1、答答 辩辩 人：人：指导教师：指导教师：专专 业：业：机械制造及其自动化机械制造及其自动化日日 期：期：2012.06.08实验室粗碎用颚式破碎机整机设计实验室粗碎用颚式破碎机整机设计主要内容主要内容总总 结结绪绪 论论基于基于Pro/E的颚式破碎机的颚式破碎机TOP-DOWN设计设计新型颚式破碎机电机选择、带传动和飞轮设计新型颚式破碎机电机选择、带传动和飞轮设计基于基于ANSYS的颚式破碎机偏心轴的模态分析的颚式破碎机偏心轴的模态分析颚式破碎机参数计算分析颚式破碎机参数计算分析实验室粗碎用颚式破碎机整机设计实验室粗碎用颚式破碎机整机设计第 2 页 共 34 页颚式破碎机的研究现状颚式破碎机的
2、研究现状设计方法已由图解设计过渡到计算机辅助设计，设计过设计方法已由图解设计过渡到计算机辅助设计，设计过程也应用了一些优化设计方法。程也应用了一些优化设计方法。物料在破碎腔内的破碎及流动分析，颚板受力分布分析物料在破碎腔内的破碎及流动分析，颚板受力分布分析缺乏理论设计依据，设计过程基本靠经验公式。缺乏理论设计依据，设计过程基本靠经验公式。物料在破碎腔内的滞留，齿板的局部严重磨损，高能耗物料在破碎腔内的滞留，齿板的局部严重磨损，高能耗等问题还依旧存在，这都影响破碎机性能和使用成本。等问题还依旧存在，这都影响破碎机性能和使用成本。第 3 页 共 34 页课题研究课题研究的目的和意义的目的和意义 借
3、助借助Pro/E软件中自顶向下设计功能的骨架模块，构建颚软件中自顶向下设计功能的骨架模块，构建颚式破碎机整机的模型。式破碎机整机的模型。结合物料与动颚板和定颚板相互作用以及初破物料在破碎结合物料与动颚板和定颚板相互作用以及初破物料在破碎腔中流动的基本特性，探讨一种新的设计方法，以实现颚腔中流动的基本特性，探讨一种新的设计方法，以实现颚式破碎机基本无破碎物料的阻塞。式破碎机基本无破碎物料的阻塞。降低设计失误和设计周期，并且提高产品的研发速度和更降低设计失误和设计周期，并且提高产品的研发速度和更新换代的周期新换代的周期 第 4 页 共 34 页实验室粗碎用颚式破碎机整机设计实验室粗碎用颚式破碎机整
4、机设计主要内容主要内容总总 结结绪绪 论论颚式破碎机参数计算分析颚式破碎机参数计算分析基于基于Pro/E的颚式破碎机的颚式破碎机TOP-DOWN设计设计新型颚式破碎机电机选择、带传动和飞轮设计新型颚式破碎机电机选择、带传动和飞轮设计基于基于ANSYS的颚式破碎机偏心轴的模态分析的颚式破碎机偏心轴的模态分析第 5 页 共 34 页颚式破碎机的结构参数颚式破碎机的结构参数啮角动颚水平行程 s偏心距 r传动角连杆长度 l结构参数图图1 颚式破碎机机构简图颚式破碎机机构简图 第 6 页 共 34 页颚式破碎机的主要工作性能参数颚式破碎机的主要工作性能参数工作性工作性能参数能参数偏心轴转速偏心轴转速0.
5、502100 tan/ns生产率生产率302tannLsbsQ功率功率max4cos6 10eDFk snN动颚以水平平动，且物料在破碎腔内无堵塞，并以自由落体形式排出动颚以水平平动，且物料在破碎腔内无堵塞，并以自由落体形式排出上述公式是在理想条件下建立的，实际情况要复杂许多，上述公式是在理想条件下建立的，实际情况要复杂许多，不仅要考虑结构和工作性能参数，还要综合考虑不同参数不仅要考虑结构和工作性能参数，还要综合考虑不同参数间的相互影响，以使破碎机的性能达到最佳。间的相互影响，以使破碎机的性能达到最佳。第 7 页 共 34 页主要内容主要内容总总 结结绪绪 论论颚式破碎机参数计算分析颚式破碎机
6、参数计算分析基于基于Pro/E的颚式破碎机的颚式破碎机TOP-DOWN设计设计新型颚式破碎机电机选择、带传动和飞轮设计新型颚式破碎机电机选择、带传动和飞轮设计基于基于ANSYS的颚式破碎机偏心轴的模态分析的颚式破碎机偏心轴的模态分析实验室粗碎用颚式破碎机整机设计实验室粗碎用颚式破碎机整机设计第 8 页 共 34 页基于基于Pro/E的的TOP-DOWN设计概述设计概述Pro/E产品设计产品设计自底向上设计自底向上设计(BUTTOM-UP)自顶向下设计自顶向下设计(TOP-DOWN)骨架法骨架法(Skeleton)标准骨架模型标准骨架模型运动骨架模型运动骨架模型参数信息和设计意图能参数信息和设计
7、意图能 与骨架模型很好的对应与骨架模型很好的对应保持装配结构良好的相保持装配结构良好的相 关性关性集中提供设计数据集中提供设计数据零部件位置自动变更零部件位置自动变更减少不必要的父子关系减少不必要的父子关系任意确定零部件的装配顺序任意确定零部件的装配顺序第 9 页 共 34 页颚式破碎机骨架设计颚式破碎机骨架设计-实体模型建立实体模型建立图图2 实验室用的颚式破碎机实物照片实验室用的颚式破碎机实物照片 图图3 设计对象的三维实体模型设计对象的三维实体模型 第 10 页 共 34 页颚式破碎机骨架设计颚式破碎机骨架设计-整机骨架模型整机骨架模型图图4 骨架模型草绘图骨架模型草绘图 a 第 11
8、页 共 34 页颚式破碎机骨架设计颚式破碎机骨架设计-整机骨架模型整机骨架模型图图4 骨架模型草绘图骨架模型草绘图 b 第 12 页 共 34 页颚式破碎机骨架设计颚式破碎机骨架设计-整机骨架模型整机骨架模型图图5 整机骨架模型整机骨架模型 颚式破碎机主要参颚式破碎机主要参数（进料口尺寸、数（进料口尺寸、排料口尺寸、悬挂排料口尺寸、悬挂高度等）都包含在高度等）都包含在该骨架模型中，只该骨架模型中，只要修改相关参数，要修改相关参数，模型就会随之改变。模型就会随之改变。第 13 页 共 34 页颚式破碎机骨架设计颚式破碎机骨架设计-零部件设计（标准骨架模型）零部件设计（标准骨架模型）图图7 机架三
9、维模型机架三维模型 图图6 机架小骨架模型机架小骨架模型 第 14 页 共 34 页颚式破碎机骨架设计颚式破碎机骨架设计-零部件设计（标准骨架模型）零部件设计（标准骨架模型）图图8 底座三维模型底座三维模型 图图10 偏心轴三维模型偏心轴三维模型 图图9 轴承三维模型轴承三维模型 第 15 页 共 34 页颚式破碎机骨架设计颚式破碎机骨架设计-零部件设计（运动骨架模型）零部件设计（运动骨架模型）图图11 动力执行机构草绘图动力执行机构草绘图 图图12 动颚部装配模型动颚部装配模型 第 16 页 共 34 页颚式破碎机骨架设计颚式破碎机骨架设计-整机装配模型整机装配模型图图13 颚式破碎机总装配
10、模型颚式破碎机总装配模型 第 17 页 共 34 页主要内容主要内容总总 结结绪绪 论论颚式破碎机参数计算分析颚式破碎机参数计算分析基于基于Pro/E的颚式破碎机的颚式破碎机TOP-DOWN设计设计新型颚式破碎机电机选择、带传动和飞轮设计新型颚式破碎机电机选择、带传动和飞轮设计基于基于ANSYS的颚式破碎机偏心轴的模态分析的颚式破碎机偏心轴的模态分析实验室粗碎用颚式破碎机整机设计实验室粗碎用颚式破碎机整机设计第 18 页 共 34 页新型颚式破碎机设计方法新型颚式破碎机设计方法基于圆形单颗粒物料破碎特征以及颗粒物料在破碎腔内的基于圆形单颗粒物料破碎特征以及颗粒物料在破碎腔内的流动分析的设计方法
11、如下：流动分析的设计方法如下：待破碎物料在破碎腔内破碎后，必须腾出其本身的空间后待破碎物料在破碎腔内破碎后，必须腾出其本身的空间后才会经历下一次破碎，直至经过若干次破碎后从排料口排出。才会经历下一次破碎，直至经过若干次破碎后从排料口排出。根据自相似性原理，物料破碎后其特征与破碎前相似。根据自相似性原理，物料破碎后其特征与破碎前相似。一个物料经破碎后变为两个物料，两个物料又视为两个相一个物料经破碎后变为两个物料，两个物料又视为两个相互独立的单颗粒物料进入下一次的破碎，破碎情况亦然。互独立的单颗粒物料进入下一次的破碎，破碎情况亦然。计算了电机转速和功率，以确定电动机型计算了电机转速和功率，以确定电
12、动机型号，同时计算了号，同时计算了V带传动和飞轮设计。带传动和飞轮设计。第 19 页 共 34 页电动机型号的确定电动机型号的确定KWP3.2电机1442/minnr电机，经计算得出：经计算得出：查查机械设计手册机械设计手册，确定电动机的型号为：，确定电动机的型号为：Y2-100L2-4 功率功率转速转速效率效率功率因数功率因数3KW1430r/min82%0.82表表1 电动机主要参数表电动机主要参数表 第 20 页 共 34 页V带传动和飞轮设计带传动和飞轮设计V带传动带传动飞轮设计飞轮设计V带的根数带的根数3z 根据电动机型号根据电动机型号(Y2-100L2-4)可知其功可知其功率率P=
13、3KW，电动机转速电动机转速n=1430r/min；传动比传动比i=3.5；每天工作时间每天工作时间12h由由机械设计机械设计，计算得：，计算得：第 21 页 共 34 页空行程存储能量，工作行程释放能量。空行程存储能量，工作行程释放能量。23230NGnD颚式破碎机整机模型修改颚式破碎机整机模型修改图图14 颚式破碎机修改模型颚式破碎机修改模型 基于新型颚式破碎基于新型颚式破碎机设计方法，完成机设计方法，完成相关参数的计算，相关参数的计算，对所构建的颚式破对所构建的颚式破碎机实体模型进行碎机实体模型进行修改，整机骨架模修改，整机骨架模型里有我们需要修型里有我们需要修改的所有参数。改的所有参数
14、。第 22 页 共 34 页颚式破碎机整机模型修改颚式破碎机整机模型修改图图15 颚式破碎机爆炸颚式破碎机爆炸图图 1-底座底座 2-机架机架 3-偏心轴偏心轴 4-偏心轴套偏心轴套 5-轴承轴承 6-动颚动颚 7-动颚板动颚板 8-定颚板定颚板 9-肘杆肘杆 10-动颚端盖动颚端盖 11-飞轮飞轮 12-机架端盖机架端盖 13-轴承套轴承套 14-套筒套筒 15-大带轮大带轮 16-V带带 17-圆螺母圆螺母 18-小带轮小带轮 19-电机电机 20-六角螺栓六角螺栓 21-六角螺母六角螺母第 23 页 共 34 页主要内容主要内容总总 结结绪绪 论论颚式破碎机参数计算分析颚式破碎机参数计算
15、分析基于基于Pro/E的颚式破碎机的颚式破碎机TOP-DOWN设计设计新型颚式破碎机电机选择、带传动和飞轮设计新型颚式破碎机电机选择、带传动和飞轮设计基于基于ANSYS的颚式破碎机偏心轴的模态分析的颚式破碎机偏心轴的模态分析实验室粗碎用颚式破碎机整机设计实验室粗碎用颚式破碎机整机设计第 24 页 共 34 页ANSYS中偏心轴实体模型的建立中偏心轴实体模型的建立 图图16 偏心轴在偏心轴在Pro/E中的模型中的模型 图图17 偏心轴在偏心轴在ANSYS中的模型中的模型 设置设置ANSYS11.0与与Pro/E间的接口，将偏心轴模型间的接口，将偏心轴模型从从Pro/E导入导入ANSYS。第 25
16、 页 共 34 页偏心轴模态分析偏心轴模态分析-建模参数的确定建模参数的确定209EGPa37810/kg cm0.29PRXY 偏心轴全长偏心轴全长615mm，由一对角接触轴承支承，成由一对角接触轴承支承，成阶梯状结构，采用阶梯状结构，采用45号钢，其材料参数号钢，其材料参数如下：如下：密度密度泊松比泊松比选用三维实体单元选用三维实体单元solid95 杨氏模量杨氏模量第 26 页 共 34 页偏心轴模态分析偏心轴模态分析-轴承为刚性约束时边界的处理与求解轴承为刚性约束时边界的处理与求解 图图18 偏心轴加约束有限元模型偏心轴加约束有限元模型 轴承是刚性约束轴承是刚性约束时，施加全约束时，施
17、加全约束于第一个轴承位于第一个轴承位置结点处，同时置结点处，同时施加施加x和和y方向的方向的约束于第二个轴约束于第二个轴承位置结点处，承位置结点处，而而z方向（为轴方方向（为轴方向）不约束，加向）不约束，加约束后的有限元约束后的有限元模型。模型。12第 27 页 共 34 页偏心轴模态分析偏心轴模态分析-轴承为刚性约束时边界的处理与求解轴承为刚性约束时边界的处理与求解阶次阶次频率频率/Hz临界转速临界转速/(r/min)1764560276.044562.43202.89612173.764202.97212178.325250.5915035.46360.58321634.98表表2 刚性约
18、束条件下各阶频率、临界转速刚性约束条件下各阶频率、临界转速 颚式破碎机偏心轴的工作转速为颚式破碎机偏心轴的工作转速为412r/min，远远小于临，远远小于临界转速。据此可知偏心轴远远避开了共振频率。界转速。据此可知偏心轴远远避开了共振频率。第 28 页 共 34 页偏心轴模态分析偏心轴模态分析-轴承为弹性约束时边界的处理与求解轴承为弹性约束时边界的处理与求解图图19 偏心轴受弹性约束模型图偏心轴受弹性约束模型图 将每组轴承看作将每组轴承看作4个轴向均布的压缩弹个轴向均布的压缩弹簧。簧。每个弹簧用弹性单每个弹簧用弹性单元元combin14来模拟，来模拟，在与弹簧相连的偏心在与弹簧相连的偏心轴处的
19、结点上施加轴轴处的结点上施加轴向约束，在弹簧的另向约束，在弹簧的另一端施加全约束。一端施加全约束。第 29 页 共 34 页偏心轴模态分析偏心轴模态分析-轴承为弹性约束时边界的处理与求解轴承为弹性约束时边界的处理与求解阶次阶次频率频率/Hz临界转速临界转速/(r/min)141.6662499.96256.4103384.6358.0273481.624154.169249.65157.279436.26276.1116566.6表表3 弹性约束条件下各阶频率、临界转速弹性约束条件下各阶频率、临界转速 当把轴承处的约束简化为弹性约束处理时，偏心轴的当把轴承处的约束简化为弹性约束处理时，偏心轴的
20、基本阶固有频率明显降低。对应的临界转速也远远高基本阶固有频率明显降低。对应的临界转速也远远高于偏心轴的实际工作转速，也满足工作要求。于偏心轴的实际工作转速，也满足工作要求。第 30 页 共 34 页主要内容主要内容总总 结结绪绪 论论颚式破碎机参数计算分析颚式破碎机参数计算分析基于基于Pro/E的颚式破碎机的颚式破碎机TOP-DOWN设计设计实验室粗碎用颚式破碎机整机设计实验室粗碎用颚式破碎机整机设计新型颚式破碎机电机选择、带传动和飞轮设计新型颚式破碎机电机选择、带传动和飞轮设计基于基于ANSYS的颚式破碎机偏心轴的模态分析的颚式破碎机偏心轴的模态分析第 31 页 共 34 页总总 结结利用实
21、验室用的小型颚式破碎机现场测绘数据，借助利用实验室用的小型颚式破碎机现场测绘数据，借助Pro/E软件中自顶向下设计功能的骨架模块，成功地实软件中自顶向下设计功能的骨架模块，成功地实现了颚式破碎机整机设计。现了颚式破碎机整机设计。对所构建的整机模型进行修改，使其和理论计算值相对所构建的整机模型进行修改，使其和理论计算值相匹配。并对偏心轴的转速、匹配。并对偏心轴的转速、V带传动和飞轮进行了计算带传动和飞轮进行了计算分析，确定电动机的型号为分析，确定电动机的型号为Y2-100L2-4。借助借助ANSYS对偏心轴进行模态分析，求出了前六阶固对偏心轴进行模态分析，求出了前六阶固有频率和相对振型，确定了颚式破碎机偏心轴在一个安有频率和相对振型，确定了颚式破碎机偏心轴在一个安全范围内转动，不会产生共振。全范围内转动，不会产生共振。第 32 页 共 34 页
