摘要根據國內外機械式粉碎機工作原理及生物能的推廣應用，對木材的超微粉碎也提出了更高的要求，且對其粉碎質量、效率和粒度的要求更高。設計的超微木粉粉碎機由機架、雙速電機、帶傳動系統(tǒng)、刀軸總成、進料斗、粉碎腔、分級系統(tǒng)、制動系統(tǒng)等組成。該超微粉碎機結構簡單、制造成本低、粒度可調、效率高等特點。粗粉木料經料斗進入粉碎腔，在粉碎腔內與高速動靜刀及木粉顆粒之間互相沖擊、碰撞、磨擦、剪 `切、擠壓而實現(xiàn)超微粉碎，粉碎后由篩網分級，合格產品由收集器收集，不合格產品繼續(xù)在粉碎腔內粉碎，減少了對產品的污染，進一步降低了單位產品的成本、提高了產品的質量。超微木粉產品粒度由篩網規(guī)格型號決定，因此，產品合格率非常高。另外，粉碎機采用1500/3000rpm雙速電動機，可滿足不同粒度木粉粉碎的要求。關鍵詞:超微粉碎動靜刀具粒度粉碎機雙速電機目錄TOC\o"1-3"\h\u4465摘要 I18555第1章緒論 1134271.1課題的來源 1232011.2課題研究的背景 124411.3木材的特性 2146941.3.1木材的加工性能 2207991.3.2木粉的構造 2153191.4亞納米級超細木粉加工技術的應用 3113511.4.1納米級超細木粉加工技術在木材工業(yè)上的實際應用 3138001.4.2高質量納米級超細木粉加工技術是提高木材利用價值的最佳途徑 410741.5我國納米研究的預期目標 591701.5.1我國納米級超細木粉研究的發(fā)展方向 58141.5.2我國納米級超細木粉研究的預期目標 5208171.6本章小結 528014第2章總體方案設計 6255942.1設計任務及要求 6175062.1.1設計目標 6104852.1.2設計的主要參數(shù) 6133182.2設計的主要內容 6189192.3總體方案的擬定 7324402.3.1國內粉碎機發(fā)展情況 7270902.3.2粉碎方式、粉碎室整體結構的確定 812962.4本章小結 1229223第3章粉碎機各部件設計與計算 13125743.1電動機的選用 13228993.1.1電動機的選用原則 1322993.1.2電動機的主要類型 13143963.1.3電動機的選用 1427133.2帶傳動系統(tǒng)設計 15261323.2.1帶傳動的特點 15171873.2.2帶的選擇 15265973.2.3V帶傳動的設計計算 15262383.2.4帶輪設計 175183.3刀軸總成設計 2040033.3.1刀軸總成總體設計 2050233.3.2刀軸總成主要零部件設計 21227573.4定刀設計 29200533.4.1定刀設計要求 29131623.5倉體設計 31134183.51粉碎流程 31244113.52倉體設計 31226973.6制動系統(tǒng)設計 33129463.6.1制動器的選擇 33304163.6.2制動器設計 3325193.7100目木粉粉碎機總裝外觀 35287783.8本章小結 3524813第4章潤滑與密封 36228204.1潤滑 36122724.1.1軸承的潤滑 36223114.1.2倉體、篩網與軸之間的潤滑 36248004.2密封 37325204.2.1軸承端蓋與軸之間的密封 3716124.2.2倉體、篩網與軸之間的密封 37205374.2.3上倉體與下倉體之間的密封 3711404.2.4倉門與倉體之間的密封 37241134.3本章小結 3710332結論 3821411致謝 3917578參考文獻 40第1章緒論1.1課題的來源課題主要依托黑龍江省科技廳省自然基金項目“納米木粉動靜壓磨碎機理和細胞裂解建模理論”(項目編號C2004-13)和黑龍江科技學院青年基金項目“發(fā)電用木粉的粉碎裝備的設計及其內部流場特性研究”(項目編號08-09)進行，設計的主要任務是要完成用于木材發(fā)電原料粉碎的機械裝備設計。本項目提出木纖維納微米形成的新的知識體系和加工途徑，從細胞裂解的水平在納米級超細木粉和木纖維的形成上產生重大的突破。從納米級超細木粉和木纖維的形成原理上產生原始性創(chuàng)新的思路，突破國內外木纖維形成的傳統(tǒng)方法，采用氣體動靜壓技術，形成加壓的新方法，簡化加壓系統(tǒng)的設計，降低納米級超細木粉的設備投資，使我國木纖維的納微米技術達到國際領先的水平。用納微米技術在該領域開創(chuàng)一片新的研究領域。1.2課題研究的背景木材在納米新技術研究的方向有廣闊的發(fā)展前景。在木基納米粉狀材料的應用技術研究包括將木纖維、人造板材料納微米貼面、納米級超細木粉涂面的人造板裝飾材料及其形成機理研究、納米無機聚合物雜化木基材料、納米級超細木粉與生物仿生材料的復合研究。這些將構成納微米人造板學，木材納米材料的特異性質、木材納微米尺寸效應及其機理以及與顯微結構的關系等研究將構成納微米木材學[1]。納米級超細木粉化學的研究、納米林化合成新方法的研究、納米級超細木粉物理法制造催化劑和不使用酸及沒有酸污染研究等將構成納微米木材物理化學的學科[2]。純木纖維的強度高于一般鋼材同直徑細絲在100年前就被實驗證明了，如果將納微米技術引進人造板工業(yè)，我們完全可能制造出可再生資源生產的接近鋼材強度的木基復合材料[3]。木材制成納微米模壓制品以后，硬度可能提高幾倍，這樣的木材可能出現(xiàn)超硬木材[4]。由于變形率的差異，木材和鐵的復合一直非常困難，當木材和鐵都加工到納米級以后，木材和鐵的復合就可能容易的多。如果木材和鐵粉混合，當鐵顯示磁性時，木鐵復合材就顯示磁性。當鐵顯示超順磁性時，木鐵復合材就可能顯示木材超順磁性。這些理論可能構成木材生產磁性和絕磁材性的理論基礎[5]。1.3木材的特性木材的加工性能木材是一種細胞結構十分復雜的生物體，又是典型的各向異性材料，具有明顯的三個主平面。在它的木粉加工性能分析時，必須從三個不同的切面入手，才能了解木粉的構造和性質。這三個切面分別為橫切斷面——垂直于樹干木紋方向，徑切面——沿樹干方向并通過髓心的切面，弦切面——沿樹干方向并與年輪或樹皮成切線相切的切面[6]。木粉的構造木粉構造分宏觀木粉構造和微觀木粉構造。木粉宏觀構造指用肉眼和在10倍放大鏡下能觀察到的木粉構造。木材的微觀木粉構造則需用光學顯微鏡和電子顯微鏡通過幾百倍，幾千倍甚至幾十萬倍放大后才能觀察到的構造。木材的普通木粉分析屬于宏觀構造分析，納米木粉的分析屬于微觀構造的分析[3]。木粉宏觀構造是木材表面的特征，它和樹皮、邊材、芯材、髓心、年輪、管孔、樹脂道、木薄壁組織、波痕及材色、氣味、結構、木粉、光澤等特征有關。木粉結構是組成木材的表面構造。在木材中，從橫切面觀察，木粉為不規(guī)則的粒狀形狀，弦切面可見與縱向垂直的木射線構成木粉。木粉的形態(tài)對納米的表面木粉性能影響甚大，木粉微粒的長度、長寬比、木粉直徑比（L:D）越小，納米級超細木粉粒度就越細[3]。1.4亞納米級超細木粉加工技術的應用納米級超細木粉加工技術在木材工業(yè)上的實際應用在木材工業(yè)中，木材的納米級超細木粉可能完全改變木材液化的方式和成本，使木材液化真正工業(yè)化[7]。在復雜木雕制品的加工中，采用RPM（直接CAD技術）利用將納微米木粉或木纖維形成復雜木雕制品，可能開創(chuàng)一種新的木制品加工方法。納米級超細木粉材料的工業(yè)化前途已經明朗，廉價、批量生產納米級超細木粉材料的商業(yè)化環(huán)境已經形成。納微米技術在木材工業(yè)上的應用將有巨大的商業(yè)價值[8]。納米級超細木粉生產的無污染膠粘劑可能代替含甲醛的有毒膠。膠粘劑的綠色革命可能從木材的納微米技術開始。目前，納米級超細木粉能獲得較大利潤的產品是家具裝飾納米涂料，以家具表面需求確定生產成品類型。由于納米級超細木粉的天然特性，木材膠粘劑作為納米的產品可以做到成本低于傳統(tǒng)尿醛膠，但環(huán)保效果遠遠優(yōu)于傳統(tǒng)膠粘劑，投資不變，生產成本基本不增加，且不論性能、環(huán)保和外觀，它和木材基本相似。因此，競爭力自然高于傳統(tǒng)膠粘劑[6-8]。納米技術制造的阻燃涂料可以使木材和外界完全隔絕，作為木材的這種納微米涂飾材料可能最廉價的解決木材的阻燃問題[9]。木制磁材料和木制絕磁材料的研究將使磁材料和絕磁材料生產的成本下降，在納微米材料中，木制納微米粉的成本可能是最低的。木材的絕磁特性在這種材料中將得到充分的發(fā)揮。木材和磁性材料的親和性和低廉的成本為制造木制磁材料提供了條件。發(fā)光木材的開發(fā)也將依賴木材納微米技術的開發(fā)。木制高強度薄膜產品將靠木材微米木纖維的高密度模壓技術實現(xiàn)。高密度木制產品的強度可以和普通鋼材相比擬。木基空腔體材料和多孔材料的制備技術也是木材納微米技術的發(fā)展方向。利用納微米技術制成的木陶瓷其性能同樣會更加優(yōu)良[6-10]。高質量納米級超細木粉加工技術是提高木材利用價值的最佳途徑木材是4種常用工程材料（鋼材、石材、塑料、木材）中唯一可再生的材料，隨著人類天然資源的日趨枯竭，前3種天然材料的耗盡之日僅僅是時間問題。隨著人類環(huán)保意識的增強，多數(shù)發(fā)達國家的木材資源幾乎都進入良性循環(huán)。中國隨著天然林保護工程的深入，中國木材資源進入良性循環(huán)也為期不遠。人類木材采之不盡，用之不竭之日即將到來。隨著木材現(xiàn)代加工技術的發(fā)展，在特定場合（絕緣、絕磁、保溫、輕結構、各向異性、有紋理要求等場合）替代其它3種材料，在未來不可再生的礦物資源原料枯竭之時全面替代鋼材、石材和塑料將具有深遠的意義。木材和其它材料一樣，在加工成納微米尺寸以后，材料特異性質、尺寸效應及其變化機理都將發(fā)生變化，如果木材的材料特異性質、尺寸效應及其變化機理由于木材納微米技術的參與而發(fā)生變化，而木材納微米小于木材的細胞直徑，當木粉變成納微米的粒度以后，木材原來細胞的結構完全破壞，木纖維、半纖維素、木質素可在加工的過程中用機械的方法可以分離出來，在納米細粉狀態(tài)下進行木材液化,因此，納微米水平的木材改性是在木材細胞和顯微結構下的改性技術，具有突破性進展的創(chuàng)新意義[4-6]。木材納米材料的產業(yè)化前途是非常光明的，廉價、批量生產納微米木制品的工藝研究是產業(yè)化的最關鍵技術。木材納微米科技是多學科交叉、基礎研究和應用開發(fā)緊密聯(lián)系的高新技術，木材納米材料學、木材納米機械加工學、木材納米電子學、木材納微米化學、木質納微米生物學都將研究出創(chuàng)造性的成果，這些成果都將推動木材納微米的產業(yè)化，為我們人類創(chuàng)造一個新的未來[3-4]。1.5我國納米研究的預期目標我國納米級超細木粉研究的發(fā)展方向納米級超細木粉加工方法與計算機視頻檢測設備研究是未來納米加工工業(yè)科技攻關技術研究的主要內容，它的出現(xiàn)將使木材工業(yè)又增添了一個新的科研方向，從它的未來發(fā)展趨勢看，將在木材工業(yè)生產中產生巨大的經濟效益。納米級超細木粉的應用與生產和銷售有密切關系，納米級超細木粉的應用技術問題直接關系到該產品的效益。到目前為止國內的裝飾納米涂料主要用途是家具，其它應用納米裝飾材料場合的應用上很少，納米級超細木粉計算機模擬在國外也沒有，我們現(xiàn)在研究開發(fā)新的納米級超細木粉產品應用技術是具有中國特色的新技術開發(fā)。我國納米級超細木粉研究的預期目標納微米級的木粉形成方法利用雷諾效應形成的超高壓，開創(chuàng)出一種新的納米級超細木粉和微米木纖維形成的科學方法。提出新的知識體系和加工途徑，突破國內外木纖維形成的傳統(tǒng)方法，降低納米級超細木粉的設備投資，使我國木纖維的納微米技術達到國際領先的水平。用納微米技術在該方面開創(chuàng)一片新的研究領域。我們未來開發(fā)的木材納米級超細木粉加工設備的國產化率可以達到95％，生產產品的利潤率超過20％，工業(yè)化生產成品率高于95%。由于納米級超細木粉的價格不高，市場可以很快開發(fā)出來。1.6本章小結本章對課題來源、背景，木材特性、木粉應用前景，超細木粉技術的應用及前景，我國納米技術研究的預期目標做了詳細的介紹。超細木粉應用前景廣闊，需求量大、質量要求高。因此，需要相應的加工技術和加工設備。第2章總體方案設計2.1設計任務及要求設計目標本課題設計一臺超微木粉粉碎機。隨國內機械式粉碎機的發(fā)展和木粉代替煤燃料發(fā)電技術的應用，木粉粉碎機的需求量隨之增加，且對其粉碎質量、效率的要求亦提高。因此，要設計一種雙速粉碎機以滿足不同粉碎的要求，提高粉碎機的使用壽命和降低粉碎過程對產品的污染，進一步降低單位產品的成本、提高粉碎效率和產品的質量。設計的主要參數(shù)粉碎室直徑:500mm。篩網目數(shù):100目。粉碎粒度:100～150目。入料最大直徑:20mm。采用雙速電機。2.2設計的主要內容粉碎機的總體方案設計在粉碎機設計中占有重要地位。主要包括:電動機的初選；傳動系統(tǒng)的確定；制動系統(tǒng)的確定；粉碎方式、粉碎室整體結構的確定；潤滑和密封的確定。粉碎機的方案必須滿足用戶的各種要求，典型的如加工范圍、使用壽命、生產效率及經濟性，可拓展可優(yōu)化性，在經濟合理的條件下，盡量簡化結構，使整個粉碎機布局緊湊，節(jié)約材料以及占地面積，以利于實際使用的安放與控制操作，提高效率和粉碎質量，最大限度提高粉碎機系列化與部件通用化的程度，確保粉碎機能高效地完成加工要求，震動、粉碎時產生余熱等負面影響要充分予以考慮和解決。2.3總體方案的擬定國內粉碎機發(fā)展情況超細粉碎機械按粉碎方式可分為干式和濕式兩種，超細粉碎設備的主要類型有氣流磨、高速機械沖擊磨、攪拌球磨機、研磨剝片機、砂磨機、振動球磨機、旋轉筒式球磨機、塔式磨、旋風或氣旋流自磨機、高壓輥(滾)磨機、高壓水射流磨機、膠體磨等。其中氣流磨、高速機械沖擊磨、旋風或氣旋流自磨機、高壓輥(滾)磨機等為干式超細粉碎設備，研磨剝片機、砂磨機、高壓水射流磨機、膠體磨等為濕式粉碎機，攪拌球磨機、振動球磨機、旋轉筒式球磨機、塔式磨等既可以用于干式超細粉碎也可以用于濕式超細粉碎[11]。目前，我國超細粉碎設備的研制和生產得到了很大發(fā)展，為我國粉體工業(yè)做出了重要貢獻。國內超細粉碎技術的總體水平是:①能夠生產出目前在工業(yè)上應用的各類超細粉設備。20世紀80年代中期以來，通過引進和消化吸收國外超細粉體加工設備，經過20多年的發(fā)展，我國已經能夠自主生產各類超細粉碎和精細分級設備，在近5年新建的超細粉體加工廠中國產設備或中外合資廠生產的設備占主導地位；②我國已能夠工業(yè)化大批量生產平均粒徑1μm左右的超細粉體，如超細重質碳酸鈣、超細高嶺土(包括煅燒高嶺土)、超細滑石、超細石墨、超細云母、超細碳化硅、超細二氧化硅以及氧化鋁和氫氧化鋁、氧化鎂和氫氧化鎂等；③由于新材料技術的發(fā)展，設備的磨耗有了顯著降低，如我國自主開發(fā)的旋風自磨機，5年前沖擊盤的壽命約200h，通過采用新材料現(xiàn)已延長到3000h以上；④已有部分超細粉碎設備和技術出口到東南亞、中東、非洲等發(fā)展中國家[11-14]。超細粉碎設備的主要發(fā)展趨勢是:（1）提高產品細度、降低設備粉碎極限。由于現(xiàn)代許多高技術和新材料的發(fā)展需要超微粉體，如航空航天隱身材料、(具有韌性的)高級陶瓷、吸波材料、功能纖維、環(huán)境保護材料、生物醫(yī)學材料等。因此，要求發(fā)展產品粒度小于1μm，粉碎極限低的工業(yè)化超細粉碎設備和分級極限粒度小的工業(yè)化精細分級設備以及配套的生產技術。（2）提高單機產量、降低單位產品能耗。由于市場對超細粉體產品需求量的增大，特別是用戶用量的增大(如大型造紙廠年造紙顏料需求量達10多萬t)及對產品質量穩(wěn)定性要求的提高，大型設備的市場需求量呈增長趨勢。設備大型化是提高單機產量、降低單位產品能耗的主要途徑之一。此外，應用現(xiàn)代科技研發(fā)新型的超細粉碎設備也是提高粉碎效率、產量和降低單位產品能耗的主要方向之一。（3）降低磨耗。超細粉碎和精細分級設備一般是高速運轉設備，高速運轉器件在與被磨或被粉碎物料的作用過程中難免磨損(耗)。磨耗不僅污染被粉碎物料(這種污染往往用物理方法很難去除)，而且影響設備與物料接觸部件的使用壽命，增加了生產成本。因此，降低磨耗是超細粉碎設備發(fā)展永恒的課題。（4）高穩(wěn)定性和可靠性。超細粉碎和精細分級設備的穩(wěn)定性和可靠性是超細粉碎生產線所必須的要求，也是高性能設備的必然要求，它對生產成本、效率、生產安全以及產品質量等有重要影響[15]。我國超細粉碎設備的發(fā)展應該注意以下幾個方面:（1）加強基礎理論研究，以指導設備的自主創(chuàng)新開發(fā)；（2）在現(xiàn)有設備的基礎上，優(yōu)化工藝流程。對于大規(guī)模生產的粉體，可以有針對性地研制專用機型；（3）加強與粉體機械配套的自動控制和在線檢測設備及相關軟件的研制開發(fā)，以便提高設備的自動化水平，降低能耗；（4）開發(fā)超細粉碎與精細分級配套的多功能設備；開發(fā)高效、低耗，伴隨新技術的發(fā)展能逐漸改進的超細粉碎設備，開發(fā)多種型號的大型超細粉碎設備，開發(fā)無污染并和工藝配套的設備[15]。粉碎方式、粉碎室整體結構的確定粉碎方式、粉碎室整體結構的設計方案一為剪切式粉碎室，其結構剖視簡圖如圖2-1所示:圖2-1剪切式粉碎室結構剖視圖工作原理:原料通過給料機送入磨內，經高速運轉的轉子盤與定子盤產生強大的剪切力而粉碎。粉碎后的細粉被系統(tǒng)氣流送至收集系統(tǒng)收集。方案二原理簡圖如圖2-2所示:圖2-2機構剖視粉碎原理圖原理:物料經料斗進入粉碎腔，在粉碎腔物料與高速回轉器件及顆粒之間互相沖擊、碰撞、磨擦、剪切、擠壓而實現(xiàn)超細粉碎，粉碎后由篩網分級，合格產品由收集器收集，不合格產品繼續(xù)在粉碎腔研磨粉碎。產品細度由篩網規(guī)格型號決定。方案三:原理簡圖如圖2-3所示:圖2-3粉碎原理圖工作原理:在機器內部，物料受到離心力的作用，在動針和靜針之間猛烈撞擊，被反復打擊而粉碎。2.三種方案進行比較，確定最終方案方案一粉碎機性能特點:物料在粉碎區(qū)瞬間粉碎后進入收集系統(tǒng)，粉碎能耗低，無過粉碎現(xiàn)象，不會提高粉碎溫度。（2）通過調整轉子盤與定子盤間隙，生產不同細度的產品。（3）根據產品細度要求，可加配振動篩或氣流分級機生產高細度產品，粗顆粒再次進入磨機循環(huán)粉碎。

（4）根據物料的特性，可選擇負壓或正壓生產工藝流程，可選擇常溫粉碎和深冷粉碎兩種形式。

（5）機械穩(wěn)定性強，操作簡單，維修方便。方案二粉碎機性能特點:對原料直徑要求低，最大直徑可達20mm。采用雙速電動機，可實現(xiàn)雙速粉碎，可生產不同性質的產品。根據產品細度要求，更換篩網，可保證產品合格率達100%?？扉_式設計，設備清理維修方便。負壓生產，無粉塵飛揚，工作環(huán)境優(yōu)良。方案三粉碎機性能特點:（1）磨損小-靠物料互相撞擊，故耐用。（2）可濕法加工或干法加工。（3）結構簡單，清洗方便。考慮到粉碎機的制作成本、粉碎質量、效率、檢修等方面因素，最終決定采用方案二。粉碎機總體結構設計100目超微木粉粉碎機總體結構設計如圖2-4所示圖2-4100目超微木粉粉碎機總體結構設計圖

2.4本章小結本章木粉粉碎機總體設計，通過對三套可行粉碎方案進行認真分析和比較確定了最終設計方案，同時明確了本設計的設計方向，為粉碎機各部件的選擇、設計與計算提供了理論基礎。第3章粉碎機各部件設計與計算3.1電動機的選用電動機的類型有多種，各有不同的電氣特性和結構形式，以滿足各種機械負載和不同的工作環(huán)境的傳動需求。作為一般傳動用的電動機功率范圍很廣，從幾分之一千瓦直至幾千千瓦，但用于一般傳動機械或輔助傳動裝置，大多數(shù)為中小功率的電動機。電動機的選用原則（1）根據不同工作的動力需求選取所需電動機的類型、功率；（2）在干燥廠房中，采用開啟式、防護式電動機；（3）在潮濕而無潮氣凝結的廠房中，可以采用開啟式或防護式電動機，但須要能耐潮的絕緣。（4）在特別潮濕的廠房中，由于空氣中的水蒸氣經常飽和，并可能凝結成水滴，需采用防滴式，防賤式或封閉式電動機，并需要能耐潮的絕緣。（5）在有腐蝕性蒸汽或氣體的廠房中，應采用密閉式電動機或耐酸絕緣的封閉風冷式電動機。（6）在有著著火危險的廠房中，至少應采用防護式籠型電動機，當其濕度很大時，應采用封閉式電動機。（7）在含有易爆氣體的區(qū)域，需要采用防爆式電動機。電動機的主要類型1.交流電動機交流電動機是價格較便宜的一類電動機，尤其是其中的籠型異步電動機，因結構簡單、機械特性好、體積小、價格又最低，所以應用最廣泛。籠型異步電動機的連續(xù)運行特性很好，其轉速受負載波動的影響較小，啟動轉矩也較大，適用于不調速的連續(xù)運轉負載。該類電動機的主要缺點為啟動電流很大，約為額定電流的5～7倍，如果電動機的容量較大，將對電網產生瞬間的沖擊。為此，常采用各種降壓啟動方式，把啟動電流限制在較小的范圍內，但隨之他的啟動轉矩相應有較大幅度的降低，所以只能用于輕載啟動的設備，如風機、水泵之類的機械設備。線繞式交流異步電動機常用于不調速連續(xù)運行的大功率設備，如空氣壓縮機、氣泵等。為解決啟動問題，一般采用在電動機的轉子回路中串接頻敏電阻以限制啟動電流，并獲得較大的啟動轉矩。繞線式異步電動機的另一類用途是起重機械，只需利用控制電器切換轉子回路外接電阻的數(shù)值，便可獲取不同的機械特性，滿足有極調速的要求，還可以做四象限運轉。直流電動機直流電動機的主要特點是調速性能好。在一般應用場合，大多數(shù)采用他勵式直流電動機，只需改變電樞的電壓，便可實現(xiàn)恒轉矩調速，而且機械特性又較硬，調速范圍較廣，如果組成閉環(huán)調速系統(tǒng)，可應用于高精度的調速裝置。如果降低直流電動機的勵磁電流，電動機的轉速即隨之升高，但轉矩要減小，這種調速方式稱為恒功率調速，其特點是可實現(xiàn)比電動機額定轉速更高范圍內的調速。串勵式直流電動機的機械特性很軟，低速時轉矩很大，故常用于電車、牽引機械之類的應用領域。直流電動機的主要缺點是結構較復雜，維護工作量較大，而且價格較高。電動機的選用粉碎機要求雙速、連續(xù)運轉特性要好、體積要??；由于要綜合考慮整機的成本，所以價格相對要較低；生產環(huán)境干燥、有較少粉塵，對電動機沒有特殊防護的要求；粉碎機屬空載啟動設備，因此對電動機的啟動轉矩無特殊要求。本粉碎機選擇電動機型號為:YD90L-2雙速電動機（2.2kw，二級、1500/3000r/min）。3.2帶傳動系統(tǒng)設計帶傳動的特點帶傳動的共同特點是:結構簡單，傳動平穩(wěn)，具有一定的吸震能力，能在大軸距和多軸間傳動，成本低，不需潤滑，維護簡單。帶的選擇經查參考文獻[20]表9.2-1傳動帶的類型、特點和應用，確定本粉碎機選用普通V帶，其特點是:當量摩擦系數(shù)大，工作面與輪槽粘附性好，允許包角小、傳動比大、預緊力小。繩心結構帶體較柔軟，曲撓疲勞性好。V帶傳動的設計計算1.設計功率Pd=KAP式中P-傳遞的功率（kW）；KA-工況系數(shù)。經查參考文獻[20]表9.2-13工況系數(shù)KA，確定KA=1.554Pd=1.554×2.2=3.4kW選定帶型根據Pd、n1查參考文獻[20]圖9.2-1，選擇帶型為:Z型。式中n1-小帶輪轉速，初步設定為7000轉。3.傳動比i=n1/n2=7500/3000=2.5式中n2-大帶輪轉速。小帶輪基準直徑經查參考文獻[20]表9.2-36，確保V帶壽命，確定小帶輪基準直徑dd1=63mm。大帶輪基準直徑dd2=idd1(1-ε)式中ε-彈性滑動率,通常取0.01～0.02,這里取0.015。dd2=2.33×63×（1-0.015）=155.1mm經查參考文獻[20]表9.2-36，選取標注值dd2=160mm。帶速v=πdd2n2/60000=π×160×3000/60000=25.1m/s7.初定軸間距0.7（dd1+dd2）≤a0＜2（dd1+dd2）175≤a0＜446結合結構要求初定a0=440mm。所需帶的基準長度Ld0=2a0+π（dd1+dd2）/2+（dd1-dd2）2/4=2×440+π×（63+160）/2+（63-160）2/4×440=1235.6mm經查參考文獻[20]表9.2-8，選取標注值Ld=1330mm。實際軸間距a=a0+（Ld-Ld0）/2=440+(1330-1235.6)/2=487.2mm小帶輪包角α1=1800-（dd2-dd1）/a×57.30=1800-（160-63）/487.2×57.30=168.60＞900滿足工作要求。單根V帶傳遞的基本額定功率根據帶型、dd1和n1查參考文獻[20]表9.2-18，P1=1.07kW。傳動比i≠1的額定功率增量根據帶型、n1和i查參考文獻[20]表9.2-18，ΔP1=0.06kW。V帶的根數(shù)Z=Pd/[(P1+ΔP1)KαKL]式中Kα-小帶輪包角修正系數(shù)。KL-帶長修正系數(shù)。查參考文獻[20]表9.2-14，Kα=0.98。查參考文獻[20]表9.2-15，KL=1.14。Z=3.4/[(1.07+0.06)×0.98×1.14]=2.70圓整后Z=3單根V帶的預緊力F0=500（2.5/Kα-1）Pd/（Zv）+mv2查參考文獻[20]表9.2-16，m=0.06kg。F0=500（2.5/0.98-1）3.4/（3×25.1）+0.06×25.12=23.3N15.作用在軸上的力Fr=2F0Zsin（α1/2）=2×23.3×3×sin（168.60帶輪設計1.帶輪的技術要求（1）帶輪材料采用灰鑄鐵HT150或HT200。（2）帶輪應結構簡單、便于制造、重量輕、材料分布均勻、消除鑄造內應力。進行動靜平衡測試。（3）鑄造帶輪的輪槽工作面不應有砂眼、氣孔，其他部分不應有縮孔等鑄造缺陷。輪槽工作面的粗糙度Ra不得超過6.3～3.2μm，軸孔端面的Ra不超過6.3μm。（4）帶輪的基準直徑、有效直徑的偏差可取b11或c11，外徑偏差取h11或h12，輪轂孔偏差取H8或H9。（5）同一帶輪的任意兩個輪槽的基準一致性偏差應小于0.4mm。（6）帶輪輪槽間距e的累積偏差應小于±0.06。（7）帶輪的徑向圓跳動、斜向圓跳動t應小于0.2（小帶輪）、0.3（大帶輪）。（8）帶輪的平衡要求按GB/T11357-1989的規(guī)定。2.小帶輪設計小帶輪三維視圖如圖3-1所示:圖3-1小帶輪三維視圖小帶輪的結構及尺寸如圖3-2所示:圖3-2小帶輪結構及尺寸3.大帶輪設計大帶輪三維視圖如圖3-3所示:圖3-3大帶輪三維視圖大帶輪的結構及尺寸如圖3-4所示:圖3-4大帶輪結構及尺寸3.3刀軸總成設計刀軸總成總體設計設計要求（1）將轉矩由小帶輪傳至刀具；（2）要有合理的支撐，保證連續(xù)正常工作。（3）軸要滿足扭矩、彎矩等要求。（4）軸承使用壽命達1.5年。（5）刀具滿足切削要求。（6）設置飛輪，做動靜平衡測試。（7）風扇要滿足負壓生產條件。2.刀軸總成總體設計簡圖如圖3-5所示:圖3-5刀軸總成總體設計簡圖3.刀軸總成總體設計三維視圖如圖3-6所示:圖3-6刀軸總成總體設計三維視圖刀軸總成主要零部件設計支撐設計（1）軸承類型選擇的主要因素1）允許空間。2）載荷大小和方向。3）軸承工作轉速。4）旋轉精度。一般機械均可用G級公差軸承。5）軸承的剛度。6）軸向游動。軸承配置一般是一端固定，一端游動，以適應軸的熱脹冷縮，保證軸承游動方式，一般可選用內圈或外圈無擋邊的軸承，另一種是在內圈與軸或者外圈與軸孔之間采用間隙配合。7）摩擦力矩。8）安裝與拆卸。軸承的選擇查參考文獻[22]表6-2-52，根據軸承受載荷的大小、方向和性質選取深溝球軸承軸承6005、6007。軸承座設計如圖3-7所示圖3-7軸承座外觀圖2.刀具及風扇（1）刀具設計動刀是粉碎機粉碎物料最主要的部件，它的結構直接關系到粉碎機的粉碎方式和粉碎效率。本設計的動刀分為兩個部分:刀體和鋸片。高速回轉下增加了動刀與顆粒之間的沖擊、碰撞、磨擦、剪切、擠壓等作用，從而提高了粉碎質量和粉碎效率。風扇設計為了使粉碎機產生良好的負壓生產環(huán)境、提高產品分級效率，本設計采用大功率四葉式風扇，如圖3-8所示:圖3-8四葉式風扇3.軸（1）軸的材料的選擇由于帶輪張緊力及各回轉件自身重力的影響，對軸的疲勞強度有一定的要求，因此，軸的材料選用40Cr。軸最小直徑的確定當軸的長度、支撐距離未定，因而支撐反力及彎矩無法確定時，可先按扭轉剛度和扭轉強度估算軸的最小直徑。1）按扭轉強度估算軸的最小直徑d=A(P/n)1/3式中A-系數(shù)，按參考文獻[24]表12.1-2選取為105d=105(2.2/7500)1/3=6.9mm2）按扭轉剛度估算軸的最小直徑d=B(P/n)1/4式中B-系數(shù)，按參考文獻[24]表12.1-3選取為109d=109(2.2/7500)1/4=14.3mm3）軸最小直徑的確定軸上有鍵槽時，應增大軸的直徑，查參考文獻[24]表12.1-4，選取增大值為7%。d0=d×（1+7%）=14.3×（1+7%）=15.3mm設計軸的最小直徑采用22mm。軸的結構設計1）軸設計的基本要求:①軸與裝在軸上的零件要有準確的工作位置，并便于裝卸、調整。②制造工藝性要好。③要特別注意軸應具有足夠的剛度。2）提高軸剛度的措施:①增大軸的直徑，縮短軸的長度，選擇合適的支撐跨距。②為減小彎矩，應將軸上受力較大的零件盡可能設置在靠近支撐處。③為避免軸和軸承受過大的彎矩，對某些傳動軸，如裝皮帶輪的周，可采用卸荷結構。但應注意:傳遞扭矩要采用花鍵或雙鍵，如使用單鍵，軸仍承受一部分彎矩。④盡可能不采用懸臂軸，因為它的剛度小。3）軸的設計如圖3-9所示:圖3-9軸的設計圖軸的三維視圖如圖3-10所示:圖3-10軸的三維視圖（4）軸的強度校核計算1）求軸上的載荷受力分析如圖3-11所示:圖3-11軸的受力分析圖已知:F1=10N，F(xiàn)2=60N，F(xiàn)3=83N，F(xiàn)r=139N，F(xiàn)4=Fr+F=Fr+9550000P/（nd/2）=394N集中在F6作用處的彎矩為零，即:F1×119+F2×（59+149+158－68－180）－F3×（59+149－119）－F4×（68+180）+F5×180=0可求得F5=538N鉛垂方向上合力為零，即:F1+F2+F3+F4－F5－F6=0可求得F6=9NT3=9550000P/n=2801N·mmT1+T2=T3做出彎矩圖如圖3-12所示:圖3-12軸彎矩圖3）做出扭矩圖如圖3-13所示:圖3-13軸扭矩圖4）由彎矩圖和扭矩圖可知，危險截面在F5作用處，在該處做彎扭合成強度校核計算。查參考文獻[28]表15-3得40Cr的對稱循環(huán)變應力時軸的許用彎曲應力[σ-1]=70MPa。彎曲應力、扭轉切應力均為對稱循環(huán)變應力時α=1。σca=[M2+(αT3)2]1/2/WW=πd3/32式中σca-軸的計算應力,MPa;W-軸的彎曲截面系數(shù)，mm3。W=π223/32=1045.4mm3σca=[267922+(1×2801)2]1/2/1045=25.8MPaσca＜[σ-1]因此,軸的彎扭合成強度符合要求。5）軸的扭轉剛度校核查參考文獻[28]表5-1-12得ψd=0.250/mΨ=7350ΣTili/(di4l)＜7350T/d4=7350×2.801/224則Ψ＜ψd式中d-軸的最小直徑；Ti-第i段軸所受扭矩；li-第i段軸的長度；di-第i段軸的直徑；L-軸的總長度。因此，軸的扭轉剛度符合要求。4.軸承壽命校核（1）6005軸承壽命校核當量動載荷P=F5=538N基本額定壽命Lh=106（C/P）ε/60n式中C-基本額定動載荷，查參考文獻[22]表6-2-52，得C=10.0kN。Lh=106（10.0/538）3/（60×7500）=14271h設計L=1.5年=13140hLh＞L因此，6005軸承使用壽命符合設計要求。（2）6007軸承壽命校核當量動載荷P=F6+Fx式中Fx-粉碎時最大動載荷，F(xiàn)x=850NP=9+850=859基本額定壽命Lh=106（C/P）ε/60n式中C-基本額定動載荷，查參考文獻[22]表6-2-52，得C=16.2kN。Lh=106（16.2/859）3/（60×7500）=14906h設計L=1.5年=13140hLh＞L因此，6007軸承使用壽命符合設計要求。3.4定刀設計定刀設計要求功能要求（1）定刀剛度要達到一定的要求，以保持與動刀之間的間距，保證粉碎效率和粉碎質量。（2）定刀安裝要牢固可靠，應設有防松裝置。2.工藝性要求（1）結構要合理，使定刀的安裝、拆卸、刀具的更換簡便。（2）刀具要有足夠的硬度，以減少磨損、提高產品質量。定刀設計定刀的組成定刀由齒條（6）、隔板二（2）、密封墊（1）、外側板（1）、隔板一（3）、底板（1）和螺栓等組成。2.定刀設計定刀設計簡圖如圖3-16所示:圖3-16定刀設計簡圖定刀三維視圖如圖3-17所示:圖3-17定刀三維視圖3.5倉體設計3.51粉碎流程物料經料斗進入粉碎室，在粉碎室物料經高速回轉器件動刀和固定的定刀的剪切、碰撞以及顆粒之間互相沖擊、碰撞、磨擦、剪切、擠壓而實現(xiàn)超細粉碎。風扇高速旋轉造成粉碎室內負壓，產生氣流流動。氣流由粉碎室的進氣孔進入粉碎室，與粉碎后的物料混合，再經篩網，經過篩網時物料分級，合格的物料隨氣流過篩網經出料口進入收集器收集，不合格的物料繼續(xù)在粉碎室內粉碎直至合格。3.52倉體設計倉體設計要求（1）有足夠的空間安裝定刀、動刀，保證動刀旋轉和其他零部件不發(fā)生干涉。（2）篩網的拆卸、更換要簡便。（3）倉體上設計進氣孔。（4）采用快開式設計（倉蓋快、上倉體快開），打開后要能檢查倉內所有部件，尤其動刀和篩網的磨損情況。2.倉體設計倉體設計三維視圖如圖3-18所示:圖3-18倉體三維視圖倉體設計簡圖如圖3-19所示:圖3-18倉體設計簡圖3.6制動系統(tǒng)設計制動器的選擇制動器是使運轉中的機構或機器迅速減速、停止并保持停止狀態(tài)的裝置；有時也用作調節(jié)或限制機器或機構的運轉速度。對制動器的基本要求是:制動可靠，操縱靈活，散熱良好，重量輕，結構緊湊，便于安裝和維護。由于，粉碎機只在工作中發(fā)生異常時，為避免造成更大的損失，采用制動器制動停車。因此，本設計采用結構簡單、操作靈活的自制摩擦式制動器。制動器設計1.制動器安裝位置的選擇制動器一般選擇安裝在高速軸上，結合高速軸（刀軸總成）結構，制動器選擇利用摩擦片與飛輪之間的摩擦進行制動。2.制動器設計制動器設計如圖3-20所示:圖3-20制動器設計圖制動器三維視圖如圖3-21所示:圖3-21制動器三維視圖3.7100目木粉粉碎機總裝外觀100目木粉粉碎機外觀圖如圖3-22所示:圖3-22100目木粉粉碎機外觀圖3.8本章小結本章是100目木粉粉碎機設計的主體部分，進行了電機選擇、帶傳動系統(tǒng)設計、刀軸總成設計、定刀設計、倉體設計、制動系統(tǒng)設計，對各零部件進行了選擇、設計，并對關鍵零部件（如:軸、軸承）進行了受力分析、強度校核、壽命計算，為設計提供了理論依據。第4章潤滑與密封4.1潤滑軸承的潤滑1.潤滑方式的選擇6005、6007軸承最高轉速均為7500r/min，查參考文獻[22]表6-2-52，確定采用脂潤滑。2.潤滑脂的選擇查參考文獻[23]表10-2-16，確定使用鈣基潤滑脂（GB491-1987）2號進行潤滑。每年添加潤滑脂量的估算（1）軸承6005每年添加潤滑脂量的估算m1=DBX（1+K2）=47×12×0.004×（1+0.6）=3.6g式中D-軸承外徑，mm。式中B-軸承寬度，mm。式中X-系數(shù)，每年加一次潤滑脂時X=0.004。式中K2-工作環(huán)境系數(shù)，查參考文獻[2]表10-1-61，K2=0.6。（2）軸承6007每年添加潤滑脂量的估算m2=DBX（1+K2）=62×14×0.004×（1+0.6）=5.6g式中D-軸承外徑，mm。式中B-軸承寬度，mm。式中X-系數(shù)，每年加一次潤滑脂時X=0.004。式中K2-工作環(huán)境系數(shù)，查參考文獻[23]表10-1-61，K2=0.6。倉體、篩網與軸之間的潤滑查參考文獻[23]表10-2-16，確定使用鈣基潤滑脂（GB491-1987）2號進行潤滑。4.2密封軸承端蓋與軸之間的密封查參考文獻[23]表10-3-2，確定軸承端蓋與軸之間的密封采用毛氈密封。倉體、篩網與軸之間的密封鑒于倉體的開啟結構，倉體、篩網與軸之間的密封不能采用毛氈密封。查參考文獻[23]表10-3-2，確定倉體、篩網與軸之間的密封采用O型密封圈進行密封。上倉體與下倉體之間的密封查參考文獻[23]表10-3-3，確定倉體、篩網與軸之間的密封采用丁腈橡膠墊片進行密封。倉門與倉體之間的密封查參考文獻[23]表10-3-3，確定倉體、篩網與軸之間的密封采用丁腈橡膠墊片進行密封。4.3本章小結潤滑與密封是100目木粉粉碎機設計的一個重要部分:潤滑部分對軸承潤滑方式和倉體、篩網與軸之間的潤滑方式、潤滑油進行了選擇，并進行了油耗計算，對粉碎機的維護與保養(yǎng)提供了依據；密封部分對粉碎機需要密封的部位進行了密封方