双轴锤片式粉碎机设计及其转子系统动态仿真

双轴锤片式粉碎机设计及其转子系统动态仿真摘要锤片式粉碎机是饲料加工机械的四大主机之一,是饲料生产必要的设备之一,其性能对饲料厂的节能降耗意义重大。分析了锤片式粉碎机的结构和工作原理,对处理谷物的锤片式粉碎机提出了优化设计方案，以提高粉碎效率、降低能耗，获得优质产品。根据已有的双转子粉碎机的结构及工作原理，提出了自己的创新性设计方案。即：设计一种双转子锤片式粉碎机，包括进料口，机座，机壳和转子总成，驱动两个转子的中心轴旋转的动力及传动装置，机壳位于机座上，进料口位于机壳上，在机壳内设置有两个相互平行的转子总成；所述两个转子总成的锤片是轴向错位设置的；并且轴向错位设置的锤片的锤头端有部分重叠，即两个转子总成的锤片的锤头端面到轴心的距离之和大于两轴的轴心之间的距离。转子是锤片式粉碎机的主要工作部件，利用Pro/E对锤片式粉碎机转子中的各零件进行三维建模、虚拟装配、模型分析和动态仿真。设计者可以充分利用Pro/E单一数据库管理技术，通过改变尺寸参数来方便地修改和更新零件，还可以直观地观察和分析转子的外形、零件间的相互位置关系和运动状态。关键词：双转子锤片式粉碎机；Pro/E；三维建模；仿真；转子；高效率；IAbstractHammers 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.After introduced their structure and operating principle,a project of optimized design of them was put forword.On purpose to improve crush-up efficiency and to reduce the expenditure of energy.According to the structure and working principle of the double-rotor mill ,we put forward our own innovative designs .We design a dual-rotor hammer mil which includes the inlet, base, casing and rotor assembly, to drive the two rotors of the central axis of rotation and power transmission equipment ,The casing is located on the base unit, inlet located on the casing ,while there are two rotor assembly that parallel to each other; the hammers of the two rotor assembly aforementioned are set by axial dislocation ,and the hammers hammer end exist some overlap .In another word, the sum of the distance between the hammers hammer end face of two rotor assembly to the axis is greater than the distance between the axes of the two-axis.Rotor is an important assembly of hammers mill. This research utilized Pro/E to carry out three-dimensional modeling of the parts of hammer mills rotor, virtual assemble, model analysis, and motion emulation. Designers can modify the parts easily by changing size parameters, and also can observe forming, position relation of parts and motion state of the rotor.Key words: double rotor hammer mill；Pro/E；3D modeling；Simulate；rotor；high-level effciencyII目 录摘要IAbstractII目 录III1 绪论11.1 课题背景11.2 课题研究的意义及主要内容22 饲料粉碎机械概述及总体方案设计32.1 粉碎基本理论32.2 粉碎机械的分类32.3 国内外粉碎机研究现状简述42.3.1 我国饲料粉碎机技术发展现状42.3.2 国外粉碎机研究现状综述52.4 锤片式粉碎机72.4.1 锤片式粉碎机的构造与工作过程72.4.2 锤片式粉碎机主要工作部件82.5 双转子粉碎机102.5.1 双转子粉碎机设计开发的意义102.5.2 双转子粉碎机的用途及特点102.5.3 双转子粉碎机工作过程与原理112.5.4 分析现有的两种种双转子粉碎机112.6 双转子锤片式粉碎机的总体方案设计143 双转子锤片式粉碎机设计计算153.1 已知设计参数及设计要求153.2 传动装置的总体设计153.2.1 转子直径D与粉碎室宽度B的确定153.2.2 拟定传动方案163.3 带传动设计计算183.3.1 左侧带传动183.3.2 右侧带传动213.4 齿轮传动设计计算243.5 轴的结构设计计算293.5.1 轴3的结构设计计算293.5.2 轴1的结构设计计算313.6锤片结构设计及其强度校核333.6.1 锤片的结构设计333.6.2 锤片的布置343.6.3 锤片的强度校核343.7 轴的校核353.7.1轴3的结构及其强度校核353.7.2轴1的结构及其强度校核403.8 轴承寿命计算443.9 键的校核463.9.1 主轴3上键的校核463.9.2主轴1上键的校核473.10 双转子锤片式粉碎机箱体设计474.基于PRO/E的双转子粉碎机转子的三维模及虚拟装配494.1 主轴494.2 锤片504.3 锤架板和定位套筒504.4 销轴和锤片隔套504.5 零件的虚拟装配514.6 动态仿真分析535 结论与讨论54参考文献55致谢57IV1 绪论1.1 课题背景粉碎是饲料生产中最重要的工序之一。粉碎工序直接影响到配合饲料的质量、产量、电耗和成本，粉碎工段的动力配备约占饲料厂总动力配备的3040。我国每年有8000万1亿吨饲料粮和l2亿吨农作物秸秆等被粉碎加工成饲料。饲料粉碎机保有量为150万台以上，每年消耗动力为20-30亿千瓦小时。本课题设计一种在耗电和产量上有所突破的粉碎机。目前锤片式粉碎机的型号很多，一般由锤片、转子、筛片、机壳、电机等组成。工作过程是由电机提供动力，转子旋转，固定在转子上的锤片打击物料使之粉碎，合格的物料从筛片排出，完成整个粉碎过程。现有普通锤片式粉碎机是饲料工业生产中应用最广泛的。其粉碎原理是无支撑式的冲击粉碎，在粉碎过程中，锤片与物料的碰撞绝大部分为偏心冲击，使物料在粉碎室内发生旋转，会消耗一部分的能量，这也是锤片粉碎机耗能高的主要原因之一。同时，由于锤片粉碎机的粉碎室结构和物料受高速锤片的冲击作用，物料在离心力作用下会贴着筛面形成圆周运动，产生环流层，大颗粒的物料在外层，小颗粒的物料在内层，粉碎达到粒度要求后小颗粒不能及时从筛孔正常排出，出现了物料与锤片的反复冲击，形成物料的过度粉碎，粉碎电耗增加，粉料的温度升高，使物料内的水分形成水蒸汽，水蒸汽与细粉末会粘附于筛板，严重后会堵塞筛孔，粉碎效率下降，尤其是在物料细粉碎时，环流对粉碎效率的影响更加严重。要提高锤片粉碎机效率，就必须破换粉碎过程的环流产生。水滴型粉碎机是研究人员针对普通锤片粉碎机结构特点，将粉碎室从圆形变为水滴型，这样既增大了粉碎室筛板的有效筛理面积，又能破坏物料在粉碎室形成环流，有利于粉碎后物料排出粉碎室，粉碎效率提高。另外水滴型粉碎机有主粉碎室和再粉碎室，物料在粉碎室内可形成二次打击。但是这种打击的力度只限于锤片运动切线的速度。专利CN1830568A公开了一种粉碎机及其粉碎方法，其具有两个进料口和两个粉碎室，两粉碎室内各有带锤片的转子在高速旋转，并且在两转子间设置了对物料起导向和分流作用的导流装置。当第一粉碎室内经粉碎未合格出筛的物料在导流装置租用下进入第二粉碎室，被第二粉碎室内的锤片撞击而粉碎，同时第二粉碎室内经粉碎未合格出筛的物料在导流装置作用下进入第一粉碎室，被第一粉碎室内的锤片撞击而粉碎。未合格出筛的物料循环粉碎知道合格后，再通过粉碎室底部设置的筛网出筛。该技术的两个转子同向运转，那么两转子之间锤片切线的相对速度比单转子提高了一倍，锤击力度也就增加了一倍，效率较同功率的产品提高。同时也破坏了物料在粉碎室形成环流。大大提高了粉碎机的粉碎效率。市场现有的锤片式粉碎机，无论是国产的还是进口的多为单转子结构。为了提高粉碎机的粉碎效率，通常是采用增大转子半径来提高锤片的线速度。目前单转子锤片式粉碎机，由于受到结构设计和材料强度的限制，其锤片的最高线速度目前达到了100米每秒，其材料的安全系数已经很低，要想进一步提高锤片的线速度，已经非常危险。因此，单转子粉碎机的工作效率已没有良好办法进一步提高。粉碎作业能耗高，效率低生产能力与粉碎细度相互制约。而粉碎效率是衡量一个粉碎系统性能的关键指标对倒料加工的经济效益有着重要影响。提高粉碎效率，降低单位能耗一直是国内外研究人员努力解决的首要问题。1.2 课题研究的意义及主要内容本课题以SFSP 5640型双轴锤片式粉碎机为研究参考对象，对其结构及工作原理进行深入分析，针对锤片式粉碎机设计中存在的问题和实际生产制造需要，对锤片式粉碎机转子部分进行结构改善和动力学特性研究，提出自己的优化可行性机构设计方案从而为粉碎机优化与故障诊断提供参考依据。设计的主要内容有：1对双转子锤片式粉碎机的机构及工作原理进行分析。针对转子的工作效率及动力学特性，改善转子的机构设计，锤片布置方式，以提高粉碎机的工作效率。从系统的角度分析双转子锤片式粉碎机的整机性能，在设计阶段对设备的运行状况做出预测，以此提出改善建议。2 采用三维机械CAD设计软件 Pro/ENGINEER（以下简称Pro/E）完成双转子锤片式粉碎机转子的三维实体造型；3 采用Pro/E的集成运动模块，Pro/MECHANICA MOTION对双转子锤片式粉碎机转子进行动态仿真。2第 页 2 饲料粉碎机械概述及总体方案设计2.1 粉碎基本理论粉碎机械主要利用冲击、挤压、剪切、摩擦等综合作用对物料进行粉碎。1冲击利用物料与工件构件的极高相对速度，使物料在瞬间收到很到的冲击力而被粉碎。此方法适合于脆性物料的粉碎。2 挤压利用工作构件对物料的挤压作用，产生很大的压应力，使其大于物料的抗压强度极限，将物料粉碎。挤压粉碎主要适合于脆性物料。3 剪切利用工作构件对物料的作用，是剪切力大于物料的剪切强度极限，将物料粉碎。此方法主要适合于塑性材料。4 摩擦利用物料与工作构件表面间相对运动的挤压和摩擦，使物料产生压应力和剪应力，将物料粉碎。粉碎室一个及其复杂的过程，绝大多数的粉碎机械同时具有两种以上的粉碎方式。2.2 粉碎机械的分类根据原料粉碎后粒径不同，可以分为普通粉碎机、微粉碎机和超微粉碎机。常用的普通粉碎机主要有锤片式和齿爪式两种，它们都是采用机械方法对原料以冲击方式进行粉碎。被粉碎的原料有谷粒类、果蔬类、茎秆类、饼粕类和矿物类等，其适用范围广泛，适用性强，而且构造简单，生产效率高。易于控制产品的粒度，适用维护安全、方便、可靠。普通粉碎机加工的产品粒度较大，一般能通过660目筛孔。微粉碎机所得产品的粒度比较细，一般通过80170目的筛孔。超微粉碎机粉碎后产品的粒度很细，通常通过200325目的筛孔，其粒度甚至可以达到101。迄今为止，对粒度范围的划分，并没有严格的统一标准，不同行业的理解和划分方法也不一样。粒度测定方法主要有四种，视被粉碎的物料种类而定。1 量具测量法一般用于测量粒度较大的粉碎物和碎段；2 筛选法，它是采用标准筛来测定的，常用每英寸（1英寸=25.4mm）长度的筛孔数，及目数来表示。目数越大，筛孔尺寸越小。标准筛的筛孔尺寸和网丝直径有统一标准。按照常用的泰勒筛的规定，6目的筛孔尺寸为3.36mm，60目为0.25mm，80目为0.177mm，150目为0.105mm，170目为0.105mm，200目为0.074mm，325目为0.044mm，标准筛的最小筛孔为0.037mm，即400目；3 显微镜测量法一般粒度小于0.074mm，即200目的粉碎物采用此法；4 粒度测定仪可以测定粒度为50.1的粉碎物，粒度测定仪的种类很对，如带有数字处理系统的KF-16型颗粒分析仪、颗粒自动测定仪等。2.3 国内外粉碎机研究现状简述2.3.1 我国饲料粉碎机技术发展现状从1955年起，我国开始研制锤片式饲料粉碎机经过50多年的发展，我国饲料粉碎机械不论是产品品种、产品结构还是在生产能力及综合性能都有了长足的发展和进步。经历了引进、消化吸收、自主开发、合资合作生产等几个阶段，目前我国饲料粉碎机械工业已具备一定的规模和水平，生产的饲料粉碎机械设备主要技术指标与国际水平基本相当。但是从整体上看，我国饲料粉碎机械工业尚处于由传统型向机械化、自动化和集约化过渡的起步阶段仍然有许多问题需要努力解决，不断改进提高。目前 ,我国饲料粉碎机的生产企业约有 300多家 ,生产的产品品种、规格齐全 ,能基本满足我国畜牧、水产养殖业发展的需要 ,但还有一些有特殊要求的饲料粉碎机和特大功率的机型 ,仍然需要从国外进口。我国现在生产的许多规格的产品已经能替代进口产品 ,在主要的技术指标已经接近国际先进水平 ,而且在价格上有很大的优势。在我国生产的各种机型都有不同数量的出口 ,其中小型粉碎机的出口批量较大 ,主要销往东南亚、非洲等第三世界国家。现在国内生产粉碎机企业的经济性质主要有股份制、集体、三资、私营（ 即个体作坊式 ）的企业其中很大一部分是由那些成立于五六十年代的各地农机修造企业 ,通过转制而成的股份制或私营企业。还有一部分是在近几年里迅速崛起的私营企业。在粉碎机行业中绝大部分都是小型企业只有部分能根据市场需求来调整产品结构 ,并具有自主开发能力 ,能下力气进行技术改造的企业 ,成为了行业中的龙头企业 ,如江苏正昌集团、江苏牧羊集团。其余大部份企业 ,还只是在生产一些老型号的产品 ,有些是维持状况 ,有些就走下坡路 ,难于维持生机。2.3.2 国外粉碎机研究现状综述目前在国外饲料工厂中，锤片式粉碎机是最常用的粉碎设备。如北美地区配备的锤片粉碎机，最大直径可达I 9 m，筛片面积4.5，转速3 600 rmin，锤片线速度107 m/s，功率447 kW，大多还配有供风系统用于气力输送。但在近几年中，辊式粉碎机由于其适于粗粉生产及低噪音、低能耗、粒度均匀这些优点而越来越受欢迎”。下面介绍几种国外比较典型的粉碎机械。美国Roskamp Champion(CPM)公司生产的HM系列水滴型卧式粉碎机采用全宽度顶部双向进料方式，使筛片有效利用面积最大化，减少了换锤片次数，水滴型筛可以阻止物料环流层的形成，大大提高了粉碎效率。HM54系列粉碎机转子直径为1372 m锤片末端速度达1233 ms，配套动力为75447 kW，筛片面积15274583。Champion系列粉碎机采用交错开孔排列布置的筛片，不同孔径的筛片组合使用，效率提高1015，并在粉碎机转子隔板上分布有2组销轴孔来调节锤筛间隙，以此调节粉碎粒度”。意大利GBS公司(GOLFETIOBERGASANTATI)最新生产的MSVl2025型立式粉碎机，在增大锤片与物料撞击区的同时，尽可能减少了粗粉与筛片的摩擦以降低温升；其转筒型筛片及大筛理面积结构有助于出粉，无须再配传统的吸风装置；机体内部涂覆耐磨材料显著降低了噪声。该机配备了AB 60R型喂料机，可自动排出铁质杂物，能根据电机的功耗实现均匀进料。荷兰HeemHo硌t公司生产的HEMILL和HEMOS系列粉碎机，采用n型半圆筛，双侧面大冲击板，双向双速电动机。HEMOS系列配有电子控制的变速喂料机，可根据主电机负荷自动调整喂料量。与HEMOS系列相比，HEMILL系列采用双倍转子径、低转速设计(1 500 rmin)，两者锤片端线速度相同均为100 ms。HEMILL筛片面积增大有助于粉体及时筛出，提高了产量适用于粗粉的制备。这种大转子低转速设计，还有助于减少振动和噪音。德国Heiliag EMl2系列粉碎机可选用双速控制或无级调遣，全新的快速锤片更换结构，筛片分6片安装，可快速不停机换筛片，筛孔尺寸可调，筛面包角达324。 瑞士布勒(13uhler)公司生产的DNZF型锤片式微粉碎机，采用鱼鳞形筛片，平均粉碎粒度能达到100500 gm。该公司的DFZH型立式粉碎机，有单轴式和双轴式两种机型。这类粉碎机主机为立式结构，安装圆筛框形筛片，顶部进料口配有可调流量式专用喂料器，自带吸风风机，出口处设置传感器，可实时监测堵料情况，具有产量高，粒度规则，结构简单，操作维护方便等特点。日本细川密克朗(Hosokawa Micron)公司生产的ACM型立式无筛馓粉碎机，通过不同形式的转子体与定子对套的优化配置，可获得最佳粉碎效果利用高教分级涡轮可及时排出细粉，避免过度粉碎，能耗较低，同时产品细度调节较为方便，平均细度(dS0)在101 000斗m范围。由于大风量输送物料，散热效果好可有效地降低物料温升。Hosokawa Microll公司生产的卧式多级微粉碎机，将风机和粉碎机同轴组合在一起采用两级串联粉碎和内分级粉碎效率高能耗低，产品平均粒径3100 gm，并内设排渣装置，提高了粉碎产品的质量和纯度。美国Jacobson公司生产的卧式单级微粉碎机锤片线速度为99061727 ms，高速运行时产品粒度可达5 。风机单独配置，以负压方式运行因此避免了粉尘外泄。该机配有轴承自动循环滑油润滑冷却装置，具有操作方便、粉碎效率高、适用范围广的特点。荷兰VAN Aarsen公司生产的GDld00型锤片粉碎机，配套160400 kW功率变频调速双向电机，采用分体式结构，不停机手动自动换筛，带有防振动装置，锤片用激光切割技术制造，可4个角掉换使用，一般产量为2060 th。在谷物磨粉机械方面，典型的设备有GBS公司的SYNTHESIS系列和布勒公司的Newtronie MDDM系列辊式磨粉机。SYNTHESIS系列又称全能智能型八辊式磨粉机，主要特点有：喂料系统无级变速，采用红外多点式料位传感器判断料位，从而自动调节喂料辊转速，可有效利用工时和磨辊的长度，同时可防止磨辊空运转；传动改用一根多楔带传动可使机械传动更平稳更换磨辊更方便简单，不仅仅降低噪音同时减少生产过程中的油污；磨辊轧距设定方法有两种，一种是使用人工手动和汽缸快速离合；一种是使用无刷电动机执行机构及定位控制编码器具有更加精确的轧距凋节效果；采用铸铁底座，与普通钢板焊接底座相比重量增加了30之多，设备运行更加平稳，同时减少整机生产过程中的机械应力，设备使用寿命更长；外壳采用铝合金挤压型材，双层中空材质，具有隔音、散热、防凝效果，而且外形美观，呈流线型；喂料辊可以横向导出清理喂料辊十分简便，设备接触物料部分全部采用不锈钢材质，完全符合国际HACCP食品卫生安全控制标准。布勒公司Newtrozfic MDDM系列新型电控辊式磨粉机有四辊或八辊两种形式，主要特点有：喂料机构能保持恒定喂料，靠重力的传感器自动控制喂料量；自承应力磨辊组可通过配有刻度表的手轮或计算机自动控制精确调节轧距，离心铸造磨辊大大增加了磨辊使用寿命；集中润滑系统能为所有的滚动轴承进行润滑加油，使维护最小化；独立的现场控制系统。监控所有的操作参数，最大程度地保证稳定研磨；机体面板由聚氨脂(PUR)制成它的热绝缘(保温)值比原有的钢板好500倍左右，为防止磨膛内结露提供了保护条件，同时PUR也可大大降低设备噪音水平。2.4 锤片式粉碎机锤片式粉碎机按其进料方式有切向式、轴向式和径向式三种，如图2-1所示。切向式锤片式粉碎机，进料口和粉碎室比较宽，不但可以粉碎谷粒，而且可以加工茎秆类等物料，适应性广，操作方便可靠，工作时需配风机和增速装置，能耗较大。轴向式锤片粉碎机，像一个高速轴流风扇，工作时，在进料口处形成负压，而在粉碎室周边形成正压，因而可以自动吸料和输送，适合于粉碎谷粒、茎秆、小块豆饼料、贝壳等饲料原料。径向式锤片粉碎机，物料从粉碎机顶部进入机内，大、中型粉碎机多为这种结构。下面以切向式锤片粉碎机为例介绍其工作原理。图2-1 锤片粉碎机分类2.4.1 锤片式粉碎机的构造与工作过程切向锤片式粉碎机油进料斗、粉碎部分和排粉输送部分组成，如果2-2所示。粉碎部分由转子、筛片、齿板、上机壳和下机壳等组成，也成为粉碎室。转子主要有锤片、锤架板、销轴、间隔套筒和轴等组成。转子位于机壳的中间。排料输送部分包括风机、输送管、集料筒、吸料管等。风机与转子同轴，景输送弯管与筛片下部的机座口相连。图2-2 切向锤片式粉碎机1喂料斗；2上机壳；3下机壳；4筛片；5齿板；6锤片；7转子；8锤片架；9回料管；10输料管；11风机；12集料筒；13吸料管 锤片式粉碎机的工作过程是，饲料由进料口沿转子的切向方向进入粉碎室，被高速回转的锤片打击而破碎并被甩向齿板，与齿板产生撞击破碎后被弹回，再次受到锤片的打击和齿板的撞击。饲料颗粒经反复打击。撞击作用之后，成为细小粉粒。比筛片的孔径小的粉粒从筛孔漏出，较大的颗粒仍留在晒面，继续受到上述作用知道从筛孔漏出。景筛孔漏下的饲料粉粒，在风机的吸力作用下，景输送管被输送至集料筒。带粉粒的气流沿集料筒壁高速旋转，气流中饲料粉粒在离心力作用下与筒壁摩擦而降低速度，沉积到筒底，从排粉口排出。回料管的作用是避免粉料排到空中造成损失，同时也保护了环境。2.4.2 锤片式粉碎机主要工作部件1锤片 锤片式粉碎机用于击碎饲料的主要零件，也是主要易损件。锤片一般铰接在转子上，以便磨损后更换。锤片有多种结构，如图2-3，其中以长方形锤片应用较广，它机构简单，制造容易，通用性强，锤片经长期工作后将产生磨损弱锤片顶端旋转方向一角的台阶磨突后，应调面使用。一端的两面都磨损后可调头使用，四角都磨秃后更换新品。每次调换或更换锤片时，应整副同时调换或更换，不能只调换或更换几片，以免转子失去平衡引起震动。当更换锤片时要分组测量锤片的重量，在对称布置上的两组锤片质量差应小于5g。每次拆装锤片所拔出的开口销不能再用，必须使用新开口销，以免脱落发生撞击事故。（a）长方形 （b）阶梯形 （c）尖角形 （d）加重形图2-3 锤片的结构锤片数量的多少直接影响粉碎机的生产率和功率消耗。锤片过多，工作时产生的环形气流大，使饲料大部分集中于环流上，不仅减少了打击机会，而且空载功率增加，导致粉碎能力下降，生产率也相应减小。国产系列锤片粉碎机采用1216块锤片。锤片一般分四组对称地套装在圆盘的销轴上，其配置方法应能保证锤片均匀地打击饲料，又能保持转子的静平衡。常见的排列方式有：螺旋线排列、对称排列和交错排列（如图2-4所示）。国产系列粉碎机多采用交错排列。这种排列的特点是锤片的合理作用在同一平面内，因而平衡性能好，机器工作时振动小。为了保持锤片在每排上的位置不变，在锤片旁装有套在销轴上的间管，在安装时应按规定进行，不能随意乱装。（a）螺旋线排列 （b）对称排列 （c）交错排列图2-4 锤片式粉碎机锤片的排列方式2齿板 齿板用于增强粉碎能力。齿板是一白面有许多凸起齿的弧形板，嵌在上机体内壁上。齿的工作面（迎着转子回转方向的齿面）应与锤片旋转的切向方向垂直，从而增强粉碎效果。齿板用白口铸铁制成，要求齿面平直光滑，没有翘曲变形和裂纹。如果齿形磨损到高度小于3 mm或发现裂纹时，要及时更换。3筛片 筛片的功用是控制饲料的粗细程度，以及与锤片配合粉碎饲料。常用的筛片有圆孔筛、圆锥孔筛和鱼鳞筛等几种类型。圆孔筛结构简单，制造方便，故应用较广。部颁标准筛是圆孔筛，筛孔的大小，可根据需要更换不同的筛片。筛片经长期使用有严重磨损或出现大洞、断裂时，应更换新筛片。一般撞破或小洞口，可以铆接或焊补继续使用。2.5 双转子粉碎机2.5.1 双转子粉碎机设计开发的意义饲料原料的粉碎是饲料加工中非常重要的环节，在生产粉状配合饲料时，粉碎工段动力消耗占整个生产线的60%以上。随着饲料业的发展研究，饲料越来粉碎的越细。但是粉碎的越细耗电越大产量越低。开发一种在耗电和产量上有所突破的粉碎机就成为了我们研究的重要课题。2.5.2 双转子粉碎机的用途及特点SFSP系列粉碎机可粉碎各种颗粒状的有机饲料原料，如玉米、高梁、麦类及粉碎后的饼类；食品中辣椒的粉碎；化工行业中木粉的粉碎及要求粉碎粒度较小的非油脂物料。本系列粉碎机在继承传统粉碎机优点（钢板焊接结构、电机与粉碎机转子安装在同一个底座上，用弹性柱销联轴器直联传动和顶部进料）运用现代最新粉碎理论设计制成，双转子、双倍切线速度撞击，瞬间粉碎物料避免了单转子粉碎机在微粉碎时产生环流、堵塞筛孔的问题比单转子粉碎机同功率产品产量提高30%以上具有传统粉碎机不可比拟的优点。2.5.3 双转子粉碎机工作过程与原理需粉碎的物料通过进料口，经进料导向板从左或右边进入粉碎室，两粉碎室内各有带锤片的转子在同向高速旋转，并且在两转子间上下位置设置了对物料起导向作用的导流装置。当第一粉碎室内经粉碎未合格出筛的物料在导流装置作用下进入第二粉碎室，被第二粉碎室内的锤片撞击而粉碎，同时第二粉碎室内经粉碎未合格出筛的物料在导流装置作用下进入第一粉碎室，被第一粉碎室内的锤片撞击而粉碎。未合格出筛的物料循环粉碎直到合格后，再通过粉碎室底部设置的筛网出筛。该设备的两个转子同向运转，那么两转子之间锤片切线的相对速度比单转转子提高了一倍，锤击力度也就增加了一倍，并且两转子相互都有破坏环流的作用。2.5.4 分析现有的两种种双转子粉碎机1 如图2-5所示的双转子锤片式粉碎机由带有锤片的两个转子7、9，筛片6和机壳所构成的粉碎室，有进料斗1、插门2和连动式喂料拨轮3等所构成的喂料机构，清理室（有磁性除铁装置5、进风口11、风门12和杂物斗10等构成）以及传动机构等部分构成。所说的转子7和9是并排地布置在蜗形筛片6所构成“”型粉碎室，该转子（7、9）的中心轴相互平行， 图2-5 第一种双转子粉碎机结构两转子的旋转方向相同（如图中箭头所示），二者不发生机械干涉；所述的筛片6的锤筛间隙沿所述的转子（7、9）的旋转方向由大变小，并且两筛片以首尾相连形成剖面形状为“”型的粉碎室。 工作时，由喂料机构送来的物料进入转子7的上部，经转子7的锤片打击，得以加速，并以高速正对转子9的锤片碰撞，而随转子9旋转的物料也正对转子7的锤片碰撞，两个转子起到互为强制喂料的作用。锤片同物料的正对碰撞以及物料间的正对碰撞，从而达到粉碎目的，正是由于这种强制喂料作用和物料相互碰撞作用，大大提高了正面打击的概率，从而克服偏心冲击的缺点。粉碎后的物料分别随转子7、9运动到各自筛片进行筛分。由于由蜗形双筛片构成的“”型粉碎室结构，这种结构以及较低物料的运动速度，保证了筛分容易，从而提高了生产率，降低单位产品的电耗。同时，转速低也就相应降低了噪音，筛分后的未被排出的颗粒，随着转子运动，锤筛间隙逐渐变小，使得颗粒逐渐加速，再次运动到两个转子的接合部位进行粉碎，这样循环往复直到粉碎成效颗粒排出筛外为止。所述的转子7、9可以用一台电机驱动，也可以分别用两台电机驱动。2 如图2-6所示一种双转子粉碎机，包括进料口1、导料导向装置2、机座8、机壳7和转子总成3、4，机壳7位于机座8上，进料口1位于机壳7上，在机壳7内设置有两个水平互相平行的转子总成3、4；所述两个转子总成3、4的锤片6、9分别位于锤片支架61、91上，锤片6、9是轴向错位设置的；设置挡面31的主要作用是为了破坏粉碎室内壁物料在转子作用下所形成的料环，防止物料与锤片6、9产生相向运动，提高打击效果。图中导料导向装置2的虚线部分为导料导向装置2转向另外一个方向的示意。如此设计的双转子锤片式粉碎机，其具有两个高效粉碎区A、B，和一个超高效粉碎区C，在A、B两个区间，物料与锤片的相对速度就是粉碎机的设计锤片速度；在C区当双转子总成3、4的轴向错位设置的锤片6、9的锤头端有部分重叠时，其物料与锤片6、9的相对线速度最高可以达到粉碎机的设计锤片速度的2倍，故其可以极大地提高粉碎效率（见图2-8）。图2-7为图2-6双转子总成的锤片相互错位部分重叠的结构示意图；所述双转子总成3、4的轴向错位设置的锤片6、9的锤头端面到轴心的距离之和大于两轴5、10的轴心之间的距离。图2-8为图2-6双转子总成的锤片相互对位有间隙的结构示意图；所述双转子总成3、4的轴向错位设置的锤片6、9的锤头端面到轴心的距离之和小于两轴5、10的轴心之间的距离。图2-6 第二种双转子粉碎机结构1原料进口；2导料导向装置；3右转子总成；4左转子总成；5左主轴；6左锤片；61左锤片支架；7机壳；8机座；9右锤片；91右锤片支架；10右主轴；31挡料面；32导料面；33转轴。 图2-7 无重叠部分的锤片布置 图2-8 有重叠部分的锤片布置2.6 双转子锤片式粉碎机的总体方案设计本设计采用一个电动机驱动，根据以上分析的两种双转子锤片式粉碎机的工作原理接设计结构，采用以上分析的双转子锤片式粉碎机的优点。1 采用第一种双转子锤片式粉碎机的“”型粉碎室结构，优点有保证了筛分容易，从而提高了生产率，降低单位产品的电耗，同时，转速低较低相应降低了噪音，筛分后的未被排出的颗粒，随着转子运动，锤筛间隙逐渐变小，使得颗粒逐渐加速，再次运动到两个转子的接合部位进行粉碎，这样循环往复直到粉碎成效颗粒排出筛外为止；2 采用第二种双转子锤片式粉碎机的双转子总成的锤片相互错位部分重叠的设计结构，优点是提高粉碎机的粉碎效率，同时两个转子总成的重叠部分能够减小物料粉碎后的粒度，在某种程度上也可以提高物料粉碎后的筛分效率。3 采用两个转子总成相对反向旋转，相当于两个单独的单转子锤片式粉碎机，从而提高粉碎效率。4为了减小锤片式粉碎机工作时产生的振动，对销轴上锤片的布置进行研究分析，最后采用交错对称布置排列的方法。5 继承传统粉碎机的优点：钢板焊接结构、电机与粉碎机转子安装在同一个底座上和顶部进料。14第 页3 双转子锤片式粉碎机设计计算3.1 已知设计参数及设计要求该粉碎机为双转子锤片式谷物粉碎机，粉碎物料的锤片末端线速度为75 m/s。设计要求有：1 粉碎能力为 0.7 t/h2 粉碎机允许的最大物料给料粒度为：120 mm3 粉碎机转子的转速为25003000 r/min4 粉碎机的最大排料粒度为：3 mm5 粉碎机的物料容许湿度：9%工作条件：连续单向运转，工作时有轻微震动，使用期限为10年，小批量生产，每天工作8小时，其生产率为0.7/h。3.2 传动装置的总体设计3.2.1 转子直径D与粉碎室宽度B的确定1 转子直径D的确定由得转子直径为： 初选转子直径为480 mm2 确定转子转速 3 粉碎室宽度B的确定粉碎机转子直径D与粉碎室宽度B之积可用以下经验公式求得: (31)式中：B粉碎室宽度，mm；k经验系数,一般取0.290.75； D转子直径，mm。D、B确定之后, 为了降低噪音, 一般采用大转子低转速, 确定要根据粉碎物料的品种具体分析。如果以粉碎玉米等颗粒为主, 要采较小的B和较大的D；如果是以粉碎牧草为主，则要采用较大的B和较小的 D。将数据代入式(31)得：B=0.5480mm =240mm4 配套电动机功率N的确定由 N=（6.4-10.5）Q (32)式中：N电动机功率，KW； Q生产率,t/h。得配套电动机的功率为： N=（6.410.5）0.7 KW =（4.487.35）KW根据JB/T52741991 所选电动机的型号为 Y132S4，其主要参数如下所示：额定功率：7.5 Kw满载转速：1440 r/min同步转速：1500 r/min额定转矩：2.2 Nm最大转矩：2.3 Nm3.2.2 拟定传动方案拟定传动方案即是合理选择机械传动装置的饿传动机构，并用机构运动简图表示，反映出运动和动力传递路线和各部件的组成和联接关系。合理的传动方案首先要满足机器的功能要求，例如传递功率的大小，转速和运动形式。此外还要适应工作条件（工作环境、场地、工作年限等），满足工作可靠、结构简单、尺寸紧凑、传动效率高、使用维护便利、工艺性和经济性合理等要求。要同时满足这些条件是比较困难的，因此要通过分析比较多种比较方案，选择能保证重点要求的较好的传动方案。本设计为双转子锤片式粉碎机设计，方案采用两个转子反向旋转，并且转速一致。如图3-1所示为可以采用的五种传动方案：（a）方案结构不紧凑；（b）方案由于两轴中心距比较大所以中间一对齿轮的结构设计也会比较大，增加制造及材料成本，不采用；（c）方案交叉带传动，磨损太大，不采用；（d）方案一个电机驱动，采用带传动和齿轮传动，中间的带传动实现了两个主轴直接按较大传动距离，是齿轮的结构比较小，并且也满足了本科阶段设计要求；（e）方案两个电机直接驱动，节省了制造成本，传动结构简单，能够很容易实现两根主轴的转速相同正反转，保证两根主轴的转速相同，大多数厂家生产的双转子粉碎机均采用了这种传动方案。综合考虑以上五种方案，本设计选择（d）传动方案。（a） （b） （c） （d） （e）图3-1 双转子锤片式粉碎机传动方案简图3.3 带传动设计计算3.3.1 左侧带传动1 确定计算功率由表8-7查的工作情况系数=1.31.11，故=1.31.117.5 kW=10.8 kW2 选择V带的带型根据、由图8-11选用B型。3 确定带轮的基准直径并验算带速1）初选大带轮的基准直径。由表8-6和表8-8，取大带轮的基准直径= 280 mm2）验算带速。按式（8-13），验算带的速度因为5 m/s30 m/s，故带速合适。3）计算小带轮的基准直径。根据式（8-15a），计算小带轮的基准直径根据表8-8，圆整为= 140 mm。4 确定V带的中心距和基准长度1）根据式（8-20），初定中心距=600 mm。2）由式（8-22）计算带所需的基准长度 mm mm由表8-2选带的基准长度=1800 mm。3）按式（8-23）计算实际中心距。mmmm5 验算小带轮上的包角6 计算带的根数z1）计算单根V带的额定功率。由mm和r/min，查表8-4a得kW查表8-5得，表8-2得，于是 kW kW2）计算V带的根数z。取2根。7 计算单根V带的初拉力的最小值由表8-3的B型带的单位长度质量q=0.18 kg/m，所以 N N应使带的实际初拉力。8 计算压轴力压轴力的最小值为 N 9 带轮的结构设计，查机械零件设计手册。查机械设计表810得到采用B型V带时相应的皮带轮轮槽截面尺寸如图3-2所示，带轮的结构设计如图3-4所示： 图3-2 V型带轮截面 图3-4 带轮的结构设计图图3-3 V型带轮截面参数3.3.2 右侧带传动1 确定计算功率由表8-7查的工作情况系数=1.3，故=1.310.8kW=14.04 kW2 选择V带的带型根据、由图8-11选用B型。3 确定带轮的基准直径并验算带速1）初选大带轮的基准直径。由表8-6和表8-8，取大带轮的基准直径= 140mm2）验算带速。按式（8-13），验算带的速度因为5 m/s30 m/s，故带速合适。3）计算小带轮的基准直径。根据式（8-15a），计算小带轮的基准直径4 确定V带的中心距和基准长度1）根据式（8-20），初定中心距=350 mm。2）由式（8-22）计算带所需的基准长度 mm mm由表8-2选带的基准长度=1120 mm。3）按式（8-23）计算实际中心距。 5 验算小带轮上的包角 6 计算带的根数z1）计算单根V带的额定功率。由mm和r/min，查表8-4a得kW查表8-5得，表8-2得，于是 2）计算V带的根数z。取4根。7 计算单根V带的初拉力的最小值由表8-3的B型带的单位长度质量q=0.18 kg/m，所以 N应使带的实际初拉力。8 计算压轴力压轴力的最小值为 N9 带轮的机构设计，带槽的结构和第一个带传动相同，如图3-5所示：图3-5 带轮的结构设计图3.4 齿轮传动设计计算1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数。（1）根据所用传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。（2）工作机为农业机械，速度较高，故选用8级精度（GB 10095-88）（3）材料选择。由表10-1选择小齿轮材料为40（调质），硬度为280 HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240 HBS，二者材料硬度差为40 HBS。（4）选小齿轮齿数=24，大齿轮齿数。2 按齿面接触疲劳强度设计由设计计算公式（10-9a）进行试算，即（1）确定公式内的各计算数值1）试选载荷系数。2）计算小齿轮传递的转矩。 3）由表10-7选取齿宽系数=1。4）由表10-6查得材料的弹性影响系数5）由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳强度极限。6）由式10-13计算应力循环次数。7）由图10-19取接触疲劳寿命系数；。8）计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1%，安全系数S=1，由式（10-12）得（2）计算1）试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值。 2）计算圆周速度。 3）计算齿宽。4）计算齿宽与齿高之比。模数 齿高 5）计算载荷系数根据，8级精度，由图10-8查得动载系数直齿轮，；由表10-2查得使用系数；由表10-4用插值法查得8级精度，小齿轮相对支撑非对称布置时，。由，查图10-13得故载荷系数6）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由式（10-10a）得7）计算模数。3.按齿根弯曲强度设计由式（10-5）得弯曲强度的设计公式为（1）确定公式内的各计算数值1）由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲强度极限；2）由图10-18取弯曲疲劳寿命系数,；3）计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式（10-12）得4）计算载荷系数。5）查取齿形系数。由表10-5查得 6）查取应力校正系数。由表10-5查得 7）计算大、小齿轮的并加以比较。大齿轮的数值大。（2）设计计算对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数1.73并就近圆整为标准值，按接触强度算得的分度圆直径，算出小齿轮齿数大齿轮齿数这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到了结构紧凑，避免浪费。4.几何尺寸计算图3-6 齿轮结构设计图（1）计算分度圆直径（2）计算中心距（3）计算齿轮宽度取，5 结构设计及绘制齿轮零件图因齿顶圆直径小于160 mm,故以选用实心结构为宜，如图3-6所示。3.5 轴的结构设计计算3.5.1 轴3的结构设计计算1 求轴上的功率、转速和转矩取齿轮传动的效率（包括轴承效率在内），则又 2 求作用在齿轮上的力因已知小齿轮的分度圆直径为而 圆周力，径向力及轴向力的方向如图所示。3 初步确定轴的最小直径先按式（15-2）初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表15-3，取，于是得取轴的最小直径即安装齿轮处轴的直径为4 轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案现选用，如图3-7所示的装配方案。图3-7 轴3的结构与装配（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）初步选择轴承。因轴承只需要承受径向力而承受轴向力很小，故选用深沟球轴承。参照工作要求并根据=45 mm，由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组、标准精度的深沟球轴承6209，其尺寸为，而取。2）左端用圆螺母和圆螺母用止动垫圈来固定锤架板，=30 mm3）取安装锤片处的轴段的直径为，锤片是装在靠锤架板支撑的销轴上的。已知粉碎室的宽度为240mm，因此轴段，为了轴向固定锤架板轴段制出一轴间，。4）制出一轴间，轴向固定轴承，取。5）安装轴承，取6）安装轴承端盖，取5）安装齿轮，右端用轴用弹性挡圈轴向固定齿轮。所以，6）至此，已初步确定了轴的直径和长度，总长度（3）轴上零件的周向定位齿轮与轴的周向定位均采用平键连接，按，由机械设计手册查得平键截面，A型键，键槽用键槽铣刀加工，长为38 mm，锤架板与轴连接选用A型平键，尺寸为。轴承与轴的周向定位是由过度配合来保证的。（4）取轴端倒角为，各轴肩处圆角半径如设计图纸所示。3.5.2 轴1的结构设计计算1 求轴上的功率、转速和转矩取齿轮传动的效率（包括轴承效率在内），则又2 初步确定轴的最小直径先按式（15-2）初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表15-3，取，于是得取轴的最小直径即安装齿轮处轴的直径为3 轴的结构设计（轴的结构设计如图3-8所示）图3-8 主轴1结构设计图3.6锤片结构设计及其强度校核3.6.1 锤片的结构设计由国家机械行业标准规定了锤片的型式，规格和设计要求。根据本此的设计要求选择I型锤片，其具体设计图形如图3-9所示： 图3-9 I型锤片结构 图3-10 锤片的淬火区图3-11 锤片的布置展开图 图3-12 锤片的重叠部分本次设计中选用I型锤片，锤片的具体参数参见图3-13为：图3-13 锤片规格参数长度a: 120 mm宽度c：40 mm厚度e：4 mm孔中心到锤片一端的距离b：90mm由于锤片是粉碎机加工的核心部件，所以要求较高。本锤片选择的金属材料是10号钢，且经过热处理。热处理淬火区硬度为56-62 HRC,非淬火区硬度不超过28HRC。其淬火区如图3-10所示。3.6.2 锤片的布置本设计中锤片的布置方式采用对称排列方式布置（如图3-11），并且双转子总成的锤片相互错位部分由重叠（如图3-12）3.6.3 锤片的强度校核为了进行强度校核，首先要计算其离心力。锤片旋转时的离心力P：（公斤）式中：m锤片质量，m=0.18/9.8，其中0.18为锤片重量（公斤），9.8为重力加速度（米/秒）；r锤片中心处的旋转半径，r=0.18（米）；锤片旋转角速度， （秒）；因此，锤片离心力P为： （公斤）