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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開 題 報(bào) 告
題 目 煤泥破碎機(jī)總體設(shè)計(jì)
指 導(dǎo) 教 師
院（系、部）
專 業(yè) 班 級
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一、 選題的目的、意義和研究現(xiàn)狀
選題的目的和意義：
煤泥破碎機(jī)作為一種常用的煤泥破碎設(shè)備，廣泛的應(yīng)用于選煤廠煤泥破碎過程。但是伴隨著優(yōu)質(zhì)煤炭資源的不斷減少、煤質(zhì)不斷地劣化，入選原煤中含矸和含泥量變大。導(dǎo)致煤泥粘性大，含泥量多，造成粘堵事故。把煤泥破碎成小粒度可防止很多事故的發(fā)生。通過查閱資料了解和學(xué)習(xí)煤泥破碎機(jī)械。
中國是世界上少數(shù)幾個(gè)以煤炭為主要能源的國家之一，煤炭的生產(chǎn)量和消費(fèi)量占世界首位。煤炭作為中國的主要能源及鋼鐵、化工領(lǐng)域的原料在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)不會有大的改變，因此煤炭在中國國民經(jīng)濟(jì)中的地位是舉足輕重的。然而，在中國的煤炭消耗中，煤炭的加工利用處于低水平階段，存在著高能耗、高污染、低效率的利用現(xiàn)狀，也產(chǎn)生一系列的環(huán)境污染問題，如:燃煤產(chǎn)生煙塵和S02排放量分別占80%和90%，中國的大氣污染屬典型的煤煙型大氣污染。全國己有62.3%的城市S02年平均濃度超過國家二級標(biāo)準(zhǔn)，日平均濃度超過國家三級標(biāo)準(zhǔn)。S02排放量的持續(xù)增加使中國酸雨覆蓋面積占國土面積的40%，酸雨污染給森林和農(nóng)作物造成的損失每年達(dá)數(shù)百億元。大氣中的S02的主要來源于高硫煤的使用，而中國的高硫煤約占總產(chǎn)量的10%,按每年 10億噸的產(chǎn)量算，每年約有1億噸的高硫煤，而去硫的最基礎(chǔ)設(shè)備就是將硫及其伴生物從煤中的解離— 也就是說要將煤充分破碎，破碎煤就需要破碎機(jī)，這是選擇本題的目的之一。其二如前所述，新的選煤技術(shù)和工藝需要新型的破碎機(jī)，否則影響新的選煤工藝和方法的技術(shù)水平。其三多年來，選煤廠廣泛采用的各式破碎機(jī)由于結(jié)構(gòu)與機(jī)理的原因，破碎后的產(chǎn)品或者過粉碎嚴(yán)重，排料粒度不能有效的控制，同時(shí)伴有大量粉塵或者破碎機(jī)的破碎強(qiáng)度低，不能適應(yīng)含煤巖石的煤炭破碎，且破碎后粒度不均勻，容易超粒，不但使得后續(xù)的洗選難度加大，分選效果變差，同時(shí)難以滿足目前市場的需要。由此造成的損失每年數(shù)億人民幣。為解決此問題，在國內(nèi)的破碎機(jī)技術(shù)尚未滿足國內(nèi)使用條件的技術(shù)下，目前大量從國外進(jìn)口破碎機(jī)，如山西的平塑、安家?guī)X煤礦、神華集團(tuán)的神木礦區(qū)、大柳塔選煤廠、貴州盤江集團(tuán)的老屋基選煤廠、永城煤電集團(tuán)、晉城無煙煤礦業(yè)集團(tuán)等等 ，國外破碎機(jī)的價(jià)格是國內(nèi)同類價(jià)格的6-8倍，如果研制的破碎機(jī)能替代進(jìn)口產(chǎn)品，每年可為國家節(jié)約外匯至少1億美元。因此，無論從環(huán)保的角度、社會效益的角度、直接經(jīng)濟(jì)效益的角度，還是解決生產(chǎn)實(shí)際問題的角度，研究新型的齒輥式破碎機(jī)，具有較重大的現(xiàn)實(shí)意義
研究現(xiàn)狀和趨勢：
無論是原煤的初加工,還是在選煤過程中,破碎作業(yè)都是十分關(guān)鍵的一環(huán),它直接影響著煤炭的銷售和后續(xù)加工過程的投資,直接關(guān)系到煤炭企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。隨著市場經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步開展和選煤設(shè)備技術(shù)的進(jìn)步進(jìn)步,對破碎作業(yè)的請求就更嚴(yán)厲了。 首先是對產(chǎn)品粒度的請求十分嚴(yán)厲,不同的用戶有著不同的粒度請求,而且這種請求隨著市場在不時(shí)變化,一旦達(dá)不到請求就會使煤炭暢銷或因粒度超限而拒付貨款,直接影響煤炭企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí),不同時(shí)期,不同粒度規(guī)格的產(chǎn)品價(jià)錢不同,企業(yè)為了獲取最大限度的利潤,也必需依托有效的破碎作業(yè)。煤炭在洗選加工過程中,為了最大限度地完成矸石同煤炭的單體解離,增加原料的比外表積,進(jìn)步煤炭質(zhì)量(降低灰分、進(jìn)步發(fā)熱量),除去煤中的硫、磷等有害物質(zhì),減小煤炭在熄滅時(shí)對大氣形成的污染,必需對煤炭停止有效的粉碎作業(yè)。降低破碎過程的過粉碎。破碎過程中過粉碎,不但形成資源的糜費(fèi),影響煤炭企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益,而且會使選后粉煤水分增加,煤泥水系統(tǒng)壓力增大,重選精煤實(shí)踐產(chǎn)率降低。隨著環(huán)保請求的進(jìn)步以及粉煤處置費(fèi)用的增加,將粉煤出量降至最低就成為破碎作業(yè)的關(guān)鍵所在。目前,在選礦廠中,破碎磨礦作業(yè)的消費(fèi)費(fèi)用要占全部選礦費(fèi)用的40%以上,而破碎磨礦設(shè)備的投資費(fèi)要占選礦廠總投資的60%左右。選煤廠破碎作業(yè)的消費(fèi)費(fèi)用和基建投資固然所占比例比選礦廠低,但原煤準(zhǔn)備系統(tǒng)的消費(fèi)費(fèi)用和基建投資對選煤廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的影響也不容無視。
二、 研究方案及預(yù)期結(jié)果
本論文主要解決破碎煤泥是出現(xiàn)的機(jī)器堵塞，煤泥黏性大的問題進(jìn)行設(shè)計(jì)的。在煤礦是破碎機(jī)應(yīng)用的最廣泛的一個(gè)行業(yè)，全部的煤礦和選煤廠的原煤都要經(jīng)過破碎然后才能進(jìn)行到下一個(gè)工序。而且隨著采煤的機(jī)械化以及自動(dòng)化程度的提高，所以新的選煤的工藝的方法出現(xiàn)了，對于破碎機(jī)的技術(shù)以及破碎的工藝也提出了更高的要求。
具體內(nèi)容包括以下幾部分：
（1）總體方案確定
（2）總體布置方式的選擇
（3）總體參數(shù)的確定
（4）零件的設(shè)計(jì)和校核
（5）裝配圖零件圖的繪制
（6）總體驗(yàn)算
三、 研究進(jìn)度
第三～四周 布置設(shè)計(jì)任務(wù)，熟悉設(shè)計(jì)內(nèi)容；
第五～六周 參觀、實(shí)習(xí)、收集資料、了解機(jī)器的結(jié)構(gòu)原理和特點(diǎn)；
第七～八周 總體方案設(shè)計(jì)，總體布置方式的選擇；
第九～十周 總體設(shè)計(jì)；
第十一～十二周 關(guān)鍵零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
第十三～十八周 整理說明書及完善圖紙的繪制。
四、 主要參考文獻(xiàn)
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五、 指導(dǎo)教師意見
指導(dǎo)教師簽字：
摘要
煤泥是由細(xì)微粒煤，粉化骨石和水組成的粘稠物，具有粒度細(xì)，微粒含量多，水分和灰分含量大，熱量低，粘結(jié)性較強(qiáng)，內(nèi)聚力大的特點(diǎn)。
本文主要是根據(jù)煤泥破碎時(shí)出現(xiàn)的粘性大，容易造成機(jī)器堵塞等問題設(shè)計(jì)一臺煤泥破碎機(jī)。在文中詳細(xì)講解了一下破碎煤泥存在的問題，分析每一種破碎機(jī)構(gòu)破碎煤泥會出現(xiàn)的問題，經(jīng)過分析選擇輥式破碎機(jī)構(gòu)。結(jié)合設(shè)計(jì)參數(shù)，破碎機(jī)效率：50t/h，每天工作8小時(shí)，一年工作300天，設(shè)計(jì)一臺齒輥破碎機(jī)。本文對工作參數(shù)進(jìn)行了確定，然后進(jìn)行了帶傳動(dòng)，減速器齒輪，傳動(dòng)齒輪和齒輥軸的設(shè)計(jì)與校核，設(shè)計(jì)過程中驗(yàn)算了設(shè)計(jì)的參數(shù)，均合理。設(shè)計(jì)的破碎機(jī)中由一臺電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)皮帶，經(jīng)過液力偶合器傳遞到減速器，減速器帶動(dòng)輥軸的轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)煤泥的破碎。由于齒輥軸是主要破碎機(jī)構(gòu)，對其進(jìn)行了校核。在破碎過程中會產(chǎn)生振動(dòng)，我們選擇了在大帶輪和減速器之間加入了液力偶合器。然后對軸承進(jìn)行了選擇和校核。最后確定了減速器箱體的結(jié)構(gòu)和箱體的基本尺寸。
關(guān)鍵詞：煤泥 ；齒輥軸；破碎機(jī)
I
Abstract
Slime is by fine coal particles, powder bone stone and water viscous material, with fine particle size, particle content, moisture and ash content are low in calories, strong adhesion, cohesion characteristics.
The main purpose of this paper is according to viscous slime crushing of large, easily lead to jam the machine design of a coal crusher. In this paper explain in detail the a broken slime existing problems, analysis each kind of crushing mechanism slime crushing, through analysis and selection of roller crusher mechanism. Combined with design parameters, crusher efficiency: 50t/h, 8 hours a day, a year working 300 days, design a tooth roller crusher. The the working parameters were determined. The followed by a belt drive, gear reducer, transmission gear and the gear and shaft design and verification and design in the process of checking the design parameters are reasonable. Design of crusher is composed of a motor drive belt, after hydraulic coupling transfer to reducer, reducer so as to drive the roll axis of rotation to achieve slime crushing. Since the roller shaft is the main crushing mechanism, it is checked.. In the crushing process will produce vibration, we choose the large pulley and reducer between joined hydraulic coupler. Then the bearing is selected and checked.. Finally, the structure of the reducer box and the basic size of the box are determined.
Keywords: coal ; roll shaft ; crusher
I
目錄
1 緒論 1
2 破碎機(jī)的發(fā)展歷史 2
3 煤泥破碎機(jī)總體設(shè)計(jì)方案 3
3. 1 破碎的主要形式 3
3. 2 破碎煤泥過程中存在的問題 3
3.2.1 煤泥的特點(diǎn) 3
3.2.2 破碎煤泥存在的問題 4
3. 3 破碎機(jī)構(gòu)形式選擇 4
3. 4 破碎機(jī)的工作原理 10
4 煤泥破碎機(jī)參數(shù)的確定 12
4. 1 總體結(jié)構(gòu)與布局的設(shè)計(jì) 12
4. 2 電動(dòng)機(jī)功率 13
4. 3 破碎機(jī)基本參數(shù)的估算 14
4. 4 工作參數(shù)的確定 15
4.4.1 輥?zhàn)又行木?15
4.4.2 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 17
4. 5 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 19
4. 6 減速器齒輪設(shè)計(jì) 22
4. 7 齒輥間傳動(dòng)齒輪的設(shè)計(jì) 27
4. 8 軸的設(shè)計(jì)與校核 32
4.8.1 減速器高速軸設(shè)計(jì) 32
4.8.2 破碎輥（1）軸的設(shè)計(jì) 35
4.8.3 破碎輥（2）軸的設(shè)計(jì) 40
4. 9 鍵的選擇與校核 44
4. 10 軸承的選擇 45
4.10.1 確定軸承型號 45
4.10.2 軸承的校核 45
4.11齒環(huán)和齒帽的設(shè)計(jì) 50
4.11.1齒帽的設(shè)計(jì) 50
4.11.2齒環(huán)的設(shè)計(jì) 51
5 液力偶合器的選擇 52
5. 1 液力偶合器的特點(diǎn) 52
5.2 液力偶合器的結(jié)構(gòu)和原理 52
6. 潤滑與密封 56
6. 1 減速器的箱體結(jié)構(gòu) 56
6. 2 箱體的基本尺寸 56
結(jié)論 58
致謝 59
參考文獻(xiàn) 60
附錄 61
翻譯部分 63
中文譯文 63
英文原文 69
1 緒論
煤泥泛指煤粉含水形成的半固體物，是煤炭生產(chǎn)過程中的一種產(chǎn)品，根據(jù)品種的不同和形成機(jī)理的不同，其性質(zhì)差別非常大，可利用性也有較大差別，大致有如下幾種類型：
（1） 煉焦煤選煤廠的浮選尾煤： 這類煤泥在國外,一般是一種廢棄物，其性質(zhì)與洗選矸石或中煤類似。因煤質(zhì)不同,浮選煤泥的品質(zhì)有較大差別，如淮南的氣煤，浮選工藝的抽出率只有30% ～40%,這種煤泥灰分比較低，煤質(zhì)與洗中煤比較接近；平頂山的煤是肥煤或1/3焦煤，浮選精煤的抽出率可達(dá)70%～80%，浮選尾煤的灰分就較高，煤質(zhì)與洗選矸石接近。 根據(jù)煤泥回收工藝的不同，煤泥的物理性質(zhì)差別較大。如用壓濾機(jī)回收的煤泥,其顆粒分布比較均勻，它的粘性、持水性都比較弱，利于降低水分。
（2） 煤水混合物產(chǎn)出的煤泥： 如動(dòng)力煤洗煤廠的洗選煤泥、煤炭水力輸送后產(chǎn)出的煤泥，這種煤泥有的比原煤質(zhì)量都好，數(shù)量少時(shí)常常摻到成品煤中。數(shù)量多了，摻掉的只是少數(shù)，可能有大量的優(yōu)質(zhì)煤泥產(chǎn)出，除要妥善處理外，還會對煤礦的經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生不良影響；
礦井排水夾帶的煤泥、矸石山澆水沖刷下來的煤泥 這些煤泥收集起來都屬于煤礦的臟雜煤泥，其特點(diǎn)是數(shù)量不多，質(zhì)量不穩(wěn)定,但一般都比浮選尾煤質(zhì)量好。
煤泥的利用：由于煤泥具有高水分、高粘性、高持水性和低熱值等諸多不利條件，很難實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用，長期被電力用戶拒之門外，以民用地銷為主要出路。改革開放以來，國民經(jīng)濟(jì)有了迅猛的發(fā)展，煤炭產(chǎn)量已躍居世界首位，市場形勢也發(fā)生了很大變化。煤炭加工的深度和廣度都在快速發(fā)展，煤泥的產(chǎn)量明顯上升，煤泥的綜合利用已成為迫切需要解決的問題。
用壓濾機(jī)回收的煤泥粘性和持水性比較弱，利于水分的降低，例如平頂山八礦選煤廠的壓濾煤泥，在旱季堆放接近半年以后，抓斗抓起時(shí)出現(xiàn)揚(yáng)塵，總含水率已接近10%。
2 破碎機(jī)的發(fā)展歷史
1）煤泥破碎機(jī)或?yàn)V餅破碎機(jī)也被稱為輥破碎機(jī)，兩輥破碎機(jī)，雙齒輥破碎機(jī)。入料經(jīng)過破碎區(qū)通過輥的摩擦，入料被擠壓和壓裂。為了提高壓裂的效果，滾筒表面通常是牙齒或者溝槽的結(jié)構(gòu)。煤泥破碎機(jī)由輥輪、滾動(dòng)軸承、沖壓設(shè)備、調(diào)整裝置和傳動(dòng)裝置等結(jié)構(gòu)組成?！蓚€(gè)滾筒之間配備調(diào)節(jié)裝置，通過該裝置調(diào)節(jié)卸料尺寸。由馬達(dá)通過三角皮帶驅(qū)動(dòng)滑輪槽，拖動(dòng)輥向相對的方向旋轉(zhuǎn)。破碎物從底部退出。
2）輥式破碎機(jī)類型及發(fā)展
輥式破碎機(jī)出現(xiàn)于1806年，是一種較古老的破碎設(shè)備。但是，由于它的結(jié)構(gòu)簡單，緊湊輕便，易于制造，工作可靠，特別是它的產(chǎn)品過粉碎少，因此，至今仍在選煤，冶金燒結(jié)，水泥，玻璃，陶瓷等工業(yè)部門，以及小型選礦廠中使用，而且有新的改進(jìn)和發(fā)展。輥式破碎機(jī)被廣泛的用于破碎軟質(zhì)和中硬度的無聊，對破碎濕料和粘性物料來說，輥式破碎機(jī)應(yīng)用范圍大于顎式破碎機(jī)，更大于旋回式破碎機(jī)，但是由于它不能破碎大塊物料和堅(jiān)硬物料，使用范圍受到了限制。
近年來，國外輥式破碎機(jī)發(fā)展的很快，種類也很多，規(guī)格比較齊全。按輥?zhàn)拥臄?shù)目，輥式破碎機(jī)可以分為單輥、雙輥、三輥和四輥幾種；按照輥面形狀，可分為光面、齒面和槽型面輥式破碎機(jī)。煤泥破碎機(jī)是根據(jù)雙齒輥破碎機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行設(shè)計(jì)的一種破碎煤泥的破碎機(jī)。
3 煤泥破碎機(jī)總體設(shè)計(jì)方案
3.1 破碎的主要形式
破碎是一種使大塊物料變成小塊物料的過程。這個(gè)過程是用外力（人力，機(jī)械力，電力，化學(xué)能，原子能或者其它的方法等）施加到被破碎的物料上面，克服物料分子間的內(nèi)聚力，使大塊物料分裂成為若干的小塊物料。
目前在工業(yè)上主要是利用機(jī)械力來破碎礦石的，利用機(jī)械力破碎礦石的方法有以下幾種：
(1) 壓碎：將礦石放置于兩個(gè)破碎的表面之間，施加壓力后，礦石因?yàn)閴簯?yīng)力達(dá)到其抗壓強(qiáng)度的極限而破碎。
(2) 劈碎：用一個(gè)平面和一個(gè)帶有尖棱的各工作表面擠壓礦石時(shí)，礦石會沿壓力作用線的方向劈裂，劈裂的原因是因?yàn)榕哑矫嫔系睦瓚?yīng)力達(dá)到了或超過了礦石拉伸強(qiáng)度限，礦石的拉伸強(qiáng)度比抗壓強(qiáng)度限小很多。
(3) 折斷：礦石受到彎曲的作用而破壞，被破碎的礦石是承受集中載荷的兩支點(diǎn)或者多支點(diǎn)梁，礦石內(nèi)的彎曲應(yīng)力達(dá)到了礦石的彎曲強(qiáng)度限時(shí)，礦石就會被破碎。?
?(4) 磨碎：礦石與運(yùn)動(dòng)表面之間受到一定的壓力和剪切力的作用后，其剪應(yīng)力達(dá)到了礦石的剪切力強(qiáng)度限時(shí)，礦石就會被粉碎，磨碎的效率低，能量消耗大。?
(5) 沖擊破碎：礦石受高速回轉(zhuǎn)機(jī)件的沖擊力而破碎，它的破碎力是瞬時(shí)作用的，破碎效率高，能量消耗少。
對于煤泥來說，可以利用沖擊破碎和壓碎等形式。
3.2 破碎煤泥過程中存在的問題
3.2.1煤泥的特點(diǎn)
（1）粒度細(xì)、微粒含量多，尤其是小于200mm的微粒約占70%～90%.
（2）持水性強(qiáng)，水分含量高。圓盤真空過濾機(jī)脫水的煤泥含水量一般在30%以上，折帶式過濾機(jī)脫水的煤泥含水在26%～29%，壓濾機(jī)脫水的煤泥含水在20%～24%。
（3）灰分含量高，發(fā)熱量較低。按灰分及熱值的高低可以把煤泥分成三類：低灰煤泥灰分為20%～32%，熱值為12.5～20MJ/kg;中灰煤泥灰分為30%～55%，熱值為8.4～12.5MJ/kg;高灰煤泥灰分>55%,熱值為3.5～6.3MJ/kg.
（4）黏性較大。由于煤泥中一般含有較多的黏土類礦物，加之水分含量比較高，粒度組成細(xì)，所以大多數(shù)煤泥的黏性大，有的還具有一定的流動(dòng)性。因?yàn)橛捎谶@些特性，導(dǎo)致了煤泥的堆放、貯存和運(yùn)輸都比較困難。尤其是在堆存時(shí)，其形態(tài)極不穩(wěn)定，遇水容易流失，風(fēng)干容易飛揚(yáng)。結(jié)果是不但浪費(fèi)了寶貴的煤炭資源，而且還造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染等問題，有時(shí)甚至還制約了洗煤廠的正常生產(chǎn)，成為選煤廠的一個(gè)較為棘手的問題。
3.2.2 破碎煤泥存在的問題
煤泥是煤炭洗選加工過程中的副產(chǎn)品，是由細(xì)微粒煤，粉化骨石和水組成的粘稠物質(zhì)，具有粒度細(xì)，微粒含量多，水分和灰分含量大，熱量低，粘結(jié)性較強(qiáng)，內(nèi)聚力大的特點(diǎn)。由于煤泥的粘堵性強(qiáng)的原因，水分和灰分含量大，現(xiàn)有的許多破碎機(jī)都不足以滿足破碎煤泥的需求。破碎的物料(煤泥濾餅)的特點(diǎn)是硬度小,水分大,容易黏連。在不烘干的條件下,使用機(jī)械將煤泥濾餅破碎成小塊度的,塊度約為150mm×150mm以下即可。
3.3 破碎機(jī)構(gòu)形式選擇
破碎機(jī)按工作原理和結(jié)構(gòu)特征不同可分為：?
方案l：顎式破碎機(jī)構(gòu)。當(dāng)可動(dòng)顎板擺動(dòng)周期性地靠近固定鄂板時(shí)，對破碎腔中的礦石產(chǎn)生擠壓作用而進(jìn)行破碎。目前廣泛應(yīng)用的顎式破碎機(jī)，根據(jù)動(dòng)顎運(yùn)動(dòng)特性可以劃分為簡單擺動(dòng)破碎機(jī)和復(fù)雜擺動(dòng)破碎機(jī)混合擺動(dòng)型破碎機(jī)三種類型。?如下圖
圖3-1簡單擺動(dòng)顎式破碎機(jī)構(gòu)
Fig 3-1 simple swing jaw crusher
1.固定顎2.動(dòng)顎懸掛軸3.動(dòng)顎4.推力板5.偏心軸6.連桿
顎式破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)形式，生產(chǎn)能力，襯板壽命和功耗是破碎設(shè)計(jì)中的幾個(gè)關(guān)鍵因素，而且個(gè)因素之間相互制約。根據(jù)現(xiàn)有的資料查詢，顎式破碎機(jī)被廣泛的應(yīng)用于冶金礦山，非金屬礦山，建材，化工，筑路，電力等工業(yè)部門。一般破碎的是比較堅(jiān)硬的固體礦石，如果破碎煤泥的話，由于煤泥的水分含量大，粘性強(qiáng)，在破碎過程中煤泥會大量粘結(jié)在固定顎和動(dòng)顎上面，造成機(jī)器無法正常運(yùn)行，不能達(dá)到破碎煤泥的效果。改進(jìn)方法是可以在破碎過程中加水，增大破碎過程中煤泥的流動(dòng)性，可以簡單解決煤泥的粘結(jié)問題。
方案2：旋回破碎機(jī)和圓錐破碎機(jī)構(gòu)。由兩個(gè)幾乎成同心的圓錐體，固定的外圓錐和可動(dòng)的內(nèi)圓錐組成破碎腔．內(nèi)圓錐以一定的偏心半徑繞外圓錐中心線作偏心運(yùn)動(dòng)，礦石在兩錐體之間受擠壓、折斷作用而破碎。圓錐破碎機(jī)和旋回式破碎機(jī)工作原理基本相同，旋回式破碎機(jī)是用來進(jìn)行粗碎的的一種圓錐破碎機(jī)?，這里分析旋回式破碎機(jī)在破碎煤泥過程中要解決的問題。
圖3-2圓錐破碎機(jī)工作示意圖
Fig 3-2 cone crusher working schematic diagram
1.動(dòng)錐；2.定錐；3.物料；4.破碎腔
旋回式破碎機(jī)的工作過程如下圖
圖3-3旋回式破碎機(jī)工作示意圖
Fig 3-3 gyratory crusher working schematic diagram
1.動(dòng)錐2.固定錐3.三角皮帶輪4.圓錐齒輪副5.偏心軸套
動(dòng)錐1與固定錐2之間形成的空間為破碎腔，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)三角皮帶和圓錐齒輪，使偏心軸套轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)動(dòng)錐環(huán)繞破碎機(jī)中心線做旋擺運(yùn)動(dòng)，當(dāng)動(dòng)錐靠近固定錐時(shí)，給入破碎腔內(nèi)的物料受到擠壓和彎曲作用而被破碎，當(dāng)動(dòng)錐遠(yuǎn)離固定錐時(shí)，被破碎的無物料靠自身的重量，從破碎機(jī)腔底部排出。與顎式破碎機(jī)比較，旋回式破碎機(jī)是連續(xù)破碎物料的。在破碎煤泥的過程中，目前的旋回式破碎機(jī)對于黏性較大的物料無法進(jìn)行破碎，因?yàn)樗呐帕戏绞绞潜黄扑榈奈锪贤ㄟ^自重下滑進(jìn)行卸料，而由于煤泥的水分含量大和粘性的關(guān)系導(dǎo)致不能靠自身重量滑出破碎腔，從而造成機(jī)器堵塞。而且在現(xiàn)有資料中查詢得知，旋回式破碎機(jī)適合破碎硬度較高，粉塵含量少的礦石等。如果進(jìn)行煤泥破碎，會發(fā)生機(jī)器堵塞無法正常進(jìn)行破碎工作的情況，所以旋回式破碎機(jī)不適合破碎煤泥。?
方案3：錘式破碎機(jī)構(gòu)。利用機(jī)器上高速旋轉(zhuǎn)的錘頭的沖擊作用和礦石本身以高速向固定不動(dòng)的反擊板上沖擊而使礦石破碎。錘式破碎機(jī)被廣泛應(yīng)用于水泥，選煤，化工，電力，冶金等工業(yè)部門。主要用來對石灰石，煤，焦炭，頁巖，石膏，爐渣等中硬和軟物料進(jìn)行中等或者細(xì)破碎。
錘式破碎機(jī)結(jié)構(gòu)類型很多，按回轉(zhuǎn)軸的數(shù)量，可以分為單轉(zhuǎn)子和雙轉(zhuǎn)子兩類。按轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)方向，可以分成可逆式和不可逆式兩類。
不管是哪種錘式破碎機(jī)，他們都是主要靠沖擊作用來破碎物料的。物料給入破碎機(jī)中，會馬上受到高速回轉(zhuǎn)的錘頭沖擊而被粉碎，被破碎的物料從錘頭處獲得動(dòng)能，自身以高速向機(jī)殼內(nèi)壁的襯板和蓖條上沖擊而被第二次破碎。然后小于蓖條縫隙的物料從中間縫隙排出，而且粒度較大的物料，彈回到襯板和蓖條上的大塊物料還會受到錘頭的附加沖擊而進(jìn)一步破碎。在破碎過程中物料之間也會碰撞粉碎。錘式破碎機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)率高，破碎比大，構(gòu)造簡單，尺寸緊湊，功率消耗少，產(chǎn)品粒度均勻，過粉碎現(xiàn)象少，維修簡單，修理和更換零件容易。但是也有缺點(diǎn)。錘式破碎機(jī)的缺點(diǎn)是錘頭，蓖條，襯板，轉(zhuǎn)子圓盤磨損較快，特別是在破碎較硬的物料時(shí)，磨損會更快。而且當(dāng)被破碎的物料水分含量超過12%或者有黏土?xí)r，蓖條非常容易發(fā)生堵塞，增加各個(gè)零件的磨損。
方案4：輥式破碎機(jī)構(gòu)。輥式破碎機(jī)是一種最古老的破碎機(jī)械。它的結(jié)構(gòu)簡單，破碎時(shí)過粉碎現(xiàn)象少，輥面上的齒牙形狀、尺寸、排列等還可按物料性質(zhì)而改變，由于具有這些優(yōu)點(diǎn)，目前仍在煤炭、水泥、硅酸鹽等工業(yè)部門使用。輥式破碎機(jī)的缺點(diǎn)是生產(chǎn)能力低，而且要求把物料均勻的喂到輥?zhàn)尤L上面，這樣是為了保證輥?zhàn)拥哪p均勻。輥式破碎機(jī)通常作為中硬或者松軟物料的中細(xì)破碎。
圖3-4輥式破碎機(jī)構(gòu)基本類型
Fig 3-4 roller crusher basic type
（a）單輥式（b）雙輥式（c）三輥式（d）四輥式
雙輥式破碎機(jī)時(shí)常用的破碎機(jī)，它的破碎機(jī)構(gòu)是一對相互平行水平安裝在幾家上的圓柱形輥?zhàn)?。前輥和后輥工作時(shí)相向轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)物料被加入到喂料腔內(nèi)，落在轉(zhuǎn)輥上面，物料在棍子表面摩擦力的作用下，被扯進(jìn)轉(zhuǎn)輥之間，受到輥?zhàn)拥臄D壓而達(dá)到破碎的目的，破碎的物料被輥?zhàn)油瞥?，向下方卸落。因此，雙齒輥破碎機(jī)是連續(xù)工作的，而且有強(qiáng)制卸料的作用，粉碎粘濕性的物料也不至于是機(jī)器發(fā)生堵塞的事故。
煤用破碎機(jī)類型比較多。使用時(shí)按照物料的物理性質(zhì)，粒度，生產(chǎn)量，用途等進(jìn)行選擇。常用的破碎機(jī)有:
1)破碎堅(jiān)硬、脆性物料的破碎機(jī)有顎式破碎機(jī)，旋回破碎機(jī)，圓錐破碎機(jī)，光面或者槽型齒面的輥式破碎機(jī)等。
2)破碎軟質(zhì)、中硬物料的破碎機(jī)有錘式破碎機(jī)，反擊式破碎機(jī)，齒面輥式破碎機(jī)等。在我國的選煤廠中,齒輥式破碎機(jī)由于它的結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠,成本低廉等特點(diǎn)得到很廣泛的使用。
方案評價(jià)：
Scheme evaluation：
評價(jià)目標(biāo)
方案
滿足煤泥破碎要求
使用維護(hù)方便
成本在規(guī)定范圍
方案1
不滿足
是
是
方案2
不滿足
否
是
方案3
基本滿足
否
是
方案4
滿足
是
是
方案四滿足設(shè)計(jì)方案的設(shè)計(jì)要求的技術(shù)特性，并能滿足功能的需求，而且方案四性能可靠，結(jié)構(gòu)簡單，可以實(shí)現(xiàn)煤泥破碎的基本要求，具有可操作性，保養(yǎng)性，能量消耗也合理。在功能相同時(shí)，成本也比較合理，經(jīng)濟(jì)效益能達(dá)到最大化。方案四滿足國家科技政策和國家科技發(fā)展規(guī)劃的目標(biāo)，而且還符合減少三廢的要求，有利于提高生產(chǎn)力，節(jié)省人力、物力、財(cái)力等。最主要的是有利于資源的利用，可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)過加工破碎后的煤泥在電廠等重要的地方得到有效的利用，實(shí)現(xiàn)資源的利用最大化，節(jié)省不可再生資源，屬于新能源的開發(fā)。
綜上所述，經(jīng)過綜合考慮，對于破碎濕料和粘性較大的物料時(shí)，輥式破碎機(jī)和錘式破碎機(jī)比較于旋回式破碎機(jī)和顎式破碎機(jī)來說應(yīng)用范圍更大，又因?yàn)殄N式破碎機(jī)和輥式破碎機(jī)都具有結(jié)構(gòu)簡單，修理方便等特點(diǎn)，經(jīng)過查閱資料，發(fā)現(xiàn)輥式破碎機(jī)在破碎沒你的方面得到更大的應(yīng)用，而且輥式破碎機(jī)機(jī)體緊湊輕便，價(jià)格低廉，工作可靠破碎是過粉碎現(xiàn)象少，能破碎粘濕性物料等特點(diǎn)，選用雙齒輥破碎機(jī)來進(jìn)行煤泥的破碎。上面的破碎機(jī)大多用于破碎塊煤,而用于破碎煤泥濾餅的破碎機(jī)很少,根據(jù)現(xiàn)有的條件，可以設(shè)計(jì)一臺可以破碎煤泥濾餅的齒輥破碎機(jī)。由于它的結(jié)構(gòu)簡單，緊湊輕便，易于制造，工作可靠，特別是它的產(chǎn)品過粉碎少等特點(diǎn)，所以可以用來破碎煤泥。
3.4破碎機(jī)的工作原理
煤泥破碎機(jī)可以稱為對輥破碎機(jī)又叫雙齒輥破碎機(jī)，是由兩個(gè)圓柱形輥筒作為主要的工作機(jī)構(gòu)。工作時(shí)兩個(gè)圓輥?zhàn)飨嘞蛐D(zhuǎn)，由于物料和輥?zhàn)又g的摩擦作用，將給入的物料卷入兩棍所形成的破碎腔內(nèi)而被壓碎。破碎的產(chǎn)品在重力的作用下，從兩個(gè)輥?zhàn)又g的間隙處排出。該間隙的大小即決定破碎產(chǎn)品的最大粒度，而兩輥之間的最小距離即為排料口寬度。雙輥式破碎機(jī)通常都用于物料的中、細(xì)碎。如圖所示兩個(gè)圓輥l、2相向旋轉(zhuǎn)，物料3進(jìn)入兩個(gè)輥?zhàn)又g，由于摩擦力的作用，物料被
圖3-6輥式破碎機(jī)工作原理圖
Fig 3-6 roller crusher working principle diagram
1、2.輥?zhàn)?.物料4.固定軸承5.可動(dòng)軸承6.彈簧7.機(jī)架
帶入兩輥之間的破碎空間，受擠壓而被破碎。破碎產(chǎn)品在自重作用下，從兩棍之間的間隙處排出。破碎產(chǎn)品的最大粒度由兩輥之例最小距離來決定。而兩輥之間的距離則是由可動(dòng)軸承5來進(jìn)行調(diào)整的。調(diào)整輥距時(shí)，固定軸承4在原處保持不動(dòng)，通過調(diào)節(jié)可動(dòng)軸承5的移動(dòng)來決定兩輥之間的距離——即破碎產(chǎn)品的最大粒度，彈簧6則可以在機(jī)器工作的時(shí)候可以起到保護(hù)的作用。活動(dòng)軸承5沿水平方向可以移動(dòng)，當(dāng)非破碎物進(jìn)入破碎腔時(shí)，輥?zhàn)邮芰ν辉?，輥?zhàn)?和活動(dòng)軸承5壓迫彈簧6向右移動(dòng)，使排料口間隙增加，非破碎物排出機(jī)外，從而防止破碎機(jī)的軸承等機(jī)件受到損壞。因此，它是破碎機(jī)的保險(xiǎn)裝置?；顒?dòng)軸承5在彈簧力的作用下，向左推進(jìn)至擋塊位置。當(dāng)排料口寬度需要調(diào)節(jié)時(shí)，可以改變擋塊位置，因此，它也是機(jī)器的調(diào)節(jié)裝置。
煤泥通過壓濾機(jī)被壓成煤泥濾餅，煤泥濾餅水分大，粘性大，一般的齒輥破碎機(jī)在破碎過程中可能出現(xiàn)機(jī)器的堵塞，煤泥粘結(jié)到齒輥上的情況發(fā)生。
本章主要闡述了破碎煤泥時(shí)遇到的問題和確定了破碎機(jī)的總體方案以及對破碎機(jī)構(gòu)的選擇，說明了破碎機(jī)工作原理。
4 煤泥破碎機(jī)參數(shù)的確定
4.1 總體結(jié)構(gòu)與布局的設(shè)計(jì)
通過前面技術(shù)參數(shù)的確定，破碎物料粒度較大時(shí)，出料的粒度小于100mm的時(shí)候采用帶有齒的鋼盤，有利于生產(chǎn)。所以這臺機(jī)器可以有效的將物料鉗入進(jìn)去破碎，也可以通過優(yōu)化功率的使用讓它達(dá)到預(yù)期的生產(chǎn)能力。
因?yàn)槠扑榈倪^程中轉(zhuǎn)矩會比較大，大的電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)負(fù)荷也會較大，而且雙齒輥同步的要求也可以存在一定的誤差，所以選用雙電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)的方法。
由于輥?zhàn)拥霓D(zhuǎn)速會比較低，所以在電動(dòng)機(jī)的中間可以加一個(gè)減速器，而且且為了防止破碎的過程中輥?zhàn)拥目ㄗ栴}，過載負(fù)荷導(dǎo)致?lián)p壞電動(dòng)機(jī)，我們可以利用液力偶合器來進(jìn)行保護(hù)。
傳動(dòng)方案如圖4.1:
（a）單電機(jī)拖動(dòng)
（b）雙電機(jī)拖動(dòng)
圖4.1 結(jié)構(gòu)方案
Fig 4.1 structural scheme
拖動(dòng)方式可以使用單電機(jī)也可以是兩個(gè)電機(jī)。初步估算，減速器需要傳遞較大的轉(zhuǎn)矩，設(shè)計(jì)出來的減速器在體積上可能會比較大，而為了減少整機(jī)的占用空間，我們在選擇方案的時(shí)候，可以選則第一種方案，經(jīng)過同步齒輪，傳遞扭矩到從動(dòng)輥?zhàn)由厦妗?
4.2電動(dòng)機(jī)功率
根據(jù)裂縫破碎理論，可將重量為的礦物從破碎到所需的功耗為
=11() （4-1）
式中： --為功指數(shù)， ；
--為修正系數(shù)，煤取0.75～1；
--為產(chǎn)量，50；
--排料粒度，20mm；
--入料粒度，100mm；
上式中， P是破碎一噸物料所需要的功率，查閱參考文獻(xiàn)可得齒輥破碎機(jī)在破碎煤泥的該值平均是0.27
則可計(jì)算得出破碎機(jī)所需的功率為
=0.168 （4-2）
由于電動(dòng)機(jī)的功率應(yīng)該和單位時(shí)間內(nèi)的破碎物料消耗的功率相同,所以認(rèn)為電動(dòng)機(jī)的功率應(yīng)該這么求:
（4-3）
式中： Q——設(shè)計(jì)要求的生產(chǎn)能力，50t/h；
F——電動(dòng)機(jī)的功率，0.168kW；
——破碎機(jī)的傳動(dòng)效率，0.85。
故
kW （4-4）
通過以上分析，考慮到破碎機(jī)工作環(huán)境和過載系數(shù)的影響，選取YB180L-8電動(dòng)機(jī)，如圖4-2所示：
圖4-2電動(dòng)機(jī)YB180L-8
Fig 4-2 motor YB180L-8
技術(shù)特征：
額定功率：11kW
滿載時(shí)額定電流：25.1A
滿載時(shí)額定轉(zhuǎn)速：730r/min
滿載時(shí)效率：87.5%
滿載時(shí)功率因數(shù)：0.77
4.3破碎機(jī)基本參數(shù)的估算
輥式破碎機(jī)的轉(zhuǎn)速有兩種轉(zhuǎn)速快和慢，當(dāng)齒輥的圓周上的速度約為m/s時(shí)是快速，當(dāng)齒輥的圓周上的速度約為1.2~1.9m/s時(shí)是慢速。因?yàn)榭焖俚男D(zhuǎn)的齒輥生成的煤粉多，煤泥含水量大不存在這個(gè)問題。所以開始確定齒輥軸的轉(zhuǎn)速是： r/min。
設(shè)計(jì)破碎機(jī)輥齒的比例和形狀如下圖所示，根據(jù)設(shè)計(jì)要求和相關(guān)資料的查詢，先設(shè)計(jì)估取破碎機(jī)參數(shù)如下：
L——輥軸有效長度，550mm；
D——齒輥直徑，500mm；
D1——輥齒大徑，528 mm；
a——輥軸中心距，500mm；
R——輥軸半徑，147mm；
h——輥齒高度，118mm；
a1——梯形上底，88mm；
a2——梯形下底，78mm；
h1——梯形高度，90mm；
——物料密度，1.27t / m3
S——梯形面積，mm2；
（4-5）
——角速度 rad / s；
rad/s （4-6）
圖4-3齒輥截面圖
Fig 4-3 section of the gear roller
4.4 工作參數(shù)的確定
4.4.1 輥?zhàn)又行木?
物料，輥?zhàn)拥闹睆脚c給料的粒度和排料口的寬和輥面之間的摩擦系數(shù)，和齒面的類型等息息相關(guān)，對光面輥?zhàn)佣?，理論公式?
給料的粒度與輥?zhàn)拥闹睆街g的關(guān)系，取決于嚙角和摩擦角?；蛘呤呛湍Σ料禂?shù)之間的關(guān)聯(lián)。假設(shè)給料的為球形的，通過物料與輥?zhàn)又g的接觸點(diǎn)作兩條切線，兩條切線之間出現(xiàn)的夾角為，輥?zhàn)釉谖锪仙系膲毫κ牵鸬哪Σ亮κ?。而料塊的重量的作用力要小得多，可以忽略不計(jì)。
圖4.4 輥式破碎機(jī)的嚙角
Fig 4.4 roller crusher nip angle
將和分解為水平和垂直的分力，只有在下列的規(guī)則下，物料才不至于在輥面上打滑，而且被兩個(gè)相向運(yùn)動(dòng)的輥?zhàn)泳砣氲狡扑榍恢校?
2 （4-7）
或 （4-8）
式中
--摩擦角；
≈0.3；
≈；
≈；
由直角三角形的關(guān)系可以得出：
= （4-9）
由于<<，所以可以忽略，≈ （4-10）
以≈代入，得出≈
由于齒面的輥式破碎機(jī)/≈1.5～6，/比值要比光輥式破碎機(jī)的比值小，而且它的值視齒形和齒高來確定，當(dāng)使用正常的齒時(shí)，/≈1.5～6，根據(jù)情況考慮，可以確定，齒輥有效長度是=528mm。
齒輥式破碎機(jī)的齒是兩輥?zhàn)又g的交叉，可以由出料粒度來確定，齒輥間中心距是。
4.4.2 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)
（1）確定傳動(dòng)類型
總傳動(dòng)比
（4-11）
結(jié)合慢速雙齒輥破碎機(jī)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念，因此高速級采用帶傳動(dòng)，低速級采用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。
取帶傳動(dòng)比為
所以齒輪傳動(dòng)比為
（4-12）
（2） 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)
表4-1機(jī)械傳動(dòng)和摩擦副的效率概略值
Tab 4-1 mechanical transmission efficiency and friction pair value summary
種類
效率
V帶傳動(dòng)
0.96
8級精度的一般圓柱齒輪傳動(dòng)(油潤滑）
0.97
球軸承（稀油潤滑）
0.99
滾子軸承（稀油潤滑）
0.98
長齒齒輪傳動(dòng)
0.97
（3）各軸轉(zhuǎn)速計(jì)算
Ⅰ軸（電機(jī)軸）
r/min
Ⅱ軸
r/min （4-13）
Ⅲ軸（齒輥主軸）
r/min （4-14）
Ⅳ軸
r/min
（4）各軸的輸入功率
Ⅰ軸
kW
Ⅱ軸
kW （4-15）
Ⅲ軸
kW （4-16）
Ⅳ軸
kW （4-17）
（5）各軸的轉(zhuǎn)矩
Ⅰ軸
Nm （4-18）
Ⅱ軸
Nm （4-19）
Ⅲ軸
Nm （4-20）
Ⅳ
Nm （4-21）
4.5 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
已知輸入軸轉(zhuǎn)速＝730r/min,輸入功率P=11kW
(1) 確定V帶型號
工作情況系數(shù) 查表
＝1.3
計(jì)算功率
kW （4-22）
V帶型號
根據(jù)和值查資料，確定為B型
(2) 確定帶輪基準(zhǔn)直徑
小帶輪直徑 查表
mm
大帶輪直徑
mm （4-23）
圓整取
mm
(3) 驗(yàn)算帶速
m/s （4-24）
要求帶速在5～25m/s范圍，符合要求。
表4-2 B型V帶輪（基準(zhǔn)寬度制）輪緣尺寸
Tab 4-2 B V type belt wheel rim size (width for reference)
項(xiàng)目
B型槽尺寸
基準(zhǔn)寬度
14.0
基準(zhǔn)線上槽深
3.5
基準(zhǔn)線下槽深
10.8
槽間距
19
槽邊距
11.5
最小輪緣厚
7.5
帶輪寬
外徑
(4) 確定V帶長度和中心距
初取中心距mm，由式
（4-25）
初算帶的基準(zhǔn)長度
mm
圓整取
mm
由式：mm （4-26）
(5) 驗(yàn)算小帶輪包角
（4-27）
(6) 確定V帶根數(shù)
單根V帶試驗(yàn)條件下許用功率
kW
傳遞功率增量 查表()
kW
包角系數(shù) 查資料
長度系數(shù) 查資料
所以
（4-28）
圓整取
。
(7) 計(jì)算初拉力
（4-29）
每米帶質(zhì)量
kg/m
則
N
(8) 計(jì)算壓軸力
N （4-30）
(9) 帶輪其它主要尺寸計(jì)算
帶輪寬
mm （4-31）
小帶輪外徑
mm （4-32）
大帶輪外徑
mm （4-33）
4.6減速器齒輪設(shè)計(jì)
參考教材《機(jī)械設(shè)計(jì)》。
已知輸入軸轉(zhuǎn)速r/min，輸入功率kW
(1)選擇齒輪材料，確定許用應(yīng)力
小齒輪
HBS
大齒輪
HBS
許用接觸應(yīng)力，由式
（4-34）
接觸疲勞極限查圖得
N/mm2
N/mm2
接觸強(qiáng)度壽命系數(shù)，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N由式
（4-35）
查圖得
接觸強(qiáng)度最小安全系數(shù)
則
N/mm2
N/mm2
故
N/mm2
許用彎曲應(yīng)力,由式
彎曲疲勞極限，查圖（雙向傳動(dòng)乘0.7）知
N/mm2
N/mm2
彎曲強(qiáng)度壽命系數(shù),查圖知
彎曲強(qiáng)度尺寸系數(shù),查圖（設(shè)模數(shù)m小于5）知
彎曲強(qiáng)度最小安全系數(shù) ，取
則
N/mm2
N/mm2
(2)齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算
確定齒輪傳動(dòng)精度等級，按
（4-36）
估取圓周速度
m/s
查表 ， 選?、蚬罱M8級
小輪分度圓直徑，由下式得
（4-37）
齒寬系數(shù)，查表，按齒輪相對于軸承為對稱布置，取
小輪齒數(shù)，在推薦值選
大輪齒數(shù)
圓整取
齒數(shù)比u
傳動(dòng)比誤差
小輪轉(zhuǎn)矩
Nmm
載荷系數(shù)
（4-38）
使用系數(shù) ，查表，選
動(dòng)載系數(shù)，由推薦值 選
齒間載荷分配系數(shù)，由推薦值選
齒向載荷分配系數(shù)，由推薦值選
所以
材料彈性系數(shù),查表知
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù),查圖（）
重合度系數(shù) 由推薦值選
故
mm
齒輪模數(shù)m
mm
取標(biāo)準(zhǔn)
m=5mm
標(biāo)準(zhǔn)中心距
mm
小輪分度圓直徑
圓周速度v
m/s （4-39）
與估取近似。
齒寬b
（4-40）
圓整取
b=105mm
大輪齒寬
小輪齒寬
疲勞強(qiáng)度滿足要求。
(3)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算
由式
（4-41）
齒形系數(shù)，查表小輪
大輪
應(yīng)力修正系數(shù)，查表小輪
大輪
重合度
（4-42）
代入數(shù)據(jù)得
重合度系數(shù)
故
N/mm2
N/mm2
齒根彎曲強(qiáng)度滿足
(4)齒輪及其他主要尺寸計(jì)算
大輪分度圓直徑
mm
根圓直徑
mm
mm
頂圓直徑
mm
mm
4.7齒輥間傳動(dòng)齒輪的設(shè)計(jì)
因?yàn)辇X輥在工作的時(shí)候，可以運(yùn)動(dòng)的齒輥可能來回地移動(dòng)，因此，兩個(gè)齒輥間的傳動(dòng)齒輪應(yīng)該采用長齒的齒輪，使齒輥在破碎物料移動(dòng)的時(shí)候妨礙其嚙合。
齒輪的齒高和齒形一般是根據(jù)齒輥的相對移動(dòng)時(shí)，齒輪還能進(jìn)行正常的嚙合這個(gè)條件設(shè)計(jì)的，并且保證齒根要有足夠的強(qiáng)度。這種特殊的齒輪一般是鑄造后的經(jīng)過修整的而制成的。
圖4-5齒輪圖
Fig 4-5 gear diagram
工作齒輥的直徑
d=450mm
兩齒間的平均間隙
b=50mm
因此長齒齒輪的分度圓直徑
d=500mm
要保證齒輥相對移動(dòng)時(shí)仍能良好的嚙合，故長齒齒輪的齒頂圓直徑設(shè)計(jì)為
mm
齒根圓直徑設(shè)計(jì)為
mm
其它主要尺寸如上圖所示。
(1)選擇齒輪材料，確定許用應(yīng)力
根據(jù)我們設(shè)計(jì)的方案，可以選擇同步齒輪來帶動(dòng)被動(dòng)破碎輥的轉(zhuǎn)動(dòng)，由于要求我們可以設(shè)計(jì)為開式結(jié)構(gòu)的齒輪傳動(dòng)，又因?yàn)閭鬟f的轉(zhuǎn)矩太大，我們選擇硬面的齒輪。
同步齒輪均用40Cr表面淬火，調(diào)質(zhì)處理，表面硬度
許用接觸應(yīng)力與齒輪熱處理方法和材料和齒面硬度和應(yīng)力循環(huán)次數(shù)這些因素有關(guān)
計(jì)算公式為： （4-43）
式中 為接觸疲勞強(qiáng)度極限，，參考機(jī)械設(shè)計(jì)，查取
=1200
為接觸強(qiáng)度壽命系數(shù)，考慮當(dāng)齒輪的只要求有限壽命時(shí)，齒輪的許用應(yīng)力可以提高到系數(shù)，可由機(jī)械設(shè)計(jì)，按應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N選取。
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)可以按公式：
（4-44）
式中： --齒輪的轉(zhuǎn)速，；
--為齒輪每轉(zhuǎn)一圈時(shí)同一齒面的嚙合次數(shù)；
--為齒輪的工作壽命，；
代入數(shù)據(jù)計(jì)算可得兩齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)如下：
=60×75×1×24000=
可推得
查表得、
=1.18
是接觸強(qiáng)度的最小安全系數(shù)，通常=，在這里我們?nèi) ?
則將上述所得的數(shù)據(jù)代入公式可得
[]=1200×1.18/1=1416
[]=1200×1.18/1=1416
許用彎曲應(yīng)力[]與許用接觸應(yīng)力的因素相同。
計(jì)算公式為：
（4-45）
式中為彎曲疲勞強(qiáng)度，，一般我們可以取圖的中間偏下或者中間的值，在這里我們可以根據(jù)材料和熱處理方法取值：
=700
為彎曲強(qiáng)度壽命系數(shù)，按應(yīng)力循環(huán)次數(shù)查手冊得
==1
為彎曲強(qiáng)度尺寸系數(shù)，可以根據(jù)齒輪模數(shù)查資料
=1
為彎曲強(qiáng)度極限的最小的安全系數(shù)，又因?yàn)辇X輪的斷裂破壞相比較點(diǎn)蝕會更嚴(yán)重，所以我們在設(shè)計(jì)時(shí)，接觸強(qiáng)度的安全系數(shù)應(yīng)該小于彎曲強(qiáng)度的安全系數(shù)，=1.4
則將上述數(shù)據(jù)代入公式可得
[]=[]=500
(2)齒輪的參數(shù)設(shè)計(jì)
確定齒輪傳動(dòng)精度的等級，按(0.013～0.022)
來估算圓周速度，查閱資料選取齒輪第二公差組的精度是8級
齒數(shù) 在推薦值17～25，齒數(shù)多則模數(shù)小中選取=20
中心距 因?yàn)檫@個(gè)齒輪是用作兩個(gè)一起轉(zhuǎn)動(dòng)的破碎輥的傳動(dòng)，而且破碎輥中心距為mm，所以這個(gè)齒輪的中心距也為定值=500mm
由公式= ；
模數(shù) ==2×500/50
分度圓直徑 可得=500
圓周速度 計(jì)算可得
估取圓周范圍速度之內(nèi)的比較合適的齒寬
=0.6×236.2=136.32 圓整后可以取=。
(3)齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算
分度圓直徑，由式得 （4-46）
確定齒寬的系數(shù) ，查表有，按齒輪相對軸承是非對稱布置的方式可取=。
轉(zhuǎn)矩 =21392000
使用系數(shù) 查表可取=1
動(dòng)載系數(shù) 推薦值1.05～1.4取=1.2
齒間載荷分布系數(shù) 由推薦值1.0～1.2取=1.1
齒向載荷分布系數(shù) 由推薦值1.0～1.2取=1.1
載荷系數(shù) ==1×1.2×1.1×1.1=1.45
材料彈性系數(shù) 查表取
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 查表（）取=2.5
重合度系數(shù) 由推薦值0.85～0.92 取=0.87
故
=
通過上述計(jì)算得
由于500＞236.2，故齒面接觸疲勞強(qiáng)度滿足要求
齒寬 ==0.6×236.2=136.32 圓整得=105
(4)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算
由書上公式有 （4-47）
齒形系數(shù) 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊可得： =2.62
應(yīng)力修正系數(shù) 查表： =1.59
重合度： （4-48）
計(jì)算獲得重合度：
重合度系數(shù)： =0.25+0.75/=0.25+0.75/1.66=0.701
所以
=
=129.4＜500
因?yàn)槭莾蓚€(gè)同步的齒輪所以一樣，所以＜，＜，因此彎曲強(qiáng)度也滿足要求。
4.8軸的設(shè)計(jì)與校核
4.8.1 減速器高速軸設(shè)計(jì)
(1) 計(jì)算作用在帶輪及齒輪上的力：
轉(zhuǎn)矩：
N·mm
帶輪直徑：
mm
壓軸力：
N
齒輪分度圓直徑：
mm
圓周力：
N （4-49）
徑向力：
N （4-50）
(2) 初步估算軸的直徑：
因?yàn)镮I軸是齒輪軸，應(yīng)與齒輪1的材料一致，故其材料選取40Cr調(diào)質(zhì)鋼作為軸的材料。
由式：
（4-51）
計(jì)算軸的最小直徑，并加大1.03以考慮鍵槽的影響。查表，取
則：
mm
(3) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：
1) 確定軸的結(jié)構(gòu)方案（如圖所示）
圖4-6 高速軸結(jié)構(gòu)圖
Fig 4-6 high-speed axis structure diagram
右軸承從軸的右端裝入，右軸承左側(cè)端面靠軸肩定位。左軸承從軸的左端裝入，靠軸肩定位。左右軸承均為深溝球軸承，采用軸承端蓋。大帶輪從軸的左端裝入，右端面靠軸肩定位，采用普通平鍵得到周向固定。
2) 確定各軸段直徑和長度：
①段：裝液力偶合器，根據(jù)圓整取
mm
長度比帶輪寬短
mm
②段：為使液力偶合器定位，軸肩高度：
mm
則：
mm
取端蓋寬度10mm，端蓋外端面與帶輪14mm，則
mm
③段：為便于裝拆軸承內(nèi)圈，且符合標(biāo)準(zhǔn)軸承內(nèi)徑。查GB/T276--94，暫選深溝球軸承型號為：6014，
則：
mm
其寬度：
mm
軸承潤滑方式選擇：
mm·r/min mm·r/min
故選擇脂潤滑。
齒輪與箱體內(nèi)壁間隙取17mm,則
mm
④段：為軸齒輪，所以其分度圓直徑：
mm
取其長度等于齒輪寬，即：
mm
⑤段：裝左軸承
mm
mm
3) 確定軸承及齒輪作用力位置：
根據(jù)下面軸的受力簡圖，先確定各段長度：
mm
mm
4) 繪制軸的彎矩圖和扭矩圖：
求軸承反力 H水平面：
N
N
V垂直面：
N
求彎矩 H水平面：
Nmm
Nmm
V垂直面：
Nmm
合成彎矩：
Nmm
Nmm
扭矩：
Nmm
5) 按彎扭合成強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度：
當(dāng)量彎矩：
（4-52）
取折合系數(shù)a=0.6，則齒寬中點(diǎn)處當(dāng)量彎矩：
Nmm
Nmm
軸的材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理。由表查得：
N/mm2
材料許用應(yīng)力：
N/mm2
軸的計(jì)算應(yīng)力為：
N/mm2
以下為軸的受力分析圖
圖4-7 減速器軸計(jì)算簡圖
Fig 4-7 reducer shaft calculation diagram
4.8.2 破碎輥（1）軸的設(shè)計(jì)
(1)初步估算軸的直徑
因?yàn)檫@個(gè)軸的跨距大，而且工作載荷具有很強(qiáng)的的沖擊強(qiáng)度影響，材料我們可以根據(jù)手冊選擇37SiMn-2MoV鋼，經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理；由式
（4-53）
式中 ——齒輥軸直徑，；
——軸所傳遞的功率，；
——軸的轉(zhuǎn)速，；
——由軸材料來決定的許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的系數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊有，可以取=100；
計(jì)算軸的最小直徑并加大7%以考慮雙鍵槽的影響，
將前面所求得的數(shù)據(jù)代入式中，可得
=134mm。
(2)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
(I)確定軸的結(jié)構(gòu)
具體方案見圖4.5。左軸承和軸承套從軸的左側(cè)安裝在（6）段上，依靠軸肩（5）來定位，然后裝通蓋加密封圈，最后在（7）段上安裝上傳動(dòng)的齒輪。齒環(huán)要求從軸的右側(cè)安裝裝入(3)段上，齒環(huán)的左端依靠軸肩(4)來軸向定位，再用普通平鍵來徑向定位，齒環(huán)之間相互接觸來實(shí)現(xiàn)相互定位，右側(cè)齒環(huán)我們用緊定圓螺母定位，在(2)為使齒輪定位，且便于拆裝軸承內(nèi)圈。右側(cè)(1)段安裝直齒圓柱齒輪，依靠軸肩來定位。而且軸承兩面通過通端蓋來定位密封。
圖4.8 齒輥軸(1)結(jié)構(gòu)圖
Fig 4.8 tooth roller (1) structure diagram
(II) 確定各軸段直徑和長度
①段：裝直齒圓柱齒輪，根據(jù)圓整取
mm
長度比齒輪寬度短(1~4)mm
mm
②段：為使齒輪定位，且便于拆裝軸承內(nèi)圈，軸肩高度：
mm
查設(shè)計(jì)手冊，暫選調(diào)心滾子軸承型號為：22326C，
則 mm
mm
長度為軸承寬度，兩個(gè)軸承端蓋的寬度，齒輪壁的寬度，齒輥箱壁的寬度以及套筒長度的總合，初步定為
mm
③段：為便于裝拆齒輥及齒輥箱壁定位，取軸肩高度
mm
則： mm
其長度比齒輥長度短(1~4)mm：
mm
④段：裝齒輥箱壁
mm
取其長度：
mm
⑤段：裝軸承端蓋
mm
mm
⑥段：裝左軸承
mm
mm
⑦段：裝長齒齒輪
mm
mm
(3)繪制軸的彎矩圖和扭矩圖
根據(jù)下面軸的受力簡圖，先確定各段長度：
mm
mm
mm
4) 繪制軸的彎矩圖和扭矩圖：
求軸承反力 H水平面：
N
N
V垂直面：
N
N
求彎矩 H水平面：
Nmm
Nmm
V垂直面：
Nmm
合成彎矩：
Nmm
Nmm
扭矩：
Nmm
5) 按彎扭合成強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度：
計(jì)算當(dāng)量彎矩有公式：
（4-54）
取折合系數(shù)，則齒輥軸上中點(diǎn)處當(dāng)量彎矩
=607051
當(dāng)量彎矩圖見圖4.6
由上面軸的材料可知，查詢手冊有：
，材料的許用應(yīng)力
由公式=115.6計(jì)算軸的計(jì)算應(yīng)力為：
≤材料的許用應(yīng)力。
所以該軸滿足強(qiáng)度要求。
圖4-9 齒輥（1）軸計(jì)算簡圖
Fig 4-9 teeth roller (1) axis calculation diagram
4.8.3 破碎輥（2）軸的設(shè)計(jì)
我所涉及的破碎機(jī)是對輥破碎機(jī)所以兩破碎輥的結(jié)構(gòu)一樣，兩個(gè)軸的結(jié)構(gòu)基本一樣，而且由于破碎輥（2）不用與減速器接觸，所以少一個(gè)轉(zhuǎn)矩，所以在結(jié)構(gòu)上少個(gè)半聯(lián)軸器的軸段，但是由于破碎齒要相互錯(cuò)開，見下圖
圖4.10 齒輥軸(2)結(jié)構(gòu)圖
Fig 4.10 tooth roller (2) structure diagram
(1)初步估算軸的直徑
破碎輥（2）軸的設(shè)計(jì)材料和破碎輥（1）相同，調(diào)質(zhì)處理；
由式
式中 ——齒輥軸直徑，；
——軸所傳遞的功率，；
——軸的轉(zhuǎn)速，；
——是軸的材料的許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力[]的系數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊可知，=
計(jì)算軸的最小直徑并加大7%以考慮雙鍵槽的影響，
將前面所求得的數(shù)據(jù)代入式中，可得
=134mm
(2)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
(I)確定軸的結(jié)構(gòu)方案
左軸承和軸承定位緊定套從軸的左側(cè)裝入安裝在（5）段上，依靠軸肩（4）來定位，然后加通蓋和密封圈，最后在（6）段上安裝傳動(dòng)齒輪。齒環(huán)的安裝是從右側(cè)裝入安裝在（2）上，齒環(huán)的左側(cè)面依靠軸肩（3）來進(jìn)行軸向的定位，用普通平鍵來徑向的定位，由于齒環(huán)相互挨著可以相互定位。然后在右側(cè)（1）段裝入套筒密封檔環(huán)以及右軸承，依靠軸肩（2）來定位。而且軸承的兩端都可以采用通端蓋來定位和密封。
(II)確定各軸段直徑和長度
根據(jù)整機(jī)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)加工的需求各段軸徑可根據(jù)破碎輥（1）進(jìn)行確定：
①段：裝軸承?？紤]該軸的承載，差設(shè)計(jì)手冊，暫選調(diào)心滾子軸承型號為：22326C，則：
根據(jù)結(jié)構(gòu)方案以及加工需要可確定軸徑mm，mm。
長度為軸承寬度，一個(gè)軸承端蓋的寬度，齒輥箱壁的寬度以及套筒長度的總合，初步定為：
mm
②段：為便于裝拆齒輥及齒輥箱壁定位，取軸肩高度：
mm
則：
mm
其長度比齒輥長度短(1~4)mm：
mm
③段：裝齒輥箱壁
mm
取其長度：
mm
④段：裝軸承端蓋
mm
mm
⑤段：裝左軸承
mm
mm
⑥段：裝長齒齒輪
mm
mm
(3)繪制軸的彎矩圖和扭矩圖
根據(jù)下面軸的受力簡圖，先確定各段長度：
mm
mm
(I)求軸承反力
因?yàn)橹艿闹亓窟h(yuǎn)遠(yuǎn)要小于受到的負(fù)載，故忽略，軸承反力為
H水平面：
N
N
V垂直面：
N
N
(II)齒輥?zhàn)畲髲澗?
求彎矩 H水平面：
N·mm
N·mm
V垂直面：
N·mm
合成彎矩：
N·mm
N·mm
扭矩：
N·mm
圖4.11齒輥（1）軸的計(jì)算簡圖
Fig 4.11 tooth roller (1) axis calculation diagram
(4)按彎扭合成強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度
計(jì)算當(dāng)量彎矩有公