立轴冲击式同步破碎机传动系统设计.doc

毕业设计方案 毕业设计方案题 目 立轴冲击式同步破碎机 传动系统设计 学 院 机械工程学院 专 业 机械工程及自动化 班 级 机自0711 学 生 王晓妹 学 号 20070405129 指导教师 赵方 二一 一 年 五 月 三十 日 - 1 -济南大学济南大学毕业设计- 1 -济南大学毕业设计1 前言1.1课题的研究背景和意义近几年来，随着我国工程建设的不断发展，国家对公路、铁路、桥梁的基建投入日渐增多，亟需大量的砂石，带动了机制砂市场特别是制砂设备的快速发展。目前市场上存在的制砂设备主要有颚式破碎机、圆锥破碎机、冲击式破碎机、反击式破碎机等。其中，立轴式破碎机具有结构简单、重量轻便、运转平稳、耗能少、维修方便、出料粒度满足一定要求等优点，一直是制砂市场的热点，被广泛用于建材、煤炭、食品、化工的部门。立轴式破碎机实际上可分为立轴锤式、立轴反击式、立轴复合式、立轴冲击式 。本设计将研究立轴冲击式破碎机。1.2国内外冲击式破碎机的发展现状由于冲击式破碎机的适用范围在很大程度上受到磨损缺陷的限制，为解决这种客观存在的磨损缺陷，必须解决转子高速运转带来的强磨损现象，人们开始设想，是否可以降低转子速度的同时仍能获得较高能量，近年来，国外研究出一种新形式的立轴冲击式同步破碎机，这种同步破碎机工作时，在电机的带动下，转子以较低的转速旋转，物料在机内腔经转子击碎立即被飞速旋转到破碎腔与冲击板相互飞速碰撞，获得高转速的能量，达到粉碎物料的效果，形成了细小的石料颗粒。与现有的立轴冲击式破碎机相比，立轴冲击式同步破碎机具有以下优点：破碎效果更好；破碎粒度可控又可调；低转速获得高转速的能量，节能效果更显著，同时减少了材料的磨损；粉尘更少。因此，立轴冲击式同步破碎机更具有研究价值。1.2立轴冲击式同步破碎机的工作原理立轴冲击式同步破碎机主要由转子、电动机、传动系统和机架等部分组成（如图1.2.1所示）。电动机呈垂直布置，由电动机支架支承，通过三角胶带驱动主机的主轴，做固定方向旋转。主机部分包括机盖、筒体、主轴和底座等部件。在空气中一次破碎的碎片撞击金属板时明显地产生二次破碎，一次破碎的碎片具有的动能占全部破碎能量的45%。如能充分利用二次破碎能量，则可提高破碎效率。而立轴冲击式同步破碎机是利用冲击原理来进行碎矿的设备。工作时，该转子以极高的转速通过离心力将物料沿水平方向喷射到破碎腔内的冲击平面上。矿料经给料器落入矿料分配器，该分配器在导向叶轮之间将物料平均分配。叶轮将物料抛射到固定在破碎腔周围被称作砧铁的金属面上。每一块砧铁是固定的。其角度和距离是根据特殊用途设定的以便取得最大的破碎率。立轴冲击式同步破碎机就是再充分利用二次破碎的基础上达到提高破碎效率的目的，这就是立轴冲击式同步破碎机的基本工作原理。图1.2.1 立轴冲击式破碎机结构1破碎机；2.电机；3.机架；4.溢料装置；5.进料装置；6.转子7.主轴1.3本设计的主要内容立轴冲击式同步破碎机的结构分析；双驱动系统设计、出料装置等主要零部件的设计与计算。其中包括电机功率的计算，带传动的设计计算，液压缸的设计计算等。设计要求必须达到结构合理、运转平稳；能量消耗小、润滑可靠；安装和维修方便等优点。表1.5最大入料（mm）功率（KW）叶轮转速（r/min）处理量（t/h）60264-320850-1450160-3002立轴冲击式同步破碎机的方案设计2.1方案的比较选择2.1.1传动方案的选择通过机械设计课程的学习，我们了解到了机械的传动主要是有带传动、链传动、齿轮传动和蜗轮传动。方案一：选择链传动方式，链传动属于挠性传动，主要由链条和链轮组成。通过链轮轮齿与链条链节的啮合来传递运动和动力。与带传动相比，它的优点在于无弹性滑动和打滑的现象，能够保持准确的传动比，传动的效率比较高，同时又因为链条不像皮带那样张的很紧，所以作用在轴上的径向力较小，在相同的使用条件下，它的结构更为紧凑，并且能够在高温和速度低的情况下工作。与齿轮传动相比较，链传动的制造和安装精度都很低。成本低，缺点是在两根轴之间只能够同向转动，运转的时候不能保持恒定的瞬时传动比，磨损后容易发生跳齿，工作时候噪音也比较大，不宜在载荷变化较大和急速反向的传动中使用。并且它传递的功率一般均在100kw以下，速度均不超过15m/s。而在本设计中，立轴冲击式同步破碎机所需的工作条件要求，链传动并不能尽可能的满足，因此链传动方案是不可取的。方案二： 选择带传动方式，带传动是由固定于主动轴上的带轮（主动轮）、固定于从动轴上带轮（从动轮）和紧套在两轮上的传动带共同组成的。其利用张紧在带轮上的带，借助摩擦和啮合，在两根轴间传递运动或动力。主要优点在于结构比较简单，传动平稳，造价低廉以及缓冲吸振等特点，在现代的机械中被广泛使用。在带传动中，主要有平带传动、V带传动，多楔带传动和同步带传动。此次设计主要是选用V带，而V带的横截面是一个等腰梯形，在带轮上有相应的轮槽。传动的时候，它只与轮槽的两个侧面相接触，即以两个侧面为工作面。根据槽面摩擦的原理，在同样的张紧力下，V带传动与平带传动相比，能够产生更大的摩擦力，这是V带传动性能上最主要的优点。综合上述讨论，带传动方案比较适合本设计。因此，本设计传动方式采用带传动。2.1.2驱动方式的选择方案一：单电机驱动，对于立轴冲击式同步破碎机而言，选择单电机会在很大程度上减少机体体积，节约成本。但单电机驱动功率很大，电机占用体积增加，这便增加了生产成本。同时，由于轴的载荷很大，而轴的载荷却是单向输出，这就势必会造成载荷分配不平衡的问题。因此，采用单电机驱动必须配备卸荷装置，这又引发另一种成本的投入，有得又有失。方案二：双电机驱动，对于立轴冲击式同步破碎机而言，采用双电机驱动 会带来两电机功率和转速的同步分配等问题，但双电机驱动的好处在于单电机功率减少，机体重量减少，体积也减少，且转子主轴受力平衡，这使得电机功率得到充分发挥，从而提高机械设备的工作效率。综合各方面考虑，本方案采用双电机驱动。2.2总体设计方案（1）采用双电机驱动方式。（2）采用带传动，带的类型为D型V带。（3）带轮采用轮辐式。（4）考虑到电机安放情况，机架构造采用对称分布。3. 主要零部件的结构设计与校核计算3.1电机结构设计及选择3.1.1电机的工作环境由于立轴冲击式同步破碎机打击板的适宜工作速度为30-50m/s，物料的破碎在一定程度上是依靠打击板积蓄动能来实现的，同时由于喂料不太均匀，从而导致整套设备处于长期高速旋转，并且受到较大的冲击和振动。由于转子具有的质量较大，故启动力矩较大。一般情况下，作业现场的粉尘也较大，因此工作条件较为恶劣。3.1.2电机的种类根据前述工况条件，再考虑到整机的价格以及维修等多方面的因素，应考虑选用额三相异步电动机。根据立轴冲击式同步破碎机的结构特征，一般情况下应优先选用立式电动机。但这恰恰又与目前工程实践中广泛采用到的卧式电动机相矛盾，造成此种现象的原因在于，立式电机本身的价格较高，而造成厂家又刻意追求低成本，同时厂家出于多种原因，也希望低价格买到可以满足生产需要的设备，其结果是有意或无意地没有考虑土建安装和维修成本。综合考虑各种成本应优先选用立式电机。3.1.3电机功率及型号的选择工作载荷的确定已知转子转速n=1000r/min，转子半径r=500mm，石灰石密度,最大入料直径r=60 mm。可知：转子边缘的径向速度=52.36(m/s)喂料块的平均质量(kg)在推导公式时，假设立轴冲击式同步破碎机满负荷工作。立轴冲击式同步破碎机转子对物料的冲击力为 （1）式中m-喂料块的平均质量，kg受冲击后料块的速度，m/st转子对物料的平均冲击时间，s由碰撞理论 （2）由上述式得=70.69(m/s)式中-物料弹性恢复系数，=0-1从相关手册中查取v转子外侧圆周速度，m/sr喂料块半径，m将式（2）代入（1）得=807(N) （3）由于立轴冲击式同步破碎机采用边缘进料方式喂料，因而物料在整个转子上的分布是不均匀的。对于第一级转子，物料转子的作用力为 （4）式中载荷系数，=1.0-3.0喂料量的大小、均匀程度、打击板的数目及布置方式、物料性质及几何形状等都影响到载荷系数的选取。当立轴冲击式同步破碎机安装在破碎机之后破碎中等硬度的石灰石时，推荐=1.5；当用来破碎水泥熟料时，推荐=2.5。立式破碎机的第二级转子主要用于细破，因而其所受物料的作用力可近似取为第一级转子的1/5。则物料对转子的作用力矩为 （5）式中物料对打击板作用力分布中心所在的直径，计算时近似取打击板中心所在的直径，m在该机的工业服役现场发现在挡圈与打击板底部之间存在着一定数量的物料，因而考虑到摩擦力的影响，用摩擦力影响系数对上式进行修正 （6）式中，当挡圈较宽时取较大的值。电机功率的确定 立轴冲击式同步破碎机计算功率为=317(kw) (7)式中n立轴冲击式同步破碎机转子转速，r/min 立轴冲击式同步破碎机传动系统效率，为三角带传动效率，为支撑轴承工作效率，=0.97。考虑到实际情况与推导公式时的差异，用系数对式（7）进行修正，则电机的负载功率为=317（kw ） (8)由于采用双电机驱动，每个电机近似取160kw，且要满足转速1000r/min，综合上述计算，查机械设计手册，选取三相异步电机型号选择为YBF2-355S-13.2带传动的设计与计算3.2.1带传动的计算确定点击功率由机械设计第八版表8-7查得工作情况系数，故=1.3160=208(kw)选择V带的带型根据、由机械设计第八版图8-11选用D型。确定带轮的基准直径。由机械设计第八版表8-6和表8-8，初选带轮mm验算带速v。按机械设计第八版式（8-13）验算带的速度 m/s =3.146301000/(601000)=22.242(kw)因为5m/sv30m/s,故带速合适。确定V带的中心距a和基准长度根据机械设计第八版式（8-20），初定中心距 mm由机械设计第八版式（8-22）计算带所需的基准长度(mm)由机械设计第八版表8-2选带的基准长度 (mm)按机械设计第八版式（8-23）计算中心距a。(mm)计算带的根数z计算单根带的根V带的额定功率。由d=630mm和n=1000r/m，查机械设计第八版表8-4a得kw。根据n=1000r/min，i=1和D型带,查机械设计第八版表8-4b得 kw。查机械设计第八版表8-5得，机械设计第八版表8-2得，于是(kw)计算V带的根数z。(根)取7根。3.2.2带传动的结构设计3.3液压缸的选择3.3.1液压缸计算已知电机质量m=800kg，导轨质量m=600kg，液压缸需克服的摩擦力为F=umg=1.31400=1.82（N）导轨表面积 A=0.21.8=0.36（）液压缸承受的压力 P=FA=25(MPa)当液压缸的理论作用力F(包括推力和拉力)及供油压力P为已知时，则缸筒内径D为：=0.068 (m)式中p 供油压力， MPa、分别为液压缸的理论推力和拉力，单位N查机械设计手册第3版表20-6-9得D=0.063m外径(m)导杆直径d=(1/3-1/5)D，取d=0.02(m)缸筒壁厚为：因为0.08，所以薄壁缸筒的实用计算式： =9.440.068(2122) =0.03 (m) 取(m)式中 为缸筒材料强度要求的最小值，m 为缸筒外径公差余量，m 腐蚀余量，m 缸筒内最高工作压力，MPa缸筒底部为平面，其厚度可以按照四周签注的圆盘强度公式进行近似的计算： (m)取 (m)式中筒底厚，mp筒内最大工作压力，MPa筒底材料许可应力，MPa综合考虑液压缸工作条件，确定液压缸最大行程为250mm 根据以上计算，选择液压缸型号为A型4.主要零件的结构设计4.1卸料装置的结构设计由于卸料装置由带轮机箱和卸料腔共同组成，在设计时，需注意留有一定的带轮腔，使带轮免受石料和粉尘的干扰。具体结构如下：图4.1卸料装置结构4.2轴套的结构设计这里的轴套是用来连接轴和带轮的零件。由于带轮比轴的尺寸要大的多，若单靠键连接需对键的强度要求很高，同时对轴的材料要求也增强，提高了成本。采用下面的轴套结构，便会增加螺栓连接，在避免了上述问题的同时，也进一步加强连接的可靠性。具体设计结构如下：图4.2轴套结构4.3导轨的结构设计这里的导轨是用作电动机滑移使用的，导轨的尺寸设计需结合电动机机箱的尺寸来设计，由于导轨要承担电机和机箱的重量，需考虑焊接机架所承担的强度和刚度问题。查机械设计手册第3版表28.1-13选择钢板厚度d=10mm,具体结构设计如下：图4.3导轨结构4.4支架结构设计这里的支架作用是作为整体的支撑，支架的大小须在节约成本的基础上能够承担所有的零部件，这就必须首先确定各主要零件的尺寸，在统筹安排零件的位置之后才可以确定。综合以上考虑，支架设计结构如下：图4.4支架结构5 结 论通过本次设计，首先我了解了国内外立轴式同步破碎机的发展现状，这使得我对本课题的设计过程充满好奇与向往。在这个基础上，我明确了我的设计任务，破碎功能结构分析，双驱动系统设计，出料装置等主要零部件的设计与计算。之后通过去工厂实地考察更深入地了解类似机器工作原理。到学校图书馆、期刊阅览室、超星图书浏览等各种方法了解国内外粉体机械的最新发展及目前比较通用的破碎机作为参考。通过对目前国内外市场的调查，认识到同类产品的优缺点。为自己对此粉体破碎设备的实际做好准备。当我对立轴冲击式同步破碎机有了足够深入的了解时，我开始计算机器的各项参数以及破碎物料所需要的力与传动机构工艺流程。其中包括：工作载荷的确定，电动机功率的选择，传动皮带的选择，卸料装置的结构设计等等，这当中的艰辛不言而喻。接下来，我开始全力以赴设计立轴冲击式同步破碎机相关内部结构，大到框架，小到螺栓，一一详细的画。从整体到局部，反复推敲，反复修改和改进，使本设计方案不断完善。同时，从绘制总装图到零件图，边计算，边改进，边画图，分析各种零部件的各种关系，充分协调整体与布局的关系，反反复复的认真比较之后，本次设计才得到最终完成。在设计零部件的过程中，许多的零件均采用了标准零件，如其中的螺栓、电机等。主要零部件则是根据立轴冲击式同步破碎机工作的要求来设计。在设计制图的过程中，制图的线形等则主要是根据国家制图标准来进行设计的。本次设计充分调动了我们的主观能动性，使得我与同组成员积极配合，并积极的与导师探讨各种问题。而我在整个设计过程当中更是投入了极大的热情。 由于本次设计的时间比较短，工作量比较大。必须掌握设计要领以及各方面的实践经验，才会使自己的设计更加合理，经济，先进，实用。这使得我深深认识到，自己还需要很长一段时间的磨练。而且，由于本人知识水平和实践经验有限，设计中的缺点，错误难免，请各位老师以及各位同学批评指正。1. 基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究2. 基于单片机的嵌入式Web服务器的研究 3. 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