机械原理课程设计颚式破碎机云南农业大.doc

工程技术学院
课程设计

题 目： 颚式破碎机的机构综合与执行机构设计

目录
一、 设计题目
二、 设计数据与要求
三、 设计提示
四、 设计任务
五、 设计感言
六、 参考文献

一、设计题目
颚式破碎机是一种利用颚板往复摆动压碎石料的设备。工作时，大块石料从上面的进料口进入，而被破碎的小粒石料从下面的出料口排出。
图1为一简摆式颚式破碎机的结构示意图。当与带轮固联的曲柄1绕轴心O连续回转时，在构件2、3、4的推动下，动颚板5绕固定点F往复摆动，与固定颚板6一起，将矿石压碎。设计颚式破碎机的执行机构和传动系统。

图1 简摆式颚式破碎机

一、 设计数据与要求
颚式破碎机设计数据如表1所示。
表1 颚式破碎机设计数据

分组号
进料口尺寸
（mm）
颚板有效工作长度
（mm）
最大进料粒度
（mm）
出料口调整范围
（mm）
最大挤压压强
（Mpa）
曲柄转速
（rpm）
1
120×200
200
100
10～30
200
300
2
150×250
250
120
10～40
210
270
3
200×250
300
150
20～40
220
250
4
250×300
350
200
20～50
230
200
5
250×300
350
200
20～50
225
220

三、设计提示
动颚板长度取为其工作长度的1.2倍.

四、 设计任务
1. 针对图1和表1所示的颚式破碎机的执行机构方案，依据设计数据和设计要求，绘制机构运动简图，并分析组成机构的基本杆组；
（1） 因为动颚板长度取为其工作长度的1.2倍，动颚板的有效工作长度为200mm，所以动颚板长度200×1.2mm=240mm，CF=240mm，CB=84mm，BD=60mm，DE=84mm，AB’=240,OA=18mm，AD=AB=242mm
当OAB’在同一条直线上且曲柄转过一周即在360°时，根据各杆件尺寸定出各转动副的位置，选定比例1:1，画出各运动副和表示各杆件的线段，在原动件上标出表示运动方向的箭头，即可得出机构运动简图。
（2） 分析组成机构的基本杆组
对于该机构，其自由度F=3n﹣2PL﹣PH,F=3×5－2×7=1.以曲柄为原动件，对机构进行机构分析，从远离原动件开始拆杆组，基本杆组中运动副全为低副，则符合3n﹣2PL=0.将原动件1和机架6与其余杆件拆开，剩下的杆件所组成的杆组的自由度为0.从远离原动件的一端拆下构件5和构件4为一个Ⅱ级杆组，再拆下构件2和构件3为一个Ⅱ级杆组，最后剩下原动件1和机架6，由于拆出的最高级别的杆组为Ⅱ级杆组，所以该机构为Ⅱ级机构。机构运动简图和基本杆组图见图纸。
2. 假设曲柄等速转动，对机构进行运动分析，并画出颚板的角位移和角速度的变化规律曲线图；
（1） 对机构记性运动分析
已知曲柄转速n=300r/min=5r/s，曲柄的角速度w1=2πn=2π×5r/s=31.4rad/s，所以A点的速度v=OA×w1=18×10﹣³×31.4m/s= 0.565m/s。方向垂直于曲柄。又因为曲柄等速转动，所以A点的加速度大小和方向都等于它的法向加速度，aA=OA×w1²=17.75m/s²。
对于连杆2的角速度w2和角加速度α2及B点和D点的速度vB，vD和角加速度vB，vD和加速度aB，aD，杆件3，杆件4和杆件5的角速度w3，w4,w5和角加速度α3，α4，α5及C点的速度，vc和加速度ac,运用矢量方程图解法来计算。
由运动合成原理可知，D点的速度：
VD = VA + VDA
大小： ? √ ?
方向： ⊥ DE ⊥OA ⊥DA
选取速度比例尺 υv=0.01(m/s)/mm，由p点开始画出速度多边形，由速度多边形得
VD =υv×pd=0.01×35＝0.35m/s
VDA=υv×da=0.01×58＝0.58m/s
VDA ＝W2×DA
W2= VDA/DA=0.58÷0.242=2.40rad/s
B点的速度
VB = VD + VBD= VA + VAB
大小： ? √ √ √ ？
方向 ？ ⊥DE ⊥BD ⊥OA ⊥AB
由速度得
VB = υv×pb=0.25m/s
VBA =58×0.01=0.58m/s
C点的速度
VC = VB + VCB
大小： ? √ √
方向： ⊥CF √ ⊥CB
由速度多边形得
VCB=υv×cb=0.11×16=0.16m/s
VCB= CB×W4
W4= VCB/CB=0.16÷0.084=1.9rad/s
VC =υv×pc=0.01×29=0.29m/s
VC = W5×CF
W5=VC/CF=0.29÷0.24=1.21rad/s
D点的加速度
aD= aA+ a nDA +atDA=aE+ a nDE+atDE
大小： ? √ √ ? √ √ ?
方向： ? A→O D→A ⊥DA √ D→E ⊥DE
aD=DA×W2×W2=0.242×2.4×2.4=1.39m/ s²
aD=DE×W3×W3=0.084×4.17×4.17=1.46 m/ s²

选取加速度比例尺 υa=0.1(m/s)/mm ，由p’开始画出加速度多边形，由加速度多边形得
aD=υa×p'd'=0.1×158=15.8m/s²
21×0.1=2.1 m/s²
aTDA= =m/s²
a2=aTDA/DA=1.57÷0.242=6.5rad/s²
aTDE=υa×d'e'=0.1×159=15.9 m/s²
α3=aTDE/DE=15.9÷0.084=189.3rad/s²
B点的加速度
aB= aA+ a nBA +atBA=aD+ a nBD+atBD
大小： ? √ √ ? √ √ ?
方向： ? A→D B→A ⊥BA √ B→D ⊥BD
由加速度多边形得
aB=υa×p'b'=0.1×158=15.8m/s²
C点的加速度：
a nC+atC=aB+ a nCB+atCB
大小： √ ? √ √ ?
方向： C→F ⊥CF √ C→B ⊥CB
aC =υa×p'c'=0.1×101=10.1m/s²
atC= =10m/s²
atC =α5×CF
则α5= atC /CF=10÷0.240=41.7 rad/s²
atCB=υa×c'b'=0.1×135=13.5 m/s²
α4= atCB / CB =13.5÷0.084=160.7 rad/s²
（2） 画出颚板角位移和角速度的变化规律曲线；
3.
在颚板挤压石料过程中，假设挤压压强由零到最大线性增加，并设石料对颚板的压强均匀分布在颚板有效工作面上，对机构进行动态静力分析，分析曲柄所需的驱动力矩；（注：不考虑各处摩擦、构件重力和惯性力）；
（1) 颚板挤压石料过程中，挤压压强由零到最大线性增加，并且石料对颚板的压强均匀分布在颚板有效工作面桑，当曲柄转动到连杆2延长线上时，颚板受到的挤压压强最大，以此处为曲柄绕图中转动的七点。
设曲柄转过的角度为θ，颚板受到的挤压压力为F，挤压压强为P，颚板有效工作面面积s，设曲柄转过的角度为θ与颚板挤压压强P的关系为P=yθ＋x，当θ=0°时，P=0MPa，所以x=0，θ=180°时，P=200MPa，y=1.11，所以P=1.11θ。当θ=360°时，P=0MPa，当θ=180°时，P=200MPa。所以x=400，y=-1.11，P=-1.11θ+400因此该关系有两个方程，即
P=1.11θ（0°≤θ≤180°）
P=-1.11θ+400（180°≤θ≤360°）
曲柄转过的角度为θ与颚板挤压压强P的关系图另附在图纸上。所以颚板挤压压力F=P×S=200×200mm²×200MPs=8KN，此时θ=30°，P=33.3MPa。
（2） 对机构进行静力分析
由于不考虑各处摩擦、构件重力个惯性力，所以只需对机构进行静力分析。按静定条件讲机构取分离体，首先取构件5为研究对象，它受到固定铰链给它的反作用力FR n65 ，FR n65 ，构件4给它的反作用力FR n45 ，FR n45 ，和石料对它的挤压力F，因为石料对颚板的压强均匀分布在颚板有效工作面上，所以挤压力F取在颚板有效工作面中点初，并且垂直颚板，受力分析见图纸。分别对C点和F点去矩：
M(c)=0 F×0.1= FR n65×0.24 FR n65=KN
M(c)=0 F×0.14= FR n45×0.24 FR n45= KN

CB杆件为二力杆件，受力见图纸，受到杆件5和杆件2的反作用力，在C点处已知各分力和合力的方向和一个分力的大小，用力多边形解出其他力。选取力比例尺 ，根据已知条件画出力多边形，见图纸。由力多边形得
F×54×= FR n65×198++×76×
FR n45=2. 9×KN
FR n65=2. 9×KN
FR n54= =5.5×
再分别对二力杆DE受力，OA杆受力，受力见图析。在杆2上，受到FR12 ，FR32 ，FR42 ，已知各力的方向和FR54 和 FR42 ，对杆2进行力多边形分析，见图纸。：
FR42= FR24 =5.5×KN
5.5×KN×64×=×228× 得
=1.5×KN
曲柄所需的驱动力矩为
M=1.5××18×KN*M=27.8 KN*M
五、 设计感言
在为期两个星期的时间里，我翻阅了《机械设计》、《机械设计课程设计》等书，反复计算，设计方案，绘制草图，当然，在这期间还是得到周围同学的细心提点与耐心指导。
一个人在两个星期内完成这次设计不可谓不艰辛，然而，我却从这两个星期内学到了许多大一、大二都没来得及好好学的关键内容，而且在实践中运用，更是令我印象深刻，深切体会到机械这门课程并非以前所想象的那样纸上谈兵。所有理论、公式都是为实践操作而诞生的。
庆幸自己终于认真独立地做了一次全面的机械设计，真的，从中学到了很多很容易被忽视的问题、知识点，甚至还培养了自己的耐心细心用心的性格。一页页复习课本，一次次计算数据，一遍遍修改草图，一遍遍打印装配图，这些都是我从来未曾独立做过的。确定破碎机传动方案迫使我复习理论力学，选择联轴器又费了番功夫，我想，这对于毕业设计肯定有莫大的帮着。
六、 参考文献：
[1].机械设计第八版。西北工业大学机械原理及机械零件教研室 编
[2].机械原理第七版。西北工业大学机械原理及机械零件教研室 编著
[3].理论力学第七版。哈尔滨工业大学理论力学教研室 编
[4].材料力学第五版。刘鸿文主编
[5].机械设计手册。成大先主编
[6].颚式破碎机。廖汉元等编著
[7].破碎与筛分机械手册。唐敬麟主编

指导老师签字：