立式冲击破碎机结构设计.doc

精品文档，仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除立式冲击破碎机结构设计摘 要立式冲击破碎机是一种结构简单、破碎效率高的破碎机构，主要用于脆性物料的研磨与破碎。它不同于常规的破碎、研磨设备，是一种新型的冲击式破碎机。本课题设计的立式冲击破碎机是一种单给料的破碎类型，应用物料与破碎机衬板冲击、物料与物料相冲击的原理，达到破碎物料的目的。主要由进料斗、分料器、涡动破碎腔、叶轮、主轴总成、机架、传动机构及电机等部分组成。这次设计我首先对所设计的立式冲击破碎机的机构进行设计，选择合理的方案。其次对主轴进行计算；电动机选择、计算；V带计算；选择合适的轴承。最后对本次设计进行总结和叙述。关键词：立式冲击破碎机，主轴，叶轮，涡动破碎腔，V带英文题目ABSTRACTVertical impact crusher is a crushing mechanism with simple structure and high crushing efficiency, which is mainly used for the grinding and crushing of brittle materials. It is different from the conventional crushing, grinding equipment, is a new type of impact crusher.The vertical impact crusher which is designed by this paper is a kind of single feed, which can achieve the purpose of crushing material by using the impact of material and crushing machine lining board, material and material. Mainly consists of a feeding hopper, a distributor, vortex dynamic crushing cavity, an impeller, a main shaft assembly, a machine frame, a transmission mechanism and a motor etc. part. This design I first to the design of vertical impact crusher design, select the reasonable scheme. Secondly, the spindle is calculated; motor selection and calculation; V band calculation; select the appropriate bearing. At last, the design is summarized and described.KEY WORDS: Vertical impact crusher, main shaft, impeller, vortex dynamic crushing chamber, V belt【精品文档】第 18 页目录前言1第1章 总体方案设计31.1 立式冲击破碎机的整体方案设计31.1.1 立式冲击破碎机的分类31.1.2 立式冲击破碎机的结构设计31.1.3 立式冲击破碎机工作原理41.2立式冲击破碎机参数51.2.1立式冲击破碎机的主要部件5第2章 立式冲击破碎机结构设计与计算82.1破碎机主要工作参数的选定82.1.1 冲击速度的确定82.1.2 确定冲击时间82.2 电动机92.3 叶轮102.3.1叶轮直径102.3.2叶轮转速102.3.3叶轮流板道10第3章 V带设计123.1 传动比123.1.1 传动比i的计算123.2 带轮123.2.1 带轮有效直径、的计算与确定123.2.2 带轮包角、带数13第4章 主轴装置设计144.1 主轴144.2 轴承144.3 键15第5章 反击板与螺栓165.1 反击板165.2 螺栓16第六章 机架186.1 机架的类型186.2 机架结构19结论20谢 辞21参考文献22前言粉碎是目前人类生产和生活中不可或缺的一种重要手段，而用于粉碎所需的费用及消耗是巨大的。有研究专家指出全世界每年花费在粉碎上所消耗的电能为总电能的30%。粉碎的粒度、设备磨损、耗损电能是全世界粉碎工作者共同研究的课题。而立式冲击破碎机是近年来兴起的一种高效、节能、可靠的破碎设备。立式冲击破碎机广泛用于金属和非金属矿石、水泥、耐火材料、铝矾土、金刚砂、玻璃原料、建筑材料、人工造砂以及各种冶金矿渣的细碎，特别对中硬、特硬物料比其他类型的破碎机更具有优越性。立式冲击破碎机主要由进料斗、分料器、涡动破碎腔、叶轮体、主轴总成、底座、传动装置及电机等部分组成。其工作原理是：物料从顶部进料斗进入一个高速旋转的叶轮中，物料在离心力的作用下，最后以40100m/s的速度冲入破碎腔，与悬浮的物料及物料衬垫剧烈相撞，然后受惯性作用，沿物料堆积斜面向上运动至顶部后偏转向下运动，又与从叶轮中发射出的物料再次碰撞，最后失去能量的物料从破碎腔内排出。立式冲击破碎机主要作用是冲击和研磨，其次是压碎。简单的说就是一种石打石的原理。立式冲击破碎机的主要特点有：（1） 结构简单合理、运行成本低。利用石打石原理，磨损小。（2）破碎率高、节能。（3）具有细碎、粗磨功能。（4）受物料水分含量影响小、含水份可达8%左右。（5）更工作噪声低于75分贝（db级），粉尘污染少。（6）适合破碎中硬、特硬物料。（7）产品成立方体，堆积密度大，铁污染极小。（8）叶轮自衬磨损小、维修方便。改革开放30多年来，我国的破碎行业经历了多个阶段，其中有引进并吸收国外先进的技术、合作设计和自主发展创造等过程，产品的设计研究逐渐自主创新化。如今国内发展迅速，在快速发展形势的推动下，立式冲击破碎机在社会的需求更加广泛，性能要求更加新颖，涌现出大批拥有自主创新发展的产品。如VSI系列冲击式破碎机，PCL系列冲击式破碎机等，这些产品运用先进的技术，活跃于我国矿山行业，为我国破碎行业做出重大的贡献，同时也逐渐缩小我国与世界先进水平的差距，提升了我国的水平，使我们跻身世界前列。立式冲击破碎机的发展与人类生产、生活息息相关，在人类社会建设中起着重大的作用，对我们的科学水平、工业水平的发展有着不可或缺的意义。经济、社会的发展进步，也提醒着破碎行业要不断创新与改革，跟上时代步伐。本着科学发展的道路，实现可持续的发展。 第1章 总体方案设计1.1 立式冲击破碎机的整体方案设计1.1.1 立式冲击破碎机的分类1. 按给料方式分类 立式冲击破碎机按给料方式分为单给料和双给料两种类型。2. 按电机数量分类 立式冲击破碎机按电机数量分为单电机和多电机两种类型。3. 按叶轮的形式分类 立式冲击破碎机按叶轮的形式分为圆形叶轮和带冲击板的三角形叶轮。1.1.2 立式冲击破碎机的结构设计立式冲击破碎机的机构主要有8分构成，它们分别是电机、涡动破碎腔、给料口、叶轮、排料口、机架、主轴装置、分料器。如图1-1所示1. 电机 电机是立式冲击破碎机的传动装置，为整个装置提供动力，采用单电机皮带传动驱动，达到破碎效果。2. 涡动破碎腔 涡动破碎腔是物料破碎的地方，结构为上、下两段圆柱形的环状空间，物料高速旋转的叶轮作用下在破碎腔里相互冲击、研磨。分料器在涡动破碎腔里的上部圆柱段。物料通过给料口进入涡动破碎腔，在叶轮作用下高速旋转。有的物料驻留在破碎腔里，形成物料衬层，使物料只能够相互碰撞、研磨，从而保护涡动破碎腔衬板。3. 给料口 给料口装置是一个倒立的漏斗状的装置，给料口有耐磨环，物料由此进入涡动破碎腔。4. 叶轮 叶轮是立式冲击破碎机的最主要部件。安装在主轴装置的上端，是由特殊材料制作的一个圆柱形空心部件，用圆锥套和键联接在主轴上做高速旋转。其上有三个排料口，用来抛射出物料。在每个物料口前面还有冲击板保护，可以阻止物料在涡动破碎腔物料衬垫上弹跳。这种冲击板可以自由更换，使用经济、方便。5. 排料口 排料口主要是排出符合要求粒度的物料。6. 机架 机架是整个立式冲击破碎机的外壳，也就是破碎机的骨架，将各个部件联系在一起组成一个整体。同时起到支撑整个破碎机的重任。7. 主轴装置主轴装置是连接叶轮和电机的载体，安装在破碎机底座上，用来传递动力和扭矩，支撑叶轮旋转。主轴装置主要由主轴、轴承等组成。1-给料口；2-分料器；3-叶轮；4-涡动破碎腔；5-电动机；6-主轴装置；7-机架；8-排料口图1-1 立式冲击破碎机结构图 1.1.3 立式冲击破碎机工作原理如图1-2所示，物料由入料口进入立式冲击破碎机的给料口，在缓冲漏斗的导流作用下进入叶轮，叶轮高速旋转，物料在离心力的作用和分料锥的作用下被分配到不同的抛射通道内，在抛射通道内用很短的时间和很大的加速度下达到70M/S-100M/S的高速，向四周抛射出去，冲入到涡动破碎腔内，物料在涡动破碎腔内，与悬浮的物料和物料衬垫剧烈碰撞，达到破碎作用。同时有物料衬垫向上提升的作用，物料间相互摩擦、碰撞，形成多次破碎和研磨作用，使破碎效率更高。1-转子；2-叶轮；3-机架；4-反击板；5-空气循环装置；6-给料斗；7,8-给料筒图1-2立式冲击破碎机工作原理图1.2立式冲击破碎机参数1.2.1立式冲击破碎机的主要部件1.叶轮叶轮是立时冲击破碎机的主要部件之一，主要有两个参数：叶轮直径和转速。叶轮直径是一个重要的参数，实验结果指出：1） 在满足平衡条件要求的情况下，随着叶轮直径和高度的增加，物料的通过量增大，破碎机的处理能力增大；2） 随着叶轮直径的增加，破碎腔尺寸加大，人料粒度可以增大，破碎机产品中相同粒极含量增大，尤其适用于建材碎石用料；3） 随着叶轮尺寸的增大，叶轮质量加大，转动惯量增大，对给料不均匀性的适应能力增强，破碎过程中的冲击变载荷减小；4） 随着叶轮尺寸的增大，破碎机高度要增大，因而支撑轴承承受负荷的能力就要增大。叶轮速度应考虑以下几个因素：1） 叶轮转速越高破碎效果越好，但是要有一个极限；2） 叶轮转速与振动有关，振动是每个机械共有的问题，转速高对平衡的要求就高，平衡不好震动就剧烈；3） 转速与磨损有关，转速过高就会加剧部件磨损，影响使用寿命；4） 转速同物料的特性有着密切关系。2.反击板图1-3 反击板排列图反击板的主要作用是承受物料的冲击，并对物料反弹，对物料的破碎有着重要的影响作用。为了使飞出的物料碰撞反击板后有更好的破碎效果要对反击板进行排列布阵。如图1-3所示。采用这样的反击板排列方式，能使从叶轮中飞出的物料通过撞击反击板反弹回来之后，物料间在此进行相互碰撞，二次碰撞甚至会进行多次碰撞，从而使得破碎效果达到最好，破碎效率更高。第2章 立式冲击破碎机结构设计与计算2.1破碎机主要工作参数的选定2.1.1 冲击速度的确定立式冲击破碎机工作时冲击速度是一个非常重要的工作参数，直接决定了工作效率、生产能力和破碎比，选定恰当的冲击速度可以事半功倍。冲击速度v的求解由下列公式可得出： （式2-1）式中各符号性质、单位、查阅资料可得相关数据可得出下表所示结果：表2-1 冲击速度相关数据符号性质单位数据kv破碎机的冲击速度系数2.02E物料的弹性模数Pa100G物料密度kg /m33000物料抗压强度Pa320M将上述数据代入（式2-1）得：计算所得到的v约为97m/s，符合70m/s-100m/s的要求，因此所选冲击速度合适。2.1.2 确定冲击时间冲击时间是个不能用特定的公式计算出来的量，在物料不均衡的情况下冲击时间也变幻不定，根据大量数据显示冲击时间可由下面公式求出用作参考。冲击时间，计算公式如下： （式2-2）式中各符号性质、单位、查阅资料可得相关数据可得出下表所示结果：表2-2 冲击时间相关数据符号性质单位数据冲击时间系数2.73物料弹性模数Pa100G物料密度kg /m33000冲击速度m/s97物料球半径m0.03将上述数据代入（式2-2）可得：查阅相关研究显示，破碎时间应该在0.0002s以下，因此上述记过符合要求。2.2 电动机 电动机的功率主要决定了立式冲击破碎机的处理能力。在叶轮确定的状态下，叶轮的处理物料量与电动机功率成正比。电动机功率用下式确定： （式2-3）式中各符号性质、单位、查阅资料可得相关数据可得出下表所示结果：表2-3 电动机相关数据符号性质单位数据电动机功率42能耗1.4处理能力30代入（式2-3）得出结果：所以电动机功率为42kW。2.3 叶轮2.3.1叶轮直径决定叶轮直径有两个因素：处理能力和物料最大粒度。叶轮直径D（mm）确定公式为： （式2-4）表2-4 叶轮直径相关数据符号性质单位数据D叶轮直径mm500K系数20物料最大粒度mm352.3.2叶轮转速 叶轮转速决定了处理能力。计算叶轮转速公式如下： （式2-5）式中各符号性质、单位、查阅资料可得相关数据可得出下表所示结果：表2-5 叶轮转速相关数据符号性质单位数据叶轮切线速度m/s70D叶轮直径mm500n叶轮转速r/min26752.3.3叶轮流板道一般来说，叶轮流板道的安装有三种不同的方法：径向、前向和后向。流板道的安装角决定了物料在流板道出口处的速度。根据经验，如果是开式叶轮则宜采用径向流道板，如果是闭式叶轮则宜采用前向流道板。此次设计应用闭式叶轮前向流板道的方式。流板道安装角，叶轮出口处物料速度V，计算公式如下： （式2-6） （式2-7） （式2-8）式中各符号性质、单位、查阅资料可得相关数据可得出下表所示结果：表2-6 流板道相关数据符号性质单位数据转子线速度m/s70物料的径向速度m/s67.2叶轮半径m0.25分料锥半径mV出口处物料速度m/s128流板道安装角°30V为128m/s>97m/s,所以采用前向流板道安装符合要求，取流板道安装角为30°可以。本章节主要说明了破碎机的主要工作参数：冲击速度和冲击时间，电动机的功率计算，叶轮的参数和流板道的安装角等几个内容。第3章 V带设计立式冲击破碎机需要很大的传动功率，传动比要求比较小，所以应采用多V带结构实现传动效果。带传动可以实现传动平稳、更换方便的效果。大型机械一般都采用带传动，可以达到较好的传动效果。带传动的主要参数有四个：传动比i、中心距a、带轮基准直径、带速v。确定了这四个参数，带传动的设计结果就有了。3.1 传动比 3.1.1 传动比i的计算传动比的计算公式如下： （式3-1）表3-1 传动比相关数据符号性质单位数据电动机的转速r/min2970转子的转速r/min2675传动比1.113.2 带轮3.2.1 带轮有效直径、的计算与确定小带轮的有效直径为、大带轮的有效直径为，则： (式3-2）查阅资料14可知：，取，可得：，先选取中心距，则： （式3-3）假设，则：中心距 (式3-4）查阅资料14取，则：中心距的范围为：3.2.2 带轮包角、带数小带轮包角，计算公式如下： （式3-5）查阅资料14，取包角系数,带长修正系数,每条带的基本额定功率，功率增量。带数Z，计算公式如下： (式3-6）代入数据可得,所以取V带带数为12。本章节介绍了V带和带轮的参数设计。包括：传动比、带轮直径、带轮包角、V带数量等。 第4章 主轴装置设计4.1 主轴立式冲击破碎机主轴的设计，采用45号钢，调质处理。查阅相关资料，叶轮的质量，平衡精度等级，需用不平衡量： 惯性力F： 主轴弯矩M: 主轴扭矩： 主轴转矩： 计算轴的最小轴径d,计算公式如下： （式4-1）将上面的数据代入（式4-1）可得：此尺寸为主轴的最小直径，为了使主轴强度符合要求，应取实际的最小轴径。对主轴进行强度校核：，符合要求，所以主轴最小轴径为。4.2 轴承轴承的选用关乎此次设计的立式冲击破碎机使用寿命问题，轴承的寿命不仅决定立式冲击破碎机的寿命，还决定了破碎效率的问题，因此选择合适的轴承很关键。本次设计选择的轴承为圆柱滚子轴承N320E和深沟球轴承6320两种型号的轴承。通过相关的资料显示，立式冲击破碎机轴承预期寿命一般为。我们取为径向载荷系数，为轴向载荷系数，为径向载荷，为轴向载荷。所以轴承寿命符合要求。4.3 键在机械设计中键连接是常用的一种连接方法，此次设计也不例外，在主轴与带轮、叶轮的连接都选用普通平键连接。带轮的轮毂宽度，电动机主轴的轴径，通过查阅资料17，选取普通平键的尺寸：。对键进行校核： （式4-2）计算（式4-2）左边可见此次见得选用符合要求。本章节主要设计的是：主轴的参数、轴承和关键键的设计与强度校核。第5章 反击板与螺栓5.1 反击板 反击板是物料从叶轮飞出后撞击破碎的装置，对破碎效果的影响非常大，合适的安装反击板能够使破碎效果达到最好，此次设计选用的是前向式安装。反击板安装角的求解公式为： （式5-1）耐磨安装角的求解公式为： (式5-2）其中为叶轮线速度，为物料径向速度，为叶轮直径，为分料锥直径。通过计算得出：即反击板安装角为。5.2 螺栓螺栓连接是所机械设备中必不可少的，当然这次设计也不能例外，机架与机盖，叶轮与主轴等等都采用螺栓连接，这里主要对主轴同叶轮的连接做介绍、计算。连接方式为铰制孔连接。螺栓型号及尺寸在图纸上有所介绍，由于螺栓作为重要的连接件，连接着整个机器各部件，使它们形成整体，有着重要的作用。所以在这里我们要对螺栓进行强度校核，看其是否符合螺栓强度要求。所用计算公式有： （式5-3） （式5-4）对（式5-3）和（式5-4）进行分析得：有螺栓强度校核公式：我们可以得出螺栓最小直径符合螺栓强度要求。本章节主要介绍了反击板的安装和螺栓的强度校核。符合设计的要求。第六章 机架机架是整个机器的骨架，连接其所有的部件，使其融合为一个整体，进行各种作业。机架有不同的类型、材料及制造方式。每种不同的机架都各有自己的利弊，只有选出最合适的机架才能达到最好的效果。下面对我所设计的机架做简单的介绍：6.1 机架的类型机架的类型有很多，分类方式不同，机架有多种不同的结构。结构形状不同的机架分为：1. 梁式机架这种机架含有梁或柱的结构，一般用作机床机架较多。2. 框架机架这种机架为框架式结构，多用于汽车、锻压机机架。3. 板式机架这种机架有平板式结构，如切削机床的工作台等。4. 箱壳式机架这种机架有是箱壳式机构，一般用作发动机、箱体、泵体及减速机机架，是密封式结构。材料和制造方法不同又分为两种机架：1. 金属机架金属机架又有焊接和铸造两种形态的机架。2. 非金属机架非金属机架大致有三种形式：塑料、花岗岩、水泥混凝土。此次设计，由于是立式冲击破碎机，根据查阅的各种资料显示：选用焊接和组合结合的箱体开框式机架。机架材料选用型号为的型钢，热轧制造并正火处理。6.2 机架结构机架的结构设计很重要，是整个机架设计的最重要的过程，机架的结构设计主要有机架的精度、强度、刚度、工艺等方面的设计，要综合考虑各方面的因素，选用最优化的设计。刚度是评价机架的主要标准，机器运转过程中会出现震动等不稳定的不可避免的因素，对于这些不可避免的因素只有通过提高和优化机架的静刚度来实现，控制好固有频率，因此要选用优化的形状和尺寸，进行准确的布局，提高机架的刚度，达到最优化的设计。在工艺方面，要选用合理的焊接方法和加工工艺，对精加工和粗加工做到合理的分配，焊接要注意应力的分布情况，做到焊接后应力最小。此次设计采用长方形焊接端面，并采用Y形坡口对接焊的反变形方法来防止和消除焊接时产生的变形。 结论此次设计的是立式冲击破碎机的的结构，从各个方面及部件对破碎机进行设计，总体符合破碎要求。通过本次设计，我掌握了毕业设计的相关过程和具体的工作，提高了自己对机械的了解，深入认识机械行业，达到了毕业设计的目的。对以后我所从事的行业有了基础了解和认识，提高了自己的专业水平，对专业知识的应用上升了一个高度。学会了机械设计的方案和分析过程。首先，通过本次设计我知道了图纸对机械行业的重要性，图纸的严谨程度决定了你所设计的产品的功能，一个微小的错误可能导致你的设计毁于一旦。通过对图形的绘制，熟练的掌握了各种绘图方法和绘图工具的使用，提高自己的看图能力和动手绘图的能力。其次，通过参观实习，对目前我过的机械行业发展水平有所了解，看到了我们与世界的差距，知道了我需要努力的方向。特别是破碎行业的现状与发展前景，我应该尽一份微薄之力，用自己所学的知识回报社会。本次设计已经完成，但是破碎物料硬度有限，达不到高硬度物料的要求。有些部件也不能达到高标准的要求。我会继续改善，尽自己最大的努力，完善我的设计。总的来说，本次设计还是成功的，对我以后的工作做下了铺垫，让我在工作中更轻松自如。谢 辞本次设计特别要感谢季晔老师，他不辞辛劳带我们参观了解机械行业，还给我们讲解机械行业的相关知识，让我对自己所设计的东西有更加全面的认识。在设计过程中，季老师无私的给于我帮助，对我的设计进行修改指导，是我的设计更加完善、合理，指出设计和说明书中的错误，并指导我加以改正。在此由衷的感谢季老师在设计过程中给于的帮助。另外，在此次设计中，还得到了同组同学谭伟、农观兴等的帮助，在此表示感谢。参考文献1濮良贵,纪名刚.机械设计.北京: 高等教育出版社,20062张云杰.Solidworks2012从入门到精通.北京: 电子工业出版社,20123郑建荣.虚拟样机技术入门与提高.北京: 机械工业出版社,20024冯辛安.机械制造装备设计.北京: 机械工业出版社,20025刘建寿. 水泥生产粉碎过程设备.武汉: 武汉理工大学出版社,20056孙恒,陈作模,葛文杰.机械原理.北京: 高等教育出版社,20067王昆,何小柏,汪信远.机械设计、机械设计基础课程设计.北京: 高等教育出版社,19958孙小捞,杨德芹.AutoCAD2007中文版基础教程.北京: 高等教育出版社,20119濮良贵,陈国定,吴立言.机械设计.北京: 高等教育出版社,201310何铭新,钱可强,徐祖茂.机械制图.北京: 高等教育出版社,201011宿坤根,冯艳,陈慧.立式粉碎机与其它粉碎机的差异和应用前景J.中国饲料,199812郎宝贤,郎世平.国内外破碎机的差距与发展趋势.矿山机械,200413王伯平.互换性与测量技术基础.北京: 机械工业出版社,200814成大先.机械设计手册（机械传动）S.北京: 化学工业出版社,200415吴建明.国内外粉碎工程进展J.中国有色设备学报.2001, 11(曾刊1): 110-12316郎宝贤,郎世平.破碎机J.北京: 冶金工业出版社,2008, 11(7): 62-6517秦大同,谢里阳.现代机械设计手册.北京: 化学工业出版社,2013