制浆机毕业设计说明书

摘 要

煤炭资源作为一种主要资源，在国民经济中起着非常重要的作用。近年来，煤炭的价格持续飚升，形成大力开采之势，与此同时，矿井事故也频繁发生，经济损失巨大，人员伤亡之事故非常惨痛，煤矿安全日益成为重中之重，急待加强。

粘土制浆系统被广泛用于煤矿企业的产煤一线，在煤矿企业中扮演着井下灭火和预防性灌浆的重要角色，所以是煤矿企业不可缺少的重要系统之一。也可以用于其他行业的混凝土制浆，所以，它的设计有着广泛的前景和丰富的可鉴的经验。本设计的主要内容是设计一个制浆系统，用于实现矿上用的预防性灌浆，设计关键在于一个制浆机的设计。在完成总体的设计方案以后，就指出各个零部件的设计、安装、定位的等问题，并对个别零件进行强度校核。以往设计一个制浆系统要设计好多部分，例如，设计给料机、破碎机、制浆机等一些重要系统组成部分，本设计没有抛开基本组成部分的设计，只是把它们进行一体化设计，把各个分散的主体，结合成一个大的主体，安装方便，操作简单，维护也很轻松。

关键词：

粘土制浆系统 ；制浆机 ；方便

ABSTRACT

Coal resources as a main resource, in the national economy plays an important role. In recent years, coal prices have continued to soar and the potential exploitation of the formation of strong, at the same time, mine accidents have been frequent reports of huge economic losses, casualties of a very tragic accident, mine safety has increasingly become the most important, urgent need to strengthen.

Clay systems have been widely used in pulp and coal mining enterprises of the coal line, in the coal mining enterprises play an underground fire and filling an important preventive role, it is coal an important and indispensable enterprise systems in the world. Other industries can also be used for concrete making, therefore, it is designed with a wide range of prospects and a wealth of experience to be learned. The main contents of this design is the design of a pulping system for the realization of the preventive use of the mine grouting, design lies in the design of a pulping machine. Upon completion of the overall design scheme, would be pointed out that the various parts of the design, installation, positioning and so on,

Strength of individual parts of the check. The past to design a system to design a lot of pulp in part, for example, the design of feeder, crusher, pulping machine, such as a number of important components of the system, the design did not set aside an integral part of the basic design, only the integration of them design, the main body of the various scattered light into the main body of a large, easy to install, simple operation, is also very easy

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to maintain.

Keywords：Pulping system clay ； Pulping machine ； Convenient

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目 录

第 1 章 绪论 ..................................... 1

第 1.1 节 制浆系统的发展背景及其应用现状 ................................. 1

第 1.2 节 煤炭自然和其他井下灭火技术的简介 ........................... 1

1.2.1煤炭自然因素与特征 ........................................................... 1 1.2.2煤炭自然发火的预防措施 ................................................... 3 第1.3 节 制浆系统的介绍和分类 ...................................................... 4

1.3.1 制浆系统的介绍 ................................................................ 4 1.3.2 制浆系统的分类 .................................................................. 5 第 1.4 节 制浆系统的优点 ............................................................... 7 第 1.5 节 新型多功能型制浆系统的提出 ......................................... 7

第 2 章 制浆系统的分析和总体方案的设计 ........... 8

第2．1节 制浆系统的分析 ............................................................... 8 第 2.2 节 总体方案的设计 ............................................................... 9

2.2.1 总体方案的设想 .................................................................. 9 2.2.2 破碎机部分的设计构思 .................................................... 10 2.2.3 给料部分的设计构思 ........................................................ 11 2.2.4 搅拌机的设计构思 ............................................................ 11

第 3 章 破碎机部分的设计 ......................... 12

第 3.1 节 破碎机转速和功率的确定 ............................................. 12

3.1.1 破碎机的齿辊的转速 ........................................................ 12 3.1.2 电动机功率的确定 ............................................................ 12 第 3.2节 电动机的选择和传动方式的确定 .................................... 14

3.2.1电动机的选择 ..................................................................... 15 3.2.2传动方式的拟定 ................................................................. 15 第 3.3 节 齿辊部件及箱体的设计 ................................................. 16

3.3.1 齿的设计 ............................................................................ 16 3.3.2 齿板的设计 ........................................................................ 17 3.3.3 齿辊辊筒的材料的选择 .................................................... 17 3.3.4 齿辊轴的设计 .................................................................... 17 第 3.4 节 破碎机用的减速器的设计 ............................................... 19

3.4.1 各级传动比的确定 ............................................................ 19

3.4.2 传动装置运动参数计算 .................................................... 19 3.4.3 各齿轮的设计计算 ............................................................ 20 3.4.4 轴的设计 ............................................................................ 28 3.4.5 轴的校核 ............................................................................ 30 3.4.6键的选择与强度验算 ......................................................... 32 第 3.6节 箱体结构及相关设计 ........................................................ 36

3.6.1 铸造方法 ............................................................................ 36 3.6.2 截面形状的选择 ................................................................ 36 3.6.3 肋板的布置 ........................................................................ 36

第 4 章 给料机和搅拌机的设计 ..................... 38

第 4.1 节 给料机的设计 ................................................................... 38 4.1.1 给料机的介绍 .................................................................... 38 4.1.2 螺旋给料机的参数设计 .................................................... 40 4.1.3 螺旋给料机功率的计算 .................................................... 42 4.1.4 轴端的密封设计 ................................................................ 43 4.1.5给料机电机的确定 ............................................................. 43 4.1.6其他零件的选择 ................................................................. 45 第 4.2 节 制浆机的设计 ................................................................... 47

4.2.1 搅拌叶的设计 .................................................................... 47 4.2.2 确定传动方式 .................................................................... 48 4.2.3 电机的选择 ........................................................................ 49

第 5 章 部分零件上的公差和配合 .................... 50

第 5.1 节 配合的选择 ....................................................................... 50 5.1.1 配合的类别的选择 ............................................................ 50 5.1.2 配合种类的选择 ................................................................ 50 第5.2节 一般公差的选取 ................................................................. 50 第5.3节 形位公差 ............................................................................. 51

5.3.1 形位公差项目的选择 ........................................................ 51 5.3.2 公差原则的选择 ................................................................ 51 5.3.3 形位公差值的选择或确定 ................................................ 52

结论 .............................................. 54 翻译部分 .......................................... 57

英文原文 ............................................................................................... 57 中文译文 ............................................................................................... 64

致 谢 ........................................... 71

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第 1 章 绪论

第 1.1 节 制浆系统的发展背景及其应用现状

在我国，现在正处于经济的蓬勃的发展时期，无论是第一第二产业还是第三产业，都在迅速发展。能源产业做为发张经济的基础产业，在社会经济中扮演着重要角色。其中的煤能源，在我国还占据着主要能源的地位。近几年，经济的快速发展，导致煤的供应需求增加，开采煤本身就是个高危行业，超量开采导致事故频繁发生。制浆系统本身就是用在煤矿保证煤矿生产安全的一个系统。虽然制浆系统已经出现很久，虽然其发展速度缓慢，但是其优点和必要性没有什么可以代替，所以至今各大煤矿都在使用。

第 1.2 节 煤炭自然和其他井下灭火技术的简介

1.2.1煤炭自然因素与特征

煤炭自然发展过程的三个必要条件：煤炭具有自然的倾向性；有连续的供氧条件；热量易于积聚。

表1·1 煤炭的自然因素与特征

煤炭自然因素 基 本 因 素 煤炭的自然性随煤炭的质量程度的增高而降低。没的煤的炭化程度 炭化程度越低，挥发份含量越高，煤炭自然发火倾向越强。一般说来，褐煤易于自然，烟煤中长焰煤危险性最大，贫煤及挥发份含量在12%以下的无烟煤难以自然

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续表1·1 煤岩成分包括有丝煤、暗煤、亮煤和镜煤。煤层中有煤岩成分 集中的镜煤和亮煤，特别是含有丝煤时，煤的自然倾向就大；而暗煤多的时候，一般不易于自然 煤的含硫量 含硫分越多，吸氧能力越大，越易自然；含黄铁矿、黄铜矿结核较多，也具有自然的危险 煤的破碎程度大，增加了没的氧化面积，使煤的氧化煤的破碎程度 速度加快，容易自然。脆性和风化率较大的煤就易于自然 水分能加速煤的氧化过程，同时使煤体疏松，造成细煤的水分 微裂缝，加大吸氧能力，并降低着火温度，但过多水分能抑制煤的氧化作用 随着温度升高，氧化作用加剧。根据实验煤的温度由温度 30℃升高到60℃时，吸氧能力要增加3~10倍，如果煤的温度达到临界值则开始迅速氧化，并积极增高温度，导致燃烧 煤层厚度与倾角大，开采时煤炭损失、破损程度大，地质构造 以及围岩等受到破坏，形成裂缝，而煤层厚还易于局部储热，固自然危险性愈大。在地质构造破坏的地带，自然发火频率较煤层赋存正常地段高 开拓开采条件及通风方式

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矿井开拓方式和开采方法及通风方式选择不合理，往往造成丢煤多、煤柱破碎、漏风严重，给煤炭自然造成良好条件，增加自然可能性 中国矿业大学徐海学院毕业设计(论文)

1.2.2煤炭自然发火的预防措施 （1） 开拓、开采技术措施 （2） 通风安全技术措施 （3） 预防性灌浆

预防性灌浆时目前我国使用最广泛的一种行之有效的预防煤炭自然的方法。

（4） 调节风压法防灭火

根据漏风和煤炭自然火灾的关系，漏风量太大，氧化热量不能积聚；漏风量很小，则供氧不足，煤也不易于自然。 （5） 阻化剂防火

将无机盐类的化合物，如:氯化钙、氯化镁、氯化氨以及水玻璃等物质的溶剂药液喷洒在煤块或注入煤体内，具有阻止煤体氧化，防止和扑灭其自热的作用。煤矿利用阻化剂防灭火是60年代末诞生的一项新技术，我国起步较晚，1974年抚顺煤研所在试验室和现场开始研究，先在沈阳、平庄两局实验成功。近年来，在实验室和现场试验的基础上，寻找合适我国煤矿不同煤种的阻化剂做了大量工作，并在阻化剂防火的机理方面提出了“吸水盐类液膜隔氧降温学说”，正确的阐述了阻化剂防火的原理，为阻化剂防火技术和发展奠定了基础。目前，我国有13个省40多个矿区应用阻化剂防火均收到了不同程度的效果;80年代利用工作面部采空区的漏风携带雾化阻化剂微粒进入采空区防止遗煤自燃，在铜川矿务局试验成功，为阻化防火工艺的发展作出了贡献。理论的成熟、工艺的发展使阻化剂防灭火已成为我国黄泥灌浆防火技术的重要补充。但是，目前使用阻化剂的阻化率较低，寿命较短，对环境有不同程度的污染，这些问题今后要进一步研究解决。

（6） 惰气防灭火

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（7） 泡沫灭火

泡沫有化学泡沫和空气高倍数泡沫(简称高泡)两种。化学泡沫一般储装于小型灭火器内，泡沫灭火器使用灵活，扑灭初起的火灾非常有效。常装备在井下碉室、胶带输送机的机头等易于发火的地方。空气机械泡沫灭火装置产生的泡沫倍数一般在500-1000之间。抚顺煤研所于60年代开始开发，研制了高效电动(BG P-200 )和水动((SGP-180)型发泡机。使该技术投入实战应用。其优点是能快速、远距离扑灭矿井火灾。至目前为止，在我国煤矿井下应用高泡灭火技术扑灭火灾达30余次，成为世界上应用该项技术次数最多的国家之一。

90年代，为了提高灭火效果，开始研制以惰气为气源的高稳定性泡沫。这种惰气(气氮或液氮气)泡沫，既可安全高效灭火，又可充入采空区起到隔离作用。由多组分复配而成的高稳定性泡沫剂和惰泡发生装置，已由抚顺煤科分院研制成功，使泡沫灭火技术获得新的发展。

第1.3 节 制浆系统的介绍和分类

1.3.1 制浆系统的介绍

50年代末，在我国煤矿开始应用灌浆防灭火，是目前我国使用最广泛的一种行之有效的的预防煤炭的自然方法。其方法是将灌浆材料（粘土或砂质粘土及炉灰等）按适当比例配合制成泥浆，利用井上、下高度差或借助泥浆泵通过输送管送到可能自然发火的采空区或其它地点进行灌注。预防性灌浆防灭火原理是，浆液包裹煤块，其水份有增湿减缓氧化速度的作用，其固体沉淀物能充填于媒体缝隙，能起隔绝漏风阻止氧化作用。按与会采工艺的关系来分，灌浆的方法有：随采随灌，采前预灌和采后密闭灌浆；按实施方法来分有埋管灌浆，钻孔灌浆和工

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作面撒浆。现在已被公认为是厚煤层分层开采较为有效的防灭火技术。 1.3.2 制浆系统的分类

因为每个煤矿的实际情况不一样发展出多种制浆系统： （1）水力取土钻孔灌浆的制浆系统。

水力冲刷表土制成泥浆，热后经泥浆沟流入灌浆钻孔至井下干管。

图 1·1 水力取土钻孔灌浆的制浆工艺流程

（2）水力取土加压输送的制浆系统。

水力冲刷表土制成泥浆，然后由泥浆沟流入泥浆搅拌池，再经泥浆泵加压输送至灌浆钻孔，最后流至井下灌浆干管。

图 1·2 水力取土加压输送的制浆流程

（3）人工取土自流输送的制浆系统。

取土场人工取土装上V型矿车（运输距离短，需土量大可采用胶

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带输送机运送黄土）。一条线路经窄轨铁路直接运送泥浆搅拌池；另一条线路经窄轨铁路运送至贮土场加以贮存。搅拌好后的泥浆可由灌浆管输送至井下；在雨季或冬季取土场无法取土时，可由水枪从贮土场直接冲土成浆，然后经泥浆沟流入泥浆搅拌池。

图 1·3 人工、机械取土制浆工艺流程

（4）高压水采土的分区灌浆站制浆系统。

高压水冲刷钻孔附近的黄土，泥浆沿着泥浆沟自流到钻孔，通过钻土上设置的筛箅清除完杂物后，再从钻孔流到井下干管内。

（5）人工采土的页岩制浆系统。

采土场采用炮采，大块岩石经由人工破碎，然后用电扒斗耙往胶带输送机运送至破碎机破碎，在经球磨机磨制成浆。通过球磨机磨成的泥浆沿着泥浆沟流入集泥池，经搅拌后即可由下浆孔输往井下干管进行灌浆；若集浆池盛满，可用泥浆泵或砂浆泵将泥浆送往泥浆池以备使用。

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第 1.4 节 制浆系统的优点

制浆系统的优点

（1）系统组建简单，操作方便。

（2）工作连续可靠，维护修理方便。易损零部件容易检修和拆换。 （3）工作环境范围广，生产量高。

（4）能根据工作状况来组建系统，保持系统的简洁性。 （5）制浆系统小，占地面积少。 （6） 价格便宜，实用性高。

第 1.5 节 新型多功能型制浆系统的提出

在查了好多资料后，发现制浆系统大都采用的制浆模式都是一样的，都是先破碎到搅拌，合格的浆液被送到集泥池，需要用的时候经过泥浆泵被送到井下进行填充。

在此我就设想，有没有可能把这几个环节中在一台机器上面，形成一个多功能的制浆机，生产出来的浆液直接可以用来预防性灌浆。

设计一台多功能的制浆机，就是本次设计的主要核心。

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第 2 章 制浆系统的分析和总体方案的设计

第2．1节 制浆系统的分析

制浆系统的分析

80年代以前，制浆系统比较单一，灌浆所用的浆材是黄泥，但是这对于西南或山区缺土地区就无土可作为浆材。后来重庆分院与采矿现场合作，在芙蓉和兖州矿区分别建立了习佩关页岩和煤矸石破碎系统，用破碎的矸石与页岩作为灌浆材料；开滦、平顶山等矿务局采用电厂飞灰作为灌浆材料均取得成功。煤矸石与飞灰的利用不仅解决了灌浆的用土，而且也净化了环境。

煤矸石及一些页岩被用来当做制浆的材料的多样话，用到破碎机的地方越来越多，原有的制浆系统的设计见下图：2.1

图 2·1 制浆系统过程

泥浆的制备过程虽然不麻烦但是过程比较多，要经过给料机、破碎机、输送皮带的输送再到制浆机混合搅拌制成成品的泥浆，各个过程都需要来操作，所以我就设想可不可以设计一种机器拥有制浆的众多功能于一体。

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第 2.2 节 总体方案的设计

2.2.1 总体方案的设想

本设计在原来的制浆方法和过程上并有什么新的创新，而是把一系列的制浆过程做了个整合，把好需要几台机器完成的的制浆过程整合成一台机器上来完成制浆任务。简单的说就是把好几台机器合并成一台，这样做可以节省占地空间，不需要过多的人为来操作。

具体设计同时具有破碎、给料、制浆、过滤的功能于一体，整体化设计，把一个一个单一的环节合并成一个，实现一台机器多种功能。 把浆材放到破碎机的料斗里面，经过破碎机的破碎是浆材直接到达给料机，经过螺旋给料机的定量给料进入制浆机，在制浆机中高速的搅拌，过滤后的泥浆就是可以用的成品了。这样子的泥浆就是可以直接拿来井下灌浆的合格产品。多功能制浆机示意图见下图2·2

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图2·2 多功能制浆机

这样的多功能制浆机不仅实现的制浆系统中必要的环节，而且对

于制浆系统来说安装很方便，一台机器占地少。

2.2.2 破碎机部分的设计构思

破碎机是整个机器部分的最上层机器，我采用的是齿辊式破碎机的结构。主要是因为考虑制浆所需要的浆材中有粘土和页岩的混合材料，采用中碎就可以达到效果了，而且齿面辊式破碎机以劈碎作用为主，同时兼有研磨作用，适用于脆性和软矿石的粗碎和中碎，可以达到目的。

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在选择采用单齿辊破碎机还是双齿辊破碎机的时候我给2种类型破碎机做了个比较，单齿辊破碎机更适合用于粗碎，所以我采用了双齿辊的破碎机。

2.2.3 给料部分的设计构思

在给料部分的设计，我查了好多资料，发现好多给料机都是拥有振动功能，如果采用则不适合整体机器的稳定性，经过仔细考虑，采用一种螺旋给料机，这种给料机轻便，无噪声，运行稳定，最重要的是定量给料。这样可以持续不断稳定的给料。

2.2.4 搅拌机的设计构思

搅拌机部分采用市面上一般的搅拌机的样式即可，因为对于搅拌机的功能要求并不高，只要能转动，能有搅拌效果就可以。但是以往的搅拌机有个缺点就是不能过滤，出来的泥浆必须在经过过滤才能用来灌浆，所以我就想到在搅拌机拥有普通的搅拌功能功能上增加过滤功能，即在搅拌机里面装个筛网，当搅拌叶高速旋转搅拌泥浆的时候，泥浆被甩到筛网一侧，通过筛网的泥浆就是可以使用的成品了。

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第 3 章 破碎机部分的设计

第 3.1 节 破碎机转速和功率的确定

用外力克服固体物料各质点间的内聚力，使物料破坏以减小其颗粒粒度的过程，称为破碎。 3.1.1 破碎机的齿辊的转速

滚筒的直径D=390mm, 根据经验公式转子的转速可按下式计算：

60v n? （3·1）

?D其中转子的圆周速度v一般都是根据实验来确定。根据经验，齿形辊子的圆周速度v=1.5 ~ 1.9m/s ，根据高转速对机器零部件的加工、安装精度要求也随之增高，所以取1.6m/s

60?1.6则 n??80r/min

??390?10?33.1.2 电动机功率的确定 根据传统经验公式

N = 0.1i Q (kW) （3·2）

式中 i ——破碎比 Q ——生产率 t/h

根据胡基（HUKKI）1961年所作的能量输入与热度的关系图分析，齿辊破碎机属于常规破碎范围，宜用基克（KICK）的破碎理论，即“无论原始粒度如何，只要每单位质量的能量输入不变，总能得到相同体积减少”，基克方程

E = K ×

ln

1/

2) = K ? ln i（3·3）

根据基克的体积与能量关系可以得出理论功率

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N' = 9.81 ? 10?3

??22??Q KW （3·4）

式中 ?——物料的抗压强度 E ——弹性模量 由下表可知道：

表3.1 普氏岩石分级表及碎矿和磨矿中的硬度分级

等级 1 Ⅰ 坚固性程度 2 最坚固的岩石 岩 石 3 最坚固、细致和有韧性的石英岩和玄武岩，其他各种坚固岩石 很坚固的花岗质岩石、石英斑岩、很Ⅱ 很坚固的岩石 坚固的花岗岩，硅质片岩，比上一级较不坚固的石英岩，最坚固的砂岩和石灰岩 坚固的岩石 Ⅲ 坚固的岩石 花岗岩（致密的）和花刚质岩石，很 坚固的砂岩和石灰岩，石英质矿脉，坚固的砾岩，极坚固的铁矿 10 15 f 4 20 石灰岩（坚固的），不坚固的花岗岩， 坚固的砂岩，坚固的大理石和白云岩，黄铁矿 8 Ⅳ 颇坚固的岩石 颇坚固的岩石 中等的岩石 一般的砂岩，铁矿 硅质页岩，页岩质砂岩 6 5 Ⅴ 坚固的粘土质岩石，不坚固的砂岩和 4 石灰岩，各种页岩（不坚固的），致密 13

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中等的岩石 的泥灰岩 软弱的页岩，很软弱的石灰岩，白垩， 3 颇软弱的岩石 岩盐，石膏，冻结的土壤，无烟煤，普Ⅵ 颇软弱的岩石 通泥灰岩，破碎的砂岩，胶结砾石，石 质土壤 砾石质土壤，破碎的页岩，凝结成块的砾石和碎石，坚固的煤，硬化的黏土 2 1.5 机器破碎的材料是中等矿石，所以选择普氏硬度系数f为3，又知道普氏系数约为单轴抗压强度σ的百分之一：

f=

因此，岩矿的抗压强度

σ=100f=100?3=300 （3·6）

而实际功率：

N=K1?K2?N' （3·7）

其中 K1——功率系数 K1=0.528 K2——破碎比系数 K2=lni=ln10 所以得出：

300?10)2?0.4?2?3?30?ln10 N=1.695?104?(48000?104?100 （3·5）

=44.2 kW

第 3.2节 电动机的选择和传动方式的确定

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3.2.1电动机的选择

根据计算得到的功率和实际需要的功率有一定余量，所以选择功率P=45 Kw的电机，查询《机械设计手册》，选取Y系列绕线转子三相异步电动机，型号YR250M2-4，电动机的主要参数如下： Pe =45 Kw no=1480 r/min I=85.9A ne =741r/min ?=91.5% cosφ=0.87

最大转矩= 3.0

额定转矩输出轴的直径d =160 mm

3.2.2传动方式的拟定

在开始选择传动方式的时候有2套方案可以选择，就是在拖动方式上面选择是单电机，还是使用双电机，其传动方式如下图 ：

图3·.1 单电机的传动方式

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图3·2 双电机传动方式

经过考虑，最终选择了双电机的的传动方式，因为结构简单，组建起来很方便。

第 3.3 节 齿辊部件及箱体的设计

3.3.1 齿的设计

以往辊齿的型式有如下几种：鹰嘴式、标枪式，刀刃式和矩形带式。粗碎时大部分采用鹰嘴式，齿的高度70~110mm，长短齿一起配合使用。长齿用以破碎特大块，大块进入内腔后再用短齿进一步破碎。单齿辊破碎机的破碎过程基本上式这样进行的。

中碎时鹰嘴和标枪式都可以使用，齿的高度最低为80mm。刀刃式使用的地方不多。矩形带式主要是用在齿辊破碎机的第二段上。

在本次设计中，辊齿选择了类似刀刃式的辊齿作为破碎机辊齿。辊齿的寿命是破碎机性能的重要指标。提高辊齿的寿命将直接降低维护费用，减少维修率和检修时间，为此除了降低转速，优化破碎机之外，更重要的还有要全程选择耐磨性强的材料。

齿的材料选择ZG30Mn,.齿的表面需用耐磨焊条堆焊10mm的焊层，齿高方向设计为40mm。

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3.3.2 齿板的设计

（1） 齿板的材料选用 ZG270-500 （2） 齿板的结构设计

为了便于破碎机的维护和拆装，齿板的设计如图：

图 3·3 齿板图

用高强度螺栓固定在齿辊的辊筒上面。

3.3.3 齿辊辊筒的材料的选择

由于考虑到辊筒受力和材料的经济成本，所以材料选用ZG270-500。

3.3.4 齿辊轴的设计

（1）轴的常用材料

轴的材料主要是碳钢和合金钢。毛坯多数用轧制圆钢和锻件。碳钢价廉，对应力集中的敏感性较低，可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨和抗疲劳强度，故应用广泛，其中最常见的是45号钢。合金钢比碳钢具有更高的机械和更好的淬火性能。因此，在传递大的动力，并要求减小尺寸与质量，提高轴颈的耐磨性，以及处于高温或低温条件下工作的轴，常采用合金钢。

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（2）轴设计中应解决的主要问题

设计轴时，应解决的主要问题有结构设计和工作能力计算两个方面的内容。

轴的机构设计师根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸。

轴的工作能力计算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的计算。

（3） 轴的参数设计 轴的最小直径的计算

选取45号钢作为轴的材料，调质处理 由公式 dmin?A3 式中 n----轴的转速，r/min P----轴所传递的功率，Kw

A----取决于轴材料的许用扭转切应力??T?的系数 由前面可知，n=80r/min P=44.2Kw 取 A=110

则 dmin?1.03?110344.2?62.5 mm 80P （3·8） n 则取 辊轴的最小直径为63mm

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第 3.4 节 破碎机用的减速器的设计

3.4.1 各级传动比的确定

已知电动机的转速n电=1480r/min， 齿辊的转速n=80r/min 所以总传动比 i?n电n?1480/80=18.5 r/min （3·9）

各级传动比的分配 i?i1i2

对于展开式二级齿轮减速器,为保证起高低速级大齿轮浸油深度相近,其传动比要满足下式:

i1=(1.3~1.4)i2

式中 i1－高速级传动比 i2－低速级传动比 取 i1=1.3 i2

总传动比i=1.3i2·i2=1.3i22

i2=i18.5==3.77

1.31.3i1=1.3i2=1.3×3.77=4.9

3.4.2 传动装置运动参数计算

从减速器的高速轴开始各轴命名为Ⅰ轴,Ⅱ轴，Ⅲ轴 （1）各轴转速计算

n1=n/i0=1480/1=1480(r/min)

nⅡ=n1/i1=1480/4.9=302(r/min) （3·10） nⅢ=nⅡ/i2=302.57/3.77=80(r/min)

式中 n－电动机转速，r/min；

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i0－电动机至第Ⅰ轴传动比；

i1,i2－第Ⅰ轴至第Ⅱ轴，第Ⅱ轴至第Ⅲ轴传动比 （2）各轴功率计算

PⅠ=P·?1·?2=45×0.99×0.99=44.1（KW）

PⅡ= PⅠ·?2·?3=44.1×0.99×0.97=42.35（KW） （3·11） PⅢ= PⅡ·?2·?3=42.35×0.99×0.97=40.67（KW）

式中 ?1－连轴器效率； ?1=0.99

?2－轴承效率； ?2=0.99 ?3－齿轮效率； ?3=0.97

（3）各轴扭矩计算

T1=9550 PⅠ/n1=9550×44.1/1480=284.56 (N·m) T2=9550 PⅡ/ nⅡ=9550×42.35/302=1339.21 (N·m) T3=9550 PⅢ/ nⅢ=9550×40.67/80=4854.98 (N·m) 3.4.3 各齿轮的设计计算

（1）高速级减速齿轮设计（直齿圆柱齿轮）

(工作环境假设: 每天工作8小时,每年工作300天,预期寿命10年)

① 选择齿轮材料，确定许用应力 由表6.2 小齿轮40Cr调质

大齿轮45 正火

许用接触应力［?H］ 由《机械设计》中公式6-6，

［?H］=

接触疲劳极限??HlimSHminZN （3·12）

Hlim

查《机械设计》图6-4

б

Hlim1=700 N/mm2

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б

Hlim2=550 N/mm2

接触强度寿命系数ZN，应力循环次数N，由《机械设计》公式6-7

N1=60n1jLh （3·13） =60×1480×1×(10×300×8)= 2.13×109 N2= N1/i1 （3·14） =2.13×109/4.9=4.35×108

查《机械设计》表6-5得

ZN1=1 ZN2=1.05

接触强度最小安全系数SHmin=1 则 ［?H1］=700×１/１

［?H2］=550×1.05/1

许用弯曲应力［?F］ 由《机械设计》式6-12，

?????SFFlimFminYYNX （3·15）

弯曲疲劳极限?б

Flim1Flim

查《机械设计》图6-7，双向传动乘0.7

Flim2=378 N/mm2 б=294 N/mm2

弯曲强度寿命系数YN 查《机械设计》图6-8

YN1=1 YN2=1

弯曲尺寸寿命系数YX 查《机械设计》图6-9(设模数小于5mm)

YX= 1

弯曲强度最小安全系数 SFmin=1.4

则 ［?F1］=378×１×１/1.4=270 N/mm2 ［?F2］=294×１×１/1.4=210 N/mm2 ② 齿面接触疲劳强度设计计算 确定齿轮传动精度等级，按

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v1=(0.013~0.022) n1 3P/n1 (3·16)

估取圆周速度 vt= 6.56m/s, 参考表6.7、表6.8选取 Ⅱ公小轮分度圆直径d1,由式6-5得

d1≥3(ZEZHZ?8级

??H?)22KT1(u?1) （3·17）

?du齿宽系数?d 查《机械设计》表6.9，按齿轮相对轴承为非对称布置

?d=0.8

小轮齿数z1 在推荐值20～40中选

z1=27

大轮齿数z2 z2=iz1=4.9×27=132.3圆整取

z2=132

齿数比u u= z2 /z1=132/27=4.89 传动比误差?u/u=(4.89-4.9)/3.28<0.05

小轮转矩 T1=9.55×106×P/n1=9550?103×44.1/1480

=284564 N·m

载荷系数 K=KAKVK?K? （3·18）

KA－使用系数 查《机械设计》表6.3

KA=1.25

KV－动载系数 由推荐值1.05~1.4

KV=1.2

K?－齿间载荷分配系数 由推荐值1.0~1.2

K?=1.1

K?－齿向载荷分布系数 由推荐值1.0~1.2

K?=1.1

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载荷系数 K=KAKVK?K?

=1.25×1.2×1.1×1.1=1.81

材料弹性系数ZE 查《机械设计》表6.4 ，

Z2E=189.8N/mm 节点区域系数ZH 查《机械设计》图6-3（??0?，x1=x2=0）重合度系数Z? 由推荐值0.85～0.92 Z?=0.87 故 dZ1≥3(EZ?HZ?1(u?1)?)22KTH??=46.68 du齿轮模数m=d1/z1=46.68/27=1.73mm 圆整后 m = 2 mm

小轮分度圆直径d1=mz1=2×27=54 mm

圆周速度 v=πd1n1/60000 （3·19）

=π×54×1480/60000=4.18 m/s

标准中心距a a=m(z1+z2)/2=2×（27+132）/2=159 mm 齿宽 b=?dd1?0.8×48.68=38.94mm 大轮齿宽 b2=b=39 mm

小轮齿宽 b1=b2+（5～10） b1=45 mm ③ 齿根弯曲疲劳强度校核计算

由《机械设计》式6-10

?2kT1F?bdYFaYSaY????F? （3·20） 1m齿形系数YFa， 查表6.5 小轮YFa1=2.57

大轮YFa2=2.21

应力修正系数YSa，查表6.5 小轮YSa1=1.60

大轮YSa2=1.777

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H =2.5 Z

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重合度?a

1?a??z1(tanaa1?tana)?Z2(tanaa2?tana)? （3·21）

2?1= 2?2?27cos20?2?132cos20???27?(tan(arccos)?tan20?)?132?(tan(arccos)?tan20?)??2?27?2?22?132?2?2?? =1.7

重合度系数 Y?=0.25+0.75/?a （3·22）

=0.68

故 ?F1=2×1.81×284560×2.57×1.60/(45×54×2)

= 186.2N/mm2

?F2=2×1.81×284560×2.21×1.777/(39×54×2) = 197.5 N/mm2

④ 齿轮其他主要尺寸计算

大轮分度圆直径 d2?mz2?2×132=264mm

根圆直径 df1?d1?2hf =54-2×1.25×2=39 mm df2?d2?2hf =264-2×1.25×2=259 mm 顶圆直径 da1?d1?2ha=54+2×2= 58 mm da2?d2?2ha=264+2×2=268 mm （2） 低速级齿轮传动计算 ① 选择齿轮材料，确定许用应力 由《机械设计》表6.2 小齿轮40Cr调质 大齿轮45 正火 许用接触应力［?H］ 由公式6-6，

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［?H］=

?HlimSHminZN

接触疲劳极限?Hlim 查《机械设计》图6-4 б

Hlim1=700 N/mm2 б

Hlim2=550 N/mm2

接触强度寿命系数ZN， 应力循环次数N N1=60n1jLh=60×1480×1×(10×300×8)

= 2.13×109

N2= N1/i1=2.13×109/4.9 =4.35×108

查表6-5得

ZN1=1 ZN2=1.05

接触强度最小安全系数SHmin=1 则［?H1］=700×１/１=700 N/mm2 ［?H2］=550×1.05/1= 577 N/mm2

许用弯曲应力［?F］ 由《机械设计》式6-12，

?F??FlimYNYX??S

Fmin弯曲疲劳极限?Flim 查《机械设计》图6-7，双向传动乘0.7 б

Flim1=378 N/mm2 б

Flim2=294 N/mm2

弯曲强度寿命系数YN 查《机械设计》图6-8

YN1=1 YN2=1

弯曲尺寸寿命系数YX 查《机械设计》图6-9(设模数小于5mm)

YX= 1

弯曲强度最小安全系数 SFmin=1.4

则 ［?F1］=378×１×１/1.4=270 N/mm2

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[?F2］=294×１×１/1.4=210 N/mm2

② 齿面接触疲劳强度设计计算 确定齿轮传动精度等级，按 v1=(0.013~0.022) n1 3P/n1 估取圆周速度vt= 3.56m/s,

参考表6.7、表6.8选取 Ⅱ公差组8级 小轮分度圆直径d1,由式6-5得

d1≥3(ZEZHZ???H?)22KT1(u?1) ?du齿宽系数?d 查表6.9，按齿轮相对轴承为非对称布置

?d=0.8

小轮齿数z1 在推荐值20～40中选 z1=30

大轮齿数z2 z2=iz1=3.77×30=113.1圆整取 z2=113 齿数比u u= z2 /z1=113/30=3.766 传动比误差?u/u=(4.766-3.77)/3.77<0.05

小轮转矩T1=9.55×106×P/n1=9550×44.1/1480=1339.21 (N·m) 载荷系数 K=KAKVK?K?

KA－使用系数 查表6.3

KA=1.25

KV－动载系数 由推荐值1.05~1.4

KV=1.2

K?－齿间载荷分配系数 由推荐值1.0~1.2

K?=1.1

K?－齿向载荷分布系数 由推荐值1.0~1.2

K?=1.1

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载荷系数 K=KAKVK?K?

=1.25×1.2×1.1×1.1=1.81

材料弹性系数ZE 查表6.4

Z=189.8N/mm2 E节点区域系数ZH 查图6-3（??0?，x1=x2=0） ZH =2.5 重合度系数Z? 由推荐值0.85～0.92 Z?=0.87 故 d2KT1≥3(ZEZ?HZ?1(u?1)?)2H??=74.56 mm du齿轮模数m=d1/z1=74.56/30=2.48mm 圆整后 m = 2.5 mm 小轮分度圆直径d1=mz1=2.5×30=75mm 圆周速度 v=πd1n1/60000

=π×75×302/60000=1.18 m/s

标准中心距a a=m(z1+z2)/2=2×（30+113）/2=143 mm 齿宽 b=?dd1?0.8×75.56=60.45mm 大轮齿宽 b2=b=60 mm

小轮齿宽 b1=b2+（5～10） b1=65 mm ③ 齿根弯曲疲劳强度校核计算 由式6-10

?1F?2kTbdYFaYSaY????F? 1m齿形系数YFa 查表6.5 小轮YFa1=2.57

大轮YFa2=2.21

应力修正系数YSa, 查表6.5 小轮YSa1=1.60

大轮YSa2=1.777

重合度?a

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?a?=

1?z1(tanaa1?tana)?Z2(tanaa2?tana)? 2?12?2.5?30cos20?2.5?113cos20???30?(tan(arccos)?tan20?)?113?(tan(arccos)?tan20?)??2.5?30?2?2.52.5?113?2?2.5?? =1.73

重合度系数 Y?=0.25+0.75/?a=0.62

故 ?F1=2×1.81×284560×2.57×1.60/(45×54×2)

= 186.2N/mm2

?F2=2×1.81×284560×2.21×1.777/(39×54×2)

= 197.5 N/mm2 ④ 齿轮其他主要尺寸计算

大轮分度圆直径 d2?mz2?2.5×113=284mm

根圆直径 df1?d1?2hf =75-2×1.25×2.5=68.75 mm df2?d2?2hf =284-2×1.25×2.5=277.75 mm 顶圆直径 da1?d1?2ha=75+2×2.5= 80mm da2?d2?2ha=284+2×2.5=289 mm 3.4.4 轴的设计

初步估算轴的直径

选取45号钢作为轴的材料，调质处理 由式8-2

d?A3p (3·23) n计算轴的最小直径并加大3%以考虑键槽的影响

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查表8.6 取A=115 则 dmin?1.03?1153轴的结构设计

（1） 确定轴的结构方案

小齿轮和右轴承从轴的右端装入，小齿轮靠轴肩定位，右轴承靠端盖和挡油环定位。左齿轮靠轴肩定位，左右轴承均采用轴承端盖。齿轮采用普通平键得到周向固定。采用圆锥辊子轴承。轴的结构如图3·4所示。

18.72=34.46mm 448.17

图 3·4 中间轴的结构示意图

（2） 确定各轴段直径和长度

①段根据dmin圆整（按GB5014-85） 查GB/T297-95,暂选圆锥辊子轴承型号为32007,其宽度T=15mm。轴承润滑方式选择脂润滑。齿轮和箱体内壁▽取16mm,考虑轴承脂润滑，取轴承距箱体内壁距离f=8mm,则L3=T+f+▽+4==38mm，轴的直径d1=35mm

②段d2=d1+(1～3)mm, 为使挡油环端面可靠地压紧齿轮，l2应比齿轮毂孔长（取等于齿宽B2）短1～4mm。l2=52mm

③齿轮右端定位轴肩高度h=2.5mm,则轴环直径d3=43mm，l3取

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10mm。

④段d4=d2, 为使套筒端面可靠地压紧齿轮，l4应比齿轮毂孔长（取等于齿宽B2）短1～4mm。l4?32mm d4?38

⑤段 d5=d1 L5=L1=38mm 3.4.5 轴的校核

因为输出轴的转矩大，所以验算输出轴，如果输出轴合格，则其他轴也合格。

计算作用在齿轮上的力

转矩 T=9.55×106P/n=9.55×106×40.67/80

=485498 N·mm

输出轴上大齿轮分度圆直径 d=284mm 圆周力 Ft=2T/d=2×485498/284=3419 N 径向力 Fr=Fttan?n/cos?

=3419×tan200/cos9022′=1260N

轴向力 Fa=Fttan?=1054×tan9022′=541.5N (1) 求轴承反力 水平面上的支反力

FA?FB?Ft3419??1709.5N 22垂直面上的支反力

RV1=2355.6N RV2=1683.2N

(2) 求齿宽中点处弯矩 H水平面

MH=100425 N·m

垂直面上的弯矩经计算得

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MA1=85981 N·m MA2=13085 N·m

合成弯矩M

M1=136904 N·m M2=104457 N·m

绘制轴的弯矩图和扭矩图

FBRH2MHMvMT图 3·5 轴的弯矩图和扭矩图

（3）按弯扭合成强度校核轴的强度 当量弯矩

Mca=M2?(aT)2 （3·24）

取折合系数a=0.6,则齿宽中点处当量弯矩

Mca1?1369042?(0.6?485498)2=256473 N·m Mca1?1044572?(0.6?485498)2=246781 N·m

当量弯矩见上图

轴的材料为45号钢，调质处理。 由表查得：

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?b?640N/mm2，

材料许用应力 ???1?b?60N/mm2 由公式计算得轴的计算应力为

Mca1256473=5.4 N／mm ?0.1d30.1?783?ca?经较核，该轴满足强度要求 3.4.6键的选择与强度验算 对低速轴的键选择

8级以上精度的齿轮有定心精度要求，应选用平键. (1) 根据轴径d d=63mm

查键的标准,得到键的截面尺寸b×h=18×11

(2) 根据轮毂宽度B,查键的标准,在键长度系列中选择适当的键长

L=54

(3) 验算键的强度 平键的强度计算式为: 挤压强度条件

4T???p? （3·25） dhl???p? 耐磨性条件(动联结)

4T p???p? （3·26）

dhl式中,T－转矩，N·mm；

d-轴径，mm； h-键的高度，mm；

l-键的工作长度，mm.对Ａ型键l=L-b=36 mm

２

???--许用挤压应力，N／mm，见表3.2 ?p?

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２

?? ?=120 N／mm p???p?――许用压强，N／mm

?p?=40 N／mm

２

，见表3.2

将以上各数据代入强度计算公式，计算得

4?969.34?103２

?61.2 N／mm ?p?78?14?584?969.34?103 P==36 N／mm２

78?11?36 因为?p????p??，p< ?p? 所以强度足够

第 3.5 节 联轴器的选择

联轴器分类有机械式、液力式、电磁式。

机械式联轴器又分为刚性联轴器和挠性联轴器。刚性联轴器如套筒、凸缘、夹壳联轴器等；挠性有无弹性元件、金属弹性元件、非金属弹性元件。无弹性元件如十字滑块、齿式、滚子链、万向联轴器等；金属弹性元件如蛇形弹簧、簧片、膜片、波形管联轴器等；非金属弹性元件如弹性套性销、轮胎式、弹性销联轴器等。

液力式有液力联轴器，电磁式有电磁式联轴器。

在选择联轴器的时候增加考虑过用刚性联轴器，但是考虑到刚性联轴器无补偿轴间相对位移能力，和传递转矩上面，所以选用液力式的。

液力耦合器以液体为工作介质的一种非刚性联轴器，液力联轴器。液力偶合器(fluid coupling)以液体油作为工作介质通过泵轮将液体的动能转变为机械能连接电动机与工作机械实现动力的传递。它具有空载启动电机，平稳无级变速等特点，用于电站给水泵的转速调节，可简化锅

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炉给水调节系统，减少高压阀门数量，由于可通过调速改变给水量和压力来适应机组的起停和负荷变化，调节特性好，调节阀前后压降小，管路损失小，不易损坏，使给水系统故障减少，当给水泵发生卡涩、咬死等情况时，对泵和电机都可起到保护作用。故现代电站中，机组锅炉给水泵普遍采用了带液力偶会器的调速给水泵。

主要部件有：泵轮、涡轮、转动外壳、、输入轴、输出轴及勺管。通常，转动外壳与泵轮是在外缘用法兰用螺栓联接。

泵轮与涡轮称为工作轮，两轮中均有叶片，两轮分别与输入、输出轴相联接，它们之间是有间隙的，泵轮和涡轮均有径向尺寸相同的腔形，所以，合在一起形成工作油腔室，工作油从泵轮内侧进入，并跟随动力机一起作旋转运动，油在离心力的作用下，被甩到泵轮的外侧，形成高速油流冲向对面的涡轮叶片，流向涡轮内侧逐步减速并流回到泵轮的内侧，构成了一个油的循环。工作液体在工作腔中的绝对流动是一个三维运动。转动外壳与泵轮联接后包围在涡轮之外，使工作液体能贮于泵轮之中。输入轴与动力机相联（如电机），输出轴与被驱动机相联（如水泵）。 液力偶合器的特点是：能消除冲击和振动；输出转速低於输入转速，两轴的转速差随载荷的增大而增加；过载保护性能和起动性能好，载荷过大而停转时输入轴仍可转动，不致造成动力机的损坏；当载荷减小时，输出轴转速增加直到接近於输入轴的转速，使传递扭矩趋於零。液力偶合器的传动效率等於输出轴转速与输入轴转速之比。一般液力偶合器正常工况的转速比在0.95以上时可获得较高的效率。液力偶合器的特性因工作腔与泵轮、涡轮的形状不同而有差异。它一般靠壳体自然散热，不需要外部冷却的供应。力偶合器是一种柔性的液力传动元件,置于动力机与工作机之间传递扭矩。广泛应用与矿山、石油、化工、冶金、轻工、水泥、制革、建筑、陶瓷、邮电、交通、电力、食品、纺织、

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