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复摆鄂式破碎机及性能仿真
The Design Of Compound Pendulum Jaw Crusher Machine And Performance Simulation

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摘要
在我们国家，鄂式破碎机拥有很多种不同的类型,但是运用最为广泛的还属相对比较原始的复摆鄂式破碎机。复摆鄂式破碎机至今存在已有150年左右，通过人类长时间的研究设计以及实践探索,它的整体结构和各方面的性能已经趋于完美, 它的整体结构清晰、制造工艺简单、工作性能稳定、检修维护简易，因此被广泛的投入到采矿、机械、冶金等行业使用。伴随着现代科技的飞速发展，各个行业对破碎机的要求越来越高，复摆鄂式破碎机的研发具有很高的价值。我的研究方向主要是破碎机结构的分析和机构的运动仿真。重点研究传动的设计和系统的优化。

关键词：复摆鄂式破碎机 ； 性能； 运动仿真；

Abstract
In our country, the jaw crusher has a lot of different types, but the use of the most widely is relatively primitive compound pendulum jaw crusher. Compound pendulum jaw crusher has existed for about 150 years, through the exploration of human for a long time of study design and practice, its overall structure and the performance has become more perfect, its overall structure is clear, simple manufacturing technique, stable performance, maintenance simple maintenance. Therefore, it is widely into mining, machinery, metallurgy and other industries.Along with the rapid development of modern science and technology, various industries for crushing machine requirements getting higher, the compound pendulum jaw crusher crushing machine R & D has a very high value. The main research direction is my broken motion simulation analysis and the organization structure of the machine. Optimization design and focus on the transmission system 
Keywords Jaw-fashioned Crusher; Performance;  motion simulation;

目录

摘要 I
Abstract I
1绪论 2
1.1选题的背景及意义 2
1.2 复摆鄂式破碎机的理论研究 2
1.2.1 鄂式破碎机的类型 2
1.2.2 工作原理 3
2复摆鄂式破碎机基本参数的选取与计算 5
2.1 已给数据 5
2.2基本参数的选取与计算 5
2.3主要参数的选取与计算 8
2.3.1 主轴转速 8
2.3.3 最大破碎力 9
2.3.4功率 10
2.3.5 选择电动机的型号 12
2.3.6机构各杆长的确定 13
3结构设计 15
3.1 偏心轴的设计 15
3.2 动鄂板的结构分析 19
3.3传动设计 20
4三维建模 24
4.1 偏心轴建模 24
4.2动鄂板建模 25
4.3活动齿板建模 28
4.4皮带轮的建模 30
4.5 其余零件模型 32
5破碎机构运动仿真 34
5.1 破碎机构装配 34
5.2破碎机构的运动仿真 35
6基于Pro/E的有限元分析 37
6.1偏心轴的有限元分析 37
6.2活动齿板的有限元分析 40
6.3结论 42
结论 43
致谢 44
参考文献 45

1绪论
1.1选题的背景及意义
破碎机是将挖掘得到的原始的物料按尺寸要求进行粉碎生产的工艺设备。加工生产阶段，按照物料的物理特征、颗粒精度、生产产量、使用途径等各个方面的需求选择所需功能的破碎机。复摆鄂式破碎机则是利用动鄂板的运动与定鄂板对物料进行挤压，以此对物料进行所需程度的破碎。
与其他类型的破碎机相比较的话，复摆鄂式破碎机具有以下优点：整体结构清晰，检修维护简易；外形的尺寸小，重量较轻；生产能力较大，能耗较低；破碎机工作时受内力作用，在这个基础上简化机构就容易多了；物料颗粒精度比较均匀；安全系统比较稳定；紧急状况下可以直接起动。
在基本的建设工程中，需要大量的，各种不同粒径的砂、石作用作生产中。从第一台破碎机设备诞生到现在已经150年左右了。在这个时间段里，其结构构造和工作性能日臻完善，然而复摆鄂式破碎机的整体结构清晰，安全性能稳定，物料可以通过它来生产作业，以此来满足生产上的不同需求。所以在生产中得到了广泛的应用。 复摆鄂式破碎机是其中得到需求最多，使用最为广泛的破碎设备。
破碎机是将挖掘得到的原始的物料按尺寸要求进行粉碎生产的工艺设备。发明破碎机的是一位叫做E. W. Blake的美国人。破碎机使用至今，工业生产的效率有了显著的提升，且具有稳定的安全性能，符合生产要求，提高了产品的质量。
复摆鄂式破碎机具有整体结构清晰、制造工艺简单、工作性能稳定、检修维护简易等优点，因此被广泛的投入到采矿、机械、冶金等行业使用。从1980年至今，我国在复摆鄂式破碎机的研制开发上获得丰硕的成果，在吸收其他国家产品的优点的情况下，再与我国的具体情况相结合，推出了许多具备现代化生产特点的产品。例如某机械设备有限公司就花费大量的人力物力对破碎机进行开发研究，在动鄂的悬挂高度、破碎腔的大小、动鄂的行程等方面做了大量的改进，优化了破碎机的结构，提高了工作效率，增加了生产量。
所以我选择了这个课题，并且在老师的细心指导下，通过自己的学习思考以及翻阅图书馆与课题相关的资料，确定了各个部分的设计方案和性能仿真运动的过程。

1.2 复摆鄂式破碎机的理论研究
1.2.1 鄂式破碎机的类型
鄂式破碎机在采矿、机械、冶金等行业中进行粗碎或者中碎作业。根据送料口的口腔宽度进行划分的话，可以分成以下三类：送料口的口腔宽度超过600MM的被称为大型破碎机，送料口的口腔宽度在300到600MM之间的的被称为中型破碎机，送料口的口腔宽度在300MM之内的被称为小型破碎机。
鄂式破碎机的受力作业结构是两块鄂板，一块是定颚板，垂直固定在机体的前壁上，另一块是动颚板，位置稍微有一点倾斜，与固定鄂板组成上大下小的破碎腔(工作腔)。动颚板相对于定颚板做来回往返运动，有时分离，有时凑近。分离的时候，未加工产品被送进破碎腔，经破碎作业后形成需要的产品从破碎腔分离出来；靠近的时候。
从动鄂板的摆动形式不同的角度来进行分类的话，可以将鄂式破碎机分为以下三种类型：简摆鄂式破碎机、复摆鄂式破碎机和综合摆动式鄂式破碎机。
1.2.2 工作原理
动鄂的圆柱孔部分与偏心轴连接，两者之间存在一个偏心距，这个偏心距相当于曲柄连杆机构当中的曲柄，动颚板则与连杆相对应，通过两者之间的偏心来带动动颚板的运转，推力板相当于曲柄连杆机构当中的摇杆，与动颚板的下面部分通过铰链来连接（见图1-1）。当偏心轴通过皮带轮带动转动时，偏心轴做整周圆周运动，形成一个圆形的运动轨迹，而动颚板上的各个点的运动轨迹呈椭圆形，而且越靠近动颚板的下面，椭圆形越扁（见图1-2）。由于动颚板上每个点的运动都比较复杂，所以被称为复摆鄂式破碎机。

图1-1 复摆鄂式破碎机的结构简图

图1-2 动颚板上各点的运动轨迹

2复摆鄂式破碎机基本参数的选取与计算
。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

5破碎机构运动仿真
5.1 破碎机构装配
1) 打开Pro/E软件，选择“组件”，然后选择子类型为“设计”，然后插入以下零件：
（1） 动鄂板，（2）活动齿板，（3）偏心轴，（4）皮带轮，（5）飞轮，（6）键两个
2) 首先，导入偏心轴，定义它的约束类型“用户定义”，子类型选择“自动”，完成后打钩，导入下一个零件。
3) 第二个导入键，定义它的约束类型为“刚性”，子类型为“配对”，然后选择键的两个面分别和键槽的两个面进行配对，定义完成后打钩，导入下一个零件。
4) 其次导入的零件为皮带轮，皮带轮和键进行约束定义，，定义它的约束类型为“刚性”，子类型同样选择“配对”，然后选择皮带轮腔的凹槽部分的两个面分别和键的两个面进行配对。定义完成后再新建一个集，约束类型为“用户定义”，子类型为“配对”然后选择皮带轮的一个端面和偏心轴的一个端面进行配对，然后选择偏移距离为185。
5) 这一次导入的零件是动鄂板，它与偏心轴进行约束定义，选择它的约束类型为“销钉”首先定义的是“轴对齐”约束，选择两个零件的基准轴重合，然后定义“平移”约束，选择动鄂板的一个端面和偏心轴的一个端面进行约束，约束类型为“对齐”，然后选择偏移866。
6) 下面导入零件活动齿板，定义它的约束类型为“用户定义”，子类型为“对齐”，然后分别选择活动齿板的三个面和动鄂板的三个面进行对齐定义，偏移类型选择“重合”。
7) 然后再次导入键与偏心轴进行连接，与3）的步骤相同。
8) 最后导入飞轮与偏心轴进行连接，与连接皮带轮的步骤相同，定义完成后得到最终的装配图如图5-1所示。

图5-1装配图

5.2破碎机构的运动仿真
破碎机构装配完成后，按照以下操作进行运动仿真：
（1） 单击应用程序按钮，在下拉菜单中选择机构，然后就进入到仿真环节。
（2） 然后在右边的指令中选择“伺服电动机”指令或者点击插入伺服电动机，然后会跳出一个定义伺服电动机的窗口。
（3） 默认对话框里的名称设置，选择皮带轮的中心轴作为连接轴。选取连接轴后，装配图上将会显示连接轴符号，然后再设计参数。
（4） 然后在点击“轮廓”按钮，设置“速度”，“常数”，“A=730”，然后单击底部的“确定”按钮，关闭“伺服电动机”对话框，确定伺服电动机的设置。
（5） 单击分析按钮在下拉菜单中选择机构分析按钮，然后会跳出一个定义分析的窗口，将其中的参数设置分别修改为：类型“位置”，开始时间为0，结束时间为100。
（6） 查看电动机是否已添加，所有定义都完成后执行“运行”指令，测试破碎机构的运动状态，测试完成后点击“确定”，退出“分析定义”环节。
（7）在测量结果中选择偏心轴上一个点进行编辑，得到如图5-2所示的位置图
（8）在回放中保存仿真视频为AVI格式。

图5-2位置曲线

6基于Pro/E的有限元分析
有限元分析简介：有限元分析是通过专业软件将设计完成的产品通过材料、约束以及载荷等方面的定义测试产品的应力、位移等方面特征的分析技术，能够很好地解决设计过

程中的问题。
Pro/E中的有限元分析是通过 Mechanica模块下的 STRUCTURE及THERMAL对产品进行更优化的设计。
由于完整地有限元分析十分的复杂，由于时间的局限性，这里我们利用Pro/E软件中的结构性能仿真模块对其中的几个零件进行分析。
6.1偏心轴的有限元分析
1）有限元分析
通过Pro/E软件中的结构性能仿真模块中的有限元分析对偏心轴进行测试，步骤如下：
（1） 利用Pro/E软件打开偏心轴零件；进入Mechanica 仿真模块，启用Mechanica Structure,单击“材料”，弹出一个对话框，单击“更多”按钮，然后选择材料为Steel,结果如图6-1所示。

图6-1 材料选择
（2） 添加位移约束，选择偏心轴的两个端面，固定所有的自由度，结果如图6-2所示；

图6-2 约束
（3） 选择压力载荷，弹出一个对话窗，然后选取载荷曲面，显示如图6-3所示；

图6-3载荷
（4） 当对零件的各个定义都完成后进行“定义运行分析”，创建一个新的静态分析，然后进行运动分析，等待分析结果出来后，可以查看以下节点图
位移节点图如图6-4所示

图6-4位移节点的幅值变
应力-单元节点如图6-5所示

图6-5 应力-单元节点
最大应力为=26.13mpa
查《机械设计手册》得安全系数[s]=2因为偏心轴选用40Cr钢，所以轴材料选用40Cr，，
又 小于许用应力，所以设计符合要求
分析结果
通过运动分析由图6-4和图6-5可以得到，应力值由不同的颜色表示，从下往上不断变大，颜色由蓝色到红色，在操作环境中，将鼠标放在任意一点都能够显示出该点的应力值。从图中可以明显地看出传动轴在与动鄂板相接触的部位，其表面应力容易达到最大值，因此，对偏心轴进行加工的时候，我们应该对该部分的表面进行强化的工艺处理，从而来提高轴的疲劳强度和硬度。同时，我们也能够从偏心轴的尺寸、材料和加工工艺等方面对轴进行一些优化处理，从而提高轴的使用寿命。

6.2活动齿板的有限元分析
1）有限元分析
首先，打开活动齿板零件图，点击“应用程序”，选择Mechanica 仿真模块，然后先进行材料的选择，材料选择“Steel”,其次对零件进行位移约束，选择活动齿板的两个端面约束，固定所有的自由度，然后在进行载荷分析，选择载荷类型为“压力载荷”。得到如图6-6所示的分析图

图6-6 活动齿板结构分析图

位移节点如图6-7所示

图6-7 位移节点

应力-单元节点如图6-8所示

图6-8 应力-单元节点

2）分析结果
通过位移节点图和应力节点图可以看出破碎机在破碎过程中随着动鄂板和定鄂板破碎物料，活动齿板受挤压会发生变形，会在一定程度上影响破碎机的破碎效果，从而影响破碎机的生产效率和生产质量，那么我们在设计过程中要注意活动齿板的尺寸设计，应力的最大值出现在活动齿板的顶端部位，所以要在活动齿板的顶端进行强化处理工艺，提高顶端的硬度和抗压强度。这样可以使产品得到更优化的设计。
6.3结论
1）运用Pro/E运动仿真能够清晰的看出在工作过程中零件受到载荷作用的变化情况，为提高零件的刚性、强度等各种物理化学性能奠定了基础。 
2）利用性能仿真模块对零件进行静态力学分析，仿真结果反过来可以为零件的结构设计提供了更好的计算依据。
3）本次对各零件的运动分析具有较高的参考价值，为整个复摆鄂式破碎机的设计和运动仿真部分提供了丰富的理论基础，本次对零件的有限元分析能够更加封边的对零件进行强度校核。
4）利用Pro/E对零件进行运动仿真，可以减少很多不必要的实际操作，不仅减少实验经费，同时节约了大量的时间，能够对产品进行更优化的设计，为产品性能的提升开发提供了不可或缺的能量。

结论
这次的毕业设计让我对复摆鄂式破碎机有了一定的了解。通过阅读查找资料文献也了解了现阶段国内外与设计内容相关的先进技术，对机械行业的许多知识有了进一步的了解，尤其是机构的性能仿真部分给我带来了很多收获。对将来从事本专业行业提供了良好的基础，同时也学会了从多个方面去考虑一个产品的设计研发。
本次毕业设计主要工作有以下几个：
（1） 对复摆鄂式破碎机的结构组成部分进行认真分析研究，确定复摆鄂式破碎机的整体结构设计和本次课题的研究设计方向。
（2） 选取破碎机的部分重要的零件进行设计计算，对现有的破碎设备进行分析研究，采纳其中优秀的设计部分，发现本套设备存在的缺点并加以改造，了解复摆鄂式破碎机的工作原理。
（3） 认真选择符合复摆鄂式破碎机各方面特点的电动机，提供稳定高效的动力源。
（4） 设计复摆鄂式破碎机的破碎结构部分，主要考虑设备所能承受的最大破碎力、结构分布的合理性以及材料的选择。
（5） 绘制复摆鄂式破碎机的整体结构及重要零件的CAD图纸。
（6） 利用Pro/E软件对破碎机构的一些重要零件进行选择性的建模，并详细介绍建模的步骤。
（7） 在利用Pro/E对零件建模的前提下，装配破碎机破碎机构的零件且进行结构性能仿真，并对重要零件进行有限元分析，进一步了解破碎机在工作生产过程中重要零件的受力情况以及材料受压力作用发生的内部结构的变化。
对于本次课题设计在以后的阶段还需要进一步的改善：
（1） 破碎机的动鄂板与衬板的连接部分过于固定，磨损较为严重，影响零件的使用寿命，希望在以后的研究过程中能够得到更优化的设计。
（2） 动鄂板抗压能力有待提高，希望能从结构设计和材料等多方面进行强化。
（3） 由于时间有限，本次设计还存在许多地方考虑的不是特别到位，希望在以后的设计过程中不断发现并改进。

致谢

参考文献
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