大学届毕业设计说明书目录第1章 前言11.1 锤式破碎机的发展历史11.2 锤式破碎机的国内外发展现状11.3 锤式破碎机基本工作原理21.3.1 锤式破碎机的破碎实质21.3.2 锤式破碎机的基本工作原理31.3.3 锤式破碎机的分类41.3.4 锤式破碎机的设计意义4第2章 锤式破碎机的工作原理和构造分析52.1 锤式破碎机工作原理分析52.2 锤式破碎机的结构组成分析62.3 设计数据8第3章 锤式破碎机主要参数计算93.1 锤式破碎机转子的参数计算93.1.1 转子的直径设计93.1.2 转子的转速计算93.1.3 转子的长度计算93.2 锤头质量计算103.3 电机功率的计算123.4 给料口的尺寸设计13第4章 锤式破碎机主要零件结构设计144.1 锤头的设计144.1.1 锤头结构设计144.1.2 锤头尺寸设计144.2 锤架及锤盘的设计154.2.1 锤架的设计154.2.2 锤盘的设计164.3 V带轮的设计164.3.1 带轮传动的设计计算164.3.2 V带轮的结构设计234.4 主轴的设计计算234.4.1 材料的选择234.4.2 确定轴的最小直径234.4.3 轴的结构以及尺寸设计244.4.4 轴的校核274.4.5 轴的强化措施304.5 轴承的设计计算304.5.1 轴承的确定304.5.2 轴承材料的确定314.5.3 轴承的校核314.5.4 轴承的配合324.5.5 轴承安装与定位324.5.6 轴承的润滑324.6 箱体的设计计算324.7 打击板的设计344.8 筛板的设计354.9 锤式破碎机的使用注意事项36第5章 结论37参考文献38致谢40第1章 前言1.1 锤式破碎机的发展历史第一代的破碎机是在建立在蒸汽和电机等动力机械不断完善的基础上。1806年，第一台用蒸汽作为动力驱动的辊式破碎机诞生了。1858年，美国人Black发明了第一台实用的颚式破碎机，其主要用途是破碎岩石。1878年，美国出现了可以连续进行破碎工作的破碎机，这种旋回破碎机的效率相比间歇工作的破碎机明显增加。1895年，美国人威廉设计了第一台冲击式破碎机，相比其他破碎机，这种破碎机有低能耗的优点1。最早的锤式破碎机的设计是由1895年MFBedmson完成的，并且申请了专利。但是由于缺乏可靠的理论基础，早期的锤式破碎机都存在低效率、高能耗以及破碎质量不佳等缺点，其原理和结构设计都待进一步的改进。近代的锤式破碎机是在蒸汽以及电动技术逐步完善之后并且在之前的设计基础上改进过来的。现在的锤式破碎机结合了现代的电动技术、其它的先进的设计经验以及高质量的材料的使用进行综合设计。因此，目前的锤式破碎机不但降低了能耗、增加了使用寿命、提高了破碎量、能满足更高的破碎要求以及提高了生产效率。如德国和丹麦的公司生产的锤式破碎机就是其中的典型代表2。1.2 锤式破碎机的国内外发展现状近年来，国内的机械制造公司通过不断的设计改进，开发的高性能大型冲击破碎机、大型圆锥破碎机、大型颚式破碎机以及大型反击式破碎机等产品的性能已达到国际先进水平。其各项改进技术已经获得了几十项国家专利以及各类科技奖项。而且随着破碎机的广泛使用，这些产品以及被用于矿业、冶金、建筑、化工等领域并扮演着重要角色3。我国各类破碎机制造业在总体生产规模上已经步入了大国行列，但是由于缺乏足够的技术积累以及其他方面的技术差距，其总体的竞争能力和发展实力还是不足以和发达国家相比。而且目前破碎机的制造行业的高端用户以及高端产品的配件还是依赖于进口，随着国际贸易摩擦的加大，这会很大程度制约国内制造业的发展和进步。因此，今后国内的破碎机制造业的发展中心要放到提高基础技术的方向上来，要通过不断的基础技术积累，逐步提高自主研发水平尤其是对材料科学技术的研究，一步一步从制造大国走向先进设计、产品出口大国4。在大型破碎设备的生产中，我国的大型锤式破碎机、破石机、大型颚式破碎机等已经远销美国、哥伦比亚、沙特以及许多非洲国家，良好的性能以及低廉的价格为国内破碎机制造行业在当地取得了相当好的认可和称赞，特别是破石机和制砂机等设备获得了外国生产行业的客户的一致好评。目前，我国的破碎机制造业在各行各业的应用十分广泛，特别是在化工、冶金、建筑以及矿业等需要大量破碎作业的行业。在中国，最重要的应用领域就是建筑和矿业，这两个行业的破碎机的应用各占整个行业的30%左右以上5。在煤矿行业，破碎作业是一个十分重要的生产环节。因此，破碎机在煤矿行业起到非常重要的作用，国内的很多企业的破碎机都存在着设备老化、细粒度不可控、破碎质量不高、较高能耗、较低的生产效率以及不能较好的控制粉尘问题等明显问题。多以很过国内企业都是通过引进外国技术来改善以上出现的问题，但是这也会加剧对外国先进技术的依赖，削弱自主研发设计改进的能力6。煤矿行业的生产使用的锤式破碎机根据其传动形式可以分为两大类，功率250kw以下的破碎机一般采用带路传动，而功率250kw的大功率破碎设备一般采用减速器传动。国内破碎机制造行业与国内同类产品相比，水平差距主要体现在功率250kw的大型设备的生产上。国内在这方面相比国外产品一般存在着设备使用寿命短、零配件质量不稳定、设计改进经验不足以及检测手段落后等问题，而且目前在国内破碎机制造行业，还存在着缺少高性能材料、较低的制造工艺水平以及降低的计算机辅助制造的应用能力等问题。因此，国内破碎设备要想提高其使用性能、增加其使用寿命、提高生产质量以及保证工作稳定性就需要加快对高性能材料研究的速度以及结合计算机技术提高工艺水平7。1.3 锤式破碎机基本工作原理1.3.1 锤式破碎机的破碎实质破碎的过程，本质是外力对物料做工，克服它内部质点间的内聚力并且发生破碎的过程。在外力作用在物理上使其发生破碎时，物料的能量也在发生改变，其能量随着破碎中发生的能量转换增加了。因此，破碎过程的功率消耗理论在实质上就是破碎能量的转换，即物料能量的变化与破碎机有效功之间的关系。因为缺乏有效的理论支持，破碎机的设计存在一些问题。因此有很多研究者针对能量消耗与转换进行研究，以此在破碎机的设计中能够降低能耗。现在的主要三大学说：面积学说，体积学说以及裂缝学说三大学说8。1）面积学说面积学说是由Rittinger在1867年研究提出，其主要研究成果为发现了破碎过程能量的消耗和破碎后物料的表面积存在正比关系。2）体积学说体积学说是由俄国学者基尔皮切夫和基克分别在1874和1885年独立提出。面积学说主要阐述的是，当外力作用在物料上并且使得物料发生变形时，能量的转换为破碎力的功-物料的变形能量。我们知道在实际中，有一些特殊的脆性材料例如铸铁，胡克定律在其弹性范围内的变形并不适用。变形能的储存超过极限就会使得材料发生破裂。因此，体积学说可以概括为：同样的几何形状的原物料以及同样形状的破碎后物料，破碎过程的功与物料的体积和质量有关，且存在正比例关系。3）裂缝学说裂缝学说是由Bond和中国留美学者王仁东在1952年提出。这个理论阐述的是外力作用在物料上并使其发生变形，部分能量储存为变形能，如果物料的局部变形超过了极限，物料表面就会产生垂直的断裂口。在物料表面形成裂缝后，裂缝这个部分储存的变形能就会被释放出来，以此会产生新的表面。这些能量转换一部分成了新的表面的表面能，其他剩余能量转变成了释放的热能。这理论综合前述的两个理论，是在前两个理论的基础上发展而来。因此针对不同情况，这三个理论适用范围不同9。学者Hukki对这三个理论进行了实验分析发现：体积学说适合于发生粗碎的情况，面积学说适用于发生细碎的情况下，裂缝学说适用于发生粗碎和细碎之间的破碎范围。对这三个理论，只要把握好其适用的使用情况，就能正确使用这些理论以此对设计提供理论支持10。1.3.2 锤式破碎机的基本工作原理锤式破碎机一般是由转子、箱体、反击板、筛板等组成。破碎机的破碎实质是利用内部的运动产生的力作用在物料上，破坏其内聚力使其发生破碎的过程。锤式破碎机主要是靠电机动力传至主轴，主轴带动锤架和锤盘。能量的传递使锤头获得较高的动能，锤头的高速使其拥有较高的冲击力，物料一旦进入破碎腔，锤头的高速运动会对物料产生极大的破碎力使其发生破碎11。当转子获得主轴传递的动能转动时，锤头因为离心力而转动形成一个圆形型破碎带。进入破碎机的物料会受到高速锤头的打击而发生破碎。当物料破碎后的尺寸小于筛板的缝隙的尺寸就会由缝隙排除，反之会继续在筛板和打击板上发生研磨其尺寸合格12。锤式破碎机一般总是在重载、断续和冲击的情况下工作，尤其在冲击发生的时候。由锤式破碎机的工作原理可知，破碎机的直接工作零件是锤头，其通过销轴铰接在锤架上。考虑到实际工作情况可知，锤式破碎机锤轴受到的主要作用载荷有惯性载荷、摩擦载荷、阻尼载荷以及工作负载载荷13。1.3.3 锤式破碎机的分类锤式破碎机的类型按照不同分类方法可以分为很多种。按转子数目分类可以分为单转子和双转子锤式破碎机;按转子回转方向可分为定向式（转子固定的转动方向）和可逆式锤式破碎机（转子转动方向可变）;按锤头排列数目可分为单排列、双排列和多排列锤式破碎机;按锤头装置方式可分为固定式和活动式锤式破碎机14。1.3.4 锤式破碎机的设计意义锤式破碎机作为一种传统的用来完成破碎作业的设备在现代的各行各业中依然发挥着十分重要的作用。由前述可知，现在破碎机行业在设计生产上依然缺乏可靠的理论支持，实际的设计制造上只能依靠基础理论和经验公式。因此，在设计中对于锤式破碎机的具体零件受力情况、能量转换的定量计算以及破碎的定性分析依然没有系统的理论可以阐述。目前对这些理论的研究深度尚不够，因此这方面的研究还待加强15。第2章 锤式破碎机的工作原理和构造分析第 2 章2.1 锤式破碎机工作原理分析如图2-1所示，电机通过带轮将动能传递给转子的主要零件-主轴4，锤架和锤盘3通过键和主轴连接，而锤头通过销轴铰接在锤架上，能量由此传给锤头。在破碎机的物料理论上发生三次破碎。第一次破碎发生在入口处，当物料进入破碎腔，高速运 动的锤头会在打击板进入端和物料发生第一次破碎，且这次破碎力最大。第二次破碎为打击板和锤头的间隙段，发生第一次破碎后的物料，如果尺寸合格就会从空隙中落下而运动至筛板排出，而尺寸过大的物料会在这个间隙段发生第二次破碎。第三次破碎发生在筛板上，经过两次破碎。尺寸合格的物料会从筛板的缝隙排除，而不合格的物料继续在筛板上发生研磨即第三次破碎。在破碎过程中，高速运动的物料之间也会发生破碎，这就是辅助破碎。1-筛板，2-锤头，3-锤架，4-主轴图2-1 锤式破碎机示意图2.2 锤式破碎机的结构组成分析1-打击板，2-锤头，3-销轴，4-锤架，5-主轴，6-筛板图2-2 锤式破碎机结构示意图我的设计对象为单转子、多排锤头的不可逆式的小型锤式破碎机。它主要是由箱体、转子、筛板、打击板等组成。1） 箱体如图2-2所示，箱体是由上箱体、下箱体共同组成的，上下箱体都是铸件，上箱体开有斜向朝向的进料口用来作为物料的进入端。下箱体的下部可直接安放在工作区，并且箱体下方为通端用于合格物料的直接出口。上下箱体用螺栓，螺母的组合进行连接，上下箱体都带有肋板以增加箱体强度，提高耐用性能。2） 转子如图2-3所示，转子由主轴、锤架、锤盘、销轴、锤头等组成。锤架和锤盘上开有4个分布均匀的销轴孔，通过将直径20mm的销轴将44个锤头铰接在