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1、 本科毕业论文（设计）论文题目：颚式破碎机的设计姓名：XX学号：XXXXXXXX班级：X班年级：XXXX级专业：XXXXXX学院：XXXX学院指导教师：XXX 教 授完成时间：2016年 3 月12日 作者声明本毕业论文（设计）是在导师的指导下由本人独立撰写完成的，没有剽窃、抄袭、造假等违反道德、学术规范和其他侵权行为。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。因本毕业论文（设计）引起的法律结果完全由本人承担。毕业论文（设计）成果归武昌工学院所有。特此声明作者专业：XXXXXX作者学号：XXXXXX作者签名：2016年 月 日颚式破碎机的设计Design of
2、jaw crusherLiu, Mou mou全套图纸，加1538937062016年 3 月 17 日摘 要 颚式破碎机属于矿山机械的一种，广泛应用于金属矿山、冶金工业、化学工业、建筑工业、水泥工业及砂石行业等，适用于中、细碎普氏硬度f=5-16的各种矿山和岩石，如铁矿石、有色金属矿石、花岗岩、石灰岩、石英岩、沙岩、鹅卵石等。它工作时，电机通过三角带、传动轴、传动齿轮带动偏心套旋转，动锥在偏心套作用下做旋摆运动，使动锥和定锥时而靠近时而偏离。物料在破碎腔内不断受到挤压、冲击而破碎，破碎的物料经筛选靠自重从下部排出。 本次设计的题目是颚式破碎机的设计，本文运用大学所学的知识，提出了颚式破碎机的
3、结构组成、工作原理以及主要零部件的设计中所必须的理论计算和相关强度校验，构建了颚式破碎机总的指导思想，从而得出了该颚式破碎机的优点是高效，经济，并且安全系数高，对提高矿石的破碎效率，减少人工投入等等起到了很大的作用的结论。 关键词：颚式破碎机；中心距；弯曲疲劳强度；弯曲许用应力Abstract Jaw crusher which belongs to a kind of mining machinery, widely application in metal mines, metallurgical industry, chemical industry, building industry
4、, cement and sand and gravel industry, suitable for various kinds of mines and rocks of medium and fine Platts hardness f=5-16, such as iron ore, non-ferrous metal ores, granite, limestone, quartzite, sandstone, pebbles and other. When the motor works, the electric motor drives the eccentric sleeve
5、to rotate through the triangle belt, the driving shaft and the driving gear, and the moving cone moves in the eccentric sleeve to make the moving cone and the fixed cone sometimes close to the time. The materials in the crushing cavity subjected to continuous extrusion, impact crushing, crushing the
6、 material after screening by gravity from the lower discharge. This design topic is the jaw crusher design. In this paper, the use of university knowledge, the jaw type crushing machine structure composition, working principle and main parts design must have the theoretic calculation and strength ch
7、eck, constructs the jaw crusher total refers to the guiding ideology, and concluded that the jaw crusher machine has the advantages of high efficiency, economy, and high safety factor, to improve the efficiency of the ore crushing, reduce manual input and so on plays a great role in the conclusion.K
8、ey words: jaw crusher; center distance; bending fatigue strength; permissible bending stress目 录1 绪论1 1.1颚式破碎机简介1 1.2破碎机的发展2 1.3总体方案设计32 颚式破碎机机构参数设计5 2.1啮角6 2.2动颚摆动行程s和偏心距r7 2.3传动角7 2.4肘板摆动角8 2.5连杆长度9 2.6肘板设计10 2.6.1肘板支撑方式选择12 2.6.2肘板长度计算13 2.7主轴转速15 2.8生产能力163 主要零部件计算与选择17 3.1电动机功率计算和选择18 3.2带传动设计18
9、 3.2.1带型选取19 3.2.2传动比19 3.2.3大小带轮基准直径20 3.2.4带速21 3.2.5轴间距21 3.2.6所需基准长度22 3.2.7实际轴间距22 3.2.8小带轮包角22 3.2.9单根V带传递的额定功率23 3.2.10额定功率增量23 3.2.11V带根数24 3.3 偏心轴机构设计及尺寸设计25 3.3.1偏心轴尺寸确定25 3.3.2作用在动颚上各点力的计算26 3.4 轴承的选取和校核274 主要零部件的强度校核28 4.1轴承的选取和校核29总结31致谢32参考文献33 1 绪论1.1颚式破碎机简介颚式破碎机又名老虎口,俗称颚破。颚式破碎机是由定颚和动
10、颚两块颚板组成破碎腔，模拟动物两颚的运动而完成物料破碎作业的破碎机。广泛运用于矿山建材、公路、冶炼、铁路、化工和水利等行业中大块物料与各种矿石的破碎1。颚式破碎机按照进料口宽度大小来分为大、中、小型三种,其在矿山、建材、基建等部门主要用作粗碎机和中碎机。进料口宽度小于300MM的为小型机，进料口宽度在300-600MM的为中型机，进料口宽度大于600MM的为大型机器。颚式破碎机结构简单，工作可靠，制造容易2。按照活动颚板的摆动方式不同，颚式破碎机可以分为综合摆动式颚式破碎机、复杂摆动式颚式破碎机（复摆颚式破碎机）和简单摆动式颚式破碎机（简摆颚式破碎机）三种3。本次设计为复摆颚式破碎机。传统的复
11、摆颚式破碎机由于具有结构简单、工作可靠、制造容易、维修方便、价格低廉、实用性强等优点，所以在工业上得到广泛应用。其缺点是非连续性破碎、效率低、破碎比较小、给矿不均匀引起颚板磨损不均匀等，针对其缺点，各国在以下几方面加以改进：优化结构与运动轨迹，改进破碎腔型，以增大破碎比，提高破碎效率，减少磨损，降低能耗，现已普遍应用高深破碎腔个较小啮角，改进了动颚悬挂方式和衬板的支承方式，改善了破碎机性能；颚板采用了新的耐磨材料，降低了磨损消耗；提高了自动化水平，同时也出现了一些新的机型4。复杂摆动颚式破碎机动颚板的上下运动有促进排料的作用，而且其上部的水平行程大于下部，易于破碎大块物料，故其破碎效率高于双肘
12、板式。它的缺点是颚板磨损较快，以及物料会有过粉碎现象而使能耗增高。为了保护机器的重要部件不因过载而受到损坏，常将形状简单、尺寸较小的肘板设计为薄弱环节，使它在机器超载时首先发生变形或断裂。 另外，为满足不同排料粒度的要求和补偿颚板的磨损，还增设了排料口调整装置，通常是在肘板座与后机架之间加放调整垫片或楔铁。但为了避免因更换断损零件而影响生产，也可采用液压装置来实现保险和调整。颚式破碎机还可直接采用液压传动来驱动动颚板，以完成物料的破碎动作5。1.2破碎机的发展近代的破碎机械是在蒸汽机和电动机等动力机械逐渐完善和推广之后相继创造出来的。1806年出现了用蒸汽机驱动的辊式破碎机；1858年，美国的
13、布莱克发明了破碎岩石的颚式破碎机；1878年美国发展了具有连续破碎动作的旋回破碎机，其生产效率高于作间歇破碎动作的颚式破碎机；1895年，美国的威廉发明能耗较低的冲击式破碎机6。1.2.1发展现状颚式破碎机机架占整机质量的比例很大（铸造机架占50%，焊接机架占30%）。国外颚式破碎机都是焊接机架，甚至动颚也采用焊接结构。颚式破碎机采用焊接机架是发展方向。国内颚式破碎机机架结构设计不合理实例有许多，其原因就是没按破碎机实际受力情况去布置加强筋7。国内颚式破碎机制造厂家技术水平相差很悬殊，有少数厂家的产品基本接近世界先进水平，而大多数厂家的产品与世界先进水平相比差距较大。保证颚式破碎机最佳性能的根
14、本因素是动颚有最佳的运动特性，这个特性又是借助机构优化设计所得到的。因此，颚式破碎机机构优化设计是保证破碎机有最佳性能的根本方法。借助其中机构优化设计模块对各种规格的破碎机进行优化设计，得到了最佳的动颚运动特性8。1.2.2颚式破碎机的优化颚式破碎机作为矿山石材破碎的重要设备，在我国发展最为迅速，从建国之初到现在，颚式破碎机出现了很多的型号，打破了以尺寸大小作为分类标准的局面，颚式破碎机无论如何发展，其工作原理都是固定不变的，要对颚式破碎机进行优化，也就是提高颚式破碎机的使用寿命和工作效率9。介绍颚式破碎机未来优化方向主要从三个方面：（1）钢材的选择钢材的选择也就是颚式破碎机生产材料，耐磨是破
15、碎设备最主要的要求，颚式破碎机的磨损部件主要是颚板和护板，颚板采用高质量高锰钢合金，在铸造过程中通过调整碳钢比例改善材料的硬度和耐度。 （2）颚式破碎机的结构主要包括整机外形，部件外形以及各部件组装设计的优化。颚式破碎机的机壳可以铸造和焊接，也可以使用螺栓等其他方式衔接，这样颚式破碎机在使用现场的适应能力就有了极大的提高。优化腔形，即改变齿板断面形状，得到更合理的破碎腔曲线，使给料和排料得到最好的配合，改变悬挂高度，将正悬挂高度降低，甚至降到零或者负悬挂，以增大动颚下端的水平行程。 (3)改善养护系统颚式破碎机作为首破工作强度较大，日常维护和保养一旦跟不上，会很大程度的增加设备磨损，缩短颚式破
16、碎机的寿命。目前度颚式破碎机加上循环润滑油路和冷却系统，可以有效减少设备磨损，减低日常生产的维护和养护成本10。要缩小差距并迎头赶上和超过国外先进技术，就必须增加技术投入。引进国外先进的破碎技术和装备，无疑对我国破碎机的质量和技术的发展有重大意义，但关键在于消化、吸收并将其国产化。要重视提高产品质量和配套产品质量，以使我国产品在国际市场占有一席之地1.3总体方案设计如图1所示为复摆颚式破碎机。电动机8通过小带轮及V带将运动传给大带轮，从而带动偏心轴转动。动颚4上部内孔两端的双列球面滚子轴承支承在偏心轴上。偏心轴外侧轴颈装有支座主轴承主轴承外圈与机架上的镗孔相配合，并用螺栓固定在机架上。在偏心轴
17、两外端部分别装有大带轮与飞轮5，以调整破碎机工作时主轴运转速度的波动。动颚的下部由肘板13支撑，肘板(即肘板)的另一端支承在与机架相连的调整机构12上。可在由两钢板及侧壁构成的滑道中滑动。当需要调整排料口尺寸时，只要调整螺栓9，使调整块左右移动即可完成。肘板13的两端头为圆柱面，中部有孔，比其他部位强度低。其两端圆弧和动颚4和调整块12上的衬垫接触，在破碎机工作时，两者间为纯滚动，以提高机械运转的机械效率并延长零件的使用寿命。另外，肘板为组合组合肘板，其两端为支撑块，材料为ZG45Mn，抗磨性和强度均加强，当肘板断裂时，仅更换中间件即可，较整体式肘板减少钢耗，节省资金。由于肘板与肘板衬垫间为非
18、几何锁合而是靠动颚的重量实现重力锁合，因此在机器运转时，由于动颚产生的惯性载荷，会使肘板与其衬垫周期分离而产生冲击响声，严重时甚至会使肘板从其两端衬垫中脱落。因此在动颚下端有一根拉杆通过机架上的弹簧拉杆11拉住动颚，使肘板与村垫始终保持贴合状态。1 固定颚板2 侧护板 3 活动颚板 4 动颚 5 飞轮 6 V带7 小带轮8 电动机 9 调整螺栓 10 弹簧 11 拉杆 12 调整块 13 肘板 14 衬垫 图1 复摆颚式破碎机结构图 颚式破碎机在设计时应考虑其生产能力，功耗，机重及颚板寿命等综合指标。由于破碎机的工作繁重，工作条件苛刻，且受力情况复杂，为了保证破碎机在工作中运转正常，则在设计的
19、过程中应使其满足以下要求：安全，卫生环保，节能。2 颚式破碎机机构参数设计2.1啮角破碎机钳住物料时定颚和动颚之间的夹角称作啮角。在进行破碎过程时，啮角大小的确定应该避免破碎腔内的物料跳出来以及向上滑动,因此物料和颚板工作面之间应产生足够的摩擦力，以保障物料破碎时不被挤出去11。当物料被颚板压紧时，作用在物料上的力如图2（a）所示。和分别为颚板作用在物料上的压碎力，并和颚板工作面垂直，且;摩擦力为和，由压碎力引起。它们分别平行于颚板的工作面，为物料与颚板之间的摩擦系数。物料的自重与压碎力相比很小，因此物料的自重可忽略不计。图2 物料在颚板间的受力情况如图2（a）所示，以物料的中心作为坐标系xo
20、y原点，作用于物料的力和通过坐标的原点。则它们沿x轴和y轴方向的分力的平衡方程式为: (2.1) (2.2)将式(2.1)两端乘以摩擦系数，再与式(2.2)相加，并消去压碎力，则得:或因为，故: 式中为物料与颚板之间的摩擦角。当固定颚板在如图2（b）所示的倾斜位置时，则： (2.3)欲使颚式破碎机的动颚和定颚能钳住物料并进行碎矿工作,要满足。因而要满足,即啮角必须小于摩擦角的两倍，否则物料就会跳出破碎腔，发生事故。颚式破碎机的啮角一般在1724度之间。在破碎硬物料时采用啮角的下限值， 则在破碎软物料时采用上限值。啮角的正确选择对于破碎机破碎效率的提高具有着重大意义。啮角的减小，可以增加破碎机的
21、生产率，但会引起破碎比减少;啮角的增大，破碎比虽可以增加，但同时生产率又会减少。因此，选择啮角时，应该考虑全面。本设计选2.2动颚摆动行程s和偏心距r动颚摆动行程s是破碎机最重要的结构参数。在理论上，动颚摆动行程应按物料达到破坏时所需之压缩量来确定。然而由于破碎板的变形，及其与机架间存在的间隙等因素的影响，实际选取的动颚摆动行程远远大于理论上求出的数值。由于物料在破碎腔由上向下逐渐变小，所以只要动颚上部摆动行程能够满足破碎物料需要的压缩量就可以。根据实验，破碎腔的上部摆动行程，应大于。对于复杂摆动颚式破碎机的动颚摆动行程受到排矿口宽度的限制。因为动颚下部的行程增加大于排矿口最小宽度的0.30.
22、4倍，将引起物料在破碎腔下部的过压现象。容易造成排矿口的堵塞，使负荷急剧增大，所以动颚下部的动颚摆动行程不得大于排矿口宽度的0.30.4倍。实际上，动颚摆动行程是经验数据决定的。通常对于大型颚式破碎机：s=2545mm；中小型破碎机：s=1220mm。动颚的摆动行程确定好以后，偏心轴的偏心距r可以根据初步拟定的机构尺寸利用画机构图的方法来确定。通常，对于复杂摆动式颚式破碎机：；对于简单式颚式破碎机：。根据实验，破碎机上部摆动行程应大于。实际上对于PE7501060型破碎机：可取对于复杂摆动颚式破碎机： 取 2.3传动角 连杆与肘板间夹角叫传动角。传动角影响传动效率和动颚的运动轨迹。在偏心距一定
23、情况下，增大传动角，动颚形成比变坏，即颚板垂直行程与水平行程之比变大，将加剧颚板的磨损。增加传动角，可以提高传动效率，但过大传动角会增加功耗。一般传动角在范围内。选取传动角2.4肘板摆动角 为了保证肘板在肘板垫上运动方式为纯滚动，肘板摆动角不能超过接触处摩擦角两倍，即（为肘板与肘板垫之间摩擦系数）。一般肘板摆动角为：取。2.5连杆长度连杆长度可近似按公式选取其中：破碎机进料口尺寸； 最小排料口尺寸； 啮角。则，取整为。2.6肘板设计2.6.1肘板支撑方式选择按照肘板的支撑特点，复摆颚式破碎机有两种基本型式：正支撑型（下撑式）和负支撑型（上撑式）。（1）肘板（又称推力板）向下倾斜称为正支撑型。如
24、图3-1，动颚下部的特性值很大，使得动颚和定颚衬板很快磨损，但却有较高的生产能力。 图3-1 正支撑型（下撑式） 图3-2负支撑型（上撑式）（2）肘板向上倾斜称为负支撑型。如图3-2.，动颚下部特性值很小，或者说与图3-1的动颚下部水平行程相同时，其垂直形程很小。因此，这种形式的动颚和定颚衬板的磨损将大大改善，但同时也使机器的高度和重量增大。综合对以上两种方案的具体分析，从实际应用得知，由于图3-1的破碎机结构型式具有动颚轨迹分布合理、生产能力高、结构更简单等优点，使其得到广泛应用，所以，最终采用第一种方案，即正支撑型。2.6.2肘板长度计算一般肘板长度可按公式选取：其中，动颚下端水平行程；
25、肘板摆动角； 啮角； 传动角。则肘板长度，取整为。2.7主轴转速对于颚式破碎机，动颚的摆动次数由偏心轴的转速决定。在一定的范围内，偏心轴转速增加，破碎机的生产能力相应的增加。但是，当动颚摆动超过一定的限度时，再增加转速，生产能力增加的十分缓慢，有时甚至还下降。而其功耗却迅速上升，由于过高的偏心轴转速使破碎腔的物料来不及由卸料口卸出，反而影响了生产能力的提高。为了求得偏心轴的转速，可做如下假说：（1）由于颚板较长且摆动幅度不大，故假定动颚为平移运动，啮角不变；（2）动颚离开定颚时，已破碎的物料呈梯形断面的棱柱体靠自重自由落下。 由图4可知，为了不妨碍物料排出，物料棱柱体落下时必须满足的条件，即活
26、动颚板在离开的时间t内，破碎物料必须落下的高度应为h；当偏心轴转动一周时，活动颚摆动两次。图4 破碎机物料梯形截面棱柱体设n为动颚每分钟摆动的次数，则动颚一次单向摆动的时间为： 式中：t 动颚一次单向摆动的时间，s； n 动颚每分钟摆动的次数，r/min。棱柱体在其自重的作用下自由的通过排矿口的时间：由于 ，则令，则可求得理论上的生产能力最高的动颚摆动次数为：式中： h 破碎物料落下的高度，m； g 重力加速度，。由图4可知： 式中： s 动颚下端的行程，m。由以上几式联立并简化可知： 2.8生产能力 颚式破碎机的生产能力是指在单位时间内能破碎物料的数量，也称为产量或生产率。颚式破碎机的生产能
27、力是以动颚摆动一次， 从破碎腔中排出的一个松散的棱柱体的物料为计算依据。图5 动颚行程截面图根据图5，动颚每摆动一次，排出的棱柱体断面积为：棱柱体的长度即为破碎腔的长度L，故棱柱体的体积为：若动颚每分钟摆动n次，则破碎机的生产能力为：式中：Q 破碎机的生产能力，t/h； 松散系数，取=0.250.6，对于PE7501060型破碎机可取。 考虑到此颚式破碎机颚板外型采取GUSS曲线型，通过实验证明采用此种颚板的型腔较直线型腔粒度产量可提高20%以上，故实际产量可约达：故产品生产能力满足设计要求。3 主要零部件计算与选择3.1电动机功率计算和选择通过对矿石粉碎能耗的体积假说数学表达式中体积V代替为
28、矿石破碎前、后的体积差，得到修正公式用已知参数代替、可得到复摆颚式破碎机的需用功率N为： 式中： 矿石的抗压极限压强，； 破碎机排（进）料口长度，； 矿石松散系数，。 偏心轴转速，。 破碎机进料口宽度，； 破碎机排料口宽度，； 动颚下端水平行程，； 啮角； 纵向弹性模数。表1：矿石极限强度和纵向弹性模数取值表名称抗压极限强度纵向弹性模数石灰石砂石铁矿石花岗岩正长石大理石砂岩破碎材料为矿石、建筑垃圾等脆性材料可取： 则电动机安装功率为：式中电动机安装功率；电动机备用系数，；颚式破碎机的传动效率，取，则电动机安装功率：一般V带传动的传动比i=24，所以电动机转速查机械设计手册，取电动机型号Y315
29、L-2，基本参数：同步转速 额定功率3.2带传动设计3.2.1带型选取 已知设计功率，小带轮转速，根据V带选型图图6 普通V带选型图选取V带带型为D型。3.2.2传动比 若考虑带与带轮的滑动，则式中。则。3.2.3大小带轮基准直径 按表普通和窄V带轮（基准宽度制）直径系列选取小带轮基准直径：大带轮基准直径：，其中取0.01，则大带轮直径根据表普通和窄V带轮（基准宽度制）直径系列中标准直径值，取整为：3.2.4带速3.2.5轴间距 轴间距一般选取在，则即根据实际尺寸，可取轴间距3.2.6所需基准长度 由表普通V带和基准宽度制窄V带的基准长度系列中选取相近3.2.7实际轴间距3.2.8小带轮包角3
30、.2.9单根V带传递的额定功率 查表各种类型V带的额定功率中D型带功率，用逐差法计算，时3.2.10额定功率增量有查表各种类型V带的额定功率，有逐差法得3.2.11V带根数式中：小带轮包角修正系数； 带长修正系数，分别查表小带轮包角修正系数带长修正系数可得，取整为3.3 偏心轴机构设计及尺寸设计3.3.1偏心轴尺寸确定 作用在动颚上的最大破碎力式中：最大破碎力，N 抗压强度，MPa 啮角， 有效破碎系数，对中小型机一般取 、破碎腔尺寸已知：，则3.3.2作用在动颚上各点力的计算 动颚上受力如下图7所示图7 动颚受力简图 已知：最大破碎力为4270.5kN，AC=1996mm，AB=732.4m
31、m，根据受力图可算出C点x，y方向上一组力。由x方向平衡公式得：有三角函数可知A点处力关系，由y方向平衡公式得：求出各支撑力后，即可算出作用在动颚上合力，即则作用在偏心轴上的合力也为1941kN。3.3.3偏心轴的强度设计计算偏心轴受力情况如图所示图8 受力简图根据图中已知，由受力平衡原理可得由力矩平衡原理，根据图所示受力可算出截面和截面所受弯矩、扭矩情况，如图9图10所示，图9 弯矩图图10 扭矩图 根据第三强度理论计算截面和截面上轴的直径式中 计算截面处所受的弯矩； 计算截面处所受的扭矩； 许用应力，查表得； 校正系数，。截面截面为使偏心轴运动平稳，增大轴径，取整为。初选取的轴径，经计算校
32、核，可知无法达到使用安全系数，为使曲轴达到需用安全系数，故增大轴径至，安全校核结果如下表：表2：安全系数校核表：计算内容及公式计算结果截面截面M （Nmm）281445000281445000T （Nmm）2038050040761000D（）380380（）5384.35384.3（）10768.610768.6 2.572.571.82.51.82.5根据马轶群等对复摆颚式破碎机中偏心轴的三维模型进行的有限元分析，可知，复摆颚式破碎机的偏心轴所受最大应力位置在支撑轴承轴肩处，因此，支撑轴承处轴径应为。考虑偏心距,偏心轴与动颚连接处轴径，查机械设计手册中双列轴承标准系列，可选取轴径。偏心轴端连接大带轮和飞轮，去除轴肩高度，两端直径。4 主要零部件的强度校核4.1轴承的选取和校核 轴承承受径向力较大，而轴向力较小，又由于圆锥滚子轴承适合较低速度运动，刚性高，产生噪音小，使用寿命长，所以选用双列圆锥滚子轴承。（1）求比值因为，承受的轴向载荷很小，。所以，。（2）计算当量动载荷（3）轴承的选取查机械设计手册结合初定的轴的直径选取轴承：滚动轴承 351988 GB/T 299-1995主要尺寸：d=440mm D= 600mm B=170mm r=4mm安装尺寸： 该轴承采用油脂润滑（4）验算轴承的寿命