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摘 要
生活垃圾的危害性十分可怕，污染環(huán)境，危害人類健康。本文主要研究的是生活垃圾的破碎機。主要設計了破碎機的工作功能結構。本生活垃圾粉碎設備設計的核心是對垃圾的剪切擠壓裝置的設計，主要采用相互嚙合的刀體對生活垃圾進行擠壓剪切，進而達到粉碎的目的。
本垃圾粉碎設備本采用雙軸擠壓破碎形式，其主要破碎形式為擠壓破碎方式，另外還具有一定的剪切作用。刀軸由電機通過減速器帶動轉動，兩根刀軸逆向轉動，刀軸上的類似齒狀的刀體類似齒輪相互嚙合，將垃圾物料咬進刀體縫隙之間，隨著刀軸的轉動，刀體間的分析進行從大到小到大的變化過程，此過程中物料經歷被咬住，被壓碎，被帶出三個步驟，從而完成破碎過程。由于采用了減速機降低了轉速，所以破碎過程具有粉塵較小、噪音較小，運行平穩(wěn)等特點，而且通過量大，破碎效率較高。
關鍵詞：生活垃圾；雙軸破碎；撕碎；剪切
Abstract
The hazardous nature of domestic waste is terrible, polluting the environment and endangering human health. In this paper, the main research is the life garbage crusher. The function structure of the crusher is mainly designed. The core of the design of the garbage crushing equipment is the design of the shearing extrusion device for garbage, which mainly adopts the knife body which is engaged with each other to carry out the extrusion and shearing of the garbage, and then achieves the purpose of crushing.
The garbage crushing equipment adopts the form of biaxial extrusion and crushing, the main crushing form is crushing way, and also has a certain shear effect. Knife shaft by a motor through a speed reducer drives the rotating, two cutter shaft reverse rotation, similar toothed cutter shaft cutter body similar gear meshing, waste material bite feed gap between, with the rotation of the cutter shaft, cutter body analysis are from big to small to large changes in the process, this process materials experienced being bitten, crushed, was carried out in three steps, so as to accomplish the process of breaking. Because the speed reducer is adopted, the crushing process has the characteristics of small dust, low noise, stable operation, etc., and the crushing efficiency is high.
Key words: Domestic waste; biaxial breaking; tear; shear
目 錄
第1章 緒論 1
1．1生活垃圾處理設備的目的和意義 1
1．2生活垃圾處理方法 1
1.2.1滅菌消毒 1
1.2.2高溫焚燒法 2
1.2.3熱解處理法 2
1.2.4等離子消毒法 2
1.2.5填埋法 2
1．3國內生活垃圾管理存在的問題 2
1．4生活垃圾破碎機的作用及組成 3
1.4.1破碎機的作用 3
1.4.2破碎機主要組成 3
1．5國內外生活垃圾破碎機的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 4
1.5.1國內外研究現(xiàn)狀 4
1.5.2發(fā)展趨勢 6
第2章 總體設計 7
2．1概述 7
2．2設計任務 7
2．3設計目的 7
2．4總體結構形式 8
2.4.1破碎形式選擇 8
2．5破碎機工作部件設計 10
2.5.1刀體材料 10
2.5.2刀體尺寸確定 10
2.5.3刀體破碎過程分析 10
2.5.4刀軸轉速確定 11
2.5.5防護罩設計 11
2．6傳動系統(tǒng)組成 11
2.6.1電動機選擇 11
2.6.2聯(lián)軸器選擇 12
2.6.3減速機選擇 12
2.6.4軸承選擇 12
第3章 設計計算 13
3．1齒輪設計計算 13
3．2軸的設計計算 17
3．3鍵的設計計算 22
3．4軸承的設計計算 23
3．5工程配合的確定 24
3．6進料口設計 25
3．7刀箱設計 25
3．8機架設計 26
結語 27
參考文獻 28
致謝 29
第1章 緒論
1．1生活垃圾處理設備的目的和意義
生活垃圾的危害性十分可怕，污染環(huán)境，危害人類健康。
污染環(huán)境方面，生活垃圾對大氣、地下水、地表水、土壤等均有污染作用。垃圾露天堆放，造成大量氨氣、硫化物等有害氣體的釋放，嚴重污染大氣，其中垃圾分解散發(fā)的多氯聯(lián)苯、二惡英等，均是致癌物。生活垃圾攜帶的病原體、重金屬和有機污染物經雨水和生物水解產生的滲濾液作用，可對地表水和地下水造成嚴重污染。垃圾滲濾液中的重金屬在降雨的淋溶沖刷作用下進入土壤，導致土壤重金屬累積和污染。對生活垃圾處理不當還可對環(huán)境造成二次污染。
生活垃圾還嚴重危害人體健康，生活垃圾中有許多致病微生物，又往往是蚊、蠅、蟑螂和老鼠的繁殖地。這些病菌可以通過在垃圾中生活的生物，轉移給人類。生活垃圾中還可能存在化學污染物及放射性等有害物質，具有極大的危險性。若對直接暴露于生活垃圾的從業(yè)人員的管理與培訓不是很嚴格，可能還會造成更多的危害。
當今社會對于環(huán)境保護的要求日益增加，而生活垃圾作為一種極其危險的環(huán)境污染種類，對其合理的處理也顯的十分重要。
1．2生活垃圾處理方法
用于處理生活垃圾已有多種技術，根據(jù)處理原理不同，一般可分為滅菌消毒法、焚燒法、等離子體法、熱解法和衛(wèi)生填埋法等。
1.2.1滅菌消毒
滅菌消毒處理方法較多，可采取高溫高壓蒸汽滅菌法、化學消毒法、微波消毒法等。滅菌消毒法主要是通過高溫、高壓、化學試劑、一定頻率或波長的微波等技術，破壞微生物及病毒的生存環(huán)境，降低生活垃圾對人體健康及環(huán)境危害的程度。滅菌消毒法需針對不同的生活垃圾選擇不同的滅菌方法，其滅菌效果限制因素較多，由于生活垃圾的種類繁多且差異性大，因此有可能無法達到最佳的滅菌效果。而且垃圾的體積和外觀不會發(fā)生明顯改變，一般條件下可用于焚燒前的預處理，在某些情況下也可以作為最終填埋處置前的處理手段。
1.2.2高溫焚燒法
根據(jù)研究，生活垃圾中占總重量92%的組分為可燃性成分，不可燃成分僅為8%，在一定溫度和充足的氧氣條件下，可以完全燃燒成灰燼。焚燒處理是一個深度氧化的化學過程，在高溫火焰作用下，焚燒設備內的生活垃圾經過烘干、引燃、焚燒三個階段將其轉化成殘渣和氣體，病原微生物和有害物質在焚燒過程中也因高溫而被有效破壞，還能有效實現(xiàn)減容和減重。焚燒法適用于各種傳染性生活垃圾，是生活垃圾處理領域的主流技術。
1.2.3熱解處理法
熱解法是利用垃圾中有機物的熱不穩(wěn)定性，將生活垃圾中有機成分在無氧或貧氧的條件下高溫加熱，用熱能使化合物的化合鍵斷裂，使大分子量的有機物轉變?yōu)榭扇夹詺怏w、液體燃料和焦炭的過程。這種處理技術與焚燒法相比溫度較低，無明火燃燒過程，重金屬等大都保持在殘渣之中，可回收大量的熱能，較好地解決了生活垃圾焚燒處理技術的最大難題。
1.2.4等離子消毒法
等離子體法是處理生活垃圾的一項創(chuàng)新技術，它消毒殺菌的原理是：用等離子體電弧爐產生的高溫殺死生活垃圾中的所有微生物，摧毀殘留于細胞的毒性藥物和有毒的化學藥劑，并將金屬銳器及無機化學品熔融，使其徹底銷毀。
1.2.5填埋法
填埋法是目前生活垃圾處理最常用的方法，其基本原理是生活垃圾經過粉碎處理減容及消毒后，填埋于指定地點，經地下微生物分解作用將垃圾分解為無害的物質。此種處理方法費用較低，且不產生空氣污染，但部分有害物質可能滲透進入地下河流，具有一定的環(huán)境隱患。
1．3國內生活垃圾管理存在的問題
目前我國生活垃圾處理過程存在的主要問題是部分醫(yī)療廢物混入生活垃圾而未進行嚴格消毒等處理過程；醫(yī)療廢物包裝醫(yī)用小型焚燒爐分散樹立設備有待規(guī)范；醫(yī)療廢物處理達不到控制所需標準；眾多醫(yī)療機構的醫(yī)療廢物沒有按照技術要求實施分類包裝，且包裝袋較薄，易破，利器盒封閉性不好，容易導致污染物泄露；運輸設備簡陋，自動化和專業(yè)化程度較低，尚有待進一步規(guī)范。
我國生活垃圾處理尋在著許多問題，新型社會主義社會的環(huán)境保護要求日益嚴重，我國生活垃圾處理管理應當?shù)玫絿栏竦囊?guī)范化和正規(guī)化。
綜上，生活垃圾處理方法大部分均需進行一步粉碎減容處理，因此生活垃圾粉碎處理機的發(fā)展得到更多的關注。
1．4生活垃圾破碎機的作用及組成
1.4.1破碎機的作用
由于生活垃圾大都是固體廢物，而破碎機對處理固體生活垃圾來說，能起到很重要的作用，所以要選用固體破碎機。生活垃圾破碎機通過一個容器將生活垃圾聚集，然后利用粉碎裝置將其剪切、撕裂和擠壓使垃圾尺寸減小達到減容的目的，并為之后的焚燒、填埋等做準備。固體粉碎機如下圖1-1所示。
圖1-1 固體粉碎機
1.4.2破碎機主要組成
生活垃圾破碎設備主要由電機配減速機帶動兩根軸轉動，主軸上面有不規(guī)則的刀片，通過滾刀片對垃圾的剪斷剪碎撕扯，從而對垃圾實現(xiàn)破碎，這種兩軸對滾剪切的破碎機也叫撕碎機，雙軸破碎機可以通過需要破碎的產量及碎后的要求可確定其使用型號，這種破碎設備可根據(jù)對方整個生產線自動化要求對設備高度及控制口對接，設備使用智能的PLC控制，還帶自動反轉功能，在電器及設備結構上都設有過載保護功能，多重保護，減少設備故障率提高設備運行效率。
1) 破碎機主體
設備主要機體采用Q235鋼板焊接消除應力處理整體機加工，確保設備在長時間重負荷中穩(wěn)定性。
2) 動刀/定刀
動刀材料采用專用特殊合金工具鋼鍛打毛坯，精密機加工、多次熱處理和低溫冷凍熱處理技術而成，整體韌性硬度一致能重復修復使用，確保在切削性能和使用壽命。定刀采用專利掛鉤式安裝，優(yōu)化刀具更換功能，使刀具維護更換更加高效。定刀結構形式如下圖1-2所示。
圖1-2 定刀結構形式
3) 軸承/密封
軸承座采用專利的拼合便拆式，能快速拆下動刀、定刀、軸承等部件，易于維護和更換刀具，特有的密封結構有效阻隔破碎物和油脂的接觸，處理液態(tài)物料也能保護軸承和齒輪等。
4) 刀軸
采用高強度重載專用鋼材加工精制，更合理地配合刀具為切削提供有力的動力。
5) 機架料斗
可配合客戶場地個性化加工訂做，更加合理地融入生產線中進行大規(guī)模生產。
1．5國內外生活垃圾破碎機的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
1.5.1國內外研究現(xiàn)狀
生活垃圾粉碎過程是個復雜的過程，其中涉及到物理及化學多方面的理論支持。因此，完整的、系統(tǒng)的粉碎功耗理論及機理需要在多學科支持下建立。我國由于資金和技術的限制，生活垃圾粉碎多集中在小型破碎機的研究上，而業(yè)內人士一致公認國際上的破碎設備正在向大型化、高產、高效及節(jié)能降耗等方向發(fā)展。生活垃圾處理設備是通過一個容器將廢物聚集，然后利用粉碎裝置將其剪切、撕裂和擠壓使垃圾尺寸減小達到減容的目的。
目前，破碎機的發(fā)展主要存在如下問題:
(1)應用新型耐磨材料較少。
目前，破碎機常選用常規(guī)的高鉻鑄鐵、超高錳鋼等。實際上破碎機中一些易磨損件應采用較好的新型耐磨材料，可有助于提高破碎機的使用壽命。因此，對破碎機中關鍵部件，采用新型的耐磨材料應該是破碎機發(fā)展中的一個方向。
(2)計算機輔助設計水平較低。
眾所周知，采用現(xiàn)代設計方法，如計算機輔助設計，可以提高產品的性能和可靠性，縮短產品開發(fā)周期，提高產品競爭力目前，利用計算機進行二維設計已經十分普及，然而，利用三維繪圖軟件，如Pro/E進行設計的較少，對破碎機的關鍵部件采用有限元軟件ANSYS進行分析的較少，利用運動學軟件ADAMS對整機進行動力學分析的也較少。因此，利用計算機對破碎機進行優(yōu)化設計的研究應該進一步加強。
(3)破碎機的制造工藝水平較差。
破碎機的制造水平是研發(fā)先進破碎機的基礎條件，而目前礦石機械中，多為粗放式的加工工藝，且缺少先進的加工設備，這將難以保證破碎機的加工精度，破碎機的使用壽命和運行的穩(wěn)定性也將難以保障。因此，提高破碎機制造工藝水平也需提高。
目前生活垃圾處理設備的生產廠家有：斯瑞德環(huán)保設備科技有限公司、江蘇河海給排水成套設備有限公司、碎得機械(北京)有限公司等。
斯瑞德環(huán)保設備科技有限公司專業(yè)設計制造harden牌的單軸/雙軸生活垃圾破碎機可用于生活垃圾的破碎處理；江蘇河海給排水成套設備有限公司生產的生活垃圾粉碎機適用于大中城市和大中型醫(yī)院對生活垃圾的集中無害化處理。碎得機械(北京)有限公司的破碎機具有可靠性高、單機破碎能力大、比能耗最低等優(yōu)點，已在國內的生活垃圾焚燒發(fā)電廠、RDF衍生燃料處理廠、危險廢物處理廠及醫(yī)療廢物處理、處置等企業(yè)得到廣泛、成功的使用。
斯瑞德的回轉剪切式破碎機有各種型號尺寸的生活垃圾破碎機，以滿足客戶對產量的不同需求，也可以根據(jù)客人的具體要求定做。
1.斯瑞德雙軸破碎機堅固耐用，適用于多種工況如木材破碎回收，生活垃圾處理，餐廚垃圾處理，生活垃圾處理，電子硬盤破碎；
2、進料斗形狀可選，
3、可配套進出料輸送帶，
4、刀片厚度可由出料尺寸決定，
5、刀尖鉤形狀可選，
6、定刀掛在刀箱壁板上，方便快速拆裝與維護。
7、動刀板用合金鋼打制，經硬化耐磨處理，使用壽命長；
8.斯瑞德破碎機剪切結構經優(yōu)化設計，保證破碎效率和物料適用廣泛性
斯瑞德生活垃圾破碎機設備特點：
1、大型破碎機配有減震液力偶合器；PLC全程控制；
2、破碎機可選瓦楞形料倉地板以使適合薄片物料；
3、管材破碎機推料塊可配備齒頭抓固物料
4、斯瑞德破碎機有多種刀輥槽型適應與不同物料破碎的應用；
5、生活垃圾破碎機的動刀齒形有多種選擇適應于不同的物料性能和顆粒度要求。
斯瑞德大型垃圾撕碎機工作時，物料從料斗投進，推料塊把物料推向轉動的刀輥，PL系統(tǒng)通過控制推料塊的進退來調節(jié)刀輥的負荷。推料塊帶有自潔機構，保證碎料不會被帶出碎料倉。刀輥、定刀和篩網的相對集合尺寸調整到最終保證碎料的顆粒均勻度。出料可以配以螺旋出料機或皮帶輸送機。
1.5.2發(fā)展趨勢
就目前我國破碎機的現(xiàn)狀及發(fā)展前景而言，國內生活垃圾破碎機的發(fā)展空間和潛力十分巨大，需要一段時間的摸索和開發(fā)。要縮小通國外粉碎機的技術差距，我國相關部門仍需加大資金投入，加強破碎基礎理論的研究，提高耐磨材料性能，提高制造工藝水平，利用計算機對破碎機進行優(yōu)化設計的研究，借以提高產品性能和可靠性，并擴大使用范圍，是積極參與競爭、開發(fā)中國破碎機市場的關鍵。
第2章 總體設計
2．1概述
總體設計是機械設計中極為關鍵的環(huán)節(jié)，它是對所設計的機械的總的設想，總體設計的成敗，關系到整部機械的經濟技術指標，直接決定了機械設計的成敗。對于本設計，主要是對生活垃圾進行粉碎為以后進一步處理做準備。本生活垃圾粉碎設備設計的核心是對垃圾的剪切擠壓裝置的設計，主要采用相互嚙合的刀體對生活垃圾進行擠壓剪切，進而達到粉碎的目的。
總體設計原則：
1.遵守“三化”：零件標準化、產品系列化、部件通用化。
2.采用“四新”：新技術、新結構、新材料、新工藝。
3.滿足“三好”：好制造、好使用、好維修。制定總則之后，可以編制設計任務書，在調研的基礎上，運用所學知識，從優(yōu)選擇總體方案，以確保設計的成功。制定總則之后，便可以編制設計任務書，在調研的基礎上，運用所學知識，從優(yōu)選擇總體方案，以確保設計的成功。
2．2設計任務
本設計主要針對生活垃圾的處理，所以不同于一般的破碎機。要求能夠對各種材料的生活垃圾如：玻璃、塑料、橡膠、金屬等材料的垃圾進行粉碎，已達到所要求的標準，必要時要進行消毒處理。
粉碎物及工作設備符合國家標準。設計要求達到結構合理、生產成本低、能耗小，效率高，滿足工作性能，而且操作方便的目的。
2．3設計目的
1．培養(yǎng)學生綜合應用所學理論知識和技能，分析和解決機械工程實際問題的能力，熟悉生產技術工作的一般程序和方法。我們已經經過了三年的課本知識的學習，通過本次畢業(yè)設計可以使我們將以前所學到的知識進行整合，綜合起來運用到具體的實踐中，進而能夠對知識進行深刻認識，為以后工作打下基礎。
2．培養(yǎng)學生懂得工程技術工作所必須的全局觀念、生產觀念和經濟觀念，樹立正確的設計思想和嚴肅認真的工作作風。使我們能夠從全局考慮，分析機器的使用目的。通過掌握的使用目的，結合所學知識找出機器的工作原理進而設計出能夠達到目的的合理設備。
3．培養(yǎng)學生調查研究，查閱技術；文獻、資料、手冊，進行工程計算、圖樣繪制及編寫技術文件的能力。我們通過對自己所設計的設備進行圖樣繪制時，在熟練運用繪圖軟件的同時能夠變化圖邊發(fā)現(xiàn)問題，改進設計方案，最終達到最優(yōu)效果。
2．4總體結構形式
2.4.1破碎形式選擇
本垃圾粉碎設備本采用雙軸擠壓破碎形式，其主要破碎形式為擠壓破碎方式，另外還具有一定的剪切作用。刀軸由電機通過減速器帶動轉動，兩根刀軸逆向轉動，刀軸上的類似齒狀的刀體類似齒輪相互嚙合，將垃圾物料咬進刀體縫隙之間，隨著刀軸的轉動，刀體間的分析進行從大到小到大的變化過程，此過程中物料經歷被咬住，被壓碎，被帶出三個步驟，從而完成破碎過程。由于同軸刀體之間互成12.5度安裝，故刀體嚙合的過程中，對物料還有剪切的作用。對于堅固物料主要進行擠壓破碎作用；對于柔性物料，主要進行剪切作用。由于采用了減速機降低了轉速，所以破碎過程具有粉塵較小、噪音較小，運行平穩(wěn)等特點，而且通過量大，破碎效率較高。
圖2-1
本垃圾處理設備，主要的部件有電機，大、小皮帶輪，皮帶，減速機，聯(lián)軸器，齒輪，刀軸，料槽，刀體、機架和殼體等。
各部分具體功能如下：電機為設備提供動力。電機作為動力源，具有啟動方便，易于控制轉速，運行平穩(wěn)，易于實現(xiàn)電氣控制等特點；大、小皮帶輪及皮帶傳遞電機扭矩到減速器，同時具有一定的減速作用。由于皮帶傳動具有傳動平穩(wěn)、緩沖吸震的特點，所以當過載時對電機具有保護作用；減速機降低電機轉速，增大電機扭矩，為刀軸提供工作扭矩；聯(lián)軸器用于兩軸之間的連接，保證動力的傳遞。本設備中主要傳遞減速器與主刀軸之間的扭矩；齒輪主要用于傳遞動力，保證兩刀軸能夠同等轉速，以保證刀體能夠互相嚙合；刀軸傳遞扭矩給刀體，同時連接刀體，齒輪，聯(lián)軸器等部件，是設備的關鍵部件；料槽用于儲備一定的生活垃圾，同時保證垃圾一定的進料速度；刀體相互嚙合，對生活垃圾的進行擠壓剪切作用，以達到粉碎減容的效果；機架和殼體為刀軸，減速器，電機進行定位。
本生活垃圾粉碎機結構較為簡單，粉碎能力強，適應性能好，不僅能粉碎較大、較硬的生活垃圾，如玻璃容器、塑料容器、注射器等，還能粉碎柔性生活垃圾，如紗布、塑料膜等，綜合粉碎性能好，適用于大中城市和大中型醫(yī)院對生活垃圾的集中無害化處理。
圖2-2 雙軸破碎機結構圖
本設計的主要特點
1、 厚實的刀體，采用合金結構鋼，硬度大，能夠達到壓碎堅固物體的目的；刀體間間隙配合合理，能夠對柔性垃圾達到一定的剪切效果。
2、 刀體采用合金鋼制造，使用壽命長。
3、 破碎機機架鋼板材厚實，可抗高扭矩，非常堅固。
4、 易于操作，低耗能，維護費用低、經濟耐用。
2．5破碎機工作部件設計
2.5.1刀體材料
垃圾破碎機工作時，刀盤上的刀頭起著至關重要的作用。因為該破碎機的破碎原理就是依靠刀頭和兩個刀盤之間的剪切力來把物料剪碎。而且城市固體垃圾成分復雜，對刀頭的強度、耐磨性和耐腐蝕性都有很高的要求。我們在圖2-1中可以看到．國外垃圾破碎機的刀頭和刀盤多為一體結構，這樣雖然可以保證刀頭有足夠的強度。但是其工藝性有一定缺點，而且，就刀盤的選材而言，如果選用碳素鋼，顯然其硬度、耐磨性等其它機械性能不能滿足需要，如果選擇適合加工刀具的高速鋼或者硬質合金時，其成本又太高，不能滿足設備設計的經濟性的要求。
2.5.2刀體尺寸確定
刀體刀頂圓直徑為430mm，刀體厚度為55mm，每個刀體有8個刀齒，均勻分布于刀體，每個刀齒距為168.8mm，刀齒長度為40mm。安裝時，四個刀體組成一組，整個刀軸共有7組28把刀，每兩個相鄰的刀體互成12.5度角。刀體的基本結構如上圖。
2.5.3刀體破碎過程分析
刀體破碎過程中有兩個擠壓作用區(qū)域，分別為刀體1、2相互嚙合過程中形成區(qū)域A和區(qū)域B。其中A區(qū)域的作用過程為刀體1刀齒的下平面與刀體2相嚙合的刀齒上曲面形成的區(qū)域隨著刀體的轉動逐漸減小，對區(qū)域內的垃圾進行擠壓作用；B區(qū)域的作用過程為刀體1的刀齒頂與刀體2的刀體內壁及刀齒下平面形成作用空間，隨著刀體的轉動，空間減小，從而對垃圾進行擠壓作用。
圖2-3 刀體破碎過程示意圖
2.5.4刀軸轉速確定
刀頭的線速度V值對剪切(破碎)效果影響很大，不同物料破碎的最佳線速度也不同。當v值增大時，刀頭對物料的打擊、剪切作用增強，也提高了破碎能力；但是v值過大時，則機器的空載功率增加，同時噪聲和振動也隨之增加，導致剪切(破碎)能力下降。因此，v值對提高剪切、破碎效率及性能至關重要?？紤]機器的實際應用，垃圾破碎機不可能只加工一種物料。我們暫采用工作軸的轉速為n=25r/min，我們可以通過改變電機轉速來得到最優(yōu)值。
2.5.5防護罩設計
機器是為人類服務的，同時它叉在一定的環(huán)境中工作，人、機、環(huán)境三者構成一個特定的系統(tǒng)。機器工作時不僅機器本身應具有良好的安全性，而且對使用機器的人員及周圍的環(huán)境也應有良好的安全性。為了保證操作人員的安全，防止在實際工作過程中，發(fā)生異物纏繞以及傷人情況，我們在聯(lián)軸器上設計一個防護罩，這樣可以保障旋轉工件工作時的安全性。
2．6傳動系統(tǒng)組成
2.6.1電動機選擇
由于本生活垃圾粉碎設備的粉碎對象為生活垃圾，刀軸轉速慢，故載荷較大且變化具有周期性；生產工藝對電動機的啟動、制動、反轉、調速等要求較低，故選擇電動機的類型為異步電動機。
由于負載較平穩(wěn)，對起制動無特殊要求，所以選擇普通籠型異步電動機。
根據(jù)生產機械的最高轉速和對電力傳動調速系統(tǒng)的過渡過程性能的要求，以及機械減速機構的復雜程度，選擇電動機的額定轉速。
此外，還應考慮運行可靠性、設備的供貨情況、備品備件的通用性、安裝檢修的難易，以及產品價格、建設費用、運行和維修費用及生產過程中前后期電動機容量的變化關系等因素。
綜上考慮，選擇Y系列封閉式三相異步電機。
此電動機的結構特點：能防止水滴或其他雜物由垂直方向落入電機內部，為籠型轉子。適用于拖動對啟動性能、調速性能及轉差率均無特殊要求的一般機械。主要性能及特點：結構牢固，運行可靠，使用維修方便，性能良好?？刹捎脻M壓啟動，在電網容量較小地區(qū)也可采用降壓啟動。
2.6.2聯(lián)軸器選擇
在本醫(yī)療垃設備中聯(lián)軸器連接在減速機和主刀軸之間，轉矩較大，轉矩變化中等，需要一定的緩沖減震作用，此處轉速很低，主刀軸與減速機在轉動過程中根據(jù)安裝要求，易產生一定的附加相對位移，一級綜合考慮到動力機系數(shù)，工況系數(shù)，啟動系數(shù)，溫度系數(shù)等，應當選擇撓性聯(lián)軸器。
撓性聯(lián)軸器的特點及用途：具有定量補償兩軸相對偏移和一般減震、緩沖、電絕緣性能。外形尺寸小，重量較輕，承載能力較大，要求安裝精度高。用于正反轉變化較多、啟動較頻繁的高、中速軸傳動。不適用于凍災變化大以及有強烈沖擊和扭振的場合。
2.6.3減速機選擇
擺線針輪減速機是由少齒差漸開線齒形行星減速器發(fā)展而來的。所不同的是它的行星輪齒是采用擺線齒，而內齒輪是采用針齒.
與普通減速器比較，擺線針輪傳動和少吃差行星傳動一樣，也具有結構緊湊、體積小、重量輕等優(yōu)點。
1.轉臂軸承載荷只有漸開線齒形的60%左右，即壽命提高5倍左右；
2.擺線輪與針輪間幾乎有半數(shù)齒同時接觸，而且擺線齒和針輪都可以磨削，故運轉平穩(wěn)、噪聲??；
3.針齒銷可以加套筒，使與擺線輪的接觸成為滾動摩擦，延長了擺線輪這一重要零件的壽命；
4.傳動效率高，一般傳動可達90%到95%。
2.6.4軸承選擇
刀軸的兩軸各裝一個軸承，軸承對刀的軸向和徑向定位具有重要作用，分析刀體的主要破碎形式為擠壓形式，可知刀軸所受的載荷很大，故優(yōu)先選擇圓柱滾子軸。又軸上的刀體需要軸承進行軸向定位，且破碎形式有一定的剪切破碎形式，故需要一定的軸向力。綜上考慮，選用內圈有單擋邊的圓柱滾子軸承NJ系列。
28
第3章 設計計算
3．1齒輪設計計算
電動機效率為0.91；
V帶的效率為0.94；
聯(lián)軸器的效率為0.99；
減速器的效率為0.9；
所以傳到齒輪上的功率為
=300.910.940.90.99=22.86KW
主動齒輪的轉速為25r/min，齒數(shù)比u=1，工作壽命為15年（設每年工作300天），兩班制。
（1）選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)
1）選用標準斜齒圓柱齒輪傳動。
2）粉碎機為一般工作機器，速度不高，故選用7級精度。
3）齒輪的材料選擇為40Cr（調質），硬度為280HBS。
4）初步選取齒輪的齒數(shù)為=50= 。
5）選取螺旋角
（2）按齒面接觸強度計算
1）試選載荷系數(shù)
試選載荷系數(shù)=1.6
2）選取區(qū)域系數(shù)
由《機械設計》圖10-30選取區(qū)域系數(shù)=2.433
3)確定線性重合度
查《機械設計》表10-26得，
4）接觸疲勞強度極限
由《機械設計》圖10-21d查得齒輪接觸疲勞強度極限=600MPa
5)小齒輪傳遞的轉矩
6）齒寬系數(shù)
查《機械設計》表10-7，
7）選取彈性影響系數(shù)
查《機械設計》表10-6，
8）計算應力循環(huán)次數(shù)N
9）選取接觸疲勞壽命系數(shù)
由《機械設計》圖10-19選取接觸疲勞壽命系數(shù)
10)計算接觸疲勞許用應力
取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1
11)許用接觸應力
12）計算小齒輪分度圓直徑
13)計算圓周速度v
14)計算齒寬b及模數(shù)
15）縱向重合度
16)計算載荷系數(shù)K
查《機械設計》表10-2，使用系數(shù)
圖10-8，動載荷系數(shù)；
表10-4，；
圖10-13，；
表10-3，；
載荷系數(shù)為
17）按實際的載荷系數(shù)校正所得到的分度圓直徑d1
18）計算模數(shù)
(3)按齒根彎曲強度計算
1）計算載荷系數(shù)K
2）選取螺旋角影響系數(shù)
根據(jù)縱向重合度，從《機械設計》圖10-28中查得螺旋角影響系數(shù)
3）計算當量齒數(shù)
4)查取齒形系數(shù)
查《機械設計》表10-5，
5)應力校正系數(shù)
查《機械設計》表10-5，
6）齒輪的彎曲疲勞強度極限
由《機械設計》圖10-20c選取齒輪的彎曲疲勞強度極限
7）彎曲疲勞壽命系數(shù)
查《機械設計》圖10-18，
8）計算彎曲疲勞許用應力
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4
9）比較的大小
兩齒輪的大小相同
10）設計計算
對比此結果，由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強度計算的法面模數(shù)，取，還可滿足彎曲強度。
根據(jù)軸間距、刀的大小和刀齒之間的間隙，確定分度圓直徑為，前面算得的分度圓直徑為397.81mm，相差不多，故設計合理。
計算應有的齒輪齒數(shù)：
圓整為48，所以，這樣設計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結構緊湊，避免浪費。
（4）幾何尺寸計算
1）計算中心距a
，將中心距圓整為396mm
2）按圓整后的中心距修整螺旋角
因為值變化不多，故參數(shù)、、等不必修正。
3）齒輪的分度圓直徑
4）計算齒輪寬度b
，圓整后取B1=245mm，B2=240mm。
5)結構設計
因齒輪齒頂圓直徑大于160mm、而又小于500mm，故齒輪均采用腹板式結構。
，其他有關尺寸參照《機械設計》圖10-39的結構尺寸。
3．2軸的設計計算
（1）計算輸入軸上的功率P、轉速n和轉矩T
（2）初步確定軸的最小直徑
選取軸的材料為45鋼，調制處理。根據(jù)《機械設計》表15-3，取A0=112，于是得
輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器的直徑dⅠ-Ⅱ。為了使所選的軸直徑dⅠ-Ⅱ與聯(lián)軸器的孔徑相適應，故需同時選取聯(lián)軸器型號。
（3）選定聯(lián)軸器
聯(lián)軸器計算轉矩，查《機械設計》表14-1，考慮到轉矩變化中等，故取，則，按照計算轉矩應小于聯(lián)軸器公稱轉矩的條件，查《機械零件設計手冊》表11-15，選用HL9型彈性柱銷聯(lián)軸器，其公稱轉矩為16000，半聯(lián)軸器的孔徑，故取dⅠ-Ⅱ=110mm，半聯(lián)軸器的長度L=212mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度。
彈性柱銷聯(lián)軸器傳遞轉矩的能力很大，結構更為簡單，安裝、制造方便，耐久性好，彈性柱銷有一定的緩沖和吸振能力，允許被連接兩軸有一定的軸向位移以及少量的徑向位移和角位
（4）軸的結構設計
1）擬定軸上的零件裝配方案
2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑
1.為了滿足聯(lián)軸器軸向定位的要求，Ⅰ-Ⅱ軸段右端需制一軸肩，故Ⅱ-Ⅲ段直徑dⅡ-Ⅲ=118mm；左端用軸端擋圈定位，按軸端直徑選擋圈直徑D=130mm。半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度；為了保證擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，故Ⅰ-Ⅱ段長度應比略短一些，且需裝軸套對齒輪左端定位，現(xiàn)取
lⅠ-Ⅱ=167-2+20=185mm。
2.取安裝齒輪處的直徑為dⅡ-Ⅲ=118mm；齒輪的左端與左聯(lián)軸器之間采用套筒定位。已知齒輪的輪轂寬度為mm，為了使套筒端面可靠地壓緊齒輪，此軸段應略短于輪轂寬度，故取lⅡ-Ⅲ=240mm。
齒輪右端采用軸肩定位，軸肩高度h=（0.07~0.1）d，取h=8mm，dⅢ-Ⅳ=134mm。
3.初步選擇滾動軸承。因軸承同時受到徑向力和軸向力作用，故選單列圓錐滾子軸承。參照工作要求并根據(jù)dⅢ-Ⅳ=134mm，查《機械零件設計手冊》表8-29產品目錄中，初步選取0基本游隙組、標準精度級的單列圓錐滾子軸承30228，其尺寸為。故dⅣ-Ⅴ=140mm，
dⅦ-Ⅷ=140mm，lⅦ-Ⅷ=45.75mm
4.軸承端蓋的總寬度為20mm。根據(jù)軸承端蓋的拆裝及便于對端蓋內軸承添加潤滑脂的要求，取端蓋的外端面與齒輪的右端面間的距離為39mm，軸承端蓋長m=6mm，故取lⅢ-Ⅳ=39+6+20=65mm。
5.取刀距箱體內壁的距離為a=5mm?？紤]到箱體的制造誤差，在確定滾動軸承的位置時，應距箱體內壁一段距離S，取S=8mm。已知滾動軸承寬度T=45.75mm，則
lⅣ-Ⅴ=T+S+a+4=45.75+8+5+4=62.75mm
6.確定刀軸的長度和直徑。已知每把刀的寬度為50mm，共安裝有28把刀，刀與刀之間的間隙為5mm，則刀軸長lⅤ-Ⅵ=，刀軸直徑dⅤ-Ⅵ=145mm。
7.確定軸肩的長度與直徑。已知最右端刀的右刀面距箱體的距離為5mm，考慮箱體的制造誤差，在確定右端滾動軸承的位置時，應距箱體內壁一段距離S，取S=8mm，則軸肩的長度lⅥ-Ⅶ=8mm，此時右端滾動軸承靠軸肩定位。查《機械零件設計手冊》表8-29，確定軸肩的直徑dⅥ-Ⅶ=154mm。
至此，已初步確定了軸的各段直徑和長度。
3）軸上零件的周向定位
刀體、齒輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接。按軸的直徑dⅠ-Ⅱ=110mm，查《機械零件設計手冊》表5-4，平鍵截面=32mm18mm，鍵槽用鍵槽銑刀加工，鍵槽長度為140mm；選用的平鍵。同理按dⅡ-Ⅲ=118mm，查表5-4，選用平鍵為。
每四把刀為一組，為，則選擇平鍵為。
4) 軸組件的配合
主軸的配合表面最終加工采用外圓磨，精度等級為6級；非配合表面采用精車，精度等級8級；其上鍵槽采用鏜削加工，精度等級7級。
滾動軸承是標準件，其外圈與殼體孔的配合采用基軸制，內圈與軸頸的配合采用基孔制。由于軸承內圈與軸一起旋轉，為了防止內圈與軸頸的配合面相對滑動而產生磨損，要求配合具有一定的過盈，但由于內圈是薄壁零件，過盈量不能過大。軸承精度選E級，則查《互換性與測量技術基礎》中表2-14與表7-7、7-8，選內圈與軸頸的配合為H7/k6，軸承外圈安裝在殼體中，通常不旋轉，兩者間不要求太緊，且有一定的受熱膨脹量，故而采用過渡配合。查《互換性與測量技術基礎》表2-14與表7-7，選軸承外圈殼體孔的配合采用K7/h6。
在鍵連接中，轉矩是通過鍵的側面與鍵槽的側面相互接觸來傳遞的。因此它們的寬度b是主要的配合尺寸。由于鍵是標準件，所以鍵與鍵槽寬b的配合采用基軸制。按照配合松緊的不同，普通平鍵分為松聯(lián)接、正常聯(lián)接和緊密聯(lián)接，則查《互換性與測量技術基礎》表11-2，采用平鍵正常聯(lián)接，軸槽與鍵配合為N9/h8，輪轂槽與鍵配合為JS9/h8。
對于聯(lián)軸器與軸的配合，聯(lián)軸器為標準件，其與軸的配合應為基孔制，故查《互換性與測量技術基礎》表2-13、2-23、2-24，選擇的配合為H7/s6。
主軸與刀片輪轂配合及主軸與齒輪配合，均采用基軸制，查《互換性與測量技術基礎》表2-24選配合為P7/h6。
(5) 確定軸上圓角和倒角尺寸
查《機械設計》表15-2，左端軸端倒角為2.5mm，右端軸端倒角為3.0mm，各軸肩處的圓角半徑見零件圖。
（6）求軸上的載荷
1）求作用在齒輪上的力
因兩軸工作狀態(tài)相同，齒輪的傳遞效率為0.98，即
。
已知齒輪的分度圓直徑d=396mm，則
由于軸承=49mm，查《機械零件設計手冊》411頁，齒輪的作用點取齒輪的中點，圓錐滾子軸承采用正裝，則軸的計算簡圖如上圖所示。
3）軸的水平受力
由受力圖得，
;
彎矩圖如下：
4）軸的垂直受力
由受力圖得:
彎矩圖如下：
5）合成彎矩圖及校核
合成彎矩圖為：
6）軸上扭矩圖
扭矩圖如下：
(7)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強度，即截面A或C。根據(jù)《機械設計》式15-5及上面所計算的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉，扭轉切應力為脈動循環(huán)應變力，取，軸的計算應力：
截面A：
截面C：
由軸的材料為45鋼，調制處理，由表15-1查得，因此，故安全。由于D截面受扭矩較大，故需要校核。
查 《機械設計》表15-3，，則，故安全。
3．3鍵的設計計算
1）軸與聯(lián)軸器連接的鍵的校核
其尺寸為，由《機械設計》表6-2，取許用應力，鍵的工作長度
，鍵的接觸高度
，由《機械設計》式6-1，
連接的擠壓強度不夠，因此改為雙鍵，相隔布置，雙鍵的工作長度，同理得
，滿足要求，故安全。
2）齒輪與軸連接的鍵的校核
其尺寸為，
由表6-2取許用應力，
鍵的工作長度，
鍵的接觸高度，
由式6-1得
滿足要求故安全。
3．4軸承的設計計算
1）兩軸承受到的徑向載荷
查《機械零件設計手冊》可知，圓錐滾子軸承30228，基本額定靜載荷，基本額定動載荷
。
2)兩軸承的計算軸向力
對于30228型軸承，按《機械設計》表13-7，軸承的派生軸向力，其中查《機械零件設計手冊》表8-29，可知Y=1.4，
軸承1放松，軸承2壓緊。
軸承1：；軸承2：
因軸承運轉中有中等沖擊載荷，按表13-6，
，則
3)驗算軸承的壽命
因為，所以按軸承1的受力大小驗算
滿足要求，故安全。
3．5工程配合的確定
主軸的配合表面最終加工采用外圓磨，精度等級6級；非配合表面采用精車，精度等級8級；其上鍵槽采用鏜削加工，精度等級7級。
滾動軸承是標準件，其外圈與殼體孔的配合采用基軸制，內圈與軸頸的配合采用基孔制。由于軸承內圈與軸一起旋轉，為了防止內圈和軸頸的配合面相對滑動而產生磨損，要求配合具有一定的過盈。但由于內圈是薄壁零件，過盈量不能過大。軸承精度選E級，則查互換性與測量技術基礎中表2-14與表7-7及表7-10選內圈和軸頸的配合為H7/k6 。軸承外圈安裝在殼孔中，通常不旋轉，兩者間不要求太緊，且有一定的受熱膨脹量，故而采用過渡配合。查互換性與測量技術基礎中表2-14與表7-7選軸承外圈殼體孔的配合采用K7/h6 。
在鍵聯(lián)接中，轉矩是通過鍵的側面與鍵槽的側面相互接觸來傳遞的，因此它們的寬度b是主要配合尺寸。由于鍵是標準件，所以鍵與鍵槽寬b的配合采用基軸制。按照配合松緊不同，普通平鍵分為松聯(lián)接、正常聯(lián)接和緊密聯(lián)接。則查互換性與測量技術基礎中表11-2采用平鍵正常聯(lián)接軸槽與鍵配合為N9/h8 ，輪轂槽與鍵配合為JS9/h8 。
對于聯(lián)軸節(jié)與軸的配合，對鋼和鑄鐵零件適于做永久性結合，不用鍵可傳遞力矩需用熱脹或冷縮法裝配，需過盈較大，且聯(lián)軸器是標準件其與軸的配合應為基孔制，故查互換性與測量技術基礎中表2-13、表2-23與表2-24選配合為H7/s6 。
主軸與刀片輪轂配合及主軸與齒輪配合均采用基軸制，查互換性與測量技術基礎中表2-24選配合為P7/h6。
3．6進料口設計
進料口的形式如圖所示，由Q235焊接組成，用螺栓與工作倉相連，形狀為倒梯形，方便進料，防止物料外濺，大小斜度可根據(jù)要求自由決定。
進料口上長度為1600mm，下部長度為900mm，高度為1000mm，上部寬度為550mm。
圖3-1 進料口圖紙
3．7刀箱設計
刀箱部分結構如圖所示，由Q235焊接而成，為了拆裝維修檢查方便由三塊板焊接，再將最后側面最后一塊用螺栓連接起來，裝卸方便。
為了保證足夠的強度，為主軸提供可靠地力矩，刀箱體的側面設計有若干加強筋。在刀箱體的前后兩面，軸承座也設計有加強筋進行加強固定。
安裝時，軸承，刀體，刀軸，軸承箱體蓋依次順序安裝。
3．8機架設計
由于幾乎所有部件均與機架相連，故機架不僅提供各部件的連接而且對各部件提供定位作用。但同時，由于送料的方便和出料的方便，初步機架的尺寸為總體圖所示。機架和地面采用地腳螺栓固定。
圖3-2 機架圖紙
結語
歲月如梭，大學四年的學習已經結束。最后一個學期的畢業(yè)實習和畢業(yè)設計轉眼就要結束了?；貞浧疬@幾個月的生活，內心充滿了緊張、忙碌和充實的感覺。在老師的耐心輔導和正確指導下，再經過我自己的不懈努力，終于完成了這次任務繁重的畢業(yè)設計。
由于大學學習實踐環(huán)節(jié)的缺少，在設計中遇到了不少非常困難的問題，但通過老師的輔導和自己的努力，不斷解決了各種難題。這次畢業(yè)設計給我一次非常難得的實踐機會，通過實習與設計的過程的結合讓我們深深的明白了理論與實踐相結合的重要性。同時也給了我們一個查漏補缺的機會，知道了自己在那些知識面還有所欠缺。對于即將踏入社會工作的我們來說具有重大的意義。
由于設計本身具有一定的難度，以及自己知識的漏洞。設計可能存在一定的問題和有不足的地方。希望老師能指出設計不足的地方。對此對老師說一聲“謝謝”。
畢業(yè)設計在大學學習中占有相當重要的位置，是對大學所學知識的檢閱，同時也是四年所學知識的綜合運用與提高，更為我們即將到來的社會工作的一次大練兵。因此，畢業(yè)設計對我們個人的影響而言，其意義是無盡的，深遠的。
在畢業(yè)設計過程中，個人的設計和老師的輔導是相輔相成的，這樣可以啟發(fā)學生的思維能力，拓寬我們的視野，并且在設計中深深體會到了一名設計工作者的辛苦和直著，提高了我們綜合運用所學知識和查閱各類資料的能力，使我們受益非淺，而且我這次設計完全達到了畢業(yè)設計任務書中的要求。
最后，讓我再一次向耐心輔導和給予我們支持的畢業(yè)設計的老師，審圖老師以及答辯老師表示最衷心的感謝和美好的祝愿
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致謝
兩個多月的設計已經接近尾聲，在這過程中，使我真正的知道了學習理論知識和實踐行動的必要性。在這期間，我不斷去圖書館查找相關文獻資料，將自己的課余時間大部分泡在了圖書館，并在這過程中，不斷發(fā)現(xiàn)問題，找老師幫助找出問題的解決方案，讓我充分認識到書本知識與實際工作過程中有很大的差距。本論文很好的將兩者完美結合，讓我在進入工作崗位之前有了一個很好的訓練機會。同時，我也意識到很多事情，不是一個人就能解決的，必須團隊合作，互相溝通，才能將設計完成的更加漂亮。
通過這次的畢業(yè)設計，我在自動控制理論、機械設計等領域，有了進一步的理解?？傊?，本設計為我們打開設計的實際應用后，對本人以后的工作和生活起到了良好的推動作用。
衷心感謝各位老師的精心指導設計過程，特別是X老師，他的諄諄教誨、耐心解釋每一個階段，使得我可以順利的完成此份設計。
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