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第1章 緒 論
1.1 研究飼料機的目的
飼料粉碎的質量，對畜牧業(yè)的發(fā)展有著重要的意義。粉碎，是提高飼料質量的必要條件，飼料過粗，畜禽不易消化吸收，浪費飼料。因為，動物對飼料的消化吸收主要依靠酶的作用。粉碎過的保證質量要求的飼料，單位重量顆粒數目多，表面極大，酶的作用強，動物消化吸收較好。但也不是飼料越細效果越好，如果飼料過細，經過畜禽消化道時易結團等很多因素的影響反而不利于消化吸收，甚至引起疾病或造成不應有的損失。所以，設計合理配套的粉碎機械很有必要。
齒爪式粉碎機的結構組成，使得該機除了粉碎作用外還兼有混合攪拌的作用，飼料在機內從中間向四周擴散，相當于經過多個粉碎室，因而可達到均勻的高細貨品力度。
1.2 發(fā)展動態(tài)
目前，隨著我國農業(yè)機械化水平不斷提高，使得各項農業(yè)活動有了飛速的發(fā)展和提升，尤其是作物種植的密度增大和單位面積產率大幅度增加，這就使得收獲后的秸稈處理成為了音響農業(yè)貨的的一大難題，傳統(tǒng)農家肥已經不能吸納過多的作物秸稈，而現行的農田焚燒秸稈，會導致升天環(huán)境的破壞及增加火災隱患，就目前來說已經被國際征服部門命令禁止。此外，秸稈的粉碎也出現了一系列想要的問題和危害，例如，病蟲害的泛濫和對后期播種出苗率的影響。
正是在這樣的時代背景下，飼料、干飼料粉碎機械行業(yè)迎來了發(fā)展的大好時機，將作物秸稈粉碎后作為牲畜、家禽的供養(yǎng)飼料可謂是一舉多得，大大解放了農業(yè)機械化的發(fā)展進程和水平。
飼料機的結構組成，原料從定齒盤中部的進料管流入，有動齒盤最外層的兩個攪拌齒撥入粉碎區(qū)，在告訴旋轉的動齒盤與定齒盤上的圓齒和扁齒的摩擦下粉碎，飼料的離心力和摩擦力的作用下，有的與篩片碰撞彈回粉碎區(qū)再次遭受摩擦作用，有的與定齒相撞進入齒間進一步被磨碎，旋轉的風壓是合格的成品等穿過篩孔而別壓出粉碎室，較大的顆粒則繼續(xù)留在機內粉碎，這種粉碎機除了具有粉碎作用外海兼有混合攪拌的作用，飼料在機內從中間向四周擴散，相當于經過多個粉碎室，因而可達到均勻的高細貨品粒度。
1.3 國外飼料粉碎機發(fā)展情況
錘片式粉碎機在國外飼料工業(yè)生產中應用最為廣泛。由于在飼料所用原料上的差異，在歐洲的飼料多采用混合粉碎（先配料后粉碎），且經常沒有任何谷物原料；而美國的飼料配方是以50%的玉米或小麥為基礎的，很少使用難以粉碎的比如燕麥、大麥之類的谷物等，原料水分也略低于歐洲。這樣也就使得錘片式粉碎機向兩個方向發(fā)展；首先在于美國的產品追求篩板面積大，而歐洲的講究沖擊齒板面積大。例如美國的Champion公司及Jacobson公司等標榜自己的產品為全周篩，而歐洲最為典型的是荷蘭的Van Aarsen公司的2D系列錘片式粉碎機，其沖擊齒板面積幾乎達整個粉碎機室外周圍面積的一半，占46%；其次在于篩板的安裝。美國錘片式粉碎機在安裝、更換篩板時必須停機并且打開機殼才能進行，而歐洲的許多錘片式粉碎機是從軸間插入式，不需停機和打開機殼可抽出原有篩板；還有的機型可沿軸的一端插入從另一端抽出，還可實現自動遙控換篩，如Van Aarsen公司的2D系列錘片式粉碎機兩側裝有遙控電動換篩裝置，在運行中就可以更換篩片。
為使粉碎機粒度均勻合理，飼料行業(yè)嘗試引入循環(huán)粉碎，先粉后篩、篩后再粉的分步粉碎工藝將粉碎機與篩分設備按一定的關系進行組合，粉碎機只負責粉碎，把控制粉碎物料粒度的任務交給了相配套的篩分設備。這樣也就提高了粉碎產量和粉碎效率，降低了粉碎電耗。為避免不必要的粒度運動，還有其他變型粉碎機，如渦輪粉碎機，其特點為在粉碎室篩板的末尾或在與進料口約成270°角處，使未過篩的粗粒物料沿垂直方向向上拋出粉碎室，然后靠重力作用返回粉碎區(qū)。該機型的優(yōu)點是不需要配備外設篩分設備，粗粒物料在機內自動循環(huán)；缺點是整機結構不對稱，不能通過簡單調換轉子旋轉方向來利用錘片的兩側。
1.4發(fā)展前景
飼料行業(yè)屬于高耗能行業(yè)之一，選購設備應該考慮到長期的節(jié)能使用，使用粉碎機也是如此，要優(yōu)選低耗能產品，兼顧粒度和產量。每種粉碎機都有其最適合的工作場合，畜禽飼料粒度較粗，適合使用錘片式粉碎機，水產飼料要求高粒度，適于使用齒爪式粉碎機。
飼料機在粉碎機粒度高、能耗低這兩點上具有綜合的優(yōu)勢，在水產飼料行業(yè)有良好的聲譽，除蟹、鰻以及某些小型魚蝦類的餌料要求達到95%過80甚至100目，需要配備超微粉碎機外，一般水產飼料只要在0.5—1.2mm篩孔范圍內更換篩片，飼料機的粉碎粒度完全可以滿足絕大部分水生動物飼料的要求。可以這么說：飼料機是水產飼料行業(yè)最實用的粉碎機型。
1.5 研究方向
從1955年起，我國開始研制飼料粉碎機，經過50多年的發(fā)展，我國飼料粉碎機械不論是產品品種、產品結構，還是在生產能力及綜合性能都有了長足的發(fā)展和進步。經歷了引進、消化吸收、自主開發(fā)、合資合作生產等幾個階段，目前我國飼料粉碎機械工業(yè)已具備一定的規(guī)模和水平，生產的飼料粉碎機械設備主要技術指標與國際水平基本相當。但是從整體上看，我國飼料粉碎機械工業(yè)尚處于由傳統(tǒng)型向機械化、自動化和集約化過渡的起步階段，仍然有許多問題需要努力解決，不斷改進提高。近年來，我國養(yǎng)殖規(guī)模、養(yǎng)殖品種的多元化發(fā)展，對飼料粉碎機提出了新的要求，今后幾年的粉碎機技術研究應主要集中在以下幾個方面：
1.粉碎設備自動化調控水平有待提高。目前國內粉碎設備大多是單元操作機，作業(yè)時還停留在人工控制階段。
2.主要易損部件消耗大，使用壽命有待進一步提高。目前我國粉碎機使用的錘片、篩片及齒板等易損件在性能、使用壽命上還與國際水平有一定差距。進一步研究如何提高錘片、齒爪和篩片的質量，降低單位產量的錘片、齒爪和篩片消耗率，延長其使用壽命，降低易損部件對粉碎成本的影響。
3.粉碎作業(yè)能耗高，效率低，生產能力與粉碎細度相互制約。尤其在微粉碎時，物料溫升高，噪聲大，粒度不均勻。提高粉碎機加工精度與裝配精度, 從結構上進行優(yōu)化, 降低粉碎機的噪聲。
4.粉碎機的可靠性及整機質量需要進一步提高。
5.秸稈、草類專用粉碎機有待進一步開發(fā) 農村中粉碎農作物秸稈飼料，仍普遍采用通用式粉碎機，如錘片式等。
6.生物質能源領域需要的新型物料粉碎機械亟待研究開發(fā)。
1.6 粉碎設備類別及其特點
粉碎機一般分為機械式粉碎機、氣流粉碎機、研磨機和低溫粉碎機四個大類。
1.機械式粉碎機是以機械方式為主，對物料進行粉碎的機械，它又分為齒式粉碎機、錘式粉碎機、刀式粉碎機、渦輪式粉碎機、壓磨式粉碎機和銑削式粉碎機。
(1)齒式粉碎機：由固定齒圈與轉動齒盤的高速相對運行,對物料進行粉碎(含
沖擊、剪切、碰撞、摩擦)等的機器。
(2)錘式粉碎機：由高速旋轉的活動錘擊件與固定圈的相對運動,對物料進行粉碎(含錘擊、碰撞、摩擦)等的機器。錘式粉碎機又分活動錘擊件為片狀件的錘片式粉碎機和活動錘擊件為塊狀件的錘塊式粉碎機。
(3)刀式粉碎機：由高速旋轉的刀板(塊、片)與固定齒圈的相對運動對物料
進行粉碎(含剪切、碰撞、摩擦)等的機器。
刀式粉碎機又分為：刀式多級粉碎機：主軸臥式，刀刃與主軸平行并具有單級或多級粉碎功能的機器；斜刀多級粉碎機：主軸臥式，傾斜刀式并具有單級或多級粉碎功能的機器；組合立刀粉碎機:主軸臥式,多層立刀組合的粉碎器；立式側刀粉碎機：主軸立式，側刀轉盤運動并帶有分級功能的粉碎機器。
(4)渦輪式粉碎機:由高速旋轉的渦輪葉片與固定齒圈的相對運動，對物料進行粉碎(含剪切、碰撞、摩擦)等的機器。
(5)壓磨式粉碎機：由各種磨輪與固定磨面的相對運動，對物料進行碾磨性粉碎的機器。
(6)銑削式粉碎機：通過銑齒旋轉運動，對物料進行粉碎的機器。
2.氣流粉碎機氣流粉碎機是通過粉碎室內的噴嘴把壓縮空氣（或其他介質）形成
氣流束變成速度能量，促使物料之間產生強烈的沖擊、摩擦進行粉碎的機器。
3.研磨機研磨機是通過研磨體、頭、球等介質的運動對物料進行研磨使物料研磨成超細度混合物的機器。它又分為：
(1)球磨機：由瓷質球體或不銹鋼球體為研磨介質的機器。
(2)乳缽研磨機：由立式磨頭對乳缽的相對運動對物料進行研磨的機器。
(3)膠體磨：由成對磨體(面)的相對運動，對液固相物料進行研磨的機器。
(4)低溫粉碎機低溫粉碎機是經低溫(最低溫度)處理，對物料進行粉碎的機器。
1.7粉碎原理：
粉碎方法主要有五種：
(1)壓碎。如圖1.1-a所示，物料在兩平面之間受到緩慢增長的壓力作用而被粉碎。對于大塊物料，第一步采用此法處理。擠壓粉碎適用于脆性物料，食品加工中常用的是對輥粉碎機，如對輥的線速度相等，則為純粹的擠壓過程。
(2)劈碎。如圖1.1-b所示，物料受到楔狀刀具的作用而被分裂。多用于脆性，韌性物料的破碎，能耗較低。
(3)剪碎。如圖1.1-c所示，物料在兩個破碎工作面間，如同承受載荷的那個支點(或多支點)梁，除了在外力作用點受劈外，還發(fā)生彎曲折斷。多用于較大塊的長或薄的硬脆性物。
圖1.1 物料粉碎方法示意圖
(4)擊碎。如圖1.1-d所示，物料在瞬間受到外來的沖擊力而被破碎。沖擊的方法較多，如在堅硬的表面上受到外來沖擊體的打擊，高速運動的機件沖擊物料，高速運動的物料沖擊到固定堅硬物體上，物料塊之間的相互沖擊等。此種方法多用于脆性物料的粉碎，粉碎范圍很大。
(5)磨碎。如圖1.1-e所示，物料在兩工作面或各種形狀的研磨之間受到摩擦，剪切作用而被磨削成為細粒。多用于小塊物料或韌性物料的粉碎。
在粉碎操作上，所使用的粉碎方法應根據物料的物理性質，塊粒大小以及需要粉碎的程度而定，實際操作時常常采用兩種或兩種以上的方法組合進行。
1.7.1機械粉碎設備
(1)機械沖擊式粉碎機
機械沖擊式粉碎機是指：利用圍繞水平或垂直軸高速旋轉的回轉轉子上的沖擊組件(錘頭、葉片、棒體等)對物料進行撞擊,并使其在定子與轉子間、物料顆
粒與顆粒間產生高頻度的相互強力沖擊、剪切作用而粉碎的設備。這種粉碎機型式很多，按沖擊組件的結構形式的不同有高速錘式、高速棒式、高速刀片式等多種類型。按轉子的布置方式可分為立式和臥式兩種類型。其特點是粉碎比大。運轉穩(wěn)定。適合于中軟硬度物料的粉碎。沖擊式粉碎機借助于轉子上錘頭對物料的以50~100m/s的高速打擊而將其粉碎，處于定子和轉子間隙處的物料被剪切和反彈到粉碎室內與后續(xù)飛來的顆粒相撞是粉碎過程反復進行。定子襯圈和轉子端部錘刃之間形成強有力的高速湍流場其中產生強大壓力變化可使物料受到交變應力而破碎和分散。粉碎成品顆粒細度和形態(tài)由轉子上錘頭的運動狀態(tài)和定子間間隙來決定低速沖擊可得細長的顆粒而高速沖擊則易得物料結晶狀態(tài)相同的顆粒。
(2)齒爪式粉碎機
齒爪式粉碎機可用于谷物等的粉碎。它主要由進料斗、動齒盤轉子、定齒盤、包角為360°的環(huán)篩和排料口等組成。定齒盤上有兩圈定齒，齒的斷面呈扁矩形。工作時動齒盤上的三圈齒在定齒盤的兩圈齒的圓形軌跡間運動。
齒爪式粉碎機由機體、進料斗、動齒盤轉子、定齒盤、包角為360°的環(huán)形篩網及出粉管等組成。如圖1.2
1.喂料斗 2.定齒盤 3.進料管 4.機殼 5.電機架 6.主軸
7.皮帶輪 8.動齒盤 9.齒爪 10.篩片 11.出粉管
圖1.2 齒爪式粉碎機結構圖
當物料從喂料斗軸向喂入時，受到定、動齒和篩片的沖擊，碰撞與搓擦等作用，最終被粉碎成粉粒狀排出體外。動齒和定齒之間的間隙為3.5mm。齒爪式粉碎機的特點是結構簡單，粉碎室比較窄，篩片包角為360°生產效率比較高，但噪聲和粉塵比較大。國產齒爪式粉碎機有FFC型系列產品。
(3)渦輪式粉碎機
渦輪式粉碎機由進料口、葉輪、齒板和排料口等部分組成。葉輪是由多個葉片及葉片與其側面的隔板形成的多個室組成。機殼的內表面裝有許多帶有溝槽的齒板。葉輪高速回轉時產生高速渦流，從而形成高頻振動區(qū)。物料在粉碎室內受到反復粉碎不僅有沖擊和剪切作用，又以無數的超高速渦流加劇顆粒之間的相互摩擦，以及由于高頻振動產生的擠壓作用等，使物料得到充分粉碎后，排出機外。渦輪式粉碎機主要有T-400型和T-800型兩種。
粉碎室內徑分別為400mm和800mm配用動力11-30kw和30-75kw。生產率分別30~800kg/h和100~2500kg/h。該粉碎機的特點是粉碎物溫升比較低，適合于粉碎脫脂大豆、米、小麥粉、食鹽、礦物質添加劑和顏料等。80%以上的粉碎物可以通過100-150目的篩孔。
(4)立式錘片粉碎機
立式錘片粉碎機是一種高效的超微粉碎設備，與臥式錘片粉碎機相比，效率高又節(jié)能，且可省去輔助補風系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，加上其換篩方便等特點。
小型立式超微粉碎機主要由轉子、粉碎盤、錘片、篩框、機體、供料裝置及排料裝置等組成。
粉碎盤底部裝有刮片，可使沉積在底篩上的物料刮起，并隨轉子的離心力甩向粉碎區(qū)域繼續(xù)粉碎。刮片又起到補風的作用，旋轉時產生一定的風量，形成粉碎室內外的氣壓差，有利于細粉的排出，且可降低粉碎室內外的溫度差，有利于粉碎加工。刮片產生的風壓可以改善粉碎室內的氣流狀況，有利于負壓吸進物料和正壓排料，并破壞整個粉碎室內的環(huán)流層，使粉碎合格物料能及時排出，避免重復、無效的過度粉碎。
物料從進料口加入，其運動軌跡與旋轉錘片的運動軌跡垂直相交，因而物料擊中率較高。由于物料與錘片兩者之間的速度相差很大，在錘片沖擊作用下，物料顆粒內部迅速產生向四方傳播的應力波，并在內部缺陷、裂紋和晶粒界面等處產生應力集中物料將首先沿著這些脆弱界面破碎。在轉子上層，由較短的錘片與篩片形成的預粉碎區(qū)內，大部分物料得到了粉碎或半粉碎，粉碎合格的細物料迅速通過周圍環(huán)篩孔排出粉碎室。半粉碎和未粉碎的物料繼續(xù)下降，落入下層主粉碎區(qū)域。由于下層錘片末端線速度更高，與篩片的間隙更小，錘片除對物料繼續(xù)施加剪切力和沖擊力外，且伴有研磨力等聯合作用，使物料得到進一步粉碎并借助粉碎室內氣流正壓力，迅速通過環(huán)篩和底篩篩孔排出，完成粉碎加工。
(5)臥式粉碎機
這是一種水平軸、雙室、氣流分級式粉碎機，主要依靠沖擊粉碎原理工作，在粉碎的同時能夠進行分級和清除雜質。它是由水平軸上安設的兩個串聯的粉碎，分級室和風機組成。粉碎分級室由帶撞擊葉片的轉子和定子襯套以及分級葉輪組成。第一二轉子的葉片分別為30°、40°傾角旋轉時形成風壓而相應的第一、二分級輪為徑向葉片，旋轉時形成風阻，兩者旋轉時便形成旋循氣流，使顆粒反復地受強烈的沖擊、剪切、摩擦作用而粉碎。兩串聯的粉碎分級室之間用隔環(huán)分隔，因第一、二級轉子的圓周速度分別為50m/s、55m/s(第二轉子直徑大)故第二粉碎室粉碎力更強，成為細磨區(qū)，產品粒度達數微米。細粉隨氣流由風機排出機外捕集。此機的特點是采用兩極串聯粉碎裝置，故粉碎效率高，能耗較低，產品粒度細，(平均粒徑3~100μm),機內設有排渣裝置,可將難予粉碎的雜質排出,故產品純度高；負壓操作，可減少粉塵對環(huán)境的污染。適用于莫氏硬度低于5級的物料，例如涂料、顏料、非金屬礦、化工原料、農藥等的微粉碎。
第2章 總體方案的確定
2.1基本內容
1.根據粉碎原料的材料及尺寸要求，進行結構設計。
2.喂料斗、定齒盤、動齒盤、齒爪、篩片的設計及各零部件和粉碎機整體的校核。
3.扁齒、圓齒、篩片磨損的分析、生產能力、功率的計算。
4.總裝備圖中各零部件的安裝，及零件的定位和配合公差等問題。
2.2 飼料機的基本構成部件
根據設計任務書的要求，本粉碎機具有結構緊湊簡單、機體小、重量輕、粉碎效率高，耗能較低等特點，但是齒爪和篩網易損壞和磨損，工作可靠性較差，通用性差，噪音較大，常用于飼料粉碎等操作。
粉碎室由篩網組合，動定齒盤組成，粉碎齒用螺栓固定在齒盤四周。更換篩網或齒爪時可開啟操作門，篩網靠操作門自壓緊，成獨立的壓緊機構。粉碎機工作時操作門被鎖緊，保證機器在工作時操作門不能開啟，以防事故的發(fā)生。動齒盤一個傳動軸上，軸由軸承支撐，軸承兩端用端蓋密封，密閉空間內，加適量的潤滑油。軸依靠皮帶輪帶動。如圖2.1所示。
圖2.1實物圖
飼料機由機體、進料斗、動齒盤轉子、定齒盤、包角為360°的環(huán)形篩網及出粉管等組成。定齒盤上有三圈定齒，齒的斷面呈扁矩形；動齒盤上有四圈齒，其橫截面是圓形或扁矩形。
機體：機體由圓柱筒形外壁和支架部分組成，根據零件選材的一般原則，選用Q235為圓柱形筒的材料，Q235屬于低碳鋼，塑性、韌性優(yōu)良，且經濟性較好，可進行焊接；機殼與固定端蓋采用4個均布聯接安全可靠，便于拆裝。 活動端蓋與固定端蓋通過銷軸聯接，二者以銷軸為轉動中心，旋轉角度達180o，有利于粉碎機清理和機器檢視拆裝。鋼材焊接性能的優(yōu)劣決定于鋼中的含碳量，一般是含碳量低的鋼，其焊接性能優(yōu)于含碳量高的鋼。因為機架的粗糙度要求不高，支架比較 牢固程度上，所以支架一般都是用焊接的方法進行加工的。支架選用30號鋼，因其硬度、強度較高，且兼有較好的塑性和韌性，綜合性能優(yōu)良，能滿足其工作要求，采用電動機安裝在支架橫拉桿上，支架焊接制造，為四角支撐。
圖2.2拆機示意圖
齒爪與轉子間的間隙：不適當的齒爪與轉子間的間隙會顯著地降低生產效率和增加齒爪與轉子的磨損，間隙過大，粉碎時間增加，不一定滿足粒度要求，降低了生產率，但間隙太小，粉碎室容納的物料少，增加功耗。
2.3 飼料機的工作原理
工作時，動齒盤上的齒在定齒盤齒的圓形軌跡線間運動。當物料沿喂料斗軸向喂入時，受到動、定齒和篩片的沖擊、碰撞、摩擦及擠壓作用而被粉碎，同時受到動齒盤高速旋轉形成的風壓及扁齒與篩網的擠壓作用，使符合成品粒度的粉粒體通過篩網排出機外，較粗的物料則繼續(xù)受到撞擊和摩擦，直到通過篩孔為止。
2.4 主要工作部件
2.4.1 動齒盤
動齒盤是齒爪式粉碎機的主要工作部件，安裝在主軸的左端，呈懸臂支承。動齒盤由轉盤、圓齒、扁齒組成如圖2.3所示。齒爪在動齒盤上交錯排列，最里面的圓齒（4個）成為攪拌齒，第二層圓齒（4個）稱為粗碎齒，第三圈圓齒（4個）稱為細碎齒，最外層扁齒（4個）稱為粉碎齒。在攪拌齒附近有兩個用于拆卸的螺孔，便于用撥盤器拆卸動齒盤。
圓齒是飼料機進行粉碎的主要工作部件之一，圓齒材料為45號鋼，采用螺紋聯接在齒盤上，且齒頂耐磨，齒根耐沖擊，工作部分經熱處理以提高硬度，增強使用壽命。
扁齒材料為45號鋼，用沉頭螺釘固定在動齒盤上。工作部分經熱處理，以提高硬度，增加使用壽命。扁齒4個一組。
動齒盤安裝后應進行動，靜平衡實驗,其不平衡度在動齒盤上的最大直徑上不應超過規(guī)定。扁齒和圓齒易磨損，應及時檢查和更換，以保持粉碎機的工作性能和防止機器發(fā)生故障，引起事故。
圖2.3動齒盤
2.4.2 定齒盤
定齒盤除了起到輔助粉碎的作用外，還可以減輕篩片負荷，避免飼料對篩片的直接撞擊。根據資料，定齒盤對粉碎機的生產率影響不大，因此在粉碎大塊飼料或定齒盤的齒爪被金屬、石塊損壞后，可以拆換定齒盤。
定齒盤采用灰鑄鐵鑄造而成，固定在側蓋內壁上，分內中外三層，內層和中層為粗碎層，外層為細碎層。粉碎機內，外齒盤與左端盤鑄造成一體。如圖2.4所示。
圖2.4定齒盤
2.4.3 篩網
齒爪式粉碎機所用篩網為環(huán)型篩，它由篩圈、篩片、螺釘組成。使用時將篩片安裝在兩個篩圈之間，并用螺釘將篩片壓緊，再裝入機體內的篩托上。篩片已經標準化，用冷軋鋼帶沖孔而成。如圖2.5所示。
圖2.5篩網
2.5本章小結
齒爪式粉碎機的基本構成部分，齒爪式粉碎機的工作原理，主要工作部件動齒盤、定齒盤、動齒爪，篩網的設計方案的確定。
13
第3章 主要部件的選型和設計
3.1 動、定齒盤直徑和粉碎室寬度的確定
根據《機械工程手冊》可知在已知配套功率的情況下，動齒盤的最大直徑D和粉碎室寬度B(即動、定齒盤面間的軸向間距)的乘積可由經驗公式確定：
式中：—經驗系數；常用=0.2～0.4，取=0.4
N—配套電機功率（kw）
u —動齒盤最大直徑處的線速度（m/s），常用D=250～500mm；B=45～80mm。
根據設計書的要求查表可知，動齒盤的外徑D=250mm。設計要求的配套動力為N=4.0kw，主軸轉速n=5800 r/min.
由經驗公式可推算出B=66mm。
3.1.1 動齒盤的齒數和齒的尺寸
該爪式粉碎機主要用于粉碎飼料以及化工原料，根據設計手冊（破碎與篩分機械設計選用手冊）可得粉碎該級硬度的物料需要動齒爪動能E=6.6J
可脾性系數=0.5
工作時，動齒盤上的齒在定齒盤齒的圓形軌跡線間運動。當物料沿喂料斗軸向喂入時，受到動、定齒和篩片的沖擊、碰撞、摩擦及擠壓作用而被粉碎，同時受到動齒盤高速旋轉形成的風壓及扁齒與篩網的擠壓作用，使符合成品粒度的粉粒體通過篩網排出機外，較粗的物料則繼續(xù)受到撞擊和摩擦，直到通過篩孔為止。
粉碎能力主要與動齒爪的動能、物料的性質（如物料的可碎密度及硬度等）、含水率及喂料的均勻程度等因素有關。
粉碎機生產能力經驗公式：
式中
Q 轉子的粉碎能力，t/h；
動齒爪數量系數；
可脾性系數
表3-1齒爪數量與可脾性系數
動齒爪數量/個
8~12
0.02
12~16
0.022
16~20
0.024
20~24
0.026
由上式帶入數據其中E=6.6J
=0.5
Q=0.3t/h
計算
0.3=
得
0.0227
根據表3-1，動齒爪的數量應在12-16之間，考慮到回轉平衡的需求取動齒爪個數K=16
動齒盤的盤面裝有若干動齒。最外圈為扁齒爪，內圈均勻為圓齒，扁齒和圓齒均用45號鋼制造。一般動齒爪長度為粉碎室寬度的65%—75%，該機取動齒爪的長度為44mm。如圖3.1，3.2所示。
圖3.1 圓齒
圖3.2 扁齒
3.1.2定齒盤的齒數和齒的尺寸
定齒盤為固定在粉碎機的喂料口一側，可隨喂料活門一起打開，便于清理粉碎室。定齒盤用HT200鑄鐵制造，其盤面上有24個定齒，與盤體鑄成一體。定齒斷面為矩形，其內外兩側鑄有弧形凹槽。為便于鑄造，在使用三圈定齒，其固定齒盤交替排布為內中外三圈，每圈4個定齒。定齒齒長為20mm。
3.2 篩網
篩網做成圓筒狀，其兩側插裝在篩圈的環(huán)形槽內。并用螺釘將篩片壓緊，再裝入機體內的篩托上。篩片已經標準化，用冷軋鋼帶沖孔而成。根據經驗，動齒盤扁齒外緣與篩片間的間隙為8~20mm,過大則產生反料和篩孔堵塞現象，粉碎效率大大下降。齒爪式粉碎機上常用圓孔篩片。由出料粒度大小，篩孔直徑定為10mm。篩網直徑為250mm.
3.3 進料斗
進料斗設置在機體上方，采用切向進料方式。固定在進料斗座上方。由流量插板控制進料速度，這既保證產品質量的穩(wěn)定性，均勻性，又保證了粉碎機不空載、不過載，既能節(jié)省能耗，又可延長設備的使用壽命。如圖3.3
圖3.3 進料斗
排料口設置在篩網下端，用螺栓固定在機體上，采用傾斜切向排料。排料口采用厚度為2mm的HT200鑄鐵制造。出料斗截面形狀采用矩形。
3.4 動力裝置和傳動裝置的設計計算
根據設計的粉碎機轉速較高，功率相對較大的特點，選擇所具有的結構相對簡單，傳動平穩(wěn)，造價低廉和緩沖吸振的皮帶傳動。而在同等張緊力作用下，V帶傳動允許較大的傳動比，而且滿足結構緊湊的要求，帶輪機構尺寸計算如下：
已知參數：額定功率 P=4.0kw, 選用電機型號為Y112M-2，轉速=2890r/min 粉碎機主軸=5800r/min， 傳動比i=0.498，日工作時間小于10h。
確定計算功率
計算功率是根據傳遞的功率P和帶的工作條件確定的
式中
——計算功率，KW；
——工作情況系數，查表可知=1.2
P ——所需傳遞的額定功率
計算可得
=1.2X4=4.8kw
選取帶型
由上可知，根據計算功率和小帶輪轉速
可選用普通V帶 A型。
確定帶輪的基準直徑，并驗算帶速v
初選帶輪的基準直徑：根據V帶帶型，確定小帶輪的直徑=75mm。
驗算帶速v：
符合要求，帶速合適。
計算大帶輪基準直徑
= =0.49875=152mm
根據資料圓整為=160mm
確定v帶的中心距a和基準長度
根據式
0.7（+）≤≤2（+）
初定中心距為
=400mm
計算帶所需的基準長度
=2x400+(75+160)+
=1173
選帶的基準長度1250mm，帶長修正系數=0.93
計算實際中心距a。
驗算小帶輪包角
計算帶的根數z
計算單根V帶的額定功率。
由=75mm， =160mm和=2880r/min，得=1.00kw
知0.34， =0.98， =0.93。
于是
1.22kw
計算V帶根數z。
取4根
計算單根V帶的初拉力的最小值
已知V帶的單位長度質量q=0.1kg/m，所以
應使帶的實際初拉力。
計算壓軸力
壓軸力的最小值為
帶輪結構設計
帶輪采用鑄鐵，牌號為HT200
結構可采用腹板式，大帶輪直徑=160mm，小帶輪=75mm
V帶輪的結構形式與基準直徑有關。當帶輪基準直徑為2.5d(d為安裝帶輪的軸的直徑，mm)時，可采用實心式；當mm時，可采用腹板式；當mm，同時時，可采用孔板式；當>300mm時，可采用輪輻式。所以本次采用腹板式，如圖3.4所示。
圖3.4 皮帶輪
3.5 軸的設計計算及校核
3.5.1軸的設計原則
根據《機械設計》，軸的設計應滿足下列幾方面的要求：
合理的結構、足夠的強度、必要的剛度和振動及良好的工藝性等。在設計軸時，除按工作能力準則進行設計計算外，在結構設計上還需滿足下列要求：多數軸上零件不允許在軸上作軸向移動，需要用軸向固定的方法使它們在軸上有確定的位置；為傳遞轉矩，軸上零件還應作周向固定；軸的加工、熱處理、裝配、檢驗、維修等都有良好的工藝性。
軸結構設計的一般原則：軸上零件的布置應使軸受力合理；軸上零件的定位可靠，拆裝方便；軸應采用各種應力集中和提高軸疲勞強度結構措施；應具有良好的結構工藝性，便于加工制造和保證精度；對于需求剛性大的軸，還應從結構上考慮減小軸的變形。確定各軸長度時應盡可能結構緊湊，同時還應保證零件所需的滑動距離，拆裝或調整所需空間，并注意轉動零件不得與其他零件相碰。軸上所有零件都應無過盈（即不太緊）地到達配合部位。為了減少加工工具的種類和提高勞動生產率，軸上的倒角、圓角、鍵槽等應盡可能取相同的尺寸。根據以上原則來確定軸的尺寸。
3.5.2 求粉碎機上軸的功率和轉矩
取V帶傳動的效率為=0.95，一對滾動軸承的效率為=0.99，
=P=40.950.99kw=3.76kw, =5800 r/min，
于是，
3.5.3 初步確定軸的最小直徑
選取軸的材料為45號鋼，調質處理。取=112，此軸最小直徑顯然是安裝動齒盤與軸聯接的螺母的直徑。為了使所選軸直徑與動齒盤的孔徑相適應，根據軸向定位要求確定軸的各段直徑和長度。選用軸的材料為45號鋼，調質處理。應當指出，當軸的截面上開有鍵槽時，應增大軸徑以考慮鍵槽對軸的強度的削弱。對于直徑d>100mm的軸，有一個鍵槽時，軸徑增大3%；有兩個鍵槽時，應增大7%。對于直徑d100mm的軸，有一個鍵槽時，軸徑增大5%~7%；有兩個鍵槽時，應增大10%~15%。然后將軸徑圓整為標準的直徑。這樣求出的直徑，只能作為承受扭矩作用的軸段的最小直徑。
3.5.4 軸的結構設計
為滿足動齒盤的定位要求，在軸的左端必須有一定位螺母，并在軸的左端車制外螺紋，用于動齒盤的緊固，同時也便于安裝與拆卸動齒盤。根據前面計算的軸的最小直徑d=10mm,再根據《機械設計課程設計》，可選定螺母的大小及型號為M10的六角螺母（GB6170-68）。為了滿足動齒盤的軸向定位要求軸段右端制出一軸肩，并留螺紋退刀槽。 由上可確定=22mm，為滿足動齒盤的定位要求，右側有一軸肩，初步選擇滾動軸承，因為軸承可只考慮徑向受力，故選用深溝球軸承，并由軸承產品目錄總初步選擇滾動軸承為中窄6305（GB276-89），因此取=25mm。，由結構設計知，軸右側也有一定位軸肩，以定位軸承，取=30mm。
圖3.5軸的結構
確定軸上的圓角和倒角尺寸，取軸端倒角為2X45°，各軸肩處的圓角半徑為LXL-16 如圖3.5所示。
3.5.5 求軸上的載荷
圖3.6軸的載荷分析
首先根據軸的結構，作出軸的計算簡圖。在確定軸承的支點位置時，對于6305（GB276-89）軸承，a=17mm。因此，作為簡支梁的軸的支承跨距為L=82mm+17mm=99mm。根據軸的計算簡圖，做出軸的彎矩圖和扭矩圖。如圖3.6。
從軸的結構圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出中間截面為危險截面?，F將計算的危險截面處的M、MH、MV。
表3.2軸上的載荷
載荷
水平面H
垂直面V
支反力F
761N
N
彎矩M
MH=34245N/mm
m
m
總彎矩
扭矩T
T2=131759.8N.mm
3.5.6 按彎扭合成應力校核軸的強度
進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面C）的強度。根據上表的數據，以及軸單向旋轉，扭轉切應力為脈動循環(huán)變應力，取=0.6，軸的計算應力
前面已經選定軸的材料為45號鋼，調質處理，根據資料查得，故安全。
3.5.7 精確校核軸的疲勞強度
1．危險截面的判斷
截面A、Ⅱ、B只受扭矩作用，雖然鍵槽、軸肩及過渡配合所引起的應力集中均將削弱軸的疲勞強度，但由于軸的最小直徑是按扭轉強度較為寬裕確定的，所以截面A、Ⅱ、B均無需校核。
從應力集中對軸的疲勞強度的影響來看，截面Ⅲ和Ⅳ處的配合引起的應力集中最嚴重；從受載的情況來看，截面D上的應力最大。截面Ⅲ上的應力集中的影響和截面Ⅳ的相似，都不受扭矩作用，同時軸徑也較大，故不必做強度校核。截面D上雖然應力最大，但應力集中不大（過盈配合及鍵槽引起的應力集中均在兩端），故此截面也不需要校核。截面Ⅰ和Ⅵ顯然更不需要校核。且鍵槽的應力集中系數比過盈配合的小，因此該州只需校核截面Ⅴ左右兩邊即可。
截面Ⅴ左側的
抗彎截面系數
抗扭截面系數
彎矩M為
截面上的彎曲應力
截面上的扭轉應力
軸的材料為45號鋼,調質處理
截面上由于軸肩形成的理論應力集中系數及，按附表3-2查取
因，經插值后可查得：
又由附圖3-2可得軸的材料敏性系數為
，，
故有效應力集中系數按附表3-2為:
尺寸系數為
，
扭轉尺寸系數為
，
軸采用磨削加工，表面質量系數為
，
軸表面未經強化處理，即，得綜合系數值為
碳鋼系數的確定
碳鋼的特性系數取為，
計算軸的疲勞安全系數為
截面右側
抗彎截面系數
抗扭截面系數
彎矩M及彎曲應力為
扭矩T及扭轉切應力為
取過盈處的
插值法查得
軸按磨削加工，表面質量系數為
故的綜合系數為
所以軸在截面Ⅳ右側的安全系數為
故該軸在此截面的右側的強度也是足夠的。本機無大的瞬時過載及嚴重的應力循環(huán)不對稱性，故可略去靜強度校核。至此,軸的校驗結束,軸的校驗合格。
3.6 鍵的選擇和校核
3.6.1 鍵的選擇
均為一般聯接，可選用普通平鍵。
安裝動齒盤處鍵的選擇：
此處軸的直徑=22mm，鍵的截面尺寸為：寬度b=6mm,高度h=6mm,取鍵長L=12mm.
與皮帶輪聯接的鍵的選擇：
此處軸徑為=22mm，同理選用鍵的寬度b=6mm,高度h=6mm,取鍵長L=25mm.
3.6.2 鍵的校核
鍵、軸的材料都是鋼，鍵采用靜聯接，沖擊輕微。許用擠壓應力=120～150Mpa,取=135Mpa。
鍵1的工作長度l=L-b=12mm-8mm=4mm
鍵與齒盤的接觸高度k=0.5h=3mm
<
強度合適
鍵2的工作長度l=L-b=25mm-6mm=19mm
鍵與皮帶輪的接觸高度k=0.5h=3mm
T——傳動的轉矩，N·m
k——鍵與輪轂鍵槽的接觸高度
l——鍵的工作長度，mm
d——軸的直徑
3.7本章小結
動齒盤直徑和粉碎室寬度的確定，；定齒盤的齒數和齒的尺寸的確定；篩網，進料斗的設計和尺寸的確定；動力裝置和傳動裝置的設計計算；軸的設計計算及校核；軸的結構設計；鍵的選擇和校核。
結 論
飼料機，它是利用擊碎原理來工作的。這次設計的爪式粉碎機的主軸轉速達5800r/min，所以也可稱為高速粉碎機。
選擇粉碎方法的重要依據是被粉碎物料的物理性質。被粉碎物料的硬度和脆性是考慮的重點。對于硬而脆的物料采用撞擊和擠壓較為有效，對于韌性物料，采用剪切和摩擦則更為有效。
飼料原料中，纖維含量較多的殼、皮及糠麩餅粕，選用以剪切、摩擦粉碎作用為主的飼料機較好。而脆硬的谷物原料采用偏心撞擊粉碎為主的錘片粉碎機就能滿足。一種通過擠壓和剪切作用為主的有支撐對輥式粉碎機，可以使谷物粉碎達到很高的效率。有資料顯示：在粉碎糧谷類原料時，滾石粉碎機的能耗低于撞擊作用為主的錘片粉碎機15%—85%，并且粒度更均勻。
飼料機內，物料不僅受到撞擊作用，同時還受到強烈的摩擦、碾磨作用，因此齒爪式粉碎機不但比錘片式粉碎機的原料通用性更強，而且粉碎制品更細，粉碎更節(jié)能。特別在粉碎糠麩餅粕類原料時，愈加能夠體現出齒爪粉碎機粉碎制品比錘片式粉碎制品更細更均勻的特點。
這次設計的爪式粉碎機在進料斗與進料斗座之間安裝了流量插板，可隨時快速地控制進料速度，從而進一步確保粉碎的效率和工作的安全性。
不足之處是，由于動齒盤的高速旋轉和動齒與物料之間撞擊，還是無法避免飼料機的高噪音這項缺點。
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致 謝
本設計的完成是在我的指導老師劉亞娟老師的細心指導下進行的，在每次設計遇到問題時，老師不辭辛苦的講解才使我的設計順利的進行，從開始的資料搜集到最后設計的修改的整個過程中，花費了劉老師很多的寶貴時間和精力，在此向導師表示衷心的感謝！劉老師嚴謹的治學態(tài)度和高度的責任心都將使學生受益終生！祝教授身體健康，工作如意、闔家歡樂。
在這四年的學習中結識的各位生活上和學習上的摯友讓我得到了人生最大的一筆財富。在此，也對他們表示衷心感謝，同時也感謝同學們的支持和幫助。最后，感謝母校為我們提供了豐富的學習資源和優(yōu)越的學習環(huán)境。
附 錄
1.生產操作
爪式粉碎機的正確操作是連續(xù)正常生產的保證。操作不正確或疏忽大意，是造成事故的主要原因。正確的操作和使用，也有利于提高生產能力。正確操作，就是嚴格按照設備的操作規(guī)程開啟設備和停止運轉。操作規(guī)程是生產經驗的總結，并隨著設備的不斷改進和提高，將逐步完善。
(1) 開車前準備工作
a認真檢查粉碎機的主要零件，如定齒、動齒、篩片、軸承、V帶輪及V帶是否完好、檢查門和密封墊是否裝好，緊固螺栓等聯接件是否擰緊。主軸轉動是否靈活（應無卡阻碰撞和其他障礙物）。
b檢查機殼內有無物料，若物料多，必須清理后方能開車。
c檢查輸送管路（尤其是彎管和水平關，有力堵塞、漏氣和蜜蜂不嚴等問題。
d軸承內是否有足夠的潤滑油脂。
e檢查輔助設備如進料斗、出料斗插板導向條、流量插板等設備是否完好。
f檢查完上述工作并把發(fā)現的問題及時處理以后，方可開車。
(2) 啟動、運轉中注意事項
a準備工作完成后、即可啟動電機。電機啟動后應注意電機的啟動電流、啟動時間及空載電流是否符合電機特性表。
b設備正常運轉后，才能開動喂料設備向粉碎機內加料。喂料且可根據物料的粒度和含水量，予以增減。增減量可根據電機的電流來控制。
c操作時必須做到均勻、連續(xù)喂料，這樣可以提高產量。
d嚴防金屬物及不宜粉碎物進入粉碎機內。
e當電動機自動停車時，需查明原因，嚴禁強行啟動。
f當發(fā)生以下情況時必須立即停止喂料，關閉電動機。并進行檢查和排除故障。
滾動軸承溫度超過70度；
發(fā)現有不正常的聲音（如金屬的擦碰聲）和大量粉塵外漏；
設備在運轉中發(fā)現有強烈震動時應立即停車；
(3) 停車
a先停喂料機，待粉碎機內物料全部被粉碎并送出粉碎機，方可停機。
b停機后，打開檢查門，檢查動齒、定齒、篩片等易損件的磨損情況，為下次開車做好準備工作。
2.設備維護
爪式粉碎機在生產運動中，受到物料和高速氣流的沖擊、摩擦、碰撞和機器本身產生的震動，使軸承、主軸、齒爪、等等部件磨損、變形、損壞以致失去正常的工作能力。因此應對設備進行日常維護。以便預防設備過于地磨損和損壞，提高設備的完好率和延長使用期；減少設備事故，提高設備的利用率；及時排除各種可能發(fā)生的事故，確保設備的安全運行。
設備的定期檢修
定期檢修是根據設備零部件的磨損情況確定的，因此應根據生產時部件的磨損更換周期而建立小、中、大各種檢修制度。
(1) 小修時需修理檢查的項目（日常維護）
a檢查時擰緊已松動的聯接螺栓。
b對磨損的齒爪進行更換。更換齒爪時應做到圓周方向一起進行更換，以防失去平衡，在運動時產生振動。
c檢查并加足軸承座內潤滑油脂，隨時注意軸承溫度。
(2) 中修時需修理檢查的項目
a更換磨損的篩片。
b更換銷軸和銷軸上的螺母。
c檢查軸承座內的潤滑油是否變質，如變質應立即清洗軸承并重新加足油脂。
(3) 大修時需修理檢查的項目
a更換軸承。
b檢查主軸無彎曲、裂痕和其他缺陷，進行修復或更換。
c修整機殼。
d檢查修理電動機。
e對大修后的爪式粉碎機的運轉進行調試。
3.篩網的修理和更換
篩網是由薄板鋼或鐵皮沖孔制成。當篩網出現磨損或被異物擊穿時，若損壞面積不大，可用鉚補或錫焊的方法修復；若大面積損壞，應更換新篩。安裝篩網時，應使篩孔帶毛刺的一面朝里，光面朝外，篩片和篩圈要貼合嚴密。環(huán)篩篩片在安裝時其搭接里層茬口應順著旋轉方向以防物料在搭接處卡住。
4.V帶的張緊與維護
V帶工作一段時間后，會因塑性變形而松弛，使初拉力F0降低，影響帶的正常工作傳動；為此必須重新張緊。常見的張緊裝置有三種；
a定期張緊裝置：用定期調節(jié)中心距的方法，常見的有滑道式和擺架式兩種，通過調節(jié)螺釘來調整。
b自動張緊裝置：利用電機自重，使帶始終在一定的張緊力下工作。
c張緊輪張緊裝置：當中心距不可調節(jié)時，為使V帶只受單向彎曲，可采用張緊輪裝置，張緊一般在松邊內側，并盡量靠近大帶輪，以免小輪包角減少太多，且應使其直徑小于帶輪直徑。
d帶傳動安裝時，兩帶輪軸應互相平行，各帶輪相對應的V型槽對稱平面應重合，其誤差不得超過20，以防帶側面加劇磨損。
e定期檢查V帶：如發(fā)現有的帶松弛或損壞，并影響運動或動力傳動，應全部更換新帶。新舊帶不能同時使用。
f帶避免與酸，堿，油污等接觸，工作溫度不超過60度。
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