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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（說(shuō)明書(shū)）
2012 屆
題 目 圓錐式破碎機(jī)設(shè)計(jì)
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名 ╳╳╳
學(xué) 號(hào) ╳╳╳
指導(dǎo)教師 ╳╳╳
論文字?jǐn)?shù) ╳╳╳
完成日期 2012年12月
湖 州 師 范 學(xué) 院 教 務(wù) 處 印 制
摘 要
破碎是一種使大塊物料變成小塊物料的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程是用外力（人力、機(jī)械力，電力、化學(xué)能、原子能或其它方法等）施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。礦石是脆性材料，它在很小的變形下就發(fā)生毀壞。
圓錐式破碎機(jī)是在的作用下對(duì)物料進(jìn)行劈碎，破碎后的物料直接排出，因此破碎粒度比較均勻。本文主要是對(duì)圓錐式破碎機(jī)進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析。
關(guān)鍵詞：圓錐式破碎機(jī)，破碎機(jī)設(shè)計(jì)，破碎，帶傳動(dòng)
III
Abstract
Broken is a type of large material into small pieces of material process. This process is to use external force ( human, mechanical, electric power, chemical energy, atomic energy or other methods) is applied to the broken material material, overcome intermolecular cohesive force, so that the bulk material is split into a number of small. The ore is a brittle material, it is in a very small deformation destruction occurs.
Cone crusher teeth in the role of material breaking, the crushed material is discharged directly, thus crushing granularity uniformity. This paper is mainly on the cone crusher machine structure design and analysis.
Key words: cone crusher, crusher, crushing, belt drive
目 錄
摘 要 I
Abstract II
目 錄 III
第1章 緒論 1
1.1研究的目的和意義 1
1.2 破碎機(jī)的分類及工作原理詳解 1
1.3 工作原理 4
1.4 發(fā)展歷史 5
1.5 國(guó)內(nèi)圓錐式破碎機(jī)的主要廠家 5
1.6 國(guó)外圓錐式破碎機(jī)的主要廠家 7
1.7 圓錐式破碎機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì) 7
第2章 破碎機(jī)的工作原理和構(gòu)造 11
2.1 圓錐破碎機(jī)的類型 11
2.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 12
第3章 破碎機(jī)主要參數(shù)的設(shè)計(jì) 17
3.1破碎機(jī)主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算 17
3.2嚙角的確定 17
3.3給礦粒度和轉(zhuǎn)子直徑 17
第4章 破碎機(jī)的傳動(dòng)設(shè)計(jì)選擇 18
4.1 生產(chǎn)能力 18
4.2 電動(dòng)機(jī)功率 19
4.3 錐齒輪的主要參數(shù)選擇 20
4.4錐齒輪的材料 25
4.5 錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 26
4.5.1 單位齒長(zhǎng)圓周力 26
4.5.2 齒輪彎曲強(qiáng)度 26
4.5.3 輪齒接觸強(qiáng)度 27
4.6 軸的材料和熱處理方式的分析 28
4.7 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 28
4.8軸上零件的周向定位 29
4.9軸的校核 29
4.10軸的結(jié)構(gòu)圖 32
4.11 鍵聯(lián)接設(shè)計(jì) 32
4.12 滾動(dòng)軸承設(shè)計(jì) 33
4.13 密封和潤(rùn)滑的設(shè)計(jì) 34
結(jié)束語(yǔ) 35
參考文獻(xiàn) 36
致謝 37
圓錐式破碎機(jī)設(shè)計(jì)
第1章 緒論
1.1研究的目的和意義
隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，礦產(chǎn)資源的綜合利用技術(shù)與其產(chǎn)業(yè)迅猛前進(jìn)，到1999年我國(guó)已建成10 879座國(guó)有大中型礦山和227 854個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)集體企業(yè)，全國(guó)礦石采掘總量超過(guò)50億噸，礦業(yè)總產(chǎn)值為4 000億元。
物料的破碎是許多行業(yè)(如冶金、礦山、建材、化工、陶瓷筑路等)產(chǎn)品生產(chǎn)中不可缺少的工藝過(guò)程。由于物料的物理性質(zhì)和結(jié)構(gòu)差異很大,為適應(yīng)各種物料的要求,破碎機(jī)的品種也是五花八門(mén)的。就金屬礦選礦而言,破碎是選礦廠的首道工序,為了分離有用礦物,不但分為粗碎、中碎、細(xì)碎,而且還要磨礦。因?yàn)槠扑槭沁x礦廠的耗能大戶(約占全廠耗電的50%),為了節(jié)能和提高生產(chǎn)效率,所以提出了“多碎少磨”的技術(shù)原則。這使破碎機(jī)向細(xì)碎、粉碎和高效節(jié)能方向發(fā)展。
另外隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展,破碎機(jī)也向自動(dòng)化方向邁進(jìn)(如國(guó)外產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)機(jī)電液一體化、連續(xù)檢測(cè),并自動(dòng)調(diào)節(jié)給料速率、排礦口尺寸及破碎力等)。隨著開(kāi)采規(guī)模的擴(kuò)大,破碎機(jī)也在向大型化發(fā)展,如粗碎圓錐式破碎機(jī)的處理能力已達(dá)6000th。至于新原理和新方式的破碎(如電、熱破碎)尚在研究試驗(yàn)中,暫時(shí)還不能用于生產(chǎn)。對(duì)粗碎而言,目前還沒(méi)有研制出更新的設(shè)備以取代傳統(tǒng)的顎式破碎機(jī)和旋回式破碎機(jī),主要是利用現(xiàn)代技術(shù),予以改進(jìn)、完善和提高耐磨性,達(dá)到節(jié)能、高效、長(zhǎng)壽的目的。細(xì)碎方面新機(jī)型更多些?？偟膩?lái)看,值得提出的有:顎式破碎機(jī)、圓錐破碎機(jī)、沖擊式破碎機(jī)和輥壓機(jī)。而應(yīng)用最廣泛的就是鄂式破碎機(jī)。
1.2 破碎機(jī)的分類及工作原理詳解
專業(yè)的礦山機(jī)械行業(yè)用的碎石機(jī)可分為：鄂式破碎機(jī)，錘式破碎機(jī)，復(fù)合式破碎機(jī)，破碎機(jī)，沖擊式破碎機(jī)，石頭破碎機(jī)，反擊式破碎機(jī)等。
1、鄂式破碎機(jī)：顎式破碎機(jī)具有破碎比大、產(chǎn)品粒度均勻、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、維修簡(jiǎn)便、運(yùn)營(yíng)費(fèi)用經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)。
2、錘式破碎機(jī)：（環(huán)錘式破碎機(jī)）簡(jiǎn)稱：錘破，主要適用于破碎各種脆性材料的礦物。被破碎物料為煤、鹽、白亞、石膏、明礬、磚、瓦、石灰石等。
3、反擊式破碎機(jī)：簡(jiǎn)稱反擊破，適用于破碎中硬物料，如水泥廠的石灰石破碎，具有生產(chǎn)能力大，出料粒度小的優(yōu)點(diǎn)。
4、復(fù)合式破碎機(jī)：簡(jiǎn)稱（復(fù)合破）適用于建材、礦業(yè)、冶金、化工工業(yè)破碎石灰石、熟料、煤及其它礦石。特點(diǎn)：生產(chǎn)能力大；破碎比高，能耗低；密封性好，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)；維護(hù)方便。
5、破碎機(jī)：對(duì)輥破碎機(jī)（破碎機(jī),對(duì)破碎機(jī)）供選礦、化學(xué)、水泥、建筑材料等工業(yè)部門(mén)中碎和細(xì)碎各種中等硬度以下的礦石和巖石之用。
6、沖擊式破碎機(jī)：又稱制砂機(jī)，廣泛適用于各種巖石、磨料、耐火材料、水泥熟料、石英石、鐵礦石、混凝土骨料等多種硬、脆物料的中碎、細(xì)碎（制砂粒）。HX系列沖擊式破碎機(jī)（制砂機(jī)）對(duì)建筑用砂、筑路用砂石優(yōu)為適宜。
7、破碎塊料所用的方法？
破碎塊料所用的方法（見(jiàn)圖）有：
①壓碎。將塊料置于兩個(gè)平面之間,施加壓力,塊料因應(yīng)力超過(guò)其抗壓強(qiáng)度而破碎。此法適用于破碎堅(jiān)硬的物料。
②劈裂。塊料受帶有尖棱的工作面的擠壓，因擠壓力作用面上的拉應(yīng)力超過(guò)大塊物料抗拉強(qiáng)度而被劈裂。脆性物料的抗拉強(qiáng)度比抗壓強(qiáng)度小得多，故宜采用劈裂。
③折斷。使塊料受到彎曲，因彎曲應(yīng)力超過(guò)物料的抗彎強(qiáng)度而破碎。在多數(shù)情況下，塊料的破碎是上述各種方法綜合作用的結(jié)果，僅有主次之分。在生產(chǎn)中可根據(jù)物料的性質(zhì)（主要是硬度及韌度）來(lái)選擇破碎的方法。
9、破碎過(guò)程的能耗分析
破碎過(guò)程消耗大量的機(jī)械能。
大部分能量消耗在物料的變形和裂縫的形成，僅一小部分用于形成固體自由表面。1867年，雷廷格爾 (P.R.vonRittinger)提出“面積說(shuō)”，認(rèn)為：“破碎過(guò)程的功耗與破碎過(guò)程中物料新生成的表面積成正比。”1874年基爾皮喬夫 (В.Л.кирпичёв)、1885年基克（F.Kick）提出“體積說(shuō)”，認(rèn)為“破碎時(shí)的功耗與被破碎物料的體積或重量成正比”,適用于粗碎作業(yè)。1950年邦德(F.C.Bond)和王仁東提出了“裂縫說(shuō)”,認(rèn)為：“破碎過(guò)程功耗與物料在破碎過(guò)程中所形成的裂縫長(zhǎng)度成正比”，成為現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的破碎“第三理論”，適用于中、細(xì)碎作業(yè)。
礦石和物料的破碎難易度,取決于其物理-機(jī)械性質(zhì)和本身的裂隙。通常以可碎性表示。方法有二：
① 可碎性系數(shù)法 同一破碎機(jī)在同樣條件下破碎不同礦石時(shí)處理能力之比。可碎性系數(shù)為破碎機(jī)在同樣條件下破碎待定礦石的處理能力和破碎機(jī)破碎中硬礦石的處理能力的比值,通常以石灰石作為標(biāo)準(zhǔn)中硬礦石,其可碎性系數(shù)為1。
② 功指數(shù)法 用雙擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)測(cè)定礦石或物料的沖擊破碎功指數(shù)，并用功指數(shù)大小表示其可碎性。
破碎機(jī)的效率通常用比功耗表示，即破碎一噸礦石功耗的大小(kW·h)。把粒度上限為900～1200mm顆粒群破碎到粒度上限為25mm顆粒群的比功耗約為1.5～3kW·h。通常選礦廠破碎作業(yè) (包括篩分和運(yùn)輸)的能量消耗約占選礦廠總能量消耗的10％左右。
輸入破碎機(jī)的能量消耗于發(fā)生聲、熱、破碎機(jī)零件和部件的磨損、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的摩擦損失、電氣損失和使礦石產(chǎn)生微裂縫及形成新表面等方面。除最后兩項(xiàng)為有用功外，其他都屬于能量的無(wú)益損耗。60年代中期以來(lái)正研究新的破碎方法，如熱電、激光、高速氣流、減壓等。
1.3 工作原理
圓錐式破碎機(jī)的生產(chǎn)至今已有百年的歷史,由于其生產(chǎn)能力要比鄂式破碎機(jī)高3~4倍,所以是大型礦山和其他工業(yè)部門(mén)粗碎各種堅(jiān)硬物料的典型設(shè)備。相對(duì)顎式破碎機(jī)而言,圓錐式破碎機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是:破碎過(guò)程是沿著圓環(huán)形的破碎腔連續(xù)進(jìn)行的,因此生產(chǎn)能力較大,單位電耗較低,工作較平穩(wěn),適于破碎片狀物料,破碎產(chǎn)品的力度比較均勻[2],可廣泛用于粗碎、中碎各種硬度的礦石。但是其缺點(diǎn)在于:結(jié)構(gòu)復(fù)雜,價(jià)格較高;檢修比較困難,修理費(fèi)用較高;機(jī)身較高,使廠房、基礎(chǔ)建設(shè)的費(fèi)用增加。
圓錐式破碎機(jī)主要是由機(jī)架、活動(dòng)圓錐、固定圓錐、主軸、大小傘輪和偏心套筒等組成[1]。其工作原理(如圖1所示)是利用破碎錐在殼體內(nèi)錐腔中的旋回運(yùn)動(dòng),對(duì)物料產(chǎn)生擠壓、劈裂和彎曲作用,粗碎各種硬度的礦石或巖石的大型破碎機(jī)械。裝有破碎錐的主軸的上端支承在橫梁中部的襯套內(nèi),其下端則置于軸套的偏心孔中。軸套轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),破碎錐繞機(jī)器中心線作偏心旋回運(yùn)動(dòng)。它的破碎動(dòng)作是連續(xù)進(jìn)行的,故工作效率高于顎式破碎機(jī)。圓錐式破碎機(jī)的規(guī)格各國(guó)的表示方式都不一樣,我國(guó)則是以給料口寬度/排料口寬度表示。
圖1 圓錐式破碎機(jī)的工作原理圖
1.4 發(fā)展歷史
圓錐式破碎機(jī)在破碎機(jī)家族處于顯赫地位,也是出現(xiàn)較早的粗碎設(shè)備。第一個(gè)圓錐式破碎機(jī)專利由美國(guó)人CharlesBrown申請(qǐng)于1878年,1881年美國(guó)蓋茨鐵工廠制成第一臺(tái)圓錐式破碎機(jī)。1953年美國(guó)Allis-Chalmers公司推出液壓圓錐式破碎機(jī)。70年代末期,美國(guó)Rex-nord公司推出超重型圓錐式破碎機(jī)。80年代,瑞典Mor-gards hammer公司推出新型頂部單缸液壓圓錐式破碎機(jī)。從20世紀(jì)50年代開(kāi)始,我國(guó)仿制和自行設(shè)計(jì)了一些規(guī)格的圓錐式破碎機(jī),但其生產(chǎn)使用效果卻很不理想。直到20世紀(jì)70年代末期,我國(guó)圓錐式破碎機(jī)的設(shè)計(jì)水平才接近了國(guó)際上70年代先進(jìn)水平。但是,近10多年來(lái),我國(guó)圓錐式破碎機(jī)的產(chǎn)銷(xiāo)量很少,發(fā)展較慢,與國(guó)外的品牌存在著不小的差距。
1.5 國(guó)內(nèi)圓錐式破碎機(jī)的主要廠家
沈陽(yáng)北方重工集團(tuán)(以下稱沈重)是我國(guó)圓錐式破碎機(jī)的主要生產(chǎn)廠家,該集團(tuán)于一九八六年從美國(guó)富樂(lè)公司(FULLER)引進(jìn)了TRAYLOR圓錐式破碎機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù),其中包括54-74、54-84、60-89、60-110和72-93英寸五個(gè)規(guī)格,主要作為大型露天礦山和選礦廠的粗碎設(shè)備。相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2-1及2-2。
型號(hào)規(guī)格
給料口尺寸/mm
排料口尺寸/mm
最大給料尺寸/mm
生產(chǎn)能力①/(t/h)
主電動(dòng)機(jī)
型號(hào)
功率/kw
轉(zhuǎn)速/(r/min)
電壓/V
PXF5475
1372
152
1150
1740
YR400-12/1180
400
490
6000
PXF5484
1372
203
1150
2500
YR500-12/1180
500
490
6000
PXF6089
1524
178
1300
3000
YR118/46-12
500
490
6000
PXF60110
1524
178
1300
4000
YR400-12
355*2
490
6000
PXF7293
1829
178
1550
2620
YR500-12/1730
500
295
6000
表2-1 PXF型圓錐式破碎機(jī)技術(shù)性能和參數(shù)*
*沈重提供
①生產(chǎn)能力以礦石松散密度1. 6t/m3為依據(jù)。
型號(hào)規(guī)格
機(jī)器總重/t
主要部件重量/kg
傳動(dòng)部
下機(jī)架部
下機(jī)架護(hù)板部
偏心套部
破碎圓錐部
中機(jī)架部
上機(jī)架部
中機(jī)架襯板部
橫梁部
PXF5475
247
2980
36890
6720
7400
46590
25341
45260
24260
25830
PXF5484
300
3490
45760
12000
9965
54690
42000
60250
22215
30960
PXF6089
369
4720
53430
9790
12020
72550
49770
72350
30090
40040
PXF60110
593
9200
122370
15250
23010
123365
65640
102000
43930
49000
PXF7293
485
6590
74800
11938
7795
94900
32465
123670
50000
46010
表2-2 PXF型圓錐式破碎機(jī)主要零部件重量(沈重)
1.6 國(guó)外圓錐式破碎機(jī)的主要廠家
國(guó)外的圓錐式破碎機(jī)著名廠家主要有美卓礦機(jī)、斯維達(dá)拉公司、山特維克以及富勒史密斯等。以美卓礦機(jī)為例,其旗下的SUPERIOR圓錐式破碎機(jī)是礦山和石料行業(yè)全球公認(rèn)技術(shù)領(lǐng)先的圓錐式破碎機(jī)著名品牌。該公司最早生產(chǎn)的圓錐式破碎機(jī)品牌是1878年的CRUSHER SUPERIORITY,而目前的版本已經(jīng)是SUPERIORMKⅡ。相關(guān)性能見(jiàn)表3-1。
規(guī)格型號(hào)
生產(chǎn)能力/(t/h)
主電動(dòng)機(jī)
功率/kw
轉(zhuǎn)速/(r/min)
42-65
1635-2320
375
600
54-75
2555-3385
450
600
60-89
4100-5550
600
600
60-110
5575-7605
750
514
表3-1 SUPERIORMKⅡGYRATORY
1.7 圓錐式破碎機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)
液壓式圓錐式破碎機(jī)的構(gòu)造與工作原理該機(jī)的破碎原理與機(jī)械式相同,構(gòu)造也基本相似,所不同的是在破碎機(jī)底座最下部安裝了一套液壓裝置,液壓缸的柱塞上放有摩擦盤(pán),其上支承著動(dòng)錐主軸。因此,動(dòng)錐部的自重和破碎礦石時(shí)的破碎力的垂直分力均由液壓缸承擔(dān),而橫梁不再承受垂直分力,其主軸在懸掛部分也改為光軸。
兩種圓錐式破碎機(jī)在使用中的優(yōu)缺點(diǎn)分析
(1)排料口調(diào)整方式的對(duì)比分析
機(jī)械式圓錐式破碎機(jī)排料口調(diào)節(jié)裝置在懸掛部(見(jiàn)圖2), 調(diào)整時(shí)先取下橫梁上的帽蓋,再利用天車(chē)通過(guò)安裝在主軸頂部的吊環(huán)吊起動(dòng)錐,然后將壓套與錐形開(kāi)縫螺母分開(kāi),放松開(kāi)縫螺母,取出楔鍵,此時(shí)開(kāi)縫螺母可以擰動(dòng),向下擰開(kāi)縫螺母至合適位置。一般首先計(jì)算上下調(diào)整量,調(diào)整后放下動(dòng)錐,然后測(cè)量下部的排礦口,若不合適,則可重復(fù)調(diào)整開(kāi)縫螺母直至達(dá)到所需排礦口為止。最后,打入楔鍵,放下動(dòng)錐,裝好帽蓋。完成這樣的調(diào)整過(guò)程,正常情況下需16人工作8 h,并且需要天車(chē)配合。
液壓式圓錐式破碎機(jī)的排料口調(diào)節(jié)裝置是液壓系統(tǒng)。調(diào)整時(shí),開(kāi)啟液壓油泵,打開(kāi)液壓缸給油閥門(mén)向液壓缸供油,在油壓的作用下,液壓缸柱塞推動(dòng)其主軸上移,動(dòng)錐隨主軸運(yùn)動(dòng),當(dāng)達(dá)到合適位置時(shí),關(guān)閉進(jìn)油閥門(mén),測(cè)量排礦口寬度,若不合適,繼續(xù)上述調(diào)整過(guò)程達(dá)到要求為止,最后關(guān)上供油閥,停供油泵,完成此過(guò)程僅需工人工作10 min,且無(wú)需其它輔助設(shè)備。比較以上2種排料口的調(diào)整過(guò)程,可以看出液壓式調(diào)整排料口具有以下優(yōu)點(diǎn):①省時(shí)、省力、省物;②不影響生產(chǎn),可以隨時(shí)調(diào)整;③既保證了產(chǎn)品粒度,又有利于襯板的合理磨損;④動(dòng)錐可連續(xù)調(diào)整,而機(jī)械式圓錐式破碎機(jī)動(dòng)錐調(diào)整高度為其上部螺紋螺距的整數(shù)倍,因而是不連續(xù)的。
(2)對(duì)過(guò)鐵及其它非破碎物料的處理方式的對(duì)比
當(dāng)破碎機(jī)過(guò)鐵卡在破碎腔下不能排出時(shí),將造成破碎機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn),此時(shí)的破碎腔內(nèi)充滿了礦石。對(duì)于機(jī)械式破碎機(jī)來(lái)說(shuō),處理方法一般是先清理破碎腔中的礦石,露出卡鐵,用氣割的方法,將其割成小塊,然后取出。完成此過(guò)程所需時(shí)間較長(zhǎng),在實(shí)際生產(chǎn)中曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)連續(xù)2天割鐵的情況,材料的耗費(fèi)也很大,由于操作空間小,不但操作困難,且不安全因素較多。
對(duì)于液壓式破碎機(jī)而言,處理要簡(jiǎn)單得多,其過(guò)程是放出液壓缸的油使動(dòng)錐下落,然后再給液壓缸充油使動(dòng)錐上升,通過(guò)充放油使動(dòng)錐上下移動(dòng),即可排出破碎腔中的礦石,排出或取出卡鐵,液壓破碎機(jī)完成此過(guò)程是非常容易的。
(3)保險(xiǎn)裝置的對(duì)比
機(jī)械式破碎機(jī)的保險(xiǎn)裝置是裝在帶輪上的保險(xiǎn)銷(xiāo),通過(guò)計(jì)算確定銷(xiāo)子剪斷面的直徑,當(dāng)過(guò)載時(shí),銷(xiāo)子被剪斷,破碎機(jī)與電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)分開(kāi),破碎機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。在實(shí)際使用中,此保險(xiǎn)裝置極不可靠,且裝配麻煩費(fèi)時(shí),常出現(xiàn)承載能力低或過(guò)載后不斷開(kāi)的情況,起不到保險(xiǎn)作用,曾出現(xiàn)因過(guò)載而使聯(lián)軸器斷裂的情況,偏心部分因過(guò)載而損壞軸承合金的情況也時(shí)有發(fā)生。
液壓式破碎機(jī)保險(xiǎn)裝置是液壓系統(tǒng)中的蓄能器。當(dāng)過(guò)載時(shí),破碎力急劇上升,引起液壓系統(tǒng)油壓升高,當(dāng)壓力高過(guò)蓄能器里的氮?dú)鈮毫r(shí),氮?dú)獗粔嚎s,液壓油通過(guò)單向節(jié)流閥進(jìn)入蓄能器,同時(shí),液壓缸中油量減少,活塞下落,動(dòng)錐隨之下落,排料口增大,排出造成過(guò)載的非破碎物,從而減載,動(dòng)錐在油壓作用下又復(fù)位。若非破碎物過(guò)大而未能排出時(shí),則破碎力進(jìn)一步增大,油壓繼續(xù)升高,蓄能器中氮?dú)饫^續(xù)被壓縮,動(dòng)錐下降,當(dāng)液壓系統(tǒng)的壓力升高到調(diào)定值時(shí),電觸點(diǎn)壓力表作用,引起主電機(jī)跳閘停止運(yùn)轉(zhuǎn)。由此可見(jiàn),液壓式保險(xiǎn)裝置比較可靠,且降低了過(guò)載對(duì)機(jī)件的損壞程度。
(4)主要承載形式的對(duì)比分析
機(jī)械式圓錐式破碎機(jī)破碎力的垂直分力主要通過(guò)懸掛裝置由橫梁承受,在實(shí)際使用過(guò)程中,該臺(tái)機(jī)械式圓錐式破碎機(jī)的橫梁多次出現(xiàn)裂縫,有時(shí)達(dá)280mm以上,修復(fù)較困難且修復(fù)效果不好,使用時(shí)間較短,由此可見(jiàn),機(jī)械式圓錐式破碎機(jī)橫梁部分承受的載荷較大。而液壓式圓錐式破碎機(jī)破碎力的垂直分力作用在液壓缸上,在很大程度上改善了橫梁的受力。液壓式圓錐式破碎機(jī)因其承受方式與機(jī)械式圓錐式破碎機(jī)不同,其懸掛部的結(jié)構(gòu)也得到了簡(jiǎn)化(見(jiàn)圖3)。
對(duì)比分析,可以看出液壓式圓錐式破碎機(jī)與機(jī)械式圓錐式破碎機(jī)相比具有排礦口調(diào)整方便,保險(xiǎn)裝置可靠性好,機(jī)件承載情況好等優(yōu)點(diǎn)。所以液壓式圓錐式破碎機(jī)在技術(shù)上較機(jī)械式更先進(jìn)。雖然在實(shí)際使用中液壓式圓錐式破碎機(jī)的液壓系統(tǒng)也曾出現(xiàn)過(guò)各種問(wèn)題,但經(jīng)多年使用后,液壓式圓錐式破碎機(jī)的優(yōu)越性還是顯而易見(jiàn)的。因此,將機(jī)械式圓錐式破碎機(jī)改為液壓式圓錐式破碎機(jī)在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上都是切實(shí)可行的。
第2章 破碎機(jī)的工作原理和構(gòu)造
2.1 圓錐破碎機(jī)的類型
結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
各部件均用鑄鋼制造，動(dòng)錐與不動(dòng)錐的工作面鑲以錳鋼襯板，以保護(hù)圓錐不受磨損，襯板磨損后可以更換，更換時(shí)，襯板與錐面間灌入熔化的鉛使它們之間緊密粘合。
粗碎圓錐破碎機(jī)的缺點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格較高，檢修比較困難，修理費(fèi)用較高，機(jī)身較高，使廠方、基礎(chǔ)構(gòu)筑物的費(fèi)用增加。
因此粗碎圓錐破碎機(jī)宜在生產(chǎn)能力較大的工廠及采掘場(chǎng)中使用，通常用一臺(tái)鄂式破碎機(jī)能滿足產(chǎn)量要求，則選用鄂式破碎機(jī)，除非在需要兩臺(tái)鄂式破碎機(jī)時(shí)，才選用圓錐式破碎機(jī)。
中細(xì)碎圓錐破碎機(jī)用正置的動(dòng)、定錐構(gòu)成破碎腔。中細(xì)碎圓錐式破碎機(jī)根據(jù)破碎腔剖面形狀和平行帶長(zhǎng)度不同又可分為標(biāo)準(zhǔn)型（中碎用，其平行帶最短）、中間型（中、細(xì)碎均可使用）和短頭型（細(xì)碎，其平行帶長(zhǎng)）。中細(xì)碎的圓錐式破碎機(jī)的規(guī)格用動(dòng)錐底部直徑表示，如PYB600，PYZ600，PYD600，Y—圓錐，B—標(biāo)準(zhǔn)型，Z—中間型，D—短頭型。這三種圓錐破碎機(jī)的主要區(qū)別，在于破碎腔剖面形狀和平行帶長(zhǎng)度不同，標(biāo)準(zhǔn)型的平行帶最短，短頭型最長(zhǎng)，中間型介于兩者之間。除此之外，其余部件的構(gòu)造完全相同。
對(duì)于物料的中碎和細(xì)碎而言，圓錐破碎在要求產(chǎn)品力度較小情況下，還能提供很高的生產(chǎn)能力，并能得到較為均勻的產(chǎn)品，在用一臺(tái)圓錐破碎機(jī)，便能代替兩臺(tái)鄂式破碎機(jī)，或者省去以后的工序時(shí)，選用圓錐破碎機(jī)是合理的，特別在能夠滿載運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下更為有利。
2.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
目前，我國(guó)使用最為廣泛的圓錐破碎機(jī)主要有彈簧保險(xiǎn)圓錐破碎機(jī)和液壓保險(xiǎn)圓錐破碎機(jī)兩種類型，下面分別簡(jiǎn)介其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
彈簧保險(xiǎn)圓錐破碎機(jī)的構(gòu)造圖1為彈簧保險(xiǎn)1750型圓錐破碎機(jī)，這是目前我國(guó)對(duì)堅(jiān)硬礦石進(jìn)行中碎或細(xì)碎的一種典型設(shè)備。其結(jié)構(gòu)和圓錐式破碎機(jī)大體相同，但其工作機(jī)構(gòu)、調(diào)整裝置、防塵裝置及保險(xiǎn)裝置卻有所不同。
(1) 工作機(jī)構(gòu)。由帶錳鋼襯板的破碎錐17和固定錐（即圖中的調(diào)整環(huán)10）組成。襯板和錐體之間澆注鋅合金以保證其緊密結(jié)合。破碎錐17壓裝在主軸15 上，其下部表面為球面形狀并由球面軸承支承。主軸的下端插入偏心軸套31的錐形孔內(nèi)，在偏心軸套的錐形孔內(nèi)裝有青銅或MC-6尼龍等材料制成的襯套。當(dāng)電 動(dòng)機(jī)通過(guò)圓錐輪4、5帶動(dòng)偏心軸套旋轉(zhuǎn)時(shí)，由球面軸承支承著的主軸以及破碎錐則作旋擺運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到破碎礦石的目的。
(2) 調(diào)整裝置。圓錐破碎機(jī)的調(diào)整裝置實(shí)際上就是固定錐的一部分，由調(diào)整環(huán)、支承環(huán)8、鎖緊螺母18、推動(dòng)液壓缸9、鎖緊液壓缸和活塞19組成。支承環(huán)8 安裝在機(jī)架7的上面，并借助于破碎機(jī)周?chē)睦o彈簧6與機(jī)架貼緊。支承環(huán)8和調(diào)整環(huán)的接觸面處均有鋸形螺紋。支承環(huán)8上裝有兩對(duì)撥爪和一對(duì)推動(dòng)液壓缸。 鎖緊液壓缸和活塞則裝在支承環(huán)8的上部。鎖緊螺母和調(diào)整環(huán)的接觸面處也作成鋸形螺紋。當(dāng)破碎機(jī)正常工作時(shí)，鎖緊液壓缸內(nèi)充滿了壓力油，使鎖緊螺母、支承 環(huán)和調(diào)整環(huán)接觸面的鋸形螺紋呈斜面緊密貼合，達(dá)到鎖緊的目的。當(dāng)需調(diào)整排料口時(shí)，首先將鎖緊液壓缸卸載，使鋸形螺紋放松，然后操縱液壓系統(tǒng)，啟動(dòng)推動(dòng) 液壓缸，帶動(dòng)調(diào)整環(huán)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由于鋸形螺紋的傳動(dòng)，使得固定錐上升或下降，從而達(dá)到調(diào)整排料口的目的。
(3)防塵裝置。圓錐破碎機(jī)的防塵裝置見(jiàn)圖2所示，由水槽1（圖1中的環(huán)形槽23）、排水槽2、擋圈3、環(huán)形圈4（即圖1中的球形頸圈22)和擋環(huán)5等組 成。水用水泵經(jīng)進(jìn)水管送入水槽1，再溢流到排水槽2,經(jīng)排水管排出。由于環(huán)形圈4的阻擋作用，使灰塵不能進(jìn)入機(jī)器內(nèi)部而落入水槽1中被循環(huán)水流帶走，從而 起到保護(hù)機(jī)器傳動(dòng)部件之目的。
1. 保險(xiǎn)裝置。該彈簧保險(xiǎn)圓錐破碎機(jī)是利用裝在機(jī)架周?chē)膹椈蓙?lái)作保險(xiǎn)裝置的。當(dāng)破碎機(jī)過(guò)載時(shí)，支承在彈簧上面的支承環(huán)和調(diào)整環(huán)就被迫向上抬起而壓縮彈簧，從而排料口尺寸增大，非破碎物即可排出，之后在彈簧力的作用下支承環(huán)和調(diào)整環(huán)自動(dòng)復(fù)位，即可重新進(jìn)行破碎。 顯然，彈簧既是保險(xiǎn)裝置，同時(shí)在破碎時(shí)將產(chǎn)生一定的破碎力，所以，其張緊程度對(duì)破碎機(jī)的正常運(yùn)行具有重要影響，因而在擰緊彈簧時(shí)，應(yīng)留有適當(dāng)?shù)膲嚎s余量。
2.液壓圓錐破碎機(jī)的構(gòu)造上述彈簧圓錐破碎機(jī)的排料口調(diào)節(jié)裝置雖然采用了液壓操縱，但結(jié)構(gòu)仍為螺紋調(diào)節(jié)裝置。因而在工作時(shí)，螺紋常被粉塵堵塞，使得調(diào)整費(fèi) 力、費(fèi)時(shí)，而且一定要停車(chē)。此外，取出卡在破碎腔內(nèi)的非破碎物也很不方便。為了克服這些缺點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外已大力生產(chǎn)和推廣應(yīng)用液壓圓錐破碎機(jī)，這種圓錐破碎機(jī) 不但調(diào)整排料口容易方便，而且過(guò)載保護(hù)的安全性也明顯增高，不失為圓錐破碎機(jī)的發(fā)展方向。
我國(guó)從20世紀(jì)60年代開(kāi)始研制液壓圓錐破碎機(jī)，經(jīng)過(guò)40余年的努力發(fā)展，已經(jīng)接近國(guó)際先進(jìn)水平。液壓圓錐破碎機(jī)按其液壓缸的安裝位置和數(shù)量，一般可分為 頂部單缸、底部單缸和多缸式3種類型。其中多缸液壓圓錐破碎機(jī)主要是將彈簧圓錐破碎機(jī)的彈簧改為液壓保險(xiǎn)缸，將機(jī)械鎖緊改為液壓鎖緊，用液壓推動(dòng)液壓缸調(diào) 整替代機(jī)械調(diào)整。其總體結(jié)構(gòu)仍保持了彈簧圓錐破碎機(jī)的特點(diǎn)。但由于液壓缸增多，其主機(jī)結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜化，增加了維修工作量。
我國(guó)使用較多的為底部單缸液壓圓錐破碎機(jī)，其工作原理和彈簧圓錐破碎機(jī)相同，但在結(jié)構(gòu)上取消了彈簧圓錐破碎機(jī)的調(diào)整環(huán)、支承環(huán)、鎖緊裝置以及球面軸承等零 件。圖3為我國(guó)生產(chǎn)的底部單缸液壓圓錐破碎機(jī)的構(gòu)造圖。該破碎機(jī)和彈簧圓錐破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)相類似，不同的是其調(diào)整和保險(xiǎn)都是由支承在動(dòng)錐的主軸底部的一個(gè)液 壓缸和油壓系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)增加或減少液壓缸中的高壓油量就可使主軸和破碎錐上升或下降，從而達(dá)到排料口的調(diào)整。其原理見(jiàn)圖4所示。
該破碎機(jī)的過(guò)載保護(hù)則是通過(guò)裝有惰性氣體的蓄能器實(shí)現(xiàn)的。如圖5所示，蓄能器的氣壓在正常情況下比液壓缸內(nèi)的油壓稍高些，因而油不能進(jìn)人蓄能器。一旦過(guò) 載，破碎錐受力急增將導(dǎo)致液壓缸內(nèi)的油壓升高，當(dāng)油壓升高到超過(guò)蓄能器內(nèi)的氣壓時(shí)，油則被壓人蓄能器內(nèi)，使破碎錐隨之下降，排料口增大，非破碎物排出。當(dāng) 過(guò)載消除后，由于蓄能器的作用，油被重新壓回液壓缸內(nèi)，破碎錐可恢復(fù)到正常位置繼續(xù)工作。此外，我國(guó)20世紀(jì)90年代初已開(kāi)始制造旋盤(pán)式超細(xì)碎破碎機(jī)。
第3章 破碎機(jī)主要零部件的設(shè)計(jì)
在水平軸上平行裝置兩對(duì)相向回轉(zhuǎn)的輥?zhàn)?，它是破碎機(jī)的主要工作機(jī)構(gòu)。水平軸上平行的一對(duì)輥?zhàn)又?，其中一個(gè)輥?zhàn)拥妮S承是可動(dòng)的，另一個(gè)輥?zhàn)邮枪潭ǖ?，破碎輥是由軸、輪轂和輥皮構(gòu)成。輥?zhàn)虞S采用鍵與錐形表面的輪轂配合在一起，輥皮固定在輪轂上，借助三塊錐形弧鐵，利用螺栓帽將它們固定在一起的。
3.1破碎機(jī)主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算
影響破碎機(jī)生產(chǎn)能力和電機(jī)功率的主要參數(shù)有：嚙角、給礦粒度、輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速。
3.1.1嚙角的確定
礦石中心（為使推倒簡(jiǎn)化，假設(shè)破碎物料為圓形）與輥?zhàn)又行模ɑ颍┑倪B線與水平線所成的角度，稱為嚙合角。
兩個(gè)棍子產(chǎn)生的正壓力F（F=fP）都作用于物料塊上，如圖7所示。如將力P和F分別分解為水平分力和垂直分力，由圖可以看出，只有在下列條件下，物料塊才能被兩個(gè)棍子卷入破碎腔：
所以摩擦系數(shù)是摩擦角的正切，所以
（3.1）
由次可見(jiàn)，最大嚙合角應(yīng)小于或等于摩擦角的兩倍。
當(dāng)破碎機(jī)破碎有用礦物時(shí)，一般取摩擦系數(shù)f=0.30～0.35；或摩擦角
16°50′～19°20′，則破碎機(jī)最大嚙合角33°40′～38°40′。結(jié)合本設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，這里我們?nèi)∧Σ两菫?，則破碎機(jī)最大嚙角
3.1.2給礦粒度和轉(zhuǎn)子直徑
當(dāng)排礦口寬度e一定時(shí)，嚙角的大小決定與輥?zhàn)又睆紻和給礦粒度d的比值。下面研究一下當(dāng)物料塊可能被帶入破碎腔時(shí)，輥?zhàn)又睆胶徒o礦粒度間的關(guān)系。
圖 9 給礦粒度和輥?zhàn)又睆绞疽鈭D
由[6]圖8 的Rt△OAB中可以看出
和D相比e很小，可略而不計(jì)，則
（3.2）
當(dāng)取f=0.325時(shí)， =18°，18°=0.951
故
或 （3.3）
2PG—T0604型破碎機(jī)的 D=610mm，故mm。
由此可見(jiàn)光面破碎機(jī)的輥?zhàn)又睆綉?yīng)但等于最大給礦粒度的20倍左右，也就是說(shuō)，這種雙破碎機(jī)只能作為礦石的中碎和細(xì)碎。
對(duì)于潮濕粘性物料，f=0.45，則：
2PG—T0604型破碎機(jī)的 D=610mm，故mm。
第4章 破碎機(jī)的傳動(dòng)設(shè)計(jì)選擇
4.1 生產(chǎn)能力
由破碎機(jī)的原理進(jìn)行計(jì)算，理論生產(chǎn)能力與工作時(shí)的間距e、輥?zhàn)訄A周速度v以及輥?zhàn)右?guī)格等因素有關(guān)。當(dāng)速度以v米／秒時(shí)，則理論上物料落下的體積為：
(立方米／小時(shí)) （3.6）
而物料落下的速度與磙子的圓周速度的關(guān)系為：，其中 為輥?zhàn)用糠昼姷霓D(zhuǎn)數(shù)，應(yīng)此
(立方米／小時(shí))
或 T／h (噸／小時(shí)) （3.7）
式中 e───工作時(shí)排礦口寬度， 單位米；
L───輥?zhàn)娱L(zhǎng)度， 單位米；
D───輥?zhàn)又睆剑?單位米；
n───輥?zhàn)愚D(zhuǎn)數(shù)，轉(zhuǎn)／分；
μ───物料的松散系數(shù)，中硬礦石，μ=0.20～0.30；潮濕礦石和粘性礦石，μ=0.40～0.60；
δ───物料的容重，噸／立方米。
當(dāng)破碎機(jī)破碎堅(jiān)硬能夠礦石時(shí)，由于壓碎力的影響，兩輥?zhàn)娱g隙（排礦口寬度）有時(shí)略有增大，實(shí)際上可將公式（3.7）增大25%，作為破碎堅(jiān)硬礦石時(shí)的生產(chǎn)能力的近似公式，即：
， 噸／小時(shí) （3.8）
式中，符號(hào)的意義和單位同上。
本次設(shè)計(jì)的破碎機(jī)主要用來(lái)破碎中硬礦，因此以上參數(shù)可選擇為
e=0.008 m ， L=0.4 m ，D=0.61 m ，n=，μ=0.26 ， δ=2.8
因此由公式3.8有=
4.2 電動(dòng)機(jī)功率
破碎機(jī)的功率消耗，通常多用經(jīng)驗(yàn)公式 或時(shí)間數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。
光面破碎機(jī)（處理中硬以上的物料）的需用功率，可用下述經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：
，千瓦 (3.9)
式中 Q───生產(chǎn)能力，噸／小時(shí)；
e───排礦口寬度，厘米；
n───輥?zhàn)愚D(zhuǎn)數(shù)，轉(zhuǎn)／分。
此處的0.735是將公制馬力換為千瓦的折換系數(shù)。
則 千瓦
則查[1]選電機(jī)型號(hào)為YB225M-8，功率為22KW。
圓錐式破碎機(jī)的工作原理與鄂式破碎機(jī)有相似之處，即對(duì)物料都施以擠壓力，破碎后靠自重卸料。不同之處在于圓錐式破碎機(jī)的工作過(guò)程是連續(xù)進(jìn)行的，夾在兩錐之間的物料同時(shí)受到彎曲擠壓力和剪切力的磨削作用，故破碎較易進(jìn)行。因此，其生產(chǎn)能力較鄂式破碎機(jī)大，動(dòng)力消耗低。
4.3 錐齒輪的主要參數(shù)選擇
由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，假設(shè)工作壽命10年（設(shè)每年工作300天），一班制，帶式輸送機(jī)工作經(jīng)常滿載，空載起動(dòng)，工作有輕震，不反轉(zhuǎn)。
1、 選定齒輪精度等級(jí)、材料及齒數(shù)
1） 圓錐圓柱齒輪減速器為通用減速器，速度不高，故選用7級(jí)精度(GB10095-88)
材料選擇 由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）》表10-1選擇小齒輪材料為 (調(diào)質(zhì))，硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS。
主減速器的傳動(dòng)比為2.42，初定主動(dòng)齒輪齒數(shù)z1=113，從動(dòng)齒輪齒數(shù)z2=273。
2、 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行試算，即
（1） 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
1） 試選載荷系數(shù)
2） 計(jì)算小齒輪的轉(zhuǎn)矩
選齒寬系數(shù)
4）由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）》圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限
5）由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）》表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)
6） 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
7) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）》圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)
8) 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力
取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，得
（2） 計(jì)算
1） 試算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值
2） 計(jì)算圓周速度
3） 計(jì)算載荷系數(shù)
根據(jù)，7級(jí)精度，由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）》圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)
直齒輪
由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）》表10-2查得使用系數(shù)
根據(jù)大齒輪兩端支撐，小齒輪作懸臂布置，查《機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）》表得軸承系數(shù)，則
接觸強(qiáng)度載荷系數(shù)
4） 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，得
5） 計(jì)算模數(shù)m
取標(biāo)準(zhǔn)值
6） 圓整并確定齒寬
圓整取，
3、 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
1） 確定彎曲強(qiáng)度載荷系數(shù)
2） 計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)
3） 由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）》表10-5查得齒形系數(shù)
應(yīng)力校正系數(shù)
4） 由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）》圖20-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限
5） 由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）》圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)
6） 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù)，得
7）校核彎曲強(qiáng)度
根據(jù)彎曲強(qiáng)度條件公式進(jìn)行校核
滿足彎曲強(qiáng)度，所選參數(shù)合適。
a)主、從動(dòng)錐齒輪齒數(shù)z1和z2
選擇主、從動(dòng)錐齒輪齒數(shù)時(shí)應(yīng)考慮如下因素；
為了嚙合平穩(wěn)、噪音小和具有高的疲勞強(qiáng)度，大小齒輪的齒數(shù)和不少于40在轎車(chē)主減速器中，小齒輪齒數(shù)不小于9。
查閱資料，經(jīng)方案論證，主減速器的傳動(dòng)比為6.33，初定主動(dòng)齒輪齒數(shù)z1=6，從動(dòng)齒輪齒數(shù)z2=38。
b）主、從動(dòng)錐齒輪齒形參數(shù)計(jì)算
按照文獻(xiàn)[3]中的設(shè)計(jì)計(jì)算方法進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表3-1。
從動(dòng)錐齒輪分度圓直徑dm2=14=303.51mm 取dm2=304mm
齒輪端面模數(shù)
表3-1主、從動(dòng)錐齒輪參數(shù)
參 數(shù)
符 號(hào)
主動(dòng)錐齒輪
從動(dòng)錐齒輪
分度圓直徑
d=mz
64
304
齒頂高
ha=1.56m-h2;h2=0.27m
6.77
4.42
齒根高
hf=1.733m-ha
4.33
6.68
齒頂圓直徑
da=d+2hacosδ
90
376
齒根圓直徑
df=d-2hfcosδ
60
270
齒頂角
θa
2°41′
3°21′
齒根角
θf(wàn)=arctan
3°21′
2°41′
分錐角
δ=arctan
14°
76°
頂錐角
δa
15°41′
78°21′
根錐角
δf
11°39′
74°19′
錐距
R=
132
132
分度圓齒厚
S=3.14mz
9
9
齒寬
B=0.155d2
47
47
c）中點(diǎn)螺旋角β
弧齒錐齒輪副的中點(diǎn)螺旋角是相等的。拖拉機(jī)主減速器弧齒錐齒輪螺旋角的平均螺旋角一般為35°～40°。拖拉機(jī)選用較小的β值以保證較大的εF，使運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音低。取β=35°。
d）法向壓力角α
法向壓力角大一些可以增加輪齒強(qiáng)度，減少齒輪不發(fā)生根切的最少齒數(shù)，也可以使齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音低。對(duì)于拖拉機(jī)弧齒錐齒輪，α一般選用20°。
e) 螺旋方向
從錐齒輪錐頂看，齒形從中心線上半部向左傾斜為左旋，向右傾斜為右旋。主、從動(dòng)錐齒輪的螺旋方向是相反的。螺旋方向與錐齒輪的旋轉(zhuǎn)方向影響其所受軸向力的方向。當(dāng)變速器掛前進(jìn)擋時(shí)，應(yīng)使主動(dòng)齒輪的軸向力離開(kāi)錐頂方向，這樣可以使主、從動(dòng)齒輪有分離趨勢(shì)，防止輪齒卡死而損壞。
4.4錐齒輪的材料
驅(qū)動(dòng)橋錐齒輪的工作條件是相當(dāng)惡劣的，與傳動(dòng)系其它齒輪相比，具有載荷大、作用時(shí)間長(zhǎng)、變化多、有沖擊等特點(diǎn)。因此，傳動(dòng)系中的主減速器齒輪是個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。主減速器錐齒輪的材料應(yīng)滿足如下的要求：
a） 具有高的彎曲疲勞強(qiáng)度和表面接觸疲勞強(qiáng)度，齒面高的硬度以保證有高的耐磨性。
b） 齒輪芯部應(yīng)有適當(dāng)?shù)捻g性以適應(yīng)沖擊載荷，避免在沖擊載荷下齒根折斷。
c） 鍛造性能、切削加工性能以及熱處理性能良好，熱處理后變形小或變形規(guī)律易控制。
d） 選擇合金材料是，盡量少用含鎳、鉻呀的材料，而選用含錳、釩、硼、鈦、鉬、硅等元素的合金鋼。
拖拉機(jī)主減速器錐齒輪與差速器錐齒輪目前常用滲碳合金鋼制造，主要有20CrMnTi、20MnVB、20MnTiB、22CrNiMo和16SiMn2WMoV。滲碳合金鋼的優(yōu)點(diǎn)是表面可得到含碳量較高的硬化層（一般碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%～1.2%），具有相當(dāng)高的耐磨性和抗壓性，而芯部較軟，具有良好的韌性。因此，這類材料的彎曲強(qiáng)度、表面接觸強(qiáng)度和承受沖擊的能力均較好。由于鋼本身有較低的含碳量，使鍛造性能和切削加工性能較好。其主要缺點(diǎn)是熱處理費(fèi)用較高，表面硬化層以下的基底較軟，在承受很大壓力時(shí)可能產(chǎn)生塑性變形，如果滲碳層與芯部的含碳量相差過(guò)多，便會(huì)引起表面硬化層的剝落。
為改善新齒輪的磨合，防止其在余興初期出現(xiàn)早期的磨損、擦傷、膠合或咬死，錐齒輪在熱處理以及精加工后，作厚度為0.005～0.020mm的磷化處理或鍍銅、鍍錫處理。對(duì)齒面進(jìn)行應(yīng)力噴丸處理，可提高25%的齒輪壽命。對(duì)于滑動(dòng)速度高的齒輪，可進(jìn)行滲硫處理以提高耐磨性。
4.5 錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算
4.5.1 單位齒長(zhǎng)圓周力
按最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算時(shí)
P= （3-4） 式中：
ig—變速器傳動(dòng)比，常取一擋傳動(dòng)比，ig=7.48 ；
D1—主動(dòng)錐齒輪中點(diǎn)分度圓直徑mm；D=64mm
其它符號(hào)同前；
將各參數(shù)代入式（3-4），有：
P=856 N/mm
按照文獻(xiàn)[1],P≤[P]=1429 N/mm，錐齒輪的表面耐磨性滿足要求。
4.5.2 齒輪彎曲強(qiáng)度
錐齒輪輪齒的齒根彎曲應(yīng)力為：
= （3-5）
式中：
—錐齒輪輪齒的齒根彎曲應(yīng)力，MPa；
T—齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，Nm；
k0—過(guò)載系數(shù)，一般取1；
ks—尺寸系數(shù)，0.682；
km—齒面載荷分配系數(shù)，懸臂式結(jié)構(gòu)，km=1.25；
kv—質(zhì)量系數(shù)，取1；
b—所計(jì)算的齒輪齒面寬；b=47mm
D—所討論齒輪大端分度圓直徑；D=304mm
Jw—齒輪的輪齒彎曲應(yīng)力綜合系數(shù)，取0.03；
對(duì)于主動(dòng)錐齒輪， T=1516.4 Nm；從動(dòng)錐齒輪，T=10190Nm；
將各參數(shù)代入式（3-5），有：
主動(dòng)錐齒輪， =478MPa；
從動(dòng)錐齒輪， =466MPa；
按照文獻(xiàn)[1], 主從動(dòng)錐齒輪的≤[]=700MPa，輪齒彎曲強(qiáng)度滿足要求。
4.5.3 輪齒接觸強(qiáng)度
錐齒輪輪齒的齒面接觸應(yīng)力為：
σj= （3-6）
式中：
σj—錐齒輪輪齒的齒面接觸應(yīng)力，MPa；
D1—主動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑，mm；D1=64mm
b—主、從動(dòng)錐齒輪齒面寬較小值；b=47mm
kf—齒面品質(zhì)系數(shù)，取1.0；
cp—綜合彈性系數(shù)，取232N1/2/mm；
ks—尺寸系數(shù)，取1.0；
Jj—齒面接觸強(qiáng)度的綜合系數(shù)，取0.01；
Tz—主動(dòng)錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩；Tz=1516.4N.m
k0、km、kv選擇同式（3-5）
將各參數(shù)代入式 （3-6），有：
σj=2722MPa
按照文獻(xiàn)[1]，σj≤[σj]=2800MPa，輪齒接觸強(qiáng)度滿足要求。
4.6 軸的材料和熱處理方式的分析
選擇軸的理由
選擇軸的材料為45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理， 其機(jī)械性能由[3]表15-1查得：
抗拉強(qiáng)度極限＝650MPa；屈服強(qiáng)度極限=360MPa；彎曲疲勞極限=300MPa；剪切疲勞極限＝155MPa；許用彎曲應(yīng)力＝60MPa。
3.初算軸的最小軸徑
按式3.16初步確定軸的最小直徑。
（3.16）
由[3]表15，選=120。
kW
則軸的最小直徑為：
mm
軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑，需開(kāi)鍵槽，故將最小軸徑增5%。
變?yōu)?0.01mm，查[2]表4，取標(biāo)準(zhǔn)直徑110mm。
初選軸承
因軸承主要受有徑向力的作用，以及機(jī)械振動(dòng)可能產(chǎn)生少量軸向力。故選用圓柱滾子軸承。
根據(jù)工作要求及輸入端的直徑(為115mm)，由查軸承選用[2]表4.10-1及表4.10-2選取型號(hào)為NNJ3323的滾動(dòng)軸承，其尺寸（內(nèi)徑×外徑×寬度）為 d×D×b=115×200×40。
支承下軸的軸承：
根據(jù)工作要求及輸入端的直徑(為130mm)，由軸承產(chǎn)品目錄中選取型號(hào)為6226的滾動(dòng)軸承，其尺寸（內(nèi)徑×外徑×寬度）為d×D×b=115×200×40。
4.7 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
擬定軸上零件的裝配方案
軸上零件定位、加工要求以及不同的零件裝配方案，參考軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求。
圖13中，從輸入端裝入，輥?zhàn)?、套筒、左端軸承、輪，然后從右端裝入右端軸承，輪。其中兩個(gè)輪的軸向定位是由箱體上的軸承座來(lái)完成的。
確定軸的各段直徑
由于軸最小直徑為110mm，左端用軸承加套筒定位，右端用軸肩定位。故軸段1的直徑即為110mm。
軸段2的用來(lái)安裝軸承，為了保證定位可靠，只要比軸段1增大5～10mm就可以，因此取軸段2為115mm。
同樣，軸段6也是用來(lái)安裝軸承的，此處直徑也取115mm。
為了拆裝和制造方便，軸段3選擇為118mm。
軸段4是軸肩，參照 [2]P1073及同類軸設(shè)計(jì)取為140mm。
為了定位的可靠，軸段7要比軸段6小，因此也取最小直徑為110mm。
確定軸的各段長(zhǎng)度
考慮到軸1的長(zhǎng)度還要加上箱體的厚度，而且還比輪厚度要長(zhǎng)，故該段軸長(zhǎng)取為140mm。
軸段2和軸段6的長(zhǎng)度要比軸承短1～5mm。且軸承寬為38mm，則這兩段取35mm長(zhǎng)。
軸段3的長(zhǎng)度即為輥?zhàn)拥拈L(zhǎng)度加套筒長(zhǎng)，輥?zhàn)娱L(zhǎng)為400mm，選擇套筒長(zhǎng)為90mm，則軸段3的長(zhǎng)度為490mm。
依照[2]P1075 有軸肩的寬度設(shè)計(jì)為22mm。即軸段4長(zhǎng)度為22mm。
根據(jù)長(zhǎng)輪的厚度以及其他軸的類比，可以得出軸段7長(zhǎng)度取100比較合適。
軸段5的尺寸變動(dòng)空間比較大，主要考慮與箱體的設(shè)計(jì)相配合，取為43mm。
4.8軸上零件的周向定位
輥?zhàn)?、輪、平帶輪與軸的周向定位均采用平鍵聯(lián)接。對(duì)于輥?zhàn)樱?個(gè)半輪轂分別用鍵定位。由手冊(cè)查得平鍵的截面尺寸寬×高=32×20(GB1095-79)，鍵槽用鍵槽銑刀加工，查[2]取長(zhǎng)為160mm(標(biāo)準(zhǔn)鍵長(zhǎng)見(jiàn) GB1096-79)。對(duì)于輪，軸徑為110，查[2]表4.5-1截面尺寸寬×高=28×16，并取長(zhǎng)度為80mm，同時(shí)也保證輪輪轂與軸的配合為H7/n6； 確定軸上圓角和倒角尺寸：取軸端倒角為2×45°
4.9軸的校核
畫(huà)受力簡(jiǎn)圖
畫(huà)軸空間受力簡(jiǎn)圖15，將軸上作用力分解為水平受力圖b和垂直面受力圖c。分別求出垂直面上的支反力和水平面上支反力。對(duì)于零件作用于軸上的分布載荷或轉(zhuǎn)矩(因軸上零件如輪、聯(lián)軸器等均有寬度)可當(dāng)作集中力作用于軸上零件的寬度中點(diǎn)。對(duì)于支反力的位置，隨軸承類型和布置方式不同而異，一般可按圖15取定，其中A值參見(jiàn)滾動(dòng)軸承樣本，跨距較大時(shí)可近似認(rèn)為支反力位于軸承寬度的中點(diǎn)。
計(jì)算作用于軸上的支反力
水平面內(nèi)支反力為
N
N
垂直面內(nèi)支反力
破碎輥外形尺寸為610mm×400mm，單輥重約1200kg。
N
輪受到的力，其大小為
。
（3.17）
（3.18）
綜合式上式可算出
N N
計(jì)算軸的剪力、彎矩，并畫(huà)剪力、彎矩、轉(zhuǎn)矩圖
分別作出水平面上和垂直面上的剪力圖d、e；分別作出垂直面和水平面上的彎矩圖f、g，并按計(jì)算合成彎矩，畫(huà)轉(zhuǎn)矩圖h。
計(jì)算并畫(huà)當(dāng)量彎矩圖
轉(zhuǎn)矩按脈動(dòng)循環(huán)變化計(jì)算， 取，可算出：
N.m
N.m
N.m
按照畫(huà)出當(dāng)量彎矩圖i。
c-c截面處彎矩最大， 屬于危險(xiǎn)截面
圖15 軸的受力結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
校核軸的強(qiáng)度
一般而言，軸的強(qiáng)度是否滿足要求只需對(duì)危險(xiǎn)截面進(jìn)行校核即可，而軸的危險(xiǎn)截面多發(fā)生在當(dāng)量彎矩最大或當(dāng)量彎矩較大且軸的直徑較小處。根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)尺寸和當(dāng)量彎矩圖可知，c-c截面處彎矩最大， 屬于危險(xiǎn)截面；d-d截面處當(dāng)量彎矩不大，軸徑大，不屬于危險(xiǎn)截面。而對(duì)于b-b，當(dāng)量彎矩小于a-a截面，軸徑一樣大，不屬于危險(xiǎn)截面；截面，僅受純轉(zhuǎn)矩作用，雖a-a、e-e截面尺寸小，但由于軸最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較為寬裕地確定的，故強(qiáng)度肯定滿足，無(wú)需校核彎扭合成強(qiáng)度。
c-c 截面處當(dāng)量彎矩為
N.m
強(qiáng)度校核：考慮到鍵槽的影響，查[3]表15
而＝60MPa，顯然＜，故安全。
4.10軸的結(jié)構(gòu)圖
圖16 軸的結(jié)構(gòu)圖
4.11 鍵聯(lián)接設(shè)計(jì)
1．輸入軸與大帶輪聯(lián)接采用平鍵聯(lián)接
此段軸徑d1=37mm,L1=50mm
查手冊(cè)得，選用A型平鍵，得：
A鍵 8×7 GB1096-79 L=L1-b=50-8=42mm
T=103.6N·m h=7mm
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)》P243（10-5）式得
σp=4 ·T/(d·h·L)
=4×103.6×1000/（37×7×42）
=38.1 Mpa < [σR] =110Mpa
2、輸出軸與齒輪2聯(lián)接用平鍵聯(lián)接
軸徑d3=40mm L3=80mm TⅡ=292Nm
查手冊(cè)P51 選用A型平鍵
鍵14×9 GB1096-79
l=L3-b=80-14=66mm h=9mm
σp=4·TⅡ/（d·h·l）
=4×292×1000/（40×9×80）
=40. 6Mpa < [σp] =110Mpa
4.12 滾動(dòng)軸承設(shè)計(jì)
根據(jù)條件，軸承預(yù)計(jì)壽命
Lh=10×365×8=29200小時(shí)
1.輸入軸的軸承設(shè)計(jì)計(jì)算
（1）初步計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷P
因該軸承在工作條件下受到Fr徑向力作用和軸向力，查手冊(cè)知：派生軸向力Fs=0.4Fr,且系數(shù)X=0.4,Y=1.1。
經(jīng)計(jì)算得：P1=1356.6N P2=2378N
（2）求軸承應(yīng)有的徑向基本額定載荷值
P2>P1,故計(jì)算P2就可以了。
（3）選擇軸承型號(hào)
選擇型號(hào)為30209的圓錐滾子軸承
查表得：Cr=67.8kN
∴預(yù)期壽命足夠
∴此軸承合格
2.輸出軸的軸承設(shè)計(jì)計(jì)算
（1）初步計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷P
因該軸承在工作條件下受到Fr徑向力作用和軸向力，查手冊(cè)知：派生軸向力Fs=0.4Fr,且系數(shù)X=0.4,Y=1.1。經(jīng)計(jì)算得：P1=1491.2N P2=594.72N
（2）求軸承應(yīng)有的徑向基本額定載荷值
P1>P2,故計(jì)算P1就可以了
（3）選擇軸承型號(hào)
選擇型號(hào)為30209的圓錐滾子軸承
查表知， Cr=67.8KN
∴預(yù)期壽命足夠 ∴此軸承合格
4.13 密封和潤(rùn)滑的設(shè)計(jì)
1.密封
由于選用的電動(dòng)機(jī)為低速，常溫，常壓的電動(dòng)機(jī)則可以選用毛氈密封。毛氈密封是在殼體圈內(nèi)填以毛氈圈以堵塞泄漏間隙，達(dá)到密封的目的。毛氈具有天然彈性，呈松孔海綿狀，可儲(chǔ)存潤(rùn)滑油和遮擋灰塵。軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，毛氈又可以將潤(rùn)滑油自行刮下反復(fù)自行潤(rùn)滑。
2．潤(rùn)滑
(1) 對(duì)于齒輪來(lái)說(shuō)，由于傳動(dòng)件的的圓周速度v< 12m/s,采用浸油潤(rùn)滑，因此機(jī)體內(nèi)需要有足夠的潤(rùn)滑油，用以潤(rùn)滑和散熱。同時(shí)為了避免油攪動(dòng)時(shí)泛起沉渣，齒頂?shù)接统氐酌娴木嚯xH不應(yīng)小于30~50mm。對(duì)于單級(jí)減速器，浸油深度為一個(gè)齒全高，這樣就可以決定所需油量，單級(jí)傳動(dòng),每傳遞1KW需油量V0=0.35~0.7m3。
(2) 對(duì)于滾動(dòng)軸承來(lái)說(shuō)，由于傳動(dòng)件的速度不高，且難以經(jīng)常供油，所以選用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑。這樣不僅密封簡(jiǎn)單，不宜流失，同時(shí)也能形成將滑動(dòng)表面完全分開(kāi)