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四川大學錦江學院本科畢業(yè)論文（設計）任務書
論文（設計）題目
塊狀物質立式攪拌棒粉碎機結構設計
院 系
機械工程學院
?！I(yè)
機械制造及其自動化
年 級
2009級
題目來源
教師科研課題
縱向課題（ ）
題目類型
理論研究（?。?
注：請直接在所屬項目括號內打“√”
橫向課題（√）
教師自擬課題（ ）
應用研究（ ）
學生自擬課題（ ）
技術開發(fā)（√）
論文（設計）選題目的、工作任務：
粉碎機是工業(yè)領域常用的一種破碎裝置，把大塊物質粉碎成大小不等的細小材料。本次設計要求對直徑大小約為30cm的塊狀物質進行粉碎，使成為不同粒度大小的顆粒以及粉末狀物質，為下一步篩選機提供加工對象。已經指定選用立式攪拌棒粉碎的工作方式來實現。工作任務是要求確定該立式攪拌棒粉碎機的具體機械結構，完成組成零部件的相關計算和外購件（如電機型號）的選擇，最后繪制出二維裝配圖及相關主要零部件的零件圖。并完成相關文字論文的撰寫。
通過本次針對一個具體目標的設計，熟悉掌握機電設備設計的全過程。熟練運用所學專業(yè)知識，培養(yǎng)應用于實際，解決實際問題的動手能力。同時培養(yǎng)查閱收集資料、鉆研攻關的獨立工作能力。為以后從事本專業(yè)領域的工作打下良好基礎，
目前資料收集情況（含指定參考資料）：
1、設計參數要求：1）物料粉碎前為直徑大小約為30cm左右,粉碎后物質粒度平均直徑大小為1mm（含粉末）。
2）每次的粉碎量大約為100公斤。
論文（設計）完成計劃（含時間進度）：
在12月完成相關資料的收集；
在1—3月構思論文框架，接著整理資料完成畢業(yè)設計論文初稿;
在4月完成設計的裝配圖以及非標準件的零件圖;
在5月修改論文及圖紙，最終完成設計終稿，準備答辯。
接受任務日期： 2012年 11 月 3 日
要求完成日期： 2013年 4月 3日
學生接受任務（簽名）：
指 導 教 師（簽名）：
學院負責人審定（簽名）：
畢業(yè)論文（設計）開題報告
題 目 塊狀物質立式攪拌棒粉碎機結構設計
院 系 機械工程學院
專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 年級 2009級
學生姓名 官 超
學 號 091016008
指導教師 田大慶
教務處制表
年 月 日
選
題
意
義
隨著經濟的增長，各種金屬與非金屬礦、水泥廠、建筑、砂石冶金等行業(yè)生產規(guī)模的擴大，其加工設備——破碎機在其發(fā)展中占有十分重要的地位和作用，成為行業(yè)的支柱設備在當今社會，粉碎機的運用越來越廣。不同種類的粉碎機在我們的生活、工作以及企業(yè)、國家的生產建設中隨處可見，如垃圾處理、飼料、冶金、礦業(yè)、高速路建設、化工等都需要用到。因此，研究并制造也更好的粉碎機也是提高生產效率，降低生產成本，充分利用資源最有效的途徑之一。
立式粉碎機優(yōu)點：1、結構簡單、能耗低。2、粉碎率高。3、受物料水分含量影響小、含水份可達8%左右。4、工作噪聲相對較低，粉塵污染少，粉碎后的粒度均勻。5、維修和換篩都方便。
國
內
外
研
究
現
狀
概
述
國外對于超細粉碎技術的研究起步較早，從20世紀40年代就開始注重以超細粉碎、分級及改性為基礎的深加工技術，到60年代該技術已取得迅速發(fā)展。目前英、日、美、德等國具備較高水平的超細粉碎技術和設備，可以加工細度為0.5~10微米窄級別的超細粉體。相對而言，國內對超細粉碎技術的研究起步較晚。但經過近年來努力，到目前為止，我國已能生產各種類型的超細粉碎設備，其性能可與國外先進機種相媲美，基本上能滿足我國非金屬礦實際生產中的需要。
主
要
研
究
內
容
1.粉碎機的粉碎原理
2.立式攪拌棒粉碎機的各零部件設計
3.粉碎機的整體設計
擬采用
的研究
思 路
（方法、
技術路
線、可
行性論
證等）
由于超細粉碎技術及其設備的應用廣泛，所涉及的領域有化工、建材、電子、醫(yī)藥、農業(yè)、造紙等，被粉碎的物料也是多種多樣，再加上現代高新技術的發(fā)展對材料的深加工提出的要求越來越高，如粒度為均勻化、品質高純度、粉體形狀的特護要求等等，這些因素都促使超細粉碎技術及其設備向跟高更遠的方向發(fā)展。雖然各個領域的超細粉碎設備個不一樣，但其設計思路主要圍繞以下幾點：
1)原理上考慮提高有效粉碎能，大多采用沖擊、剪切、摩擦等力的綜合作用進行超細粉碎；
2)結構采用超細粉碎一分級一體型式，利用高效氣流分級裝置不僅可以提高其微細化粒度，而且可以實現粒度分布均勻化或特定化；
3)粉碎產品流動性好、純度高。
研究
工作
安排
及進
度
在12月完成相關資料的收集；
在1—3月構思論文框架，接著整理資料完成畢業(yè)設計論文初稿;
在4月完成設計的裝配圖以及非標準件的零件圖;
在5月修改論文及圖紙，最終完成設計終稿，準備答辯。
參
考
文
獻
目
錄
[1].鄭水林.超細粉碎[M].北京：中國建材工業(yè)出版社，1999
[2].鄭水林.非金屬礦粉體加工技術現狀與發(fā)展.北京：中國礦業(yè)大學2007
[3].陳芳.小型立式超微粉碎機的設計. 河北秦皇島：河北科技師范學院機械電子系，2006
[4].邱宣懷.機械設計[M].北京:高等教育出版社，1997
[5].孫成林.沖擊式粉碎機的設計與使用[J].北京：化工礦物和加工，2003，（7）：5-9
[6].孫成林，郭惠蘭.中國超細粉碎設備現狀及其問題[J].金屬礦山，2000，（4）：44-50
[7].王杰,李方信,肖素梅.機械制造工程學[M].北京:北京郵電大學出版社，2004
[8].馬正先.廢舊塑料的粉碎研究.遼寧：遼寧工程技術大學2006，（8）:75-80
[9].四川大學工程制圖教研室.機械制圖（上，下） [M].北京：北京郵電大學出版社
[10].楊國全，井云英，張恒全.粉狀物料振動篩選機[J].哈爾濱：林業(yè)機械與木工設備，2005，（8）：33-36
[11].單輝祖.材料力學（I）.北京：高等教育出版社.2009
[12].孫恒等. 機械原理(第七版)[M].北京:高等教育出版社，2001
[13].熊文修. 機械零件[M].北京：高等教育出版社，1985
[14].廖念釗等. 互換性與技術測量[M].北京:中國計量出版社，2000
[15].東北工學院編寫組. 機械零件設計手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1980
[16].方昆凡.公差與配合使用手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006
[17].龔俊，李傳民，侯運豐.常溫下熱塑性塑料的湍流超細粉碎研究[J] 《中國粉體技術》 2004，（5）18-23
[18].馮冠大.典型零件機械加工工藝[M].北京：機械工業(yè)出版社，1985
開 題 報 告 會 議 紀 要
時 間
2012.11.03
地點
S102
主持人
田大慶
參
會
教
師
姓 名
職 務
（職 稱）
姓 名
職 務
（職 稱）
田大慶
副教授
賈成芬
講師
尹伯彪
講師
會
議
記
錄
摘
要
1. 論文進展情況
2. 有問必答，互動
3. 老師指導論文修改
記錄人：
指
導
教
師
意
見
多查資料，自己動腦動手多寫點內容,畫圖要仔細。
簽名： 年 月 日
備注：1、本開題報告除第3頁各欄目外，其它欄目均由學生填寫。2、填寫各欄目時可根據內容另加附頁。3、參加開題報告會議的教師不少于3人。
畢業(yè)論文（設計）指導記錄
學 生： 官 超 指導教師： 田大慶
論文題目
塊狀物質立式攪拌粉碎機結構設計
2012年11月23 日 指導方式： 面授 (面授 、電話、 E-mail或其他)
工作記錄（指導內容、檢查情況等）：
主要是對自己的題目進行介紹，確定我們的論文具體該怎樣去完成。詳細講解我們開題報告該怎么寫及論文完成過程中可能會遇到的問題。
指導教師簽字：
2013年 2 月 18 日 指導方式： 電話
工作記錄：
檢查論文的初稿完成情況，對論文完成過程中遇到的問題進行講解，最終觖。然后給我指出一些具體的可參考資料。
指導教師簽字：
2013年 3 月 5 日 指導方式： E-mail
工作記錄：
對粉碎機的結構設計進行講解，強調設計計算中的一些需要注意的問題。
指導教師簽字：
2013年 3 月29日 指導方式： E-mail
工作記錄：
檢查論文的完成情況。指出論文中的一些問題。
指導教師簽字：
2013年 4 月 20日 指導方式： E-mail
工作記錄：
對裝配圖及零件的畫法和要求進行了指導
指導教師簽字：
2013年 5 月 20 日 指導方式： E-mail
工作記錄：
檢查圖紙，指出圖紙中的一些問題，讓我盡快改善，并且做好接下來的答辯準備工作。
指導教師簽字：
備注：此表由學生根據每次論文指導相關內容進行填寫，指導教師審核簽字。
四川大學錦江學院畢業(yè)論文（設計）
畢業(yè)論文（設計）
題 目 塊狀物質立式攪拌棒粉碎機結構設計
系 部 機械工程學院
專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 年級 2009級
學生姓名 官 超
學 號 091016008
指導教師 田 大 慶
- 2 -
塊狀物質立式攪拌棒粉碎機結構設計
專業(yè)：機械設計制造及其自動化
學生：官 超 指導教師：田大慶
【摘 要】：本產品主要針對非金屬礦物的粉碎而設計。根據產品的主要粉碎對象與其內部結構命名為塊狀物質立式攪拌棒粉碎機。文章首先介紹了非金屬礦物的現狀及一些相關內容，然后說明粉碎機的發(fā)展史以及目前國內現狀和未來的發(fā)展方向，并根據產品的性能等要求，說明產品的設計方案由來。在粉碎機的設計過程中，對主要的部件進行了詳細的設計，并根據粉碎機的性能確定了V帶、齒輪、電機、軸的具體參數。再根據這些參數繪制出了粉碎機的裝配圖，同時論文對其他的部件也進行了說明，如：進料口、攪拌棒等。此產品的主要優(yōu)點在于物料粉碎均勻，能耗低等。詳細信息請參考本文。
【關鍵詞】：塊狀物質 粉碎機 攪拌棒 結構設計
Rod mill structure design of clumps of vertical mixing
Major: Mechanical Engineering and automation
Undergraduate: Guan Chao Tutor: Tian Daqing
【Abstract】:This product is designed mainly for crushing of non-metallic minerals. According to the product main crushing object and its internal structure named clumps of vertical mixing rod mill. This article first introduces the status of non-metallic minerals and some related content, then explain the history of the development of mill and the present situation and the future development direction, and according to the product performance requirements, design scheme of product origin. In the design process of mill, has carried on the detailed design to the main component, and the specific parameters of V belt, gear, shaft, motor was determined according to the performance of crusher. According to these parameters to draw the assembly drawing mill, at the same time, the other parts are also described, such as: inlet, a stirring bar. The main advantage of this product is to crush materials uniform, low energy consumption. Detailed information please refer to this article.
【Key words】: bulk material mill stirring rod structure design
目 錄
緒論 1
1 設計概述 3
1.1 非金屬礦產資源概述 3
1.2 我國非金屬的發(fā)展現狀 3
1.3超細粉碎技術現狀及發(fā)展趨勢 5
1.4超細粉碎設備現狀 6
1.5粉碎機的發(fā)展方向 6
1.6本次設計思路 7
2粉碎機的理論與要求 8
2.1非金屬性能 8
2.2粉碎機的結構設計 8
2.3粉碎機的工作原理 10
3粉碎機的設計 11
3.1電機 11
3.2傳動裝置設計 12
3.2.1動力學和運動學計算 12
3.2.2帶傳動設計計算 13
3.2.3齒輪結構與傳動的設計計算 15
3.2.4軸的初步計算 19
3.2.5初選聯軸器和軸承 24
3.3粉碎機的主體設計 24
3.3.1中心軸及攪拌棒 25
3.3.2筒體 25
3.3.3進料口和出料口 26
3.3.4攪拌棒 26
3.3.5旋轉擋板 27
3.3.6機體支撐裝置 27
總結 28
參考文獻 29
致 謝 30
31
緒論
在中國，公元前兩千多年就出現了最簡單的粉碎工具——杵臼。杵臼進一步演變?yōu)楣?00～前100年的腳踏碓。這些工具運用了杠桿原理，初步具備了機械的雛形，不過，它們的粉碎動作仍是間歇的。
近代，在蒸汽機和電動機等機械逐漸完善和推廣之后，粉碎機械才相繼被創(chuàng)造出來。1860年出現了用蒸汽機驅動的輥式破碎機;1858年，美國的布萊克發(fā)明了破碎巖石的顎式破碎機；1878年美國發(fā)展了具有連續(xù)破碎動作的施回破碎機，其生產效率高于作間歇破碎動作的顎式破碎機。1895年，美國的威廉發(fā)明能耗較低的沖擊式破碎機。因此，物料的粉碎也成為了工業(yè)生產部門的重要工藝過程。
在現在，人們在生產生活中處處都離不開物料的粉碎，粉碎機械也因此廣泛應用于冶金、礦業(yè)、建材、化工、能源、交通、醫(yī)藥、食品加工、高速公路建設、飼料，垃圾處理等許多行業(yè)和部門。據估計，人們一年粉碎的各種物料總量為1000多噸。
物料粉碎是一個高能耗、低效率的工藝過程。據統(tǒng)計，世界上有許多的國家用于粉碎消耗的電能約占國家總電能消耗的4%～5%，在一些礦廠，粉碎能耗約占整個礦廠能耗的40%～70%，其比例之巨大說明物料粉碎的重要性。
物料的粉碎是為了滿足國民經濟對各種物料新產品在數量上以及粒度、粒度分布、解離度、物質結構、表面物理化學性質等許多方面的迫切需要。破碎機也是為了滿足這種種需求而誕生。
現代高技術和新材料產業(yè)的發(fā)展、傳統(tǒng)產業(yè)的技術進步和產品升級要求許多粉體原料具有微細的顆粒、嚴格的力度分布、特定的顆粒形狀和極高的純度或極低的污染程度。粉體物料最主要和最重要的質量指標之一是其粒度。這是因為粒度決定了粉體產品的許多技術性能和應用范圍。粉體的比表面積、化學反應速率、燒結性能、吸附性能、補強性能、分散性、流變性、沉降速度、溶解性能、光學性能等等都與粉體的力度大小和力度分布有關。
隨著對粉碎技術的不斷要求與發(fā)展，越來越多的行業(yè)要求粉碎的粒徑非常小，最小可達到10-0.1微米的粉體，即超細粉體。而對于0.1-0.001微米的粉體我們稱之為超微細或超微粉體。超細粉體技術是20世紀70年代中期發(fā)展起來的新興學科，超細粉體幾乎應用于國民經濟的所有行業(yè)?，F代工程技術將需要越來越多的高純超細粉體,超細粉碎技術在高新技術研究開發(fā)中將起著越來越重要的作用。
本設計就是針對非金屬礦物的粉碎而設計。高新技術產業(yè)與非金屬礦物有著密切的聯系,在未來非金屬礦深加工技術開發(fā)和產業(yè)發(fā)展中要考慮高新技術及其產業(yè)的發(fā)展;現代非金屬深加工技術與傳統(tǒng)產業(yè)加工技術相互滲透,其發(fā)展必須考慮傳統(tǒng)產業(yè)的技術改造和進步;為了更好地應用有限的非金屬礦資源,必須考慮其綜合利用問題。
1 設計概述
1.1 非金屬礦產資源概述
礦產資源是由地質作用形成，在當前技術經濟條件下可以開采利用的自然資源。礦產資源可分為能源礦產、金屬礦產和非金屬礦產三大類。其中非金屬礦產也稱為工業(yè)礦物與巖石，它是指除了礦物然以外的，其化學組成或技術物理性能可資工業(yè)利用，而且有經濟價值的所有非金屬礦物與巖石。
大體上可分為三種，即按礦產的用途分類，按礦產的地質成因以及按礦產品的價值分類。但實際上，由于非金屬礦產種類繁多、地質成因復雜、用途廣泛，很多礦種有多種成因，一礦多用，多礦一用，因而不同的國家有不同的分類。
按工業(yè)用途分類，我國分為6類：化工原料、建筑材料、冶金輔助、輕工原料、電氣及電子工業(yè)原料、寶石類及光學材料。美國分為14類:磨料、陶瓷原料、化工原料、建筑材料、電子及光學材料、肥料礦產、填料、過濾物質及礦物吸附劑、助熔劑、鑄型原料、玻璃原料、礦物顏料、耐火原料、鉆井泥漿原料等。
非金屬礦物廣泛應用于石油、化工、冶金、建筑、機械、農業(yè)、環(huán)保、醫(yī)藥等行業(yè)，并越來越多地被用于國防、航天、光纖通信等高科技領域。它在國民經濟中所占的比重越來越大，產值的增長速度已超過了金屬礦產，其開發(fā)利用水平已成為衡量一個國家科學技術發(fā)展水平和人民生活水平的重要標志之一。
中國已發(fā)現的非金屬礦產種類95種，加上亞類共計176種。依據工業(yè)用途可分為：冶金輔助原料礦產資源，如耐火粘土、菱鎂礦、螢石等；化工及化肥原料非金屬礦產資源，如硫、磷、鉀鹽、硼、天然堿等；特種非金屬礦產資源，如壓電水晶、冰洲石、光學螢石等；建筑材料及其他非金屬礦產資源，如水泥原料、陶瓷原料、飾面石材、石棉、滑石、寶石、玉石等。
中國的非金屬礦產資源豐歉不一，硫、鉀鹽、硼等礦產資源，雖有一定數量，但不能滿足需要，而菱鎂礦、芒硝、鈉鹽、水泥原料等礦產資源非常豐富。
1.2 我國非金屬的發(fā)展現狀
中國非金屬礦產資源比較豐富，探明儲量多，品種齊全，礦石質量一般較好，產地創(chuàng)面也較為廣泛，是世界上少有的幾個非金屬礦產資源條件較好的國家之一。但是我國的非金屬礦產資源豐缺不一，硫、鉀鹽、硼等礦產資源，雖有一定數量，但不能滿足需要，而菱鎂礦、芒硝、鈉鹽、水泥原料等礦產資源非常豐富。由于這一特點，非金屬礦的加工工藝也是千差萬別。有些非金屬礦可以直接粉碎加工成商品，如方解石；有些必須要進行提純，如石墨；有些應用領域只需對非金屬礦進行簡單的粉碎加工，如飼料用的石灰石粉，鑄造用的膨潤土以及普通的非金屬礦物填料；有些應用領域則要求進行較深度的加工，如微電子工業(yè)應用的膠體石墨，造紙工業(yè)用的高領土新型導電材料用的石墨層間化合物等等。
非金屬礦物或非金屬礦物材料是現代高溫、高壓、高速工業(yè)的基礎原材料，也是支撐現代高新技術產業(yè)的原輔材料和多功能環(huán)保材料。因此，非金屬礦或非金屬礦物材料工業(yè)是現代社會的朝陽工業(yè)之一。中國是全球非金屬礦產資源品種較多、儲量較為豐富的國家之一，許多非金屬礦種、如石墨、滑石、重晶石、螢石等的儲量和年產量居世界前列。根據工業(yè)發(fā)達國家發(fā)展的經驗，在經濟和社會發(fā)展到一定程度后，非金屬礦及非金屬礦物材料的消費量和產值將大于金屬礦及金屬材料。中國是一個經濟和社會正在迅速發(fā)展和變化的世界大國，高新技術產業(yè)的快速發(fā)展、傳統(tǒng)產業(yè)的技術進步、環(huán)保國策的全面落實以及在未來20年全面建設小康社會發(fā)展目標的實施將給非金屬礦工業(yè)帶來前所未有的發(fā)展機遇。適逢這一難得的歷史機遇，中國非金屬礦加工業(yè)將在未來一段時間以較快的速度持續(xù)發(fā)展。中國在未來的發(fā)展過程中將逐步提升行業(yè)的工藝和裝備水平，提高產品的檔次和技術含量，特別是根據高技術、新材料發(fā)展、新農村建設、節(jié)能和新能源發(fā)展以及建設環(huán)境友好型社會的需要生產適用性好的非金屬礦產品。
現代高技術和新材料的發(fā)展是以較高的科技含量、較低的環(huán)境負荷和更適應社會發(fā)展的需要為前提的，非金屬礦物材料也不例外。只有功能明確或突出，能滿足相關應用領域技術進步和產業(yè)發(fā)展要求和環(huán)保要求的非金屬礦深加工產品或非金屬礦物材料都有可能贏得穩(wěn)定市場。因此，未來非金屬礦加工技術的發(fā)展趨勢將是交叉、融合礦物學、礦物加工、化工、材料、機械、電子、信息以及相關應用領域不同學科、通過采用超細粉碎、精細分級、提純、改性、改型、復合等深加工或精細加工技術，發(fā)掘和提升非金屬礦產品的功能和應用性能。
目前中國的非金屬礦物工業(yè)已具有相當大的規(guī)模，產量和出口量都呈現增長趨勢。但國產的產品質量和檔次不高，不能滿足現代的高新技術和新材料產業(yè)發(fā)展的要求，許多非金屬礦物深加工產品還要依賴進口，如國內高中檔玻璃原料及電子級球形硅微粉完全依賴進口。非金屬礦物許多都是白色礦物，對其進行深加工作業(yè)的第一基本要求就是提高其白度，其次就是保護石墨類鱗片和帶有纖維類礦物的礦物纖維。了解礦物的特性和對其深加工的要求，可以巧妙地組合工藝流程，達到節(jié)能、環(huán)保、簡易，且得到最好的精礦品位和最好的回收率的目的。對非金屬礦物進行超細加工的目的主要是開發(fā)非金屬礦物在超微(細)粉體狀態(tài)的特殊性能。
超細粉碎機及超細分級機的發(fā)展及使用與非金屬礦物工業(yè)的發(fā)展是密不可分的，尤其是近來，我國非金屬礦物工業(yè)的發(fā)展以及破碎機行業(yè)的發(fā)展使得超細粉碎及超細分級技術也得到了進一步提高。因此，以非金屬礦物工業(yè)的發(fā)展為背景，來分析我國超細粉碎機及超細分級機的現狀。
1.3超細粉碎技術現狀及發(fā)展趨勢
超細粉碎技術是從20世紀40年代逐步發(fā)展起來的，至今已成為各國重要的非金屬礦深加工的重要技術。由于各國科研技術水平不一，到目前為止超細粉碎仍沒有嚴格的同一定義。一般將加工粒徑為0．1～10μm的超細粉體的粉碎和相應的分級技術稱為超細粉碎。
我國超細粉碎技術起于上世紀60年代;在引進、消化、吸收、研制一系列運作下，到上世紀80年代開始生產國產細碎顎式破碎機，如指狀粉碎機、塔式磨機、氣流磨等;到上世紀90年代中期，我國已基本形成自己的超細粉碎機的生產序列，但由于超細分級機要符合流體力學原理，研制難度大一些，因此研制者較少。
超細粉碎和超細分級是物料深加工中的難題，也是粉體技術中的關鍵。物料細化后，可能出現很多新的優(yōu)良性能，這也是我們研究超細粉碎的原因之一。由于超細粉體粒度極小，表面積大，缺陷少，因而其表面活性高，化學反應速度快，溶解度大，燒結溫度低且燒結體強度高，填充補強性能好，又具有獨特的光、電、磁性能等，故被廣泛應用于高檔涂料、醫(yī)藥、高技術陶瓷、微電子及信息材料、高級耐火及保溫材料、填料和新材料產業(yè)。因此，先進的超細粉碎技術對現代高技術新材料產業(yè)的發(fā)展有著極其重要的意義。
由于粉碎機在各行各業(yè)的普遍使用，因此國內外對粉碎機的研究與發(fā)展均很重視。日本細川公司研制的ACM型粉碎機，是典型的立軸內分級式微粉碎機，西班牙克拉維約機械制造公司和埃格斯曼特種飼料公司聯合設計制造的立式粉碎機系統(tǒng)也大受歐洲名國普遍歡迎。據了解，目前中國粉碎機的市場還有很大潛力，但真正有生命力的拳頭產品還不多，還有待廣大科研人員和制造商們的發(fā)明創(chuàng)造。
1.4超細粉碎設備現狀
國外對于超細粉碎技術的研究起步較早，從20世紀40年代就開始注重以超細粉碎、分級及改性為基礎的深加工技術，到60年代該技術已取得迅速發(fā)展。目前英、日、美、德等國具備較高水平的超細粉碎技術和設備，可以加工細度為0.5~10微米窄級別的超細粉體。相對而言，國內對超細粉碎技術的研究起步較晚。但經過近年來努力，到目前為止，我國已能生產各種類型的超細粉碎設備，其性能可與國外先進機種相媲美，基本上能滿足我國非金屬礦實際生產中的需要。
發(fā)展至今，超細粉體的制備有諸多方法，但用于實際生產中的主要有兩種：機械粉碎法和化學合成法。其中，化學合成法置備的超細粉，粒度細，純度高，但本錢高，產量低，且生產工藝復雜；而機械粉碎法本錢較低，產量高，工藝簡單，且能改良物料性能。因此，除了少量超細粉碎不得已用化學合成法外，盡大多數非金屬礦的粉碎采用機械粉碎法。國內外制備超細粉體的機械粉碎設備主要有高速機械沖擊式磨機、氣流磨、介質攪拌磨、振動磨等。其中，高速機械沖擊式磨機和氣流磨屬于干法超細粉碎設備，而介質攪拌磨和振動磨既可用于干法超細粉碎也可作為濕法超細粉碎。
1.5粉碎機的發(fā)展方向
未來非金屬礦物原料或材料總的發(fā)展趨勢是高純、超細和功能化。以高純超細非金屬礦物深加工原料為龍頭，綜合開發(fā)利用各種非金屬礦產。雖然可以通過化學合成法制備高純超細粉體，但萬惡過高，至今未能用于工業(yè)化生產。獲得超細粉體的主要手段仍然是機械粉碎方式，用機械方式制取超細粉體所依賴的超細粉碎與分級技術的難度不斷增大，其研究深度永無止境。超細粉碎技術是多方面技術的綜合，其發(fā)展也有賴于相關技術的進步，如高硬高韌耐磨構件的加工、高速軸承、亞微米級顆粒粒度分布測定等。因此，超細粉碎技術的發(fā)展應集中在以下幾個方面：
（1） 開發(fā)與超細粉碎設備相配套的精細分級設備及其它配備設備。超細粉碎與分級設備相結合的閉路工藝，可以提高生產效率，降低能耗，保證合格產品粒度?？梢哉f，大處理量、高精度分級設備是超細粉碎技術發(fā)展的關鍵。要更多地從整個工藝系統(tǒng)的角度來進行研究與開發(fā)，在現有粉碎設備的基礎上改進、配套和完善分級設備、產品輸送設備等其它輔助工藝設備。
（2） 提高效率，降低能耗，不斷提高和改進超細粉碎設備。超細粉碎技術的關鍵是設備，因此，首先要開發(fā)新型超細粉碎設備及其相應的分級設備，后者似乎更為迫切。助磨劑和表面活性分散劑將應用于超細粉碎工藝中。
（3） 設備與工藝研究開發(fā)一體化。超細粉碎與分級設備必須適應具體物料特性和產品指標，規(guī)格型號多樣化，而不存在對任何物料都是高義萬能的超細粉碎與分級設備。
（4） 開發(fā)多功能超細粉碎和表面改性設備。如將超細粉碎和干燥等工序結合、超細粉碎與表面改性相結合、機械力化學原理與超細粉碎技術相結合，可以擴大超細粉碎技術的應用范圍。借助于表面包覆、固態(tài)互溶現象，可制備一些具有獨特性能的新材料。
（5） 開發(fā)研究與超細粉碎技術相關粒度檢測和控制技術。超細粉碎的粒度檢測和控制技術是實現超細粉體工業(yè)化連續(xù)生產的重要條件之一。粒度測試儀器和測定的控制技術，是與超細粉碎技術密切相關的，必須與這些領域的專家聯合攻關。
現代工程技術將需要越來越多的高純超細粉體,超細粉碎技術在高新技術研究開發(fā)中將起著越來越重要的作用。
在未來相當長的時間內仍將以機械粉碎方式為主，多種粉碎設備和粉碎工藝同時發(fā)展，太和和產品品種多這一特點決定了非金屬礦物粉碎加工技術和設備的多樣性發(fā)展。
1.6本次設計思路
由于超細粉碎技術及其設備的應用廣泛，所涉及的領域有化工、建材、電子、醫(yī)藥、農業(yè)、造紙等，被粉碎的物料也是多種多樣，再加上現代高新技術的發(fā)展對材料的深加工提出的要求越來越高，如粒度為均勻化、品質高純度、粉體形狀的特護要求等等，這些因素都促使超細粉碎技術及其設備向跟高更遠的方向發(fā)展。雖然各個領域的超細粉碎設備個不一樣，但其設計思路主要圍繞以下幾點：
1)原理上考慮提高有效粉碎能，大多采用沖擊、剪切、摩擦等力的綜合作用進行超細粉碎；
2)結構采用超細粉碎一分級一體型式，利用高效氣流分級裝置不僅可以提高其微細化粒度，而且可以實現粒度分布均勻化或特定化；
3)粉碎產品流動性好、純度高。
2粉碎機的理論與要求
2.1非金屬性能
非金屬材料的密度較鋼、鐵、銅、鉛等金屬材料小得多，有些比鋁、鎂、鈦等還輕。按比強度(強度/比非金屬材料重)計算，有的纖維樹脂復合材料的常溫比強度超過高強度鋼和高強度鋁。這些材料被用來制造手輪、手柄、支架、罩殼、儀表板等一般輕質結構件，也可用來制造飛機機翼和葉片、整體船艇、汽車車身和傳動軸、高速紡織綜框、高壓容器等高強度結構件，這樣可以減輕自重、增加運載能力或提高運行速度、節(jié)約能源。
某些無機非金屬材料因硬度高而耐磨，如用金剛石、 碳化硅、 剛玉等制作的砂輪、砂布(紙)、油石、研磨劑和刀具，可供磨削和切削之用;有些材料因有高彈性而耐磨，如橡膠輪胎和運輸皮帶能抵抗泥沙、礦石、煤炭等顆粒的磨損;有些材料借其自身固有的潤滑性能和低摩擦系數而能減少摩擦和磨損，如塑料、石墨、氮化硅等制成的軸承、導軌、活塞環(huán)、密封圈等機械零件，能在無油干摩擦或少油潤滑條件下安全運行，這對忌油脂或不便供給油潤滑的場合特別有利。
耐腐蝕材料,如陶瓷、搪瓷、石墨、鑄石、塑料等的大多數品種，都能耐酸、堿、鹽、有機溶劑和很多其他化學藥品。非金屬材料實驗機如不透性石墨能抵抗?jié)馑岷蜐鈮A，聚四氟乙烯塑料則幾乎能耐所有化學藥品，甚至在氧化性最強的沸騰王水中也不受侵蝕。這些材料適于制造化工用的容器、塔器、鼓風機、泵、管、閥等機械設備和零部件。
密封材料,如橡膠、塑料、石棉和柔性石墨等因有良好的柔性和彈性而適于制造動態(tài)和靜態(tài)的密封零件，如壓縮機的活塞環(huán)、密封填料、O型和V型密封圈等。20世紀60年代以來，還出現了一種以樹脂或橡膠為基體、稱為液體密封膠的密封材料，適用于各種靜態(tài)密封，使用方便。
電絕緣材料,如橡膠、塑料、陶瓷、石棉、云母、玻璃布層壓板(屬復合材料)都是應用廣泛的。
2.2粉碎機的結構設計
本次設計的是立式攪拌棒粉碎機。立式機械沖擊粉碎機的轉子驅動軸豎直設置，在驅動軸上有不同梯度的攪拌棒回轉進行物料的粉碎。
機械沖擊粉碎機有立式和臥式之分，結構分別如圖2—1（a）、（b）所示
（a）臥式粉碎機 （b）立式粉碎機
圖2—4 粉碎機示意圖
從圖中可以看出，立式結構在空間利用率、粉碎機的安裝穩(wěn)定性等方面都具有明顯的優(yōu)勢。另外，從實踐中可知，立式結構的粉碎機，物料從進料口進入粉碎室進行粉碎再從出料口出物料，這一過程中物料受重力的作用，可以更方便的粉碎和排出物料，因而粉碎充分且效率高，粒度要求容易滿足；還由于其軸是豎直安裝，因而其軸承及其它密封裝置所受的縱向力要小，使用壽命要長。因此本人選取立式粉碎機，其圖如下
圖2—5 立式沖擊式粉碎機結構示意圖[16]
1—電機 2—變速器 3—小帶輪 4—大帶輪 5—篩網 6—中心軸
7—攪拌棒 8—旋轉擋盤9—軸承 10—軸承蓋
2.3粉碎機的工作原理
破碎理論是解決物料粉碎與能量消耗關系的理論基礎，探索物料粉碎狀態(tài)與能量消耗之間的內在聯系，對指導制造更有利于粉碎、更節(jié)能的粉碎設備，對降低能耗、節(jié)約能源有重要的理論研究價值和重大的現實意義。自19世紀，提出了破碎理論的新概念以來，到上個世紀80年代加巴洛夫從結構化學的角度研究了粉碎能耗問題。破碎理論經過100多年的發(fā)展與完善，在粉碎領域起著重要的指導作用。但這些理論都在一定程度上存在不足及其局限性，從實際使用出發(fā)，三大粉碎理論都有各自的適用范圍，具有一定的片面性。隨著科學技術的發(fā)展，現有的理論落后于實踐，傳統(tǒng)破碎理論的缺陷與不足日顯突出，在許多領域已不能起到指導作用。為此，尋求更合理、更準確、更能反映實際粉碎狀態(tài)的破碎理論已迫在眉睫。物料變形、破碎過程十分復雜、它不是一個孤立系統(tǒng)，而是一個與外界有物質和能量交換的開放系統(tǒng)，也是一個由穩(wěn)態(tài)一漸變一突變的螺旋式演變過程，同時伴隨聲、熱等能量的耗散。要完整建立系統(tǒng)，建立物料粉碎功耗方程，需要多學科的理論做基礎，在多學科交叉融合的前提下，來建立功耗方程才可能更完善和全面，才能揭示物料粉碎這一復雜系統(tǒng)的內在演變機理。
立式粉碎機采用多口進料，增大了物料進入粉碎室的第一次打擊面，喂料輪將物料均勻分散地送至粉碎室進料口，從而使粉碎過程均勻自如。轉子為水平狀態(tài)下旋轉工作，轉子財團360度范圍及下方均為篩板，因而篩理面積大。進料裝置無需配備吸風系統(tǒng)，這樣即節(jié)省了這部份電耗，又解決了由于吸風系統(tǒng)故障而產生的粉碎效率低下的問題。但當篩網孔小于4mm時應考慮采用吸風裝置。因為溫度較低時容易產生粉塵，出料口采用吸風裝置，粉碎效率會有所提高。立式粉碎機可配變頻器以實現喂料量的自動調控，使主電機始終保持在額定負荷狀態(tài)下工作，以獲得最經濟加工手段。與臥式粉碎機相比，立式粉碎機的重要重力作用比較明顯，物料從粉碎室頂部進料口萍時，其運動軌跡正好與旋轉的攪拌棒的運動軌跡垂直相交，加上有多個進料口同時進料，因而物料擊中率較高。由于轉子上下層存在長短差異，在上層由較短的攪拌棒末端和篩網之間形成的預粉碎區(qū)內，大部分物料就得到了粉碎或半粉碎，粉碎合格的物料迅速通過周圍360范圍的篩孔排出粉碎室。半粉碎或未粉碎的物料繼續(xù)下落，落入轉子下層的主粉碎區(qū)，于下層攪拌棒對物料繼續(xù)施加沖擊力外，還入得研磨力等聯合作用，以使物料得到進一步的粉碎。
3粉碎機的設計
本文第二章已經為粉碎機的結構進行了初步的設計?，F在我們將對粉碎機的各組成零部件進行詳細的設計，其中包括電機的選擇，傳動裝置的設計及粉碎執(zhí)行機構的設計計算。
本次設計主要是粉碎和篩選非金屬礦物，達到所需的粒度要求來進行更好的利用。本文以硬質pvc為例，進行設計介紹。
硬PVC比重：1.38克/立方厘米，成型收縮率：0.6-1.5%，成型溫度：160-190℃。軟化溫度為80℃。
一次進料10kg，其體積為V=7246.35cm3，硬PVC材料被粉碎后的體積為實料的2倍，V1=14492.7 cm3。粉碎機中物料占粉碎同的2/3，故V筒=21739 cm3。V筒=πr2h?？紤]到成本的預算，粉碎機筒體采用的無縫鋼管426*9，故r=213mm。
3.1電機
傳動效率： =0.99=0.90
粉碎機的轉子轉速為
選電機時，令最大物料質量m=20kg，在5S內粉碎機從轉速為0達到正常運轉的轉速10n/s?，F計算如下：
20kg的物料看做是均勻分布在粉碎同中的，則其轉動慣量
J=1/2mr2=1/2*20*0.3=3kg.m2
達到正常工作的轉速10n/s,物料所具有的能量為
E=1/2*J*ω=5916J ，t=2，則平均功率P=1183.2w，
由于傳動總效率為η=0.9，故電機所需功率為
P=1314w
所以，選取電機功率為1.5 kW
其型號為：Y90L—4
其有關參數如下：
電動機滿載轉速 =1400r/min
額定功率P=1.5kW
電動機伸出端直徑 D=24mm
3.2傳動裝置設計
3.2.1動力學和運動學計算
總傳動比及其分配
總傳動比 ( 3-1)
———電機滿載轉速，———— 粉碎機轉子轉速；
(3-2)
查閱相關資料，取i1=1.37 算得 i2=1.7 =3.17
i1———代表一對圓柱齒輪的傳動比，i2———代表V帶傳動的傳動比；
各軸轉速計算
= 1400r/min
=
軸的功率計算如下
各軸轉速、轉矩、功率列表如下：
軸號
功率（Kw）
轉速n(r/min)
轉矩(N.m)
I
1.49
1400
10.16
II
1.43
1021
13.38
III
1.36
600
21.65
IV
1.30
189
65.69
3.2.2帶傳動設計計算
V帶型號和帶輪直徑設計
工作情況系數 由表11.5得 KA=1.2
計算功率：PC= KA*P=1.2*1.5=1.8KW (3-23)
=1.8KW
選帶型號： 由圖11.15 A型
小帶輪直徑： 由表11.6 =75mm
小帶輪的轉速：n1=1021r/min
大帶輪的直徑=（1-ε） 其中ε=0.01 (3-24)
大帶輪轉速： =600r/min
故 =115mm
計算帶長
求Dm Dm==100mm
求Δ Δ=(115-75)/2=20mm
中心矩a0：
(3-25)
則可取a0=300mm
計算帶的基準長度：
L=Dm+2a+2a+ （3-26）
=3.14*100+2*300+20*20/300
=915.33mm
選擇帶的基準長度：由圖11.4 =1400mm
求實際中心矩：
A=+ （3-27）
=300mm
A=300<586mm
(3-28)
(3-29)
=4512.5
=592.4
(3-30)
小帶輪包角：
=
=176.1>120 合格
(3-31)
帶速：
帶的根數：
由表11.8得 P0=0.6KW
由表11.7得 Kα=0.98
由表11.12得 KL=0.85
由表11.10得 ΔP=0.11
Z= =3.043 (3-32)
取 Z=3
求軸上的載荷：
張緊力
==115N
由表11.4得 q=0.1kg/m
軸上載荷
FQ=2*Z*F0Sin=608N
帶輪結構：
大帶輪————腹板式
小帶輪————實心式
3.2.3齒輪結構與傳動的設計計算
本設計采用的是圓柱齒輪
1.齒輪結構尺寸：
小齒輪采用齒輪軸結構
大齒輪采用鍛造結構[12]，其結構尺寸如下：
輪轂直徑=37mm
輪轂長度取L=49mm
2.選擇齒輪材料
小齒輪 45#鋼 調質 =260HB
大齒輪 45#鋼 調質 =240HB
3.初步計算
齒寬系數：由教材《機械設計》（邱宣懷編第五版，下同）
表12—13 取 =1.0
轉矩=9.55*106*p/*η=9986.3N/mm
接觸疲勞極限 由圖12.17c
=720Mpa
=590Mpa
初步計算接觸應力［］：
取Ad值：由表12.16取Ad=82
初步計算小輪直徑d1：
(3-3)
=
=58mm 取d1=60mm
初步估計齒寬b = =50mm
4.齒面接觸疲勞強度計算
圓周速度：
= (3-4)
=π*60*1400/60*1000=4.4m/s
精度等級：由表12.6得 8級精度
齒數Z和模數m
初選齒數=20， ==20*1.37=27.7
=20， =28
模數m
= =3. 取m=3
初選螺旋角
由表12.3 =2.5mm
cosβ≈1
使用系數：由12-9 =1.8
動載荷系數:由12.9 =1.15
齒間載荷分配系數：由圖12.10，先求 ==331.4N=331N （3-7）
*Ft/b=1.5*331/50=9.93N/mm<100N/mm = （3-8）
=1.83
Zε= 0.89 （3-9）
由此可得 =1.25 （3-10）
由表12-11，齒向載荷分布子系數（裝配時不作檢驗調整）
=A+B+C*b （3-11）
= 1.17+0.16*0.852+0.61*51
=1.317
載荷系數 (3-12)
=1.8×1.15×1.25×1.317
=3.41
彈性系數：由表12-12
節(jié)點區(qū)域系數：由圖12.16 =2.5
接觸應力最小安全系數：由表12-14 =1.05
總工作時間（預期使用壽命15年，每年300個工作日，單班制，使用期限內工作時間占50%）
T總=15*300*8*0.5=18000h
應力循環(huán)次數NL 由表12.15
估計107
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