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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文翻譯
題目 復(fù)擺腭式破碎機(jī)設(shè)計(jì)
專 業(yè) 名 稱 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 078105223
學(xué) 生 姓 名 歐陽鑫
指 導(dǎo) 教 師 熊麗娟
二O一一年 六 月
南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文
多個(gè)圓盤濕制動(dòng)器在潤滑的環(huán)境下
的設(shè)計(jì)方法的研究
秦大同 孫東葉
( 重慶大學(xué) 機(jī)械傳動(dòng)國家中心實(shí)驗(yàn)室，中國重慶 400044 )
摘要:在摩擦副之間發(fā)生的機(jī)械熱現(xiàn)象極大地改變多個(gè)濕制動(dòng)器圓盤的襯套壓力和摩擦表面溫度的分配。 它已經(jīng)成為制動(dòng)失敗的主要因素之一。 為了了解這些機(jī)械熱現(xiàn)象, 很多設(shè)計(jì)和對(duì)機(jī)械熱現(xiàn)象有很大影響的物質(zhì)因素，例如熱轉(zhuǎn)移系數(shù)，摩擦因素, 滑動(dòng)速度, 最初的襯套壓力等等都應(yīng)分析。等溫的設(shè)計(jì)方法是計(jì)劃設(shè)計(jì)一個(gè)多個(gè)濕制動(dòng)器圓盤
關(guān)鍵字: 濕制動(dòng)器 機(jī)械熱現(xiàn)象 熱轉(zhuǎn)移系數(shù) 摩擦因素
0 介紹
多個(gè)濕制動(dòng)器圓盤主要地有摩擦副, 一個(gè)反對(duì)板塊和一個(gè)活塞。每一個(gè)摩擦副包括一個(gè)摩擦片和一個(gè)鋼片。摩擦片是圓盤中在摩擦材料的兩邊排成一行的金屬軸。正常濕制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖 1 多個(gè)圓盤濕制動(dòng)器
機(jī)械熱現(xiàn)象由非均勻的 墊片熱變形所引起的。因?yàn)樵趶较虻臒岚l(fā)散，熱轉(zhuǎn)移系數(shù)和摩擦因素的分布不均勻, 所以在濕制動(dòng)的嚙合期間摩擦表面溫度將會(huì)以不同的比率增加。 在較高溫度的分布區(qū)中，比較大的墊片熱變形將會(huì)見到。 即使最初的熱發(fā)散是均勻分布的。由于熱移動(dòng)系數(shù)和摩擦因素效果的變化，變形將變的不均勻。 在變形較高的局部區(qū)域，必然產(chǎn)生較大的壓力。 依次，由于在這些區(qū)域的熱膨脹，從而引起較高的溫度上升和促進(jìn)局部壓力的增加。 這個(gè)過程叫做 機(jī)械熱現(xiàn)象。 這個(gè)現(xiàn)象將會(huì)導(dǎo)致實(shí)連接區(qū)域的減少, 表面溫度和摩擦片損壞率的增加。機(jī)械熱現(xiàn)象主要是由于濕制動(dòng)的失敗而造成的。
通過將摩擦襯套的壓力分布的最佳化來減少機(jī)械熱現(xiàn)象的效果。 基于有限的元素分析, 等溫的設(shè)計(jì)方法是計(jì)劃設(shè)計(jì)一個(gè)多個(gè)濕制動(dòng)器圓盤。
1 機(jī)械熱現(xiàn)象的影響因素
1.1 摩擦因素的影響
摩擦片和鋼板之間的動(dòng)摩擦因素在機(jī)械熱現(xiàn)象 上是影響因素之一。 當(dāng)滑動(dòng)速度 v和襯套壓力 p 是常數(shù)的時(shí)候，熱發(fā)散 q 可能隨著摩擦因素 f的改變而不同。 因此 , 一個(gè)非均勻的熱墊片將會(huì)產(chǎn)生變形。
根據(jù)他們的構(gòu)成，用于濕制動(dòng)器的摩擦材料分為多個(gè)類型, 例如sintered青銅-, 石墨- 和以紙為基礎(chǔ)的材料。材料的改變?cè)趪Ш掀陂g能極大的影響平均動(dòng)摩擦因素。 即使相同類型的摩擦材料, 隨著摩擦表面溫度 t , 滑動(dòng)速度v 和襯套壓力 p的改變，平均動(dòng)摩擦因素 f 將會(huì)極大的不同。
以紙為基礎(chǔ)的摩擦材料在于研究紙。" 紙 " 以它的高動(dòng)摩擦因素和極低的靜態(tài)的/動(dòng)態(tài)的系數(shù)比而聞名。 這個(gè)特征使得以紙為基礎(chǔ)的摩擦材料在制動(dòng)期間非常的平滑和安靜。
為了獲得隨著溫度 t變化的摩擦因素, 速度v 和壓力 p 的規(guī)律性, 以紙為基礎(chǔ)的摩擦材料的正交實(shí)驗(yàn)完成的是一個(gè) LBA0049 慣性力。
在這實(shí)驗(yàn)中，摩擦因素被定義為客觀的數(shù)值。 像溫度 t, 速度 v 和壓力 p 這樣的叁數(shù),以一個(gè)多線形的衰退方法被分析。 標(biāo)準(zhǔn)的正交表格 L 被采用。參數(shù) x，y， z,k和m 被定義為上限、下限、零界限、變化范圍和可變代碼。所有的叁數(shù)的變化范圍如表 1 所示。代碼變量只能從 -1 到 +1變化.
(1)
(2)
(3)
表 1 代碼變量計(jì)劃
變量 溫度（Z1）t/℃ 速度（Z2）v/(m·s-1） 壓強(qiáng)（Z3）p/MPa
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
80 0.3 0.7
90 0.4 0.9
85 0.35 0.8
5 0.05 0.1
函數(shù)
摩擦因素的衰減方程由以下方程給出：
(4)
(5)
這里，， ---------衰減系數(shù)
表 2 摩擦因素的多線性變量衰退分析
i=1,2,3 (6)
j>i (7)
這里 N----實(shí)驗(yàn)數(shù)字，N=8
M----相同實(shí)驗(yàn)中的重復(fù)數(shù)字，M=3
衰減方程系數(shù)的測試通過以下方程獲得：
~ (8)
(9)
摩擦因素的衰減方程為：
(10)
如果溫度t,速度v,壓強(qiáng)p代替以變量,則得到摩擦因素新的方程：
(11)
1.2 熱轉(zhuǎn)移系數(shù)的影響
摩擦材料的表面有允許冷卻液流動(dòng)的凹槽。 熱轉(zhuǎn)移系數(shù)分布將會(huì)隨著凹槽式樣和徑向的位置而極大的改變。 即使熱發(fā)散的分布在沿著徑向是均勻的, 熱墊片的變形由于熱轉(zhuǎn)移系數(shù)的變化，也將會(huì)是非均勻的。 因此在冷卻液和鋼板之間的熱轉(zhuǎn)移系數(shù)也是機(jī)械熱現(xiàn)象影響因素之一。
首先, 拋物線的流程需要被定義。如果在那里存在一個(gè)三維空間流量的主方向 , 動(dòng)力的散布,熱,質(zhì)量，等等，能在這些方向被疏忽。 如果沒相反的流程,這個(gè)流程叫做拋物線的流程。
在引進(jìn)在凹槽熱轉(zhuǎn)移問題上的數(shù)學(xué)方程之前，確定簡單假定的描述將會(huì)單個(gè)凹槽的層流流動(dòng)和熱轉(zhuǎn)移的數(shù)學(xué)分析中給出（圖2）。
圖 2
(1) 在主要的流動(dòng)方向, 熱發(fā)散和重量都被疏忽，而且對(duì)流是冷卻液流動(dòng)和板塊之間的熱傳遞的主要因素。
(2)因?yàn)樵阡摪搴鸵约垶榛A(chǔ)的摩擦片之間的熱傳導(dǎo)率極大的不同, 所以大部份在制動(dòng)期間產(chǎn)生的熱被鋼板吸收。 在摩擦片和冷卻液之間的熱傳導(dǎo)率能被認(rèn)為等于零。
上述的假定能減少訂單數(shù)目的計(jì)算量。 三維空間的流程將會(huì)被轉(zhuǎn)化為一系列的二維空間的流程。 在笛卡爾坐標(biāo)系 中x ， y, z（圖 2） 被解決如下。
連續(xù)性
(12)
Navier-stokes 方程：
在 x=0 , 0≤y≤d; u=0,v=0
在 x=b , 0≤y≤d; u=0,v=0
在 y=0 , 0≤x≤b; u=0,v=0
在 y=d , 0≤x≤b; u=0,v=0 (13)
這里 u,v,w ------在x,y,z方向的速度的組成
b,d,l ------凹槽的寬度，深度和長度
ρ -------油液密度
μ ------動(dòng)態(tài)黏度
pf --------液流壓強(qiáng)
X,Y,Z ------在x,y,z方向的重力
u和 v 的結(jié)果能通過使用有限的不同方法的數(shù)字解決而獲得。速度 w 的整個(gè)分布能從下列方程式中獲得。
(14)
在 x=0 或 x=b, 0≤y≤d; w=0
在 y=0 或 y=d, 0≤x≤b; w=0 (15)
當(dāng)?shù)谝粋€(gè)假設(shè)滿足，則等于零。溫度分布能從以下方程式中獲得。
在 y=d, 0≤x≤b; t=tm
在 y=0, 0≤x≤b; =0
在 x=0, 0≤y≤d; =0
在 x=b, 0≤x≤b; =0
在 z=0, 0≤x≤b 0≤y≤d; t= (16)
這里----------鋼板的溫度
-----冷卻液的初始溫度
---------平常溫度的斜率
-------液體的具體的熱度
--------冷卻液的導(dǎo)熱率
基于冷卻液的速度場能通過方程 （12） 到 （15）而得到, 每一個(gè)相連部分的溫度分布能藉著有限不同方法通過方程（16）獲得。 根據(jù)在表 3 所顯示出的參數(shù), 當(dāng) z 等于 35.5 毫米和 71 毫米的時(shí)候。 結(jié)果如圖 3 所示。在正常的鋼板和冷卻液之間方向的平均溫度的梯度是由下列圖表給定的。
圖 3 在z = 35.5 mm和z = 71 mm時(shí)的溫度域
(17)
表 3 結(jié)構(gòu)和物理參數(shù)
摩擦片的內(nèi)部半徑/mm 160.5
摩擦片的內(nèi)部半徑/mm 231.5
油液凹槽的寬度 b/mm 3.18
油液凹槽的深度 d/mm 0.64
油液凹槽的長度 l/mm 71
在單個(gè)凹槽中的油液質(zhì)量流動(dòng)率m/(kg·s-1 ) 3.24×
冷卻液的初始溫度 50
液體的具體的熱度 2177
-冷卻液的導(dǎo)熱率 0.126
最后，熱傳遞系數(shù)沿著徑向通過方程 (18) 計(jì)算的:
(18)
被定義為如性質(zhì)上的溫度并通過下列方程計(jì)算:
(19)
圖 4 舉例說明在徑向的多個(gè)平行的凹槽熱移動(dòng)系數(shù)的分布。 它顯示在摩擦片的內(nèi)部附近的冷卻效果顯然地是比較好的超過一在外部附近。 在設(shè)計(jì)一個(gè)濕制動(dòng)器時(shí)，巨大的熱發(fā)散應(yīng)該在內(nèi)部附近產(chǎn)生來確保沿著板塊的徑向墊片的熱變形是均勻的。
圖 4 制動(dòng)器的幾何和材料參數(shù)
2 機(jī)械熱現(xiàn)象的 FEA 模型
在圖 1 所示的方案能在圖 5描述。它主要地包括摩擦片，鋼板，一個(gè)對(duì)立板塊和一個(gè)活塞。為了要建立有關(guān)的 FEA 模型,下列的關(guān)鍵點(diǎn)需要被考慮。
(1) 多個(gè)圓盤濕制動(dòng)器的最重要的結(jié)構(gòu)特征是摩擦片和鋼板之間的間隙。 為了計(jì)算在摩擦副之間的壓力分布, 間隙被使用。 有間隙的 FEA 模型會(huì)成為一個(gè)非線性模型。
(2) 摩擦因素不是常數(shù)。 它將會(huì)隨著像板塊的表面溫度 t ，滑動(dòng)速度v 和襯套壓力 p 不同的使用條件而改變。
(3)在冷卻液和鋼板之間的熱轉(zhuǎn)移系數(shù)在徑向不是一個(gè)常數(shù)。
在 FEA 模型中，每個(gè)部分被假設(shè)成一個(gè)線性彈性物體。系統(tǒng)的外力包括作用在活塞上的液體的壓力 p'和通過在軸方向的浮液而作用在對(duì)立板上的支承力。 液體的壓力 p' 依下列各項(xiàng)被定義無尺寸的量綱。
(20)
這里 F----作用于活塞的應(yīng)力
A----單個(gè)摩擦表面的接觸面積
P----襯套壓力
圖 5 多個(gè)圓盤濕制動(dòng)器的組合圖
當(dāng)多個(gè)圓盤濕制動(dòng)器的幾何學(xué)的和物質(zhì)參數(shù)在表 4 中給出的時(shí)候.
表 4 制動(dòng)器的幾何和材料參數(shù)
鋼板的厚度g/mm 2.4
摩擦片的厚度g+2/mm 2.74+2×1.18
油管的實(shí)際半徑/mm 174
鋼的彈性系數(shù) 200
摩擦材料的彈性系數(shù) 2.1
鋼的關(guān)比率 0.3
摩擦材料的關(guān)比率 0.2
油液壓強(qiáng) 2.5
為了核對(duì) FEA 模型, 在開始的襯套壓力分布方面的實(shí)驗(yàn)被完成。 有限元素的分析和實(shí)驗(yàn)的結(jié)果如圖 6 所示。
圖 6 無綱量襯套壓強(qiáng)的分布
在現(xiàn)實(shí)的制動(dòng)器中，活塞和對(duì)立板的幾何參數(shù)是復(fù)雜的。 設(shè)計(jì)活塞和對(duì)立板的硬分配的率的方法學(xué)是在建立理想的起始?jí)毫Ψ峙浞矫鏅z索[表] 。
3 設(shè)計(jì)方法
在濕制動(dòng)器的操作方面，二個(gè)不同的模態(tài)可能被識(shí)別。 在緊急制動(dòng)模態(tài), 摩擦片和鋼板在非常短的時(shí)間內(nèi)彼此相互滑動(dòng)。 它通常從 0.2秒到 2 秒之間變化。 在嚙合期間被產(chǎn)生時(shí)期的磨擦熱大都被和流動(dòng)熱轉(zhuǎn)移的一個(gè)附屬角色的凹槽的鋼板吸收。 在持續(xù)不斷的制動(dòng)模態(tài)中，二個(gè)板塊的滑動(dòng)時(shí)間可能長達(dá)10 秒到 20 秒。 在這一模態(tài)中，溫度在板塊延伸結(jié)局定態(tài)的各種不同的翎骨針在幾秒之內(nèi)評(píng)價(jià)。 在哪一個(gè)所有的被產(chǎn)生的熱一定被在摩擦片的凹槽中流動(dòng)的液移動(dòng)之后。 熱轉(zhuǎn)移的價(jià)值 , 鋼板和凹槽之間的液體系數(shù)將會(huì)決定制動(dòng)器的穩(wěn)定的溫度水平。
摩擦副和切線的上升溫暖氣流的溫度 t 的強(qiáng)調(diào)分別地,相同鋼的板塊的被顯示為持續(xù)不斷的制動(dòng)如圖 7所示。
圖 7 在持續(xù)制動(dòng)中溫度和切應(yīng)力的斜坡曲線
在緊急制動(dòng)過程中，鋼板的表面溫度和切線壓力被一個(gè) LBA0049 慣性動(dòng)力計(jì)的熱和標(biāo)準(zhǔn)度量測量了。 熱和標(biāo)準(zhǔn)度量沿著徑向均勻的分布。 在實(shí)驗(yàn)的和有計(jì)劃的結(jié)果之間的比較如圖 8所示。
圖 8 測量和計(jì)算結(jié)果的對(duì)比
雖然開始的襯套壓力在內(nèi)部的輻部 ( 在圖 6 所示) ，圖 7 和圖 8 表所示的附近比較高高的電動(dòng)壓力和高的溫度在外面的輻部附近
這是局部熱流出輸入為什么在任何的翎骨是一個(gè)正常壓力，摩擦因素和滑動(dòng)速度。 雖然濕制動(dòng)器可能被設(shè)計(jì)到低的平均每單位襯套區(qū)域能源, 當(dāng)?shù)氐母咭r里壓力地點(diǎn)由于 熱 可能引起摩擦襯里的表面燒-在摩擦雙之間的機(jī)械不穩(wěn)定。
鋼板通常在支援板塊附近的活塞和最后的鋼板塊附近的第一鋼板塊被發(fā)現(xiàn)。 失敗的主要因素是由于棒的溫度不同而且熱的毀壞。 因?yàn)槎€(gè)鋼的板塊只有一個(gè)摩擦表面, 盤子失敗可能是更多產(chǎn)生超過其他的板塊。
鋼板的破裂失敗由重復(fù)的剎周期的疲累損害所引起。 在一個(gè)嚙合期間，表面的溫度比鋼板的主要身體劑量更加快速地上升。 它在被張應(yīng)力平衡的鋼板的外部者引誘壓力在那比較冷的內(nèi)部鋼板塊。 當(dāng)這剎周期結(jié)束的時(shí)候，鋼板的外部溫度由于冷卻油的效果將會(huì)變成比鋼板的內(nèi)部溫度冷。 壓力在鋼板的外部者變成鋼板是內(nèi)部的在比較熱人中被壓力平衡的張力。 因此破裂可能在一個(gè)周期的無法欣然接受低數(shù)字中發(fā)生。
概述這些分析, 為了要避免由局部高溫和壓力所引起的剎車損壞, 運(yùn)行動(dòng)態(tài)壓力的有限元素計(jì)算和表面溫度是必需的。 對(duì)于濕的剎車適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)程序能在下列的步驟被描述: 首先，光線的方向的開始的襯里壓力分配在統(tǒng)一發(fā)情流出的情況之下被估計(jì)。其次，以熱轉(zhuǎn)移系數(shù)和摩擦因素的非均勻分布的影響力看來，開始的襯套壓力分布根據(jù)動(dòng)態(tài)的壓迫力和摩擦溫度被校核。 第三, 為了要了解表面溫度的均勻分布和 墊片的熱變形, 活塞的結(jié)構(gòu)而且對(duì)立板最佳化。 這是等溫的設(shè)計(jì)方法。 它將會(huì)減少不宜的機(jī)械熱現(xiàn)象。
4 結(jié)論
(1) 機(jī)械熱現(xiàn)象由非理性的開始的襯套壓力和熱轉(zhuǎn)移系數(shù)和摩擦因素的非均勻分布所引起。機(jī)械熱現(xiàn)象導(dǎo)致局部高溫和高壓力是導(dǎo)致多個(gè)圓盤濕制動(dòng)器失效的主要因素。
(2) 在鋼板的表面上的切線壓力比徑向的壓力大。 因此鋼板的表面損壞通常是在徑向產(chǎn)生的。
(3) 如何設(shè)計(jì)活塞的幾何外型是多個(gè)圓盤濕制動(dòng)器的重點(diǎn)。 活塞在摩擦副之間有在開始的襯套壓力分布上比較大的影響。
(4) 為了避免多個(gè)圓盤濕制動(dòng)器的失效,等溫設(shè)計(jì)的方法被提出。 換句話說, 濕制動(dòng)器設(shè)計(jì)者應(yīng)該盡全力沿著鋼板的徑向達(dá)成均勻的溫度分布。
傳記: 秦大同： 現(xiàn)在是中國重慶大學(xué)的機(jī)械工程學(xué)院的一位教授。 在 1991 年,他獲得中國重慶大學(xué)的機(jī)械工程博士學(xué)位。 他的研究興趣包括齒輪傳輸， CVT(不斷可變的傳輸), 對(duì)于汽車的AMT(自動(dòng)的機(jī)械傳輸) 系統(tǒng), 等等。電話: +86-23-65104217; 電子郵件: dtqin@cqu.edu.cn
孫東葉：現(xiàn)在是中國重慶大學(xué)的自動(dòng)化系的一位副教授。 在 1991 年,他獲得中國吉林科技大學(xué)博士學(xué)位。 他的研究興趣包括 CVT(不斷可變的傳輸), 對(duì)于汽車的AMT(自動(dòng)的機(jī)械傳輸) 系統(tǒng), 等等。電話: +86-23-65103566; 電子郵件: dysun@cqu.edu.cn
參考：
［1］ Zagrodzki P.多個(gè)離合器和剎車的機(jī)械熱現(xiàn)象的分析 。Wear,1990:(140) 291 ～ 308
［2］Murali M R Krishna, Douglas Chojecki。結(jié)合使用有限元素對(duì)離合器和剎車中心軸的的失效分析。SAE Paper No. 982799, 1998
［3］ Tasuhite Miura ， Noboru Sekine。基于紙的濕離合器的動(dòng)態(tài)特性的研究 。SAE Paper No. 981102, 1998
［4］ Payvar P.在濕離合器的油凹槽中的Laminar熱傳遞。Int. J. Heat Mass Transfer, 1991, 34(7): 1 791～1 798
航空與機(jī)械工程學(xué)院 第13 頁 共 13 頁
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
I、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目：
復(fù)擺腭式破碎機(jī)設(shè)計(jì)
II、畢 業(yè)設(shè)計(jì)(論文)使用的原始資料(數(shù)據(jù))及設(shè)計(jì)技術(shù)要求：
腭式破碎機(jī)具有破碎比大、產(chǎn)品粒度均勻、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、維修簡便、運(yùn)營費(fèi)用經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)。鄂式破碎機(jī)廣泛運(yùn)用于礦山、冶煉、建材、公路、鐵路、水利和化學(xué)工業(yè)
等眾多部門，破碎抗壓強(qiáng)度不超過320兆帕的各種物料。
1. 所需破碎的物料中等硬度,堆積密度:1.35 t/m3。
2. 生產(chǎn)能力約為70 m3/h
3. 進(jìn)料口尺寸：600×900；
4. 進(jìn)料最大粒度：Dmax=500mm
III、畢 業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作內(nèi)容及完成時(shí)間：
1. 查閱相關(guān)資料，外文資料翻譯（6000字符以上），撰寫開題報(bào)告。
第1周—第2周
2. 整體方案設(shè)計(jì) 第3周—第4周
3. 結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計(jì) 第5周—第8周
4. 繪制裝配圖及其各零件工作圖 第9周—第12周
5. 編制設(shè)計(jì)說明書 第13周
6. 撰寫畢業(yè)論文 第14周—第16周
7. 答辯準(zhǔn)備及畢業(yè)答辯 第17周
Ⅳ 、主 要參考資料：
【1】孫桓等主編.機(jī)械原理. 北京：高等教育出版社，2001
【2】濮良貴等主編.機(jī)械設(shè)計(jì). 北京：高等教育出版社，2001
【3】李啟炎主編．Solidworks 2003三維設(shè)計(jì)教程．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003
，
【4】唐敬麟主編．破碎與篩分機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊(cè)．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001
【5】廖漢元等編著. 腭式破碎機(jī). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998
【6】徐灝主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第四版）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.1991
【7】Shigley J E,Uicher J J.Theory of machines and mechanisms.New
York:McGraw-Hill Book Company,1980
航空與機(jī)械工程 系 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 專業(yè)類 0781052 班
學(xué)生（簽名）： 歐陽鑫
填寫日期： 2011 年 01 月 03 日
指導(dǎo)教師（簽名）：
助理指導(dǎo)教師(并指出所負(fù)責(zé)的部分)：
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 系主任（簽名）：
附注:任務(wù)書應(yīng)該附在已完成的畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書首頁。
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南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文
一．概述
破碎機(jī)械是對(duì)固體物料施加機(jī)械力，克服物料的內(nèi)聚力，使之碎裂成小塊物料的設(shè)備。
破碎機(jī)械所施加的機(jī)械力，可以是擠壓力、劈裂力、彎曲力、剪切力、沖擊力等，在一般機(jī)械中大多是兩種或兩種以上機(jī)械力的綜合。對(duì)于堅(jiān)硬的物料，適宜采用產(chǎn)生彎曲和劈裂作用的破碎機(jī)械；對(duì)于脆性和塑性的物料，適宜采用產(chǎn)生沖擊和劈裂作用
的機(jī)械；對(duì)于粘性和韌性的物料，適宜采用產(chǎn)生擠壓和碾磨作用的機(jī)械。
在礦山工程和建設(shè)上，破碎機(jī)械多用來破碎爆破開采所得的天然石料，使這成為規(guī)定尺寸的礦石或碎石。在硅酸鹽工業(yè)中，固體原料、燃料和半成品需要經(jīng)過各種破碎加工，使其粒度達(dá)到各道工序所要求的以便進(jìn)一步加工操作。通常的破碎過程，有粗碎、中碎、細(xì)碎三種，其入料粒度和出料粒度，如表一所示。所采用的破碎機(jī)械相應(yīng)地有粗碎機(jī)、中碎機(jī)、細(xì)碎機(jī)三種。
表一 物料粗碎、中碎、細(xì)碎的劃分（mm）
類別
入料粒度
出料粒度
粗碎
中碎
細(xì)碎
300～900
100～350
50 ～100
100～350
20～100
5～15
制備水泥、石灰時(shí)、細(xì)碎后的物料，還需進(jìn)一步粉磨成粉末。按照粉磨程度，可分為粗磨、細(xì)磨、超細(xì)磨三種。所采用的粉磨機(jī)相應(yīng)地有粗磨機(jī)、細(xì)磨機(jī)、超細(xì)磨機(jī)三種。在加工過程中，破碎機(jī)的效率要比粉磨機(jī)高得多，先破碎再粉磨，能顯著地提高加工效率，也降低電能消耗。工業(yè)上常用物料破碎前的平均粒度 D刁民破碎后的平均粒度d之比來衡量破碎過程中物料尺寸變化情況，比值i稱為破碎比（即平均破碎比）
為了簡易地表示物料破碎程度和各種破碎機(jī)的方根性能，也可用破碎機(jī)的最大進(jìn)料口尺寸與最大出料口尺寸之比來作為破碎比，稱為公稱破碎比。
在實(shí)際破碎加工時(shí)，裝入破碎機(jī)的最大物料尺寸，一般總是小于容許的最大限度進(jìn)料口尺寸，所以，平均破碎比只相當(dāng)于公稱破碎比的0.7～0.9。
每個(gè)破碎機(jī)的破碎比有一定限度，破碎機(jī)械的破碎比一般是i=3～30。如果物料破碎的加工要求超過一種破碎機(jī)的破碎比，則必須采用兩臺(tái)或多臺(tái)破碎機(jī)械串連加工，稱為多級(jí)破碎。多級(jí)破碎時(shí)，原料尺寸與最終成品尺寸之比，稱總破碎比，如果各級(jí)破碎的破碎比各是，，…… 。則總破碎比是
……
由于破碎機(jī)構(gòu)造和作用的不同，實(shí)際選用時(shí)，還應(yīng)根據(jù)具體情況考慮下列因素；
1.物料的物理性質(zhì)，如易碎性、粘性、水分泥沙含量和最大給料尺寸等；
2.成品的總生產(chǎn)量和級(jí)配要求、據(jù)以選擇破碎機(jī)類型和生產(chǎn)能力；
3.技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，做到既合乎質(zhì)量、數(shù)量的要求、操作方便、工作可靠，又最大限度節(jié)省費(fèi)用。
二．物料破碎及其意義
2．1 物料破碎及其意義
從礦山開采出來的礦石稱為原礦。原礦是由礦物與脈石組成的，露天礦井開采出來的原礦其最大粒度一般在200～1300mm之間，地下礦開采出來的原礦最大粒度一般在200～600mm之間，這些原礦不能直接在工業(yè)中應(yīng)用，必須經(jīng)過破碎和磨礦作業(yè)，使其粒度達(dá)到規(guī)定的要求、破碎是指將塊狀礦石變成粒度大于1～5mm產(chǎn)品的作業(yè)，小于1mm粒度的產(chǎn)品是通過磨碎作業(yè)完成的。
2．1．1 破碎的目的
（1）制備工業(yè)用碎石
大塊石料經(jīng)破碎篩分后，可得到各種不同要求粒度的碎石。這些碎石可制備成混凝土。它們?cè)诮ㄖ?、水電等行業(yè)中廣泛應(yīng)用。鐵路路基建造中也需要大量的碎石。
（2）使礦石中的有用礦物分離
礦石有單金屬和多金屬，而且原礦多為品位較低的礦石。將原礦破碎后，可以使有用金屬與礦石中的脈石和有害雜質(zhì)分離，作為選礦的原料，除去雜質(zhì)而得到高品位的精礦
（3）磨礦提供原料
磨礦工藝所需粒度大于1～5mm的原料，是由破碎產(chǎn)品提供的。例如在煉焦廠、燒結(jié)廠、制團(tuán)廠、粉末冶金、水泥等部門中，都是由破碎工藝提供原料，再通過磨碎使產(chǎn)品達(dá)到要求的粒度和粉末狀態(tài)。
2．1．2 破碎工藝
最終破碎粒度是根據(jù)產(chǎn)品的用途確定的。需要進(jìn)行磨礦作業(yè)的礦石，應(yīng)考慮到破碎與磨礦總成本較低來確定破碎產(chǎn)品的粒度。一般較適宜的粒度為10～25mm。把原礦粒度與破碎產(chǎn)品的粒度的比，稱為總破碎比，若露天礦開采出來的原礦粒度為200～1300mm則破碎作業(yè)的總破碎比的范圍為：
一臺(tái)破碎機(jī)只能在一定限度的破碎比下才有合理的結(jié)構(gòu)，才能最有效地工作，因此使一臺(tái)破碎機(jī)達(dá)到這樣的破碎比是很有困難的。各種破碎機(jī)的破碎比范圍見表二?？梢姡言V破碎到需要的粒度，必須將若干臺(tái)破碎機(jī)串連進(jìn)行分段破碎?？偲扑楸鹊扔诟鞫纹扑楸鹊某朔e、為了發(fā)揮串聯(lián)破碎機(jī)的破碎能力，不使小塊礦石進(jìn)入破碎機(jī)反復(fù)進(jìn)行破碎，因此將破碎與篩分有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成合理的破碎工藝流程。
表二 各類破碎機(jī)的破碎比
破碎機(jī)型式
流程類型
破碎機(jī)范圍
顎式破碎機(jī)和旋回破碎機(jī)
開路
3～5
標(biāo)準(zhǔn)圓錐破碎機(jī)
開路
3～5
標(biāo)準(zhǔn)圓錐破碎機(jī)（中型）
閉路
4～8
短圓錐破碎機(jī)
開路
3～6
短圓錐破碎機(jī)
閉路
4～8
圖2-1為一段破碎機(jī)機(jī)流程圖，原礦經(jīng)固定篩1篩分后，篩上大塊物料進(jìn)入顎式破碎機(jī)2，篩下物顎式破碎機(jī)2的產(chǎn)品一起經(jīng)振動(dòng)篩3篩分；篩上物經(jīng)圓錐破碎機(jī)4破碎，篩下物和圓錐破碎機(jī)4的產(chǎn)品一起經(jīng)振動(dòng)5篩分；篩下物作為磨機(jī)8的原料，落入礦倉7，篩上稱進(jìn)入圓錐破碎機(jī)6破碎，破碎機(jī)6與振動(dòng)篩5構(gòu)成封閉系統(tǒng)進(jìn)反復(fù)破碎、篩分，該系統(tǒng)稱為封閉破碎系統(tǒng)。顎式破碎機(jī)2和圓錐破碎機(jī)4的產(chǎn)品，均經(jīng)篩分后進(jìn)入下一流程，故稱開路破碎。
圖2-1 破碎流程圖
1—固定篩 2--顎式破碎機(jī) 3、5—振動(dòng)篩
4、6--圓錐破碎機(jī) 7—礦倉 8-磨機(jī)
2．2 破碎物料的性能及破碎比
2.2.1粒度及其表示方法
礦塊的大小稱為粒度，由于礦塊形狀一般是不規(guī)則的，需要用幾個(gè)尺寸計(jì)算
出的尺寸參數(shù)來表示礦塊的大小。
1.平均直徑d
礦塊的平均直徑用單個(gè)礦塊的長、寬、厚平均值表示。
d= (2-1)
式中 L---礦塊的長度（mm）
b---礦塊的寬度（mm）
h---礦塊的厚度（mm）
式用長、寬的平均值表示：
d= （2-2）
平均直徑一般是用來計(jì)算給礦和排礦單個(gè)礦塊的尺寸以確定破碎比。
2.等值直徑deq
礦塊的粒度很小時(shí)可用等值直徑來表示。等值直徑是將細(xì)料物料顆粒作為球體來計(jì)算的。
deq== =1.24 （2-3）
式中 m---礦料質(zhì)量（kg）
----礦物密度kg/m
V---- 礦料的體積(m 3 )；
3.粒級(jí)平均直徑d
對(duì)于由不同粒度混合組成的礦粒群，通過用篩分方法來確定礦粒群的平均直徑，例如上層篩孔尺寸為d1，下層篩孔尺寸為d2，通過上層而留在下層篩上的物料，其粒度既不能用d1也不能用d2表示。當(dāng)粒級(jí)的粒度范圍很窄，上下兩篩的篩孔尺寸之比不超過=1.414時(shí)，可用粒度平均直徑表示，即
d=(d1+d2)/2 (2-4)
否則用d1～d2表示粒級(jí)。
2.2.2破碎產(chǎn)品的粒級(jí)特性
破碎產(chǎn)品都是由粒度不同的各種礦石礦粒所組成，為了鑒定破碎產(chǎn)品的質(zhì)量和破碎機(jī)的破碎效果，必須確定它們的粒度組成和粒度特性曲線，確定混合物的粒度組成，通常采用篩分公檢法（簡稱篩析）。
篩析一般采用標(biāo)準(zhǔn)篩，篩面使用正方形篩孔的篩網(wǎng)。我國通常采用泰勒標(biāo)準(zhǔn)篩，其篩孔大小用網(wǎng)目表示，它指一英寸長度（一英寸等于25.4mm）內(nèi)所具有的篩孔數(shù)目。這種篩子是以200目作為基本篩（=1.414）和補(bǔ)充篩比（=1.189）,篩孔的尺寸可根據(jù)篩比計(jì)算。例如，基本篩的上一基本篩為150目篩子的篩孔尺寸，可用基本篩的篩孔乘以基本篩為0.074=0.105mm。若計(jì)算兩篩之間的補(bǔ)充篩孔尺寸，則用基本篩的篩孔尺寸乘以補(bǔ)充篩比得到。即0.074=0.088mm.
我國尚無用于破碎機(jī)的產(chǎn)品粒度分析標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)際測試時(shí)，各廠家廠家使用的篩孔形狀（方孔或圓孔）及序列也不盡相同。如果參照泰勒標(biāo)準(zhǔn)篩關(guān)于基本篩比的規(guī)定來確定篩
孔序列，即各篩間的篩比天有不大于，就可以將上、下兩篩間的產(chǎn)品粒度，用粒度平均直徑表示這對(duì)于分析粒級(jí)特性顯然是很方便的。因此推薦表三的粒級(jí)序列供參考。
表三 各破碎機(jī)產(chǎn)品的篩析篩的粒級(jí)序列
型號(hào)
PE-150X250
PE-250X400
PE-400X600
PE-500X750
PE-600X900
PE-750X1060
PE-900X1200
粒
度
系
列
0-3
0-3
0-10
0-10
0-20
0-20
0-30
3-5
3-5
10-14
10-14
20-28
20-28
30-42
5-7
5-7
14-20
14-20
28-40
28-40
42-60
7-10
7-10
20-28
20-28
40-57
40-57
60-85
10-14
10-14
28-40
28-40
57-80
57-80
85-120
14-20
14-20
40-57
40-57
80-115
80-115
120-170
20-28
20-28
57-80
57-80
115-163
115-160
>170
>28
28-40
80-110
80-110
>163
>163
40-55
>110
110-155
>55
>155
注：篩孔最大尺寸以其殘留景不超過5%來確定
根據(jù)篩分結(jié)果，可以對(duì)產(chǎn)品（或原礦）的粒度特性進(jìn)行分析。粒度特性用粒度特性曲線來表示，縱坐標(biāo)表示套篩中各篩的篩上物料質(zhì)量的累積百分?jǐn)?shù)（簡稱篩上量累積產(chǎn)率%），橫坐標(biāo)或有篩孔尺寸與最大之比，或用篩孔尺寸與排礦口之比（%）表示。
圖2-2a所示為物料粒級(jí)特性曲線，任意兩縱坐標(biāo)之差，就表示在橫軸上相應(yīng)兩點(diǎn)間物料粒級(jí)的產(chǎn)率。由圖可知，難碎性礦石的粒級(jí)曲線運(yùn)動(dòng)呈凸形，這表明礦石的粗級(jí)物料占多數(shù)。中等可碎性礦石的粒級(jí)曲線2近似直線。這表明各種粒級(jí)所占的產(chǎn)率大致相等。易碎性礦石的粒級(jí)曲線3呈凹形，這表明礦石中的中等粒度的物料占多數(shù)。該粒級(jí)曲線可以分析比較各種礦石破碎的難易程度。由于橫坐標(biāo)比值不能反映產(chǎn)品絕對(duì)尺寸的粒級(jí)分布情況，因此在檢查同型號(hào)不同破碎機(jī)的破碎效果并強(qiáng)調(diào)可比性時(shí)，只有篩孔最大尺寸及破碎物料相同時(shí)才有比較價(jià)值。當(dāng)破碎機(jī)性能差別較大時(shí)，按篩子上殘留量不大于5%所確定的篩孔最大尺寸也不相同。因此用該曲線來分析破碎機(jī)的破碎效果并不方便。
圖2-2b的橫坐標(biāo)表示篩孔尺寸與排礦石之比。當(dāng)同型號(hào)各個(gè)破碎機(jī)的排礦口尺寸破碎物料相同時(shí)，該粒級(jí)特性曲線可以檢查破碎機(jī)的破碎效果。
圖2-2a 篩孔尺寸與最大粒之比
圖2-2b 物料尺寸排礦口之比
1— 難碎性礦石 2— 中等可碎性礦石
3—易碎性礦石
2.2.3礦石的破碎及力學(xué)性能
機(jī)械破碎是用外力加于被破碎的物料上，克服物料分子間的內(nèi)聚力，使大塊物料分裂成若干小塊。若礦石是脆性材料，它在很小的變形下就會(huì)發(fā)生破裂、機(jī)械破碎礦石有以下幾種方法：
1.壓碎 將礦石置于兩個(gè)破碎表面之間，施加壓力后礦石因壓力達(dá)到其抗壓強(qiáng)度限而破碎（圖2-3a）。
2.劈裂 用一個(gè)平面和一個(gè)帶尖棱的工作表面擠壓礦石時(shí)，礦石沿壓力作用線方向劈裂。劈裂的原因是由于劈裂面上的拉應(yīng)力達(dá)到礦石的抗拉強(qiáng)度限 （圖2-3b）。
3.折斷 用兩個(gè)帶有多個(gè)尖棱的工作表面擠壓礦石時(shí)，礦石就像受集中載荷的兩支點(diǎn)或多支點(diǎn)梁。當(dāng)?shù)V石內(nèi)的彎曲應(yīng)力達(dá)到彎曲強(qiáng)度限時(shí)礦石被折斷 （圖2-3c）。
圖 2-3 礦石的破碎和破碎方法
（a） 壓碎 （b） 劈裂 （c）折斷 （d） 磨碎 （e）沖擊破碎
4.磨碎 礦石與運(yùn)動(dòng)的工作表面之間受一定壓力和剪切力時(shí)，礦石內(nèi)的剪切力達(dá)到其剪切強(qiáng)度時(shí)，礦石即被粉碎（圖 2-3d）
5.沖擊破碎 礦石受高速回轉(zhuǎn)機(jī)件的沖擊力作用而破碎（圖2-3d）。由于破碎力是瞬間作用的，所以破碎效率高，破碎比大，能量消耗小，但錘頭磨損嚴(yán)重。
實(shí)際上任何一種破碎機(jī)都不是以某一種形式進(jìn)行破碎的，一般都是兩種和兩種以上的形式聯(lián)合進(jìn)行破碎。由于顎式破碎機(jī)的破碎工作表面是兩塊相互交錯(cuò)布置的齒形襯板，因此其破碎作業(yè)兼有前四種破碎形式，當(dāng)破碎機(jī)兩工作面沿表面方向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)位移加大而加強(qiáng)磨碎作業(yè)時(shí)，由于磨碎的效率低、能量消耗大、機(jī)件磨損嚴(yán)重，將會(huì)降低破碎機(jī)的破碎效果。礦石的破碎方法主要根據(jù)礦石的物理性能、被破的塊度及所要求的破碎比來選擇的，礦石分堅(jiān)硬礦石、中等堅(jiān)硬礦石和軟礦石。也可以分為粘性礦石和脆性礦石。礦石的抗壓強(qiáng)度最大,抗彎強(qiáng)度次之,抗拉強(qiáng)度最小。對(duì)堅(jiān)硬礦石采用壓碎，劈裂和折斷的破碎方法為宜；對(duì)粘性礦石采用壓碎和磨碎方法為宜；對(duì)脆性礦石和軟礦石采用劈裂和沖擊破碎的方法為宜。簡擺顎式破碎機(jī)可用于破碎各種性能的礦石，對(duì)于堅(jiān)硬礦石有更高的效果。
三 . 工作原理和構(gòu)造
3.1 工作原理
電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)皮帶和皮帶輪，通過偏心軸使動(dòng)顎上下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)動(dòng)顎上升時(shí)肘板與動(dòng)顎間夾角變大，從而推動(dòng)動(dòng)顎板向固定顎板接近，與其同時(shí)物料被壓碎或劈碎，達(dá)到破碎的目的；當(dāng)動(dòng)顎下行時(shí)，肘板與動(dòng)顎夾角變小，動(dòng)顎板在拉桿，彈簧的作用下，離開固定顎板，此時(shí)已破碎物料從破碎腔下口排出。隨著電動(dòng)機(jī)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)而破碎機(jī)動(dòng)顎作周期運(yùn)動(dòng)壓碎和排泄物料，實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。顎式破碎機(jī)的工作部分是兩塊顎板，一是固定顎板（定顎），垂直（或上端略外傾）固定在機(jī)體前壁上，另一是活動(dòng)顎板（動(dòng)顎），位置傾斜，與固定顎板形成上大小的破碎腔（工作腔）。活動(dòng)顎板對(duì)著固定顎板作周期性的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，--分開 ，時(shí)而靠近。分開時(shí)，物料進(jìn)入破碎腔，成品從下部卸出；靠近時(shí)，使裝在兩塊顎板之間的到擠壓、彎折和劈裂作用而破碎。
其工作示意圖（非標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)）見圖3-1，
動(dòng)顎4懸掛在偏心軸3上，可以左右擺動(dòng)，偏心
軸3旋轉(zhuǎn)時(shí)，動(dòng)腭4作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)從而推動(dòng)顎，
動(dòng)顎作左右往復(fù)擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)破碎和卸料。由于偏
心軸負(fù)荷大，一般都制成中型和小型機(jī)，目前也
朝大型方向發(fā)展，在工程上適合于破碎中等硬度
的石塊，作為中碎設(shè)備，其破碎比比較大，可達(dá)
到10。
圖3-1 復(fù)擺腭式破碎工作示意圖
3—偏心軸 4—?jiǎng)宇€
5—連桿 6—推力板
復(fù)擺顎工破碎機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：質(zhì)量較輕、構(gòu)件教少、結(jié)構(gòu)更緊湊；破碎腔內(nèi)充滿程度較好，所裝物料塊受帶均勻破碎，加以動(dòng)腭下端強(qiáng)制性推出成品卸料，故生產(chǎn)率較高，比同規(guī)格的簡擺腭式破碎機(jī)的生產(chǎn)率高出20%～30%；物料在動(dòng)腭下端有較大的上下翻滾運(yùn)動(dòng)，容易呈立方體形狀卸出，減少了像簡擺式的片狀成分，產(chǎn)品質(zhì)量較好。
其缺點(diǎn)是：這種破碎機(jī)的動(dòng)腭垂直擺幅較大，物料對(duì)腭板的磨削作用嚴(yán)重，腭板磨損快，故增大了能量消耗，加劇了物料的過度破碎，產(chǎn)生了粉塵也較多。
3.2腭式破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)
圖3-2-1，帶有襯板的動(dòng)腭3通過滾動(dòng)軸承直接懸掛在偏心軸10上，而偏心軸又支承機(jī)架12的滾動(dòng)軸承上。動(dòng)腭的底部用推力板5支承在位于機(jī)架后壁的推力板座6上，出料口的調(diào)節(jié)裝置7，是利用調(diào)節(jié)螺栓來改變楔鐵的相對(duì)位置，從而使出料口的寬度得到調(diào)節(jié)。和簡擺腭式破碎機(jī)一樣，只有拉桿、彈簧及調(diào)節(jié)螺栓組成的拉緊裝置。由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)帶輪13使偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)腭就被帶動(dòng)作復(fù)雜擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)粉碎物料動(dòng)作。
圖3-2-1 復(fù)擺腭式破碎機(jī)
1—定腭 2—側(cè)襯板 3—?jiǎng)与瘢ㄒr板） 4—推力板支座 5—推力板
6—推力板座 7—調(diào)節(jié)裝置 8—后楔鐵 9—飛輪 10—偏心軸11—軸承
12—機(jī)架 13—帶輪
本圖僅做參考
四. 主要零部件的結(jié)構(gòu)分析
4.1動(dòng)腭
動(dòng)腭是支承齒板且直接參與破碎礦石的部件，要求有足夠的強(qiáng)度和剛度，其結(jié)構(gòu)應(yīng)該堅(jiān)固耐用，按結(jié)構(gòu)動(dòng)腭可分箱型和非箱型。動(dòng)腭一般采用鑄造結(jié)構(gòu)。為了減輕動(dòng)腭的重量，本設(shè)計(jì)采用非箱型。
如圖4-1所示，安裝齒板的動(dòng)腭前部為平板結(jié)構(gòu)，其后部有若干條加肋板以增強(qiáng)動(dòng)腭的強(qiáng)度與剛度，其橫截面呈E型。
圖 4-1
4.2齒板的結(jié)構(gòu)
齒板，是破碎機(jī)中直接與礦石接觸的零件，結(jié)構(gòu)雖然簡單，但它對(duì)破碎機(jī)的生產(chǎn)率、比能耗、產(chǎn)品粒度組成和粒度以及破碎力等都會(huì)影響，特別對(duì)后三項(xiàng)影響比較明顯。
齒板承受很大的沖擊力，因此磨損得非常厲害。為了延長它的使用壽命，可以從兩方面研究：一是從材質(zhì)上找到高耐磨性能材料：二是合理確定齒板的結(jié)構(gòu)形狀和集合尺寸。
現(xiàn)有的破碎機(jī)上使用的齒板，一般是采用ZGMn13。其特點(diǎn)是：在沖擊負(fù)荷作用下，具有表面硬化性，形成又硬又耐磨的表面，同時(shí)仍能保持其內(nèi)層金屬原由的韌性，故它是破碎機(jī)上用得最普遍的一種耐磨材料。
齒板橫斷面結(jié)構(gòu)形狀有平滑表面和齒形表面兩種，后者又分三角形和梯形表面。本設(shè)計(jì)采用三角形。如圖4-3所示
a)三角形 b)梯形
圖 4-2
4.3肘板（推力板）
破碎機(jī)的肋板是結(jié)構(gòu)最簡單的零件，但其作用卻非常的重要。通常有三個(gè)作用：一是傳遞動(dòng)力，其傳遞的動(dòng)力有時(shí)甚至比破碎力還大；二是起保險(xiǎn)件作用，當(dāng)破碎腔落入非破碎物料（如釬桿、折斷的鏟齒）時(shí)，肘板先行斷裂破壞，從而保護(hù)機(jī)器其它零件不發(fā)生破壞；三是調(diào)整排料口大小。
在機(jī)器工作時(shí)，肘板與其支承的襯板間不能得到很好的潤滑，加上粉塵落入，所以肘板與其襯墊之間實(shí)際上一種干摩擦和磨粒磨損狀態(tài)。這樣，對(duì)肘板的高負(fù)荷壓力，導(dǎo)致肘板與肘板襯墊很快磨損，使用壽命很低。因此肘板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要考慮該機(jī)件的重要作用也要考慮其工作環(huán)境。
按肘頭與肘墊（或稱肘板襯墊）的連接型式，可分為滾動(dòng)型與滑動(dòng)型兩種，如圖4-3所示。肘板與襯墊之間傳遞很大的擠壓力，并受周期性沖擊載荷。在反復(fù)沖擊擠壓作用下磨損教快，特別是圖4-3b所示的滑動(dòng)型更為嚴(yán)重。為提高傳動(dòng)效率，減少磨損，延長其使用壽命，可采用圖4-3a所示的滾動(dòng)型結(jié)構(gòu)。肘板頭為圓柱面，襯墊為平面。由于肘板的兩端肘頭表面為同一圓柱表面，所以當(dāng)肘板兩端的襯墊表面相互平行時(shí)，肘板受力將沿肘板圓柱面的同一直徑、并與襯墊表面的垂直方向傳遞。在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，動(dòng)腭的擺動(dòng)角很小，使得肘板兩端支撐的肘墊表面平行度誤差也很小，所以在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，肘板與其肘墊之間可以保持純滾動(dòng)。本次設(shè)計(jì)采用滾動(dòng)型
(a) (b)
圖4-3 肘頭與肘墊形式
(a) 滾動(dòng)型 (b) 滑動(dòng)型
4.4調(diào)整裝置
調(diào)整裝置提供調(diào)整破碎機(jī)排料口大小作用。隨著襯板的不斷磨損，排料口尺寸也不斷地變大，產(chǎn)品的粒度也隨之變粗。為了保證產(chǎn)品的粒度要求，必須利用調(diào)整裝置，定期地調(diào)整排料裂口的尺寸。此外，當(dāng)要求得到不同的產(chǎn)品粒度時(shí)，也需要調(diào)整排料口的大小?，F(xiàn)有腭式破碎機(jī)的調(diào)整裝置有多種多樣，歸納起來有墊片調(diào)整裝置、鍥鐵調(diào)整裝置、液壓調(diào)整裝置以及襯板調(diào)整。本設(shè)計(jì)采用墊片調(diào)整裝置。
1—肘板 2—調(diào)整座
3—調(diào)整楔鐵 4—機(jī)架
圖 4-4 調(diào)整裝置
4.5保險(xiǎn)裝置
當(dāng)破碎機(jī)落入非破碎物時(shí)，為防止機(jī)器的重要的零部件發(fā)生破壞，通常裝有過載保護(hù)裝置。保險(xiǎn)裝置有三種：液壓連桿、液壓摩擦離合器和肘板。本設(shè)計(jì)采用肘板。肘板是機(jī)器中最簡單、最便宜的零件，所以得到廣乏應(yīng)用且經(jīng)濟(jì)有效，但當(dāng)肘板斷裂后，機(jī)器將停車，應(yīng)重新更換新肘板后方可工作。肘板保險(xiǎn)件的另一個(gè)缺點(diǎn)是由于設(shè)計(jì)不當(dāng)，常常在超載時(shí)它不破壞，或者沒有超載它卻破壞了，以至影響生產(chǎn)。因此設(shè)計(jì)時(shí)除應(yīng)正確確定由破碎力引起的肘板壓力，以便設(shè)計(jì)出超載破壞的肘板面積外，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使其具有較高的超載破壞敏感。肘板通常有如圖4-5所示的三種結(jié)構(gòu)：中部較薄的變截面結(jié)構(gòu)；弧形結(jié)構(gòu)；S型結(jié)構(gòu)。其中圖a結(jié)構(gòu)在保證肘板的剛度和穩(wěn)定性的同時(shí)，提高其超載破壞敏感度。圖b、圖c兩種結(jié)構(gòu)是利用灰鑄鐵肘板抗彎性能這一特性，選擇合適的結(jié)構(gòu)尺寸是肘板呈拉伸破壞，顯然提高了肘板破壞的敏感度。盡管如此，肘板是否斷裂主要取決與計(jì)算載荷的確定和截面尺寸計(jì)算是否正確。因此從加工制造方便性出發(fā)，圖a所示應(yīng)用最多，本設(shè)計(jì)也采用a中肘板。
圖 4-5 肘板結(jié)構(gòu)
4.6機(jī)架結(jié)構(gòu)
破碎機(jī)是整個(gè)破碎機(jī)零部件的安裝基礎(chǔ)。它在工作中承受很大的沖擊載荷，其重量占整機(jī)重量很大比例，而且加工制造的工作量也很大。機(jī)架的剛度和強(qiáng)度，對(duì)整機(jī)性能和主要零部件壽命均有很大的影響，因此，對(duì)破碎機(jī)架的要求是：機(jī)構(gòu)簡單容易制造，重量輕，且要求有足夠的強(qiáng)度和剛度。破碎機(jī)機(jī)架機(jī)構(gòu)分，有整體機(jī)架和組合機(jī)架；按制造工藝分，有鑄造機(jī)架和焊接機(jī)架。
1）整體機(jī)架，由于其制造、安裝和運(yùn)輸困難，故不宜用于大型破碎機(jī)，而多為中、小型破碎機(jī)所使用。它比組合機(jī)架剛性好，但制造較較復(fù)雜。從制造工業(yè)來看，它分為整體鑄造機(jī)架和整體焊接機(jī)架。前者比后者剛性好，但制造困難，特別是單件、小批量生產(chǎn)。后者便于加工制造，重量較輕，但剛性差。同時(shí)要求焊接工藝、焊接質(zhì)量都比較高，并焊接后要求退火，但是隨著焊接技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外腭式破碎機(jī)的焊接機(jī)架用得越來越多，并且大型破碎機(jī)也采用焊接機(jī)架。焊接機(jī)架用Q235鋼板，其厚度一般為25-50mm
2) 整體鑄造機(jī)架,除用鑄鋼ZG270-500材料外，對(duì)小型破碎機(jī)破碎硬度較低的物料時(shí)，也可用優(yōu)質(zhì)鑄鐵和球墨鑄鐵。設(shè)計(jì)時(shí)，在保證正常工作下，應(yīng)力求減輕重量。制造時(shí)要求偏心軸承中心鏜孔，與動(dòng)腭心軸軸承的中心孔有一定的平行度。本設(shè)計(jì)用鑄造機(jī)架。如圖4-6
圖4-6 整體鑄造機(jī)架
4.7傳動(dòng)件
偏心軸是破碎機(jī)的主軸，受有巨大的彎曲力，采用45號(hào)鋼調(diào)質(zhì)處理，偏心軸一端裝帶輪，另一端裝飛輪。
4.9飛輪
飛輪用以存儲(chǔ)動(dòng)顎空形程時(shí)的能量，再用于工作行程，使機(jī)械的工作負(fù)荷趨
于均勻。帶輪也起著飛輪的作用。
4.10潤滑裝置
偏心軸軸承通常采用集中循環(huán)潤滑。心軸和推力板的支承面一般采用潤滑脂通過手動(dòng)油槍給油。動(dòng)顎的擺角很小，使心軸與軸瓦之間潤滑困難，在其底部開若干軸向油溝，中間開一環(huán)向油槽使之連通，再用油泵強(qiáng)制注入干黃油進(jìn)行潤滑。
五. 復(fù)擺腭式破碎機(jī)的主參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算
5.1.1主軸轉(zhuǎn)速
如圖5-1-1所示，b為公稱排料口，SL為動(dòng)腭下端點(diǎn)水平行程，L為排料層的平均嚙角。ABB1A1為腔內(nèi)物料的壓縮破碎棱柱體，ABB2A2為排料棱柱體。破碎機(jī)的主軸轉(zhuǎn)速是n根據(jù)在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)的排料時(shí)間內(nèi)，壓縮破碎棱柱體的上層面（AA1）按自由落體下落至破碎腔外的高度h計(jì)算確定的。而該排料層高度h與下端點(diǎn)水平行程SL及排料層嚙角L有關(guān)。即排
料層上層面AA1降至下層面(BB1)，正好把排料層
的物料全部排出所需的時(shí)間來計(jì)算主軸的轉(zhuǎn)速。
對(duì)于排料時(shí)間有不同的意見：一種認(rèn)為排料時(shí)間
t應(yīng)考慮破碎機(jī)構(gòu)的急回特性，即排料時(shí)間與機(jī)構(gòu)
的行程速比系數(shù)有關(guān)。這一觀點(diǎn)未注意到動(dòng)腭下
端點(diǎn)排料起始點(diǎn)與終止點(diǎn)并不一定與機(jī)構(gòu)的兩極
限位置相對(duì)應(yīng)。另一種認(rèn)為排料時(shí)間t應(yīng)按t=15/n
計(jì)算，即排料時(shí)間對(duì)應(yīng)于主軸的四分之一轉(zhuǎn)，這
種假定與實(shí)際情況相差甚大。根據(jù)筆者對(duì)破碎過
程的實(shí)測分析，得到排料過程對(duì)應(yīng)的曲柄轉(zhuǎn)角不
小于180o的結(jié)論,認(rèn)為排料時(shí)間按主軸半轉(zhuǎn)計(jì)算比
較符合實(shí)際情況。
排料時(shí)間t為 圖5-1-1 排料口處排料示意圖
t =30/n （2-1a）
排料層完全排出下落的高度h為
h =SL/tanL (2-1b)
由 (2-1c)
令 g = 9800mm/s2 (2-1d）
將式（2-1a）、（2-1b）、（2-1d）代入（2-1c），得
n =2100q (2-1）
式中 n --- 主軸轉(zhuǎn)速（r/min)；
SL --- 動(dòng)腭下端點(diǎn)水平行程（mm）；
L --- 排料層平均嚙角（o）；
q --- 系數(shù)，考慮在功耗允許的情況下轉(zhuǎn)速的增減系數(shù)。取q = 0.95～
1.05。高硬度礦石取小值。
破碎機(jī)尺寸設(shè)計(jì)中，動(dòng)腭下端點(diǎn)水平行程SL 是一個(gè)很重要的參數(shù)。在動(dòng)腭其他各點(diǎn)水平行程保證腔內(nèi)物料充分破碎的情況下，正確選擇SL、L 值是發(fā)揮機(jī)器生產(chǎn)能力的關(guān)鍵。但SL、L及n三者之間應(yīng)有最佳的匹配，當(dāng)轉(zhuǎn)速n 不與已知的SL、L相匹配，或者設(shè)計(jì)的SL、L不與實(shí)有轉(zhuǎn)速n相匹配時(shí)，都會(huì)降低機(jī)器的生產(chǎn)能力或增大功耗。盡管式（2-1）已經(jīng)給出了n、 SL、L三參數(shù)間的匹配關(guān)系，但并不是說機(jī)器任何一組機(jī)構(gòu)尺寸所得到的下端點(diǎn)水平行程SL和給定的L按式（2-1）計(jì)算主軸轉(zhuǎn)速n后，都能得到最佳的n、 SL、L三參數(shù)匹配方案。根據(jù)已知題目給定的生產(chǎn)能力Q，對(duì)該機(jī)型三參數(shù)匹配優(yōu)化，得出
查《腭式破碎機(jī)》表6-3得 SL=29.44mm; L=14°; 取q=1代入式（2-1）
得：
n=193.3 r/min
5.1.2生產(chǎn)能力
破碎機(jī)的生產(chǎn)能力是指機(jī)器每小時(shí)所處理的物料的立方米數(shù)。由于生產(chǎn)能力不但與排料口尺寸有關(guān)，而且與待破物料的強(qiáng)度、韌性、物料性能以及進(jìn)料的幾何尺寸和塊度分布有關(guān)，因此為同意衡量機(jī)器生產(chǎn)能力的高低，標(biāo)準(zhǔn)中的生產(chǎn)能力，是指機(jī)器在開邊制公稱排料口下，每小時(shí)所處理的抗壓強(qiáng)度為250MPa、堆密度為1.6t/m 3花崗巖物料立方米數(shù)，稱為公稱生產(chǎn)能力（m3/h）。參看圖5-1，在公稱排料口b時(shí)，每一運(yùn)動(dòng)循環(huán)的排料行程下排出的物料棱柱體AA1B1B的體積與每小時(shí)轉(zhuǎn)速60n的乘積，即可得到公稱生產(chǎn)能力Q的計(jì)算公式為
Q=30nLSL(2b-SL)1/tanL (2-2)
式中 Q ---生產(chǎn)能力（m3/h）；
n ---主軸轉(zhuǎn)速（r/min）；
L ---破碎腔長度（m）；
b ---公稱排料口尺寸（m）；
SL---動(dòng)腭下端點(diǎn)水平行程（m）；
1---壓縮破碎棱柱體的填充度，中小型機(jī)在公稱排料口下一般取1 =0.65～0.75。
SL=29.44mm; L=14°; L=900mm； 1=0.68；
查附表Ⅰ得b=100mm； 代入式（2-2）中，得：
Q=71.44 m3/h
5.1.3 鉗角設(shè)計(jì)計(jì)算
動(dòng)顎與定顎間的夾角稱為鉗角。鉗角由物料性質(zhì)、塊粒大小、形狀等因素決定。如果鉗角太大，進(jìn)料口物料就不能被顎板夾住，而被推出機(jī)外，從而降低生產(chǎn)率，如果鉗角太小，則雖能增大生產(chǎn)率，但破碎比減小。
圖 5-1-3表示從力學(xué)角度推算鉗角的計(jì)算圖式。當(dāng)物料能被夾持在破碎腔內(nèi)，不被推出機(jī)外時(shí)，這些力應(yīng)相互平衡，即在x、y方向的分力之和應(yīng)該分別等于零。
圖 5-1-3 鉗角計(jì)算圖式
于是求得
因 f=,故
=
式中 ---鉗角
---物料與顎板間摩擦角
f---物料與顎間摩擦角系數(shù)。
為了保證破碎機(jī)工作時(shí)物料塊不致被推出機(jī)外，必須令
即鉗角應(yīng)小于物料與顎板間摩擦角的0.5。
設(shè)鋼和礦石的摩擦系數(shù)為0.3，則最大鉗角的理論值為′。但實(shí)際采用的鉗角比理論值小的多，這是由于大塊料被楔住兩塊小料之間時(shí)，仍有被擠出的危險(xiǎn)。所以選為。
5.1.4 偏心距e的計(jì)算
破碎機(jī)的行程是指動(dòng)腭下端的擺幅。它與偏心軸的偏心距、腭板斜角有關(guān)，查《非標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)》一般是
S=2.2e
式中S——?jiǎng)与裥谐?
e——偏心距
復(fù)擺腭式破碎機(jī)的下端擺幅為下端水平行程，所以S=29.44mm；
得：
e=13.38mm
5.2 破碎力
5.2.1 破碎力的計(jì)算
以立方體和球體兩種典型物料形狀為依據(jù)，并考慮大尺寸進(jìn)料塊粒是逐漸階段破碎成成品而卸出，求出總的破碎力，破碎力大小取決于顎板凸齒作用點(diǎn)施加的（物料應(yīng)力）和物料抗拉強(qiáng)度。
實(shí)際破碎作業(yè)時(shí)，成品多為立方體，故破碎力計(jì)算多以立方體物料為依據(jù)，還可保證機(jī)械工作的可靠性（因人料尺寸相同時(shí)，立方體破碎力交球體大）。下面以立方體物料分析。
(1) 第一階段破碎，圖5-2-1 表示作用在立方上的力
圖5-2-1 作用在立方體上的力
立方體由于齒棱作用，受力面產(chǎn)生拉應(yīng)力，支撐面產(chǎn)生壓應(yīng)力，這些力在斷裂面上引起的應(yīng)力為《非標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)》P580：
=（2-）
故得
F1 =
式中 F 1---第一階段使物料碎裂的破碎力（N）。
---物料的抗劈強(qiáng)度（約等于抗拉強(qiáng)度N/cm2）；
W---立方體物料邊長（cm）;
Z---齒棱間距（cm）.
(2) 第二階段破碎.物料經(jīng)過第一階段破碎以后,成為兩個(gè)半立方體,在動(dòng)顎擺開時(shí)落入破碎時(shí),并改變方向進(jìn)行再破碎,第二階段的破碎力是:
F2=
(3)第三階段破碎.物料進(jìn)行第二階段破碎以后,成為4塊體進(jìn)行再破碎.第三階段的破碎
F3=
假設(shè)所破物料的抗劈強(qiáng)度是=500N/cm2 。而顎板齒棱距Z=150mm；
W=500mm,則第一階段破碎力
F1 ===807KN
此力產(chǎn)生側(cè)向分力,設(shè)棱角為90°,則側(cè)向力為
，即571KN。
F2===568KN
F3===250KN
邊長500mm立方體，至少和動(dòng)顎的一個(gè)齒棱相接觸，因而此時(shí)破碎力為807KN。在特殊情況下，也可能同時(shí)與3個(gè)齒棱接觸，此時(shí)破碎力為2421KN。取平均值1614KN。
經(jīng)過多次沖擊以后，新的立方體才能最后形成。原始進(jìn)料的破碎力和第二階段中最后兩個(gè)沖擊的破碎力可能同時(shí)出現(xiàn)，因而總破碎力
F0=1614+4×250=2614KN
這兩個(gè)破碎力的作用點(diǎn)取決于物料粒度與相應(yīng)出料口寬度?？偲扑榱σ部赡苡衅渌慕M合方式.
5.2.2 最大破碎力
圖5-2-2中的曲線是根據(jù)破碎力示波圖
上較大的峰值的統(tǒng)計(jì)結(jié)果繪制的。實(shí)驗(yàn)中
把較大峰值的統(tǒng)計(jì)值稱為滿載破碎力，是
破碎過程中出現(xiàn)次數(shù)最多的破碎力。把滿
載破碎時(shí)破碎力的 最大峰值稱為最大破碎
力。其計(jì)算公式見顎式破碎機(jī)教材61頁。
式中 --- 最大破碎力（N）； 圖 5-2-2
--- 抗壓強(qiáng)度 （N/m3）；
k--- 有效破碎系數(shù)，當(dāng)=20°時(shí)，取=0.38～0.42。
破碎腔尺寸B、b、L的單位是cm。
由已知得 B=90cm； b=15cm； L=120cm； 20°； k=0.4
取=14700N/m3
得；
=
=2472KN
5.3 功率的計(jì)算
見顎式破碎機(jī)教材P64頁有公式：
P=
式中 P---計(jì)算功率放大器（KW）；
---最大破碎力（KN）；
---動(dòng)顎諸點(diǎn)水平行程平均值（mm）；
n---主軸轉(zhuǎn)速（r/min）
---破碎腔平均齒角（°）；
---機(jī)械總效率，由《腭式破碎機(jī)》表2-4和理論計(jì)算可知，=0.81～0.85。
---等效破碎系數(shù)，根據(jù)《腭式破碎機(jī)》表2-4實(shí)測數(shù)據(jù)，對(duì)于中小型機(jī)，=0.27～0.37，對(duì)于中大型機(jī)，建議取有=0.21～0.28。
已知有 =2472KN； 取=0.27； n=193.3r/min;
=20°； =29.44mm；
所以得
P==
=71.44 KW
所以選功率為75KW。查手冊(cè)，選JS115-6鼠籠型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)，實(shí)際轉(zhuǎn)速975r/min, 功率為75KW.JS表示鼠籠型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)，11號(hào)機(jī)座，鐵芯長度為5號(hào)，6極。
5.4 主要零件受力計(jì)算
如圖5-4-1
圖5-4-1 復(fù)擺腭式破碎機(jī)計(jì)算圖式
（1）推力板
式中--- 推力板受力（KN）；
P--- 所選電動(dòng)機(jī)功率（KW）；
n--- 偏心軸轉(zhuǎn)速 ；
h--- 動(dòng)顎行程平均值（m）。
==1647.4KN
(2 ) 動(dòng)腭
選定偏心軸偏心距e后，動(dòng)顎和定顎的顎板長度可按經(jīng)驗(yàn)式選取
兩種長度可以不等，但為制造方便考慮，再根據(jù)破碎腔高和嚙角計(jì)算取L=2170mm。
KN
六.各主要零件的設(shè)計(jì)
6.1帶輪的設(shè)計(jì)
1.確定計(jì)算功率
根據(jù)功率是根據(jù)傳遞的功率P，并考慮到載荷性質(zhì)和每天運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間長短等因素的影響而確定的。即
=
式中：——計(jì)算功率，單位為KW；
P——傳遞的功率（例如電動(dòng)機(jī)的額定功率），單位為KW；
——工作情況系數(shù)，見表8-6
由《機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)、中冊(cè)》P272表9.2-13查得工作情況系數(shù)，故
=97KW
2. 選取窄V帶帶型
根據(jù)、由P272圖9.2-1確定選用SPC型。
3.確定帶輪基準(zhǔn)直徑
由表9.2-37和表9.2-38取主動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑=236mm 。
從動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑
=i==1189.44mm
根據(jù)表9.2-37，取=1250mm。
按要求驗(yàn)算帶的速度
m/s<35m/s
帶的速度合適。
4.確定窄V的基準(zhǔn)長度和傳動(dòng)中心矩
根據(jù)式0.7()<<2(),有
1040.2<<2960
初步確定=1500mm。
計(jì)算所需帶的基準(zhǔn)長度
=
=6347.02mm
由《機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)、中冊(cè)》查得，選帶的基準(zhǔn)長度。
按P271表9.2-12計(jì)算實(shí)際中心矩
==(1500+)=1876.49mm
4.驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角
可得
=
=148.62°>120°
主動(dòng)輪上的包角合適。
5.計(jì)算窄V帶的根數(shù)z
z=
由《機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)、中冊(cè)》r/min、=236mm、
=1250mm,
查表得
=12.76KW =2.47KW
=1.04 =0.92
則有
= 6.6
取 z=7
6.計(jì)算預(yù)緊力
有：=
查表8-4得q=0.20kg/m，故
=
=1041.93N
7.計(jì)算作用在軸上的壓軸力
==14044.4N
8.帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
選用原則見（機(jī)械設(shè)計(jì).濮良貴、紀(jì)名剛.主編）8-4節(jié)，材料采用HT200。
=236mm≤300mm所以采用腹板式；
采用孔板式。具體結(jié)構(gòu)尺寸見零件圖。
6.2曲軸(偏心軸)的設(shè)計(jì)計(jì)算
取傳動(dòng)裝置的總效率=0.96，電動(dòng)機(jī)功率P1 =75KW,n1=1000r/min(最高轉(zhuǎn)速)，主軸的功率P=P1=750.96=72KW,主軸轉(zhuǎn)速n=193.3r/min;
轉(zhuǎn)矩得
T=9550=687.6N.m
1.曲軸主要尺寸的確定
在設(shè)計(jì)曲軸時(shí)，先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式?jīng)Q定曲軸的有關(guān)尺寸，然后根據(jù)理論公式進(jìn)行精確核驗(yàn)。
其圖形見圖6-1。
圖6-1（參考圖）
經(jīng)驗(yàn)公式見<<鍛壓設(shè)備理論與控制>>4.4節(jié)，李永堂等主編
1)支承頸直徑
=（4.5～5）（mm）
其中--- 標(biāo)稱壓力(KN)。
所以有
=（4.5～5）=（4.5～5）=100～111
取=105mm 。
2)曲柄頸直徑
=(1.1～1.4)
=(1.1～1.4)105=115.5～147
取=120mm。
3)支承徑長度
根據(jù)破碎腔的長度和經(jīng)驗(yàn)公式取mm。
4)曲柄兩臂外側(cè)面間的長度
=(2.5～3.0)= (2.5～3.0)105=262.5～315mm
=280mm。
5)曲柄頸長度
=(1.3～1.7)= (1.3～1.7)105=136.5～178.5mm
取=160mm。
6)圓角半徑r
r=(0.08～0.10)= (0.08～0.10)105=8～10.5
取 。
7)曲柄臂的寬度
=(1.3～1.8)= (1.3～1.8)105=136.5～189mm
取=160mm。
軸的具體尺寸見偏心軸圖紙。
2.曲軸的強(qiáng)度校核
對(duì)載荷做以下簡化（圖6-2）：
（1）帶輪對(duì)曲軸的作用力比連桿（動(dòng)腭）對(duì)它的作用力小的多，可忽略不計(jì)。
（2）連桿（動(dòng)腭）對(duì)曲軸的作用力近似看成等于標(biāo)稱壓力。
圖6-2
在曲軸頸上，除受彎矩作用外，尚受到扭矩的作用，應(yīng)按彎扭合成作用計(jì)算，但由于彎矩比扭矩大的多，故忽略扭矩的應(yīng)力。
這樣，危險(xiǎn)截面C-C的最大應(yīng)力為（<<鍛壓設(shè)備理論與控制>>4.4節(jié)，李永堂等主編）：
其中 ---標(biāo)稱壓力；
---曲柄頸長度；
---曲柄徑直徑；
---圓角半徑。
所以得：
=50.3<=100
在B-B 截面上也受到彎扭聯(lián)合作用，但此扭矩比彎矩大的多，故忽略彎矩的影響。
由公式得最大剪應(yīng)力為：
式中 ---標(biāo)稱壓力
---支承頸直徑；
----公稱當(dāng)量力臂。
又有公式：
=R(sin)+
注： R---曲柄半徑;
---曲柄轉(zhuǎn)角; ---連桿系數(shù); ---摩擦系數(shù);
取
=20°；; (見教材).
求得:
=
=26.26
所以:
=30.24MPa<=75MPa
所以綜合分析:強(qiáng)度符合要求.
3.曲軸剛度的計(jì)算
計(jì)算公式見（<<鍛壓設(shè)備理論與控制>>4.4節(jié)，李永堂等主編）：
簡化式為:
=｛
｝
式中 ——標(biāo)稱壓力；
E---彈性模量,鋼曲軸E=2.1×(N/);
——曲柄頸長度；
b---曲柄臂厚度；
r——圓角半徑；
h---曲柄臂厚度；
a---曲柄臂寬度；
c---曲柄臂形心至曲柄頸心形心的距離。
、、 ---支承頸、曲柄臂、曲柄臂的慣性矩，
=， =,==；
、——支承頸、曲柄頸的直徑；
a、b、c、h的尺寸圖見圖6-3。
圖 6-3（參考圖）
其余尺寸同上。
所以算得：
6.3 滾動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算
6.3.1 軸承的選擇
在軸上共有2對(duì)軸承，動(dòng)腭上部兩端為雙列球面滾子軸承支承在偏心軸上：偏心軸外側(cè)軸頸裝有支座主軸承，選深溝球軸承。以雙列球面滾子軸承為例，材料選用為了ZcuPb30,結(jié)構(gòu)參見《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)、單行本、軸承、成大先主編》選為23121，為雙列調(diào)心磙子軸承。
6.3.2 軸承的驗(yàn)算
1.已知d=105mm的調(diào)心磙子軸承，軸承受徑向載荷=494.22KN，轉(zhuǎn)速n=38r/min,
要求壽命=500h。
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)》P6-200（6-2-1）
C——基本額定動(dòng)載荷計(jì)算值，N;
P——當(dāng)量動(dòng)載荷，按式（6-2-2）計(jì)算，N
——壽命因數(shù)，按表6-2-8選?。?
——速度因數(shù)，按表6-2-9選取；
——力矩載荷因數(shù)，力矩載荷較小時(shí)=1.5，力矩載荷較大是=2；
——沖擊載荷因數(shù)，按表6-2-10；
——溫度因數(shù)，按表6-2-11選取；
查表6-2-8至6-2-11得：=1；=0.961；=2； =2； =1.0
==1664KN
KN<480KN 所以該軸承符合
七． 用solidworks
對(duì)一個(gè)主要零件進(jìn)行有限元分析
7.1 Solidwork軟件介紹
在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中，許多產(chǎn)品的外觀和一些零件的形狀是不規(guī)則的，要完成這些不規(guī)則的零件的設(shè)計(jì)，單靠簡單的造型特征是難以完成的，還必須依靠一些構(gòu)造特殊特征的功能。對(duì)于廣大的設(shè)計(jì)師來說，設(shè)計(jì)軟件只能提供構(gòu)建復(fù)雜曲面和不規(guī)則實(shí)體特征的功能是不夠的，還要求能夠方便快速地使用這些功能。Solidworks就是這樣一個(gè)功能強(qiáng)大又方便好用的3D設(shè)計(jì)軟件。
7.2 Comosworks功能和特點(diǎn)
COSMOSWorks使用SRAC公司開發(fā)的當(dāng)今世上最快的有限元分析算法——快速有限元算法（FFE），完全集成在Windows環(huán)境并與Solidworks軟件無縫集成。從最近的測試表明，快速有限元算法（FFE）提升了傳統(tǒng)算法50-100倍的解題速度，并降低磁盤存儲(chǔ)空間，只需原來的5%就夠了；更重要的是，它在微機(jī)上就可以解決復(fù)雜的分析問題，節(jié)省使用者在硬件上的投資。
SRAC公司的快速有限元算法（FFE）比較突出的原因如下：
（1）快速有限元算法參考以往的有限元求解算法的經(jīng)驗(yàn)，以C++語言重新編寫程序，程序代碼中盡量減少循環(huán)語句，并引如當(dāng)今世界范圍內(nèi)軟件程序設(shè)計(jì)信技術(shù)的精華。因此極大提高了求解器的速度。
（2）快速有限元算法使用新的技術(shù)開發(fā)、管理其資料庫，使程序在讀、寫、打開、保存資料及文件時(shí)，能夠大幅提升速度。
（3）快速有限元算法按獨(dú)家數(shù)值分析經(jīng)驗(yàn)，搜索所有可能的預(yù)設(shè)條件組合來解題，所以在 求解時(shí)快速而能收斂。
COSMOSWorks:為設(shè)計(jì)工程師在SolidWorks的環(huán)境下，提供比較完整的分析手段。憑借先進(jìn)的快速有限元技術(shù)（FFE），工程師能非常迅速地實(shí)現(xiàn)對(duì)大規(guī)模的復(fù)雜設(shè)計(jì)的分析和驗(yàn)證，并且獲得修正和優(yōu)化設(shè)計(jì)所需的必要信息。
7.3 對(duì)一個(gè)主要零件的有限元分析
對(duì)偏心軸進(jìn)行有限元分析
7.3.1建模
1.新建文件，啟動(dòng)Solidworks2007,選擇菜單命令“文件”→“新建”或點(diǎn)擊工具，在打開的“新建Solidwork文件”對(duì)話框中，選擇“零件”按鈕，單擊【確定】按鈕。
2.創(chuàng)建軸基礎(chǔ)造型，在FeatureManager設(shè)計(jì)樹中選擇“前視”基準(zhǔn)面，點(diǎn)擊“草圖繪制”按鈕，以原點(diǎn)為圓心繪制一個(gè)圓，使用智能尺寸為草圖標(biāo)注尺寸，直徑為170mm；選擇拉伸/凸臺(tái)按鈕，拉伸該圓，拉伸深度為200mm。如圖7-1
圖7-1
在拉伸后的端面上繪制一個(gè)直徑為150mm的圓，選擇草圖幾何關(guān)系，選擇與上一步繪制的圓同心；拉伸該圓，拉伸深度為150mm。如圖7-2
圖7-2
在拉伸后的端面上繪制一個(gè)直徑為120mm的圓，選擇智能尺寸，圓心與上一步繪制的圓的圓心距離為13.38mm；拉伸該圓，拉伸深度為80mm。如圖7-3
圖7-3
拉伸后的端面上繪制一個(gè)直徑為105mm的圓，選擇草圖幾何關(guān)系，選擇與上一步繪制的圓同心；拉伸該圓，拉伸深度為70mm。如圖7-4
圖7-4
拉伸后的端面上繪制一個(gè)直徑為95mm的圓，選擇草圖幾何關(guān)系，選擇與上一步繪制的圓同心；拉伸該圓，拉伸深度為216mm。如圖7-5
圖7-5
拉伸后的端面上繪制一個(gè)直徑為88mm的圓，選擇草圖幾何關(guān)系，選擇與上一步繪制的圓同心；拉伸該圓，拉伸深度為184mm。如圖7-6
圖7-6
鏡像上幾步繪制的凸臺(tái)，以第一個(gè)繪制的圓為對(duì)稱面進(jìn)行鏡像如圖7-7
圖7-7
7.3.2 分析類型和選項(xiàng)
1.單擊工具欄中的Cosmosworks,進(jìn)入有限元分析界面，單擊研究按鈕，或選擇命令“COSMOSWorks” →“研究”。
2.在彈出的“研究”對(duì)話框中，定義“研究名稱”、“分析類型”和“網(wǎng)格類型”。
3.對(duì)定義好“研究名稱”、“分析類型”和“網(wǎng)格類型”的研究專題，單擊“屬性”按鈕，在彈出的對(duì)應(yīng)屬性對(duì)話框中進(jìn)一步定義它的屬性，。
4.COSMOSWorks的基本模塊，提供8種分析類型。分別是：靜態(tài)、頻率、扭曲、熱力、優(yōu)化、非線性、掉落測試、疲勞等。本次選靜態(tài)分析模塊
5.劃分網(wǎng)格時(shí)有限元分析中非常重要的一步，COSMOSWorks提供了3種網(wǎng)格