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畢 業(yè) 設(shè) 計（說明書）
2014 屆
題 目 300KW型彈簧圓錐破碎機
專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化
學(xué)生姓名 馮艷
學(xué) 號 10082338
指導(dǎo)教師 李兵
論文字?jǐn)?shù) 17573
完成日期 2013年12月
湖 州 師 范 學(xué) 院 教 務(wù) 處 印 制
原 創(chuàng) 性 聲 明
本人鄭重聲明：本人所呈交的畢業(yè)論文，是在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的成果。畢業(yè)論文中凡引用他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的成果、數(shù)據(jù)、觀點等，均已明確注明出處。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的科研成果。對本文的研究成果做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。
本聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。
論文作者簽名： 日 期：
關(guān)于畢業(yè)論文使用授權(quán)的聲明
本人在指導(dǎo)老師指導(dǎo)下所完成的論文及相關(guān)的資料（包括圖紙、試驗記錄、原始數(shù)據(jù)、實物照片、圖片、錄音帶、設(shè)計手稿等），知識產(chǎn)權(quán)歸屬湖州師范學(xué)院。本人完全了解湖州師范學(xué)院有關(guān)保存、使用畢業(yè)論文的規(guī)定，同意學(xué)校保存或向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的紙質(zhì)版和電子版，允許論文被查閱和借閱；本人授權(quán)湖州師范學(xué)院可以將本畢業(yè)論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用任何復(fù)制手段保存和匯編本畢業(yè)論文。如果發(fā)表相關(guān)成果，一定征得指導(dǎo)教師同意，且第一署名單位為湖州師范學(xué)院。本人離校后使用畢業(yè)論文或與該論文直接相關(guān)的學(xué)術(shù)論文或成果時，第一署名單位仍然為湖州師范學(xué)院。
論文作者簽名： 日 期：
指導(dǎo)老師簽名： 日 期：
300KW型彈簧圓錐破碎機結(jié)構(gòu)設(shè)計
摘要：本次畢業(yè)設(shè)計主要完成對300KW彈簧圓錐破碎機的部分結(jié)構(gòu)的設(shè)計和完善。首先對彈簧圓錐破碎機做了簡單的介紹；接著分析了彈簧圓錐破碎機選型原則及計算方法；然后根據(jù)這些設(shè)計準(zhǔn)則與計算選型方法按照給定參數(shù)要求進行選型設(shè)計；接著對所設(shè)計的裝配機各主要零部件進行了校核。彈簧圓錐破碎機由六個主要部件組成：機架部分、傳動軸部分、球面軸承部分、動錐部分、調(diào)整環(huán)部分。最后，提出了彈簧圓錐破碎機設(shè)計過程中存在的不足，以便于今后設(shè)計的改進。本次彈簧圓錐破碎機的設(shè)計代表了設(shè)計的一般過程，對今后的選型設(shè)計工作有一定的參考價值。
關(guān)鍵詞：彈簧，圓錐，破碎機，傳動機構(gòu)
IV
Structure Design of 300KW Spring?Cone?Crusher
Abstract: The graduation project is mainly to complete the design and improvement of 300KW spring cone crusher part of the structure. Firstly, spring?cone?crusher machine is introduced. Secondly, the spring?cone?crusher automated assembly machine selection principle and method of calculation are analyzed. Then according to these?design principles and?calculation?methods?in accordance with the?requirements of the given parameters of type?design. Then on the design of the major components assembly machine was checked. Spring cone crusher consists of six major components: frame part, drive shaft parts, spherical bearing parts, moving cone section, part of the adjustment ring. Finally, the lack of spring cone crusher design process exists to facilitate future design improvements. The spring cone crusher design represents the general process of designed, selection of design work for the future has a certain reference value.
Key words: Spring; cone; crusher; transmission
目 錄
第1章 緒論 1
1.1 導(dǎo)言 1
1.2 發(fā)展歷史 1
1.3存在問題及發(fā)展趨勢 2
第2章 破碎機的總體設(shè)計方案 3
2.1 彈簧破碎機的型號分類 3
2.2 圓錐破碎機的基本工作原理 3
2.3 彈簧破碎機的各部分結(jié)構(gòu)及功用 4
第3章 圓錐破碎機的結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作參數(shù)的選擇與計算 7
3.1 圓錐破碎機的的運動學(xué) 7
3.2圓錐破碎機的動力學(xué) 10
3.2.1破碎錐的慣性力和慣性力矩 11
3.2.2偏心軸套的慣性力 15
3.3偏心部分的運動狀態(tài) 17
3.4結(jié)構(gòu)參數(shù) 19
3.4.1給礦口寬度與排礦口寬度 19
3.4.2嚙角α 19
3.4.3破碎機的擺動行程 20
3.4.4平行碎礦區(qū) 20
第4章 圓錐破碎機的工作參數(shù)的選擇與計算 21
4.1工作參數(shù) 21
4.2破碎錐的擺動次數(shù) 21
4.3生產(chǎn)率 22
4.4電動機功率 22
第5章 電動機的選擇及軸的計算 23
5.1 主電動機的選擇及傳動比的分配 23
5.1.1電動機的選擇 23
5.2 傳動裝置的運動和動力參數(shù) 23
5.2.1傳動軸的設(shè)計計算 23
5.2.2滾動軸承的選擇和壽命驗算 27
5.3傳動零件的設(shè)計 28
5.3.1齒輪的計算 28
5.3.2齒輪的校核 29
第6章 帶的設(shè)計和計算 32
6.1 帶傳動的設(shè)計及其計算 32
6.1.1 確定計算功率 32
6.1.2 選擇V帶的帶型 32
6.1.3 確定小帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗算帶速 32
6.1.4 確定V帶的中心距和帶輪的基準(zhǔn)長度 33
6.1.5 驗算小帶輪上的包角 33
6.1.6 確定帶的根數(shù) 34
6.1.7 計算單根V帶的初拉力值的最小值 34
6.1.8 計算壓軸力 34
6.2 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計 35
6.2.1小帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計 35
6.2.2大帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計 36
結(jié) 論 37
參考文獻 38
致 謝 39
附錄 圖紙列表 40
湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文
第1章 緒論
1.1 導(dǎo)言
在日常的生活和生產(chǎn)中破碎設(shè)備具有非常廣泛的應(yīng)用，例如：冶金，煤炭，礦山，建筑，環(huán)保等行業(yè)，它是將直徑比較大的物體破碎成直徑較小的物體顆粒。
在破碎設(shè)備中，彈簧圓錐破碎機它的優(yōu)點比較突出，他生產(chǎn)效率較高，破碎后的產(chǎn)品質(zhì)量好，符合在礦產(chǎn)區(qū)環(huán)境下工作的要求，因此圓錐破碎機成為礦業(yè)上的主要破碎設(shè)備。
中國最早的圓錐破碎設(shè)備是在前蘇聯(lián)的圓錐破碎機為基礎(chǔ)，制造研發(fā)而成的，但最早的圓錐破碎機存在著很多的問題。在科研人員的在不停的改進下，現(xiàn)階段我國的圓錐破碎設(shè)備破碎的物料范圍在不斷的擴大，同時也在不停的朝著可靠，高效，低耗，節(jié)能，自動化等方向發(fā)展。
1.2 發(fā)展歷史
目前的破碎設(shè)備根據(jù)工作原理、生產(chǎn)環(huán)境和結(jié)構(gòu)特征的不同，主要可以分成顎式破碎機、旋回式破碎機、圓錐破碎機、輥式破碎機和沖擊式破碎機[1]。
1. 顎式破碎機。
顎式破碎機是最先發(fā)明的破碎設(shè)備，第一架顎式破碎機是在美國發(fā)明的。它結(jié)構(gòu)簡單，卻很實用，在生產(chǎn)中發(fā)生故障也很容易修復(fù)，所以被廣泛的應(yīng)用在了各種需要破碎的行業(yè)中。但也存在著諸如破碎的性能和生產(chǎn)力低等諸多問題，以改善顎式破碎機，在國內(nèi)外相繼研制出了各種型號的顎式破碎機來改善其存在的缺點。經(jīng)過改善之后的破碎機主要的型號有以下幾種：簡擺雙腔顎式破碎機，它改變了產(chǎn)品的直徑大小和破碎比，還可以連續(xù)的進行工作，提高生產(chǎn)效率；雙動顎顎式破碎機，它改變了原有破碎機的結(jié)構(gòu)，使得生產(chǎn)效率和使用壽命都有所提高；外動顎勻擺顎式破碎機，它的工作原理是通過動顎和連桿的分離從而改變動顎的運動軌跡，所以改變其中機構(gòu)的參數(shù)就能把動力傳遞給動顎，改善之后的破碎機外形相對較低、工作效率高、處理能力強、操作方便等優(yōu)點；振動顎式破碎機，它是通過內(nèi)部產(chǎn)生的慣性力再加上高頻振動對礦石進行破碎的，所以所具有破碎力度相對大、破碎比較高等特點。
2. 旋回式破碎機。
旋回式破碎機屬于大型破碎設(shè)備，是用于大型礦石破碎及堅硬物料破碎的主要設(shè)備，于礦業(yè)、冶金、化工和水利等行業(yè)廣泛應(yīng)用?；匦狡扑闄C的動錐安裝在主軸上，在動錐和定錐中間裝有襯板，從而形成了破碎腔，電動機將動力通過傳動裝置傳給動錐，使動錐能夠連續(xù)的對礦石進行破碎，礦石的排出是靠其自身的重力來完成排出。旋回式破碎機是連續(xù)工作的，具有較高的生產(chǎn)效率，所以回旋式破碎機的生產(chǎn)效率大約是顎式破碎機的2倍。所以回旋式破碎機相對于顎式破碎機有較高的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量高、破碎比大等特點。
3. 圓錐破碎機。
圓錐式破碎機主要應(yīng)用在礦業(yè)上，因為它能破碎硬度較大的材料，且生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量也高，它主要用于細(xì)碎和中碎。圓錐破碎機其內(nèi)部由于主軸上的偏心套的運動，使得動錐運動，導(dǎo)致動錐襯板與固定襯板之間的距離反復(fù)變化，使物料在破碎腔中被破碎。液壓圓錐破碎機是經(jīng)過簡化后得到的，調(diào)節(jié)棑礦口來適應(yīng)液壓裝置。
1.3存在問題及發(fā)展趨勢
相對于以前來說，破碎機發(fā)展主要存在著的問題如下 [5]：
1. 在新型耐磨材料的應(yīng)用較少。
目前，破碎機的材料選擇的通常為傳統(tǒng)材料，例如：高錳鋼、高鉻鑄鐵等。其實破碎機中的耐磨件應(yīng)該采用較好的抗磨損材料構(gòu)成，可以有效的提高破碎機的使用壽命。因此，開發(fā)、尋找新的耐磨材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)材料為當(dāng)前的發(fā)展趨勢。
2. 操作系統(tǒng)的應(yīng)用程序水平較低。
3. 制造工藝水平較差。
破碎機的重點研發(fā)基礎(chǔ)為制造工藝水準(zhǔn)，由于缺乏先進的工藝設(shè)備使得破碎機的加工工藝比較粗放，導(dǎo)致加工精度低、穩(wěn)定性差，還減少了受用壽命。所以需要先進的加工藝術(shù)來改變現(xiàn)狀。
當(dāng)前我國使用的破碎機有大、中、小型之分，其種類、規(guī)格、制造工藝都在逐步完善，以滿足市場需求。但在這基礎(chǔ)上，我國的破碎機的努力方向是高質(zhì)量，高可靠性，低耗能等。
第2章 破碎機的總體設(shè)計方案
2.1 彈簧破碎機的型號分類
根據(jù)破碎機中破碎腔型的不同，可以把現(xiàn)有的圓錐破碎機大致分為三種：標(biāo)準(zhǔn)型的，中間型的和短頭型的，其中標(biāo)準(zhǔn)型與短頭型應(yīng)用較為廣泛。
我國生產(chǎn)的圓錐破碎機的型號的表示與漢字拼音字母、機器動錐底部的直徑有關(guān)，如PYB1200，PYZ1200和PYD1200，其中P表示破碎機，Y表示圓錐，B表示標(biāo)準(zhǔn)型，Z表示中間型，D表示短頭型，1200表示動錐的底部直徑。
液壓保險和彈簧保險兩種類型是由根據(jù)調(diào)整排礦口和過載時的保險方式來劃分的。
本次的設(shè)計方案是采用底部直徑為2100的小型彈簧圓錐破碎機，即PYB2100。
2.2 圓錐破碎機的基本工作原理
如圖2-1所示，由電動機1帶動帶輪2運動，從而使傳動軸3轉(zhuǎn)動，固定在傳動軸3上的小錐齒輪帶動6偏心軸套上的大椎齒輪5運動，使偏心軸套繞中心線做圓周運動，主軸7插在偏心軸套的錐形孔中，動錐8固定在主軸上，偏心軸套在主軸運動時也一同運動，主軸的中心線繞軸套的中心線做錐面運動。當(dāng)運動至圖示位置時動錐8靠近9定錐，同時碾壓之間的物料，使之破碎。
1 電動機 2 帶輪 3 傳動軸 4 小錐齒輪 5 大錐齒輪 6 偏心軸套 7 主軸 8 動錐 9 定錐 10 分料盤 11 進料口
圖2-1 圓錐破碎機
而另一邊已經(jīng)破碎的物料由于自身的重力影響從出料口出去，就這樣不斷的循環(huán)，從而進行破碎。由于圓錐破碎機的動錐是轉(zhuǎn)動的，所以可以對礦石進行連續(xù)的破碎，因此生產(chǎn)效率較高。
2.3 彈簧破碎機的各部分結(jié)構(gòu)及功用
1—機架下蓋；2—止推盤了；3—偏心軸套；4—直襯套；5—機架中心套筒；6—大傘齒輪；
7—平衡重；8—方銷；9—進水管口；10—機架；11—球面軸承座；12—球面軸承；
13—擋油環(huán)14—襯板；15—彈簧；16—毛氈密封；17—固定環(huán)（支承環(huán)）；18—弧形齒板；
19—鎖緊螺帽；20—制動齒板；21—分礦盤；22—漏斗；23—支承罩；24—“U”型螺栓；
25—定錐襯板；26—耳環(huán)；27—注黃油孔；28—調(diào)整環(huán)；29—螺栓；30—動錐；31—緣；
32—環(huán)形油槽；33—排水管口；34—傳動軸套筒；35—小傘齒輪；36—排油口；37—錐襯套；38—主軸；39—進油口
圖2-2 1200標(biāo)準(zhǔn)型圓錐破碎機
如圖2-2所示，標(biāo)準(zhǔn)的彈簧圓錐破碎機的主要組成部件：動力部分，傳動部分，偏心軸套部分，動錐部分，定錐部分，球面軸承部分和調(diào)整環(huán)部分。
彈簧圓錐破碎機的機架部分就是一臺機器的基本外殼，它大致由上部配件等組成，偏心軸的外部機架中心套筒，以及傳動軸外套部分組成。如圖中所示，上部配件是指破碎機的入料口和入料口的支架部分，它是破碎機的最上邊的部分，入料口可以根據(jù)生產(chǎn)條件的不同進行調(diào)節(jié)來控制物料進入的多少。圖中34為安裝和保護傳動軸而設(shè)計的傳動軸套筒，它與偏心軸套的外部機架相連接，再用螺釘將兩者固定。安裝主軸的部分叫偏心軸套，它直接安放在機架中心軸筒5中，機架中心軸筒并不與外部機架直接接觸，它們直接隔著直襯套4。直襯套起著緩沖作用，所以直襯套的損耗比較嚴(yán)重，尤其是以前直襯套用青銅制作的時候。隨著材料學(xué)的不斷發(fā)展，直襯套也開始用更耐磨的尼龍材料來代替，大大的減少的生產(chǎn)的成本。由于直襯套是直接放在外部機架中的，在生產(chǎn)時很容易上移變位，所以大多數(shù)的圓錐破碎機的直襯套上都開有兩個小口，其上以壓板起固定作用。
圓錐破碎機大都由大功率的電機作為動力，通過聯(lián)軸器或者帶輪將動力傳給安裝在傳動套筒中的傳動軸，傳動軸的另一端安裝了小錐齒輪35，在偏心軸套上安裝另一大錐齒輪6，兩者相嚙合，將動力傳遞給了偏心軸套。傳動軸上的軸承一般為滾動軸承，由于傳動軸的轉(zhuǎn)速不高，但傳動力很大，所以對于軸承壽命較低，最常采用的就是將兩個軸承并列使用，以延長軸承的使用壽命。
圓錐破碎機的核心為安裝有偏心軸套的主軸，它是由偏心軸套3，大錐齒輪6和錐襯套37組成。大錐齒輪安裝在偏心軸的頂部，通過鍵實現(xiàn)固定。錐襯套直接壓入偏心軸中，再用壓板將其固定。
偏心軸套的下面就是機器的機架下蓋1，它們之間隔著四片止推盤，止推盤的作用是起緩沖作用。安裝在最下面的止推盤與底蓋相接觸，最外圍有三個爪卡，與底蓋的三個槽相對應(yīng)，卡緊后這個止推盤就不會轉(zhuǎn)動了。最上邊的止推盤是由鋼制成的，它與偏心軸套相接觸，同時用銷將兩者連接，所以它與偏心軸套是同時運動的。中間的兩個止推盤，在上邊的是由銅制成的，下邊的一塊是鋼制成，上邊有通潤滑油用的槽。偏心軸套的旋轉(zhuǎn)也是主要靠這兩片止推盤實現(xiàn)的，所以這兩片止推盤的是損耗是最嚴(yán)重的。
球面軸承12和它的軸承座11組成了球面軸承部分。軸承座的外面裝有一圈擋油環(huán)，擋油環(huán)的作用是防止球面軸承中擠出的油流到外圈的水中。擋油環(huán)的外圈也有一圈環(huán)形的槽，在里面裝水用來防塵。球面軸承用銷子固定在軸承座中。最新的球面軸承也開始使用尼龍材料，比起原先的青銅制成的球面軸承，尼龍制造的耐磨度更高，使用壽命也更長。
動錐和定錐之間的相互運動產(chǎn)生了破碎物料的力，動錐部分是由主軸38和動錐體組成的，利用熱壓將它們裝配在一起。襯板14固定在動錐的外部，襯板是由錳鋼制成以保證硬度。為了使襯板與動錐配合得更加精密，所以在它們之間加有鑄鋅。用鎖緊螺帽19將襯板和動錐配合的上部鎖緊。
破碎機工作時，物料從進礦口22進入落到分料盤21上。主軸的最上端安裝的是分料盤，隨著主軸的轉(zhuǎn)動粉料盤不斷的晃動，而落在分料盤上的物料也會隨著粉料盤的晃動被撒落到破碎腔里進行破碎。破碎完成的物料，則會從錐體的下面落到運輸帶上運走。
調(diào)整環(huán)部分是由兩個圓錐體組成，外圓錐的內(nèi)環(huán)和內(nèi)圓錐的外環(huán)都有鋸齒狀的螺紋，所以可以通過旋轉(zhuǎn)內(nèi)錐體使定錐上升或者下降，從而改變排礦口的大小。內(nèi)錐體上留有7個缺口，定錐襯板25上也有相對應(yīng)的耳環(huán)26，都用螺栓連接，將定錐體固定在調(diào)整環(huán)上。
機架上的追免于固定環(huán)的錐面是相配合的。固定環(huán)上有16組彈簧15，彈簧均勻的分布在固定環(huán)的外圈上。利用彈簧的壓力，將固定環(huán)壓在壓在機架上。同時，彈簧能夠保證在不能破碎的物體進入破碎腔時，起到一個保險的作用。破碎機的大部分機構(gòu)都是有相對摩擦運動的，為了保證破碎機能夠正常運動，必須保證機體內(nèi)部有良好的潤滑。所以在破碎機的內(nèi)部，各個摩擦面上有稀油進行潤滑。中心套筒的底蓋上留有進油口37，使得潤滑油可以進入到偏心軸套下的止推盤中，止推盤的結(jié)構(gòu)上設(shè)有放射性的油槽，所以油在經(jīng)過中心油孔時，也能有效的進入止推盤中。潤滑油再向上通過主軸內(nèi)的中心油孔和偏心軸套的外表面，進行潤滑其中相摩擦的歌部分。潤滑油最后到達(dá)球面軸承和錐齒輪部分，通過出油口38出油。
軸承有單獨的油路給油與排油循環(huán)進行，從而達(dá)到潤滑效果。
破碎機在破碎時，特別是中細(xì)型的破碎機破碎時，產(chǎn)生的灰塵非常的嚴(yán)重，這些灰塵將會嚴(yán)重的影響到破碎機的使用壽命，所以破碎機的防塵裝置也很重要。現(xiàn)階段一般的彈簧圓錐破碎機的都采用的是水封防塵來進行防塵。
結(jié)構(gòu)為：球面軸承座上設(shè)計有能夠盛水的溝槽，通過領(lǐng)緣使溝槽與動錐相連接，領(lǐng)緣固定在動錐上可以阻擋灰塵，是灰塵進入水中，從而防塵。防塵水從進水管口35流入溝槽把灰塵由排水管口36帶走。
破碎機設(shè)的機架上裝有起保險作用的一圈彈簧。由于定錐和固定環(huán)可以上下運動，動錐與定錐之間的間距會反復(fù)變換，當(dāng)有不可破碎的礦石進入破碎機時，會從出礦口排出，這樣就可以有效的保護機械。
第3章 圓錐破碎機的結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作參數(shù)的選擇與計算
3.1 關(guān)于圓錐破碎機原理的運動學(xué)
位于圓錐破碎機的行腔位置中，破碎錐的軸線會繞著機器的軸線做圓錐面運動，它們的軸線相交與點O，之間的夾角為，圓錐破碎機在工作時，圓錐運動的頂點為O，其保持靜止。
由于支撐結(jié)構(gòu)存在的特點，破碎錐在生產(chǎn)時不但隨著偏心軸套運動時繞機器的中線做圓錐面運動，同時也圍繞著自己的軸線做旋轉(zhuǎn)運動。
圖3-1 破碎錐的角速度向量圖
因此，進給運動與自轉(zhuǎn)運動共同組成了破碎錐的合成運動。這里所說的進給運動（同時也可以稱之為牽連運動），也就是指破碎錐以機器的軸線為旋轉(zhuǎn)中心作錐面運動。還有這里的自轉(zhuǎn)運動，就是指破碎錐不僅在做進給運動，而且同一時間也會以自己的軸線為中心作自轉(zhuǎn)運動。把這兩個運動合成了一個復(fù)雜的運動，把這種運動稱之為破碎錐的合成運動。破碎錐繞瞬時軸線旋轉(zhuǎn)的角速度向量，而就能分解成兩種不同的向量之和，分別就是進給角速度向量和自轉(zhuǎn)角速度向量的向量和。
由于破碎錐的絕對角速度向量、自轉(zhuǎn)角速度向量和進動角速度向量存在這種幾何關(guān)系，所以可得到以下方程：
(3-1)
(3-2)
聯(lián)立3-1和3-2可得得：
(3-3)
圖3-2 與角的關(guān)系曲線
公式中的就是瞬時軸線與機器軸線間的夾角。如果和為定值，就可以得到的函數(shù)關(guān)系，如圖3-2所示。
從圖中可以得知，在的情況下，會有最小值，即：
(3-4)
又在時， 有最大值：
(3-5)
由于破碎錐的瞬時軸線不是固定的，所以破碎機在有載和空載時也是不相同的。
圖3-3 空載時破碎錐的角速度向量圖
破碎機在空載時的角速度向量圖如3-3所示，它會產(chǎn)生兩種極限的情況。這兩者情況是由很多情況引起的，可能是機器本身的安裝問題，也有可能是機器的潤滑問題引起的。這兩種情況分別是：
1. 如果，則有，這時破碎錐的瞬時軸線就與破碎機的軸線相重合。而際生產(chǎn)中，這種情況是不允許出現(xiàn)的。如果發(fā)生這種狀況，說明主軸可能被偏心軸套抱住而同時運轉(zhuǎn)。造成這種情況的原因，有可能是制造的問題，也有可能是破碎機內(nèi)潤滑的問題。
2. 如果，則說明這臺破碎機的各方面都是良好的，可以正常的生產(chǎn)使用。同時就能借助平行四邊形的法則作為依據(jù)來計算，就可以解出的方向和大小。根據(jù)圖3.3得出，因為，，同時是等腰三角形，，所以得：
(3-6)
根據(jù)已知和上式條件算得圓錐破碎機角度。
算出的大小為：
(3-7)
由上式可知：條件為破碎機沒有加負(fù)載時，破碎錐的絕對角速度的轉(zhuǎn)動方向與偏心軸套的回轉(zhuǎn)方向是相同的。
圖3-3 負(fù)載時破碎錐速度計算圖
破碎機在實際的生產(chǎn)中，由于有礦石的加入，所以礦石在破碎錐上會產(chǎn)生一個阻礙破碎錐運動的摩擦力，這個力也大于偏心軸套對于破碎錐的摩擦力。這將導(dǎo)致破碎錐的瞬時軸線產(chǎn)生變化，這個變化和礦石與破碎錐的接觸點有關(guān)。因為破碎錐與礦石的碰撞是隨機的，所以可以將破碎錐的軸線近似的看做為瞬時軸線。這時它的角速度就等于破碎錐軸線上B點的速度。
如圖3-4所示，軸上的B點會繞著破碎錐的瞬時軸線以角速度轉(zhuǎn)動，所以B點的速度為：
(3-8)
其中式中的c表示B點到瞬時軸線的垂直距離。
又因為軸上的B點繞oz軸以角速度轉(zhuǎn)動，所以B點的速度也可以表達(dá)為：
(3-9)
式中表示B點到oz軸的垂直距離。
因此，可聯(lián)立方程得到：
(3-10)
即：
(3-11)
公式3-11中的負(fù)號的意義是指的轉(zhuǎn)動方向與的轉(zhuǎn)動方向是不一致的。參照現(xiàn)有破碎機的具體相關(guān)尺寸之后，就可以得出 。
破碎機在正常工作狀態(tài)之下，。也可以知道破碎機的絕對角速度的轉(zhuǎn)動方向與偏心軸套的轉(zhuǎn)動方向是完全相反的。
3.2關(guān)于圓錐破碎機原理的動力學(xué)
圖3-4 牽連慣性力對ox’,oy’,oz’軸的力矩
由于圓錐破碎機的特殊結(jié)構(gòu)，它的主軸在工作時時進行一個圓錐面的運動，所以導(dǎo)致破破碎機的偏心軸套和破碎錐的重心都不在他運動的中心線上，所以在工作時，偏心套軸和破碎錐會產(chǎn)生一個慣性力，還有對固定點O的一個慣性力矩。正常運轉(zhuǎn)是，慣性力將作用在機架上會產(chǎn)生周期性的動載荷，導(dǎo)致極佳的震動和偏心軸套的偏斜。所以在工作時，會對機器產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。為了有效的消除有害影響，有必要對慣性力以及慣性力矩的大小與方向做更近一步的研究。
3.2.1破碎錐的慣性力和慣性力矩
參照圓錐破碎機原理的運動學(xué)分析，其破碎錐所作的運動是規(guī)則的。在現(xiàn)實生產(chǎn)中，要能夠讓破碎錐的運動具有規(guī)則性，就還需要有一個外力的力矩作用，也就是說，為了使破碎錐的運動具有規(guī)則性，要在破碎錐上作用一個和外力力矩大小相等且方向相反的慣性力矩。
為了能夠達(dá)到上述目的，采用下列方式來算出作用在破碎錐上的慣性力：
建立一個定坐標(biāo)系，其中為原點，角速度向量和oz軸相同，同時與破碎機的中心線重合（示例如圖3-4）；建立動坐標(biāo)系，讓相對角速度向量與軸保持一致，就是和破碎錐的軸線重合。并且使軸位于軸與軸構(gòu)成的平面內(nèi)，即軸與該平面相垂直。以軸的正方向一端為原點觀察，從到轉(zhuǎn)到一個角的方向的轉(zhuǎn)向是正的。
用微分的方法把破碎錐分成若干垂直并對稱于軸的薄圓片。用表示任一個薄圓片上的任一質(zhì)點，那么它的絕對加速度為：
(3-12)
式中的 表示牽連加速度，
(3-13)
為到oz軸的垂直長度；
——相對加速度，
(3-14)
為至軸的垂直長度；
——哥式加速度，
(3-15)
是的相對加速度。
假設(shè)為質(zhì)點的質(zhì)量，那么作用在質(zhì)點上的慣性力就是：
(3-16)
(3-17)
(3-18)
接下來就能夠來確定牽連慣性力、相對慣性力、哥式慣性力分別對、、軸的力矩。
1. 首先計算出牽連慣性力分別對、、軸的力矩大小。
質(zhì)點上的牽連力大小為，將這個牽連力分解成ox、oy兩個方向可得：
(3-19)
(3-20)
若設(shè)沿坐標(biāo)軸方向的力矩向量為正，將質(zhì)點的慣性力分解后分力對于、、軸的力矩為：
(3-21)
從圖3-4可知：
(3-22)
將公式（3-17）代入公式（3-16）中算出：
(3-23)
由于破碎錐的結(jié)構(gòu)是呈左右相對稱的，而對稱軸為，因此破碎錐對于軸的離心轉(zhuǎn)動慣量為。
(3-24)
式中，和依次表示點到，軸的距離，從而算得和依次表示破碎錐對和軸上的轉(zhuǎn)動慣量大小。
(3-25)
式中，。
2. 計算相對慣性力對、、軸的力矩
由于相對角速度是固定不變的，就是一個常數(shù)，因此相對加速度只有一個向心加速度來構(gòu)成的。同時，又由于破碎錐的結(jié)構(gòu)是呈對稱的，還以為軸心線，所以破碎錐內(nèi)部的任意一個對稱質(zhì)點的慣性力都是大小相等方向相反的，那么整個破碎錐對軸的慣性力作用等于零。
圖3. 6 哥氏慣性力對ox’,oy’,oz’軸的力矩
3.哥式加速度作用在、、軸的力矩大小。
若移到處后，就可以把沿和軸分解為和，其大小為：
(3-26)
(3-27)
和可以組成一個平面，并且這個平面與坐標(biāo)面平行，所以哥式加速度可以沿和軸分解，分解后的向量如圖3.6所示：
(3-28)
它的方向與線的離心方向一致。
(3-29)
它垂直于平面并且與軸反向。
因此，哥式加速度分量的慣性力大小為：
(3-30)
(3-31)
因為會通過軸，并且破碎錐是對稱的形狀，它的每兩個對稱質(zhì)點都大小相同方向相反，所以造成的慣性力彼此平衡，所以它對軸的力矩為零。所以，這兩個質(zhì)點的慣性力組成了一個力偶，作用面平行于坐標(biāo)面，力偶矩等于：
(3-32)
由于整個破碎錐的哥式慣性力都是由這些在力偶組成，所以它們對于、、軸得力矩為：
(3-33)
(3-34)
(3-35)
因破碎錐是對稱的，對稱線為，有，所以
(3-36)
其中表示一對質(zhì)點的質(zhì)量。所以可得：
(3-37)
各慣性力對、、軸的力矩之和為：
(3-38)
(3-39)
(3-40)
一般為了破碎錐上的計算起來比較方便，人為的將破碎錐錐體微分為若干個的單元體來進行分析（圖3-5）。計算時只要求出每個單元體的轉(zhuǎn)動慣量，然后將其綜合，就可以得到破碎錐的整體轉(zhuǎn)動慣量。轉(zhuǎn)動慣量的大小可用以下公式計算：
(3-41)
式中： ——每個單元體的質(zhì)量；
——破碎錐及其心軸材料的比重，噸/米；
——重力加速度，米/秒；
及——破碎錐的軸線到相應(yīng)單元體的邊緣的距離，米；
及——破碎錐的懸掛點到相應(yīng)單元體的邊緣的距離，米。
圖3-5 破碎錐轉(zhuǎn)動慣量近似確定法
當(dāng)破碎錐在以等角速度繞著破碎機的中心線旋轉(zhuǎn)時，可以計算得到破碎錐的慣性力大?。?
(3-42)
式中： ——破碎錐的質(zhì)量；
——破碎錐的質(zhì)心到破碎機中心線的距離。
計算破碎錐的慣性力到點O的距離大?。?
(3-43)
代入數(shù)值可得：
m
3.3偏心部分的運動狀態(tài)
破碎機工作時，電動機帶動傳動裝置，將動力傳給偏心軸套，使安裝在偏心軸套上的主軸一起運動，而破碎錐也會跟著主軸的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動。如圖3-6所示，動錐部分就會以為中心線做錐面運動。
圖3-6 動錐上的作用力
1. 偏心部分的運動狀態(tài)：
偏心部分的運動狀態(tài)可以分為兩種狀態(tài)，有載和空載。作用力大小、方向決定其偏心部分的運動情況。動錐對O點的力矩方程是研究的關(guān)鍵。
破碎機在無載荷情況下，只有破碎錐自身的重力G，平衡重部分的慣性力，偏心軸套的慣性力等作用力是動錐轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的慣性力作用在其上。動錐的自重力G以及其他的一些作用力可以忽略不計。得中心點O的力矩：
(3-49)
根據(jù)破碎機主軸和偏心軸套支承方向，可以得出以下三種情況：
當(dāng)時，無平衡重或平衡重較小的情況下，主軸和偏心軸套的薄邊在直襯套的左側(cè)。
當(dāng)時，有平衡重且平衡重較大情況下，主軸靠在偏心軸套的薄面，偏心軸套靠在直襯套右邊。
當(dāng)時，既動錐慣性力完全平衡，這種情況不存在。
機器正常工作情況下，由于破碎力的作用，動錐主軸及偏心軸套都靠在直襯套的右側(cè)。
(a) (b) (c)
圖3-7 破碎機偏心部件的運動狀態(tài)
機器從空載到有載狀態(tài)時，空隙的存在，使而產(chǎn)生沖擊。第二種狀態(tài)下，其間隙狀態(tài)比第一種狀態(tài)的間隙要小，因此沖擊載荷也小，最終產(chǎn)品顆粒整齊均勻。然而此狀態(tài)下，直襯套的損壞卻極其嚴(yán)重。
偏心部件的第二種運動狀態(tài)通常都會被用于細(xì)碎破碎機。并且在大錐齒輪上安裝一平衡重，使得。這樣就能減少慣性力和慣性力矩對于破碎機的危害。
1— 直襯套2—偏心軸套3—大傘齒輪
圖3-8 大傘齒輪的運動狀態(tài)
2. 大傘齒輪的運動狀態(tài)
圓錐破碎機在工作時間隙存在于偏心軸套與直襯套之間，且偏心軸套的厚邊壓在軸承套上，所以在運動的時候，大錐齒輪并不是繞著齒輪的中心線旋轉(zhuǎn)的，齒輪運轉(zhuǎn)的中心線如圖3-8所示，為直襯套間隙的一半，即為通過的豎直直線為中心線做旋轉(zhuǎn)運動的。由于大錐齒輪這種特殊的運動狀態(tài)，會破壞一堆齒輪原來正常的嚙合方式，所以在生產(chǎn)工作中，會對齒輪和傳動軸產(chǎn)生一定的沖擊載荷，并加速齒輪的磨損。
3. 偏心部分的間隙
為了讓破碎機在正常工作中，摩擦表面存在較好的潤滑油膜。同時，補償部件之間形成的誤差以及變形，因此要有存有合適的間隙。然而對間隙的要求較嚴(yán)格，過小會發(fā)生抱軸現(xiàn)象，過大會長勝沖擊和震動，從而使機器壽命減少。
3.4結(jié)構(gòu)參數(shù)
3.4.1給礦口寬度與排礦口寬度
破碎機給礦口的寬度可有經(jīng)驗公式，得到，式中D表示礦物的粒度。
大多數(shù)破碎機的排礦口寬度都有一個調(diào)整范圍，可以滿足更多的工作需求
1200標(biāo)準(zhǔn)圓錐破碎機廣泛應(yīng)用于中碎，細(xì)碎，此次設(shè)計假定最大適用粗碎，故初選最大給礦粒度為800mm，即初選最大給礦口寬度B為900～1100mm.
礦石硬度的差別，最大顆粒系數(shù)(表示產(chǎn)品的最大粒度，e表示排礦口寬度)也會不一樣。當(dāng)其用于中碎時，則硬礦石Z=2.4；中硬礦石Z=1.9軟礦石Z=1.6。中碎、細(xì)碎的排礦口寬度不同，因為中碎破碎機一般不存在檢查篩分這一部分。
3.4.2嚙角α
由文獻[8]知，圓錐破碎機的嚙角應(yīng)滿足以下條件：
Φ (3-50)
式中、——固定錐與破碎錐錐面間傾斜角。
——機器中軸線與破碎錐軸線夾角，常取。
Φ——襯板與礦石之間的摩擦角。
一般情況下，取。中碎?。划?dāng)結(jié)構(gòu)尺寸增加的時，可通過增大，有利于提高生產(chǎn)率。此設(shè)計中取:
3.4.3破碎機的擺動行程
圖3-9 破碎錐的擺動行程
破碎錐的擺動行程s，由圖知：
(3-41)
式中： r ——破碎錐軸線在排礦口所在平面內(nèi)的偏向距；
H ——破碎錐下邊緣到球面中心O點的距離。
mm
破碎錐A點的行程為：
式中 ：L——破碎錐母線長度。
mm
3.4.4平行碎礦區(qū)
為使經(jīng)破碎機破碎后的成品達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，則圓錐破碎機的破碎腔下部一定要有平行碎礦區(qū)，并且礦石顆粒在平行碎礦區(qū)內(nèi)至少要受一次檢查性破碎[12]。由文獻[5]可得，標(biāo)準(zhǔn)型圓錐破碎平行碎礦區(qū)長度為：
(3-52)
式中D為破碎錐的底部直徑。
mm
取為100毫米。
42
湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文
第4章 圓錐破碎機的工作參數(shù)的選擇與計算
4.1工作參數(shù)
2100圓錐破碎機主要用于被破碎物的中碎或細(xì)碎場合。物料顆粒的初選粒度為800mm，也就是說最大物料顆粒范圍為900~1100mm。最后可以將石料破碎到8mm以下不同級別的顆粒。
4.2破碎錐的擺動次數(shù)
圖4-1 礦石在破碎錐上所受的力
從圖4-可以得到，物料在進入破碎區(qū)域是產(chǎn)生的加速度為：
(4-1)
所以
(4-2)
式中：——物料與破碎錐表面的摩擦系數(shù)，通常；
——重力加速度，。
假設(shè)t秒是破碎錐擺動一次所用的時間，物料的加速度保持不變來通過平行碎礦區(qū)的長度為1厘米，則
(4-3)
則
次/分 (4-4)
公式（4-1）適用于標(biāo)準(zhǔn)型的圓錐破碎機。上面的理論計算公式的前提為礦石是自由下滑，實際上也有一些礦石不是自有下滑而是跳躍式的下落，可能沒有在平行破碎腔內(nèi)被破碎，所以使得破碎后的物料粒度變大。因此，我們通過提高偏心軸轉(zhuǎn)速的方法來提高破碎物料的質(zhì)量。其原理就是將物料在并行破碎腔內(nèi)的沖擊次數(shù)提高，從而提高圓錐破碎機的效率，與此同時，還可以有效地減少磨損，有利于提高磨碎設(shè)備的產(chǎn)量。但考慮到轉(zhuǎn)速太大會增加機架的負(fù)荷，所以應(yīng)該將圓錐破碎的的轉(zhuǎn)速控制在一定的范圍內(nèi)。
通過查資料[6]可得，計算實際轉(zhuǎn)速時可以通過以下公式：
(4-5)
式中 ——動錐的底部直徑，。
4.3生產(chǎn)率
該破碎機的產(chǎn)量受到很多因素的影響。中間包括物料品質(zhì)因數(shù)，同時還有破碎機的性能因子。但是到現(xiàn)在為止現(xiàn)在還沒有可以將上述因素都包含在內(nèi)的理論計算公式，大部分采用的都是通過經(jīng)驗公式的大概計算。然后再按照現(xiàn)實的情況進行調(diào)校[15]。
根據(jù)資料得，在一般情況下進行破碎時，效率計算公式如下：
噸/小時 （4-6）
式中 K——礦石的可碎性系數(shù)，查表得；
K——破碎比的修正系數(shù)，查表由插值法得；
——單位排礦口寬度的生產(chǎn)能力，查表由插值法得；
——排礦口寬度，e=60；
——礦石的松散比重，取=0.94。
噸/小時
噸/小時
由文獻[6]可知，在閉路破碎時，圓錐破碎機的生產(chǎn)能力按閉路通過礦量來計算：
噸/小時 （4-7）
式中：Q——開路時破碎機的生產(chǎn)能力，頓/小時；
K——閉路時平面給礦粒度變細(xì)的系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)型取K=1.34。
噸/小時
該圓錐破碎機的生產(chǎn)能力為80～120噸/小時。
4.4電動機功率
由文獻[6]可知，圓錐破碎機的電動機功率可由下面的經(jīng)驗公式計算：
（4-8）
式中 D——破碎錐底部直徑，米。
查表可得實際選用的電動機功率為315KW。
4.1工作參數(shù)
2100型號的圓錐破碎機主要用在中細(xì)碎場合中，最大的給礦粒度可以選為800mm，那么最大的給礦口的寬度B則是900~1100mm，最終可以將石料破碎到8mm以下不同級別的顆粒。
4.2破碎錐的擺動次數(shù)
圖4-1 礦石在破碎錐上所受的力
通過圖4-1得知，在平行碎礦區(qū)其礦石所能產(chǎn)生的加速度如下：
(4-1)
那么 (4-2)
式中： f——礦石同破碎錐表面的摩擦系數(shù)，通常f=0.25～0.35；
g——重力加速度，g=9.8m/s。
倘若破碎錐擺動一次需要t秒，而礦石在加速度不變的情況下，經(jīng)過平行碎礦區(qū)的長度為1厘米，則
(4-3)
則
次/分 (4-4)
公式（4-1）是適用于標(biāo)準(zhǔn)型圓錐破碎機的。且上面的理論計算公式使用條件是礦自由下滑。實際上也有一些礦石不是自有下滑而是跳躍式的下落，可能受到破碎的區(qū)域不在平行區(qū)內(nèi)，從而導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)顆粒較大的情況。故可以通過合理的提升圓錐破碎機的轉(zhuǎn)動速度，換一種說法就是增加礦石在平行區(qū)破碎腔中的沖擊次數(shù)，從而提高圓錐破碎機的效率，與此同時，還可以有效地減少磨損，有利于提高磨碎設(shè)備的產(chǎn)量。但轉(zhuǎn)速也要適中讓離心力能夠保持在一定范圍內(nèi)，避免對礦石的下滑有影響。
通過文獻[6]知，圓錐破碎機實際可采用的轉(zhuǎn)速可通過下面的經(jīng)驗公式計算：
(4-5)
式中 D——破碎錐的底部直徑，米。
4.3生產(chǎn)率
該破碎機的產(chǎn)量收到很多因素的影響。中間包括物料品質(zhì)因數(shù)，同時還有破碎機的性能因子。不過，現(xiàn)在還沒有可以將上述因素都包含在內(nèi)的理論計算公式，大部分采用的是通過經(jīng)驗公式的大概計算。然后再按照現(xiàn)實的情況進行調(diào)校。
根據(jù)資料得，在一般情況下進行破碎時，效率計算公式如下：
（4-6）
其中 ——物料破碎系數(shù)，表得。
——破碎比系數(shù)，查表得。
——出口生產(chǎn)率，查表得。
——出料口寬，。
——礦石的松散比重，取=0.94。
根據(jù)資料得，在閉路破碎時。破碎機的產(chǎn)量按閉路的生產(chǎn)量得出：
噸/小時 （4-7）
其中：——開路情況下的產(chǎn)量，。
——閉路情況下物料粒度變細(xì)的因數(shù)，一般取。
。
該破碎機的產(chǎn)量為。
4.4電機的功率
根據(jù)資料得，圓錐破碎機所使用的電機功率一般根據(jù)經(jīng)驗公式得出：
（4-8）
其中 ——動錐下底面直徑，。
查表可得實際選用的電動機功率為315KW。
第5章 電機選用和傳動軸的相關(guān)計算
5.1電機的選用和各傳動參數(shù)
5.1.1電機選擇
由于工作的需求、工作環(huán)境、節(jié)約等方面的因素，選用最常見的Y系列電動機，然后通過式（3-9）選擇型電動機，額定功率為,同步轉(zhuǎn)速。
由于本設(shè)計中設(shè)定的轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)，故在傳動中增加了帶傳動裝置。
5.2 傳動裝置的運動和動力參數(shù)
=315KW
=980r/min
N·mm
1軸
KW
r/min
N·mm
2軸
KW
N·mm
5.2.1軸的計算
1. 確定傳動軸的直徑
根據(jù)工作條件，初取
2. 傳動軸受力分析
N
N
N
3. 受力分析
(1) Y平面支反力：
因為，得到：
N
由，得：
N
（2） Z平面支反力：
由，得：
N
由，得：
N
（3） 作彎矩圖：
① Y平面內(nèi)彎矩圖：
C處：
② Z平面內(nèi)彎矩圖：
C處：
③ 合成彎矩圖：
C處：
4. 作轉(zhuǎn)矩圖T：
5. 傳動軸的強度校核：
參照彎扭合成應(yīng)力圖對傳動軸的強度進行校核：
對傳動軸能承受最大彎矩和扭矩的截面的強度進行校核。查參考資料[7]可知，取，計算軸的應(yīng)力
6. 傳動軸的疲勞強度的校核
(1) 判定那個截面為應(yīng)力集中截面
疲勞強度的影響在應(yīng)力集中方面。截面和能造成較為嚴(yán)重的應(yīng)力集中，可是5受的彎矩較大。根據(jù)承受負(fù)載的情況，橫截面3承受最大的應(yīng)力。但由于應(yīng)力集中不大，所以3面不用校核。只需校核截面5。
(2) 橫截面5的左邊
橫截面5左邊的彎矩為：
橫截面5的扭矩為：
橫截面上的彎曲應(yīng)力為：
截面上的剪切力為：
傳動軸的材料為鋼，調(diào)質(zhì)處理。通過參考資料可知，，，。
參考，通過計算可得：
，。
傳動軸加工，參考的，它的系數(shù)為：
。
傳動軸沒有表面強化工藝，。
所以得出得總系數(shù)為：
。
由文獻[7]可知，碳鋼的特性系數(shù)：
取
取。
故傳動軸的截面5左邊的系數(shù)：
因此該傳動軸在截面5左邊滿足強度要求。
(3) 截面5右邊
抗彎系數(shù)為：
。
抗扭系數(shù)為：
。
截面5左邊為：
。
截面5上為：
。
截面上的為：
。
截面上的為：
。
截面上有理論應(yīng)力，是因為有軸肩的存在而產(chǎn)生的。它的集中系數(shù)及參考查取。因，。
，。
參考可以得到傳動軸材料的和：
，。
所以有效應(yīng)力集中系數(shù)按照資料 [7] 可得:
。
查資料可以得出軸的
通過文獻可知軸的材料的敏感扭轉(zhuǎn)剪切尺寸系數(shù)是
總系數(shù)為：
。
因而傳動軸在截面5左邊的安全系數(shù)是:
。
7. 所以在截面5左邊的強度，傳動軸是符合要求的。精確校核軸的疲勞強度：
(1) 危險截面的判斷
從 應(yīng) 力 集 中 方 面 對 軸 的 疲 勞 強 度 的 影 響 ， 截 面 4 和 5 引 起 的 應(yīng) 力 集 中 較 嚴(yán) 重 ， 但 5 受 的 彎 矩 較 大 ；依 照 受 載的 情 況 ， 截 面 3 所 承 受 的 應(yīng) 力 是 最 大 的 ， 但 由 于 應(yīng) 力 集 中 不 大 ， 所 以 3面 不 用 校 核 。 只 需 校 核 截 面 5 。
(2) 截面5左側(cè)
截面5左側(cè)的彎矩M為：
截面5上的扭矩T為：
截面上的彎曲應(yīng)力為：
截面