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1.52．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①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3/2678m kg =ρ,最大入料直径r=60 mm 。

可知：转子边缘的径向速度602÷∏=wr v =52.36(m/s)喂料块的平均质量303.0343=÷=r m ρ(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t v F t /0= （1）式中m -喂料块的平均质量，kg0v —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{v r t v k v /48.2)1(20=+= （2）由上述式得 36.52)35.01(0⨯+=v =70.69(m/s)式中2k -物料弹性恢复系数，2k =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N N r v k m F 61.807)(48.2/)21(021=+==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)(13N F k F f = （4） 式中3k —载荷系数，3k =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3k =1.5；当用来破碎水泥熟料时，推荐3k =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0130'8.1)2.01(5.1d F k d F M f =+= （5） 式中0d —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f k 对上式进行修正)(7.28348.103Nm Fd k k M f == （6） 式中5.11.1-=f k ，当挡圈较宽时取较大的值。

②电机功率的确定立轴冲击式同步破碎机计算功率为)9550/('ηMn N ==317(kw) (7) 式中n —立轴冲击式同步破碎机转子转速，r/minη—立轴冲击式同步破碎机传动系统效率，21ηηη=，1η为三角带传动效率，97.094.01-=η，2η为支撑轴承工作效率，2η=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'N k N d a ==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⑴确定点击功率ca p由《机械设计》第八版表8-7查得工作情况系数3.1=A K ，故ca p ==P K A 1.3×160=208(kw)⑵选择V 带的带型根据ca p 、1n 由《机械设计》第八版图8-11选用D 型。

⑶确定带轮的基准直径1d d 。

①由《机械设计》第八版表8-6和表8-8，初选带轮6301=d d mm ②验算带速v 。

按《机械设计》第八版式（8-13）验算带的速度)1000*60/(11n d v d = m/s=3.14×630×1000/(60×1000)=22.242(kw)因为5m/s ＜v ＜30m/s ,故带速合适。

⑷确定V 带的中心距a 和基准长度d L①根据《机械设计》第八版式（8-20），初定中心距17000=a mm ②由《机械设计》第八版式（8-22）计算带所需的基准长度40002/)(14.3170022/)(22100=++⨯=++=d d d d a L d d d (mm)由《机械设计》第八版表8-2选带的基准长度4000=d L (mm) ③按《机械设计》第八版式（8-23）计算中心距a 。