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畢業(yè)論文(設計)任務書
論文(設計)題目: 樹枝粉碎成型機粉碎裝置的設計
學號: 2008963240 姓名: 劉勇 專業(yè): 機械設計制造及其自動化
指導教師: 周友行 教授 系主任: 周友行 教授
一、主要內容及基本要求
本設計的主要內容是設計一個樹枝粉碎裝置,將樹枝粉碎,利用刀盤加錘片粉碎方式進行粉碎。
其工作原理是:由電動機帶動,將動力傳到轉子組件上,物料在高速旋轉的作用下,不斷被擊碎直至達到篩網篩分的要求,進而落料。
粉碎裝置的作用及功能是:利用刀盤的切碎與錘片的粉碎進而將樹枝粉碎,有利于環(huán)境保護,產生再利用資源,而且便于運送。
為滿足粉碎裝置的各種性能,粉碎裝置提出的設計要求有:
1)保證粉碎裝置的平穩(wěn)性。2)具有好的粉碎能力和粉碎效率。
3)保證粉碎顆粒的均勻性。4)錘片末端要有合適的線速度。
5)噪音要盡量小 6)篩網結構篩分效果要好,要防止堵塞。 7)結構緊湊。
8)可靠地粉碎裝置與傳動間的各種力和力矩,在滿足零部件質量要小的同時, 還要保證有足夠的強度和壽命。
粉碎裝置關鍵部件的設計 :
(1)振篩結構的設計:① 篩片的形狀 ② 篩孔的排列
(2)錘片的設計:① 錘片的數量 ② 錘片的排列方式 ③ 錘片的受力分析
(3)刀盤的設計:①刀盤的上刀片數量形狀結構的設計 ②刀片的受力分析
關鍵性理論和技術、技術指標:
(1)錘片的數量以及硬度(2)錘片數目和錘篩間隙(3)粉碎裝置空間尺寸(4)
粉碎裝置的動力傳動
本設計主要通過粉碎裝置結構方案的對比選擇最佳結構并對粉碎裝置關鍵零件進行設計從而設計出高效率,經濟型的樹枝粉碎機。
二、重點研究的問題
樹枝粉碎機粉碎的各個關鍵零部件的設計,熟練使用proe或其他三維制圖軟件,設計三維模型,得到粉碎機機結構設計部分裝配圖和關鍵零件的設計圖。
三、進度安排
序號
各階段完成的內容
完成時間
1
查閱相關資料
第一周
2
確定粉碎系統(tǒng)
第二周
3
確定各部分的結構
第三周
4
零部件的設計
第四—六周
5
畫零件圖
第七—十周
6
畫裝配圖
第十一周
7
撰寫畢業(yè)設計說明書
第十二—十三周
8
答辯
第十四周
四、應收集的資料及主要參考文獻
[1] 牛曉華,吳兆遷,樊濤. 3ZSX-20S樹枝粉碎機的設計[J].林業(yè)機械與木工設
設備 2010(11):38-4.
[2] 朱思洪,付東荔,繆小紅等.樹枝粉碎機的研制[J].南京農業(yè)大學學報,2004,
27(3):111-113.
[3] 吉穎風.新型錘片式粉碎機篩分效率的研究[D].北京:中國農業(yè)大學,2000.
[4] 王友林.樹枝粉碎機的設計要點及分析[J].林業(yè)建設,2008(2):31-33.
[5] 趙國興,孫廣秦.錘片式粉碎機參數確定及對性能的影響[J].農業(yè)機械化工與
電氣化,2007(3):15-20.
[6] 王東,祝正加.粉碎機粉碎性能的影響因素[J].糧食與飼料工業(yè),2000(11)20-21.
[7] 劉文廣.錘片式粉碎機異型粉碎室的理論分析及實驗研究[D]. 內蒙古:內蒙古
農業(yè)大學,2006.
[8] 濮梁貴,紀明剛.機械設計.高等教育出版社[M].
[9] 落迎社.材料力學.武漢理工大學出版社[M]. [10] 孫桓,陳作模.機械原理.高等教育出版社[M].
XX大學XX學院
畢業(yè)設計說明書
題 目:樹枝粉碎成型機粉碎裝置的設計
專 業(yè): 機械設計制造及其自動化
學 號: XX63240
姓 名: XX勇
指導教師: XX 教授
完成日期: 2012年5月21日
畢業(yè)論文(設計)任務書
論文(設計)題目: 樹枝粉碎成型機粉碎裝置的設計
學號: XX63240 姓名: XX勇 專業(yè): 機械設計制造及其自動化
指導教師: XX 教授 系主任: XX 教授
一、主要內容及基本要求
本設計的主要內容是設計一個樹枝粉碎裝置,將樹枝粉碎,利用刀盤加錘片粉碎方式進行粉碎。
其工作原理是:由電動機帶動,將動力傳到轉子組件上,物料在高速旋轉的作用下,不斷被擊碎直至達到篩網篩分的要求,進而落料。
粉碎裝置的作用及功能是:利用刀盤的切碎與錘片的粉碎進而將樹枝粉碎,有利于環(huán)境保護,產生再利用資源,而且便于運送。
為滿足粉碎裝置的各種性能,粉碎裝置提出的設計要求有:
1)保證粉碎裝置的平穩(wěn)性。2)具有好的粉碎能力和粉碎效率。
3)保證粉碎顆粒的均勻性。4)錘片末端要有合適的線速度。
5)噪音要盡量小 6)篩網結構篩分效果要好,要防止堵塞。 7)結構緊湊。
8)可靠地粉碎裝置與傳動間的各種力和力矩,在滿足零部件質量要小的同時, 還要保證有足夠的強度和壽命。
粉碎裝置關鍵部件的設計 :
(1)振篩結構的設計:① 篩片的形狀 ② 篩孔的排列
(2)錘片的設計:① 錘片的數量 ② 錘片的排列方式 ③ 錘片的受力分析
(3)刀盤的設計:①刀盤的上刀片數量形狀結構的設計 ②刀片的受力分析
關鍵性理論和技術、技術指標:
(1)錘片的數量以及硬度(2)錘片數目和錘篩間隙(3)粉碎裝置空間尺寸(4)
粉碎裝置的動力傳動
本設計主要通過粉碎裝置結構方案的對比選擇最佳結構并對粉碎裝置關鍵零件進行設計從而設計出高效率,經濟型的樹枝粉碎機。
二、重點研究的問題
樹枝粉碎機粉碎的各個關鍵零部件的設計,熟練使用proe或其他三維制圖軟件,設計三維模型,得到粉碎機機結構設計部分裝配圖和關鍵零件的設計圖。
三、進度安排
序號
各階段完成的內容
完成時間
1
查閱相關資料
第一周
2
確定粉碎系統(tǒng)
第二周
3
確定各部分的結構
第三周
4
零部件的設計
第四—六周
5
畫零件圖
第七—十周
6
畫裝配圖
第十一周
7
撰寫畢業(yè)設計說明書
第十二—十三周
8
答辯
第十四周
四、應收集的資料及主要參考文獻
[1] 牛曉華,吳兆遷,樊濤. 3ZSX-20S樹枝粉碎機的設計[J].林業(yè)機械與木工設
設備 2010(11):38-4.
[2] 朱思洪,付東荔,繆小紅等.樹枝粉碎機的研制[J].南京農業(yè)大學學報,2004,
27(3):111-113.
[3] 吉穎風.新型錘片式粉碎機篩分效率的研究[D].北京:中國農業(yè)大學,2000.
[4] 王友林.樹枝粉碎機的設計要點及分析[J].林業(yè)建設,2008(2):31-33.
[5] 趙國興,孫廣秦.錘片式粉碎機參數確定及對性能的影響[J].農業(yè)機械化工與
電氣化,2007(3):15-20.
[6] 王東,祝正加.粉碎機粉碎性能的影響因素[J].糧食與飼料工業(yè),2000(11)20-21.
[7] XX文廣.錘片式粉碎機異型粉碎室的理論分析及實驗研究[D]. 內蒙古:內蒙古
農業(yè)大學,2006.
[8] 濮梁貴,紀明剛.機械設計.高等教育出版社[M].
[9] 落迎社.材料力學.武漢理工大學出版社[M]. [10] 孫桓,陳作模.機械原理.高等教育出版社[M].
XX大學XX學院
畢業(yè)論文(設計)評閱表
學號 XX63240 姓名 XX勇 專業(yè) 機械設計制造及其自動化
畢業(yè)論文(設計)題目: 樹枝粉碎成型機粉碎裝置的設計
評價項目
評 價 內 容
選題
1.是否符合培養(yǎng)目標,體現學科、專業(yè)特點和教學計劃的基本要求,達到綜合訓練的目的;
2.難度、份量是否適當;
3.是否與生產、科研、社會等實際相結合。
能力
1.是否有查閱文獻、綜合歸納資料的能力;
2.是否有綜合運用知識的能力;
3.是否具備研究方案的設計能力、研究方法和手段的運用能力;
4.是否具備一定的外文與計算機應用能力;
5.工科是否有經濟分析能力。
論文
(設計)質量
1.立論是否正確,論述是否充分,結構是否嚴謹合理;實驗是否正確,設計、計算、分析處理是否科學;技術用語是否準確,符號是否統(tǒng)一,圖表圖紙是否完備、整潔、正確,引文是否規(guī)范;
2.文字是否通順,有無觀點提煉,綜合概括能力如何;
3.有無理論價值或實際應用價值,有無創(chuàng)新之處。
綜
合
評
價
論文選題難度、份量適當,符合培養(yǎng)目標要求,能體現學科專業(yè)特點,達到了綜合訓練的目的。該生具有較強的文獻查閱、資料綜合歸納整理的能力,具有綜合運用知識的能力,設計方案可行,工作量飽滿,論文質量良好。
同意參加答辯。
評閱人:
2012年5月21日
XX大學XX學院
畢業(yè)論文(設計)鑒定意見
學號: XX63240 姓名: XX勇 專業(yè): 機械設計制造及其自動化
畢業(yè)論文(設計說明書) 43 頁 圖 表 8 張
論文(設計)題目: 樹枝粉碎成型機粉碎裝置的設計
內容提要:
本設計的主要內容是利用刀盤加錘片將樹枝進行粉碎。
本設計主要對150mm以下的樹枝進行粉碎,在此設計中初步方案有直接粉碎,,鼓
筒式粉碎,刀盤粉碎,刀盤加錘片粉碎。通過對此四種方案的比較,在此選擇了刀盤加
錘片粉碎,此方案的特點是結構簡單,操作方便,粉碎效果好,生產率高,粉碎均勻等
優(yōu)點。
此粉碎裝置的工作原理是:由電動機帶動,將動力傳到轉子組件上,帶動刀盤旋轉
從而帶動飛刀旋轉,飛刀將輸送進來的樹枝進行一部分一部分的切削,切削完的樹枝在
風機的作用下到達錘片組端,利用錘片進行再次粉碎,粉碎完的樹枝達到篩分要求時在
篩網中排出,未達到篩分要求時不能從篩網中排出。從而在錘片的作用下繼續(xù)粉碎直到
達到篩分要求,通過篩網從出料口處排出。
在此設計中,主要設計了主軸,刀盤,錘片,飛刀,錘架板等關鍵零部件。通過對
其結構的理解和參考,設計出一臺樹枝粉碎機,將其優(yōu)化。
本設計利用刀盤加錘片進行粉碎,有利于保護環(huán)境,美化環(huán)境,產生再利用資源,
而且并于運送。
指導教師評語
XX勇同學在畢業(yè)設計過程中,態(tài)度十分認真,查閱了樹枝粉碎裝置相關中英文資料,并對設計任務作了認真的理解與分析,通過多種設計方案的比較,從中提出了一個切實可行的設計方案。在此基礎上,很好地完成了粉碎裝置關鍵部件設計與建模,其主要工作如下:其一,對四種不同的粉碎方案的比較,選擇了刀盤加錘片粉碎;其二,確定了粉碎裝置關鍵部件的相關參數;其三,設計了主軸,刀盤,錘片,飛刀,錘架板等關鍵零部件。在設計過程中,其理論知識扎實、善于分析、工作量飽滿,論文立論正確,論述清楚,圖紙符合設計要求。
同意參加答辯。建議評定成績?yōu)榱己谩?
指導教師:
2012年 5 月 21 日
答辯簡要情況及評語
根據答辯情況,答辯小組同意其成績評定為
答辯小組組長:
2012年 月 日
答辯委員會意見
經答辯委員會討論,同意該畢業(yè)論文(設計)成績評定為
答辯委員會主任:
2012年 月 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 國內外粉碎機發(fā)展概況 2
1.2.1國外粉碎機發(fā)展概況 2
1.2.2我國粉碎機械發(fā)展概況 4
1.2.3我國粉碎設備的發(fā)展趨勢 4
1.2.4樹枝粉碎機方案的比較與選擇 5
第2章.錘片式粉碎機的設計 6
2.1 刀盤錘片式粉碎機的主要結構 6
2.2.粉碎裝置參數的確定及設計計算 6
2.2.1轉子直徑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轉子的設計 8
2.3.1 軸的結構設計 9
2.3.3刀盤的設計 13
2.3.4 錘片的設計 14
2.3.6錘片的排列方式 15
2.3.8錘架板 17
2.3.9套筒的設計 18
第3章.零件強度校核 19
3.1軸的強度校核 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初步計算當量動載荷P 25
3.2.3驗算軸承壽命 25
3.3鍵的選擇及校核計算 26
第4章.基于Pro/E的轉子三維實體造型 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 轉子的虛擬裝配 32
總 結 34
參考文獻 35
致 謝 36
附錄1: 37
附錄2: 43
摘要
刀盤錘片式粉碎機是樹枝粉碎成型加工機械的四大主機之一,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的結構特點,設計出滿足要求的刀盤錘片式粉碎機。建立了刀盤錘片式粉碎機轉子的基本模型,參考文獻表明,錘片對稱交錯排列轉子的平衡性較好,其中交錯排列轉子兩端軸承承載情況相近,轉子穩(wěn)定性好。轉子是錘片式粉碎機的主要工作部件。利用Pro/E對錘片式粉碎機轉子中的各零件進行三維建模、虛擬裝配、模型分析。設計者可以充分利用Pro/E單一數據庫管理技術,通過改變尺寸參數來方便地修改和更新零件,還可以直觀地觀察和分析轉子的外形、零件間的相互位置關系。
關鍵詞:振動;刀盤錘片式粉碎機; Pro/E;轉子;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,國內樹枝粉碎大都采用錘片式粉碎機,它利用高速旋轉錘片對樹枝產生強烈的沖擊和搓擦,而達到物料破碎的目的。其主要特點是結構簡單、適應性強。
粉碎是工業(yè)生產環(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反應的速度。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,據不完全統(tǒng)計,人類生活和生產中每年約有數千億噸固體物料需要經過各種程度的粉碎加工。由于人類生產的飛速發(fā)展和生活水平的迅速提高,人們對粉碎加工的產品需求增加。因而需經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、設備進行系統(tǒng)的探討。為此在20世紀80年代初形成了一門獨立的學科—粉碎工程學,專門研究固體物料的粉碎行為及其屬性的學科…。
粉碎機是粉碎加工的主要設備,在工農業(yè)生產、人類生活的許多領域被廣泛應用。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。由于粉碎機在許多行業(yè)得到普遍使用,目前粉碎機的市場還有很大潛力,因此國內外對粉碎機的研究與發(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,技術人員一直在從理論研究、舊設備改造到創(chuàng)新設備,直至改變生產工藝流程等方面來研究如何達到高效節(jié)能地完成粉碎過程,達到降低其功耗高等缺點。但目前真正節(jié)能高效的粉碎機還沒有開發(fā)出來。研制出更符合實際生產需要的高效率的粉碎機,還有待于廣大科研人員和制造商們的發(fā)明創(chuàng)造。相關粉碎工程學科專家指出,今后若干年內粉碎工程學發(fā)展的中心議題仍然是降低能耗,提高經濟效益。
1.2 國內外粉碎機發(fā)展概況
錘片式粉碎機因具有結構簡單、通用性好、適應性強等優(yōu)點,廣泛地應用于各種物料的粉碎,被稱為萬能粉碎機。目前,在國內外樹枝加工企業(yè)中錘片式粉碎機是最重要的生產設備之一,大約一半以上的物料要經過錘片式粉碎機加工。
1.2.1國外粉碎機發(fā)展概況
近年來,國外對超細粉碎及分級設備、工藝、微細顆粒粒度測定等方面的研究十分活躍,這是由于國外在復合材料、新型陶瓷、電子材料等許多尖端技術方面迅速發(fā)展而決定的。在先進的工業(yè)化國家,微米級超細粉碎設備已渡過了其發(fā)明時期,而進入成熟、配套、完善的階段 ,設備研究朝著亞微米級超細粉碎和微米級精密分級的方向發(fā)展。粉碎技術的發(fā)展主要表現在產品微細化、微粉功能化、 設備自動化、節(jié)能新工藝和新設備及低污染高強度材料的應用等方面。
1895年美國研制出人類歷史上第一臺錘片式粉碎機,之后錘片式粉碎機在國外飼料工業(yè)生產中便得到迅速發(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。從應用形式上錘片式粉碎機向兩個方向發(fā)展:首先在于美國的產品追求篩片面積大,而歐洲的講究沖擊齒板面積大。例如,美國的Champion公司及Jacobson公司等標榜自己的產品為全周篩,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,其沖擊齒板面積幾乎達整個粉碎室周圍面積的一半(占46%);其次在于篩片的安裝。美國錘片式粉碎機在安裝、更換篩片時必須停機并且打開機殼才能進行,而歐洲的許多錘片式粉碎機是從軸向插入式,不需停機和打開機殼即可抽出原有篩片,插入新換篩片;還有的機型可沿軸的一端插入從另一端抽出,還可實現自動遙控換篩, Van Aarsen公司的2D系列錘片式粉碎機兩側裝有遙控電動換篩裝置,在運行中就可以更換篩片。
還有其它變型粉碎機,如渦輪粉碎機,其特點為在粉碎室篩片的末尾或在與進料口約成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)。該機型的優(yōu)點是不需配備外設篩分設備,粗粒物料在機內自行循環(huán);缺點是整機結構不對稱,不能通過簡單調換轉子旋轉方向來利用錘片的兩側。
大部分錘片式粉碎機只有一個轉速,MIAC公司在20世紀50年代研制出第一臺雙速驅動的H880型錘片式粉碎機,雙轉速可以增強打擊作用,提高粉碎效率。在國外,近年來為適應飼料粉碎的特點及需求,還有采用變頻裝置控制錘片式粉碎機的轉速來改善其粉碎性能。在結構上,近年來還出現了立式錘片粉碎機。
下面是幾種國外常見的粉碎機:
1)V9H型錘式粉碎機
羅馬尼亞生產的型錘式粉碎機是一種萬能型粉碎機,它既能粉碎各種谷物精飼料,也能粉碎干草覃稈等飼料,這種粉碎機的特點是初體用鑄件制成,利于制造,篩板的包角大,生產效率高和采用內包式排料風扇,使排料部分的結構大大簡化。
此種粉碎機的內部結構,在兩塊圓形的轉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率。整個篩板鑲嵌在鑄鐵機殼的凹槽中,安裝牢固,篩子不易變形,粉碎機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。可以根據所粉碎飼料種類和細度要求的不同來選用適當的篩板。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,通過裝在機殼外的調節(jié)桿可以調節(jié)托料板的傾斜角度,以控制飼料喂人斗。當托料板傾角增大時,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,應把草料喂人斗前端的擋板向前轉動使草料能直接落人粉碎室中。風扇葉片裝在轉盤的側壁上,這樣就大大地簡化了風扇結構,并且也省去了風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盤,齒輪的速比為1:3.5。
這種粉碎機適合與20~30馬力的拖拉機配套使用,也可用15千瓦的電動機來帶動。皮帶輪的轉速為800~900轉/分。粉碎谷物飼料的生產率為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
這種粉碎機的通用性很大,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。此種粉碎機的結構,它由喂料斗、機殼、轉盤、吹送管和聚料桶等部分組成。喂料斗裝在機殼的側壁,機殼的內部裝有轉盤和篩板,頂部與吹送管相聯,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
該公司生產有三種類型的固定錘桿式粉碎機。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)公司的雙轉盤式粉碎機
目前世界上所有的錘式粉碎機都存在有粉碎效率不高的缺點,這主要是因為粉碎室內有一團已粉碎的樹枝包在轉盤的周圍,形成環(huán)形,隨著錘片一同轉動,因此從喂人口新進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,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,根據沖量定律,這時打擊力將會顯著地減弱,使粉碎機的粉碎效率不高。但是采用雙轉盤式粉碎機不但能避免這種缺點,而且由于在打擊時樹枝木屑的運動方向是與錘片的方向相反,因此反而會增強打擊作用,能提高粉碎機的效率。
1.2.2我國粉碎機械發(fā)展概況
粉碎的目的與意義:固體物料經過粉碎,顆粒由大變小,物料單位質量的表面積增加,可以提高物理作用及化學反應的速度;在礦物加工過程中,礦石經過粉碎,可以實現不同礦物的彼此解離;幾種固體物料的混合,也必須在細粉狀態(tài)下,才能均勻混合。粉體材料最重要的質量指標之一是粒度和粒度分布,而粒度和粒度分布決定了粉體產品的技術性能和應用范圍。例如,物料的比表面積、化學反應速率、吸附性、堆積性、補強性、在液相介質中的沉降速度、溶解性、光學性能、電性、磁性等,這些都與應用范圍有直接關系。而產品的應用領域對物料的粒度及粒度分布均有嚴格的要求。粉碎是當代飛速發(fā)展的經濟社會必不可少的一個工業(yè)環(huán)節(jié)。粉體技術被看作是高技術工業(yè)最重要的基礎技術之一。
1.2.3我國粉碎設備的發(fā)展趨勢
鑒于粉碎技術及設備的應用涉及化工、冶金、建材、電子、化工、醫(yī)藥、農業(yè)等許多領域的廣泛性,以及被粉碎材料種類的多樣性,尤其是當代高新技術發(fā)展對材料深加工制備提出越來越高的要求:粒度微細化、粒度分布均勻化或顆粒形狀特定化、品質高純化、表面處理功能化等等,必將促使粉碎技術與設備的不斷發(fā)展。其發(fā)展和研究的主要方面應包括:
1)開發(fā)粉碎與分級相結合的閉路工藝及設備,從而降低能耗,提高生產率;
2)提高和改進現有粉碎設備的性能,降低生產成本,增加品種和機型;
3)實現工藝研究和設備開發(fā)的一體化,針對具體物料特性,進行設備開發(fā)設計;
4)重視粉碎基礎理論的研究。
1.2.4樹枝粉碎機方案的比較與選擇
樹枝粉碎機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構形式。在這四種方案中,結合上述粉碎機的各種特點進行比較,對本設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構簡單、操作維修簡便、粉碎效果好和生產效率高等優(yōu)點。
刀盤錘片式粉碎機的結構和工作原理是:刀盤錘片式粉碎機由切削部分、粉碎部分、篩分部分三部分組成。其工作原理是:傳動軸從電動機獲得動力后,驅動刀盤和粉碎錘片在機殼內做旋轉運動,樹枝不斷的投入,粉碎機不斷的切削和粉碎篩分,通過篩孔的物料被風吹到機外,不能通過的則在機內繼續(xù)粉碎。
第2章.錘片式粉碎機的設計
2.1 刀盤錘片式粉碎機的主要結構
刀盤錘片式粉碎機主要由電動機,機架和機殼,轉子,進、出料口,輸送裝置等部分組成。簡圖如下所示:
圖2-1刀盤錘片式粉碎機整體結構
已知設計參數:
該粉碎機為單軸錘片式樹枝粉碎機,為了提高粉碎機的利用率,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)單向運轉,工作時有輕微震動。
2.2.粉碎裝置參數的確定及設計計算
2.2.1轉子直徑D與粉碎室寬度B的確定
1)轉子直徑D的確定
由得轉子直徑為:
2)粉碎室寬度B的確定
粉碎機轉子直徑D與粉碎室寬度B之積可用以下經驗公式求得:
(2—1)
式中:B—粉碎室寬度,mm;
k—經驗系數,一般取0.29~0.75;
D—轉子直徑,mm。
DB確定之后, 為了降低噪音, 一般采用大轉子低轉速, 確定要根據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。
將數據代入式(2—1)得:
B=0.43×600mm
=258mm
2.2.2 配套功率N的確定
電動機配套功率由下式確定:
N=(6.4-10.5)Q (2—2)
式中:N—電動機功率,KW;
Q—生產率,t/h;
Q=N/KE。
得配套電動機的功率為:
N=(6.4—10.5)3.03 KW
=(19.4—31.8)KW
根據JB/T5274—1991 所選電動機的型號為 Y180l—4,其主要參數如下所示:
功率:22KW
電流:42.5A
轉速:1470r/min
額定轉矩:2.2Nm
最大轉矩:2.3Nm
機座帶底腳,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電動機安裝尺寸
機座號
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電動機外形
2.3轉子的設計
轉子是粉碎機的主要工作部件,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 軸的結構設計
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,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)數中值是考慮了彎矩而降低了許應扭矩切應力。
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,減速器的低轉速軸,軸只做單向性旋轉;反之,取較小值,取較大值。
選取軸的材料為45剛,調質處理。根據上表, 取=120
=220.96 KW
=21.12 KW
在此計算轉速為1800r/min的轉子直徑,則有:
=27.27mm
根據實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
根據設計的要求該軸上零件的裝配方案如下圖所示:
圖2-3 轉子結構圖
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,由軸承產品目錄中初步選取0基本游隙組、標準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行鎖緊,因此此軸段。
f.刀盤右端設計以鎖緊螺母,將此軸段設計成帶螺紋的,此軸段8-9的直徑為,。
g.在8-9軸段右端設計一軸承將主軸固定,此軸段,。
h.此軸已基本設計完成,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,按由機械設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飛刀的設計
飛刀是刀盤粉碎機的主要部件之一,飛刀的性能對樹枝刀盤粉碎機的工作起很重要的作用。由盤式樹枝粉碎機的生產能力Q(實積3/h)為
10-8 (2-4)
式中: -設備時間利用系數,取=0.3~0.5;
-工作時間利用系數,取=0.7~0.8;
—原料形態(tài)影響系數,成捆樹枝取=0.3~0.7,其他原料取1;
—刀盤轉速,/;
—飛刀數量;
—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,故由生產率可選飛刀的數量為4把。
由下式(2-10)中,其中ε已知,為β進料口的傾斜槽的傾角為45?,為常數,如要使主切削力最小就要使β+α=45?,考慮道具的強度取飛刀楔角β=38?,那么α=7?,在考慮到刀盤回轉時的平衡,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料口,才能使切削沒有“死區(qū)”,進料口在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,根據主要參數設計刀具如下圖所示:
圖2-4飛刀
2.3.3刀盤的設計
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,保證樹枝粉碎機連續(xù)工作。根據:
(2—6)
其中T為切削時的扭矩,F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計得越小,粉碎機的結構也就越緊湊,但受到主軸和軸承座以及進料口的影響,并留有適當的余量,同時考慮飛刀通過進料口的組合長度應大于進料口的寬度即根據飛刀的尺寸設計安裝孔的位置,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,考慮刀盤本身的轉動慣量和安裝飛刀等因素,取刀盤的厚度為40mm。
根據這些主要參數設計,如下圖所示:
圖2—5 刀盤
2.3.4 錘片的設計
錘片是錘式粉碎機最主要的工作部件,也是易損件。我國每年錘片耗用鋼材數萬噸以上。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,但結構較復雜。
由國家機械行業(yè)標準規(guī)定了錘片的型式,規(guī)格和設計要求。根據本此的設計要求選擇I型錘片,其具體設計圖形如圖2-9所示:
圖2-6 錘 片
本次設計中選用I型錘片,錘片的具體參數為:
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 錘片數目的確定
參考錘片式飼料粉碎機,該樹枝粉碎機的錘片數Z由下式確定:
(2—7)
為粉碎室寬度, 為錘片配置密度系數(0.28~0.42), 為錘片厚度(5mm),經計算得 13~20.故此樹枝粉碎機設計為16把錘片,分4組,每組4片。
2.3.6錘片的排列方式
錘片式粉碎機的轉子不同于機械設備中常見的內部無活動部件的轉子,其執(zhí)行粉碎工作的主要部件—錘片,是懸掛在均布于轉子錘架板的銷軸上的,其與銷軸的聯結方式屬于鉸接,各錘片可繞銷軸自由轉動。
一般來說,不同用途、規(guī)格的錘片式粉碎機轉子的銷軸數(即圓周均布的錘片組數)有所不同,但為減少運轉過程中的不平衡,一般均為偶數;另外,單根銷軸上裝配的錘片數量時常差別很大,但總的原則是,同一臺粉碎機關于中心對稱的兩根銷軸上裝配的錘片數量相同。
如圖2-7所示為四銷軸十六錘片對稱排列轉子結構。
圖2-7錘片式粉碎機轉子結構
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,又擔負著動力的輸入;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行調整,這為錘片組多種排列形式的出現提供了條件。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,但關于主軸中心對稱的各對銷軸上各自錘片組產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,關于主軸中心對稱兩銷軸上的錘片安裝對稱,錘片運動軌跡重復。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,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,運動軌跡均勻,不重復,軌跡覆蓋區(qū)域廣。
本次設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,木屑在加工室內做環(huán)流運動時,遭受錘片打擊的機會少;間隙過小,木屑遭受打擊的機會增多,使粉碎的木屑過細粉碎,錘片端部的摩擦阻力增大,功耗增大,參考國內外粉碎機的研究,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,轉盤架的直徑設為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套筒的設計
套筒形狀如圖2-15示所示:
圖2-10 套 筒
第3章.零件強度校核
3.1軸的強度校核
3.1.1 求軸上的載荷
由于影響主軸強度的因素較多,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.轉子旋轉時,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
由粉碎機的轉速為3600r/min,V帶根數為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:—質量,,為重力,為重力加速度,m/s;
—質點距軸心的距離,m;
—角速度,rad/s。
錘片組允許質量差5g引起的離心力:
轉子允許中心偏移量引起的離心力:
已知轉子重20kg,轉子中心線允許偏移量為0.01 mm;
刀盤引起的離心力:
三項合計:
轉子重力和離心力,是由兩個轉盤傳到主軸上的,離心力方向隨主軸旋轉而變化。根據分析,當離心力方向均為鉛垂方向時,對主軸受力最不利,所以現在按鉛垂方向計算。
離心力由刀盤傳到主軸上,離心力的方向隨主軸旋轉而變化。根據分析得:
c.在軸承作出的軸承支反力。
c.1按彎扭合成強度條件校核
求軸上的功率:
轉速為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度,如此時滿足強度要求, 。
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
求豎直面內支反力,作豎直面內彎矩圖,豎直面內受力情況如圖。
c.3豎直面內A,B的支反力:
對A點取矩
的方向與原來假設方向相同。
c.4求豎直面內彎矩
A點彎矩
B點彎矩
C點彎矩
D點彎矩
c.5求當量彎矩
根據軸的工作情況可知,扭轉切應力為脈動循環(huán)變應力,取。
c.6按彎扭合成應力校核軸的強度。
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,調質處理,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,預期壽命。軸承徑向載荷,。軸承轉速為3600r/min,驗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《機械設計》表13—5,圓錐滾子軸承最大e值為0.44,故此時
3.2.2初步計算當量動載荷P
根據式來計算軸承的當量動載荷。根據《機械設計》課本表13—6取。
根據《機械設計》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:
當量動載荷為:
3.2.3驗算軸承壽命
由式來計算軸承的實際壽命則有:
由以上驗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、軸上與皮帶輪相聯處鍵的校核
鍵C12×8 單鍵
鍵連接的組成零件均為鋼,
滿足設計要求。
b 、與軸上錘架盤相聯的鍵的校核
鍵A1610 單鍵
鍵連接的組成零件均為鋼,
滿足設計要求。
c、與軸上刀盤相聯的鍵的校核
鍵A1610 單鍵
鍵連接的組成零件均為鋼,
滿足設計要求。
第4章.基于Pro/E的轉子三維實體造型
粉碎是樹枝粉碎成型最為重要的工序,而錘片式粉碎機是該工序中應用最廣泛的一種機型。其工作原理主要是利用刀盤上高速回轉的飛刀對樹枝進行切削,再在錘片的告訴回轉將樹枝進行進一步的粉碎,從而達到粉碎的目的,具有結構簡單、適應性強、生產率高、工作平穩(wěn)和裝卸方便等優(yōu)點。轉子是錘片式粉碎機的主要工作部件,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)設計方法是以二維平面圖來表示轉子,抽象性強,不直觀,也不便于修改。此設計中使用三維建模,利用Pro/E軟件對錘片式粉機轉子進行三維參數化造型。
4.1主軸
主軸是粉碎機傳遞扭矩的部件。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,使錘片能保持設計的排列方式,且不會在銷軸上產生較大的軸向位移。
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行適當的約束。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。在錘片式粉碎機轉子中,將設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 刀盤錘片粉碎機轉子部分裝配圖
總 結
通過此次畢業(yè)設計,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的飛躍。
畢業(yè)設計既是對學校所學知識的全面總結和綜合應用,又為今后走向社會的實際操作應用鑄就了一個良好的開端,畢業(yè)設計是我對所學所學知識理論的檢驗與總結,能夠培養(yǎng)和提高設計者的獨立分析和解決問題的能力。畢業(yè)設計不僅是對前面所學的一種檢驗,而且也是對自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè)設計我才明白學習是一個長期積累過程,在以后的工作、生活中都應不斷學習,努力提高自己知識和綜合素質。
本論文首先