第一章 绪论
1.1 课题研究的背景
随着城市的开发建设，建筑工地上的废旧模板、竹胶板随处可见，这些材料必须经过破碎处理后才能被企业所利用。模板破碎机设备则在这一环节起至关重要作用。开发出高效、节能的破碎设备迫在眉睫，模板破碎设备的研发将推动新能源开发项目发展，同时节约建筑资源，减轻了人类生存环境的压力。模板破碎机是一种专业针对工地上废旧模板、竹胶板、货架、托架、托盘等研发的新型、大型木材破碎设备，使其达到最高的利用价值，减少环境污染等,是破碎机中较快捷、理想、实惠的一种破碎木材的设备。结合实际生产需要，浙江帅锋精密机械制造有限公司决定立项，项目的名称为：模板破碎机的研发。浙江帅锋精密机械制造有限公司，成立于 2012 年 12月，位于浙江省嘉兴市海盐县，毗邻上海，地理位置优越，交通便利。公司由秦山建设集团和嘉兴迈思特管件共同出资成立，注册资本 2000 万元人民币，与本校周勤之院士团队展开产、学、研合作，技术力量雄厚。此项目主要与本团队展开合作，项目总经费 10 万-15 万，本人主要承担模板破碎机研发设计。
......
1.2 破碎机研究现状
破碎机械设备的发展是和人类的生存、生活和生产技术相应进步分不开的，特别是由于食品加工、土木建筑、矿山开采、选矿工艺的开拓与发展[1]。随着破碎工业的迅速发展，人们对碎磨过程的要求越来越高，低能耗，均匀的产品粒度是破碎工作者追求的目标[2-3]。由于物料的物理性质和结构差异很大，为适应各种物料的要求，破碎机的品种也是五花八门的。破碎机向细碎、粉碎和高效节能方向发展。另外随着工业自动化的发展，破碎机也向自动化方向迈进。随着开采规模的扩大，破碎机也在向大型化发展，如粗碎旋回破碎机的处理能力已达6000t/h。至于新原理和新方式的破碎尚在研究试验中，暂时还不能用于生产。对粗碎而言，目前还没有研制出更新的设备以取代传统的颚式破碎机和旋回式破碎机，主要是利用现代技术予以改进、完善和提高耐磨性，达到节能、高效、长寿的目的[4]。破碎机按照工作原理和结构特征可分为颚式破碎机、旋回式破碎机、圆锥破碎机、辊式破碎机和冲击式破碎机[5]。
.......
1.2.1 颚式破碎机
颚式破碎机起源于美国，由美国人布雷克发明。由于其结构简单、容易制造、工作可靠、使用维修方便等优点，在矿山、冶金、建材、筑路、水利、化工、煤炭多种行业中得到广泛应用。为了改善颚式破碎机性能和提高工作效率，国内外研制出各种颚式破碎机[6]。主要有：简摆双腔颚式破碎机，该破碎机不仅具有大破碎比、产品粒度细，而且使间歇运动变成连续工作，提高了破碎机工作效率；双动颚颚式破碎机，该机具有可强制排料、生产能力较高和使用寿命较长等特点；外动颚匀摆颚式破碎机，该机具有处理能力大、给料高度及整体重心低、破碎比大等优点；振动颚式破碎机，该机利用不平衡振荡器产生的离心惯性力结合高频振动对矿石进行破碎，具有破碎强度大、破碎比高等特点[7]。颚式破碎机如图 1-1 所示。
......
第二章 模板破碎机原理及方案设计
2.1 模板破碎机的原理
齿辊式破碎机主要依靠齿辊进行工作，双齿辊破碎机的两个齿辊轴线相互平行布置，辊轴上安装有一定数量的破碎齿环。工作原理是：两根辊轴在驱动力作用下反向旋转，物料落入破碎箱，被卷入到两个齿辊之间，利用破碎齿对物料进行破碎，使物料达到所要求的粒度。其结构如图 2-1 所示。当大块物料卷入工作过程中的辊齿时，物料受到辊齿的剪切与冲击以及撕拉作用。[24]如若碎块未能被辊齿咬入，物料将受到螺旋布置的辊齿的作用使其翻转，传到下一对齿继续咬入。辊齿位置继续运动，辊齿交错啮合，在这一过程中，粒度大的物料将被强行挤压剪碎，破碎后的物料从辊齿齿侧预留间隙中挤压漏出，从而完成破碎。模板破碎机的破碎形式采用齿辊破碎，利用破碎齿对模板的挤压剪切作用，达到破碎目的，其中会伴随着冲击以及撕拉作用，由于模板的破碎过程十分复杂但主要以挤压剪切破碎为主，所以本课题主要以挤压剪切破碎原理对模板破碎机进行研究设计。
.....
2.2 模板破碎机方案设计
模板破碎机主要破碎形式为齿辊破碎，综合设计成本，现有两种齿辊方案可供选择，第一种方案为单齿辊形式，第二种方案为双齿辊形式。单齿辊破碎机结构：入料输送机构、出料输送机构、进料压辊机构、破碎辊、破碎鄂板、破碎腔、机架、电动机等。双齿辊破碎机结构：进料机构、出料机构、破碎辊、机架、破碎腔、电动机等。表 2-1 对单、双齿辊破碎机的结构进行了分析对比。从结构形式上分析比较：双辊破碎机没有进料压辊机构、没有专用破碎鄂板、比单辊破碎机多一个破碎辊。但是双辊破碎机两个破碎辊是完全相同的，结构上双辊更加简单，更加可靠。从成本上分析比较：单辊破碎机较双轴破碎机有进料压辊机构，由于进料尺寸不同，进料压辊机构较为复杂，成本也较高。单辊破碎机要有专用破碎鄂板的辅助破碎，所以进一步增加了成本。双辊破碎机两个破碎辊是完全相同的，设计制造成本相对较低。从能耗上分析比较：双辊采用单电动机或双电动机消耗的功率大体相同，除了摩擦等损耗，都被模板破碎消耗，而单辊破碎机破碎同样多的模板时，除去破碎模板所消耗的功率外，还要增加进料压辊所消耗的功率。从总体上看，双辊破碎机更节能。从生产效率上分析比较：双辊破碎机，两个破碎辊同时参与模板的破碎工作，相对于单辊破碎机的生产效率更高，破碎效果更好。单辊破碎机破碎腔尺寸受限制，容易卡死，造成生产效率的降低。从产品的维修方面分析比较：双辊破碎机从结构上看更加简单，而且破碎辊是裸漏在外面的，对于更换辊齿十分方便，维修成本也大大降低，单辊破碎机破碎辊完全处于破碎腔内，维修不方便。综合以上分析比较，最终确定模板破碎机的齿辊形式为双齿辊结构。
........
第三章 模板破碎机参数设计计算.......17
3.1 模板破碎机设计要求.......17
3.2 齿辊转速及齿辊半径的设计计算.........17
3.3 电动机、减速器参数确定.........20
3.4 本章小结.....22
第四章 模板破碎机结构部件的设计.....23
4.1 齿、刀柄的设计.....23
4.2 轴的设计及强度校核.......24
4.3 破碎箱结构设计.....29
4.4 轴承端盖结构设计.........32
4.5 进料漏斗、机架结构设计.........33
4.6 轴承的选型及强度校核.....35
4.7 密封件的选型.......35
4.8 联轴器、键的选型.........36
4.9 本章小结.....38
第五章 模板破碎机模型建立及有限元分析.....39
5.1 SolidWorks 软件 ....39
5.2 三维模型建立.......40
5.3 Ansys 软件 .........42
5.4 有限元静力结构分析.......44
5.5 本章小结.....49
第五章 模板破碎机模型建立及有限元分析
5.1 SolidWorks 软件
SolidWorks 是一个在 Windows 环境下进行机械设计的软件用户界面（如图5-1），是一个以设计功能为主的 CAD/CAE/CAM 软件，其界面操作完全使用Windows 风格，具有人性化的操作界面。SolidWorks 三维机械设计系统包括：配置管理和协同工作、装配设计、工程图、建模、数据转换、高级渲染等部分。SolidWorks 软件有零件、装配体、工程图三个主要模块，和其他三维 CAD一样，都是利用三维的设计方法，就是建立三维模型。新产品在研制开发的过程中，需要经历三个阶段，即方案设计阶段、详细设计阶段、工程设计阶段。根据产品研制开发的三个阶段，SolidWorks 软件提供了两种建模技术，一个是基于设计过程的建模技术，就是自顶向下建模；另一个是根据实际应用情况，一般三维CAD 开始于详细设计阶段的，其建模技术就是自底向上建模。SolidWorks 的零件建模过程，实际就是构建许多个简单的特征，它们之间相互叠加、切割或者相交的过程。根据特征的创建，一个零件的建模过程可以分成如下几个步骤来完成：（1）进入零件的创建界面。（2）分析零件，确定零件的创建顺序。（3）画出零件草图，创建和修改零件的基本特征。（4）创建和修改零件的其他辅助特征。（5）完成零件所有的特征，保存零件的造型。
.......
结论
通过对破碎设备研究及原理分析，确定了模板破碎机的研究方向，提出了模板破碎机的基本方案，为模板破碎机进一步研究设计打下基础。根据企业提出的设计要求，确定了适合模板破碎的参数设计计算方法，从而完成了参数的设计。运用理论知识与模板破碎机工作状态相结合，设计出了破碎机的破碎齿、刀柄、轴等关键部件。通过对模板破碎机功能的分析，运用 Solidworks 软件，成功设计出了模板破碎机，并建立了仿真模型，结合 ANSYS 有限元精力结构分析，完成了模板破碎机的设计，最终完成了工程图纸的绘制，为模板的加工开辟了新的道路。论文的创新之处：第一，本文所研究的模板破碎机属于专用破碎设备，设计具有针对性；第二，本文采用了理论计算与仿真模拟相结合的设计方法，提高了设计效率及可靠性。第三，本文所设计的破碎齿采用活齿式，解决了破碎齿磨损后更换困难的问题；第四，在破碎箱的两侧增加了辅助破碎板，使得破碎效果更好。第五，破碎齿采用螺旋式布置，受力更加均匀，使模板破碎机工作时更加平稳。论文的不足及存在的问题：第一，模板破碎机设计出于成本考虑，使用的是圆柱齿轮减速器，结构上不紧凑，质量体积较大。若是增加成本，使用液力变矩器等变速装置，则可以很好解决这个问题。第二，模板破碎机实体至今没有完成制造，没有在实践当中检验设备的破碎效果。
............
参考文献（略）