轮胎切碎机的结构设计【含6张CAD图纸+PDF图】

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Key words Discarded tires Rotating bodies Body feed 第一章 绪论 1.1概述 1.1.1废旧轮胎利用的意义 废旧轮胎被称为“黑色污染”,其回收和处理技术是世界性难题, 处置废旧轮胎,长期以来一直是环境保护的难题。据统计,目前全世界每年有 15 亿条轮胎报废[1],其中北美占大约 4 亿条[2],西欧占近 2 亿条,日本 1 亿条[3]。在上世纪90 年代,世界各国最普遍的做法是把废旧轮胎掩埋或堆放。以美国为例, 1992年废旧轮胎掩埋堆放率63%。但随着地价上涨,征用土地用作掩埋堆放场地越来越困难。另一方面,废旧轮胎大量堆积,极易引起火灾,造成第二次公害。 随着中国汽车工业的高速发展,中国所承受的来自废旧轮胎的环保压力也越来越大。中国现有再生胶企业500 多家,年产再生胶近40 万;利用废旧轮胎生产胶粉的企业60家,年产胶粉不5万。这两项合计可利用废旧轮胎约2600万～3000万条,但仍有2000多万条废旧轮胎无人问津。 橡胶是生产轮胎及各类橡胶制品的重要战略物资，对国民经济发展起着重要作用。我国是轮胎第一大消耗大国，第二大生产国和出口国，同时又是橡胶资源十分匮乏的国家，仅在海南岛和云南、西双版纳地区有天然橡胶种植，年产量仅 180万吨左右，进口依存度高达70%，而其中70%的橡胶用于制造轮胎。2005 年我国以废橡胶为原料生产的再生橡胶，产量已达145 万t，按3 t 再生橡胶替代1 t 天然胶计算，等于找回了40 多万t 天然橡胶，相当于我国天然橡胶全年产量的2/3[4]。 世界新胎和翻新胎比例平均水平为 10∶1, 而中国仅为26 ∶1[5]。国外严重污染环境的再生胶生产企业早已被淘汰,而中国再生胶仍是废轮胎利用的主要深加工产品,不少企业还处于技术水平低、二次污染重的作坊式生产模式。废旧轮胎散落于民间, 没有形成一个通畅的回收系统,交易未形成市场,回收困难,加工企业得不到充足胎源。为此,国家经贸委目前正在起草《废旧轮胎回收利用管理办法》,同时也在抓紧制定“轮胎翻新与修补安全技术标准” [6]。 随着我国汽车拥有量的增加,废旧橡胶和废旧轮胎的产生量也逐年增加, 如何利用废旧橡胶制品和废旧轮胎,是搞好资源综合利用的重要课题,也是合理利用资源、保护环境,促进国民经济增长方式转变和可持续发展的重要措施。 1.1.2废旧轮胎胶粉的发展前景 橡胶因其有很强的弹性和良好的绝缘性、可塑性、隔水隔气、抗拉和耐磨等特点，广泛地应用于工业、农业、国防、交通、运输、机械制造、医药卫生领域和日常生活等方面，如交通运输上用的轮胎；工业上用的运输带、传动带、各种密封圈；医用的手套、输血管；日常生活中所用的胶鞋、雨衣、暖水袋等都是以橡胶为原料制造的，国防上使用的飞机、大炮、坦克，甚至尖端科技领域的火箭、人造卫星、宇宙飞船、航天飞机等都需要大量的橡胶零件，轮胎的用量要占橡胶使用量的一半以上[7]。 我国是橡胶使用需求大国，国产天然橡胶及合成橡胶只能满足需求的1/4，只好大量进口[8]。一方面我国由于需求增长幅度太大而无法满足需求，另一方面随着我国橡胶工业及汽车工业的发展，大量的废旧轮胎，橡胶制品及其边角废料也不断增多。据统计，我国每年仅轮胎轮胎报废量就不少于350万吨，并以每年10％的速度递增，由于不能得到综合利用，大多成为工业垃圾，既浪费了大量的可用资源，又造成了环境污染，橡胶如何再生利用就摆在我们面前[9]。 近年来，废旧橡胶加工胶粉及再生胶工业已蓬勃发展，作为材料添加，已广泛用于轮胎制造，塑胶跑道，防水卷材，输送带等橡胶制品行业。将胶粉或再生胶添加到天然橡胶中（一般的橡胶制品的掺入量可达50％），可提高橡胶制品的静态性能，耐疲劳等动态性能。在国外，轮胎制品中加入20％的精细胶粉，可提高其耐磨性，延长轮胎的使用寿命。因此废旧橡胶胶粉及再生胶工业代表着废旧轮胎（橡胶）资源综合利用的发展方向，既能解决环境污染，变废为宝，又能大大降低橡胶制品的成本，缓解国内橡胶供需巨大缺口的现状，因此，一定会有广阔的市场前景[10]。 废旧轮胎胶粉有以下几方面用途： 一、直接成型生产片材 废旧轮胎胶粉及再生胶可用于制造机器垫、路基垫、缓冲垫等各类垫片以及挡泥板、吸音材料等对力学性能要求不高的低档产品。 二、彩色弹性地砖 采用废旧橡胶经清洗消毒加工再生而成的橡胶粉橡胶颗粒，由双层结构压制而成，底层为基，面层着色，层次分明而又浑然一体，即具备功能性，又有装饰性，其克服了硬质地砖的缺点，能使使用者在行走或活动时，始终处于安全舒适的生理和心理状态，脚感舒适，身心放松。用于铺设运动场地，不仅能更好的发挥竞赛者的技能，还能将跳跃和器械运动等可能对人体造成的伤害降低到最低程度。在老年和少儿运动场所铺设，能对老人和儿童的安全起到良好的保护作用。 最大特点是： 防滑、减震、耐磨、抗静电、消音、隔音、隔潮、隔寒、隔热，不反光，耐水、防火、无毒、无放射、耐侯性强，抗老化，寿命长，易清洗，易施工等。 三、生产防水卷材、防水涂料、防水密封材料等 防水建材产品防水卷材专用橡胶粉与沥青、树脂等其它原料混合性能好，制造出的防水卷材耐老化性能优良，具有良好的机械性、冷柔性和光稳定性。 四.道路铺设材料 用橡胶粉改性沥青铺装高等级公路和飞机跑道在发达国家已进入实用阶段，并得到了迅速发展。由于胶粉中含有抗氧剂，从而可明显减缓路面的老化，使路面具有弹性、减少了噪音，路面的耐磨性、抗水剥落性、耐磨耗寿命为普通路面的2-3倍，降低了路面的维护费用，同时车辆的刹车距离缩短25%，提高了安全性。 五、用于改性沥青 用沥青改性橡胶粉制造改性沥青时，与沥青、沥青油、和凝聚剂等原料共混结合性好。所制造的改性沥青所铺路面耐磨性、抗剥落性大为提高，耐磨耗寿命为普通路面的2- 3倍，降低路面维护费用30--50％。 据试：经每天8000辆车流量使用5年，无泛白，发软，推挤拥包和开裂现象，且能使车辆的刹车距离缩短25％，可显著提高行车安全性。用该产品制造的沥青嵌缝油膏有效提高了产品的软化点，增加了低温延伸性。 六、用于改性塑料 按一定比例加入塑料混炼后，可直接挤压成型。经实验：改性后的塑料的混炼与挤出工艺性能得到改善；产品的适用性能大有改善[11]。 1.1.3轮胎切碎机预加工装备 由于轮胎切碎机是机械式破碎废旧轮胎的其中一道工序，在它之前有以下的工序： （1）废轮胎胎圈钢丝圈的去除；有的先切胎圈后再分离钢丝与橡胶；有的先把轮胎切成两半，再拉出钢丝圈；有的采用液压拖钢丝圈；对乘用胎不去除钢圈，直接送入进行破碎。 （2）废轮胎机械分解：为减轻轮胎破碎的工作负荷，先将废胎切成几段，7.50-20以下规格废胎不用切断，9.00-20以下废胎切成两段，9.00-20以上规格废胎切成4—6段。也有先将轮胎先切成条状，后将胎条切成块状再进入粉碎工序。 （3）废轮胎破碎：目前国产的主要有lp系列，lp-400b型破碎机，其基本结构与美国shred-pax co.az系列相同，但整机刚性、精度、密闭性、生产效率、刀具寿命等尚需改进和提高。需要指出的是， 对子午线轮胎破碎后要配备钢丝搓切机，国内也常采用两辊机替代搓切并有粗碎作用。 1.2轮胎切碎机工作原理及应用 轮胎切碎机是为了解决当今社会由废旧轮胎产生的“黑色污染”，并对废旧轮胎进行二次利用，缓解了工业上对橡胶资源需求的紧张形势。其基本工作原理为将所要破碎的轮胎条连续均匀的从进料机送入切碎室.在破碎室中有个高速运转的转子,转子上装有特制切削用的刀盘.当轮胎条进入切碎室后,转子带动刀盘对橡胶条进行切削，并做到一切即断。此轮胎切碎机是将已割下内圈后的轮胎破碎至15毫米左右大小的橡胶块的专用设备。经首次破碎后的胶条通过筛选系统被圆网筛再次送回破碎室，作进一步破碎。转子的转速由电动机通过二级减速器达到所需的转速。切割刀具通过螺钉安装于转子上，可方便拆卸。进料机构采取链传动，针对现有人工破碎钢丝轮胎中费时费力之弊病，降低了工人的劳动强度。 轮胎切碎机机主要应用于对废轮胎、废橡胶、废塑料等的切碎，具有较理想的切碎效果，机械磨损小，刀片使用寿命长，合理的机械设计制造，使用及维护更为方便。 本文通过对当今社会上的“黑色污染”造成的危害的分析，为废旧轮胎回收利用设计了一个轮胎切碎机的方案。该设计方案选择旋转切割切式轮胎切碎机。 第二章 轮胎切碎机总体方案的设计 2.1总体方案的确定 借鉴目前的轮胎破碎设备，轮胎切碎机结构主要有两种：（1）旋转切割式；（2）剪切式。这两种工作原理简图分别如图2－1和图2－2所示： 图2－1 旋转切割式工作原理 图2－2 剪切式工作原理 对这两种方案进行分析: 1．旋转切割式采用转子带动刀具对进给的轮胎条进行切削。它可以通过对转速的控制来控制出料的速度。 2．剪切式切碎机是通过液压缸控制上刀具的上下移动，对进给的轮胎条进行剪切。由于刀具上下来回移动的速度较慢，处理量太小。 由于本设计的切碎机主要针对于中小企业生产，相比两种方案，旋转切割式较剪切式的切碎机具有效率高，振动小，噪音小的特点，所以本设计采用旋转切割式轮胎切碎机。该机基本工作原理为将所要破碎的轮胎条连续均匀的从进料机送入切碎室.在切碎室中有个高速运转的转子,转子上装有特制切削用的刀盘。当轮胎条进入切碎室后,转子带动刀盘对橡胶条进行切削，并做到一切即断。这样能保证了进料和出料的速度保持一致。 2.2总体结构的设计 由本设计的应用与工作原理分析可得旋转切割式轮胎切碎机应有三部分组成：驱动机构，转动机构和进给机构。现对三个机构进行分析，确定设计方案。 驱动机构即动力源，为切碎机的转动机构提供动力，故电动机是驱动机构必不可少的部件之一。由于轮胎切碎机的转速没必要达到那么高速，故连接电动机和驱动机构则必须有减速部件。参照参考文献12《机械设计手册》，可采用带传动和减速器。 由于采用旋转切割式切碎机，转动机构主要由转子部分和刀具部分组成。设计主要包括转子的校核计算和刀具的选择。 进给机构采用最常见的链传动，链传动由链条和主、从动链轮所组成，依靠链轮轮齿与链节的啮合来传递运动和动力。他能保证以稳定的速度进料，而且容易维修。 通过以上分析，基本方案已确定，由于驱动机构的不同，分为两种方案，如表2－1。 表2－1 总体方案 驱动机构 转动机构 进给机构 方案一 电动机和带传动设计 转子和刀具设计 链传动的设计 方案二 电动机和减速器设计 转子和刀具设计 链传动的设计 由于两方案主要在驱动机构的差别，为了分析两种驱动机构的不同作出两方案驱动机构的工作简图。 图2－3 方案一驱动机构工作简图 图2－4 方案二驱动机构工作简图 图2-5 整体工作方案 带传动时靠张紧在带轮上的挠性元件——带传递运动和动力的一种传动形式。带传动是一种结构简单、传动平稳、能缓和冲击、能实现两轴距离较远的传动。减速器是非常常见的减速机构，满足各种机械传动的不同要求，它较带传动最大的优点就是传动比稳定，能有效的保持输出速度。由于本设计的轮胎切碎机对出料规格有一定要求，为了减小误差，在驱动机构的减速部分选择减速器来降速，能保证生产的持续进行，并提高了效率。 由上面的分析，本设计包括轮胎切碎机的驱动机构设计，轮胎切碎机的转动机构设计和进料机构设计。整体工作简图如图2－5。 第三章 驱动机构设计 3.1 概述 轮胎切碎机驱动机构的作用是使轮胎切碎机达到一定的转速。它主要由电动机，减速器，联轴器等组成。考虑到传动稳定和安装方便的情况，减速器采用二级减速器；考虑到成本的问题，故采用减速器中最简单的一种——二级展开式圆柱齿轮减速器。二级圆柱齿轮减速器设计的一般原则是： 　　(1)各级传动的承载能力大致相等（可以最大限度地发挥减速器的承载能力）； 　　(2)在一定承载能力下，减速器具有最小的外形尺寸和重量； 　　(3)各级传动中大齿轮的浸油深度大致相等[13]。 3.2 驱动机构设计 3.2.1电动机的选择 选择电动机的容量时应保证电动机的额定功率等于或稍大于轮胎切碎机所需的电动机的功率，即 切碎机所需的功率为： kw 式中 —— 切碎机所需功率，指输入切碎机轴的功率kw； ——由电动机到切碎机的总效率。 查参考文献12《机械设计手册》表26·3－1得： kw （3－1） 式中 T——切碎机的阻力矩，； ——切碎机的转速，r/min； 1.选择电动机类型 按工作要求选用Y系列全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，电压380V。 2.择电动机容量 各部分的传动效率：滚动轴承传动效率＝0.99，圆柱齿轮传动效率＝0.96，联轴器传动效率＝0.993。可算出总的传递效率为： 轮胎切碎机参照市面上的机型确定转子的转速n=300r/min。即轮胎切碎机工作转速为300r/min. 切碎机转子尺寸如图3-1所示：B=500mm，D=400mm。 图3－1 转子形状尺寸 转子体积： 查参考文献14《机械设计师手册》表1－1－12得转子密度； 转子质量: kg 进行受力分析 N N 进料口轮胎由前面处理的工序和进料宽度确定切削截面积： 查参考文献12《机械设计手册》表1－1－11得橡胶切削系数k=4.7kg/； 切削力的力矩： 传递的总力矩： kw kw 3.定电动机的转速 电动机的同步转速越高，磁极对数越少，其重量越轻，外廓尺寸越低而转速越大，传动比越大，价格越高[15]。权衡利弊，又根据，选电动机型号为Y132S-4，功率5.5kw,转速1440r/min，最大转矩2.2。 3.2.2传动比的计算与分配 由选定的电动机的满载转速和工作机轴的转速,可得传动装置的总传动比为： 分配传动比，根据经验取，得＝2.4，＝2。 计算驱动机构各轴得运动和动力参数，驱动机构工作简图如图3－2。 图3－2驱动机构工作简图 ——依次为电动机与高速轴，高速轴与中间轴，中间轴与低速轴之间的传动效率。 1.各轴的转速 r/min， r/min， r/min 2.各轴输入功率 kw kw kw 3.各轴输入转矩 根据公式（3－1）得： 运动和动力参数计算结果加以汇总，列出下表： 表3－1 运动和动力参数 轴名 功率P kw 转矩T N·m 转速r/min 输入 输出 输入 输出 电动机轴 4．24 28.12 1440 高速轴 4.21 4.16 27.92 27.63 1440 中间轴 4 3.95 63.7 63.1 600 低速轴 3.8 3.75 121 120 300 3.2.3齿轮的设计 齿轮传动的主要特点是，瞬时传动比恒定；传动效率高；工作可靠，使用寿命长；结构紧凑；适用范围大，传递功率可从小于1w到数万kw；但齿轮制造需专用机床和设备，成本较高，精度低时，振动和噪声较大；不易轴键距离大的传动。 1.高速级大小齿轮的设计 ①材料：高速级小齿轮选用45号钢调质，齿面硬度为250HBS。高速级大齿轮选用45号钢正火，齿面硬度为220HBS。 ②查参考文献16《机械设计课程设计指导书》第166页表11-7得： Mpa，Mpa 查参考文献16《机械设计课程设计指导书》第165页表11-4得： ， Mpa Mpa 查参考文献16《机械设计课程设计指导书》第168页表11-10C图得： Mpa，Mpa Mpa Mpa 式中 --接触强度安全系数 ； --弯曲强度安全系数； --计算接触应力 ； --计算弯曲应力； --试验齿轮的弯曲疲劳极限应力。 ③按齿面接触强度设计：8级精度制造，查参考文献16《机械设计课程设计指导书》第164页表11-3得：载荷系数，取齿宽系数 计算中心距：由参考文献16《机械设计课程设计指导书》第165页式11-5得： mm 考虑高速级大齿轮与低速级大齿轮相差不大取a=100mm，m=2； 则取，； 实际传动比：； 传动比误差：。 齿宽：mm，取mm，mm； 高速级大齿轮：mm，高速级小齿轮：mm，。 ④验算轮齿弯曲强度：查参考文献14《机械设计师手册》图3-3-14得： ， 按最小齿宽mm计算： Mpa （3—2） Mpa 故满足强度要求。 ⑤齿轮的圆周速度： m/s 查参考文献16《机械设计课程设计指导书》第162页表11-2知选用8级的的精度是合适的。 2.低速级大小齿轮的设计： ①材料：低速级小齿轮选用45号钢调质，齿面硬度为250HBS。低速级大齿轮选用45号钢正火，齿面硬度为220HBS。 ②查参考文献16《机械设计课程设计指导书》第166页表11-7得： Mpa，Mpa 查参考文献16《机械设计课程设计指导书》第165页表11-4得：，。 Mpa Mpa 查参考文献16《机械设计课程设计指导书》第168页表11-10C图得： Mpa，Mpa Mpa Mpa ③按齿面接触强度设计：8级精度制造，查参考文献16《机械设计课程设计指导书》第164页表11-3得：载荷系数，取齿宽系数。计算中心距，由参考文献16《机械设计课程设计指导书》第165页式11-5得： mm 取mm，； 则,取，； 计算传动比误差：合适。 齿宽：mm； 取mm，mm； 低速级大齿轮：mm，； 低速级小齿轮：mm，。 ④验算轮齿弯曲强度：查参考文献14《机械设计师手册》图3-3-14得： , 按最小齿宽mm计算：Mpa Mpa 故满足强度要求。 ⑤齿轮的圆周速度： m/s 查参考文献16《机械设计课程设计指导书》第162页表11-2知选用8级的精度是合适的。 3.2.4轴的设计和计算 通过分析减速器的工作情况和传递的功率和扭矩的大小，在减速器中轴是传递扭矩的主要零件，本设计对高速轴和低速轴进行设计和校核。 1.高速轴设计 ①材料：选用45号钢调质处理。查参考文献12《机械设计手册》表26·3-2取，A=110。 ②各轴段直径的确定： 图3-3 高速轴 根据参考文献12《机械设计手册》表26·3－1得： mm （3－3） 因为电动机的轴径d=38mm，联轴器的选择主要考虑所需传递轴转速的高低、载荷的大小、被联接两部件的安装精度等、回转的平稳性、价格等[17]，则选择联轴器型号YL7，取mm,根据联轴器取＝55mm。由于使联轴器轴向定位，取mm，且还要配合密封圈。查参考文献18《机械设计课程设计手册》表7-12， mm； 段装配轴承且，查参考文献12《机械设计手册》表28·2－7，取＝35mm，选用6107轴承。mm。 段主要是定位轴承，取＝40mm。根据箱体内壁线确定后再确定。 段装配齿轮段直径：由于考虑到齿轮分度圆直径与轴段直径相差较小，考虑是否能选用齿轮轴： 查参考文献18《机械设计课程设计手册》表10－26，mm 得：e=3.2＜6.25。故采用齿轮轴形式。 图3－4齿轮轴的示意图 段装配轴承mm，mm； 2．从动轴的设计： ⑴ 确定各轴段直径 图3-5 从动轴 ①计算最小轴段直径。 因为轴主要承受转矩作用，所以按扭转强度计算： mm 考虑到该轴外接联轴器，取mm，选用联轴器型号为YL8。 ②为使联轴器轴向定位，在外伸端设置轴肩，则第二段轴径mm。此尺寸符合轴承盖和密封圈标准值，因此取mm。 ③设计轴段，为使轴承装拆方便，查参考文献18《机械设计课程设计手册》表6-1取采用挡油环给轴承定位。选轴承6110:。mm。 ④设计轴段，考虑到挡油环轴向定位，故取mm。 ⑤设计另一端轴颈，取mm，轴承由挡油环定位，挡油环另一端靠齿轮齿根处定位。 ⑥为使齿轮装拆方便，设计轴头，取，查参考文献18《机械设计课程设计手册》表1-16取mm。 ⑦设计轴环及宽度b,段使齿轮轴向定位，mm 取mm，mm,取b＝10mm。 ⑵ 确定各轴段长度。 由联轴器的尺寸决定mm，mm。轴头长度mm因为此段要比齿轮孔的长度短mm，则mm；其它各轴段长度由结构决定。 ⑶ 校核该轴 从表3-1可看出从动轴承受的扭矩最大，故对该轴进行强度校核分析。轴的材料为45号钢，下面就弯扭合成强度条件，对轴强度校核。 ①轴的受力分析 作出轴的计算简图，即力学模型，在不同转速下，齿轮受力及轴承 反力不同。 图3－6 力学模型 图中=61mm,=108mm。 作用在齿轮上的圆周力： N 径向力： N 求垂直面的支反力： N N 求水平面的支反力： N N 表3－2 轴的受力 力N 转速r/min n=300 4400 1601 2812 1023 1588 578 ②作出受力图，弯矩图，扭矩图 垂直面弯矩： (3-5) 水平面弯矩： (3-6) 根据算出的数据作出轴的受力分析图，如图3-7。 （a） 水平面受力（N） (b) 水平面剪力（N） (c) 水平面弯矩（N·m） (d) 垂直面受力（N） (e) 垂直面弯矩（N·m） (f) 扭矩（N·m） 图3-7 轴的受力分析图 ③按弯扭合成强度条件，对高速轴进行强度校核，根据弯矩，扭矩图确定危险截面为1－1。根据式（3-5）和式（3-6）可得合成弯矩： 截面扭矩：T=121。 ④安全系数校核计算 由于该减速机轴转动，弯矩引起对称循环的弯应力，转矩引起的为脉动循环的剪应力。 弯曲应力幅： Mpa； 式中 W——抗弯断面系数，查参考文献12《机械设计手册》表26·3－16得W＝14.2。 由于是对称循环弯曲应力，故取平均应力； （3－7） 式中 ——45号钢弯曲对称循环应力时得疲劳极限，由参考文献12《机械设计手册》表26·1－1查得＝270Mpa； ——正应力有效应力集中系数，由配合查得＝2.62； ——表面质量系数，按参考文献12《机械设计手册》表26·3－9查得＝0.92； ——尺寸系数，表参考文献12《机械设计手册》表26·3－12查得＝0.76； 剪应力幅： Mpa 式中 ——抗扭断面系数，查参考文献12《机械设计手册》表26·3－16得＝30.6。 式中 ——45号钢扭转疲劳极限，查参考文献12《机械设计手册》表26·1－1查得＝155Mpa； ——剪应力有效应力集中系数，按配合＝1.89； ——平均应力折算系数，由参考文献12《机械设计手册》表26·3－4查得＝0.21。 轴1－1截面安全系数：； 查参考文献12《机械设计手册》表26－3－5可知,故S>,该轴1－1截面安全。 ⑷ 键的设计与校核： 已知mm， mm，查参考文献12《机械设计手册》表6－1，由于mm所以取，mm所以取。 因为齿轮材料为45号钢。查参考文献16《机械设计课程设计指导书》表10-10得Mpa，L=105mm取键长为90mm，L=58mm取键长为40mm。 根据挤压强度条件，键的校核为： Mpa Mpa 所以选键规格为:,。 第四章 旋转切削和进料机构设计 4.1 概述 轮胎切碎机工作部分工作原理是通过转子的快速转动，通过镶在转子上的刀具对橡胶条进行粗切削。切碎机工作部分主要由旋转切削机构，进料机构组成。进料机构采用最常用的链传动，由于链传动比较稳定，能平稳的将轮胎条送入切削室。链传动中的传动链是机械式传动部件中最常见的一种，因此采用了传动链。旋转切削机构采用了转子上镶嵌刀具的方法，通过转子的旋转带动刀具做切削运动，将轮胎条一切即断。采用特殊硬质合金材料刀具，耐冲击，耐磨损，韧性好；刀具结构简单，装拆方便，调整快捷，使用寿命长。 4.2 旋转切削机构设计 4.2.1切削转子的计算 主轴是切削转子的主要零件，冲击力由它来承受。因此，要求主轴的材质具有较高的强度和韧性。通常主轴为圆形，有的主轴断面为方形。由于作用在转子主轴上每个瞬间的载荷大小不等，其用的持续时间又短，仅为千分之几秒，而确定处载荷又与实践情况差距较大，因此按一般方法计算转子主轴的强度常偏大，多年实践表明，当转子体发生严重故障时，主轴仍能保持完整无损。 参照现有上的轮胎切碎机，选转子的直径为400mm，长为500mm。 ⑴ 材料：转子的材料选45号钢调质，齿面硬度为250HBS。查参考文献12《机械设计手册》表26·3-2取Mpa，A=110。 ⑵ 各轴段直径的确定： 图4-1 切削转子 ① 根据参考文献12《机械设计手册》表26·3－1得： mm 根据减速器轴选用的联轴器为YL8，取＝40mm。 ②为使联轴器轴向定位，在外伸端设置轴肩，则第二段轴径mm。尺寸符合轴承盖和密封圈标准值，因此取mm。 ③设计轴段，为使轴承装拆方便，查参考文献18《机械设计课程设计手册》表6-1取采用挡油环给轴承定位。选轴承7310E:。mm。 ④设计轴段，考虑到挡油环轴向定位，故取mm。 ⑤设计另一端轴颈，取mm，采用挡油环给轴承定位。 ⑥设计轴段，考虑到挡油环轴向定位，故取mm。 ⑶ 确定各轴段长度 由联轴器的尺寸决定mm。 根据轴承端盖的尺寸取＝48mm。 由选取的轴承和挡油环的尺寸取＝40mm。 长度即转子长度，＝500mm。 尺寸参照，由于是轴头，加个倒角，取＝41mm。 其余轴段尺寸由结构确定。 ⑷ 校核该轴 由于该轴是整台轮胎切碎机最重要的零件之一，故对其强度进行校核分析。轴的材料为45号钢，下面就弯扭合成强度条件，对轴强度校核。 ①轴的受力分析 作出轴的计算简图，即力学模型 图4－2 力学模型 图中==280mm。 ②作出受力图，弯矩图，扭矩图 N N/m 垂直面的弯矩： 为切碎机切削橡胶的力 ＝＝＝550N （4－1） N 水平面的弯矩： 根据以上计算的数据作出校核分析图，如图4-3。 (a) 垂直面受力(N) (b) 垂直面剪力(N) (c) 水平面受力(N) (d) 水平面弯矩（） (f) 垂直面弯矩（） (e) 扭矩（） 图4-3 切削转子受力分析 ③按弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面2－2）的强度。 2－2截面合成弯矩； 查参考文献19《机械设计》式（15-5），取=0.6，轴的计算应力：Mpa 前已选定轴的材料为45钢，正火处理，查得Mpa。因此，故安全。 ④精确校核轴的疲劳强度 确定危险截面，根据轴的结构尺寸及弯矩图，扭矩图所示，截面2－2处的弯矩最大，故属危险截面。现对2－2处的截面进行强度校核。 在BC中点处的左侧： 抗弯截面系数：； 抗扭截面系数：； 截面2－2处左侧的弯矩：； 截面2－2处左侧的扭矩：； 截面上的弯曲应力：Mpa； 截面上的扭转切应力：Mpa； 轴的材料为45钢，正火处理。由参考文献12《机械设计手册》查得，Mpa，Mpa，Mpa，滚动轴承与轴的配合按H7/k6配合选择系数，取，，，。 由于是对称循环弯曲应力，故取平均应力。 计算安全系数值： （4－1） （4－2） 故可知此轴安全。由于轴所承受的力在轴是对称分布，故截面2-2的右侧的受力情况跟左侧一样，无需再校核。 ⑸ 键的设计与校核 因为d1=40装联轴器查参考文献12《机械设计手册》表6－1，由于所以取，查参考文献16《机械设计课程设计指导书》表10-10： Mpa 因为L1=105mm初选键长为90mm, 根据挤压强度条件，键的校核为： Mpa 所以所选键为:。 4.2.2刀具的选择 轮胎切碎机的刀具是工作的主要部件，所以对刀具要求很高。工作过程刀具表面常常发生剥落，崩刃，磨损等形式的失效。因此要求刀具表面既要求有较高的耐磨性，也要有较高的韧性[20]。根据设计，刀具回转直径：d=400mm,刀具数量：4，刀具转速：300r/min。刀具的选择参照市面上的切碎机的刀具，采用整体式切割刀具，材料选用了特殊硬质合金材料刀具，经特殊工艺处理后具有较高的强度、良好的耐磨性和韧性，并可进行多次刃磨。刀具可从大连盛达模具五金有限公司等其他生产刀具的公司直接购买。 4.3进料机构设计 为了保持恒定的进料速度，进料机构采用链传动。链传动由链条和主、从动链轮所组成，依靠链轮轮齿与链节的啮合来传递运动和动力。属于带有中间挠性件的啮合传动。一般的链传动使用范围是：传递功率P<100kw，效率，传动比，传动速度一般是m/s。 ⑴ 链传动的特点 ①与带传动相比，链传动无弹性滑动和打滑现象，能保持准确的平均传动比，传动效率高； ②需要的张紧力小，径向压轴力小； ③能在高温及低速、有油污等恶劣环境下工作； ④与齿轮传动相比，链传动制造精度和安装精度要求较低，成本低廉，可远距离传动，结构简单。 ⑤链传动的主要缺点是不能保持恒定的瞬时传动比；磨损后易发生跳齿；工作时有噪声。不宜在载荷变化很大和急速反向的传动中应用。 ⑵ 链传动的类型 链可分为传动链、起重链和曳引链。起重链和曳引链用于起重和运输机械，传动链在一般的机械传动中应用广泛，本章只介绍传动链。传动链又可分为滚子链和齿形链。   齿形链由多排链片铰接而成比滚子链工作平稳、噪声小，承受冲击载荷能力强，但结构较复杂，成本较高。滚子链的应用最为广泛，故进料口选取滚子链。 4.3.1链传动的计算 由于轮胎切碎机的转速n=300r/min=5r/s.根据实际需要，定出料长度为15mm,转子上安装4组刀具。所以每转切削量为60mm，则每秒切削量为300mm。可算出轮胎切碎机每小时的处理量： t 符合t的设计要求。 查参考文献14《机械设计师手册》表1－1－12得橡胶密度为0.93t/,则链传动的进料速度为1.2/0.93＝1.3/h。 由于进料口轮胎由前面处理的工序和进料宽度确定切削截面积： 则进料口链传动的线速度为＝4500m/h=0.3m/s。 根据实际需要，选取进料机长度l=1.5m。 进料机功率的计算： N 式中 f—钢与橡胶的摩擦系数，查参考文献14《机械设计手册》表1－1－10得f＝0.2 w ⑴ 链轮齿数的选择 由于进料机进料输送采用恒速进料，无变速，故所有链轮的齿数均一样。查参考文献19《机械设计》表9－8，由于v=0.3m/s，由于链节数常是偶数，为考虑磨损均匀，链轮齿数一般应取与链节数互为质数的奇数，选链轮齿数Z＝19。 ⑵ 确定计算功率 计算功率是根据传递的功率，并考虑到载荷性质和原动机的种类而确定的。即kw； 式中 ——计算功率，单位kw； ——传递的功率，单位kw； ——工作情况系数，查参考文献19《机械设计》表9－9取＝1。 ⑶ 链的节距 链的节距p的大小，反映了链条和链轮各部分尺寸的大小。在一定条件下，链的节距越大，承载能力就越高，但传动的多边形效应也要增大，于是振动、冲击、噪声也越严重。所以设计时，为使传动结构紧凑，寿命长，应尽量选取较小节距的单排链。速度高，功率高时，则使用小节距的多排链。从经济上考虑，中心距小、传动比大时，选小节距多排链；中心距大，传动比小时，选大节距单排链。 允许采用的链条节距可根据功率和链轮转速n由参考文献19《机械设计》图9－13并结合表9－1选择。由于链传动的实际工作与实验条件不完全一致，因此必须对进行修正。即 kw。 式中 ——在特定条件下，单排链所传递的功率； ——链轮齿数系数，查参考文献19《机械设计》表9－10算出＝1； ——链长系数，查参考文献19《机械设计》表9－10算出＝1.25； ——多排链系数，查参考文献19《机械设计》表9－11得＝1。 根据参考文献19《机械设计》图9－13按链轮转速估计，链工作在功率曲线顶点左侧时，可能出现链板疲劳破坏。 链轮的转速计算：由于进料机线速度v=0.3m/s，滚筒直径根据实际需要取d=86mm,则链轮转速r/min并根据功率＝0.6kw，由参考文献19《机械设计》图9－13选型号08A单排链。同时也证实原估计链工作在额定功率曲线顶点左侧时正确的。再由参考文献19《机械设计》表9－1查得链节距p=12.7mm。 ⑷ 链传动的中心距和链节数 中心距过小，链速不变时，单位时间内链条绕转次数增多，链条曲伸次数和应力循环次数增多，因而加剧了链的磨损和疲劳。同时，由于中心距小，链条在小链轮上的包角变小，在包角范围内，每个轮齿轮所受的载荷增大，且易出现跳齿和脱链现象；中心距太大，会引起从动边垂度过大，传动时造成松边颤动。因此在设计时，若中心距不受其他条件限制，一般可取，最大取。有张紧装置或托板时，可大于80p。 链条长度以链节数来表示。由于进料机长度l=1.5m，滚筒d=86mm,则中心距＝1414mm,则； 链长m。 ⑸ 验算链速 m/s 与原假设相符。 ⑹ 作用在轴上的压轴力 有效圆周力N； 按水平布置取压轴力系数＝1.15，故 N。 4.3.2链轮的设计 链轮的齿形是根据啮合条件和受力情况以及加工工艺性设计的。根据参考文献14《机械设计师手册》表3－2－15，由实际情况选45号钢作为链轮的材料，齿面硬度为45HRC。 查参考文献14《机械设计师手册》表3－2－10，算滚子链链轮的尺寸，如表4-1。 表4－1 滚子链链轮尺寸 名称 符号 计算公式 分度圆节距 =12.7mm 分度圆直径 d =78mm 齿沟圆弧直径 mm 齿沟半角 工作段圆弧半径 mm 工作段圆弧中心角 齿形半角 齿顶圆弧半径 mm 查参考文献14《机械设计师手册》表3－2－13得滚子链链轮轴面齿形尺寸。 表4－2 滚子链链轮轴面齿形尺寸(mm) 节距p 链条 轴面齿形 滚子直径 内链节内宽 倒角宽度g 倒角深度h 倒角圆弧半径 圆角半径 齿宽b 12.7 8.51 7.75 1.6 634 13.5 0.5 8.7 图4－4 滚子链链轮轴面 4.3.3主链轮传动设计 为使便于安装，达到稳定的传动比，采用二级减速来获得主链轮所需的转速。由于链传动的功率很小，且转速低，则选择电动机时应考虑选小功率，低转速的电机。这种情况下通常采用交流变频调速三相异步电动机[21]。根据实际需要，选择YTPS801-2型号电动机，功率p=0.75kw,转速n=200r/min。则传动比。根据经验分配传动比，，。由于传递的扭矩很小，故主要考虑如何便于安装。设计办法参照第三章减速机的设计。 ⑴ 高速级齿轮设计 ① 材料：高速级小齿轮选用45号钢调质，齿面硬度为250HBS。高速级大齿轮选用45号钢正火，齿面硬度为220HBS。 ② 按齿面接触强度设计：8级精度制造，查参考文献16《机械设计课程设计指导书》164页表11-3得：载荷系数，取齿宽系数。 选中心距mm，m=2。 则，取，； 实际传动比：； 传动比误差：。 齿宽：，取mm，mm； 高速级大齿轮：mm，高速级小齿轮：mm，。 ⑵ 低速级齿轮设计 ①材料：低速级小齿轮选用45号钢调质，齿面硬度为250HBS。低速级大齿轮选用45号钢正火，齿面硬度为220HBS。 ②按齿面接触强度设计：8级精度制造，查参考文献16《机械设计课程设计指导书》第164页表11-3得：载荷系数，取齿宽系数。 选中心距mm，m=2。 则取，； 实际传动比：； 传动比误差：； 齿宽：取mm，mm； 低速级大齿轮： mm，低速级小齿轮：mm，。 结论 通过对当今社会上的“黑色污染”造成的危害的分析，为废旧轮胎回收利用设计了一种轮胎切碎机。该机采用旋转切割式轮胎切碎机。整机包括驱动机构，旋转切削机构和进料机构。设计的轮胎切碎机的外形尺寸为：长1710mm，宽：2054mm，高：894mm。 本设计的轮胎切碎机具有如下特点： 1.采用旋转切割式，优化了受力状况，减少了旋转刀盘被卡死的现象，同时也减少了对破碎室的倾翻力矩。 2.采用二级齿轮减速器，具有承载能力大、效率高、噪音低、体积小、重量轻、使用寿命长等优点。 3.采用高硬度耐磨合金焊条堆焊刀盘刃口，使用寿命长，可反复修补刃磨使用。 4.刀轴拆装快捷，安装维修方便。 5．采用自动进料机构，降低了人工劳动强度。 通过两个月的毕业设计，学到了很多知识，并且对以前所学的知识重新有了认识并进一步融会贯通。提高了查阅手册和各种资料的能力，增强了独立思考的意识，为今后走向社会打下了坚实的基础。 致谢 本文从拟定题目到定稿，历时数月。而今论文完成打印之时，我思绪万千，心情久久不能平静。本学位论文是在我的导师杨旭旦的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，杨老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。在此谨向杨老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。在此，我也要感谢黑龙江科技学院机械工程学院所有老师四年以来对我的关心和爱护。正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意! 参考文献 [1] 邓海燕.世界废旧轮胎综合利用纵览.中国橡胶,2004，18（23）：25 ～29 [2] Agan Archer,Alex Klein.The scrap tire dilemma - Can technologyoffer commercial solutions. 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