9F系列锤片式粉碎机设计

摘要
9F系列粉碎机中，9表示畜牧机械的分类代号，F指粉碎机，按其转子直径大小的不同可以分为：20、25、26、28、万能、多功能等型号，本人这次设计的是9F-20型锤片式粉碎机，根据设计任务的具体要求，着重设计单机，而配套辅助系统只作简单介绍。

本机动力配置采用皮带轮驱动，该机主要组成部分有：进料斗、粉碎机机体、转子、筛桶、传动部分、电机。

粉碎机是工农业生产中应用非常广泛的一种设备，本次设计主要吸取已有粉碎机的有点，结合谷物和茎杆的特殊要求，对粉碎机的方案、传动系统和工作部件进行规范设计，最终设计出一种能使用于粉碎谷物、茎杆的小型锤片式粉碎机。

9F-20型锤片式粉碎机是一种利用高速旋转的锤片来击碎谷物的机器，它具有通用性广、效率高、粉碎质量好、操作方便、动力消耗低等优点。

本文将对其进行设计讨论，将着重对方案选择及总体设计、主轴的设计、箱体的结构设计进行深刻的研究和探讨。

关键词：设计；粉碎机；锤片
Abstract
In9F series pulverizer ,9 means codes of classification of animal husbandry machinery, F refers to the pulverizer, according to the rotor diameter size of the different can be divided into: 20, 25, 26, 28, universal and multifunctional model.I design this time is 9 F - 20 type, hammer type crusher according to the specific requirements of design task, design single, and form a complete set of auxiliary system only simple introduction. The machine power configuration driven by belt pulley, the aircraft main part: into the hopper, crusher body, the rotor and sieve drum, transmission parts, motors. Mill is very widely used in industrial and agricultural production is a kind of equipment, this design mainly use existing mill is a little bit, combined with the special requirements of grain and stem, the mill design, transmission system and the working parts to specification, the final design out a stem can be used for crushing grain, small hammer type crusher.
9 f - 20 hammer type pulverizer is a kind of high speed rotating hammer is used to crush grain machine, it has generality, good quality, wide, high efficiency, convenient operation, low power consumption advantages. Will discuss on the design, this paper will focus on the overall design scheme selection and structure design, the design of the main shaft, box carries on the profound study and discussion.
Keyword:design;pulverizer;hammer type
目录
中文摘要
英文摘要
1 前言 (5)
1.1 设计的目的和意义 (5)
1.2 设计的基本要求 (5)
2 总体方案的选择与设计 (6)
2.1 粉碎机的构造 (6)
2.2 工作原理 (6)
3 重要部件的原型与设计 (6)
3.1 进料部分 (6)
3.2 出料部分 (7)
3.3 粉碎部分 (7)
3.3.1 锤片 (7)
3.3.2 转子 (8)
3.3.3 筛子的选型 (9)
3.3.4 锤筛间隙R
∆的确定 (10)
3.4 传动部分 (10)
3.5 机体部分 (10)
3.5.1 外壁 (10)
3.5.2 机架 (10)
4 主要技术参数的确定 (10)
4.1 锤片的末端线速度v (11)
4.2 转子工作直径和粉碎室宽度 (11)
4.3 转子转速n (11)
4.4 粉碎机生产率Q (12)
4.5配套动力 (12)
4.5.1 配套功率N (12)
4.5.2 选择电动机 (12)
5 标准件的选择 (13)
5.1 轴承的选择 (13)
5.2 键的选择 (13)
5.3螺栓的选择 (13)
5.4螺母的选择 (14)
5.5垫圈的选择 (14)
6 带的设计 (14)
6.1 确定V带型号和带轮直径 (14)
6.2计算带长 (14)
6.3 求中心距α (14)
6.4 带长计算 (15)
L (15)
6.5 带基准长度
d
6.6 求带轮包角 (15)
6.7 求带根数z (15)
6.8 求轴上载荷 (15)
6.9 带轮结构 (16)
7 轴的设计 (16)
7.1 轴的计算 (16)
7.1.1 轴的转数 (16)
7.1.2 轴的输入功率 (16)
7.1.3 轴转矩 (16)
7.1.4 轴直径的初步确定 (17)
7.1.5 轴的结构设计 (17)
8 主要工作零部件的强度校核 (18)
8.1 锤片的强度校核 (18)
8.1.1 锤片单片的横断面抗拉强度 (18)
8.1.2 锤片螺孔处抗剪切强度校核 (19)
8.2 轴的强度校核 (20)
8.2.1 作用在轴上的力的分析 (20)
8.2.2 轴的校核 (20)
8.3 键的校核 (21)
9 轴承的寿命计算 (22)
参考文献 (24)
致谢 (25)
1 前言
1.1 设计的目的和意义
本次研究的锤片式粉碎机主要用于粉碎谷物、玉米、高粱、豆类、薯类、茎杆类及打浆。

需加工物料经粉碎后，可以使其表面积增大，体积减小，更利于人们对物料的利用，同时，也便于物料的输送、混合与制粒。

随着我国经济的持续快速发展，人民生活质量的显著提高，农产品生产和消费量也相应的增加；同时，国家也愈来愈重视现代农业建设并加大投入力度，使得畜牧机械、秸秆利用设备和其他的农产品加工机械的需求量也随之增长。

生产开发农作物粉碎加工机械，不但可以充分利用农作物资源，而且对促进农作业的发展，丰富市场农产品供应、增加农民收入、增加资金积累、促进经济发展都具有现实意义。

因此开发研制出经济实用的畜牧机械，具有很大的社会效益和经济效益。

1.2 设计的基本要求
该粉碎机主要用于农作物的加工，对其有一下要求：
1.对加工物料的适应性广，能加工各种类型的农作物，对含水量较大、含杂量较大的农作物也具有较好的适用性。

2.粉碎程度应能够根据具体要求进行调整，以满足不同的市场需求；粉碎粒度应尽量均匀，以提高其适口性。

3.配套动力合理，吨料电耗低，生产率高，能耗低。

4.工作部件耐磨性好，减少更换次数，以降低生产成本，提高经济效益。

5.机型结构简单、尺寸紧凑、体积小、占地少、成本低，以适合广大农户生产。

1.３技术指标
表1-1 主要技术参数
参数名称配套动力(KW) 主轴转速(r/min) 生产率(kg/h) 吨料电耗(KW.h/t) 技术参数 2.2 4800 100-180 ≤11
2 总体方案的选择与设计
2.1 粉碎机的构造
锤片式粉碎机一般由电机、传动部分、进料部分、机体、转子、筛桶、操作门、出料部分以及控制系统部分组成。

锤架板和锤片等构成的转子由轴承支撑在机体内，机体安装有齿板和筛桶，齿板和锤片呈圆形包围转子，与粉碎机侧壁一起构成粉碎室。

锤片用销轴连在锤板架的内侧，锤片之间装有隔套，使锤片之间彼此错开，按一定规律均匀沿轴向分布。

2.2 工作原理
粉碎机工作时，物料在一定的供料装置作用下进入粉碎室，受高速回转锤片的打击而破裂，并以很高的速度分向筛桶，与齿板和筛片撞击进一步破碎，通过如此反复打击，物料被粉碎成小碎粒。

在打击撞击的同时，物料还受到锤片顶端和筛桶的摩擦、搓擦作用而进一步粉碎。

在此同时，较细颗粒由筛孔漏出，留在晒面上的较大颗粒，再次受到粉碎，直到足够小从筛孔漏出，最后从底部的出料口排除。

总的来说，锤片式粉碎机的工作过程主要由两方面构成：一是锤片对物料的冲击作用；二是锤片对物料、筛桶与物料以及物料相互之间的摩擦搓擦作用。

谷物、玉米等脆性物料，主要靠冲击作用而粉碎；茎杆类柔性物料则主要依靠摩擦作用而粉碎；当然还有其他剪切作用等。

不管哪种物料的粉碎过程都是多种粉碎方式联合作用的结果，不存在只有单一粉碎方式的粉碎过程，只不过对于某一具体的粉碎过程，总有一种粉碎方式处于主导地位。

3 重要部件的选型与设计
3.1 进料部分
目前我国使用的锤片式粉碎机机壳进料口位置基本上有切向喂入式、轴向喂入式和径向喂入式三种。

三种喂料方式对粉碎机结构、粉碎室的大小和筛片包角有着不用的影响。

具体对比情况可见下表：
表2-１ 不同进料方式的比较
切向式 轴向式 径向式 喂料方式 切向进料 轴向进料 径向进料 粉碎室大小 比较大 宽度小 宽度比较大 结构复杂性 复杂 简单 简单 筛片包角 0180≤α 0360=α 0360<α 针对物料粉碎前后长度比大的特性和对现有资料进行分析，粉碎机进料口的设计应具有防止物料喂不进粉碎室和物料向喂入口飞出等功能。

在传统的设计中： 喂料口倾角为090时，，物料无反料和架空现象，但是该设计只适合颗粒料的加工；喂料口倾角为0075~65时，物料不反料，但是喂茎杆料时有一定程度的架空现象；喂料口倾角为030时，物料无架空现象，粉碎茎杆料时其度电产量还略有提高，但是反料相当严重。

根据实际现有资料和实际需要，设计进料斗倾角分别为090和015两个喂料口，但是两者都是轴向式进料，选用3mm 的3A 钢板制造，进料口采用敞开口，通过螺钉与机体连接。

在进料口底部分别有阀门用以控制喂入量。

3.2 出料部分
排料装置采用自重排料，出料口安装在机体下侧，与水平线成045。

截面形状为边长为100mm 的正方形，采用螺钉与机体连接，出料斗选用3mm 的3A 钢板制造。

在出料斗处安装有一粒度调节板，可根据需要调节粉碎粒度大小。

3.3 粉碎部分
粉碎部分是由锤片、转子和筛桶组成，锤片用销轴与转子上的锤片架连接，转子用键与轴连接。

3.3.1 锤片
锤片是锤片式粉碎机中最重要的组成部件，也是最容易耗损的工作部件。

锤片的形状、尺寸和工作密度对粉碎机的单位产量和粒度分布宽窄都有很大的影响。

目前国内外所用锤片种类很多，其中以矩形锤片用的最多。

本次设计采用的也是
矩形锤片，锤片利用销轴连在锤片架上。

1. 锤片的形状和尺寸
目前应用的锤片形状很多，但使用最广泛的是板状矩形锤片，因其形状简单，易制造，通用性好。

矩形两长边均匀分布12个齿，其孔串在销轴上，可轮换使用正反面来工作。

其四角作成尖角，以提高其对茎杆类物料的粉碎效果．但耐磨性差。

实验证明，锤片长度适当，有利于提高度电产量，但过长则金属耗量增加，度电产量降低。

目前国内使用的锤片厚度主要有1.6mm 、3.0mm 、5.0mm 、6.25mm ，据有关研究表明，1.6mm 比6.25mm 的锤片粉碎效果提高45%，比5mm 提高25.4%。

用薄锤片粉碎效率高，但使用寿命相对缩短。

顾此次设计采用的锤片长度为6mm ，厚度为3mm ，宽度为2.8mm 。

具体如下图所示：
图2-1 锤片形状示意图
2. 锤片数目的确定
锤片的工作密度不易太高，适当减少锤片的数目，不仅能提高度电产量，还可节约材料，降低成本。

现有资料表明，不同类型的粉碎机都有各自较适宜的锤片工作密度：卧式粉碎机为：0.27~0.36，立式粉碎机为0.43~0.47。

所以取锤片工作密度为0.28，由下式可确定锤片数量：
锤片工作密度=最外端俩锤片间距
锤片轨迹数锤片厚度粉碎室有效工作宽度锤片累计工作厚度⨯= ...(3-1) 0.28=132
3锤片轨迹数⨯，式中粉碎室宽度=132mm 后面将求出
锤片轨迹数=12.32，取为12片，分为2组对称排列。

3. 锤片材料
由于锤片是易损件，为提高使用寿命，选用优质钢（65Mn 钢），进行热处理，淬火深度为0.8~1.2mm ，淬火后工作侧面硬度HRC50~70，距螺孔4mm 范围内的硬度不超过HRC28.
4. 锤片的排列
转子上锤片的数量和排列方式，直接影响到转子的平衡、物料在粉碎室内的分布、锤片磨损的均匀程度以及粉碎机工作效率。

本机采用的对称排列，对应两组锤片对称安装。

因而，转子上对应两销轴所受离心力可以相互平衡，转子运行更加平稳，且锤片安装简单方便，各锤片磨损比较同步。

考虑到实际粉碎效率，每根销轴上有6个锤片，总共12个锤片，安装在锤片架两端并对称。

3.3.2 转子
转子有长、短两个锤片架，长锤片架直径为转子直径，即200mm ，长、短锤片架成090交叉固定在主轴上。

锤片既安装在短锤片架上，其二者长度之和与长锤片架长度相等。

3.3.3 筛桶的选型
筛片面积是粉碎机度电产量的重要参数，一般来说，筛孔面积S 较大粉碎后的物料能尽快排出晒外，从而使度电产量较大。

筛片的通过性能受有效筛理面积的百分比K 影响极大，K 为筛片上筛孔总面积占整个晒面面积的百分比，按下式计
算： 22
t
d 7.90K ..........(3-2) 式中d —筛孔直径（mm ），t —筛孔孔距（mm ）
K 值随筛孔尺寸的增大而增大，随筛孔孔距的增加而减小。

在不影响粉碎效果的情况下，在设计时应尽量增大有效筛孔面积。

所以此次设计采用圆形筛桶，而筛孔截面为变长为1.0mm 的正方形。

锤晒间隙是锤片末端到锤片表面之间的间隙，对粉碎质量有很大影响。

间隙大时，粉碎物易通过筛孔，但搓擦作用减弱，使粉碎能力下降；但间隙过大时，筛面上物料运动速度过慢，反而容易堵塞筛孔，排粉不畅；间隙过小时，筛面上物料运动太慢，使物料也不容易通过筛孔，同时搓擦作用增强，物料粉碎过细，耗电增
加。

3.3.4 锤筛间隙R
∆的确定
粉碎机在工作时，粉碎室内锤片末端和筛片之间有一层随筛片旋转着的物料环流气流层，其平均速度约为锤片速度的一半，这将降低打击作用，增加摩擦功耗。

由于离心力的作用，粗颗粒处于环流层外层，得不到很好的粉碎，而细粒处在环流层的内层，难以从筛孔及时排出，这就不能保证粗细的粉碎效果，同时又使细粒产生过粉碎现象。

通常认为粉碎谷物应比粉碎茎杆时的锤筛间隙要小。

粉碎某一物料时都有一个最佳的间隙值，考虑锤片磨损，我国联合设计系列粉碎机锤筛间隙采用10—14mm。

由于本机针对物料主要是谷物，故选择mm
∆。

R=
10
3.4 传动部分
该机采用带传动，通过转子主轴上的带轮与电动机连接在一起，该连接方式简单，操作方便，结构紧凑，传动可靠。

电动机则固定在机架上。

3.5 机体部分
机体包括外壁和机架两部分
3.5.1 外壁
外壁采用4mm厚的普通热轧钢板Q235卷压焊接而成圆筒形。

外壁有加强肋板支撑，肋板底部有螺栓孔用以固定粉碎室。

在粉碎室的外侧有一合页式门，以便清理和维护，延长机械使用寿命，维修使用方便。

3.5.2 机架
机架选用型号为3.6的热轧等边角钢（GB9787-1988），其表示为∟5
⨯，
60⨯
60
通过焊接而成，在机架的一端有一块钢板，用螺钉将其与角钢连接，用以支撑电动机。

4 主要技术参数的确定
影响粉碎机性能得因素很多，因此粉碎机的参数选择很重要，这些因素之间的关系也较复杂，完全靠计算确定还有困难。

而本人此次设计的粉碎机类型尚无完整资料可查，其主要结构参数是通过对该机和通用型粉碎机的性能进行比较，并根据谷物等脆性物料的加工工艺性和其它资料结合来合理确定的。

4.1 锤片的末端线速度v
锤片末端线速度对粉碎机的生产率和功耗有很大的影响：锤片末端线速度V 增大时，锤片对物料的打击、搓擦和磨碎作用增强，能增加粉碎能力和产品细度；但是V 过大则机器的空载功率增加，同时因转子不平衡产生的噪音和振动也随之增加，粉碎能力反而下降。

因此合适的V 值对提高粉碎机性能至关重要。

根据相关资料，不同的物料需要不同的V 值，见下表：
表4-1 不同物料所需锤片末端线速度
物料 高粱 玉米 小麦 黑麦 大麦 燕麦 米糠 燕麦壳 线速度 48 52 65 75 88 105 110 115
锤片撞击力的强弱与其工作速度大小有关，但考虑到粉碎时可能是几种物料的混合，同时本机是小型粉碎机，以粉碎精料为主，故选锤片速度为50m/s 。

4.2 转子工作直径和粉碎室宽度
粉碎机转子直径D 与粉碎机宽度B 之积可用以下经验公式求得： V /N K DB 0= .............(4-1)
式中，V 为锤片末端速度，0K 为经验参数，一般0K =0.55~0.75，N 为配套动力。

同时，两者还有一定的比例关系，通常D/B=1.1--3.5。

已知0K 和B 就可以确定DB 的值。

DB 确定之后，为了降低噪音，一般采用大转子低转速。

本人此次设计的是9F-20型，即转子直径D=200mm 。

由此可得：D=200mm ，6.0K 0取，锤片末端线速度V=50m/s ，假设配套动力为
2.2KW ， 经计算可得B=110mm
8181.1110
200/D ≈=B ，符合要求。

4.3 转子转速n
根据粉碎机转子直径D ，锤片末端线速度v 和实际加工要求，理论转子转速n 可由下式求得： 477720
.014.35060D v 60n =⨯⨯==π r/min ........(5-2) 式中已知v=50m/s ，D=200mm
4.4 粉碎机生产率Q
由于粉碎机的功率都是生产出机器以后才能实际测量，现只有根据经验公式进行初步计算，由公式：
60/B D k k k n r 6.3Q 221⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯= ........(5-3) 式中：r —物料容量 r=0.20
n —转子转速 n=4777r/min
k —物料形成环流层时的影响系数 取k=0.6
1k —进料不均匀的影响系数 取1k =0.8
2k —下料口对排料所产生的影响系数 取2k =0.7
D —转子直径 D=200mm
B —粉碎室宽度 B=132mm
60132.02.07.08.047776.020.06.3Q 2÷⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=
≈102 （kg/h ）=0.102（T/h ）
4.5 配套动力
4.5.1 配套功率N
粉碎机的粉碎功率可以有经验公式求得：
Q C N 11= .........(5-4) 式中： 1C —系数，1C =6.4~10.5，取1C =10
Q —生产率，Q=0.102T/h
1N =10⨯0.102=1.02kw
考虑到此配套动力是粉碎机和碾米机的共用动力，功率宜取较大些。

所以配套动力取N=2.2kw ，但后面的有关粉碎机的计算值还是采用1.02kw 。

4.5.2 选择电动机
根据粉碎机的工作条件及生产要求，在电动机能够满足使用要求的前提下，尽可能选用加个较低的电动机，以降低制造成本。

由于个顶功率相同的电动机，转速越低，则尺寸越大，价格越贵。

粉碎机所需要的功率为N=1.02kw ，故选用Y2系列（IP54）型三相笼型异步电动机。

Y2系列三相笼型异步电动机是按照国际电工委员会（IEO ）标准设计的，具有
国际互换性的特点。

其中Y2系列（IP54）电动机为全封闭的自扇冷式笼型三相异步电动机，具有防灰尘、铁屑或其它杂物侵入电动机内部之特点，B级绝缘，
400，相对温度不超过95%，海拔高度不超过1000m，额定电工作环境不超过+C
压为380V，频率为50HZ，适用于无特殊要去的机械上，如农业机械。

Y2系列三相笼型异步电动机具有频率高、启动转矩大、防护等级高、绝缘等级高、噪音低、结构合理、产品先进、应用广泛等优点。

其主要技术参数如下：型号：Y2-100L1-4
极数：4
同步转速：1500r/min
额定功率：N=2.2kw
满载转速：1440r/min
堵转转矩/额定转矩：2.2
T/（N⋅m）
n
最大转矩/额定转矩:2.2
T（N⋅m）
n
质量：22kg
5 标准件的选择
5.1 轴承的选择
根据对该粉碎机的结构和对轴的受力分析可知，由于锤片为对称排列，在转子的转动过程中锤片所产生的离心力相互抵消，轴承受到锤片产生的径向力为零，故选择深沟球轴承，代号为6004。

5.2 键的选择
转子主轴上与带轮的连接键，转筒与主轴的连接键选用普通平键：选用GB1096——79。

5.3 螺栓的选择
用来连接支承电动机钢板与支架、支承粉碎机钢板与支架用螺栓：由于是用于板间连接，螺栓主要是受到剪切作用，故采用受剪螺栓连接。

连接转子和凿片用螺栓和连接齿板与机体用螺栓主要是受到拉伸应力，采用受拉螺栓连接。

选用
GB5783——86。

5.4 螺母的选用
主要根据所用螺栓规格进行选择： GB6171 ——2000。

5.6 垫圈的选择
根据需要选用普通平垫圈：GB848——85。

6 带的设计
根据设计方案及结构，该机选用普通V 带传动。

它具有缓和载荷冲击、运行平稳、无噪音、中心距变化范围较大、结构简单、制造成本低、使用安全等优点。

6.1 确定V 带型号和带轮直径
已知：电动机功率P=1.02kw ，电动机转速1n =1440r/min ，粉碎机主轴转速2n =4777r/min 。

查《机械设计》（第4版）可知：
工作情况系数 由表11.5 A K =1.1 计算功率 1.102.1P C ⨯= 12.1P C =kw 选择型号 由表11.15 Z 型
小带轮直径 由表11.6 取1D =50mm 大带轮直径 由式11.15
带传动滑动率ε一般为1%~2% 取ε=2%
2D =（1-ε）211n n D =0.981440
477750⨯⨯=162.55mm ...........(6-1) 取2D =163mm
大带轮转速 2n =（1-ε）
163
47775098.0D n D 211⨯⨯==1436r/min 6.2 计算带长
求m D m D =2
163502D D 21+=+ m D =131.5mm 求∆ ∆2
50-1632D -D 12== ∆=56.5mm 6.3 求中心距α
由《机械设计》书式11.20：2（21D D +）≥α≥0.55（21D D +）+h ...(6-2)
由表11.4查得： h=6mm
2（50+163）≥α≥0.55（50+163）+6
526mm ≥α≥150.65mm
根据实际确定：中心距α=420mm
6.4 带长计算
由式11.2 L=2
cos 22D -D 2D D 1221γαγπ+++）（ ....(6-3) =ααπ2m 2D ∆++=3.14⨯131.5+840+420
5.562
=1260.51mm
6.5 带基准长度d L
由图11.4 d L =800mm
6.6 求带轮包角
小带轮包角 由式11.4
1α012060D -D -
180⨯=α .....(6-4) 006042005-163-
180⨯= 1α=08.163>0120 6.7 求带根数Z
带速V V=100060n D 11⨯π=
10006047775014.3⨯⨯⨯=12.5m/s V=12.5m/s 传动比i i=
21n n =14404777=3.32 i=3.32 带根数z 由表11.8 0P =0.34kw
由表11.7 αk =0.96
由表11.12 L k =1.00
由表11.10 ∆0P =0.06
由式11.32 z=()L
00c k k P P P ∙∆+α ......(6-5) =00
.196.004.034.012.1⨯+）（=2.91 取z=3根
6.8 求轴上载荷
单根V 带张紧力 由表11.4，q=0.06kg/m
由式11.21 0F =5002c qv k k -5.2vz P +）（α
α ..........(6-6)
=25.1206.00.96
0.96-5.235.1212.1500⨯+⨯⨯）（ =33.33N 0F =33.33N 轴上载荷 Q F =2sin zF 21
0α .........(6-7) =2
163.8sin 33.33320⨯⨯⨯ Q F =198N 6.9 带轮结构
带速V ≤30m/s 时的带传动，其带轮一般用 HT200 制造，高速时应使用钢制造，带轮的速度可达到45m/s 。

由于该机带速为12.5m/s ，故带轮材料选用HT200。

在设计带轮结构时，应使带轮易于制造，能避免因制造而产生过大的内应力，重量要轻。

轮槽工作表面应光滑（表面粗糙度一般取αR =3.2μm ），以减轻带的磨损。

根据结构设计，大带轮、小带轮都选用实心轮。

7 轴的设计
7.1 轴的计算
7.1.1 轴的转速
已知：电动机转速1n =1440r/min ，粉碎机主轴转速2n =4777r/min ，传动比i=3.32
7.1.2 轴的输入功率
电动机 1P =2.2kw
粉碎机主轴 2P =1P 01η∙=2.2⨯0.95=2.09kw
01η—电动机与主轴的传递效率，带传轮01η=0.95
7.1.3 轴转矩
电动机转矩d T ： d T =95501
d n P N ⋅m .........(6-8) =9.55⨯6101440
2.2=14590N ⋅m 粉碎机主轴2T 2T =9550⨯310⨯4777
09.2=4178N ⋅m 7.1.4 轴直径的初步确定 轴材料选用45钢调质，B σ=650MPa ，S σ=360MPa
由《机械设计》中式11.2确定轴的最小直径：
d ≥n 2.0P 1055.9T 63
】【τ⨯=C n
P 3 ........(6-9) 其中： T τ—许用应力，由表16.2 【T τ】=35MPa
P —轴传递功率，P=2.09kw
n —主轴转速，n=4777r/min
C —由表16.2，C=112
由上式可得：d ≥8.50mm ，取min d =12mm 。

各轴段直径及其长度的确定：
如下图所示，轴段①安装紧固件螺母与垫圈，其直径设为12mm ，长度为15mm ；轴段②与小带轮配合，其直径设为16mm ，长度为38mm ；轴段③、⑤上安装轴承，直径为20mm ，长度分别设为27mm 和15mm ；轴段④为轴承定位尺寸，直径为25mm ，长度设为42mm ；轴段⑥直径设为18mm ，长度设为75mm ；轴段⑦上安装转子，其直径设为12mm ，长度设为22mm 。

图7-1 驱动轴示意图
7.1.5 轴的结构设计
根据《机械设计》，轴结构设计的一般原则：轴上零件的布置应使轴受力合理；轴上零件的位可靠，拆装方便；轴应采用应力集中和提高轴疲劳强度的结构措施；具有良好的结构工艺性，便于加工制造和保证精度；对于要求刚性大的轴，还应从结构上考虑减小轴的变形。

确定各轴长度时应尽可能结构紧凑，同时还应保证零件所需的滑动距离，装拆或调整所需空间，并注意转动零件不得与其他的零件相碰，轴上所有零件都应无过盈地到达配合部位。

为了减少加工工具的种类和提高劳动生产率，轴上的倒角、圆角、键槽等应尽可能取相同的尺寸。

在该设计中，销轴的轴向固定采用轴肩——圆螺母的固定方式：用螺母固定轴，端简单方便，可承受轴向力。

主轴的轴向固定采用轴肩——挡圈固定，轴肩结构简单，可以承受较大的轴向力，轴端挡圈常用于轴端零件的固定。

8 主要工作零部件的强度校核
8.1 锤片的强度校核
锤片是粉碎机的主要工作零件，对于强度和硬度都有较高的要求。

当转子高速旋转时，锤片就受到离心力、物料对锤片的反力等作用，由于物料在粉碎室中的运动时相当复杂的，而离心力作用又远远大于其他对锤片的作用力。

因此对锤片的强度校核只考虑其主要受力，即离心力对锤片的拉伸应力的影响，故对锤片单片横断面和锤片打孔处进行抗拉和抗剪的强度校核。

8.1.1 锤片单片的横断面抗拉强度
锤片旋转时的离心力1P ：
1P =R w m 2⨯⨯ =R 30
n g G 21⨯⨯⨯）（π .................（8-1） 式中： 1G 为锤片的重量，kg ；1G =V ⨯ρ .................（8-2） V 为锤片的体积，3cm ；
V=锤片整体机体-2⨯螺钉孔的体积 .................（8-3） =4.02
8.0-5.05.021244.068.1⨯⨯⨯⨯⨯+⨯⨯π）（ =7.8224（3cm ）
ρ为材料的密度，64Mn 钢ρ=7.85（g/3cm ）
g 为重力加速度，取g=10（m/2s ）
n 为主轴转速，n=4777r/min
R 为锤片重心相对于主轴轴心的回转半径，m
R=163+7=170mm=0.17m
将V 、ρ的值代入公式（8-2）中得：
1G =7.8224⨯7.85=61.406（g ）
将1G 、g 、n 、R 的值代入公式（8-1）中，得：
1P =
17.030
477714.310061406.02⨯⨯⨯）（ =260.968(N) δπ⨯⨯⨯=D 21S 1 ..............（8-4） 式中： 1S 为锤片单片根部横断面的受拉面积；
D 为螺孔直径；D=8mm
δ为锤片厚度；δ=4mm
将D 、δ的值代入公式（8-4）：
1S =4814.32
1⨯⨯⨯ =50.24 2mm
所以，锤片的抗拉强度为：
max σ=1
1S P =24.50968.260=5.194MPa 锤片采用65Mn 钢，查《机械设计实用手册》，65Mn 钢的抗拉许用应力， []b σ=392MPa
[]σ=5
.1392=261.33MPa max σ≤[]σ
所以，锤片满足抗拉强度要求。

8.1.2 锤片螺孔处抗剪切强度校核
τ=2
1S P ..............（8-5） 式中：1P 为锤片离心力；1P =260.968N
2S 为剪切面积，剪切面积为锤片螺孔的表面积，即：
2S =δπ⨯⨯D
=3.14⨯8⨯4
=100.482mm
将1P 、2S 的值代入公式（8-5）中，得 48
.100968.260=τ=2.597MPa 剪切许用应力[]τ与拉伸许用应力[]σ有如下关系：
[][]στ8.0~6.0=
取[]τ=0.8[]σ，由[]σ=261.33MPa 得
[]τ=0.8×261.33
=209MPa
τ≤[]τ
所以，锤片的抗剪切强度满足要求。

8.2 轴的强度校核
8.2.1 作用在轴上的力的分析
由于在转子上采用螺旋线排列，其所产生的离心力不能相互抵消，但可以算出转子上每列锤片产生的离心力的合力。

锤片在转子上按互差180°排列，分为：
=⨯=∑211P P 203.13×2=406.26N=2P
∑ 8.2.2 轴的校核
轴的强度校核
图8-1 轴的受力分析及弯扭矩图
由于轴在水平面上不受力，所以 F RIH =F R2H =0
在竖直面上2t 1t F F +=1P ∑+2P ∑=812.52N
=+==22121t t V R V R F F F F 406.26N
M=V R F 1×22
L =10969.02N.mm
T=9.55×610n P =9.55×610×4777
07.2=4138.27N.mm 查《机械设计基础》课本表15-2知，[]MPa T 40~30=
所以，[]T T =<，轴的扭转刚度足够。

按弯扭合成强度条件计算如下
很显然b-b 截面为危险截面。

由于弯曲应力b σ为对称循环，扭转切应力τ为静应力，则
[][]667.0270
18011===+-b b σσα W T M e 2
2)(ασ+==3221894.01.027.4138667.002.10969）
（）（⨯⨯⨯+=32.24MPa ＜[]b 1-σ=180MPa 所以b-b 截面左侧安全，显然b-b 截面右侧也是安全的。

8.3键的校核 由于键的联接是静联接，所以，[]P P dhl
T σσ≤=4 式中，d-----轴的直径，单位为mm ；
h-----键的高度，单位为mm ；
l-----键的工作长度，单位为mm 。

对于A 型键，l=L-b ；B 型键，l=L ；C
型键；l=L-b/2；d l ）（8.1-6.1max ≤。

长键所在轴段的直径d 为18 mm ，长键选C 型
键，键宽b=5mm ，键深h=5mm ，取l=93mm ，与小带轮配合的轴的直径为16mm ，短键选A 型h ×b=5×5键，取l=18mm 。

键的材料应选45钢，由于键所受载荷性质为轻微冲击，由表9-3可知[σc]=110 MP ，
[τ]=90 MP ，键连接工作面的强度校核如下：。