圆锥破碎机设计说明书

1 绪论

引言

随着社会的进步，原材料消耗不断增加，导致富矿资源日益枯竭，矿石品位日趋贫化。以我国冶金矿山为例，铁矿石平均品位31%、锰矿石品位22%。绝大多数的原矿需要破碎和选矿处理后才能成为炉料。破磨作业是选矿的龙头，也是能耗、钢耗的大户。因此，节能、降耗是破磨设备研究的主题，“多碎少磨”是节能、降耗的重要措施，其关键问题是降低破碎产品的最终粒度。圆锥破碎机的生产效率高，排料粒度小而均匀，可将矿岩从350mm破碎到10mm以下的不同级别颗粒，可以满足入磨粒度的需要，成为金属矿山选矿厂的主要破碎设备。

破碎机的发展与人类社会的进步和科学技术的水平密切相关。随着科学技术的发展，各学科间相互渗透，各行业间相互交流，广泛使用新结构、新材料、新工艺，目前破碎机正向着大型、高效、可靠、节能、降耗和自动化方向发展。

历史发展

圆锥破碎机诞生于20世纪初叶。弹簧式圆锥破碎机是由美国密尔沃基城西蒙斯（Symons）兄弟二人研制的，故称之为西蒙斯圆锥破碎机。其结构为主轴插入偏心套，用偏心套驱动动锥衬板，从而使矿岩在破碎腔内不断地遭到挤压和弯曲而破碎。破碎效果差，振动大，弹簧易损坏。用大型螺旋套调整排矿口大小，调整困难，过载保护用弹簧组，可靠性差。多年来，虽然不断改进，结果日趋完善，但其工作原理和基本构造变化不大。

20世纪40年代末，美国Allis Chalmers公司首先推出底部单缸液压圆锥破碎机，是在旋回式破碎机基础上发展起来的陡锥破碎机。该机采用液压技术，实现了液压调整排矿口和过载保护，简化了破碎机结构，减轻了重量，提高了使用性能。

20世纪50-60年代，法国Dragon公司的子公司Babbitless公司和日本神户制钢有限公司等推出上部单缸、周边单缸液压圆锥破碎机。

20世纪70-80年代，美国Allis Chalmers公司在底部单缸液压圆锥破碎机的基础上推出高能液压圆锥破碎机；Nordberg公司推出旋盘式圆锥破碎机，适用于中硬物料的破碎，其给料粒度小，偏心距小，破碎力不大。之后，相继又推出超重型短头圆锥破碎

机。该机加大了功率，强化了弹簧并采用合金钢机架，但增加了制造成本。为此，该公司又推出了Omni型圆锥破碎机。Babbitless公司推出BS704UF型超细圆锥破碎机，它采用滚动轴承替代偏心套，由电动机、皮带传动带动动锥摆动，顶部采用单缸液压缸装置来调整排矿口和实现过载保护，给料粒度-10mm,产品粒度-6.3mm占80%。

20世纪90年代以来，美国Nordberg公司推出新一代HP系列圆锥破碎机；瑞典Svedala公司推出新的H系列圆锥破碎机；俄罗斯乌拉尔机械研究院和米哈诺贝尔研究设计院开发出新型短头圆锥破碎机，破碎机分上、下两部分，上腔按料层原理破碎物料，下腔为平行区。应用表明：细级别含量较一般圆锥破碎机提高5%-10%，衬板金属消耗降低20%。

20世纪50年代初期，国内圆锥破碎机在仿原苏联的2 100和1 650弹簧圆锥破碎机的基础上，开发的1 200和2 200型弹簧圆锥破碎机。在20世纪70年代开发了1 200、1 750、2 200多缸液压圆锥破碎机和1 200、1 650、2 200底部单缸液压圆锥破碎机。20世纪80年代，沈阳重型机器厂从美国Nordberg公司引进西蒙斯和旋盘式圆锥破碎机设计制造技术，并合作生产该系列圆锥破碎机。20世纪90年代以来，国内一些矿山、石料加工厂和建设工程先后又引进了HP系列圆锥破碎机、G型圆锥破碎机和Omni型圆锥破碎机，均取得了良好应用效果。北京矿冶研究院于1993年与俄罗斯圣彼得堡工程科学院合作成立中外合资北京凯特破碎机有限公司。桂林冶金机械厂与圣彼得堡工程科学院共同创办了中俄合资桂林湟新技术开发有限公司生产惯性圆锥破碎机。洛阳矿山机械工程设计研究院开发简化结构的惯性圆锥破碎机，东北大学也在研究振动破碎机。

随着我国石料加工厂的发展，中小型圆锥破碎机也取得了进展。上海建设·路桥机械设备有限公司与日本神户制钢有限公司合作生产AF型圆锥破碎机；沈阳华杨机械厂推出需蒙斯、旋盘式和HP系列圆锥破碎机；上海龙阳机械厂、上海多灵-沃森机械设备有限公司和鞍山矿山机械总厂也都生产中小型圆锥破碎机。

目前，我国圆锥破碎机已形成大、中、小型系列，品种规格齐全，基本满足国内需求。但产品的制造质量，特别是耐磨材料，以及使用可靠性等方面与国外同类产品尚有差距，有待进一步研究、改进。

应用效果

近来国内外开发的新型高效圆锥破碎机破碎物料应用的范围不断扩大，破碎产品粒

度小，破碎效果显著。

美国Nordberg公司的MP-1 000型破碎机在Butte选矿厂替代Symons圆锥破碎机，产品粒度-12mm占80%，使磨机生产能力提高37%。波兰柳宾(любин)在锤式破碎机后使用MP型破碎机进行补充破碎使产品粒度降至-14mm占80%，从而提高了磨机生产能力，降低磨矿能耗。

鞍钢调军台选矿厂采用HP700型圆锥破碎机。从1997年9月投入运行，中碎机排料粒度-75mm，处理能力790t/h；细碎机排料粒度-12mm占92%，处理能力350t/h ,提高了磨机生产能力，降低了磨机能耗。

北京矿冶研究总院和安徽铜陵某有色公司联合攻关用PD90 120型颚式破碎机和GYP1 200型惯性圆锥破碎机，实现两段开路破碎工艺流程，生产能力70-80t/h，从给料-750mm破碎到-8mm，使系统能耗降低20%，磨机处理能力提高25%。

2 总体方案设计

圆锥破碎机的类型

根据破碎腔型不同，圆锥破碎机可分为：标准型（中碎用）、中间型（中、细碎用）、和短头型（细碎用）三种型式，其中以标准型和短头型应用最广。

我国制造的中细碎圆锥破碎机用汉语拼音字母和动锥的底部直径表示型号，如PYB2200、PYZ2200和PYD2200，其中P —破碎机、Y —圆锥、B —标准型、Z —中间型、D —短头型、2200—动锥底部直径（毫米）。

根据调整排矿口和过负载时的保险方式，圆锥破碎机分为弹簧保险和液压保险两种类型。

本设计方案采用的是2100标准弹簧圆锥破碎机，即PYB2100。 圆锥破碎机的工作原理

如图所示，破碎机马达1的动力由传动轴2、伞齿轮（圆锥齿轮）3带动偏心轴套4而旋转。主轴5插在偏心轴套的锥形孔里，动锥6固装在主轴上并支持在球面轴承8上。随着偏心轴套的旋转，动锥6的中心线OO 1以O 为顶点绕破碎机中心线OO 2作锥面运动。这样，当动锥中心线OO 1转到图示位置时，动锥靠近定锥7，则矿石处于被挤压和

破碎状态，而动锥另一面离开定锥，此时被挤碎了的矿石靠自重从两锥体底部排出。圆锥破碎机

是随动锥转动连续的进行破碎矿石，所以它比其他破碎机生产率高而工作又比较平稳。

图 圆锥破碎机

1— 马达； 2—传动轴； 3—伞齿轮； 4—偏心轴套 5—主轴； 6—动锥； 7—定锥； 8—球面轴承 D —动锥底部直径

简述各部分结构及功用

图的圆锥破碎机由下列主要部分组成：机架部分；传动轴部分；偏心轴套部分；球面轴承部分；动锥部分；调整环部分。

图中的机架部分是整个破碎机的主体，所有部分都装在机架上，它被四个地脚螺栓

固定在基础上。

传动轴套筒34插入机架中心套筒5中，用螺钉固定。中心套筒里压入直衬套4（也叫直铜套）。直衬套原来用青铜材料制作，由于尼龙轴承有许多优点，所以，目前很多厂矿已改用尼龙直衬套代替直铜套，使用效果很好。但今后使用尼龙轴承是发展方向。为了防止直衬套上串，在直衬套的上口开两个缺口，装一压板将其压住。

传动部分装在机架传动轴套内，它的前端小伞齿轮和偏心轴套上的大伞齿轮相啮合。其另一端借联轴器与电动机相连接。

圆锥破碎机传动轴的轴承，有滚动轴承也有滑动轴承。采用滚动轴承的破碎机，有时由于滚动轴承承受很大的冲击力而遭损坏，所以必须采用较好的轴承。

偏心轴套部分是由偏心轴套3、大伞齿轮6和锥衬套37组成。锥衬套原来用青铜或用巴比合金制作，现在用尼龙锥衬套的。锥衬套压装在偏心轴套的锥形孔里并在其上部缺口处铸锌加固。大伞齿轮与偏心轴套之间是用键连接。为了平衡动锥30的惯性力和使偏心轴套与直衬套沿全长接触，大伞齿轮齿轮顶部装有平衡重7。

偏心轴套被支承在四片止推盘2和机架下盖1上，最下面一片铜盘沿圆周方向有三个爪卡在端盖1的槽中，所以它是不转动的；最上面一片钢的止推盘用销子与偏心轴套相联，能随偏心轴套转动，而中间两片止推盘自由的放在上下两盘中间。这两片中，上面一片是铜的，呈平盘状，下面一片是钢的，表面有径向润滑油沟。原来上面一片铜板由于没有径向限位，在运转中，沿外圈碰损很严重，寿命很短。

球面轴承部分有球面轴承座11和球面轴承（球面瓦）12组成。球面瓦用销子固定在球面轴承座上，其上有回油孔而球面轴承座外圈有档油环13，防止从轴面瓦外缘挤出的油进入防尘水中。球面轴承座上有一圈环形沟槽32是为装防尘水用的。球面轴承座的下部止口与机器上的环形加工面相配合。

球面轴承原来也是用青铜材料制作的。现在也有采用尼龙球面轴承的。随着对尼龙轴承的不断地试验改进，此种轴承将会越来越多地被采用。

动锥部分由动锥体和主轴38组成，用热压配合装配在一起。动锥的外表面装有锰钢衬板14。为了使它们之间紧密贴合，中间铸以锌。上部用锁紧螺帽19锁紧。在锁紧螺帽的顶部装有分矿盘21。为了防止破碎机工作时锁紧螺帽退扣，装有制动齿板20。制动齿板的外齿卡在锁紧螺帽的内齿中，而制动齿板下面的方形键卡在主轴头部的缺口内，以防止主轴与锁紧螺帽的相对运动。

矿石从给矿漏斗22落到分矿盘上，随分矿盘不断的幌动，矿石便被均匀地分配到破碎腔里。破碎后的矿石，从两锥体下部落地运输带上。

调整环部分也是一个动锥体，其外圆锥表面有锯齿形螺纹，而内部锥体上有七个缺口，定锥衬板25上面相应地有八个耳环26。用“U”形螺栓24穿过缺口钩在耳环上，将定锥衬板固定在调整环28上。调整环与固定环17靠锯齿形螺纹联接；借旋转调整环使定锥上升或下降，从而改变破碎机排矿口大小。因调整环是右螺纹，所以向右旋转调整环排矿口便减小；向左旋转调整环，则排矿口增大。

为了防止调整环自动退扣，用弧形齿板18锁紧。为了保护螺纹和使调整环容易转动以及不让灰尘浸入，在固定环17的径向方向上有加注黄油的孔27和在其下端装设有毛毡密封16。

固定环（也叫支撑环）的锥面与机架上部的锥面相配合，固定环沿圆周方向有16组弹簧15，每组有10支，每组用5根螺栓将弹簧压在两托盘之间，靠弹簧的张力把固定环压在机架上。这样，当不能破碎的物料落入破碎腔时能起保险作用。

破碎机的传动轴承、止推盘、锥衬套和主轴、直衬套与偏心轴套以及球面轴承的表面是相对运动的摩擦表面。为了保证破碎机正常运转，各摩擦表面必须要很好的进行润滑与防尘。

防尘装置：中细碎圆锥破碎机比粗碎圆锥破碎机产生灰尘更加严重，因此要求它有完善的防尘装置。目前弹簧式中细碎圆锥破碎机都是用水封防尘装置。

在球面轴承座上有盛水的环形沟槽15，而在动锥上焊有截锥形的领缘34，其下端插入沟槽15的水中，领缘把灰尘挡住，使它落入水槽中，不让灰尘进入破碎机内部。

防尘水从进入水管口35进入沟槽，充满后从排水管口36流走，同时把落入水中的灰尘带走。

破碎机的润滑：破碎机各摩擦表面都是采用稀油循环润滑。油从中心套筒的端盖上的进油孔37进入偏心轴套的止推盘中，由于止推盘上有放射状的油沟，油流过中心孔时也同时进入各沟槽润滑止推盘；油经止推盘中心孔沿偏心轴套内外表面和主轴上的中心孔上升，同时也润滑各摩擦表面，最后润滑球面轴承和伞齿轮，从伞齿轮上甩下的油顺排油孔38排出。

轴承是采用单独的油路给油和排油进行循环润滑。

破碎机的保险装置：它是装在机架一圈的16组弹簧。当不能破碎的物料进入破碎

机时，定锥与固定环向上抬起，并压缩弹簧，增大动锥与定锥表面间的距离，使不能破碎的物料经排矿口排出，从而保护破碎机不受损坏。之后固定环和调整环借弹簧的张力恢复原位。这样，能在一定程度上保证破碎机的安全。

3 圆锥破碎机的结构参数和工作参数的选择与计算

结构参数

3.1.1给矿口宽度与排矿口宽度

给矿口宽度D B )5.1~2.1(=，给矿粒度D 系根据选矿流程决定。排矿口宽度应该有一个调整范围，以供破碎各种硬度矿石的需要。

2100标准圆锥破碎机用于中碎，最大给矿粒度初选260mm ，即最大给矿口宽度B 初选312～325mm.

对于不同硬度的矿石，其排矿的过大颗粒系数e

d Z max

=

（dmax 是产品的最大粒度，e 是排矿口宽度）不同。对于中碎用圆锥破碎机来说，破碎硬矿石时Z=；中硬矿

石Z=软矿石Z=。确

定中碎用圆锥破碎机的排矿口宽度时，必须考虑产品中过大颗粒对细碎破碎机给矿粒度的影响，因为中碎用破碎机

一般不设检查筛分。 3.1.2啮角α

由文献[5，4-1]可知，圆锥破碎机的啮角仍需满足下列要求：

?βααα2)(12≤--= （） 式中1α、2α——破碎锥与固定锥的锥面倾斜角。

β——破碎锥轴线与机器中心线的夹角一般，o 2=β。

?——矿石与衬板之间的摩擦角。 设计时，通常取o o 23~21=α。

中碎用圆锥破碎机取o o 45~401=α；在不断增加结构尺寸的情况下，尽量增大1α，这样可以提高机器的生产率。本设计中采用的

o 401=α o 612=α

o 21=α

3.1.3破碎机的摆动行程

破碎锥的摆动行程s （排矿口平面内的破碎锥轴线的摆动行程）由图所示的几何关系计算得：

βtan 22H r s == （）

式中 r ——破碎锥轴线在排矿口平面内的偏向距；

H ——破碎锥下边缘到球面中心O 点的高度。 572tan 8202=??=o s mm 破碎锥下部A 点的行程为：

βtan 2L s A ≈ （）

式中 L ——破碎锥母线长度。 882tan 12602=??≈o A s mm 3.1.4平行碎矿区l

为了保证破碎机的产品到达一定的细度和均匀度，圆锥破碎机的破碎腔下部必须

设有平行碎矿区。在平行碎矿区内物料至少要受一次检查性破碎。由文献[5，4-4]可知，对于标准型圆锥破碎，平行碎矿区的长度可按下式确定：

D l )085.0~08.0(= （） 式中D 是破碎锥的底部直径。

5.178~1682100)085.0~08.0(=?=l mm 取l 为170毫米。 工作参数

3.2.1破碎锥的摆动次数

圆锥破碎机破碎锥的倾角1α较小，在破碎锥下部还有不同长度的平行碎矿区，故破碎了的矿石几乎没有可能自由下落，多半靠矿石自重沿破碎锥斜面而排出，因此，圆锥破碎机破碎锥的摆动次数是根据它的排矿特点来进行设计的。

图表示已破碎的矿石从平行碎矿区的始点滑到末点时所受的力。矿石重力分力1sin αG 、摩擦力1cos αfG 和离心惯性力P 。但是，惯性力P 随

时间而改变自己的方向，在破碎锥摆动一次的时间内，它对矿石下滑的影响平均为零，因此可以不考虑。

由图知矿石沿破碎锥平行碎矿区下滑时产生的加速度按下式确定： 11fG cos -sin αααG g

G

= 故

)fcos sin (g 11ααα-=

式中 f ——矿石与破碎锥表面的摩擦系数，一般f=～； g ——重力加速度，g=9.81m/s 2。

假定矿石以等加速度在破碎锥摆动一次的时间t 秒内滑过平行碎矿区长度l 厘米，故

2112)60)(cos (sin 2121n

f g at l αα-== 则

l

f n 1

1cos sin 1330

αα-=次/分 （）

公式（）系指标准型圆锥破碎机而言。上述理论计算公式系根据全部矿石都按自由下滑的条件来考虑，事实上必有一部分矿石呈现跳跃式运动，不能保证矿石在平行区内受1～2次破碎，可能造成产品粒度过大。因此，适当地提高按上述公式计算的圆锥破碎机的转速（可提高10%）,既可以增加矿石在破碎腔内特别是在平行区内的受冲击次数，使合格产品粒度增多，破碎机本身产量增加，同时，还可以减少闭路碎矿作业中的矿石循环量和对筛面的磨损，而且有利于提高下段破碎或磨碎设备的产量。但是转速也不能过高，以免过分增加破碎矿石时的离心力，反而影响矿石下滑速度，影响排矿和产量。 由文献[5，4-6]可知，圆锥破碎机实际有利转速可以用下列经验公式计算： D

n 320=

次/分 （）

式中 D ——破碎锥底部直径，米。 2201

.2320==

n 次/分

3.2.2生产率

圆锥破碎机的生产率与矿石性质（可碎性、比重、节理、粒度组成等）、机器的类型、规格、以及破碎机操作条件（破碎笔、负荷系数、给瓯矿均匀程度）等因素有关，同时还与破碎机在选矿工艺流程中的配置情况有关。目前还没有把所有这些因素全部包括进去的理论计算方法，一般多采用经验公式进行概略计算，并根据实际条件加以校正。

由文献[5，4-7]可知，在开路破碎时，圆锥破碎机的生产率按下式计算： 6

.121δ

e

q K K Q o =吨/小时 （）

式中 K 1——矿石的可碎性系数，查表得K 1=；

K 2——破碎比的修正系数，查表由插值法得K 2=～； o q ——单位排矿口宽度的生产能力，查表由插值法得o q =～； e ——排矿口宽度，e=60； δ ——矿石的松散比重，取δ=。

5056.194

.06067.1213.10.1=?

???=Q 吨/小时 5936

.194

.06067.1323.10.1=????=Q 吨/小时

由文献[5，4-8]可知，在闭路破碎时，圆锥破碎机的生产能力按闭路通过矿量来计算：

KQ Q ='吨/小时 （） 式中 Q ——开路时破碎机的生产能力，顿/小时；

K ——闭路时平面给矿粒度变细的系数，标准型取K=。 79559334.1'=?=Q 吨/小时

所以此圆锥破碎机的生产能力为500～800吨/小时。 3.2.3电动机功率

由文献[5，4-9]可知，圆锥破碎机的电动机功率可按下列经验公式计算： 9.165D N = （） 式中 D ——破碎锥底部直径，米。 2.2661.2659.1=?=N KW 查表得实际选用的电动机功率为200KW 。 圆锥破碎机的运动学

圆锥破碎机具有在空间摆动的破碎锥。破碎锥的轴线与机器中心线相交于O 点，其夹角为o 2=β。破碎机运转时，破碎锥轴线对机器中心线作圆锥面运动，其锥顶为球面轴承O 。O 点在破碎锥的运动过程中始终保持静止。因此，破碎锥的运动可视为刚体绕定点的转动。

由于破碎锥支承装置的结构特点，破碎锥不仅随偏心轴套的偏心孔绕机器的中心线作旋转运动，而且还

绕自己的轴线旋转。

因此破碎锥的运动是由两种旋转运动组成：进给运动或牵连运动——破碎锥绕机器中心线作旋转运动；自转运动或相对运动——破碎锥绕自己的轴线作旋转运动。破碎锥的这种复杂运动称为规则运动。这种运动可以归结为破碎锥绕瞬时轴线旋转的角速度向量o ω是进给角速度向量ω和自转角速度向量1ω的几

何和，即按平行四边形法则而相加。角速度向量的所在线与物体的转动轴相重合，角速度向量的方向由右螺旋规则决定。

破碎锥的进动角速度向量ω、自转角速度向量

1ω和绝对角速度向量o ω在坐标轴上ox 和oz 上的投影为：

βωαωsin sin 1=o

βωαωωcos cos 1+=o （3．10） 解上列联立方程组得：

)

sin(sin βαβωω+=o （）

式中α

当ω和β为定值时，则()αωf o =的函数关系如图。

从图中可以看出，当o 90=+βα时，0ω有最小值：

βωωsin min =o （） 当0=α时，则0ω有最大值：

ωω=max o （）

破碎机在空载运转时和又载运转时，破碎锥的瞬时轴线位置是不同的。

破碎机在空载运转时，由于安装或制造的质量，或球面轴承和偏心轴套内孔的润滑等情况的变化，可能出现两种极限情况：

（1）当01=ω时，则ωω=0，即破碎锥的瞬时轴线与破碎机的中心线重合，也就是瞬时轴线的最终位置。这种情况表明破碎锥与偏心轴套一起转动。产生的原因则是由于安装或制造的误差，造成破碎锥主轴与偏心轴套内孔局部接触，或因润滑不好、轴与偏心轴套内孔之间的间隙过小而使主轴被偏心轴套抱住。这种情况是绝对不允许的。

（2）当ωω=1时，说明安装质量和制造质量以及润滑都很好。。根据平行四边形法则可以求得0ω的大小和方向。从图中可以看出，由于0ωωω=o ，βωωωω=∠=∠00o o ，故

0ωωo ?为等腰三角形，βωωωω=∠=∠00o o ，因此，

2

902180180β

βα+=--

=o o o

（） 所以，圆锥破碎机的o 91=α。

0ω的大小可由下式确定：

??? ?

?

-=290cos 20βωωo （）

根据以上分析，破碎机空载时，破碎锥的绝对角速度0ω的转动方向始终与偏心轴套的回转方向相同。根据实践，破碎机正常运转时，破碎锥的绝对转数为15~10转/分，即o 150~120≈α。 破碎机有载运转时，矿石对破碎锥表面的摩擦力大大地超过了作用在破碎锥的上部支承点和偏心轴套内孔对破碎锥的摩擦力，因此，破碎锥就以通过球迷中心和破碎锥与矿石的接触点的连线为瞬时轴线（由于接触点是变化的，可以近似的区破碎锥的母线位瞬时轴线）沿位于破碎腔内的矿石层作无滑动的滚动。滚动的角速度'0ω可由破

碎锥轴线上的B 点绕以破碎锥母线位瞬时轴线转动时的速度来确定。

'oz 轴上的B 点以角速度'0ω绕瞬时轴线转动，故B 点的速度为：

'

o B c ωυ-=

式中c 为B 点至瞬时轴线（破碎锥的母线）的垂距。

'oz 轴上的B 点又以角速度ω绕oz 轴转动，故B 点的速度亦为：

ω0r V B =

式中0r 为B 点之oz 轴的垂距。 因此，则知：

ωω0'

r c V B =-= 即

ωωc

r 0

'

-= （）

式中负号表示'

o ω的转动方向与的转动方向相反。根据破碎机的结构尺寸，通常，

05.0~04.00

≈c

r 。 破碎机又载运转时，o 50~40min =α。破碎机的绝对角速度'0ω的转动方向与偏心轴套的转动方向相反。 圆锥破碎机的动力学

圆锥破碎机的破碎锥和偏心轴套的质心都不再其回转中心线上，故在运转过程中，必然要产生惯性力和对固定点o 的惯性力矩。它们作用于机架上时，则为一种周期性的动载荷，因而引起机架的振动和偏心轴套的偏斜，严重影响机器的正常运转。因此，必须研究产生的惯性力和惯性力矩的大小和方向，以便采取措施消除其有害的影响。 3.4.1破碎锥的惯性力和惯性力矩

根据圆锥破碎机的运动学分析，圆锥破碎机的破碎锥是作规则运动。为使破碎锥作

规则运动，必须在其上加一具有一定大小和方向的固定点o 的外力力矩，反过来说，在迫使破碎锥作这种运动时，在破碎锥上将作用有与外力力矩大小相等方向相反的惯性力矩。

作用在破碎锥上的惯性力矩可以用下述方法确定。

以固定点o 为原点，取定坐标系oxyz,是oz 轴（即角速度向量ω的方向）与破碎机

中心线重合（图）；取动坐标系'''z y ox ，使'oz 轴（即相对角速度向量1ω的方向）与破碎锥的轴线重合，并且使'ox 轴位于oz 轴与'oz 轴构成的垂直平面内，则'oy 轴垂直于该平面。从'oy 轴的正向一端看去，由ω到1ω转到一个θ角的方向是正的转向，即反时针的方向。

将破碎锥分成许多垂直并对称于'oz 轴的薄圆片。另i P 表示任一薄圆片上的质点，其绝对加速度pi a 为：

ki ri ei pi a a a a ++= （） 式中 ei a ——牵连加速度，2ωei ei r a =； ei r 为i P 至oz 轴的垂距； ri a ——相对加速度，21ωri ri r a =； ri r 为i P 至'oz 轴的垂距；

ki a ——哥式加速度，),sin(2ri ri ki V V a ωω=；ri V 为i P 的相对加速度。 设i m 为质点i P 的质量，则加于质点i P 的质量，则加于质点i P 上的惯性力为： 2ωei i ei i ei r m a m C == 21ωri i ri i ri r m a m C ==

),sin(2ri ri i ki i ki V V m a m C ωω== （） 下面就分别确定牵连惯性力、相对惯性力、哥式惯性力对'ox 、'oy 、'oz 轴的力矩。 （1） 牵连惯性力对'ox 、'oy 、'oz 轴的力矩

将质点i P 的牵连力2ωei i r m 沿定坐标轴ox 、oy 分解为： 22cos ωγωx m r m C i ei i eix ==

22sin ωγωy m r m C i ei i eiy == （） 因此，则可写出质点系的牵连惯性力的分力对'ox 、'oy 、'oz 轴的力矩为：（沿坐标轴方向的力矩向量为正）： '2'z y m M i ex ∑-=ω z x m M i ey ∑=2'ω

'22'x y m y x m M i i ez ∑∑+-=ωω （） 由图可知：

ββsin 'cos 'z x x -= 'y y =

ββsin 'cos 'x x z += （） 将公式（）分别代入公式（）中得： ∑=-=0''2'z y m M i ex ω

因为破碎锥对称于'oz ，所以破碎锥对于'oz 轴的离心转动惯量∑=0''z y m i 。 ∑+-=)sin 'cos ')(sin 'cos '(2'ββββωx z z x m M i ey )]''(cos sin )sin (cos ''[22222z x z x m i -+-=∑ββββω )''(cos sin 222z x m i -=∑ββω

)]''()''[(cos sin 22222y z y x m i +-+=∑ββω ∑∑--=)(cos sin 2

'2

'2x i z i r m r m θθω

)(cos sin 212J J --=θθω

式中∑=0''z x m i ，'z r 和'x r 分别为i P 至'oz ，'ox 轴的距离，所以1J 和2J 分别为破碎锥对'oz 和'ox 轴的转动惯量。

∑∑=+--=0''')sin 'cos '(22'z y m y z x m M i i ez ωββω 式中∑=0''y x m i ，∑=0''y z m i 。

（2）相对惯性力对'ox 、'oy 、'oz 轴的力矩

相对角速度1ω为常数，故相对加速度只有向心加速度。因破碎锥对称与'oz 轴，所以破碎锥内每两个对称质点的相对惯性力总是大小相等，方向相反。它们互相抵消，因而对与任何轴的力矩为零。

（3）哥式加速度对'ox 、'oy 、'oz 轴的力矩

将ω移到i P 处，并沿'ox 和'oz 轴分解为'x ω和'z ω，其值为： βωωsin '=x

βωωcos '=z

'x ω和'z ω组成的平面与坐标面''oz x 平行，因此，哥式加速度沿'ox 和'oz 轴的分量为（图）：

1

''cos 22

sin

2ωβωπ

ωr r z kix r V a ==

其方向沿r r 线的离心方向。