機械畢設(shè)-塊狀物質(zhì)立式攪拌棒粉碎機設(shè)計塊狀物質(zhì)立式攪拌棒粉碎機結(jié)構(gòu)設(shè)計【含CAD圖紙和說明書】,含CAD圖紙和說明書,機械,塊狀,物質(zhì),物資,立式,攪拌,粉碎機,設(shè)計,結(jié)構(gòu)設(shè)計,cad,圖紙,以及,說明書,仿單
塊狀物質(zhì)立式攪拌棒粉碎機結(jié)構(gòu)設(shè)計
專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化
【摘 要】：本產(chǎn)品主要針對非金屬礦物的粉碎而設(shè)計。根據(jù)產(chǎn)品的主要粉碎對象與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)命名為塊狀物質(zhì)立式攪拌棒粉碎機。文章首先介紹了非金屬礦物的現(xiàn)狀及一些相關(guān)內(nèi)容，然后說明粉碎機的發(fā)展史以及目前國內(nèi)現(xiàn)狀和未來的發(fā)展方向，并根據(jù)產(chǎn)品的性能等要求，說明產(chǎn)品的設(shè)計方案由來。在粉碎機的設(shè)計過程中，對主要的部件進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計，并根據(jù)粉碎機的性能確定了V帶、齒輪、電機、軸的具體參數(shù)。再根據(jù)這些參數(shù)繪制出了粉碎機的裝配圖，同時論文對其他的部件也進(jìn)行了說明，如：進(jìn)料口、攪拌棒等。此產(chǎn)品的主要優(yōu)點在于物料粉碎均勻，能耗低等。詳細(xì)信息請參考本文。
【關(guān)鍵詞】：塊狀物質(zhì) 粉碎機 攪拌棒 結(jié)構(gòu)設(shè)計
Rod mill structure design of clumps of vertical mixing
【Abstract】:This product is designed mainly for crushing of non-metallic minerals. According to the product main crushing object and its internal structure named clumps of vertical mixing rod mill. This article first introduces the status of non-metallic minerals and some related content, then explain the history of the development of mill and the present situation and the future development direction, and according to the product performance requirements, design scheme of product origin. In the design process of mill, has carried on the detailed design to the main component, and the specific parameters of V belt, gear, shaft, motor was determined according to the performance of crusher. According to these parameters to draw the assembly drawing mill, at the same time, the other parts are also described, such as: inlet, a stirring bar. The main advantage of this product is to crush materials uniform, low energy consumption. Detailed information please refer to this article.
【Key words】: bulk material mill stirring rod structure design
目 錄
緒論 1
1 設(shè)計概述 3
1.1 非金屬礦產(chǎn)資源概述 3
1.2 我國非金屬的發(fā)展現(xiàn)狀 3
1.3超細(xì)粉碎技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 5
1.4超細(xì)粉碎設(shè)備現(xiàn)狀 6
1.5粉碎機的發(fā)展方向 6
1.6本次設(shè)計思路 7
2粉碎機的理論與要求 8
2.1非金屬性能 8
2.2粉碎機的結(jié)構(gòu)設(shè)計 8
2.3粉碎機的工作原理 10
3粉碎機的設(shè)計 11
3.1電機 11
3.2傳動裝置設(shè)計 12
3.2.1動力學(xué)和運動學(xué)計算 12
3.2.2帶傳動設(shè)計計算 13
3.2.3齒輪結(jié)構(gòu)與傳動的設(shè)計計算 15
3.2.4軸的初步計算 19
3.2.5初選聯(lián)軸器和軸承 24
3.3粉碎機的主體設(shè)計 24
3.3.1中心軸及攪拌棒 25
3.3.2筒體 25
3.3.3進(jìn)料口和出料口 26
3.3.4攪拌棒 26
3.3.5旋轉(zhuǎn)擋板 27
3.3.6機體支撐裝置 27
總結(jié) 28
參考文獻(xiàn) 29
致 謝 30
31
緒論
在中國，公元前兩千多年就出現(xiàn)了最簡單的粉碎工具——杵臼。杵臼進(jìn)一步演變?yōu)楣?00～前100年的腳踏碓。這些工具運用了杠桿原理，初步具備了機械的雛形，不過，它們的粉碎動作仍是間歇的。
近代，在蒸汽機和電動機等機械逐漸完善和推廣之后，粉碎機械才相繼被創(chuàng)造出來。1860年出現(xiàn)了用蒸汽機驅(qū)動的輥式破碎機;1858年，美國的布萊克發(fā)明了破碎巖石的顎式破碎機；1878年美國發(fā)展了具有連續(xù)破碎動作的施回破碎機，其生產(chǎn)效率高于作間歇破碎動作的顎式破碎機。1895年，美國的威廉發(fā)明能耗較低的沖擊式破碎機。因此，物料的粉碎也成為了工業(yè)生產(chǎn)部門的重要工藝過程。
在現(xiàn)在，人們在生產(chǎn)生活中處處都離不開物料的粉碎，粉碎機械也因此廣泛應(yīng)用于冶金、礦業(yè)、建材、化工、能源、交通、醫(yī)藥、食品加工、高速公路建設(shè)、飼料，垃圾處理等許多行業(yè)和部門。據(jù)估計，人們一年粉碎的各種物料總量為1000多噸。
物料粉碎是一個高能耗、低效率的工藝過程。據(jù)統(tǒng)計，世界上有許多的國家用于粉碎消耗的電能約占國家總電能消耗的4%～5%，在一些礦廠，粉碎能耗約占整個礦廠能耗的40%～70%，其比例之巨大說明物料粉碎的重要性。
物料的粉碎是為了滿足國民經(jīng)濟對各種物料新產(chǎn)品在數(shù)量上以及粒度、粒度分布、解離度、物質(zhì)結(jié)構(gòu)、表面物理化學(xué)性質(zhì)等許多方面的迫切需要。破碎機也是為了滿足這種種需求而誕生。
現(xiàn)代高技術(shù)和新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)品升級要求許多粉體原料具有微細(xì)的顆粒、嚴(yán)格的力度分布、特定的顆粒形狀和極高的純度或極低的污染程度。粉體物料最主要和最重要的質(zhì)量指標(biāo)之一是其粒度。這是因為粒度決定了粉體產(chǎn)品的許多技術(shù)性能和應(yīng)用范圍。粉體的比表面積、化學(xué)反應(yīng)速率、燒結(jié)性能、吸附性能、補強性能、分散性、流變性、沉降速度、溶解性能、光學(xué)性能等等都與粉體的力度大小和力度分布有關(guān)。
隨著對粉碎技術(shù)的不斷要求與發(fā)展，越來越多的行業(yè)要求粉碎的粒徑非常小，最小可達(dá)到10-0.1微米的粉體，即超細(xì)粉體。而對于0.1-0.001微米的粉體我們稱之為超微細(xì)或超微粉體。超細(xì)粉體技術(shù)是20世紀(jì)70年代中期發(fā)展起來的新興學(xué)科，超細(xì)粉體幾乎應(yīng)用于國民經(jīng)濟的所有行業(yè)?，F(xiàn)代工程技術(shù)將需要越來越多的高純超細(xì)粉體,超細(xì)粉碎技術(shù)在高新技術(shù)研究開發(fā)中將起著越來越重要的作用。
本設(shè)計就是針對非金屬礦物的粉碎而設(shè)計。高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)與非金屬礦物有著密切的聯(lián)系,在未來非金屬礦深加工技術(shù)開發(fā)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展中要考慮高新技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的發(fā)展;現(xiàn)代非金屬深加工技術(shù)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)加工技術(shù)相互滲透,其發(fā)展必須考慮傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)改造和進(jìn)步;為了更好地應(yīng)用有限的非金屬礦資源,必須考慮其綜合利用問題。
1 設(shè)計概述
1.1 非金屬礦產(chǎn)資源概述
礦產(chǎn)資源是由地質(zhì)作用形成，在當(dāng)前技術(shù)經(jīng)濟條件下可以開采利用的自然資源。礦產(chǎn)資源可分為能源礦產(chǎn)、金屬礦產(chǎn)和非金屬礦產(chǎn)三大類。其中非金屬礦產(chǎn)也稱為工業(yè)礦物與巖石，它是指除了礦物然以外的，其化學(xué)組成或技術(shù)物理性能可資工業(yè)利用，而且有經(jīng)濟價值的所有非金屬礦物與巖石。
大體上可分為三種，即按礦產(chǎn)的用途分類，按礦產(chǎn)的地質(zhì)成因以及按礦產(chǎn)品的價值分類。但實際上，由于非金屬礦產(chǎn)種類繁多、地質(zhì)成因復(fù)雜、用途廣泛，很多礦種有多種成因，一礦多用，多礦一用，因而不同的國家有不同的分類。
按工業(yè)用途分類，我國分為6類：化工原料、建筑材料、冶金輔助、輕工原料、電氣及電子工業(yè)原料、寶石類及光學(xué)材料。美國分為14類:磨料、陶瓷原料、化工原料、建筑材料、電子及光學(xué)材料、肥料礦產(chǎn)、填料、過濾物質(zhì)及礦物吸附劑、助熔劑、鑄型原料、玻璃原料、礦物顏料、耐火原料、鉆井泥漿原料等。
非金屬礦物廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、建筑、機械、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、醫(yī)藥等行業(yè)，并越來越多地被用于國防、航天、光纖通信等高科技領(lǐng)域。它在國民經(jīng)濟中所占的比重越來越大，產(chǎn)值的增長速度已超過了金屬礦產(chǎn)，其開發(fā)利用水平已成為衡量一個國家科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平和人民生活水平的重要標(biāo)志之一。
中國已發(fā)現(xiàn)的非金屬礦產(chǎn)種類95種，加上亞類共計176種。依據(jù)工業(yè)用途可分為：冶金輔助原料礦產(chǎn)資源，如耐火粘土、菱鎂礦、螢石等；化工及化肥原料非金屬礦產(chǎn)資源，如硫、磷、鉀鹽、硼、天然堿等；特種非金屬礦產(chǎn)資源，如壓電水晶、冰洲石、光學(xué)螢石等；建筑材料及其他非金屬礦產(chǎn)資源，如水泥原料、陶瓷原料、飾面石材、石棉、滑石、寶石、玉石等。
中國的非金屬礦產(chǎn)資源豐歉不一，硫、鉀鹽、硼等礦產(chǎn)資源，雖有一定數(shù)量，但不能滿足需要，而菱鎂礦、芒硝、鈉鹽、水泥原料等礦產(chǎn)資源非常豐富。
1.2 我國非金屬的發(fā)展現(xiàn)狀
中國非金屬礦產(chǎn)資源比較豐富，探明儲量多，品種齊全，礦石質(zhì)量一般較好，產(chǎn)地創(chuàng)面也較為廣泛，是世界上少有的幾個非金屬礦產(chǎn)資源條件較好的國家之一。但是我國的非金屬礦產(chǎn)資源豐缺不一，硫、鉀鹽、硼等礦產(chǎn)資源，雖有一定數(shù)量，但不能滿足需要，而菱鎂礦、芒硝、鈉鹽、水泥原料等礦產(chǎn)資源非常豐富。由于這一特點，非金屬礦的加工工藝也是千差萬別。有些非金屬礦可以直接粉碎加工成商品，如方解石；有些必須要進(jìn)行提純，如石墨；有些應(yīng)用領(lǐng)域只需對非金屬礦進(jìn)行簡單的粉碎加工，如飼料用的石灰石粉，鑄造用的膨潤土以及普通的非金屬礦物填料；有些應(yīng)用領(lǐng)域則要求進(jìn)行較深度的加工，如微電子工業(yè)應(yīng)用的膠體石墨，造紙工業(yè)用的高領(lǐng)土新型導(dǎo)電材料用的石墨層間化合物等等。
非金屬礦物或非金屬礦物材料是現(xiàn)代高溫、高壓、高速工業(yè)的基礎(chǔ)原材料，也是支撐現(xiàn)代高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的原輔材料和多功能環(huán)保材料。因此，非金屬礦或非金屬礦物材料工業(yè)是現(xiàn)代社會的朝陽工業(yè)之一。中國是全球非金屬礦產(chǎn)資源品種較多、儲量較為豐富的國家之一，許多非金屬礦種、如石墨、滑石、重晶石、螢石等的儲量和年產(chǎn)量居世界前列。根據(jù)工業(yè)發(fā)達(dá)國家發(fā)展的經(jīng)驗，在經(jīng)濟和社會發(fā)展到一定程度后，非金屬礦及非金屬礦物材料的消費量和產(chǎn)值將大于金屬礦及金屬材料。中國是一個經(jīng)濟和社會正在迅速發(fā)展和變化的世界大國，高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展、傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步、環(huán)保國策的全面落實以及在未來20年全面建設(shè)小康社會發(fā)展目標(biāo)的實施將給非金屬礦工業(yè)帶來前所未有的發(fā)展機遇。適逢這一難得的歷史機遇，中國非金屬礦加工業(yè)將在未來一段時間以較快的速度持續(xù)發(fā)展。中國在未來的發(fā)展過程中將逐步提升行業(yè)的工藝和裝備水平，提高產(chǎn)品的檔次和技術(shù)含量，特別是根據(jù)高技術(shù)、新材料發(fā)展、新農(nóng)村建設(shè)、節(jié)能和新能源發(fā)展以及建設(shè)環(huán)境友好型社會的需要生產(chǎn)適用性好的非金屬礦產(chǎn)品。
現(xiàn)代高技術(shù)和新材料的發(fā)展是以較高的科技含量、較低的環(huán)境負(fù)荷和更適應(yīng)社會發(fā)展的需要為前提的，非金屬礦物材料也不例外。只有功能明確或突出，能滿足相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)發(fā)展要求和環(huán)保要求的非金屬礦深加工產(chǎn)品或非金屬礦物材料都有可能贏得穩(wěn)定市場。因此，未來非金屬礦加工技術(shù)的發(fā)展趨勢將是交叉、融合礦物學(xué)、礦物加工、化工、材料、機械、電子、信息以及相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域不同學(xué)科、通過采用超細(xì)粉碎、精細(xì)分級、提純、改性、改型、復(fù)合等深加工或精細(xì)加工技術(shù)，發(fā)掘和提升非金屬礦產(chǎn)品的功能和應(yīng)用性能。
目前中國的非金屬礦物工業(yè)已具有相當(dāng)大的規(guī)模，產(chǎn)量和出口量都呈現(xiàn)增長趨勢。但國產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量和檔次不高，不能滿足現(xiàn)代的高新技術(shù)和新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的要求，許多非金屬礦物深加工產(chǎn)品還要依賴進(jìn)口，如國內(nèi)高中檔玻璃原料及電子級球形硅微粉完全依賴進(jìn)口。非金屬礦物許多都是白色礦物，對其進(jìn)行深加工作業(yè)的第一基本要求就是提高其白度，其次就是保護(hù)石墨類鱗片和帶有纖維類礦物的礦物纖維。了解礦物的特性和對其深加工的要求，可以巧妙地組合工藝流程，達(dá)到節(jié)能、環(huán)保、簡易，且得到最好的精礦品位和最好的回收率的目的。對非金屬礦物進(jìn)行超細(xì)加工的目的主要是開發(fā)非金屬礦物在超微(細(xì))粉體狀態(tài)的特殊性能。
超細(xì)粉碎機及超細(xì)分級機的發(fā)展及使用與非金屬礦物工業(yè)的發(fā)展是密不可分的，尤其是近來，我國非金屬礦物工業(yè)的發(fā)展以及破碎機行業(yè)的發(fā)展使得超細(xì)粉碎及超細(xì)分級技術(shù)也得到了進(jìn)一步提高。因此，以非金屬礦物工業(yè)的發(fā)展為背景，來分析我國超細(xì)粉碎機及超細(xì)分級機的現(xiàn)狀。
1.3超細(xì)粉碎技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
超細(xì)粉碎技術(shù)是從20世紀(jì)40年代逐步發(fā)展起來的，至今已成為各國重要的非金屬礦深加工的重要技術(shù)。由于各國科研技術(shù)水平不一，到目前為止超細(xì)粉碎仍沒有嚴(yán)格的同一定義。一般將加工粒徑為0．1～10μm的超細(xì)粉體的粉碎和相應(yīng)的分級技術(shù)稱為超細(xì)粉碎。
我國超細(xì)粉碎技術(shù)起于上世紀(jì)60年代;在引進(jìn)、消化、吸收、研制一系列運作下，到上世紀(jì)80年代開始生產(chǎn)國產(chǎn)細(xì)碎顎式破碎機，如指狀粉碎機、塔式磨機、氣流磨等;到上世紀(jì)90年代中期，我國已基本形成自己的超細(xì)粉碎機的生產(chǎn)序列，但由于超細(xì)分級機要符合流體力學(xué)原理，研制難度大一些，因此研制者較少。
超細(xì)粉碎和超細(xì)分級是物料深加工中的難題，也是粉體技術(shù)中的關(guān)鍵。物料細(xì)化后，可能出現(xiàn)很多新的優(yōu)良性能，這也是我們研究超細(xì)粉碎的原因之一。由于超細(xì)粉體粒度極小，表面積大，缺陷少，因而其表面活性高，化學(xué)反應(yīng)速度快，溶解度大，燒結(jié)溫度低且燒結(jié)體強度高，填充補強性能好，又具有獨特的光、電、磁性能等，故被廣泛應(yīng)用于高檔涂料、醫(yī)藥、高技術(shù)陶瓷、微電子及信息材料、高級耐火及保溫材料、填料和新材料產(chǎn)業(yè)。因此，先進(jìn)的超細(xì)粉碎技術(shù)對現(xiàn)代高技術(shù)新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著極其重要的意義。
由于粉碎機在各行各業(yè)的普遍使用，因此國內(nèi)外對粉碎機的研究與發(fā)展均很重視。日本細(xì)川公司研制的ACM型粉碎機，是典型的立軸內(nèi)分級式微粉碎機，西班牙克拉維約機械制造公司和埃格斯曼特種飼料公司聯(lián)合設(shè)計制造的立式粉碎機系統(tǒng)也大受歐洲名國普遍歡迎。據(jù)了解，目前中國粉碎機的市場還有很大潛力，但真正有生命力的拳頭產(chǎn)品還不多，還有待廣大科研人員和制造商們的發(fā)明創(chuàng)造。
1.4超細(xì)粉碎設(shè)備現(xiàn)狀
國外對于超細(xì)粉碎技術(shù)的研究起步較早，從20世紀(jì)40年代就開始注重以超細(xì)粉碎、分級及改性為基礎(chǔ)的深加工技術(shù)，到60年代該技術(shù)已取得迅速發(fā)展。目前英、日、美、德等國具備較高水平的超細(xì)粉碎技術(shù)和設(shè)備，可以加工細(xì)度為0.5~10微米窄級別的超細(xì)粉體。相對而言，國內(nèi)對超細(xì)粉碎技術(shù)的研究起步較晚。但經(jīng)過近年來努力，到目前為止，我國已能生產(chǎn)各種類型的超細(xì)粉碎設(shè)備，其性能可與國外先進(jìn)機種相媲美，基本上能滿足我國非金屬礦實際生產(chǎn)中的需要。
發(fā)展至今，超細(xì)粉體的制備有諸多方法，但用于實際生產(chǎn)中的主要有兩種：機械粉碎法和化學(xué)合成法。其中，化學(xué)合成法置備的超細(xì)粉，粒度細(xì)，純度高，但本錢高，產(chǎn)量低，且生產(chǎn)工藝復(fù)雜；而機械粉碎法本錢較低，產(chǎn)量高，工藝簡單，且能改良物料性能。因此，除了少量超細(xì)粉碎不得已用化學(xué)合成法外，盡大多數(shù)非金屬礦的粉碎采用機械粉碎法。國內(nèi)外制備超細(xì)粉體的機械粉碎設(shè)備主要有高速機械沖擊式磨機、氣流磨、介質(zhì)攪拌磨、振動磨等。其中，高速機械沖擊式磨機和氣流磨屬于干法超細(xì)粉碎設(shè)備，而介質(zhì)攪拌磨和振動磨既可用于干法超細(xì)粉碎也可作為濕法超細(xì)粉碎。
1.5粉碎機的發(fā)展方向
未來非金屬礦物原料或材料總的發(fā)展趨勢是高純、超細(xì)和功能化。以高純超細(xì)非金屬礦物深加工原料為龍頭，綜合開發(fā)利用各種非金屬礦產(chǎn)。雖然可以通過化學(xué)合成法制備高純超細(xì)粉體，但萬惡過高，至今未能用于工業(yè)化生產(chǎn)。獲得超細(xì)粉體的主要手段仍然是機械粉碎方式，用機械方式制取超細(xì)粉體所依賴的超細(xì)粉碎與分級技術(shù)的難度不斷增大，其研究深度永無止境。超細(xì)粉碎技術(shù)是多方面技術(shù)的綜合，其發(fā)展也有賴于相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，如高硬高韌耐磨構(gòu)件的加工、高速軸承、亞微米級顆粒粒度分布測定等。因此，超細(xì)粉碎技術(shù)的發(fā)展應(yīng)集中在以下幾個方面：
（1） 開發(fā)與超細(xì)粉碎設(shè)備相配套的精細(xì)分級設(shè)備及其它配備設(shè)備。超細(xì)粉碎與分級設(shè)備相結(jié)合的閉路工藝，可以提高生產(chǎn)效率，降低能耗，保證合格產(chǎn)品粒度。可以說，大處理量、高精度分級設(shè)備是超細(xì)粉碎技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。要更多地從整個工藝系統(tǒng)的角度來進(jìn)行研究與開發(fā)，在現(xiàn)有粉碎設(shè)備的基礎(chǔ)上改進(jìn)、配套和完善分級設(shè)備、產(chǎn)品輸送設(shè)備等其它輔助工藝設(shè)備。
（2） 提高效率，降低能耗，不斷提高和改進(jìn)超細(xì)粉碎設(shè)備。超細(xì)粉碎技術(shù)的關(guān)鍵是設(shè)備，因此，首先要開發(fā)新型超細(xì)粉碎設(shè)備及其相應(yīng)的分級設(shè)備，后者似乎更為迫切。助磨劑和表面活性分散劑將應(yīng)用于超細(xì)粉碎工藝中。
（3） 設(shè)備與工藝研究開發(fā)一體化。超細(xì)粉碎與分級設(shè)備必須適應(yīng)具體物料特性和產(chǎn)品指標(biāo)，規(guī)格型號多樣化，而不存在對任何物料都是高義萬能的超細(xì)粉碎與分級設(shè)備。
（4） 開發(fā)多功能超細(xì)粉碎和表面改性設(shè)備。如將超細(xì)粉碎和干燥等工序結(jié)合、超細(xì)粉碎與表面改性相結(jié)合、機械力化學(xué)原理與超細(xì)粉碎技術(shù)相結(jié)合，可以擴大超細(xì)粉碎技術(shù)的應(yīng)用范圍。借助于表面包覆、固態(tài)互溶現(xiàn)象，可制備一些具有獨特性能的新材料。
（5） 開發(fā)研究與超細(xì)粉碎技術(shù)相關(guān)粒度檢測和控制技術(shù)。超細(xì)粉碎的粒度檢測和控制技術(shù)是實現(xiàn)超細(xì)粉體工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)的重要條件之一。粒度測試儀器和測定的控制技術(shù)，是與超細(xì)粉碎技術(shù)密切相關(guān)的，必須與這些領(lǐng)域的專家聯(lián)合攻關(guān)。
現(xiàn)代工程技術(shù)將需要越來越多的高純超細(xì)粉體,超細(xì)粉碎技術(shù)在高新技術(shù)研究開發(fā)中將起著越來越重要的作用。
在未來相當(dāng)長的時間內(nèi)仍將以機械粉碎方式為主，多種粉碎設(shè)備和粉碎工藝同時發(fā)展，太和和產(chǎn)品品種多這一特點決定了非金屬礦物粉碎加工技術(shù)和設(shè)備的多樣性發(fā)展。
1.6本次設(shè)計思路
由于超細(xì)粉碎技術(shù)及其設(shè)備的應(yīng)用廣泛，所涉及的領(lǐng)域有化工、建材、電子、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、造紙等，被粉碎的物料也是多種多樣，再加上現(xiàn)代高新技術(shù)的發(fā)展對材料的深加工提出的要求越來越高，如粒度為均勻化、品質(zhì)高純度、粉體形狀的特護(hù)要求等等，這些因素都促使超細(xì)粉碎技術(shù)及其設(shè)備向跟高更遠(yuǎn)的方向發(fā)展。雖然各個領(lǐng)域的超細(xì)粉碎設(shè)備個不一樣，但其設(shè)計思路主要圍繞以下幾點：
1)原理上考慮提高有效粉碎能，大多采用沖擊、剪切、摩擦等力的綜合作用進(jìn)行超細(xì)粉碎；
2)結(jié)構(gòu)采用超細(xì)粉碎一分級一體型式，利用高效氣流分級裝置不僅可以提高其微細(xì)化粒度，而且可以實現(xiàn)粒度分布均勻化或特定化；
3)粉碎產(chǎn)品流動性好、純度高。
2粉碎機的理論與要求
2.1非金屬性能
非金屬材料的密度較鋼、鐵、銅、鉛等金屬材料小得多，有些比鋁、鎂、鈦等還輕。按比強度(強度/比非金屬材料重)計算，有的纖維樹脂復(fù)合材料的常溫比強度超過高強度鋼和高強度鋁。這些材料被用來制造手輪、手柄、支架、罩殼、儀表板等一般輕質(zhì)結(jié)構(gòu)件，也可用來制造飛機機翼和葉片、整體船艇、汽車車身和傳動軸、高速紡織綜框、高壓容器等高強度結(jié)構(gòu)件，這樣可以減輕自重、增加運載能力或提高運行速度、節(jié)約能源。
某些無機非金屬材料因硬度高而耐磨，如用金剛石、 碳化硅、 剛玉等制作的砂輪、砂布(紙)、油石、研磨劑和刀具，可供磨削和切削之用;有些材料因有高彈性而耐磨，如橡膠輪胎和運輸皮帶能抵抗泥沙、礦石、煤炭等顆粒的磨損;有些材料借其自身固有的潤滑性能和低摩擦系數(shù)而能減少摩擦和磨損，如塑料、石墨、氮化硅等制成的軸承、導(dǎo)軌、活塞環(huán)、密封圈等機械零件，能在無油干摩擦或少油潤滑條件下安全運行，這對忌油脂或不便供給油潤滑的場合特別有利。
耐腐蝕材料,如陶瓷、搪瓷、石墨、鑄石、塑料等的大多數(shù)品種，都能耐酸、堿、鹽、有機溶劑和很多其他化學(xué)藥品。非金屬材料實驗機如不透性石墨能抵抗?jié)馑岷蜐鈮A，聚四氟乙烯塑料則幾乎能耐所有化學(xué)藥品，甚至在氧化性最強的沸騰王水中也不受侵蝕。這些材料適于制造化工用的容器、塔器、鼓風(fēng)機、泵、管、閥等機械設(shè)備和零部件。
密封材料,如橡膠、塑料、石棉和柔性石墨等因有良好的柔性和彈性而適于制造動態(tài)和靜態(tài)的密封零件，如壓縮機的活塞環(huán)、密封填料、O型和V型密封圈等。20世紀(jì)60年代以來，還出現(xiàn)了一種以樹脂或橡膠為基體、稱為液體密封膠的密封材料，適用于各種靜態(tài)密封，使用方便。
電絕緣材料,如橡膠、塑料、陶瓷、石棉、云母、玻璃布層壓板(屬復(fù)合材料)都是應(yīng)用廣泛的。
2.2粉碎機的結(jié)構(gòu)設(shè)計
本次設(shè)計的是立式攪拌棒粉碎機。立式機械沖擊粉碎機的轉(zhuǎn)子驅(qū)動軸豎直設(shè)置，在驅(qū)動軸上有不同梯度的攪拌棒回轉(zhuǎn)進(jìn)行物料的粉碎。
機械沖擊粉碎機有立式和臥式之分，結(jié)構(gòu)分別如圖2—1（a）、（b）所示
（a）臥式粉碎機 （b）立式粉碎機
圖2—4 粉碎機示意圖
從圖中可以看出，立式結(jié)構(gòu)在空間利用率、粉碎機的安裝穩(wěn)定性等方面都具有明顯的優(yōu)勢。另外，從實踐中可知，立式結(jié)構(gòu)的粉碎機，物料從進(jìn)料口進(jìn)入粉碎室進(jìn)行粉碎再從出料口出物料，這一過程中物料受重力的作用，可以更方便的粉碎和排出物料，因而粉碎充分且效率高，粒度要求容易滿足；還由于其軸是豎直安裝，因而其軸承及其它密封裝置所受的縱向力要小，使用壽命要長。因此本人選取立式粉碎機，其圖如下
圖2—5 立式?jīng)_擊式粉碎機結(jié)構(gòu)示意圖[16]
1—電機 2—變速器 3—小帶輪 4—大帶輪 5—篩網(wǎng) 6—中心軸
7—攪拌棒 8—旋轉(zhuǎn)擋盤9—軸承 10—軸承蓋
2.3粉碎機的工作原理
破碎理論是解決物料粉碎與能量消耗關(guān)系的理論基礎(chǔ)，探索物料粉碎狀態(tài)與能量消耗之間的內(nèi)在聯(lián)系，對指導(dǎo)制造更有利于粉碎、更節(jié)能的粉碎設(shè)備，對降低能耗、節(jié)約能源有重要的理論研究價值和重大的現(xiàn)實意義。自19世紀(jì)，提出了破碎理論的新概念以來，到上個世紀(jì)80年代加巴洛夫從結(jié)構(gòu)化學(xué)的角度研究了粉碎能耗問題。破碎理論經(jīng)過100多年的發(fā)展與完善，在粉碎領(lǐng)域起著重要的指導(dǎo)作用。但這些理論都在一定程度上存在不足及其局限性，從實際使用出發(fā)，三大粉碎理論都有各自的適用范圍，具有一定的片面性。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有的理論落后于實踐，傳統(tǒng)破碎理論的缺陷與不足日顯突出，在許多領(lǐng)域已不能起到指導(dǎo)作用。為此，尋求更合理、更準(zhǔn)確、更能反映實際粉碎狀態(tài)的破碎理論已迫在眉睫。物料變形、破碎過程十分復(fù)雜、它不是一個孤立系統(tǒng)，而是一個與外界有物質(zhì)和能量交換的開放系統(tǒng)，也是一個由穩(wěn)態(tài)一漸變一突變的螺旋式演變過程，同時伴隨聲、熱等能量的耗散。要完整建立系統(tǒng)，建立物料粉碎功耗方程，需要多學(xué)科的理論做基礎(chǔ)，在多學(xué)科交叉融合的前提下，來建立功耗方程才可能更完善和全面，才能揭示物料粉碎這一復(fù)雜系統(tǒng)的內(nèi)在演變機理。
立式粉碎機采用多口進(jìn)料，增大了物料進(jìn)入粉碎室的第一次打擊面，喂料輪將物料均勻分散地送至粉碎室進(jìn)料口，從而使粉碎過程均勻自如。轉(zhuǎn)子為水平狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)工作，轉(zhuǎn)子財團(tuán)360度范圍及下方均為篩板，因而篩理面積大。進(jìn)料裝置無需配備吸風(fēng)系統(tǒng)，這樣即節(jié)省了這部份電耗，又解決了由于吸風(fēng)系統(tǒng)故障而產(chǎn)生的粉碎效率低下的問題。但當(dāng)篩網(wǎng)孔小于4mm時應(yīng)考慮采用吸風(fēng)裝置。因為溫度較低時容易產(chǎn)生粉塵，出料口采用吸風(fēng)裝置，粉碎效率會有所提高。立式粉碎機可配變頻器以實現(xiàn)喂料量的自動調(diào)控，使主電機始終保持在額定負(fù)荷狀態(tài)下工作，以獲得最經(jīng)濟加工手段。與臥式粉碎機相比，立式粉碎機的重要重力作用比較明顯，物料從粉碎室頂部進(jìn)料口萍時，其運動軌跡正好與旋轉(zhuǎn)的攪拌棒的運動軌跡垂直相交，加上有多個進(jìn)料口同時進(jìn)料，因而物料擊中率較高。由于轉(zhuǎn)子上下層存在長短差異，在上層由較短的攪拌棒末端和篩網(wǎng)之間形成的預(yù)粉碎區(qū)內(nèi)，大部分物料就得到了粉碎或半粉碎，粉碎合格的物料迅速通過周圍360范圍的篩孔排出粉碎室。半粉碎或未粉碎的物料繼續(xù)下落，落入轉(zhuǎn)子下層的主粉碎區(qū)，于下層攪拌棒對物料繼續(xù)施加沖擊力外，還入得研磨力等聯(lián)合作用，以使物料得到進(jìn)一步的粉碎。
3粉碎機的設(shè)計
本文第二章已經(jīng)為粉碎機的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了初步的設(shè)計。現(xiàn)在我們將對粉碎機的各組成零部件進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計，其中包括電機的選擇，傳動裝置的設(shè)計及粉碎執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計計算。
本次設(shè)計主要是粉碎和篩選非金屬礦物，達(dá)到所需的粒度要求來進(jìn)行更好的利用。本文以硬質(zhì)pvc為例，進(jìn)行設(shè)計介紹。
硬PVC比重：1.38克/立方厘米，成型收縮率：0.6-1.5%，成型溫度：160-190℃。軟化溫度為80℃。
一次進(jìn)料10kg，其體積為V=7246.35cm3，硬PVC材料被粉碎后的體積為實料的2倍，V1=14492.7 cm3。粉碎機中物料占粉碎同的2/3，故V筒=21739 cm3。V筒=πr2h?？紤]到成本的預(yù)算，粉碎機筒體采用的無縫鋼管426*9，故r=213mm。
3.1電機
傳動效率： =0.99=0.90
粉碎機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為
選電機時，令最大物料質(zhì)量m=20kg，在5S內(nèi)粉碎機從轉(zhuǎn)速為0達(dá)到正常運轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速10n/s。現(xiàn)計算如下：
20kg的物料看做是均勻分布在粉碎同中的，則其轉(zhuǎn)動慣量
J=1/2mr2=1/2*20*0.3=3kg.m2
達(dá)到正常工作的轉(zhuǎn)速10n/s,物料所具有的能量為
E=1/2*J*ω=5916J ，t=2，則平均功率P=1183.2w，
由于傳動總效率為η=0.9，故電機所需功率為
P=1314w
所以，選取電機功率為1.5 kW
其型號為：Y90L—4
其有關(guān)參數(shù)如下：
電動機滿載轉(zhuǎn)速 =1400r/min
額定功率P=1.5kW
電動機伸出端直徑 D=24mm
3.2傳動裝置設(shè)計
3.2.1動力學(xué)和運動學(xué)計算
總傳動比及其分配
總傳動比 ( 3-1)
———電機滿載轉(zhuǎn)速，———— 粉碎機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；
(3-2)
查閱相關(guān)資料，取i1=1.37 算得 i2=1.7 =3.17
i1———代表一對圓柱齒輪的傳動比，i2———代表V帶傳動的傳動比；
各軸轉(zhuǎn)速計算
= 1400r/min
=
軸的功率計算如下
各軸轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率列表如下：
軸號
功率（Kw）
轉(zhuǎn)速n(r/min)
轉(zhuǎn)矩(N.m)
I
1.49
1400
10.16
II
1.43
1021
13.38
III
1.36
600
21.65
IV
1.30
189
65.69
3.2.2帶傳動設(shè)計計算
V帶型號和帶輪直徑設(shè)計
工作情況系數(shù) 由表11.5得 KA=1.2
計算功率：PC= KA*P=1.2*1.5=1.8KW (3-23)
=1.8KW
選帶型號： 由圖11.15 A型
小帶輪直徑： 由表11.6 =75mm
小帶輪的轉(zhuǎn)速：n1=1021r/min
大帶輪的直徑=（1-ε） 其中ε=0.01 (3-24)
大帶輪轉(zhuǎn)速： =600r/min
故 =115mm
計算帶長
求Dm Dm==100mm
求Δ Δ=(115-75)/2=20mm
中心矩a0：
(3-25)
則可取a0=300mm
計算帶的基準(zhǔn)長度：
L=Dm+2a+2a+ （3-26）
=3.14*100+2*300+20*20/300
=915.33mm
選擇帶的基準(zhǔn)長度：由圖11.4 =1400mm
求實際中心矩：
A=+ （3-27）
=300mm
A=300<586mm
(3-28)
(3-29)
=4512.5
=592.4
(3-30)
小帶輪包角：
=
=176.1>120 合格
(3-31)
帶速：
帶的根數(shù)：
由表11.8得 P0=0.6KW
由表11.7得 Kα=0.98
由表11.12得 KL=0.85
由表11.10得 ΔP=0.11
Z= =3.043 (3-32)
取 Z=3
求軸上的載荷：
張緊力
==115N
由表11.4得 q=0.1kg/m
軸上載荷
FQ=2*Z*F0Sin=608N
帶輪結(jié)構(gòu)：
大帶輪————腹板式
小帶輪————實心式
3.2.3齒輪結(jié)構(gòu)與傳動的設(shè)計計算
本設(shè)計采用的是圓柱齒輪
1.齒輪結(jié)構(gòu)尺寸：
小齒輪采用齒輪軸結(jié)構(gòu)
大齒輪采用鍛造結(jié)構(gòu)[12]，其結(jié)構(gòu)尺寸如下：
輪轂直徑=37mm
輪轂長度取L=49mm
2.選擇齒輪材料
小齒輪 45#鋼 調(diào)質(zhì) =260HB
大齒輪 45#鋼 調(diào)質(zhì) =240HB
3.初步計算
齒寬系數(shù)：由教材《機械設(shè)計》（邱宣懷編第五版，下同）
表12—13 取 =1.0
轉(zhuǎn)矩=9.55*106*p/*η=9986.3N/mm
接觸疲勞極限 由圖12.17c
=720Mpa
=590Mpa
初步計算接觸應(yīng)力［］：
取Ad值：由表12.16取Ad=82
初步計算小輪直徑d1：
(3-3)
=
=58mm 取d1=60mm
初步估計齒寬b = =50mm
4.齒面接觸疲勞強度計算
圓周速度：
= (3-4)
=π*60*1400/60*1000=4.4m/s
精度等級：由表12.6得 8級精度
齒數(shù)Z和模數(shù)m
初選齒數(shù)=20， ==20*1.37=27.7
=20， =28
模數(shù)m
= =3. 取m=3
初選螺旋角
由表12.3 =2.5mm
cosβ≈1
使用系數(shù)：由12-9 =1.8
動載荷系數(shù):由12.9 =1.15
齒間載荷分配系數(shù)：由圖12.10，先求 ==331.4N=331N （3-7）
*Ft/b=1.5*331/50=9.93N/mm<100N/mm = （3-8）
=1.83
Zε= 0.89 （3-9）
由此可得 =1.25 （3-10）
由表12-11，齒向載荷分布子系數(shù)（裝配時不作檢驗調(diào)整）
=A+B+C*b （3-11）
= 1.17+0.16*0.852+0.61*51
=1.317
載荷系數(shù) (3-12)
=1.8×1.15×1.25×1.317
=3.41
彈性系數(shù)：由表12-12
節(jié)點區(qū)域系數(shù)：由圖12.16 =2.5
接觸應(yīng)力最小安全系數(shù)：由表12-14 =1.05
總工作時間（預(yù)期使用壽命15年，每年300個工作日，單班制，使用期限內(nèi)工作時間占50%）
T總=15*300*8*0.5=18000h
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)NL 由表12.15
估計107
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