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XX大學(xué)XX學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計說明書
題 目：樹枝粉碎成型機(jī)粉碎裝置的設(shè)計
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化
學(xué) 號： XX63240
姓 名： XX勇
指導(dǎo)教師： XX 教授
完成日期： 2012年5月21日
目 錄
摘要 II
Abstract III
第1章.緒 論 1
1.1 課題的目的和意義 1
1.2 國內(nèi)外粉碎機(jī)發(fā)展概況 2
1.2.1國外粉碎機(jī)發(fā)展概況 2
1.2.2我國粉碎機(jī)械發(fā)展概況 4
1.2.3我國粉碎設(shè)備的發(fā)展趨勢 4
1.2.4樹枝粉碎機(jī)方案的比較與選擇 5
第2章.錘片式粉碎機(jī)的設(shè)計 6
2.1 刀盤錘片式粉碎機(jī)的主要結(jié)構(gòu) 6
2.2.粉碎裝置參數(shù)的確定及設(shè)計計算 6
2.2.1轉(zhuǎn)子直徑D與粉碎室寬度B的確定 6
2.2.2 配套功率N的確定 7
2.3轉(zhuǎn)子的設(shè)計 8
2.3.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 9
2.3.3刀盤的設(shè)計 13
2.3.4 錘片的設(shè)計 14
2.3.6錘片的排列方式 15
2.3.8錘架板 17
2.3.9套筒的設(shè)計 18
第3章.零件強(qiáng)度校核 19
3.1軸的強(qiáng)度校核 19
3.1.1 求軸上的載荷 19
3.2 軸承壽命校核 24
3.2.1求比值 24
3.2.2初步計算當(dāng)量動載荷P 25
3.2.3驗(yàn)算軸承壽命 25
3.3鍵的選擇及校核計算 26
第4章.基于Pro/E的轉(zhuǎn)子三維實(shí)體造型 28
4.1主軸 28
4.2 錘片 28
4.3 套筒、錘架板 29
4.4 錘片隔套、銷軸 30
4.5 刀盤、飛刀 31
4.6 轉(zhuǎn)子的虛擬裝配 32
總 結(jié) 34
參考文獻(xiàn) 35
致 謝 36
附錄1： 37
附錄2： 43
摘要
刀盤錘片式粉碎機(jī)是樹枝粉碎成型加工機(jī)械的四大主機(jī)之一,其性能對樹枝的加工節(jié)能降耗意義重大。分析了刀盤錘片式粉碎機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),設(shè)計出滿足要求的刀盤錘片式粉碎機(jī)。建立了刀盤錘片式粉碎機(jī)轉(zhuǎn)子的基本模型，參考文獻(xiàn)表明，錘片對稱交錯排列轉(zhuǎn)子的平衡性較好，其中交錯排列轉(zhuǎn)子兩端軸承承載情況相近,轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性好。轉(zhuǎn)子是錘片式粉碎機(jī)的主要工作部件。利用Pro/E對錘片式粉碎機(jī)轉(zhuǎn)子中的各零件進(jìn)行三維建模、虛擬裝配、模型分析。設(shè)計者可以充分利用Pro/E單一數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)，通過改變尺寸參數(shù)來方便地修改和更新零件，還可以直觀地觀察和分析轉(zhuǎn)子的外形、零件間的相互位置關(guān)系。
關(guān)鍵詞：振動；刀盤錘片式粉碎機(jī)； Pro/E；轉(zhuǎn)子；三維建模
Abstract
Hammers mill, which is one of the four main feed processing machineries and one of the necessary equipment of feed processing, has a great influence on economy energy sources in feed factory. In this paper the structural features of the hammers mill are analyzed. A discrete model of hammers mill's rotor was set up. Mill's rotor arranged in different hammer forms was analyzed by way of dynamic simulation with virtual prototype technology. The result that is similar to facts was deduced. The conclusion indicated that the rotor with interlaced or symmetry-interlaced hammer form has better balance and the former is with good stability because of its equal load on each bearing. Rotor is an important assembly of hammers mill. This research utilized Pro/E to carry out three-dimensional modeling of the parts of hammer mill’s rotor, virtual assemble, model analysis, and motion emulation.
Key words: Vibration；hammers mill；Pro/E；rotor；3D modeling.
III
第1章.緒 論
1.1 課題的目的和意義
目前，國內(nèi)樹枝粉碎大都采用錘片式粉碎機(jī)，它利用高速旋轉(zhuǎn)錘片對樹枝產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊和搓擦，而達(dá)到物料破碎的目的。其主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強(qiáng)。
粉碎是工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)不可缺失的工序之一。粉碎是指在外力的作用下，克服了固體物料分子間的內(nèi)聚力，使固體物料外觀尺寸由大變小，物料顆粒的比表面積(單位質(zhì)量的表面積)由小變大的過程。粉碎后可以提高物理作用及化學(xué)反應(yīng)的速度。在把固體物料變成最終成品的許多加工過程中，粉碎是一個非常重要的工藝過程，據(jù)不完全統(tǒng)計，人類生活和生產(chǎn)中每年約有數(shù)千億噸固體物料需要經(jīng)過各種程度的粉碎加工。由于人類生產(chǎn)的飛速發(fā)展和生活水平的迅速提高，人們對粉碎加工的產(chǎn)品需求增加。因而需經(jīng)粉碎加工處理的固體物料也將增多。這就需要深入研究粉碎過程，對粉碎理論、方法、設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)的探討。為此在20世紀(jì)80年代初形成了一門獨(dú)立的學(xué)科—粉碎工程學(xué)，專門研究固體物料的粉碎行為及其屬性的學(xué)科…。
粉碎機(jī)是粉碎加工的主要設(shè)備，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人類生活的許多領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。例如在制藥業(yè)、化工業(yè)、食品業(yè)、飼料加工業(yè)，還有冶金礦山、涂料、建材、造紙等行業(yè)，甚至科研單位都需要粉碎機(jī)。由于粉碎機(jī)在許多行業(yè)得到普遍使用，目前粉碎機(jī)的市場還有很大潛力，因此國內(nèi)外對粉碎機(jī)的研究與發(fā)展均很重視。但是各種物料在粉碎加工過程中產(chǎn)生發(fā)熱、振動和磨擦等作用，使能源大量消耗，因此粉碎作業(yè)是消耗巨大能量的低效作業(yè)。多年來，技術(shù)人員一直在從理論研究、舊設(shè)備改造到創(chuàng)新設(shè)備，直至改變生產(chǎn)工藝流程等方面來研究如何達(dá)到高效節(jié)能地完成粉碎過程，達(dá)到降低其功耗高等缺點(diǎn)。但目前真正節(jié)能高效的粉碎機(jī)還沒有開發(fā)出來。研制出更符合實(shí)際生產(chǎn)需要的高效率的粉碎機(jī)，還有待于廣大科研人員和制造商們的發(fā)明創(chuàng)造。相關(guān)粉碎工程學(xué)科專家指出，今后若干年內(nèi)粉碎工程學(xué)發(fā)展的中心議題仍然是降低能耗，提高經(jīng)濟(jì)效益。
1.2 國內(nèi)外粉碎機(jī)發(fā)展概況
錘片式粉碎機(jī)因具有結(jié)構(gòu)簡單、通用性好、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于各種物料的粉碎，被稱為萬能粉碎機(jī)。目前，在國內(nèi)外樹枝加工企業(yè)中錘片式粉碎機(jī)是最重要的生產(chǎn)設(shè)備之一，大約一半以上的物料要經(jīng)過錘片式粉碎機(jī)加工。
1.2.1國外粉碎機(jī)發(fā)展概況
近年來，國外對超細(xì)粉碎及分級設(shè)備、工藝、微細(xì)顆粒粒度測定等方面的研究十分活躍，這是由于國外在復(fù)合材料、新型陶瓷、電子材料等許多尖端技術(shù)方面迅速發(fā)展而決定的。在先進(jìn)的工業(yè)化國家，微米級超細(xì)粉碎設(shè)備已渡過了其發(fā)明時期，而進(jìn)入成熟、配套、完善的階段 ,設(shè)備研究朝著亞微米級超細(xì)粉碎和微米級精密分級的方向發(fā)展。粉碎技術(shù)的發(fā)展主要表現(xiàn)在產(chǎn)品微細(xì)化、微粉功能化、 設(shè)備自動化、節(jié)能新工藝和新設(shè)備及低污染高強(qiáng)度材料的應(yīng)用等方面。
1895年美國研制出人類歷史上第一臺錘片式粉碎機(jī)，之后錘片式粉碎機(jī)在國外飼料工業(yè)生產(chǎn)中便得到迅速發(fā)展。由于飼料所用原料上的差異，在歐洲的飼料加工多采用混合粉碎(先配料后粉碎)，且經(jīng)常沒有任何谷物原料；而美國的飼料配方是以50％的玉米或小麥為基礎(chǔ)的，很少使用難以粉碎的谷物，比如燕麥和大麥等，原料水分也略低于歐洲。從應(yīng)用形式上錘片式粉碎機(jī)向兩個方向發(fā)展：首先在于美國的產(chǎn)品追求篩片面積大，而歐洲的講究沖擊齒板面積大。例如，美國的Champion公司及Jacobson公司等標(biāo)榜自己的產(chǎn)品為全周篩，而歐洲最為典型的是荷蘭的Van Aarsen公司的2D系列錘片式粉碎機(jī)，其沖擊齒板面積幾乎達(dá)整個粉碎室周圍面積的一半(占46％)；其次在于篩片的安裝。美國錘片式粉碎機(jī)在安裝、更換篩片時必須停機(jī)并且打開機(jī)殼才能進(jìn)行，而歐洲的許多錘片式粉碎機(jī)是從軸向插入式，不需停機(jī)和打開機(jī)殼即可抽出原有篩片，插入新?lián)Q篩片；還有的機(jī)型可沿軸的一端插入從另一端抽出，還可實(shí)現(xiàn)自動遙控?fù)Q篩， Van Aarsen公司的2D系列錘片式粉碎機(jī)兩側(cè)裝有遙控電動換篩裝置，在運(yùn)行中就可以更換篩片。
還有其它變型粉碎機(jī)，如渦輪粉碎機(jī)，其特點(diǎn)為在粉碎室篩片的末尾或在與進(jìn)料口約成270。角處，使未過篩的粗粒物料沿垂直方向向上拋出粉碎室，然后靠重力作用返回粉碎區(qū)。該機(jī)型的優(yōu)點(diǎn)是不需配備外設(shè)篩分設(shè)備，粗粒物料在機(jī)內(nèi)自行循環(huán)；缺點(diǎn)是整機(jī)結(jié)構(gòu)不對稱，不能通過簡單調(diào)換轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向來利用錘片的兩側(cè)。
大部分錘片式粉碎機(jī)只有一個轉(zhuǎn)速，MIAC公司在20世紀(jì)50年代研制出第一臺雙速驅(qū)動的H880型錘片式粉碎機(jī)，雙轉(zhuǎn)速可以增強(qiáng)打擊作用，提高粉碎效率。在國外，近年來為適應(yīng)飼料粉碎的特點(diǎn)及需求，還有采用變頻裝置控制錘片式粉碎機(jī)的轉(zhuǎn)速來改善其粉碎性能。在結(jié)構(gòu)上，近年來還出現(xiàn)了立式錘片粉碎機(jī)。
下面是幾種國外常見的粉碎機(jī)：
1）V9H型錘式粉碎機(jī)
羅馬尼亞生產(chǎn)的型錘式粉碎機(jī)是一種萬能型粉碎機(jī),它既能粉碎各種谷物精飼料，也能粉碎干草覃稈等飼料，這種粉碎機(jī)的特點(diǎn)是初體用鑄件制成，利于制造，篩板的包角大，生產(chǎn)效率高和采用內(nèi)包式排料風(fēng)扇，使排料部分的結(jié)構(gòu)大大簡化。
此種粉碎機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在兩塊圓形的轉(zhuǎn)盤上銷連有六排長方形的活動錘片，每排有錘片八枚共有48片，篩板包在轉(zhuǎn)盤之外,其包角約為280°，較大的包角有利于粉碎飼料的通過，從而能減低動力消耗和提高生產(chǎn)率。整個篩板鑲嵌在鑄鐵機(jī)殼的凹槽中，安裝牢固，篩子不易變形,粉碎機(jī)上共附有五種不同孔徑的篩板，其孔徑分別為1、2、3、4、5毫米?？梢愿鶕?jù)所粉碎飼料種類和細(xì)度要求的不同來選用適當(dāng)?shù)暮Y板。撞擊板裝在粉碎室的右上角。
在精料盛料斗的底部有一個可調(diào)插板，它可以改變斗底排料口的大小，用來控制精料的流量。在斗底排料口的下面有一塊傾斜的托料板，通過裝在機(jī)殼外的調(diào)節(jié)桿可以調(diào)節(jié)托料板的傾斜角度，以控制飼料喂人斗。當(dāng)托料板傾角增大時，飼料能很快的通過，因此喂入增大，反之則減小。
在粉碎莖桿、干草等粗飼料時,應(yīng)把草料喂人斗前端的擋板向前轉(zhuǎn)動使草料能直接落人粉碎室中。風(fēng)扇葉片裝在轉(zhuǎn)盤的側(cè)壁上，這樣就大大地簡化了風(fēng)扇結(jié)構(gòu)，并且也省去了風(fēng)扇人口部分的吸料管。動力通過皮帶輪和一對齒輪來帶動轉(zhuǎn)盤，齒輪的速比為1:3.5。
這種粉碎機(jī)適合與20~30馬力的拖拉機(jī)配套使用,也可用15千瓦的電動機(jī)來帶動。皮帶輪的轉(zhuǎn)速為800~900轉(zhuǎn)/分。粉碎谷物飼料的生產(chǎn)率為350~1250公斤/時,干草為100~150公斤/時。外形尺寸為1250×700×3000毫米,重量為710公斤。
2）英國Massey-Ferguson公司935型萬能粉碎機(jī)
這種粉碎機(jī)的通用性很大，它除了能粉碎各種谷物飼料外，也能粉碎秸稈、磨制草粉和制作青貯飼料，此外還能作為拋送器之用，將切碎的青飼料拋入青貯塔。此種粉碎機(jī)的結(jié)構(gòu)，它由喂料斗、機(jī)殼、轉(zhuǎn)盤、吹送管和聚料桶等部分組成。喂料斗裝在機(jī)殼的側(cè)壁，機(jī)殼的內(nèi)部裝有轉(zhuǎn)盤和篩板，頂部與吹送管相聯(lián)，吹送管的末端與聚料桶相接。喂料斗成簸箕形，在其前端有一塊半圓形 的罩蓋，蓋內(nèi)有一塊月牙形的擋板，用來防止飼料從粉碎室里向外飛濺。
3）法國Carriere-Guyot公司Pulverix牌飼料粉碎機(jī)
該公司生產(chǎn)有三種類型的固定錘桿式粉碎機(jī)。1型為自重排料，2型和3型為氣流排料。
4）日本橫山工業(yè)公司的雙轉(zhuǎn)盤式粉碎機(jī)
目前世界上所有的錘式粉碎機(jī)都存在有粉碎效率不高的缺點(diǎn)，這主要是因?yàn)榉鬯槭覂?nèi)有一團(tuán)已粉碎的樹枝包在轉(zhuǎn)盤的周圍，形成環(huán)形，隨著錘片一同轉(zhuǎn)動，因此從喂人口新進(jìn)人的樹枝首先是與這個環(huán)形的樹枝相遇，被帶著緩慢地旋轉(zhuǎn)，然后才能與錘片相遇，受到錘片的打擊。由于飼料顆粒在受打擊時已具有一定的速度，根據(jù)沖量定律，這時打擊力將會顯著地減弱，使粉碎機(jī)的粉碎效率不高。但是采用雙轉(zhuǎn)盤式粉碎機(jī)不但能避免這種缺點(diǎn)，而且由于在打擊時樹枝木屑的運(yùn)動方向是與錘片的方向相反，因此反而會增強(qiáng)打擊作用，能提高粉碎機(jī)的效率。
1.2.2我國粉碎機(jī)械發(fā)展概況
粉碎的目的與意義：固體物料經(jīng)過粉碎，顆粒由大變小，物料單位質(zhì)量的表面積增加，可以提高物理作用及化學(xué)反應(yīng)的速度；在礦物加工過程中，礦石經(jīng)過粉碎，可以實(shí)現(xiàn)不同礦物的彼此解離；幾種固體物料的混合，也必須在細(xì)粉狀態(tài)下，才能均勻混合。粉體材料最重要的質(zhì)量指標(biāo)之一是粒度和粒度分布，而粒度和粒度分布決定了粉體產(chǎn)品的技術(shù)性能和應(yīng)用范圍。例如，物料的比表面積、化學(xué)反應(yīng)速率、吸附性、堆積性、補(bǔ)強(qiáng)性、在液相介質(zhì)中的沉降速度、溶解性、光學(xué)性能、電性、磁性等，這些都與應(yīng)用范圍有直接關(guān)系。而產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ξ锪系牧６燃傲６确植季袊?yán)格的要求。粉碎是當(dāng)代飛速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)社會必不可少的一個工業(yè)環(huán)節(jié)。粉體技術(shù)被看作是高技術(shù)工業(yè)最重要的基礎(chǔ)技術(shù)之一。
1.2.3我國粉碎設(shè)備的發(fā)展趨勢
鑒于粉碎技術(shù)及設(shè)備的應(yīng)用涉及化工、冶金、建材、電子、化工、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)等許多領(lǐng)域的廣泛性，以及被粉碎材料種類的多樣性，尤其是當(dāng)代高新技術(shù)發(fā)展對材料深加工制備提出越來越高的要求:粒度微細(xì)化、粒度分布均勻化或顆粒形狀特定化、品質(zhì)高純化、表面處理功能化等等，必將促使粉碎技術(shù)與設(shè)備的不斷發(fā)展。其發(fā)展和研究的主要方面應(yīng)包括:
1)開發(fā)粉碎與分級相結(jié)合的閉路工藝及設(shè)備，從而降低能耗，提高生產(chǎn)率；
2)提高和改進(jìn)現(xiàn)有粉碎設(shè)備的性能，降低生產(chǎn)成本，增加品種和機(jī)型；
3)實(shí)現(xiàn)工藝研究和設(shè)備開發(fā)的一體化，針對具體物料特性，進(jìn)行設(shè)備開發(fā)設(shè)計；
4)重視粉碎基礎(chǔ)理論的研究。
1.2.4樹枝粉碎機(jī)方案的比較與選擇
樹枝粉碎機(jī)按其工作原理可分為盤式切碎加錘片粉碎、鼓式切碎加錘片粉碎、直接錘片粉碎和刀盤粉碎四種結(jié)構(gòu)形式。在這四種方案中，結(jié)合上述粉碎機(jī)的各種特點(diǎn)進(jìn)行比較，對本設(shè)計我選擇了盤式切碎加錘片粉碎方式，其原因是盤式切碎加錘片粉碎這種形式因其具有結(jié)構(gòu)簡單、操作維修簡便、粉碎效果好和生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。
刀盤錘片式粉碎機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理是：刀盤錘片式粉碎機(jī)由切削部分、粉碎部分、篩分部分三部分組成。其工作原理是：傳動軸從電動機(jī)獲得動力后，驅(qū)動刀盤和粉碎錘片在機(jī)殼內(nèi)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，樹枝不斷的投入，粉碎機(jī)不斷的切削和粉碎篩分，通過篩孔的物料被風(fēng)吹到機(jī)外，不能通過的則在機(jī)內(nèi)繼續(xù)粉碎。
第2章.錘片式粉碎機(jī)的設(shè)計
2.1 刀盤錘片式粉碎機(jī)的主要結(jié)構(gòu)
刀盤錘片式粉碎機(jī)主要由電動機(jī)，機(jī)架和機(jī)殼，轉(zhuǎn)子，進(jìn)、出料口，輸送裝置等部分組成。簡圖如下所示：
圖2-1刀盤錘片式粉碎機(jī)整體結(jié)構(gòu)
已知設(shè)計參數(shù)：
該粉碎機(jī)為單軸錘片式樹枝粉碎機(jī)，為了提高粉碎機(jī)的利用率，采用刀盤加錘片粉碎，刀盤線速度為80—120r/min。
工作條件：連續(xù)單向運(yùn)轉(zhuǎn)，工作時有輕微震動。
2.2.粉碎裝置參數(shù)的確定及設(shè)計計算
2.2.1轉(zhuǎn)子直徑D與粉碎室寬度B的確定
1）轉(zhuǎn)子直徑D的確定
由得轉(zhuǎn)子直徑為：
2）粉碎室寬度B的確定
粉碎機(jī)轉(zhuǎn)子直徑D與粉碎室寬度B之積可用以下經(jīng)驗(yàn)公式求得:
(2—1)
式中：B—粉碎室寬度，mm；
k—經(jīng)驗(yàn)系數(shù),一般取0.29～0.75；
D—轉(zhuǎn)子直徑，mm。
DB確定之后, 為了降低噪音, 一般采用大轉(zhuǎn)子低轉(zhuǎn)速, 確定要根據(jù)粉碎物料的品種具體分析。如果以樹枝等物料為主, 要采較小的B和較大的D；如果是以粉碎牧草為主，則要采用較大的B和較小的 D。
將數(shù)據(jù)代入式(2—1)得：
B=0.43×600mm
=258mm
2.2.2 配套功率N的確定
電動機(jī)配套功率由下式確定：
N=（6.4-10.5）Q (2—2)
式中：N—電動機(jī)功率，KW；
Q—生產(chǎn)率,t/h；
Q=N/KE。
得配套電動機(jī)的功率為：
N=（6.4—10.5）3.03 KW
=（19.4—31.8）KW
根據(jù)JB/T5274—1991 所選電動機(jī)的型號為 Y180l—4，其主要參數(shù)如下所示：
功率：22KW
電流：42.5A
轉(zhuǎn)速:1470r/min
額定轉(zhuǎn)矩：2.2Nm
最大轉(zhuǎn)矩：2.3Nm
機(jī)座帶底腳，端蓋無凸緣（B3型）安裝尺寸和外形尺寸見表3—1所示：
表2—1電動機(jī)安裝尺寸
機(jī)座號
D
F
G
E
K
H
A
B
C
AB
AC
AD
HD
L
180L
48
14
42.5
110
15
180
279
279
121
355
380
285
430
710
詳見圖2-2：
圖2-2電動機(jī)外形
2.3轉(zhuǎn)子的設(shè)計
轉(zhuǎn)子是粉碎機(jī)的主要工作部件，由主軸、刀盤、飛刀、定位套筒錘架板、銷軸、錘片和錘片隔套等組成。
2.3.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
1）初步確定軸的最小直徑
先按式（2—13）初步估算軸的最小直徑
（2—3）
式中：—軸的最小直徑,mm ；
—系數(shù),可由下表查的；
—輸出軸上的功率，(帶的傳動效率：0.96)，KW ；
—軸的轉(zhuǎn)速,r/min。
表2-2 軸常用幾種材料的及值
軸的材料
Q235-A、20
Q275、35
45
40Cr、35SiMn
/MPa
15-25
20-35
25-45
35-55
149-126
135-112
126-103
112-79
注：1）數(shù)中值是考慮了彎矩而降低了許應(yīng)扭矩切應(yīng)力。
2）在下述情況時，取較大值，取較小值；彎矩較小或只受扭矩作用，載荷較平穩(wěn)、無軸向載荷或只有較小的軸向載荷，減速器的低轉(zhuǎn)速軸，軸只做單向性旋轉(zhuǎn)；反之，取較小值，取較大值。
選取軸的材料為45剛，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)上表， 取=120
=220.96 KW
=21.12 KW
在此計算轉(zhuǎn)速為1800r/min的轉(zhuǎn)子直徑，則有：
=27.27mm
根據(jù)實(shí)際需要去該軸的最小直徑為40mm。
2）擬定軸上零件的裝配方案
根據(jù)設(shè)計的要求該軸上零件的裝配方案如下圖所示：
圖2-3 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖
3）各軸段的直徑和長度確定
a.為了滿足皮帶輪的軸向定位的要求，I-II軸段右端需制出一軸肩，由于皮帶輪軸向比較長又考慮到軸的強(qiáng)度問題所以與皮帶輪配合的軸的長度要小于皮帶輪寬度，故取。
b.初步選擇軸承。因軸承需要承受徑向力和承受軸向力，故選用圓錐滾子軸承。參照工作要求并根據(jù)，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0基本游隙組、標(biāo)準(zhǔn)精度的圓錐滾子軸承330010，其尺寸為，軸承與軸的周向定位采用過渡配合來保證，此處選軸的直徑尺寸公差為m6，而。
c.取安裝錘片處的軸段3-4的直徑為，錘片是裝在靠錘架板支撐的銷軸上的。已知粉碎室的寬度為246mm，為了固定錘架板將軸段3-4設(shè)計成帶有螺紋的，用鎖緊螺母來固定錘架板，因此軸段。
d.為了便于對錘片組與刀盤的安裝與定位，在此軸段5-6處安裝一軸肩，其直徑為，。
e.安裝刀盤處的軸段7-8的直徑,由刀盤寬度為40mm,為了使軸套筒端面可靠的壓緊刀盤，刀盤右端用以鎖緊螺母進(jìn)行鎖緊，因此此軸段。
f.刀盤右端設(shè)計以鎖緊螺母，將此軸段設(shè)計成帶螺紋的，此軸段8-9的直徑為,。
g.在8-9軸段右端設(shè)計一軸承將主軸固定，此軸段，。
h.此軸已基本設(shè)計完成，其主軸總長為L=256mm。
4）軸上零件的周向定位
皮帶輪與軸的周向定位均采用平鍵連接，按由機(jī)械設(shè)計手冊查得平鍵截面，A型鍵，鍵槽用鍵槽銑刀加工。錘架板與軸連接選用A型平鍵，，軸承與軸的周向定位是由過度配合來保證的。刀盤與軸連接選用A型平鍵，尺寸為。
5）取軸端倒角為，各軸肩處圓角如如軸所示。
2.3.2飛刀的設(shè)計
飛刀是刀盤粉碎機(jī)的主要部件之一，飛刀的性能對樹枝刀盤粉碎機(jī)的工作起很重要的作用。由盤式樹枝粉碎機(jī)的生產(chǎn)能力Q(實(shí)積3/h)為
10-8 (2-4)
式中: －設(shè)備時間利用系數(shù)，取=0.3～0.5；
－工作時間利用系數(shù)，取=0.7～0.8；
—原料形態(tài)影響系數(shù)，成捆樹枝取=0.3～0.7，其他原料取1；
—刀盤轉(zhuǎn)速，/；
—飛刀數(shù)量；
—樹枝平均長度，；
—樹枝的斷面積，2；
取，，，，=2/4，
則由上式可得 Z=3.4，圓整為 Z=4，故由生產(chǎn)率可選飛刀的數(shù)量為4把。
由下式（2-10）中，其中ε已知，為β進(jìn)料口的傾斜槽的傾角為45?，為常數(shù)，如要使主切削力最小就要使β+α=45?，考慮道具的強(qiáng)度取飛刀楔角β=38?,那么α=7?,在考慮到刀盤回轉(zhuǎn)時的平衡，四把刀位
（2-5）
置兩兩對稱，考慮到兩把刀刀刃長度必須大于進(jìn)料口，才能使切削沒有“死區(qū)”，進(jìn)料口在140mm,沒把刀刃長度為85mm，飛刀的安裝高度為10mm,由此得樹枝的切碎長度為10mm,根據(jù)主要參數(shù)設(shè)計刀具如下圖所示：
圖2-4飛刀
2.3.3刀盤的設(shè)計
刀盤主要是安裝飛刀和儲存能量，在切削樹枝的時候釋放動能，在不切削的時候儲存動能，保證樹枝粉碎機(jī)連續(xù)工作。根據(jù):
（2—6）
其中T為切削時的扭矩，F(xiàn)是切削力，是飛刀到中心軸線的距離。由理論公式得，飛刀離主軸中心越近，切削時的扭矩就越小，到盤的外徑尺寸可以設(shè)計得越小，粉碎機(jī)的結(jié)構(gòu)也就越緊湊，但受到主軸和軸承座以及進(jìn)料口的影響，并留有適當(dāng)?shù)挠嗔?，同時考慮飛刀通過進(jìn)料口的組合長度應(yīng)大于進(jìn)料口的寬度即根據(jù)飛刀的尺寸設(shè)計安裝孔的位置，較近的飛刀安裝槽道主軸中心線的距離為90，較遠(yuǎn)的飛刀安裝槽距離主軸中心線的距離為90+160=250mm,再加上飛刀寬度及邊緣尺寸，刀盤的外徑為600mm較為合理，考慮刀盤本身的轉(zhuǎn)動慣量和安裝飛刀等因素，取刀盤的厚度為40mm。
根據(jù)這些主要參數(shù)設(shè)計，如下圖所示：
圖2—5 刀盤
2.3.4 錘片的設(shè)計
錘片是錘式粉碎機(jī)最主要的工作部件,也是易損件。我國每年錘片耗用鋼材數(shù)萬噸以上。提高錘片的使用壽命具有重要意義。錘片的形狀、尺寸、排列方法、線速度對粉碎效率有很大的影響。目前世界上有多種形狀的錘片。各種錘片的使用性能比較見表2-3。
表2—3各種錘片使性能比較
錘片類型
使用性能
矩形錘片
通用性好,形狀簡單,易制造。
焊耐磨合金
延長使用壽命,制造成本較高。
階梯形錘片
工作棱角多,粉碎效果好,但耐磨性差。
尖角錘片
適于粉碎纖維質(zhì)物料,但耐磨性差。
環(huán)形錘片
只有一個銷孔,工作中自動變換工作角因此磨損損均勻,使用壽命較長,但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。
由國家機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了錘片的型式，規(guī)格和設(shè)計要求。根據(jù)本此的設(shè)計要求選擇I型錘片，其具體設(shè)計圖形如圖2-9所示：
圖2-6 錘 片
本次設(shè)計中選用I型錘片，錘片的具體參數(shù)為：
長度a:172 mm
寬度c：40mm
厚度e：5mm
孔到錘片一端的距離b：127mm
由于錘片是粉碎機(jī)加工的核心部件，所以要求較高。本錘片選擇的金屬材料是65Mn鋼，且經(jīng)過熱處理。熱處理淬火區(qū)硬度為50-57HRC,非淬火區(qū)硬度不超過28HRC。
2.3.5 錘片數(shù)目的確定
參考錘片式飼料粉碎機(jī)，該樹枝粉碎機(jī)的錘片數(shù)Z由下式確定：
（2—7）
為粉碎室寬度， 為錘片配置密度系數(shù)(0.28～0.42), 為錘片厚度(5mm),經(jīng)計算得 13～20.故此樹枝粉碎機(jī)設(shè)計為16把錘片，分4組，每組4片。
2.3.6錘片的排列方式
錘片式粉碎機(jī)的轉(zhuǎn)子不同于機(jī)械設(shè)備中常見的內(nèi)部無活動部件的轉(zhuǎn)子，其執(zhí)行粉碎工作的主要部件—錘片，是懸掛在均布于轉(zhuǎn)子錘架板的銷軸上的，其與銷軸的聯(lián)結(jié)方式屬于鉸接，各錘片可繞銷軸自由轉(zhuǎn)動。
一般來說，不同用途、規(guī)格的錘片式粉碎機(jī)轉(zhuǎn)子的銷軸數(shù)（即圓周均布的錘片組數(shù)）有所不同，但為減少運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的不平衡，一般均為偶數(shù)；另外，單根銷軸上裝配的錘片數(shù)量時常差別很大，但總的原則是，同一臺粉碎機(jī)關(guān)于中心對稱的兩根銷軸上裝配的錘片數(shù)量相同。
如圖2-7所示為四銷軸十六錘片對稱排列轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。
圖2-7錘片式粉碎機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)
1、銷軸 2、隔套 3、園螺母4、止退墊圈 5、錘片6、主軸 7、錘架板
主軸既起著安裝、支撐錘架板及錘片組的作用，又擔(dān)負(fù)著動力的輸入；錘架板是將錘片組與主軸連接成一體的中介；銷軸穿過兩錘架板上對稱均布的孔，并與錘片鉸接；隔套的作用僅是將錘片間隔開來，根據(jù)需要形成各種排列方式。
隔套的長短很容易通過加工予以改變，其排列位置、順序又可以方便地進(jìn)行調(diào)整，這為錘片組多種排列形式的出現(xiàn)提供了條件。常見的方式有螺旋線排列、對稱排列、交錯排列、對稱交錯排列4種。
如圖2-8所示:
(a) 螺旋線排列 (b) 對稱排列
(c) 交錯排列
(d) 對稱交錯排列
圖2-8轉(zhuǎn)子錘片組排列
(a) 螺旋線排列：
螺旋線排列方式分單、雙螺旋兩種，圖a為單螺旋線排列。該排列是最簡單的錘片排列方式，錘片軌跡均勻，不重復(fù)，但關(guān)于主軸中心對稱的各對銷軸上各自錘片組產(chǎn)生的離心力合力的作用線不在同一直線上，存在著不平衡力矩。
(b) 對稱排列：
該排列方式中，關(guān)于主軸中心對稱兩銷軸上的錘片安裝對稱，錘片運(yùn)動軌跡重復(fù)。工作過程中，錘片磨損比較均勻。
(c) 交錯排列：
該排列分單片和雙片兩種形式，圖c為雙片交錯排列。工作中，錘片軌跡均勻，不重復(fù)，但工作時物料略有推移，銷軸間隔套品種多。
(d) 對稱交錯排列：
該方式錘片排列對稱，運(yùn)動軌跡均勻，不重復(fù)，軌跡覆蓋區(qū)域廣。
本次設(shè)計采用的是對稱交錯布置的錘片排列方式。
2.3.7 錘篩間隙的影響
錘片外端面到篩板和粉碎室內(nèi)壁間的間隙影響加工樹枝的合格率，間隙過大，木屑在加工室內(nèi)做環(huán)流運(yùn)動時，遭受錘片打擊的機(jī)會少；間隙過小，木屑遭受打擊的機(jī)會增多，使粉碎的木屑過細(xì)粉碎，錘片端部的摩擦阻力增大，功耗增大，參考國內(nèi)外粉碎機(jī)的研究，本樹枝粉碎的的間隙取為10mm。
2.3.8錘架板
錘架板起支撐銷軸和錘片的作用。它利用套筒將其固定在主軸上，轉(zhuǎn)盤架的直徑設(shè)為436mm,厚度為5mm.其具體形狀如圖2-9所示：
圖2-9 錘架盤
2.3.9套筒的設(shè)計
套筒形狀如圖2-15示所示：
圖2-10 套 筒
第3章.零件強(qiáng)度校核
3.1軸的強(qiáng)度校核
3.1.1 求軸上的載荷
由于影響主軸強(qiáng)度的因素較多，這里不作全面分析，只能做一個初步的估算。
軸上受力分析：
1）軸上主要承受以下幾種力：
a.皮帶輪的徑向力；
b.轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，由于不平衡引起的離心力；
c.軸承支反力。
2)求各力的大小
a.皮帶輪的壓軸力
由粉碎機(jī)的轉(zhuǎn)速為3600r/min，V帶根數(shù)為4跟，由傳動裝置計算的皮帶輪上的壓軸力的最小值為：
b.離心力公式為：
式中：—質(zhì)量，，為重力，為重力加速度，m/s；
—質(zhì)點(diǎn)距軸心的距離，m；
—角速度，rad/s。
錘片組允許質(zhì)量差5g引起的離心力：
轉(zhuǎn)子允許中心偏移量引起的離心力：
已知轉(zhuǎn)子重20kg，轉(zhuǎn)子中心線允許偏移量為0.01 mm；
刀盤引起的離心力：
三項(xiàng)合計：
轉(zhuǎn)子重力和離心力，是由兩個轉(zhuǎn)盤傳到主軸上的，離心力方向隨主軸旋轉(zhuǎn)而變化。根據(jù)分析，當(dāng)離心力方向均為鉛垂方向時，對主軸受力最不利，所以現(xiàn)在按鉛垂方向計算。
離心力由刀盤傳到主軸上，離心力的方向隨主軸旋轉(zhuǎn)而變化。根據(jù)分析得：
c.在軸承作出的軸承支反力。
c.1按彎扭合成強(qiáng)度條件校核
求軸上的功率：
轉(zhuǎn)速為3600r/min時軸上彎矩T為：
按最大壓軸力和最大彎矩來計算軸的強(qiáng)度，如此時滿足強(qiáng)度要求， 。
c.2軸承支反力
做出軸的計算簡圖如圖3-1所示：
圖3-1 軸所受載荷分析圖
求豎直面內(nèi)支反力，作豎直面內(nèi)彎矩圖，豎直面內(nèi)受力情況如圖。
c.3豎直面內(nèi)A，B的支反力：
對A點(diǎn)取矩
的方向與原來假設(shè)方向相同。
c.4求豎直面內(nèi)彎矩
A點(diǎn)彎矩
B點(diǎn)彎矩
C點(diǎn)彎矩
D點(diǎn)彎矩
c.5求當(dāng)量彎矩
根據(jù)軸的工作情況可知，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，取。
c.6按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度。
校核A截面
校核B截面
校核C截面
校核D截面
軸選用的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查表15-1得，，，，，，故該軸是安全的，滿足要求。
軸的載荷分析圖、彎矩、扭矩圖如下圖3—2圖所示：
圖3-2 彎矩、扭矩圖
3.2 軸承壽命校核
選用30000型圓錐滾子軸承，軸承代號為30310。軸承反裝軸向載荷,預(yù)期壽命。軸承徑向載荷，。軸承轉(zhuǎn)速為3600r/min，驗(yàn)算軸承的壽命是否滿足要求。軸承所受載荷如圖3-3所示：
圖3-3軸承受力圖
3.2.1求比值
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計》表13—5，圓錐滾子軸承最大e值為0.44，故此時
3.2.2初步計算當(dāng)量動載荷P
根據(jù)式來計算軸承的當(dāng)量動載荷。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計》課本表13—6取。
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計》課本表13—6取,軸承基本額定動載荷為，Y值需在已知軸承型號和基本額定定載荷之后才能求出。
相對軸向載荷，在表13—5中介于0.025—0.07之間，對應(yīng)的e值0.18—0.27，Y值為2.1—1.6，用線性插值法求Y值。則有：
當(dāng)量動載荷為：
3.2.3驗(yàn)算軸承壽命
由式來計算軸承的實(shí)際壽命則有：
由以上驗(yàn)算可知所選軸承滿足壽命要求。
3.3鍵的選擇及校核計算
a、軸上與皮帶輪相聯(lián)處鍵的校核
鍵C12×8 單鍵
鍵連接的組成零件均為鋼，
滿足設(shè)計要求。
b 、與軸上錘架盤相聯(lián)的鍵的校核
鍵A1610 單鍵
鍵連接的組成零件均為鋼，
滿足設(shè)計要求。
c、與軸上刀盤相聯(lián)的鍵的校核
鍵A1610 單鍵
鍵連接的組成零件均為鋼，
滿足設(shè)計要求。
第4章.基于Pro/E的轉(zhuǎn)子三維實(shí)體造型
粉碎是樹枝粉碎成型最為重要的工序，而錘片式粉碎機(jī)是該工序中應(yīng)用最廣泛的一種機(jī)型。其工作原理主要是利用刀盤上高速回轉(zhuǎn)的飛刀對樹枝進(jìn)行切削，再在錘片的告訴回轉(zhuǎn)將樹枝進(jìn)行進(jìn)一步的粉碎，從而達(dá)到粉碎的目的，具有結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強(qiáng)、生產(chǎn)率高、工作平穩(wěn)和裝卸方便等優(yōu)點(diǎn)。轉(zhuǎn)子是錘片式粉碎機(jī)的主要工作部件，由主軸、定位套筒、錘架板、銷軸、錘片和錘片隔套、刀盤、飛刀等組成。傳統(tǒng)設(shè)計方法是以二維平面圖來表示轉(zhuǎn)子，抽象性強(qiáng)，不直觀，也不便于修改。此設(shè)計中使用三維建模，利用Pro/E軟件對錘片式粉機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行三維參數(shù)化造型。
4.1主軸
主軸是粉碎機(jī)傳遞扭矩的部件。軸為階梯形狀，軸肩起定位作用；軸上加工有3個鍵槽，起傳遞扭矩的作用；在軸的兩端加工有螺紋，與鎖緊螺母配合使用，起固定錘架板和定位套筒，固定刀盤軸的作用。主軸的三維模型如圖4-1所示。
圖4-1 主軸
4.2 錘片
錘片是刀盤錘片式粉碎機(jī)中主要的工作部件之一，其形狀尺寸、工作密度與排列方式對粉碎效率和工作質(zhì)量有較大的影響。錘片的形狀很多，其中矩形錘片因其通用性好、形狀簡單、易于制造而應(yīng)用最廣。矩形錘片有兩個銷連孔，其中一個孔銷連在銷軸上，這樣可輪換使用4個角來工作。錘片的排列方式很多，本研究采用對稱交錯式的排列方式，如圖4—2所示：
圖4—2 錘片及錘片組
4.3 套筒、錘架板
錘架板起支撐銷軸和錘片的作用。
圖4-3 錘架盤
套筒主要用來固定錘架板。
圖4-4 套 筒
4.4 錘片隔套、銷軸
錘片隔套起定位錘片的作用，使錘片能保持設(shè)計的排列方式，且不會在銷軸上產(chǎn)生較大的軸向位移。
圖4—5 錘片隔套
銷軸貫穿于錘片和錘架板的銷孔上，用于安裝錘片。
圖4—6 銷 軸
4.5 刀盤、飛刀
刀盤固定在主軸上，一端用軸肩定位，一端用鎖緊螺母固定；其作用是將飛刀安裝在刀盤，帶動飛刀切削。
圖4—7 刀 盤
飛刀用于對樹枝的切削
圖4—8 飛 刀
4.6 轉(zhuǎn)子的虛擬裝配
零件虛擬裝配過程中最重要的步驟就是對零部件進(jìn)行適當(dāng)?shù)募s束。在Pro／E 中，用匹配（Mate）、對齊（Align）和插入（insert）等約束命令將所有的零部件按要求裝配在一起的。在錘片式粉碎機(jī)轉(zhuǎn)子中，將設(shè)計完的零件按一定的規(guī)律和順序裝配起來，組裝成一個虛擬的部件。
圖4—9 刀盤錘片粉碎機(jī)轉(zhuǎn)子部分裝配圖
總 結(jié)
通過此次畢業(yè)設(shè)計，我不僅把知識融會貫通，而且豐富了大腦，同時在查找資料的過程中也了解了許多課外知識，開拓了視野，使自己在專業(yè)知識方面和動手能力都有了質(zhì)的飛躍。
畢業(yè)設(shè)計既是對學(xué)校所學(xué)知識的全面總結(jié)和綜合應(yīng)用，又為今后走向社會的實(shí)際操作應(yīng)用鑄就了一個良好的開端，畢業(yè)設(shè)計是我對所學(xué)所學(xué)知識理論的檢驗(yàn)與總結(jié)，能夠培養(yǎng)和提高設(shè)計者的獨(dú)立分析和解決問題的能力。畢業(yè)設(shè)計不僅是對前面所學(xué)的一種檢驗(yàn)，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè)設(shè)計我才明白學(xué)習(xí)是一個長期積累過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)不斷學(xué)習(xí)，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。
本論文首先通過理論研究，分析了刀盤錘片式粉碎機(jī)的工作原理，繼而進(jìn)行整體及轉(zhuǎn)子的設(shè)計。由于在設(shè)計方面我們沒有經(jīng)驗(yàn)，理論知識學(xué)的不牢固，在設(shè)計中難免會出現(xiàn)這樣那樣的問題，如：在選擇計算標(biāo)準(zhǔn)件是可能會出現(xiàn)誤差，如果是聯(lián)系緊密或者循序漸進(jìn)的計算誤差會更大，在查表和計算上精度不夠準(zhǔn)。
在設(shè)計的過程中，培養(yǎng)了我綜合應(yīng)用機(jī)械設(shè)計課程及其他課程的理論知識和應(yīng)用生產(chǎn)實(shí)際知識解決工程實(shí)際問題的能力，在設(shè)計的過程中還培養(yǎng)出了我們的團(tuán)隊(duì)精神，大家共同解決了許多個人無法解決的問題，在這些過程中我們深刻地認(rèn)識到了自己在知識的理解和接受應(yīng)用方面的不足，在今后的學(xué)習(xí)過程中我們會更加努力和團(tuán)結(jié)。
通過這次設(shè)計之后，對以后自己獨(dú)立設(shè)計打下一個良好的基礎(chǔ)。
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[17] 孫成林．破碎機(jī)的最新發(fā)展[J]．中國粉體技術(shù)，2000（13）14-20.
致 謝
這次設(shè)計中對我?guī)椭娜撕芏啵紫认蛭业膶?dǎo)師XX教授致以誠摯的謝意。感謝這段時間您導(dǎo)師以及助教給予的指導(dǎo)和幫助．周老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，開闊的思維方式誨人不倦的優(yōu)良品德，使我受益匪淺。在設(shè)計過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，并向老師請教等方式使自己學(xué)到不少知識，也歷經(jīng)了不少艱辛，遇到許多問題，但收獲同樣巨大。在整個設(shè)計中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹立了自己工作的信心，相信會對以后的學(xué)習(xí)、工作、生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手能力是我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。
在此要感謝我的指導(dǎo)老師周老師以及指導(dǎo)老師對我設(shè)計課題的指導(dǎo)，無論開題報告、論文審稿都得到了周老師的悉心指導(dǎo)和幫助，借此機(jī)會向周老師表示由衷的感謝。在此一并表示感謝同學(xué)對我的幫助，與大家時常進(jìn)行的有關(guān)課題的討論，使我的思路得以拓展?？傊?，感謝所有給于我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)，謝謝你們對我的幫助是我很順利的完成這次設(shè)計。
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