公式推導(dǎo)出總彎矩，并作出圖，如圖4-4所示。
③作出扭矩圖，如圖4-3所示：
④作出計(jì)算彎矩圖
根據(jù)已經(jīng)作出的總彎矩圖和扭矩圖，求出計(jì)算彎矩，并做出圖。同時(shí)寫出其計(jì)算公式：
=
上式中，
── 考慮扭矩和彎矩的加載情況以及產(chǎn)生應(yīng)力的循環(huán)特性差異的系數(shù)。
因?yàn)橥ǔＳ蓮澗禺a(chǎn)生的彎曲應(yīng)力是對稱循環(huán)的變應(yīng)力，故在求計(jì)算彎矩
時(shí)，必須計(jì)算這種循環(huán)特性差異的影響。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，
當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力時(shí)，取 ；
當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力時(shí)， ；
當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為對稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)，取。
⑤校核軸的強(qiáng)度
已知軸的計(jì)算彎矩后，即可針對某些危險(xiǎn)截面（即計(jì)算彎矩大而軸的直徑可能不足的截面）作強(qiáng)度校核計(jì)算。按第三強(qiáng)度理論，計(jì)算彎曲應(yīng)力
上式中， ── 軸的抗彎截面系數(shù)（）。
── 軸的許用彎曲應(yīng)力（）。
由表可查 為60 Mpa
的計(jì)算公式，根據(jù)截面的不同而不同。對該主軸來說，其需要計(jì)算的截面，都帶有鍵槽，而且是單鍵槽。所以，其計(jì)算公式為：
=
主軸的載荷分析圖如下圖4-4所示：
⑥求軸上的支反力及彎矩
根據(jù)以上確定的結(jié)構(gòu)圖可以確定出簡支梁的支承距離。據(jù)此可以求出下列各值，并列表如下，主要包括，載荷、支反力、彎矩、總彎矩、扭矩、計(jì)算彎矩等，相關(guān)的計(jì)算也往往是考慮最不理想的情況。
表4-1 計(jì)算彎矩的求法
載荷F
垂直面V
支反力R
R=1000N（總重量按200Kg）
彎矩M
總彎矩M
扭矩T
T=9550000×=396325
計(jì)算彎矩
綜上所述，按照彎扭合成強(qiáng)度條件進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核計(jì)算：
進(jìn)行具體的校核計(jì)算時(shí)，只需要校核軸上的承受的最大彎矩以及扭矩的剖面（即危險(xiǎn)剖面）的強(qiáng)度。
按教材中表10.1，對于的碳鋼，在承受對稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)的許用應(yīng)力。故安全。
4.3.5 軸的疲勞強(qiáng)度條件的校核計(jì)算
1.對主軸進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算，不妨設(shè)外力為單向不穩(wěn)定變應(yīng)力，則根據(jù)已經(jīng)知道的條件和公式：
主軸的材料為45號鋼。經(jīng)過調(diào)質(zhì)后的性能為，，= 5×?，F(xiàn)用此材料做試件，進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)，以對稱循環(huán)變應(yīng)力作用次，，作用次。
根據(jù)這些條件，試計(jì)算該主軸在此條件下的計(jì)算安全系數(shù)。若以后再以的力，作用于主軸，還能循環(huán)多少次，可以保證主軸不出問題。其實(shí)，這也等于估算主軸的使用壽命。
根據(jù)公式
再根據(jù)教材書上的公式（7-3.9），則該主軸的計(jì)算安全系數(shù)為：
又根據(jù)式子（7-9.a），有
由以上的計(jì)算，顯然可以得知，若要使主軸破壞，則由教材中式子（7-34），得
=1
所以，可求出，
可以得出結(jié)論，該主軸在正常工作，同時(shí)考慮到不同工況，估計(jì)，在對稱循環(huán)變應(yīng)力的作用下，尚可承受次的應(yīng)力循環(huán)。
當(dāng)然，事實(shí)上，該主軸可以再工作的循環(huán)次數(shù)并不會準(zhǔn)確的等于以上所求的數(shù)值。如果按的范圍計(jì)算，則所求的的值將分別等
于0.50710和2.832。
2.再介紹一下提高主軸的疲勞強(qiáng)度的途徑：
在零件的設(shè)計(jì)階段，除了采取提高其強(qiáng)度的一般措施之外，還可以通過以下一些設(shè)計(jì)措施來提高其疲勞強(qiáng)度：
①盡可能的降低該主軸上的應(yīng)力集中的影響。這是提高其疲勞強(qiáng)度的首要措施和主要的途徑。而主軸的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸的突變（比如軸肩）是應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)根源，因此，為了降低應(yīng)力集中，應(yīng)該盡量減小零件（即該主軸的）結(jié)構(gòu)形狀和尺寸的突變使其變化盡可能的平滑和均勻。為此，要盡可能的增大過渡處的圓角半徑；同一段軸上相鄰截面處的剛性變化應(yīng)盡可能的小等等。
在不可避免的要產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)處，可采用減荷槽來降低應(yīng)力集中的影響。
②選用疲勞強(qiáng)度高的材料和規(guī)定能夠提高材料疲勞強(qiáng)度的熱處理方法和強(qiáng)化工藝。
③提高主軸的表面質(zhì)量。比如將處在應(yīng)力較高區(qū)域的主軸表面加工得較為光潔?；蛘?，如果，有的軸段，工作在腐蝕性介質(zhì)中，則要對該軸段規(guī)定適當(dāng)?shù)谋砻姹Ｗo(hù)。
④盡可能地減小或消除主軸表面可能發(fā)生的初始裂紋的尺寸，對于延長其疲勞壽命有著提高材料性能更為顯著的作用。因此，對于重要的軸段，在設(shè)計(jì)圖紙上應(yīng)規(guī)定出嚴(yán)格的檢驗(yàn)方法和要求。
⑤降溫、減載荷，對于發(fā)熱摩擦副的軸頸采取降溫設(shè)計(jì)，也可顯著提高其疲勞壽命。因?yàn)橹鬏S是一個(gè)轉(zhuǎn)動件，所以，在低應(yīng)力下運(yùn)轉(zhuǎn)一定周數(shù)后，再逐步提高到設(shè)計(jì)的應(yīng)力水平。
4.4軸承的選擇
因?yàn)檩S承，尤其是常用的一些軸承，主要是指一些滾動軸承，絕大數(shù)都已標(biāo)準(zhǔn)化，因而，我們需要進(jìn)行一部分設(shè)計(jì)內(nèi)容，根據(jù)具體的工作條件，正確選擇軸承的類型和尺寸。另外是軸承組合的設(shè)計(jì)，它包括安裝、調(diào)整、潤滑、密封等一系列內(nèi)容的設(shè)計(jì)。
4.4.1材料的選擇
軸承的內(nèi)圈、外圈、滾動體，一般是用軸承鉻鋼制造的，熱處理后，其硬度一般不低于HRC60。一般這些元件需要150度回火處理，所以其通常的工作溫度不高于120度，此時(shí)，硬度不會下降。
4.4.2軸承類型的選擇
軸承的類型有很多種，主要根據(jù)其承載情況和調(diào)心等要求，進(jìn)行選擇。因?yàn)樵撔吞柕钠扑闄C(jī)，其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速在900到1100之間。所以主軸上軸承的轉(zhuǎn)速很高，負(fù)荷很大，且工作時(shí)間很長，最主要的是，經(jīng)過很長時(shí)間工作后，會因?yàn)榈镀牟痪鶆蚰p而產(chǎn)生不平衡附加作用力（當(dāng)?shù)镀牟痪鶆蚰p嚴(yán)重時(shí)，此力就成為總負(fù)荷中的主要部分）。軸承間距大，軸會產(chǎn)生撓曲，此外，軸承的中心也難保證同心，因此選用深溝滾子軸承。
4.4.3 軸承的游動和軸向位移
軸承在實(shí)際工作時(shí)，工作前后的溫差大，為了適應(yīng)軸和外殼不同熱膨脹的影響，防止軸承卡死。可以使一端的軸承軸向固定（比如用圓螺母）另一端使之可以軸向位移。這樣，軸承在內(nèi)外圈的軸向相對位置有不大的變化時(shí)，仍然可以正常工作。也可以使外圓與座孔配合較松，以保證外圓相對于座孔能做軸向竄動。
4.4.4 軸承的安裝和拆卸
為了便于軸承在主軸上的安裝和拆卸，必須考慮到軸承座有剖分面，這樣就不必考慮沿軸向安裝和拆卸軸承部件，優(yōu)先選用內(nèi)外圈可分離的軸承了。
圖4-6
4.5 傳動方式的選擇與計(jì)算（V帶傳動計(jì)算）
該部分的設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在V帶輪的設(shè)計(jì)上，帶輪的結(jié)構(gòu)型式，主要由帶輪的基準(zhǔn)直徑選擇。其基準(zhǔn)直徑又與相連接的電動機(jī)的型號有關(guān)。根據(jù)前面對電動機(jī)功率的計(jì)算，以及轉(zhuǎn)速的要求，可以采用Y系列的三相異步電動機(jī)，其額定功率為45KW。型號是Y225M-2。滿載轉(zhuǎn)速2970r/min，額定轉(zhuǎn)速3000r/min。
因?yàn)橐蟮拇髱л喌霓D(zhuǎn)速在900 r/min到1100 r/min之間，所以，當(dāng)小帶輪的直徑依據(jù)電動機(jī)選擇160mm時(shí)，這樣大帶輪的基準(zhǔn)直徑依據(jù)傳動比，可以求出475左右，因?yàn)閹л喌幕鶞?zhǔn)直徑有標(biāo)準(zhǔn)系列，所以可取475mm。
要求帶的根數(shù)，必須按以下的計(jì)算步驟：
1．先確定出帶的型號。
由表可查到，根據(jù)計(jì)算功率P和小帶輪的轉(zhuǎn)速進(jìn)行選擇。
經(jīng)過查表得，
式中 ── 名義傳動功率。
── 工作情況系數(shù)。
再查表可知，取1.4，則可以計(jì)算出計(jì)算功率P為63KW。再由表，可查出帶的型號為A型。
2．需要確定單根V帶的基本額定功率
查表13.4，（教材書下冊）可以知道，對A型帶，因?yàn)槠湫л嗈D(zhuǎn)速接近2800 r/min，基準(zhǔn)直徑為160mm的情況下，
為基本額定功率， 取4.06KW。
為長度系數(shù)， 取0.99。
為包角系數(shù)， 取0.935。
為單根V帶的基本額定功率的增量， 取0.34KW。
其值由帶的型號、小帶輪轉(zhuǎn)速以及傳動比確定。
則帶的根數(shù)就可以用下式求出：
將上面的數(shù)據(jù)代入，就可以求出，。這樣，整個(gè)帶輪的尺寸的具體的確定過程如下：
根據(jù)其參數(shù)，仍然由教材書上的表可查到。
── 靠近兩端的槽中心到帶輪端部的距離。
── 相鄰槽間的距離。
另外，根帶的型號和其基準(zhǔn)直徑D，可以確定出輪槽角的大小和，，，。
── 輪槽的根部到帶輪鍵槽的最小要求距離。
── 相鄰帶輪在中心線上的距離。
── 齒頂高的最小距離。
── 齒根高的最小距離。
其鍵槽可以由其寬度進(jìn)行選擇標(biāo)準(zhǔn)的長度。這樣，其他的尺寸也可以確定了。
4.6飛輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算
飛輪的作用是，是轉(zhuǎn)子在運(yùn)動中儲存一定的動能，避免破碎大塊或較影的物料時(shí)，速度損失不致過大和減小電機(jī)的尖峰負(fù)荷。其結(jié)構(gòu)采用腹板式。
圖4-7
其具體的尺寸可以采用常見的類型。只要較好的實(shí)現(xiàn)其功能即。
4.7棘輪的選擇
蓖條與刀片端部的間隙由兩個(gè)裝置來實(shí)現(xiàn)：凸輪和彈簧，凸輪是用來增加這兩者的間隙的。操作是靠手柄來實(shí)現(xiàn)的。而彈簧用來進(jìn)行“微調(diào)”，當(dāng)手柄操作不能達(dá)到滿意的位置時(shí)，需要用彈簧進(jìn)行再調(diào)整。
凸輪的運(yùn)動是由棘輪來實(shí)現(xiàn)的, 棘輪也因?yàn)橐呀?jīng)基本標(biāo)準(zhǔn)化，所以，只需要根據(jù)具體的條件和要求，進(jìn)行選擇。因?yàn)槠涑叽绲拇_定是比較自由的，所以，棘輪只需要根據(jù)凸輪的工作狀況，實(shí)現(xiàn)其驅(qū)動功能即可。另外，考慮經(jīng)濟(jì)性和可能性，穩(wěn)定性，做合理的選擇。
棘輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，運(yùn)動可靠。而且，棘輪軸每次轉(zhuǎn)動角度的大小可以在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。這些都是它的優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是工作時(shí)有較大
圖4-8
的沖擊和噪聲，而且運(yùn)動精度較低。
其典型的結(jié)構(gòu)形式是由搖桿、棘爪、棘輪和止動爪等組成:
彈簧用來使止動爪和棘輪保持接觸。同樣，可在搖桿和棘爪之間設(shè)置彈簧，以維持棘爪與棘輪的接觸。
棘輪固定在機(jī)構(gòu)的傳動軸上，而搖桿則是空套在傳動軸上。當(dāng)搖桿逆時(shí)針擺動時(shí)，棘爪便插入到棘輪的齒間，推動棘輪轉(zhuǎn)過一個(gè)角度。當(dāng)搖桿順時(shí)針轉(zhuǎn)動時(shí)，止動爪阻止棘輪順時(shí)針運(yùn)動，同時(shí)，棘爪從棘輪的齒背上滑過，所以此時(shí)，棘輪靜止不動。這樣，當(dāng)搖桿連續(xù)往復(fù)運(yùn)動時(shí)，棘輪便得到了單向的間歇運(yùn)動。
4.8蓖條位置調(diào)整彈簧的選擇
前面提到了，彈簧所能起到的作用是調(diào)整蓖條與刀片間隙的作用。
彈簧一般所起到的作用是：
1.控制運(yùn)動方向。
2.緩沖和吸振
3.儲存能
4.測力的大小。
在這里，它實(shí)現(xiàn)的是第一個(gè)功能。根據(jù)受載荷的情況的不同，彈簧可分為拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)和彎曲彈簧。根據(jù)所要求的工作狀況。只需要承受拉伸。所以，應(yīng)該選擇拉伸彈簧。
在常用的彈簧當(dāng)中，根據(jù)其應(yīng)用特點(diǎn)和范圍，我們可以選用普通的圓柱螺旋彈簧。這種彈簧的特性線呈直線，剛度穩(wěn)定，承受壓力，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，應(yīng)用最廣泛。無特殊要求時(shí)，可以選右旋。
彈簧的選擇的一個(gè)關(guān)鍵是，對彈簧的特性線和剛度的分析。表示彈簧載荷與變形之間關(guān)系的曲線成為彈簧的特性線。使彈簧產(chǎn)生單位變形所需要的載荷成為彈簧的剛度。用表示。
4.9箱體結(jié)構(gòu)以及其相關(guān)設(shè)計(jì)
一臺機(jī)器的總重量當(dāng)中，機(jī)座和箱體等零部件的重量占很大的比例。同時(shí)在很大程度上影響著機(jī)器的工作精度以及抗振性能。所以，正確合理的選擇機(jī)座和箱體的材料，并且正確合理的選擇其結(jié)構(gòu)形式和尺寸，是減小機(jī)器質(zhì)量、節(jié)約金屬材料。提高工作精度等重要途徑。
4.9.1鑄造方法
根據(jù)有關(guān)資料，機(jī)座（機(jī)架和基板等）和箱體（包括機(jī)殼等）的形式很多。按構(gòu)造形式可以分為機(jī)座類、機(jī)架類等。
本次設(shè)計(jì)到的帶刀式破碎機(jī)，是固定式重型機(jī)器。而且，機(jī)座和箱體的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，剛度要求也較高，因此，通常都是鑄造。鑄造材料常用便于施工而又便宜的鑄鐵。（包括普通灰鑄鐵、球墨鑄鐵等）。而且該破碎機(jī)的機(jī)座，屬于大型機(jī)座的制造，所以，常采用分零鑄造，然后焊成一體的辦法。
4.9.2截面形狀的選擇
因?yàn)榻^大數(shù)的機(jī)座和箱體受力情況較為復(fù)雜，因此要產(chǎn)生振動，彎曲等變形。所以，當(dāng)受到彎曲或扭轉(zhuǎn)時(shí)，截面形狀對其剛度和強(qiáng)度的影響很大。所以，正確設(shè)計(jì)出合理的機(jī)座和箱體的截面形狀，可以起到既不增大截面面積，又不增大（或者減?。┝慵|(zhì)量（材料消耗量）的效果。而且增大了截面系數(shù)以及截面慣性矩，就能提高其強(qiáng)度和剛度。
在使用中，絕大數(shù)的機(jī)座和箱體都采用這種截面形狀，就是這個(gè)緣故。雖然矩形截面的彎曲強(qiáng)度不及工字型截面，扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度不及圓形截面的，但是它的扭轉(zhuǎn)剛度卻大得。而且采用矩形截面的機(jī)座和箱體的內(nèi)外壁比較容易裝設(shè)其他的機(jī)件。所以，對機(jī)座和箱體來說，它是結(jié)構(gòu)性能較好的截面形狀。
4.9.3 肋板的布置
一般地說，增加壁厚固然可以增大機(jī)座和箱體的強(qiáng)度和剛度，但不如加設(shè)肋板來得有利。因?yàn)榧釉O(shè)肋板時(shí)，增大強(qiáng)度和剛度，又可以增大壁厚的同時(shí)減小質(zhì)量；因?yàn)樵撈扑闄C(jī)的機(jī)殼是鑄件，所以，對于鑄件，由于不需要增加壁厚，就可以減少鑄造的缺陷；對于有些焊接的部位，壁薄時(shí)更容易保證焊接的品質(zhì)。
在考慮到鑄造、焊接工藝時(shí)以及結(jié)構(gòu)要求時(shí)的限制時(shí)，例如為了便于砂型的安裝和清除，以及需要在機(jī)座內(nèi)部安裝其他的機(jī)件等，往往需要把機(jī)座設(shè)計(jì)成兩面敞開的，或者至少在某些部位開出比較大的孔洞（就是該機(jī)器中的檢修孔）。由于這樣做，必然大大削弱了機(jī)座的剛度，所以，加設(shè)肋板是必需的。其結(jié)構(gòu)形狀必須考慮到各種重要因素，主要有工藝、成本、重量等。同時(shí)還要隨具體的應(yīng)用場合以及不同的工藝要求（如鑄造、焊接等）而設(shè)計(jì)成不同的結(jié)構(gòu)形狀。
5 專題部分
刀片結(jié)構(gòu)改造及耐磨性研究
摘要:本文從理論上對刀片結(jié)構(gòu)的改進(jìn)進(jìn)行了分析，并指出了其應(yīng)用中體現(xiàn)的改進(jìn)的效果?？紤]分析并總結(jié)了刀片壽命的各種因素，并著重從理論到應(yīng)用分析了刀片材料的改進(jìn)、研制，提高耐磨性，同時(shí)從理論上、應(yīng)用上對最大破碎力、刀片的合理調(diào)配進(jìn)行了具體的研究。通過對這幾種因素的較詳細(xì)的分析，體現(xiàn)了延長刀片使用壽命的可行性和方法方式的多樣性。
關(guān)鍵詞：改性高錳鋼 中碳多元合金鋼
破碎機(jī)中刀片是最易磨損的零件，由于刀片是靠高速回轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的沖擊能來擊碎物料的，因而，刀片自身也受到物料的撞擊和研磨作用而磨損。刀片的磨損與刀片本身的材料、刀片制造質(zhì)量、所破碎物料的特性、給料粒度的大小及水分、轉(zhuǎn)子的圓周速度和處理量等因素有關(guān)。為充分利用刀片的材質(zhì)。提高刀片的使用壽命，刀片可設(shè)計(jì)成對稱形式。
5.1刀片結(jié)構(gòu)的改進(jìn)問題
5.1.1 改進(jìn)的介紹
在厚度上增加了15mm，其端部寬度增加了20mm，懸掛孔到端部的長度增加了10mm,懸掛處外圓的半徑由90mm變?yōu)?5mm.
5.1.2 改進(jìn)的效果
1．對物料的沖擊力增加了。因?yàn)榈镀闹匦脑诨剞D(zhuǎn)半徑徑向上外移，刀片在運(yùn)轉(zhuǎn)中線速度加大。刀片對物料的沖擊功增加了，從而改善了破碎效果。
2．刀片的有效磨損量增加了。刀片單重一般按27千克算，有效磨損量占三分之一，即9千克。改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)總重量變化小，有效磨損量達(dá)16千克。改進(jìn)后一套的刀片相當(dāng)于改進(jìn)前的兩套，降低了使用成本。
3．降低了出料粒度，提高了臺時(shí)產(chǎn)量。改進(jìn)后，懸掛孔到刀片端部長度由350毫米到360毫米，回轉(zhuǎn)直徑大約1250到1270毫米，刀片到殼板間隙由25毫米減小到15毫米。故可使出料粒度，由原來的20毫米以下，25%的粉狀物，變?yōu)?—10毫米，60%的粉狀物，大大改進(jìn)了破碎機(jī)的破碎效果，從而提高了臺時(shí)產(chǎn)量。
4．改善了粉磨效果。石灰石等物料經(jīng)二次破碎后，要從能量消耗和效率上研究，破碎比研磨效率高，電耗小。所以，要求并希望石灰石多破碎，少研磨。出料粒度8—10毫米，60%的粉狀物，極大改善了粉末機(jī)的生產(chǎn)效果。產(chǎn)量由每小時(shí)12噸提到每小時(shí)16噸，降低了生料的生產(chǎn)成本。
5.2 延長刀片使用壽命的研究
下面重點(diǎn)討論一下刀片耐磨性提高，使用壽命延長的問題。決定一個(gè)刀片的使用壽命，有以下幾個(gè)因素來評定：
1．工作是否可靠。在刀片與物料沖擊過程中，不準(zhǔn)刀片飛離轉(zhuǎn)子，或因刀片的緊固不良，引起其他的機(jī)械故障，故刀片的固定是個(gè)值得注意的問題。否則，無“壽命”可言。
2．刀片的裝卸是否方便，尤其再生產(chǎn)現(xiàn)象，在工作一段時(shí)間后，機(jī)器的各部件必不能按理想狀況進(jìn)行，比如偏心、局部磨損等，需要及時(shí)調(diào)整。能否快速裝卸是一個(gè)很重要的指標(biāo)。
3．刀片的金屬利用率是否合理。因刀片的磨損是不可避免的，一塊重量一定的刀片，使其不能利用的質(zhì)量最小，即刀片的形狀及空間尺寸如何選擇為最佳是值得考慮的問題。
4．減少無謂的磨損，以提高刀片的使用壽命，要充分利用轉(zhuǎn)子的能量，提高破碎比，就必須研究最大破碎力，同時(shí)也具有很大的理論價(jià)值。
5．刀片的及時(shí)合理調(diào)配非常關(guān)鍵。破碎機(jī)在使用中運(yùn)行不穩(wěn)，震動大，主要原因是，刀片磨損后，原有的平衡狀況被破壞，未用科學(xué)的方法合理調(diào)配所致。
6．刀片的材質(zhì)，是解決刀片耐磨性，使用壽命的最核心的因素?，F(xiàn)今應(yīng)用比較廣泛，也經(jīng)受了實(shí)踐的考驗(yàn)。比如有改性高錳鋼刀片，中碳多元合金鋼刀片。
下面就后三種因素，做一些具體的分析：
5.2.1 帶刀式破碎機(jī)中單顆粒物料的最大破碎力研究
帶刀式破碎機(jī)具有破碎效率高、破碎能耗少等優(yōu)點(diǎn)，它在礦山、建材、環(huán)保等行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。到目前為止，該機(jī)型的最大破碎力還沒有一個(gè)理想的公式進(jìn)行計(jì)算。國外有人根據(jù)碰撞理論和破碎力呈線性變化的觀點(diǎn)，提出了最大破碎力等于二倍平均破碎力的公式。但在破碎機(jī)實(shí)際破碎過程中，最大破碎力與平均破碎力并不是呈線性變化，因而，有必要對該機(jī)型的最大破碎力做進(jìn)一步的探討。
⑴ 帶刀式破碎機(jī)對物料的破碎過程建立的力學(xué)模型
為了便于研究，其碰撞過程要做以下幾點(diǎn)假設(shè)：
①．在破碎過程中，物料與刀片的碰撞是彈性正碰撞。
②．在碰撞前，刀片與轉(zhuǎn)子同速轉(zhuǎn)動。
③．在碰轉(zhuǎn)前，物料水平速度是零。
④．在碰撞處，忽略摩擦力和風(fēng)阻等影響。
根據(jù)這些假設(shè)和碰撞理論，可以列一系列方程。需要的物理量有，，，。它們分別表示的意思是：
── 碰撞后，第i塊物料的質(zhì)量。
── 刀片的質(zhì)量。
── 第i塊物料碰撞后的分速度。
── 碰撞前刀片質(zhì)心處的線速度。
根據(jù)物理知識，還有公式如下
=cos,
－=(－),
要求出碰撞前刀片質(zhì)心處的線速度，即V的值，還需要知道以下的物理量：，，，，，。它們分別表示的意思是：
── 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)對O軸的轉(zhuǎn)動慣量
── 刀片對其質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動慣量
── 第塊物料碰撞后的分速度
── 與碰撞方向的夾角
── 刀片打擊點(diǎn)到刀片質(zhì)心的距離
── 刀片打擊點(diǎn)到銷軸軸心的距離
另外，還需要有一些輔助的物理量：，。它們分別表示的意思是：
── 刀片與物料間的碰撞沖量
── 刀片銷軸間的碰撞反沖量
再根據(jù)牛頓的恢復(fù)系數(shù)定義以及沖量定理，可以得出，最大破碎力=/×
── 刀片對銷軸的最大反沖擊力
/── 在破碎過程中，與時(shí)間無關(guān)的常數(shù)
⑵ 單顆粒物料破碎時(shí)最大破碎力的實(shí)驗(yàn)研究
為了測出單顆粒物料破碎時(shí)的最大破碎力，對單排帶刀式破碎機(jī)，在其轉(zhuǎn)子軸中部對稱地粘貼了4個(gè)電阻應(yīng)變片，并通過導(dǎo)線組成全橋測試電路。
根據(jù)上述測試方法，就可以得到，單顆粒物料破碎時(shí)，轉(zhuǎn)子軸上的彎曲應(yīng)變曲線。并根據(jù)實(shí)測分析，曲線上的應(yīng)力最大值就是刀片對銷軸的最大反沖擊力所引起的線應(yīng)變。
另外，根據(jù)電測原理和轉(zhuǎn)子軸上的受力特點(diǎn)，可以得到轉(zhuǎn)子軸上測試處的彎矩，當(dāng)然需涉及到一些相關(guān)的物理量：，，，，。
Wn ── 轉(zhuǎn)子軸測試處的抗彎截面膜量
── 轉(zhuǎn)子軸測試處的直徑
── 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭袃蓤A盤間的距離
── 轉(zhuǎn)子軸上二軸承間的距離
── 轉(zhuǎn)子軸材料的彈性膜量
根據(jù)電學(xué)和物理學(xué)的公式，在單顆粒物料破碎時(shí)，逐次改變電機(jī)轉(zhuǎn)速和分別加入砂巖、鋼球、麻石、石灰?guī)r等不同物料進(jìn)行了破碎實(shí)驗(yàn)，得出了一系列的數(shù)據(jù)。
⑶ 數(shù)據(jù)處理和結(jié)論
從實(shí)驗(yàn)得出的一系列的數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)，最大破碎力與平均破碎力并不是呈線性變化，為了了解其變化規(guī)律，利用計(jì)算機(jī)對這兩個(gè)值的比值進(jìn)行數(shù)據(jù)處理：包括均值、方差計(jì)算和正態(tài)性檢驗(yàn)等，其結(jié)果十分明顯，是一個(gè)正態(tài)分布曲線圖。根據(jù)圖中的數(shù)理統(tǒng)計(jì)結(jié)果，可得如下結(jié)論：
①．根據(jù)所獲得數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，最大破碎力與平均破碎力的比值并不呈線性變化。由數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理可知，比值落在區(qū)間[ū-3s，ū+3s]的概率為99.7%，置信度為1-ɑ=95%。
②．因?yàn)楱?3s=2.045，ū+3s=3.128根據(jù)概率論的觀點(diǎn)，得到實(shí)驗(yàn)公式=（2.045～3.128），為平均破碎力。
5.2.2刀片合理調(diào)配的研究與應(yīng)用
帶刀式破碎機(jī)在使用中的運(yùn)行不穩(wěn)，振動大的原因是，除了個(gè)別的是由于主機(jī)制造質(zhì)量、平衡校正質(zhì)量、安裝質(zhì)量、基礎(chǔ)質(zhì)量不佳所致外，絕大多數(shù)是由于刀片磨損后，原有的平衡狀況被破壞，未用科學(xué)的方法合理調(diào)配所致。就合理調(diào)配問題，必須引起重視。
1．配錘模型的建立
一般帶刀式破碎機(jī)的刀片分布可以歸納為：沿主軸軸線方向的組數(shù)用等表示，每組刀片在回轉(zhuǎn)圓周上的母線分布及數(shù)量，可用阿拉伯?dāng)?shù)字來表示，此外還要有一個(gè)組間角。因此要表示一臺帶刀式破碎機(jī)的刀片分布狀況，可用組數(shù)、每組個(gè)數(shù)、組間角來表述。而要表示某一位置的刀片，則可用組號加圓周分布的母線序號表示，以1212型高效細(xì)碎機(jī)為例，該機(jī)刀片共六組，每組三只，組間角六十度。為了便于理論分析，需作以下假設(shè)：
①．每只刀片為一理想的質(zhì)點(diǎn)。
②．各質(zhì)點(diǎn)離主軸回轉(zhuǎn)中心的距離為一定值。
③．刀片按理想狀況均勻分布。
2．刀片表的編制
⑴刀片分布表
表5.1高效細(xì)碎機(jī)的刀片分布表
皮
帶
輪
A
B
C
D
E
F
飛輪
1
B1
D1
F1
2
A2
C2
E2
3
B3
D3
F3
4
A4
C4
E4
5
B5
D5
F5
6
A6
C6
E6
⑵ 刀片的磨損規(guī)律及配置表編制
根據(jù)高效細(xì)碎機(jī)在某廠的運(yùn)行一段時(shí)間后的刀片狀況，如下表：
由表5.2可見，如果原來的個(gè)體差異忽略不記，則磨損量從大到小的排序?yàn)椋骸?
一般地，物料由破碎機(jī)的進(jìn)料溜子導(dǎo)入，總是中部的料多余邊部，所以，刀片磨損量存在于中間組向邊上組遞減的規(guī)律。這一規(guī)律在設(shè)計(jì)配錘方案時(shí)，必須予以考慮。
為了尋求一種適合大多數(shù)情況的刀片排列方案，不妨先假設(shè)1套按等差規(guī)律制作的刀片，并找出這套刀片的最佳排列方案。將該機(jī)刀片按單只重進(jìn)行排序，設(shè)以最重的為1號，依次至最輕的為18號。
在制作這個(gè)方案時(shí)，除了要運(yùn)用磨損規(guī)律外，同時(shí)考慮到為減小偏心振動，每組刀片的重量最好要差不多。在組序的排列先后上，按磨損規(guī)律及沿回轉(zhuǎn)軸的中截面兩側(cè)均勻分布的原則。一般，可以按或的規(guī)律排列。
表5.2 運(yùn)行一段時(shí)間后刀片剩余質(zhì)量
皮
帶
輪
A
B
C
D
E
F
飛
輪
1
21.7
21.5
22.4
65.6
2
21.5
22.2
23.1
66.8
3
23.0
21.8
22.4
67.2
4
22.6
21.5
24.7
68.8
5
21.2
20.6
22.0
63.8
6
22.2
21.0
23.1
66.3
66.3
65.9
64.7
63.9
70.9
66.8
W
4
3
2
1
6
5
組序確定后再排列每組的3只刀片。在組的3只刀片首先按由重到輕的順序排定的情況下，其余各組可按“輕重相濟(jì)”的原則排列。所謂“輕重相濟(jì)”，可以理解為“重中—輕，重輕—中，中輕—重”的配刀法則。比如說，在排列組時(shí)，組的錘為重錘，組為中錘，則在組的C2錘應(yīng)是輕錘。按此類推，排列如下表，并用軸向偏心矩和徑向偏心矩來表征配錘方案的優(yōu)劣。正確排列后可運(yùn)用方案的評價(jià)方法進(jìn)行計(jì)算與評定。
由于是按等差規(guī)律制作的刀片，所以上表的刀片號數(shù)就可以作為該刀片重的代表值來進(jìn)行計(jì)算和評價(jià)，其評價(jià)效果和結(jié)論與事實(shí)是等效的。取每組的等差和、按組間距為1，按軸中截面取矩計(jì)算：
=（51－42）×2.5+（24-33）×1.5+（15-6）×0.5=13.5。
為求的值，引入分布圓的概念。
⑶分布圓
引入分布圓是為了明了地找到偏重的母線或配重的母線，并在量值上得到確定。
表5.3 按“輕重相濟(jì)”的原則排列的配錘方案
皮
帶
輪
A
B
C
D
E
F
飛
輪
1
7
1
13
21
2
18
6
12
36
3
8
2
14
24
4
16
4
10
30
5
9
3
15
27
6
17
5
11
33
51
24
15
6
33
42
將表5.3中最后一列數(shù)依次填入，按母線數(shù)量均勻分布在圓上，即得分布圓及其簡化圖。
按照力學(xué)原理，分布圓的簡化其實(shí)很簡單，只要在對稱位置同減一數(shù)其平衡性質(zhì)不變。分布圓的簡化規(guī)律為：
①同一直徑線上的2數(shù)同減其最小數(shù)，分布圓性質(zhì)不變；
②同一個(gè)等邊三角形內(nèi)的三個(gè)數(shù)同減去其最小數(shù)，分布圓性質(zhì)不變；
③相鄰三數(shù)的，兩邊數(shù)分別加上中間數(shù)，在使中間數(shù)為0，分布圓性質(zhì)不變；（相鄰兩數(shù)的，可設(shè)邊上的數(shù)字為0來處理）。
分布圓簡化到只剩相間2個(gè)數(shù)或1個(gè)數(shù)（或全部為0）為止，即得最簡分布圓。如圖5-2，5-3，5-4。
分布圓的簡化規(guī)律均來自于對稱平衡規(guī)律。一般的說，各質(zhì)點(diǎn)相對于回轉(zhuǎn)中心對稱布置，質(zhì)量相等，則系統(tǒng)就平衡，否則，不平衡。
規(guī)律中的“性質(zhì)不變”指的是平衡性不變，這包括兩重意思，一是原來是平衡的，簡化后仍是平衡的，反之，不平衡。二是指其量值上的不變。
規(guī)律中的“減”確切地說是同時(shí)減去一個(gè)數(shù)，當(dāng)然這個(gè)數(shù)可以是正數(shù)，也可以是負(fù)數(shù)。
由最簡分布圓可以看出，=0，可見上面的表是一個(gè)完全平衡的配錘方案。
但事實(shí)上，一套刀片的各只刀片不可能是會呈等差分布規(guī)律的，所以在現(xiàn)實(shí)情況下，按上述方案配置的刀片就不一定是平衡的，上述方案配置的刀片就不一定是最佳的，在實(shí)際應(yīng)用中還要對配錘方案進(jìn)行調(diào)整。
3．高效細(xì)碎機(jī)刀片的配置
由高效細(xì)碎機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后刀片剩余質(zhì)量表，可以計(jì)算出磨損后刀片的軸向偏心矩M2=（66.3-66.8）×2.5+（65.9-70.9）×1.5+（64.7-63.9）×0.5=-8.35
分布圓及其簡化圖如下圖所示，根據(jù)分布圓就可以作出方案的評價(jià)。
從上圖的最簡分布圓可以看出，根據(jù)分布圓的簡化規(guī)律，在在最左側(cè)的母線上如果配重4kg，即可基本