編編 號號 無錫太湖學院 畢畢業(yè)業(yè)設設計計（論論文文） 題目：題目： FS400 高速渦流粉碎機的設計高速渦流粉碎機的設計 信機 系系 機械工程及自動化 專專 業(yè)業(yè) 學 號： 學生姓名： 指導教師： （職稱：副教授 ） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學院本科畢業(yè)設計（論文）無錫太湖學院本科畢業(yè)設計（論文） 誠誠 信信 承承 諾諾 書書 全套圖紙，加全套圖紙，加 153893706 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文） FS400 高速 渦流粉碎機的設計 是本人在導師的指導下獨立進行研究所取 得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設計（論文）中特別加以標注引 用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設計（論文）不包含任何其他 個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機械 95 學 號： 0923212 作者姓名： II 2013 年 5 月 25 日 I 無無錫錫太太湖湖學學院院 信信 機機 系系 機機械械工工程程及及自自動動化化 專專業(yè)業(yè) 畢畢 業(yè)業(yè) 設設 計計論論 文文 任任 務務 書書 一、題目及專題：一、題目及專題： 1、題目 FS400 高速渦流粉碎機的設計 2、專題 二、課題來源及選題依據(jù)二、課題來源及選題依據(jù) 隨著高新技術和新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，實際生產(chǎn)對超細粉體產(chǎn)品粒度、純度 及粒度分布等各項精度要求也相應提高，同時又面臨節(jié)約能源、保護環(huán)境等資 源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的挑戰(zhàn)。超細粉碎技術是伴隨著現(xiàn)代高技術和新材料產(chǎn)業(yè) 以及傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術進步和資源綜合利用及深加工等發(fā)展起來的一項新的粉碎 工程技術，起越來越重要的作用。 在實際生產(chǎn)中，普通粉碎機存在能耗過大、效率低且產(chǎn)生過熱粉碎等問題， 既影響產(chǎn)品品質(zhì)又阻礙粉碎原料的發(fā)展。高速渦流粉碎機是一種高效粉碎設 備，擁有能耗小、粉碎能力大、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點，具有廣泛的應用前景。 三、本設計（論文或其他）應達到的要求：三、本設計（論文或其他）應達到的要求： 閱讀并翻譯與課題相關的外文資料，語句通順準確； 了解粉碎機的工作原理、工作過程及結(jié)構(gòu)特點； 擬定分析設備設計方案； 運用 Pro/E 軟件進行三維設計、三維裝配； II 繪制關鍵零件的二維圖和總裝配圖； 編寫設計說明書，要求格式正確、語言簡潔通暢、層次分明。 四、接受任務學生：四、接受任務學生： 機械 95 班班 姓名姓名 龔家柱 五、開始及完成日期：五、開始及完成日期： 自自 2012 年年 11 月月 7 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日 六、設計（論文）指導（或顧問）：六、設計（論文）指導（或顧問）： 指導教師指導教師 簽名簽名 簽名簽名 簽名簽名 教教研研室室主主任任 學科組組長研究所所長學科組組長研究所所長 簽名簽名 系主任系主任 簽名簽名 年年 月月 日日 III 摘摘 要要 本文介紹了一種新型高效粉碎機，它可以粉碎非金屬、脆性、粘性、韌性大或熱敏 感物料。由底座、電機、主軸、箱體、轉(zhuǎn)子、葉輪、進料口、出料口組成，其特性是由 沿主軸設置的三級渦流室組成。第一級渦流室由進料渦流風機葉輪組成，第二級渦流室 有三組刀盤轉(zhuǎn)子，每組刀盤由14個徑向安裝軸向帶角度的撞擊刀片組成，在每組轉(zhuǎn)子之 間由間隔板分隔開各個刀盤，形成多個小渦流室，渦流室內(nèi)壁襯板與刀片保持較小的間 隙，第三級渦流室由排料渦流風機葉輪組成，整個系統(tǒng)由主軸聯(lián)接，箱體夾層通過冷卻 水有效降溫。優(yōu)點是能耗低，效率高，損耗小，結(jié)構(gòu)緊湊，運行穩(wěn)定，安全可靠，操作 簡單。其工作原理是運用高速轉(zhuǎn)動的葉輪產(chǎn)生超強渦流和高頻振動空氣對物料進行瞬間 粉碎，從而使產(chǎn)品粒度分布合理，不易產(chǎn)生過熱，生產(chǎn)力大幅度提高、能耗下降。且機 構(gòu)簡單，易于檢查、維修，該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)新穎，采用寬腔體帶水夾套結(jié)構(gòu)，有四組冷卻通 道，冷卻效果理想，能有效地防止粉末粘腔、粘力現(xiàn)象。 關鍵詞：關鍵詞：粉碎機；渦流；高頻振動 IV Abstract This paper presents a new and efficient micronizer. It can be crushed to the non-metallic, brittle, viscosity, toughness or heat-sensitive materials. By the base, the motor, the spindle casing, a rotor, impeller, feed port, spout composition, its characteristic tertiary vortex chamber is set by the spindle. The first stage of the swirl chamber from the feed eddy current fan impeller, the second level of the swirl chamber the three groups cutter rotor, each set of cutter installed by 14 radial axial angled impact blade between each set of rotor spacer plates separated from each cutter, forming a plurality of swirl chamber, the the vortex interior wall liner with the blade to maintain a small gap, the third level of the swirl chamber vortex fan impeller discharge, the entire system by the spindle connection, Case sandwich effective cooling by the cooling water. The advantages of low energy consumption, high efficiency, low loss, compact, stable, safe and reliable, simple operation. Its working principle is to use the high-speed rotation of the impeller super eddy current and high-frequency vibration air of the material for instant smash, so that the particle size distribution is reasonable, easy to produce overheating, significant productivity increase, energy consumption decreased. And the mechanism is simple, readily accessible for inspection, maintenance, the product structure, the use of a wide cavity with water jacket structure, there are four sets of cooling channels, the cooling effect is ideal, can effectively prevent the powder stick cavity, adhesion phenomena. Key words: Micronizer; Eddy; High-frequency vibration V 目目 錄錄 摘 要 .III ABSTRACT IV 目 錄.V 1 緒論 .1 1.1 概況和發(fā)展趨勢 1 1.1.1 粉碎機的定義及應用 .1 1.1.2 超微粉碎機概況 .2 1.2 課題的提出與意義 4 1.3 課題的主要內(nèi)容 5 2 總體方案的確定 .7 2.1 設計依據(jù) 7 2.2 粉碎機總體方案的確定 7 2.2.1 傳動裝置的設計 .7 2.2.2 粉碎室的設計 .7 2.2.3 水冷裝置的設計 .7 3 FS400 高速渦流粉碎機總體設計.8 3.1 粉碎機工作參數(shù)的選擇 8 3.1.1 回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速 .8 3.1.2 粉碎室刀片與牙板的間隙 .8 3.1.3 風量的選擇 .8 3.2 傳動裝置的設計 9 3.2.1 電動機的選擇 .9 3.2.2 V 帶的設計.11 3.3 粉碎室的設計 13 3.3.1 粉碎機機殼的設計 .13 3.3.2 粉碎機內(nèi)腔襯板的設計 .14 3.3.3 粉碎機刀片和刀架的設計 .15 3.3.4 進料風輪和出料風輪的設計 .17 3.3.5 主軸的設計及校核 .19 3.3.6 進料口和出料擋板的設計 .22 3.3.7 水冷裝置的設計 .23 3.3.8 粉碎機的整體安裝 .24 3.3.9 粉碎機的注意事項 .25 3.4 FS400 高速渦流粉碎機特性25 4 結(jié)論與展望 .27 4.1 結(jié)論 27 4.2 不足之處及未來展望 27 VI 致謝 .30 參考文獻 .31 FS400 高速渦流粉碎機的設計 1 1 緒論緒論 1.1 概況和發(fā)展趨勢概況和發(fā)展趨勢 1.1.1 粉碎機的定義及應用粉碎機的定義及應用 粉碎機是將大尺寸固體原料粉碎至要求尺寸的機械。 根據(jù)被碎料或碎制料的尺寸，可將粉碎機分為粗碎機、中碎機、細磨機和超細磨機。 根據(jù)應用范圍，可將粉碎機分為塑料粉碎機、木屑粉碎機、煤泥粉碎機、中藥粉碎 機、秸稈粉碎機、貝殼粉碎機、飼料粉碎機和鋸末粉碎機等。 根據(jù)工作原理，可將粉碎機分為箱式粉碎機、氣流粉碎機、渦輪粉碎機、冷凍粉碎 機、低溫粉碎機、超細粉碎機和超微粉碎機等。 在粉碎過程中，施加于固體的外力有壓軋、剪斷、沖擊、研磨四種。壓軋主要用在 粗、中碎，適用于硬質(zhì)料和大塊料的破碎。剪斷主要用在細碎，適于韌性物料的粉碎。 沖擊主要用在中碎、細磨、超細磨，適于脆性物料的粉碎。研磨主要在細磨、超細磨， 適于小塊及細顆粒的粉碎。實際的粉碎過程往往是同時作用的幾種外力。 大型粉碎機主要適用于建材、冶金、鋼鐵、化工等行業(yè)礦產(chǎn)品物料的粉磨加工，可 加工石英、方解石、重晶石、稀土、大理石、陶瓷等等莫氏硬度在 9.3 級以下且濕度在 6%以下的各種非易燃易爆的礦產(chǎn)物料等。 在近 30 年里，超微粉碎機作為一項高新技術，發(fā)展并應用在了各行各業(yè)，它能把原 材料加工成微米甚至納米級的微粉末，在各行各業(yè)得到了廣泛應用。鑒于粉碎是中藥生 產(chǎn)及應用中的基本加工技術，超微粉碎已愈來愈引起人們的關注，雖然起步較晚，開發(fā) 研制的品種相對較少，但已顯露出特有的優(yōu)勢和廣闊的應用前景。 超微粉碎技術是粉體工程中的一項重要內(nèi)容，包括對粉體原料的超微粉碎，高精度 的分級和表面活性改變等內(nèi)容。根據(jù)原料和成品顆粒的大小或粒度，粉碎可分為粗粉碎、 細粉碎、微粉碎和超微粉碎。在實際生產(chǎn)中，各國各行業(yè)由于超微粉體的用途、制備方 法和技術水平的差別，對超微粉體的粒度有不同的劃分。 超微粉碎機一般為無篩式粉碎機，粉碎物料粒度由氣流速度控制，粉碎粒度要求 95通過 0.15mm（100 目） ，一般用于特種水產(chǎn)餌料或水產(chǎn)開口餌料，超微粉碎通常由超 微粉碎機、氣力輸送、分級機配套來完成，原料的粉碎粒度非常細，同時也帶來了較多 的問題，如靜電吸附、物料流動性差、粉碎耗能大、提高了生產(chǎn)成本等等，這些不利影 響可以通過采用不同方法解決。 超微粉碎是通過對物料的沖擊、碰撞、剪切、研磨、分散等手段而實現(xiàn)的。傳統(tǒng)粉 碎中的擠壓粉碎方法不能用于超微粉碎，否則會產(chǎn)生造粒效果。選擇粉碎方法時，需要 根據(jù)粉碎物料的性質(zhì)和所要求的粉碎比來確定，在這其中被粉碎物料的物理、化學性能 具有很大的決定性作用，而其中物料的硬度和破裂性更是居于首要的地位，對于堅硬和 脆性的物料，易采用沖擊的方式，而對于中藥材，則采用研磨、剪切的方式效果較好。 實際上任何一種粉碎機器都不是采用單純的某一種粉碎機理，一般都是采用由兩種或兩 種以上的粉碎機理進行物料的粉碎的，如氣流粉碎機是利用沖擊和碰撞粉碎物料的，高 速沖擊式粉碎機是利用沖擊和剪切粉碎物料的，振動磨、攪拌磨和球磨機則主要是研磨、 無錫太湖學院學士學位論文 2 沖擊和剪切的粉碎原理，而膠體磨的工作過程主要是通過高速旋轉(zhuǎn)的磨體與固定磨體的 相對運動產(chǎn)生的強烈剪切、摩擦、沖擊等等粉碎物料的。 1.1.2 超微粉碎機概況超微粉碎機概況 微粉碎機可分為軋輥式、高速回轉(zhuǎn)式、媒體式、氣流式、摩擦剪切式等多種。其中， 高速回轉(zhuǎn)粉碎機主要是用高速回轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生沖擊、剪切、摩擦作用，實現(xiàn)粒子的微細 化。 這種形式的粉碎最早為捶擊式，是一種歷史悠久的典型粉碎機。但是，近年來，由于從 不同角度進行研究，逐漸開發(fā)了許多新機種。特別是對于新材料的出現(xiàn)，已經(jīng)開發(fā)出許 多更高性能、更高效率的粉碎機。例如，作為靜電復印的顯像粉劑，為了實現(xiàn)這種精密 級粉碎，過去大多采用氣流式粉碎機，但最近已開發(fā)出新結(jié)構(gòu)的機械式高速回轉(zhuǎn)粉碎機， 實現(xiàn)了能耗低、效率高的微粉碎處理。 (1) 高速回轉(zhuǎn)粉碎機的分類、特點和應用技術 高速回轉(zhuǎn)粉碎機的粉方法有很多種。根據(jù)形狀和結(jié)構(gòu)可分為錘擊式、轉(zhuǎn)盤式、軸流 式、環(huán)形式、刀片式。另外，根據(jù)粉碎原理又可劃分為沖擊粉碎式和摩擦（壓縮、剪切） 式兩大類。 1）錘擊式。 錘擊式是在回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子上安裝固定式或搖擺式的振錘或葉片。作為分級 機構(gòu)，多采用篩網(wǎng)進行從中碎到 100m 的較粗粒子的粉碎。 在其的轉(zhuǎn)子上，通常安裝馬鐙狀的搖擺銼，適合周速最高達 100m/s 的高速回轉(zhuǎn)，因 此也有高的粉碎能力。 2）轉(zhuǎn)盤式。 轉(zhuǎn)盤式如銷磨機或渦輪式磨機。在轉(zhuǎn)盤上固定著銷或葉片等沖擊元件， 是一種直徑方向比軸向更大的裝置。這種形式的粉碎機一般比錘擊式有更大的周速。所 以可能進行更微細的粉碎。作為分級機，除了采用篩網(wǎng)之外，還采用截口點更小的風力 分級機。另外，為了能使沖擊時的相對速度更大，已設計了使用 2 個回轉(zhuǎn)圓盤逆向回轉(zhuǎn) 的微粉化結(jié)構(gòu)。 AM 是這種微粉碎機的通用機型。它主要由沖擊式粉碎室和氣流分級室兩部分組成。 粉碎室由粉碎轉(zhuǎn)子和帶圓弧漕的定子構(gòu)成。轉(zhuǎn)子盤上面裝有舒數(shù)量不等的錘頭，其周速 高達 100m/s 乃至更高。分級室由分流環(huán)和分級葉輪構(gòu)成。粉碎和分級分別由各自電機帶 動，由于內(nèi)裝可調(diào)速的空氣分級器，所以可得到所需的合適粒徑分布均勻的制品。經(jīng)分 級后的粗粉，再度回到粉碎是室粉碎。AM 粉碎機的特點是進風量大，可以抑制溫度上升， 非常適合各種粉體涂料、樹脂原料和熱弱性材料的粉碎，應用范圍廣泛。 近來對本機進行了新的開發(fā)。通過改進轉(zhuǎn)子上的沖擊元件，增加了物料粉碎過程中 碰撞機率，可以提高一倍以上粉碎處理能力。另外為適應用戶便于清潔的需求，本機也 采用開口式結(jié)構(gòu)，是一種便于清洗的機型。 3）軸流式。 軸流式粉碎機物料在粉碎過程中一邊回轉(zhuǎn)，一邊做軸向移動進行粉碎。 為了控制產(chǎn)品粒度，在沖擊元件和分級結(jié)構(gòu)上進行改進，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和風量的調(diào)節(jié)。 在 2 個粉碎室的出口處安裝內(nèi)經(jīng)不同的環(huán)狀物進行粒度控制。另外，在本裝置中沒 有被粉碎到一定尺寸的殘留物，通過螺旋噴嘴排出。原料進入錐形料斗后，被裝在粉碎 室和襯套之間的小型沖擊元件粉碎，更通過有效的壓碎剪切效果，達到最微小粉碎。另 FS400 高速渦流粉碎機的設計 3 外，還開發(fā)出轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸的偏心回轉(zhuǎn)，壓縮效果更高的粉碎機。 JM 立式高速回轉(zhuǎn)粉碎機更是另一種高性能軸流式微粉碎機。有加料器定量共給并與 空氣一起從下部吸氣口進入機內(nèi)的物料，經(jīng)皮帶拖動的高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子沿圓周方向均勻 分散后到達轉(zhuǎn)子與定子襯套之間形成的粉碎區(qū)。轉(zhuǎn)子和定子陳套的表面部分分別制成特 殊形狀的多溝槽，并于定子襯套壁面摩擦為主的粉碎。這種與通常依靠轉(zhuǎn)子葉片棱角的 沖擊力進行粉碎機理很不相同。本機的基本上制品粒度范圍 d50=5-20m，分布均勻，且 有球狀化效果，電能消耗省。 4）環(huán)形式。 環(huán)形粉碎機是軸流式粉碎機的一種。其轉(zhuǎn)子和襯套件留很小間隙，兩 者表面都加有許多溝槽。粉碎過程中在其中形成強烈的渦流，與這種有效粉碎密切相關。 它比其他粉碎機更能得到均勻的剪切速度場。所以能保證粒度十分均勻的微粉產(chǎn)品。 通過粉碎帶的流體模擬可以看出高速回轉(zhuǎn)的多葉片和襯套周邊的流體分布。在葉片 的間隙部分發(fā)出小渦流，促進粒子的頻繁撞擊和粉碎。 這種粉碎原理不同于歷來的高速回轉(zhuǎn)粉碎機，也有別于氣流粉碎機。這種粉碎機的 粉碎處理能力和產(chǎn)品平均粒徑與過去高速回轉(zhuǎn)粉碎機比較。例如：對纖維素來說，應對 該機能將纖維粉碎到 30m 以下，這一點是過去的高速回轉(zhuǎn)粉碎機難以實現(xiàn)的。 由于本機能單獨設定粉碎和分級部分轉(zhuǎn)速，所以能將產(chǎn)品平均粒徑控制在 5-10m 較 寬范圍內(nèi)隨意變化。 環(huán)形粉碎機還可以用于粒子的球狀化處理。如對靜電照明用的調(diào)色涂料，不僅要求 粒徑，還要求形狀和表面特性，這是因為這些特性對涂料粒子的帶電性、流動性、清洗 型具有很大影響?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)原料在機內(nèi)的滯留時間或處理溫度等方法來滿足這些要 求。 5）刀片式。 刀片磨機利用高速回轉(zhuǎn)的銳利刀片和固定襯套之間產(chǎn)生空氣渦流，使 粉碎物之間發(fā)生碰撞、剪切來實現(xiàn)粉碎。 該機對難粉碎原料（纖維質(zhì)、彈性質(zhì)）粉碎特別有效。為了能清掃機內(nèi)的殘留物， 采用了門蓋方式，打開門蓋，粉碎轉(zhuǎn)子露出，很方便清洗，對于食品工業(yè)小批量多品種 特別適合。 該機平均粒徑可達 10m，粒度分布范圍窄，其能量消耗僅為氣流磨的一半。 （2） 高速回轉(zhuǎn)粉碎機的粉碎極限 高速回轉(zhuǎn)粉碎機如上述可分為多種形式，即使在一種粉碎機中也復合了沖擊、剪切、 磨擦等不同粉碎機原理。所以應看成復合作用，但在沖擊式粉碎機中，粒子和沖擊元件 的沖擊速度是起決定性主要因素。 另外，粉碎效果不僅和粉碎機的機械條件相關，也和物料的物性相關。原料為脆性 材料是，沖擊遠見給粒子最大的沖擊力 PmaxN，可以根據(jù) Hertz 接觸應力理論推算出大 概值，然后根據(jù)這個沖擊力，利用平松式1算出粒子內(nèi)部發(fā)生的抗拉力 Spa，因此，沖 擊時，作用于粒子上的破壞力 Sfpa就能用下式算出： Sf=0.34(i-V)2IVt 1-v 另一方面，粒子（體積 Vp)的破壞強度 Ss 和碎粒的裂紋的分布概率有關，所以能用 威布爾式表示：通過實驗，可以歸納成下式計算:Ss=aVp-b(a、b：常數(shù)) 無錫太湖學院學士學位論文 4 因此當粒子受到的皮壞力 Sf 避破壞強度 Ss 更大時，粒子就發(fā)生破壞，由此就能求出 沖擊引起的粉碎粒子的極限直徑 dpb(m)。以石灰石為例，沖擊元件為鋼制件時的物性值 和實驗常數(shù)。綜合上述兩式進行粉碎，就能獲得石灰石在沖擊速度為 V 時，相應的粉碎 極限粒徑。 （3） 不同類型粉碎機的粉碎效果2 1）篩網(wǎng)分級式?jīng)_擊式粉碎機。 由于篩網(wǎng)的網(wǎng)眼比粉碎粒子極限粒徑大，因此，未 經(jīng)充分粉碎的粒子也被送到系統(tǒng)外，粉碎效果不好。 2）使用氣流分級的沖擊式粉碎機。 有與直徑達的粒子在磨機內(nèi)反復循環(huán)，結(jié)果得 到更細的粉碎，效果比篩網(wǎng)好。 3）氣流分級沖擊磨碎機粉碎機。 該類型機綜合了剪切、磨擦等功能，能得到 5- 10m 的微粉，比沖擊性粉碎細度效果顯著。 現(xiàn)實生活中，由于實際粉碎處理能力常和產(chǎn)品粒度成反比，所以必須按客觀要求平 衡選擇機種。 （4） 機型的選擇和運行 1）粒度。 高速回轉(zhuǎn)粉碎機是一種包括錘擊式、壓縮、剪切、磨料式的廣譜型粉碎 機，也是一種粉碎粒度范圍廣泛的封閉式粉碎機。當粉碎比大時，根據(jù)原料的粉碎性能、 原料和產(chǎn)品的粒度，可選擇普通粉碎機和特蘇粉碎機的組合，構(gòu)成高效率的多級粉碎。 從上述介紹中，可知其粉碎粒度從錘擊式、轉(zhuǎn)盤式到軸流式、環(huán)形式逐漸變細。另一方 面，磨碎式又比沖擊式更能得到微細產(chǎn)品。如果為了直接從粉碎機中得到微細產(chǎn)品，使 用沒有篩網(wǎng)的氣流分級機構(gòu)更有效。 2）形狀控制。 在沖擊粉碎機中，由于原料特性（如結(jié)晶）和機械特性（如沖擊元 件硬度、速度）的不同，破壞粒子的形狀而有所不同。通過反復粉碎，壓縮剪切效果的 微粉碎和一般沖擊粉碎機相比粒子縱寬尺寸要小，所以更易于形成球狀化粒子。 3）弱熱性物質(zhì)。 雖然大多該種原料采用氣流粉碎，但近年來使用沖擊式粉碎機增 多，由于 AM 機進風量大，冷卻和細度好，非常適合這種粉碎。另一方面，可采用冷風 乃至液氮冷卻的粉碎機。 4）其他。 有些原材料對氛圍要求苛刻，高速沖擊粉碎機在真空中粉碎空難，為了 防止氧化，引起材質(zhì)劣化，防止燃燒，爆炸等危險，可選擇在氮氣等惰性氣體的氛圍中 進行粉碎。 （5） 結(jié)語 高速回轉(zhuǎn)粉碎機最近的動向是一面推進高速化，一面完成分解情況的簡易化，并從 提高耐磨性等觀點出發(fā)，進行多種改進。另外，附加沖擊以外的機構(gòu)使粉碎更加有效。 在粉碎過程中如何能夠充分利用能量避免作無用功是一個課題。 1.2 課題的提出與意義課題的提出與意義 現(xiàn)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。高新技術產(chǎn)業(yè)與非金屬礦物有著密切的聯(lián)系,在未來非金屬礦 深加工技術開發(fā)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展中要考慮高新技術及其產(chǎn)業(yè)的發(fā)展;在其開發(fā)利用及其深加工 過程中還必須考慮人類的生存和可持續(xù)發(fā)展,注意環(huán)境保護。 FS400 高速渦流粉碎機的設計 5 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(chǎn)。雖然可以通過化學合成法制備 高純超細粉體,但成本過高,至今未能用于工業(yè)化生產(chǎn)。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(gòu)件的加工、高速軸承、亞微米級顆粒粒度分布測定等。 但實際生產(chǎn)中，由于普通粉碎機3能耗過大，效率很低，且易產(chǎn)生過熱粉碎，既影 響了產(chǎn)品的質(zhì)量，又阻礙了粉碎原料的發(fā)展，所以高速渦流粉碎機在以后的生產(chǎn)中會有 很多的應用。 隨著科學技術和工業(yè)生產(chǎn)的飛速發(fā)展，對各種非金屬礦產(chǎn)的綜合開發(fā)利用提出了更 高的要求，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。超細粉碎技術 在產(chǎn)品的研究開發(fā)中起著越來越重要的作用，可以充分利用原材料，保護環(huán)境，改善人 類的生存條件，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。 雖然可以通過化學合成法制備高純超細粉體，但由于成本過高，至今未能用于工業(yè) 化生產(chǎn)。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(gòu)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） 改進現(xiàn)有超細粉碎與精細分級設備。主要是在現(xiàn)有設備基礎上提高單機處理 能力和降低單位產(chǎn)品能耗、磨耗,提高自動控制水平。 （2) 優(yōu)化工藝和完善配套。發(fā)展能滿足或適應不同性質(zhì)物料、不同細度、級配和純 度要求、具有不同生產(chǎn)能力的超細粉碎成套工藝設備生產(chǎn)線和生產(chǎn)技術。 （3) 加強超細粉碎基礎理論的研究。在深入研究機械粉碎法技術的同時，探尋化學 合成法、物理法等其他非機械力超細粉碎技術。 （4) 完善、優(yōu)化超細粉碎設備和精細分級設備的配套。在現(xiàn)有粉碎設備的基礎上， 改進、配套和完善分級設備、產(chǎn)品輸送設備等其他輔助工藝設備，優(yōu)化超細粉碎設備和 精細分級設備的配套組合工藝。 （5) 尋求解決超細粉碎過程中磨損的有效途徑。研制高密度、高硬度研磨介質(zhì)，解 決設備磨損、部件的材質(zhì)問題也應是超細粉碎技術研究的重點。 在實際生產(chǎn)中，普通粉碎3機由于能耗過大、效率較低，且易產(chǎn)生過熱粉碎，既影響 了產(chǎn)品的質(zhì)量，又阻礙了粉碎原料的發(fā)展。而研究表明，高速渦流粉碎機是一種高效粉 碎設備，具有能耗少、粉碎能力大、結(jié)構(gòu)緊湊、無故障運轉(zhuǎn)時間長、清洗方便等優(yōu)點， 具有廣泛的應用領域。 1.3 課題的主要內(nèi)容課題的主要內(nèi)容 本課題在消化引進同類產(chǎn)品的基礎上，設計 FS400 型高速渦流粉碎機，保證產(chǎn)品質(zhì) 量和產(chǎn)品使用性能，解決實際工程問題。 FS 高效粉碎機的粉碎部分主要有電機、皮帶輪、底座、進料口、出料口、回轉(zhuǎn) 軸分散器、葉輪 刀片殼體、牙板等組成。其粉碎原理和工作過程為通過回轉(zhuǎn)軸高 無錫太湖學院學士學位論文 6 速轉(zhuǎn)動， 產(chǎn)生超強的榀流及高頻振動的空氣， 使得定量給出的物料被吸八入口螺旋室， 通過慣性力被加速再由分散器將其均勻地送入粉碎室，物料在粉碎室被高速轉(zhuǎn)動的刀片、 超強的渦流、高頻振動的空氣瞬間粉碎，被粉碎的物料和空氣一起通過出口螺旋室排出 機體，從而完成整個粉碎過程，由此完成回轉(zhuǎn)軸，刀片等直接元件的設計，并且分析進 料口和出料口刀片的如何排布等，進一步進行強度和配合等審核 本設計需滿足的要求如下： （1） 達到技術指標要求，滿足實際工作需要。 （2） 整機結(jié)構(gòu)簡單實用，滿足設計要求。 （3） 工作時能盡量減少噪音，設備外形力求簡約美觀。 FS400 高速渦流粉碎機的設計 7 2 總體方案的確定總體方案的確定 2.1 設計依據(jù)設計依據(jù) 目前國內(nèi)外對天然食用增稠劑不僅從質(zhì)量上而且從用量上都有了大幅度的提高，但 在生產(chǎn)中，由于粉碎機能耗過大、效率很低且易產(chǎn)生過熱粉碎，既影響了產(chǎn)品的質(zhì)量， 又阻礙了天然食用增稠劑的發(fā)展。為此開始了高效粉碎機的設計。通過查閱國內(nèi)外有關 粉碎機的資料、文獻和專利，對其進行深入細致的研究、對比和分析，并結(jié)合天然食用 增稠劑本身的特性，設計出了適合于粉碎天然食用增稠劑的高效粉碎機。通過查閱有關 文獻，粉碎機的類型主要有對輥型、錘片型、磨盤型、牙齒型、摒輪型等形式。通過分 析和比較，認為只有渦輪型4較適合于天然食用增稠劑的粉碎。利用葉片背面產(chǎn)生的無數(shù) 超聲波渦流，以及由此產(chǎn)生的高頻壓力的振動作用將物料粉碎更加適合現(xiàn)代生產(chǎn)的需要。 2.2 粉碎機總體方案的確定粉碎機總體方案的確定 這次設計的FS高速渦流粉碎機主要用來對合成樹脂、儀器化學藥品等物料進行微粉 碎的機械，所以一定要到使物料達到一定的細度，所以主軸轉(zhuǎn)動一定是高速的，利用高 速轉(zhuǎn)動的刀片將物料剪切、碰撞。 2.2.1 傳動裝置的設計傳動裝置的設計 由于粉碎機處于高速運作狀態(tài)，并且設計要簡單和排布合理，傳動精度不是要求很 高，所以用 V 帶傳動1比較合適。帶傳動是一種常用的、成本較低的動力傳動裝置。帶 傳動具有傳動平穩(wěn)、噪聲低、清潔（無需潤滑）的特點，具有緩沖減振和過載保護作用 并且維修方便。與鏈傳動和齒輪傳動相比，帶傳動的強度較低以及疲勞壽命較短。 2.2.2 粉碎室的設計粉碎室的設計 為了設計出合理的粉碎機，要對物料的粉碎方案進行初步的確定。通常有錘擊式、 轉(zhuǎn)盤式、軸流式、環(huán)形式等，經(jīng)過比較和考慮，認為環(huán)形粉碎機比較合適。環(huán)形粉碎機 是軸流式粉碎機的一種，其轉(zhuǎn)子和襯套間留很小間隙，兩者表面都加有許多溝槽，粉碎 過程中在其中形成強烈的渦流，與這種有效粉碎密切相關。它比其他粉碎機更能得到均 勻的剪切速度場。所以能保證粒度十分均勻的微粉產(chǎn)品。通過粉碎帶的流體模擬可以看 出高速回轉(zhuǎn)的多葉片和襯套周邊的流體分布。在葉片的間隙部分發(fā)出小渦流，促進粒子 的頻繁撞擊和粉碎。 2.2.3 水冷裝置的設計水冷裝置的設計 傳統(tǒng)的的粉碎機由于高速長時間的運作和與物料間的相互剪切和碰撞一定會產(chǎn)生高 溫，這樣會可能使物料粘腔，粘力現(xiàn)象，故設計新結(jié)構(gòu)，采用寬腔體帶水夾套結(jié)構(gòu)5，有 四組冷卻通道，冷卻效果理想，能使產(chǎn)品更好。 無錫太湖學院學士學位論文 8 3 FS400 高速渦流粉碎機總體設計高速渦流粉碎機總體設計 3.1 粉碎機工作參數(shù)的選擇粉碎機工作參數(shù)的選擇 3.1.1 回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速 主軸的轉(zhuǎn)速在粉碎過程中起著重要的作用，如圖3.1所示。轉(zhuǎn)速越高，粒度越細而且 粒度分布越集中。 圖3.1 轉(zhuǎn)速與粒度關系 3.1.2 粉碎室刀片與牙板的間隙粉碎室刀片與牙板的間隙 通過更換刀片，調(diào)整刀片與牙板間的問隙可以改變物料的粒度和生產(chǎn)能力，如圖3.2 所示。間隙越小，粒度越細且粒度分布越集中。 圖3.2 間隙與粒度關系 3.1.3 風量的選擇風量的選擇 粉碎機排風量越大，生產(chǎn)量就隨之提高，但粒度會變粗，其關系如圖3.3所示。 FS400 高速渦流粉碎機的設計 9 圖3.3 風量、粒度、產(chǎn)量的關系 由此可見，調(diào)整回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速、刀片與牙板間的間隙及風量，均可改變粉碎機的粒度和 產(chǎn)量。通過比較，最終參數(shù)的數(shù)據(jù)為： 回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速：4000r/min 刀片與牙板間隙：10mm 風量：1020/min 3 m 動力：30kW 3.2 傳動裝置的設計傳動裝置的設計 3.2.1 電動機的選擇電動機的選擇 設計的傳動方式是 V 帶傳動，由于設計要求粉碎機的主軸轉(zhuǎn)速為 4000r/min，粉碎功 率為 30kW，并且是一個增速傳動，傳動比 1.3。計算發(fā)現(xiàn)電動的轉(zhuǎn)速=2950r/min。 1 n （1） 工作機所需功率= 30 kWPw （2） 所需電機輸出功率= d P Pw 而 V 帶效率95 . 0 1 代入上式求得: =31.6kW d P 根據(jù)電動機的容量和轉(zhuǎn)速6，查閱表 3-1 得 Y 系列（IP44）電動機是全封閉自扇冷式籠型三相異步電動機，具有高效、節(jié)能、起 動轉(zhuǎn)矩大、噪聲低、振動小、可靠性高等特點。其功率等級及安裝尺寸完全符合 IEC 標 準。 Y 系列（IP44）電動機是一般用途的電動機，適用于驅(qū)動無特殊性能要求的各種機械 設備，如機床、水泵、風機、壓縮機、運輸機、攪拌機、農(nóng)業(yè)機械、礦山機械等。 Y 系列（IP44）電動機額定電壓為 380V、額定頻率為 50Hz、絕緣等級為 B 級、防護 等級為 IP44。 無錫太湖學院學士學位論文 10 表 31 主要技術數(shù)據(jù) 型號 功率 （kW ） 效率 （% ） 功率 因數(shù) cos 起動電 流倍數(shù) 起動 轉(zhuǎn)矩 倍數(shù) 最大轉(zhuǎn) 矩倍數(shù) 額定 電流 （A） 額定 轉(zhuǎn)速 （r/m in） 同步 轉(zhuǎn)速 （r/mi n） 噪聲 （dB ） 振動 （m m/s） 重量 （kg ） Y160 L-2 18.590.00.89722.235.12930872.8136 Y180 M-2 2290.50.89722.241.52940922.8170 Y200 L1-2 3091.40.89722.256.02950952.8224 Y200 L2-2 3792.00.89722.268.72950952.8245 Y225 M-2 4592.50.89722.283.02970972.8286 Y250 M-2 5593.00.89722.2101.02970973.5383 Y280 S-2 7593.60.89722.2136.82970993.5496 Y280 M-2 9093.90.89722.2163.62970993.5550 Y315 S-2 11094.00.896.81.82.2199.829801043.5850 所以電動機可選 Y 系列三相異步電動機，型號 Y200L22，同步轉(zhuǎn)速：3000 r/min， 額定功率：37kW，額定轉(zhuǎn)速：2950 r/min，質(zhì)量 245Kg。 FS400 高速渦流粉碎機的設計 11 3.2.2 V 帶的設計帶的設計 （1） 確定計算功率 ca P 根據(jù)表 3-2， 表 3-2 工作情況系數(shù) A K A K 空、輕載起動重載起動 每天工作小時數(shù)/h 工況 1616 載荷 變動 量小 液體攪拌機、通風機和鼓風 機（7.5kW） 、離心式水泵 和壓縮機、輕載荷輸送機 1.01.11.21.11.21.3 載荷 變動 小 帶式輸送機（不均勻負荷） 、 通風機（7.5kW） 、旋轉(zhuǎn)式 水泵和壓縮機（非離心式） 、 發(fā)電機、金屬切削機床、 、印 刷機、旋轉(zhuǎn)篩、鋸木機和木 工機械 1.11.21.31.21.31.4 載荷 變動 較大 制磚機、斗式提升機、往復 式水泵和壓縮機、起重機、 磨粉機、沖減機床、橡膠機 械、振動篩、紡織機械、重 載輸送機 1.21.31.41.41.51.6 載荷 變動 很大 破碎機（旋轉(zhuǎn)式、顎式等） 、 磨碎機（球磨、棒磨、管磨）1.31.41.51.51.61.8 查得工作情況系數(shù)=1.2，故=1.2x37=44.4kW A K ca P A KP （2） 選擇 V 帶的帶型 根據(jù)、選用 SPA 型窄 V 帶。 ca P 1 n （3） 確定帶輪的基準直徑并驗算帶速 d dv 1）初選大帶輪的基準直徑 1d d 由 GB/T 10412-2002，取大帶輪的基準直徑=200mm 1d d 2）驗算帶速 11200 2950 30.8/ 60 100060 1000 d n vm s 窄 V 帶最大帶速在 35-40m/s，所以帶速合格 3）計算小帶輪的基準直徑 =/i=200mm/1.3=153mm 2d d 1d d 無錫太湖學院學士學位論文 12 根據(jù)表 3-3， 表 3-3 普通和窄 V 帶輪（基準寬度制）直徑系列（摘自 GB/T 10412-2002） 槽型 有效直 徑Y(jié) Z、SP Z A、SP A B、SP B C、SPCDE 圓跳動公 差 t 1060.3 112 + 0.3 1180.3 1250.3 1320.3 1400.3 1500.3 1600.3 1700.4 1800.4 200+0.4 圓整=150mm 2d d （4） 確定 V 帶中心距和基準長度a d L 1）初選中心距 =600mm 0 a 2）計算帶所需的基準長度 mm 0 2 12 2100 42 2 a dd ddaL dd ddd 1751 6004 200150 150200 2 6002 2 查 表 3-4 基準寬度制窄 V 帶的基準長度系列（摘自 GB/T 111544-1997） 基準長度 d L帶型 基本尺寸極限偏差SPZSPASPBSPC 配組公差 63062 71082 80082 900102 1000102 1120132 1250132 1400162 1600162 1800202 2000202 2240254 FS400 高速渦流粉碎機的設計 13 取mm1800 d L 3）計算實際中心距a mm625 2 17511800 600 2 0 0 dd LL aa （5） 驗算小帶輪包角 1 90175 625 3 .57 150200180 3 . 57 180 211 a dd dd （6） 確定帶的根數(shù) 由=200mm，=2950r/min，查表得=12.87kW，=0.23kW 1d d 1 n 0 P 0 P 查表，99. 0 K95 . 0 L K 60. 3 95 . 0 99 . 0 23 . 0 87.12 4 . 44 00 L ca KKPP P z 取 z=4 （7） 計算單根 V 帶的初拉力和壓軸力 0 F p F 查表得 SPA 型窄 V 帶的單位長度質(zhì)量 q=0.12kg/m Nqv Kzv P F ca 3898 .3012 . 0 1 99 . 0 5 . 2 8 . 304 4 .44 5001 5 . 2 500 22 0 作用在軸上壓力 NzFFp3109 2 175 sin38942 2 sin2 0 3.3 粉碎室的設計粉碎室的設計 3.3.1 粉碎機機殼的設計粉碎機機殼的設計 機座和箱體等零件，在一臺機器的總質(zhì)量中占有很大的比例7（例如在機床中約占總 質(zhì)量的 70%90%） ，同時在很大程度上影響著機器的工作精度和抗振性能；若兼作運動 部件的滑道（導軌）時，還影響著機器的耐磨性等。所以正確選擇機座和箱體等零件的 材料和正確設計其結(jié)構(gòu)形式及尺寸是減小機器質(zhì)量、節(jié)約金屬材料、提高工作精度、增 加機器剛度機耐磨性能等的重要途徑。 機座和箱體的材料及制法。固定式機器，尤其是固定式重型機器，其機座和箱體的 結(jié)構(gòu)較為復雜，剛度要求也比較高，因此通常都為鑄造。鑄造材料常用既便于施工又價 廉的鑄鐵（包括普通灰鑄鐵、球墨鑄鐵與變性灰鑄鐵等） ；只有需要強度高、硬度大時才 使用鑄鋼；當減小質(zhì)量具有很大意義時（如運行式機器的機座和箱體）才用鋁合金等輕 合金。對于運行式機器，如飛機、汽車、拖拉機、及運行式起重機等，減小機體的重量 很重要，故常用鋼或輕合金型材焊制。大型機座的制造，則常采取分零鑄造，然后焊成 一體的辦法。 鑄造及焊接零件的基本工藝，應用特征及一般選擇原則可以參考金屬工藝學，設計 時應全面進行分析比較，以期設計合理，且能符合生產(chǎn)實際。例如雖然一般說，成批生 產(chǎn)且結(jié)構(gòu)復雜的零件以鑄造為宜，單件或少量生產(chǎn)，且生產(chǎn)期限較短的零件則以焊接為 無錫太湖學院學士學位論文 14 宜，但為具體的機座或箱體仍應分析其主要決定因素。譬如成批生產(chǎn)的中小型機床及內(nèi) 燃機等的機座，結(jié)構(gòu)復雜是其主要問題，固然應以鑄造為宜；但成批生產(chǎn)的汽車底盤及 運行式起重機的機體等卻以質(zhì)量小和運行靈便為主，則又應以焊接為宜。又如質(zhì)量及尺 寸都不大的單件機座或箱體以制造簡便和經(jīng)濟為主，應采用焊接；而單件大型機座或箱 體若單采用鑄或焊皆不經(jīng)濟或不可能時，則應采用拼焊結(jié)構(gòu)等等。 FS400型粉碎機的設計為了便于檢查和維修，機殼設計成上下2個機殼，兩機殼用鉸 鏈連接，其中一個可以從45角打開到水平位置。起粉碎腔直徑是400mm，由于要在內(nèi)壁 安裝齒形襯板，故設計機殼內(nèi)徑尺寸為414mm,結(jié)構(gòu)如圖3.4和3.5所示所示。 圖3.4 上機殼 FS400 高速渦流粉碎機的設計 15 圖 3.5 下殼體 上下機殼的設計是根據(jù)實際需要，其出料口的大小能滿足實際出料風量和物料的輸出， 由于 2 個機殼是在 45能打開，其孔徑有同軸度的要求，所以在進行機加工時一定要將上 下機殼安裝后進行鏜孔處理，這樣能保證正確的黏合。出料口是一個法蘭結(jié)構(gòu)，機身本 身的生產(chǎn)可以采用逐步的焊接形式，直接鑄造的成本比較高，難度也比較大，可以用板 筋類的知識進行逐個片體的加工8，和部分零件的鑄造，最后焊接成上下機殼。 3.3.2 粉碎機內(nèi)腔襯板的設計粉碎機內(nèi)腔襯板的設計 FS400 高速渦流粉碎機是內(nèi)腔直徑為 400mm，粉碎原理是使固體物料顆粒在內(nèi) 腔的齒形襯板與刀片之間受到擠壓、撕裂、碰撞、剪切等多種機理作用，從而達到 粉碎的目的。齒形襯板的結(jié)構(gòu)如圖 3.6 所示。 圖 3.6 齒形襯板 這種結(jié)構(gòu)能更好的對物料進行粉碎和撞擊。 無錫太湖學院學士學位論文 16 3.3.3 粉碎刀片和刀架的設計粉碎刀片和刀架的設計 在機器內(nèi)部，由 3 組刀盤共 42 把刀片組成的粉碎轉(zhuǎn)子支承在左右端蓋的軸承 座上作高速旋轉(zhuǎn)，使固體物料顆粒在內(nèi)腔的齒形襯板與刀片之間受到擠壓、撕裂、 碰撞、剪切等多種機理作用，從而達到粉碎目的。同時轉(zhuǎn)子兩端的大、小葉輪的高 速旋轉(zhuǎn)，在進口和出口間通過腔體形式渦流效應，使被粉碎顆粒順暢地進口（間隙 大）到（間隙?。?，實現(xiàn)粉碎并細化。 1. 粉碎刀片的設計 粉碎刀片設計如圖 3-7 所示。 圖 3.7 粉碎刀片三維圖、二維圖 其刀片由于高速運轉(zhuǎn)對物料進行粉碎，受到的力比較大和沖擊載荷，所以設計了加強 筋類似的結(jié)構(gòu)9，與刀架配合用兩端開口刀削，并且刀片進行淬火和回火處理，用來提高 鋼的硬度和強度極限，回火去除淬火的脆性和內(nèi)應力，提高鋼的塑性和沖擊韌度。 由于粉碎機要求物料從間隙大到間隙小，所以設計出了大，小兩種刀片，即寬度有 50 和 55mm 兩種。 2. 刀架的設計 刀架是用來安裝刀片和與主軸配合的關鍵零件，其結(jié)構(gòu)設計如圖 3-8 所示。 FS400 高速渦流粉碎機的設計 17 圖 3.8 刀架三維圖、二維圖 設計的刀架在滿足強度要求的情況下盡力減小尺寸。由于刀片尺寸的確定，故設計的 刀架與刀片配合的半圓形銷孔的位子 d=247mm，與軸配合的孔尺寸為 75mm，采用的鍵槽 寬度是 20mm，寬度為 100mm。 由于粉碎的需要，3個刀架必須錯開一定角度，其中第二件鍵槽角度轉(zhuǎn)過12.5，達到 刀片錯開，這樣粉碎的效果更好。這樣在安裝刀片和主軸后將粉碎腔分成了4個倉，相互 保持相對獨立的結(jié)構(gòu)。刀片和刀架的連接采用了開口刀削和軸用彈性擋圈10，如圖3-9所 示。 圖3.9 開口刀削及彈性擋圈 這種結(jié)構(gòu)方便刀片和刀架的拆裝，以便刀片的磨損或者損壞進行及時的跟換。 刀片與刀架安裝后如圖3-10所示。 無錫太湖學院學士學位論文 18 圖3.10 刀片、刀架安裝示意圖 3. 夾板的設計 夾板是用來分開2個粉碎刀架用的，讓其形成2個互相獨立的小粉碎腔，其尺寸根據(jù) 安裝好的刀架和刀片來確定，直徑d比刀架外徑小點，確定其d=376mm，厚度為2mm，結(jié) 構(gòu)如圖3-11所示。 圖3.11 夾板 3.3.4 進料風輪和出料風輪的設計進料風輪和出料風輪的設計 為了滿足設計要求，風量能達到 10 20m3/min，設計了如下結(jié)構(gòu) 1. 進料風輪的設計 FS400 高速渦流粉碎機的設計 19 圖 3.12 進料風輪三維圖、二維圖 進料風輪位于進料口，在粉碎刀架的前面，在考慮其安裝固定問題后，認為左端靠 主軸上的階梯結(jié)構(gòu)，右端靠粉碎刀架 1 將其徑向固定，軸向定位用 3 個銷與粉碎刀架 1 連接， 如圖 3.12 所示。 其孔徑與刀架一樣為 75mm，厚度為 9mm。 2. 出料風輪的設計 無錫太湖學院學士學位論文 20 圖 3.13 出料風輪三維圖、二維圖 出料風輪位于出料口，其主要作用是與進料風輪高速旋轉(zhuǎn)，在進口和出口間通過腔 體形成渦流效應，使被粉碎顆粒順暢地進口（間隙大）到（間隙?。?，實現(xiàn)粉碎并細化， 結(jié)構(gòu)如圖 3-13 所示。 考慮到下面軸系的設計，將其孔的大小設計為 60mm，其接觸寬度為 60mm，查表得 到其鍵槽的寬度是 18mm11。梯形葉片的結(jié)構(gòu)能更好的讓粉碎室產(chǎn)生渦流效應。 3.3.5 主軸的設計及校核主軸的設計及校核 設計軸的大概形狀如圖 3-14 所示。 圖 3.14 主軸形狀分布 （1） 確定軸上的功率、 1 P 1 n 1 T =30kW，=4000r/min， 1 P 1 nmmN n P T71625 4000 30 95500009550000 1 1 1 （2） 初步確定軸的最小直徑 FS400 高速渦流粉碎機的設計 21 選取軸的材料為 45Cr,調(diào)質(zhì)處理。查表，取，=95。于是得 45Mpa 0 A mm n P Ad 2 . 43 4000 30 95 3 3 1 1 0min 軸的最小直徑顯然是安裝皮帶輪處軸的直徑，由于暫時無法確定 6 d （3） 軸的結(jié)構(gòu)設計 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度12。 1）設計 1 段和 5 段是放軸承的，由于軸承基本就受到徑向力的作用，所以選用深溝球 軸承，基于粉碎刀架設計孔直徑是 75mm,且 2 段有個錐形設計，故查表確定選用軸承 6210，其尺寸為 d x D x T = 50mm x 90mm x 20mm，但是 1 段右端還要裝軸用擋灰圈， 起 L 為 50mm,右端還要安裝一個端蓋，其壓入尺寸最少為 3mm,所以 1 段長 =50+20+3=73mm， =50mm。 1 L 1 d 2）2 段是支座與進料風輪的臺階，其左端 d 為 61，右端 d 為 95, 并且其凸臺結(jié)構(gòu)的厚 度為 10mm，連接處倒圓就可以了，根據(jù)考慮其長度=114mm。 2 L 3）3 段是軸的核心部位，是安裝進料風輪和刀架，由于其右端無法用階梯軸的形式或 軸承來壓緊，故設計了一個緊固定位螺母來對刀架和進料風輪進行軸向定位。上面設計 刀架 L=100mm，夾板厚度 L=2mm。 查表設計了如圖 3.15 所示的緊固定位螺母13。 圖 3.15 緊固定位螺母 這個定位螺母的設計考慮到主軸在長期高速轉(zhuǎn)動，主軸上面的進料風輪和刀架有一 定的軸向松動，故有自鎖功能。緊固定位螺母在壓緊刀架后可以將 4 個 M10 的螺栓擰緊， 使壓緊端面發(fā)生變形，將螺栓翹緊達到緊固螺母無法被松開。防止了主軸上面零件的軸 無錫太湖學院學士學位論文 22 向松動。在 3 段軸右端要加上一個 M72 的螺紋有退刀槽，設計其一共長度 L=52mm，考 慮到有時可能要安裝 4 組刀片，故設計其長度 L=9+100+2+100+2+100+2+100=415，但是 在右端要被緊固定位螺母壓緊必須留有余量，取=2 mm,所以 L=415-2=413mm,在軸上有 2 個鍵槽來對刀架進行徑向定位，寬度 b=20mm。 3 段結(jié)構(gòu)圖如圖 3.16 所示。 圖 3.16 3 軸結(jié)構(gòu)示意圖 4）4 段是安裝出料風輪的，上面設計出料風輪 L=60mm,由于右端和 1 段一樣要有一個 擋灰圈的設計，并起到軸向定位的作用，4 段軸的長度必須比出料風輪的 L 小一定的余 量，取=3mm,所以 4 段 L=60-3=57mm，軸上開有鍵槽，查表其 b=18mm 5）5 段是安裝軸承的，型號是 6210，其尺寸為 d x D x T = 50mm x 90mm x 20mm，左 端軸向定位靠實擋灰圈，右端是透蓋，透蓋和軸承座連接固定，這樣使主軸經(jīng)過左右透 蓋的壓緊，軸向定位保證。長度 L=3+50+20+0.5=73.5mm ，3mm 是 4 段的余量，50mm 是擋灰圈的長度，20mm 是軸承厚度，0.5mm 是 6 軸頂套壓入的余量。 6）6 段是安裝皮帶輪的，軸向定位左端靠頂套，右端靠端蓋，端蓋是連接在主軸右端 的，直徑是最小的，5 段位 50mm，那設計 6 段直徑為 49mm，長度 L=110mm，頂套長 度為 41mm，在右端處開有鍵槽，查表寬度 b=14mm。 最后軸上零件的安裝如圖 3.17 所示。 FS400 高速渦流粉碎機的設計 23 圖 3.17 軸上零件的安裝 （4） 求軸上的載荷 假設就分擔在一個截面上，就在豎直面內(nèi)，取在極限N d T Ft395 400 7162522 1 2 位子，力全部集中在出料風輪。=600，=160 1 L 2 L 則豎直反力 N38FNV1 N312FNV2 彎矩mmNM4980060083 max 扭矩 mmNT 71625 （5） 按彎扭合成應力校核軸的強度 此軸輸出轉(zhuǎn)矩，軸單向運轉(zhuǎn)，可以認為轉(zhuǎn)矩應力為脈動循環(huán)變化，mmNT 71625 故取，則0.6mmNT42975716256 . 0 M=mmNTM.657804297549800 22 2 2 a MP W M 6 . 5 601 . 0 65780 3 軸的材料是 45Cr,查表取 a MP70 1 1 強度符合要求 3.3.6 進料口和出料擋板的設計進料口和出料擋板的設計 （1） 進料口的設