圆锥破碎机设计说明书

本科生毕业论文（设计）

题 目 圆锥破碎机的设计

系 别 机械工程系

专 业 机械设计制造及其自动化技术 学生姓名 学 号 100920508 年级 2010级 指导教师

二0一四 年 四 月 三十 日

本科毕业论文 圆锥破碎机的设计

圆锥破碎机的设计

专业:机械设计制造及其自动化

学生: 指导老师:

摘 要

在全球经济发展的大环境之下，我国各个行业在受到其他国家先进技术冲击的同时，与国外品牌企业的沟通交流的机会也变的越来越多。圆锥破碎机行业通过行业展会、科研合作等多种途径，不断的提高了自身实力和核心竞争力，缩小与发达国家之间的差距。

在新的市场需求的驱动下，矿山开采设备的更新和优化升级更加迫切。国内圆锥破碎机设备生产企业充分挖掘市场潜力，大力发展大型环保节能的圆锥破碎机械设备，在绿色环保化矿山开采的转变中挥积极作用。一般生产大型圆锥破碎机设备的企业对设备环保指数上都有严格的要求。各企业在生产设备时，都充分考虑到设备在运行中可能会出现的种种问题，从而减少设备因为振动或者操作不当而引起的噪音大、污染重等现象。

国内圆锥破碎机设备的研发及制造要与全球号召的低碳经济、绿色世界主题保持一致。加大圆锥破碎机设备新型节能绿色环保圆锥破碎机的研发及生产是行业发展的大趋势，同时也迎合了国内基础建设发展的需求。

破碎机的发展与人类社会的进步和科学技术的水平密切相关。随着科学技术的发展，各学科间相互渗透，各行业间相互交流，广泛使用新结构、新材料、新工艺，目前破碎机正向着大型、高效、可靠、节能、降耗和自动化方向发展。

本文介绍了圆锥破碎机的结构组成、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该圆锥式破碎机的优点是传动链短、效率高、易加工、使用和维护都很方便，较适合在恶劣的环境下工作。

圆锥破碎机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。 关键词：圆锥破碎机；中心距；弯曲疲劳强度；弯曲许用应力

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Abstract

Under the global economic development environment,China's various industries

in other countries by the advanced technology of impact at the same time.More and more enterprises with foreign brand communication opportunities will become Cone crusher industry through a variety of ways industry exhibition, scientific research cooperation A variety of approaches of scientific research cooperation Constantly improve their own strength and core competitiveness Shorten the gap with the developed countries.

This article is mainly of the pneumatic manipulator the overall design, and pneumatic design. This mechanism of manipulator includes cylinders and claws and connectors parts, it can move according to the due track on the movement of grabbing, carrying and unloading. The pneumatic part of the design is primarily to choose the right valves and design a reasonable pneumatic control loop, by controlling and regulating pressure, flow and direction of the compressed air to make it get the necessary strength, speed and changed the direction of movement in the prescribed procedure work.Small twisted paper broken machine for ordinary home, not only can be used for minced meat, can also be used with crushed peanuts, crushed ice, spices and other food, small power requirements, powered by the motor drive, reasonable structure design, can meet the family kitchen generally meat food consisting mainly of minced required.aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety, Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors.

Key word: cone crusher centre-to-centre spacing endurance bending strength shear or transverse bending.

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目录

摘要 ............................................................ 1 Abstract ....................................................... 2

第一章 绪论 ..................................... 错误！未定义书签。 1.1圆锥破碎机的发展概况.................................................................................................4 1.2圆锥破碎机的应用........................................................................................................... 4 1.3各种圆锥破碎机的特点.................................................................................................4 1.4圆锥破碎机的发展方向.................................................................................................5 第二章 弹簧圆锥破碎机的总体方案及结构设计......................................................5

2.1圆锥破碎机的工作原理 ...................................... ..5 2.2圆锥破碎机的结构和布置形式 ................................. 5 2.2.1圆锥破碎机的结构.......................................................................................6 2.2.2圆锥破碎机的布置方式...............................................................................6 第三章 圆锥破碎机的设计计算....................................................................................7 3.1电动机的选择及轴的计算.................................................................................8

3.1.1主电动机的选择及传动比的分配.............................................................9 3.1.1.1电动机的选择.......................................................................................10 3.2传动装置的运动和动力参数的选择和计算.................................................11 3.3传动零件的设计计算........................................................................................12 3.3.1齿轮的计算..................................................................................................12 3.3.2齿轮的校核..................................................................................................13 3.3.3传动轴的设计计算.....................................................................................14 3.4主轴的设计计算................................................................................................14 3.5偏心轴套与止推盘的设计...............................................................................15 3.6破碎锥的摆动次数............................................................................................15 3.7电动机功率.........................................................................................................15 3.7.1结构参数选择与计算.................................................................................16 3.7.2分矿口与接矿漏斗.....................................................................................16 3.7.2给矿口与排矿口宽度.................................................................................17 3.7.3啮角?...........................................................................................................17 3.7.4偏心距和动锥摆动行程.............................................................................18 3.7.5破碎腔的平行碎矿区.................................................................................18 3.8带传动的设计.................................................................................18

3.8.1设计功率

Pd..............................................................................19

3.8.2选定带型..................................................................................19 3.8.3传动比......................................................................................20 3.8.4小带轮基准直径........................................................................20 3.8.5大带轮基准直径........................................................................21

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3.8.6 带速验算.................................................................................22 3.8.7 初定轴间距..............................................................................22 3.8.8 所需带的基准长度...................................................................23 3.8.9 实际轴间距..............................................................................24

3.8.10 小带轮包角............................................................................26 3.8.11单根V带的基本额定功率.........................................................27

3.8.12 i?1时单根V带型额定功率增量..............................................27 3.8.13 V带的根数..............................................................................27 3.8.14 单根V带的预紧力..................................................................28 3.8.15作用在轴上的力......................................................................28 3.8.16带轮的结构和尺寸...................................................................28 3.9压缩弹簧的设计.............................................................................30 第四章各主要零件强度的校核计算.......................................................................................31 4.1滚动轴承的校核及寿命计算............................................................................32 第五章圆锥破碎机的运动学与动力学............................................................................34 5.1圆锥破碎机的运动学........................................................................................36 5.2圆锥破碎机的动力学........................................................................................37 致谢 ............................................................ 40 参考文献 ........................................................ 41

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第一章 绪论

机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械装备，机械工业所提供装备的性能、质量和成本，对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的和直接的影响。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。

机械工程的服务领域广阔而多面，凡是使用机械、工具，以至能源和材料生产的部门，都需要机械工程的服务。概括说来，现代机械工程有五大服务领域：研制和提供能量转换机械、研制和提供用以生产各种产品的机械、研制和提供从事各种服务的机械、研制和提供家庭和个人生活中应用的机械、研制和提供各种机械武器。

不论服务于哪一领域，机械工程的工作内容基本相同，主要有： 建立和发展机械工程的工程理论基础。例如，研究力和运动的工程力学和流体力学；研究金属和非金属材料的性能，及其应用的工程材料学；研究热能的产生、传导和转换的热力学；研究各类有独立功能的机械元件的工作原理、结构、设计和计算的机械原理和机械零件学；研究金属和非金属的成形和切削加工的金属工艺学和非金属工艺学等等。

研究、设计和发展新的机械产品，不断改进现有机械产品和生产新一代机械产品，以适应当前和将来的需要。

机械产品的生产，包括：生产设施的规划和实现；生产计划的制订和生产调度；编制和贯彻制造工艺；设计和制造工具、模具；确定劳动定额和材料定额；组织加工、装配、试车和包装发运；对产品质量进行有效的控制。机械制造企业的经营和管理。机械一般是由许多各有独特的成形、加工过程的精密零件组装而成的复杂的制品。生产批量有单件和小批，也有中批、大批，直至大量生产。销售对象遍及全部产业和个人、家庭。而且销售量在社会经济状况的影响下，可能出现很大的波动。因此，机械制造企业的管理和经营特别复杂，企业的生产管理、规划和经营等的研究也多是肇始于机械工业。

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机械产品的应用。这方面包括选择、订购、验收、安装、调整、操作、维护、修理和改造各产业所使用的机械和成套机械装备，以保证机械产品在长期使用中的可靠性和经济性。

机械产品的应用。这方面包括选择、订购、验收、安装、调整、操作、维护、修理和改造各产业所使用的机械和成套机械装备，以保证机械产品在长期使用中的可靠性和经济性。

研究机械产品在制造过程中，尤其是在使用中所产生的环境污染，和自然资源过度耗费方面的问题，及其处理措施。这是现代机械工程的一项特别重要的任务，而且其重要性与日俱增。机械的种类繁多，可以按几个不同方面分为各种类别，如：按功能可分为动力机械、物料搬运机械、粉碎机械等；按服务的产业可分为农业机械、矿山机械、纺织机械等；按工作原理可分为热力机械、流体机械、仿生机械等。另外，机械在其研究、开发、设计、制造、运用等过程中都要经过几个工作性质不同的阶段。按这些不同阶段，机械工程又可划分为互相衔接、互相配合的几个分支系统，如机械科研、机械设计、机械制造、机械运用和维修等。

这些按不同方面分成的多种分支学科系统互相交叉，互相重叠，从而使机械工程可能分化成上百个分支学科。例如，按功能分的动力机械，它与按工作原理分的热力机械、流体机械、透平机械、往复机械、蒸汽动力机械、核动力装置、内燃机、燃气轮机，以及与按行业分的中心电站设备、工业动力装置、铁路机车、船舶轮机工程、汽车工程等都有复杂的交叉和重叠关系。船用汽轮机是动力机械，也是热力机械、流体机械和透平机械，它属于船舶动力装置、蒸汽动力装置，可能也属于核动力装置等等。

19世纪时，机械工程的知识总量还很有限，在欧洲的大学院校中它一般还与土木工程综合为一个学科，被称为民用工程，19世纪下半叶才逐渐成为一个独立学科。进入20世纪，随着机械工程技术的发展和知识总量的增长，机械工程开始分解，陆续出现了专业化的分支学科。这种分解的趋势在20世纪中期，即在第二次世界大战结束的前后期间达到了最高峰。

由于机械工程的知识总量已扩大到远非个人所能全部掌握，一定的专业化

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是必不可少的。但是过度的专业化造成知识过分分割，视野狭窄，不能统观和统筹稍大规模的工程的全貌和全局，并且缩小技术交流的范围，阻碍新技术的出现和技术整体的进步，对外界条件变化的适应能力很差。封闭性专业的专家们掌握的知识过狭，考虑问题过专，在协同工作时配合协调困难，也不利于继续自学提高。因此自20世纪中、后期开始，又出现了综合的趋势。人们更多地注意了基础理论，拓宽专业领域，合并分化过细的专业。械工程以增加生产、提高劳动生产率、提高生产的经济性为目标来研制和发展新的机械产品。在未来的时代，新产品的研制将以降低资源消耗，发展洁净的再生能源，治理、减轻以至消除环境污染作为超经济的目标任务。

机械可以完成人用双手和双目，以及双足、双耳直接完成和不能直接完成的工作，而且完成得更快、更好。现代机械工程创造出越来越精巧和越来越复杂的机械和机械装置，使过去的许多幻想成为现实。

人类现在已能上游天空和宇宙，下潜大洋深层，远窥百亿光年，近察细胞和分子。新兴的电子计算机硬、软件科学使人类开始有了加强，并部分代替人脑的科技手段，这就是人工智能。这一新的发展已经显示出巨大的影响，而在未来年代它还将不断地创造出人们无法想象的奇迹。

人类智慧的增长并不减少双手的作用，相反地却要求手作更多、更精巧、更复杂的工作，从而更促进手的功能。手的实践反过来又促进人脑的智慧。在人类的整个进化过程中，以及在每个人的成长过程中，脑与手是互相促进和平行进化的。

人工智能与机械工程之间的关系近似于脑与手之间的关系，其区别仅在于人工智能的硬件还需要利用机械制造出来。过去，各种机械离不开人的操作和控制，其反应速度和操作精度受到进化很慢的人脑和神经系统的限制，人工智能将会消除了这个限制。计算机科学与机械工程之间的互相促进，平行前进，将使机械工程在更高的层次上开始新的一轮大发展。

19世纪时，机械工程的知识总量还很有限，在欧洲的大学院校中它一般还与土木工程综合为一个学科，被称为民用工程，19世纪下半叶才逐渐成为一个独立学科。进入20世纪，随着机械工程技术的发展和知识总量的增长，机械工

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程开始分解，陆续出现了专业化的分支学科。这种分解的趋势在20世纪中期，即在第二次世界大战结束的前后期间达到了最高峰。

综合-专业分化-再综合的反复循环，是知识发展的合理的和必经的过程。不同专业的专家们各具有精湛的专业知识，又具有足够的综合知识来认识、理解其他学科的问题和工程整体的面貌，才能形成互相协同工作的有力集体。

综合与专业是多层次的。在机械工程内部有综合与专业的矛盾；在全面的工程技术中也同样有综合和专业问题。在人类的全部知识中，包括社会科学、自然科学和工程技术，也有处于更高一层、更宏观的综合与专业问题。 随着社会的进步，原材料消耗不断增加，导致富矿资源日益枯竭，矿石品位日趋贫化。以我国冶金矿山为例，铁矿石平均品位31%、锰矿石品位22%。绝大多数的原矿需要破碎和选矿处理后才能成为炉料。破磨作业是选矿的龙头，也是能耗、钢耗的大户。因此，节能、降耗是破磨设备研究的主题，“多碎少磨”是节能、降耗的重要措施，其关键问题是降低破碎产品的最终粒度。圆锥破碎机的生产效率高，排料粒度小而均匀，可将矿岩从350mm破碎到10mm以下的不同级别颗粒，可以满足入磨粒度的需要，成为金属矿山选矿厂的主要破碎设备。

破碎机的发展与人类社会的进步和科学技术的水平密切相关。随着科学技术的发展，各学科间相互渗透，各行业间相互交流，广泛使用新结构、新材料、新工艺，目前破碎机正向着大型、高效、可靠、节能、降耗和自动化方向发展。

1.1 破碎机的发展状况

我国从1953年开始生产侧面排矿的旋回破碎机，于1958年自行设计制造中心排矿的500、700、900、1200旋回破碎机之后，为了适应水泥行业的需要，1959 年又制造了700、1000、1200鳄式破碎机，并制造了500、700、900、1200、底部单缸液压旋回破碎机。

为了满足冶金工业发展需要，我国于1970年研制了大型旋回破碎机。也曾设计制造顶部单缸900液压旋回破碎机，并装有自动调整排料口与过铁报警装置，但在某矿使用不佳。经过多年实践摸索，于80年代研制1200/140轻型底部单缸液压旋回破碎机，经运转实践证明效果很好。近几年又研制出PX1400/170底部单缸液压旋

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回破碎机，其设计能力为1750th/，实际达到2508th/，是设计值的1.6倍，同时其排料中细颗粒含量较多，大于排料口尺寸的颗粒仅占17.4%。

目前机械式旋回破碎机将逐渐被液压旋回破碎机所代替。圆锥破碎机是1953 年开始仿苏2100和1“O弹簧圆锥破碎机而设计。1954年开始自行设计生产了1200 弹簧圆锥破碎机。1958年又设计制造了大型2200弹簧圆锥破碎机。70年代已研制出1200，1650，2200多缸液压圆锥破碎机的系列产品。后经多年反复研制与实践， 相继克服了旧系统弹簧不足，零件强度低以及结构上的某些缺点，现己批量生产的新系列弹簧破碎机有600，900，1200，1750，2200五个规格十四种腔型，底部单缸液压圆锥破碎机有900，1200，1650，2200四个规格十二种型腔。

目前圆锥破碎机己达到系列化，规格化和标准化的程度，可以说产品齐全，使用可靠，深受国内外用户欢迎。特别是上海建设路桥机械设备有限公司是破碎机专营厂家，其破碎机质量优良驰名国内外。总体上讲，国产圆锥破碎机与世界先进国家同类型破碎机比较，在质量和性能上还有差距。为赶超世界先进水平，近年沈阳重型机器厂引进美国诺得贝格(Nordberg)公司西蒙思S(ymons)旋盘式圆锥破碎机技术(Gyrdasiocrushesr)，并合作生产系列圆锥破碎机产品。此外，某选矿公司引进美国阿利斯·卡尔默斯(Allis一Chalmer)s公司(以下简称AC公司)底部单缸液压圆锥破碎机和旋盘式破碎机。某铜矿引进美国AC公司中细碎液压圆锥破碎机。有的水电站采用48ni和66ni旋盘破碎机，用与人工造沙。600、900破碎机在某金矿使用 效果也很好。

1.2 圆锥破碎机的应用

圆锥破碎机适用于冶金、建筑、筑路、化学及硅酸盐行业中原料的破碎，根据破碎原理的不同和海量产品颗粒大小不同，又分为很多型号。破碎机广泛运用于矿山、冶炼、建材、公路、铁路、水利和化学工业等众多部门。圆锥破碎机破碎比大、效率高、能耗低，产品粒度均匀，适合中碎和细碎各种矿石，岩石。

1.3 各种圆锥破碎机的特点

国内外圆锥破碎机有许多类型，各型破碎机性能 都不一样，同一种机型，不同的生产厂家，其产品性能也会有所不同。现就国内已有的圆锥破碎机各机

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型与性能进行比较，从中可以看出哪种破碎机的性能更优越，进而找出圆锥破碎机的发展方向。 由于西蒙斯破碎机的性能远优于传统的弹簧式圆锥破碎机，所以近年来国内各破碎机制造厂纷纷开发这种破碎机，国产传统弹簧圆锥破碎机越来越少。近年来，新制订的弹簧圆锥破碎机国家标准(报批稿)与西蒙斯圆锥破碎机的参数基本相近，故传统弹簧圆锥破碎机迟早会被淘汰。表1给出了诺得伯格公司的西蒙斯、旋盘式、G型单缸液压圆锥破碎机和 HP 系列多缸液压圆锥破碎机的主要性能指标。由表1数据可知，生产能力最高和能耗最低的是HP系列破碎机，产品粒度也是HP系列破碎机最好。 旋盘式破碎机能耗高，而其产量又比西蒙斯破碎机稍低，然而小于5mm粒级的产量大于西蒙斯破碎机，因此，该机虽然能耗高，但它可给下段磨机提供更多的细粒原料，使磨机达到“多碎少磨”的节能效果。从这个观点来说，旋盘式破碎机优于西蒙斯破碎机，但不如HP系列破碎机。所以，诺得伯格公司自称 HP 系列破碎机为新的第三代产品。G型破碎机与西蒙斯破碎机相比还是优于弹簧破碎机。从上述4种破碎机的比较结果可知，旋盘式与HP系列破碎机采用层压破碎原理，可以实现选择性破碎，所以这两种机型性能优越；而HP系列破碎机不仅采用层压破碎，又是一种高能圆锥破碎机，所以它的性能更加优越。Svedala集团生产的H1000系列和山特维克公司生产的H1800系列单缸液压圆锥破碎机都是来自美国阿利斯一查尔默斯 Allis-Chalmars)公司(简称 AC 公司)的H系列高能圆锥破碎机。山特维克公司称H1800系列是第三代产品，也是一种高能圆锥破碎机。惯性圆锥破碎机也是一种高能圆锥破碎机。现将上述3种高能圆锥破碎机的主要性能列于表2。由表2数据可知H-8000超细型与HP700细型相比，后者粒度细，产量高，能耗低，但前者破碎比稍大些。H-8000细型与HP700中型相比，后者产量高许多，能耗也比较低，但HP700质量并不轻，因为表2中的质量不包括破碎机液压系统部分。H-8000细型KИД-2200惯性破碎机相比，后者性能优于前者，但它的质量是前者的2.1倍，惯性破碎机破碎比很大，可以简化破碎工艺流程，这又是一个很大的优点。KИД-2200与HP700中型破碎机相比，后者粒度10mm以下产290t/h比前者12m以下的产量300t/h少10t/h，但粒度 2mm；后者能耗为1.724kW?h/t，前者为2.00kW?h/t；从破碎机质量来看，

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前者为140t，但它的破碎比较大，这两种破碎机性能都比H1000系列破碎机优越。原因是虽然表2中列举的破碎机都属高能破碎机，但H1000系列破碎机不是采用层压破碎原理，不能实现选择性破碎。此外，H1000系列和G型破碎机同样具有前述单缸液压圆锥破碎机的优点，而且带有最先进的计算机自动控制系统。山特维克H1800系列比H1000系列破碎机更优越，可以认为它是一种高能层压圆锥破碎机。通过前述比较可以认为HP系列和H1800系列破碎机是当今世界上最先进的两种破碎机，并受到国内外用户的好评。 1.4圆锥破碎机发展方向

从前述的两种圆锥破碎机发展历程可知，HP系列圆锥破碎机，先是对破碎机内部结构参数进行优化组合，第二阶段是将“层压破碎”用于圆锥破碎机，第三阶段是完成了“高能层压”圆锥破碎机；H1800系列圆锥破碎机，先是对老单缸机的改进、第二阶段是提出了“高能”圆锥破碎机、第三阶段进一步完善高能圆锥破碎机、第四阶段完成了“高能层压”圆锥破碎机。虽然两种破碎机发展创新之路不同，但最终结果是一样的，都研制成了高能层压圆锥破碎机。他们的圆锥破碎机发展创新之路，对我们研制开发新型圆锥破碎机很有启发。 圆锥破碎机发展方向就是借用HP多缸机的优越性能和吸收单缸机结构 简单等优点并把两者的优点集中到一种圆锥破碎机上。这样，就会创新出一 种既具有多缸机性能优越又有单缸机结构简单的新型圆锥破碎机，这就是走 引进、消化吸收，再创新的发展创新之路。

破碎机的研制首先是使它能够借用层压破碎原理达到选择性破碎的目的。为此，圆锥破碎机创新的基本点是，采用优化腔型，大底锥角、大摆程、高摆 频，对破碎机内部结构进行优化组合再输入高能量。

综合分析结果，在上述创新基点和创新途径的基础上我们找到了圆锥破 碎机创新之路并设计出了这种独特的圆锥破碎机。所谓独就是我们独家所有，有所谓特就是特点，这种破碎机集中了HP系列和H1800系列圆锥破碎机的 优点，取长补短，并克服了它们各自的缺点。目前，浙江双金机械集团有限 公司正在研制这种破碎机。

第二章圆锥破碎机的总体方案及结构设计

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2.1圆锥破碎机的工作原理

工作时，电动机的旋转通过皮带轮或联轴器、传动轴和圆锥部在偏心套的迫动下绕一固定作旋摆运动，从而使圆锥破碎机的破碎壁时而靠近又时而离开固装在调整套上的轧白壁表面，使矿石在破碎腔内不断受到冲击，挤压和弯曲作用而实现矿石的破碎。在不可破异物通过破碎腔或因某种原因机器超载时，弹簧保险系统实现保险，排矿口增大，异物从破碎腔排出，如异物卡在排矿石可使用清腔系统，使排矿继续增大，使异物排除破碎腔。在弹簧的作用下，排矿口自动复位，机器恢复正常工作。

2.2圆锥破碎机的结构和布置形式

2.2.1圆锥破碎机的结构

圆锥破碎机的组成部分主要有机架部分；传动轴部分；偏心轴套部分；

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球面轴承部分；动锥部分；调整环部分。 2.2.2布置方式

电动机的旋转通过皮带轮或联轴器、传动轴和圆锥部在偏心套的迫动下绕一固定作旋摆运动，从而使圆锥破碎机的破碎壁时而靠近又时而离开固装在调整套上的轧白壁表面，使矿石在破碎腔内不断受到冲击，挤压和弯曲作用而实现矿石的破碎。在不可破异物通过破碎腔或因某种原因机器超载时，弹簧保险系统实现保险，排矿口增大，异物从破碎腔排出，如异物卡在排矿石可使用清腔系统，使排矿继续增大，使异物排除破碎腔。在弹簧的作用下，排矿口自动复位，机器恢复正常工作。

第三章 圆锥破碎机的设计计算

3.1主电动机的选择及传动比的分配

3.1.1电动机的选择

根据工作要求及工作条件，选用破碎机专用电动机，又根据工况选择YZR280M-10型电动机，额定功率P0=55kw,同步转速n0=556r/min.

3.1.2传动比的分配

根据PYB900标准圆锥破碎机的实际工作的空偏心轴转数nw=335r/min,得：

i?no556??1.66 （3.1） nw3353.2 传动装置的运动和动力参数的选择和计算

0轴（电动机轴）：

po?55KW （3.2）

no?556r/min （3.3） To?9.55?106 =9.55?106?Po no55?9.45?105N·mm （3.4） 556 13

1轴（小齿轮轴）：

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p1?p0??联?55?0.98?53.9KW （3.5）

n1?n0?556r/min （3.6） T1?9.55?106 =9.55?106?P1 n153.9?9.26?105N·mm （3.7） 5562轴（筒体）

p2?p1??承??齿?53.9?0.98?0.95?50.18KW （3.8） nw?335r/min （3.9） T2?9.55?106 =9.55?106?P2 nw50.18?1.43?106N·mm （3.10） 3353.3传动零件的设计计算

3.3.1齿轮的计算 1初步计算 （1）材料选择

因传动尺寸无严格限制，批量较小，故小齿轮用40Cr(调质），硬度241HB~286HB，平均取为280HB，大齿轮用45钢（调质），硬度229HB~286HB,平均取为240HB。选齿轮精度为7级。 （2）节锥角的计算

i?cot?1 （3.11）

?1?arccoti?arccot1.66?22?22'06'' （3.12）

?2?90??22?22''06''?67?67''54'' （3.13）

由文献[2]表14?3?3可知，

zmin?2ha2?1o?cos??cos2222'06\?15.8 （3.14） 122sinasin20 14

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??式中，ha齿顶高系数，ha?1。

取小齿轮齿数z1?30，

z2?iz1?1.66?30?49.8 （3.15）

取大齿轮齿数z2?50。

（3）根据工作条件的要求，大端模数为

m?12 （4）齿轮分度圆的直径

d1?mz1?12?30?360mm d2?mz2?12?50?600mm （5）锥距

2222 R???d1??d??360??600??2????2?2?????2?????2???349.86mm （6）齿轮齿顶、齿根圆直径 由文献[3]表10?9可知， 齿顶高

h*a?ham?1?12?12mm 齿顶圆直径

da1?d1?2hacos?1?360?2?12?cos22?22'06''?382mm da2?d2?2hacos?2?600?2?12?cos67?67'54''?610mm 齿根高

h?h**f?a?c?m??1?0.2??12?14.4mm 齿轮基圆直径

dm1?d1?1?0.5?R??360?1?0.5?0.28??313.95mm 15

（3.16） （3.17） （3.18） （3.19）

（3.20）

（3.21） （3.22） （3.23）

（3.24）

本科毕业论文 圆锥破碎机的设计

dm2?d2?1?0.5?R??600?1?0.5?0.28??528mm （3.25） （7）齿宽

由文献[2]表14?3?3可知，，

b??RR?0.28?349.86?97.96mm （3.26） （8）节圆周速度 v??d1n160?103?3.14?360?556?10.48m/s （3.27）

60?1033.3.2齿轮的校核 （Ⅰ）校核齿面接触疲劳强度 （1）接触应力的计算

由文献[4]表5?39可知，齿面接触应力计算公式，即 ?H?ZHZE2KT1u2?1? （3.28）

ubd12(1?0.5?R)2确定公式内的各计算数值 ①

计算载荷系数

电动机驱动，载荷平稳，由文献[4]表5?2可知，取KA?1

平均分度圆直径 dm1?d1?1?0.5?R??360?1?0.5?0.28??313.95mm

3.14?313.95?556?9.14m/s

6000060000vz9.14?302.7405，得KV?1.24； 由文献[4] 图5?4（a）可知，按m1?100100平均分度圆圆周速度 vm??dm1n1?由文献[4] 图5?7（b）可知，按

b97.96??0.272，齿轮悬臂布置，K??1.21； d1360由文献[4]表5?4可知，K??1.1；

K?KAKVK?K??1?1.24?1.21?1.1?1.65 ②

由文献[1]表10?6可知，弹性系数ZE?189.8；

16

本科毕业论文 圆锥破碎机的设计

③

节点区域系数 ZH?22??2.49 oosin?cos?sin20cos20计算得，

2?1.65?9.26?1051.662?1 ?H?2.49?189.8??106.32MPa 2297.96?360??1?0.5?R?1.66（1） 接触疲劳强度的许用应力

由文献[4] 表5?28可知，许用接触应力计算公式，即 ??HlimHP?SZNZXZWZLVR Hmin确定公式内的各计算数值

①小齿轮的接触疲劳强度极限?Hlim1?600MPa ②最小安全系数SHmin?1.0

③由文献[1，10-13]可知，计算应力循环系数

N81?60n1jLh?60?360?1?5?365?24?9.461?10 由文献[1] 图10-19可知，查得接触疲劳寿命系数 ZN1?0.87， ④尺寸系数ZX?1

⑤工作硬化系数，按ZW?1.2?HBS?1301700?1.11

⑥润滑油膜影响系数，ZLVR?0.85 计算得， ?HP?6001?0.87?1?1.1?0.85?443.7MPa （3）由于?H?106.32MPa??HP?443.7MPa，故安全。 （Ⅱ）校核齿根弯曲疲劳强度 （1）齿根应力的计算

17

3.29）

（本科毕业论文 圆锥破碎机的设计

由文献[4]表5?55可知，弯曲应力计算公式，即 ?F?2KT1YY （3.30） 2F?S?bd1m(1?0.5?R)确定公式内的各计算数值

① 由文献[1]表10?5可知， YF?1?2.85， ② 由文献[1]表10?5可知， YS?1?1.54， 计算得，

?2?1.65?9.26?105F1?97.96?360?12??1?0.5?0.28?2?2.85?1.54?42.85MPa （2）弯曲强度的齿根许用应力

由文献[4]表5?31可知，齿根许用应力计算公式，即 ?YSTHP??FlimSYNYX Fmin确定公式内的各计算数值 ①弯曲疲劳极限?Flim?300MPa ③ 齿轮的应力修正系数YST?2.0 ④ 弯曲强度的最小安全系数SFmin?1.4 ⑤ 弯曲疲劳寿命系数

YN1?0.93，YN2?0.96 ④弯曲疲劳的尺寸系数YX?0.85 计算得， ??2F1?3001.4?0.93?0.85?338.8MPa （3）由于?F1?42.85MPa???F1??338.8Mpa，故安全。 3.3.3传动轴的设计计算

18

3.31）

（本科毕业论文 圆锥破碎机的设计

（1）初步确定轴的直径

d?A03p055?130?3?60.25mm （3.32） n0556根据工作条件，取d?90mm （2）传动轴受力分析

2T12?9.26?105Ft?d??5144.44N m1360F?r?Fttg?cos?1?5144.44?tg20?cos22?22'06''?1731.54N Fa?Fttg?sin22?22'06''?5144.44?tg20??sin22?22'06''?712.57N 19

（3.33）

（3.34） （3.35）

本科毕业论文 圆锥破碎机的设计

图4.1 传动轴的受力简图

（3）绘制传动轴的受力简图，如图所示，求支座反力 ①垂直面支反力： 由?MC?0，得： RBYL2?FrL3?Fa570?0 （3.36） 2 20

本科毕业论文 圆锥破碎机的设计

RBY?FrL3?Fa360/21731.54?202.5?712.57?360/2??629.13NL2761.5

由?Y?0，得：

RCY?Fr?RBY?1731.54?629.13?2360.67N （3.37） ②水平面支反力： 由?MC?0，得：

RBZL2?FtL3?0 RtL35144.44?202.5BZ?FL??1368.02N 2761.5由?Z?0，得：

RCZ?Fr?RBZ?1731.54?1368.02?3099.56N （4）作弯矩图： ①垂直面弯矩MY图： C点

MCY?RBYL2?629.13?761.5?479082.495N·mm ②水平面弯矩MZ图： C点

MCZ?RBZL2?2360.67?202.5?478035.675N·mm ③合成弯矩M图： C点

M?M2M22CY?CZ?479082.495?478035.6752?676785.153N·mm （5）作转矩T图： T?3.2?106N·mm （6）校核轴的强度：

21

（3.38） （3.39） （3.40） （3.41） 3.42）

（本科毕业论文 圆锥破碎机的设计

按弯扭合成应力校核轴的强度

校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度。由文献[1，15-5]可知，取??0.6，轴的计算应力 ?c??M2?(?T3)2W676785.1532?(0.6?9.26?105)2??14.3MPa （3.43） 30.1?150选定轴的材料为45钢，调质处理，由文献[1]表15?1可知，???1??60MPa。因此，

?ca????1?，故安全。

（7）精确校核轴的疲劳强度 ①判断危险截面

从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面IV和V引起的应力集中最严重，而V受的弯矩较大；从受载的情况来看，截面C的应力最大，但应力集中不大，故C面不用校核。只需校核截面V。 ②截面V左侧

抗弯截面系数 W?0.1d3?0.1?1403?274400mm3 （3.44） 抗扭截面系数 WT?0.2d3?0.2?1403?548800mm3 （3.45） 截面V左侧的弯矩M为 M?676785.153?705?626570.628Mpa （3.46） 761.5截面V上的扭矩T为 T1?3200000MPa 截面上的弯曲应 ?b?M626570.628??2.28Mpa （3.47） W274400 截面上的扭转切应力?T?T13200000??5.83MPa （3.48） WT548800轴的材料为45钢，调质处理。由文献[1]表15?1可知，?B?640MPa，

??1?275MPa，??1?155MPa。

由文献[1] 附表3?8可知，用插入法求出

22

本科毕业论文 圆锥破碎机的设计

k???2.8，

k?2.8?2.24

???0.8??

轴按精车加工，由文献[1] 附图3?4可知，表面质量系数为： ??????0.84 轴未经表面强化处理，?q?1 固得综合系数为 K1??k??????1?2.8?1?0.84?1?2.99 Kk?1?1?2.24?1???????0.84?1?2.43 由文献[1] §3?1，§3?2可知，碳钢的特性系数 ???0.1~0.2 取???0.1 ???0.05~0.1 取???0.05 所以轴在截面V左侧的安全系数为 S????1K?275?40.34 ??b????m2.99?2.28?0.1?0 S?????1K??275?19.02 ??a???m2.43?5.83?0.05?5.8322 S?S?S?caS22?40.34?19.02??S?40.342?19.022?17.22?S?1.5 故该轴在截面V左侧的强度是足够的。 ③截面V右侧

抗弯截面系数 W?0.1d3?0.1?1303?219700mm3 抗扭截面系数 WT?0.2d3?0.2?1303?439400mm3 截面V左侧的弯矩M为

23

（3.49） 3.50）

3.51）

3.52）

（（（本科毕业论文 圆锥破碎机的设计

M?676785.153?705?626570.628MPa 761.5截面V上的扭矩T为 T?3200000MPa 截面上的弯曲应力 ?b?截面上的扭转切应力 ?T?M626570.628??2.85MPa W219700T13200000??7.28MPa WT439400截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数??及??按文献[1]附表3?2查取。因

r3D140??0.023，??1.08， d130d130 ???2.05，???1.3

又由文献[1]附图3?1可得轴的材料的敏感系数为 q??0.83，q??0.87

故有效应力集中系数按文献[1，附3?4]为

k??1?q?(???1)?1?0.83?(2.05?1)?1.87 （3.53） k??1?q?(???1)?1?0.87?(1.3?1)?1.26 由文献[1]附图3?2可得轴的截面形状系数为???0.58

由文献[1]附图3?3可得轴的材料的敏感扭转剪切尺寸系数为???0.76 综合系数为 K??k?????1???1?1.871??1?3.41 0.580.84 K??k?1?????1?1.261??1?1.84 0.760.84所以轴在截面V左侧的安全系数为 S?? S?????1275??28.29

K??a????m3.41?2.85?0.1?0??1275??24.96

5.835.83K??a????m1.84??0.05?22 24

本科毕业论文 圆锥破碎机的设计

电动机计算功率 25.2 56 108 136 153 220 268 从表中数据对比可知，电动机实际功率与计算功率值相近。所以初步计算电动机功率时可以采用。 3.7.1 分矿口与接矿漏斗

矿石从晃动的分矿盘落下时，不允许矿石直接落下给矿口中，而使其落到接矿漏斗上。分矿盘的高度，从它的顶面到动锥球面中心中心的距离一般为400～650mm。

对于中碎机，分矿盘与定锥形成的空间不应影响矿石进入给矿口，更不能产生大块矿石楔在此空间的现象。

接矿漏斗的锥角应按下述要求确定：应使落到接矿漏斗斜面上的矿石，能沿斜面顺利的滑到动锥上部的衬板上，其下滑的速度足够使其越过张开的给矿口，然后调转方向缓慢地滑向给矿口。 3.7.2 给矿口与排矿口宽度

圆锥破碎机给矿口的宽度B，用动锥接近定锥时两锥体的上端距离表示。排矿口的宽度b，用动锥靠近定锥时两锥体下端的距离表示。B和b选择与给矿和排矿粒度有关，一般情况下，B=（1.2～1.5）Dmax。给矿粒度Dmax根据选矿流程决定。排矿口宽度b取决于所要求的产品粒度。对于每一种破碎机，b值都有一定范围，以供破碎各种硬度矿石的需要。

PYB900标准弹簧圆锥破碎机的最大给矿度初选115mm，即最大给矿口宽度B初选 128～173mm。

对于不同硬度的矿石，其排矿的过大颗粒系数K=dmax/b(dmax是产品的最大颗粒度，b是排矿口宽度)不同。对于中碎机来说，破碎硬矿石时K=2.8～3.0、中硬矿石K=2～2.2、软矿石K=1.6。因此设计与使用中碎机时，决定排矿口宽度，就必须考虑产品中过大颗粒对细碎机给矿粒度的影响，这主要是中碎机一般不设检查筛分。由于细碎机一般都有检查筛分装置，它的排矿口宽度平常就应该等于所要求的产品粒度，而不必考虑产品的过大颗粒影响。 3.7.3 啮角?

圆锥破碎机的啮角和平行带示意图如图3.1 ： 图3.1 圆锥破碎机的啮角和平行带 圆锥破碎机的啮角需满足下列要求：

30

本科毕业论文 圆锥破碎机的设计

???2?(?1??)?2? （3.1） 式中?1、?2—破碎机与固定锥的锥面倾斜角。

?—破碎锥轴线与机器中心线的夹角一般为?=2°。

? —矿石与衬板间的摩擦角。

设计时，通常取?=21°~23°。中碎用圆锥破碎机取?1=40°~45°；在不断增加结构尺寸的情况下，尽量增大?1，这样可以提高机器的生产率。本设计中采用

?=42° ?=56° ?=21°

123.7.4 偏心距和动锥摆动行程

偏心距也叫偏心半径，并用e表示。偏心距的大小，从球面中心O点（固定点）到各个不同水平面都不同，一般所谓偏心距指排矿口平面内的动锥轴线距离，动锥转一周，整个摆动距离为2e。

偏心距的大小，以满足动锥在给矿口的行程能足够压碎矿石为原则。国产中碎机偏心距大小不一。细碎机给矿块比中碎机小许多，若适当减小偏心距，也能满足压碎矿石的要求。这样，产品中小于排矿口尺寸的物料含量会增加。所以生产和制造单位可将偏心套锥孔的偏心量制成可调节的，这样可根据矿石物理性质和矿块尺

31

本科毕业论文 圆锥破碎机的设计

寸的不同来调整合适的偏心距。

偏心度?的大小是由偏心距和球面中心点到偏心距平面的距离决定的。本设计的PYB900弹簧圆锥破碎机的?=2°。

破碎锥的摆动行程s（排矿口平面内的破碎锥轴线的摆动行程）由图3.2所示的

几何关系计算的：

s=2r=2Htan?

式中r——破碎锥轴线在排矿口平面内的偏向距； H——破碎锥下边缘到球面中心O点的高度。 PYB900摆动行程为39mm，由此得出：

破碎锥下部A点的行程为：

sA?2Ltan? 式中L——破碎锥母线长度。

32

3.2破碎机摆动行程 （3.2） 3.3） （本科毕业论文 圆锥破碎机的设计

而圆锥破碎机的e=0.5sAsin?1 （3.4） 根据经验式求偏心距，

e=0.5Dtan?tan?1 （3.5） 式中D—动锥底部直径，其他符号同前。 ?、?1同前。所以：

e=0.5Dtan?tan?1 =0.5?900?tan2°?tan42°=15.1mm （3.6） 由此可以计算出：

3.7.5 破碎腔的平行碎矿区

破碎腔的平行区也叫平行带。为了保证破碎产品达到一定的细读和均匀度，圆锥破碎机在破碎腔下部必须设有一段平行区。若平行区过长，与同规格破碎机在相同条件下比较，生产能力减小，而且随衬板磨损，平行区越来越长，易使破碎机产生堵塞，增加能耗。由于平行区越长，磨损越不均匀，使产品粒度更加不均匀。

从受力情况来说，平行区减短使破碎力下移，能改善主轴受力情况。但平行带过短，会导致产品中合格品含量下降。

平行带产度l，可以根据动锥摆动次数以及底锥角和摆动行程等计算。其原则是：对中碎机，保证矿石在平行区里被压碎1~2次；对于细碎机，保证矿石在平行区里被压碎2~3次。

平行带长度也可以根据动锥底部直径计算。

l=（0.08~0.085）D （3.7） 式中D为破碎锥的底部直径。

l=（0.08~0.085）? 900=72~76.5mm 取l为75mm。

33

本科毕业论文 圆锥破碎机的设计

3.8带传动的设计

3.8.1设计功率Pd

Pd?KA?P?1.2?4?4.8kw

KA－工况系数，查B1表8－1－22 ，取KA＝1.2 P－传递的功率 3.8.2 选定带型

根据pd和n1查B1图8－1－2选取普通V带A型，n1－小带轮转速，为1440r/min 3.8.3 传动比

n11440?818018r/mini0?n1.76i2 1.76 ＝＝

3.8.4 小带轮基准直径

dd1（mm）

由B1表8－1－12和表8－1－14选定

dd1＝100mm>

ddmin＝75r/min

3.8.5 大带轮基准直径

dd2（mm）

dd2?i?dd1?1.76?100?176cmdd2=180mm

由B3表8－7得

3.8.6 带速验算

v??ddn11

60?1000???100?144060?1000?7.54m/s?vmax?25?30m/s

3.8.7 初定轴间距

a0（mm）

a0?2(dd1?dd2)?280mm 34

本科毕业论文 圆锥破碎机的设计

3.8.8 所需带的基准长度

Ld0?2a0?Ld0（mm）

(dd2?dd1)24a0?2

(dd1?dd2)?

8022?280??280?24?280 ＝

? ＝886mm

依B1表8－1－8取Ld＝900mm，即带型为A－900 3.8.9 实际轴间距 a

a?a0?Ld?Ld02?280?900?886＝287mm2

3.8.10 小带轮包角?1

?1?180??180???dd2?dd1a

?57.3?

=

80?57.3?287

= 164

3.8.11单根V带的基本额定功率p1

根据带型号、

dd1和n1普通V带查B1表8－1－27（c） 取1.32kw

3.8.12 i?1时单根V带型额定功率增量?P1

根据带型号、n1和i查B1表8－1－27（c） 取0.15kw 3.8.13 V带的根数Z

Pd4.8??3.9?4Z =(p1??p1)kakL(1.32?0.15)?0.96?0.87

ka－小带轮包角修正系数查B1表8－1－23,取0.96

kL－带长修正系数查B1表8－1－8，取0.87

35

本科毕业论文 圆锥破碎机的设计

3.8.14 单根V带的预紧力F0

F0?500(

P2.5?1)d?mv2kaZv

2.54.8?1)?0.1?7.5420.964?7.54

=

500( =134（N）

m－V带每米长的质量（kg/m）查B1表8－1－24，取0.1k/gm 3.8.15作用在轴上的力F?

F??2F0Zsin?1?2?134?4?sin82??1061(N)2 ?1?3?134?4?sin82??1592(N)2

F?max?3F0Zsin F?max－考虑新带初预紧力为正常预紧力的1.5倍

3.8.16带轮的结构和尺寸

带轮应既有足够的强度，又应使其结构工艺性好，质量分布均匀，重量轻，并避免由于铸造而产生过大的应力。

轮槽工作表面应光滑（表面粗糙度Ra?3.2?m）以减轻带的磨损。 带轮的材料为HT200。查B1表8－1－10得基准宽度制V带轮轮槽尺寸，根据带轮的基准直径查B1表8－1－16确定轮辐

36

本科毕业论文 圆锥破碎机的设计

911150.1A0.1AB6391134°150.1A0.1AB2.75128.73.2BBAA2*452×45R54018040638.72.75

第四章各主要零件强度的校核计算

4.1滚动轴承的校核及寿命计算 （1）滚动轴承的选择

滚动轴承为双列圆锥滚子轴承350324B，由文献[2]表39.2?24得Cr?862KN，

Cor?1490KN，e?0.83，Y1?0.8。 （2）寿命验算 轴承所受支反力合力

22?RBZ?629.132?1368.022?1505.74N （4.1） RB?RBY对于双列圆锥滚子轴承，派生轴向力互相抵消。 FBa?0，FCa?Fa?712.57N 由文献[2]表39.2?24得，

FBa?e， RB PBr?RB?Y1FBa?1505.74?0.8?0?1505.74N （4.2） 按轴承B的受力大小验算 Lh?10?C?10?862?10?9????h （4.3） ??4.78?10????60n?PBr?60?556?1505.74? 37

6?63103本科毕业论文 圆锥破碎机的设计

Lh?4.78?109h=5.46?105年

由于破碎机的冲击力较大，必须选择较大寿命的轴承，又由于破碎机的冲击力，轴承并不能达到所计算的寿命。 经审核后，此轴承合格。

第五章圆锥破碎机的运动学与动力学

5.1圆锥破碎机的运动学

破碎机运动学就是研究动锥自传原理以及偏心部件（动锥与偏心套）角速度之间的关系。掌握动锥运动规律，从而在设计破碎机时确定最佳运动状态。使用破碎机时制定合理工作制度，以及检修破碎机时，保证偏心部件检修质量，正确分析故障等。

圆锥破碎机具有空间摆动的破碎锥。破碎锥的轴线与机器中心线相较于O点，其夹角为

?=2°。破碎机运动时，破碎锥轴线对机器

中心线作圆锥面运动，其锥顶为球面轴承O。O点在破碎锥的运动过程中始终保持静止。因此，破碎锥的运动可视为刚体绕定点的转动。

由于破碎锥支承装置的结构点，破碎锥不仅随偏心轴套的偏心孔绕机器的中心线作旋转运动，而且还绕自己的轴线旋转。

因此破碎锥的运动是由两种旋转运动组成：进给运动或牵动运动—破碎锥绕机器中心线作旋转运动；自传运动或相对运动—破碎锥绕自己的轴线作旋转运动。破碎锥的这种复杂运动成为规则运动。这种运动可以归结为破碎锥瞬时轴线旋转的角速度向量?o是进给角速度向量?和自转角速度向量?1的几何和，即

按平行四边形法则而相加。角速度向量的所在线与物体的转动轴线重合，角速度的方向由右螺旋规则决定。图 5.1为破碎锥的各个角速度向量图。

38

本科毕业论文 圆锥破碎机的设计

图5.1破碎锥角速度向量图

破碎锥的进动角速度向量?、自转角速度向量?1和绝对角速度向量?0在坐标轴上 ox和oz上的投影为：

?0sin?=?1sin? （5.1） ?=?0cos?+c?1os? （5.2） 式中?、?如图所示。 解上列联立方程组得：

?0=?sin?/sin(???) （5.3） 式中?为瞬时轴线与机器中心线之间的夹角。

当?和?为定值时，则?0=f（?）的函数关系如图4.2 。 从图中可以看出，当?+?=90°时，?0有最小值：

?0min?sin? （5.4） 当?=0时，则?0有最大值：

?0max?? （5.5） 破碎机在空载运转时和有载运转时，破碎机的瞬时轴线位置是不同的。

39

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