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畢業(yè)設(shè)計說明書 畢業(yè)生姓名 ： 專業(yè) ： 學號 ： 指導教師 所屬系（部） ： 二〇xx年五月 成 績 評 定 指導教師評定成績 答辯組評定成績 綜合成績 注：評定成績?yōu)?00分制，指導教師為30%，答辯組為70%。 專業(yè)答辯組組長：　　　　?。ê灻? 　　　　　　　　　 200 年　　月　　日 答辯記錄卡 系　 　專業(yè) 姓名 答 辯 內(nèi) 容 問 題 摘 要 評 議 情 況 　　　　　　　　　 記錄員： （簽名） 摘 要 大型錘式破碎機的設(shè)計，主要是在原有錘式破碎機的基礎(chǔ)上對其結(jié)構(gòu)進行改造，其中主要涉及到了對破碎機電動機的確定，對皮帶傳動的計算及皮帶輪和慣性輪的設(shè)計。結(jié)合電動機提供原動力的基礎(chǔ)上通過計算主軸的受力進一步初步設(shè)定和校核。在對轉(zhuǎn)子的設(shè)計的過程中，首先根據(jù)任務(wù)書的要求，選擇合適的錘盤排數(shù)，對于錘孔的位置確定主要受兩方面的因數(shù)影響，一是轉(zhuǎn)子腔體的限制，二是要求錘軸的中心線要能夠和慣性輪與皮帶輪挖空的區(qū)域相當，這是為了快速安裝錘頭的需要。然后就是軸承等輔助設(shè)計的計算。待內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計完成，根據(jù)對生產(chǎn)能力的要求，來確定篩板的篩格等尺寸，來完成最后的設(shè)計。 此設(shè)計在原錘式破碎機的基礎(chǔ)上，有以下方面的改進： 1. 破碎機大梁從兩根變成了四根。如此安排可以在防止超過最大進料粒度進入腔體的基礎(chǔ)上，錘頭可以通過一個轉(zhuǎn)子，對巖石進行二次破碎，即使真正進入轉(zhuǎn)子內(nèi)部的巖石力度減少，如此可以減少錘頭的磨損，即使在巖石堆積較嚴重的情況也一般不會出現(xiàn)卡機的現(xiàn)象，有效地保護了機械，延長了工作壽命。 2. 在調(diào)換錘頭的時候，需要打開箱體，一般的破碎機箱體之間都是那很多螺栓緊固，這就在實際的工作中浪費了有效地時間，本設(shè)計將上下箱體采用通過銷軸為中心軸的翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)上蓋的快速翻轉(zhuǎn)，有助于增加生產(chǎn)效率。 關(guān)鍵詞：破碎機，錘頭，軸承，大梁，箱體 目 錄 第一章 緒論…………………………………………………………………………………1 第二章 概述…………………………………………………………………………………3 第一節(jié) 該課題課題的研究背景…………………………………………………………3 第二節(jié) 目前主要的破碎理論……………………………………………………………3 一、 層壓破碎理論和自沖擊破碎理論………………………………………………3 二、 計算機輔助的軟件………………………………………………………………5 第三節(jié) 對幾種常用破碎機的介紹 ……………………………………………………10 一、 錘式破碎機………………………………………………………………………10 二、 顎式破碎機………………………………………………………………………10 三、 單齒輥破碎機……………………………………………………………………12 四、 回轉(zhuǎn)式破碎機……………………………………………………………………13 第四節(jié) 本課題的來源和研究意義 ……………………………………………………14 一、 本課題的來源……………………………………………………………………14 二、 本課題的研究意義………………………………………………………………14 第五節(jié) 研究現(xiàn)狀 ………………………………………………………………………15 第六節(jié) 本課題需要解決的問題和研究方法 …………………………………………16 一、 本課題需要解決的問題…………………………………………………………16 二、 本課題的研究方法………………………………………………………………17 第七節(jié) 本研究的發(fā)展方向 ……………………………………………………………17 第三章 大型錘式破碎機的設(shè)計思路 ……………………………………………………18 第一節(jié) 大型錘式破碎機的設(shè)計思路 …………………………………………………18 第二節(jié) 破碎機的整體結(jié)構(gòu)及布局 ……………………………………………………19 一、 對破碎機任務(wù)書的整體理解……………………………………………………19 二、 破碎機的整體結(jié)構(gòu) ……………………………………………………………20 第四章 錘式破碎機的具體設(shè)計 …………………………………………………………21 第一節(jié) 傳動部件的設(shè)計 ………………………………………………………………21 一、 電動機的選擇 …………………………………………………………………21 二、 皮帶傳動的設(shè)計計算 …………………………………………………………23 三、 皮帶輪的設(shè)計 …………………………………………………………………26 四、 對慣性輪的設(shè)計 ………………………………………………………………28 第二節(jié) 轉(zhuǎn)子部件的設(shè)計 ………………………………………………………………29 一、 轉(zhuǎn)子主軸的設(shè)計計算及校核 …………………………………………………30 二、 錘軸、圓盤和錘頭設(shè)計校核 …………………………………………………32 三、 軸承的選擇使用 ………………………………………………………………35 四、 軸承端蓋的設(shè)計 ………………………………………………………………38 第三節(jié) 零件的緊固和配合 ……………………………………………………………39 第四節(jié) 生產(chǎn)能力計算及篩板的設(shè)計 …………………………………………………41 第五節(jié) 箱體的設(shè)計 ……………………………………………………………………43 一、 對箱內(nèi)的襯板的說明 …………………………………………………………43 二、 對箱體尺寸的設(shè)計 ……………………………………………………………44 致謝 ………………………………………………………………………………………46 參考文獻 …………………………………………………………………………………48 3 第一章 緒論 本此設(shè)計的題目為大型錘式破碎機的設(shè)計，在設(shè)計的起始，現(xiàn)就錘式破碎機的概念，結(jié)構(gòu)及用途，做一個簡單的介紹，對于大型破碎機的設(shè)計也是在此基礎(chǔ)上進行改造和創(chuàng)新的。 錘式破碎機是利用錘頭的高速沖擊作用，對物料進行中碎和細碎作業(yè)的破碎機械。錘頭交接于高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子上，機體下部設(shè)有篦條以控制排料粒度。送入破碎機的物料首先受到高速運動的錘頭的沖擊而初次被排出機外，大于篦條縫隙的料塊在篦條上再次收到錘頭的沖擊和研磨，直至小于篦條縫隙后被排出。 錘式破碎機具有破碎比大、排料粒度均勻、過粉碎物少、能耗低等優(yōu)點。但由于錘頭磨損較快，在硬物料破碎的應(yīng)用上受到了限制；另外由于篦條拍堵塞，不宜于用它破碎濕度大和含粘土的物料。這種破碎機通常用來破碎石灰石、頁巖、煤炭、石膏等中硬一下的脆性物料。將錘式破碎機的錘頭換為鋼環(huán)的環(huán)式碎煤機，是錘式破碎機的變型。它利用高速沖擊和低速碾壓的綜合作用來破碎物料，因而可以活得更細的產(chǎn)品，主要用來為發(fā)電廠破碎煤炭，但也可用于石膏、鹽化工原料和一些中硬物料的破碎 常見的錘式破碎機有單轉(zhuǎn)子和雙轉(zhuǎn)子兩種，按照錘子在轉(zhuǎn)盤上的排列，還有單排錘和多排錘等，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向有可逆式和不可逆式兩類。此外還有一些簡易型錘式破碎機，如十字錘粉碎機，鏈環(huán)式碎煤機等。其中，使用最廣泛的是單轉(zhuǎn)子多排錘式破碎機。 錘式破碎機一般適用于含水量小于12%，抗壓強度小于120MPA的脆性物料，如石灰石，油母頁巖，礦渣，煤塊等。 錘式碎石機優(yōu)點：1、破碎比大，破碎比通常決定著破碎段數(shù)，碎石機的破碎比大時，可減少破碎段數(shù)。錘式碎石機的破碎比可達10~15。2、結(jié)構(gòu)簡單，裝配緊湊，機體重量輕。3、產(chǎn)品粒度均勻，過粉碎少。4、生產(chǎn)能力大，電耗低5、結(jié)構(gòu)緊湊、布局合理、安裝方便、可維修性好，操作簡便。6、節(jié)約工藝布局空間，尤其對水泥生產(chǎn)工藝布局的適應(yīng)性極好。錘式碎石機缺點：錘頭和篦條篩磨損快，檢修和找平衡時間長，當破碎硬質(zhì)物料，磨損更快；破碎粘濕物料時，易堵塞篦條篩縫，為此容易造成停機[3]（物料的含水量不應(yīng)超過10%）。 錘式碎石機的種類很多，根據(jù)結(jié)構(gòu)特征的不同，可進行如下分類：按回轉(zhuǎn)軸的數(shù)目分為單軸式和雙軸式；按錘頭的排數(shù)分為單排式和多排式；按轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)方向分為定向式和可逆式按錘頭的裝置方式不同，還可以分為固定錘式和活動錘式。固定錘式僅用于物料的細磨，使用較少。 錘式破碎機是水泥、陶瓷、礦山和電力等行業(yè)廣泛使用的破碎機械，錘頭是其主要的易磨損件，經(jīng)受沖刷磨損，長期以來多采用高錳鋼制造。但由于破碎某些物料受到的沖擊并不強烈，高錳鋼具有的加工硬化性能不能充分得以發(fā)揮，因此高錳鋼錘頭表現(xiàn)出磨損快[1]、使用壽命短的弱點。近年來，我國鑄冶工作者根據(jù)錘頭使用的工況條件，提出了錘頭應(yīng)滿足: (1)合適的硬度，以抵抗物料的磨損；(2)具有一定的韌性，以抵抗疲勞剝落和防止斷裂，即要具有較好的強韌性和可靠性[ 2]?；谝陨险J識，近年來我國冶鑄工作者研究開發(fā)出了許多錘頭用的新型抗磨鑄鋼和鑄鐵材料和復(fù)合鑄造工藝，在實際使用中，這些錘頭表現(xiàn)出了較高錳鋼錘頭優(yōu)良的使用性能。 粉碎(包括破碎和磨碎)是當代飛速發(fā)展的經(jīng)濟社會必不可少的一個工業(yè)環(huán)節(jié)。在各種金屬、非金屬、化工礦物原料及建筑材料的加工過程中，粉碎作業(yè)要消耗巨大的能量,而且又是個低效作業(yè)。物料粉碎過程中，由于作業(yè)中產(chǎn)生發(fā)聲、發(fā)熱、振動和摩擦等作用,使能源大量消耗。因而多年來界內(nèi)人士一直在研究如何達到節(jié)能、高效地完成破碎和磨碎過程，從理論研究到創(chuàng)新設(shè)備(包括改造舊有的設(shè)備)直至改變生產(chǎn)工藝流程。 綜上所述，隨著現(xiàn)代破碎理論的進一步完善和成熟，我國的破碎機械正朝著低功耗和高破碎比的方向發(fā)展，相信在21世紀，國內(nèi)的破碎設(shè)備行業(yè)，能在未敗之地。 第二章 概述 第一節(jié) 課題研究背景 礦業(yè)是國民經(jīng)濟中的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，它與國民經(jīng)濟的發(fā)展息息相關(guān)。礦物加工是礦業(yè)的一個非常重要的環(huán)節(jié)，它不但要為其他領(lǐng)域提供原材料，而且還要為自身的可持續(xù)發(fā)展提供機遇。粉碎是礦物加工中不可缺少的一種工藝過程。當今世界礦物加工領(lǐng)域中破碎、磨礦能耗約占整個選礦過程能耗的4O～6O。據(jù)資料表明9O年代以來，世界上約12％ 的電能用于粉碎物料。破碎磨礦的節(jié)能降耗成了選礦領(lǐng)域降低成本，增加經(jīng)濟效益的重要手段之一。而破碎理論的成熟是破碎機實現(xiàn)節(jié)能降耗的先決條件，因而破碎設(shè)備的發(fā)展依賴于破碎理論的發(fā)展。隨著研究的深入，人們不僅掌握了比較先進的破碎理論，還熟知了高功率的破碎作業(yè)，可以用來改善能源效率和降低生產(chǎn)成本。 第二節(jié) 目前主要的破碎理論 一、層壓破碎理論和自沖擊破碎理論 (1).層壓破碎理論: 上世紀80年代，人們在研究單顆粒破碎時發(fā)現(xiàn)，在空氣中一次破碎的碎片撞擊金屬板時明顯地產(chǎn)生二次破碎。一次破碎的碎片具有的動能占全部破碎能量的45%，如能充分利用二次破碎能量，則可提高破碎效率。也有人指出，較小的持續(xù)負荷比短時間的強大沖擊，更有希望破碎物料，同時在對沖擊力與擠壓力對顆粒層的破碎效果進行研究后得出結(jié)論：靜壓粉碎效率為100%，單次沖擊效率在35%～4O%。為了節(jié)約能量，提高粉碎效率，應(yīng)多用靜壓粉碎，少用沖擊粉碎。如果使大批脆性物料顆粒受到50MPa以上的壓力，就能夠由“料層粉碎”節(jié)約出可觀的能量?；谶@兩個認識形成了層壓破碎理論，與傳統(tǒng)的擠壓破碎理論不同，傳統(tǒng)的擠壓破碎認為石料的破碎是基于單顆粒發(fā)生在顆粒與襯板之間。層壓破碎認為石料顆粒的破碎不僅發(fā)生在顆粒與襯板之間，同時也大量發(fā)生在顆粒與顆粒之問。其特征是在破碎室的有效破碎段形成高密度的多個顆粒層，將充足的破碎功作用于石料顆粒群，在充分發(fā)揮層壓破碎的同時，充分利用了石料破碎過程中所產(chǎn)生的強大碎片飛動能對相鄰石料進行再破碎，獲得極高的破碎率，即便是比較大的排料口問隙也能大量生產(chǎn)細粒產(chǎn)品。料層石料顆粒之間的相互擠壓，實現(xiàn)了選擇性破碎，使那些強度低的針、片石料在層壓破碎中首先破碎，故能產(chǎn)生優(yōu)粒形含量很高的石料產(chǎn)品(針片狀含量≤15 )。顎式破碎機是在這一理論的指導下的應(yīng)運而生的代表性破碎設(shè)備。 (2).自沖擊破碎理論: 自沖擊破碎理論是上世紀80年代初，新西BARMAC公司的布賴恩·巴特立和吉姆·麥克唐納提出的。與傳統(tǒng)的沖擊破碎方式不同的是：傳統(tǒng)的沖擊破碎機是靠旋轉(zhuǎn)的板錘直接沖擊石料，對石料破碎和給石料破碎所需動能，板錘在破碎石料的過程中自己也在快速消耗。而自沖擊破碎則是石料與石料之間的沖擊破碎，一部分石料通過高速旋轉(zhuǎn)裝置獲得動能，與另一部分以瀑落而下的石料沖擊破碎，在破碎腔內(nèi)一部分石料形成自襯式工作部件，使機器本身不受磨損。石料自襯保護了易損零部件，而本身又是被破碎物料。石料在工作時實現(xiàn)了不斷破碎一形成石襯與排料一再破碎的循環(huán)破碎、排料過程。破碎過程是一種選擇性破碎，石料產(chǎn)品針片狀含量可≤1O。自沖擊破碎機由渦動破碎腔、進料分料裝置、轉(zhuǎn)子旋沖器、動力傳動裝置、機架等組成。石料通過給料裝置進入轉(zhuǎn)子中心，轉(zhuǎn)子高速回轉(zhuǎn)，中心石料受離心力作用而飛濺，像子彈一樣，與另一部分以傘狀瀑落方式分流而下，在和轉(zhuǎn)子周圍環(huán)形石料相碰擊而產(chǎn)生第一次“石打石”自破碎，并共同飛濺到反擊石襯環(huán)上而產(chǎn)生第二次“石打石”自破碎。設(shè)備內(nèi)壁和轉(zhuǎn)子出流噴射口側(cè)壁在運轉(zhuǎn)中自形成拋物緊貼自襯層，使設(shè)備部件無磨損。石料在相互打擊后，又會在轉(zhuǎn)子與殼體之間破碎腔內(nèi)再次作回轉(zhuǎn)弧的回流運動，而形成多次“石打石”自破碎。破碎過程中，在物料顆粒之間傳遞能量，可使激烈的沖擊摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闇睾偷难心?。顆粒受到阻力，在消耗能量的同時被擊碎，直到能量全部消耗掉為止，最后脫離破碎腔，經(jīng)排料口排出。物料的破碎過程是物料顆粒之間的能量交換，從而提高了能量的利用率。自沖擊破碎機最顯著的特點主要表現(xiàn)在破碎發(fā)出在石料與石料之間，使設(shè)備的損耗大大降低，減少了維修了量，延長了設(shè)備的使用壽命。同時產(chǎn)品粒度等級不因機件的磨損而改變，破碎效率也保持恒定。破碎機的內(nèi)部本身形成空氣流通系統(tǒng)，因此它對周圍的環(huán)境污染很小。由于細小的物料顆粒所具有的動能小，破碎的可能性也很小，從而可以避免過粉磨現(xiàn)象的產(chǎn)生。自沖擊破碎機選擇性破碎，可生產(chǎn)優(yōu)形粒料，是一種高能量利用率設(shè)備。自沖擊破碎機主要是用于路用碎石系統(tǒng)的三級或四級破碎，生產(chǎn)中、細碎石和砂，也可降低轉(zhuǎn)子的速度而用于粗細石料的整形，以提高產(chǎn)品立方體顆粒含量。 二、計算機輔助的軟件 電子計算機是現(xiàn)代科學技術(shù)發(fā)展的重大成就之一，現(xiàn)已普及應(yīng)用到各個領(lǐng)域，以電子計算機為主要技術(shù)手段，將大大減輕科技人員的腦力勞動和體力勞動，甚至能夠完成人力所不及的工作，從而促進科學技術(shù)和生產(chǎn)的發(fā)展。在機械制造領(lǐng)域中，隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展，用戶對各類產(chǎn)品的質(zhì)量，產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度，以及產(chǎn)品從設(shè)計、制造到投放市場的周期都提出了越來越高的要求。在當今高效益、高效率、高科技競爭的時代，要適應(yīng)瞬息萬變的市場要求，提到產(chǎn)品質(zhì)量，縮短周期，就必須采用先進的制造技術(shù)。計算機技術(shù)與機械制造技術(shù)相互結(jié)合與參透，產(chǎn)生了計算機輔助設(shè)計與輔助制造這樣一門綜合性的應(yīng)用技術(shù)，簡稱CAD/CAM。他具有高智力、知識密集、綜合性強、效益高等特點，是當前世界上科技領(lǐng)域的前言課題。CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展，不僅改變了人們設(shè)計、制造各種產(chǎn)品的常規(guī)的方式，有利于發(fā)揮設(shè)計人員的創(chuàng)造性，還將提高企業(yè)的管理水平和市場競爭能力。 隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，CAD/CAM技術(shù)在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，成為當代最杰出的工程技術(shù)成就之一。尤其在當前改革開放形式下，面臨著日益激烈的市場競爭，如何提高本單位的應(yīng)變和生存能力，參與國際合作，是擺在各個企業(yè)面前的尖銳問題。CAF/CAM技術(shù)從根本上改變了傳統(tǒng)的設(shè)計、生產(chǎn)、組織模式，對于推動現(xiàn)有企業(yè)的技術(shù)改造、帶動整個產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變革、發(fā)展新興技術(shù)、促進經(jīng)濟增長都具有十分重要的意義。因此，世界各國都把發(fā)展CAD/CAM技術(shù)作為他們的戰(zhàn)略目標。我國把繼續(xù)開展“CAD應(yīng)用工程”作為“九五”期間的重點項目，并于1996年正式啟動實施。同時，CAD/CAM技術(shù)作為CIMS的核心技術(shù)和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，它的發(fā)展與應(yīng)用程度已成為衡量一個國家科技進步和工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標志之一。 CAD/CAM技術(shù)從生產(chǎn)到現(xiàn)在，經(jīng)歷了形成、發(fā)展、提高和集成等階段。 我國的CAD/CAM技術(shù)的引進是從60年代開始的，最早起步于航空工業(yè)，最近幾年發(fā)展很快，現(xiàn)已在機械、電子、建筑、汽車、服裝等行業(yè)逐步進入實用階段。一方面，直接引進一些國際水平的商品化軟件投入實際應(yīng)用，另一方面，很多研究單位自行開發(fā)CAD/CAM系統(tǒng)，有些已達到國家先進水平，進一步促進了CAD/CAM技術(shù)在我國的應(yīng)用和發(fā)展。 機械最優(yōu)化設(shè)計，就是在給定的載荷或環(huán)境條件下，在對機械產(chǎn)品的性態(tài)、幾何尺寸關(guān)系或其他因素的限制范圍內(nèi)，選取設(shè)計變量，建立目標函數(shù)并使其獲得最優(yōu)值的一種新的設(shè)計方法。設(shè)計變量、目標函數(shù)和約束條件這三者在設(shè)計空間的幾何表示中構(gòu)成的設(shè)計問題。 當然，要建立能反映客觀工程實際的，完善的數(shù)學模型并不是一件容易的事。另外如果所建立的數(shù)學模型的數(shù)學表達式過于復(fù)雜，涉及的因素很多，在計算撒謊能夠也會出現(xiàn)困難。因此，要抓主要矛盾，盡量使問題合理有時也會改善優(yōu)化結(jié)果。 實踐證明，最優(yōu)化設(shè)計是保證產(chǎn)品具有良好的性能，減輕自重或體積，降低工程造價的一種有效設(shè)計方法。同時也可使設(shè)計者從大量煩瑣和重復(fù)的工作中解脫出來，使之有更多的精力從事創(chuàng)造性的設(shè)計，并大大提高設(shè)計效率。 近十年幾來，最優(yōu)化設(shè)計方法已陸續(xù)用到建筑結(jié)構(gòu)、化工、冶金、鐵路、航天航空、造船、機床、汽車、自動控制系統(tǒng)、電力系統(tǒng)以及電機、電器等工程設(shè)計領(lǐng)域，并取得了顯著效果。其中在機械設(shè)計方面的應(yīng)用雖尚處于早期階段，但也已經(jīng)取得了豐碩的成果。一般來說，對于工程設(shè)計問題，所涉及的因素越多，問題越復(fù)雜，最優(yōu)化設(shè)計結(jié)果所取得的效益就越大。 目標函數(shù)是以設(shè)計變量來表示設(shè)計所要追求的某種性能指標的解析表達式。通常，設(shè)計所要追求的性能指標較多，顯然應(yīng)以其中最重要的指標作為設(shè)計追求的目標，建立目標函數(shù)。這里我們按體積最小建立目標函數(shù)。 設(shè)計變量是能影響設(shè)計質(zhì)量或結(jié)果的可變參數(shù)。但如果將所有能影響設(shè)計質(zhì)量的參數(shù)都列為設(shè)計變量，將使問題復(fù)雜化，而且也沒有必要。因此，應(yīng)對影響設(shè)計指標的所有參數(shù)進行分析、比較，從中選擇對設(shè)計質(zhì)量確有顯著影響且能直接控制懂得獨立參數(shù)作為設(shè)計變量，其他參數(shù)則作為常量來處理。在一個最優(yōu)化設(shè)計問題中，設(shè)計變量太多，將使問題變得十分復(fù)雜：而設(shè)計變量太少，則設(shè)計的自由度少，不能求得最優(yōu)化的結(jié)果。因此，應(yīng)根據(jù)具體設(shè)計問題綜合考慮這兩個方面，合理地選取設(shè)計變量。 目前通用減速器雖已有標準系列，但其參數(shù)的配合并不見得是最優(yōu)的。而現(xiàn)在的優(yōu)化方法都比較成熟，且有通用優(yōu)化程序，只需編制目標函數(shù)和約束條件，用計算機進行優(yōu)化計算就能在短時間內(nèi)得到最佳設(shè)計結(jié)果。減速器優(yōu)化的目標可以很多，但最小的體積可以節(jié)省材料、降低成本，且可滿足許多特殊工況場合。 目標函數(shù)取決于設(shè)計變量，而在很多實際問題中設(shè)計變量的取值范圍是有限的或必須滿足一定的條件。在最優(yōu)化設(shè)計中這種對設(shè)計變量取值的限制條件，稱為約束條件或設(shè)計約束，簡稱約束。約束的形式，可能是對某個或某組設(shè)計變量的直接限制，這時稱為顯約束；也可能是對某個或某組設(shè)計變量的間接限制，這時稱為陰約束。另一種分類法是將設(shè)計約束分為邊界約束和形態(tài)約束。從理論上說，有一個等式約束就有從優(yōu)化過程中消取一個設(shè)計變量的機會，或降低一個設(shè)計自由度的機會。但消取過程在代數(shù)上有時會很復(fù)雜或難于實現(xiàn)，故并不能經(jīng)常采用這種方法。不等式約束的概念對結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化設(shè)計特別重要。例如，在僅有應(yīng)力限制的問題中，若只規(guī)定等式約束，則所有的方法都將得出滿應(yīng)力設(shè)計，而這未必就是最小重量設(shè)計。因此，要得到最優(yōu)點就必須允許設(shè)計中的所有應(yīng)力約束并不都以等式形式出現(xiàn)，即應(yīng)有不等式約束。 選取設(shè)計變量、列出目標函數(shù)、給定約束條件后便可構(gòu)造最優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學模型。建立數(shù)學模型是最優(yōu)化過程中非常重要的一步，數(shù)學模型直接影響設(shè)計效果。對于復(fù)雜的問題，建立數(shù)學模型往往會遇到很多困難，有時甚至比求解更為復(fù)雜。這時要抓住關(guān)鍵因素，適當忽略不重要的成分，是問題合理簡化，以易于列出數(shù)學模型。另外，對于復(fù)雜的最優(yōu)化問題，可建立一個數(shù)學模型后由于不能求得最優(yōu)化解而必須改變數(shù)學模型的形式。由次可見，在最優(yōu)化設(shè)計工作中開展對數(shù)學模型的理論研究，十分重要。 鑒于機械最優(yōu)化設(shè)計問題多數(shù)于約束非線形規(guī)劃問題。通常在選擇最優(yōu)化方法時，首先應(yīng)明確數(shù)學模型的特點。例如問題的規(guī)模，目標函數(shù)及約束函數(shù)的性質(zhì)以及計算精度等。這些特點是選擇最優(yōu)化方法的主要依據(jù)。 選擇最優(yōu)化方法時，必須還要考慮它本身及其計算程序的特點。列如，該方法是否已有現(xiàn)成的程序可用；編制程序所要花費的代價；程序的通用性或普遍性，即能否用它來解多種類型的問題；解題規(guī)模；使用該程序的簡便性及計算機執(zhí)行該程序需要花費的時間和費用；程序的機動性；該方法的收斂速度、計算精度、穩(wěn)定性及可靠性等。 考慮到為形成和編寫程序所需花費的代價較高，因此一般都應(yīng)該選用以有現(xiàn)成程序中可用的最優(yōu)化方法。如果不是為了研究最優(yōu)化方法本身，或者不是為了取得某些規(guī)律和經(jīng)驗，則采用以有的形成程序或適當修改后就可用的現(xiàn)成程序，會大大節(jié)省時間。 是否值得付出一定代價去遍制新程序取決于其經(jīng)濟效益。如果這個程序能帶來明顯的效益，例如他能求解整整一大類最優(yōu)化設(shè)計問題，甚至能夠成為最優(yōu)化計算的通用程序庫的一部分，則為形成該程序所花費的代價，將由程序本身的通用性所收到得補償。 無約束最優(yōu)化方法最容易程序化，也最容易排除計算中所出現(xiàn)的故障。在約束最優(yōu)化方法中，懲罰函數(shù)內(nèi)點法的計算程序也是最簡單的，但它需要有一個初始點。從程序本身來看，則各種懲罰函數(shù)方法通常是最省力的。 有些方法可以拆成一些彼此獨立的部分，從而可由幾個人同時分別寫出個部分程序，然后組合到一起。 程序的通用性或普遍性，是指該程序能夠用于求解其它問題的程度。他與編寫各種最優(yōu)化方法的程序時，都應(yīng)盡可能地引進那些以有的卓有成效的子程序，或盡量使所編程序的某部分在別的場合也能使用。 程序的使用簡便性取決于：該方法所需要的初始數(shù)據(jù)的多少及將其輸入計算機的工作量；在計算過程中是否需要進行調(diào)整以及為解釋最后的輸出結(jié)果所要花費的時間等。這些固然與程序本身有關(guān)，也與選擇的最優(yōu)化方法有關(guān)。例如懲罰函數(shù)內(nèi)點法需要給出一個可行的初始點、懲罰參數(shù)的初始值及某個收斂準則；可行方向法要求有可行的初始點、約束面容差和其他一些參數(shù)等。如果可初始點極難給出，則應(yīng)選用不許要這種可行的初始點的方法。在比較各種最優(yōu)化方法時，計算機執(zhí)行這些程序需要花費的時間和費用應(yīng)受到較多的重視，計算效率或收斂速度應(yīng)是一項主要考慮的因素，這些可統(tǒng)稱為程序的有效性。用隨機試驗法在中型計算機上即使計算一個中小型問題也得耗去1-2個小時的時間。對于這種中小型問題，采用隨機方向探索較適宜，其計算精度雖不及其他方法好，但對于一般實際工程問題已足夠了，另外，從程序的使用簡便性來說也是好的，但要先找出一個可行的初始點。對于具有明確分析公式而且變量個數(shù)適中的設(shè)計問題來說，懲罰函數(shù)法較好，而其中內(nèi)點法又是最有效的。如果是應(yīng)用近似分析法的話，內(nèi)點法更是特別有用。對于具有線性約束的非線性規(guī)劃問題，使用梯度投影法效果最好。對于容易求導的問題，某些可行方向法可能是最有效的；對于不易求導的問題，采用懲罰函數(shù)法與另一種不需要計算梯度的無約束最優(yōu)化方法相結(jié)合的方法，或許是最適宜的。對于目標函數(shù)和約束函數(shù)比較復(fù)雜的問題，某些可行方向法可能是最有效的；對于不易求導的問題，采用懲罰函數(shù)法與另一種不需要計算梯度的無約束最優(yōu)化方法相結(jié)合的方法，或許是最適宜的。對于目標函數(shù)和約束函數(shù)比較復(fù)雜的問題，應(yīng)盡量選用不需要計算函數(shù)梯度的方法和迭代過程中調(diào)用函數(shù)值次數(shù)少的方法，如隨機方向探索法。但當目標函數(shù)和約束函數(shù)為高度非線性（嚴重扭曲）時，則應(yīng)選用穩(wěn)定性較好的方法，例如變尺度BFGS法與懲罰函數(shù)內(nèi)點法相結(jié)合的方法。所謂穩(wěn)定性好的方法是指當遇到高度非線性函數(shù)時，不會因計算機字長的截斷誤差和方法的精度誤差而影響迭代過程，中斷計算。對于目標函數(shù)的一階導數(shù)不連續(xù)的問題，采用Powll法與懲罰函數(shù)內(nèi)點法相結(jié)合的方法比較有效。從可靠性來看，直接解法和內(nèi)點法比較好?？煽啃允呛饬拷忸}成功的比率。所謂可靠性好的方法，是指它在各種條件下都能求得最優(yōu)解。內(nèi)點法也可以取得較高的精確度，但也要事先找到一個可行的初始點。如果取得可行的初始點很苦難，則可改用外點法。但當懲罰因子時，懲罰函數(shù)靠近邊界處的幾何形狀會越來越 抖，給數(shù)值計算帶來實質(zhì)性的困難。為了克服這個缺點，增廣拉格朗日乘子法對懲罰函數(shù)法的改進是成功的，它在收斂速度和數(shù)值穩(wěn)定性方面又比一般的懲罰函數(shù)法優(yōu)越。作為實際最優(yōu)化工具，使用不包括拉格朗日乘子的SUMT法已成為過時。對于多變量多約束條件的大型問題，采用可行方法比較有效，當然其程序是復(fù)雜的。 從程序的機動性來考慮，應(yīng)當說懲罰函數(shù)法與不用梯度的無約束最優(yōu)化方法相結(jié)合的方法是最好的。因為在這類方法中，能較容易地修改目標函數(shù)或約束條件，加進或減去一些約束，甚至把問題中的各個部分的地位進行交換。而那些直接方法或者是和用到梯度的無約束最優(yōu)化方法結(jié)合起來的懲罰函數(shù)方法，則就很難作出這樣一些變更了。不言而喻，所謂程序的機動性，是指它可以如上述用多種辦法來求解，或改進一個特定設(shè)計問題的能力。 第三節(jié) 幾種常見破碎機的介紹 一、錘式破碎機 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程?，F(xiàn)有的破碎機有：顎式破碎機、圓錐破碎機、沖擊式破碎機和輥式破碎機[1]。反擊式破碎機和錘式破碎機都屬于以沖擊作用為主來破碎脆性物料的機器，故常被稱為沖擊式破碎機。作為沖擊式破碎機的一種，錘式破碎機與以擠壓作用為主的破碎機，如顎式、圓錐和輥式破碎機等相比，結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、破碎比大，產(chǎn)品顆粒好，設(shè)備重量輕等諸多優(yōu)點在各行業(yè)中被廣泛使用，特別是隨著建材行業(yè)的發(fā)展，錘式破碎機無論是從結(jié)構(gòu)上，還是在材質(zhì)上都進行了較大的改進。錘式破碎機的主要工作部件為帶有錘子（又稱錘頭）的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子由主軸、圓盤、銷軸和錘子組成。電動機帶動轉(zhuǎn)子在破碎腔內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)。物料自上部進料口送入機身內(nèi)，受高速運動的錘子的打擊、沖擊、剪切、研磨作用而粉碎。在轉(zhuǎn)子下部，設(shè)有篩板、粉碎物料中小于篩孔尺寸的粒級物料通過篩板排出，大于篩孔尺寸的粗粒級物料阻留在篩板上繼續(xù)受到錘子的打擊和研磨， 最后通過篩板排出機外。錘式破碎機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。其物料的抗壓強度不超過100兆帕，濕度不大于15%。 沖擊式破碎機是采用沖擊原理來破碎物料的，其打擊件，如：錘頭、板錘、反擊板等，在使用中磨損甚快，轉(zhuǎn)子是錘式破碎機的主要工作部件，主軸是支承轉(zhuǎn)子的重要零件，它承受較大的循環(huán)沖擊力，因此要求主軸具有較高的強度和韌性，并選配可承受較重沖擊負荷的軸承。這種缺陷，在相當長時期內(nèi)，限制沖擊式破碎機的適用范圍，只能用于中硬物料的破碎。 二、顎式破碎機 (1)新型顎式破碎機 1858年，埃里一布雷克(E1．Blake)取得專利權(quán)，制造雙肘板顎式破碎機，現(xiàn)在最常用的顎式破碎機是布雷克的顎式破碎機和更近代制造的單肘板顎式破碎機。顎式破碎機最大的弱點之一，是它們在一個工作循環(huán)內(nèi)只有一半時間進行工作。80年代以來，我國顎式破碎機的研制與改進取得了一定成果，如我國破碎專家王宏勛教授和他的學生丁培洪碩士引用了“動態(tài)嚙角”的概念，開發(fā)GⅪJE系列深腔顎式破碎機，當時在國內(nèi)引起一定的轟動。該機與同種規(guī)格破碎機相比，在相同工況條件下，處理能力可提高2O～25 ，齒板壽命可提高1～2倍。該機采用負支撐零懸掛，具有雙曲面腔型第二代GⅪ 250×400負支撐在第一代的基礎(chǔ)上進行了全面改進，增大了破碎比，降低了產(chǎn)品粒度，最大給料粒度為220 mm，產(chǎn)量5～16 t／h，排料口調(diào)整范圍為10～40 mm，給料抗壓強度<300 MPa。PEY4060液壓保險顎式破碎機，以液缸為過載保護裝置，正支撐、正懸掛、深破碎腔。該機最大給料粒度為340 mm，排料調(diào)整為30～100mm，生產(chǎn)能力為10～40 t／h。北京礦冶研究總院林運亮等人，與上海多靈一沃森機械設(shè)備有限公司合作開發(fā)了PED低矮可拆式顎式破碎機。該機是一種適于井下作業(yè)特殊條件下的新型顎式破碎機。機械本身高度低，動顎位置低，固定顎位于動顎和偏心軸之間。多靈一沃森機械設(shè)備有限公司的戎吉華高級工程師集多年實踐經(jīng)驗，設(shè)計了目前國內(nèi)最大的12OO×15OO復(fù)擺顎式破碎機。 (2)顎輥破碎機 將高效節(jié)能的顎式破碎機和對輥破碎機有機的結(jié)合在一起，研制出了顎輥破碎機。該設(shè)備采用單電機或柴(汽)油機驅(qū)動，當整機放在拖車上被牽引拖動時，便成為移動式顎輥破碎機。顎輥破碎機的工作原理是：電機或柴(汽)油機驅(qū)動下部對輥破碎機主動輥部，主動輥部經(jīng)過橋式齒輪帶動被動輥部反向運轉(zhuǎn)。同時，主動輥部另一端經(jīng)膠帶傳動帶動上部顎式破碎機工作。通過調(diào)整對輥破碎機的安全調(diào)整裝置，調(diào)整兩輥間的間隙，可得到最終要求的粒度。顎輥破碎機具有破碎比大(15～16)、高效節(jié)能、體積小、重量輕、驅(qū)動方式多樣和移動靈活、可整機也可分開單獨使用等特點，特別適于深山區(qū)中小型礦山和建筑工地材料的破碎，也可作為“移動式選廠”的配套破碎系統(tǒng)。 (3)大傳動角顎輥破碎機 一種大傳動角顎輥破碎機克服了復(fù)擺顎輥破碎機的抬礦、機體高、主軸承受力大等缺點，它具有如下優(yōu)點：用較小的偏心距能得到較大的水平行程，因而可降低能耗，動顎與給料口方向一致，從而排出復(fù)擺顎輥破碎機的抬礦作用。肘板置于動顎給料口后部，使機器高度降低，適于井下移動式破碎機上。原上海建材工業(yè)學院利用“固定容積”原理，推導出有獨特見解的修正高斯曲線方程，利用該方程設(shè)計出新一代的PEX一150×750一A 型細碎顎式破碎機，該設(shè)備的破碎腔為“直線一外旋輪線一修正高斯曲線”型高深式破碎腔。該機與國內(nèi)同類產(chǎn)品相比，具有運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、破碎比大、產(chǎn)量高(提高2O 左右)、噪音小、運行費用低等特點。該產(chǎn)品已獲得國家專利，主要用于水泥、選礦、冶金、陶瓷、化工等行業(yè)各種磨機的預(yù)粉碎(細碎)。 (4)雙動顎式破碎機 沈陽黃金學院與遼寧紅透山機械廠聯(lián)合研制的SEP一25型雙動顎式破碎機，其破碎比可達12，與同規(guī)格舊型顎式破碎機對比，生產(chǎn)能力提高60 ～100 ，電耗降低30 ～5O 。北京礦冶研究總院也生產(chǎn)雙動顎式破碎機。 三、單齒輥破碎機 針對用于粉碎煤的單齒輪破碎機存在效率低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、受力不均勻等特點，華北工學院開發(fā)了新一代915單齒輥破碎機。這種破碎機有兩種結(jié)構(gòu)型式：第一種結(jié)構(gòu)型式將原來的拉力彈簧改為推力彈簧，彈簧彈力為490kN 拉桿鉸接在顎板上，兩端帶有M100×4螺紋，分別裝有兩個旋緊螺母；左端螺母用于調(diào)整顎板位置，即出料口間隙，右端螺母用于調(diào)整彈簧彈力，拉桿插在裝于機體上的支座上，支座孔為上下可調(diào)的長方形，用以調(diào)整產(chǎn)品的粒度。這種結(jié)構(gòu)降低了機體高度，縮短了拉桿長度，使結(jié)構(gòu)更為緊湊。第二種結(jié)構(gòu)利用顎式破碎機的楔形調(diào)整機構(gòu)和雙輥破碎機的主動輥軸相結(jié)合，吸收了兩者的優(yōu)點，如：進料口大，輥子表面可裝有不同尺寸的破碎齒板，顎板上鑲有可更換的耐磨襯板，出料口大小可通過推力板上的長方形螺孔調(diào)整。與同規(guī)格的顎式破碎機或雙輥破碎機相比，這類設(shè)備的破碎能力可增大幾倍，效率可提高30 ?，F(xiàn)已調(diào)試出F915×1000單齒輥破碎機，生產(chǎn)能力達140 t／h，最大進料口尺寸為500 mm，出料粒度為50～100 mm，產(chǎn)品粒度比較均勻。同時，由于這種結(jié)構(gòu)的破碎機有預(yù)碎和破碎兩個區(qū)域，破碎后的物料受齒輥撥動而被強制排出機體外，所以更適用于處理較粘的潮濕物料。 四、回轉(zhuǎn)式破碎機 (1)回轉(zhuǎn)式破碎機 回轉(zhuǎn)式破碎機最初見于6O年代的聯(lián)邦德國，由于國外大型礦山要求大型機械，而剛剛問世的回轉(zhuǎn)破碎機沒有得到發(fā)展。8O年代初期，由于中小型礦山的迅速發(fā)展，我國研究工作者開始對回轉(zhuǎn)破碎機進行進一步的研制。眾所周知，破碎設(shè)備的好壞，主要是取決于破碎腔的設(shè)計，破碎腔能夠體現(xiàn)設(shè)備的生產(chǎn)能力、功耗、鋼耗及破碎產(chǎn)品質(zhì)量等重要性能指標?；剞D(zhuǎn)式破碎機主要由回轉(zhuǎn)輥、懸掛裝置、保險裝置、調(diào)整機構(gòu)、拉緊裝置、轉(zhuǎn)動系統(tǒng)及機架組成，其破碎腔由固定凹面破碎板和破碎回轉(zhuǎn)輥組成。物料的破碎是通過回轉(zhuǎn)輥的偏心運轉(zhuǎn)來完成的，其破碎腔嚙角具有靜態(tài)和動態(tài)變化功能。該機破碎腔的嚙角是自上而下逐漸減小的，這可有效地防止排料口堵塞，使排料順暢，并可實現(xiàn)高頻破碎，且破碎過程又是漸進的。因此，破碎效率高、能量集中、磨損小。PH 型回轉(zhuǎn)式破碎機的破碎作用，發(fā)生于破碎回轉(zhuǎn)輥偏心位置附近，破碎腔中的物料由上至下依次被破碎。物料的破碎主要靠擠壓、劈裂、彎曲、磨削等作用。當偏心轉(zhuǎn)離破碎腔時，巳被破碎的合格物料由排料口排出。排料過程，一是靠重力自然排料；二是靠“強制排料”。破碎輥可相對于偏心軸自由回轉(zhuǎn)，根據(jù)作用力矩的大小和方向，輥筒有正轉(zhuǎn)(與偏心軸旋轉(zhuǎn)相同)、不轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)3種狀態(tài)，轉(zhuǎn)速也有快慢之分，這樣可有效地使破碎輥面磨損均勻?；剞D(zhuǎn)式破碎機具有變嚙角、高密度破碎、依次漸進破碎、高頻破碎和強制排料等特點。 (2)雙腔回轉(zhuǎn)式破碎機 為更好地發(fā)揮回轉(zhuǎn)破碎機的作用，將pH 破碎機的輔助破碎腔改成與主破碎腔對稱形式，這就是雙腔回轉(zhuǎn)破碎機，其有以下優(yōu)點：① 破碎回轉(zhuǎn)輥筒呈正反擺轉(zhuǎn)，使物料的破碎更加有效；② 對稱副腔的增設(shè)，使破碎過程的空行程縮短，產(chǎn)量增加30～40 。PSH系列雙腔回轉(zhuǎn)破碎機由于破碎輥采用了高強度耐磨焊層，可以破碎抗壓強度為600 MPa以上的物料，對Al含量為87.5 的耐火材料，可以很容易破碎。北京市京海鷹礦山工程設(shè)備公司生產(chǎn)五鷹牌PSH系列雙腔回轉(zhuǎn)破碎機，與同規(guī)格的顎式破碎機相比，該機的生產(chǎn)能力比顎式破碎機提高近1倍，能耗降低40 ，鋼耗降低50 以上，破碎產(chǎn)品粒度分布均勻，顆粒尺寸嚴格，粒形呈立方狀，使其在礦山加工和建筑石料破碎等方面展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。另外，PSH 回轉(zhuǎn)式破碎機工作時振動小，可平穩(wěn)工作，空載噪音與顎式破碎機相比降低3O ，能耗降低4O ，鋼耗降低5O以上，破碎產(chǎn)品粒度分布均勻，顆粒尺寸嚴格，粒形呈立方狀，使其在礦山加工和建筑石料破碎等方面展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。另外，PSH 回轉(zhuǎn)式破碎機工作時振動小，可平穩(wěn)工作，空載噪音與顎式破碎機相比降低30。 第四節(jié) 課題的來源和研究意義 一、本課題來源 本文是針對破碎機的基礎(chǔ)上提出來的，論文以破碎機中的錘式破碎機為例，進行了相關(guān)研究計算。 二、本課題研究意義 機械設(shè)計課程設(shè)計是為機械類專業(yè)和近機械類專業(yè)的學生在學完機械設(shè)計及課程以后所設(shè)置的一個重要的實踐教學環(huán)節(jié)，也是學生第一次全面，規(guī)范地進行設(shè)計 訓練，其主要目地是： 1） 培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的設(shè)計思想，訓練學生綜合運用機械設(shè)計課程和其他先修課程的基礎(chǔ)理論并結(jié)合生產(chǎn)實際進行分析和解決工程實際問題的能力，鞏固，深化和擴展學生有關(guān)機械設(shè)計方面的知識。 2） 通過對通用機械零件，常用機械傳動或簡單機械 的設(shè)計，使學生掌握一般機械設(shè)計的程序和方法，樹立正確的工程設(shè)計思想，培養(yǎng)獨立，全面，科學的工程設(shè)計能力。 3） 在課程設(shè)計的實踐中對學生進行設(shè)計基本技能的訓練，培養(yǎng)學生查閱和使用標準，規(guī)范，手冊，圖冊及相關(guān)技術(shù)資料的能力以及計算，繪圖，數(shù)據(jù)處理，計算機輔助設(shè)計等方面的能力。 隨著全球經(jīng)濟一體化進程的加快以及中國加入WTO多年這一現(xiàn)實，我國的制造業(yè)企業(yè)不僅要承受國內(nèi)市場的激烈競爭，而且還要面臨國外同類產(chǎn)品的猛烈沖擊。制造企業(yè)為提高自身競爭力擴展企業(yè)生存空間，必須不斷增強創(chuàng)新能力、縮短交貨周期、提高用戶化程度。 產(chǎn)品需求的多樣化、復(fù)雜化，產(chǎn)品生命周期的縮短以及產(chǎn)品市場的全球化，迫切要求產(chǎn)品設(shè)計和制造以最快的速度、最高的質(zhì)量、最低的成本和最好的服務(wù)來適應(yīng)多變的市場需求，所以制造業(yè)的競爭也是圍繞時間、質(zhì)量、成本和服務(wù)的競爭。以計算機技術(shù)為核心的現(xiàn)代設(shè)計過程推動了產(chǎn)品開發(fā)生產(chǎn)手段從“手工”向“自動”的轉(zhuǎn)變，三維產(chǎn)品參數(shù)化模型的廣泛應(yīng)用，使產(chǎn)品模型表示的數(shù)據(jù)量越來越大，不僅包含產(chǎn)品的外形、尺寸的幾何信息，還可以包括分析、加工、材料、特性等數(shù)據(jù)。這樣的產(chǎn)品模型可以直接進入CAPP與CAM系統(tǒng)進行工藝規(guī)劃和加工NC代碼編程，而加工代碼可以輸入NC機床、加工中心控制加工過程。產(chǎn)品的參數(shù)化模型加強了產(chǎn)品設(shè)計與制造的連接，提高了產(chǎn)品開發(fā)的效率。提高機械產(chǎn)品信息描述模型的完備性和連續(xù)性，將產(chǎn)品的快速設(shè)計與制造通過產(chǎn)品參數(shù)化模型連接成一個有機整體，使產(chǎn)品開發(fā)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)都建立在通用的產(chǎn)品模型基礎(chǔ)上，對于現(xiàn)代制造企業(yè)具有重要的意義。 隨著時代的發(fā)展，生產(chǎn)力的不斷提高，過去的那種中小型的破碎機以及能滿足我們的生產(chǎn)力需求，這時高效，節(jié)能，的大型的破碎機也就應(yīng)運而生。我選擇了重錘式破碎機，在原來的錘式破碎機的基礎(chǔ)上提高它的生產(chǎn)效率。 第五節(jié) 研究現(xiàn)狀 在對礦物的加工過程中，破碎是能耗很大的生產(chǎn)環(huán)節(jié)之一。但破碎設(shè)備種類很多，對不同的礦物其破碎效果也大不相同。因此，合理設(shè)置破碎系統(tǒng)，選用和推廣高效率、低能耗、經(jīng)濟、耐用的新型破碎設(shè)備，無論是對節(jié)能降耗，還是對提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，進而提高企業(yè)的整體效益均具有十分重要的意義。錘式破碎機是經(jīng)高速轉(zhuǎn)動的錘體與物料碰撞破碎物料的，它具有結(jié)構(gòu)簡單，破碎比大，生產(chǎn)效率高等特點，可作干、濕兩種形式破碎，錘式破碎機適用于礦山、水泥、煤炭、冶金、建材、公路、燃化等部門對中等硬度及脆性物料進行細碎。錘式破碎機可根據(jù)用戶要求調(diào)整蓖條間隙，改變出料粒度，以滿足不同用戶的不同需求。 錘式破碎機是冶金、建材、化工和水電等工業(yè)部門中細碎石灰石、煤或其他中等硬度以下脆性物料的主要設(shè)備之一，具有破碎比大，生產(chǎn)能力高，產(chǎn)品粒度均勻等特點。我設(shè)計制造錘式破碎機，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)先進，性能可靠，工作平穩(wěn)，能耗低。 現(xiàn)在市場上的機器有很多種工作形式，有顎式破碎機，單齒輥破碎機，回轉(zhuǎn)式破碎機，環(huán)錘式破碎機，反擊式破碎機， 實驗室破碎機， 對輥破碎機 　圓錐破碎機等等。以下是大型破碎機的結(jié)構(gòu)設(shè)計，下面介紹一種使用大型錘式破碎機破碎的例子：大型錘式破碎機主要是靠沖擊作用來破碎物料的。破碎過程大致是這樣的，物料進入破碎機中，遭受到高速回轉(zhuǎn)的錘頭的沖擊而破碎，破碎了的物料，從錘頭處獲得動能，從高速沖向架體內(nèi)擋板，篦條，與此同時物料相互撞擊，遭到多次破碎，小于篩條之間隙的物料，從間隙中排出，個別較大的物料，在篦條上再次經(jīng)錘頭的沖擊，研磨，擠壓而破碎，物料被錘頭從間隙中擠出。從而獲得所需粒度的產(chǎn)品【23】。 第六節(jié) 本課題研究要解決的問題和采用的研究方法 一、本課題主要解決的問題 1. 進料口的尺寸。 2. 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。 3. 錘頭的鋼度要求。 4. 錘頭在轉(zhuǎn)盤排列密度。 5. 重錘式破碎機的外型尺寸。 6. 轉(zhuǎn)盤的回轉(zhuǎn)直徑。 7. 電動機的功率。 8. 篦條的鋼度。 錘式破碎機在工作過程中，當?shù)V石進入破碎機后，將受到高速回轉(zhuǎn)錘頭的沖擊而破碎，錘頭的沖擊將會直接傳遞到錘體、軸及軸承等，對轉(zhuǎn)載機用錘式破碎機的受力分析主要包括錘頭與錘體的受力分析、軸的受力分析以及軸承的受力分析等。將錘頭與錘體、軸以及軸承,包括鍵作為一個整體進行研究，以下將此整體稱為錘軸。錘軸實際上是一個定軸轉(zhuǎn)動的剛體,是錘式破碎機的主要執(zhí)行部分。錘軸是錘式破碎機的關(guān)鍵部件，既要求高精度，又要求高剛度,既要進行精加工工序,又要進行一定的粗加工，因此，對錘軸的靜、動態(tài)特性提出了更高的要求。主軸的中部裝有錘頭，直接參與沖擊破碎，它的性能在錘式破碎機中是舉足輕重的。 二、采用的研究手段 1.通過研究礦物破碎需要的最小力，通過動量平衡，對其進行轉(zhuǎn)速和錘頭質(zhì)量的合理設(shè)計。 2.通過求得的最小力，結(jié)合初設(shè)定的錘盤大小，求的傳動軸要承受的扭矩，進而通過材料力學的知識，求得該軸得得直徑大小，確定整個轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)及尺寸大小的分配。 3.根據(jù)任務(wù)書對轉(zhuǎn)子長度的要求，確定圓盤的厚度，確定錘盤的排數(shù)以及錘頭的個數(shù)。將轉(zhuǎn)子受力分配到每個錘頭，確定銷對應(yīng)的抗擠壓的最小允許直徑，實現(xiàn)對銷軸的校核。另外，在設(shè)計圓盤大小的時候要合理確定銷軸孔的位置，以便其同皮帶輪和慣性論的中心線一致，以便在以后調(diào)換錘頭方向的時候?qū)崿F(xiàn)快速拆卸與安裝。 4.根據(jù)軸上的縱向和橫向載荷，選擇合適的軸承型號以及尺寸大小。 5.根據(jù)傳動比，設(shè)計皮帶輪直徑，特別注意皮帶輪挖孔中心線與銷軸中心線的一致性。 6.對軸承以及軸與輪轂之間的公差及配合進行合理的選擇。 7.根據(jù)生產(chǎn)能力的計算設(shè)計篩板，選擇能夠滿足一般生產(chǎn)對濕度，顆?；瘜W腐蝕等特點的材料以及規(guī)格大小。 8 對象提進行整體設(shè)計 9.設(shè)計殼體的壁厚，以及完成對襯板的選擇與尺寸設(shè)計。 10.進行設(shè)計的局部優(yōu)化處理。 第七節(jié) 發(fā)展方向 目前國內(nèi)應(yīng)用碎石機破碎大塊礦巖，主要在卸礦口的格篩上有些應(yīng)用，而用在采礦場尚處于試驗階段，因此，應(yīng)研制適用于礦山各個主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)的多種類型的碎石機。在人口稠密地區(qū)進行采礦，更需要用碎石機代替二次爆破法破碎大塊。為了改變我國在采掘工業(yè)中破碎大塊礦巖的落后狀況，應(yīng)盡快研制適用于礦山的、大沖擊功的、機動靈活、價格便宜的、各種型號的液壓及風動碎石機。液壓碎石機不需配置壓氣設(shè)施，移動方便，更適宜在采場工作面使用，應(yīng)予優(yōu)先發(fā)展。錘式破碎機錘軸進行有限元的分析[5] 基于ANSYS/LS-DYNADUI廢鋼破碎機的仿真[6]。 第三章 大型錘式破碎機的設(shè)計思路 第一節(jié) 大型錘式破碎機的設(shè)計思路 對于大型破碎機的思路，首先重在了解已有的破碎機技術(shù)，可以說大型錘式破碎機是為了順應(yīng)新要求對已有破碎機的改造[3]。大型錘式破碎機的特點在原基礎(chǔ)上在尺寸上是要增大的，這主要是其腔體的增加，經(jīng)過計算對主軸和軸銷的確定。由于大型破碎機的進料粒度變大，這就要考慮到對巖石的二次破碎，使其較好的通過打擊達到預(yù)先的出料粒度，而且有利于保護機械的，以延長其壽命。在設(shè)計中將通過在轉(zhuǎn)子上不增添四根大梁的方式來進行通過但轉(zhuǎn)子對巖石二次破碎的改造。該大梁將要傾斜式的安裝，有助于進料在重力作用下迅速全面的移動到能夠打擊到的地方，對于較大的進料進行與襯板之間的多次打擊。該大梁的主要作用是首先避免了進料對垂頭轉(zhuǎn)子的直接打擊，保證了轉(zhuǎn)子較為平穩(wěn)的運行，在某種意義上講，這就有效地保護進料對軸承和銷軸的打擊。再則就其可以起到一個篩子的作用，將超過最大進料粒度尺寸的巖石拒之門外。以上這些作用，在以往的錘式破碎機中也有應(yīng)用，最用的特點是這次破碎大梁的尺寸并不是一最大粒度為大梁間距的，如此設(shè)計，一些較大的巖石在大梁上進行打擊，待其打擊到一定的尺寸后才進入腔體進行二次破碎。這樣的好處是避免了較大尺寸的粒度巖石非均勻的傾倒在腔體，造成腔體轉(zhuǎn)子卡死的情況。 這次設(shè)計的第二個改進是對其箱體上該的活動的改造。在以往的錘式破碎機，上箱體和下箱體的連接是靠周邊的螺母進行緊固的，這將在實際的工作中，因為拆開上箱蓋調(diào)換錘頭的時候造成了許多時間的浪費。 設(shè)計皮帶輪的時候，在充分驗證其最小直徑的同時也要考慮到其與其圓盤銷孔之間的位置關(guān)系，因為該設(shè)計是一種不可逆式錘式破碎機，其只能支持一個方向進行的轉(zhuǎn)動破碎，在工作的工作中只是單方面的磨損一邊的錘頭破碎到不能再進行工作的時候，要對其進行錘頭的調(diào)換，由于軸承等元件不適宜經(jīng)常性的拆卸，這幾要求通過皮帶輪與慣性輪值的輪輻孔對其進行敲擊移動。另外，介于以往的傳動中隨著錘頭的加長，其離心力增大，發(fā)生斷裂的頻率較高，在這次設(shè)計中，在固定轉(zhuǎn)子直徑的情況下，適當?shù)姆糯罅藞A盤的直徑，減小了錘頭的直徑。根據(jù)要求的生產(chǎn)能力，最后設(shè)計篩板[4]。 設(shè)計中涉及到的計算有對轉(zhuǎn)子主要參數(shù)的確定[7]，錘頭碰撞中心位置的確定[8]，錘頭打擊平衡的計算[9]，銷孔碰撞反力的定量計算[10]，實現(xiàn)對錘頭快速安裝的尺寸計算[11]，錘頭使用壽命的計算[12]，電動機選用對轉(zhuǎn)速的計[13]算，生產(chǎn)能力的計算，軸[14]承在已知公稱直徑選擇下對各參數(shù)的計算[15]，螺母的剪切力計算[16]，以及相對應(yīng)的調(diào)整改進[17]和對錘式破碎機的維護[18]。 第二節(jié) 破碎機的整體結(jié)構(gòu)及布局 一、對破碎機任務(wù)書的整體理解 設(shè)計的最終目的，是滿足生產(chǎn)的要求，更具體來講就是就是滿足生產(chǎn)的任務(wù)書要求。任務(wù)書中要求，要設(shè)計一種PC-1216的破碎機，這里也就規(guī)定了轉(zhuǎn)子的直徑與長度。轉(zhuǎn)子的直徑是指從通過軸心一對錘頭的最大長度，這將直接影響圓盤的直徑以及錘頭懸掛點到錘軸的距離。轉(zhuǎn)子的長度，根據(jù)圓盤的經(jīng)驗，在很大的程度上也就決定了垂頭的排數(shù)。任務(wù)書中對電動機功率的要求對于皮帶的選擇以及軸直徑設(shè)計起到了關(guān)鍵的作用，加之，有轉(zhuǎn)子的線速度算來的轉(zhuǎn)速以及傳動比決定了軸上受到的的載荷，實現(xiàn)了軸和銷的校核計算。任務(wù)書中對于生產(chǎn)能力是要求，決定了篩子的縫隙和格子的尺寸范圍。 可以說在任務(wù)書中的信息來看，只剩下具體的計算過程了 二、破碎機的整體結(jié)構(gòu) 破碎機的整體布局如左圖所示： 其結(jié)構(gòu)可以說是比較簡單的： 電動機帶動轉(zhuǎn)子進行高速旋轉(zhuǎn)，當錘頭撞擊到巖石的時候，在撞擊瞬間，轉(zhuǎn)子的速度會有一定的損失，損失的速度通過動量定理轉(zhuǎn)化成力，對巖石進行破碎，在設(shè)計中涉及到了上蓋襯板，下蓋襯板，側(cè)襯板和圓弧層板，這是因為在破碎的過程中由于撞擊和磨損的作用要對箱體有一個損耗，襯板的作用就是為了保護箱體。襯板是一種常用件，待其磨損了，直接更換就可以，形體不受損失。對于軸承的選擇也是很重要的，破碎機是一種震動和負荷很大的機械，軸承也是一個常用件，即使是計算滿足強度要求，但在實際的工作中，由于進料硬度和內(nèi)聚力的各異性，以及進料的均勻性的不同，是很容易損害的，要盡量選用比較普通的軸承以便減少其成本。再則，對于物料進口的尺寸也是有一定的規(guī)定的。進口太小，這會影響破碎機的生產(chǎn)效率，進口太大增加了破碎機的壓力，有可能出現(xiàn)了卡死的現(xiàn)象，對設(shè)備的損壞時很嚴重的。 第四章 錘式破碎機的具體設(shè)計 第一節(jié) 傳動部件的設(shè)計 一、電動機的選擇 在本設(shè)計中，對于電動機的選擇，直接影響到后來的計算以及設(shè)計的理論性和可行性。電動機的選擇，按照任務(wù)書對該設(shè)計的說明和要求，電動機的功率限定在180kw~220kw的范圍之內(nèi)，在本設(shè)計中選擇200kw的電動機，按照在滿足設(shè)計要求下盡量低成本的基本思路，優(yōu)先選擇Y系列電動機。Y系列電動機是統(tǒng)一設(shè)計的系列產(chǎn)品，用以取代其他系列的某些電動機，適用于驅(qū)動系統(tǒng)無特殊要求的一般用途設(shè)備，可用于啟動性能，調(diào)速性能及轉(zhuǎn)差均無特殊要求的機器和設(shè)備配套，是一款性價比較高的機械，通用性比較強。 選擇電動機查閱了 機械工業(yè)出版社 實用電工電子技術(shù)手冊編委會 編的《實用電工電子技術(shù)手冊》 原動機是機器中運動和動力的來源，其種類很多，有電動機，內(nèi)燃機，蒸汽機，水輪機，汽輪機，液動機等。電動機構(gòu)簡單，工作可靠，控制簡便，維護容易，一般生產(chǎn)機械上大多采用電動機驅(qū)動。 選擇電動機的內(nèi)容包括：電動機類型、工作機所需要的功率、工作條件、結(jié)構(gòu)設(shè)計、結(jié)構(gòu)形式、容量和轉(zhuǎn)速，要確定電動機的型號。 （1）電動機的選用類型和結(jié)構(gòu)形式 電動機類型和結(jié)構(gòu)形式要根據(jù)電源（交流或直流）、工作條件(溫度、環(huán)境、空間尺寸等)和載荷特點（性質(zhì)、大小、啟動性能和過載能力情況）來選擇。沒有特殊要求時均選用交流電動機，其中以三相鼠籠式異步電動機用得最多。所以Y系列是我國所推廣的采用的新設(shè)計產(chǎn)品，適用與不易燃、不易爆、無腐蝕性氣味的場合，以及要求具有較好啟動性能的機械【23】。 Y系列三相異步電動機是按Y系列按照國際電工委會（IEC）標準設(shè)計的，具有國際互換性的特點。其中Y系列電動機為一般用途全封閉自扇冷式籠型電動機，具有防止灰塵、鐵屑或其它雜物侵入電機內(nèi)部之特點，B級絕緣，工作環(huán)境溫度不超過+40℃，相對濕度不超過95%，海拔高度不超過1000m，額定電壓380V，頻率50HZ。適應(yīng)于無特殊要求的機械上，如機床、泵、風機、運輸機、攪拌機、農(nóng)業(yè)機械等。 （2）選擇電動機的容量 標準電動機的容量由額定功率表示。所選的電動機功率應(yīng)等于或稍大于工作要求的公率。容量小于工作要求，則不能保證工作機正常工作，或使電動機長期過載、發(fā)熱大而過早損壞；容量大，則增加成本，并且由于效率和功率因數(shù)而造成浪費。 查表可知，最普通的Y系列三相異步電動機無法滿足破碎機對電動機的功率要求。對于大功率的高電壓Y型電動機，需要配置相應(yīng)的變壓器，降低了其